DE102006000732A1 - Power electronics cooling device for use in generator and electric motor combination, has separate cooling unit arranged in stator to cool semiconductor switching module, where coolant flows through unit to form module cooling circuit - Google Patents

Power electronics cooling device for use in generator and electric motor combination, has separate cooling unit arranged in stator to cool semiconductor switching module, where coolant flows through unit to form module cooling circuit Download PDF

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Abstract

The device has a stator (1) with a stator carrier (2) and a short circuit coil (3) that is temporarily switched using a semiconductor switching module (5), which is arranged in the stator. A separate cooling unit (10) is arranged in the stator for cooling the module, and comprises an inlet opening and an outlet opening. A coolant flows through the cooling unit for the formation of a module cooling circuit. An independent claim is also included for a method for cooling power electronics of a generator and electric motor combination.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.The The invention relates to an apparatus and a method for cooling a Power electronics of a generator-electric motor combination after the Preamble of the claims 1 and 11.

Es sind bereits elektromagnetische Getriebe bzw. Drehmoment-Wandler zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 4408719 C1 eine Generator-Elektromotor-Kombination, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantriebsstruktur verwendbar ist. Dabei weist die Generator-Elektromotor-Kombination ein Gehäuse auf, in dem der Rotor und der Stator sowohl des Generators als auch des Elektromotors angeordnet sind, sowie einen an einer Eingangswelle befestigen hohlzylindrischen Generator-Rotor und einen an einer Ausgangswelle befestigten hohlzylindrischen Motor-Rotor, wobei die Rotoren axial nebeneinander liegen und an ihrer Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität vorgesehen sind. Zudem ist ein axial verschiebbar angeordneter hohlzylindrischer Stator mit wenigstens einer Kurzschlusswicklung vorgesehen, die abhängig von der Stellung der Permanent-Magnete der beiden Rotoren zueinander geschaltet wird. Mit Hilfe von Magnetfeldsensoren zwischen den Permanent-Magneten wird die Polarität sich gegenüberliegender Permanent-Magnete ermittelt und in Abhängigkeit von den Sensorsignalen die Kurzschlussleitung geschlossen oder geöffnet. Auf diese Weise lässt sich die Drehrichtung der Ausgangswelle einstellen, während die Positionierung der Kurzschlusswicklung unter den Permanent-Magneten des Motor- oder Generator-Rotors die Drehzahl und das Abtriebsmoment der Ausgangswelle festlegt. Die Schaltung der Kurzschlusswicklung erfolgt dabei mit Hilfe von steuerbaren Halbleiterelementen, beispielsweise mittels bipolarer Transistoren. Wegen der erforderlichen Leistung einer solchen Ansteuer- und Leistungselektronik tritt in der Regel eine Erwärmung auf, die im Falle unzureichender Kühlung zur Beschädigung und zum Ausfall der Elektronik führen kann.There are already known electromagnetic transmissions or torque converters for use in a motor vehicle. For example, the DE 4408719 C1 a generator-electric motor combination usable as an electromagnetic torque converter or large-spread electromagnetic transmission in, for example, a hybrid drive structure vehicle. In this case, the generator-electric motor combination has a housing in which the rotor and the stator of both the generator and the electric motor are arranged, and a hollow-cylindrical generator rotor fixed to an input shaft and a hollow-cylindrical motor rotor attached to an output shaft, wherein the rotors are axially adjacent to each other and are provided on its inner side in the circumferential direction distributed permanent magnets with alternating polarity. In addition, an axially displaceably arranged hollow cylindrical stator is provided with at least one short-circuit winding, which is switched depending on the position of the permanent magnets of the two rotors to each other. With the help of magnetic field sensors between the permanent magnets, the polarity of opposing permanent magnets is determined and the short-circuit line is closed or opened as a function of the sensor signals. In this way, the direction of rotation of the output shaft can be adjusted, while the positioning of the short-circuit winding under the permanent magnet of the motor or generator rotor determines the speed and the output torque of the output shaft. The circuit of the short-circuit winding takes place with the aid of controllable semiconductor elements, for example by means of bipolar transistors. Because of the required performance of such drive and power electronics usually occurs in a warming, which can lead to damage and failure of the electronics in case of insufficient cooling.

In der DE 19945368 A1 ist eine magnetoelektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug offenbart, welche eine Elektronik aufweist, die im Inneren eines Statorträgers der magnetoelektrischen Maschine angeordnet ist, wobei vorzugsweise in der Wandung des Statorträgers Kühlwasserkanäle vorgesehen sind. Zudem sind Kühlkörper vorgesehen, die die Basis für die Elektronik bilden und zum anderen den direkten Kontakt mit dem Statorträger ermöglichen. Sie weisen dabei eine Außenform auf, die der Innenwandfläche des Statorträgers entspricht, um einen abstandslosen Kontakt zwischen diesen beiden Bauteilen zu gewährleisten. Mit dieser Anordnung lässt sich eine Kühlung der Elektronik über die Wandung des Statorträgers bewirken. Dabei dienen die Kühlkörper als Wärmeleitungsplatte, die die Wärmeabfuhr von der Elektronik zum vorzugsweise wassergekühlten Statorträger begünstigt. Dieses Kühlprinzip der Ableitung von Wärme über Wärmeleitungsplatten auf den Statorträger ist jedoch nur für eine Elektronik mit vergleichsweise niedriger Leistung ausreichend. Werden Leistungselektronik-Module mit vergleichsweise hoher elektrischer Leistung verwendet, kommt es bei deren Betrieb zu einer Erwärmung, bei der dieses einfache Wärmeableitungsprinzip an seine Grenzen stößt. Unzureichende Kühlung und nachfolgend Beschädigung und Ausfall der Elektronik kann die Folge sein.In the DE 19945368 A1 discloses a magnetoelectric machine for a motor vehicle, having an electronics, which is arranged inside a stator of the magnetoelectric machine, wherein preferably in the wall of the stator support cooling water channels are provided. In addition, heat sinks are provided which form the basis for the electronics and on the other hand allow direct contact with the stator. They have an outer shape which corresponds to the inner wall surface of the stator carrier in order to ensure a distance-free contact between these two components. With this arrangement, cooling of the electronics via the wall of the stator can be effected. The heat sink serve as a heat conduction plate, which favors the heat dissipation from the electronics to the preferably water-cooled stator. However, this cooling principle of the dissipation of heat via heat conduction plates on the stator is sufficient only for electronics with relatively low power. If power electronics modules with comparatively high electrical power are used, their operation will cause a warming, in which this simple heat dissipation principle reaches its limits. Insufficient cooling and subsequent damage and failure of the electronics can be the result.

