DE102020101829A1 - Gehäuse mit Leistungselektronikbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (1, 2) mit Leistungselektronikbauteil (210), einem Gehäusedeckelteil (10) und einem als Kühlkörper ausgebildeten Gehäusebodenteil (30), wobei das Leistungselektronikbauteil (210) zwischen dem Gehäusedeckelteil (10) und dem Gehäusebodenteil (30) angeordnet ist, wobei das Gehäusedeckelteil (10) entlang zumindest eines Teils seines Umfangs eine erste Struktur (120) mit ersten Strukturelementen (130) aufweist, wobei das Gehäusebodenteil (30) entlang zumindest eines Teils seines Umfangs eine zweite Struktur (320) mit zweiten Strukturelementen (330) aufweist, wobei die ersten Strukturelemente (130) und die zweiten Strukturelemente (330) formschlüssig ineinandergreifen und sich entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils (30) und entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils (10) abwechseln, sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Gehäuse (1, 2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einem Leistungselektronikbauteil, einem Gehäusedeckelteil und einem als Kühlkörper ausgebildeten Gehäusebodenteil sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Gehäuse.
  • Stand der Technik
  • Leistungselektronikbauteile werden in elektrischen Maschinen beispielsweise zur Gleich- bzw. Wechselrichtung verwendet. Diese Bauteile können an verschiedenen Positionen der elektrischen Maschine verbaut werden, beispielsweise in der Nähe der Kohlebürsten, am Stator oder am Rotor der elektrischen Maschine. An diesen Positionen herrschen zum Teil hohe Temperaturen, die die Funktionsweise der Bauteile beeinflussen können. Um dies zu verhindern, können die Bauteile an bzw. in der Nähe von Kühlkörpern verbaut werden.
  • Um diese Bauteile zusätzlich vor äußeren Einflüssen, wie Wasser oder Schmutz, und vor Berührungen zu schützen und um eine elektromagnetische Verträglichkeit zu sichern, sind einige dieser Bauteile von Schutzkappen bedeckt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Gehäuse mit einem Leistungselektronikbauteil sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Das erfindungsgemäße Gehäuse weist ein Gehäusedeckelteil und ein als Kühlkörper ausgebildetes Gehäusebodenteil auf, zwischen denen das Leistungselektronikbauteil angeordnet ist. Leistungselektronikbauteile sind beispielsweise MOSFET oder IGBT. Das Leistungselektronikbauteil ist beispielsweise auf einem Schaltungsträger wie z.B. einer Leiterplatte im Inneren des Gehäuses angeordnet. Eine erste Struktur mit ersten Strukturelementen ist entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Gehäusedeckelteils angeordnet. Zudem ist eine zweite Struktur mit zweiten Strukturelementen entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Gehäusebodenteils angeordnet, wobei die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente formschlüssig ineinandergreifen. Dies führt dazu, dass sich die ersten und zweiten Strukturelemente entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils und des Gehäusedeckelteils abwechseln.
  • Einerseits ist dadurch die Oberfläche zwischen dem Gehäusedeckelteil und dem Gehäusebodenteil vergrößert, wodurch die Wärmeübertragung von dem Gehäusedeckelteil zum Gehäusebodenteil verbessert wird. Andererseits ist im Unterschied zu einem Gehäuse mit ebenen Rändern, bei dem zwischen dem Gehäusedeckelteil und dem Gehäusebodenteil eine in einer Ebene verlaufende Grenzfläche mit geringerer Abschirmwirkung entsteht, die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.
  • Das Gehäusedeckelteil kann beispielsweise kuppelförmig sein oder eine flache Oberseite aufweisen, also topfförmig ausgebildet sein. Auch kann die Form bzw. die Höhe des Gehäusedeckelteils an die jeweilige Verwendung angepasst werden.
  • Das Gehäusebodenteil besteht vorzugsweise aus Metall, wie z.B. Aluminium, Eisen, Edelstahl oder Kupfer. Das Gehäusedeckelteil kann beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall, insbesondere Aluminium, Eisen, Edelstahl oder Kupfer, bestehen oder solches Material aufweisen, z.B. beschichtet sein. Somit werden die Leitung von Wärme von dem Gehäusedeckelteil zum Kühlkörper sowie die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.
