EP4268354A1 - Rotatable electrical rectifier for a separately excited synchronous machine - Google Patents

Rotatable electrical rectifier for a separately excited synchronous machine

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Publication number
EP4268354A1
EP4268354A1 EP21844698.7A EP21844698A EP4268354A1 EP 4268354 A1 EP4268354 A1 EP 4268354A1 EP 21844698 A EP21844698 A EP 21844698A EP 4268354 A1 EP4268354 A1 EP 4268354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rectifier
housing
electrical
synchronous machine
circuit board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21844698.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Kozlowski
Penyo Topalov
Florian Osdoba
Philipp Zimmerschied
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP4268354A1 publication Critical patent/EP4268354A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/042—Rectifiers associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

Definitions

  • the invention relates to a rotatable electrical rectifier for an electrical, externally excited synchronous machine with an inductive energy transmission and a synchronous machine with such a rectifier.
  • So-called externally excited synchronous machines require an electrical DC voltage in their rotor to generate the magnetic rotor field. This process is called “rotor excitation”.
  • the electrical rotor voltage is transmitted to the rotating rotor as electrical DC voltage using so-called carbon brush slip ring contacts.
  • carbon brushes wear down, especially at high speeds, and can produce undesirable electrically conductive carbon dust.
  • the functional principle of said inductive energy transmission is based on an electrical transformer, with the primary coil of the transformer being arranged on the stator of the rotary transformer or the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical AC voltage is always generated first in the secondary coil during inductive energy transmission, it is necessary to convert the electrical AC voltage generated using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor. electrically rectified, i.e. converted into a rectified electrical voltage.
  • the basic idea of the invention is therefore to arrange the electrical rectifier circuit of a rectifier for rectifying an electrical AC voltage into a directed electrical voltage on a ring-shaped printed circuit board, which in turn is arranged in a likewise ring-shaped metallic housing made of a metal.
  • the housing with the printed circuit board and the rectifier circuit can thus be easily attached to a rotatable rotor shaft of a separately excited synchronous machine, which rotates about a predetermined axis of rotation during operation of the separately excited synchronous machine or relative to the stationary stator.
  • an effective heat dissipation of the waste heat generated by the rectifier circuit during operation can also be achieved by means of the housing through surface contact of the printed circuit board with the metallic housing.
  • the housing can be used to mechanically stabilize the components of the rectifier circuit arranged on the printed circuit board, in particular its rectifier elements, even at high speeds of rotation of the rotor.
  • the inventive When used in a separately excited synchronous machine, the rectifier therefore has the desired high speed stability.
  • a rectifier according to the invention for a rotor of an electrical rotary transformer or for an externally excited synchronous machine, in particular for a traction motor of a vehicle comprises a housing made of metal, which delimits a housing interior.
  • the housing has an annular geometry and encloses a through-opening for receiving a rotor shaft of an electrical synchronous machine.
  • the housing comprises a housing upper part and a housing lower part.
  • the rectifier comprises a printed circuit board arranged on the lower part of the housing in the interior of the housing.
  • An electrical rectifier circuit for rectifying an electrical AC voltage, preferably into a rectified electrical voltage, is arranged on the printed circuit board.
  • This rectifier circuit includes at least one electrical rectifier element for rectifying the electrical AC voltage.
  • the rectifier element can be a rectifier diode or a transistor, in particular a MOSFET.
  • the metal housing completely surrounds the interior of the housing.
  • the rectifier circuit is electrically shielded particularly well from the external environment of the rectifier, particularly when used in a separately excited synchronous machine, from electrical and magnetic interference.
  • the at least one rectifier element can expediently be attached to the printed circuit board in each case by means of a soldered connection or by means of a press contact. This allows easy assembly of the rectifier elements on the printed circuit board.
  • the at least one rectifier element rests with its diode housing radially on the inside against an inner peripheral wall of the lower housing part. If the rotor of a rotary transformer using the rectifier according to the invention or a separately excited electrical synchronous machine using the rectifier according to the invention rotates--in particular at high speed--the diode housings are mechanically stabilized by means of the inner circumferential wall.
  • the upper housing part has an opening collar which encloses the through-opening and extends axially.
  • the at least one rectifier element rests with its diode housing radially on the outside on the housing collar. This measure also brings about good thermal contact between the rectifier element and the upper part of the housing. This applies in particular when the rectifier is in operation, ie when the housing rotates and the centrifugal force causes the rectifier elements to be pressed radially outwards against the opening collar. Waste heat generated by the rectifier element during operation can thus also be effectively dissipated via the upper housing part in addition to the lower housing part.
  • the printed circuit board rests flat against the lower housing part. In this way, waste heat that is generated during operation by the components of the rectifier circuit provided on the circuit board and/or by electrical/electronic components connected upstream or downstream of the rectifier circuit can escape via the housing to the external environment of the rectifier be given. Undesirable heating or even overheating of the printed circuit board and the rectifier circuit arranged on it, which could lead to damage to the same, can be counteracted in this way.
  • a preferably electrically insulating, thermally conductive means in particular a so-called “gap pad”, can be arranged between the diode housing and the opening collar of the upper housing part.
  • the at least one rectifier element can expediently be arranged in an intermediate space formed between the inner peripheral wall and the opening collar. This measure mechanically stabilizes the rectifier element when the rectifier is rotated at high speed as part of a rotor of a separately excited synchronous machine.
  • an intermediate space present between the printed circuit board and the lower housing part can be at least partially, preferably completely, with a preferably electrically conductive thermal conductor , In particular a so-called. "Gap Pad" to be filled.
  • a gap present between the circuit board and the upper part of the housing can be at least partially, preferably completely, filled with a filling medium for mechanically fixing the circuit board in the housing interior.
  • the filling medium is preferably or comprises a casting compound, particularly preferably made of an electrically insulating material. This measure results in an improved fixation of the printed circuit board in the interior of the housing, in particular when the housing rotates at high speed during operation in a synchronous machine.
  • the at least one rectifier element preferably the at least one rectifier diode, is attached to the printed circuit board by means of at least one soldered connection.
  • Classic soldered connections can be used here, but soldered connections in SMD construction are also conceivable as an alternative or in addition.
  • the at least one rectifier element is arranged entirely on a radially inner end section of the printed circuit board.
  • said radially inner end section can extend over at most 30%, preferably at most 25%, particularly preferably at most 20%, of a radial extension of the printed circuit board. This can preferably apply to all, preferably all, rectifier elements. In this way, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element can be kept low.
  • At least one rectifier element has an axial extent that is greater than a radial extent of the same rectifier element. This can preferably apply to all, preferably all, rectifier elements. In this way, too, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element can be kept small.
  • the axial extent is preferably at least twice, preferably at least four times, the radial extent.
  • the electrical rectifier 100 can preferably be designed to process an electrical output of at least 3 kW, preferably at least 30 kW.
  • the electrical rectifier 100 is particularly preferably designed to process electrical power between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW.
  • the rectifier can thus also be used in a traction motor for the wireless transmission of an electrical rotor current to a rotor of the traction motor.
  • the invention therefore also relates to the use of the rectifier according to the invention presented above in a traction motor of a vehicle.
  • the invention also relates to an externally excited electrical synchronous machine with an electrically energizable synchronous machine stator for generating a magnetic stator field.
  • the synchronous machine also includes a synchronous machine rotor that can be electrically energized and is rotatable relative to the synchronous machine stator in order to generate a magnetic rotor field.
