WO2021228555A1 - Antrieb mit gekühlten anschlusskasten - Google Patents

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WO2021228555A1
WO2021228555A1 PCT/EP2021/061168 EP2021061168W WO2021228555A1 WO 2021228555 A1 WO2021228555 A1 WO 2021228555A1 EP 2021061168 W EP2021061168 W EP 2021061168W WO 2021228555 A1 WO2021228555 A1 WO 2021228555A1
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WO
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holding part
cooling plate
circuit board
power module
drive according
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PCT/EP2021/061168
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Degen
Sascha Jochem
Marc HAMMER
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to CN202180035350.XA priority patent/CN115668704A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0026—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units
    • H05K5/0082—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus provided with connectors and printed circuit boards [PCB], e.g. automotive electronic control units specially adapted for transmission control units, e.g. gearbox controllers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/2049—Pressing means used to urge contact, e.g. springs
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • a semiconductor device is known from DE 102012 202 785 A1.
  • a motor control device is known from DE 11 2007 002 019 T5.
  • a heat sink in a PC is known from US 2006/0275 100 A1.
  • a power converter is known from US 2015/0 123261 A1.
  • the invention is therefore based on the object of designing a drive to be produced in a simple manner.
  • connection box has a lower part and a cover part connected to the lower part, a power module, in particular a heat-generating power module, being connected to a cooling plate, the cooling plate having a holding part is connected, the holding part being arranged pressed against the cover part, in particular towards the inside of the cover part, by at least one spring part supported on the lower part.
  • the power module including the cooling plate can be designed in a precompleted manner.
  • the cover part can thus be removed and the power module, to which the cooling plate is also connected, is nevertheless held by the holding part.
  • a simple production in particular also the wiring within the connection box, in particular with the cover part removed, can be carried out.
  • the power module is also held by the holding part, which is attached to the lower part. This guarantees a robust structure.
  • the holding part surrounds one connected to the power module
  • PCB stack form-fitting. In this way, the electronics fitted on it are also arranged in a protected manner.
  • the power module is fitted on a first printed circuit board of a printed circuit board stack, the printed circuit board stack having at least one second printed circuit board which is aligned parallel to the first printed circuit board.
  • the first and second circuit boards are connected at least by means of a pin which is pushed through these circuit boards, in particular and is soldered to the circuit boards.
  • the cover part has cooling ribs and / or cooling fingers on its surface, in particular on its outer surface.
  • the advantage here is that improved heat dissipation can be achieved.
  • the holding part has a recess, the power module protruding through the recess, in particular towards the cooling plate.
  • the advantage here is that improved heat dissipation can be achieved. This is because the cooling plate can be produced from a thermally more conductive material than the holding part and thus enables the heat generated by the power module to be introduced directly, i.e. not indirectly via the holding part. Thus, the holding part can then be produced from a more stable material than the cooling plate.
  • the first printed circuit board is arranged on the side of the holding part facing away from the cooling plate.
  • the cooling plate covers, covers and / or closes the recess.
  • the spring part is arranged between the holding part and the lower part.
  • the advantage here is that the spring part can be supported on the lower part and the holding part can be acted upon from the spring part to the cover part hi, that is away from the lower part, with the spring force generated by the spring part.
  • the spring part is thus arranged preloaded in the connection box between the holding part and the lower part.
  • the movement of the holding part is guided by means of a guide means.
  • the advantage here is that a robust mode of operation can be achieved.
  • the movement of the holding part is limited by means of a limiting means.
  • the advantage here is that the pre-completed unit can be held together by means of the holding means, because the holding means remains on the lower part through the delimiting means, in particular therefore cannot move further from the latter than is predetermined by the delimiting means.
  • a bush acts as a guide means.
  • the advantage here is that the spring part can be moved back and forth along the socket.
  • either a screw with a screw head and screwed into a threaded hole in the lower part or a bolt inserted or screwed into a hole in the lower part with a nut screwed onto a threaded area of the bolt acts as the limiting means.
  • the advantage here is that simple and inexpensive manufacture can be achieved. In particular, very inexpensive parts can be used.
  • the spring part in particular the spring part designed as an annular spring, is slipped onto the bushing or a bushing, the bushing protruding through a further recess in the holding part, in particular the bushing resting against the limiting means, especially against a washer, on a nut or on a screw head.
  • the advantage here is that the spring part is guided and thus a means that is easy to manufacture and in which a safe mode of operation can be carried out can be used.
  • one or the bolt protrudes through the socket, in particular and thus also through the holding part, the bolt being inserted or screwed into the lower part and having a or the limiting means on the side of the holding part facing away from the lower part or with the or is connected to a limiting means.
  • the bolt carries the limiting means which limits the freedom of movement, in particular the play, of the holding part.
  • the holding means can indeed back and forth along the socket move forward, but this movement is limited by a limiting means.
  • the lower part connected to the stack of printed circuit boards is thus configured in a precompleted manner.
  • the holding part has a preferably flat base area, the holding part having that recess through which the power module protrudes, in particular to the cooling plate, with arm areas of the holding part adjoining the base area, the arm areas all being spaced from one another, in particular in the circumferential direction based on a normal direction of a plane receiving a printed circuit board of the printed circuit board stack, in particular each arm region having a recess through which a respective socket protrudes.
