DE2247627C3

DE2247627C3 - Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE2247627C3
Application number: DE2247627A
Authority: DE
Inventors: Katuhiko Yokohama Kubota; Tadayuki Tokyo Ozawa; Moriyasu Kanagawa Wada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1981-05-07
Also published as: FR2154729B1; GB1355010A; IT969456B; FR2154729A1; JPS4846559U; DE2247627B2; DE2247627A1; US3789275A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, die ein ringförmiges, isolierendes Substrat, in das ein Schaltungsmuster eingebettet ist, zwei sektorförmige Plattenelektroden und eine Vielzahl von Gleichrichterelementen aufweist, deren Zuführungs-

feo drähte sich durch das Substrat erstrecken und mit dem Schaltungsmuster verbunden sind und wobei Substrat und Plattenelektroden über eine Vielzahl von an einem dieser Teile angeformten Fortsätzen aneinander befestigt sind.

Eine derartige Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, die aus der DE-OS 19 43 333 bekannt ist, wird insbesondere für Wechselstromgeneratoren, die starken Vibrationen unterworfen sind, beispielsweise für Wech-

selstromgeneratoren in Kraftfahrzeugen, verwandt, die mit einer Gleichrichtervorrichtung zum Aufladen der Batterie versehen sind. Bei der bekannten Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung ist das Schaltungsmuster in Form von Leiterbahnen im Substrat verlegt und mit den Zuführungsdrähten für die Gleichrichterelemente verlötet, wobei die Zuführungsdrähte für die Gleichrichterelemente zusammen mit Fortsätzen an den Elektroden die Verbindungselemente zwischen den Elektroden und dem Substrat bilden. ι ü

Wenn diese bekannte Vorrichtung äußeren Stößen oder Schwingungen ausgesetzt wird, wie sie in Kraftfahrzeugen auftreten, besteht die Gefahr der Beschädigung der Lötverbindungen zwischen den Zuführungsdrähten für die Gleichrichterelemente und den im Substrat verlegten Leiterbahnen, da die Elektroden mit den Gleichrichterelementen und das Substrat gegenseitige Schwingungen ausführen können, wobei die dabei auftretenden Kräfte von den Zuführungsdrähten der Leiterelemente aufgenoi.imen und auf die Lötstellen und von diesen auch auf die Leiterbahnen übertragen werden. Diese Beanspruchungen können zu einem Brechen der Lötstellen und zu einem Abreißen der Leiterbahnen an den Lötverbindungen zu den Zuführungsdrähten der Gleichrichterelemente führen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, die eingangs genannte bekannte Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung so weiterzubilden, daß sie eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber starken Vibrationen zeigt. jo

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Substrat als gegossenes Harzteil ausgebildet ist, in das das Schaltungsmuster in Form eines entsprechend ausgebildeten leitenden Bleches oder in Form einer entsprechenden Folie eingegossen « ist und daß die Fortsätze aus Vorsprüngen des isolierenden Substrats bestehen, die in einem Stück mit dem gegossenen Harzteil an dessen einer Oberfläche ausgebildet sind und an denen die Plattenelektroden befestigt sind. 4»

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt den elektrischen Schaltplan einer Ausführungsform der Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, die in einen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug eingesetzt ist;

Fig.2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Halbleifer-Gleichrichtervorrichtung:

F i g. 3 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2;

F i g. 4 ist eine Ansicht von unten der Vorrichtung der Fig.2;

F i g. 5 ist eine Draufsicht auf das Substrat dpr F i g. 2;

Fig.6 zeigt einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 5;

Fig. 7 zeigt einen Schnitt längs der Linie 7-7 der Fig. 5;

F i g. 8 zeigt einen Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 5;

Fig.9 zeigt einen Schnitt längs der Linie 9-9 der Fig.2;

Fig. 10 zeigt einen Schmu längs der Linie 10-10 der Fig.2;

Fig. 11 und 12 zeigen verschiedene Beispiele der Lötverbindungen zwischen einer Leiterplatte und einem Elektrodenzuführungsdraht der Gleichrichterelemente.

