JP4559855B2 - 電気的な機械のための冷却体および整流器構成ユニット - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の、電気的な機械のための冷却体および整流器構成ユニットに関する。

従来技術
ヨーロッパ特許第０３２９７２２号明細書に基づいて、市場に出回っている電気的な機械のための冷却体および整流器が公知である。この発電機の販売されている製品は、少なくとも部分的に整流器を有している。この整流器の冷却体、特にプラス冷却体は、プラスダイオードの周囲に不規則に配置された複数の冷却空気開口を有している。発電機の出力の高められた状態、すなわち出力電流の高められた状態およびひいては熱導出の高められた状態で、整流器の容認できる温度レベルを引き続き維持するためには、ダイオードの冷却を改善することが必要である。

発明の利点
独立請求項の特徴部に記載したように構成された、本発明による冷却体によれば、少なくとも１つのダイオード制限面の周囲に、少なくとも２つの冷却空気通路と少なくとも１つの隆起部とが配置されており、当該冷却体が、所定の条件によって説明可能であり、これによれば、ダイオード制限面を中心とする当該冷却体の半径依存の周壁切断面が、半径依存の標準切断面ＡＮから最大５２％だけ偏倚する。このように構成された当該冷却体は、少なくとも１つのダイオードによって生ぜしめられた熱エネルギが外部、つまり前記ダイオードを取り巻く環境へ特別に良好に放出される一方で、僅かな流れ抵抗しか有していないという利点を有している。

従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した冷却体の有利な構成が可能になる。さらに改善された、第２の構成では、偏倚が最大３５％であり、ひいては熱流がさらに増大され、ひいては冷却作用がさらに改善されていることが考えられている。

別の実施態様では、当該冷却体の半径依存の周壁切断面もしくは標準切断面からの前記周壁切断面の偏倚が、１．３≦ｒ／ｒＤ≦２．０の範囲内にあることが考えられている。この実施態様によって、加工成形された冷却空気開口により、冷却体の通流およびひいては付加的な熱導出が得られ、比較的に僅かな流れ抵抗しか生じなくなる。したがって、この冷却体の後方に位置する別の冷却体を覆うように付加的に冷却空気が流れ、前記別の冷却体も、付加的に熱エネルギを放出することができる。

冷却空気通路が、少なくとも部分的に、前記少なくとも１つのダイオード開口もしくはダイオードを中心としてリング状に配置される場合、この冷却空気通路の配置形式は、ダイオードのリング状もしくは放射状の熱伝導特性に適合する。これにより、熱導出のさらなる改善が得られる。

当該冷却体が、ほぼ均等にダイオード開口もしくはダイオードの周囲に配置されている少なくとも２つの冷却空気通路を有している場合、均等な熱伝導特性およびひいてはダイオードの均等な脱熱並びに有効な冷却のための冷却体の加熱が得られる。

当該冷却体が、少なくとも部分的にリングセグメントの形状を有しており、かつダイオード開口もしくはダイオードと冷却体の中央の開口との間に、少なくとも１つの冷却空気通路が配置されている場合、発電機の内部への冷却空気流れに対して僅かな流れ抵抗しか生じず、ひいては中央の開口の縁部をめぐって比較的に強く湾曲されていない流れによって比較的に多量の空気流量が得られる。

部分的にリングセグメントの形状を有している前記冷却体が、ダイオード開口もしくはダイオードと外側の半径方向の縁部との間に少なくとも１つの冷却空気通路を有している場合、前記外側の縁部においても、発電機の内部への流れに対する流れ抵抗が低下させられ、ここでも空気流量は、比較的に強く湾曲されていない流れによって増加させられる。

冷却空気通路が、長手方向軸線を備えた縦長の形状を有しており、しかも長手方向軸線が中央の開口に向けられている場合、流れ抵抗のさらなる低下が得られる。

縦長の冷却空気通路の前記長手方向軸線は、有利には、ほぼ半径方向でダイオード開口もしくはダイオードに向けられている。

ダイオード開口同士もしくはダイオード同士もしくは、ダイオードを取り囲んでいる冷却空気通路同士が、比較的に近くに集まっている場合、この箇所では、比較的に大きい複数の熱流が互いに衝突し合う。これらの熱流はさらなる付加手段なしでは冷却体の温度レベルの上昇をもたらすので、それぞれ１つのダイオード開口もしくはダイオードに対応配置された２つの冷却空気通路の間には、隆起部が延びていることが考えられている。この隆起部によって、危機的な前記箇所において質量が増加され、この結果、表面が増大され、ひいては比較的良好に熱が導出される。隆起部のできるだけ僅かな流れ抵抗しか生じないようにするために、隆起部を当該冷却体の中央の軸線の方向に延在させ、これにより、隆起部がほぼまたは完全に半径方向に延びているようにすることが考えられている。さらに、冷却空気通路は、隣り合った隆起部に沿って空気を案内するために、ひいては所期のように隆起部の傍らを流れる空気流れを達成するために、前記隣り合った隆起部に密着させられることができる。