Des Weiteren offenbart die WO 03/095922 A2 eine Kühleinheit für die Flüssigkeitskühlung von Leistungshalbleitern, wobei die Kühleinheit Komponenten kühlt, die auf der Oberseite mindestens einer Platte angeordnet sind, und die Unterseite der mindestens einen Platte durch eine Flüssigkeit gekühlt wird, die mittels eines Verteilungselements entlang der Platte geführt wird, und ein Flüssigkeitseinlass und ein Flüssigkeitsauslass des Verteilungselements senkrecht zu der Platte angeordnet sind. Das Verteilungselement ist in Zellen aufgeteilt, wobei jede Zelle einen Flüssigkeitseinlass und einen Flüssigkeitsauslass aufweist, die vorzugsweise senkrecht zu der Platte angeordnet sind, die Flüssigkeit lediglich eine Zelle passiert und das Verteilungselement mindestens zwei Zellen für jede Platte aufweist. Eine solche Kühleinheit ist in den 7 bis 9 dargestellt. Mit Hilfe solcher flüssigkeitsdurchströmter Kühleinheiten ist eine effektive Kühlung von Leistungshalbleitern möglich. Das bisherige Einsatzgebiet solcher Kühleinheiten beschränkt sich jedoch vornehmlich auf Spannungsumrichter sowie auf das Gehäuse von elektrischen Maschinen, wobei eine Integration in bewegliche Teile, beispielsweise Rotoren oder Statoren aufgrund des notwendigen Kühlmittelkreislaufs zur Versorgung der Kühleinheiten und der damit verbundenen konstruktiven Schwierigkeiten bei der externen Kühlmittelversorgung nicht vorgesehen ist. Ein weiteres Kühlelement zur Verwendung als Wärmesenke für elektrische Bauelement oder Schaltkreise ist aus der DE 19710783 C2 bekannt.Furthermore, WO 03/095922 A2 discloses a cooling unit for the liquid cooling of power semiconductors, wherein the cooling unit cools components which are arranged on the upper side of at least one plate, and the underside of the at least one plate is cooled by a liquid, which by means of a distribution element is guided along the plate, and a liquid inlet and a liquid outlet of the distribution element are arranged perpendicular to the plate. The distribution element is divided into cells, each cell having a liquid inlet and a liquid outlet, which are preferably arranged perpendicular to the plate, the liquid passes only one cell and the distribution element has at least two cells for each plate. Such a cooling unit is in the 7 to 9 shown. With the help of such liquid flow through cooling units effective cooling of power semiconductors is possible. However, the previous application of such cooling units is limited primarily to voltage converter and the housing of electrical machines, with integration into moving parts, such as rotors or stators due to the necessary coolant circuit for supplying the cooling units and the associated design difficulties in the external coolant supply is not provided is. Another cooling element for use as a heat sink for electrical components or circuits is known from DE 19710783 C2 known.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination zu schaffen, wobei die Generator-Elektromotor-Kombination als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler und/oder als elektromagnetisches Getriebe ausgebildet ist.Of the The invention is therefore based on the technical problem, an improved Device and an improved method for cooling a power electronics a generator-electric motor combination to create, with the generator-electric motor combination as electromagnetic Torque converter and / or designed as an electromagnetic transmission is.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results according to the invention by the subject matter of Claims 1 and 11. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass die Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination, bei der die Leistungselektronik auf beweglichen Teilen angebracht ist, auch noch für Halbleiterschaltmodule mit vergleichsweise hoher Leistung effektiv und platzsparend bewerkstelligt werden kann, wenn zur Kühlung von im bzw. am (beweglichen) Stator angebrachten Halbleiterschaltmodule trotz einer damit verbundenen aufwendigeren Kühlmittelzu- und abfuhr ein separates Kühlelement vorgesehen wird, das zur Bildung eines Modulkühlkreislaufs von einem Kühlmittel durchströmt ist. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination vorgeschlagen wird, wobei die Generator-Elektromotor-Kombination als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler und/oder als elektromagnetisches Getriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ausgebildet ist und mindestens einen Stator mit mindestens einem Statorträger und mindestens einer Kurzschlusswicklung aufweist, welche mittels mindestens eines am und/oder im Stator angeordneten Halbleiterschaltmoduls bedarfsweise schaltbar ist, und am und/oder im Stator mindestens ein separates Kühlelement zur Kühlung des Halbleiterschaltmoduls vorgesehen ist und wobei das mindestens eine separate Kühlelement mindestens eine Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung aufweist und zur Bildung eines Modulkühlkreislaufs von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Somit kann die Leistungselektronik trotz der starken Erwärmung während ihres Betriebes einschließlich der hierfür vorgesehenen Kühlung am bzw. vorzugsweise innerhalb des Stators untergebracht werden. Dies führt aufgrund des kompakten Aufbaus zu einer erheblichen Platzersparnis und löst zum anderen das Problem einer möglichst hohen Kühlleistung insbesondere bei elektrischen Maschinen wie beispielsweise der in der DE 4408719 C1 beschriebenen Generator-Elektromotor-Kombination, bei der mehrere hohlzylindrische Rotoren um einen axial verschiebbaren Stator rotieren, die bislang lediglich mittels Wärmeverteilungsplatten über den Statorträger gekühlt werden konnten. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine höhere übertragbare Leistung solcher elektrischer Maschinen.The invention is based on the finding that the cooling of a power electronics of a generator-electric motor combination, in which the power electronics is mounted on moving parts, even for semiconductor switching modules with relatively high performance can be accomplished effectively and compactly, if for the cooling of in spite of an associated more expensive coolant supply and removal, a separate cooling element is provided in or on the (movable) stator mounted semiconductor switching modules, which is flowed through by a coolant to form a module cooling circuit. This is inventively achieved by an apparatus and a method for cooling a power electronics of a generator-electric motor combination is proposed, wherein the generator-electric motor combination as an electromagnetic torque converter and / or as an electromagnetic transmission, in particular in a motor vehicle, is formed and at least one stator having at least one stator carrier and at least one short-circuit winding, which is switchable by means of at least one arranged on and / or in the stator semiconductor switching module as needed, and provided on and / or in the stator at least a separate cooling element for cooling the semiconductor switching module and wherein at least one separate cooling element has at least one inlet and at least one outlet opening and can flow through a coolant to form a module cooling circuit. Thus, the power electronics despite the strong heating during their operation, including the cooling provided for this purpose can be accommodated on or preferably within the stator. This leads due to the compact design to a significant space savings and solves the other the problem of the highest possible cooling capacity, especially in electrical machines such as in the DE 4408719 C1 described alternator-electric motor combination, in which rotate a plurality of hollow cylindrical rotors about an axially displaceable stator, which could previously be cooled only by means of heat distribution plates on the stator. Thus, the embodiment of the invention allows a higher transferable power of such electrical machines.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind in der Wandung des Statorträgers zur Kühlung des Stators Kühlmittelkanäle vorgesehen, die als Bestandteile eines Statorkühlkreislaufs ausgebildet sind. Somit kann neben der Kühlung der Leistungselektronik mittels eines separaten Kühlelements auch der Stator unabhängig von dem Kühlelement gekühlt werden, was wiederum einen zusätzlich kühlenden Effekt auf die Leistungselektronik mit sich bringt und somit die Verwendung von Halbleiterschaltmodulen mit noch höherer Leistung ermöglicht.In a further advantageous embodiment are in the wall of the stator carrier for cooling the stator provided coolant channels, which are formed as components of a stator cooling circuit. Thus, besides the cooling the power electronics by means of a separate cooling element also the stator independent from the cooling element chilled which in turn is an additional cooling Effect on the power electronics and thus brings the Use of semiconductor switching modules with even higher performance allows.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Statorkühlkreislauf und der Modulkühlkreislauf aus der gleichen Kühlmittelquelle gespeist. Da für beide Kühlmittelkreisläufe eine gemeinsame Quelle vorgesehen ist, wird die Bereitstellung von Kühlmittel vereinfacht und eine ökonomischere Ausnutzung der räumlichen Verhältnisse an und in der Generator-Elektromotor-Kombination, insbesondere hinsichtlich der Kühlmittelzuleitungen, ermöglicht.In In a further advantageous embodiment, the stator cooling circuit and the module cooling circuit from the same coolant source fed. Therefore both coolant circuits one common source is provided, the provision of coolant simplified and a more economical Utilization of the spatial conditions on and in the generator-electric motor combination, in particular with regard to the coolant supply lines, allows.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform durchströmt das Kühlmittel den Statorkühlkreislauf und den Modulkühlkreislauf parallel. Dies bietet gegenüber einer seriellen Durchströmung den Vorteil, dass hinsichtlich der Reihenfolge der Durchströmung kein Temperaturgradient zwischen Statorkühlkreislauf und Modulkühlkreislauf auftritt. Vielmehr können beide mit nahezu der gleichen Temperatur des Kühlmittels am jeweiligen Einlass der Kreisläufe angeströmt werden. Dies begünstigt einen kontrollierten Kühlvorgang und erhöht dessen Wirkungsgrad.In In another advantageous embodiment, the coolant flows through the stator cooling circuit and the module cooling circuit parallel. This offers opposite a serial flow the advantage that in terms of the order of flow no Temperature gradient between stator cooling circuit and module cooling circuit occurs. Rather, you can both at nearly the same temperature of the coolant at the respective inlet the circuits are flown. This favors a controlled cooling process and increased its efficiency.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kühlelement am Sockel des Halbleiterschaltmoduls angeordnet, wobei das Halbleiterschaltmodul mittels des Kühlelements am Statorträger befestigt ist. Auf diese Weise besitzt das Kühlelement eine Doppelfunktion, da es neben der Erzielung einer möglichst effektiven Kühlung des Halbleiterschaltmoduls auch gleichzeitig als Befestigungsmittel für das Halbleiterschaltmodul am Statorträger dient.In A further advantageous embodiment is the cooling element arranged on the base of the semiconductor switching module, wherein the semiconductor switching module by means of the cooling element on the stator carrier is attached. In this way, the cooling element has a dual function, because it is in addition to achieving the most effective cooling of the Semiconductor switching module also simultaneously as a fastener for the semiconductor switching module on the stator carrier serves.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Modulträger zur Befestigung des Kühlelements am Statorträger vorgesehen, wobei der Modulträger mindestens eine Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmbar ist.In a further advantageous embodiment is at least one module carrier for fixing the cooling element on the stator carrier provided, wherein the module carrier Has at least one inlet and at least one outlet opening and of the coolant flow through is.

