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Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 44 22 622 A1 ist eine elektrische Maschine mit einer Leistungselektronikanordnung bekannt, die mehrere im Stator angeordnete Leistungselektronikmodule aufweist. Einem Leistungselektronikmodul ist ein keilförmiger bzw. trapezförmiger Kühlkörper zugeordnet.
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Die
DE 81 03 986 U1 schlägt eine Halbleiterbaueinheit mit einem keilförmigen Kühlkörper vor, bei dem ein Leistungshalbleiter auf einer Stirnfläche montiert ist.
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In der
DE 10 2007 049 035 A1 wird ein Leistungshalbleiter beschrieben, dem ein Kühlkörper zugeordnet ist. Ein Keilelement ist zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Kühlkörper angeordnet, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
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Die
DE 10 2010 017 522 A1 betrifft einen Elektromotor, in dessen Stator Halbleitermodule in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Für einen Betrieb von elektrischen Maschinen mit einem Stator werden Frequenzumrichter verwendet. Nach dem Stand der Technik sind die Frequenzumrichter dreiphasig aufgebaut und in einem von der elektrischen Maschine getrennten Gehäuse angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Frequenzumrichter nicht den thermischen und mechanischen Belastungen, die bei einem Betrieb der elektrischen Maschine vorherrschen, ausgesetzt sind.
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Zusätzlich zu Frequenzumrichtern sind für den Betrieb einer elektrischen Maschine mit Stator meist noch weitere leistungselektronische Komponenten notwendig. Nach dem Stand der Technik wird aufgrund eines begrenzten Bauraumes versucht, das Leistungselektronikmodul am und/oder innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine anzuordnen. Hieraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass auch das Leistungselektronikmodul den Belastungen, die beim Betrieb der elektrischen Maschine vorliegen, ausgesetzt ist. Beispielsweise treten hohe thermische und/oder mechanische Belastungen auf.
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Ein bisher nach dem Stand der Technik ungelöstes Problem ist die Verknüpfung der Eigenschaften einer genügenden Kühlung und einer kraftschlüssigen mechanischen Fixierung des Leistungselektronikmoduls. Überdies ist eine automatisierte Montage des Leistungselektronikmoduls wünschenswert. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere für Leistungselektronikmodule, die in unmittelbarer Nähe zum Stator angeordnet sind. Es ist daher nach dem Stand der Technik üblich, weniger Leistungselektronikmodule als Motorspulen zu verwenden. Hierbei sind die Module auf einem dafür vorgesehenen Träger bzw. Kühlkörper angeordnet. Nachteilig ist, dass dadurch die Leistungselektronikmodule nicht unmittelbar mit dem Stator bzw. mit Statorsegmenten der elektrischen Maschine in Verbindung gebracht werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leistungselektronikanordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine mit einer Mehrzahl von Leistungselektronikelementen anzugeben, die eine unmittelbare Integration der Leistungselektronikmodule im Gehäuse der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Leistungselektronikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Ein Leistungselektronikelement, das Bestandteil der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine ist, umfasst einen Kühlkörper und ein Leistungselektronikmodul, wobei der Kühlkörper keilsteinartig ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise ist der Kühlkörper keilsteinartig ausgebildet. Dadurch werden Druckkräfte, die auf dem Kühlkörper lasten, auf bezüglich der Richtung der Druckkraft seitliche Lager übertragen. Insbesondere werden die Druckkräfte, wie beispielsweise bei Keilsteinen eines Steinbogens, auf seitlich unmittelbar anliegende Kühlkörper übertragen. Besonders vorteilhaft ist, dass dadurch eine gute thermische und kraftschlüssige Verknüpfung von einzelnen Kühlkörpern ermöglicht wird.