  • the advantage here is that the arm areas laterally delimit the stack of printed circuit boards and thus this stack of printed circuit boards is held in a form-fitting manner.
  • the arm areas enable a large distance to be provided between the cover part and the lower part, in particular a greater distance than the extent from the contact area of the spring part with the lower part to the contact area of the cooling plate on the inside of the cover part.
  • each arm area has at least two bending points, in particular opposing one another, in particular wherein the amount of the bending angle of each bending point is between 70 ° and 110 °, in particular 90 °.
  • the advantage here is that a large distance between the cover part and the lower part can be bridged.
  • the distance between the area of the spring part touching the lower part and the area of the cooling plate touching the cover part is greater than the expansion of the circuit board stack including the power module and cooling plate, or greater than the sum of the expansion of the spring part and the expansion of the circuit board stack including the power module and cooling plate, the extent being measured in the normal direction of a plane accommodating a circuit board of the circuit board stack.
  • the distance between the bore of the lower part receiving the bolts and the contact area of the cooling plate and the cover part is greater than the extent of the circuit board stack including the power module and cooling plate, the extent being measured in the normal direction of a plane receiving a circuit board of the circuit board stack.
  • a plug connector part is fitted on a third printed circuit board of the printed circuit board stack, which connector part can be plugged into a mating connector part, with the contacts of which stator winding lines of the electric motor of the drive are connected, in particular are connected in an electrically conductive manner, and / or with the contacts of which a cable gland is routed Bus line and / or supply line are connected, in particular are connected in an electrically conductive manner.
  • the cooling plate is made of metal, in particular aluminum, wherein the holding part is made of metal, in particular steel, wherein the cover part is made of metal, in particular aluminum.
  • FIG. 1 shows a front view of a drive according to the invention with a connection box having a cover part.
  • FIG. 2 shows a side view of the drive with the cover part removed.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the area of the connection box.
  • FIG. 4 shows an oblique view of the drive with the cover part removed.
  • FIG. 5 a front view of a holding part 21 with a printed circuit board stack 22 is shown.
  • FIG. 6 a cross section through the holding part 21 and the printed circuit board stack 22 is shown.
  • FIG. 7 shows a top view of the connection box with the cover part 2 removed.
  • the drive has an electric motor, in particular with a gear, the connection box of the electric motor having a lower part 1 and a cover part 2 placed thereon to form the connection box.
  • the cover part 2 has cooling ribs in particular on its outside facing away from the electric motor.
  • a printed circuit board stack 22 is arranged in the connection box.
  • a first of the circuit boards 61 is equipped with a power module 65 which has controllable semiconductor switches, in particular MOSFET or IGBT.
  • the semiconductor switches are preferably arranged in three half-bridges connected in parallel to one another, so that they form an inverter from which the electric motor can be fed and can thus be operated in a speed-controlled manner.
  • a second printed circuit board 62 of the printed circuit board stack 22 is equipped with signal electronics which generate the, in particular, pulse-width-modulated control signals for the controllable semiconductor switches of the first printed circuit board 61.
  • a third circuit board 63 of the circuit board stack 22 is equipped with a connector part.
  • the first circuit board 61, the second circuit board 62 and the third circuit board 63 are connected by means of pins which, in particular, are inserted through these circuit boards (61, 62, 63) and are soldered together.
  • the circuit board stack 22 formed in this way is pressed against the cooling plate 20 with its power module 65.
  • the heat flow generated by the power module 65 is thus spread out in the cooling plate 20 and dissipated to the environment by pressing the cooling plate 20 against the cover part 2, in particular against the inside of the cover part 2.
  • the cover part 2 has cooling ribs on its outside, so that heat is dissipated to the environment through the enlarged surface.
  • the pressing of the stack of printed circuit boards 22 is brought about by spring parts 51 which are pushed onto sockets 60 and are supported on the one hand on the lower part 1 and on the other hand on a holding part 21 on which the cooling plate 20 rests, so that the holding part 21 acted upon by the spring parts 51 with force the cooling plate 20 presses against the cover part 2, in particular against the inside of the cover part 2.
  • Thermally conductive paste can also preferably be arranged between the cooling plate 20 and the cover part 2.
  • the holding part 21 is thus arranged on the side of the cooling plate 20 facing away from the cover part 2.
  • a bolt 50 protrudes through the respective socket 60, the first end region of which is at least partially inserted into a bore in the lower part 1 or the first end region of which is designed as a threaded region and is screwed into a threaded bore in the lower part 1.
  • the other end area of the bolt 50 has a threaded area onto which a nut 52 is screwed, on which a perforated disk 53 rests, which rests on the bushing 60.
  • the spring part 51 thus presses the holding part 21 in the direction of the perforated disk 53, in particular the washer.
  • the holding part 21 is pressed in the direction of the cover part 2 and therefore the cooling plate 20 is pressed onto the inside of the cover part 2.
  • the cooling plate 20 is connected to the holding part 21 by means of first screws 71.
  • the cooling plate 20 is connected to the power module 65 of the circuit board stack 22 by means of second screws 72.