Der Modulträger erleichtert dabei die Anordnung von einem oder mehreren Kühlelementen einschließlich der Leistungselektronik innerhalb des Stators und begünstigt somit den kompakten Aufbau der Generator-Elektromotor-Kombination bei hoher Kühlleistung. Gleichzeitig ermöglicht der Modulträger die Zu- und Abführung des Kühlmittels zu und von den Kühlelementen ohne das Erfordernis zusätzlicher Kühlmittelzuleitungen.Of the module carrier facilitates the arrangement of one or more cooling elements including the power electronics within the stator and thus favors the compact design of the generator-electric motor combination high cooling capacity. At the same time allows the module carrier the Feed and discharge of the coolant to and from the cooling elements without the need for additional Coolant supply lines.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Kühlmittelverteilelement vorgesehen, welches mit der Kühlmittelquelle zur Speisung des Modulkühlkreislaufes mit Kühlmittel verbunden ist. Auf diese Weise wird die Verteilung des Kühlmittels von der Kühlmittelquelle auf ein oder mehrere Kühlelemente sowie vorzugsweise auch auf den Statorkühlkreislauf über lediglich ein Bauteil, nämlich das Kühlmittelverteilelement, ermöglicht. Dies gewährleistet ein geringes Bauvolumen und ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche Kühlmittelzuleitungen sowie -verzweigungen.In a further advantageous embodiment, at least one Kühlmittelverteilelement is provided, which is connected to the coolant source for feeding the module cooling circuit with coolant. In this way, the distribution of the Coolant from the coolant source to one or more cooling elements and preferably also to the stator cooling circuit via only one component, namely the Kühlmittelverteilelement allows. This ensures a low construction volume and eliminates the need for additional coolant supply lines and branches.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Kühlelement aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten und flächig miteinander verbundenen Kühlerlagen ausgebildet, die zwischen sich von dem Kühlmittel durchströmbare Kanäle bilden, wobei jeweils mindestens ein erster und ein zweiter Sammelraum durch Öffnungen in den Kühlerlagen gebildet sind und die Kühlerlagen zwischen den beiden Öffnungen einen eine Vielzahl von Durchbrechungen aufweisenden siebartig strukturierten Bereich zur Bildung der Kanäle aufweisen. Durch diese Ausgestaltung des Kühlelements ergibt sich ein weit verzweigter Strömungsweg für das Kühlmittel vorzugsweise in allen drei Raumachsen durch das Kühlelement. Vorzugsweise sind die einzelnen Durchbrechungen und zwischen diesen vorgesehene Materialbereiche von Kühlerlage zu Kühlerlage derart versetzt angeordnet, dass ein Durchströmen des Kühlelements mittels des Kühlmittels nur unter ständigem Wechsel der Kühlerlagen und unter Nutzung der Durchbrechungen möglich ist. Im Inneren des Kühlelements ergibt sich also ein von dem Kühlmittel durchströmbares, sehr verzweigtes Labyrinth, in welchen in den von den Durchbrechungen gebildeten Strömungswegen jeweils die den Durchbrechungen gegenüberliegenden Materialabschnitte vorgesehen sind. Auf diese Weise wird die wirksame Wärmeaustauschfläche erhöht und eine turbulente Durchmischung des Kühlmittels zur möglichst effektiven Wärmeabfuhr erzielt. Die Kühlerlagen sind dabei vorzugsweise als Platten oder Folien aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, ausgebildet, die weiter vorzugsweise mit Hilfe der DCB-Technik (Direct-Copper-Bond-Technik) flächig miteinander zu einem Kühlelement verbunden sind.In A further advantageous embodiment is the cooling element of several stacked on top of each other arranged and flat interconnected radiator layers formed, which form between them of the coolant flow through channels, wherein in each case at least a first and a second collecting space through openings in the cooler layers are formed and the cooler layers between the two openings a sieve-like patterned area having a plurality of perforations to form the channels exhibit. This configuration of the cooling element results in a far branched flow path for the Coolant preferably in all three spatial axes through the cooling element. Preferably the individual openings and material areas provided between them from radiator location to Kühlerlage such arranged offset, that a flow through the cooling element by means of the coolant only under constant Change of cooler layers and using the openings is possible. Inside the cooling element So one of the coolant flowed through, very branched labyrinth, in which in the of the openings formed flow paths in each case the material sections opposite the openings are provided. In this way, the effective heat exchange surface is increased and a turbulent mixing of the coolant as possible effective heat dissipation achieved. The cooler layers are preferably as plates or sheets of metal, for example made of copper, which is further preferably using the DCB technique (Direct Copper Bond technique) areal together to form a cooling element are connected.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Kühlelement eine Mehrzahl von Kühlzellen mit jeweils einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Kühlmittel auf, wobei die Flussrichtung des Kühlmittels durch die Einlass- und Auslassöffnung jeweils senkrecht zu der zu kühlenden Oberfläche des Halbleiterschaltmoduls ist, und eine Fingerstruktur zur Bildung einer Einlass- und einer Auslasskammer auf seiner Rückseite. Durch die Tatsache, dass für das gesamte Kühlelement nicht lediglich eine Einlass- und Auslassöffnung, sondern eine Mehrzahl von Kühlzellen mit jeweils einer Einlass- und Auslassöffnung vorgesehen ist, wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Kühlmittels gewährleistet, ohne dass ein Temperaturgradient aufgrund einer zunehmenden Erwärmung des Kühlmittels über die gesamte zu kühlende Oberfläche des Halbleiterschaltmoduls bzw. über die gesamte Länge und/oder Breite des Kühlelements auftritt. Dabei werden die verschiedenen Kühlzellen parallel zueinander angeströmt, d.h. mit Kühlmittel mit der gleichen Temperatur versorgt, was zu der gleichmäßigen Temperaturverteilung auf dem Substrat des Halbleiters führt. Durch die senkrechte Flussrichtung des Kühlmittels gegenüber der zu kühlenden Oberflächen kann das Kühlmittel letzterer besonders schnell zugeführt und ebenso schnell wieder von dort abgeführt werden, bevor es sich zu stark erwärmt und anfängt, Temperaturgradienten auf der Oberfläche zu bilden. Durch die Fingerstruktur auf der Rückseite des Kühlelements lassen sich die gleichen Drücke bzw. der gleiche Druckabfall in allen Kühlzellen erzielen. Vorzugsweise ist das Kühlelement aus Kunststoff ausgebildet, was eine äußerst einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht. Weiter vorzugsweise weist jede Kühlzelle einen Durchflusskanal mit einer Mäanderstruktur auf, welche das Kühlmittel zu häufigen Änderungen der Flussrichtung zwingt. Dadurch wird eine hohe Kühlungseffizienz erzielt, da das Kühlmittel stets durchmischt wird, wenn es seine Flussrichtung wechselt. Aufgrund der somit erzeugten turbulenten Strömung kann die Wärme äußerst effektiv von den heißen Oberflächen des Halbleiterschaltmoduls weg transportiert werden. Durch Variation der Größen und Kanalgeometrie der einzelnen Kühlzellen lässt sich die Wärmeabfuhr einzelner Kühlzellen individuell variieren, so dass lokale Wärmemaxima oder -minima auf der zu kühlenden Oberfläche des Halbleiters berücksichtigt werden können.In a further advantageous embodiment, the cooling element a plurality of cold rooms each having an inlet and an outlet opening for the coolant, wherein the flow direction of the refrigerant through the inlet and outlet ports each perpendicular to the to be cooled surface of the semiconductor switching module, and a finger structure for formation an inlet and an outlet chamber on its back. By the fact that for the entire cooling element not just an inlet and outlet port, but a plurality of cold rooms is provided with in each case an inlet and outlet opening, is a uniform temperature distribution of the coolant guaranteed without a temperature gradient due to increasing heating of the Coolant over the entire to be cooled surface of the semiconductor switching module or via the entire length and / or Width of the cooling element occurs. The different cooling cells are parallel to each other incident flow, i.e. with coolant supplied with the same temperature, resulting in uniform temperature distribution on the substrate of the semiconductor. By the vertical flow direction of the coolant across from the one to be cooled Surfaces can the coolant the latter fed particularly quickly and just as quickly again be removed from there, before it warms up too much and begins temperature gradients on the surface to build. Through the finger structure on the back of the cooling element let the same pressures or achieve the same pressure drop in all cold storage cells. Preferably is the cooling element Made of plastic, which is an extremely simple and inexpensive production allows. More preferably, each cooling cell a flow channel with a meander structure, which is the coolant too frequent changes the flow direction forces. This will provide a high cooling efficiency scored because the coolant is always is mixed when it changes its direction of flow. by virtue of The turbulent flow thus generated can heat extremely effectively from the hot surfaces the semiconductor switching module are transported away. By variation the sizes and channel geometry the individual cold rooms can the heat dissipation individual cold rooms vary individually, allowing local heat maxima or minima the one to be cooled surface of the semiconductor can be.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Modulträger zur Befestigung des Kühlelements am Statorträger vorgesehen, wobei der Modulträger mindestens eine Kühlwanne zur Aufnahme des Kühlelements mit jeweils mindestens einer Einlass- und mindestens einer Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmbar ist. Dabei ruht das Kühlelement vorzugsweise mit der auf seiner Rückseite befindlichen Fingerstruktur in der von Kühlmittel durchströmten Kühlwanne, welche durch die Fingerstruktur in eine Seite mit warmem und eine Seite mit kaltem Kühlmittel getrennt wird. Dabei dient die Seite mit kaltem Kühlmittel der Zufuhr des Kühlmittels zu den Einlassöffnungen der Kühlzellen, während die Seite mit warmem Kühlmittel der Abfuhr des Kühlmittels aus den Auslassöffnungen der Kühlzellen dient. Somit lässt sich in einfacher Weise eine parallelisierte Kühlung ohne Temperaturgradient über das gesamte Kühlelement realisieren, wobei in allen Kühlzellen der gleiche Druckabfall herrscht, während die Kühlmittelzu- und -abfuhr zentral von und zu einer Kühlmittelquelle bzw. -senke über die Einlass- und Auslassöffnung der Kühlwanne erfolgen kann.In A further advantageous embodiment is a module carrier for Attachment of the cooling element on the stator carrier provided, wherein the module carrier at least one cooling trough for receiving the cooling element each having at least one inlet and at least one outlet opening and from the coolant flow through is. The cooling element rests here preferably with the finger structure on its back in the coolant flow through the cooling trough, which through the finger structure into a side with warm and one Side with cold coolant is disconnected. The page serves with cold coolant the supply of the coolant to the inlet openings the cold rooms, while the side with warm coolant the removal of the coolant from the outlet openings the cold rooms serves. Thus lets In a simple way, a parallelized cooling without a temperature gradient over the entire cooling element Realize, being in all cold rooms the same pressure drop prevails, while the coolant supply and removal central from and to a source of coolant or sink over the inlet and outlet ports the cooling pan can be done.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment tert. In the accompanying drawings show

