DE7838460U1 - RECTIFIER ELEMENT - Google Patents

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Gleichrichterelement und daraus gebildetes GleichrichtersystemRectifier element and rectifier system formed from it

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gleichrichterelement und einem daraus gebildeten Gleichrichtersystem nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus Halbleiterdioden bestehende Gleichrichterelemente bzw. vollständige Gleichrichtersysteme sind in vielfältiger Form bekannt; beispielsweise die üblichen Grätz-Brückenschaltungen oder auch Gleichrichterbrücken, wie sie bei üblicherweise im Kraftfahrzeugbau oder bei sonstigen mobilen Einheiten verwendeten elektrischen Gleichstromgeneratoren angewendet werden. Es ist bekannt, daß bei solchen Drehstromgeneratoren zum Teil erhebliche Stromstärken gleichgerichtet werden müssen, dennThe invention is based on a rectifier element and a rectifier system of the type formed therefrom of the main claim. Rectifier elements consisting of semiconductor diodes or complete rectifier systems are known in many forms; for example the usual Grätz bridge circuits or rectifier bridges, as is the case with electrical units that are commonly used in motor vehicle construction or other mobile units DC generators are used. It is known that in such three-phase generators sometimes considerable Currents must be rectified, because

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die Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs ist üblicherweise wegen der vorhandenen Batterie, die lediglich Gleichstromenergie speichern kann, auf Gleichstrom abgestellt. Zur Gleichrichtung det von einem Drehstromgenerator abgegebenen dreiphasigen Wechselstroms werden üblicherweise sechs Leistungsdioden und gegebenenfalls hiervon getrennt für die Erzeugung des Erregerstroms noch drei Erregerdioden verwendet, wobei jede der sechs Leistungsdioden bei sehr hohem Strombedarf auch aus der Parallelschaltung einer gewünschten Anzahl von weiteren Dioden bestehen kann.the electrical system voltage of a motor vehicle is usually due to the existing battery, which only uses direct current energy can store, switched to direct current. For rectification det delivered by a three-phase generator three-phase alternating current are usually six power diodes and possibly separated from them for the Generating the excitation current still uses three excitation diodes, each of the six power diodes at very high Power requirement can also consist of the parallel connection of a desired number of further diodes.

^ ^Da diese Halbleiterdioden nur bis zu bestimmten Temperaturen au:^ ^Since these semiconductor diodes only work up to certain temperatures:

geheizt werden dürfen, muß die Verlustwärme mit Sicherheit abgeführt werden, so daß die Dioden üblicherweise in sog. Kühlkörpern eingebaut sind, die so an einergeeignetenStelle, beispielsweise einem Lagerschild des Drehstromgenerators angeordnet und an diesem befestigt sind, daß sich die Kühlkörper in dem vom Drehstromgenerator erzeugten Kühlluftstrom oder in einem Fremdkühlluftstrom befinden. Bei größeren Drehstromgeneratoren kann auch ein aus drei Kühlkörpern bestehendes Gleichrichtersystem vorgesehen sein, bei dem je drei Dioden, eine Plus-, eine Minus- und die Erregerdiode in drei Gruppen zusammengefaßt sind und jeder Gruppemay be heated, the heat loss must be safely dissipated, so that the diodes are usually in so-called. Heat sinks are installed so that they are For example, a bearing plate of the alternator are arranged and attached to this that the heat sink in the cooling air flow generated by the alternator or in an external cooling air flow. With larger ones Three-phase generators can also be provided with a rectifier system consisting of three heat sinks each of which three diodes, a plus, a minus and the exciter diode are summarized in three groups and each group

( ) ein Kühlkörper zugeordnet ist. Die Kühlkörper können zusätzlich mit Kühlrippen versehen sein. () a heat sink is assigned. The heat sinks can also be provided with cooling fins.

Entscheidend ist bei der herkömmlichen Gleichrichterbauweise, daß die einzelnen Ventile üblicherweise mit einem einzigen Kühlkörper durch Einpressen, Einlöten oder Andrücken verbunden werden. Im Betrieb des Gleichrichters wird dann die anfallende Verlustwärme einseitig über dieses Kühlblech abgeführt. Die Bauform einer solchen Leistungsdiode ist dabei von vornherein auf die Betriebsweise mit einseitiger Wärmeabfuhr eingerichtet, d.h. eine solche bekannte Lei-The decisive factor in the conventional rectifier design is that the individual valves are usually connected to a single valve Heat sinks can be connected by pressing, soldering or pressing. When the rectifier is in operation, the Any heat losses that occur are dissipated on one side via this cooling plate. The design of such a power diode is included from the outset set up for the mode of operation with one-sided heat dissipation, i.e. such a known line

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stungsdiode verfügt über ein äußeres Gehäuse, welches eine Rändelung zur Halterung im Preßsitz (Einpreßdiode) aufweist und einen isoliert zum Gehäuse vorhandenen Anschlußdraht oder Kopfdraht für die Herstellung der zweiten elektrischen Anschlußverbindung. Eine solche Einpreßdiode sitzt in einer entsprechend dimensionierten Bohrung im zugeordneten Kühlblech, wobei der in der Regel dünne Anschlußdraht insofern problematisch ist, als die wechselstromseitig anzuschließende Generatorwicklung meist aus stärkeren Drähten besteht, deren Verbindung mit der Diode durch Schweißen oder Löten Probleme aufwirft.stungsdiode has an outer housing, which is a Has knurling for holding in the press fit (press-fit diode) and an isolated connecting wire to the housing or head wire for making the second electrical connection. Such a press-fit diode sits in a correspondingly dimensioned bore in the associated cooling plate, with the connecting wire, which is usually thin This is problematic in that the generator winding to be connected on the alternating current side is usually off There are thicker wires, the connection of which with the diode by welding or soldering poses problems.

