DE102022207439A1 - Electronic module - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Elektronikmodul, aufweisend ein Gehäuse, einen darauf befestigbaren Gehäusedeckel, sowie innerhalb des Gehäuses anzuordnende Komponenten, umfassend zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Baugruppen, wobei das Elektronikmodul ferner ein Montageblech aus ferromagnetischem Material aufweist, das derart gebildet und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass durch Montageblech, Gehäuse und Gehäusedeckel eine EMV-Schutzkammer entsteht, innerhalb derer zumindest die Leiterplatte angeordnet werden kann.What is proposed is an electronics module, comprising a housing, a housing cover that can be fastened thereon, and components to be arranged within the housing, comprising at least one circuit board with electronic assemblies arranged thereon, the electronics module further having a mounting plate made of ferromagnetic material, which is formed in this way and arranged within the housing is that the mounting plate, housing and housing cover create an EMC protective chamber within which at least the circuit board can be arranged.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.The present invention relates to the field of electromobility, in particular to electronic modules for an electric drive.
Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Hauptbestandteil eines solchen Elektronikmoduls ist ein DC/AC-Wechselrichter (Inverter), der dazu dient, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom (AC) zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt.The use of electronic modules, such as power electronics modules, in motor vehicles has increased significantly in recent decades. This is due on the one hand to the need to improve fuel economy and vehicle performance and on the other hand to advances in semiconductor technology. The main component of such an electronic module is a DC/AC inverter, which is used to power electrical machines such as electric motors or generators with multi-phase alternating current (AC). A direct current generated from a DC energy source, such as a battery, is converted into a multi-phase alternating current.
Aufgrund der Vielzahl an Bauteilen und der Hochvoltkomponenten gibt es immer wieder Probleme mit EMV-Störungen, die zu Fehlfunktionen bis hin zu einem kompletten Ausfall von Baugruppen führen können. EMV steht für Elektromagnetische Verträglichkeit und bezeichnet die Fähigkeit von Geräten, gegen elektromagnetische Störungen robust bzw. immun zu sein und auch keine solchen auszustrahlen. Da Baugruppen auf Leiterplatten häufig anfällig auf elektromagnetische Strahlung reagieren und die sehr nahe daran angeordneten Hochvoltkomponenten eine hohe elektromagnetische Strahlung aussenden, ist es wichtig, für einen guten Schutz der Baugruppen zu sorgen.Due to the large number of components and high-voltage components, there are always problems with EMC interference, which can lead to malfunctions or even complete failure of components. EMC stands for electromagnetic compatibility and describes the ability of devices to be robust or immune to electromagnetic interference and not to emit such interference. Since assemblies on circuit boards are often sensitive to electromagnetic radiation and the high-voltage components arranged very close to them emit high levels of electromagnetic radiation, it is important to ensure good protection of the assemblies.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Elektronikmodul bereitzustellen, welches elektrische Baugruppen einer Leiterplatte vor EMV-Störungen schützt.The invention is therefore based on the object of providing an electronic module which protects electrical components of a circuit board from EMC interference.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is solved by the features of the independent claims. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Vorgeschlagen wird ein Elektronikmodul, aufweisend ein Gehäuse, einen darauf befestigbaren Gehäusedeckel, sowie innerhalb des Gehäuses anzuordnende Komponenten, umfassend zumindest eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektronischen Baugruppen, wobei das Elektronikmodul ferner ein Montageblech aus ferromagnetischem Material aufweist, das derart gebildet und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass durch Montageblech, Gehäuse und Gehäusedeckel eine EMV-Schutzkammer entsteht, innerhalb derer zumindest die Leiterplatte angeordnet werden kann.What is proposed is an electronics module, comprising a housing, a housing cover that can be fastened thereon, and components to be arranged within the housing, comprising at least one circuit board with electronic assemblies arranged thereon, the electronics module further having a mounting plate made of ferromagnetic material, which is formed in this way and arranged within the housing is that the mounting plate, housing and housing cover create an EMC protective chamber within which at least the circuit board can be arranged.
In einer Ausführung schließt das Montageblech an zwei einander gegenüberliegenden ersten Seitenbereichen stumpf an das Gehäuse an und weist an zwei anderen einander gegenüberliegenden zweiten Seitenbereichen jeweils zum Gehäusedeckel weisende Wandbereiche auf.In one embodiment, the mounting plate is butt-connected to the housing on two opposing first side regions and has wall regions facing the housing cover on two other opposing second side regions.