隆起部の、さらに増大された冷却作用は、隆起部が当該冷却体の中央の開口内に延びていることによって得られる。

当該冷却体の、改善されたさらなる冷却作用は、ダイオード制限面と外側の半径方向の縁部との間に配置された２つの冷却空気通路の間に、別の半径方向の隆起部が延びていることによって得られる。

均等なひいてはさらに最適化された冷却作用のために、少なくとも２つの冷却空気通路がほぼ均等にダイオード制限面の周囲に存在することが考えられている。

冷却作用のさらなる改善のために、２つのダイオード制限面の間に隆起部が配置されており、該隆起部が理想的には２つの冷却空気通路の間に配置されていることが考えられている。

もう一つの独立請求項によれば、請求項１から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１つの冷却体を備えた整流器構成ユニットが考えられている。

図面には、本発明による冷却体および本発明による冷却体を備えた整流器構成ユニットの実施例を示してある。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、部分的に冷却体２０を示してある。この冷却体２０は複数の開口を有している。これらの開口のうちの少なくとも１つの開口は、ダイオード制限面を形成している、ダイオードを挿入するためのダイオード開口２３を有している。該１つのダイオード開口２３の周囲には、少なくとも２つの冷却空気通路２６が配置されている。この場合、例えば前記１つのダイオード開口２３の周囲に、１０個の冷却空気通路２６が配置されている。図１による実施例では、２つの冷却空気通路２６は相互に間隔ａを有していて、ダイオード開口２３もしくはダイオードの縁部に対して間隔ｂを有している。図１に明瞭に示してあるように、前記複数の冷却空気通路２６は、前記少なくとも１つのダイオード開口２３を中心としてリング状に配置されている。この配置形式は、複数の冷却空気通路２６が少なくとも部分的に、ダイオード開口２３を中心としてリング状に配置されているようにするという要求に対する１実施例である。

図２には、全冷却体２０の平面図を示してある。この冷却体２０は、特に、自動車用の三相交流発電機の整流器装置のために設けられている。冷却体２０は、まず、面状の、すなわちほぼ扁平な基体２９を有している。この基体２９には、図示の実施例では６つのダイオード開口２３が加工成形されている。ほぼ同じ間隔を置いて配置された前記ダイオード開口２３内には、一般的には整流器ダイオードが圧入される。この整流器ダイオードは整流作業中に損失熱を生ぜしめる。この損失熱は、ダイオードの過熱を回避するために、基体２９を介して導出されなければならない。穿孔された基体２９の冷却作用は、穿孔されていない基体２９に比べて明らかにより良好である。このために、基体２９には、既述の冷却空気通路２６が加工成形されている。冷却体２０は少なくとも部分的にリングセグメントの形状を有していて、そのリング中心部に中央の開口３２を有している。冷却体２０を備えた整流器が電気的な機械に組み付けられている場合、前記中央の開口３２を回転子（図示せず）の一方の軸端部が貫通して突出している。ダイオード開口２３と中央の開口３２との間には、長手方向軸線（縦軸線）３５を備えた縦長の形状を有している少なくとも１つの冷却空気通路２６が配置されていることが考えられている。この場合、長手方向軸線３５は中央の開口３２に向けられている。冷却作用は、ダイオード開口２３と中央の開口３２との間に２つの前記縦長の冷却空気通路２６が互いに並べて配置されていると、特別に有利である。隣り合った２つの冷却空気通路２６は、原則的に絞りのように作用する。これにより、隣り合った２つの冷却空気通路２６によって、まず、ダイオードから離反する方向における熱搬送が妨害される。この理由から、ダイオード開口２３と中央の開口３２との間に配置された２つの冷却空気通路２６の間に、隆起部３８が延びていることが考えられている。この場合、理想的には、隆起部３８は中央の軸線４１の方向に延びているかもしくは半径方向内側に向かって延びている。図２に十字として示してありかつ基体２９に対してほぼ垂直な前記中央の軸線４１は、回転子（図示せず）の回転軸線と合致しているか、もしくは冷却体２０の例えば円形の輪郭の中心点を示している。さらに、前記隆起部３８のうちの少なくとも１つの隆起部が中央の開口３２内へ延びていることが考えられている。択一的に、それぞれ１つの縦長の冷却空気通路２６の代わりに、当然のことながら、単一の冷却空気通路２６が設けられていてもよいかまたは相前後して配置された複数の冷却空気通路２６が設けられていてもよく、該複数の冷却空気通路２６は、有利には半径方向に向けられた長手方向に配置されている。