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Beispielsweise lassen sich die Kühlkörper in ein ringartiges und/oder zylinderartiges Gehäuse einpressen und/oder einschrumpfen. Durch die keilsteinartige Ausbildung der Kühlkörper werden diese durch die Druckkräfte, die sich aus dem Einpressen und/oder aus dem Einschrumpfen ergeben, ringartig und/oder zylinderartig sowohl radial als auch tangential in Position gehalten. Hieraus ergibt sich eine hohe mechanische Stabilität. Zudem ist vorteilhaft, dass hierfür keine weiteren mechanischen Verbindungen von Nöten sind. Überdies wird durch den Anpressdruck der im Gehäuse angeordneten Kühlkörper ein guter thermischer Kontakt von Kühlkörper und Gehäuse ermöglicht. In Konsequenz der genannten Vorteile wird durch die keilsteinartigen Kühlkörper eine kompakte Bauweise des Leistungselektronikelementes ermöglicht, das einen guten thermischen Kontakt zum Gehäuse bereitstellt und gleichzeitig ohne aufwendige Befestigungen eine ausreichende mechanische Stabilität besitzt.
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Vorteilhafterweise steht das Leistungselektronikmodul mit dem keilsteinartigen Kühlkörper in thermischen Kontakt. Dadurch wird eine Kühlung des Leistungselektronikmoduls durch den keilsteinartigen Kühlkörper ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist ein keilsteinartiger Kühlkörper, der Aluminium umfasst, da Aluminium eine gute thermische Wärmeleitung besitzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Kühlkörpers keilartig aufeinander zulaufend ausgebildet, beispielsweise nach Art eines Prisma-Körpers mit einem Trapez als Basisfläche.
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Vorteilhafterweise weisen die keilartig aufeinander zulaufenden Seiten einen Zwischenwinkel von φ = 2π/n auf. Hierbei ist n die Anzahl der Kühlkörper die innerhalb eines ring- und/oder zylinderartigen Gehäuses angeordnet sind. Beispielsweise beträgt der Zwischenwinkel bei n = 18 Kühlkörpern φ = π/9. Dies entspricht einem Zwischenwinkel von 20°.
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Durch die keilartigen aufeinander zulaufenden Seiten wird ein einfach gestalteter keilsteinartiger Kühlkörper ermöglicht. Vorteilhafterweise ist hierbei die erste und die zweite Seite des Kühlkörpers eben, so dass ein guter Kontakt zu an der ersten und zweiten Seite angeordneten weiteren benachbarte Kühlkörpern erreicht wird. Hierbei ergibt sich sowohl ein guter thermischer als auch ein guter mechanischer Kontakt von benachbarten Kühlkörpern. Durch den einfach gestalteten Aufbau des Kühlkörpers ergibt sich zudem der Vorteil, dass eine automatisierte Vorfertigung der Kühlkörper ermöglicht wird. Zudem kann eine Nut und/oder Feder an der ersten und/oder zweiten Seite des Kühlkörpers vorgesehen sein, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zu benachbarten Kühlkörpern ergibt. Generell ist eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zu benachbarten Kühlkörpern vorteilhaft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere begrenzende dritte Seite des Kühlkörpers als eine Teilfläche einer Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet.
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Dadurch wird bei einem Einpressen und/oder Einschrumpfen der Kühlkörper in ein ringartiges und/oder zylinderartiges Gehäuse eine im Wesentlichen vollständig deckende Kontaktfläche zwischen Kühlkörper und Gehäuse ausgebildet. Dadurch wird ein vergrößerter Wärmefluss und somit eine größere Kühlung der Leistungselektronikelemente erreicht. Unter einem ring- und/oder zylinderartigen Gehäuse ist auch ein polygonartiges Gehäuse zu verstehen, bei dem die kreisförmige Kontur der Grundfläche des Ringes oder Zylinders durch ein regelmäßiges n-Eck oder ein allgemeines n-eckiges Polygon genähert und/oder ersetzt ist. Vorteilhafterweise wird für eine Anzahl von n Leistungselektronikelementen ein regelmäßiges n-Eck als Kontur der Grundfläche des ring- und/oder zylinderartigen Gehäuses verwendet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper bezogen auf eine Zylinderachse des Zylinders einen ersten, zweiten und dritten Teilbereich aufweist, wobei der mittige zweite Teilbereich bezüglich einer radialen Richtung senkrecht zur Zylinderachse eine gegenüber dem ersten und den dritten Teilbereich vergrößerte Ausdehnung aufweist.
