WO2012123341A2 - Elektrisches bauteil mit wenigstens einer in einer vergussmasse angeordneten elektrischen verlustleistungsquelle und einer kühleinrichtung - Google Patents

Elektrisches bauteil mit wenigstens einer in einer vergussmasse angeordneten elektrischen verlustleistungsquelle und einer kühleinrichtung Download PDF

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    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical component with at least one arranged in a potting electrical loss power source and a cooling device according to the preamble of claim 1,
  • Protective property part is potted, the heat dissipation automatically deteriorates to the environment, since the thermal conductivity of the potting compounds is usually too low to be able to forward the loss of energy quickly enough to the environment. In the transition region between the winding and the core also occur in the potting compound high
  • FIG. 26 shows a schematic cross-section through a perspective view of an electrical component in the form of a known potted and water-cooled
  • a winding 4, 5, 6 is arranged on a respective core 1, 2, 3.
  • the cores 1, 2, 3 are connected to each other via a total of two yokes 7.
  • Windings 4, 5, 6 are designated 8, 9 and 10.
  • the potting compound can therefore quickly crack or burst, resulting in the loss of protective properties, under Circumstances even to the failure of the entire electrical
  • the object of the present invention is dahe in electrical components with at least one
  • Loss power source which is potted in a potting compound to derive the resulting in the operation of the electrical component heat losses better and more evenly,
  • the thermal management and the heat conduction in the present component are to be optimized.
  • dissolved electrical power loss source wherein at least one cooling device is provided, which for optimizing the heat management heat from the range of
  • the power loss source comprises at least one arranged on a core winding or three cores, which are interconnected by a yoke, wherein on each core at least one winding is arranged.
  • An inventive component is preferred and effective with regard to thermal management, in which at least one heat-conducting part is provided in the potting compound as a cooling device, which is arranged with a partial region directly on or at least in the vicinity of the power loss source and with at least one further partial region below
  • the heat conducting part particularly advantageously in the form of a plantetary ammonium, which preferably consists of aluminum or copper.
  • the skilletleitblech may be formed strip or plate-shaped. It may in a preferred embodiment) with its partial area on one side of a winding lie directly or be arranged in the vicinity thereof, wherein at least one further portion of theillonleitbleches starting from the portion through the potting compound and below a surface region of the surface
  • the potting compound preferably has a rectangular
  • Loss power source is arranged in each case a heat conduction, wherein in each case a heat conducting two extending from the partial area on both sides of the same comprises further subregions, one of which extends below a surface area of the surface of the Vergussraasse.
  • the potting compound possesses another
  • Embodiment of the invention advantageously a rectangular cross section, wherein three cores are provided and to
  • the opposite soaps each winding of a core each have a heat conduction.
  • the clutchleitbleche the outer cores have on the outer sides of a planteleitblech comprising two further portions, each of which extends below a surface area of the surface of one side of a corner region of the rectangular cross section of the potting compound, wherein the facedleitbleche the outer cores the inner sides each having a bathleitblech comprising two further portions, one of which in the potting compound on the inner core side facing parallel to the opposite further portion of the bathleitbleches the adjacent outer core, and wherein the facedleitbleche the inner core j in each case have two further subregions, one of which runs parallel to the other subregions of the adjacent outer cores.
  • the ends of the other sections for particularly effective
  • the heat conducting plates can completely or partially cover the side of the winding facing them.
  • a heat conducting sheet can cover the sides of three windings facing it, and preferably below at least one of them
  • the cooling device comprises at least one, preferably two, opposite one another with respect to the core, between the winding and the core
  • the cooling device includes
  • the cooling passage of the heat sink and / or the further cooling passage of the further heat sink are in this case with a supply line extending from the casting compound for supplying the cooling medium and a discharge leading out of the casting compound
  • the heat conducting plate preferably has a U-shaped profile, wherein the legs and the transverse part of the ⁇ -shaped profile of the plantetbleches one side of the
  • the cross portions of two ⁇ check with respect are, in a further embodiment of the invention located on the core from
  • a further advantageous embodiment of the invention relates to a component in which the cooling device has at least one heat pipe, is derived from the cooling zone heat to a heat sink and / or another heat sink, wherein the cooling zone with the heat sink and / or with the
  • Heatpipe be arranged in the winding.
  • the heat zone of a heat pipe embedded in the potting compound can be arranged at or in the vicinity of the winding, and the cooling zone of the heat pipe is in heat-conducting connection with a heat sink.
  • a development of the component according to the invention comprises a cooling device which comprises at least one cooling tube arranged in the potting compound, which is provided with one of the
  • the cooling tube can advantageously laterally next to the winding or laterally adjacent to the windings, preferably serpentine, run.
  • the cooling device can at least one in the winding, preferably screw or
  • the cooling device may also take the form of one of
  • Coolant flowed through, sheet-like cooling element have, which is arranged in the potting compound arranged laterally at or in the vicinity of the winding.
  • a heat conducting plate can be arranged on the outside in the vicinity of said winding for effective heat dissipation and with the
  • Cooling element be thermally conductively connected.
  • the cuboid casting compound has a rectangular cross section, wherein the power loss source is arranged approximately in the middle of the cross section.
  • FIG. 3 shows a section through a cast in a potting thigh or core of a throttle or a
  • FIG. 4 shows a section through the cores of a three-phase choke or a three-phase transformer arranged in a potting compound
  • Figure 5 shows a schematic, three-dimensional representation of the embodiment of an electrical component according to the invention according to Figure 26 with primallleitblechen and heat sinks;
  • FIG. 6 shows a section through the electrical component of FIG. 5
  • FIG. 26 shows a known electronic component for explaining the prior art and the advantages of the present invention
  • the bathleitbleche be made of a metal with a thermal conductivity Leitf, such. As aluminum or copper produced.
  • the thermal conductivity Leitf As aluminum or copper produced.
  • the heat conducting plates must be in their
  • the skilletleitbleche need not be mounted directly on the winding or on the core, but can only run in the immediate vicinity of the winding or the core, so that a derivative of currents or a voltage setting can be avoided.
  • the heat conducting plates may be partially perforated with holes or profiled to ensure better anchoring within the potting compound.
  • leitbleche should be designed so that they have the largest possible area directly below the surface of the
  • the heat conducting plates can also be made from
  • the cooling zones of the heat pipes can be connected to heat sinks which are arranged, for example, between the core of a power loss source and a winding surrounding the core.
  • Coolpipes heat dissipated through the heat sink to the outside.
  • areally formed cooling elements can also be provided on the outer surfaces of the winding or the windings of electronic components, which can be connected for optimized thermal management with planteleitblechen, which are arranged in the potting compound.
  • Heat dissipation and optimized thermal management can be done individually or in combination depending on specific requirements and configurations of the electrical components.
  • Power loss source 16 which is for example a winding or a choke, potted in a potting compound 14. If during operation of the electronic component Heat is generated in the region of the power loss source 16 according to FIG. 1b, this increases in the direction of the arrows 17
  • heat-conducting sheets 21 are arranged in the potting compound 14, via which a removal of the heat generated by the power loss source 16 also takes place in regions of the potting compound 14 further from this. This means that the temperature is distributed more uniformly over the potting compound 14 and over the surface 18 thereof. As a result, the internal temperature of the potting compound 14
  • the heat conducting plates 21 are designed so that they are each arranged with a portion 22 directly to the power loss source 16 or in the vicinity thereof and that each with at least one further portion 23 as large a surface area below the surface of the potting compound 14th cover.
  • the power loss source 16 is approximately in the region of the intersecting diagonals of the cross section of the electronic component or potting compound 14 of the same, ie. H. arranged approximately in the center of the cross section.
