DE10153887A1 - Magnetkernbefestigungssystem - Google Patents

Abstract

Eine Befestigungsvorrichtung (10) für eine elektromagnetische Vorrichtung (12), wie beispielsweise einen Transformator oder Induktor, umfasst eine allgemein planare Metallplatte (20) als eine erste Wärmesenke und eine metallische Befestigungsschale (22) als eine zweite Wärmesenke. Die Befestigungsschale (22) umfasst einen Hohlraum (24), der derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Vorrichtung (12) aufnehmen zu können, wobei der Hohlraum (24) durch eine Basis (26) und eine sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige Seitenwand (28) definiert ist, die sich von der Basis (26) zu einem Abschnitt des Flansches (30) der Befestigungsschale (22) erstreckt. Die Befestigungsschale (22) umfasst erste (32) und zweite Durchgänge (34), um zu ermöglichen, dass die Leitungen der ersten (16) und zweiten Wicklungen (18) der elektromagnetischen Vorrichtung (12) aus dem Hohlraum (24) herausgeführt werden können. Der Hohlraum (24) ist mit einem Polyurethanvergussharz (48) befüllt, und die Befestigungsschale (22), die die vergossene elektromagnetische Vorrichtung (12) umfasst, ist an der Plattenwärmesenke (20) unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen (40) befestigt. Die Befestigungsschale (22) die die elektromagnetische Vorrichtung (12) umgibt, sieht in Verbindung mit dem Vergussharz (48) eine verbesserte Wärmeübertragung an die Plattenwärmesenke (20) wie auch einen Widerstand gegenüber Schwingungen und Stößen vor.

Description

1. Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft allgemein ein Befestigungssystem für eine elekt­ romagnetische Vorrichtung, wie beispielsweise einen Induktor oder Trans­ formator, und insbesondere ein solches Befestigungssystem, das ferner eine Kühlfunktion umfasst.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die Verwendung einer elektromagnetischen Vorrichtung, wie beispielswei­ se ein Transformator oder ein Induktor, in elektrischen Anordnungen ist in der Kraftfahrzeugindustrie üblich. Die elektromagnetische Vorrichtung umfasst allgemein einen Magnetkern und eine Wicklung, die auf dem Kern angeordnet ist (d. h. eine für einen Induktor oder zwei Wicklungen für einen Transformator). Ein Hochfrequenzbetrieb der Vorrichtung erzeugt Wärme sowohl innerhalb der Wicklung als auch in dem Magnetkern selbst. Wenn die Betriebsfrequenz ansteigt, so steigt auch die Wärmekom­ ponente in dem Kern an. Um eine verringerte Leistungsfähigkeit und/oder einen Schaden zu vermeiden, muss die Wärme, die in dem Kern erzeugt wird, beseitigt werden. Eine Wärmebeseitigung kann entweder durch Übertragung von der Kernoberfläche durch Konvektion an die umgebende Luft oder durch direkten thermischen Kontakt mit einem benachbarten Feststoffmaterial (d. h. einer Wärmesenke) erfolgen. Die bisherige Verfah­ rensweise, die Umgebungsluft zu erwärmen, ist oftmals unerwünscht, da dies die Umgebungsluft zu heiß für benachbarte elektrische Komponenten machen kann. Demgemäss wird oftmals die letztgenannte Art der Wärme­ übertragung (d. h. direkte Wärmeleitung) verwendet, um Wärme von dem Kern/den Wicklungen zu entfernen und damit eine Erhöhung der Tem­ peratur der Umgebungsluft zu vermeiden.

