WO2011051082A1 - Kraftfahrzeuggenerator, lagerschild-schaltungs-einrichtung und lagerschild mit optimierten kühleigenschaften - Google Patents

Kraftfahrzeuggenerator, lagerschild-schaltungs-einrichtung und lagerschild mit optimierten kühleigenschaften Download PDF

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WO2011051082A1
WO2011051082A1 PCT/EP2010/064714 EP2010064714W WO2011051082A1 WO 2011051082 A1 WO2011051082 A1 WO 2011051082A1 EP 2010064714 W EP2010064714 W EP 2010064714W WO 2011051082 A1 WO2011051082 A1 WO 2011051082A1
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WO
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bearing plate
circuit device
motor vehicle
power electronics
mechanical energy
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Application number
PCT/EP2010/064714
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Zeljko Lubina
Matthias Gesellmann
Juergen Minarsch
Mario Kaepple
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • 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
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K2205/09—Machines characterised by drain passages or by venting, breathing or pressure compensating means

Definitions

  • the invention relates to a bearing plate for a motor vehicle generator for converting mechanical energy into electrical energy or reversibly designed for the conversion of electrical energy into mechanical energy, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a bearing plate circuit device for a motor vehicle generator for converting mechanical energy into electrical energy or reversible executed for the conversion of electrical energy into mechanical energy, according to the preamble of claim 6.
  • the invention relates to a motor vehicle generator for converting mechanical energy into electrical energy or reversibly designed for the conversion of electrical energy into mechanical energy according to the preamble of claim 10.
  • the invention is based on a motor vehicle generator for the conversion of mechanical energy into electrical energy or reversible executed for the conversion of electrical energy into mechanical energy with a bearing shield circuit device with a bearing plate according to the preamble of the independent claims.
  • the present invention relates to motor vehicle generators, in particular DC motor vehicle generators such as claw pole generators with rectifiers for DC voltage supply of on-board networks of motor vehicles.
  • DC motor vehicle generators such as claw pole generators with rectifiers for DC voltage supply of on-board networks of motor vehicles.
  • generators for converting mechanical energy into electrical energy in the motor vehicle are known.
  • Common is the use of generators, which are equipped with an electrical excitation. These generators generate three-phase current, which is converted into direct current via a rectifier in order to use this current in DC on-board motor vehicles.
  • Such rectifiers are usually based on a semiconductor diode technique.
  • rectifiers based on controllable switches, usually MOSFETs are known.
  • Such rectifiers are also referred to as synchronous rectifiers.
  • the rectifiers based on a semiconductor diode technology have compared to the rectifiers based on controllable switches on a lower efficiency, so more rectifiers based on controllable switches are used.
  • the synchronous rectifier is mechanically and electrically connected to the mechanical parts of the generator, for example to the end shield. Such synchronous rectifiers also have a higher driving effort with correspondingly higher electrical circuit complexity over diode rectifiers.
  • generators are known from the prior art, in which a synchronous rectifier is connected via an additional, separate workpiece with the bearing plate or mechanical parts of the generator.
  • This separate workpiece comprises a heat sink or is itself designed as a heat sink to reduce the heat generation and transmission of the rectifier and thus to ensure high efficiency.
  • a bearing plate for an electrical machine is known with a surface provided as an outer side and an inner side, wherein on the surface provided as an inner surface heat transfer surfaces magnifying cooling structures are arranged. From the prior art is thus an integrated, that is one-piece, training of generator parts and heat sinks known.
  • the end shield according to DE 10 2004 058 661 A1 is designed for rectifiers with diode technology, so that lower requirements are placed on the cooling than on applications with synchronous rectifiers. Accordingly, the cooling is designed for a diode technology. Disclosure of the invention
  • the bearing plate according to the invention, the end shield circuit device according to the invention and the motor vehicle generator according to the invention with the features of the corresponding main claim or the corresponding independent claim have the advantage over that they are designed optimized for a synchronous rectifier, for example, a reversible synchronous rectifier.
  • a synchronous rectifier for example, a reversible synchronous rectifier.
  • Synchronous rectifier realized, which allows a correspondingly high heat transfer.
  • the receiving surface is designed according to luftssengangsöffnugnsok. Accordingly, a deflection of the coolant flow is realized for air cooling.