In einer Ausführung weisen die zweiten Seitenbereiche an ihrer oberen Kante einen Stehfalz auf.In one embodiment, the second side areas have a standing seam on their upper edge.
In einer Ausführung weist das Gehäuse an seinen Innenseiten, an denen die zweiten Seitenbereiche des Montageblechs anschlagen, jeweils zumindest einen Steg auf, in den jeweils ein Endbereich der zweiten Seitenbereiche nach Montage eingeführt ist.In one embodiment, the housing has at least one web on its inner sides, against which the second side regions of the mounting plate abut, into which an end region of the second side regions is inserted after assembly.
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführung weist der Gehäusedeckel an seinen dem Gehäuse zugewandten Innenseiten, an denen die zweiten Seitenbereiche des Montageblechs anschlagen, Stege auf, in die jeweils eine obere Kante der zweiten Seitenbereiche nach Montage eingeführt ist.In an additional or alternative embodiment, the housing cover has webs on its inner sides facing the housing, on which the second side regions of the mounting plate abut, into which an upper edge of the second side regions is inserted after assembly.
In einer Ausführung ist, zwischen Leiterplatte und Montageblech, ein Netzteil angeordnet.In one version, a power supply is arranged between the circuit board and the mounting plate.
In einer Ausführung ist das Montageblech derart gebildet und geformt, dass die Leiterplatte in einer Anschraubebene darauf befestigt werden kann.In one embodiment, the mounting plate is formed and shaped in such a way that the circuit board can be attached to it in a screwing plane.
In einer Ausführung ist im Gehäuse unterhalb des Montageblechs mindestens ein Leistungsteil mit einem darauf angeordneten Niederhalter vorgesehen, auf dem das Montageblech aufliegt.In one embodiment, at least one power part with a hold-down device arranged thereon, on which the mounting plate rests, is provided in the housing below the mounting plate.
In einer Ausführung ist das Montageblech zumindest teilweise pulverbeschichtet.In one version, the mounting plate is at least partially powder-coated.
Ferner wird ein Elektroantrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt, aufweisend ein Elektronikmodul zur Ansteuerung des Elektroantriebs. Außerdem wird ein Fahrzeug mit dem Elektroantrieb bereitgestellt.Furthermore, an electric drive of a vehicle is provided, having an electronic module for controlling the electric drive. An electric drive vehicle will also be provided.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, based on the figures of the drawing, which show details of the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually or in groups in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Elektronikmodul gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt ein Blech gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. -
3 zeigt eine Draufsicht auf ein geöffnetes Elektronikmodul gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht A1 aus3 . -
5 zeigt eine vergrößerte Detailansicht A2 aus1 .
-
1 shows a sectional view through an electronic module according to an embodiment of the present invention. -
2 shows a sheet according to an embodiment of the present invention. -
3 shows a top view of an opened electronics module according to an embodiment of the present invention. -
4 shows an enlarged detailed view A13 . -
5 shows an enlargeddetailed view A2 1 .
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following descriptions of the figures, the same elements or functions are given the same reference numbers.