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Mit anderen Worten ist die Dicke des Kühlkörpers in einem mittigen zweiten Teilbereich, der zwischen dem ersten und dritten Teilbereich des Kühlkörpers liegt, erhöht. Voreilhafterweise bildet sich dadurch entlang der Zylinderachse ein T-formartiger Kühlkörper aus. Hierbei setzen der erste und der dritte Teilbereich des Kühlkörpers den zweiten Teilbereich überhangartig fort. Durch diese axiale, d. h. in Richtung der Zylinderachse ausgeprägte Verlängerung des Kühlkörpers wird vorteilhafterweise eine größere Kontaktfläche zum Gehäuse ermöglicht. Dies wiederum erhöht die thermische Leitfähigkeit und die mechanische Stabilität zum Gehäuse. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass dadurch eine bessere axiale Positionierung der Leistungselektronikelemente, beispielsweise innerhalb eines ring- und/oder zylinderartigen Gehäuses, erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der erste und der dritte Teilbereich des Kühlkörpers in radialer Richtung verschiedene Ausdehnungen auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Leistungselektronikmodul an einer der dritten Seite gegenüberliegenden vierten Seite des Kühlkörpers angeordnet.
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Dadurch wird vorteilhafterweise die Kühlung des Leistungselektronikmoduls durch den Kühlkörper erhöht. Die dritte Seite des Kühlkörpers, die der vierten Seite des Kühlkörpers gegenüberliegt, steht beispielsweise in thermischen und mechanischen Kontakt zu einem den Kühlkörper umfassenden Gehäuse. Durch die Anordnung des Leistungselektronikmoduls an der vierten Seite wird daher eine Abwärme des Leistungselektronikmoduls durch den Kühlkörper aufgenommen, bevor sie über das Gehäuse schließlich an eine Umgebung abgegeben wird. Überdies wird durch die Anordnung des Leistungselektronikmoduls an der vierten Seite im Wesentlichen die gesamte Dicke des Kühlkörpers, die der Ausdehnung des Kühlkörpers zwischen der dritten und vierten Seite entspricht, zur Aufnahme von Wärme genutzt. Dadurch ist vorteilhafterweise die thermische Masse, die für die Kühlung des Leistungselektronikmoduls zur Verfügung steht, erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der mittige zweite Teilbereich des Kühlkörpers eine Öffnung, die zur Aufnahme des Leistungselektronikmoduls ausgebildet ist.
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Durch die Öffnung des Kühlkörpers wird vorteilhafterweise das Leistungselektronikmodul von dem Kühlkörper wenigstens teilweise umschlossen. Denkbar ist aber auch eine Öffnung, die das Leistungselektronikmodul im Wesentlichen vollständig umschließt. Besonders vorteilhafterweise wird dadurch der thermische Kontakt zwischen dem Kühlkörper und dem Leistungselektronikmodul verbessert. In Konsequenz wird das Leistungselektronikmodul besser gekühlt. Es ist auch vorgesehen, dass die Öffnung eine thermische Paste und/oder ein thermisch besonders gut leitendes Material umfasst. Dadurch wird zusätzlich die thermische Leitfähigkeit und somit der thermische Kontakt zwischen dem Kühlkörper und dem Leistungselektronikmodul erhöht bzw. verbessert.
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Vorteilhafterweise umfasst der mittige zweite Teilbereich des Kühlkörpers, der entlang der radialen Richtung eine gegenüber dem ersten und dritten Teilbereich vergrößerte Ausdehnung aufweist, die Öffnung. Dadurch wird die thermische Masse, die das Leistungselektronikmodul umschließt, vergrößert. Vorteilhafterweise wird durch eine vergrößerte thermische Masse eine größere Aufnahme von Abwärme des Leistungselektronikmoduls ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Öffnung als eine Nut ausgebildet, die das Leistungselektronikmodul in einem Teilbereich formschlüssig umschließt.
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Dadurch kann das Leistungselektronikmodul einfach in den Kühlkörper eingeschoben und/oder an diesem angebracht werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine einfache Montage des Leistungselektronikelementes. Durch die teilweise Umschließung des Leistungselektronikmoduls können weitere Komponenten des Leistungselektronikelementes an dem Leistungselektronikmodul angeordnet werden. Überdies ist vorgesehen, das Leistungselektronikmodul in die Nut zur Steigerung der mechanischen Stabilität einzupressen. Zusätzlich kann das Leistungselektronikmodul durch eine Schraub- und/oder Klemmverbindung mit dem Kühlkörper verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Leistungselektronikelement eine Stromschienenaufnahme.