  • the coolant flow is directed accordingly, so that despite the relatively large receiving surface optimized air cooling is realized, which is suitable for a connected to the synchronous rectifier or reversible synchronous rectifier increased heat balance.
  • the coolant flow occurs laterally, so that the bottom-side receiving surface is not affected.
  • a deflection for optimized flow to the heatsink is done with a suitable separator.
  • the bearing plate has at least one
  • the coolant is moved by suction in the bearing plate.
  • the suction of the cooling air takes place with a corresponding suction device.
  • the heat sink is protected on an inner surface of the bearing plate so that it is protected from the outside. In this case, the heat sink is designed so that it is easily on or flowed around with cooling air.
  • the heat sink preferably has a plurality of cooling elements of various geometries, such as cooling fins; Cooling pins or the like. In addition, a plurality of heat sinks may be provided. In order to realize optimal cooling with simultaneously optimized connection possibilities for the synchronous rectifier or reversible synchronous rectifier, the at least one
  • the at least one heat sink is integrally formed with a bearing plate, so no additional, separate component for connection and / or cooling of the synchronous rectifier or reversible synchronous rectifier to the end plate is required. This eliminates additional joining steps in the manufacture or assembly of the generator. End shield and heat sink form a negative pole uniformly. The fact that the bearing plate and the heat sink are designed as a one-piece negative pole, which is
  • the invention is particularly intended for use in generators.
  • the generators can be configured as desired, for example as an electrically excited generator, as a generator controlled by a pulse width modulation, as
  • the generator can be used in a standard mode or in a reversible mode.
  • the heat sink is formed integrally with the bearing plate. If a plurality of heat sinks are formed, these are likewise formed integrally with the end shield. As a result, the number of parts is effectively reduced and the installation of the generator significantly simplified.
  • a positional seat is formed on the inner surface.
  • the bearing seat can preferably be formed without passage opening, so that the outer surface for receiving the synchronous rectifier or the reversible
  • Synchronous rectifier is not impaired.
  • the bearing plate is easily connectable to a corresponding shaft.
  • this bearing seat can be provided with a passage, resulting in a reduction of the outer surface for receiving the synchronous rectifier.
  • a receiving section for receiving power electronics to be formed on an outer surface opposite the inner surface.
  • the receiving portion extends substantially over the entire outer surface of the bearing plate.
  • flat components of a synchronous rectifier can be mounted on the end shield, which allows a flat design and provides a large area for heat transfer.
  • the receiving portion for direct contacting of the power electronics on a profiling.
  • the profiling includes recesses, recesses, elevations and / or apertures for receiving fasteners and parts of the synchronous rectifier such as
  • a bearing plate circuit device for a motor vehicle generator for converting mechanical energy into electrical energy comprising a bearing plate unit and power electronics for forming an active rectifier or reversible active rectifier
  • the bearing plate unit as a Inventive bearing plate is formed.
  • the power electronics comprise a circuit with a partially insulating layer structure for wiring and fastening of the electrical components, such as IMS (insulated metal substrates or insulated metal substrates), DBC substrates (direct copper bonded), LTCC substrates (low temperature co-fired ceramics) and others
  • the power electronics are arranged directly on the bearing plate, wherein the bearing plate preferably comprises at least in the connection area metal.
  • the connection of the synchronous rectifier or the power electronics is designed to be either detachable or non-detachable.
  • the generator can be executed as an arbitrary generator, for example as a permanent magnet synchronous generator or as a claw pole generator.
  • the power electronics based on controllable switches for forming a synchronous rectifier or reversible
  • Synchronous rectifier is constructed, for example with MOSFETs or the like.
  • the synchronous rectifier or reversible synchronous rectifier has a higher efficiency compared to diode rectifiers, so that a more effective end shield circuit device is realized.
  • the structure with the generator can be used for starting.
  • the power electronics is arranged directly on an outer surface of the bearing plate between body free. For the connection between the bearing plate and power electronics no additional heat sink or the like provided, so fewer components are required. Instead, at least one heat sink is integrally formed on an inner surface of the bearing plate, so that an assembly is facilitated.
  • a separating element is provided spaced from a bottom portion to effect a cooling air deflection.
  • the separating element is preferably designed as an annular disc, which is adapted to an inner contour of the bearing plate.
  • the separating element is located on the heat sink at a distance from the bottom portion. Aspirated cooling air thus flows radially through a lateral air passage opening formed in the circumferential or jacket section to the heat sink and is then passed on axially. In this way, a more effective cooling is feasible.