  • the holding part 21 is preferably designed as a stamped and bent part.
  • the holding part 21 has a recess through which the power module 65 protrudes, in particular in order to be connectable to the cooling plate 20 resting on the holding part 21.
  • the first screws 71 are screwed with their threaded area into the holding part 21, in particular into a hole made there. The head of a respective screw 71 presses the cooling plate 20 onto the holding part 21.
  • the second screws 72 are screwed with their threaded area into the power module 65, in particular into a hole made there.
  • the head of a respective screw 72 presses the cooling plate 20 onto the power module 65.
  • the holding part 21 has a preferably flat base region which has the recess through which the power module 65 protrudes towards the cooling plate.
  • Arm areas are connected to the base area, the arm areas all being spaced apart from one another and each having a recess through which the respective bushing 60 protrudes, the respective bolt 50 protruding through this respective bushing 60.
  • the printed circuit board stack 22 together with the power module 65 is arranged in a protected manner within the connection box of the drive so that the cover part 2 and the lower part 1 surround it to form the housing.
  • a mating connector part can be connected to the connector part 64 fitted on the third circuit board 63, so that the lines of the stator winding coming from the electric motor of the drive can be electrically connected and / or the lines coming from an electrical AC voltage source.
  • the circuit board stack 22 preferably functions as a converter, so that the speed or the torque of the electric motor can be regulated.
  • Each arm area has two bending points, each of which has a bending of 90 °, in particular wherein the first bending point is designed in the opposite direction to the second bending point.
  • spring parts 51 can be used which are less extended in the direction of the central axis of the bolt 50 or the socket 60 than the stack of printed circuit boards.
  • the distance between the bore of the lower part 1 receiving the bolts 50 and the contact area of the cooling plate 20 and the cover part 2 is greater than the expansion of the printed circuit board stack 22 including the power module 65 and cooling plate 20.
  • This central axis is preferably aligned parallel to the normal direction of that plane which contains one of the printed circuit boards (61, 62, 63) aligned parallel to one another.
  • a data bus line is routed through a cable bushing arranged in the wall of the lower part 1 to the connector part 64 of the printed circuit board stack 22.
  • the holding part 21 surrounds the printed circuit board stack 22 with its arm regions in a spider-like and / or claw-like manner.
  • the circuit boards (61, 62, 63) are preferably positively received in the holding part 21, since at least one arm area is arranged on each of the side surfaces of the circuit board stack 22 not facing the lower part 1.
  • a differently designed limitation for the freedom of movement of the holding part is implemented.
  • the bushing 60 is omitted and the bolt has a widening instead of a screwed-on nut 52 and an attached perforated washer 53.
  • a screw with a screw head can also be screwed into a threaded hole in the lower part 1.
  • a bushing for guiding the spring part 51 is not necessary either, since the screw or the bolt 50 can take over the guiding.
  • a smooth surface is preferably implemented on the screw or on the bolt 50.
  • first circuit board of the circuit board stack 22 62 second circuit board of the circuit board stack 22

Abstract

Anschlusskasten mit einem Antrieb, wobei der Anschlusskasten ein Unterteil (1) und ein mit dem Unterteil (1) verbundenes Deckelteil (2) aufweist. Ein Leistungsmodul ist auf einem Leiterplattenstapel (22) angeordnet und mit einer Kühlplatte (20) verbunden. Zusätzlich ist die Kühlplatte (20) mit einem Halteteil (21) verbunden, welches von zumindest einem am Unterteil (1) abgestützten Federteil (51) zum Deckelteil (2) hingedrückt angeordnet ist.

Description

Beschreibung:
ANTRIEB MIT GEKÜHLTEN ANSCHLUSSKASTEN
Aus der DE 10328228 B4 ist ein als Umrichtermotor mit Getriebe ausgeführter Antrieb, insbesondere Kompaktantrieb, bekannt.
Aus der DE 102018 000 961 A1 ist eine elektronische Anordnung mit Leistungsmodul bekannt.
Aus der DE 102011 005 890 A1 ist ein Elektronikgerät mit Schaltungsträger in einem Einschubgehäuse bekannt.
Aus der DE 102012 202 785 A1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt.
Aus der DE 102 39 512 A1 ist eine Anordnung zur Unterbringung der Leistungs- und Steuerelektronik eines Elektromotors bekannt.
Aus der DE 11 2007 002 019 T5 ist eine Motorsteuervorrichtung bekannt.
Aus der US 2006 / 0275 100 A1 ist eine Wärmesenke bei einem PC bekannt.
Aus der US 2015 / 0 123261 A1 ist ein Leistungsumrichter bekannt.