Als weiterer Hintergrund ist die in den Wicklungen erzeugte Wärme allge­ mein von größerem Interesse, als die in dem Kernmaterial. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine wirksame Wärmeübertragung über mehrere Windungen aus isoliertem Draht bei Beibehaltung mäßiger Temperatur­ gradienten in den Drähten schwierig zu erreichen ist. D. h. Lagen aus elektrischer Isolierung und Luftspalte in Verbindung mit den Drahtwin­ dungen machen eine Wärmeleitung über die Wicklung sehr uneffizient. Aus diesem Grund ist es bekannt, ein Vergussmaterial anzuwenden, um die Wicklung einzukapseln und Luftspalte zu beseitigen, wodurch die wirksame Wärmeleitfähigkeit erhöht wird. Die in der Wicklung erzeugte Wärme muss auch entfernt werden und wird entweder in das Kernmateri­ al oder in die Umgebungsluft durch Konvektion übertragen. Wie oben jedoch erwähnt wurde, ist eine Erwärmung der Umgebungsluft allgemein unerwünscht, da diese die Temperatur der Umgebungsluft eventuell auf erhöhte Niveaus anhebt, die für umgebende elektrische Komponenten nachteilig sind. Angesichts des Vorhergehenden sind Systeme zur Küh­ lung sowohl von Magnetkernen als auch Wicklungen dementsprechend Gegenstand zahlreicher Untersuchungen gewesen.

Ein in der Technik unternommener Versuch, um einige der vorhergehen­ den Probleme zu lösen, betrifft eine schichtartige Anordnung eines Mag­ netkernes zwischen zwei Tafeln aus thermisch leitfähigem Material, wie beispielsweise Metall, wie in dem U.S. Patent mit der Nummer 5,210,513, veröffentlicht für Khan et al. beschrieben ist, das hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Khan et al. offenbart eine elektromagneti­ sche Vorrichtung mit einem Magnetkern, der zumindest eine Wicklung aufweist, die in einem Zentralschenkel des Kernes angeordnet ist. Khan et al. offenbart ferner eine erste allgemein planare Wärmesenke auf einer Seite des Magnetkernes und eine zweite Wärmesenke, die im allgemeinen auch eine planare Form aufweist, auf einer gegenüberliegenden Seite des Kernes. Beide Wärmesenken sind so angebracht, dass sie mit dem Mag­ netkern in einer schichtartigen Anordnung in Eingriff zu stehen. Jedoch behandelt Khan et al. nicht das oben beschriebene Problem, das in Ver­ bindung mit der Beseitigung von Wärme steht, die in den Wicklungen erzeugt wird, und es hat den Anschein, dass der größte Teil der erzeugten Wärme an die Umgebungsluft übertragen wird, was allgemein uner­ wünscht ist. Zusätzlich ist bei Khan et al. anscheinend kein Schutz gegen Schaden an den zerbrechlichen Wicklungen/dem Kernmaterial infolge von Schwingungen oder Stößen auf die Konstruktion, insbesondere Stößen in der Ebene der geschichteten Metalltafeln vorgesehen. Beispielsweise ist die Kraftfahrzeugumgebung durch starke Schwingungen und/oder wiederhol­ te Stöße gekennzeichnet. Diese Faktoren erfordern auch eine angemesse­ ne Betrachtung bei der Bewertung von Mechanismen zur Befestigung einer elektromagnetischen Vorrichtung, die für derartige relativ raue Umgebungen bestimmt ist. Schließlich kann das System von Khan et al. mit mehreren Kernen, die durch dieselbe Metalltafel befestigt sind, infolge von Abmessungstoleranzen nicht funktionieren.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer verbesserten Befestigungsvorrich­ tung für eine elektromagnetische Vorrichtung, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile minimiert oder beseitigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Befestigungsvorrichtung für eine elektromagnetische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 dargeleg­ ten Merkmale gekennzeichnet.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie eine verbesserte Wär­ meleitung von dem Magnetkern zu einer Wärmesenke vorsieht, um da­ durch relativ kühlere Magnetkerne/Wicklungen beizubehalten. Zusätzlich integriert die vorliegende Erfindung die Funktion eines schwingungsresis­ tenten Befestigungssystemes mit einem thermischen Kühlsystem.