  • the synchronous machine rotor has a synchronous machine rotor shaft and an electrical rectifier according to the invention as presented above, the synchronous machine rotor shaft passing through the passage opening bordered by the housing of the rectifier and the housing being fixed firmly, in particular with a positive fit, to the synchronous machine rotor shaft.
  • the synchronous machine according to the invention can be used in particular in a motor vehicle, which can include a battery as the energy source.
  • the synchronous machine is used in particular to drive the motor vehicle, and is therefore designed in particular as a traction motor.
  • the traction motor according to the invention preferably has an output or drive power of at least 3 kW, preferably at least 30 kW.
  • the traction motor according to the invention particularly preferably has an output or drive power of between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW.
  • waste heat which occurs to a much greater extent in the traction motor according to the invention than in electric motors with a lower output power, can be dissipated particularly effectively via the transformer core present in the rotary transformer stator.
  • FIG. 1 shows an example of a rectifier according to the invention without a housing upper part in a perspective view
  • FIG. 2 shows the housing upper part of the housing of the rectifier, not shown in FIG. 1, in a separate illustration
  • FIG 3 shows the rectifier of FIGS. 1 and 2 in an assembled state.
  • Figure 1 shows an example of a rectifier 100 according to the invention without a housing upper part 104, so that a housing interior 101 delimited by the housing upper part 104 and the housing lower part 105 - both housing parts 104, 105 form a housing 102 of the rectifier 100 made of metal when assembled - can be seen.
  • FIG. 2 shows the upper housing part 104, which is not shown in FIG. 1, in a separate representation.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate that the housing 102 has an annular geometry and encloses a through-opening 103 .
  • An axial direction A extends along a central longitudinal axis M of the annular housing 102.
  • a radial direction R extends away from the central longitudinal axis M perpendicularly to the axial direction A.
  • a circumferential direction U extends perpendicularly to the axial direction A and also perpendicularly to the radial direction R and runs around the central longitudinal axis M.
  • the central longitudinal axis M is identical to an axis of rotation D, about which the housing 102 rotates when the rectifier 100 installed in a synchronous machine rotor of a separately excited synchronous machine.
  • a synchronous machine rotor shaft (not shown) rotatable about the axis of rotation D of the synchronous machine rotor passes through the through opening 103, the housing 102 being non-rotatably attached to this synchronous machine rotor shaft (not shown).
  • the housing upper part 104 and the housing lower part 105 also have such an annular geometry—in a manner analogous to the entire housing 102—and each enclose the through-opening 103 .
  • the upper housing part 104 also has an opening collar 111 that encloses the through-opening 103 and extends axially.
  • the lower housing part 105 of the housing 102 has a housing base 112 and an inner peripheral wall 110 which protrudes axially from the housing base 112 and encloses the through-opening 103 .
  • the inner peripheral wall 110 and the housing base 112 are expediently formed integrally with one another.
  • FIG. 1 shows that a printed circuit board 106 is arranged on the housing lower part 105 in the housing interior 101 .
  • a printed circuit board 106 is arranged on the housing lower part 105 in the housing interior 101 .
  • circuit board 106 is in turn arranged an electrical rectifier circuit 107 for rectifying an electrical AC voltage, preferably in a rectified electrical voltage.
  • the electrical rectifier circuit 107 comprises four electrical rectifier elements 108a-108d, which in the example are each designed as a rectifier diode with a respective diode housing 109a-109d.
  • Transistors in particular MOSFETs, can also be used as an alternative to rectifier diodes.
  • the rectifier elements 108a-108d or the rectifier diodes can be attached to the printed circuit board 106 by means of respective soldered connections.
  • Classic soldered connections can be used here, but soldered connections in SMD construction are also conceivable as an alternative or in addition.
  • the rectifier elements 108a-108d can be attached to the printed circuit board 106 by means of through-hole mounting and each fixed to the printed circuit board 106 by means of a soldered connection.
  • the rectifier circuit 107 can have further electronic components which are arranged on the printed circuit board 106 . These components can in particular be SMD components, which can thus dissipate the waste heat developed during operation to the printed circuit board 106 and via this to the housing 102 .
  • electrical/electronic components 108a-108d which are connected downstream of the rectifier circuit 107 with the four rectifier elements 108a-108d and which can in particular be embodied as SMD components can be arranged on the printed circuit board 106.
  • the electrical rectifier 100 can be designed to process an electrical output of at least 3 kW, preferably at least 30 kW.
  • the electrical rectifier 100 is particularly preferably designed to process electrical power between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW.
  • FIG. 3 shows the rectifier 100 in a sectional illustration in an assembled state.
  • the rectifier elements 108a - 108d can be arranged entirely on a radially inner end portion of the printed circuit board 106 . Starting from the radially inner end of the printed circuit board 106, the radially inner end section can extend over at most 30%, preferably at most 25%, particularly preferably at most 20%, of a total radial extension of the printed circuit board. In this way, the centrifugal forces acting on the respective rectifier elements 108a-108d can be kept small.
  • the four rectifying elements 108a - 108d are also arranged in a space 114 formed between the inner peripheral wall 110 and the opening collar 111 .
  • Each of the four rectifier elements 108a-108d has a diode housing 109a-109d.
  • the four rectifier elements 108a-108d bear with their respective diode housing 109a-109d radially on the inside against an inner peripheral wall 110 of the lower housing part 105, which wall encloses the through-opening 103.
  • the four rectifier elements 108a-108d with their respective diode housings 109a-109d bear against the opening collar 111 radially on the outside.
  • the rectifier elements 108a-108d each have an axial extent measured along the axial direction, which is greater than their respective radial extent measured along the radial direction R. In this way, too, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element 108a-108d can be kept small.
  • a thermal conductive means 115 for example said "gap pad” 116, made of a material with high be arranged fro thermal conductivity.
  • an intermediate space 117 present between printed circuit board 106 and lower housing part 105 can be at least partially, preferably completely, equipped with a thermal conductor 118, in particular with the aforementioned gap pad 119, preferably made of an electrically insulating material to be filled.
  • an intermediate space between circuit board 106 and housing top part 104 can be filled at least partially, preferably completely, with a filling medium, preferably a potting compound, particularly preferably made of an electrically insulating material.

Abstract

The invention relates to a rectifier (100) for a separately excited synchronous machine. The rectifier (100) comprises a housing (102) made of a metal, which housing delimits a housing interior (101). The housing (102) has an annular geometry and surrounds a through-opening (103). The housing (102) comprises a housing upper part (104) and a housing lower part (105). Furthermore, the rectifier comprises a circuit board (106), which is disposed in the housing interior (101) on the housing lower part (105). An electrical rectifier circuit (107) for rectifying an alternating voltage is disposed on the circuit board (106). This rectifier circuit (107) comprises at least one electrical rectifier element (108a-108d) for rectifying an alternating voltage.

Description

Rotierbarer elektrischer Gleichrichter für eine fremderregte Synchronmaschine Rotatable electrical rectifier for a separately excited synchronous machine
Die Erfindung betrifft einen rotierbaren elektrischen Gleichrichter für eine elektrische fremderregte Synchronmaschine mit einer induktiven Energieübertragung sowie eine Synchronmaschine mit einem solchen Gleichrichter. The invention relates to a rotatable electrical rectifier for an electrical, externally excited synchronous machine with an inductive energy transmission and a synchronous machine with such a rectifier.