  • the politicians are designed so that they with their
  • middle portion 22 directly to the loss of power source 16 abut or are arranged in the vicinity thereof and that they each with other portions 23 from the central portion 22 preferably to opposite sides thereof arcuately away from the power loss source 16 into the potting compound 14 and outwards and with the largest possible area below the surface 18 of the
  • FIG. 3 shows an electrical device corresponding to that of FIG. 2, wherein the power loss source 16 comprises a core 24 and a winding 27 surrounding the core 24.
  • the middle portions 22 of the are arranged on s ch opposite sides of the winding 27 and in the vicinity thereof, while the other outer portions 23 of the shallleitbleche 21, as already explained, below the surface portions 20 of the surface 18, preferably up to the respective corners of the
  • FIG. 4 shows a section through the cores 24, 25, 26 of a three-phase choke or a three-phase choke
  • Transformers wherein the windings 27, 28, 29 are arranged on the cores 24, 25, 26.
  • the heat conducting sheets 21 formed corresponding to the heat-extractable sheets 21 with the partial areas 22 and 23 of FIG. 3 can each have angled portions 30 which are angled away from the partial areas 23 by 90 °, so that they are below for improved heat dissipation further surface areas 20 of the surface 18 of the
  • Potting compound 14 run. In particular, be there
  • FIG. 5 also shows the yoke 15 connecting the cores 24 and 25 and the yoke 15 connecting the cores 25 and 26.
  • the heat conducting plates 21 are in this embodiment
  • FIG. 8 shows an embodiment in which the heat-conducting sheet 21 extends over the entire surface of the side of three windings of the cores 24, 25, 26.
  • the heat conducting plates 21 may also include the partial region 22 and the further partial regions 23 in one plane, in which case both the partial region 22 and the partial regions 23 extend below the surface of the casting compound 14. According to FIG. Section along the line X-X of Figure 6, the two can with respect to the core 24 opposite
  • the heat conducting plates 21 and the base region 32 are preferably formed in one piece.
  • the base region can run inside or outside the potting compound 14.
  • Cooling device heat sink 12 are provided, wherein the heat generated by the power loss source 16 via
  • the power loss source 16 is shown in FIG 11 from a core 24 on which a
  • Winding 27 is arranged.
  • the heat sink 12 is preferably between the core 24 and the winding 27th arranged. Preferably, two are opposite each other. Side of the core 24 heat sink 12 provided in this way.
  • the heatsink 12 consist in the manner shown in each case of a thermally conductive part, which consists for example of copper or another heat-conducting metal, in which at least one of a. Cooling mediumtechnikxömter cooling passage 33 is arranged.
  • the said cooling medium is, for example, water.
  • the blanketleitbleche 21 preferably have a U-shaped profile, wherein the legs 34 and the cross member 35 of the U-shaped profile of the michleitbleches 21 one side of
  • Base region 32 may be interconnected, is dissipated via the heat generated at the core 24 to the heat conducting plates 21.
  • the base portion 32 in one piece with the
  • FIG. 12 shows a development of the component of FIG
  • each core 24, 25, 26 each have a winding 27, 28 and 29, respectively.
  • the Cooling bodies 12 provided on each core 24, 25, 26 are designed in accordance with the cooling body 12 of FIG. 11.
  • the cooling medium which is preferably water
  • cooling channels 33 is preferably supplied to the upper side of the heat sink 12 via a feed line 37. After flowing through the cooling channels 33, the heated
  • Cooling medium preferably via a drain 38 also on the upper side of the heat sink 12 removed from the cooling system.
  • the cooling channels 33 of the heat sink 12 are preferably connected to one another on the lower sides of the heat sink 12.
  • FIG. 13 shows the arrangement of FIG. 12 in one
  • FIGs 14 to 16 show embodiments of the present invention, in which so-called heat pipes are provided, which are used to improve the thermal management of the
  • Embodiment of Figure 14 includes the
  • Loss power source 16 a core 24 and a winding 27, while in the embodiment of Figures 15 and 16, three cores 24, 25, 26 and accordingly three windings 27, 28, 29 has.
  • there are heat sinks 12 in the embodiment of FIG. 14, between the winding 27 and the core 24 of the power loss source 16 according to FIG. 11, there are heat sinks 12
  • heatsinks 12 are also arranged in the embodiment of Figure 15 between the cores 24, 25, 26 and the windings 27, 28, 29.
  • a known heat pipe is a
  • Cooling zones of the heat pipes 39 are derived to the heat sinks 12.
  • the cooling zones of the heatpipes 39 physically communicate with the heat sinks 12, while the heat zones of the heatpipes 39 arranged in the windings 27, 28, 29 correspond to the heat areas thereof.
  • FIGS. 17 and 18 in which, in the potting compound 14 according to FIG. 17, outside the windings 27, 28, 29 of the cores 24, 25, 26 a cooling device in the form of a cooling tube 41 is arranged to heat from the
  • cooling tubes 41 are preferably serpentine and in the
  • Potting compound 14 electronically insulated on opposite sides (FIG. 18) of the windings 27, 28, 29.
  • the connections of the cooling pipe 41 are designated by 42 and 43.
  • FIGS. 19 and 20 it is also conceivable to respectively wind cooling tubes 44 directly into the windings 27, 28, 29 in order to dissipate heat generated by the windings 27, 28, 29.
  • the cooling tubes 44 extend in each case
  • Figures 21 to 23 show embodiments of the present invention, in which for improving the thermal management in addition to the heat sinks 12, which are each arranged between a core and the associated winding, further heat sinks 13 are provided, each in the windings 27, 28, 29 are wrapped. Details of Figures 21 to 23, which have already been explained in connection with Figures 11 to 13 and 14 to 16, are in the corresponding manner
  • the power loss source 16 comprises a core 24 and a winding 27, while in the embodiment of FIGS. 22 and 23 it has three cores 24, 25, 26 and accordingly three windings 27, 28, 29.
  • the apparent manner are in the ⁇ us Insertsform of Figure 21 between the winding 27 and the core 24 of the
  • Loss power source 16 heat sink 12 is provided.
  • sheet-like cooling element 47 may be arranged and potted in the potting compound 14, via the heat generated by the windings 27, 28, 29 can be dissipated to the outside. It is conceivable to provide the already mentioned skilletleitbleche 21 on the outside in the vicinity of said windings and physically connect with the cooling elements 47 in order to improve the heat transfer from the windings 27, 28, 29 to the cooling elements 47.
  • Winding Winding Winding Winding Unwind Screw Base section Cooling channel Leg Cross section Area Inlet Discharge Heatpipe Heatpipe Cooling pipe Connection Connection Cooling tube Connection connection cooling element

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit wenigstens einer in einer Vergussmasse (14) angeordneten elektrischen Verlustleistungsquelle (16). In der Vergussmasse (14) ist erfindungsgemäß eine Kühleinrichtung, vorzugsweise wenigstens ein Wärmeleitteil (21) vorgesehen, das mit einem. Teilbereich (22) direkt an oder zumindest in der Nähe der Verlustleistungsquelle (16) angeordnet ist und mit wenigstens einem weiteren Teilbereich (23) unterhalb eines Oberflächenbereiches (20) der Oberfläche (18) der Vergussmasse (14) verläuft.