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne, 1 a schematic representation of a cooling device according to the invention in a perspective view obliquely from the front,

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ohne Statorträger und Wicklung in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne, 2 a schematic representation of a cooling device according to the invention without stator and winding in a perspective view obliquely from the front,

3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten, 3 a schematic representation of a cooling device according to the invention in a perspective view obliquely from behind,

4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ohne Statorträger und Wicklung in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten, 4 a schematic representation of a cooling device according to the invention without stator and winding in a perspective view obliquely from behind,

5 eine schematische Darstellung zweier Modulträger der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Draufsicht, 5 a schematic representation of two module carrier of the cooling device according to the invention in plan view,

6 eine mögliche Ausführungsform eines Kühlelements (Stand der Technik) zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Draufsicht, 6 a possible embodiment of a cooling element (prior art) for use in a cooling device according to the invention in plan view,

7 eine alternative Ausführungsform eines Kühlelements (Stand der Technik) zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, 7 an alternative embodiment of a cooling element (prior art) for use in a cooling device according to the invention in a perspective view,

8 die gleiche alternative Ausführungsform eines Kühlelements (Stand der Technik) zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Draufsicht, 8th the same alternative embodiment of a cooling element (prior art) for use in a cooling device according to the invention in plan view,

9 die gleiche alternative Ausführungsform eines Kühlelements (Stand der Technik) zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Unteransicht und 9 the same alternative embodiment of a cooling element (prior art) for use in a cooling device according to the invention in the bottom view and

10 eine schematische Darstellung einer Generator-Elektromotor-Kombination (Stand der Technik). 10 a schematic representation of a generator-electric motor combination (prior art).

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einer Generator-Elektromotor-Kombination 40 (siehe dazu 10), die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung, beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantriebsstruktur, ausgebildet ist. Die Generator-Elektromotor- Kombination 40 weist vorzugsweise einen Generator-Rotor 42, einen Elektromotor-Rotor 45 sowie einen axial verschiebbar angeordneten hohlzylindrischen Stator 1 mit einem Statorträger 2 auf, an welchem Kurzschlusswicklungen 3 vorgesehen sind und welcher auch Bestandteil der Kühlvorrichtung ist. Die Kurzschlusswicklungen 3 werden dabei zum Betrieb der Generator-Elektromotor-Kombination 40 in Abhängigkeit von der Stellung von Permanent-Magneten 43, 46, die jeweils auf dem Generator- 42 und dem Elektromotor-Rotor 45 angeordnet sind, zueinander geschaltet, wobei vorzugsweise mit Hilfe von Magnetfeldsensoren (nicht dargestellt) zwischen den Permanent-Magneten 43, 46 die Polarität sich gegenüberliegender Permanent-Magnete 43, 46 ermittelt wird und in Abhängigkeit von den Sensorsignalen die Leitungen der Kurzschlusswicklungen 3 geschlossen oder geöffnet werden. Auf diese Weise lässt sich die Drehrichtung einer Abtriebswelle 44 der Generator-Elektromotor-Kombination 40 einstellen, während die Positionierung der Kurzschlusswicklungen 3 unter den Permanent-Magneten 43, 46 des Elektromotor- 45 oder Generator-Rotors 42 die Drehzahl und das Abtriebsmoment der Abtriebswelle 44 festlegt und im Verhältnis zu einer Antriebswelle 41 verändern kann. Die Positionierung der Kurzschlusswicklungen 3 unter den Permanent-Magneten 43, 46 kann dabei durch axiales Verschieben des Stators 1 mittels einer Verschiebestange 47 verändert werden. Die Schaltung der Kurzschlusswicklungen 3 erfolgt dabei mit Hilfe von steuerbaren Halbleiterschaltmodulen 5, die beispielsweise als bipolare Transistoren ausgebildet sein können. Dabei ist vorzugsweise die Leistungselektronik, deren Bestandteil die Halbleiterschaltmodule 5 sind, am und/oder im Stator 1, weiter vorzugsweise in dessen Innenvolumen, angeordnet. Da der Stator 1 axial verschiebbar ist, ist die Leistungselektronik einschließlich der Halbleiterschaltmodule 5 somit auf einem beweglichen Teil angebracht. Am und/oder im Stator 1 sind insgesamt fünf separate Kühlelemente 10 zur Kühlung der Halbleiterschaltmodule 5 vorgesehen. Jedes Kühlelement 10 weist dabei mindestens eine Einlass- 23, 31 und mindestens eine Auslassöffnung 24, 32 (siehe 6 bis 9) auf und ist zur Bildung eines Modulkühlkreislaufs von einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchströmbar. Die Kühlelemente 10 sind dabei jeweils am Sockel der Halbleiterschaltmodule 5 angeordnet. Dadurch sind die Halbleiterschaltmodule 5 mittels der Kühlelemente 10 am Statorträger 2 befestigt. In der Wandung des Statorträgers 2 sind außerdem zur Kühlung des Stators 1 Kühlmittelkanäle (nicht dargestellt) vorgesehen, die als Bestandteile eines Statorkühlkreislaufs ausgebildet sind und mit einem Kühlmittelvorlauf 16 sowie einem Kühlmittelrücklauf 17 verbunden sind. Der Statorkühlkreislauf und der Modulkühlkreislauf sind dabei aus der gleichen Kühlmittelquelle gespeist und werden von dem Kühlmittel parallel durchströmt. Außerdem sind zwei Modulträger 7a, 7b zur Befestigung der Kühlelemente 10 am Statorträger 2 vorgesehen, wobei die Modulträger 7a, 7b jeweils Anschlussöffnungen 22a, 22b sowie je einen Kühlmittelvorlauf 18 und einen Kühlmittelrücklauf 19 aufweisen (siehe 5) und vom Kühlmittel durchströmbar sind. Die Modulträger 7a, 7b weisen dabei eine Außenform auf, die der Innenwandfläche des Statorträgers 2 entspricht. Des Weiteren sind zwei Kühlmittelverteilelemente 15 vorgesehen, welche mit der Kühlmittelquelle zur Speisung des Modulkühlkreislaufes sowie des Statorkühlkreislaufs mit Kühlmittel verbunden sind. Die Kühlmittelverteilelemente 15 sorgen somit für die Zuführung und Verteilung des Kühlmittels von der Kühlmittelquelle an die Kühlelemente 10 sowie an den Statorkühlkreislauf. Im Innenvolumen des Stators 1 sind des Weiteren zwei Öffnungen 4 für die Lagerung und Momentenabstützung sowie die axiale Verschiebung des Stators 1 mittels der Verschiebestangen 47 (s. 10) vorgesehen. 1 schematically shows a cooling device according to the invention of a generator-electric motor combination 40 (see 10 ), which is designed as an electromagnetic torque converter or electromagnetic transmission with large spread, for example, for use in a motor vehicle with hybrid drive structure. The generator-electric motor combination 40 preferably has a generator rotor 42 , an electric motor rotor 45 and an axially displaceably arranged hollow cylindrical stator 1 with a stator carrier 2 on which short-circuit windings 3 are provided and which is also part of the cooling device. The short-circuit windings 3 be doing to the operation of the generator-electric motor combination 40 depending on the position of permanent magnets 43 . 46 , each on the generator 42 and the electric motor rotor 45 are arranged, connected to each other, preferably with the aid of magnetic field sensors (not shown) between the permanent magnets 43 . 46 the polarity of opposing permanent magnets 43 . 46 is determined and depending on the sensor signals, the lines of the short-circuit windings 3 closed or opened. In this way, the direction of rotation of an output shaft can be 44 the generator-electric motor combination 40 adjust while positioning the shorting windings 3 under the permanent magnets 43 . 46 of the electric motor 45 or generator rotor 42 the speed and the output torque of the output shaft 44 determines and in relation to a drive shaft 41 can change. The positioning of the short-circuit windings 3 under the permanent magnets 43 . 46 can by axial displacement of the stator 1 by means of a sliding bar 47 to be changed. The circuit of the short-circuit windings 3 takes place with the help of controllable semiconductor switching modules 5 , which may be formed for example as bipolar transistors. In this case, preferably the power electronics, whose component is the semiconductor switching modules 5 are, on and / or in the stator 1 , more preferably in its internal volume, arranged. Because the stator 1 is axially displaceable, is the power electronics including the semiconductor switching modules 5 thus attached to a moving part. At and / or in the stator 1 are a total of five separate cooling elements 10 for cooling the semiconductor switching modules 5 intended. Each cooling element 10 has at least one admission 23 . 31 and at least one outlet opening 24 . 32 (please refer 6 to 9 ) and is to flow through a coolant, such as water, to form a module cooling circuit. The cooling elements 10 are each at the base of the semiconductor switching modules 5 arranged. As a result, the semiconductor switching modules 5 by means of the cooling elements 10 on the stator carrier 2 attached. In the wall of the stator carrier 2 are also used to cool the stator 1 Coolant channels (not shown), which are formed as components of a stator cooling circuit and with a coolant flow 16 and a coolant return 17 are connected. The stator cooling circuit and the module cooling circuit are fed from the same coolant source and are flowed through by the coolant in parallel. There are also two module carriers 7a . 7b for fixing the cooling elements 10 on the stator carrier 2 provided, wherein the module carrier 7a . 7b each connection openings 22a . 22b as well as one coolant supply each 18 and a coolant return 19 have (see 5 ) and can be flowed through by the coolant. The module carriers 7a . 7b have an outer shape, that of the inner wall surface of the stator 2 equivalent. Furthermore, there are two coolant distribution elements 15 provided, which are connected to the coolant source for supplying the module cooling circuit and the stator cooling circuit with coolant. The coolant distribution elements 15 thus provide for the supply and distribution of the coolant from the coolant source to the cooling elements 10 as well as to the stator cooling circuit. In the internal volume of the stator 1 are also two openings 4 for the storage and torque support and the axial displacement of the stator 1 by means of the sliding bars 47 (S. 10 ) intended.