Außerdem kann die im Betrieb auftretende Schüttelbeanspruchung hier zu Drahtbrüchen oder zu einem Auftrennen der Kontakte führen.In addition, the shaking stress that occurs during operation can lead to wire breaks or the separation of the Make contacts.

Es besteht Bedarf nach einem schüttelfesten montagefreundlichen Gleichrichterelement, welches eine einwandfreie Kühlung sicherstellt und den kompakten Aufbau von Gleichrichtersystemen hoher Leistung ermöglicht.There is a need for a shake-proof, easy-to-install rectifier element which provides perfect cooling and enables the compact design of high-performance rectifier systems.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Gleichrichterelement und ein daraus gebildetes Gleichrichtersystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auch bei Drehstromgeneratoren mit sehr hoher Leistungsabgabe eine ausgeglichene Kühlwirkung für die einzelnen Halbleiterdioden sichergestellt ist; außerdem lassen sich auf der Basis eines solchen Gleichrichterelements hergestellte Gleichrichtersysteme raumsparend aufbauen, wobei eine Optimierung der thermischen Verhältnisse erzielt wird.The rectifier element according to the invention and one formed therefrom Rectifier system with the characterizing features of the main claim has the advantage that also with Three-phase generators with very high power output have a balanced cooling effect for the individual semiconductor diodes is ensured; In addition, rectifier systems produced on the basis of such a rectifier element can be used Build up space-saving, whereby an optimization of the thermal conditions is achieved.

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Durch die massiven Blechanschlüsse auf beiden Seiten des Y Ventils ergibt sich eine beidseitige Wärmeabfuhr sowie j? gleichzeitig die Herstellung fester elektrischer Verbin- IThe massive sheet metal connections on both sides of the Y valve result in heat dissipation on both sides and j? at the same time the production of permanent electrical connections

düngen von Ständerwicklung und Gleichrichter einerseits j? und von Gleichrichter zu den Plus- oder Minusanschlussen andererseits.fertilize stator winding and rectifier on the one hand j? and from rectifier to the plus or minus terminals on the other hand.

Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Gleichrichterelement die Parallelschaltung mehrerer Dioden, so daß verschiedene elektrische Funktionen erhalten werden können; beispiels- i weise die wechselspannungsseitige Zusammenschaltung von ηIn addition, the rectifier element according to the invention allows the parallel connection of several diodes, so that different electrical functions can be obtained; for example, the interconnection of η on the AC voltage side

^ Last- und Erregerkreis bei Drehstromyeneratoren. >^ Load and excitation circuit for three-phase generators. >

Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch die verbesserte Wärme- J abfuhr eine gegenseitige Aufheizung der vorhandenen Last- § und Erregerdioden vermieden wird und auch Stoffe mit geringerer Wärmeleitfähigkeit, die aber andere Vorteile bieten, | zum Einsatz kommen können, wie beispielsweise Stahl für | die Kühlkörper. IIt is also advantageous that the improved heat dissipation results in mutual heating of the existing load. and excitation diodes is avoided and also substances with lower thermal conductivity, but which offer other advantages, | can be used, such as steel for | the heat sinks. I.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des | im Hauptanspruch angegebenen Gleichrichterelements und eines ζ daraus hergestellten Gleichrichtersystems möglich. BesondersThe measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the | in the main claim specified rectifier element and a ζ from rectifier system made possible. Especially

vorteilhaft ist, daß durch die Wahl bestimmter Mindestabstände zwischen den Kühlblechen, die sich durch die Art der Herstellung des Gloichrichterelementes vorgeben lassen, der Aufbau kompakter Gleichrichter möglich ist. Es ist auch möglich, anstelle üblicher vollständig gekapselter Halbleiterdioden für den Aufbau der Gleichrichterelemente lediglich einzelne Halbleiterkristalle zu verwenden, die dann zum Schutz und zur Isolierung vorteilhafterweise mit einer Kunststoffummantelung versehen werden. In diesem Fall übernehmen die beidseitigen Kühlbleche gleichzeitig tragendeIt is advantageous that by choosing certain minimum distances between the cooling plates, which can be specified by the type of manufacture of the gloichrichter element, the construction of compact rectifiers is possible. It is also possible instead of the usual fully encapsulated semiconductor diodes to use only single semiconductor crystals for the construction of the rectifier elements, which then are advantageously provided with a plastic coating for protection and insulation. In this case take over the two-sided cooling plates simultaneously load-bearing