Die Halbleiter-Gleichrich'crvorrichtung 2, die in F i g. 1 schematisch dargestellt ist, kann z. B. in einem Gehäuse 6 eines Wechselstromgenerators 4 für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die Gleichrichtervorrichtung umfaßt sechs Gleichrichterelemente 8, 10, 12, 14, 16 und 18, die zu einer Dreiphasen-Brückengleichrichterschaltung 20 geschaltet sind. Der positive Ausgangsanschluß 22 der Gleichrichterschaltung 20 ist mit dem positiven Anschluß einer Batterie 24 verbunden, die in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, während der negative Ausgangsanschluß 26 an Masse liegt. Der Dreiphasenausgang des Wechselstromgenerators 4 wird durch drei andere Gleichrichterelemente 28, 30 und 32 gleichgerichtet, um eine Ausgangsgleichspannung von dem Anschluß 33 über eine Feldwicklung 34 des Wechselstromgenerators 4 zu einem Feldanschluß 38 eines Reglers 36 und über einen Ausgangsanschluß 40 zu einem Ende einer Parallelschaltung aus einem Widerstand 42 und einer Anzeigelampe 44 zu führen. Der positive Augangsanschluß der Dreiphasen-Brückengleichrichterschaltung20 ist mit dem entgegengesetzten Anschluß der Parallelschaltung und über einen Zündschalter 46 mit einer nicht gezeigten Zündspule verbunden. Das Gehäuse 6 des Wechselstromgenerators 4 ist mit einem Anschluß 50 versehen, um-einen Kondensator 48 zwischen den Anschluß 22 und Masse zu schalten. Der Kondensator 48 hat die Wirkung, Wechselspannungskomponenten aus dem Gleichspannungsausgang der Brückengleichrichterschaltung 20 zu entfernen.

Die F i g. 2, 3 und 4 zeigen den Aufbau der Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung. Ein ringförmiges Substrat 52 umfaßt ein gegossenes Harzteil 53, in welches ein leitendes Blech eingegossen ist, das mit einem Schaltungsmuster (das später beschrieben wird) versehen ist, welches durch Stanzen eines dünnen Metallbleches hergestellt ist. Das Substrat 52 besitzt vier Vorsprünge 54, 55, 56 und 57, die an seiner Oberfläche in einem Stück mit ihm ausgebildet sind. Eine erste sektorförmige Elektrode 59 ist an zwei Vorsprüngen 56 und 57 mit Hilfe von zwei Ösen 58 befestigt, die als der negative Ausgangsanschluß 26 der Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung verwendet werden, während eine zweite sektorförmige Elektrode 61 an den anderen zwei Vorsprüngen 54 und 55 mit Hilfe von Ösen 60 befestigt ist, die gegen die Elektrode 61 mit Hilfe von isolierenden Abstandsstücken 62 isoliert sind. Eine positive Anschlußplatte 22 ist an der Elektrode 61 dicht angebracht. Die positive Anschlußplatte 22 ist mit einer U-förmigen Kerbe 64 versehen, um einen Zapfen 65 an der Elektrode 61 aufzunehmen. Da die ösen durch den in der Kerbe 64 aufgenommenen Zapfen 65 festgeklemmt sind, wird ein Drehen der Anschlußplatte 22 um die Ösen verhindert. Weiter ist ein Kondensatoranschluß 50 an der positiven Elektrode 61 mit Hilfe einer öse in der gleichen Weise befestigt wie die positive Anschlußplatte 22.

Die erste und zweite Elektrode 59 und 61 sind mit jeweils drei Vertiefungen 67 und 68 versehen. Kappenförniige Anoden der Halbleiter-Gleichrichterelemente 8,10 und 12 sind direkt an die Vertiefungen 67 gelötet, während kappenförmige Kathoden der Halbleiter-Gleichrichterelemente 14, 16 und 18 direkt an die Vertiefungen 68 gelötet sind. Die anderen Elektrodenzuführungsdrähte der Gleichrichterelemente 8 bis 18 führen durch Bohrungen im Substrat 52 zu dessen gegenüberliegender Oberfläche und sind dann an bestimmten Teilen des Schaltungsmusters der leitenden

Platte angelötet. Anschlußplatten 33 und 40 sind durch ösen an dem Substrat 52 befestigt, so daß die Anschlußplatten 33 und 40 mit den gewünschten Teilen des Schaltungsmusters verbunden sind. Diese Anschlußplatten 33 und 40 sind an dem unteren Teil von flachen Vertiefungen 70 und 72, die an der Oberfläche des Substrats 52 ausgebildet sind, befestigt, so daß eine Bewegung der Anschlußplatten 33 und 40 längs der Seitenwände der Vertiefungen 70 und 72 verhindert wird.

