DE1950385A1 - Einrichtung zur Waermeableitung an einem elektrischen Generator - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Wärmeableitung an einem elektrischen Generator Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator und eine Einrichtung zur Wärmeableitung für die zum Generator gehörende Halbleiterschaltung.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige Einrichtung zur Wärmeableitung für die Bauteile zu schaffen, die bei einem elektrischen Generator verwendet werden.
• Weiter soll mit der Erfindung eine neuartige Wärmeableitung bzw. ein neuartiger Kühlkörper aus einem Stück geschaffen werden, mit dem der Stromlauf fUr einige daran befestigte Halbleiterbauteile festgelegt wird. Mit der Erfindung wird ferner auch eine neuartige Kombination von Generator und Wärmeableitung geschaffen.
• Diese und andere Vorteile der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 Ein elektrisches Stromlaufbild von einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Generator-, Gleichrichter- und Regelschaltung.
• Figur 2 Einen Stromlaufplan wie Figur 1 mit einer veränderten Schaltung.
• Figur 5 Eine Teilansicht mit dem Aufbau eines Synchrongenerators und seiner Gleichrichter- und Regelbauteile an einer Maschine.
• Figur 4 Den Aufriß es Stators mit Wärmeableitung des Synchrongenerators der Figur 3.
• Figur 5 Einen Schnitt durch den Aufbau der Figur 4 längs der Linie 5-5.
• Figur 6 Eine Teilansicht mit einer abgeänderten AusfUhrungsform der Wärmeableitung.
• Figur 1 zeigt das Stromlaufbild eines geregelten Synchrongenerators. Die Generatorwicklung 10 besitzt eine mit dem positiven Pol der Batterie B verbundenen Mittelpunktsanzapfung, während der negative Pol der Batterie an Masse liegt.
• Die Kathoden der beiden Dioden D 1 und D 2 sind mit den entgegengesetzten Enden der Generatorwicklung 10 verbunden und ihre Anoden haben einen gemeinsamen Masseanschluß. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Batterie B abwechselnd von den entgegengesetzten Hälften der Mittelpunkt-abgezapften Generatorwicklung 10 über die Dioden D 1 und D 2 aufgeladen.
• Die Regelung erfolgt durch den gesteuerten Halbleitergleichrichter SCR, dessen Elektroden paralell zur Diode D 2 geschaltet sind, wobei seine Kathode an Masse liegt und seine Anode mit der Kathode der Diode D 2 verbunden ist. Der Halbleitergleichrichter wird durch eine Torschaltung gezündet, wobei dieses Tor mit der Mittelpunktsanzapfung bzw. dem positiven Pol der Batterie B über die Zenerdiode Z und dem Widerstand R für den Spannungsabfall verbunden ist. Zwischen das Tor des Halbleitergleichrichters und seiner Kathode ist der Uberbrückungskondensator C geschaltet.
• Je nach der Charakteristik der Zenerdiode Z, der Größe des Widerstands R und der Größe der an der Mittelpunktsanzapfung anliegenden Spannung wird der Halbleitergleichrichter bei verschiedenen Teilen der Wechselspannungshalbperioden durchgesteuert, wodurch sich im allgemeinen ein Kurzsehluß oder ein Pfad niedriger Impedanz um die Batterie B ergibt, wodurch die Spannung an der Batterie B auf eine bestimmte Größe geregelt werden kann.
• Figur 2 zeigt eine abgeänderte Schaltung. Die Bauteile der Figur 2 sind denen der Figur 1 gleich und besitzen auch die gleichen Bezugszeichen mit dem Suffix "a". Wie bei der Schaltung der Figur 1 ist auch die Generatorwicklung 10 A der Figur 2 an de Mittelpunktsanzapfung Batterie B A angeschlossen und die beiden Dioden D 1 A und D 2 A liegen zwischen den entgegengesetzten Enden der Genratorwicklun 10A und Masse. Zwischen die Mittelpunktsanzapfung und die Anode des gesteuerten Halbleitergleichrichters SCR a ist die Regelwicklung 12 geschaltet und die Gleichrichterkathode liegt an Masse. Die Torschaltung von SCR a ist über die Zenerdiode Za und dem Widerstand R a für den Spannungsabfall mit der Mittelpunktsanzapfung verbunden. Im Ausführungsoeispiel der Fig. 2 können beide Hälften der Generatorwicklung 10 A abwechselnd durch die Regelwicklung 12 über SCR a bei verschiedenen Teilen der Halbperioden in Abhängigkeit davon nebengesehlossen werden, welche Spannung an der Mittelpunktsanzapfung erscheint; hiermit ist eine Regelung gegeben, wenn der Zeitpunkt der Durchsteuerung des SCR a verändert wird.
• Die Halbleiterbauteile, d.h. die Dioden und der gesteuerte Gleichrichter erzeugen beträchtliche Wärmemengen die abgeführt werden müssen. Um eine Überhitzung zu verhindern, sollen daher Halbleiterbauteile in eine Wärmeableitung bzw. einen KiElkörper eingebaut werden.
• In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Synchrongenerator mit der Generatorwicklung 10 an einer Brennkraftmaschine 14 angebaut. Eine Anzahl von Permanentmagneten 1b'des Synchrongenerators sind am Umfang des mit Flanschen versehenen Schwungrades 18 ang,eoracht, das mit der Kurbelwelle der Maschine 14 verbunden ist. Die Generatorwicklung 10 ist als Teil des Stators 20 ausgelegt, an welchem eine Ableitung 22 befestigt ist, wobei der Stator 20 und die Wärmeableitung 22 fest an der Maschine 14 montiert sind.
• Die Dioden D 1-und D 2, sowie der gesteuerte Halbleitergleichrichter SCR sind an der Wärmeableitung 22 in der nachstehend beschriebenen Weise angebaut: Der Stator 20 und die Wårmeableitung 22 sind gegen Drehung gesichert und somit wird die gewünschte elektrische Spannung in der Generatorwicklung 10 erzeugt, wenn das Schwungrad 18 die Permanentmagnete 16 dreht. Sogar bei der gezeigten Anordnung bewirkt die Drehung des Schwungrades 18 eine Zirkulation von Kühlluft um die an der Wärmeableitung 22 montierten Halbleiterbauteile und fördert so deren Kphlung.