  • the separator is designed differently. In this case, the separating element is always designed so that optimal cooling is realized.
  • the motor vehicle generator according to the invention accordingly has the endshield circuit device according to the invention, so that a small-sized, high-performance generator is realized.
  • a synchronous rectifier or reversible synchronous rectifier with improved cooling an effective operation of the generator is ensured.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment of a bearing shield circuit device
  • 2 is a schematic perspective view of the end shield circuit device of FIG. 1 with the housing cover of the power electronics removed;
  • FIG. 4 shows schematically in a longitudinal section the end shield circuit device according to FIG. 3, FIG.
  • Fig. 5 shows schematically in a perspective view a section of a bearing plate
  • FIG. 6 in another schematic perspective view of the bearing plate of FIG.
  • the end shield circuit - Device 10 comprises a cup-shaped bearing plate 1, which is shown in detail in Figs. 5 and 6.
  • the cup-shaped bearing plate 1 has a bottom portion 2 with an inner surface (visible in FIG. 6) and an outer surface 2b and a shell or peripheral portion 3.
  • On the peripheral portion 3 a plurality of slot-shaped air passage openings 4 are formed, through which cooling air or another cooling medium can flow into an interior of the bearing plate 1.
  • the air passage openings 4 are bounded by webs 5 in the circumferential direction. In the axial direction, the air passage openings 4 are limited by the bottom portion 2 and by a peripheral edge 6.
  • the air passage openings 4 extend substantially over the depth of the bearing plate 1, that is, in the axial direction substantially over the skirt portion 4.
  • a power electronics 20 is arranged in a structure 7 with a cover element 7a.
  • the Power electronics 20 is mounted on the outer surface 2b without interposing another component such as a heat sink (FIG. 2).
  • the outer surface 2b is formed profiled for this purpose.
  • the power electronics 20 comprises in addition to the structure 7 different electrical components 20 a, which together form the circuit 21.
  • the components 20a are selected from the group comprising
  • the power electronics 20 is arranged in the housing-like structure 7, which is closed to the outside with the lid member 7a or can also be realized completely or partially open. With the structure 7 is the
  • Power electronics 20 mounted in the axial direction on the outer surface 2b of the bearing plate 1 for mounting and connected to the bearing plate 1 accordingly.
  • projections 24 of the assembly 7 are inserted into corresponding recesses on the bearing plate 1, with which the power electronics 20 is positioned so that corresponding components 20 a are adapted to the appropriate profiling 8 arranged directly on the bearing plate 1.
  • the profiles 8 comprise elevations 8a, depressions 8b and / or recesses 8c, for example for the projections 24 or other connecting elements such as screws or rivets.
  • the bearing plate 1 is designed to be current-carrying, so that a direct contacting of the electronics can be realized.
  • seals 7c are provided, so that a suitable connection of power electronics 20 and end shield is realized.
  • the bearing plate 1 has on an inner surface 2a a bearing seat 9 for a rotor shaft. Further, heat sinks 30 are formed on the inner surface 2a. The heat sink 30 and the bearing seat 9 are integrally formed with the bearing plate 1.
  • the cooling bodies 30 comprise cooling ribs 31 projecting from the inner surface 2a and cooling knobs 32 arranged distributed between the cooling ribs 31 (FIG. 6).
  • a separating element 33 is provided in order to realize a suitable cooling air flow for cooling by the bearing plate 1 to the cooling bodies 30 and away therefrom.