2 zeigt schematisch die gleiche bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wie in 1, allerdings ohne Statorträger 2 und Kurzschlusswicklungen 3. Dadurch ist der Aufbau der im Innenvolumen des Stators angeordneten Komponenten besonders gut erkennbar, insbesondere die Modulträger 7a, 7b und die Kühlmittelverteilelemente 15. Zu erkennen ist beispielsweise, dass in den Modulträgern 7a, 7b Senklochbohrungen 21 vorgesehen sind, um die Modulträger 7a, 7b sowie die Kühlelemente 10 beispielsweise mittels Schrauben (nicht dargestellt) am Statorträger 2 befestigen zu können. 2 schematically shows the same preferred embodiment of the cooling device according to the invention as in 1 , but without stator 2 and short-circuit windings 3 , Thereby, the structure of the arranged in the inner volume of the stator components is particularly easy to see, especially the module carrier 7a . 7b and the coolant distribution elements 15 , It can be seen, for example, that in the module carriers 7a . 7b countersunk holes 21 are provided to the module carrier 7a . 7b and the cooling elements 10 for example by means of screws (not shown) on the stator 2 to be able to fasten.

3 und 4 zeigen schematisch die gleiche bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wie in 1 und 2, allerdings von hinten betrachtet, einmal mit Statorträger 2 und Kurzschlusswicklungen 3 (3) und einmal ohne (4). 3 and 4 show schematically the same preferred embodiment of the cooling device according to the invention as in 1 and 2 , however, viewed from the rear, once with stator 2 and short-circuit windings 3 ( 3 ) and once without ( 4 ).

5 zeigt schematisch die zwei Modulträger 7a, 7b der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in der Draufsicht. Dabei ist der eine Modulträger 7a zur Aufnahme von drei Kühlelementen 10 vorgesehen, der andere Modulträger 7b demgegenüber nur zur Aufnahme von zwei Kühlelementen 10. Zu erkennen ist des Weiteren, dass die Modulträger 7a, 7b je einen als Öffnungen ausgebildeten Kühlmittelvorlauf 18 und Kühlmittelrücklauf 19 aufweisen sowie jeweils Anschlussöffnungen 22a, 22b zur Versorgung der Kühlelemente 10 (vgl. 1 bis 4) mit Kühlmittel. Zur Verbindung der Anschlussöffnungen 22a mit dem Kühlmittelvorlauf 18 und der Anschlussöffnungen 22b mit dem Kühlmittelrücklauf 19 sind im Inneren der Modulträger 7a, 7b Kühlmittelkanäle 20a, 20b vorgesehen, so dass die Modulträger 7a, 7b von Kühlmittel durchströmbar sind. Dabei dienen die Anschlussöffnungen 22a und der Kühlmittelkanal 20a zur Verbindung des Kühlmittelvorlaufs 18 mit den Einlassöffnungen 23, 31 der Kühlelemente 10a, 10b (s. 6 bis 9), während die Anschlussöffnungen 22b und der Kühlmittelkanal 20b zur Verbindung der Auslassöffnungen 24, 32 der Kühlelemente 10a, 10b mit dem Kühlmittelrücklauf 19 dient. Zur Befestigung der Modulträger 7a, 7b sowie der Kühlelemente 10a, 10b am Statorträger 2 sind in den Modulträgern 7a, 7b die Senklochbohrungen 21 vorgesehen. 5 schematically shows the two module carrier 7a . 7b the cooling device according to the invention in plan view. Here is the one module carrier 7a for holding three cooling elements 10 provided, the other module carrier 7b in contrast, only for receiving two cooling elements 10 , It can also be seen that the module carriers 7a . 7b each designed as an opening coolant flow 18 and coolant return 19 have and each connection openings 22a . 22b to supply the cooling elements 10 (see. 1 to 4 ) with coolant. For connecting the connection openings 22a with the coolant supply 18 and the connection openings 22b with the coolant return 19 are inside the module carrier 7a . 7b Coolant channels 20a . 20b provided so that the module carrier 7a . 7b can flow through the coolant. The connection openings serve here 22a and the coolant channel 20a for connecting the coolant supply 18 with the inlet openings 23 . 31 the cooling elements 10a . 10b (S. 6 to 9 ), while the connection openings 22b and the coolant channel 20b for connecting the outlet openings 24 . 32 the cooling elements 10a . 10b with the coolant return 19 serves. For fastening the module carrier 7a . 7b and the cooling elements 10a . 10b on the stator carrier 2 are in the module carriers 7a . 7b the countersunk holes 21 intended.