Eine Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist zur Befestigung und Kühlung einer elektromagnetischen Vorrichtung vorgesehen. Die elektromagnetische Vorrichtung ist vom Typ mit einer ersten Wicklung, die auf einem Kern angeordnet ist, der aus einem magnetisch permeablen Material besteht. Die Befestigungsvorrichtung umfasst eine erste Wärme­ senke und eine zweite Wärmesenke, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten und zweiten Wärmesenken eine Befestigungsschale umfasst, die aus thermisch leitfähigem Material besteht und einen Hohlraum auf­ weist, der so ausgebildet ist, um die elektromagnetische Vorrichtung aufzunehmen, wobei die Befestigungsschale einen Flanschabschnitt zur Befestigung an der anderen der ersten und zweiten Wärmesenken umfasst; und Vergussmaterial in dem Hohlraum der Befestigungsschale angeordnet ist und Abschnitte der elektromagnetischen Vorrichtung einkapselt, wobei der Flansch einen Durchgang umfasst, um die Leitun­ gen der ersten Wicklung aus dem Hohlraum herauszuführen.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.

Zeichnungskurzbeschreibung

Fig. 1 ist eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer Befestigungsvorrichtung für eine elektromagnetische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine vereinfachte Schnittansicht einer Befestigungsvor­ richtung im zusammengebauten Zustand, die die elektro­ magnetische Vorrichtung von Fig. 1 umfasst.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, in den verschiedenen Ansichten identische Komponenten zu identifizieren. Fig. 1 zeigt eine Befestigungsvorrichtung 10 zur Befestigung einer elektromagne­ tischen Vorrichtung 12, und die die Funktion der Kühlung der elektro­ magnetischen Vorrichtung 12 ausführt.

Die elektromagnetische Vorrichtung 12 umfasst einen Magnetkern 14, eine erste Wicklung 16 und eine optionale zweite Wicklung 18. Die elekt­ romagnetische Vorrichtung 12 kann ein Induktor sein, wobei nur die erste Wicklung 16 verwendet wird. Es sei jedoch angemerkt, dass der Kern 14 beispielsweise beide Wicklungen 16 und 18 tragen kann, wenn die elekt­ romagnetische Vorrichtung ein Transformator ist. Auch andere Wick­ lungskonfigurationen liegen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegen­ den Erfindung. Der Kern 14 besteht vorzugsweise aus einem magnetisch permeablen Material und kann beispielsweise aus entweder Stahllaminie­ rungen/-ankerblechen oder isolierten Eisenpartikeln bestehen, die durch einen Formpressvorgang geformt und gebildet sind, wie Fachleuten gut bekannt ist.

Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst eine erste Wärmesenke, wie beispielsweise eine Wärmesenkenplatte 20 und eine zweite Wärmesenke, wie beispielsweise eine Befestigungsschale 22.

Die erste Wärmesenke 20 besteht aus einem thermisch leitfähigen Materi­ al. wie beispielsweise Aluminium oder einer Kupferlegierung. Die Wärme­ senke 20 weist einen Hauptkörperabschnitt auf, der bei der gezeigten Ausführungsform im Allgemeinen rechtwinklig ausgebildet ist. Wie oben beschrieben ist, kann die Wärmesenke 20, wie dargestellt ist, im allgemei­ nen zumindest auf einer Seite planar sein, und ist derart bemessen, dass sie größer als die Befestigungsschale 22 ist, um daran befestigt werden zu können. Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Leistungstransistoren, Kondensatoren und Widerstände können auch an der Wärmesenke 20 an anderen Orten befestigt sein. Die Wärmesenke 20 kann Rippen auf ihrer Rückseite zur Übertragung von Konvektionswärme aufweisen, oder sie kann einfach mit einer dritten entfernten Wärmesenke verbunden sein, von der die Wärme durch Konvektion weggetragen wird.