Description

Elektrisches Bauteil mit wenigstens einer in einer
Vergussmasse angeordneten elektrischen Verlustleistungsquelle
und einer Kühleinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil mit wenigstens einer in einer Vergussmasse angeordneten elektrischen Verlust leistungsquelle und einer Kühleinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1,
Elektrische Bauteile, z. B. in der Form von Drosseln oder
Transformatoren, erzeugen sowohl im Bereich des Kernes als auch in der Wicklung hohe Wärmeverluste, sodass eine
Flüssigkeitskühlung oder eine forcierte Luftkühlung zur
Abführung dieser Wärmeverluste erforderlich ist. Wenn eine Drossel oder ein Transformator zur Erreichung höherer
Schutzeigenschafteil vergossen wird, verschlechtert sich automatisch die Wärmeabgabe an die Umgebung, da die thermische Leitfähigkeit der Vergussmassen in der Regel zu gering ist, um die Verlustenergien schnell genug an die Umgebung weiterleiten zu können. Im Übergangsbereich zwischen der Wicklung und dem Kern treten zudem in der Vergussmasse hohe
Temperaturgradienten auf. Die hieraus resultierenden
Temperaturspannungen führen wiederum zu starken mechanischen Verspannungen in der Vergussmasse, die zum Reißen oder Platzen der Vergussmasse führen können. Dies hat schlimmstenfalls zur Folge, dass die elektrische Vorrichtung ihre
Schutzeigenschaften verliert oder sogar funktionsunfähig wird. Die Figur 26 zeigt im Querschnitt in schemati scher , perspektivischer Darstellung ein elektrisches Bauteil in der Form einer bekannten vergossenen und wasserverkühlten,
dreiphasigen Netzdrossel. Dabei ist auf jeweils einem Kern 1, 2, 3 eine Wicklung 4, 5, 6 angeordnet. Die Kerne 1, 2 , 3 sind über insgesamt zwei Joche 7 miteinander verbunden. Die
lediglich schematisch angedeuteten Flachanschlüsse der
Wicklungen 4, 5 , 6 sind mit 8, 9 und 10 bezeichnet . Es sind Kühlkörper 11, 12, 13 vorgesehen, die zwischen den Wicklungen 4, 5, 6 und den Kernen 1, 2, 3 in der ersichtlichen Weise verlaufen . Dabei besit zen die Kühlkörper 11, 12 , 13
Metallrohre, die von einem Kühlmedium durchströmt werden .
Das gesamte, bislang erläuterte elektrische Bauteil ist in einer Vergussmasse 14 angeordnet.
Beim Betrieb dieses bekannten elektronischen Bautei les wird ein großer Teil der Verlustenergie über das Kühlmedium abtransportiert. Ein Großteil der Wicklungstemperatur kann jedoch nicht effektiv durch die Flüssigkeitskühlung abgeführt werden. Da sehr hohe Temperaturen vorherrschen, versucht ein Teil der Verlustenergie durch die Vergussmasse 14 nach außen zu dringen . Wegen der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit der Verg ssmasse ( z . B. 0,6 bis 1,2 W/m/K) verteilt sich die Verlustwärme jedoch nur sehr schlecht in der Vergussmasse, sodass am Übergang zwischen Wicklung und Joch ein sehr hoher Temperaturgradient entsteht, der zu den bereits erwähnten hohen Temperaturspannungen führt. Bedingt durch eine
vorhandene GlasUmwandlungstemperatur der Vergussmasse
entstehen somit hohe mechanische Spannungen in der
Vergussmasse . Die Vergussmasse kann daher schnell reißen oder platzen, was zum Verlust der Schutzeigenschaften, unter Umständen sogar zum Ausfall der gesamten elektrischen
Vorrichtung führen kann.
Da, wie oben geschildert, höhere Verlustleistungen wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Vergussmassen nicht in dem Maße abgeführt werden können, wie es erforderlich wäre, um eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb der
Vergussmasse zu erreichen, verzichten viele Hersteller bekanntermaßen vollständig auf ein Vergießen ihrer Produkte, da sie die thermischen Spannungen nicht auf ein notwendiges Maß reduzieren können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dahe darin, bei elektrischen Bauteilen mit wenigstens einer
Verlustleistungsquelle, die in einer Vergussmasse vergossene ist, die beim Betrieb des elektrischen Bauteiles entstehenden WärmeVerluste besser und gleichmäßiger abzuleiten,
vorzugsweise innerhalb der Vergussmasse zu verteilen und/oder gezielt zu einem Kühlmedium abzuleiten . Anders ausgedrückt sollen aufgabengemäß das Wärmemanagement und die Wärmeleitung im vorliegenden Bauteil optimiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauteil mit wenigstens einer in einer Vergussmasse angeordneten
elektrischen Verlustleistungsquelle gelöst, wobei wenigstens eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die zur Optimierung des Wärmemanagements Wärme aus dem Bereich der
Verlustleistungsquelle ableitet . Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verlustleistungsquelle wenigstens eine auf einem Kern angeordnete Wicklung oder drei Kerne umfasst, die durch ein Joch miteinander verbunden sind, wobei auf jedem Kern wenigstens eine Wicklung angeordnet ist.
Bevorzugt und effektiv im Hinblick auf das Wärmemanagement ist ein erfinderisches Bauteil, bei dem in der Vergussmasse als Kühleinrichtung wenigstens ein Wärmeleitteil vorgesehen ist, das mit einem Teilbereich direkt an oder zumindest in der Nähe der Verlustleistungsquelle angeordnet ist und mit wenigstens einem weiteren Teilbereich unterhalb eines
Öberflächenbereiches der Oberfläche der Vergussmasse verläuft. Dabei weist das Wärmeleitteil besonders vorteilhaft die Form eines Wärmeleitbleches auf, das vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer besteht . Zur effektiven Verankerung in der
Vergussmasse kann das Wärmeleitblech profiliert oder
zumindest partiell mit Löchern versehen sein. Das
Wärmeleitblech kann, streifen- oder plattenförmig ausgebildet sein. Es kann bei einer bevorzugten Ausführungsform) mit seinem Teilbereich an einer Seite einer Wicklung direkt anliegen oder in der Nähe derselben angeordnet sein, wobei wenigstens ein weiterer Teilbereich des Wärmeleitbleches ausgehend von dem Teilbereich durch die Vergussmasse und unterhalb einem Oberflächenbereich der Oberfläche der
Vergussmasse verläuft.
Die Vergussmasse besitzt bevorzugt einen rechteckigen
Querschnitt, wobei an gegenüberliegenden Seiten der
Verlustleistungsquelle jeweils ein Wärmeleitblech angeordnet ist, wobei jeweils ein Wärmeleitblech zwei sich ausgehend von dem Teilbereich zu beiden Seiten desselben erstreckende weitere Teilbereiche umfasst, von denen jeweils einer unter einem Oberflächenbereich der Oberfläche der Vergussraasse verläuft. Die Vergussmasse besitzt bei einer anderen
Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft einen rechteckigen Querschnitt, wobei drei Kerne vorgesehen sind und an
gegenüberliegenden Seifen jeder Wicklung eines Kernes jeweils ein Wärmeleitblech. angeordnet ist, wobei die Wärmeleitbleche der äußeren Kerne an den äußeren Seiten ein Wärmeleitblech aufweisen, das zwei weitere Teilbereiche umfasst, von denen jeweils einer unter einem Oberflächenbereich der Oberfläche einer Seite eines Eckbereiches des rechteckigen Querschnittes der Vergussmasse verläuft, wobei die Wärmeleitbleche der äußeren Kerne an den inneren Seiten jeweils ein Wärmeleitblech aufweisen, das zwei weitere Teilbereiche umfasst, von denen jeweils einer in der Vergussmasse an der dem inneren Kern zugewandte Seite parallel zu dem gegenüberliegenden weiteren Teilbereich des Wärmeleitbleches des benachbarten äußeren Kernes verläuft, und wobei die Wärmeleitbleche des inneren Kernes j eweils zwei weitere Teilbereiche aufweisen, von denen jeweils einer parallel zu den weiteren Teilbereichen der benachbarten äußeren Kerne verläuft . Dabei können die Enden der weiteren Teilbereiche zur besonders effektiven
Wärmeableitung um 900 abgebogene Abwinkelungen besitzen, die unter einem Oberflächenbe eich der anderen Seite der
Oberfläche des rechteckigen Querschnittes der Vergussmasse verlaufen .