6 zeigt schematisch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kühlelement 10a in der Draufsicht, welches zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung geeignet ist. Das Kühlelement 10a ist dabei aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten und flächig miteinander verbundenen Kühlerlagen ausgebildet, die zwischen sich von dem Kühlmittel durchströmbare Kanäle bilden (nicht dargestellt). Dabei sind jeweils ein erster und ein zweiter Sammelraum vorgesehen, die durch als Einlassöffnung 31 und Auslassöffnung 32 ausgebildete Öffnungen in den Kühlerlagen erschlossen werden. Zwischen der Einlassöffnung 31 und Auslassöffnung 32 weisen die Kühlerlagen einen eine Vielzahl von Durchbrechungen 26 aufweisenden siebartig strukturierten Bereich zur Bildung der durchströmbaren Kanäle auf. Die Kühlerlagen sind dabei beispielsweise als Kupferplatten ausgebildet, die mit Hilfe der DCB-Technik (Direct-Copper-Bond-Technik) flächig miteinander zu dem Kühlelement 10a verbunden sind. Zur Fixierung des Kühlelements z.B. mittels Schrauben sind Bohrungen 25 vorgesehen. 6 schematically shows a known from the prior art cooling element 10a in the plan view, which is suitable for use in a cooling device according to the invention. The cooling element 10a is formed of a plurality of stack-like superimposed and flat interconnected radiator layers that form between them of the coolant flow through channels (not shown). In each case, a first and a second collecting space are provided, which through as an inlet opening 31 and outlet opening 32 trained openings are opened in the radiator layers. Between the inlet opening 31 and outlet opening 32 the cooler layers have a variety of openings 26 having sieve-like structured area for forming the flow-through channels. The radiator layers are formed, for example, as copper plates, which with the aid of the DCB technology (direct copper bond technique) surface to each other to the cooling element 10a are connected. For fixing the cooling element, for example by means of screws are holes 25 intended.

7 und 8 zeigen schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines aus dem Stand der Technik bekannten Kühlelements 10b, welches zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung geeignet ist. Das Kühlelement 10b ist beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Kühlzellen 30 mit jeweils einer Einlassöffnung 31 und einer Auslassöffnung 32 für das Kühlmittel auf. Die Flussrichtung des Kühlmittels durch die Einlass- 31 und Auslassöffnung 32 ist jeweils senkrecht zu der zu kühlenden Oberfläche am Sockel des Halbleiterschaltmoduls 5 (s. 1 bis 4), welche das Kühlelement 10b im montierten Zustand (nicht dargestellt) abdeckt und abdichtend verschließt. Auf seiner Rückseite (s. 9) weist das Kühlelement 10b eine Fingerstruktur 28 zur Bildung einer Einlasskammer 38 und einer Auslasskammer 39 auf. Die verschiedenen Kühlzellen 30 werden parallel zueinander mit Kühlmittel versorgt, was zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf dem Substrat des Halbleiterschaltmoduls 5 führt. Jede Kühlzelle 30 weist einen Durchflusskanal 36 mit einer Mäanderstruktur auf, welche das Kühlmittel zur häufigen Änderung der Flussrichtung zwingt. Das Kühlmittel tritt dabei von der Rückseite des Kühlelements 10b durch die Einlassöffnungen 31 in die Kühlzellen 30 ein, wird durch Führungswände 33 an der Unterseite der zu kühlenden Oberfläche des Halbleiterschaltelements 5 entlang geführt (wie durch die Pfeile in 8 angedeutet) und verlässt dann die Kühlzellen 30 wieder durch die Auslassöffnungen 32. Die Führungswände 33 sind dabei jeweils so unterbrochen, dass sie das Durchlassen des Kühlmittels an einem Ende erlauben. Es sind jedoch auch einige durchgehende Wände 35 vorgesehen, die längs oder quer durch die gesamte Struktur des Kühlelements 10b verlaufen. Diese durchgehenden Wände 35 teilen die Oberseite des Kühlelements 10b in die Kühlzellen 30 auf. Des Weiteren ist jeweils die Einlassöffnung 31 von einer der Kühlzellen 30 möglichst nahe an der Auslassöffnung 32 von einer der benachbarten Kühlzellen 30 angeordnet. Dies führt dazu, dass erwärmtes Kühlmittel, das gerade die Kühlzelle 30 verlässt, sich in der Nähe von kühlem Kühlmittel befindet, das gerade in die benachbarte Kühlzelle 30 eintritt, wodurch der Temperaturgradient entlang der zu kühlenden Fläche des Halbleiterschaltmoduls 5 weiter minimiert wird. Entlang der Ränder 34 des Kühlelements 10b ist die Fläche der dort gelegenen Kühlzellen 30 größer als in den übrigen Kühlzellen 30, wodurch die Kühlung in den Bereichen entlang der Ränder 12 weniger effektiv ist, als in den übrigen Bereichen. Da bei den Halbleiterschaltmodulen 5 üblicherweise die größte Hitzeentwicklung im Zentrum entsteht, werden die heißen zentralen Bereiche durch die kleineren Kühlzellen 30 stärker gekühlt. Somit wird durch die Variierung der Größe der zu kühlenden Fläche der einzelnen Kühlzellen 30 eine weitere Minimierung des Temperaturgradienten entlang der zu kühlenden Oberfläche erzielt. 7 and 8th schematically show a preferred embodiment of a known from the prior art cooling element 10b , which is suitable for use in a cooling device according to the invention. The cooling element 10b is formed for example of plastic and has a plurality of cooling cells 30 each with an inlet opening 31 and an outlet opening 32 for the coolant on. The flow direction of the coolant through the inlet 31 and outlet opening 32 is in each case perpendicular to the surface to be cooled at the base of the semiconductor switching module 5 (S. 1 to 4 ), which the cooling element 10b in the assembled state (not shown) covering and sealingly closes. On his back (s. 9 ) has the cooling element 10b a finger structure 28 for forming an inlet chamber 38 and an outlet chamber 39 on. The different cold rooms 30 are supplied in parallel with each other with coolant, resulting in a uniform temperature distribution on the substrate of the semiconductor switching module 5 leads. Every cold room 30 has a flow channel 36 with a meandering structure which forces the coolant to frequently change the direction of flow. The coolant occurs from the back of the cooling element 10b through the inlet openings 31 in the cold rooms 30 A, is through guide walls 33 at the bottom of the surface to be cooled of the semiconductor switching element 5 Guided along (as indicated by the arrows in 8th indicated) and then leaves the cold rooms 30 again through the outlet openings 32 , The guide walls 33 are each interrupted so that they allow the passage of the coolant at one end allow. However, there are also some continuous walls 35 provided along or across the entire structure of the cooling element 10b run. These continuous walls 35 divide the top of the cooling element 10b in the cold rooms 30 on. Furthermore, each is the inlet opening 31 from one of the cold rooms 30 as close as possible to the outlet opening 32 from one of the adjacent cold storage cells 30 arranged. This causes heated coolant, which is just the cooling cell 30 leaves, is near cool coolant, which is just in the adjacent cold room 30 occurs, whereby the temperature gradient along the surface to be cooled of the semiconductor switching module 5 is further minimized. Along the edges 34 of the cooling element 10b is the area of the cooling cells located there 30 larger than in the other cold rooms 30 , thereby reducing the cooling in the areas along the edges 12 is less effective than in the other areas. As with the semiconductor switching modules 5 Typically, the largest heat development occurs in the center, the hot central areas are due to the smaller cooling cells 30 more cooled. Thus, by varying the size of the area of the individual cooling cells to be cooled 30 achieved a further minimization of the temperature gradient along the surface to be cooled.