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und lagernde Funktionen für die Dioden und werden somit Teil des Gesamte lernen ts.and storage functions for the diodes and thus become part of the overall learning process.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1a bis 1d unterschiedliche Formen von Gleichrichterelementen, jeweils bestehend aus drei Kühlblechen und zwei, zwischen diesen angeord-Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail in the following description explained. FIGS. 1a to 1d show different forms of rectifier elements, each consisting of them of three cooling plates and two, arranged between these

' neten Halbleiterdioden, die Figuren 2 bis 4 Ausführungsformen von auf der Basis der in den Figuren 1a bis 1d dargestellten Gleichrichterelemente aufgebauten kompletten Gleichrichtersysteme, Fig. 5a ein für die Verwendung bei einem Drehstromgenerator geeignetes Gleichrichtersystem, welches auch die erforderlichen Erregerdioden umfaßt, in einer Seitenansicht, die Fig. 5b das Gleichrichtersystem der Fig. 5a in Draufsicht und die B'ig. 5c dieses Gleichrichtersystem in einer Ansicht von vorn, die Fig. 6 zeigt schließlich eine mögliche elektrische Schaltungsausführung eines Drehstromgenerators mit Ständerwicklung in Sternschaltung und zugeordneten Leistungs- und Erregerdioden sowie'Neten semiconductor diodes, the Figures 2 to 4 embodiments of on the basis of the in Figures 1a to 1d Complete rectifier systems constructed in the illustrated rectifier elements, FIG. 5a for use in a three-phase generator suitable rectifier system, which also includes the required exciter diodes, in a side view, FIG. 5b the rectifier system of FIG. 5a in plan view and B'ig. 5c this rectifier system in a view from the front, FIG. 6 finally shows a possible electrical circuit design a three-phase generator with stator winding in star connection and associated power and excitation diodes and

( Erregerwicklung mit Regler.(Excitation winding with regulator.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, vorgefertigte Gleichrichterelemente, jeweils gebildet aus zwei einander zugeordneten und bevorzugt in einer gleichen Ebene angeordneten Halbleiterdioden und drei Kühlblechen, hei zustellen, wobei ein mittleres Kühlblech beidseitig von Anlage-, Kontakt- oder Preßflächen der beiden Halbleiter-The basic idea of the present invention consists in prefabricated Rectifier elements, each formed from two associated with one another and preferably in the same one Semiconductor diodes arranged level and three cooling plates, hot with a central cooling plate on both sides of contact, contact or pressing surfaces of the two semiconductor

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dioden kontaktiert ist und wobei auf der Basis eines solchen Gleichrichterelements komplette Gleichrichtersysteme oder Gleichrichterbrücken in kompakter Ausführung mit hervorragenden Kühleigenschaften hergestellt werden können.diodes is contacted and with complete rectifier systems based on such a rectifier element or rectifier bridges can be produced in a compact design with excellent cooling properties be able.

Der Darstellung der Fig. 1a läßt sich ein erstes Gleichrichterelement 1 der beschriebenen Art entnehmen, bestehend aus zwei Dioden 5a und 5b, die zwischen drei Kühlblechen 6a, 6b und 6c angeordnet sind. Jede Diode 5a, 5b ist bevorzugt symmetrisch ausgebildet und verfügt über zwei, einander gegenüberliegende und bevorzugt gleiche Anlage- oder Kontaktflächen 7a, 7b, die mit den zugewandten Flächen der zugeordneten Kühlbleche 6a, 6b, 6c verbunden sind. Diese Verbindung der seitensymmetrisch ausgebildeten Dioden 5a, 5b kann durch Löten, durch einen Preßsitz, durch einfache Anlagekontaktierung oder auf andere geeignete Weise erfolgen, jedoch so, daß gleichzeitig die beiden elektrischen Anschlußverbindungen für die jeweilige Diode hergestellt und eine gute wärmeübertragende Anlagefläche sichergestellt ist. Man erzielt so eine beidseitige Wärmeabfuhr bei jeder Diode, wobei die dem jeweiligen mittleren Kühlblech 6b zugewandten Diodenseiten im Betrieb dann jeweils über das gleiche elektrische Potential verfügen.A first rectifier element can be derived from the illustration in FIG. 1a 1 of the type described, consisting of two diodes 5a and 5b, which are between three cooling plates 6a, 6b and 6c are arranged. Each diode 5a, 5b is preferably symmetrical and has two, one another opposite and preferably the same abutment or contact surfaces 7a, 7b, which with the facing surfaces of the associated cooling plates 6a, 6b, 6c are connected. This connection of the laterally symmetrical diodes 5a, 5b can by soldering, by a press fit, by simple contact contact or in another suitable way take place, but in such a way that the two electrical connections for the respective diode are made and at the same time a good heat-transferring contact surface is ensured. In this way, heat dissipation on both sides is achieved for each diode, the diode sides facing the respective middle cooling plate 6b then each over the same during operation have electrical potential.

