DE102009045218A1 - Electric machine with power electronics - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotor- oder Generatorbaugruppe und insbesondere einen Elektromtor oder Generator mit einem Leistungselektronikgehäuse zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms zum Ansteuern des Motors oder zum Abnehmen eines elektrischen Stroms von dem Generator. Die elektrische Maschinenbaugruppe (1) umfasst ein Gehäuse (2), eine elektrische Maschine (6), die in dem Gehäuse untergebracht ist, und eine Leistungselektronik-Baugruppe (12), die eine oder mehrere Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen (18) umfasst, um den elektrischen Strom zu schalten, welcher der elektrischen Maschine zugeführt wird oder davon entnommen wird. Die elektrische Maschine (6) ist elektrisch an eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen (24) angeschlossen, die sich durch das Gehäuse (2) hindurch erstrecken, um eine externe elektrische Verbindung mit der elektrischen Maschine herzustellen, und an die Leistungselektronik-Baugruppe (12), die eine Leiterplatte (14) umfasst, auf deren erster Seite (15) die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen (18) in einem Randabschnitt der Leiterplatte (14) montiert sind. Die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen (18) sind in einem Randabschnitt der Leiterplatte (14) montiert. Die Vielzahl der elektrischen Anschlüsse (24) ist elektrisch an einen mittleren Abschnitt der Leiterplatte (14) angeschlossen. Die zweite Seite (16) der Leiterplatte ist an einen externen Abschnitt (10) des Gehäuses (2) angefügt, so dass das Gehäuse als ...The present invention relates to an electric motor or generator assembly, and more particularly to an electric motor or generator having a power electronics housing for providing an electrical current for driving the motor or for removing an electrical current from the generator. The electrical machine assembly (1) comprises a housing (2), an electric machine (6) housed within the housing, and a power electronics assembly (12) including one or more semiconductor power switching devices (18) for driving the power unit to switch electrical current, which is supplied to the electric machine or is removed therefrom. The electric machine (6) is electrically connected to a plurality of electrical terminals (24) extending through the housing (2) for external electrical connection to the electric machine and to the power electronics assembly (12). comprising a printed circuit board (14) on the first side (15) of which the semiconductor power switching devices (18) are mounted in an edge portion of the printed circuit board (14). The semiconductor power switching devices (18) are mounted in a peripheral portion of the printed circuit board (14). The plurality of electrical terminals (24) are electrically connected to a central portion of the printed circuit board (14). The second side (16) of the circuit board is attached to an external portion (10) of the housing (2), so that the housing as a ...
Description
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART
a. Gebiet der Erfindunga. Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotor- oder Generatorbaugruppe und insbesondere einen Elektromotor oder Generator mit einem Leistungselektronikgehäuse zum Bereitstellen eines elektrischen Stroms zum Ansteuern des Motors oder zum Abnehmen eines elektrischen Stroms von dem Generator.The The present invention relates to an electric motor or generator assembly and in particular an electric motor or generator with a power electronics housing for Providing an electrical current for driving the motor or for removing an electrical current from the generator.
b. Verwandte Technikb. Related Technology
Die Verwendung von Hochleistungselektromotoren wird bei Kraftfahrzeugen aufgrund der Fortschritte in der Halbleitertechnologie und der notwendigen Verbesserung der Kraftstoffeinsparung und Fahrzeugleistung immer geläufiger Beispiele umfassen die Verwendung von Elektromotoren in Hybridfahrzeugen, um auf der Straße laufende Räder mit Energie zu versorgen, und die Verwendung von Anlassern für Hochleistungsmotoren in Fahrzeugen, bei denen der Motor jedes Mal ausgeschaltet wird, wenn das Fahrzeug still steht. Der typische Stromverbrauch derartiger Hochleistungselektromotoren liegt im Bereich von 2 kW bis 20 kW. Die elektrische Leistung zum Betreiben derartiger Elektromotoren kann mit 12 bis 400 Volt DC bereitgestellt werden.The Use of high performance electric motors is used in motor vehicles due to advances in semiconductor technology and the necessary Improvement of fuel economy and vehicle performance always more common Examples include the use of electric motors in hybrid vehicles, around on the street running wheels energy and the use of starters for high performance engines in vehicles where the engine is switched off each time, when the vehicle is stationary. The typical power consumption of such High performance electric motors range from 2 kW to 20 kW. The electrical power for operating such electric motors can be provided with 12 to 400 volts DC.
Ein Fahrzeuganlasser dient üblicherweise auch als motorgetriebener Generator. Ähnlich dienen in einem Hybridfahrzeug die Elektromotoren der Räder als elektrische Generatoren, wenn das Fahrzeug bremst. Der Begriff „elektrische Maschine”, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich sowohl auf Elektromotoren als auch auf Generatoren.One Vehicle starter usually serves as well as a motor driven generator. Similar serve in a hybrid vehicle, the electric motors of the wheels as electric generators when the vehicle is braking. The term "electrical Machine", as used in this description, both on electric motors as well as on generators.
