DE1514225B2 - Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle einer elektrischen Maschine, bei der die in einem hohlzylindrischen metallischen, mit einem Isolierkörper versehenen Gehäuse eingeschlossenen Halbleitergleichrichter mit in radialer Richtung zur Welle verlaufender Achse derart montiert sind, daß die scheibenförmigen Halbleiterelemente durch die auftretenden Zentrifugalkräfte im wesentlichen auf Druck beansprucht werden.

In der deutschen Auslegeschrift 1 068 817 ist eine Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle beschrieben, bei der die wirksamen Gleichrichterschichten der Gleichrichterelemente an einem ringförmigen, mit der Welle verbundenen Trägerkörper gehalten sind. Die wirksamen Gleichrichterschichten sind tangential liegend mittels an dem ringförmigen Trägerkörper abgestützter Gleichrichterpatronen so gehalten, daß die wirksamen Fliehkräfte senkrecht zur Schichtebene wirken und auf der gesamten Schichtfläche auf die Gleichrichterpatrone übertragen werden. Aus den Fig. 1, 2 und 5 sowie 7 und 8 mit dem zugehörigen Text der Auslegeschrift ist insbesondere eine Montageausrüstung von Halbleitergleichrichtern (Gleichrichterpatronen) im Detail entnehmbar, bei der die Halbleiterelemente im wesentlichen also nur auf Druck beansprucht werden. Die Montage der Gleichrichter auf den Trägerkörper erfolgt dabei von innen nach außen.

Aus der USA.-Patentschrift 2 999 971, insbesondere aus deren F i g. 8 und 9, sowie aus der österreichischen Patentschrift 222 759, vor allem aus deren F i g. 1 bis 7 samt zugehörigem Text, ist es demgegenüber bekannt, bei insbesondere für Hochstromanlagen bestimmten Gleichrichtergeräten die Gleichrichterelemente, gegebenenfalls mit den zugehörigen Sicherungen, am äußeren Umfang eines zylinderförmigen Bauteils zu montieren, wobei eine einfache Auswechslung der Gleichrichterzellen und Sicherungen ermöglicht ist.

Auch aus der deutschen Auslegeschrift 1 073 633 ist eine Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle bekannt; hierbei sind die radial nach innen durch die Gleichrichterpatronen herausgeführten Stromzuführungsleiter außerhalb der vakuumdichten Durchführung in die Gleichrichterpatrone unabhängig von letzterer zur Aufnahme der Fliehkraftbeanspruchungen abgestützt. Aus den F i g. 1 und 2 samt Begleittext ist entnehmbar, daß das freie Ende des Stromzuführungsleiters bzw. -bolzens an außerhalb des Gleichrichterelementes liegenden Halteteilen so aufgehängt ist, daß Fliehkräfte, die durch das Gewicht des Bolzens bedingt sind, auf die Gleichrichterschicht in keinem Fall ausgeübt werden können.

In der französischen Patentschrift 1 367 153 geht es um eine als austauschbarer Block ausgebildete Serienschaltung aus einem Gleichrichterelement und einer Sicherung; solche Schaltungen sind bei den vorbeschriebenen Anordnungen verwendbar.

Eine solche vorstehend beschriebene, insbesondere teils von einem Kühlkörper und teils von einer Schraubkappe umgebene Serienschaltung ist auch in der deutschen Offenlegungsschrift 1 439 269 bereits vorgeschlagen worden.

Kühlkörper für halbleitende Vorrichtungen können außerdem, wie aus dem Anspruch 6 der deutschen Auslegeschrift 1106 874 hervorgeht, insbesondere mit Durchlochungen versehen sein, um dadurch eine Vergrößerung der Kühlwirkung zu erreichen.
Für die Wechselstromzu- bzw. Gleichstromabführung bei einer Anordnung von Gleichrichterelementen auf rotierenden Bauteilen elektrischer Maschinen ist es gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 059 113 aus dem Anspruch 1 bekannt, daß die Stromzu- und -ableitungselemente zwei zueinander konzentrisch liegende Rohrkörper bilden; die Gleichrichterelemente sind radial angeordnet und verbinden einander gegenüberliegende Segmente der konzentrischen Rohrkörper; die Segmente des einen Rohrkörpers sind schraubenartig verformt.