Die Wärmeleitbleche können die ihnen zugewandte Seite der Wicklung ganz oder teilweise überdecken , Insbesondere kann ein Wärmeleitblech die ihm zugewandten Seiten dreier Wicklungen überdecken und vorzugsweise unterhalb wenigstens einer
Wicklung am Kern der Wicklung befestigt, vorzugsweise verschraubt sein. Zum besseren Wärmemanagement umfasst die Kühleinrichtung wenigstens einen, vorzugsweise zwei sich in Bezug auf den Kern gegenüberliegende, zwischen der Wicklung und dem Kern
angeordnete Kühlkörper, die wenigstens einen, durch ein
Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal aufweisen. Zum noch besseren Wärmemanagement umfasst die Kühleinrichtung
wenigstens einen, vorzugsweise zwei sich in Bezug auf den Kern gegenüberliegende, weitere Kühlkörper, die in der Wicklung angeordnet sind und. wenigstens einen, durch ein Kühlmedium durchströmbaren weiteren Kühlkanal aufweisen. Der Kühlkanal des Kühlkörpers und/oder der weitere Kühlkanal des weiteren Kühlkörpers sind dabei mit einer aus der Vergussmasse heraus verlaufenden Zuleitung zum Zuführen des Kühlmediums und einer aus der Vergussmasse heraus verlaufenden Ableitung zum
Ableiten des Kühlmediums verbunden. Eine besonders effektive Wärmeableitung wird erreicht, wenn der Kühlkörper und/oder der weitere Kühlkörper mit einem Wärmeleitblech wärmeleitend verbunden ist . Das Wärmeleitblech weist vorzugsweise ein U- förmiges Profil auf, wobei die Schenkel und das Querteil des □-förmigen Profils des Wärmeleitbleches eine Seite der
Wicklung kappenförmig übergreifen und wobei vom Querteil ausgehend ein lappenförmiger Bereich des Wärmeleitbleches zu dem Kühlkörper oder zu dem weiteren Kühlkörper verläuft . Zur weiteren Optimierung der Wärmeableitung sind bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Querteile zweier¬ sieh in Bezug auf den Kern gegenüber liegenden
Wärmeleitbleche durch einen am Kern anliegenden Basisbereich wärmeleitend miteinander verbunden . Dabei kann der
Basisbereich einteilig mit den Wä meleitblechen ausgebildet sein . Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Bauteil, bei dem die Kühleinrichtung wenigstens eine Heatpipe aufweist, von deren Kühlzone Wärme zu einem Kühlkörper und/oder einem weiteren Kühlkörper abgeleitet wird, wobei die Kühlzone mit dem Kühlkörper und/oder mit dem
weiteren Kühlkörper wärmeleitend in Verbindung steht. Zur Wärmeableitung aus der Wicklung kann die Wärmezone .der
Heatpipe in der Wicklung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmezone einer in der Vergussmasse eingebetteten Heatpipe an oder in. der Nähe der Wicklung angeordnet sein und steht die Kühlzone der Heatpipe mit einem Kühlkörper wärmeleitend in Verbindung.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteiles weist eine Kühleinrichtung auf, die wenigstens ein in der Vergussmasse angeordnetes Kühlrohr umfasst, das mit einer aus der
Vergussmasse heraus geführten Zuleitung zum Zuleiten eines Kühlmediums sowie mit einer aus der Vergussmasse heraus geführten Ableitung zum Ableiten des Kühlmediums verbunden ist. Das Kühlrohr kann dabei vorteilhaft seitlich neben der Wicklung oder seitlich neben den Wicklungen, vorzugsweise schlangenförmig, verlaufen . Zu besseren Wärmeableitung aus dem Bereich der Wicklung kann die Kühleinrichtung wenigstens ein in die Wicklung, vorzugsweise schrauben- oder
spiralförmig, eingewickeltes Kühlrohr umfassen, das mit einer aus der Vergussmasse heraus geführten Zuleitung zum Zuleiten eines Kühlmediums sowie einer aus der Vergussmasse heraus geführten Ableitung zum Ableiten des Kühlmediums verbunden ist .
Die Kühleinrichtung kann auch die Form eines von einem
Kühlmedium durchströmbares, flächenförmigen Kühlelementes aufweisen, das in der Vergussmasse angeordnet seitlich an oder in der Nähe der Wicklung angeordnet ist. Dabei kann zur effektiveren Wärmeableitung ein Wärmeleitblech außenseitig in der Nähe der genannten Wicklung angeordnet und mit dem
Kühlelement wärmeleitend verbunden sein.
Besonders bevorzugt weist bei einem erfindungsgemäße Bauteil die quaderförmig ausgebildete Vergussmasse einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Verlustleistungsquelle etwa in der Mitte des Querschnittes angeordnet ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figuren la und ib schematische Darstellungen zur Erläuterung des Transportes der Verlustwärme von einer
Verlustleistungsquelle eines bekannten elektrischen Bauteiles zur Oberfläche einer Vergussmasse,
Figur 2 den Abtransport der Verlustwärme der
Verlustleistungsquelle bei einem entsprechenden
erfindungsgemäßen elektrischen Bauteil,
Figur 3 einen Schnitt durch einen in einer Vergussmasse vergossenen Schenkel bzw. Kern einer Drossel oder eines
Transformators , wobei erfindungsgemäß außen an der auf der am Kern angebrachten Wicklung optimal abgewinkelte
Wärmeleitbleche vorgesehen sind, Figur 4 einen Schnitt durch die Kerne einer in einer Vergussmasse angeordneten dreiphasigen Drossel oder eines dreiphasigen Transformators,
Figur 5 in schematischer , dreidimensionaler Darstellung die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteiles gemäß Figur 26 mit Wärmeleitblechen und Kühlkörpern;
Figur 6 einen Schnitt durch das elektrische Bauteil der Figur 5,
Figuren 7 bis 25 'Weiterbildungen der Erfindung und
Figur 26 ein bekanntes elektronisches Bauteil zur Erläuterung des Standes der Technik und der Vorteile der vorliegenden
Erfindung ,
Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen . In einem elektrischen Bauteil , das in einer Vergussmasse angeo dnet ist, kann der Transport von Verlustwärme in der Vergussmasse mit der Hilfe von gut wärmeleitfähigen Wärmeleitteilen oder -blechen dadurch verbessert werden, dass diese Teile oder Bleche einerseits an oder in direkter Nähe einer in der Vergussmasse angeordneten Wärmeverlustquelle angebracht, befestigt oder platziert werden und andererseits zu
Oberflächenbereichen der Vergussmasse verlaufen, um die Verlustwärme nach außen zu transportieren. Optimalerweise werden die Wärmeleitbleche aus einem Metall mit einer thermischen Leitf higkeit, wie z. B. Aluminium oder Kupfer hergestellt. Im Falle eines elektrischen Bauteiles in der Form eines Transformators oder einer Drossel können die
Wärmeleitbleche außen an der Wicklung und/oder am Kern
angebracht werden. Die Wärmeleitbleche müssen in ihrer
Gestaltung so ausgeführt sein, dass sie eine möglichst große Fläche unter der Vergussmasse in der Nähe der Oberfläche derselben ausfüllen, um die Verlustwärme abzuleiten und gleichmäßig in der Vergussmasse verteilen zu können. Auf diese Weise können hohe, zerstörerisch wirkende Temperaturspannungen vermieden werden und auch elektrische Bauteile mit höherer Verlustleistung vergossen werden. Da die Wärmeleitbleche innerhalb der Vergussmasse und unterhalb der Oberfläche derselben verlaufen , wird die Schutzeigenschaft , die die
Vergussmasse eigentlich bieten soll, vorteilhafterweise nicht beeinträchtigt. Die Wärmeleitbleche müssen nicht direkt auf der Wicklung oder an dem Kern angebracht werden, sondern können lediglich in direkter Nähe der Wicklung oder des Kernes verlaufen, sodass auch eine Ableitung von Strömen oder ein unter Spannung Setzen vermieden werden kann. Zur besseren Stabilität können die Wärmeleitbleche partiell mit Löchern durchsetzt oder profiliert sein, um eine bessere Verankerung innerhalb der Vergussmasse sicherzustellen. Die
Wärmeleitbleche sollen so ausgestaltet sein, dass sie eine möglichst große Fläche direkt unter der Oberfläche der
Vergussmasse abdecken, sodass die Verlustwärme gleichmäßig verteilt werden kann. Die Wärmeleitbleche können auch
abgewinkelt oder gebogen geführt werden.