In der Ansteuerungselektronik ist es bei jeder elektrischen Hochleistungsmaschine notwendig, hohe Ströme in die Spulen der Maschine in einer geeigneten Reihenfolge zu schalten, um die Maschine mit Energie zu versorgen. Die Halbleiterschalter, die normalerweise verwendet werden, um die hohen Ströme zu schalten, werden normalerweise direkt auf eine Wärmesenke montiert, um die Wärme abzuleiten, die innerhalb der Halbleiterleistungsschalter erzeugt wird. Die Steuerungselektronik zum Steuern des Schaltens der Halbleiterleistungsschalter ist auf einer separaten Leiterplatte montiert, die an die Halbleiterleistungsschalter mittels eines unbiegsamen Steckverbinders oder eines biegsamen Leiterplattensteckverbinders angeschlossen werden kann.In The control electronics is in every high-power electrical machine necessary, high currents into the coils of the machine in an appropriate order, to power the machine. The semiconductor switches, which are normally used to switch the high currents, are usually mounted directly on a heat sink to dissipate the heat, which is generated within the semiconductor power switch. The Control electronics for controlling the switching of the semiconductor power switches is mounted on a separate circuit board, which connects to the semiconductor power switch by means of a rigid connector or a flexible printed circuit board connector can be connected.
Obwohl diese Anordnung einen mühelosen Zugriff auf die diversen Leiterplatten und Bauteile gibt, ist, wenn es jemals notwendig sein sollte, die Leistungselektronik zu reparieren oder zu ersetzen, die Baugruppe aus Leistungswandler, Steuerungselektronik und Wärmesenke relativ kostspielig.Even though this arrangement an effortless access There is, if there ever is, on the various circuit boards and components should be necessary to repair the power electronics or to replace the assembly of power converter, control electronics and heat sink relatively expensive.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine praktischere und kostengünstigere elektrische Maschinenbaugruppe bereitzustellen, die einen Elektromotor oder einen Generator und eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors oder des Generators umfasst.It is an object of the present invention, a more practical and cost-effective to provide an electrical machine assembly comprising an electric motor or a generator and power electronics for driving of the electric motor or the generator.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschinenbaugruppe bereitgestellt, die ein Gehäuse, eine elektrische Maschine, die in dem Gehäuse untergebracht ist, und eine Leistungselektronik-Baugruppe, die einen oder mehrere Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen zum Schalten des elektrischen Stroms, welcher der elektrischen Maschine zugeführt oder von dieser abgenommen wird, umfasst, wobei die elektrische Maschine elektrisch an eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen angeschlossen ist, die sich durch das Gehäuse erstrecken, um eine externe elektrische Verbindung mit der Leistungselektronik-Baugruppe herzustellen, die eine Leiterplatte umfasst, auf deren erster Seite die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen montiert sind, wobei:
- – die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen in einem Randabschnitt der Leiterplatte montiert sind;
- – die Vielzahl der elektrischen Anschlüsse elektrisch an einen mittleren Abschnitt der Leiterplatte angeschlossen ist; und
- – die zweite Seite der Leiterplatte an einen externen Abschnitt des Gehäuses angefügt ist, so dass das Gehäuse als erste Wärmesenke für die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen dient.
- - The semiconductor power switching devices are mounted in a peripheral portion of the circuit board;
- - The plurality of electrical connections is electrically connected to a central portion of the circuit board; and
- - The second side of the circuit board is attached to an external portion of the housing, so that the housing serves as a first heat sink for the semiconductor power switching devices.
Die Baugruppe stellt eine platzsparende und robuste Anordnung der Baugruppe aus elektrischer Maschine und Leistungselektronik bereit und verwendet das Material des Gehäuses als Wärmesenke für die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen.The Assembly provides a space-saving and robust assembly of the assembly from electrical machine and power electronics ready and used the material of the case as a heat sink for the semiconductor power switching devices.
Die Leiterplatte kann mit Wärmepfaden zwischen den ersten und zweiten Seiten der Platte gebildet sein, um zur Leitung der Wärme von der ersten Seite der Platte zur zweiten Seite der Platte beizutragen. Die Bereiche auf der Platte, die über diese Wärmepfade verfügen, leiten bevorzugt Wärme von einer Seite der Platte zur anderen im Vergleich zu anderen Bereichen, die nicht über diese Pfade verfügen. Die Wärmepfade können Durchkontaktierungen in der Leiterplatte sein.The PCB can with heat paths be formed between the first and second sides of the plate, to conduct the heat from the first side of the plate to the second side of the plate. The areas on the plate that have these heat paths conduct prefers heat from one side of the plate to the other compared to other areas, not over have these paths. The heat paths can Be vias in the circuit board.
