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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Maschine, insbesondere einen Drehstromgenerator mit Gleichrichter-Baueinheit zur Versorgung
eines Gleichstromnetzes, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 0 329 722 B1 ist es bekannt,
den Minus-Kühlkörper, eine
Verbindungsleiterplatte und den Plus-Kühlkörper sandwichartig übereinander
an der Stirnseite des hinteren Lagerschildes der elektrischen Maschine
anzuordnen. Die an den Dioden dieser Gleichrichter-Baueinheit auftretende
Verlustwärme
wird dabei von den Kühlkörpern aufgenommen und
von diesen an einen Kühlluftstrom
abgegeben, der von dem im Lagerschild umlaufenden Lüfter der Maschine
stirnseitig angesaugt wird. Durch die relativ ungleichmäßige Kühlluftführung werden
dort jedoch nicht alle Dioden gleich stark gekühlt, wodurch die Leistung der
Gleichrichter-Baueinheit
begrenzt wird.
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Aus der
DE 197 05 228 A1 ist es
ferner bekannt, zur gleichmäßigeren
Abführung
der Verlustwärme
in der Gleichrichter-Baueinheit den Plus-Kühlkörper im achsennahen Bereich
mit axial verlaufenden Durchbrüchen
für die
Kühlluft
zu versehen. Zur besseren Wärmeabfuhr
sind dabei an den Durchbrüchen
noch zusätzliche
Kühlrippen
angeformt. Außerdem
sind dort zur besseren Verteilung der Verlustwärme die beiden Kühlkörper mit
einer Zwischenisolation aufeinanderliegend am Lagerschild der Maschine
befestigt und die Verbindungsleiter sind oberhalb des Plus-Kühlkörpers in
Isolierstoff eingebettet.
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Nachteilig bei den bekannten Ausführungen ist,
dass hier für
verschiedene Leistungsklassen und Baugrößen die Kühlkörper entsprechend unterschiedlich
gestaltet und im Hinblick auf ihre Abmessungen, Oberflächen und
Materialien dimensioniert werden müssen.
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Mit der vorliegenden Lösung wird
angestrebt, die Kühlkörper für mehrere
Leistungsklassen und Baugrößen in einer
kostengünstigen
Standardausführung
so zu gestalten, dass sie je nach Leistung der Gleichrichter-Baueinheit
bei vorgegebener Umgebungstemperatur der Kühlluft mit einer zusätzlichen
Kühlung
aufrüstbar
sind.
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Die Gleichrichter-Baueinheit der
erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine hat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den
Vorteil, dass die Kühlkörper für mehrere
Leistungsklassen und Baugrößen kostengünstig in
hohen Stückzahlen
herstellbar sind und für
größere Leistungen zusätzlich mit
profilierten Luftleitteilen, vorzugsweise Luftleitblechen aufgerüstet werden
können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Lüftungskanäle von den profilierten Luftleitblechen
und den Kühlkörpern der
Gleichrichter-Baueinheit so ausgebildet werden, dass sie für die thermisch
am meisten belasteten Dioden einen entsprechend größeren Anteil des
Kühlluftstromes
führen.
Dabei können
die Kühlkörper so
ausgelegt sein, dass sie in der untersten Leistungsklasse ohne zusätzliches
Luftleitteil eine ausreichende Abführung der Verlustwärme gewährleisten.
Andererseits können
bei heißen
Applikationen durch mehrere Luftleitbleche auch hohe Leistungsklassen
und Baugrößen abgedeckt
werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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Eine intensive Kühlung der in die durch Kühlkörper und
Luftleitblech gebildeten Lüftungskanäle hineinragenden
beziehungsweise dort angrenzenden Dioden lässt sich dadurch erzielen,
dass die Lüftungskanäle zwischen
dem auf der hinteren Stirnseite des Drehstromgenerators in einem
Teilkreis um die Generatorachse angeordneten Minus- und Plus-Kühlkörper radial
von außen
nach innen verlaufen. Dabei sind zweckmäßigerweise mehrere radial verlaufende
Lüftungskanäle mit jeweils
mindestens einer Plus- oder Minusdiode über den Teilkreisumfang verteilt
nebeneinander angeordnet. Die Ausbildung mehrerer solcher Lüftungskanäle lässt sich
in einfachster Weise dadurch realisieren, dass das mindestens eine
Luftleitblech über
den Teilkreisumfang mäanderförmig gebogen
beziehungsweise geprägt ist.
