DE102019205491A1 - Anordnung zum Entwärmen eines Kondensators, Stromrichter und Fahrzeug - Google Patents

Anordnung zum Entwärmen eines Kondensators, Stromrichter und Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung gibt eine Anordnung zum Entwärmen eines Zwischenkreiskondensators (1) eines Stromrichters (7) an, aufweisend:- eine Kühlvorrichtung (5) und- ein darauf angeordnetes elastisches Wärmeleitpad (4), auf dem der Zwischenkreiskondensator (1) angeordnet ist,- wobei die dem Zwischenkreiskondensator (1) zugewandte Seite der Kühlvorrichtung (5) flächig und konkav oder konvex ausgebildet ist.Die Erfindung gibt auch einen Stromrichter und ein Fahrzeug mit einer derartigen Anordnung an.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betriff eine Anordnung zum Entwärmen eines Zwischenkreiskondensators eines Stromrichters mit einer Kühlvorrichtung und einem darauf angeordneten elastischen Wärmeleitpad, auf dem der Zwischenkreiskondensator angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Stromrichter und ein Fahrzeug mit einer derartigen Anordnung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zwischenkreiskondensatoren erzeugen im Vergleich zu den Gesamtverlusten eines Stromrichters nur einen sehr kleinen Anteil an Verlustwärme, beispielsweise etwa 1 bis 20 W bei einem Umrichter in der 200 kW Klasse mit 99 bis 99% Wirkungsgrad. Die Verlustwärme wird in den meisten Fällen nicht an die Kühlung durch gezielte Maßnahmen angebunden. Beispielsweise wird bei einem MAF-Umrichter oder anderen vergleichbaren Umrichtern der Zwischenkreiskondensator lediglich von der Umgebungsluft im Umrichter-Innenraum gekühlt.
  • Von stark integrierten Varianten von Umrichtern ist bekannt, dass der Zwischenkreiskondensator auf einem Gehäuseteil aus Aluminium sitzt, auf dessen gegenüberliegender Seite der Kühlkanal der Flüssigkeitskühlung entlanggeführt wird, wie beispielsweise in 1 in einer Seitenansicht dargestellt ist. Die Anbindung des Zwischenkreiskondensators 1 an die Kühlvorrichtung 5, die Teil eines Gehäuses 2 sein kann, geschieht lediglich mit einem Wärmeleitpad 4. Die Auflagefläche ist im Dreidimensionalen eben. Der Zwischenkreiskondensator 1 in Form eines Kastens (ca. 180 mm breit) liegt flach auf und wird stirnseitig an das Gehäuse 2 geschraubt (Schraubverbindung 3). Zur definierten Anbindung an die unterseitige Kühlvorrichtung 5 dient das Wärmeleitpad 4. Der Wärmeübergang des Wärmeleitpads 4 verhält sich annähernd proportional zur Pressung des Wärmeleitpads 4.
  • Wie in 2 gezeigt, ergibt sich durch den eben beschriebenen Stand der Technik eine inhomogene Pressung des Zwischenkreiskondensators 1 an die Kühlvorrichtung 5 und damit eine inhomogene Kühlung des Zwischenkreiskondensators 1. In 2 ist die Presskraft PK entlang des Weges s durch den beidseitig verschraubten Zwischenkreiskondensator 1 dargestellt. Eine hohe Pressung entspricht einem stärker zusammengedrückten Wärmeleitpad 4 und damit einem besseren (niedrigeren) thermischen Widerstand.
  • Der in 2 schematisch dargestellte Verlauf der Pressung des Wärmeleitpads 4 ist kritisch zu bewerten, da die thermischen Verluste im Kern des Zwischenkreiskondensators 1 entstehen und der Zwischenkreiskondensator 1 insbesondere an dieser Stelle den größten thermischen Widerstand aufweist, d.h. am schlechtesten gekühlt wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, durch die der Wärmeübergang eines Zwischenkreiskondensators auf eine Kühlvorrichtung verbessert wird.
  • Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung besteht darin, einen Zwischenkreiskondensator eines Stromrichters gleichmäßig fest auf eine Unterlage zu pressen.
  • Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zum Entwärmen eines Zwischenkreiskondensators eines Stromrichters, aufweisend:
    • - eine Kühlvorrichtung und
    • - ein darauf angeordnetes elastisches Wärmeleitpad, auf dem der Zwischenkreiskondensator angeordnet ist,
    • - wobei die dem Zwischenkreiskondensator zugewandte Seite der Kühlvorrichtung flächig und konkav oder konvex ausgebildet ist.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass bei einer randseitigen Pressung des Zwischenkreiskondensators trotzdem ein über die Fläche gleichmäßiger Druck auf des Wärmeleitpad und somit auf die Kühlvorrichtung erfolgt.
  • In einer Weiterbildung kann die Kühlvorrichtung eine metallische Platte oder Teil eines Gehäuses der Anordnung sein.
  • Die Kühlvorrichtung bildet somit eine flache, ganze Fläche, die bei Raumtemperatur konvex oder konkav vorgewölbt ist. Der Grad und die Richtung der Vorwölbung wird dabei durch die gesamtthermischen Gegebenheiten über den erwarteten Temperaturbereich in Kombination der Materialien des Gehäuses bzw. der metallischen Platte und des Zwischenkreiskondensators bestimmt
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann der Zwischenkreiskondensator randseitig mit Hilfe von Schraubverbindungen auf die Kühlvorrichtung gepresst sein.
  • In einer weiteren Ausprägung kann der Zwischenkreiskreiskondensator in dem Gehäuse angeordnet und mit diesem verschraubt sein.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein wichtiger Einsatz der Anordnung angegeben.
  • Di Erfindung beansprucht einen Stromrichter, insbesondere einen Umrichter, mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Als Umrichter, auch Inverter genannt, wird ein Stromrichter bezeichnet, der aus einer Wechselspannung oder Gleichspannung eine in der Frequenz und Amplitude veränderte Wechselspannung erzeugt. Häufig sind Umrichter als AC/DC-DC/AC-Umrichter oder DC/AC-Umrichter ausgebildet, wobei aus einer Eingangswechselspannung oder einer Eingangsgleichspannung über einen Gleichspannungszwischenkreis und getakteten Halbleitern eine Ausgangswechselspannung erzeugt wird.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Anordnung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Luftfahrzeug, eingesetzt.
  • Die Erfindung beansprucht ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug, mit einem erfindungsgemäßen Stromrichter für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Antrieb.
  • Unter Fahrzeug wird jede Art von Fortbewegungs- oder Transportmittel, sei es bemannt oder unbemannt, verstanden. Ein Luftfahrzeug ist ein fliegendes Fahrzeug.
  • In einer Weiterbildung weist das Fahrzeug einen durch den Stromrichter mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor und einen durch den Elektromotor in Rotation versetzbaren Propeller auf.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht durch eine Anordnung mit einem Zwischenkreiskondensator gemäß Stand der Technik,
    • 2 ein Schaubild der Presskraft entlang eines in einem Gehäuse eingebauten Zwischenkreiskondensators gemäß Stand der Technik,
    • 3 eine Schnittansicht durch eine Anordnung mit einem Zwischenkreiskondensator,
    • 4 ein Blockschaltbild eines Stromrichters mit einer Anordnung zum Entwärmen und
    • 5 ein Luftfahrzeug mit einer elektrischen Schuberzeugungseinheit.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 3 zeigt eine Schnittansicht durch eine Anordnung mit einem Zwischenkreiskondensator 1, der in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Auf dem Boden des Gehäuses 2 ist formschlüssig eine die Kühlvorrichtung 5 bildende metallische Platte 6 angeordnet. Auf der Platte 6 liegt ein Wärmeleitpad 4, auf dem der Zwischenkreiskondensator 1 gelagert ist. Erfindungsgemäß ist die dem Zwischenkreiskondensator 1 zugewandte Seite der Platte 6 konvex ausgebildet, d.h. sie ist nach oben hin gewölbt.
  • Mit Hilfe der Schraubverbindungen 3 wird der Zwischenkreiskondensator 1 fest auf die Platte 6 gepresst. Da an den Rändern des Zwischenkreiskondensators 1 die Pressung größer als in der Mitte ist, wird bei geeigneter Wahl der Konvexität, der Zwischenkreiskondensator flächig gelichmäßig an das Wärmeleitpad 3 gepresst.
  • Die Platte 6 kann alternativ auch ein Teil des Gehäuses 2 sein, d.h. mit diesem einstückig ausgebildet sein.
  • Die Erfindung nutzt das Prinzip der Vorwölbung bei Zwischenkreiskondensatoren und deren Auflage auf die vorgesehene Kühlfläche. Es wird sich auf einen thermischen Punkt (üblicherweise bei hohen thermischen Lasten / hohe Temperaturen) geeinigt, an dem die resultierende Vorwölbung durch die Vorspannung der Auflage sich aufhebt und entsprechend eine maximale Flächenhomogenität entsteht.
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Stromrichters 7, insbesondere eines Umrichters, mit einer Anordnung 7.1 zum Entwärmen gemäß 3.
  • 5 zeigt ein elektrisches oder hybrid-elektrisches Luftfahrzeug 8, insbesondere ein Flugzeug, mit einem Stromrichter 7 gemäß 4, der einen Elektromotor 8.1 mit elektrischer Energie versorgt. Der Elektromotor 8.1 treibt einen Propeller 8.2 an. Beide sind Teil einer elektrischen Schuberzeugungseinheit.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zwischenkreiskondensator
    2
    Gehäuse
    3
    Schraubverbindung
    4
    Wärmeleitpad
    5
    Kühlvorrichtung
    6
    Metallische Platte
    7
    Stromrichter
    7.1
    Anordnung zum Entwärmen
    8
    Luftfahrzeug
    8.1
    Elektromotor
    8.2
    Propeller
    PK
    Presskraft
    s
    Weg