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Hierbei können die Stromschienen allgemein als Träger für Gleichstromversorgungsleitungen ausgebildet sein. Dadurch können vorteilhafterweise Stromschienen, insbesondere Gleichstromstromschienen, an dem Leistungselektronikelement angeordnet werden. Vorteilhafterweise umfasst die Stromschienenaufnahme ein nicht elektrisch leitendes Material zur Isolation der Stromschienen. Beispielsweise ist die Stromschiene ring- und/oder zylinderartig ausgebildet. Die ringartige Stromschiene ist beispielsweise an Leistungselektronikelementen, die ringartig in einem Gehäuse eingepresst sind, an der Stromschienenaufnahme durch eine Steckverbindung ansteckbar. Vorteilhafterweise ist die Stromschienenaufnahme an einer der dritten Seite gegenüberliegenden Seite im ersten und/oder dritten Teilbereich des Kühlkörpers angeordnet. Überdies sind elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen dem Leistungselektronikmodul und der Stromschiene vorgesehen. In einer besonders vorteilhaften Anordnung der Stromschienenaufnahme sind eine Seite der Stromschienenaufnahme am Kühlkörper und eine weitere Seite der Stromschienenaufnahme am Leistungselektronikmodul angeordnet. Überdies ist vorgesehen, die Stromschienenaufnahme mit wenigstens zwei Schlitzen zu versehen, deren Längsachse entlang der Zylinderachse des Kühlkörpers verläuft.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Leistungselektronikmodul wenigstens einen Stromschienenanschluss und/oder wenigstens einen Spulenanschluss.
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Dadurch kann das Leistungselektronikmodul vorteilhafterweise mit Spulen des Stators der elektrischen Maschine verbunden werden. Vorteilhafterweise verlaufen die Anschlüsse entlang der Zylinderachse des Kühlkörpers. Bei einer Anordnung des Leistungselektronikelementes im zweiten mittigen Teilbereich des Kühlkörpers verläuft der Spulenanschluss bezogen auf die radiale Richtung vorteilhafterweise unterhalb des dritten Teilbereiches des Kühlkörpers. Dadurch wird der Spulenanschluss vorteilhafterweise thermisch und mechanisch vom Kühlköper entkoppelt. Bevorzugt verläuft der Stromschienenanschluss bezogen auf die radiale Richtung unterhalb des ersten Teilbereiches des Kühlkörpers. Insbesondere können die Stromschienenanschlüsse in den Schlitzen der Stromschienenaufnahme angeordnet sein. Bevorzugt sind die Stromschienen- und/oder Spulenanschlüsse als Crimp- und/oder Steckverbindungen ausgeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Leistungselektronikelement ein Logikmodul.
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Dadurch ist die Elektronik des Leitungselektronikmoduls durch das Logikmodul steuerbar. Hierbei dient das Logikmodul zur Ansteuerung und/oder Kommunikation mit dem Leitungselektronikmodul. Beispielsweise umfasst das Logikmodul Halbleiterschalter, Dioden, Stromsensoren, Prozessoren, µ-Kontroller und/oder H-Brücken.
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Vorteilhafterweise ist das Logikmodul im zweiten mittigen Teilbereich am Leistungselektronikmodul angeordnet. Überdies ist ein Signalbusanschluss zur Datenübertagung für das Logikmodul vorgesehen, der bezogen auf die radiale Richtung vorteilhafterweise unterhalb des ersten und/oder dritten Teilbereiches des Kühlkörpers entlang verläuft.
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Gemäß der Erfindung wird eine Leistungselektronikanordnung vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl von Leistungselektronikelementen und einem die Leistungselektronikelemente umfassenden Gehäuse, wobei die Leistungselektronikelemente entlang eines geschlossenen Polygonzuges kraftschlüssig nebeneinander angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise ermöglicht die keilsteinartige Ausbildung der Kühlkörper eine solche kraftschlüssige Anordnung. In einer besonders vorteilhaften Anordnung der Leistungselektronikelemente ist der Polygonzug ringartig ausgebildet. Durch die Anordnung von einer Mehrzahl von Leistungselektronikelementen innerhalb eines ring- und/oder zylinderartigen Gehäuses kann für jede Spule eines Stators ein Leistungselektronikelement genutzt werden.