Für eine
intensive Kühlluft-Umspülung der
Dioden sind in vorteilhafter Weise die Lüftungskanäle im Bereich dieser Dioden
in Umfangsrichtung seitlich ausgebaucht. Ein guter Wärmeaustausch
zwischen beiden Kühlkörpern und
den profilierten Luftleitblechen lässt sich in vorteilhafter Weise
dadurch erzielen, dass das mindestens eine profilierte Luftleitblech
mit dem einen Kühlkörper fest
verbunden ist und über eine
vorzugsweise wärmeleitende
Zwischenisolation am anderen Kühlkörper anliegt.
Zur Erzielung eines größeren Kühlluftstromes
für Gleichrichter-Baueinheiten
höherer Leistungsklassen
wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass zwei mäanderförmig gebogene
beziehungsweise geprägte
Luftleitbleche derart aufeinander gestapelt sind, dass ihre von
den Luftleitblechen und dem mindestens einen der beiden Kühlkörper gebildeten
Lüftungskanäle einen
wabenförmigen
Querschnitt haben. Für
höhere
Leistungsklassen ist besonders vorteilhaft, wenn jeder der beiden
Kühlkörper auf
seiner dem anderen Kühlkörper zugewandten
Seite jeweils zwei aufeinander gestapelte Luftleitbleche trägt. In diesem Fall
ist zweckmäßigerweise
die Zwischenisolation zwischen den beiden paarweise gestapelten
Luftleitblechen eingefügt.
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Bei der Verwendung mehrerer Luftleitbleche wird
in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die in Isolierstoff
eingebetteten Verbindungsleiter in Form einer Verschaltungsplatine
als Zwischenisolation zwischen den Luftleitblechen der beiden Kühlkörper angeordnet
ist. Zur Ansaugung zusätzlicher
Kühlluft
werden zweckmäßigerweise
die Luftleitbleche im Bereich der Dioden mit axialen Luftdurchlässen versehen,
welche mit entsprechend axialen Luftdurchlässen in dem den Dioden jeweils
gegenüberliegenden
Kühlkörper fluchten.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand
der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 das
Schaltschema eines Drehstromgenerators mit einer Gleichrichter-Baueinheit,
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2 einen
Längsschnitt
der hinteren oberen Generatorhälfte
mit der Gleichrichter-Baueinheit als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 zeigt
die Vorderansicht der Gleichrichter-Baueinheit nach 2 ohne Schutzkappe und ohne Verschaltungsplatine
und
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4 zeigt
einen Querschnitt nach der Linie IV-IV aus 3.
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5 zeigt
einen Querschnittsausbruch einer Gleichrichter-Baueinheit als zweites
Ausführungsbeispiel
mit nur einem Kühlblech
zwischen den Kühlkörpern,
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6 zeigt
als drittes Ausführungsbeispiel einen
Querschnittsausschnitt einer Gleichrichter-Baueinheit mit zwei aufeinander
gestapelten Luftleitblechen,
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7 zeigt
als viertes Ausführungsbeispiel einen
Querschnittsausbruch einer Gleichrichter-Baueinheit mit paarweisen
Luftleitblechen auf jedem Kühlkörper,
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8 und 9 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel
einer Gleichrichter-Baueinheit mit zwei Luftleitblechen im Querschnitt
beziehungsweise Längsschnitt
und aussenliegender Verschaltungsplatine und
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10 zeigt
als letztes Ausführungsbeispiel eine
Gleichrichter-Baueinheit im Längsschnitt
mit einem Lagerschild als Minus-Kühlkörper.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein mit 10 bezeichneter Drehstromgenerator zur Versorgung
eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes mit einer Gleichrichter-Baueinheit 11 und
einem Regler 12 im Schaltungsaufbau dargestellt. Der Drehstromgenerator 10 hat
eine in Sternschaltung ausgeführte
Ständerwicklung 13.