  • the separating element 33 is designed as an annular disc and rests in the bearing plate 1 on the heat sinks 30. In this case, the separating element 33 is adapted with its outer contour to the inner contour of the bearing plate 1 more precisely its peripheral portion 3. By adjusting the separating element 33 is a steering of the coolant flow KM through the lateral air passage openings 4 toward the heat sinks 30 and of these in axial

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeuggenerator mit einer Lagerschild-Schaltungs-Einrichtung (10), die ein Lagerschild (1) aufweist, wobei das Lagerschild (1) für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, ausgebildet ist, umfassend einen topfförmigen, mindestens eine Luftdurchgangsöffnung (4) für Kühlluft aufweisenden Grundkörper mit einem Bodenabschnitt (2) und einem Umfangsabschnitt (3), wobei an der von dem Umfangsabschnitt (3) umgebenden Innenfläche (2a) des Bodenabschnitts (2) mindestens ein Kühlkörper (30, 31, 32) vorgesehen ist, der von der Kühlluft an- und/oder umströmbar ist, und wobei der Bodenabschnitt (2) luftdurchgangsöffnungfrei ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftfahrzeuggenerator, Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung und Lagerschild mit optimierten Kühleigenschaften
Die Erfindung betrifft ein Lagerschild für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Weiter betrifft die Erfindung eine Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie mit einer Lagerschild- Schaltungs- Einrichtung mit einem Lagerschild nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Kraftfahrzeuggeneratoren, insbesondere Gleichstromkraftfahrzeuggeneratoren wie z.B. Klauenpolgeneratoren mit Gleichrichtern zur Gleichspannungsversorgung von Bordnetzen von Kraftfahrzeugen. Aus dem Stand der Technik sind Generatoren zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie im Kraftfahrzeug bekannt. Üblich ist der Einsatz von Generatoren, die mit einer elektrischen Erregung ausgestattet sind. Diese Generatoren erzeugen Drehstrom, der über einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt wird, um diesen Strom in Gleichspannungsbordnetzen von Kraftfahrzeugen zu nutzen. Derartige Gleichrichter basieren üblicherweise auf einer Halbleiterdioden-Technik. Darüber hinaus sind Gleichrichter auf Basis von ansteuerbaren Schaltern, meist MOSFETs bekannt. Derartige Gleichrichter werden auch als Synchrongleichrichter bezeichnet. Die Gleichrichter auf Basis einer Halbleiterdioden-Technik weisen gegenüber den Gleichrichtern auf Basis von ansteuerbaren Schaltern einen geringeren Wirkungsgrad auf, sodass vermehrt Gleichrichter auf Basis von ansteuerbaren Schaltern zum Einsatz kommen. Der Synchrongleichrichter ist mechanisch und elektrisch mit den mechanischen Teilen des Generators, beispielsweise mit dem Lagerschild, verbunden. Derartige Synchrongleichrichter weisen zudem einen höheren Ansteuerungsaufwand mit entsprechend höherem elektrischen Schaltungsaufwand gegenüber Diodengleichrichtern auf.
Aus dem Stand der Technik sind deshalb Generatoren bekannt, bei denen ein Synchrongleichrichter über ein zusätzliches, separates Werkstück mit dem Lagerschild oder mechanischen Teilen des Generators verbunden ist. Dieses separate Werkstück umfasst einen Kühlkörper oder ist selbst als Kühlkörper ausgebildet, um die Wärmeentwicklung und -Übertragung des Gleichrichters zu reduzieren und damit einen hohen Wirkungsgrad zu sichern.
Aus der DE 10 2004 058 661 AI ist ein Lagerschild für eine elektrische Maschine mit einer als Außenseite und einer als Innenseite vorgesehenen Fläche bekannt, wobei auf der als Innenseite vorgesehenen Fläche Wärmeübertragungsflächen vergrößernde Kühlstrukturen angeordnet sind. Aus dem Stand der Technik ist somit eine integrierte, das heißt einteilige, Ausbildung von Generatorteilen und Kühlkörpern bekannt.
