DE102022128922A1

DE102022128922A1 - Leistungswandleranordnung und Elektromotoranordnung

Info

Publication number: DE102022128922A1
Application number: DE102022128922.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Eichner; Alexandros Kourgialis; Kay Pfeiffer; Maximilian Hübner
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2022-11-02
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Leistungswandleranordnung (1), insbesondere eine Wechselrichteranordnung, umfassend: ein Gehäuse (9) zum Aufnehmen von Leistungselektronikkomponenten, einem Zwischenkreiskondensator, einer gedruckten Leiterplatte (2) (PCB) mit Komponenten zur passiven Entladung (3), einer Gleichstromschiene (8), die teilweise von einem Ferritkern (7) umgeben ist, wobei eine Ferritkernbefestigung (4) zwischen einer Außenseite des Ferritkerns (7) und einer Innenseite der gedruckten Leiterplatte (2) angeordnet und innerhalb des Gehäuses (9) befestigt ist, wobei eine erste Kontaktstelle (5) aus einem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung (4) und den Komponenten zur passiven Entladung (3) auf der gedruckten Leiterplatte (2) platziert ist und eine zweite Kontaktstelle (6) aus dem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung (4) und dem Ferritkern (7) platziert ist. Außerdem wird eine Elektromotoranordnung (18) offenbart, umfassend einen Elektromotor (19) und eine Leistungswandleranordnung (1), die in dem Gehäuse (9) aufgenommen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungswandleranordnung, umfassend ein Gehäuse zum Aufnehmen von Leistungselektronikkomponenten, einem Zwischenkreiskondensator, einer gedruckten Leiterplatte (PCB) mit Komponenten zur passiven Entladung und einer Gleichstromschiene, die teilweise von einem Ferritkern umgeben ist.
Elektromaschinen werden in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen zunehmend verwendet, in erster Linie als Elektromotor zum Antreiben eines Rads oder einer Achse eines Fahrzeugs.
Ein solcher Elektromotor ist üblicherweise zur Drehzahlanpassung mechanisch mit einem Getriebe gekoppelt. Zusätzlich ist der Elektromotor üblicherweise elektrisch mit einer Wechselrichteranordnung gekoppelt, die eine Wechselspannung zum Betreiben des Elektromotors aus einer Gleichspannung, die von einer Batterie bereitgestellt wird, erzeugt.
Im Wechselrichtergehäuse ist der Installationsraum sehr beschränkt, andererseits erwärmen sich die Komponenten des Wechselrichters und müssen entsprechend gekühlt werden, um nicht zu überhitzen. Insbesondere sind der Ferritkern und die Komponenten zur passiven Entladung, die sich auf der PCB befinden, Komponenten mit einer hohen Wärmeableitung.
Entsprechend basiert die Erfindung auf dem Problem, eine Leistungswandleranordnung mit einer verbesserten Wärmeableitung der internen Komponenten bereitzustellen.
Dieses Problem wird durch eine Leistungswandleranordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung ist eine Ferritkernbefestigung zwischen einer Außenseite des Ferritkerns und einer Innenseite der gedruckten Leiterplatte angeordnet und innerhalb des Gehäuses befestigt, wobei eine erste Kontaktstelle aus einem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung und den Komponenten zur passiven Entladung auf der gedruckten Leiterplatte platziert ist und eine zweite Kontaktstelle aus dem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung und dem Ferritkern platziert ist.
Die Erfindung basiert auf der Idee, das ein einzelnes Teil, nämlich die Ferritkernbefestigung, zum Kühlen von Komponenten der Leistungswandleranordnung, nämlich der gedruckten Leiterplatte und ihrer Komponenten zur passiven Entladung einerseits und des Ferritkerns andererseits, verwendet werden kann. Die Ferritkernbefestigung selbst ist innerhalb des Gehäuses befestigt, sodass Wärme an das Gehäuse der Leistungswandleranordnung übertragen und abgeleitet werden kann. Die Komponenten zur passiven Entladung, die sich auf der PCB befinden, werden zum Entladen des Zwischenkreiskondensators in bestimmten Betriebszuständen verwendet. Da sie konstant Wärme abgeben, müssen