Sogenannte fremderregte Synchronmaschinen benötigen in ihrem Rotor eine elektrische Gleichspannung zur Erzeugung des magnetischen Rotorfeldes. Dieser Vorgang wird als "Rotorerregung" bezeichnet. Bei herkömmlichen fremderregten Synchronmaschinen wird die elektrische Rotorspannung als elektrische Gleichspannung mithilfe sogenannter Kohlebürste-Schleifring-Kontakte auf den sich drehenden Rotor übertragen. Als nachteilig daran erweist sich, dass sich die Kohlebürsten gerade bei hohen Drehzahlen verschleißbedingt abschleifen und dabei unerwünschten elektrisch leitenden Kohlestaub erzeugen können. So-called externally excited synchronous machines require an electrical DC voltage in their rotor to generate the magnetic rotor field. This process is called "rotor excitation". In conventional externally excited synchronous machines, the electrical rotor voltage is transmitted to the rotating rotor as electrical DC voltage using so-called carbon brush slip ring contacts. The disadvantage of this is that the carbon brushes wear down, especially at high speeds, and can produce undesirable electrically conductive carbon dust.
Alternativ zu einer solchen Übertragung des elektrischen Gleichstroms mit Hilfe von Schleifringen ist es bekannt, die elektrische Spannungsübertragung auf den sich drehenden Rotor induktiv, also drahtlos, zu realisieren. Ein solcher Aufbau wird als Teil einer fremderregten Synchronmaschine auch als "Drehtransformator" oder induktiver Übertrager bezeichnet. As an alternative to such a transmission of the electrical direct current with the aid of slip rings, it is known to implement the electrical voltage transmission to the rotating rotor inductively, ie wirelessly. As part of a separately excited synchronous machine, such a structure is also referred to as a “rotating transformer” or inductive transformer.
Das Funktionsprinzip besagter induktiver Energieübertragung basiert auf einem elektrischen Transformator, wobei die Primärspule des Transformators am Stator des Drehtransformators bzw. der Synchronmaschine angeordnet ist und die Sekundärspule am sich drehenden Rotor. Da bei der induktiven Energieübertragung in der Sekundärspule zunächst immer eine elektrische Wechselspannung erzeugt wird, ist es erforderlich, die erzeugte elektrische Wechselspannung mithilfe einer geeigneten Gleichrichter-Schaltung, die ebenfalls am Rotor angeordnet sein kann, elektrisch gleichzurichten, also in eine gleichgerichtete elektrische Spannung umzuwandeln. The functional principle of said inductive energy transmission is based on an electrical transformer, with the primary coil of the transformer being arranged on the stator of the rotary transformer or the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical AC voltage is always generated first in the secondary coil during inductive energy transmission, it is necessary to convert the electrical AC voltage generated using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor. electrically rectified, i.e. converted into a rectified electrical voltage.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Gleichrichtern für fremderregte Synchronmaschinen neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform für einen solchen Gleichrichter geschaffen werden, der sich durch einen technisch einfachen Aufbau auszeichnet und dennoch eine Drehung des Rotors und damit des Gleichrichters mit hoher Drehzahl - diese Eigenschaft ist dem einschlägigen Fachmann auch unter der Bezeichnung "hohe Drehzahlfestigkeit" geläufig - erlaubt. It is an object of the present invention to show new ways in the development of rectifiers for separately excited synchronous machines. In particular, an improved embodiment of such a rectifier is to be created, which is characterized by a technically simple structure and yet allows the rotor and thus the rectifier to rotate at high speed - this property is also known to the relevant specialist under the term "high speed stability" - permitted.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject matter of the dependent patent claims.
Grundidee der Erfindung ist demnach, die elektrische Gleichrichterschaltung eines Gleichrichters zum Gleichrichten einer elektrischen Wechselspannung in eine gerichtete elektrische Spannung auf einer ringförmigen Leiterplatte anzuordnen, die wiederum in einem ebenfalls ringförmigen metallischen Gehäuse aus einem Metall angeordnet wird. Das Gehäuse mit der Leiterplatte und der Gleichrichterschaltung kann somit auf einfache Weise an einer drehbaren Rotorwelle einer fremderregten Synchronmaschine befestigt werden, welche sich im Betrieb der fremderregten Synchronmaschine bzw. gegenüber dem ortsfesten Stator um eine vorgegebene Drehachse dreht. Darüber hinaus kann bei der hier vorgestellten Lösung mittels des Gehäuses auch eine wirksame Wärmeabfuhr der von der Gleichrichterschaltung im Betrieb erzeugten Abwärme durch flächigen Kontakt der Leiterplatte mit dem metallischen Gehäuse erreicht werden. Schließlich kann das Gehäuse dazu verwendet werden, auch bei hohen Drehzahlen des Rotors die auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten der Gleichrichterschaltung, insbesondere deren Gleichrichterelemente, mechanisch zu stabilisieren. Der erfindungsgemäße Gleichrichter besitzt somit bei Verwendung in einer fremderregten Synchronmaschine die gewünschte hohe Drehzahlfestigkeit. The basic idea of the invention is therefore to arrange the electrical rectifier circuit of a rectifier for rectifying an electrical AC voltage into a directed electrical voltage on a ring-shaped printed circuit board, which in turn is arranged in a likewise ring-shaped metallic housing made of a metal. The housing with the printed circuit board and the rectifier circuit can thus be easily attached to a rotatable rotor shaft of a separately excited synchronous machine, which rotates about a predetermined axis of rotation during operation of the separately excited synchronous machine or relative to the stationary stator. In addition, with the solution presented here, an effective heat dissipation of the waste heat generated by the rectifier circuit during operation can also be achieved by means of the housing through surface contact of the printed circuit board with the metallic housing. Finally, the housing can be used to mechanically stabilize the components of the rectifier circuit arranged on the printed circuit board, in particular its rectifier elements, even at high speeds of rotation of the rotor. The inventive When used in a separately excited synchronous machine, the rectifier therefore has the desired high speed stability.
Ein erfindungsgemäßer Gleichrichter für einen Rotor eines elektrischen Drehtransformators bzw. für eine fremderregte Synchronmaschine, insbesondere für einen Traktionsmotor eines Fahrzeugs, umfasst ein Gehäuse aus einem Metall, das einen Gehäuseinnenraum begrenzt. Das Gehäuse weist eine ringförmige Geometrie auf und fasst eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme einer Rotorwelle einer elektrischen Synchronmaschine ein. Das Gehäuse umfasst ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil. Ferner umfasst der Gleichrichter eine im Gehäuseinnenraum auf dem Gehäuseunterteil angeordnete Leiterplatte. Auf der Leiterplatte ist eine elektrische Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer elektrischen Wechselspannung, vorzugsweise in eine gleichgerichtete elektrische Spannung, angeordnet. Diese Gleichrichterschaltung umfasst zumindest ein elektrisches Gleichrichterelement zum Gleichrichten der elektrischen Wechselspannung. Das Gleichrichterelement kann eine Gleichrichterdiode oder ein Transistor, insbesondere ein MOSFET, sein. A rectifier according to the invention for a rotor of an electrical rotary transformer or for an externally excited synchronous machine, in particular for a traction motor of a vehicle, comprises a housing made of metal, which delimits a housing interior. The housing has an annular geometry and encloses a through-opening for receiving a rotor shaft of an electrical synchronous machine. The housing comprises a housing upper part and a housing lower part. Furthermore, the rectifier comprises a printed circuit board arranged on the lower part of the housing in the interior of the housing. An electrical rectifier circuit for rectifying an electrical AC voltage, preferably into a rectified electrical voltage, is arranged on the printed circuit board. This rectifier circuit includes at least one electrical rectifier element for rectifying the electrical AC voltage. The rectifier element can be a rectifier diode or a transistor, in particular a MOSFET.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umgibt das Gehäuse aus Metall den Gehäuseinnenraum vollständig. Auf diese Weise wird die Gleichrichterschaltung elektrisch besonders gut gegenüber der äußeren Umgebung des Gleichrichters, insbesondere bei Verwendung in einer fremderregten Synchronmaschine, gegen elektrische und magnetische Störeinflüsse abgeschirmt. According to a preferred embodiment, the metal housing completely surrounds the interior of the housing. In this way, the rectifier circuit is electrically shielded particularly well from the external environment of the rectifier, particularly when used in a separately excited synchronous machine, from electrical and magnetic interference.