Die zweite Seite der Leiterplatte kann mit einem externen Abschnitt des Gehäuses mittels einer Wärmeleitpaste kontaktiert werden. Diese Kontaktierung sorgt für ein sicheres Zusammenfügen und verwendet auch die thermisch wirksame Masse des Gehäuses als Wärmesenke für die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen.The second side of the circuit board can be contacted with an external portion of the housing by means of a thermal grease. This contacting ensures a secure assembly and also uses the thermal mass of the Ge housing as a heat sink for the semiconductor power switching devices.
Das Gehäuse hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, die sich an einer Achse der elektrischen Maschine entlang erstreckt, und die Leiterplatte ist an eine externe Endfläche des Gehäuses angefügt, die sich quer zur Achse erstreckt. In diesem Fall ist die Leiterplatte bevorzugt rund.The casing has a substantially cylindrical shape, which is located on an axis extending along the electrical machine, and the circuit board is at an external end surface of the housing added, which extends transversely to the axis. In this case, the circuit board preferably round.
Die Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen werden bevorzugt in einem ringförmigen Randabschnitt der Leiterplatte montiert. Dies trägt dazu bei, die Vorrichtungen soweit wie möglich auseinander zu halten, und maximiert den Bereich der Baugruppe, von dem Wärme über eine oder mehrere Wärmesenken abgenommen werden kann.The Semiconductor power switching devices are preferably used in one annular edge portion the printed circuit board mounted. This contributes to the devices as far as possible keep it apart and maximize the area of the assembly, from the heat over one or more heat sinks can be removed.
Das Gehäuse kann einen oder mehrere Kanäle umfassen, um ein Kühlmittel in die Baugruppe zu befördern, die mindestens einen Kanal in der Nähe des externen Abschnitts des Gehäuses umfasst, an den die Leiterplatte angefügt ist. Das Kühlmittel kann dazu dienen, sowohl die elektrische Maschine als auch die Leistungselektronik-Baugruppe abzukühlen.The casing can have one or more channels include to a coolant into the assembly, the at least one channel near the external section of the housing includes, to which the circuit board is attached. The coolant may serve to cool both the electric machine and the power electronics assembly.
Es kann auch eine zweite Wärmesenke in Kontakt mit den Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen auf der ersten Seite der Leiterplatte verwendet werden. Es kann sich um eine passive Wärmesenke handeln, die eine große Mantelfläche aufweist, die durch Rippen bereitgestellt wird, von denen überschüssige Wärme durch Konvektion an die Luft übertragen werden kann.It can also have a second heat sink in contact with the semiconductor power switching devices be used on the first page of the circuit board. It can is a passive heat sink, the one big one lateral surface which is provided by ribs, from which excess heat through Transfer convection to the air can be.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The Invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings Drawings closer described. Show it:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Das
Gehäuse
Eine
gewisse Anzahl von Halbleiter-Leistungsschaltvorrichtungen
Die
Schichten
Die
elektrische Maschine
Die
Innenseite
Die
leitfähigen
Schichten
Die
Leistungselektronik-Baugruppe
Wahlweise
kann eine passive Wärmesenke, die
(nicht gezeigte) Kühlrippen
umfasst, sich mit den oberen Seiten
Die oben beschriebene Anordnung ist besonders platzsparend, da sowohl die Steuerungs- als auch die Leistungselektronik sich auf derselben Platte befinden, zusammen mit den elektrischen Anschlüssen für die elektrische Maschine. Es wird eine Gitteranordnung aus Durchkontaktierungen bereitgestellt, um bevorzugt Wärme von unterhalb jeder Leistungshalbleitervorrichtung in die durch das Gehäuse bereitgestellte Wärmesenke zu leiten. Die Erfindung stellt daher eine praktische und kostengünstige elektrische Maschinenbaugruppe bereit, die einen elektrischen Motor oder Generator und eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors oder Generators umfasst.The The arrangement described above is particularly space-saving, since both the control as well as the power electronics are on the same Plate, together with the electrical connections for the electrical Machine. There will be a grid arrangement of vias provided to heat preferred from below each power semiconductor device into the the housing provided heat sink to lead. The invention therefore provides a practical and inexpensive electrical Machine assembly ready to use an electric motor or generator and a power electronics for driving the electric motor or Generators includes.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MULLIGAN, DAVID ROBERT, LIVONIA, MICH., US Inventor name: BLOORE, PAUL JONATHAN, EVESHAM, GB Inventor name: HOSTLER, JONATHAN ERIC, CANTON, MICH., US Inventor name: FORSTER, IAN, BILLERICAY, GB |
|
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20110802 |