さらに、ほぼ扁平な基体２９には、ダイオード開口２３と外側の半径方向の縁部４４との間に、長手方向軸線３５を備えた縦長の形状を有している少なくとも１つの冷却空気通路２６が配置されていることが考えられている。前記長手方向軸線３５は、ここでも中央の開口３２に向けられている。択一的に、ここでもそれぞれ１つの縦長の冷却空気通路２６の代わりに、当然のことながら、単一の冷却空気通路２６が設けられていてもよいかまたは相前後して配置された複数の冷却空気通路２６が設けられていてもよく、該複数の冷却空気通路２６は、有利には半径方向でダイオード開口２３に向けられた長手方向に配置されている。縦長のダイオード開口２３の別の構成では、長手方向軸線３５が半径方向でまたはほぼ半径方向でダイオード開口２３に向けられていることが考えられている。外側の半径方向の縁部の冷却作用を改善するために、この縁部は、半径方向外側に向けられた表面がリブ付けされているかまたは波付けされている。

ダイオード開口２３と中央の開口３２との間の縦長の冷却空気通路２６と相似するように、外側の半径方向の縁部４４と１つのダイオード開口２３との間で隣り合った縦長の２つのダイオード開口２３の間にも、隆起部３８が配置されていることが考えられている。

総じて、前記少なくとも２つの冷却空気通路２６がほぼ均等にダイオード開口２３の周囲に配置されていることが考えられている。隣り合った２つのダイオードがスペース上の理由から比較的に近くで互いに並べて配置され、かつ同時に、総じて考えられるように冷却空気通路２６がダイオードの周囲に配置される場合、異なる２つのダイオードの、極めて近くで隣り合った通路開口２６によって、ダイオード間に熱滞留が引き起こされる危険が存在する。このような熱滞留は、ダイオード間の前記熱導出がもはや制限されひいては温度レベルが２つのダイオード間の中央で上昇する結果を伴う。この問題を除去するために、２つのダイオード開口２３の間に隆起部３８が配置されており、この隆起部３８が基体２９から延びていることが考えられている。隆起部３８が、隣り合った２つのダイオードの少なくとも２つの冷却空気通路２６の間に配置されていることが、極めて特別に考えられている。

既に図１に基づき公知の配置形式を図３（この図３では、ダイオードもしくはダイオード開口２３の周囲に付加的に隆起部３８が配置されている）に従って考察すれば、ダイオード開口２３を中心として仮想上同心的な円が配置されることができる。図３には、そのような円ｋが記載してある。円ｋが−図示のように−冷却空気通路２６と交差する場合、冷却体２０の奥行き内に、一方ではいわゆる周壁切断面Ｍが得られる。この周壁切断面Ｍは、この事例では冷却空気通路２６によって中断されている。全周壁切断面Ｍは、この事例では１０個の個別の周壁切断面Ｍｅから構成される。さらに、冷却空気通路２６内に形成されている個別の周壁表面Ｍｏｅが得られる。複数のこのような個別の周壁表面Ｍｏｅが、全周壁表面Ｍｏを形成している。冷却体２０の面方向における熱流横断面は、半径ｒに依存している周壁切断面Ｍから得られる。

ここでは周壁切断面Ｍを面Ａｓと呼ぶ。半径に依存したこの面Ａｓは標準化されることができ、しかも、穿孔されておらずかつリブ付けされていない冷却体２０の理論上の円筒形の周壁切断面、面ＡＮに合わせてそれぞれ標準化されることができる。この場合、前記比較周壁切断面は、ダイオード開口２３を中心とする半径ｒを備えた理論上の円筒周壁面に相当する。周壁切断面もしくは面Ａｓおよび比較周壁切断面ＡＮのためには、まず、ダイオードを固定的に保持するための同じプレート厚さを前提とする。プレート厚さを求めるために、隆起部、リブ等々は直接にダイオードに関しては考慮に入れられない。ダイオード開口２３またはろう接されたダイオードの直径２＊ｒＤと等しいｒを想定する場合、ＡｓをＡＮに関連づけると、比較すべき両面の値１が得られる。ダイオード開口２３の半径ｒＤに関連して半径ｒを想定することによって、この半径ｒも標準化することができる。半径依存の周壁切断面を半径依存の標準切断面ＡＮに関連づける場合、標準化された線図、図４を求めることができる。図４によれば、冷却体２０のダイオード開口２３を中心とする半径依存の周壁切断面Ｍが、半径依存の標準切断面から最大５２％だけ偏倚することが考えられている。この偏倚は、図４では符号Δｓ２で示してある。改善された構成によれば、最大３５％の偏倚（Δｓ１）が存在することが考えられている。許容し得る偏倚は、１．４≦ｒ／ｒＤ≦１．８の範囲内にあることが考えられている。