Die Befestigungsschale 22 besteht auch aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium oder einer Kup­ ferlegierung. Die Befestigungsschale 22 weist eine damit in Verbindung stehende Achse, die mit "A" bezeichnet ist (am besten in Fig. 2 gezeigt), auf und umfasst einen zentral angeordneten Hohlraum 24, eine Basis 26, eine ringförmige Seitenwand 28, einen Flansch 30, einen ersten Durchgang 32, einen zweiten Durchgang 34 und eine Vielzahl von Bohrungslöchern 36. Die Befestigungsvorrichtung 10 kann bei einer alternativen Ausführungs­ form ferner formgetreues (conformal) Material 38 aufweisen (wie am bes­ ten in Fig. 2 gezeigt ist). Bei jeder Ausführungsform kann die Befesti­ gungsschale 22 an der Wärmesenke 20 durch herkömmliche Befesti­ gungseinrichtungen 40 befestigt werden.

Der Hohlraum 24 ist so bemessen und geformt, um eine elektromagneti­ sche Vorrichtung 12 aufnehmen zu können. Vorzugsweise ist bei einer Ausführungsform die Höhe des Hohlraumes 24 entlang der Achse A ge­ ringfügig größer als die Höhe der elektromagnetischen Vorrichtung, um so zu ermöglichen, dass formgetreues Material 38 zwischen eine obere Fläche des Kernes 14 und die innere Fläche der Basis 26 der Befestigungsschale 22 eingesetzt werden kann. Das formgetreue Material 38 trägt Abmessungsvariationen von sowohl der Vorrichtung 12 als auch der Schale 22 Rechnung, während zwischen diesen wirksam Wärme übertragen wird.

Die Basis 26 ist bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen planar und liegt im Wesentlichen rechtwinklig zu Achse A. Die innere Fläche der Basis 26 ist so ausgebildet, um mit der entsprechenden Fläche des Kernes 14 (oben in Fig. 2) zusammenzupassen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind beide Flächen allgemein flach, müssen dies aber nicht sein.

Eine ringförmige Seitenwand 28 erstreckt sich allgemein axial zwischen der Basis 26 und dem Flansch 30. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Seitenwand 28 im radialen Schnitt eine allgemein elliptische Form auf. Zusätzlich weist die Seitenwand 28 von der Basis 26 zu dem Flansch 30 eine radial zunehmende Verjüngung auf. Es sei jedoch ange­ merkt, dass die Form der Befestigungsschale 22 bezüglich der Größe und Form so ausgebildet sein kann, um mit einer breiten Vielzahl von Formen und Größen des Magnetkernes 14 zusammenzupassen.

Die Befestigungsschale 22 kann bei einer aufgebauten Ausführungsform durch Tiefziehen der Schalenform von Blechrohlingen hergestellt werden. Es sind jedoch auch andere Herstellverfahren möglich und liegen inner­ halb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung.

Der Flansch 30 ist so ausgebildet, um eine Befestigungsfunktion vorzuse­ hen, und dessen allgemein flache äußere Fläche steht fest mit einer obe­ ren Fläche der Wärmesenke 20 in Eingriff. Die flachen Flächen unterstüt­ zen eine solide mechanische Befestigung. Zusätzlich ermöglicht der Kon­ takt zwischen dem Flansch 30 und der Wärmesenke 20 eine wirksame Übertragung von Wärme von der Befestigungsschale 22 an die Wärmesen­ ke 20. Wärme fließt auch direkt von dem Kern 14 zu der Wärmesenke 20.