Zweckmäßig kann das wenigstens eine Gleichrichterelement jeweils mittels einer Lötverbindung oder mittels eines Presskontakts an der Leiterplatte befestigt sein. Dies erlaubt eine einfache Montage der Gleichrichterelemente auf der Leiterplatte. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das wenigstens eine Gleichrichterelement mit seinem Diodengehäuse radial innen an einer Innenumfangswandung des Gehäuseunterteils an. Dreht sich der Rotor eines den erfindungsgemäßen Gleichrichter verwendenden Drehtransformators oder einer den erfindungsgemäßen Gleichrichter verwendenden fremderregten elektrischen Synchronmaschine - insbesondere mit hoher Drehzahl -, so werden die Diodengehäuse mittels der Innenumfangswandung mechanisch stabilisiert. The at least one rectifier element can expediently be attached to the printed circuit board in each case by means of a soldered connection or by means of a press contact. This allows easy assembly of the rectifier elements on the printed circuit board. According to a preferred embodiment, the at least one rectifier element rests with its diode housing radially on the inside against an inner peripheral wall of the lower housing part. If the rotor of a rotary transformer using the rectifier according to the invention or a separately excited electrical synchronous machine using the rectifier according to the invention rotates--in particular at high speed--the diode housings are mechanically stabilized by means of the inner circumferential wall.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuseoberteil einen die Durchgangsöffnung einfassenden und sich axial erstreckenden Öffnungskragen auf. Bei dieser Weiterbildung liegt das wenigstens eine Gleichrichterelement mit seinem Diodengehäuse radial außen am Gehäusekragen an. Auch diese Maßnahme bewirkt einen guten thermischen Kontakt zwischen dem Gleichrichterelement und dem Gehäuseoberteil. Dies gilt insbesondere im Betrieb des Gleichrichters, wenn also das Gehäuse rotiert und aufgrund der Fliehkraftwirkung die Gleichrichterelemente radial nach außen gegen den Öffnungskragen gedrückt werden. Somit kann vom Gleichrichterelement im Betrieb erzeugte Abwärme zusätzlich zum Gehäuseunterteil auch wirksam über das Gehäuseoberteil abgeführt werden. According to an advantageous development, the upper housing part has an opening collar which encloses the through-opening and extends axially. In this development, the at least one rectifier element rests with its diode housing radially on the outside on the housing collar. This measure also brings about good thermal contact between the rectifier element and the upper part of the housing. This applies in particular when the rectifier is in operation, ie when the housing rotates and the centrifugal force causes the rectifier elements to be pressed radially outwards against the opening collar. Waste heat generated by the rectifier element during operation can thus also be effectively dissipated via the upper housing part in addition to the lower housing part.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Leiterplatte flächig an dem Gehäuseunterteil an. Auf diese Weise kann Abwärme, die von den auf der Leiterplatte vorgesehenen Komponenten der Gleichrichter-Schaltung oder/und von der Gleichrichter-Schaltung vor- oder nachgeschalteten elektrischen/elektronischen Bauelementen im Betrieb erzeugt wird, über das Gehäuse nach außen an die äußere Umgebung des Gleichrichters abgegeben werden. Einer unerwünschten Erwärmung oder gar Überhitzung der Leiterplatte und der auf dieser angeordneten Gleichrichterschaltung, welche zu einer Beschädigung derselben führen könnte, kann auf diese Weise entgegengewirkt werden. Zur weiter verbesserten thermischen Ankopplung des wenigstens einen Gleichrichterelements an das Gehäuse des Gleichrichters kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zwischen dem Diodengehäuse und dem Öffnungskragen des Gehäuseoberteils ein, vorzugsweise elektrisch isolierendes, thermisches Leitmittel, insbesondere ein sogenanntes "Gap-Pad", angeordnet sein. In a preferred embodiment, the printed circuit board rests flat against the lower housing part. In this way, waste heat that is generated during operation by the components of the rectifier circuit provided on the circuit board and/or by electrical/electronic components connected upstream or downstream of the rectifier circuit can escape via the housing to the external environment of the rectifier be given. Undesirable heating or even overheating of the printed circuit board and the rectifier circuit arranged on it, which could lead to damage to the same, can be counteracted in this way. For further improved thermal coupling of the at least one rectifier element to the housing of the rectifier, according to an advantageous development, a preferably electrically insulating, thermally conductive means, in particular a so-called “gap pad”, can be arranged between the diode housing and the opening collar of the upper housing part.
Zweckmäßig kann das wenigstens eine Gleichrichterelement in einem zwischen der Innenumfangswandung und dem Öffnungskragen gebildeten Zwischenraum angeordnet sein. Diese Maßnahme stabilisiert das Gleichrichterelement mechanisch, wenn der Gleichrichter als Teil eines Rotors einer fremderregten Synchronmaschine mit hoher Drehzahl gedreht wird. The at least one rectifier element can expediently be arranged in an intermediate space formed between the inner peripheral wall and the opening collar. This measure mechanically stabilizes the rectifier element when the rectifier is rotated at high speed as part of a rotor of a separately excited synchronous machine.