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Insbesondere sind die Leistungselektronikelemente innerhalb des ring- und/oder zylinderartigen Gehäuses eingepresst und/oder eingeschrumpft. Auch für den Stator ist ein ring- und/oder zylinderartiges Gehäuse vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist es, für den Stator und für die Leistungselektronikelemente ein gemeinsames Gehäuse zu verwenden. Dies wird durch die keilsteinartig ausgebildete Form der Kühlkörper ermöglicht, da die Leistungselektronikelemente durch Druckkräfte, die sich aus dem Einpressen und/oder aus dem Einschrumpfen der Elemente in das Gehäuse ergeben, ring- und/oder zylinderartig sowohl radial als auch tangential in Position gehalten. Hieraus ergibt sich eine hohe mechanische Stabilität. Zudem ist vorteilhaft, dass hierfür keine weiteren mechanischen Verbindungen von Nöten sind. Überdies wird durch den Anpressdruck der im Gehäuse angeordneten Leistungselektronikelemente eine gute thermische Leitfähigkeit zwischen den Leistungselektronikelementen und dem Gehäuse ermöglicht. In Konsequenz der genannten Vorteile wird durch die keilsteinartigen Kühlkörper eine kompakte Bauweise des Leistungselektronikelementes ermöglicht, das einen verbesserten thermischen Kontakt zu einem Gehäuse bereitstellt und gleichzeitig ohne aufwendige Befestigungen eine ausreichende mechanische Stabilität besitzt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuse der Leistungselektronikelemente eine Mehrzahl von Statorsegmenten.
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Dadurch wird eine kompakte Bauweise der elektrischen Maschine ermöglicht, bei der die Leistungselektronikelemente direkt in der elektrischen Maschine integriert sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Gehäuse eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Statorsegmente und der Leistungselektronikelemente.
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Vorteilhafterweise kann dadurch ein gemeinsamer Kühlkreislauf und/oder eine gemeinsame Kühleinrichtung zur Kühlung der Statorsegmente und der Leistungselektronikelemente verwendet werden. Hierdurch wird der Aufbau der elektrischen Maschine weniger komplex. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung als Wasser-Kühlmantel ausgebildet sein.
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In einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des Leistungselektronikelementes wird das Leistungselektronikmodul durch Sintern mit dem Kühlkörper verbunden.
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Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise eine stabile mechanische Verbindung, die überdies einen geringen thermischen Widerstand zwischen Kühlkörper und Leistungselektronikmodul besitzt. Besonders vorteilhaft ist Silbersintern zu verwenden. Zudem ist vorgesehen, auch das Logikmodul durch Sintern mit dem Leistungselektronikmodul in Verbindung zu bringen. Durch das Sintern wird eine thermisch und mechanisch beständige Verbindung zwischen den Elementen des Leistungselektronikelements ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen
- 1 eine erste seitliche Ansicht eines Leistungselektronikelements entlang einer Zylinderachse zeigt;
- 2 eine zweite seitliche Ansicht des Leistungselektronikelements entlang einer zur Zylinderachse senkrechten Richtung zeigt;
- 3 einen Kühlkörper des Leistungselektronikelements entlang einer zur Zylinderachse senkrechten Richtung zeigt;
- 4 eine dreidimensionale Darstellung des Leistungselektronikelements darstellt;
- 5 einen gemeinsamen Aufbau von Stator und Leistungselektronikanordnung verdeutlicht.