Ferner ist es denkbar zum verbesserte Wärmemanagement
Kühlkörper zwischen einem Kern und der Wicklung eines
elektronischen Bauteiles oder in der Wicklung eines Bauteiles vorzusehen, wobei die Kühlkörper von einem Kühlmedium
durchströmt werden. Es können auch in der Wicklung eines elektronischen Bauteiles oder in der Vergussmasse desselben sogenannte Heatpipes zur Wärmeableitung vorgesehen werden.
Dabei können die Kühlzonen der Heatpipes die mit Kühlkörpern in Verbindung stehen, die beispielsweise zwischen dem Kern einer Verlustleistungsquelle und einer den Kern umgebenden Wicklung angeordnet sind. Auf diese Weise wird in den
Heatpipes entstehende Wärme über die Kühlkörper nach außen abgeführt. Schließlich können auch an den Außenflächen der Wicklung bzw. der Wicklungen von elektronischen Bauteilen flächig ausgebildete Kühlelemente vorgesehen werden, die zum optimierten Wärmemanagement mit Wärmeleitblechen verbunden sein können, die in der Vergussmasse angeordnet sind.
Die zuvor erläuterten Maßnahmen zur verbesserten
Wärmeableitung und zum optimierten Wärmemanagement können in Abhängigkeit von speziellen Anforderungen und Ausgestaltungen der elektrischen Bauteile einzeln oder auch in Kombination getroffen werden .
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Gegenüberstellung der Darstellungen einer gemäß dem Stand der Technik in einer Vergussmasse vergossenen Verlustleistungsquelle sowie einer entsprechend der vorliegenden Erfindung in einer Vergussmasse angeordneten, mit Wärmeleitblechen versehenen Verlustleistungsquelle
erläutert .
In der ersichtlichen Weise ist gemäß Figur la eine
Verlustleistungsquelle 16, bei der es sich beispielsweise um eine Wicklung oder eine Drossel handelt, in einer Vergussmasse 14 vergossen. Wenn beim Betrieb des elektronischen Bauteiles im Bereich der Verlustleistungsquelle 16 gemäß Figur 1b Wärme entsteht, wird diese in der Richtung der Pfeile 17 zu
Bereichen der Vergussmasse 14 transportiert, die direkt an die Verlustleistungsquelle 16 angrenzen. Dies bedeutet, dass es gemäß Figur 1b an der Oberfläche 18 der Vergussmasse 14 lediglich in den an die Verlustleistungsquelle 16 angrenzenden Oberflächenbereichen 19 zur Erwärmung kommt, während die weiter von der Verlustleistungsquelle 16 entfernten
Oberflächenbereiche 20 der Vergussmasse 14 nicht erwärmt werde .
Gemäß Figur 2 sind erfindungsgemäß in der Vergussmasse 14 Wärmeleitbleche 21 angeordnet, über die ein Abtransport der von der Verlustleistungsquelle 16 erzeugten Wärme auch in von dieser weiter entfernte Bereiche der Vergussmasse 14 erfolgt. Dies bedeutet, dass sich die Temperatur gleichmäßiger über die Vergussmasse 14 und über die Oberfläche 18 derselben verteilt. Dadurch wird die Innentemperatur der Vergussmasse 14
abgesenkt .
In der erkennbaren Weise sind die Wärmeleitbleche 21 so ausgestaltet, dass sie jeweils mit einem Teilbereich 22 direkt an der Verlustleistungsquelle 16 oder in der Nähe derselben angeordnet sind und dass sie jeweils mit wenigstens einem weiteren Teilbereich 23 eine möglichst große Fläche unter der Oberfläche der Vergussmasse 14 abdecken. In dem Fall der Figur 2 ist die Verlustleistungsquelle 16 etwa im Bereich der sich kreuzenden Diagonalen des Querschnittes des elektronischen Bauteiles bzw. der Vergussmasse 14 desselben, d. h. etwa im Zentrum des Querschnittes angeordnet. Dementsprechend sind die Wärmeleitbleche 21 so ausgestaltet, dass sie mit ihrem
mittleren Teilbereich 22 direkt an der Verlust leistungsquelle 16 anliegen oder in der Nähe derselben angeordnet sind und dass sie jeweils mit weiteren Teilbereichen 23 vom mittleren Teilbereich 22 vorzugsweise zu gegenüber liegenden Seiten desselben bogenförmig von der Verlustleistungsquelle 16 weg in die Vergussmasse 14 hinein und nach außen und mit einer möglichst großen Fläche unterhalb der Oberfläche 18 der
Vergussmasse verlaufen» Zweckmäßigerweise sind sich
gegenüberliegend an beiden Seiten der Verlustleistungsquelle 16 derartige Wärmeleitbleche 21 angeordnet.
Die Figur 3 zeigt eine elektrische Vorrichtung, die derjenigen der Figur 2 entspricht, wobei die Verlustleistungsquelle 16 einen Kern 24 und eine Wicklung 27 umfasst, die den Kern 24 umgibt. Die mittleren Teilbereiche 22 der Wärmeleitbleche 21 sind an s ch gegenüberliegenden Seiten der Wicklung 27 bzw. in der Nähe derselben angeordnet, während die weiteren, äußeren Teilbereiche 23 der Wärmeleitbleche 21, wie bereits erläutert, unterhalb der Oberflächenbereiche 20 der Oberfläche 18, vorzugsweise bis zu den jeweiligen Eckbereichen der
Vergussmasse 14 verlaufen.
Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die Kerne 24, 25, 26 einer dreiphasigen Drossel oder eines dreiphasigen
Transformators, wobei die Wicklungen 27, 28, 29 auf den Kernen 24, 25, 26 angeordnet sind.
Die entsprechend den Wärmelextblechen 21 mit den Teilbereichen 22 und 23 der Figur 3 ausgebildeten Wärmeleitbleche 21 können entsprechend der Figur 4 jeweils Äbwinkelungen 30 aufweisen, die gegenüber den Teilbereichen 23 um 90° abgewinkelt sind, sodass sie zur verbesserten Wärmeableitung zu unterhalb weiterer Oberflächenbereiche 20 der Oberfläche 18 der
Vergussmasse 14 verlaufen. Insbesondere werden dabei
Oberflächenbereiche 20 verschiedener Seiten der Vergussmasse abgedeckt .