• In Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Stators 20 und des Kühl- oder Wärmeableitkörpers 22 gezeigt. Die Generatorwicklung 10 ist auf eine Anzahl von am Umfang verteilten Fingern oder Polen 24 aufgewickelt, die sich radial nach außen erstrecken und Teil des kreisförmigen Ringkerns 26 sind. Der Kern 26 besteht aus Eisenlamellen mit guten magnetischen Eigenschaften und ist am Wärmeableitkörper 22 mit einer Anzahl von Rollenbolzen 90 befestigt. Der aus einem Stück bestehende Wärmeableitkörper 22 ist ebenfalls ringförmig und besitzt einen äußeren Flanschteil 52 von kleinerem Querschnitt. Die Dioden D 1 und D 2 sowie der Gleichrichter SCR sind in das Flanschteil )2 (siehe Figuren 4 und 5) eingebaut. Dem Flanschteil sind oeffnungen wie zum Beispiel die Öffnung 34 aufgeformt, die an ihrem hinteren Ende jeweils eine Lagerfläche besitzen, in welche die Halbleiterbauteile, wie .zum Beispiel die Diode D 1 mit Pressitz oder einem leichten Festsitz eingepasst sind. Bei diesem Aufbau besteht eine gute thermische Leitfähigkeit zwischen der Dioden 1 und dem Werkstoff des Wärmeableitkörpers 22.
• Der Wärmeableitkörper 22 besteht aus einem Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und ist in der bevorzugten Ausführungsform aus Aluminium gefertigt. Zusätzlich zur thermischen Leitfähigkeit sind die Halbleterbauteile, die Dioden D1, D2, und der gesteuerte Gleichrichter SCR so ausgelegt, daß ihre Außenhülse als Elektrode oder Leitwerk dient. Bei den Dioden D1, und D 2 ist die Außenhülse eine geerdete Anode, während beim gesteuerten Halbleitergleichrichter SCR die Außenhülse eine an Masse liegende Kathode ist. Somit stellen die Dioden D1 und D2 sowie der gesteuerte Halbleitergleichrichter SCR mit dem Wärmeableitkörper 22 elektrischen Kontakt her, wobei der Wärmeableiter als gemeinsame Leitung für diese Bauteile dient.
• Da der Wärmeableitkörper 22 mit dem Kern 26, sowie auch mit der Maschine 14 fest verbunden ist, erstreckt sich der Rücklauf-oder Erdungspfad zur Batterie B von den Bauteilen D1, D2 und SCR über den Wärmeableitkörper 22, die Maschine usw. Dies ist bedeutsam, da die Batterie normalerweise dem Schwungrad entfernt angeordnet ist. Somit braucht nur eine Leitung 56. von der Batterie B zum Synchrongenerator gezogen werden und diese Leitung )6 ist mit der Mittelpunktsanzapfung der Steuerwicklung 10 verbunden.
• Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Konstruktion' mit Mittelpunktsanzapfung werden nur 2 Dioden benötigt, die beide mit der gleichen Diode (Anode) in gleicher Weise an die gemeinsame elektrische Verbindung zum Wärmeableitkörper 22 angeschlossen sind. In Figur 4 ist die Zenerdiode Z und der Wlderstand-R mit den Elektroden des gesteuerten Halbleitergleichrichters verbunden.
• Figur 6 zeigt einen anderen Aufbau, bei welchem die Bauteile die gleichen Bezugszeichen der vorhergehenden Figuren führen, jedoch mit dem Zusatz "b. So besitzt das Flanschteil 52b des ringförmigen Wärmeableitkörpers 22b schalenförmige Vertiefungen an gealten Punkten 97 längs seines Umfangs.. Die Diode Dlb ist als Siliziumplättchen ausgebildet und im schalenförmigem Teil 57 angeordnet ; die von hier ausgehende Leitung )8 ist mit ihrer Kathode verbunden. Die Siliziumdiode Dlb'ist mit einem Harz mit dem schalenförmigem Teil 3G verklebt oder verbunden und kann mit einem Kunststoffüberzug 40 abgedichtet oder versiegelt werden.
• Die Siliziumdiode Dlb kann mit dem Werkstoff des schalenförmigen Teils 76 verlötet werden. Bei dieser Konstruktion kann der als Leiter (zur Anode) der Dioden wirkende getrennte Behälter, der zur Kontaktgabe mit dem Wdrmeableitkörper 22b dient, entfallen und der Kontakt direkt mit der anderen Elektrode- der Siliziumdiode Dlb hergestellt werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Elektrischer Generator zur Aufladung der Batterie einer Maschine mit einem elektrischen Generator, einem mit dem Generator elektrisch verbundenem Gleichrichter, der vom Generator zur Abgabe einer gleichgerichteten Ausgangsspannung betrieben wird, zum damit die Batterie aufzuladen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Anzahl von Halbleitern (B1, B2, SCR) enthält, ein gemeinsamer Wärmeableitkörper (22) vorgesehen ist, um mindestens einige der Halbleiter so anzubringen, daß deren Wärme abgeleitet wird, wobei der Wärmeableitkörper an einem Teil der Maschine (14) befestigt ist und mit ihr in elektrischen Kontakt steht, der Wärmeableitkörper (22) aus einem Werkstoff von guter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit besteht, und jet weils eine Elektrode einiger Halbleiter mit dem Wärmeableitkörper elektrisch verbunden ist, der einen gemeinsamen elektrischen Strompfad für alle mit ihm verbundenen Elektroden bildet, die Halbleiter zwei Dioden (D1, D2) umfassen, der Generator einen Stator (20) mit einer ittelpunktsangezapften Generatorwicklung (10) besitzt, in einem ersten elektrischen Stromkreis der eine Pol der Batterie (B) mit der Mittelpunktsanzapfung der Wicklung verbunden ist und der andere Pol der Batterie an die eine Elektrode über die Maschine, dem gemeinsamen elektrischen Strompfad und dem Wärmeableitkörper angeschlossen ist.