Das ringförmige Substrat 52 umfaßt ein gegossenes Teil 53, das durch Formen eines Gemisches aus einem ungesättigten Polyesterharz und einem Füllstoff, wie z. B. Glasfaserstückchen, im Spritzguß oder Übertragungsguß hergestellt ist, und Leiterbleche 74, 76, 78 und 80 mit Schaltungsmustern, die in das gegossene Teil 53 eingegossen sind. Jedes der Leiterbleche 74 bis 80 ist mit einem bestimmten Schaltungsmuster versehen, das aus einem Kupferblech oder einer Kupferfolie mit einer Dicke von z. B. 200 bis 500 μπι durch eine Preßbearbeitung oder eine chemische Ätzbehandlung hergestellt ist.

Das ungesättigte Polyesterharz hat eine geringe Schrumpfung von weniger als '/iooo%, und das gegossene Teil 53 kann im Spritzgußverfahren so geformt werden, daß es genaue Abmessungen hat. Das Leiterblech 74 ist mit öffnungen 82 und 84 für die Aufnahme von Zuleitungsdrähten für die Kathode des Halbleiter-Gleichrichterelementes 8 und für die Anode des Halbleiter-Gleichrichterelementes 14 und mit einer Öffnung 85 für die Aufnahme eines der Wechselspannungs-Eingangsanschlüsse des Dreiphasenwechselstromgenerators 4 ausgebildet. Das Leiterblech 76 ist mit einer öffnung 87 für die Aufnahme einer öse 86 (Fig. 2) zum Befestigen des Anschlusses 33 an dem gegossenen Teil 53, mit öffnungen 88, 89 und 90 für die Aufnahme der Kathodenzuführungsdrähte der Gleichrichterelemente 28, 30 und 32 und mit einer öffnung 92 für die Aufnahme einer öse 91 (Fig.2), die zum Befestigen des Ausgangsanschlusses 40 an dem Substrat 52 dient, versehen. Das Leiterblech 78 ist mit öffnungen 95 und 96 für die Aufnahme des Kathodenzuführungsdrahtes des Gleichrichterelementes 10 und des Anodenzuführungsdrahtes des Gleichrichterelementes 16 und einer Öffnung 97 für die Aufnahme des Ausgangsanschlusscs. der mit dem Wechselstromgenerator 4 verbunden ist, versehen. Das Leiterblech 80 ist mit öffnungen 98 und 99 für die Aufnahme des Kathodenzuführungsdrahtes des Gleichrichterelementes 12 bzw. des Anodenzuführungsdrahtes des Gleichrichterelementes 18 und einer Öffnung 100 für die Aufnahme des Wechselspannungseingangsanschlusses versehen, der mit dem Wechselstromgenerator 4 verbunden ist. Die Leiterbleche 74, 78 und 80 sind mix einem Brückeiigleichrichtungsschaltungsmuster für die Gleichrichtung des Dreiphasenwechselstromes, der durch den Wechselstromgenerator 4 erzeugt wird, ausgebildet, während das Leiterblech 76 mit einem Schaltungsmuster für den Versorgungsstrom zu der Feldwicklung des Wechselstromgenerators 4 ausgebildet ist Die öffnungen 84,96 und 99 sind elliptisch für die Aufnahme der Anodenzuführungsdrähte der Gleichrichterelemente 14,16 und 18 zusammen mit den Anodenzuführungsdrähten der Gleichrichterelemente 2830 und 32. Die in Fig. 5 gezeigten Öffnungen 102 und 104 sind vorgesehen, um die Leiterbleche 74 und 76 gegeneinander zu isolieren. In derselben Weise ist eine öffnung 106 vorgesehen, um die Leiterbleche 78 und 80 gegeneinander zu isolieren. Die Leiterbleche 74, 76 und 78 sind an den den

Öffnungen 102, 104 und 106 entsprechenden Stellen miteinander verbunden, wenn sie in dem gegossenen Teil 53 eingegossen werden, und werden nach dem Vergießen getrennt. Der Grund für das Verbinden der Leiterfläche 74, 76 und 78 an den den öffnungen 102, 104 und 106 entsprechenden Stellen ist, daß das Formen dieser Leiterbleche durch eine Preßbearbeitung oder ihr Anordnen während des Zusammenbaus vereinfacht wird.