9 zeigt schematisch die gleiche bevorzugte Ausführungsform des Kühlelements 10b wie in 7 und 8 in der Unteransicht. Dabei ist die Fingerstruktur 28 zur Bildung der Einlasskammer 38 und der Auslasskammer 39 auf der Rückseite des Kühlelements 10b dargestellt. Die Fingerstruktur 28 wird durch eine Wand 37 gebildet, die in einem schlangenartigen Muster entlang der Rückseite des Kühlelements 10b verläuft. Diese Wand 37 ist dazu vorgesehen, mit ihrer freistehenden Seite am Boden einer Kühlwanne (nicht dargestellt) angeordnet zu werden und mit diesem eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu bilden. Durch derartiges Platzieren des Kühlelements 10b in der Kühlwanne wird dessen Rückseite in die Einlasskammer 38 und die Auslasskammer 39 aufgeteilt. Ruht das Kühlelement 10b mit der auf seiner Rückseite befindlichen Fingerstruktur 28 in der von Kühlmittel durchströmten Kühlwanne, wird diese durch die Fingerstruktur 28 somit in eine Seite mit warmem und eine Seite mit kaltem Kühlmittel getrennt. Dabei dient die Seite mit kaltem Kühlmittel der Zufuhr des Kühlmittels zu den Einlassöffnungen 31 der Kühlzellen 30, während die Seite mit warmem Kühlmittel der Abfuhr des Kühlmittels aus den Auslassöffnungen 32 der Kühlzellen 30 dient. Zur Aufnahme der Kühlelemente 10b weisen vorzugsweise die Modulträger 7a, 7b (s. 1 bis 5) Kühlwannen (nicht dargestellt) mit jeweils mindestens einer als Kühlmittelvorlauf 18 dienenden Einlassöffnung und mindestens einer als Kühlmittelrücklauf 19 dienenden Auslassöffnung auf und sind vom Kühlmittel durchströmbar. Sämtliche Einlassöffnungen 31 der Kühlelemente 10b stehen in Verbindung mit der Einlasskammer 38 und sämtliche Auslassöffnungen stehen mit der Auslasskammer 39 in Verbindung. Die Kühlzellen 30 (S. 7 und 8) sind somit alle parallel mit dem Kühlmittelvorlauf 18 und dem Kühlmittelrücklauf 19 verbunden. 9 schematically shows the same preferred embodiment of the cooling element 10b as in 7 and 8th in the bottom view. Here is the finger structure 28 for forming the inlet chamber 38 and the outlet chamber 39 on the back of the cooling element 10b shown. The finger structure 28 is through a wall 37 formed in a serpentine pattern along the back of the cooling element 10b runs. This wall 37 is intended to be arranged with its freestanding side at the bottom of a cooling trough (not shown) and to form a liquid-tight connection with this. By thus placing the cooling element 10b in the cooling pan, the rear side is in the inlet chamber 38 and the outlet chamber 39 divided up. Rest the cooling element 10b with the finger structure on its back 28 in the cooling vat through which coolant flows, this is due to the finger structure 28 thus separated into a side with warm and a side with cold coolant. The cold coolant side serves to supply the coolant to the inlet ports 31 the cold rooms 30 while the side with warm coolant, the discharge of the coolant from the outlet openings 32 the cold rooms 30 serves. For holding the cooling elements 10b preferably have the module carrier 7a . 7b (S. 1 to 5 ) Cooling trays (not shown), each with at least one as a coolant flow 18 serving inlet port and at least one as a coolant return 19 Serving outlet on and are flowed through by the coolant. All inlet openings 31 the cooling elements 10b communicate with the inlet chamber 38 and all the outlet openings are in the outlet chamber 39 in connection. The cold rooms 30 (S. 7 and 8th ) are thus all parallel to the coolant flow 18 and the coolant return 19 connected.

11
Statorstator
22
Statorträgerstator
33
KurzschlusswicklungenShort circuit windings
44
Öffnungopening
55
HalbleiterschaltmodulSemiconductor switching module
7a, 7b7a, 7b
Modulträgermodule carrier
10, 10a, 10b10 10a, 10b
Kühlelementcooling element
1515
KühlmittelverteilelementKühlmittelverteilelement
1616
KühlmittelvorlaufCoolant supply
1717
KühlmittelrücklaufCoolant return
1818
KühlmittelvorlaufCoolant supply
1919
KühlmittelrücklaufCoolant return
20a, 20b20a, 20b
KühlmittelkanalCoolant channel
2121
Senklochbohrungsinkhole
22a, 22b22a, 22b
Anschlussöffnungport opening
2323
Einlassöffnunginlet port
2424
Auslassöffnungoutlet
2525
Bohrungdrilling
2626
Durchbrechungperforation
2828
Fingerstrukturfinger structure
3030
KühlzelleCold room
3131
Einlassöffnunginlet port
3232
Auslassöffnungoutlet
3333
Führungswandguide wall
3434
Randedge
3535
durchgehende Wandthrough wall
3636
DurchflusskanalFlow channel
3737
Wandwall
3838
Einlasskammerinlet chamber
3939
Auslasskammeroutlet
4040
Generator-Elektromotor-KombinationElectric generator and motor combination
4141
Antriebswelledrive shaft
4242
Generator-RotorGenerator rotor
4343
Permanentmagnetpermanent magnet
4444
Abtriebswelleoutput shaft
4545
Elektromotor-RotorElectric motor rotor
4646
Permanentmagnetpermanent magnet
4747
Verschiebestangemovement rod

Claims (20)