   2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Halbleiter (Dlb) als Plättchen ausgebildet I5t und mit dem Wärmeableitkdrper (22b) in elek-trischen Kontakt steht und zusammen mit ihm versiegelt ist.

   5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Halbleiter (D1, D2, SCR) elektrisch und thermisch mit dem Wärme-Ableitkörper (22) verbunden sind und einen gesteuerten Gleichrichter enthalten.

   4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten elektrischen Stromkreis (Figur 2) die andere Elektrode (Dla, D2a) an die entgegengesetzten Enden der Wicklung (los) geführt ist und ein Regelkreis (12) elektrisch mit der Wicklung verbunden ist und einen am Wärmeableitkörper angebrachten gesteuerten Halbleiterglelchrlchter (SCRa) besitzt, wobei der Wärmeableitkörper in thermisch leitender Verbindung mit einer mit ihm in elektrischell Kontakt stehen(len Elektrode ist.

   5'. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (20) einen aus Lamellen bestehenden Eisenkern besitzt, sowie eine Einrichtung, um den Kern und den Wärmeableitkörper miteinander in Wirkverbindung zu halten.

   6. Generator nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß er an einer Maschine (14) mit einer drehbaren Welle und einem Schwungrad ( -18) befestigt ist, das eine Anzahl von an seinem Umfang angeordneten Permanentmagneten (i6) besitzt, wobei die Generatorwicklung (10) längs den Magneten angeordnet ist, wodurch bei Drehung des Schwungrades. in der Wicklung eine Spannung erzeugt wird, und der erste elektrische Stromkreis einen elektrischen Strompfad bildet, der durch den Maschinenkörper führt.

   7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten elektrischen Stromkreis. die andere Elektrode einer jeden Diode an das entgegengesetzte Ende der Wicklung gefUhrt ist und der Regelkreis elektrisch mit der Wicklung verbunden ist, der ein am Wärmeableitkörper angebrachten gesteuerten Halbleitergleichrichter enthält, der in thermisch leitender Verbindung mit dem Wärmeableitkörper, sowie mit einer mit dem Wärmeableitkörper in Verbindun stehender Elektrode steht.

   8. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (20) einen aus Lamellen hergestellten Eisenkern besitzt, sowie eine Einrichtung, um den Kern und den Wärmeableitlcörper miteinander in Berührung zu halten.

   9. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Halbleiter als Plättchen ausgebildet ist und mit dem Wärmeableitkörper in elektrischem Kontakt steht sowie direkt mit ihm versiegelt ist.

   L e e r s e i t e