DE19723958C2 - Spannverband - Google Patents

Abstract

Eine Drosselspule (1), die erfindungsgemäß wenigstens ein einstückiges Induktivitätsteil (2) umfaßt, das als Luftspule ausgebildet ist, weist trotz geringer Baugröße eine hohe Induktivität auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannverband für einen Strom­ richter, der wenigstens einen Leistungs-Halbleiter, einen Flüssigkeitskühlkörper und eine innerhalb des Spannverbandes angeordnete Drosselspule aufweist, wobei die Drosselspule we­ nigstens ein einstückiges Induktivitätsteil umfaßt, das als Luftspule ausgebildet ist.

Ein derartiger Spannverband ist aus der EP 0 639 840 B1 be­ kannt. Die Drosselspule ist im bekannten Fall innerhalb des Spannverbandes angeordnet, wodurch das magnetische Feld auf die angrenzende Kühldose oder die Leistungs-Halbleiter ge­ richtet ist. Durch schnelle Stromänderungen werden in den an­ grenzenden Bauteilen Wirbelströme hervorgerufen. Diese Wir­ belströme verursachen hohe Verluste und verringern gleichzei­ tig die zur Strombegrenzung notwendige Induktivität der Luftspule.

Ferner ist aus der EP 0 465 700 B1 eine Drosselspule bekannt, die bei Stromrichterschaltungen als Kommutierungsinduktivität verwendet wird und die dazu dient, bei Stromrichterventilen, wie Thyristoren und GTO-Thyristoren, die Stromänderungsge­ schwindigkeit zu begrenzen. Die bekannte Drosselspule ist als Einleiterdrossel ausgeführt und besteht aus einem mit Kernen versehenen, rohrförmigen elektrischen Leiter. Als elektri­ scher Leiter dient ein Wärmerohr, auch Heat-Pipe genannt, auf dem die Kerne aufgeschoben sind. Die Kondensationszone des Wärmerohrs ist mit einem wärmeleitenden Montageblock verse­ hen, der als Wärmesenke dient. Mehrere Einleiterdrosseln kön­ nen zu einer Drosselanordnung zusammengefaßt werden, wobei die Montageblöcke mittels eines Spannverbandes mit Kühldosen thermisch miteinander verbunden sind. Die Verdampfungszonen wenigstens zweier Einleiterdrosseln sind mittels elektrisch leitender Verbindungsstege miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Einleiterdrosseln bzw. die aus mehreren Ein­ leiterdrosseln bestehende Drosselanordnung kann insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Stromrichern eingesetzt werden, wo­ bei die Kühlung durch auftretende Verschmutzung nicht beein­ flußt wird. Die für Dauerbetrieb gut geeignete Einleiterdros­ sel weist jedoch im Kurzschlußfall einen hohen Stromfluß auf.

Darüber hinaus ist durch die DE 26 40 901 C2 eine selbsttra­ gende Spule für einen Impulstransformator hoher Leistung be­ kannt. Die Spule wird aus einem Rohr durch entsprechend ein­ gefräste Schlitze gebildet.

Weiterhin ist aus der DE 91 11 720 U eine Drosselspule ohne Kern bekannt, die aus einer Wicklung mit einer vorgebbaren Zahl von Windungen und einem Spulenkörper besteht. Für die Wicklung ist ein flexibles Kabel vorgesehen und als Spulen­ körper dient eine Trägerplatte, deren Randbereiche mit Boh­ rungen und deren Innenbereich mit einem Durchbruch versehen sind. Pro Windung ist das Kabel durch eine Bohrung und den Durchbruch geführt. Diese Drosselspule, die auch als Toroid- Spule bezeichnet wird, ist zwar streufeldarm, jedoch nur für kurzzeitige Belastungen ausgelegt. Außerdem weist diese Dros­ selspule eine relativ große Baugröße auf, da eine große Lei­ terlänge für eine ausreichend große Induktivität notwendig ist. Aufgrund der großen Leiterlänge ist die Kühlung ungün­ stig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spannverband zu schaffen, der trotz geringer Baugröße eine hohe Induktivi­ tät aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Spannverbandes sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Der Spannverband nach Anspruch 1 weist wenigstens einen Lei­ stungs-Halbleiter, einen Flüssigkeitskühlkörper und eine in­ nerhalb des Spannverbandes angeordnete Drosselspule auf, wo­ bei die Drosselspule wenigstens ein einstückiges Induktivi­ tätsteil umfaßt, das als Luftspule ausgebildet ist. Es ver­ steht sich hierbei von selbst, daß das Induktivitätsteil aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Bevorzugte Ma­ teralien sind Kupfer und Aluminium. Erfindungsgemäß ist an dem Induktivitätsteil der Drosselspule wenigstens ein Aufnah­ meteil angeordnet, das wenigstens eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme mindestens einer Kernstange aufweist.