Zur verbesserten thermischen Ankopplung der Leiterplatte an das Gehäuse kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung, die mit voranstehend erläuterter vorteilhafter Weiterbildung kombiniert werden kann, ein zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseunterteil vorhandener Zwischenraum zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem, bevorzugt elektrisch leitenden, thermischen Leitmittel, insbesondere einem sog. "Gap-Pad", gefüllt sein. For improved thermal coupling of the printed circuit board to the housing, according to a further advantageous development, which can be combined with the advantageous development explained above, an intermediate space present between the printed circuit board and the lower housing part can be at least partially, preferably completely, with a preferably electrically conductive thermal conductor , In particular a so-called. "Gap Pad" to be filled.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann zur mechanischen Fixierung der Leiterplatte im Gehäuseinnenraum ein zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuseoberteil vorhandener Zwischenraum zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem Füllmedium, gefüllt sein. Bevorzug ist oder umfasst das Füllmedium eine Vergussmasse, besonders bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material. Diese Maßnahme bewirkt eine verbesserte Fixierung der Leiterplatte im Gehäuseinnenraum, insbesondere, wenn das Gehäuse im Betrieb in einer Synchronmaschine mit hoher Drehzahl rotiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Gleichrichterelement, vorzugsweise die wenigstens eine Gleichrichterdiode, mittels wenigstens einer Lötverbindung auf der Leiterplatte befestigt ist. Hierbei können klassische Lötverbindungen verwendet werden, denkbar sind alternativ oder zusätzlich aber auch Lötverbindungen in SMD-Bauweise. According to another advantageous development, a gap present between the circuit board and the upper part of the housing can be at least partially, preferably completely, filled with a filling medium for mechanically fixing the circuit board in the housing interior. The filling medium is preferably or comprises a casting compound, particularly preferably made of an electrically insulating material. This measure results in an improved fixation of the printed circuit board in the interior of the housing, in particular when the housing rotates at high speed during operation in a synchronous machine. In a preferred embodiment, the at least one rectifier element, preferably the at least one rectifier diode, is attached to the printed circuit board by means of at least one soldered connection. Classic soldered connections can be used here, but soldered connections in SMD construction are also conceivable as an alternative or in addition.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine Gleichrichterelement vollständig auf einem radial inneren Endabschnitt der Leiterplatte angeordnet. Besagter radial innerer Endabschnitt kann sich dabei ausgehend vom radial inneren Ende der Leiterplatte über höchstens 30%, bevorzugt höchstens 25%, besonders bevorzugt höchstens 20%, einer radialen Erstreckung der Leiterplatte hinweg erstrecken. Bevorzugt kann das für alle vorzugsweise alle Gleichrichterelemente gelten. Auf diese Weise können die auf das jeweilige Gleichrichterelement wirkenden Fliehkräfte niedrig gehalten werden. In another preferred embodiment, the at least one rectifier element is arranged entirely on a radially inner end section of the printed circuit board. Starting from the radially inner end of the printed circuit board, said radially inner end section can extend over at most 30%, preferably at most 25%, particularly preferably at most 20%, of a radial extension of the printed circuit board. This can preferably apply to all, preferably all, rectifier elements. In this way, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element can be kept low.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist wenigstens ein Gleichrichterelement eine axiale Erstreckung auf, die größer ist als eine radiale Erstreckung desselben Gleichrichterelements auf. Bevorzugt kann das für alle vorzugsweise alle Gleichrichterelemente gelten. Auch auf diese Weise können die auf das jeweilige Gleichrichterelement wirkenden Fliehkräfte klein gehalten werden. Bevorzugt beträgt die axiale Erstreckung wenigstens das zweifache, vorzugsweise wenigstens das Vierfache der radialen Erstreckung. According to an advantageous development, at least one rectifier element has an axial extent that is greater than a radial extent of the same rectifier element. This can preferably apply to all, preferably all, rectifier elements. In this way, too, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element can be kept small. The axial extent is preferably at least twice, preferably at least four times, the radial extent.
Vorzugsweise kann der elektrische Gleichrichter 100 kann zum Verarbeiten einer elektrischen Leistung von wenigstens 3kW, bevorzugt von wenigstens 30kW, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der elektrischen Gleichrichter 100 zum Verarbeiten einer elektrischen Leistung zwischen 30kW und 500 kW, höchst bevorzugt zwischen bevorzugt 100kW und 300kW, ausgebildet. Somit kann der Gleichrichter auch in einem Traktionsmotor zur drahtlosen Übertragung eines elektrischen Rotorstroms an einen Rotor des Traktionsmotors eingesetzt werden. The electrical rectifier 100 can preferably be designed to process an electrical output of at least 3 kW, preferably at least 30 kW. The electrical rectifier 100 is particularly preferably designed to process electrical power between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW. The rectifier can thus also be used in a traction motor for the wireless transmission of an electrical rotor current to a rotor of the traction motor.
Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Gleichrichters in einem Traktionsmotor eines Fahrzeugs. The invention therefore also relates to the use of the rectifier according to the invention presented above in a traction motor of a vehicle.
Die Erfindung betrifft ferner eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Stator-Feldes. Die Synchronmaschine umfasst ferner einen elektrisch bestrombaren und gegenüber dem Synchronmaschinen-Stator drehbaren Synchronmaschinen-Rotor zum Erzeugen eines magnetischen Rotors-Feldes. Der Synchronmaschinen-Rotor weist eine Synchronmaschinen-Rotorwelle und einen voranstehend vorgestellten erfindungsgemäßen elektrischen Gleichrichter auf, wobei die Synchronmaschinen-Rotorwelle die von dem Gehäuse des Gleichrichters eingefasste Durchgangsöffnung durchgreift und das Gehäuse fest, insbesondere formschlüssig, an der Synchronmaschinen-Rotorwelle befestigt ist. The invention also relates to an externally excited electrical synchronous machine with an electrically energizable synchronous machine stator for generating a magnetic stator field. The synchronous machine also includes a synchronous machine rotor that can be electrically energized and is rotatable relative to the synchronous machine stator in order to generate a magnetic rotor field. The synchronous machine rotor has a synchronous machine rotor shaft and an electrical rectifier according to the invention as presented above, the synchronous machine rotor shaft passing through the passage opening bordered by the housing of the rectifier and the housing being fixed firmly, in particular with a positive fit, to the synchronous machine rotor shaft.
Die erfindungsgemäße Synchronmaschine kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, welches als Energiequelle eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also insbesondere als ein Traktionsmotor ausgebildet. Bevorzugt besitzt der erfindungsgemäße Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung von wenigstens 3kW, bevorzugt von wenigstens 30kW. Besonders bevorzugt besitzt der erfindungsgemäße Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung zwischen 30kW und 500 kW, höchst bevorzugt zwischen 100kW und 300kW. Beim erfindungsgemäßen Traktionsmotor kann über den im Drehtransformator-Stator vorhandenen Transformatorkern Abwärme, die beim erfindungsgemäßen Traktionsmotor in weit höherem Maße anfällt als bei Elektromotoren mit geringerer Ausgangsleistung, besonders wirksam abgeführt werden. Es zeigen, jeweils schematisch: The synchronous machine according to the invention can be used in particular in a motor vehicle, which can include a battery as the energy source. In this case, the synchronous machine is used in particular to drive the motor vehicle, and is therefore designed in particular as a traction motor. The traction motor according to the invention preferably has an output or drive power of at least 3 kW, preferably at least 30 kW. The traction motor according to the invention particularly preferably has an output or drive power of between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW. In the traction motor according to the invention, waste heat, which occurs to a much greater extent in the traction motor according to the invention than in electric motors with a lower output power, can be dissipated particularly effectively via the transformer core present in the rotary transformer stator. They show, each schematically:
Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Gleichrichters ohne Gehäuseoberteil in einer perspektivischen Darstellung, 1 shows an example of a rectifier according to the invention without a housing upper part in a perspective view,
Fig. 2 das in der Figur 1 nicht gezeigte Gehäuseoberteil des Gehäuses des Gleichrichters in separater Darstellung, 2 shows the housing upper part of the housing of the rectifier, not shown in FIG. 1, in a separate illustration,
Fig. 3 den Gleichrichter der Figur 1 und 2 in einem zusammengebauten Zustand. 3 shows the rectifier of FIGS. 1 and 2 in an assembled state.