Bevorzugt sind die Dioden 5a, 5b daher in einem eigenen GeThe diodes 5a, 5b are therefore preferably in their own Ge

häuse angeordnet, welches aber im Gegensatz zu den bisher bekannten Dioden nicht als ein großflächiges unteres , die Verbindung zu einem Kühlkörper sicherstellenden Gehäuseteil und einem Kopfdraht besteht, sondern über beidseitige Anlageoder Kontaktflächen verfügt. Bei den Dioden 5a, 5b der Fig. 1a verfügt das Diodengehäuse jeweils über einen mittleren verdickten Bereich 8, an dem sich beidseitig verjüngte Anschluß- und Kontaktbereiche 9a, 9b anschließen. Durch diehousing arranged, which, however, in contrast to the previously known diodes, not as a large-area lower, the There is a connection to a housing part ensuring the heat sink and a head wire, but via a contactor on both sides Has contact surfaces. In the case of the diodes 5a, 5b of FIG. 1a, the diode housing each has a central one thickened area 8 to which connection and contact areas 9a, 9b are tapered on both sides. Through the

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Bauhöhe der Dioden 5a, 5b ergibt sich gleichzeitig ein ausreichender Abstand der Kühlbleche, um Kriechwege zu vermeiden. Der eigentliche Aufbau der Halbleiterdiode innerhalb des Gehäuses 5a, 5b ist beliebig; sichergestellt sein muß lediglich, daß das Diodengehäuse so ausgebildet ist, daß auf jeden Fall die beidseitigen Anlageflächen 7a, 7b elektrisch zueinander isoliert sind, da mindestens diese Anlageflächen auch mit jeweils einem der beiden Halbleiterdiodenanschlüsse in Verbindung stehen.At the same time, the overall height of the diodes 5a, 5b is sufficient Distance between the cooling plates to avoid creepage distances. The actual structure of the semiconductor diode inside the housing 5a, 5b is arbitrary; it only has to be ensured that the diode housing is designed in such a way that that in any case the two-sided contact surfaces 7a, 7b are electrically isolated from one another, since at least these Contact surfaces are also connected to one of the two semiconductor diode connections.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1b werden Dioden 10a, 10b von vergleichsweise kleinem kompaktem Aufbau verwendet, die über eine einheitliche Gehäuseform verfügen. Um hier den erforderlichen Mindestabstand zwischen den Kühlblechen 6a¹, 6b¹, 6c¹ herzustellen, ist in das mittlere Kühlblech 6b¹ ein Kontaktniet 11 eingezogen, der beidseitig nach außen einen solchen Abstand sichert, daß der Kriechwege ausschließende übliche Kühlblechabstand entsprechend der Darstellung der Fig. 1a sichergestellt ist. Der Kontaktniet dient dann gleichzeitig der Herstellung der elektrischen Kontakte der beiden anliegenden Diodenflächen sowie der Wärmeübertragung auf das mittlere Kühlblech 6b¹.In the embodiment of FIG. 1b, diodes 10a, 10b of a comparatively small, compact design are used, which have a uniform housing shape. In order to produce the required minimum distance between the cooling plates 6a ¹ , 6b ¹ , 6c ¹ , a contact rivet 11 is drawn into the middle cooling plate 6b ¹ , which ensures a distance on both sides to the outside such that the usual cooling plate distance excluding the creepage distances as shown in FIG 1a is ensured. The contact rivet then simultaneously serves to produce the electrical contacts of the two adjacent diode surfaces and to transfer heat to the central cooling plate 6b ¹ .

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1c sind die Dioden 12a, 12b in etwa so ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1b; sie verfügen aber beidseitig über für den erforderlichen Mindestabstand sorgende gelötete Kontakte 13a, 13b, wobei diese Lötstellen auch hier die elektrischen Verbindungen und die Wärmeübertragung sicherstellen.In the exemplary embodiment in FIG. 1c, the diodes 12a, 12b are designed approximately in the same way as in the exemplary embodiment of Fig. 1b; but they have both sides for the necessary Soldered contacts 13a, 13b providing a minimum spacing, these soldering points also being the electrical connections here and ensure heat transfer.

Schließlich ist es möglich, die Form der Kühlbleche 15a, i5b, 15c bei dem Gleichrichterelement 4 der Fig. 1d so auszubilden, daß die beiden äußeren Kühlbleche 15a, 15c im Bereich der auch hier wieder vergleichsweise schmalen HaIb-Finally, it is possible to design the shape of the cooling plates 15a, i5b, 15c in the rectifier element 4 of FIG. 1d so that that the two outer cooling plates 15a, 15c in the area of the again comparatively narrow half

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leiterdiodenformen 14a, 14b jeweils eine Ausstülpung 15d, 15e aufweisen, die für den nötigen Abstand der Kühlbleche zueinander sorgt und mit einem unteren flächigen Teil an den zugewandten Flächen der Halbleiterdioden anliegt. Diese Ausstülpung kann durch einen Ziehvorgang hergestellt | sein, so daß sich ein sog. gezogener Kontakt ergibt.Conductor diode forms 14a, 14b each have a protuberance 15d, 15e, which for the necessary distance between the cooling plates ensures each other and rests with a lower flat part on the facing surfaces of the semiconductor diodes. These Protuberance can be produced by a drawing process | so that there is a so-called drawn contact.