Durch die Einstückigkeit des Induktivitätsteils erhält man eine gute Verkopplung der Windungen und damit eine hohe In­ duktivität bei geringer Baugröße. Aufgrund der geringen Bau­ größe des Induktivitätsteils ergeben sich für die Windungen der Luftspule nur geringe Leiterlängen und damit entsprechend geringe ohmsche Verluste. Weiterhin weist die Drosselspule des erfindungsgemäßen Spannverbandes aufgrund ihrer geringen Baugröße auch eine hohe mechanische Stabilität auf, so daß bei auftretenden Kurzschlußströmen, die durch das Abstoßen der Windungen hervorgerufenen Kurzschlußkräfte höchstens nur zu geringen Verformungen der Luftspule führen.

Erfindungsgemäß ist an dem Induktivitätsteil wenigstens ein Aufnahmeteil für eine Kernstange angeordnet, wobei es beson­ ders vorteilhaft ist, das Induktivitätsteil und das Aufnahme­ teil bzw. die Aufnahmeteile - wie in Anspruch 4 beschrieben - einstückig auszubilden. Bei dem Spannverband gemäß Anspruch 1 erhält man eine gute Kombination aus linearer Luftspule und sättigbaren Kernstangen. Die Kurzschlußströme sind damit wir­ kungsvoll zu begrenzen, wodurch die Stromschienen mechanisch entlastet werden.

Die in dem Spannverband gemäß Anspruch 1 eingesetzte Drossel­ spule ist besonders einfach und kostengünstig durch einfache mechanische Bearbeitung aus einem Metallstück, vorzugsweise aus einem Kupferblock herstellbar. Hierbei wird das Metall­ stück, welches das Induktivitätsteil bilden soll, durch radi­ al ausgeführtes Schlitzen und durch eine mittig angebrachte Durchgangsbohrung gefertigt. Bei diesem Herstellverfahren er­ hält man damit auf einfache Weise ein einstückiges, als Luftspule ausgebildetes Induktivitätsteil.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannverband dienen als Flüssig­ keitskühlkörper vorzugsweise Wasserkühldosen, die ein- oder beidseitig auf der Anordnung anliegen. Auf diese Weise wird der gesamte Spannverband wirkungsvoll gekühlt.

Ein besonderer Vorteil des Spannverbandes nach Anspruch 1 liegt darin, daß das magnetische Feld nicht auf die Kühldosen gerichtet ist und damit keine Wirbelstrome in die Kühldose induziert werden. Der Spannverband mit der Drosselspule zur Erhöhung der Kommutierungsinduktivität kann damit sowohl mit Metall-Kühldosen als auch mit Keramik-Kühldosen ausgeführt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den weiteren An­ sprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Drosselspule für einen er­ findungsgemäßen Spannverband,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Spannverbandes mit einer Drosselspule gemäß Fig. 1 und einer Metall- Kühldose,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Spannverbandes mit einer Drosselspule gemäß Fig. 1 und einer Keramik- Kühldose.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Drosselspule bezeichnet, die im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel ein Induktivitätsteil 2 umfaßt, das als Luftspule ausgebildet ist. An dem Induktivitätsteil 2 sind zwei Aufnahmeteile 3 und 4 angeordnet. Die beiden Auf­ nahmeteile 3 und 4 dienen zur Aufnahme jeweils einer Kern­ stange 5 (siehe Fig. 2 und 3) und tragen nicht zur Induktivi­ tät bei.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Induktivitätsteil 2 sowie die Aufnahmeteile 3 und 4 aus einem Kupferblock gefertigt. Die Luftspule wird hierbei durch radi­ al ausgeführtes Schlitzen des Induktivitätsteils 2 und durch eine mittig im Induktivitätsteil 2 angebrachte Durchgangsboh­ rung 6 gefertigt. Weiterhin weisen die beiden Aufnahmeteile 3 und 4 jeweils eine Durchgangsbohrung 7 bzw. 8 zur Aufnahme der Kernstangen 5 auf.