sie gekühlt werden. Der Ferritkern umgibt die Gleichstromschiene und wird zur Ausrichtung des Magnetfelds verwendet. Die Ferritkernbefestigung ist sandwichförmig zwischen den Komponenten zur passiven Entladung der PCB und dem Ferritkern angeordnet. Ein Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung und den Komponenten zur passiven Entladung ist durch eine erste Kontaktstelle aus einem Wärmeleitmaterial gefüllt. Ein Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung und dem Ferritkern ist durch eine zweite Kontaktstelle aus dem Wärmeleitmaterial gefüllt, was eine gute Wärmeübertragung zur Ferritkernbefestigung sicherstellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Wechselrichteranordnung ist eine dritte Kontaktstelle aus dem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen dem Ferritkern und dem Gehäuse gegenüber der zweiten Kontaktstelle platziert. Die dritte Kontaktstelle dämpft Schwingungen der Ferritkernbefestigung und verbessert die Wärmeableitung von der Ferritkernbefestigung zum Gehäuse.
Vorzugsweise bestehen alle Kontaktstellen aus demselben Wärmeleitmaterial. Dies ermöglicht es, den Herstellungsprozess zu vereinfachen. Alternativ können die Kontaktstellen aus verschiedenen Wärmeleitmaterialien bestehen.
Vorzugsweise ist das Wärmeleitmaterial, aus dem die Kontaktstellen bestehen, ein vorgefertigter Schaumstoff mit einer bestimmten Dicke, sodass der jeweilige Zwischenraum gefüllt ist. Als eine Alternative kann das Wärmeleitmaterial auch in flüssiger Form, die anschließend gehärtet wird, in einen Zwischenraum abgegeben werden. Jedoch kann das Abgeben des Wärmeleitmaterials in flüssiger Form weitere Komponenten, wie eine temporäre Form oder Spezialwerkzeuge, erfordern.
In der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Wärmeleitmaterial ein Silikonmaterial ist. Silikon ist ein weiches Material, das in den Zwischenräumen zwischen der Ferritkernbefestigung und den benachbarten Teilen und Kontakten der jeweiligen Oberflächen angeordnet sein kann. Es verformt sich elastisch und füllt die Zwischenräume eng anliegend.
Vorzugsweise ist das Wärmeleitmaterial zwischen 10 % und 50 % seiner Dicke komprimiert. Diese Komprimierung verbessert den thermischen Wirkungsgrad der Kontaktstelle.
In der Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass die Ferritkernbefestigung einen Mittelbereich, der sandwichförmig zwischen der ersten und der zweiten Kontaktstelle angeordnet ist, und zwei Schenkel, die sich quer vom Mittelbereich zur selben Seite erstrecken, umfasst. Außerdem umfasst die Ferritkernbefestigung zwei Montagebereiche, die zum Montieren der Ferritkernbefestigung innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Zum Beispiel erstreckt sich jeder Montagebereich in einer parallelen Richtung im Vergleich zum Mittelbereich. Zum Beispiel erstreckt sich jeder Montagebereich nach außen. Im Wesentlichen ist die Ferritkernbefestigung in diesem Beispiel U-förmig, wobei ihre Schenkel mit den parallelen Montagebereichen versehen sind, sodass die Ferritkernbefestigung am Wechselrichtergehäuse befestigt werden kann. Aufgrund ihrer einfachen Form ist die Ferritkernbefestigung kostengünstig.
Vorzugsweise kann die Ferritkernbefestigung durch Schrauben oder Niete am Wechselrichtergehäuse angebracht werden. Es ist bevorzugt, Niete zum Montieren der Ferritkernbefestigung zu verwenden.
Um eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Ferritkernbefestigung sicherzustellen, kann sie aus einem metallischen Material, vorzugsweise Stahl oder Aluminium, bestehen.
Vorzugsweise ist die Leistungswandleranordnung eine Wechselrichteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Elektromotoranordnung, umfassend einen Elektromotor und eine Leistungswandlerwechselrichteranordnung, wie oben beschrieben. Der Elektromotor und die Leistungswandleranordnung sind im Gehäuse aufgenommen. Die Elektromotoranordnung kann zum Antreiben eines Rads oder einer Achse eines Fahrzeugs verwendet werden.
Die Erfindung wird bezugnehmend auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugten Beispiels erklärt.