Es versteht sich, daß eine Vielzahl weiterer Ausführungs- |It goes without saying that a large number of other embodiments |

formen von Gleichrichterelementen denkbar ist, die, wie ϊshape of rectifier elements is conceivable, which, like ϊ

die Gleichrichterelemente 1, 2, 3, 4 der Figuren la, Ib, |the rectifier elements 1, 2, 3, 4 of Figures la, Ib, |

1c, 1d alle auf dem gleichen Grundgedanken beruhen. So ist ι 1c, 1d are all based on the same basic idea. So is ι

es möglich, daß beidseitige Vorsprünge der Halbleiterdioden j,it is possible that projections on both sides of the semiconductor diodes j,

in Ausnehmungen oder Bohrungen zugewandter Seiten der i!in recesses or bores facing sides of the i!

Kühlbleche eingreifen und dort verlötet sind oder im Preß- |Engage cooling plates and are soldered there or in the press |

sitz gehalten sind; es ist auch möglich, die Kühlbleche fseat are held; it is also possible to use the cooling plates f

durch geeignete Mittel, beispielsweise elektrisch nicht I,by suitable means, for example electrically not I,

leitende Bänder miteinander zu verspannen und Jie Dioden ,. I;bracing conductive tapes together and Jie diodes,. I;

so im Preßsitz zu halten. rso to hold in the press fit. r

Die Figuren 2 bis 4 geben aus der Zuordnung von mindestens zwei der in den Figuren 1a bis 1d gezeigten Gleichrichterelemente gebildete komplette Gleichrichtersysteme an, wobei die einfachste Form entsprechend Fig. 2 darin besteht, daß auf einer Trägerunterlage 16 mindestens zwei, vorzugsweise aber drei Gleichrichterelemente 17a, 17b, 17c angeordnet und befestigt sind. Die Trägerunterlage 16 kann Durchbrechungen 16a, 16b, 16c aufweisen, durch welche die Kühlluft zu den an ihr befestigten Gleichrichterelementen strömen und diese kühlen kann. Die solcherart angeordneten Gleichrichterelemente 17a, 17b, 17c können elektrisch beliebig miteinander verschaltet und Verbraucherseitig mit den Plus- und Minusanschlussen sowie eingangsseitig mit den Wechselstrom- bzw. Drehstromanschlüssen verbunden werden; so ist durch die Zusammenschaltung der Gleichrichterelemente 17a,FIGS. 2 to 4 show the assignment of at least two of the rectifier elements shown in FIGS. 1a to 1d formed complete rectifier systems, the simplest form according to FIG. 2 is that on a support base 16 at least two, preferably but three rectifier elements 17a, 17b, 17c are arranged and fixed. The carrier base 16 can have perforations 16a, 16b, 16c, through which the cooling air flows to the rectifier elements attached to it and it can cool. The rectifier elements 17a, 17b, 17c arranged in this way can be of any electrical type interconnected and on the consumer side with the plus and negative connections as well as on the input side with the alternating current or three-phase connections are connected; so by the interconnection of the rectifier elements 17a,

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17b der Aufbau eines ^raetz-Gleichrienters möglich, wenn jeweils die beiden äußeren Kühlbleche 18a und 18c sowie 19a und 19c jedes Gleichrichterelementsmiteinander verbunden und an die beiden nicht miteinander verbundenen inneren Kühlbleche 18b und 19b die speisende Wechselspannung angeschlossen wird. Es versteht sich, daß die Gleichrichterdioden für den Aufbau eines solchen Gxaetz-Gleichrichters entsprechend gepolt sind.17b the construction of a ^ raetz equivalency possible, if the two outer cooling plates 18a and 18c as well as 19a and 19c of each rectifying element are connected to each other and to the two inner ones that are not connected to each other Cooling plates 18b and 19b, the feeding AC voltage is connected. It goes without saying that the rectifier diodes are polarized accordingly for the construction of such a Gxaetz rectifier.

Für den Anwendungsfall der Gleichrichtung von Drehstrom, wie er bei Drehstromgeneratoren im Kraftfahrzeugbereich üblicherweise vorkommt, kann die Verbindung der Kühlbleche und damit gleichzeitig auch die elektrischen Verbindungen so hergestellt werden, wie in der Darstellung der Fig. 3 gezeigt; die äußeren Kühlbleche sind jeweils unter Bildung durchlaufender Kühlblechschienen 20a und 20b miteinander verbunden und bilden gleichzeitig den ausgangsseitigen Plus- und Minus-Anschluß ₃ während die drei Phasen der Wechselspannung an die drei zueinander isoliert gehaltenen inneren Kühlbleche 21, 22 und 23 angelegt sind; es versteht sich, daß als Dioden die beliebigsten Ausführungsformen entsprechend der Darstellung der Gleichrichterelemente in Figuren 1a bis 1d gewählt werden können.For the application of rectification of three-phase current, as it usually occurs in three-phase generators in the motor vehicle sector, the connection of the cooling plates and thus at the same time the electrical connections can be made as shown in the illustration in FIG. 3; the outer cooling plates are connected to one another to form continuous cooling plate rails 20a and 20b and at the same time form the positive and negative connection _{3 on} the output side while the three phases of the alternating voltage are applied to the three inner cooling plates 21, 22 and 23, which are kept insulated from one another; It goes without saying that any desired embodiments can be selected as diodes in accordance with the representation of the rectifier elements in FIGS. 1a to 1d.