Aus der US 2013 / 0250 523 A1 ist eine Kühlanordnung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Herstellung eines Antriebs auszubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antrieb nach den in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antrieb, insbesondere Kompaktantrieb, mit Anschlusskasten sind, dass der Anschlusskasten ein Unterteil und ein mit dem Unterteil verbundenes Deckelteil aufweist, wobei ein Leistungsmodul, insbesondere ein wärmeerzeugendes Leistungsmodul, mit einer Kühlplatte verbunden ist, wobei die Kühlplatte mit einem Halteteil verbunden ist, wobei das Halteteil von zumindest einem am Unterteil abgestützten Federteil zum Deckelteil, insbesondere zur Innenseite des Deckelteils, hingedrückt angeordnet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass das Leistungsmodul samt Kühlplatte vorkomplettiert ausbildbar ist. Somit ist das Deckelteil entfernbar und trotzdem das Leistungsmodul vom Halteteil gehalten, mit dem auch die Kühlplatte verbunden ist. Auf diese Weise ist eine einfache Herstellung, insbesondere auch der Verdrahtung innerhalb des Anschlusskastens, insbesondere bei entferntem Deckelteil, ausführbar. Durch die Vorkomplettierung ist das Leistungsmodul auch vom Halteteil gehalten, das am Unterteil befestigt ist. Somit ist ein robuster Aufbau gewährleistet. Darüber hinaus umgibt das Halteteil einen mit dem Leistungsmodul verbundenen
Leiterplattenstapel formschlüssig. Auf diese Weise ist auch die darauf bestückte Elektronik geschützt angeordnet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungsmodul auf einer ersten Leiterplatte eines Leiterplattenstapels bestückt, wobei der Leiterplattenstapel zumindest eine zweite Leiterplatte aufweist, welche parallel zur erste Leiterplatte ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und zweite Leiterplatte zumindest mittels eines Stifts verbunden, welcher durch diese Leiterplatten durchgesteckt ist, insbesondere und mit den Leiterplatten lötverbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Deckelteil an seiner Oberfläche, insbesondere an seiner äußeren Oberfläche, Kühlrippen und/oder Kühlfinger auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Halteteil eine Ausnehmung auf, wobei das Leistungsmodul durch die Ausnehmung ragt, insbesondere zur Kühlplatte hin. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Wärmeabfuhr erreichbar ist. Denn die Kühlplatte ist aus einem thermisch leitfähigerem Material als das Halteteil herstellbar und somit ein direktes Einleiten der vom Leistungsmodul erzeugten Wärme ermöglicht, also nicht indirekt über das Halteteil. Somit ist dann das Halteteil aus einem tragfähigeren Werkstoff als die Kühlplatte herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Leiterplatte auf der von der Kühlplatte abgewandten Seite des Halteteils angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Halteteil zwischengeordnet ist und somit das Leistungsmodul in der Ausnehmung beabstandet ist vom Halteteil. Somit sind thermisch bedingte Ausdehnungen aufnehmbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt, bedeckt und/oder verschließt die Kühlplatte die Ausnehmung. Von Vorteil ist dabei, dass in Querrichtung zur Stapelrichtung des Leiterplattenstapels weiter ausgedehnt ist als in zur Stapelrichtung paralleler Richtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federteil zwischen dem Halteteil und dem Unterteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Federteil am Unterteil abstützbar ist und das Halteteil vom Federteil zum Deckelteil hi, also vom Unterteil weg, mit vom Federteil erzeugter Federkraft beaufschlagbar ist. Das Federteil ist also vorgespannt im Anschlusskasten zwischen dem Halteteil und dem Unterteil angeordnet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegung des Halteteils mittels eines Führungsmittels geführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein robuste Betriebsweise erreichbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegung des Halteteils mittels eines Begrenzungsmittels begrenzt. Von Vorteil ist dabei, dass die vorkomplettierte Einheit mittels des Haltemittels zusammenhaltbar ist, weil das Haltemittel durch das Begrenzungsmittel am Unterteil verbleibt, insbesondere also sich nicht von diesem weiter zu entfernen vermag als durch das Begrenzungsmittel vorgegeben.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert eine Buchse als Führungsmittel. Von Vorteil ist dabei, dass das Federteil entlang der Buchse hin- und herbewegbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert als Begrenzungsmittel entweder eine einen Schraubenkopf aufweisende, in eine Gewindebohrung des Unterteils eingeschraubte Schraube oder ein in eine Bohrung des Unterteils eingesteckter oder eingeschraubter Bolzen mit auf einem Gewindebereich des Bolzens aufgeschraubter Mutter fungiert. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung erreichbar ist. Insbesondere sind sehr kostengünstige Teile verwendbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federteil, insbesondere das als Ringfeder ausgeführte Federteil, auf die oder eine Buchse aufgesteckt, wobei die Buchse durch eine weitere Ausnehmung des Halteteils hindurchragt, insbesondere wobei die Buchse an dem Begrenzungsmittel anliegt, insbesondere an einer Unterlegscheibe, an einer Mutter oder an einem Schraubenkopf. Von Vorteil ist dabei, dass das Federteil geführt ist und somit ein einfach herstellbares Mittel verwendbar ist, bei welchem eine sichere Betriebsweise ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt ein oder der Bolzen durch die Buchse hindurch, insbesondere und somit auch durch das Halteteil, wobei der Bolzen in das Unterteil eingesteckt oder eingeschraubt ist und auf der vom Unterteil abgewandten Seite des Halteteils ein oder das Begrenzungsmittel aufweist oder mit dem oder mit einem Begrenzungsmittel verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Bolzen das Begrenzungsmittel trägt, welches die Bewegungsfreiheit, insbesondere das Spiel, des Halteteils begrenzt. Somit kann das Haltemittel sich zwar entlang der Buchse hin- und herbewegen, aber diese Bewegung ist begrenzt durch ein Begrenzungsmittel. Somit ist das mit dem Leiterplattenstapel verbundene Unterteil vorkomplettiert ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Halteteil einen vorzugsweise ebenen Basisbereich auf, wobei das Halteteil diejenige Ausnehmung aufweist, durch welche das Leistungsmodul hindurchragt, insbesondere zur Kühlplatte hindurchragt, wobei am Basisbereich Armbereiche des Halteteils angrenzen, wobei die Armbereiche alle voneinander beabstandet sind, insbesondere in Umfangsrichtung bezogen auf eine Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene, insbesondere wobei jeder Armbereich jeweils eine Ausnehmung aufweist, durch welche eine jeweilige Buchse hindurchragt. Von Vorteil ist dabei, dass die Armbereiche den Leiterplattenstapel seitlich begrenzen und somit dieser Leiterplattenstapel formschlüssig gehalten ist. Außerdem ermöglichen die Armbereiche durch ihre gebogene Ausführung, dass zwischen Deckelteil und Unterteil ein großer Abstand bereit stellbar ist, insbesondere ein größerer Abstand als der Ausdehnung vom Berührbereich des Federteils mit dem Unterteil bis zum Berührbereich der Kühlplatte an der Innenseite des Deckelteils.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Armbereich zumindest zwei insbesondere zueinander gegenläufige, Biegestellen auf, insbesondere wobei der Betrag des Biegewinkels jeder Biegestelle zwischen 70° und 110° beträgt, insbesondere 90° beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Beabstandung zwischen Deckelteil und Unterteil überbrückbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen dem das Unterteil berührenden Bereich des Federteils und dem das Deckelteil berührenden Bereich der Kühlplatte größer als die Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und Kühlplatte, oder größer als die Summe aus der Ausdehnung des Federteils und aus der Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und Kühlplatte, wobei die Ausdehnung in Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene gemessen wird. Von Vorteil ist dabei, dass genügend Freiraum für Leitungen, Kabel und dergleichen sowie Montageraum zur Betätigung von Schrauben und dergleichen vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen der den Bolzen aufnehmenden Bohrung des Unterteils und dem Berührbereich der Kühlplatte und dem Deckelteil größer als die Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und Kühlplatte, wobei die Ausdehnung in Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene gemessen wird. Von Vorteil ist dabei, dass größere Abstände zum Herstellen elektrischer Verbindungen mit den Leitungen vorgesehen sind und somit eine einfachere Herstellung ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf einer dritten Leiterplatte des Leiterplattenstapels ein Steckverbinderteil bestückt, das mit einem Gegensteckverbinderteil steckverbindbar ist, mit dessen Kontakten Statorwicklungsleitungen des Elektromotors des Antriebs verbunden sind, insbesondere elektrisch leitend verbunden sind, und/oder mit dessen Kontakten eine durch eine Kabelverschraubung geführte Busleitung und/oder Versorgungsleitung verbunden sind, insbesondere elektrisch leitend verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Kontaktierung mittels Steckverbinden eines Gegensteckverbinderteils ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühlplatte aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist, wobei das Halteteil aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt ist, wobei das Deckelteil aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die hohe Wärmeleitfähigkeit ein effizientes Ableiten des Wärmestroms des Leistungsmoduls ermöglicht und das Halteteil eine hohe Andruckkraft überträgt. Da das Leistungsmodul durch die Ausnehmung des Halteteils hindurchragt und mit der Aluminium- Kühlplatte verbunden ist, ist das Leistungsmodul beabstandet vom Halteteil. Daher darf das Halteteil aus einem anderen Werkstoff gefertigt werden, so dass die thermisch bedingte, unterschiedliche Wärmeausdehnung in der Beabstandung aufnehmbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine Vorderansicht auf einen erfindungsgemäßen Antrieb mit einem ein Deckelteil aufweisenden Anschlusskasten dargestellt.
In der Figur 2 ist eine Seitenansicht des Antriebs bei entferntem Deckelteil gezeigt.
In der Figur 3 ist ein Längsschnitt durch den Bereich des Anschlusskastens gezeigt.
In der Figur 4 ist eine Schrägansicht des Antriebs bei entferntem Deckelteil gezeigt.
In der Figur 5 ist eine Vorderansicht auf ein Halteteil 21 mit einem Leiterplattenstapel 22 gezeigt.
In der Figur 6 ist ein Querschnitt durch das Halteteil 21 und dem Leiterplattenstapel 22 gezeigt.
In der Figur 7 ist eine Draufsicht auf den Anschlusskasten bei entferntem Deckelteil 2 gezeigt. Wie in den Figuren dargestellt, weist der Antrieb einen Elektromotor insbesondere mit Getriebe auf, wobei der Anschlusskasten des Elektromotors ein Unterteil 1 und ein zur Bildung des Anschlusskastens darauf aufgesetztes Deckelteil 2 aufweist.
Das Deckelteil 2 weist insbesondere an seiner vom Elektromotor abgewandten Außenseite Kühlrippen auf.
Im Anschlusskasten ist ein Leiterplattenstapel 22 angeordnet.
