DE1282191B

DE1282191B - Device, in particular radiators, for attaching rotating semiconductor rectifiers

Info

Publication number: DE1282191B
Application number: DEL49192A
Authority: DE
Inventors: Klaus Engelen
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1964-11-04
Filing date: 1964-11-04
Publication date: 1968-11-07

Description

Vorrichtung, insbesondere Kühlkörper, zur Befestigung umlaufender Halbleitergleichrichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, insbesondere Kühlkörper, zur Befestigung umlaufender Halbleitergleichrichter auf einer Maschinenwelle mittels einer mit der Maschinenwelle verbundenen Scheibe, auf der die Halbleitergleichrichter jeweils derart gehalten sind, daß ihre wirksamen Gleichrichterschichten tangential zu der Scheibe liegen und ihre elektrischen Zuleitungen in radialer Richtung auf von der Maschinenwelle getragene Anschlußklemmen geführt sind, wobei die Fliehkräfte bei Rotation der Maschinenwelle senkrecht zu der Gleichrichterschichtebene wirken.Device, in particular heat sink, for fastening circumferential Semiconductor rectifiers The invention relates to an apparatus, in particular Heat sink, for fastening rotating semiconductor rectifiers on a machine shaft by means of a disk connected to the machine shaft, on which the semiconductor rectifiers are each held in such a way that their effective rectifier layers are tangential lie to the disc and their electrical leads in the radial direction terminals carried by the machine shaft are guided, the centrifugal forces act perpendicular to the plane of the rectifier layer when the machine shaft rotates.

Die Befestigung von Halbleitergleichrichtern auf umlaufenden Maschinenteilen bereitet immer noch Schwierigkeiten. Die Halbleitergleichrichter benötigen relativ große Kühlkörper, um eine ausreichende Wärmeabfuhr sicherzustellen. Zusätzlich wird ja auf dem umlaufenden Maschinenteil auch Raum für die Unterbringung der Beschaltungselemente benötigt. Der hierdurch bedingte, an und für sich schon große Raumbedarf wird oft noch erhöht, weil es erforderlich ist, aus Gründen der mechanischen Beanspruchung die Halbleitergleichrichter so anzuordnen, daß die Austrittsstelle der flexiblen elektrischen Zuleitung und ihre Verbindungsstelle mit einer festen Anschlußklemme auf etwa demselben Radius liegen; andernfalls treten infolge von durch die Fliehkräfte verursachten Querkräften Schäden an den Halbleitergleichrichtern auf. Zugleich müssen die aus IsolationsgrUnden erforderlichen Sicherheitsabstände zwischen verschiedenen Potentialen eingehalten werden, was insbesondere im Raum kleiner Radien problematisch ist. Außerdem legt man Wert auf eine möglichst kreuzungsfreie Leitungsführung zwischen den Halbleitergleichrichtern und ihren festen Anschlüssen.The fastening of semiconductor rectifiers on rotating machine parts is still difficult. The semiconductor rectifiers require relatively large heat sinks to ensure adequate heat dissipation. Additionally will yes, there is also space on the rotating machine part to accommodate the wiring elements needed. The resulting, in and of itself already large space requirement is often increased because it is necessary for reasons of mechanical stress to arrange the semiconductor rectifier so that the exit point of the flexible electrical supply line and its connection point with a fixed connection terminal lie on roughly the same radius; otherwise occur as a result of the centrifugal forces lateral forces caused damage to the semiconductor rectifiers. Must at the same time the safety clearances required for isolation reasons between different Potentials are maintained, which is particularly problematic in the area of small radii is. In addition, emphasis is placed on routing cables between them that are as free as possible from crossing the semiconductor rectifiers and their fixed connections.