In der Gleichrichter-Baueinheit 11 sind drei Diodenbrücken 14 aus
jeweils zwei in Reihe geschalteten Dioden zu einer Gleichrichter-Brückenschaltung
parallel geschaltet. Die Diodenbrücken 14 sind mit ihren
Minusdioden 15 anodenseitig mit einem gemeinsamen Minuspol 16 und
die Plusdioden 17 sind kathodenseitig mit einem gemeinsamen
Pluspol 18 verbunden, wobei Minuspol und Pluspol den Gleichstromausgang des
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3 zeigt
die Vorderansicht der Gleichrichter-Baueinheit nach 2 ohne Schutzkappe und ohne Verschaltungsplatine
und
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4 zeigt
einen Querschnitt nach der Linie IV-IV aus 3.
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5 zeigt
einen Querschnittsausbruch einer Gleichrichter-Baueinheit als zweites
Ausführungsbeispiel
mit nur einem Kühlblech
zwischen den Kühlkörpern,
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6 zeigt
als drittes Ausführungsbeispiel einen
Querschnittsausschnitt einer Gleichrichter-Baueinheit mit zwei aufeinander
gestapelten Luftleitblechen,
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7 zeigt
als viertes Ausführungsbeispiel einen
Querschnittsausbruch einer Gleichrichter-Baueinheit mit paarweisen
Luftleitblechen auf jedem Kühlkörper,
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8 und 9 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel
einer Gleichrichter-Baueinheit mit zwei Luftleitblechen im Querschnitt
beziehungsweise Längsschnitt
und aussenliegender Verschaltungsplatine und
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10 zeigt
als letztes Ausführungsbeispiel eine
Gleichrichter-Baueinheit im Längsschnitt
mit einem Lagerschild als Minus-Kühlkörper.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein mit 10 bezeichneter Drehstromgenerator zur Versorgung
eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes mit einer Gleichrichter-Baueinheit 11 und
einem Regler 12 im Schaltungsaufbau dargestellt. Der Drehstromgenerator 10 hat
eine in Sternschaltung ausgeführte
Ständerwicklung 13.
In der Gleichrichter-Baueinheit 11 sind drei Diodenbrücken 14 aus
jeweils zwei in Reihe geschalteten Dioden zu einer Gleichrichter-Brückenschaltung
parallel geschaltet. Die Diodenbrücken 14 sind mit ihren
Minusdioden 15 anodenseitig mit einem gemeinsamen Minuspol 16 und
die Plusdioden 17 sind kathodenseitig mit einem gemeinsamen
Pluspol 18 verbunden, wobei Minuspol und Pluspol den Gleichstromausgang des Drehstromgenerators 10 für den Anschluss
einer Akkumulatorbatterie im Bordnetz des Kraftfahrzeuges bilden.
Der Drehstromgenerator 10 hat einen Klauenpolläufer 19,
dessen Erregerwicklung 20 über den Regler 12 mit
einem geregelten Gleichstrom versorgt wird. Zur Abführung der
in den Dioden 15 und 17 der Gleichrichter-Baueinheit 11 entstehenden
Verlustwärme
sind in bekannter Weise die Minusdioden in einem Minus-Kühlkörper und
die Plusdioden in einem Plus-Kühlkörper eingesetzt
und die Verbindungsleiter der Diodenbrücken 14 für den Anschluss der
Dioden und der Ständerwicklung 13 sind
in bekannter Weise in einer Schaltungsplatine in Isolierstoff eingebettet.