Die Figur 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Gleichrichters 100 ohne Gehäuseoberteil 104, so dass ein vom Gehäuseoberteil 104 und vom Gehäuseunterteil 105 - beide Gehäuseteile 104, 105 bilden im zusammengebauten Zustand ein Gehäuse 102 des Gleichrichters 100 aus Metall - begrenzter Gehäuseinnenraum 101 erkennbar ist. Figur 2 zeigt das in Figur 1 nicht dargestellte Gehäuseoberteil 104 in separater Darstellung. Figure 1 shows an example of a rectifier 100 according to the invention without a housing upper part 104, so that a housing interior 101 delimited by the housing upper part 104 and the housing lower part 105 - both housing parts 104, 105 form a housing 102 of the rectifier 100 made of metal when assembled - can be seen. FIG. 2 shows the upper housing part 104, which is not shown in FIG. 1, in a separate representation.
Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen, dass das Gehäuse 102 eine ringförmige Geometrie aufweist und eine Durchgangsöffnung 103 einfasst. Eine axiale Richtung A erstreckt sich dabei entlang einer Mittellängsachse M des ringförmigen Gehäuses 102. Eine radiale Richtung R erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung A von der Mittellängsachse M weg. Eine Umfangsrichtung U erstreckt sich senkrecht zur axialen Richtung A und auch senkrecht zur radialen Richtung R und läuft um die Mittellängsachse M um. Die Mittellängsachse M ist - dabei identisch zu einer Drehachse D, um welche das Gehäuse 102 rotiert, wenn der Gleichrichter 100 in einem Synchronmaschinen-Rotor einer fremderregten Synchronmaschine verbaut wird. In diesem Fall durchgreift eine um die Drehachse D drehbare Synchron- maschinen-Rotorwelle (nicht gezeigt) des Synchronmaschinen-Rotors die Durchgangsöffnung 103, wobei das Gehäuse 102 drehfest an dieser Synchronmaschi- nen-Rotorwelle befestigt ist (nicht gezeigt). FIGS. 1 and 2 illustrate that the housing 102 has an annular geometry and encloses a through-opening 103 . An axial direction A extends along a central longitudinal axis M of the annular housing 102. A radial direction R extends away from the central longitudinal axis M perpendicularly to the axial direction A. A circumferential direction U extends perpendicularly to the axial direction A and also perpendicularly to the radial direction R and runs around the central longitudinal axis M. The central longitudinal axis M is identical to an axis of rotation D, about which the housing 102 rotates when the rectifier 100 installed in a synchronous machine rotor of a separately excited synchronous machine. In this case, a synchronous machine rotor shaft (not shown) rotatable about the axis of rotation D of the synchronous machine rotor passes through the through opening 103, the housing 102 being non-rotatably attached to this synchronous machine rotor shaft (not shown).
Auch das Gehäuseoberteil 104 und das Gehäuseunterteil 105 weisen - in analoger Weise zum gesamten Gehäuse 102 - eine solche ringförmige Geometrie auf und fassen jeweils die Durchgangsöffnung 103 ein. Das Gehäuseoberteil 104 weist außerdem einen die Durchgangsöffnung 103 einfassenden und sich axial erstreckenden Öffnungskragen 111 auf. The housing upper part 104 and the housing lower part 105 also have such an annular geometry—in a manner analogous to the entire housing 102—and each enclose the through-opening 103 . The upper housing part 104 also has an opening collar 111 that encloses the through-opening 103 and extends axially.
Das Gehäuseunterteil 105 des Gehäuses 102 weist einen Gehäuseboden 112 und eine axial vom Gehäuseboden 112 abstehende Innenumfangswandung 110 auf, welche die Durchgangsöffnung 103 einfasst. Zweckmäßig sind die Innenumfangswandung 110 und der Gehäuseboden 112 integral aneinander ausgeformt. In einem am Rotor der Synchronmaschine verbauten Zustand des Gehäuses 102 kann die Rotorwelle (nicht gezeigt), welche dann die Durchgangsöffnung 103 durchgreift, somit flächig an der Innenumfangswandung 110 anliegen. Im zusammengebauten Zustand umgibt das Gehäuse 102 den ringförmigen Gehäuseinnenraum 101 vollständig. The lower housing part 105 of the housing 102 has a housing base 112 and an inner peripheral wall 110 which protrudes axially from the housing base 112 and encloses the through-opening 103 . The inner peripheral wall 110 and the housing base 112 are expediently formed integrally with one another. When the housing 102 is installed on the rotor of the synchronous machine, the rotor shaft (not shown), which then passes through the through-opening 103 , can thus lie flat against the inner circumferential wall 110 . In the assembled state, the housing 102 completely surrounds the annular housing interior 101 .
Die Figur 1 lässt erkennen, dass im Gehäuseinnenraum 101 auf dem Gehäuseunterteil 105 eine Leiterplatte 106 angeordnet ist. Auf der auf dem GehäuseunterteilFIG. 1 shows that a printed circuit board 106 is arranged on the housing lower part 105 in the housing interior 101 . On the on the lower part of the housing
105 angeordneten Leiterplatte 106 ist wiederum eine elektrische Gleichrichterschaltung 107 zum Gleichrichten einer elektrischen Wechselspannung, vorzugsweise in eine gleichgerichtete elektrische Spannung angeordnet. Die Leiterplatte105 arranged circuit board 106 is in turn arranged an electrical rectifier circuit 107 for rectifying an electrical AC voltage, preferably in a rectified electrical voltage. The circuit board
106 liegt dabei flächig auf dem Gehäuseunterteil 105 an. Auf diese Weise kann Abwärme, die von den auf der Leiterplatte 106 vorgesehenen Komponenten der Gleichrichterschaltung 107, insbesondere besagten Gleichrichterelemente 108a- 108d, im Betrieb erzeugt wird, über das Gehäuse 102 nach außen an die äußere Umgebung des Gleichrichters 100 und auch an eine die Durchgangsöffnung 103 durchgreifende Synchronmaschinen-Rotorwelle der Synchronmaschine abgegeben werden. 106 rests flat on the lower housing part 105. In this way, waste heat from the components of the rectifier circuit 107 provided on the printed circuit board 106, in particular said rectifier elements 108a- 108d, is generated during operation, via the housing 102 to the outside of the rectifier 100 and also to a synchronous machine rotor shaft of the synchronous machine passing through the through opening 103.
Gemäß Figur 1 umfasst die elektrische Gleichrichterschaltung 107 vier elektrische Gleichrichterelemente 108a-108d, die im Beispiel jeweils als Gleichrichterdiode mit einem jeweiligen Diodengehäuse 109a-109d ausgebildet sind. Alternativ zu Gleichrichterdioden können auch Transistoren, insbesondere MOSFETs, verwendet werden. Die Gleichrichterelemente 108a-108d bzw. die Gleichrichterdioden können mittels jeweiliger Lötverbindungen auf der Leiterplatte 106 befestigt sein. Hierbei können klassische Lötverbindungen verwendet werden, denkbar sind alternativ oder zusätzlich aber auch Lötverbindungen in SMD-Bauweise. Die Gleichrichterelemente 108a-108d können bei Verwendung geeigneter Diodengehäuse 109a-109d mittels Durchsteckmontage an der Leiterplatte 106 angebracht und jeweils mittels einer Lötverbindung an der Leiterplatte 106 fixiert werden. Die Gleichrichterschaltung 107 kann weitere elektronische Bauelemente aufweisen, die auf der Leiterplatte 106 angeordnet sind. Bei diesen Bauteilen kann es sich insbesondere um SMD-Bauteile handeln, die somit die im Betrieb entwickelte Abwärme an die Leiterplatte 106 und über diese an das Gehäuse 102 abgeben können. Insbesondere können der Gleichrichter-Schaltung 107 mit den vier Gleichrichterelemente 108a-108d nachgeschaltete elektrische/elektronische Bauelemente 108a- 108d, die insbesondere als SMD-Bauteile ausgeführt sein können, auf der Leiterplatte 106 angeordnet sein. According to FIG. 1, the electrical rectifier circuit 107 comprises four electrical rectifier elements 108a-108d, which in the example are each designed as a rectifier diode with a respective diode housing 109a-109d. Transistors, in particular MOSFETs, can also be used as an alternative to rectifier diodes. The rectifier elements 108a-108d or the rectifier diodes can be attached to the printed circuit board 106 by means of respective soldered connections. Classic soldered connections can be used here, but soldered connections in SMD construction are also conceivable as an alternative or in addition. When using suitable diode housings 109a-109d, the rectifier elements 108a-108d can be attached to the printed circuit board 106 by means of through-hole mounting and each fixed to the printed circuit board 106 by means of a soldered connection. The rectifier circuit 107 can have further electronic components which are arranged on the printed circuit board 106 . These components can in particular be SMD components, which can thus dissipate the waste heat developed during operation to the printed circuit board 106 and via this to the housing 102 . In particular, electrical/electronic components 108a-108d which are connected downstream of the rectifier circuit 107 with the four rectifier elements 108a-108d and which can in particular be embodied as SMD components can be arranged on the printed circuit board 106.