Nun sind zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zur Befestigung von umlaufenden Halbleitergleichrichtern bekannt. Diese werden z. B. an einem Trägerring befestigt, der an einer Seite der mit der Maschinenwelle verbundenen Scheibe angesetzt ist. Die Anordnung erfolgt hierbei wie eingangs beschrieben. Eine derartige Befestigung hat jedoch den Nachteil, daß die zur Verfügung stehenden Kühlflächen insbesondere für größere Leistungen zu klein sind. Nachteilig ist weiterhin, daß bei kleinen Längen des Trägerringes die Anschlüsse der Halbleitergleichrichter zumindest bei höheren Spannungen zu dicht an der Scheibe verlaufen. Eine Vergrößerung dieser Länge ist bei Berücksichtigung der Schwingungsneigung nur bei gleichzeitiger Querschnittszugabe des Ringes möglich, was jedoch zu einer massiven und schwerfälligen Ausbildung führt. überdies ist die Scheibe, da sie nur einseitig als Träger der Gleichrichterelemente dient, ungünstigen Beanspruchungen ausgesetzt, denen durch entsprechend massive Ausbildung begegnet werden muß. Für die Unterbringung der Beschaltungselemente sind darüber hinaus zusätzliche Maßnahmen zu treffen. Zur besseren Kühlmittelführung sind an der Scheibe Lüfterschaufeln befestigt und in dem Trägerring Kühlmitteldurchbrüche vorgesehen. Es ist weiterhin bei einer derartigen Befestigung bekannt, zwei solcher Scheiben gegeneinanderzusetzen, wobei beide Scheiben gegeneinander isoliert sein müssen, da hierbei der Trägerring einer Scheibe den Pluspol und derjenige der anderen Scheibe den Minuspol der Gleichrichterschaltung bildet, die bei einer derartigen Anordnung eine Drehstrombrückenschaltung ist.Now there are numerous design options for attaching circumferential Semiconductor rectifiers known. These are z. B. attached to a carrier ring, which is attached to one side of the disk connected to the machine shaft. The arrangement is as described at the beginning. Such an attachment however, has the disadvantage that the available cooling surfaces in particular are too small for greater performance. Another disadvantage is that with small Lengths of the carrier ring the connections of the semiconductor rectifier at least higher voltages run too close to the pane. An increase in this length is only with simultaneous addition of cross-section, taking into account the tendency to vibrate of the ring possible, but this leads to a massive and cumbersome training. In addition, the disc, as it is only one-sided as a carrier for the rectifier elements is used, exposed to unfavorable stresses, which by correspondingly massive Training must be met. For accommodating the wiring elements are in addition to taking additional measures. For better coolant flow Fan blades are attached to the disc and coolant openings in the carrier ring intended. It is also known for such an attachment, two such Place panes against each other, whereby both panes are insulated from each other must, because here the carrier ring of one disc has the positive pole and that of the other Disc forms the negative pole of the rectifier circuit, which in such a Arrangement is a three-phase bridge circuit.

Es ist ferner ein Kühlkörper bekannt, der aus einem massiven Segment besteht, an dem jedoch ein aus Rippen und Leitwänden bestehendes Luftkanalsystern angebracht ist, das die in axialer Richtung am Halbleitergleichrichter vorbeigeführte Luft sammelt und in die radiale Richtung umlenkt. Träger der Gleichrichterzelle ist ein Tragring, an dem auch das massive Segment mit seinen Kühlrippen befestigt ist.A heat sink is also known which consists of a solid segment exists, on which, however, an air duct system consisting of ribs and baffles is attached, the passed in the axial direction of the semiconductor rectifier Collects air and redirects it in the radial direction. Carrier of the rectifier cell is a support ring to which the massive segment with its cooling fins is also attached is.