1 ist eine schematische Darstellung und zeigt ein Detail einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leistungswandleranordnung in einer Schnittansicht,
2 zeigt eine Ferritkernbefestigung der erfindungsgemäßen Leistungswandleranordnung,
3 ist eine schematische Ansicht und zeigt eine erfindungsgemäße Elektromotoranordnung.

Nur die Komponenten der Leistungswandleranordnung, die für die Erfindung relevant sind, werden gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Erfinder auch Leistungselektronikkomponenten und einen Zwischenkreiskondensator umfasst, die jedoch in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.
1 zeigt ein Detail einer Leistungswandleranordnung 1, die in dieser Ausführungsform eine Wechselrichteranordnung ist, in einer Schnittansicht. Auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 2 sind verschiedene Komponenten zur passiven Entladung 3, die als Widerstände gebildet sind, angeordnet und können zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators in bestimmten Betriebszuständen verwendet werden.
Eine Ferritkernbefestigung 4 ist sandwichförmig zwischen einer ersten Kontaktstelle 5 aus einem Wärmeleitmaterial und einer zweiten Kontaktstelle 6 aus dem Wärmeleitmaterial angeordnet. Die erste Kontaktstelle 5 füllt einen Zwischenraum zwischen einer Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 2, die zur Innenseite eines Wechselrichtergehäuses 9 gerichtet ist, und einer Außenoberfläche der Ferritkernbefestigung 4. Die zweite Kontaktstelle 6 füllt einen Zwischenraum zwischen einer Innenoberfläche der Ferritkernbefestigung 4 und einer Außenoberfläche eines Ferritkerns 7. Der Ferritkern 7 weist eine rechteckige Hohlform mit abgerundeten Kanten auf. Eine Gleichstromschiene 8, die mit einer Batterie verbunden ist, erstreckt sich durch eine Durchgangsöffnung 10 des Ferritkerns 7, der zum Ausrichten des Magnetfelds der Gleichstromschiene 8 verwendet wird.
Zwischen dem Ferritkern 7 und einer inneren unteren Ebene 11 des Wechselrichtergehäuses 9 ist eine dritte Kontaktstelle 12 aus dem Wärmeleitmaterial angeordnet, sodass der Ferritkern 7 fest in Position gehalten wird.
Während des Betriebs der Leistungswandleranordnung 1 erwärmen sich insbesondere die Komponenten zur passiven Entladung 3 und der Ferritkern 7. Die erzeugte Wärme wird durch die erste Kontaktstelle 5 und die zweite Kontaktstelle 6 an die Ferritkernbefestigung 4 übertragen, die an der Innenseite des Wechselrichtergehäuses 9 befestigt ist, sodass Wärme zu dem Wechselrichtergehäuse 9 abgeleitet wird. Die Ferritkernbefestigung 4 kann zum Kühlen von zwei verschiedenen Komponenten verwendet werden, was angesichts des beschränkten Installationsraums innerhalb der Leistungswandleranordnung 1 vorteilhaft ist.
2 zeigt die Ferritkernbefestigung 4, die in dieser Ausführungsform aus Aluminium besteht. Die Ferritkernbefestigung 4 weist einen flachen Mittelbereich 13 und zwei Schenkel 14, 15, die abgewinkelt sind und sich von beiden Enden des Mittelbereichs 13 erstrecken, auf. Die Schenkel 14, 15 erstrecken sich quer vom Mittelbereich 13 in Richtung zu dem Ferritkern 7, sodass die Ferritkernbefestigung den Ferritkern 7 teilweise umgibt. Von jedem Ende der Schenkel 14, 15 erstreckt sich ein Montagebereich 16, 17, wobei beide Montagebereiche 16, 17 parallel angeordnet sind. Jeder Montagebereich 16, 17 erstreckt sich nach außen in einer Richtung von dem Ferritkern 7 weg. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Montagebereiche 16, 17 in einer Richtung parallel zu dem Mittelbereich 13 und sind parallel zueinander. Jeder Montagebereich 16, 17 ist mit einem Durchgangsloch versehen, sodass die Ferritkernbefestigung Datei durch Schrauben an der Innenseite des Wechselrichtergehäuses 9 befestigt werden kann. In dieser Ausführungsform umfasst das Gehäuse 9 Hohlzapfen zum Halten der Ferritkernbefestigung 4 und insbesondere der Montagebereiche 16, 17.
3 ist eine schematische Ansicht und zeigt eine Elektromotoranordnung 18, umfassend einen Elektromotor 19 und die Leistungswandleranordnung 1, die in dem Gehäuse 9 aufgenommen sind. Jedoch kann der Wechselrichter in einer alternativen Ausführungsform derart angeordnet sein, dass er vom Elektromotor getrennt ist.
Bezugszeichenliste