Eine erste der Leiterplatten 61 ist mit einem Leistungsmodul 65 bestückt, das Steuerbare Halbleiterschalter, insbesondere MOSFET oder IGBT, aufweist. Vorzugsweise sind die Halbleiterschalter in drei zueinander parallel geschalteten Halbbrücken angeordnet, so dass sie einen Wechselrichter bilden, aus welchem der Elektromotor speisbar ist und somit drehzahlgeregelt betreibbar ist.
Eine zweite Leiterplatte 62 des Leiterplattenstapels 22 ist mit Signalelektronik bestückt, welche die insbesondere pulsweitenmodulierten Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiterschalter der ersten Leiterplatte 61 erzeugt.
Eine dritte Leiterplatte 63 des Leiterplattenstapels 22 ist mit einem Steckverbinderteil bestückt.
Die erste Leiterplatte 61, die zweite Leiterplatte 62 und die dritte Leiterplatte 63 sind mittels Stiften verbunden, welche durch diese Leiterplatten (61, 62, 63) durchgesteckt insbesondere und lötverbunden sind. Der so gebildete Leiterplattenstapel 22 wird mit seinem Leistungsmodul 65 an die Kühlplatte 20 angedrückt.
Der von dem Leistungsmodul 65 erzeugte Wärmestrom wird somit in der Kühlplatte 20 aufgespreizt und durch Andrücken der Kühlplatte 20 an das Deckelteil 2, insbesondere an die Innenseite des Deckelteils 2, an die Umgebung abgeführt.
Das Deckelteil 2 weist an seiner Außenseite Kühlrippen auf, so dass durch die somit vergrößerte Oberfläche Wärme an die Umgebung abgeführt wird. Das Andrücken des Leiterplattenstapels 22 wird durch Federteile 51 bewirkt, welche auf Buchsen 60 aufgesteckt sind und sich einerseits am Unterteil 1 abstützen und andererseits an einem Halteteil 21, auf welchem die Kühlplatte 20 aufliegt, so dass das von den Federteilen 51 mit Kraft beaufschlagte Halteteil 21 die Kühlplatte 20 an das Deckelteil 2, insbesondere an die Innenseite des Deckelteils 2, andrückt.
Vorzugsweise ist auch Wärmeleitpaste zwischen der Kühlplatte 20 und dem Deckelteil 2 anordenbar.
Das Halteteil 21 ist somit and er von dem Deckelteil 2 abgewandten Seite der Kühlplatte 20 angeordnet.
Durch die jeweilige Buchse 60 ragt ein Bolzen 50, dessen erster Endbereich in einer Bohrung des Unterteils 1 zumindest teilweise eingesteckt ist oder dessen erster Endbereich als Gewindebereich ausgeführt ist und in eine Gewindebohrung des Unterteils 1 eingeschraubt ist. Der andere Endbereich des Bolzens 50 weist einen Gewindebereich auf, auf dem eine Mutter 52 aufgeschraubt ist, an welcher eine Lochscheibe 53 anliegt, welche an der Buchse 60 anliegt. Durch Aufschrauben der Mutter 52 auf den Gewindebereich des Bolzens 50 wird somit die Buchse 60 am Unterteil 1 festgehalten und außerdem der Arbeitsbereich des auf die Buchse 60 aufgesteckten Federteils 51 begrenzt.
Das Federteil 51 drückt also das Halteteil 21 in Richtung zur Lochscheibe 53, insbesondere Unterlegscheibe, hin. Somit wird aber das Halteteil 21 in Richtung zum Deckelteil 2 hingedrückt und daher die Kühlplatte 20 auf die Innenseite des Deckelteils 2.
Wie in Figur 7 gezeigt, ist die Kühlplatte 20 mittels erster Schrauben 71 mit dem Halteteil 21 verbunden. Mittels zweiter Schrauben 72 ist die Kühlplatte 20 mit dem Leistungsmodul 65 des Leiterplattenstapels 22 verbunden.
Das Halteteil 21 ist vorzugsweise als Stanz-Biegeteil ausgeführt.
Das Halteteil 21 weist eine Ausnehmung auf, durch welche das Leistungsmodul 65 hindurchragt, insbesondere um mit der auf dem Halteteil 21 aufliegenden Kühlplatte 20 verbindbar zu sein. Die ersten Schrauben 71 sind mit ihrem Gewindebereich in das Halteteil 21 eingeschraubt, insbesondere in ein dort eingebrachtes Loch. Der Kopf einer jeweiligen Schraube 71 drückt die Kühlplatte 20 auf das Halteteil 21.
Die zweiten Schrauben 72 sind mit ihrem Gewindebereich in das Leistungsmodul 65 eingeschraubt, insbesondere in ein dort eingebrachtes Loch. Der Kopf einer jeweiligen Schraube 72 drückt die Kühlplatte 20 auf das Leistungsmodul 65.
Das Halteteil 21 weist einen vorzugsweise ebenen Basisbereich auf, welcher die Ausnehmung aufweist, durch welche das Leistungsmodul 65 zur Kühlplatte hindurchragt.