er gesamte Kühlkörper ist in radialer Richtung sehr flach und liegt mit seiner abgerundeten, zum Maschinenumfang weisenden Fläche direkt auf dem Tragring auf, so daß die mit Kühlluft in Verbindung kommenden Flächenbereiche des Kühlkörpers sehr klein sind. Das zur Umlenkung benötigte Luftkanalsystern ist sehr platzraubend. Da der gesamte Kühlkörper an dem Tragring befestigt ist, an dem auch der Gleichrichter gehalten ist, ist ein Auswechseln bei einem Gleichrichterschaden schwierig und ohne Lösen des gesamten Kühlkörpers nicht möglich.he entire heat sink is very flat in the radial direction and lies with its rounded surface facing the machine circumference directly on the support ring so that the surface areas of the heat sink coming into contact with cooling air are very small. The air duct system required for deflection is very space-consuming. Because the entire heat sink is attached to the support ring, which also has the rectifier is held, replacement in the event of rectifier damage is difficult and without It is not possible to loosen the entire heat sink.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die den bekannten Anordnungen anhaftenden Nachteile durch eine einfache Konstruktion zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß zur Befestigung der Halbleitergleichrichter an der Scheibe beidseitig der Scheibe angeordnete Trägerkörper dienen, die im wesentlichen die Form eines rechteckigen Hohlkörpers aufweisen, daß die der Maschinenwelle zugewendete Fläche jedes Hohlkörpers in zwei Teilflächen aufgeteilt ist, die in einer zur Maschinenwelle senkrechten Ebene einen Winkel kleiner als 180' zueinander bilden, und daß jeweils nur auf einer der beiden Teilflächen eines Hohlkörpers ein Halbleitergleichrichter angeordnet ist, wobei die Anordnung eines Halbleitergleichrichters an dem auf der einen und der anderen Scheibenseite liegenden Hohlkörper jeweils auf den sich diagonal gegenüberliegenden Teilflächen erfolgt.The object of the invention is now to eliminate the disadvantages inherent in the known arrangements by means of a simple construction. According to the invention, it is proposed that to fasten the semiconductor rectifier to the disk on both sides of the disk are arranged support bodies, which essentially have the shape of a rectangular hollow body, that the surface of each hollow body facing the machine shaft is divided into two partial surfaces, which are perpendicular to the machine shaft Planes form an angle less than 180 ' to each other, and that a semiconductor rectifier is arranged on only one of the two partial surfaces of a hollow body, the arrangement of a semiconductor rectifier on the hollow body lying on one and the other side of the pane takes place on the diagonally opposite partial surfaces .

Durch die Anordnung der Hohlkörper beidseitig der Scheibe wird eine ungleichmäßige Scheibenbelastung bei Rotation vermieden. Die erfindungsgemäße Befestigung der Halbleitergleichrichter macht es möglich, die aus Isolationsgründen erforderlichen Abstände zwischen den Zuleitungen einzuhalten und zugleich eine leichte und schwingungsanneAnordnung beizubehalten. Einweitererwesentlicher Vorteil besteht darin, daß die einzelnen, auf beiden Scheiben angeordneten Hohlkörper völlig gleich sein können. Weiter verbessert gegenüber bekannten Ausführungen wurde jedoch durch die Hohlkörper auch die erzielbare Kühlwirkung. Diejenige Fläche nämlich, auf der der Halbleitergleichrichter montiert ist, kommt an ihren beiden Seiten mit Kühlluft in Berührung, wobei durch die Ausführung des Kühlkörpers als Hohlkörper eine intensivere Luftführung ermöglicht ist.The arrangement of the hollow body on both sides of the disc is a Avoid uneven disc loading during rotation. The fastening according to the invention the semiconductor rectifier makes it possible to do the necessary for insulation reasons The distances between the supply lines must be maintained and at the same time a light and vibration-free arrangement to maintain. Another important advantage is that the individual, on both disks arranged hollow body can be completely the same. Further improved compared to known designs, however, the hollow body also made the achievable Cooling effect. That is the surface on which the semiconductor rectifier is mounted comes into contact with cooling air on both sides, whereby due to the execution the heat sink as a hollow body enables a more intensive air flow.

Die Teilflächen mit den Halbleitergleichrichtern können in günstiger Weise auch dazu ausgenutzt werden, daß auf ihnen die jedem Halbleitergleichrichter zugeordnete Sicherung montiert wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Scheibe an ihrem äußeren Umfang eine T-förmige Querschnittserweiterung aufweist, die in hierfür an den Hohlkörper vorgesehene Ausschnitte eingreift und die auf die Hohlkörper wirkende Fliehkräfte aufnimmt. Um ein leichtes Montieren der auf diese Weise befestigten Hohlkörper zu erreichen, kann die konstruktive Ausführung so beschaffen sein, daß der die Querschnittserweiterung darstellende Teil des T-förmigen Trägerkörpers lösbar mit der Scheibe verbunden ist.The partial areas with the semiconductor rectifiers can be cheaper Way can also be used to the fact that on them each semiconductor rectifier assigned fuse is mounted. Furthermore, it is proposed according to the invention, that the disc has a T-shaped cross-sectional enlargement on its outer circumference, which engages in cutouts provided for this purpose on the hollow body and which on the Hollow body absorbs centrifugal forces. To make it easy to assemble the To achieve a fixed hollow body, the structural design can procure this way be that the part of the T-shaped support body representing the cross-sectional expansion is releasably connected to the disc.