Vorrichtung zur Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination (40), wobei die Generator-Elektromotor-Kombination (40) als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler und/oder als elektromagnetisches Getriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ausgebildet ist und mindestens einen Stator (1) mit mindestens einem Statorträger (2) und mindestens einer Kurzschlusswicklung (3) aufweist, welche mittels mindestens eines am und/oder im Stator (1) angeordneten Halbleiterschaltmoduls (5) bedarfsweise schaltbar ist, und am und/oder im Stator (1) mindestens ein separates Kühlelement (10, 10a, 10b) zur Kühlung des Halbleiterschaltmoduls (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass das mindestens eine separate Kühlelement (10, 10a, 10b) mindestens eine Einlass- (23, 31) und mindestens eine Auslassöffnung (24, 32) aufweist und zur Bildung eines Modulkühlkreislaufs von einem Kühlmittel durchströmbar ist.Device for cooling a power electronics of a generator-electric motor combination ( 40 ), wherein the generator-electric motor combination ( 40 ) is designed as an electromagnetic torque converter and / or as an electromagnetic transmission, in particular in a motor vehicle, and at least one stator ( 1 ) with at least one stator carrier ( 2 ) and at least one short-circuit winding ( 3 ), which by means of at least ei nes on and / or in the stator ( 1 ) arranged semiconductor switching module ( 5 ) is switchable as needed, and on and / or in the stator ( 1 ) at least one separate cooling element ( 10 . 10a . 10b ) for cooling the semiconductor switching module ( 5 ), characterized in that that the at least one separate cooling element ( 10 . 10a . 10b ) at least one inlet ( 23 . 31 ) and at least one outlet opening ( 24 . 32 ) and can flow through to form a module cooling circuit of a coolant. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Statorträgers (2) zur Kühlung des Stators (1) Kühlmittelkanäle vorgesehen sind, die als Bestandteile eines Statorkühlkreislaufs ausgebildet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the wall of the stator ( 2 ) for cooling the stator ( 1 ) Coolant channels are provided, which are formed as components of a Statorkühlkreislaufs. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkühlkreislauf und der Modulkühlkreislauf aus der gleichen Kühlmittelquelle gespeist sind.Device according to claim 2, characterized in that that the stator cooling circuit and the module cooling circuit fed from the same coolant source are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel den Statorkühlkreislauf und den Modulkühlkreislauf parallel durchströmt.Device according to one of claims 2 or 3, characterized that the coolant the stator cooling circuit and the module cooling circuit flows through in parallel. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10, 10a, 10b) am Sockel des Halbleiterschaltmoduls (5) angeordnet ist, wobei das Halbleiterschaltmodul (5) mittels des Kühlelements am Statorträger (2) befestigt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element ( 10 . 10a . 10b ) at the base of the semiconductor switching module ( 5 ), wherein the semiconductor switching module ( 5 ) by means of the cooling element on the stator ( 2 ) is attached. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modulträger (7a, 7b) zur Befestigung des Kühlelements (10, 10a, 10b) am Statorträger (2) vorgesehen ist, wobei der Modulträger (7a, 7b) mindestens eine Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one module carrier ( 7a . 7b ) for fastening the cooling element ( 10 . 10a . 10b ) on the stator carrier ( 2 ) is provided, wherein the module carrier ( 7a . 7b ) has at least one inlet and at least one outlet opening and can be flowed through by the coolant. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlmittelverteilelement (15) vorgesehen ist, welches mit der Kühlmittelquelle zur Speisung des Modulkühlkreislaufes mit Kühlmittel verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one Kühlmittelverteilelement ( 15 ) is provided, which is connected to the coolant source for supplying the module cooling circuit with coolant. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10a) aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten und flächig miteinander verbundenen Kühlerlagen ausgebildet ist, die zwischen sich von dem Kühlmittel durchströmbare Kanäle bilden, wobei jeweils mindestens ein erster und ein zweiter Sammelraum durch Öffnungen in den Kühlerlagen gebildet sind und die Kühlerlagen zwischen den beiden Öffnungen einen eine Vielzahl von Durchbrechungen (26) aufweisenden siebartig strukturierten Bereich zur Bildung der Kanäle aufweisen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element ( 10a ) is formed of a plurality of stacked stacked and surface-connected radiator layers, which form between them from the coolant flow channels, wherein at least a first and a second plenum are formed by openings in the Kühlerlagen and the Kühlerlagen between the two openings a plurality of breakthroughs ( 26 ) have a sieve-like structured area for forming the channels. Vorrichtung nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10b) eine Mehrzahl von Kühlzellen (30) mit jeweils einer Einlass- (31) und einer Auslassöffnung (32) für das Kühlmittel aufweist, wobei die Flussrichtung des Kühlmittels durch die Einlass- (31) und Auslassöffnung (32) jeweils senkrecht zu der zu kühlenden Oberfläche des Halbleiterschaltmoduls (5) ist, und eine Fingerstruktur (28) zur Bildung einer Einlass- (38) und einer Auslasskammer (39) auf seiner Rückseite aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element ( 10b ) a plurality of cold storage cells ( 30 ) each having an inlet ( 31 ) and an outlet opening ( 32 ) for the coolant, wherein the flow direction of the coolant through the inlet ( 31 ) and outlet opening ( 32 ) each perpendicular to the surface to be cooled of the semiconductor switching module ( 5 ), and a finger structure ( 28 ) to form an inlet ( 38 ) and an outlet chamber ( 39 ) on its back. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulträger (7a, 7b) zur Befestigung des Kühlelements (10b) am Statorträger (2) vorgesehen ist, wobei der Modulträger (7a, 7b) mindestens eine Kühlwanne zur Aufnahme des Kühlelements (10b) mit jeweils mindestens einer Einlass- und mindestens einer Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmbar ist.Apparatus according to claim 9, characterized in that a module carrier ( 7a . 7b ) for fastening the cooling element ( 10b ) on the stator carrier ( 2 ) is provided, wherein the module carrier ( 7a . 7b ) at least one cooling trough for receiving the cooling element ( 10b ) having in each case at least one inlet and at least one outlet opening and can be flowed through by the coolant. Verfahren zur Kühlung einer Leistungselektronik einer Generator-Elektromotor-Kombination (40), wobei die Generator-Elektromotor-Kombination (40) als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler und/oder als elektromagnetisches Getriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, ausgebildet ist und mindestens einen Stator (1) mit mindestens einem Statorträger (2) und mindestens einer Kurzschlusswicklung (3) aufweist, welche mittels mindestens eines am und/oder im Stator (1) angeordneten Halbleiterschaltmoduls (5) bedarfsweise geschaltet wird, und am und/oder im Stator (1) mindestens ein separates Kühlelement (10, 10a, 10b) zur Kühlung des Halbleiterschaltmoduls (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass das mindestens eine separate Kühlelement (10, 10a, 10b) mindestens eine Einlass- (23, 31) und mindestens eine Auslassöffnung (24, 32) aufweist und zur Bildung eines Modulkühlkreislaufs von einem Kühlmittel durchströmt wird.Method for cooling a power electronics of a generator-electric motor combination ( 40 ), wherein the generator-electric motor combination ( 40 ) is designed as an electromagnetic torque converter and / or as an electromagnetic transmission, in particular in a motor vehicle, and at least one stator ( 1 ) with at least one stator carrier ( 2 ) and at least one short-circuit winding ( 3 ), which by means of at least one on and / or in the stator ( 1 ) arranged semiconductor switching module ( 5 ) is switched as needed, and on and / or in the stator ( 1 ) at least one separate cooling element ( 10 . 10a . 10b ) for cooling the semiconductor switching module ( 5 ), characterized in that that the at least one separate cooling element ( 10 . 10a . 10b ) at least one inlet ( 23 . 31 ) and at least one outlet opening ( 24 . 32 ) and flows through to form a module cooling circuit of a coolant. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Statorträgers (2) zur Kühlung des Stators (1) Kühlmittelkanäle vorgesehen sind, die als Bestandteile eines Statorkühlkreislaufs ausgebildet sind.A method according to claim 11, characterized in that in the wall of the stator ( 2 ) for cooling the stator ( 1 ) Coolant channels are provided, which are formed as components of a Statorkühlkreislaufs. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkühlkreislauf und der Modulkühlkreislauf aus der gleichen Kühlmittelquelle gespeist werden.Method according to claim 12, characterized in that that the stator cooling circuit and the module cooling circuit fed from the same coolant source become. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel den Statorkühlkreislauf und den Modulkühlkreislauf parallel durchströmt.Method according to one of claims 12 or 13, characterized that the coolant is the Statorkühlkreislauf and the module cooling circuit in parallel flows through. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement am Sockel des Halbleiterschaltmoduls (5) angeordnet ist, wobei das Halbleiterschaltmodul (5) mittels des Kühlelements (10, 10a, 10b) am Statorträger (2) befestigt ist.Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the cooling element at the base of the semiconductor switching module ( 5 ) angeord is net, wherein the semiconductor switching module ( 5 ) by means of the cooling element ( 10 . 10a . 10b ) on the stator carrier ( 2 ) is attached. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modulträger (7a, 7b) zur Befestigung des Kühlelements (10, 10a, 10b) am Statorträger (2) vorgesehen ist, wobei der Modulträger (7a, 7b) mindestens eine Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmt wird.Method according to one of claims 11 to 15, characterized in that at least one module carrier ( 7a . 7b ) for fastening the cooling element ( 10 . 10a . 10b ) on the stator carrier ( 2 ) is provided, wherein the module carrier ( 7a . 7b ) has at least one inlet and at least one outlet opening and flows through the coolant. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kühlmittelverteilelement (15) vorgesehen ist, welches mit der Kühlmittelquelle zur Speisung des Modulkühlkreislaufes mit Kühlmittel verbunden ist.Method according to one of claims 11 to 16, characterized in that at least one Kühlmittelverteilelement ( 15 ) is provided, which is connected to the coolant source for supplying the module cooling circuit with coolant. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10a) aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten und flächig miteinander verbundenen Kühlerlagen ausgebildet ist, die zwischen sich von dem Kühlmittel durchströmbare Kanäle bilden, wobei jeweils mindestens ein erster und ein zweiter Sammelraum durch Öffnungen in den Kühlerlagen gebildet wird und die Kühlerlagen zwischen den beiden Öffnungen einen eine Vielzahl von Durchbrechungen (26) aufweisenden siebartig strukturierten Bereich zur Bildung der Kanäle aufweisen.Method according to one of claims 11 to 17, characterized in that the cooling element ( 10a ) is formed of a plurality of stacked stacked and surface-connected radiator layers, which form between them from the coolant flow channels, wherein at least a first and a second plenum is formed by openings in the Kühlerlagen and the Kühlerlagen between the two openings a plurality of breakthroughs ( 26 ) have a sieve-like structured area for forming the channels. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10b) eine Mehrzahl von Kühlzellen (30) mit jeweils einer Einlass- (31) und einer Auslassöffnung (32) für das Kühlmittel aufweist, wobei die Flussrichtung des Kühlmittels durch die Einlass- (31) und Auslassöffnung (32) jeweils senkrecht zu der zu kühlenden Oberfläche des Halbleiterschaltmoduls (5) ist, und eine Fingerstruktur (28) zur Bildung einer Einlass- (38) und einer Auslasskammer (39) auf seiner Rückseite aufweist.Method according to one of claims 11 to 18, characterized in that the cooling element ( 10b ) a plurality of cold storage cells ( 30 ) each having an inlet ( 31 ) and an outlet opening ( 32 ) for the coolant, wherein the flow direction of the coolant through the inlet ( 31 ) and outlet opening ( 32 ) each perpendicular to the surface to be cooled of the semiconductor switching module ( 5 ), and a finger structure ( 28 ) to form an inlet ( 38 ) and an outlet chamber ( 39 ) on its back. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulträger (7a, 7b) zur Befestigung des Kühlelements (10b) am Statorträger (2) vorgesehen ist, wobei der Modulträger (7a, 7b) mindestens eine Kühlwanne zur Aufnahme des Kühlelements (10b) mit jeweils mindestens einer Einlass- und mindestens einer Auslassöffnung aufweist und vom Kühlmittel durchströmt wird.Method according to claim 19, characterized in that a module carrier ( 7a . 7b ) for fastening the cooling element ( 10b ) on the stator carrier ( 2 ) is provided, wherein the module carrier ( 7a . 7b ) at least one cooling trough for receiving the cooling element ( 10b ) having in each case at least one inlet and at least one outlet opening and flows through the coolant.
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