  • Vorteilhafterweise sind die ersten Strukturelemente und die zweiten Strukturelemente zahnförmig oder trapezförmig oder halbkreisförmig. Durch die Form greifen die ersten Strukturelemente formschlüssig in die zweiten Strukturelemente ein. Das Gehäusedeckelteil kann dadurch einerseits passgenau in das Gehäusebodenteil gesteckt werden, was insbesondere zu einem mechanisch sehr stabilen, dichten und gut geschirmten Gehäuse führt. Andererseits kann das Gehäusedeckelteil somit direkt mit dem Gehäusebodenteil verbunden werden, was insbesondere dazu führt, dass Wärme von dem Gehäusedeckelteil besser zum Gehäusebodenteil geleitet werden kann.
  • Vorteilhafterweise ist die erste Struktur mit einer Seitenwand des Gehäusedeckelteils formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden oder als Teil der Seitenwand des Gehäusedeckelteils ausgebildet. Die erste Struktur kann beispielsweise durch Stifte, Nieten oder Schrauben formschlüssig mit der Seitenwand verbunden sein. Alternativ kann di e erste Struktur mit der Seitenwand stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verklebt, verlötet oder verschweißt, sein. Dies führt beispielsweise dazu, dass ein ausreichender Wärmetransport von dem Gehäusedeckelteil auf die erste Struktur realisiert werden kann.
  • Alternativ kann die erste Struktur als Teil der Seitenwand des Gehäusedeckelteils ausgebildet sein. In dieser Alternative ist die erste Struktur somit einstückig mit dem Gehäusedeckelteil ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die erste Struktur nicht mit dem Gehäusedeckelteil verbunden werden muss, wobei das Risiko bestehen könnte, dass sich beispielsweise Schrauben lösen oder die Lötstelle brüchig wird, wodurch sich die erste Struktur von dem Gehäusedeckelteil lösen könnte.
  • Vorteilhafterweise ist die zweite Struktur mit einer Seitenwand des Gehäusebodenteils formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden oder an der Seitenwand des Gehäusebodenteils ausgebildet. Das oben erläuterte gilt ebenso für das Gehäusebodenteil und die zweite Struktur.
  • Vorteilhafterweise weisen die erste Struktur und/oder die zweite Struktur Metall auf oder bestehen aus Metall. Geeignete Metalle sind beispielsweise Kupfer, Eisen, Edelstahl oder Aluminium. Dies führt zu einem guten Wärmetransport von dem Gehäusedeckelteil zu dem Gehäusebodenteil. Die Wahl des Metalls kann in Abhängigkeit von der Verwendung des Gehäuses bzw. des Einsatzortes des Gehäuses getroffen werden.
  • Vorteilhafterweise weist das Gehäusebodenteil mindestens eine Lufteintrittsöffnung auf, durch die Kühlluft in das Gehäuse gelangen und aus dem Gehäuse austreten kann. Es ist somit möglich, dass ein nahezu konstanter Kühlluftstrom an dem Leistungselektronikbauteil vorbeigeführt wird, der das Leistungselektronikbauteil zusätzlich kühlen kann.
  • Vorteilhafterweise ist in dem Gehäuse mindestens ein Logikbauteil angeordnet, welches zur Ansteuerung der elektrischen Maschine bzw. des Leistungsbauteils vorgesehen sein kann. Logikbauteile sind beispielsweise integrierte Schaltungen wie ASIC oder Mikrocontroller.
  • Vorteilhafterweise weisen die erste Struktur entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils und die zweite Struktur entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils eine Aussparung, auf. Die Aussparung kann sich je nach Anwendung des Gehäuses auch auf den Gehäusebodenteil und/oder auf den Gehäusedeckelteil erstrecken. Die Aussparung dient dazu, externe Bauteile zumindest teilweise im Gehäuse aufzunehmen, die beispielsweise mit dem Leistungselektronikbauteil und/oder mit dem Logikbauteil verbunden sind.
  • Vorteilhafterweise ist die Aussparung dazu eingerichtet, einen Bürstenhalter oder eine Bürstenverbindung aufzunehmen. Das Leistungselektronikbauteil und/oder das Logikbauteil ist beispielsweise mit der Kohlebürste verbunden und steuert die Bestromung des Kommutators. Ferner kann die Kohlebürste über das Gehäusebodenteil zumindest teilweise gekühlt werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine mit einem oben beschriebenen Gehäuse vorgeschlagen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung besch rieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses in einer ersten Ausführungsform.