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2 zeigt
den Längsschnitt
durch den hinteren Teil des Drehstromgenerators mit der Gleichrichter-Baueinheit 11,
die dort mittels Schrauben 22 stirnseitig am hinteren Lagerschild 23 des
Drehstromgenerators 10 festgeschraubt ist. Die Gleichrichter-Baueinheit 11 besteht
dort aus einem die Minusdioden 15 tragenden, plattenförmigen Minus-Kühlkörper 24, der Verschaltungsplatine 25 für die Anschlüsse der
Dioden und der Ständerwicklung 13 und
einem die Plusdioden 17 tragenden, plattenförmigen Plus-Kühlkörper 26,
wobei diese Bauteile sandwichartig übereinander liegend am Lagerschild 23 befestigt
sind. Die Verschaltungsplatine 25 bildet hier zugleich
die Zwischenisolation zwischen Minus- und Plus-Kühlkörper 24, 26.
Zur Kühlung
der Gleichrichter-Baueinheit 11 ist an der hinteren Stirnseite des
auf einer Läuferwelle 27 sitzenden
Klauenpolläufers 19 ein
Lüfterrad 28 befestigt,
das durch stirnseitige Fenster 29 des Lagerschildes 23 Kühlluft axial ansaugt
und radial über
den hinteren Wickelkopf der Ständerwicklung 13 hinweg
nach außen
bläst.
Dieser vom Lüfterrad 28 erzeugte
Kühlluftstrom 30 wird
von außen
durch Ansaugschlitze 31, 32 einer die Gleichrichter-Baueinheit 11 einfassenden
Schutzkappe 33 angesaugt und durchströmt die Gleichrichter-Baueinheit 11,
bevor die Kühlluft
zum Lüfterrad 28 gelangt.
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Luftleitblech 34 zwischen
den beiden Kühlkörpern 24, 26 angeordnet
ist. Dort ist das Luftleitblech 34 einerseits mit dem Plus-Kühlkörper 26 fest verbunden
und liegt andererseits über
eine wärmeleitende
Folie 42 als Zwischenisolation am Minus-Kühlkörper 24 an.
Zur Fixierung des Luftleitblechs 34 ist der Plus-Kühlkörper 26 mit
radial verlaufenden Nuten 43 versehen, in welche die am
Plus-Kühlkörper 26 aufliegenden
Bereiche des Luftleitblechs 34 eingesetzt und verschweißt sind.
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6 zeigt
als drittes Ausführungsbeispiel eine
Gleichrichter-Baueinheit 11b, bei der zwischen den Kühlkörpern 24, 26 zwei
mäanderförmig gebogene
Luftleitbleche 34, 35 derart aufeinander gestapelt sind,
dass die von ihnen und den beiden Kühlkörpern 26, 24 gebildeten
Lüftungskanäle 36a, 37a einen
wabenförmigen
Querschnitt haben. Dabei sind die Luftleitbleche 34, 35 im
Bereich der Diode 15 jeweils mit einem axialen Durchbruch 44 versehen,
der als Luftdurchlass jeweils mit einem entsprechend axialen Luftdurchlass 45 in
dem der Diode 15 gegenüberliegenden
Kühlkörper 26 fluchtet.
Durch diese Luftdurchlässe 45 gelangt
ein Teil des Kühlluftstromes 30b in
den jeweils dahinter liegenden Lüftungskanal 37a,
wobei der jeweils durch diesen Luftdurchlass 45 des Plus-Kühlkörpers 26 ragende Anschlussdraht 41 der
Diode 15 zusätzlich
gekühlt
wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
gemäß 7 tragen die beiden Kühlkörper 24, 26 auf ihren
einander zugewandten Seiten jeweils zwei wabenförmig aufeinander gestapelte
Luftleitbleche 34, 35, um bei einer Gleichrichter-Baueinheit 11c einer höheren Leistungsklasse
eine größere Verlustleistung
abführen
zu können.
Außerdem
ist dort zwischen den beiden Kühlblechpaaren
eine dem Wabenmuster der Luftleitbleche 34, 35 angepasste
Verschaltungsplatine 25a als Zwischenisolation angeordnet.
Auch dort ist im Bereich des Anschlussdrahtes 41 der Minusdiode 15 ein
Luftdurchlass 45 im Plus-Kühlkörper 26 für den axialen
Eintritt zusätzlicher
Kühlluft
in den Lüftungskanal 37b vorgesehen.