Der elektrische Gleichrichter 100 kann zum Verarbeiten einer elektrischen Leistung von wenigstens 3kW, bevorzugt von wenigstens 30kW, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der elektrischen Gleichrichter 100 zum Verarbeiten einer elektrischen Leistung zwischen 30kW und 500 kW, höchst bevorzugt zwischen bevorzugt 100kW und 300kW, ausgebildet. Figur 3 zeigt den Gleichrichter 100 in einer Schnittdarstellung in einem zusammengebauten Zustand. Die Gleichrichterelemente 108a-108d können vollständig auf einem radial inneren Endabschnitt der Leiterplatte 106 angeordnet sein. Der radial innere Endabschnitt kann sich dabei ausgehend vom radial inneren Ende der Leiterplatte 106 über höchstens 30%, bevorzugt höchstens 25%, besonders bevorzugt höchstens 20%, einer gesamten radialen Erstreckung der Leiterplatte hinweg erstrecken. Auf diese Weise können die auf die jeweilige Gleichrichterelemente 108a-108d wirkenden Fliehkräfte klein gehalten werden. The electrical rectifier 100 can be designed to process an electrical output of at least 3 kW, preferably at least 30 kW. The electrical rectifier 100 is particularly preferably designed to process electrical power between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW. FIG. 3 shows the rectifier 100 in a sectional illustration in an assembled state. The rectifier elements 108a - 108d can be arranged entirely on a radially inner end portion of the printed circuit board 106 . Starting from the radially inner end of the printed circuit board 106, the radially inner end section can extend over at most 30%, preferably at most 25%, particularly preferably at most 20%, of a total radial extension of the printed circuit board. In this way, the centrifugal forces acting on the respective rectifier elements 108a-108d can be kept small.
Die vier Gleichrichterelemente 108a-108d sind außerdem in einem zwischen der Innenumfangswandung 110 und dem Öffnungskragen 111 gebildeten Zwischenraum 114 angeordnet. Jedes der vier Gleichrichterelemente 108a-108d weist ein Diodengehäuse 109a-109d auf. Die vier Gleichrichterelemente 108a-108d liegen mit ihrem jeweiligen Diodengehäuse 109a-109d radial innen an einer die Durchgangsöffnung 103 einfassenden Innenumfangswandung 110 des Gehäuseunterteils 105 an. Zusätzlich liegen die vier Gleichrichterelemente 108a-108d mit ihrem jeweiligen Diodengehäuse 109a-109d radial außen am Öffnungskragen 111 an. The four rectifying elements 108a - 108d are also arranged in a space 114 formed between the inner peripheral wall 110 and the opening collar 111 . Each of the four rectifier elements 108a-108d has a diode housing 109a-109d. The four rectifier elements 108a-108d bear with their respective diode housing 109a-109d radially on the inside against an inner peripheral wall 110 of the lower housing part 105, which wall encloses the through-opening 103. In addition, the four rectifier elements 108a-108d with their respective diode housings 109a-109d bear against the opening collar 111 radially on the outside.
Im Beispiel weisen die Gleichrichterelemente 108a-108d jeweils eine entlang der axialen Richtung gemessene axiale Erstreckung auf, die größer ist als ihre jeweilige entlang der radialen Richtung R gemessene radiale Erstreckung. Auch auf diese Weise können die auf das jeweilige Gleichrichterelement 108a-108d wirkenden Fliehkräfte klein gehalten werden. In the example, the rectifier elements 108a-108d each have an axial extent measured along the axial direction, which is greater than their respective radial extent measured along the radial direction R. In this way, too, the centrifugal forces acting on the respective rectifier element 108a-108d can be kept small.
Zur verbesserten thermischen Ankopplung der Gleichrichterelemente 108a-108d an das Gehäuse 102 des Gleichrichters 100 kann zwischen dem jeweiligen Diodengehäuse 109a-109d und dem Öffnungskragen 111 jeweils ein thermisches Leitmittel 115, beispielsweise besagtes "Gap-Pad" 116, aus einem Material mit ho- her thermischer Leitfähigkeit angeordnet sein. Ebenso kann zur thermischen Ankopplung der Leiterplatte 106 an das Gehäuse 102 ein zwischen der Leiterplatte 106 und dem Gehäuseunterteil 105 vorhandener Zwischenraum 117 zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem thermischen Leitmittel 118, insbesondere mit dem bereits erwähnten Gap-Pad 119, bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, gefüllt sein. Zur mechanischen Fixierung der Leiterplatte 106 im Gehäuseinnenraum 101 kann ein zwischen der Leiterplatte 106 und dem Gehäuseoberteil 104 vorhandener Zwischenraum zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem Füllmedium, vorzugsweise einer Vergussmasse, besonders bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, gefüllt sein. For improved thermal coupling of the rectifier elements 108a-108d to the housing 102 of the rectifier 100, a thermal conductive means 115, for example said "gap pad" 116, made of a material with high be arranged fro thermal conductivity. Likewise, for the thermal coupling of printed circuit board 106 to housing 102, an intermediate space 117 present between printed circuit board 106 and lower housing part 105 can be at least partially, preferably completely, equipped with a thermal conductor 118, in particular with the aforementioned gap pad 119, preferably made of an electrically insulating material to be filled. To mechanically fix circuit board 106 in housing interior 101, an intermediate space between circuit board 106 and housing top part 104 can be filled at least partially, preferably completely, with a filling medium, preferably a potting compound, particularly preferably made of an electrically insulating material.