Das Lagerschild gemäß der DE 10 2004 058 661 AI ist für Gleichrichter mit Diodentechnik ausgelegt, sodass an die Kühlung geringere Anforderungen als an Anwendungen mit Synchrongleichrichtern gestellt sind. Entsprechend ist die Kühlung für eine Diodentechnik ausgelegt. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Lagerschild, die erfindungsgemäße Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung und der erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggenerator mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder des entsprechenden nebengeordneten Anspruches haben dem gegenüber den Vorteil, dass diese für einen Synchrongleichrichter, beispielsweise auch einen reversiblen Synchrongleichrichter, optimiert ausgelegt sind. Insbesondere ist eine möglichst große unterbrechungsfreie Aufnahmefläche für einen Synchrongleichrichter oder auch reversiblen
Synchrongleichrichter realisiert, die eine entsprechend hohe Wärmeübertragung ermöglicht. Die Aufnahmefläche ist entsprechend luftdurchgangsöffnugnsfrei ausgebildet. Entsprechend ist für eine Luftkühlung eine Umlenkung des Kühlmittelstroms realisiert. Der Kühlmittelstrom ist entsprechend gelenkt, sodass trotz der relativ großen Aufnahmefläche eine optimierte Luftkühlung realisiert ist, die für einen mit dem Synchrongleichrichter oder reversiblen Synchrongleichrichter verbundenen erhöhten Wärmeausgleich geeignet ist. Der Kühlmittelstromeintritt erfolgt seitlich, sodass die bodenseitige Aufnahmefläche nicht beeinträchtigt ist. Eine Umlenkung zur optimierten Anströmung der Kühlkörper erfolgt mit einem geeigneten Trennelement. Zur Kühlung weist das Lagerschild mindestens eine
Luftdurchgangsöffnung auf, um Kühlluft zu dem Kühlkörper zu führen. Das Kühlmittel wird mittels Ansaugen in das Lagerschild bewegt. Das Ansaugen der Kühlluft erfolgt mit einer entsprechenden Ansaugeinrichtung. Der Kühlkörper ist geschützt an einer Innenfläche des Lagerschilds angeordnet, sodass dieser nach außen geschützt ist. Dabei ist der Kühlkörper so ausgebildet, dass dieser leicht mit Kühlluft an- oder umströmbar ist. Der Kühlkörper weist vorzugsweise mehrere Kühlelemente unterschiedlichster Geometrien auf, wie Kühlrippen; Kühlpins oder dergleichen. Zudem können mehrere Kühlkörper vorgesehen sein. Um eine optimale Kühlung bei gleichzeitig optimierter Anbindungsmöglichkeiten für den Synchrongleichrichter bzw. reversiblen Synchrongleichrichter zu realisieren, ist die mindestens eine
Luftdurchgangsöffnung an einem Umfangsabschnitt des Lagerschildes ausgebildet, sodass ein Bodenabschnitt des topfförmigen Lagerschildes im Wesentlichen luftdurchgangsöffnungsfrei ausgebildet ist. Der Bodenabschnitt lässt sich so im Wesentlichen vollständig zur Anbindung des Synchrongleichrichters oder reversiblen Synchrongleichrichters nutzen, ohne dass eine Anbindungsfläche, hier die
Außenfläche, durch Luftdurchgangsöffnungen reduziert ist. Der mindestens eine Kühlkörper ist einteilig mit einem Lagerschild ausgebildet, sodass kein zusätzliches, separates Bauteil zur Anbindung und/oder zur Kühlung des Synchrongleichrichters oder reversiblen Synchrongleichrichter an das Lagerschild erforderlich ist. Hierdurch fallen zusätzliche Fügeschritte bei der Herstellung oder Montage des Generators weg. Lagerschild und Kühlkörper bilden einheitlich einen Minuspol. Dadurch, dass das Lagerschild und der Kühlkörper als einteiliger Minuspol ausgebildet sind, ist die
Anbindung des Synchrongleichrichters weniger aufwendig. Durch die integrative Auslegung ist zudem eine einfache Minimierung und Herstellung der Komponenten möglich. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung in Generatoren vorgesehen. Die Generatoren können dabei beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als elektrisch erregerter Generator, als über eine Pulsweitenmodulation gesteuerter Generator, als
Permanentmagnet-Synchronmotor oder dergleichen. Der Generator ist in einer Standardbetriebsweise oder in einer reversiblen Betriebsweise einsetzbar.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten
Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper einteilig mit dem Lagerschild ausgebildet ist. Sind mehrere Kühlkörper ausgebildet, so sind diese ebenfalls einteilig mit dem Lagerschild ausgebildet. Hierdurch ist die Teileanzahl wirkungsvoll reduziert und die Montage des Generators deutlich vereinfacht.