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Eine Variante der Ausführungsform
nach 6 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel
nach 8 und 9. Dort werden die Lüftungskanäle 36c, 37c im
Bereich der Dioden 15, 17 nicht gemäß 6 durch die zwei aufeinander
gestapelten Luftleitbleche 34, 35 gebildet, sondern
durch jeweils eines dieser Luftleitbleche 34, 35 und
einem der Kühlkörper 24, 26.
Außerdem
ist dort die Schaltungsplatine 25b für die Anschlussdrähte 41 der
Dioden 15, 17 oberhalb des Plus-Kühlkörpers 26 angeordnet.
Aus 9 ist erkennbar,
dass bei dieser Ausführungsform
ein Teil 30a des Kühlluftstromes
von außen
durch die Lüftungskanäle 36c, 37c radial
nach innen strömt
und ein weiterer Teil 30b an den Luftdurchlässen 45 des Plus-Kühlkörpers 26 in
Axialrichtung in die Lüftungskanäle 36c, 37c gelangt.
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In einem letzten Ausführungsbeispiel
gemäß 10 ist der Lagerflansch 23 auf
der hinteren Stirnseite des Drehstromgenerators zugleich als Minus-Kühlkörper 24a ausgebildet,
indem dort in nicht dargestellter Weise die Minusdioden 15 auf
einem Umfangsabschnitt unmittelbar eingesetzt sind. Um einen möglichst
ungestörten
Austritt der Kühlluft
aus den Lüftungskanälen 36c, 37c zu
erhalten, die von den Kühlkörpern 24a, 26 und
den profilierten Luftleitblechen 34, 35 gebildet
werden, werden die Ausströmöffnungen 36d, 37d so
angeordnet, dass sie einen größeren radialen
Abstand zur Generatorachse 21 haben, je näher sie
vor dem Lüfterrad 28 angeordnet
sind. Außerdem
sind die Lüftungskanäle 36c, 37c an
ihren Ausströmöffnungen 36d, 37d zur
Abstimmung der jeweiligen Kühlluftmenge
mit Querschnittsverengungen versehen, indem die Luftleitbleche 34, 35 an
den Ausströmöffnungen 36d, 37d Abbiegungen 46 aufweisen,
die in den jeweiligen Lüftungskanal 36c, 37c ragen.
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Im Rahmen der Erfindung lassen sich
zahlreiche weitere Varianten bei der Ausbildung der Gleichrichter-Baueinheit
mit den zusätzlichen
Luftleitblechen realisieren. Anstelle einer Stromversorgung, bei
der nach den 2 bis 10 der Minuspol der Gleichrichter-Baueinheit
als Massepotential verwendet wird, kann alternativ auch der Pluspol
als Massepotential dienen, wobei dann gegebenenfalls das Lagerschild 23 der
Maschine als Plus-Kühlkörper benutzt
werden kann. Ferner ist es alternativ zu den 2 bis 10 auch
möglich,
die Gleichrichter-Baueinheit auf der Innenseite des hinteren Lagerschildes der
Maschine zu montieren. Ferner kann auch anstelle der Verschaltungsplatine
zwischen den Luftleitblechen 34 und 35 sowie anstelle
der Folie 42 auf dem Minus-Kühlkörper 24 eine derartige
Folie zwischen den Luftleitblechen 34 und 35 eingesetzt
werden, sofern dort an den Rändern
der Folie 42 zur Vermeidung von Kurzschlüssen oder
Kriechströmen
ein ausreichender Abstand zwischen den Potentialen der Luftleitbleche 34, 35 sichergestellt
wird. Außerdem
können
die plattenförmigen
Kühlkörper auch
mit Kühlrippen
versehen sein und anstelle eines Luftleitbleches kann auch ein profiliertes
Gussteil mit Luftleitrippen verwendet werden. In allen Fällen wird
die in den Dioden erzeugte Verlustwärme sowohl direkt an den durch
die Lüftungskanäle 36, 37 strömenden Teil
des Kühlluftstromes
als auch indirekt durch Wärmeleitung über die
Kühlkörper an
die Luftleitteile und von dort an die Kühlluft abgegeben.