öo Ein Teil der vorstehend beschriebenen bzw. bekannten Anordnungen von Halbleitergleichrichtern ist demnach von außen nach innen montierbar, so daß diese von außen her ausgewechselt werden können. Ein Problem bei dieser Montage der Halbleitergleichrichter bildet aber die Tatsache, daß die üblicherweise in mit einem Isolierkörper versehenen Gehäuse eingeschlossenen Halbleitergleichrichter nicht geeignet sind, den auftretenden großen Flieh-

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kräften standzuhalten. Sowohl die Halbleiterelemente Welle verbundene Trägerkörper für die Anordnung als auch die üblicherweise verwendeten z. B. kerami- der Halbleitergleichrichter entfällt, wodurch Platzschen oder aus Glas bestehenden Isolierkörper sind ersparnis, ungehinderte Zugänglichkeit der Halbungeeignet, größere auf sie wirkende Zugkräfte in leitergleichrichter mit den damit verbundenen vorradialer Richtung in bezug auf die rotierende Welle, 5 stehend beschriebenen Vorteilen, Material-, Arbeitsd. h. in Achsrichtung der Halbleitergleichrichter, mit sowie Kostenersparnis bei der Herstellung von Halbgenügender Sicherheit auszuhalten. leitergleichrichter-Anordnungen auf rotierenden WeI-

Beim übrigen Teil der vorstehend beschriebenen len von elektrischen Maschinen erreicht werden,

bzw. bekannten Anordnungen ist wohl die Zugbean- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der

spruchung der Halbleiterelemente durch die Zentri- io Erfindung dargestellt und im folgenden näher be-

fugalkräfte mehr oder weniger vermieden, da jene, schrieben. Es zeigt

in einem Gehäuse eingeschlossen, beispielsweise an Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiter-

einem ringförmigen, mit der Welle verbundenen gleichrichters mit Gehäuse im Querschnitt,

Trägerkörper in vorbeschriebener Weise derart mon- F i g. 2 eine kombinierte Gleichrichter- und Siche-

tiert sind, daß die Zentrifugalkräfte senkrecht zur 15 rungseinheit,

Schichtebene der Halbleiterelemente wirken, so daß F i g. 3 teilweise schematisch den Einbau des Erdiese im wesentlichen auf Druck beansprucht sind, findungsgegenstandes in einem Erregergenerator,
mit dem Nachteil aber, daß die Montage der Halb- Fig. 4 eine schematische Anordnung gemäß leitergleichrichter in äußerst umständlicher Weise F i g. 3, wobei nur ein Pol gezeigt ist.
von innen nach außen erfolgen muß. Die Halbleiter- 20 In F i g. 1 ist das Gehäuse 1 mittels des Gewindegleichrichter sind bei einer derartigen Anordnung zapfens 2 in die Gleichstromschiene 3 eingeschraubt, demnach schwer zugänglich; eine solche Anordnung Im Gehäuse 1 befindet sich ein Halbleitergleichrichkann bei schnell umlaufenden Maschinen auch aus ter 4, bestehend aus einem Halbleiterelement 5 mit Platzgründen meistens nicht verwirklicht werden. den anlegierten Anschlußplättchen 6 und 7. Der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 25 Gleichrichter 4 kann beiderlei Polarität sein. Der-Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer selbe ist verbunden mit einem Bolzen 8, der durch rotierenden Welle einer elektrischen Maschine zu einen Isolierkörper 9 geführt ist. Halbleiterelement 5 schaffen, bei der die oben beschriebenen Nachteile und Isolierkörper 9 werden durch eine Feder 10 in der bisher bekannten Anordnungen nicht auftreten, Richtung einer Schulter lfdes Gehäuses 1 gedrückt, vor allem die Auswechselbarkeit der Halbleitergleich- 30 Der Bolzen 8 dient einerseits zur Abführung der Verrichter auf einfachste Weise möglich ist; insbeson- lustwärme aus dem Gleichrichter 4 nach außen, andere sollen das jeweilige Halbleiterelement und der dererseits stellt er die elektrische Verbindung der Isolierkörper des Gleichrichters nur auf Druck be- zwischen dem Gleichrichter 4 und der als Kühlfahne ansprucht werden; der Platzbedarf der Anordnung ausgebildeten Verbindungsleitung 12, welche zum reduziert auf ein Minimum ist, wobei aber die Zu- 35 Erregeranker führt. Die flexiblen Leitungen 13 und gänglichkeit bzw. Kühlung der einzelnen Halbleiter- 14 verbinden den Gleichrichter 4 mit der Gleichelemente zumindest im ausreichenden Maße sicher- stromschiene 3. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, wergestellt wird. den bei Drehung der Anordnung um die Achse 15