1: Leistungswandleranordnung
2: gedruckte Leiterplatte
3: Komponente zur passiven Entladung
4: Ferritkernbefestigung
5: erste Kontaktstelle
6: zweite Kontaktstelle
7: Ferritkern
8: Gleichstromschiene
9: Wechselrichtergehäuse
10: Durchgangsöffnung
11: innere untere Ebene
12: dritte Kontaktstelle
13: Mittelbereich
14: Schenkel
15: Schenkel
16: Montagebereich
17: Montagebereich
18: Elektromotoranordnung
19: Elektromotor

Claims

Leistungswandleranordnung (1), umfassend: - ein Gehäuse (9) zum Aufnehmen von - Leistungselektronikkomponenten, - einem Zwischenkreiskondensator, - einer gedruckten Leiterplatte (2) (PCB) mit Komponenten zur passiven Entladung (3), - einer Gleichstromschiene (8), die teilweise von einem Ferritkern (7) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ferritkernbefestigung (4) zwischen einer Außenseite des Ferritkerns (7) und einer Innenseite der gedruckten Leiterplatte (2) angeordnet und innerhalb des Gehäuses (9) befestigt ist, wobei eine erste Kontaktstelle (5) aus einem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung (4) und den Komponenten zur passiven Entladung (3) auf der gedruckten Leiterplatte (2) platziert ist und eine zweite Kontaktstelle (6) aus dem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen der Ferritkernbefestigung (4) und dem Ferritkern (7) platziert ist.
Leistungswandleranordnung nach Anspruch 1, wobei eine dritte Kontaktstelle (12) aus dem Wärmeleitmaterial in einem Zwischenraum zwischen dem Ferritkern (7) und dem Gehäuse (9) gegenüber der zweiten Kontaktstelle (6) platziert ist.
Leistungswandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmeleitmaterial entweder ein vorgefertigter Schaumstoff oder ein flüssiges Material, das in einen Zwischenraum abgegeben und gehärtet wird, ist.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitmaterial ein Silikonmaterial ist.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitmaterial zwischen 10 % und 50 % komprimiert ist.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ferritkernbefestigung (4) einen Mittelbereich (13), der sandwichförmig zwischen der ersten Kontaktstelle (5) und der zweiten Kontaktstelle (6) angeordnet ist, und zwei Schenkel (14, 15), die sich quer von dem Mittelbereich (13) zur selben Seite erstrecken, und zwei Montagebereiche (16, 17), die zum Montieren der Ferritkernbefestigung innerhalb des Gehäuses (9) angeordnet sind, umfasst.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ferritkernbefestigung (4) durch Schrauben oder Nieten an dem Gehäuse (9) befestigt ist.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ferritkernbefestigung (4) aus einem Metall besteht.
Leistungswandleranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler (1) ein Wechselrichter ist.
Elektromotoranordnung (18), umfassend einen Elektromotor (19) und eine Leistungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die in dem Gehäuse (9) aufgenommen sind.