Die Grundidee ist es, eine EMV sichere Kammer, kurz EMV-Kammer 2 durch ein ferromagnetisches Montageblech 1 zu erschaffen, so dass störende Frequenzen von der innerhalb der EMV-Kammer 2 angeordneten Leiterplatte 11 ferngehalten werden können. Zusätzliche mögliche Funktionen des Montageblechs 1 können abgebildet werden, z.B. eine Positionierung und Fixierung zusätzlicher Bauteile. Auch kann das Montageblech 1 eine stabilisierende Funktion auf die ganze Baugruppe bereitstellen.The basic idea is to create an EMC-safe chamber, EMC chamber 2 for short, using a
Hauptbestandteil ist ein tiefgezogenes und/oder ein gebogenes Blech aus ferromagnetischem Werkstoff, z.B. Weißblech, das als Montageblech 1 dient. Dieses bildet über seine geometrische Ausführung eine EMV-Kammer 2 im Zusammenspiel mit dem Gehäuse 12, welches in der Regel ein Gußgehäuse ist, und dem Gehäusedeckel 4 des Elektronikmoduls aus. Alternativ kann die EMV-Kammer auch durch ein gefrästes Gehäuseteil gebildet werden.The main component is a deep-drawn and/or bent sheet made of ferromagnetic material, e.g. tinplate, which serves as
Damit ist die räumliche Abgrenzung der innerhalb der EMV-Kammer 2 befindlichen Leiterplatte 11 zum Eingangsfilterbereich 7, zum Zwischenkreis 8, zum Leistungsteil 9 und zum AC Phasenanschluss 10 realisiert. Die EMV-Kammer 2 stellt somit einen vor elektromagnetischer Strahlung abgeschirmten Bauraum für die gesamte Leiterplatte 11 dar.This means that the
In einer bevorzugten Ausführung wird durch eine Nutführung des Montageblechs 1 im Gehäuse 12 ein Labyrinth 3 realisiert, das gleichzeitig als Positionierung und als Fixierung des Montageblechs 1 dient. Durch korrespondierende Geometrie im Gehäusedeckel 4 wird die Kammerwirkung vervollständigt. Das Montageblech 1 erlaubt weiterhin die Befestigung der Leiterplatte 11 auf einer Anschraubebene 6 im Vergleich zu einer Lösung über mehrere und/oder toleranzbehaftete Bauteile und minimiert somit mechanischen Stress und/oder die Durchbiegung der Leiterplatte 11. Auch dient es stabilisierende Komponente für die komplette Baugruppe, also das Elektronikmodul samt Gehäusedeckel 4 und Gehäuse 12. Zur Erfüllung von Anforderungen an die HV (Hochvolt)-Isolation kann das Montageblech 1 mit partieller Pulverbeschichtung 5 versehen sein, so dass weiterhin ein kompakter Aufbau und eine Erzielung der benötigten Luft- und Kriechstrecken möglich ist.In a preferred embodiment, a labyrinth 3 is realized by a groove guide of the
Nachfolgend wird der Aufbau eines Elektronikmoduls mit einem erfindungsgemäßen Montageblech 1, wie in
Die Form des Montageblechs 1 ist so gewählt, dass es in entsprechend vorgesehene Bereiche des Gehäuses 12 passt. Es weist in der Regel vier Seitenbereiche 1.1, 1.2 auf, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegen (in den Figuren jeweils Seitenbereiche 1.1 und 1.2). Die Form des Montageblechs 1 ist vorteilhaft so gewählt, dass nach Montage im Gehäuse 12 lediglich eine Anschraubebene 6 resultiert. Die ersten Seitenbereiche 1.1 enden an den zugehörigen Gehäusewänden, welche nach oben hin die Wände der EMV-Kammer 2 bilden, und schließen damit stumpf an. Die zweiten Seitenbereiche 1.2 sind als nach oben (in Richtung Gehäusedeckel 4) weisende (z.B. aus dem Blech gebogene/gezogene) Wandbereiche gebildet und dienen ebenfalls als Wände der EMV-Kammer 2. Die Wandbereiche reichen vorteilhafterweise bis zum oberen Ende des Gehäuses bzw. so weit nach oben, dass sie an dem Gehäusedeckel 4 anschlagen oder in Stege 40 davon im Rahmen einer Nutführung eingebracht werden können. Da sie im Inneren des Gehäuses 12 angeordnet sind, dienen sie insbesondere zur Abgrenzung von Komponenten, die elektromagnetische Störstrahlung aussenden können. Die Abgrenzung erfolgt also beispielsweise vom Leistungsteil 9, AC-Phasenanschluss 10 und Eingangsfilterbereich. Die zweiten Seitenteile 1.2 bilden zusammen mit der Gehäusewand eine Wanne. Wenn der Gehäusedeckel 4 auf das Gehäuse 12 des Elektronikmoduls aufgebracht wird, wird aus der Wanne eine EMV-Kammer 2, wie in
Innerhalb der EMV-Kammer 2 kann eine Leiterplatte 11 eingebracht, befestigt und kontaktiert werden, welche EMV-empfindliche Bauelemente aufweist, die durch die EMV-Kammer 2 vor von außen eindringender elektromagnetischer Störstrahlung schützt, d.h. insbesondere auch vor Störstrahlung, die von Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 ausgeht.Within the EMC chamber 2, a
Das Montageblech 1 weist zur Befestigung und Kontaktierung entsprechende Durchgangsöffnungen etc. auf.The