Am Basisbereich sind Armbereiche verbunden, wobei die Armbereiche alle voneinander beabstandet sind und jeweils eine Ausnehmung aufweisen, durch welche die jeweilige Buchse 60 hindurchragt, wobei durch diese jeweilige Buchse 60 der jeweilige Bolzen 50 hindurchragt.
Somit ist also das Leiterplattenstapel 22 samt Leistungsmodul 65 innerhalb des Anschlusskastens des Antriebs geschützt angeordnet, dass das Deckelteil 2 und das Unterteil 1 ihn gehäusebildend umgeben. Am auf der dritten Leiterplatte 63 bestückten Steckverbinderteil 64 ist ein Gegensteckverbinderteil verbindbar, so dass die vom Elektromotor des Antriebs herkommenden Leitungen der Statorwicklung elektrisch verbindbar sind und/oder die von einer elektrischen Wechselspannungsquelle herkommenden Leitungen.
Der Leiterplattenstapel 22 fungiert vorzugsweise als Umrichter, so dass die Drehzahl oder das Drehmoment des Elektromotors regelbar ist.
Jeder Armbereich weist zwei Biegestellen auf, die jeweils ein Umbiegen von 90° aufweisen, insbesondere wobei die erste Biegestelle gegenläufig zur zweiten Biegestelle ausgeführt ist. Somit sind Federteile 51 verwendbar, die in Richtung der Mittelachse des Bolzens 50 oder der Buchse 60 weniger ausgedehnt sind als der Leiterplattenstapel.
Wichtig ist auf jeden Fall, dass der Abstand zwischen der den Bolzen 50 aufnehmenden Bohrung des Unterteils 1 und dem Berührbereich der Kühlplatte 20 und dem Deckelteil 2 größer ist als die Ausdehnung des Leiterplattenstapels 22 samt Leistungsmodul 65 und Kühlplatte 20.
Vorzugsweise ist diese Mittelachse parallel zur Normalenrichtung derjenigen Ebene ausgerichtet, welche eine der zueinander parallel ausgerichteten Leiterplatten (61, 62, 63) enthält.
Eine Datenbusleitung ist durch eine in der Wand des Unterteils 1 angeordnete Kabeldurchführung zum Steckverbinderteil 64 des Leiterplattenstapels 22 geführt.
Wie in Figur 4 gezeigt, umgibt das Halteteil 21 mit seinen Armbereichen den Leiterplattenstapel 22 spinnenartig und/oder krallenartig. Somit sind die Leiterplatten (61, 62, 63) vorzugsweise formschlüssig im Halteteil 21 aufgenommen, da an jeder der nicht dem Unterteil 1 zugewandten Seitenflächen des Leiterplattenstapels 22 jeweils zumindest ein Armbereich angeordnet ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist statt der Mutter mit Unterlegscheibe eine andersartig ausgeführte Begrenzung für die Bewegungsfreiheit des Halteteils ausgeführt. Beispielsweise entfällt die Buchse 60 und der Bolzen weist eine Verbreiterung auf anstatt einer aufgeschraubten Mutter 52 und aufgesteckten Lochscheibe 53. Somit ist statt des Bolzens 50 auch eine Schraube mit Schraubenkopf in eine Gewindebohrung des Unterteils 1 einschraubbar.
Somit ist auch eine Buchse zur Führung des Federteils 51 nicht notwendig, da die Schraube oder der Bolzen 50 die Führung übernehmen können. Hierzu ist vorzugsweise eine glatte Oberfläche an der Schraube oder am Bolzen 50 ausgeführt.
Bezugszeichenliste
1 Unterteil 2 Deckelteil
20 Kühlplatte
21 Halteteil
22 mit Stiften verbundener Leiterplattenstapel 50 Bolzen 51 Federteil
52 Mutter
53 Lochscheibe, insbesondere Unterlegscheibe
60 Buchse
61 erste Leiterplatte des Leiterplattenstapels 22 62 zweite Leiterplatte des Leiterplattenstapels 22
63 dritte Leiterplatte des Leiterplattenstapels 22
64 Steckverbinderteil
65 Leistungsmodul
71 erste Schrauben zur Verbindung des Halteteils 21 mit der Kühlplatte 20 72 zweite Schrauben zur Verbindung des Halteteils 21 mit dem Leistungsmodul 65

Claims

Patentansprüche:
1. Antrieb mit Anschlusskasten, wobei der Anschlusskasten ein Unterteil und ein mit dem Unterteil verbundenes Deckelteil aufweist, wobei ein Leistungsmodul, insbesondere ein wärmeerzeugendes Leistungsmodul, mit einer Kühlplatte verbunden ist, wobei die Kühlplatte mit einem Halteteil verbunden ist, wobei das Halteteil von zumindest einem am Unterteil abgestützten Federteil zum Deckelteil, insbesondere zur Innenseite des Deckelteils, hingedrückt angeordnet ist.