Zudem ist es vorteilhaft, dass an der Innenfläche ein Lagesitz ausgebildet ist. Der Lagersitz kann vorzugsweise durchgangsöffnungsfrei ausgebildet, sodass die Außenfläche zur Aufnahme des Synchrongleichrichters oder des reversiblen
Synchrongleichrichters nicht beeinträchtigt ist. Über den Lagersitz ist das Lagerschild einfach an eine entsprechende Welle anbindbar. Alternativ kann dieser Lagersitz mit einem Durchgang versehen sein, wodurch sich eine Verringerung der Außenfläche zur Aufnahme des Synchrongleichrichters ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an einer der Innenfläche gegenüberliegenden Außenfläche ein Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme einer Leistungselektronik ausgebildet ist. Der Aufnahmeabschnitt erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Außenfläche des Lagerschilds. Auf diese Weise können flache Komponenten eines Synchrongleichrichter an dem Lagerschild angebracht werden, was eine flache Bauweise ermöglicht und eine große Fläche für eine Wärmeübertragung bietet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Aufnahmeabschnitt zur direkten Kontaktierung der Leistungselektronik eine Profilierung auf. Die Profilierung umfasst Vertiefungen, Ausnehmungen, Anhebungen und/oder Durchbrüche zur Aufnahme von Verbindungselementen und Teile des Synchrongleichrichters wie
Schrauben, Nieten, elektrische Verbindungselemente und dergleichen. Durch eine Profilierung ist eine Anpassung an eine entsprechende, bevorzugt komplementäre, Kontur des Synchrongleichrichters realisierbar. Auf diese Weise ist eine einfache und fehlerreduzierte Montage des Synchrongleichrichters an dem Lagerschild ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei einer Lagerschild- Schaltungs- Einrichtung für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, umfassend eine Lagerschildeinheit und eine Leistungselektronik zur Bildung eines aktiven Gleichrichters oder reversiblen aktiven Gleichrichters, vorgesehen ist, dass die Lagerschildeinheit als ein erfindungsgemäßes Lagerschild ausgebildet ist. Insbesondere umfasst die Leistungselektronik eine Beschaltung mit teilweise isolierenden Schichtaufbau zur Verdrahtung und Befestigung der elektrischen Bauelemente, wie beispielsweise IMS (isolierte Metall-Substrate oder insulated metall Substrate), DBC-Substrate (direct copper bonded), LTCC-Substrate (low temperature co-fired ceramics) und andere
Substrartechnologien, Bonds sowie Aufbauelemente wie Leiterplatten, Stanzgitter mit Einlegeteilen und dergleichen. Die Leistungselektronik ist direkt auf dem Lagerschild angeordnet, wobei das Lagerschild vorzugsweise zumindest in dem Anbindungsbereich Metall umfasst. Die Anbindung des Synchrongleichrichters bzw. der Leistungselektronik ist entweder lösbar oder unlösbar ausgebildet. Der Generator ist als beliebiger Generator ausführbar, beispielsweise auch als Permanentmagnetsynchrongenerator oder als Klauenpolgenerator.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik basierend auf ansteuerbaren Schaltern zur Bildung eines Synchrongleichrichters bzw. reversiblen
Synchrongleichrichters aufgebaut ist, beispielsweise mit MOSFETs oder dergleichen. Der Synchrongleichrichter bzw. reversible Synchrongleichrichter weist gegenüber Diodengleichrichtern einen höheren Wirkungsgrad auf, sodass eine effektivere Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung realisiert ist. Zudem kann bei einer Ausführung als reversibler Synchrongleichrichter der Aufbau mit dem Generator zum Starten genutzt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik direkt an einer Außenfläche des Lagerschilds zwischenkörperfrei angeordnet ist. Für die Anbindung ist zwischen Lagerschild und Leistungselektronik kein zusätzlicher Kühlkörper oder dergleichen vorgesehen, sodass weniger Bauteile erforderlich sind. Stattdessen ist mindestens ein Kühlkörper integriert an einer Innenfläche des Lagerschilds ausgebildet, sodass auch eine Montage erleichtert ist.