Zum Aufbau eines kompletten Gleichrichtersystems in einer noch kompakteren, dennoch aber kühlintensiveren Form ist das Ausführungsbeispiel der Flg. 4 geeignet, bei dem die Gleichrichterelemente der Fig. 1d Verwendung finden, wobei eine zusätzliche Krümmung oder Welligr.eit der einzelnen Kühlelemente noch ergänzend in Betracht gezogen werden kann. Durch die Krümmungen ergeben sich größere Kühlflächen und die Möglichkeit, in versetzter Weise die einzelnen Gleichrichterelemente 4a, 4b und 4c ineinander verschachtelt anzuordnen. Elektrische Verbindungen können in beliebigerFor building a complete rectifier system in an even more compact, but still more cooling-intensive Form is the embodiment of Flg. 4 suitable, in which the rectifier elements of Fig. 1d are used, with an additional curvature or waviness of the individual Cooling elements can still be considered as a supplement. The curvatures result in larger cooling surfaces and the possibility of interleaving the individual rectifier elements 4a, 4b and 4c in a staggered manner to arrange. Electrical connections can be made in any

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Weise hergestellt werden.Way to be made.

Die Figuren 5a bis 5c zeigen in verschiedenen Ansichten ein kompaktes Gleichrichtersystem, wie es unmittelbar bei einem Drehstromgenerator Anwendung finden kann; äußere, miteinander verbundene Kühlbleche in Form von Stromschienen 24 und 25 für die Bildung des Lastanschlusses B- und B+ sind jeweils mit den Anoden bzw. Kathoden der sechs Leistungsdioden 26, 28, 30 bzw. 27, 29, 31 verbunden," wobei die Dioden 26, 28 und 30 die Minusdioden der Schaltung und die Dioden 27, 29 und 31 die Plusdioden der Schaltung darstellen, wie dies auch in Form eines elektrischen Schaltungsbildes in der Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 erkennt man auch die Verbindung der mittleren, zueinander elektrisch isolierten Kühlbleche 32, 33 und 34, die beidseitig von Dioden, und zwar jeweils von der Anode und jeweils von der Kathode einer der anliegenden Dioden kontaktiert sind, mit den zugeordneten, die drei Phasen des Drehstroms erzeugenden Ständerwicklungen 35, 36 und 37. Da mit diesen drei Phasen gleichzeitig auch noch die mit 38, 39 und 40 in Fig. bezeichneten Erregerwicklungen verbunden sind, können diese an die gleichen inneren Kühlbleche 32, 33 und 34_rwie in Fig. 5 gezeigt,mit ihrem einen Anschluß angeschlossen wer-( ι den, während die anderen Diodenseiten zur Bildung des zumFIGS. 5a to 5c show different views of a compact rectifier system as can be used directly in a three-phase generator; outer, interconnected cooling plates in the form of busbars 24 and 25 for the formation of the load connection B- and B + are each connected to the anodes and cathodes of the six power diodes 26, 28, 30 and 27, 29, 31, "where the diodes 26, 28 and 30 represent the negative diodes of the circuit and the diodes 27, 29 and 31 represent the positive diodes of the circuit, as is also shown in the form of an electrical circuit diagram in Fig. 6. In Fig. 6 you can also see the connection of the middle ones , mutually electrically insulated cooling plates 32, 33 and 34, which are contacted on both sides by diodes, namely in each case by the anode and in each case by the cathode of one of the adjacent diodes, with the associated stator windings 35, 36 and 37 that generate the three phases of the three-phase current Since the excitation windings designated by 38, 39 and 40 in FIG. 1 are also connected to these three phases at the same time, they can be connected to the same inner cooling plates 32, 33 and 34 _r as in FIG. 5 shows, be connected with its one connection (ι the, while the other diode sides to form the to

Regler führenden Anschlusses D+ über einen Verbindungsdraht 41 miteinander verbunden sein können. In der Darstellung der Fig. 6 ist der Regler noch mit 42 und die von ihm gespeiste Erregerwicklung mit 43 bezeichnet. Man erkennt, daß durch entsprechende Wahl der gleichstromseitigen Kühlbleche (s. Fig. 3) bestimmte Schaltungen, beispielsweise Brückenschaltungen ohne zusätzliche Verbindungen realisiert werden können; durch die Wahl bestimmter Mindestabstände zwischen den Kühlblechen lassen sich so sehr kompakte Gleichrichter aufbauen, die ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet bei Drehstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge finden.Controller leading connection D + via a connecting wire 41 can be connected to each other. In the illustration of FIG. 6, the controller is still with 42 and the one fed by it Excitation winding denoted by 43. It can be seen that by appropriate selection of the cooling plates on the DC side (See Fig. 3) certain circuits, for example bridge circuits, can be implemented without additional connections be able; By choosing certain minimum distances between the cooling plates, very compact rectifiers can be created build, which find a particularly preferred area of application in three-phase generators for motor vehicles.