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- der Gleichrichter 4 und der Isolierkörper 9 nur auf löst, daß die Halbleitergleichrichter mit dem hohl- 40 Druck beansprucht; das Gehäuse 1 wird nur auf Zug zylindrischen Gehäuse auf dem äußeren Umfang der beansprucht. Das Gehäuse 1 kann nach Lösen der Welle montiert sind, so daß die Wandung des Ge- Mutter 16 zwecks Reparaturarbeiten schnell aus der häuses durch die Zentrifugalkräfte auf Zug und der Gleichstromschiene 3 geschraubt werden,
zwischen dem Halbleiterelement des Halbleitergleich- In F i g. 2 enthält das Gehäuse 17 einen Halbrichters und einer an der von der Welle abgewandten 45 leitergleichrichter 18 und eine zugehörige Sicherung Seite des Gehäuses befindlichen Schulter angeordnete 19. Das Gehäuse 17 ist zwecks Kühlung des Gleich-Isolierkörper auf Druck beansprucht werden. richters 18 mit öffnungen 20 versehen. Der Gleich-

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen richter 18 liegt zwischen den Kühlkörpern 21 und 22. Anordnung können im Gehäuse des Halbleitergleich- Der Kühlkörper 22 ist verlängert mit einem Bolzen richters außerdem eine Sicherung untergebracht und 50 23, der durch einen Isolierkörper 24 führt und als in der Wandung des Gehäuses öffnungen zur Küh- elektrische Verbindung dient zwischen dem Gleichlung des Halbleitergleichrichters vorgesehen sein, so richter 18 und der als Kühlfahne ausgebildeten Verdaß eine aus Halbleiterelement und Sicherung be- bindungsleitung 25. Die Sicherung 19 ist einerseits in stehende äußerst kompakte, lösbare Einheit erzielt den Kühlkörper 21, anderseits in einen Anschlußwird. 55 block 26 geschraubt. Das Ganze, umfassend Isolier-

Die raumsparende Anordnung wird gemäß einem körper, Halbleitergleichrichter, Kühlkörper, Sicheweiteren Merkmal der Erfindung dadurch vervoll- rung und Anschlußblock wird durch eine Feder 27 kommnet, daß die rotierende Welle einen axial ver- gegen eine Schulter 28 des Gehäuses 17 gedrückt, laufenden Hohlraum aufweist, in dem zwei konzen- Die flexiblen Leitungen 29 und 30 verbinden die trische, voneinander isolierte Gleichstromschienen 60 Sicherung 19 mit einem eingepreßten Kontaktblock entgegengesetzter Polarität angeordnet sind, in die 31, der den Boden des Gehäuses 17 bildet. Das Gedie Gehäuse der Halbleitergleichrichter mit der je- häuse 17 ist in eine Gleichstromschiene 32 eingeweils entsprechenden Polarität eingeschraubt werden. schraubt. Die Schiene 32 ist konzentrisch in der

Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil Hohlwelle 33 angeordnet und durch einen Isolierbesteht insbesondere darin, daß bei im wesentlichen 65 zylinder 34 davon getrennt. Der in die Hohlwelle 33 nur auf Druck beanspruchten Halbleiterelementen eingeschraubte Zylinder 35 isoliert das Gehäuse 17 und Isolierkörpern der bei den bisherigen Anordnun- von der Hohlwelle 33.
gen gebräuchliche, insbesondere ringförmige, mit der Der Erregergenerator 36 gemäß F i g. 3 weist eine