Die Durchgänge 32 und 34 sind so ausgebildet, um eine Führung der Leitungen der ersten und zweiten Wicklungen 16, 18 aus dem Hohlraum 24 heraus zu ermöglichen. Es sei jedoch zu verstehen, dass, wenn nur eine Wicklung, beispielsweise die erste Wicklung 16, in der elektromagne­ tischen Vorrichtung 12 verwendet wird, nur ein Durchgang erforderlich sein kann. Zusätzlich können beide Durchgänge bei Ausführungsformen ausgeführt sein, bei denen nur eine Wicklung verwendet wird, und zwar ohne Nachteil für den Betrieb der Befestigungsvorrichtung 10. Andere Führungsorientierungen für Wicklungen können eine größere oder gerin­ gere Anzahl von Durchgängen zur Folge haben und liegen alle innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung.

Jedes Bohrungsloch 36 ist so ausgebildet, um eine entsprechende Befesti­ gungseinrichtung 40 zur Befestigung der Befestigungsschale 22 an der Wärmesenke 20 aufzunehmen (wie in der Explosionsdarstellung in Fig. 1 gezeigt ist).

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst der Kern 14 bei der gezeigten Ausfüh­ rungsform einen Zentralschenkel 42 und ein Paar gegenüberliegender Außenschenkel 44 und 46. Wie im Hintergrund beschrieben ist, ist es wichtig, Wärme von den Wicklungen der elektromagnetischen Vorrichtung 12, beispielsweise weg von der ersten Wicklung 16 zu leiten. Gemäß der Erfindung umfasst die Befestigungsvorrichtung 10 ferner Vergussmaterial 48, das in einem Hohlraum 24 der Befestigungsschale 22 angeordnet ist. Das Material 48 kapselt zumindest teilweise Abschnitte der elektromagne­ tischen Vorrichtung 12 ein. Bei einer Ausführungsform umfasst das Ver­ gussmaterial 48 ein Polyurethanharzmaterial. Geeignete Vergussmateria­ lien zum Gebrauch mit der vorliegenden Erfindung sind kommerziell erhältlich, wie beispielsweise ein Harz, das mit der Handelsbezeichnung UR-312 von Thermoset, Lord Chemical Products, Indianapolis, Indiana, USA, vertrieben wird. Das UR-312-Harz ist durch eine Shore-00-Härte von 50 und einen klaren Farbcharakter gekennzeichnet und härtet zu einem weichen Gel mit niedrigem Modul aus und bleibt bis zu -80°C in diesem Zustand. Das Vergussmaterial 48, das oben beschrieben ist, weist ausge­ zeichnete Wärmestoßeigenschaften auf und besitzt eine Zugfestigkeit von 50 PSI.

Das formgetreue (conformal) Material 38 ist ein relativ wärmeleitfähiges Material, das ein gewisses Maß an plastischen Verformungseigenschaften aufweisen kann. Gemäß der Erfindung können geeignete formgetreue Materialien 38 entweder elektrisch isolierend (d. h. dielektrisch) oder nicht elektrisch isolierend sein. Vorzugsweise umfassen die formgetreuen Mate­ rialien mit höherer Leitfähigkeit, die derzeit erhältlich sind, den nicht elektrisch isolierenden Typ. Da eine elektrische Isolierung für den Mag­ netkern 14 bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, sind derartige formgetreue Materialien bevorzugt. Die formgetreuen Materialien 38 sind kommerziell erhältlich, wie beispielsweise Materialien, die mit der Handelsbezeichnung THERM-A-GAP von Chomerics vertrieben werden, einer Tochter von Parker Hannifin Corp., Woburn, Massachusetts, USA. Das oben beschriebene beispielhafte Produkt besteht aus einem äußerst weichen Silikonelastomer, das mit Keramikpartikeln beladen ist und auf entweder einen Aluminiumfolienträger (beispielsweise 0,050 Millimeter dick) zu elektrisch nicht isolierenden Verwendungen oder einen dünnen thermisch leitfähigen Träger aus glasfaserverstärktem Kunststoff für elektrisch isolierende Verwendungen laminiert ist. Die Gesamtdicke des formgetreuen Materials 38, die Höhe des Kernes 14 (entlang der Achse "A") und die Tiefe des Hohlraumes 24 sind bei einer Ausführungsform wie folgt abgestimmt. Die Dicke des formgetreuen Materials 38 ist so gewählt, dass es zumindest vier (4) Mal dem Wert der maximalen Toleranzvariation zwischen dem Kern 14 und dem Hohlraum 24 entspricht. Als Ergebnis erstreckt sich der Kern 14, wenn er in der Schale 22 mit Vergussmaterial 48 eingekapselt ist, geringfügig über die Ebene, die durch den Befesti­ gungsflansch 30 geteilt ist, um etwa ein Viertel der Dicke des formgetreu­ en Materials 38. Die Abmessungsbeziehung erlaubt eine geringfügige Kompression des Materials 38 beim Festziehen der Befestigungseinrich­ tungen 40, wodurch ein positiver Druckkontakt mit der Wärmesenke 20 durch Aufnahme von Abmessungsvariationen in den Teilen sichergestellt wird. Die vorhergehende Anordnung unterstützt eine gute Wärmeübertra­ gung an der Grenzfläche zwischen Kern 14 und Wärmesenke 20. Mit Zinkoxid beladenes Fett kann auf die Oberfläche des Kernes 14 aufgetra­ gen werden, um irgendwelche kleinen Luftspalte an der Grenzfläche zwi­ schen dem Kern 14 und der Wärmesenke 20 zu überbrücken. Somit wird leicht Wärme durch diese Grenzfläche übertragen. Vorzugsweise sollte sich zwischen dem Kern 14 und der Wärmesenke 20 kein Vergussmaterial 48 befinden.