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Weiter vorn ist schon erwähnt worden, daß für den Aufbau der Gleichrichterelemente auch anstelle vollständig in einem Gehäuse eingekapselter Dioden einzelne Kristallanordnungen verwendet werden können, die dann zur Isolierung von einer Kunststoffkapsel eingeschlossen sind. In diesem Fall ist es sinnvoll, die zugeordneten Kontakt- und Anschlußbereiche auf den Kühlelementen sofort als Trägerund Teilgehäusebereiche auszubilden; gegebenenfalls Teile der Dioden sofort auf den Kühlblechen aufzubauen und diese dann entsprechend miteinander zu verbinden.It has already been mentioned above that for the construction of the rectifier elements, instead of completely in a housing of encapsulated diodes, individual crystal arrays can be used, which are then used for insulation are enclosed in a plastic capsule. In this In this case, it makes sense to immediately use the associated contact and connection areas on the cooling elements as carriers To form partial housing areas; if necessary, build up parts of the diodes immediately on the cooling plates and use them then connect to each other accordingly.

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Zusammenfassungsummary

Es wird ein Gleichrichterelement und ein daraus gebildetes Gleichrichtersystem vorgeschlagen, welches der verbesser- I ten Kühlung von bei solchen Gleichrichtern verwendeten \ Halbleiterdioden, insbesondere für Drehstromgeneratoren ' bei Kraftfahrzeugen dient und gleichzeitig den kompakten Aufbau von Gleichrichtersystemen ermöglicht. Das Gleich- · richterelement umfaßt zwei Halbleiterdioden, die auf beiden Seiten über eine gute Wärmeübertragung sicherstellende Anlage-, Kontakt- oder Preßflächen verfügen. Dabei sind an beiden dieser Diodenflächen Kühlbleche angeordnet, die gleichzeitig der Herstellung der elektrischen Anschlußverbindungen für diese Diode dienen. An einander zugewandten Diodenflächen der beiden, jeweils ein gleiches Element bildenden Dioden ist ein gemeinsames mittleres Kühlblech vorgesehen. Mindestens ein solches Gleichrichterelement, bevorzugt aber mehrere, dienen dann in geeigneter Zusam- i mensteilung dem Aufbau kompletter kompakter Gleichrichter- \ systeme, wobei zusätzliche AnschIußverbindungen überflüssig werden.Disclosed is a rectifier element and a formed therefrom rectifier system comprising the improved I th cooling 'is used and used in such rectifiers \ semiconductor diodes, in particular for three-phase generators in motor vehicles at the same time enables the compact design of rectifier systems. The rectifier element comprises two semiconductor diodes which have contact, contact or pressing surfaces on both sides that ensure good heat transfer. In this case, cooling plates are arranged on both of these diode surfaces, which simultaneously serve to produce the electrical connections for this diode. A common central cooling plate is provided on facing diode surfaces of the two diodes, each forming an identical element. Use at least one rectifier element, but preferably more, then serve in appropriate together i mens division the construction of complete compact rectifier \ systems, with additional AnschIußverbindungen be superfluous.

Claims (1)