Es ist außerdem denkbar, die Wände des Hohlkörpers mit Durchbrüchen zur Durchführung von Kühlluft und gegebenenfalls auch mit Kühlrippen zu versehen. Es ist dann die Anordnung der Beschaltungselemente der Halbleitergleichrichter im Innern des Hohlkörpers besonders vorteilhaft, da sie dort stets einwandfrei belüftet werden.It is also conceivable to provide the walls of the hollow body with openings for conducting cooling air, and possibly also with cooling fins. The arrangement of the wiring elements of the semiconductor rectifiers in the interior of the hollow body is then particularly advantageous, since they are always properly ventilated there.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In F i g. 1 ist eine Scheibe 10 auf einer Maschinenwelle 11 dargestellt. Auf jeder Seite des Trägerkörpers 10 ist ein Hohlkörper 12 bzw. 13 in erfindungsgemäßer Ausführung befestigt. Jeder der beiden Hohlkörper 12 und 13 trägt einen Halbleitergleichrichter 14 bzw. 15 und eine Sicherung 16 bzw. 17. Die flexiblen Leitungen zwischen den Halbleitergleichrichtern 14 und 15 sind genau in radialer Richtung geführt und an den Anschlußstücken 18 bzw. 19 angeschlossen, die gleichzeitig Schaltverbindungen darstellen. Der Hohlkörper 12 ist im Schnitt dargeste114 so daß die in ihm eingebauten Beschaltungselemente 20 sichtbar sind. Außerdem enthält dieser Hohlkörper eine Kontrollampe 21. Auch die Ab- leitungen der Sicherungen 16 bzw. 17 sind in erfindungsgemäßer Weise in radialer Richtung an die Schaltverbindungen 22 bzw. 23 herangeführt. In der Darstellung des Hohlkörpers 13 sind auch Kühlrippen 24 erkennbar. Die Befestigung der Hohlkörper 12 und 13 erfolgt hier durch eine T-förinige Querschnittsvergrößerung der Scheibe 10 in Form der Halterung 25, die durch Schraubverbindungen mit der Scheibe 10 lösbar verbunden ist und die in entsprechende Ausschnitte in den Hohlkörpern 12 und 13 so eingreift, daß sie die auf diese Hohlkörper wirkenden Zentrifugalkräfte aufnehmen kann. Die Hohlkörper 12 und 13 sind gegenüber der Scheibe 10 und ihrer T-förmigen Halterung 25 mit Hilfe der Zwischenlagen 26, 27, 28 und 29 isoliert befestigt. Die Sicherung 16 ist mit dem Anschlußstück 22 durch eine Anschlußfahne 36 verbunden.The drawing shows an embodiment of the invention. In Fig. 1 shows a disk 10 on a machine shaft 11 . A hollow body 12 or 13 in an embodiment according to the invention is fastened on each side of the carrier body 10. Each of the two hollow bodies 12 and 13 carries a semiconductor rectifier 14 or 15 and a fuse 16 or 17. The flexible lines between the semiconductor rectifiers 14 and 15 are guided precisely in the radial direction and connected to the connecting pieces 18 and 19 , which are also switching connections represent. The hollow body 12 is shown in section so that the wiring elements 20 built into it are visible. Furthermore, this hollow body comprising a pilot light 21. Also, the exhaust pipes of the fuses 16 and 17 are in the inventive manner in the radial direction to the interconnections 22 and 23 as practicable. In the illustration of the hollow body 13 , cooling fins 24 can also be seen. The fastening of the hollow bodies 12 and 13 takes place here by a T-shaped cross-sectional enlargement of the disk 10 in the form of the holder 25, which is detachably connected to the disk 10 by screw connections and which engages in corresponding cutouts in the hollow bodies 12 and 13 so that it can absorb the centrifugal forces acting on these hollow bodies. The hollow bodies 12 and 13 are fastened in an insulated manner with respect to the disk 10 and its T-shaped holder 25 with the aid of the intermediate layers 26, 27, 28 and 29. The fuse 16 is connected to the connecting piece 22 by a connecting lug 36 .