2. Antrieb mit Anschlusskasten, wobei der Anschlusskasten ein Unterteil und ein mit dem Unterteil verbundenes Deckelteil aufweist, wobei ein Leistungsmodul mit einer Kühlplatte verbunden ist, wobei die Kühlplatte mit einem Halteteil verbunden ist, wobei das Halteteil von zumindest einem am Unterteil abgestützten Federteil zum Deckelteil hingedrückt angeordnet ist wobei das Halteteil einen vorzugsweise ebenen Basisbereich aufweist, wobei das Halteteil diejenige Ausnehmung aufweist, durch welche das Leistungsmodul hindurch ragt, wobei am Basisbereich Armbereiche des Halteteils angrenzen, wobei die Armbereiche alle voneinander beabstandet sind, wobei jeder Armbereich zumindest zwei insbesondere zueinander gegenläufige, Biegestellen aufweist.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul auf einer ersten Leiterplatte eines Leiterplattenstapels bestückt ist, wobei der Leiterplattenstapel zumindest eine zweite Leiterplatte aufweist, welche parallel zur ersten Leiterplatte ausgerichtet ist.
4. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Leiterplatte zumindest mittels eines Stifts verbunden sind, welcher durch diese Leiterplatten (61, 62, 63) durchgesteckt ist, insbesondere und welcher mit den Leiterplatten (61, 62, 63) lötverbunden ist, und/oder dass das Deckelteil an seiner Oberfläche, insbesondere an seiner äußeren Oberfläche, Kühlrippen und/oder Kühlfinger aufweist.
5. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil eine Ausnehmung aufweist, wobei das Leistungsmodul durch die Ausnehmung ragt, insbesondere zur Kühlplatte hin.
6. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte auf der von der Kühlplatte abgewandten Seite des Halteteils angeordnet ist.
7. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte die Ausnehmung überdeckt, bedeckt und/oder verschließt, und/oder dass das Federteil zwischen dem Halteteil und dem Unterteil angeordnet ist.
8. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Halteteils mittels eines Führungsmittels geführt ist und/oder dass die Bewegung des Halteteils mittels eines Begrenzungsmittels begrenzt ist.
9. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Buchse als Führungsmittel fungiert und/oder dass als Begrenzungsmittel eine einen Schraubenkopf aufweisende, in eine Gewindebohrung des Unterteils eingeschraubte Schraube oder ein in eine Bohrung des Unterteils eingesteckter oder eingeschraubter Bolzen mit auf einem Gewindebereich des Bolzens aufgeschraubter Mutter fungiert.
10. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federteil, insbesondere das als Ringfeder ausgeführte Federteil, auf die oder eine Buchse aufgesteckt ist, wobei die Buchse durch eine weitere Ausnehmung des Halteteils hindurchragt, insbesondere wobei die Buchse an dem Begrenzungsmittel anliegt, insbesondere an einer Unterlegscheibe, an einer Mutter oder an einem Schraubenkopf.
11. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder der Bolzen durch die Buchse hindurchragt, insbesondere und somit auch durch das Halteteil hindurchragt, wobei der Bolzen in das Unterteil eingesteckt oder eingeschraubt ist und auf der vom Unterteil abgewandten Seite des Halteteils ein oder das Begrenzungsmittel aufweist oder mit dem oder mit einem Begrenzungsmittel verbunden ist.
12. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil einen vorzugsweise ebenen Basisbereich aufweist, wobei das Halteteil diejenige Ausnehmung aufweist, durch welche das Leistungsmodul hindurchragt, insbesondere zur Kühlplatte hindurchragt, wobei am Basisbereich Armbereiche des Halteteils angrenzen, wobei die Armbereiche alle voneinander beabstandet sind, insbesondere in Umfangsrichtung bezogen auf eine Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene, insbesondere wobei jeder Armbereich jeweils eine Ausnehmung aufweist, durch welche eine jeweilige Buchse hindurchragt.
13. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Armbereich zumindest zwei insbesondere zueinander gegenläufige,
Biegestellen aufweist, insbesondere wobei der Betrag des Biegewinkels jeder Biegestelle zwischen 70° und 110° beträgt, insbesondere 90° beträgt, und/oder dass der Abstand zwischen dem das Unterteil berührenden Bereich des Federteils und dem das Deckelteil berührenden Bereich der Kühlplatte
- größer ist als die Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und
Kühlplatte,
- oder größer ist als die Summe aus der Ausdehnung des Federteils und aus der
Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und Kühlplatte, wobei die Ausdehnung in Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene gemessen wird.
14. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der den Bolzen aufnehmenden Bohrung des Unterteils und dem Berührbereich der Kühlplatte und dem Deckelteil größer ist als die Ausdehnung des Leiterplattenstapels samt Leistungsmodul und Kühlplatte, wobei die Ausdehnung in Normalenrichtung einer eine Leiterplatte des Leiterplattenstapels aufnehmenden Ebene gemessen wird.
15. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dritten Leiterplatte des Leiterplattenstapels ein Steckverbinderteil bestückt ist, das mit einem Gegensteckverbinderteil steckverbindbar ist, mit dessen Kontakten Statorwicklungsleitungen des Elektromotors des Antriebs verbunden sind, insbesondere elektrisch leitend verbunden sind, und/oder mit dessen Kontakten eine durch eine Kabelverschraubung geführte Busleitung und/oder Versorgungsleitung verbunden sind, insbesondere elektrisch leitend verbunden sind, und/oder dass die Kühlplatte aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist, wobei das Halteteil aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt ist, wobei das Deckelteil aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt ist.
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