Claims (10)

  1. Anordnung zum Entwärmen eines Zwischenkreiskondensators (1) eines Stromrichters (7), aufweisend: - eine Kühlvorrichtung (5) und - ein darauf angeordnetes elastisches Wärmeleitpad (4), auf dem der Zwischenkreiskondensator (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenkreiskondensator (1) zugewandte Seite der Kühlvorrichtung (5) flächig und konkav oder konvex ausgebildet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (5) eine metallische Platte (6) oder Teil eines Gehäuses (2) der Anordnung ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (1) randseitig mit Hilfe von Schraubverbindungen (3) auf die Kühlvorrichtung (5) pressbar ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskreiskondensator (1) in dem Gehäuse (2) angeordnet und mit diesem verschraubt ist.
  5. Stromrichter (7) mit einer Anordnung (7.1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  6. Stromrichter (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (7) ein Umrichter ist.
  7. Fahrzeug mit einem Stromrichter (7) nach Anspruch 5 oder 6 für einen elektrischen oder hybrid-elektrischen Antrieb.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Luftfahrzeug (8) ist.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (8) ein Flugzeug ist.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch: - einen durch den Stromrichter (7) mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor (8.1) und - einen durch den Elektromotor (8.1) in Rotation versetzbaren Propeller (8.2).
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US20110090614A1 (en) * 2007-12-06 2011-04-21 Fabien Guerin Electrical power supply device comprising a tray for accommodating ultra-high capacity storage units
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