Durch das erfindungsgemäß einstückig ausgebildete Induktivi­ tätsteil 2 erhält man eine gute Verkopplung der Windungen 9 im Induktivitätsteil 2, wodurch eine hohe Induktivität bei geringer Baugröße erreicht wird. Aufgrund der geringen Bau­ größe ergibt sich auch ein entsprechend geringer Materialbe­ darf für die Herstellung der Drosselspule.

Der in Fig. 2 und 3 gezeigte Spannverband umfaßt die in Fig. 1 dargestellte Drosselspule 1 sowie einen Leistungs-Halbleiter 10 und einen Flüssigkeitskühlkörper 11 (Fig. 2) bzw. einen Leistungs-Halbleiter 10 und einen Flüssigkeitskühlkörper 12 (Fig. 3).

Bei dem Flüssigkeitskühlkörper 11 handelt es sich um eine Me­ tall-Kühldose. Der Flüssigkeitskühlkörper 12 ist als Keramik- Kühldose ausgebildet. Bei Verwendung einer Metall-Kühldose 11 ist zwischen der Drosselspule 1 und der Metall-Kühldose 11 eine Isolierscheibe 13 aus Keramik vorgesehen.

Zwischen der Metall-Kühldose 11 und dem Leistungs-Halbleiter 10 bzw. zwischen der Keramik-Kühldose 12 und dem Leistungs- Halbleiter 10 ist jeweils ein Anschlußblech 14 angeordnet. Da das Anschlußblech 14 auf Potential liegt, ist zwischen dem Anschlußblech 14 und der Metall-Kühldose 11 eine weitere Iso­ lierscheibe 15 angeordnet (Fig. 2).

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Spannverband sind keine Isolier­ scheiben erforderlich, da die Keramik-Kühldose 12 selbst iso­ lierend wirkt.

Bei der in Fig. 2 und 3 gewählten Ansicht ist nur das Aufnah­ meteil 3 der Drosselspule 1 sichtbar. Das Induktivitätsteil 2 wird vom Aufnahmeteil 3 verdeckt. Im Aufnahmeteil 3 ist eine Kernstange 5 eingesetzt.

Ein besonderer Vorteil der in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnung liegt darin, daß das magnetische Feld nicht auf die Kühldosen 11 bzw. 12 gerichtet ist und damit keine Wirbelstrome in die Kühldose induziert werden. Der Spannverband mit der Drossel­ spule 1 zur Erhöhung der Kommutierungsinduktivität kann damit sowohl mit Metall-Kühldosen 11 als auch mit Keramik-Kühldosen 12 ausgeführt werden.

Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Spannverband wird durch die in Pfeilrichtung wirkenden Einspannkräfte zusammengehalten.

Claims (4)

1. Spannverband für einen Stromrichter, der wenigstens einen Leistungs-Halbleiter (10), einen Flüssigkeitskühlkörper (11, 12) und eine innerhalb des Spannverbandes angeordnete Drosselspule (1) aufweist, wobei die Drosselspule (1) wenigstens ein einstückiges Induktivitätsteil (2) umfaßt, das als Luftspule ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Induktivitätsteil (2) der Drosselspule (1) wenigstens ein Aufnahmeteil (3, 4) angeordnet ist, das wenigstens eine Durchgangsbohrung (7, 8) zur Aufnahme mindestens einer Kernstange (5) aufweist.

2. Spannverband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätsteil (2) der Drosselspule (1) aus Kupfer besteht.

3. Spannverband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätsteil (2) der Drosselspule (1) aus Aluminium besteht.

4. Spannverband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätsteil (2) der Drosselspule (1) und das Aufnahmeteil bzw. die Aufnahmeteile (3, 4) einstückig ausgebildet sind.