Nicht zuletzt ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass in einem von einem Umfangsabschnitt umgebenden Innenraum ein Trennelement beabstandet zu einem Bodenabschnitt vorgesehen ist, um eine Kühlluftumlenkung zu bewirken. Das Trennelement ist vorzugsweise als eine ringförmige Scheibe ausgebildet, die an eine Innenkontur des Lagerschildes angepasst ist. Bevorzugt liegt das Trennelement an dem Kühlkörper beabstandet zu dem Bodenabschnitt auf. Angesaugte Kühlluft strömt somit radial durch eine seitliche, in dem Umfangs- oder Mantelabschnitt ausgebildet Luftdurchgangsöffnung zu dem Kühlkörper und wird dann axial weitergeleitet. Auf diese Weise ist eine effektivere Kühlung realisierbar. Je nach Ausbildung und Anordnung der Kühlkörper ist das Trennelement unterschiedlich ausgebildet. Dabei ist das Trennelement stets so ausgebildet, dass eine optimale Kühlung realisiert ist. Mit der vorteilhaften Lagerschild-Schaltungseinrichtung ist ein kleinbauender, leistungsstarker Kraftfahrzeuggenerator realisierbar.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggenerator weist entsprechend die erfindungsgemäße Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung auf, sodass ein kleinbauender, leistungsstarker Generator realisiert ist. Durch die Verwendung eines Synchrongleichrichters bzw. reversiblen Synchrongleichrichter bei verbesserter Kühlung ist eine effektive Betriebsweise des Generators sichergestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch in einer Perspektivansicht eine Ausführungsform einer Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung, Fig. 2 schematisch in einer Perspektivansicht die Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung nach Fig. 1 mit entferntem Gehäusedeckel der Leistungselektronik,
Fig. 3 schematisch in einer perspektivischen Explosionsansicht die Lagerschild- Schaltungs- Einrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 schematisch in einem Längsschnitt die Lagerschild-Schaltungs-Einrichtung nach Fig. 3,
Fig. 5 schematisch in einer Perspektivansicht einen Ausschnitt eines Lagerschilds, und
Fig. 6 in einer anderen schematischen Perspektivansicht das Lagerschild nach Fig.
5.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 bis 4 zeigen in unterschiedlichen Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung 10 und Fig. 5 und 6 zeigen in unterschiedlichen Ansichten ein Lagerschild 1 der Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung 10 nach Fig. 1 bis 4. Die Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung 10 umfasst ein topfförmig ausgebildetes Lagerschild 1, welches in den Fig. 5 und 6 detailliert dargestellt ist. Das topfförmige Lagerschild 1 weist einen Bodenabschnitt 2 mit einer Innenfläche (in Fig. 6 sichtbar) und einer Außenfläche 2b sowie einen Mantel- oder Umfangsabschnitt 3 auf. An dem Umfangsabschnitt 3 sind mehrere schlitzförmige Luftdurchgangsöffnungen 4 ausgebildet, durch welche Kühlluft oder ein anderes Kühlmedium in ein Inneres des Lagerschilds 1 durchströmen kann. In dem dargestellten Lagerschild 1 sind zwei unterschiedliche Formen an Luftdurchgangsöffnungen 4 ausgebildet, mehrere schmale schlitzförmige Luftdurchgangsöffnungen 4a und eine breitere schlitzförmige Luftdurchgangsöffnungen 4b. Die Luftdurchgangsöffnungen 4a sind in Umfangsrichtung durch Stege 5 begrenzt. In axialer Richtung sind die Luftdurchgangsöffnungen 4 durch den Bodenabschnitt 2 und durch einen umlaufenden Rand 6 begrenzt. Die Luftdurchgangsöffnungen 4 erstrecken sich im Wesentlichen über die Tiefe des Lagerschilds 1, das heißt in axialer Richtung im Wesentlichen über den Mantelabschnitt 4. An der Außenfläche 2b des Lagerschilds 1 ist in einem Aufbau 7 mit einem Deckelelement 7a eine Leistungselektronik 20 angeordnet. Die Leistungselektronik 20 ist ohne Zwischenschalten eines weiteren Bauteils, wie beispielsweise eines Kühlkörpers, an der Außenfläche 2b angebracht (Fig. 2). Die Außenfläche 2b ist hierzu profiliert ausgebildet. Die Leistungselektronik 20 umfasst neben dem Aufbau 7 verschiedene elektrische Bauteile 20a, die zusammen die Beschaltung 21 bilden. Die Bauteile 20a sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend
DBCs, LTCC, Bonds und dergleichen und können diesbezüglich auch aus anderen teilweise isolierenden Schichtaufbauten realisiert werden, wie IMS, Glasisolation, Leiterplatte. Die Leistungselektronik 20 ist in dem gehäuseartigen Aufbau 7 angeordnet, welches nach außen hin mit dem Deckelelement 7a verschlossen ist oder auch ganz oder teilweise offen realisiert werden kann. Mit dem Aufbau 7 wird die
Leistungselektronik 20 in axiale Richtung auf die Außenfläche 2b des Lagerschilds 1 zur Montage aufgesetzt und entsprechend mit dem Lagerschild 1 verbunden. Hierzu werden Anformungen 24 des Aufbaus 7 in entsprechende Ausnehmungen an dem Lagerschild 1 eingesetzt, mit welchem die Leistungselektronik 20 so positioniert wird, dass entsprechende Bauteile 20a an die passende Profilierung 8 angepasst direkt an dem Lagerschild 1 angeordnet sind. Die Profilierungen 8 umfassen Anhebungen 8a, Vertiefungen 8b und oder Ausnehmungen 8c, zum Beispiel für die Anformungen 24 oder andere Verbindungselemente wie Schrauben oder Nieten. Das Lagerschild 1 ist entsprechend stromführend ausgebildet, sodass eine direkte Kontaktierung der Elektronik realisierbar ist. Für die entsprechende Anbindung der Leistungselektronik 20 an das Lagerschild 1 sind zudem Dichtungen 7c vorgesehen, sodass eine geeignete Verbindung von Leistungselektronik 20 und Lagerschild realisiert ist.