Dipl. Ing. PeSSr OHe :"::": 7p33rie>rrenfctör;ö<!<upplngen)Dipl. Ing. PeSSr OHe : "::": 7p33rie>rrenfctör; ö <! <Upplngen) Patentanwalt "! 'Eilfektrriae 7/ '- ■ Patent attorney "! 'Eilfetrriae 7 /' - ■ Telefon (O 70 3S)' a 19 99Telephone (O 70 3S) 'a 19 99 ' 1366/ot/hn ' 1366 / ot / hn 4. 8. I9794. 8. 1979 Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1 SCHUTZANSPRÜCHEPROTECTION CLAIMS 1. Gleichrichterelement zur Bildung von Gleichrichterdioden tragenden Gleichrichterkühlanordnungen, insbesondere für elektrische Maschinen, nämlich Drehstromgeneratoren für mobile Einheiten, Kraftfahrzeuge u. dgl. , dadurch gekennzeichnet, daS an entgegengesetzten Flächen (7a, 7b) von jeweils zwei Gleichrichterdioden (5a, 5b, 10a, 10b, 12a, 12b, 14a, 14b), die auf beiden Seiten über eine gute Wärmeübertragung sicherstellende Anlage-, Kontaktoder Preßflächen verfügen, Kühlbleche (6a, 6b, 6c, 6a' , 6b', 6c', 6a", 6b", 6c", 15a, 15b, 15c) angeordnet sind, die gleichseitig der Herstellung der elektrischen Anschlußverbindungen dienen und daß an den einander zugewandten Diodenflächen ein gemeinsames mittleres Kühlblech (6b, 6b', 6b", 15b) vorgesehen ist.1. Rectifier element for the formation of rectifier cooling arrangements carrying rectifier diodes, in particular for electrical machines, namely three-phase generators for mobile units, motor vehicles and the like, characterized in that, that on opposite surfaces (7a, 7b) of two rectifier diodes (5a, 5b, 10a, 10b, 12a, 12b, 14a, 14b), which on both sides via a good heat transfer ensuring system, contact or Have pressing surfaces, cooling plates (6a, 6b, 6c, 6a ', 6b', 6c ', 6a ", 6b", 6c ", 15a, 15b, 15c) are arranged, at the same time as the production of the electrical connections serve and that a common central cooling plate (6b, 6b ', 6b ", 15b) is provided. 2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen Anlageflächen (7a, 7b) jeder Diode gebildet sind von sich verjüngenden oder verdickten, von einem mittleren Hauptkörper (8) ausgehenden Ansätzen (9a, 9b) und daß diese Ansätze an den zugeordneten Wandbereichen der Kühlbleche befestigt (verlötet, im Preß-2. Element according to claim 1, characterized in that the two-sided contact surfaces (7a, 7b) of each diode are formed are of tapering or thickened approaches starting from a central main body (8) (9a, 9b) and that these approaches are attached to the associated wall areas of the cooling plates (soldered, in the press I IIII III 1366/ot/hn1366 / ot / hn 4. 8. 1979 - 2 -August 4, 1979 - 2 - sitz in Bohrungen gehalten, verschraubt) sind.seat held in bores, screwed). 3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gelötete Kontakt die beidseitigen Ansätze (13a, 13b) der Diode (12a) bildet, die gleichzeitig den Mindestabstand zwischen den Kühlblechen (6a", 6b", 6c") sicherstellen. 3. Element according to claim 1 or 2, characterized in that the soldered contact has the two-sided lugs (13a, 13b) of the diode (12a), which at the same time ensure the minimum distance between the cooling plates (6a ", 6b", 6c "). 4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fehlen beidseitiger Ansätze an den Dioden Abstandsanordnungen (11, } 5d, 15e) zu den Kühlblechen vorgesehen sind.4. Element according to claim 1, characterized in that in the absence of bilateral approaches to the diodes spacer arrangements (11,} 5d, 15e) are provided for the cooling plates. 5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsanordnung ein in das mittlere Kühlblech (6b') eingezogener, gestauchter Kontakt (Kontaktniet 11) ist, wobei die abgewandten Anlageflächen jeder Diode (10a, 10b) unmittelbar vom Diodenhauptkörper gebildet sind.5. Element according to claim 4, characterized in that the spacing arrangement is in the middle cooling plate (6b ') is a drawn-in, upset contact (contact rivet 11), with the contact surfaces facing away from each diode (10a, 10b) are formed directly from the diode main body. 6. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsanordnungen gebildet sind von Ausstülpungen (tiefgezogenen Bereichen 15d, 15e) der beiden äußeren Kühlbleche (15a, 15c).6. Element according to claim 4, characterized in that the spacer arrangements are formed by protuberances (deep-drawn areas 15d, 15e) of the two outer cooling plates (15a, 15c). 7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines kompakten Gleichrichtersystems mindestens zwei der aus je zwei Dioden und7. Element according to one of claims 1 to 6, characterized in that that to form a compact rectifier system at least two of the two diodes and ■ drei Kühlblechen bestehenden Gleichrichterelemente (17a, 17b, 17c) auf einer gemeinsamen, tragenden Unterlage (16) befestigt sind.■ three cooling plates consisting of rectifier elements (17a, 17b, 17c) on a common, supporting base (16) are attached. • * · t• * · t • · ■ α• · ■ α i 1366/ot/hn I i 1366 / ot / hn I 4. 8. 1979 - 3 - I August 4, 1979 - 3 - I. 8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zur wirksamen Belüftung Durchbrechungen (16a, 16b, 16c) aufweist.8. Element according to claim 7, characterized in that the base has openings for effective ventilation (16a, 16b, 16c). 9. Element nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung geschlossener Kontaktschienen (20a, 20b) eines oder mehrere der Kühlbleche der auf der Unterlage (16) befestigten Gleichrichterelemente durchlaufend ausgebildet sind.9. Element according to claim 7 or 8, characterized in that to form closed contact rails (20a, 20b) one or more of the cooling plates of the rectifier elements fastened on the base (16) running through are trained. 10. Element nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gleichrichterelemente (4a, 4b, 4c) auf dem Träger bei gekröpften Kühlblechen versetzt zueinander angeordnet sind derart, daß die Kühlbleche ineinandergreifen.10. Element according to one of claims 7 to 8, characterized in that that the individual rectifier elements (4a, 4b, 4c) are offset on the carrier with cranked cooling plates are arranged to one another in such a way that the cooling plates interlock. 11. Element nach einem oder mehreren der Ansprüche ] bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichrichtung des von einem Drehstromgenerator abgegebenen Dreiphasenstroms die äußeren Kühlbleche von drei nebeneinander angeordneten Gleichrichterelementen zur Bildung von Stromschienen (24, 25) miteinander verbunden sind bei zueinander isolierten inneren Kühlblechen (32, 33, 34) und daß auf diesen inneren Kühlblechen gleichzeitig mit einer Anlagefläche Erregerdioden (38, 39, 40) angeordnet sind.11. Element according to one or more of claims] to 10, characterized in that for rectifying the three-phase current delivered by a three-phase generator the outer cooling plates of three rectifier elements arranged next to one another to form Busbars (24, 25) are connected to one another with inner cooling plates (32, 33, 34) insulated from one another and that exciter diodes (38, 39, 40) are arranged on these inner cooling plates at the same time as a contact surface are.