「隆起部」という概念は、縦長の形状−例えば冷却リブの形状に限定されていない。この概念には同じく、ほぼ円筒形またはそれどころか円錐形の形状も含まれる。ほぼ円筒形またはそれどころか円錐形の個々の冷却隆起部同士を並列させても、同じ機能を果たす。

「ダイオード制限面」という概念は、一方では、ダイオード開口２３によって形成された、ダイオード開口の−ほぼ円筒形の−周壁面のことである。前記概念には、他方では、冷却体にろう接されたダイオードに存在する、ダイオードと冷却体との間の実際のろう接結合面も含まれる。ダイオード制限面の重要な特性は、この面によってダイオードから冷却体への熱移行が生じる特性である。

最後に図５では、記載の複数の例のうちの１つの例による冷却体２０を有している整流器構成ユニット５０が考えられている。整流器構成ユニット５０は、例えば、発電機のエンドシールド（Lagerschild）に組み付けるための２つの個別の冷却体２０を備えて構成されているかまたは、例えばプラス冷却体として構成された冷却体２０と例えばマイナス冷却体として構成された別の冷却体２０とを備えて形成されていてもよい。しかも該別の冷却体は、さらに、エンドシールドの機能を有している、つまり、後者の冷却体は発電機ケーシング部分である。

穿孔された冷却体の概略図である。

冷却体の平面図である。

穿孔された冷却体の別の概略図である。

半径と熱流横断面との関係に関する線図である。

従来技術による冷却体の平面図である。

Claims (16)

1. 冷却体、特に電気的な機械の整流器構成ユニット（５０）のための冷却体であって、
   それぞれダイオード制限面を備える少なくとも２つのダイオードが隣接して設けられており、
   前記ダイオード制限面の周囲に、冷却空気通路（２６）が少なくとも部分的にリング状に同心配置されており、
   前記各ダイオード制限面の周囲には、少なくとも２つの冷却空気通路（２６）と、前記少なくとも２つの冷却空気通路（２６）の間に延びている少なくとも１つの隆起部（３８）とが配置されている形式の冷却体において、
   別の隆起部（３８）が、前記隣接する少なくとも２つのダイオードの少なくとも２つの冷却空気通路（２６）の間に配置されており、
   前記冷却通路（２６）の一方は、一方のダイオード制限面に割り当てられており、前記冷却通路（２６）の他方は、隣接する他方のダイオード制限面に割り当てられており、
   前記両方の冷却通路（２６）はそれぞれ、ダイオード制限面を中心にリング状に同心配置された冷却通路の一部である
   ことを特徴とする冷却体。
2. ダイオード制限面を中心とする当該冷却体（２０）の半径依存の周壁切断面（Ｍ）が、半径依存の標準切断面ＡＮから最大５２％だけ偏倚する、請求項１記載の冷却体。
3. １．４≦ｒ／ｒＤ≦１．８の範囲内の偏倚が存在する、請求項１または２記載の冷却体。
4. 前記少なくとも２つの冷却空気通路（２６）が、ほぼ均等にダイオード制限面の周囲に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷却体。
5. 当該冷却体（２０）が、少なくとも部分的にリングセグメントの形状を有しており、ダイオード制限面と中央の開口（３２）との間に、少なくとも１つの冷却空気通路（２６）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の冷却体。
6. 当該冷却体（２０）が、少なくとも部分的にリングセグメントの形状を有しており、当該冷却体（２０）の外側の縁部とダイオード制限面との間に、少なくとも１つの冷却空気通路（２６）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の冷却体。
7. 前記少なくとも１つの冷却空気通路（２６）が、長手方向軸線（３５）を備えた縦長の形状を有しており、長手方向軸線（３５）が、中央の開口（３２）に向けられている、請求項５または６記載の冷却体。
8. 長手方向軸線（３５）が、ほぼ半径方向でダイオード制限面に向けられている、請求項７記載の冷却体。
9. ダイオード制限面の半径方向外側に配置された少なくとも２つの冷却空気通路（２６）の間に、隆起部（３８）が延びている、請求項５記載の冷却体。
10. ダイオード制限面と中央の開口（３２）との間に、隆起部（３８）が延びている、請求項１から９までのいずれか１項記載の冷却体。
11. 隆起部（３８）が、少なくとも２つの冷却空気通路（２６）の間に延びている、請求項１０記載の冷却体。
12. 隆起部（３８）が、中央の軸線（４１）の方向に延びている、請求項１０または１１記載の冷却体。
13. 隆起部（３８）が、中央の開口（３２）内に延びている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の冷却体。
14. ２つのダイオード制限面の間に、隆起部（３８）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の冷却体。
15. 隆起部（３８）が、少なくとも２つの冷却空気通路（２６）の間に配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の冷却体。
16. 請求項１から１５までのいずれか１項記載の少なくとも１つの冷却体（２０）を備えた整流器構成ユニット。

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