Das Lagerschild 1 weist an einer Innenfläche 2a einen Lagersitz 9 für eine Rotorwelle auf. Weiter sind an der Innenfläche 2a Kühlkörper 30 ausgebildet. Die Kühlkörper 30 sowie der Lagersitz 9 sind einteilig mit dem Lagerschild 1 ausgebildet. Die Kühlkörper 30 umfassen von der Innenfläche 2a abragende Kühlrippen 31 und zwischen den Kühlrippen 31 verteilt angeordnete Kühlnoppen 32 (Fig. 6). Um einen geeigneten Kühlluftstrom zur Kühlung durch das Lagerschild 1 zu den Kühlkörpern 30 und von dort weg zu realisieren, ist ein Trennelement 33 vorgesehen. Das Trennelement 33 ist als ringförmige Scheibe ausgebildet und liegt in dem Lagerschild 1 auf den Kühlkörpern 30 auf. Dabei ist das Trennelement 33 mit seiner Außenkontur an die Innenkontur des Lagerschilds 1 genauer dessen Umfangsabschnitt 3 angepasst. Durch die Anpassung des Trennelements 33 ist eine Lenkung des Kühlmittelstroms KM durch die seitlichen Luftdurchgangsöffnungen 4 hin zu den Kühlkörpern 30 und von diesen in axiale
Richtung weiter durch eine zentrische Öffnung 34 des Trennelements 33 weg von den Kühlkörpern 30, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, gewährleistet.

Claims

Patentansprüche
1. Lagerschild (1) für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer
Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, umfassend einen topfförmigen, mindestens eine Luftdurchgangsöffnung (4) für Kühlluft aufweisenden Grundkörper mit einem
Bodenabschnitt (2) und einem Umfangsabschnitt (3), wobei an der von dem
Umfangsabschnitt (3) umgebenden Innenfläche (2a) des Bodenabschnitts (2) mindestens ein Kühlkörper (30, 31, 32) vorgesehen ist, der von der Kühlluft an- und/oder umströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Bodenabschnitt (2) luftdurchgangsöffnungfrei ausgebildet ist.
2. Lagerschild (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkörper (30, 31, 32) einteilig mit dem Lagerschild (1) ausgebildet ist.
3. Lagerschild (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche (2a) ein Lagesitz (9) ausgebildet ist.
4. Lagerschild (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
an einer der Innenfläche (2a) gegenüberliegenden Außenfläche (2b) ein
Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme einer Leistungselektronik (20) ausgebildet ist.
5. Lagerschild (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aufnahmeabschnitt zur direkten Kontaktierung der Leistungselektronik (20) eine Profilierung (8) aufweist.
6. Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung (10) für einen Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, umfassend eine
Lagerschildeinheit und eine Leistungselektronik (20) zur Bildung eines aktiven
Gleichrichters oder reversiblen aktiven Gleichrichters, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschildeinheit als Lagerschild (1) nach einer der vorherigen Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
7. Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Leistungselektronik (20) basierend auf ansteuerbaren Schaltern zur Bildung eines Synchrongleichrichters oder reversiblen Synchrongleichrichters aufgebaut ist.
8. Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungselektronik (20) direkt an einer Außenfläche (2b) des Lagerschilds (1) zwischenkörperfrei angeordnet ist.
9. Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem von einem Umfangsabschnitt (3) umgebenden Innenraum ein Trennelement (33) beabstandet zu einem Bodenabschnitt (2) vorgesehen ist, um eine
Kühlluftumlenkung zu bewirken.
10. Kraftfahrzeuggenerator zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie oder reversibel ausgeführt zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerschild-Schaltungs- Einrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9 vorgesehen ist.
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