Gemäß den Figuren 5 und 6, die eine dreidimensionale
Darstellung sowie einen Schnitt des vorliegenden elektrischen Bauteiles zeigen, das etwa demjenigen der Figur 4 entspricht, können zwischen den Kernen 24, 25, 26 und den entsprechenden Wicklungen 27, 28, 29 auch die im Zusammenhang mit dem
eingangs genannten Stand der Technik und der Figur 26 bereits erläuterten Kühlkörper 12 vorgesehen sein. Aus der Figur 5 sind auch das die Kerne 24 und 25 verbindende Joch 15 sowie das die Kerne 25 und 26 verbindende Joch 15 ersichtlich. Die Wärmeleitbleche 21 sind bei dieser Ausführungsform
vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei das Querteil der ei förmigen Wärmeleitbleche 21 jeweils den mittleren Teilbereich 22 sowie davon beabstandet die weiteren Teilbereiche 23 der Wärmeleitbleche 21 in einer Ebene umfasst. Die vorzugsweise um 90° abgewinkelten Schenkel der U-förmigen Wärmeleitbleche 21 entsprechen de äußeren Abwinkelungen 30 der Wärmeleitbleche 21.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen Weiterbildungen der Erfindung, Einzelheiten der Figuren 7 bis 9, die bereits im Zusammenhang mit den anderen Figuren erläutert wurden, sind in der
entsprechenden Weise bezeichnet. Gemäß Figur 7 kann das
Wärmeleitblech 21 die Form eines Profilbleches oder einer Profilplatte aufweisen, die mit ihrer unteren Seite am Kern 24 einer die Verlustleistungsquelie 21 bildenden Drossel oder eines ransformators , beispielsweise mit einer Schraube 31 oder dergleichen befestigt ist . Dabei kann sich gemäß Figur 8 das Wärraeleitblech 21 lediglich über nur einen Teilbereich einer Seite der Wicklung 27 erstrecken. Figur 9 zeigt eine Ausführungsforra, bei der sich das Wärmeleitblech 21 über die gesamte Fläche der Seite von drei Wicklungen der Kerne 24, 25, 26 erstreckt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Wärmeleitbleche 21 den Teilbereich 22 und die weiteren Teilbereiche 23 auch in einer Ebene umfassen können, wobei dann sowohl der Teilbereich 22 als auch die Teilbereiche 23 unterhalb der Oberfläche der Vergussmasse 14 verlaufen. Gemäß Figur 10, die einen. Schnitt entlang der Linie X-X der Figur 6 zeigt, können die beiden sich in Bezug auf den Kern 24 gegenüberliegenden
Wärmeleitblechen 21, 21 bodenseitig durch einen Basisbereich 32 miteinander verbunden sein, wobei der Basisbereich 32 zur weiteren Optimierung der Wärmeableitung vom Kern 24 zu den Wärmeleitblechen 21 dient. Die Wärmeleitbleche 21 und der Basisbereich 32 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Basisbereich kann innerhalb oder außerhalb der Vergussmasse 14 verlaufen .
Im Zusammenhang mit der Figur Ii wird im Folgenden eine
Weiterbildung der Erfindung erläutert, bei der als
Kühleinrichtung Kühlkörper 12 vorgesehen sind, wobei die von der Verlustleistungsquelle 16 erzeugte Wärme über
Wärmeleitbleche 21 direkt zu den Kühlkörpern 12 geleitet wird. Einzelheiten der Figur 11, die bereits im Zusammenhang mit den vorangehenden Figuren erläutert wurden, sind in der
entsprechenden Weise bezeichnet. Die Verlustleistungsquelle 16 besteht gemäß Figur 11 aus einem Kern 24, auf dem eine
Wicklung 27 angeordnet ist. Der Kühlkörper 12 ist dabei vorzugsweise zwischen dem Kern 24 und der Wicklung 27 angeordnet. Vorzugsweise sind an zwei sich gegenüberliegenden. Seiten des Kernes 24 Kühlkörper 12 in dieser Weise vorgesehen. Die Kühlkörper 12 bestehen in der dargestellten Weise jeweils aus einem wärmeleitenden Teil, das beispielsweise aus Kupfer oder einem, anderen wärmeleitenden Metall besteht , in dem wenigstens ein von einem. Kühlmedium durchstxömter Kühlkanal 33 angeordnet ist. Bei dem genannten Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um Wasser.
Die Wärmeleitbleche 21 weisen vorzugsweise ein U-förmiges Profil auf, wobei die Schenkel 34 und das Querteil 35 des U- förmigen Profils des Wärmeleitbleches 21 eine Seite der
Wicklung 27 kappenförmig übergreifen und wobei vom Querteil 35 ausgehend ein lappenförmiger Bereich 36 jeweils direkt zu dem benachbarten Kühlkörper 12 verläuft. Auf diese Weise wird die außenseitig an der Wicklung 27 erzeugte Wärme über die
Schenkel 34, das Querteil 35 und den lappenförmigen Bereich 3, zum Kühlkörper 12 geleitet. Vorzugsweise sind sich
gegenüberliegend an der Wicklung 27 zwei derartige
Wärmeleitbleche 21 und Kühlkörper 12 angeordnet. Bodenseitig können die Querteile 35 gemäß Figur 10 durch einen
Basisbereich 32 miteinander verbunden sein, über den am Kern 24 erzeugte Wärme zu den Wärmeleitblechen 21 abgeführt wird. Dabei kann der Basisbereich 32 einteilig mit den
Wärmeleitblechen 21 ausgebildet sein .
Die Figur 12 zeigt eine Weiterbildung des Bauteiles der
Figuren 10 und 11, wobei jedoch in der Vergussmasse 14 eine Verlustleistungsquelle 16 vorgesehen ist , die nebeneinander drei Kerne 24 , 25, 26 umfasst , die jeweils entsprechend dem. Kern 24 der Figur 11 ausgestaltet sind. Demgemäß weist jeder Kern 24, 25, 26 jeweils eine Wicklung 27, 28 bzw. 29 auf. Die an jedem Kern 24, 25, 26 vorgesehenen Kühlkörper 12 sind entsprechend dem Kühlkörper 12 der Figur 11 ausgestaltet.
Ebenso sind an jedem Kern 24, 25, 26 Wärmeleitbleche 21 vorgesehen, die denjenigen des Bauteiles der Figur 11
entsprechen .
Das Kühlmedium, bei dem es sich vorzugsweise um Wasser
handelt, wird den Kühlkanälen 33 vorzugsweise an der oberen Seite der Kühlkörper 12 über eine Zuleitung 37 zugeführt. Nach dem Durchströmen der Kühlkanäle 33 wird das erwärmte
Kühlmedium, über eine Ableitung 38 vorzugsweise ebenfalls an der oberen Seite der Kühlkörper 12 dem Kühlsystem entnommen. Dabei sind die Kühlkanäle 33 der Kühlkörper 12 vorzugsweise an den unteren Seiten der Kühlkörper 12 miteinander verbunden. Die Figur 13 zeigt die Anordnung der Figur 12 in einer
perspektivischen Darstellung, wobei die zuvor erwähnten
Verbindungen der Kühlkörper 12 mit der Zuleitung 37 und der Ableitung 38 deutlich zu erkennen sind.
Die Figuren 14 bis 16 zeigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, bei denen sogenannte Heatpipes vorgesehen sind, die zur Verbesserung des Wärmemanagements von der
Verlustleistungsquelle 16 erzeugte Wärme an die Kühlkörper 12 übertragen, Einzelheiten der Figuren 14 bis 16, die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 11 bis 13 erläutert wurden, sind in der entsprechenden Weise bezeichnet. Bei der
Ausführungsform der Figur 14 umfasst die
Verlustleistungsquelle 16 einen Kern 24 und eine Wicklung 27, während sie bei der Ausführungsform der Figuren 15 und 16 drei Kerne 24, 25, 26 und demgemäß drei Wicklungen 27, 28, 29 aufweist . In der ersichtlichen Weise sind bei der Ausführungsform der Figur 14 gemäß der Figur 11 zwischen der Wicklung 27 und dem Kern 24 der Verlustleistungsquelle 16 Kühlkörper 12
vorgesehen. Entsprechend sind solche Kühlkörper 12 auch bei der Ausführungsform der Figur 15 zwischen den Kernen 24, 25, 26 und den Wicklungen 27, 28, 29 angeordnet.