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Gleichartige Elemente werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine seitliche Ansicht eines Leistungselektronikelements 1 längs einer Zylinderachse Z. Das Leistungselektronikelement 1 umfasst einen keilsteinartig ausgebildeten Kühlkörper 2, der einen ersten, zweiten und dritten Teilbereich 22, 24, 26 aufweist. Überdies umfasst das Leistungselektronikelement 1 ein Leistungselektronikmodul 4, ein Logikmodul 6, eine Stromschienenaufnahme 8 und Stromschienenanschlüsse 10. Hierbei sind wenigstens zwei Stromschienenanschlüsse 10 innerhalb von Schlitzen 11 der Stromschienenaufnahme 8 angeordnet und am Leistungselektronikmodul 4 angeordnet. Ein Spulenanschluss 13 ist direkt mit dem Leistungselektronikmodul 4 verbunden und befindet sich bezüglich einer radialen Richtung R unterhalb des dritten Teilbereiches 26 des Kühlkörpers 2. Dadurch liegen die Stromschienenanschlüsse 10 und die Spulenanschlüsse 13 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Leistungselektronikmoduls 4. Vorteilhafterweise sind die Stromschienen- und/oder Spulenanschlüsse 10, 13 als Steck- und/oder Crimpverbindung ausgeführt. Die Stromschienen- und/oder Spulenanschlüsse 10, 13 lassen sich als Kaltschweißverbindungen mit dem Leistungselektronikmodul 4 verbinden. Um eine sichere Kontaktierung zwischen dem Leistungselektronikmodul 4 und einer Spule 44 eines Statorsegmentes 42 zu gewährleisten, sind die Spulenanschlüsse 13 thermisch weitestgehend isoliert auszubilden und mechanisch mit etwas Spiel zu versehen, so dass weder auf die Verbindung noch auf angrenzende Elemente ein mechanischer Zug wirkt.
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Die Stromschienenaufnahme 8 ist bezogen auf die radiale Richtung R unterhalb des ersten Teilbereiches 22 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Der Kühlkörper 2, das Leistungselektronikmodul 4 und das Logikmodul 6 bilden vorteilhafterweise eine Aussparung in der die Stromschienenaufnahme 8 angebracht ist. Wiederum bezogen auf die radiale Richtung R befindet sich das Logikmodul 6 unterhalb des Leistungselektronikmoduls 4. Hierbei weist das Logikmodul 6 einen Signalbusanschluss 12 auf, der unterhalb der Stromschienenaufnahme 8 und unterhalb des ersten Teilbereiches 22 des Kühlkörpers 2 angeordnet ist. Insgesamt bildet sich entlang der radialen Richtung R unterhalb des zweiten mittigen Teilbereichs 24 des Kühlkörpers 2 ein modularer geschichteter Aufbau aus, bei dem auf dem Logikmodul 6 das Leistungselektronikmodul 4 und daran anschließend der Kühlkörper 2 folgt. Dadurch wird eine einfache und modulare Montage des Leistungselektronikelements 1 ermöglicht.
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Vorteilhafterweise weist der mittige zweite Teilbereich 24 eine größere Ausdehnung gegenüber dem ersten und zweiten Teilbereich 22, 26 entlang der radialen Richtung R auf. Dadurch kann das Leistungselektronikmodul 4 in eine hier nicht dargestellte Öffnung 28, die insbesondere als Nut 28 ausgebildet ist, angeordnet werden. Zudem ergibt sich dadurch entlang der Zylinderachse Z ein Überhang, der einer Auskragung des Kühlkörpers 2 entspricht. Dadurch werden die Spule 44 des Statorsegmentes 42 und das Leistungselektronikmodul 4 vorteilhafterweise thermisch entkoppelt. Überdies ist ein guter thermischer Kontakt zwischen den Spulenanschlüssen 13 und dem Kühlkörper 2 vorteilhaft. Zweckmäßigerweise weist der dritte Teilbereich 26 eine geringere Ausdehnung in radialer Richtung R auf als der erste Teilbereich 22.
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Eine dritte Seite 18 des Kühlkörpers 2 ist als Teilfläche der Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet, so dass der Kühlkörper 2 in ein hier nicht gezeigtes zylinderartiges Gehäuse 40 eingepresst und/oder eingeschrumpft werden kann. Hierbei weist der Zylinder die Zylinderachse Z auf.
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2 zeigt eine bezogen auf die Zylinderachse Z hintere Ansicht des Leistungselektronikelementes. Die Zylinderachse Z entspricht einer Rotationsachse der elektrischen Maschine. In 2 ist das Leistungselektronikelement 1 mit dem Kühlkörper 2, dem Leistungselektronikmodul 4, dem Logikmodul 6, den Stromschienenanschlüssen 10 dem Signalbusanschluss 12 und der Stromschienenaufnahme 8 dargestellt. Hierbei folgt der Aufbau dem in 1 beschriebenen.