Fig. 1

Bezeichnungsliste

1 Gehäuse

2 Gewindezapfen

3 Gleichstromschiene

4 Halbleitergleichrichter,

5 Halbleiterelement

6 Anschlußplättchen

7 Anschlußplättchen

8 Bolzen

9 Isolierkörper

10 Feder

11 Schulter des Gehäuses 1

Hohlwelle 37 auf, in der eine positive und eine negative Gleichstromschiene 38 bzw. 39 konzentrisch verlaufen. Die Schiene 38 ist durch einen Isolierzylinder 40 von der Hohlwelle 37 und durch einen weiteren Isolierzylinder 41 von der Schiene 39 getrennt. In die Schiene 38 werden Gehäuse positiver Polarität, in der Schiene 39 Gehäuse negativer Polarität geschraubt. Die Gehäuse sind von der oben beschriebenen Konstruktion und enthalten je einen Gleichrichter und eine Sicherung.

F i g. 4 zeigt die elektrische Anordnung der Gleichrichter und Sicherungen hinsichtlich der Wicklungen 42, 43, 44 eines Pols des Generatorankers 45. Wie ersichtlich, liegt eine dreiphasige Brückenschaltung vor. Dämpfungswiderstände 46 und 47 sowie Kapazitäten 48 und 49 unterdrücken in bekannter Weise die bei der !Commutation der Gleichrichterströme entstehenden Überspannungen. Die Dämpfungswiderstände und Kapazitäten können, ähnlich wie die Gleichrichter und Sicherungen, in radial montierten Gehäusen untergebracht werden. Die beiden Gleichstromschienen 38 und 39 sind durch Überspannungsableiter 50 und 51 miteinander verbunden.

Fig. 2

Fig. 3

12

13,14 15 16

17 18 19 20

21,22 23 24 25 26 27 28

29,30 31 32 33 34 35

36 37 38 39 40

41

Fig.4

42, 43, 44 45

46,47

48,49

50, 51

Verbindungsleitung flexible Leitungen Achse Mutter

Gehäuse

Halbleitergleichrichter

Sicherung

Öffnungen

Kühlkörper

Bolzen

Isolierkörper

Verbindungsleitung

Anschlußblock

Feder

Schulter des Gehäuses

flexible Leitungen

Kontaktblock

Gleichstromschiene

Hohlwelle

Isolierzylinder

Zylinder

Erregergenerator Hohlwelle

positive Gleichstromschiene ^negative Gleichstromschiene Isolierzylinder weiterer Isolierzylinder

Wicklungen eines Pols

Generatoranker

Dämpfungswiderstände

Kapazitäten

Überspannungsableiter

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf einer rotierenden Welle einer elektrischen Maschine, bei der die in einem hohlzylindrischen metallischen, mit einem Isolierkörper versehenen Gehäuse eingeschlossenen Halbleitergleichrichter mit in radialer Richtung zur Welle verlaufender Achse derart montiert sind, daß die scheibenförmigen Halbleiterelemente durch die auftretenden Zentrifugalkräfte im wesentlichen auf Druck beansprucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergleichrichter (4; 18) mit dem hohlzylindrischen Gehäuse (1; 17) auf dem äußeren Umfang der Welle (33) montiert sind, so daß die Wandung des Gehäuses (1; 17) durch die Zentrifugalkräfte auf Zug und der zwischen dem Halbleiterelement (5) des Halbleitergleichrichters (4; 18) und einer an der von der Welle (33) abgewandten Seite des Gehäuses (1; 17) befindlichen Schulter (11; 28) angeordnete Isolierkörper (9; 24) auf Druck beansprucht werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (17) des Halbleitergleichrichters (18) eine Sicherung (19) untergebracht ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Gehäuses (17) öffnungen (20) zur Kühlung des Halbleitergleichrichters (18) vorgesehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Welle (37) einen axial verlaufenden Hohlraum aufweist, in dem zwei konzentrische, voneinander isolierte Gleichstromschienen (38, 39) entgegensetzter Polarität angeordnet sind, in die die Gehäuse (1; 17) der Halbleitergleichrichter (4; 18) mit der jeweils entsprechenden Polarität eingeschraubt werden.