Gemäß der Erfindung integriert die Befestigungsvorrichtung 10 eine ther­ mische Kühlung mit einem stoßbeständigen Befestigungsaufbau. Die Befestigungsschale 22 erlaubt den Gebrauch von Vergussmaterial 48 für bessere thermische Wege zur Kühlung der elektromagnetischen Vorrich­ tung 12 über die Wände (beispielsweise Basis, Seitenwand, Flansch) der Schale 22, wie auch zur Bereitstellung eines thermisch leitfähigen Weges für den Kern 14/Wicklungen 16, 18, um die Wärmesenke 20 zu errei­ chen. Die Wärmeübertragung erfolgt, ohne dass Hochtemperaturkompo­ nenten (beispielsweise heiße Drähte) infolge der Konfiguration der Befesti­ gungsschale 22 mit geschlossenem Ende direkt der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Der Hohlraum 24 der Befestigungsschale 22 wirkt als ein Befestigungssystem wie auch als ein thermischer Kühlaufbau. Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht die flache Fläche des Flansches 30 mit der flachen Fläche der Wärmesenke 20 in Eingriff, und die flache Fläche des Kernes 14 steht mit der flachen Fläche der Wärmesenke 20 in Eingriff, um eine feste mechanische Befestigung an der Wärmesenke 20 wie auch einen wirksamen Mechanismus zur Übertragung von Wärme von der Schale 22 und dem Kern 14 an die Wärmesenke 20 vorzusehen. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist ferner dazu in der Lage, die elektromagne­ tische Vorrichtung 12 unter groben Stoßlasten zu tragen. Das Vergussma­ terial 48 ist flexibel und polstert die elektromagnetische Vorrichtung 12 gegen Schwingungen und/oder Stöße.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Außenfläche der Befesti­ gungsschale 22 (d. h. die Fläche, die nicht an den Hohlraum 24 angrenzt) mit einem thermischen Isolator oder dergleichen beschichtet sein, um eine Wärmezurückweisung an die umgebende Luft zu verringern. Die Isolie­ rung minimiert eine Lufttemperaturerhöhung, wodurch die Gefahr eines Schadens an benachbarten elektrischen Komponenten verringert ist.

Beispiel

Dieses Beispiel beschreibt die Wärmeübertragungsverbesserungen der Befestigungsvorrichtung 10 relativ zu einer herkömmlichen Wärmesen­ kenanordnung.