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Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Elektrischer Gleichrichter (100) für eine elektrische fremderregte Synchronmaschine, insbesondere für einen Traktionsmotor, 1 . Electrical rectifier (100) for an electrical, separately excited synchronous machine, in particular for a traction motor,
- mit einem einen Gehäuseinnenraum (101 ) begrenzenden Gehäuse (102) aus einem Metall, welches eine ringförmige Geometrie besitzt und eine Durchgangsöffnung (103) zur Aufnahme einer Rotorwelle einer elektrischen Synchronmaschine einfasst, wobei das Gehäuse (102) ein Gehäuseoberteil (104) und ein Gehäuseunterteil (105) umfasst, - With a housing interior (101) delimiting housing (102) made of a metal, which has an annular geometry and a through opening (103) for receiving a rotor shaft of an electrical synchronous machine encloses, wherein the housing (102) has a housing upper part (104) and a Lower housing part (105) includes,
- mit einer im Gehäuseinnenraum (101 ) auf dem Gehäuseunterteil (105) angeordneten Leiterplatte (106), auf welcher eine elektrische Gleichrichterschaltung (107) zum Gleichrichten einer elektrischen Wechselspannung, vorzugsweise in eine gleichgerichtete elektrische Spannung angeordnet ist, wobei die elektrische Gleichrichterschaltung (107) zumindest ein elektrisches Gleichrichterelement (108a-108d) umfasst, welches vorzugsweise durch eine Gleichrichterdiode gebildet ist. - With a printed circuit board (106) arranged on the lower housing part (105) in the housing interior (101), on which an electrical rectifier circuit (107) for rectifying an electrical AC voltage, preferably into a rectified electrical voltage, is arranged, the electrical rectifier circuit (107) at least one electrical rectifier element (108a-108d), which is preferably formed by a rectifier diode.
2. Gleichrichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (102) den Gehäuseinnenraum (101 ) vollständig umgibt. 2. Rectifier according to claim 1, characterized in that the housing (102) completely surrounds the housing interior (101).
3. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gleichrichterelement (108a-108d) mit seinem Diodengehäuse (109a-109d) radial innen jeweils an einer Innenumfangswandung (110) des Gehäuseunterteils (105) anliegt. 3. Rectifier according to one of claims 1 or 2, characterized in that the at least one rectifier element (108a-108d) with its diode housing (109a-109d) rests radially on the inside in each case on an inner peripheral wall (110) of the lower housing part (105).
4. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - das Gehäuseoberteil (104) einen die Durchgangsöffnung (103) einfassenden und sich axial erstreckenden Öffnungskragen (111 ) aufweist, 4. Rectifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that - the upper housing part (104) has an opening collar (111) that encloses the through-opening (103) and extends axially,
- das wenigstens eine Gleichrichterelement (108a-108d) mit seinem Diodengehäuse (109a-109d) radial außen am Öffnungskragen (111 ) anliegt. - The at least one rectifier element (108a-108d) with its diode housing (109a-109d) rests radially on the outside of the opening collar (111).
5. Gleichrichter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gleichrichterelement (108a-108d) in einem zwischen der Innenumfangswandung (110) und dem Öffnungskragen (111 ) gebildeten Zwischenraum angeordnet ist. 5. Rectifier according to claim 3 and 4, characterized in that the at least one rectifier element (108a-108d) is arranged in an intermediate space formed between the inner peripheral wall (110) and the opening collar (111).
6. Gleichrichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Diodengehäuse (109a-109d) und dem Öffnungskragen (111 ) ein thermisches Leitmittel (115), insbesondere ein Gap-Pad (116), angeordnet ist. 6. Rectifier according to Claim 4 or 5, characterized in that a thermal conducting means (115), in particular a gap pad (116), is arranged between the diode housing (109a-109d) and the opening collar (111).
7. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (106) flächig an dem Gehäuseunterteil (105) anliegt. 7. Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (106) lies flat against the lower housing part (105).
8. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der Leiterplatte (106) und dem Gehäuseunterteil (105) vorhandener Zwischenraum (117) zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem thermischen Leitmittel (118), insbesondere einem Gap-Pad (119), bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, gefüllt ist. 8. Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that an intermediate space (117) present between the printed circuit board (106) and the lower housing part (105) is at least partially, preferably completely, covered with thermal conduction means (118), in particular a gap pad (119), preferably made of an electrically insulating material.
9. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 15 ein zwischen der Leiterplatte (106) und dem Gehäuseoberteil (104) vorhandener Zwischenraum zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit einem Füllmedium, vorzugsweise einer Vergussmasse, besonders bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, gefüllt ist. . Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugsweise vier, Gleichrichterelemente (108a-108d) vorgesehen sind. .Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gleichrichterelement (108a-108d), vorzugsweise die wenigstens eine Gleichrichterdiode, mittels wenigstens einer Lötverbindung auf der Leiterplatte (106) befestigt ist. . Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gleichrichterelement (108a-108d), vorzugsweise alle Gleichrichterelemente (108a-108d), vollständig auf einem radial inneren Endabschnitt der Leiterplatte (106) angeordnet ist/sind. . Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gleichrichterelement (108a-108d), vorzugsweise alle Gleichrichterelemente (108a-108d), eine axiale Erstreckung aufweist/aufweisen, die größer ist als eine radiale Erstreckung desselben Gleichrichterelements (108a- 108d). . Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 16 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Gleichrichter (100) zum Verarbeiten einer elektrischen Leistung zwischen 30kW und 240kW, vorzugsweise zwischen 100 kW und 150 kW eingerichtet ist. 9. Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that 15 an intermediate space present between the printed circuit board (106) and the upper housing part (104) is at least partially, preferably completely, filled with a filling medium, preferably a casting compound, particularly preferably made of an electrically insulating material. . Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that at least two, preferably four, rectifier elements (108a-108d) are provided. .Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one rectifier element (108a-108d), preferably the at least one rectifier diode, is attached to the printed circuit board (106) by means of at least one soldered connection. . Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one rectifier element (108a-108d), preferably all rectifier elements (108a-108d), is/are arranged entirely on a radially inner end section of the printed circuit board (106). . Rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that at least one rectifier element (108a-108d), preferably all rectifier elements (108a-108d), has/have an axial extent which is greater than a radial extent of the same rectifier element (108a-108d) . . Rectifier according to one of the preceding claims, 16 characterized in that the electrical rectifier (100) is set up for processing an electrical power between 30 kW and 240 kW, preferably between 100 kW and 150 kW.
15. Fremderregte elektrische Synchronmaschine, insbesondere Traktionsmotor für ein Fahrzeug, 15. Separately excited electrical synchronous machine, in particular traction motor for a vehicle,
- mit einem elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Stator-Feldes, - with an electrically energizable synchronous machine stator to generate a magnetic stator field,
- mit einem elektrisch bestrombaren und gegenüber dem Synchronmaschinen- Stator drehbaren Synchronmaschinen-Rotor zum Erzeugen eines magnetischen Rotors-Feldes, der eine Synchronmaschinen-Rotorwelle aufweist, welche die von dem Gehäuse (102) des Gleichrichters (100) eingefasste Durchgangsöffnung (103) durchgreift; - With an electrically energizable and relative to the synchronous machine stator rotatable synchronous machine rotor for generating a magnetic rotor field, which has a synchronous machine rotor shaft which of the housing (102) of the rectifier (100) bordered passage opening (103) penetrates;
- mit einem Gleichrichter (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14. - with a rectifier (100) according to any one of claims 1 to 14.
16. Synchronmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschine bzw. der Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung von wenigstens 3kW, bevorzugt von wenigstens 30kW, besonders bevorzugt zwischen 30kW und 500 kW, höchst bevorzugt zwischen 100kW und 300kW aufweist. 16. Synchronous machine according to claim 15, characterized in that the synchronous machine or the traction motor has an output or drive power of at least 3 kW, preferably at least 30 kW, particularly preferably between 30 kW and 500 kW, most preferably between 100 kW and 300 kW.
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