Wie am besten in F i g. 6 zu sehen ist, sind die Vorsprünge 54 und 56 konisch, um das Spritzgußverfahren zu erleichtern. Diese Vorsprünge 54 und 56 sind mit Bohrungen 108 und 109 mit erweiterten Ausnehmungen 111 und 112 für die Aufnahme von ösen 60 bzw. 58 versehen. Die öffnung 113, die in dem gegossenen Teil 53 vorgesehen ist und der in F i g. 5 gezeigten Öffnung 95 entspricht, hat konisch zulaufende Abschnitte an den gegenüberliegenden Oberflächen des gegossenen Teils 53, wie in F i g. 7 gezeigt ist. Der Zweck dieser konisch zulaufenden Abschnitte ist es, einen leichten Zugang für die Spitze des Lötkolbens zu der Verbindungsstelle zwischen einem in die öffnung 95 eingesetzten Zuführungsdraht und dem Leiterblech 78 zu ermöglichen, und das Schmelzen des Teils des gegossenen Harzteils 53, um die Öffnung 113 durch die Hitze des Lötkolbens zu verhindern. Aus demselben Grunde haben alle Öffnungen, in denen ein Lötvorgang durchgeführt werden muß, an der Oberfläche des gegossenen Harzteils 53 konische Abschnitte.

Wie in F i g. 8 gezeigt ist, ist eine kreisförmige Ausnehmung 115 an der Oberfläche des gegossenen Teils 53 in dessen Bereichen zwischen den Öffnungen 88, 89, 90 und den öffnungen 84, 96, 99, die die Zuführungsdrähte der Gleichrichterelemente 28,30 und 32 aufnehmen, vorgesehen. Die Körper der Gleichrichterelemente 28, 30 und 32, deren Zuführungsdrähte an Teile zwischen den öffnungen 88 und 84, 89 und 96 bzw. 90 und 99 gelötet sind, sind in die kreisförmige Ausnehmung 115 eingepaßt und durch ein Klebemittel, wie z. B. Epoxyharz, an das gegossene Teil 53 gekittet.

Wie in F i g. 9 gezeigt ist, ist die positive Elektrode 61 an das gegossene Harzteil 53 durch ein isolierendes Abstandsstück 62 mit Hilfe einer öse 60 befestigt, die sich durch die Öffnung 108 des Vorsprungs 54 erstreckt, wobei die Schulter des isolierenden Abstandsstücks 62 in einer Öffnung der Elektrode 61 aufgenommen ist. Wie in Fig. 10 gezeigt ist. ist die negative Elektrode 59 direkt an dem Vorsprung 56 mit Hilfe der öse 58 befestigt, die sich durch die öffnung 109 des Vorsprungs 56 erstreckt.

Wie in F i g. 11 gezeigt ist, ist der Zuführungsdraht 116 des Gleichrichterelementes 10, welches durch die Öffnung 95 des Leiterblechcs 78 eingesetzt ist, an dem Leiterblech 78 angelötet. Um ein zuverlässiges Löten sicherzustellen, kann ein Kupferring 117 über den Zuführungsdraht 116 gezogen sein, um den Ring 117, den Zuführungsdraht 116 und das Leiterblech 78 mittels eines Lotes 118 zu einer Einheit zu verlöten. Eine andere, in Fig. 12 gezeigte Möglichkeit besteht darin, einen hochstehenden Rand 120 um die Öffnung 95 des Leiterbleches 78 auszubilden.

In der Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach der Erfindung sind die Gleichrichterelemente fest in dem isolierenden Substrat befestigt so daß die Vorrichtung äußerst widerstandsfähig gegen Stöße und Vibrationen ist Außerdem ist die Vorrichtung kompakt im Aufbau, einfach in der Herstellung und in der Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und Feuchtigkeit verbessert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, die ein ringförmiges, isolierendes Substrat in das ein Schaltungsmuster eingebettet ist, zwei sektorförmige Plattenelektroden und eine Vielzahl von Gleichrichterelementen aufweist, deren Zufiihrungsdrähte sich durch das Substrat erstrecken und mit dem Schaltungsmuster verbunden sind und wobei Substrat und Plattenelektroden über eine Vielzahl von an einem dieser Teile angeformten Fortsätzen aneinander befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat als gegossenes Harzteii (53) ausgebildet ist, in das das Schaltungsmuster in Form eines entsprechend ausgebildeten leitenden Bleches (74 bis 80) oder in Form einer entsprechenden Folie eingegossen ist. und daß die Fortsätze aus Vorsprüngen (54 bis 57) des isolierenden Substrats (52) bestehen, die in einem Stück mit dem gegossenen Harztei! (53) an dessen einer Oberfläche ausgebildet sind und an denen die Plattenelektroden (59,61) befestigt sind.

2. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegossene Harzteil (53) aus einem ungesättigten Polyesterharz hergestellt ist, das eine Schrumpfung von weniger als '/1000% besitzt.

3. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ungesättigte Polyesterharz Glasfasern als Füllstoff enthält.

4. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Blech (74 bis 80) mit einem Muster einer VoIlweg-Brückengleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Dreiphasenwechselstromes ausgebildet ist.

5. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Blech (74 bis 80) mit einem Muster einer Schaltung zur Stromversorgung der Feldwicklung des Wechselstromgenerators (4) versehen ist.

6. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterblech (74 bis 80) mit einer Vielzahl von elliptischen Öffnungen (84, 96, 99) versehen ist, die jeweils zwei Zuführungsdrähten der Gleichrichterelemente (14, 16,18) angepaßt sind.

7. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (52) mit einer Vielzahl von Durchbohrungen (108, 109) an Stellen versehen ist, die den Lötverbindungen zwischen den Zuführungsdrähten der Gleichrichterelemente und dem Schaltungsmuster entsprechen, und daß die entgegengesetzten Enden jeder dieser Durchbohrungen sich nach außen auf die Oberfläche des Substrats zu konisch erweitern.

8. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Ringe (117) für die Lötverbindungen zwischen den Zuführungsdrähten der Gleichrichterelemente und dem leitenden Blech (74 bis 80) mit dem Schaltungsmuster vorgesehen sind.

9. Halbleiter-Gleichrichtervoirichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (54 bis 57) auf ihre äußeren Enden zu abgeschrägt sind.

10. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der sektorförmigen Plattenelektroden (59) direkt an den Vorsprüngen (56,57) mit Hilfe einer ersten leitenden öse (58) befestigt ist, die als negativer Gleichspan- '■> nungsausgangsanschluß dient, und daß die zweite cektorförmige Plattenelektrode (61) an den Vorsprüngen (54, 55) mit Hilfe einer zweiten leitenden öse (60) über ein isolierendes Abstandsstück (62) befestigt ist

H) 11. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß jede dieser sektorförmigen Plattenelektroden (59, 61) mit einer Vielzahl von Vertiefungen (67, 68) versehen ist und daß die Elektrodenkappen der Gleichrichterelemente (8 bis 18) in diesen Vertiefungen (67, 68) aufgenommen sind.

12. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine Vielzahl von Anschlüssen (22, 50) an den sektorförmigen Flattenelektroden (59, 61) vorgesehen sind, daß jeder dieser Anschlüsse (22,50) mit einer Kerbe (64) ausgebildet ist, die einen Zapfen (65) aufnehmen kann, der an der sektorförmigen Plattenelektrode (59, 61) ausgebildet ist, um so ein Drehen der Anschlüsse (22, 50) in bezug auf die sektorförmigen Plattenelektroden (59,61) zu verhindern.

13. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Blech (74 bis 80) mit Durchbohrungen (95) versehen

J» ist die jeweils mit einem hochstehenden Rand (120) ausgebildet sind, und daß die Zuführungsdrähte für die Gleichrichterelemente durch diese Durchbohrungen (95) führen und mit den hochstehenden Rändern (120) verlötet sind.

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14. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreisförmige Ausnehmung (115) in einer Oberfläche des gegossenen Teils (53) ausgebildet ist, und daß der Körper der Gleichrichterelemente in dieser Ausneh-

■10 mung (115) aufgenommen und mit ihr mit Hilfe eines Bindemittels verkittet ist.

15. Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Vielzahl der Halbleiter-Gleichrichterelemente eine erste Gruppe von sechs Halbleiter-Gleichrichterelementen (8 bis 18), die eine Dreiphasen-Brückengleichrichterschaltung (20) bilden, und eine zweite Gruppe von drei Halbleiter-Gleichrichterelementen (28, 30, 32), die eine Vollweg-Gleichrichterschaltung bilden, umfaßt.