Herkömmliche Anordnung: eine elektromagnetische Anordnung 12 ist zwischen zwei allgemein planaren metallischen Wärmesenken angeordnet.

Für einen Gesamtwärmeausgang von 7,6 Watt werden fünf Ampere Pri­ märstrom durch die erste Wicklung 16 und 30 Ampere Strom durch die Sekundärwicklung 18 geleitet. Der zwischen den Wicklungen und der Wärmesenke beobachtete Temperaturanstieg wurde beobachtet mit: DT = 40,8°C oder 5,4°C/W.

Die elektromagnetische Vorrichtung 12 ist unter Verwendung der Befesti­ gungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung befestigt: Es wurden dieselben Eingänge, wie oben beschrieben ist, verwendet, wobei der beobachtete Temperaturanstieg betrug: DT = 22,5°C oder 3,0°C/W.

Zusammengefaßt umfasst eine Befestigungsvorrichtung (10) für eine elektromagnetische Vorrichtung (12), wie beispielsweise einen Transforma­ tor oder Induktor, eine allgemein planare Metallplatte (20) als eine erste Wärmesenke und eine metallische Befestigungsschale (22) als eine zweite Wärmesenke. Die Befestigungsschale (22) umfasst einen Hohlraum (24), der derart ausgebildet ist, um die elektromagnetische Vorrichtung (12) aufnehmen zu können, wobei der Hohlraum (24) durch eine Basis (26) und eine sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige Seitenwand (28) definiert ist, die sich von der Basis (26) zu einem Abschnitt des Flansches (30) der Befestigungsschale (22) erstreckt. Die Befestigungsschale (22) umfasst erste (32) und zweite (34) Durchgänge, um zu ermöglichen, dass die Leitungen der ersten (16) und zweiten Wicklungen (18) der elektro­ magnetischen Vorrichtung (12) aus dem Hohlraum (24) herausgeführt werden können. Der Hohlraum (24) ist mit einem Polyurethanvergussharz (48) befüllt, und die Befestigungsschale (22), die die vergossene elektro­ magnetische Vorrichtung (12) umfasst, ist an der Plattenwärmesenke (20) unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen (40) befestigt. Die Befestigungsschale (22), die die elektromagnetische Vorrichtung (12) umgibt, sieht in Verbindung mit dem Vergussharz (48) eine verbesserte Wärmeübertragung an die Plattenwärmesenke (20) wie auch einen Wider­ stand gegenüber Schwingungen und Stößen vor.

Claims (16)

1. Befestigungsvorrichtung (10) für eine elektromagnetische Vorrichtung (12) mit einer ersten Wicklung (16), die auf einem Kern (14) angeord­ net ist, der aus magnetisch permeablem Material besteht, wobei die Befestigungsvorrichtung (10) eine erste Wärmesenke (20) und eine zweite Wärmesenke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
eine der ersten und zweiten Wärmesenken eine Befestigungsschale (22) umfasst, die aus thermisch leitfähigem Material besteht und ei­ nen Hohlraum (24) aufweist, der so ausgebildet ist, um die elektro­ magnetische Vorrichtung (12) aufzunehmen, wobei die Befestigungs­ schale (22) einen Flansch (30) zur Befestigung an der anderen der ersten und zweiten Wärmesenken umfasst;
Vergussmaterial (48) in dem Hohlraum (24) der Befestigungsschale (22) angeordnet ist und zumindest teilweise Abschnitte der elektro­ magnetischen Vorrichtung (12) einkapselt; und
wobei der Flansch (30) einen ersten Durchgang (32) umfasst, um Lei­ tungen der ersten Wicklung (16) aus dem Hohlraum (24) herauszu­ führen.

2. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Befesti­ gungsschale (22) eine damit in Verbindung stehende Achse (A) auf­ weist und eine Basis (26) rechtwinklig zu der Achse (A) und eine sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige Seitenwand (28) zwischen der Basis (26) und dem Flansch (30) umfasst.

3. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Seitenwand (28) im radialen Schnitt elliptisch ist.

4. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Befesti­ gungsschale (22) zumindest eines aus Aluminium- und Kupfermate­ rial umfasst.

5. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die elektro­ magnetische Vorrichtung (12) eine zweite Wicklung (18) umfasst, die an dem Kern (14) angeordnet ist, wobei der Flansch (30) ferner einen zweiten Durchgang (34) umfasst, um Leitungen der zweiten Wicklung (18) aus dem Hohlraum (24) herauszuführen.

6. Befestigungsvorrichtung (10) Anspruch 1, wobei das Vergussmaterial (48) Polyurethanharzmaterial umfasst.

7. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei das Polyu­ rethanharzmaterial eine Shore-00-Härte von etwa 50 aufweist.

8. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem formgetreuen Material (38), das zwischen einer Innenfläche der Basis (26) und der elektromagnetischen Vorrichtung (12) angeordnet ist.

9. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das formge­ treue Material (38) Keramikpartikel umfasst, die in einem Siliziumelastomer dispergiert sind, das auf einen Aluminiumträgerfilm oder Trägerflim aus glasfaserverstärktem Kunststoff laminiert ist.

10. Befestigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei sich der Flansch (30) radial auswärts von dem Kern (14) erstreckt, wobei die Schale die elektromagnetische Vorrichtung (12) umgibt, um dadurch Wärme zu leiten, die von allen Seiten des Kernes (14) stammt.

11. Elektromagnetische Vorrichtung mit:
einem Kern, der aus magnetisch permeablem Material besteht;
einer ersten Wicklung, die an dem Kern angeordnet ist;
einer ersten Wärmesenke, die aus thermisch leitfähigem Material be­ steht;
einer Befestigungsschale, die aus thermisch leitfähigem Material be­ steht und einen Hohlraum aufweist, wobei der Kern in dem Hohl­ raum angeordnet ist und die Schale den Kern umgibt, wobei die Be­ festigungsschale einen Flansch umfasst und die Befestigungsschale an der ersten Wärmesenke befestigt ist, wobei der Flansch an einer Fläche der ersten Wärmesenke anliegt;
Vergussmaterial, das in dem Hohlraum angeordnet ist und zumin­ dest teilweise Abschnitte des Kernes einkapselt; und
wobei die Befestigungsschale einen ersten Durchgang umfasst, um Leitungen der ersten Wicklung aus dem Hohlraum herauszuführen.

12. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Befes­ tigungsschale eine damit in Verbindung stehende Achse aufweist und eine Basis rechtwinklig zu der Achse und eine sich in Axialrichtung erstreckende ringförmige Seitenwand zwischen der Basis und dem Flansch umfasst.

13. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Sei­ tenwand im radialen Schnitt elliptisch ist.

14. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Befes­ tigungsschale zumindest eines aus Aluminium- und Kupfermaterial umfasst, wobei die Vorrichtung ferner eine zweite Wicklung aufweist, die an dem Kern angeordnet ist, wobei die Befestigungsschale ferner einen zweiten Durchgang umfasst, um Leitungen der Wicklung aus dem Hohlraum herauszuführen.

15. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Ver­ gussmaterial ein Polyurethanharz umfasst, wobei die Vorrichtung ferner ein formgetreues Material umfasst, das zwischen einer Innen­ fläche der Basis und dem Kern angeordnet ist, wobei das formgetreue Material ein thermisch leitfähiges Material mit plastischen Verfor­ mungseigenschaften umfasst.

16. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Kombination einer Dicke des formgetreuen Materials in einem nicht komprimierten Zustand und einer Dicke der elektromagnetischen Vorrichtung größer als eine Höhe der Schale zwischen der Innenfläche der Basis und ei­ ner Ebene ist, die den Boden des Flansches umfasst.