Gemäß den Figuren 14 bis 16 ist es denkbar, in der bzw. in den Wicklungen 24 bzw. 24, 25, 26 die bereits erwähnten Heatpipes
39 anzuordnen . Eine an sich bekannte Heatpipe ist ein
rohrförmiger Wärmeübertrager, der unter der Nutzung der
Verdampfungswärme eines flüssigen Mediums in. einem
geschlossenen Kreislauf eine große Wärmemenge zwischen einer Wärmezone, in der das Medium verdampft, und ei ner Kühlzone , in der das Medium kondensiert , transportieren kann . Dabei wird das flüssige, kondensierte Medium über Kapillaren zur
Wärmezone zurückgeführt. Zur Optimierung des Wärmemanagements kann daher bei der Anwendung solcher Heatpipes in den
Wicklungen 27, 28, 29 entstehende Wärme direkt von den
Kühlzonen der Heatpipes 39 zu den Kühlkörpern 12 abgeleitet werden. Zu diesem Zweck stehen die Kühlzonen der Heatpipes 39 mit den Kühlkörpern 12 physikalisch in Verbindung, während die in den Wicklungen 27, 28, 29 angeordneten Wärmezonen der Heatpipes 39 den Wärmebereichen derselben entsprechen.
Gemäß Figur 15 ist es auch denkbar, in der Vergussmasse 14 seitlich neben den Wicklungen 27, 28, 29, wie am Beispiel der Wicklung 27 gezeigt, vorzugsweise zusätzlich Heatpipes 40 anzuordnen. Gemäß Figur 16 stehen die Kühlzonen der Heatpipes
40 mit Kühlkörpern 12 physikalisch in Verbindung, während die in der Vergussmasse 14 angeordneten Bereiche der Heatpipes 40 den Wärmezonen derselben entsprechen. Im folgenden wird, im Zusammenhang mit den Figuren 17 und 18 eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei der in der Vergussmasse 14 gemäß Figur 17 außen an den Wicklungen 27, 28, 29 der Kerne 24, 25, 26 eine Kühleinrichtung in der Form eines Kühlrohres 41 angeordnet ist, um Wärme von den
Wicklungen 27, 28, 20 abzuführen. Dabei verlaufen derartige Kühlrohre 41 vorzugsweise schlangenförmig und in der
Vergussmasse 14 elektronisch isoliert an gegenüberliegenden Seiten (Figur 18} der Wicklungen 27, 28, 29, Die Anschlüsse des Kühlrohres 41 sind mit 42 und 43 bezeichnet.
Gemäß den Figuren 19 und 20 ist es auch denkbar, Kühlrohre 44 jeweils direkt in die Wicklungen 27, 28, 29 einzuwickeln, um von den Wicklungen 27, 28, 29 erzeugte Wärme abzuleiten.
Vorzugsweise verlaufen die Kühlrohre 44 dabei jeweils
schraubenförmig in den Wicklungen 27, 28, 29.
Die Figuren 21 bis 23 zeigen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, bei der zur Verbesserung des Wärmemanagements neben den Kühlkörpern 12, die jeweils zwischen einem Kern und der zugehörigem Wicklung angeordnet sind, weitere Kühlkörper 13 vorgesehen sind, die jeweils in die Wicklungen 27, 28, 29 eingewickelt sind. Einzelheiten der Figuren 21 bis 23, die bereits im Zusammenhang mit den Figuren 11 bis 13 bzw. 14 bis 16 erläutert wurden, sind in der entsprechenden Weise
bezeichnet. Bei der Ausführungsform, der Figur 21 umfasst die Verlustleistungsquelle .16 einen Kern 24 und eine Wicklung 27, während sie bei der Ausführungsform der Figuren 22 und 23 drei Kerne 24, 25, 26 und demgemäß drei Wicklungen 27, 28, 29 aufweist . In der ersichtlichen Weise sind bei der Äusführungsform der Figur 21 zwischen der Wicklung 27 und dem Kern 24 der
Verlustleistungsquelle 16 Kühlkörper 12 vorgesehen.
Entsprechend sind solche Kühlkörper 12 auch bei der
Ausführungsform der Figuren 22 und 23 zwischen den Kernen 24, 25, 26 und den Wicklungen 27, 28, 29 angeordnet.
Gemäß den Figuren 24 und 25 kann an der Außenseite der
Verlustleistungsquelle 16 bzw, der Wicklung 24. bzw. der Wicklungen 27, 28, 29 als Kühleinrichtu g ein von einem
Kühlmedium durchströmtes , flächenförmiges Kühlelement 47 angeordnet und in der Vergussmasse 14 vergossen sein, über das von den Wicklungen 27, 28, 29 erzeugte Wärme nach außen abgeführt werden kann. Dabei ist es denkbar, die bereits erwähnten Wärmeleitbleche 21 außenseitig in der Nähe der genannten Wicklungen vorzusehen und mit den Kühlelementen 47 physikalisch zu verbinden, um die Wärmeübertragung von den Wicklungen 27, 28, 29 zu den Kühlelementen 47 zu verbessern.
Bezugszeichen
1 Kern
2 Kern
3 Kern
4 Wicklung
5 Wicklung
6 Wicklung
7 Joch
8 Flachanschluss
9 Flachanschluss
10 Flachanschluss
11 Kühlkanal
12 Kühlkörper
13 Kühlkörper
14 Vergussmasse
15 Joch
16 Verlustleistungsquelle
17 Pfeil
18 Oberfläche
19 Oberflächenbereich
20 Oberflächenbereich
21 Wärmeleitblech Teilbereich Teilbereich Kern
Kern
Kern
Wicklung Wicklung Wicklung Abwickelung Schraube Basisbereich Kühlkanal Schenkel Querteil Bereich Zuleitung Ableitung Heatpipe Heatpipe Kühlrohr Anschluss Anschluss Kühlrohr Anschluss Anschluss Kühlelement

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauteil mit wenigstens einer in einer
Vergussmasse (14) angeordneten elektrischen
Verlustleistungsquelle (16) , dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die zur Optimierung des Wärmemanagements Wärme aus dem Bereich der Verlustleistungsquelle (16) ableitet.
2. Bauteil nach Anspruc 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustleistungsquelle (16) wenigstens eine auf einem Kern (24) angeordnete Wicklung (27) urnfasst.
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlustleistungsquelle (16) drei Kerne (24, 25, 26) umfasst, die durch ein Joch (7) miteinander verbunden sind, wobei auf jedem Kern (24, 25, 26} wenigstens eine Wicklung (27, 28, 29) angeordnet ist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Vergussmasse (14) als Kühleinrichtung wenigstens ein Wärmeleitteil vorgesehen ist, das mit einem Teilbereich (22 ) direkt an oder zumindest in der Nähe der
Verlustleistungsquelle (16) angeordnet ist und mit wenigstens einem weiteren Teilbereich (23) unterhalb eines Oberflächenbereiches (20) der Oberfläche (18) der Vergussmasse (14) verläuft. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das das Wärmeleitteil die Form eines Wärmeleitbleches (21) aufweist, das vorzugsweise aus Aluminium oder
Kupfer besteht.
6. Bauteil nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (21) zur effektiven Verankerung in der Vergussmasse (14) profiliert oder zumindest partiell mit Löchern versehen ist.
7. Bauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (21)
streifen- oder plattenformig ausgebildet ist.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (21} mit seinem Teilbereich (22) an einer Seite einer Wicklung (27) direkt anliegt oder in der Nähe derselben angeordnet ist und dass wenigstens ein weiterer Teilbereich (23) des Wärmeleitbleches (21) ausgehend von dem Teilbereich (22) durch die Vergussmasse (14 ) und unterhalb einem Oberflächenbereich ( 20 ) der Oberfläche ( 18 ) der Vergussmasse ( 14 } verläuft .
9, Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse ( 14 ) einen rechteckigen Querschnitt besitzt, wobei drei Kerne (2 , 25, 26) vorgesehen sind und an gegenüberliegenden Seiten der
Verlustleistungsguelle (16) jeweils ein
Wärmeleitblech (21 ) angeordnet ist , wobei jeweils ein Wärmeleitblech (21) zwei sich ausgehend von dem Teilbereich (225 zu beiden Seiten desselben
erstreckende weitere Teilbereiche (23) umfassf, von denen jeweils einer unter einem Oberflächenbereich (20 ) der Oberfläche (14) der Vergussmasse (14) verläuft .
Bauteil nach Anspruch 9, in Verbindung mit Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (14) einen rechteckigen. Querschnitt besitzt, wobei an gegenüberliegenden Seiten jeder Wicklung (27, 28, 29) eines Kernes (24, 25, 26) jeweils ein Wärmeleitblech (21) angeordnet ist, wobei die Wärmeleitbleche (21) der äußeren Kerne an den äußeren Seiten ein
Wärmeleitblech (21) auf eisen, das zwei weitere
Teilbereiche (23) urafasst, von denen jeweils einer unter einem Oberflächenbereich (20) der Oberfläche (14) einer Seite eines Eckbereiches des rechteckigen Querschnittes der Vergussmasse (14) verläuft, wobei die Wärmeleitbleche (21) der äußeren Kerne an den inneren Seiten jeweils ein Wärmeleitblech (21) aufweisen, das zwei weitere Teilbereiche (23) umfasst, von denen jeweils einer in der Vergussmasse (14) an der dem inneren Kern zugewandte Seite
parallel zu dem gegenüberliegenden weiteren
Teilbereich (23) des Wärmeleitbleches (21) des benachbarten äußeren Kernes verläuft, und wobei die Wärmeleitbleche (21) des inneren Kernes jeweils zwei weitere Teilbereiche (23) aufweisen, von denen jeweils einer parallel zu den weiteren Teilbereichen (23) der benachbarten äußeren Kerne verläuft, Bauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Enden der v/eiteren
Teilbereiche (23) um 90° abgebogene Abwinkelungen (30) besitzen, die unter einem Öberflächenbereich (20) der anderen Seite der Oberfläche (18) des rechteckigen Querschnittes der Vergussmasse (14) verlaufen ,
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitbleche (21) die ihnen zugewandte Seite der Wicklung (27, 28, 29) ganz oder teilweise überdecken,
Bauteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitblech (21) die ihm zugewandten Seiten dreier Wicklungen (27, 28, 29) überdeckt .
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (21)
unterhalb wenigstens einer Wicklung (27, 28, 29) am Kern (24, 25, 26} der Wicklung (27, 28, 29)
befestigt, vorzugsweise verschraubt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen, vorzugsweise zwei sich in Bezug auf den Kern gegenüberliegende, zwischen der Wicklung (27, 28, 29) und dem Kern (24, 25, 26) angeordnete Kühlkörper (12} umfasst, die wenigstens einen, durch ein Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal (33) aufweisen. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen, vorzugsweise zwei sich in Bezug auf den Kern gegenüberliegende, weitere Kühlkörper (13) umfasst, die in jeweils in einer Wicklung angeordnet sind und wenigstens einen, durch ein Kühlmedium
durchströmbaren weiteren Kühlkanal (11) aufweisen.
Bauteil nach Anspruch 15 oder 16 , dadurch
gekennzeichnet, dass der Kühlkanal ( 33 ) des
Kühlkörpers ( 12 ) und/oder der weitere Kühlkanal ( 11 ) des weiteren Kühlkörpers ( 13 ) mit einer aus der Vergussmasse (14) heraus verlaufenden Zuleitung (37) zum Zuführen des Kühlmediums und einer aus der
Vergussmasse (14) heraus verlaufenden Ableitung ( 38 ) zum Ableiten des Kühlmediums verbunden sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper ( 12 ) und/oder de weitere Kühlkörper (13) mit einem Wärmeleitblech (21 wärmeleitend verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitblech (21) vorzugsweise ein eiförmiges Profil aufweist, wobei die Schenkel ( 34 ) und das Querteil ( 35 ) des U-förmigen Profils des
Wärmeleitbleches (21) eine Seiten der Wicklung (27, 28, 29) kappenförmig übergreifen und wobei vom Querteil (35) ausgehend ein lappenförmiger Bereich (36) des Wärmeleitbleches (21) zu dem Kühlkörper (12) oder zu dem weiteren Kühlkörper ( 13 ) verläuft .
20. Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Querteile ( 35 ) zweier sich in Bezug auf den Kern (14 , 25, 26) gegenüber liegender Wärmeleitbleche (21 ) durch einen am Kern (24, 25, 26) anliegenden Basisbereich (32) wärmeleitend miteinander verbunden sind .
21. Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass der Basisbereich (32) einteilig mit den
Wärmeleitblechen (21) ausgebildet ist.
22. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens eine Heatpipe (39) umfasst, von deren Kühlzone Wärme zu einem Kühlkörper (12) und/oder einem weiteren Kühlkörper (13) abgeleitet wird, wobei die Kühlzone mit dem Kühlkörper (12) und/oder mit dem weiteren Kühlkörper (13) wärmeleitend in Verbindung steht.
23. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezone der Heatpipe (3) in der Wicklung (27, 28, 29) angeordnet ist.
24. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezone der in der Vergussmasse (14) eingebetteten Heatpipe (40) an oder in der Nähe der Wicklung (27, 28, 29) angeordnet ist und dass die Kühlzone der Heatpipe (40) mit einem Kühlkörper ( 12 ) wärmeleitend in Verbindung steht
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens ein in der Vergussmasse (14 ) angeordnetes Kühlrohr (41 ) umfasst, das mit einer aus der Vergussmasse (14) heraus geführten uleitung (42) zum Zuleiten eines Kühlmediums sowie einer aus der Vergussmasse ( 14 ) heraus geführten Ableitung zum Ableiten des
Kühlmediums verbunden ist.
26. Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
dass, das Kühlrohr (41) seitlich neben der Wicklung (27 ) oder seitlich neben den Wicklungen (27, 28, 29) , vorzugsweise schlangenförmig, verläuf .
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens ein in die Wicklung (27, 28, 29) , vorzugsweise schrauben- oder spiralförmig eingewickeltes Kühlrohr (44 ) umfasst, das mit einer aus der Vergussmasse (14 ) heraus geführten Zuleitung (44) zum Zuleiten eines Kühlmediums sowie einer aus der Vergussmasse (14) heraus geführten Ableitung (45) zum Ableiten des Kühlmediums verbunden ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 27 , dadurc gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung ein von einem Kühlmedium durchströmbares, flächenförmiges Kühlelement (47) umfasst , d s in der Vergussmasse
(14) angeordnet seitlich an oder in der Nähe der Wicklung (27, 28, 29) angeordnet ist.
Bauteil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wä meleitblech (21) außenseitig in der Nähe de genannten Wicklung (2 , 28 , 29 angeordnet und mit dem Kühlelement (45) wärmeleitend verbunden ist
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die quaderförmig ausgebildete Vergussmasse (14) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Verlustleistungsquelle (16) etwa in der Mitte des Querschnittes angeordnet ist.
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