In F i g. 2 ist dieselbe Ausführung der Erfindung in anderer Sicht dargestellt. Die einzelnen Elemente sind, sofern sie identisch sind, mit denselben Bezugsziffem versehen. Der Hohlkörper 13 liegt hier hinter der Scheibe 10, während der Hohlkörper 12 vor dieser liegt. Der hinter der Sicherung 16 liegende Halbleitergleichrichter 14 ist von der Sicherung 16 verdeckt und deshalb gestrichelt gezeichnet. Hinter der Scheibe 10 liegt in der ebenfalls gestrichelt eingezeichneten Lage der Halbleitergleichrichter 15 hinter diesem, hier nur durch die Anseblußfahne 30 angedeutet, die Sicherung 17. F i g. 2 läßt erkennen, wie sich mit Hilfe der Erfindung eine sehr günstige Anordnung der Zu- und Ableitungen auf dem Umfang für jeden Hohlkörper ergibt. Neben dem Hohlkörper 12 ist ein weiterer Hohlkörper 31 eingezeichnet, der im Schnitt dargestellt ist, so daß die Befestigung der Beschaltungselemente 32 ersichtlich ist. Der Schnitt ist so gewählt, daß vor der Scheibe 10 nur ein Halbleitergleichrichter 33 sichtbar ist. Die zugehörige Sicherung fehlt also. Hinter der Scheibe 10 ist ein weiterer Halbleitergleichrichter 34 durch Strichelung angedeutet. Zur Befestigung der Halterung 25 an der Scheibe 10 dienen Schraubverbindungen 35. In Fig. 2 shows the same embodiment of the invention in a different view. The individual elements are provided with the same reference numbers, provided they are identical. The hollow body 13 lies behind the disk 10, while the hollow body 12 lies in front of it. The semiconductor rectifier 14 located behind the fuse 16 is covered by the fuse 16 and is therefore shown in dashed lines. Behind the disk 10 , in the position also shown in dashed lines, the semiconductor rectifier 15 lies behind the latter, here only indicated by the connection flag 30 , the fuse 17. FIG. 2 shows how a very favorable arrangement of the supply and discharge lines on the circumference for each hollow body results with the aid of the invention. In addition to the hollow body 12, a further hollow body 31 is shown, which is shown in section, so that the attachment of the wiring elements 32 can be seen. The section is chosen so that only one semiconductor rectifier 33 is visible in front of the pane 10. The associated backup is missing. A further semiconductor rectifier 34 is indicated by dashed lines behind the pane 10. Screw connections 35 are used to fasten the holder 25 to the pane 10.

Claims

Patent claims. 1. Device, in particular heat sink, for fastening rotating semiconductor rectifiers on a machine shaft by means of a disk connected to the machine shaft, on which the semiconductor rectifiers are held in such a way that their effective rectifier layers are tangential to the disk and their electrical leads in the radial direction of the machine shaft supported Anschlußkleinmen are conducted, whereby the centrifugal forces during rotation of the machine shaft perpendicular act to the rectifying layer plane, d a d u rch g e k hen -zeichnet that for fixing the semiconductor rectifiers (14, 15) on the disc (10) beidseitio, the disc (10) arranged support bodies are used, which essentially have the shape of a rectangular hollow body (12, 13) having that the surface of each hollow body (12 and 13) facing the machine shaft (11) is divided into two partial surfaces, which in one to the machine shaft (11 ) at an angle less than 180 ' to the vertical plane form each other that a semiconductor rectifier (14 or 15) is arranged only on one of the two partial surfaces of a hollow body (12 or 13) , the arrangement of a semiconductor rectifier (14) on the hollow body ( 12 and 13) takes place in each case on the diagonally opposite partial surfaces.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a fuse (16, 17) is mounted on that partial surface on which a semiconductor rectifier (12, 13) is arranged. 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the disc (10) has on its outer circumference a T-shaped cross-sectional widening (25) which engages in cutouts provided for this purpose on the hollow bodies (12, 13) and which on the hollow body ( 12, 13) absorbs acting centrifugal forces. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the part (25) of the T-shaped support body representing the cross-sectional enlargement is detachably connected to the disc (10) . 5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the walls of each hollow body (12, 13) have openings for the passage of cooling air and / or cooling fins. 6. Apparatus according to claim 1, characterized in that inside each hollow body (31) wiring elements (32) of the semiconductor rectifiers (33, 34) are arranged. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1165 736, 1068 817; French Patent No. 1308 135; "Siemens-Zeitschrift", 1962, p. 234ff .; Proc. IEE., Vol. 111, No. 5, May 1964, p. 1047.