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3 zeigt bezogen auf die Zylinderachse 2 eine hintere Ansicht des Kühlkörpers 2. Der Kühlkörper 2 ist durch vier funktionelle Seiten 14, 16, 18, 20 begrenzt. Eine erste und zweite Seite 14, 16 des Kühlkörpers 2 sind keilartig aufeinander zulaufend ausgebildet und stehen sich gegenüber. Hierbei liegt ein Zwischenwinkel 30 der ersten und der zweiten Seite 14, 16 im Bereich von 10° bis 90°. Die dritte Seite 18 des Kühlkörpers 2 ist als Teilfläche der Mantelfläche eines Zylinders mit Zylinderachse Z ausgebildet, so dass der Kühlkörper 2 in ein hier nicht gezeigtes zylinderartiges Gehäuse 40 eingepresst und/oder eingeschrumpft werden kann. Eine der dritten Seite 18 gegenüberliegende vierte Seite 20 bildet eine Innenseite 20 der Öffnung 28 aus. Hierbei ist die Öffnung 28 als Nut ausgebildet. Dadurch kann das Leistungselektronikmodul 4 in die Nut eingepresst werden und wird zusätzlich durch den Kühlkörper 2 wenigstens teilweise umschlossen.
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4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Leistungselektronikelementes 1. Hierbei zeigt 4 im Wesentlichen dieselben Elemente der 1, 2, 3. Aus der dreidimensionalen Darstellung in 4 ist zu erkennen, dass sich zwei Spulenanschlüsse 13 unterhalb des dritten Teilbereiches 26 befinden, die am Leistungselektronikmodul 4 angeordnet sind. Die Spulenanschlüsse 13 dienen zur Kontaktierung des Leistungselektronikmoduls 14 an hier nicht gezeigte Spulen 44 eines ebenso nicht gezeigten Statorsegmentes 42.
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In 5 ist eine aufgeschnittene Leistungselektronikanordnung 1i von einer Mehrzahl von Leistungselektronikelementen 1 dreidimensional dargestellt. Hierbei zeigt 5 das gemeinsame Gehäuse 40, das die Leistungselektronikelemente 1 und eine Mehrzahl von Statorsegmenten 42 umfasst. Zudem umfasst jedes Statorsegment 42 eine Spule 44. Die Leistungselektronikelemente 1 sind in dem zylinderartigen Gehäuse 40 eingepresst. Durch die keilsteinartig ausgebildeten Kühlkörper 2 sind die Leistungselektronikelemente 1 nebeneinander und an einer Innenfläche 41 des Gehäuses 40 mechanisch stabil und kraftschlüssig positioniert. Die dritte Seite 18 des Kühlkörpers 2 ermöglicht hierbei einen guten thermischen und mechanischen Kontakt zur Innenfläche 41 des zylinderartigen Gehäuses 40.
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In die Stromaufnahmeschienen 8 der Leistungselektronikelemente 1 sind zwei Stromschienen 48 eingesteckt. Die Busleitung zur Signalübertragung wird durch eine ringartige Busschiene 46 ausgebildet, die an den Signalbusanschlüssen 12 jedes Logikmoduls 6 kontaktiert ist. Zwei Spulenanschlüsse 13 eines Leistungselektronikmoduls 4 sind jeweils mit einer Spule 44 des Statorsegmentes 42 elektrisch leitend verbunden. Dadurch ist jedem Leistungselektronikmodul 4 wenigstens ein Statorsegment 42 zugeordnet. Vorteilhafterweise sind die Spulenanschlüsse 13 so anzuordnen und/oder anzubringen, dass ein Toleranzausgleich ermöglicht wird. Beispielsweise kann durch eine Federwirkung der Kontakte der Spulenanschlüsse 13 und/oder durch eine großflächige Lötpaste ein solcher Toleranzausgleich geschaffen werden.
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Die Stromschienenanschlüsse 10 sind im elektrischen Kontakt mit ringartigen Stromschienen 48 die in den Schlitzen 11 der Stromschienenaufnahme 8 angeordnet sind. Beispielsweise lassen sich die Stromschienen 48 einfach in die Schlitze 11 einstecken. Auch für die ringartige Busschiene 46 ist eine ansteckbare Verbindung zu den Signalbusanschlüssen 12 vorteilhaft.