Die Befestigung des Montageblechs 1 innerhalb des Gehäuses 12 erfolgt, indem es in einer Ausführung mit Enden seiner zweiten Seitenbereiche 1.2 in zugehörige Stege 120 im Gehäuse eingebracht wird, wie in
In einer weiteren Ausführung weist vorteilhaft der Gehäusedeckel 4 einen Steg 40 (in Form einer Nut) je Seitenbereich 1.2 zur Aufnahme des Seitenbereichs 1.2 auf. Der Steg 40 erstreckt sich vorteilhaft über die gesamte Länge des zugehörigen Seitenbereichs 1.2 (mit oder ohne Ausnahme der Endbereiche). Es können Ausnehmungen z.B. zur Kabeldurchführung 1.2.1 vorgesehen sein, wie z.B. in
Außerdem ist das Montageblech 1 vorteilhaft mit seiner Unterseite so angeordnet, dass es auf einem Niederhalter 13 des Leistungsteils 9 aufliegt und somit gestützt wird, wie in
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Montageblech 1 derart geformt, dass zwischen Leiterplatte 11 und Montageblech 1 ein (nicht gezeigtes) Netzteil angeordnet werden kann. Hierfür kann das Montageblech 1 in einem Bereich davon tiefer in das Gehäuse 12 reichen als der restliche Teil, wie in
Die Dome sind vorteilhaft als geschlossene Gewindehülse oder Gewindebuchse gebildet, was den Vorteil hat, dass beim Anschrauben gebildete Späne nicht in den Bereich der empfindlichen Bauelemente der Leiterplatte 11 gelangen können. Außerdem wird so dieselbe Anschraubebene 6 über das gesamte Montageblech 1 erreicht.The domes are advantageously formed as a closed threaded sleeve or threaded bushing, which has the advantage that chips formed during screwing cannot get into the area of the sensitive components of the
In dem in
Selbstverständlich kann das Montageblech 1 auch in anderen Bereichen nicht vollkommen eben gebildet sein und z.B. Kontaktierungs- und Anschraubbereiche aufweisen.Of course, the mounting
Vorteilhaft ist das Montageblech 1 zumindest teilweise pulverbeschichtet. Dies hat den Vorteil, dass dadurch Anforderungen an die Isolierung und Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden können, und dennoch eine kompakte Bauweise möglich ist.The mounting
Ein Elektronikmodul im Rahmen dieser Erfindung dient zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, und/oder elektrifizierten Achsen. Das Elektronikmodul umfasst einen DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter). Es kann außerdem einen AC/DC-Gleichrichter (Engl.: Rectifier), einen DC/DC-Wandler (Engl.: DC/DC Converter), Transformator (Engl.: Transformer) und/oder einen anderen elektrischen Wandler oder ein Teil eines solchen Wandlers umfassen oder ein Teil hiervon sein. Insbesondere dient das Elektronikmodul zum Bestromen einer E-Maschine, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Generators. Ein DC/AC-Wechselrichter dient vorzugsweise dazu, aus einem mittels einer DC-Spannung einer Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugten Gleichstrom einen mehrphasigen Wechselstrom zu erzeugen.An electronic module within the scope of this invention is used to operate an electric drive of a vehicle, in particular an electric vehicle and/or a hybrid vehicle, and/or electrified axles. The electronic module includes a DC/AC inverter. It may also include an AC/DC rectifier, a DC/DC converter, a transformer, and/or another electrical converter or part of one include or be a part of such a converter. In particular, the electronic module is used to power an electric machine, for example an electric motor and/or a generator. A DC/AC inverter is preferably used to generate a multi-phase alternating current from a direct current generated by means of a DC voltage from an energy source, such as a battery.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- MontageblechMounting plate
- 1.11.1
- erster Seitenbereichfirst page area
- 1.21.2
- zweiter Seitenbereichsecond side area
- 1.2.11.2.1
- Ausnehmung für KabeldurchführungRecess for cable entry
- 1.2.21.2.2
- Stehfalz/UmschlagStanding seam/envelope
- 22
- EMV-KammerEMC chamber
- 33
- Labyrinthlabyrinth
- 44
- GehäusedeckelHousing cover
- 4040
- Steg von 4Bridge of 4
- 55
- PulverbeschichtungPowder coating
- 66
- Anschraubebenescrew level
- 77
- EingangsfilterbereichInput filter area
- 88th
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 99
- Leistungsteilpower section
- 1010
- AC-PhasenanschlussAC phase connection
- 1111
- LeiterplatteCircuit board
- 1212
- GehäuseHousing
- 120120
- Steg von 12Bridge from 12
- 1313
- Niederhalter von 9Hold down from 9
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