    • 2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Gehäuse in geschlossenem Zustand.
    • 3 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses in einer zweiten Ausführungsform.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses in einer Explosionsdarstellung gezeigt und insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Gehäuse 1 weist ein Gehäusedeckelteil 10, einen als Leiterplatte 20 ausgebildeten Schaltungsträger und ein Gehäusebodenteil 30 auf.
  • Das Gehäusedeckelteil 10 weist eine Seitenwand 110 auf, ist kuppelförmig und weist eine kreisförmige Grundform auf. An der Seitenwand 110 des Gehäusedeckelteils 10 ist entlang eines Umfangs des Gehäusedeckelteils 10 eine erste Struktur 120 ausgebildet, die eine Vielzahl von ersten Strukturelementen 130 aufweist. Die ersten Strukturelemente 130 sind hier zahnförmig mit einer trapezförmigen Form ausgebildet. Sowohl das Gehäusedeckelteil 10 als auch die erste Struktur 120 bzw. die ersten Strukturelemente 130 weisen Metall, bspw. Stahl oder Aluminium, auf bzw. bestehen daraus.
  • Die Leiterplatte 20 ist zwischen dem Gehäusedeckelteil 10 und einem Gehäusebodenteil 30 angeordnet und weist ein Leistungselektronikbauteil 210 auf. Das Leistungselektronikbauteil 210 ist hier beispielsweise ein MOSFET der mit der Leiterplatte 20 verlötet ist.
  • Das Gehäusebodenteil 30 ist als Kühlkörper mit einer kreisförmigen Grundform ausgebildet und weist eine Seitenwand 310 auf. Das Gehäusebodenteil 30 weist entlang seines Umfangs eine zweite Struktur 320 auf, die eine Vielzahl von zweiten Strukturelementen 330 aufweist, die ebenfalls zahnförmig sind. Die zweite Struktur 320 bildet somit die Negativstruktur zur ersten Struktur 120.
  • Sowohl das Gehäusebodenteil 30 als auch die zweite Struktur 320 bzw. die zweiten Strukturelemente 330 weisen Metall, bspw. Stahl oder Aluminium auf bzw. bestehen daraus.
  • Das Gehäusebodenteil 30 weist ferner im gezeigten Beispiel Lufteintrittsöffnungen 340 auf, durch die Kühlluft in das Gehäuse 10 gelangen und wieder aus dem Gehäuse austreten kann. Es ist somit möglich, dass ein Kühlluftstrom an dem Leistungselektronikbauteil 210 vorbeigeführt werden kann, der das Leistungselektronikbauteil 210 kühlen kann.
  • In 2 ist schematisch das Gehäuse 1 in geschlossenem Zustand gezeigt.
  • Um das Gehäuse 1 zu schließen, werden Gehäusedeckelteil 10 und Gehäusebodenteil 30 so aneinander angeordnet, dass die ersten Strukturelemente 130 formschlüssig in die zweiten Strukturelemente 330 eingreifen. Wie in 2 zu erkennen ist, wechseln sich in geschlossenem Zustand des Gehäuses 1 die ersten Strukturelemente 130 und die zweiten Strukturelemente 330 entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils 10 und des Gehäusebodenteils 30 ab, so dass die Leiterplatte 20 im Inneren des Gehäuses 1 nicht mehr sichtbar ist.
  • Zur Kühlung insbesondere des Leistungselektronikbauteils 210 im Inneren des Gehäuses 1 kann Kühlluft durch die Lufteintrittsöffnungen 340 in das Innere des Gehäuses 1 gelangen und so zur Kühlung des Leistungselektronikbauteils 210 beitragen. Andererseits kann Wärme von dem Gehäusedeckelteil 10 zu dem Gehäusebodenteil 30 geleitet werden. Durch die spezielle Ausgestaltung des Gehäuses 1 ist die Oberfläche zwischen dem Gehäusebodenteil 30 und dem Gehäusedeckelteil 10 vergrößert. Dies führt dazu, dass der Wärmetransport von dem Gehäusedeckelteil 10 zum Gehäusebodenteil 30 im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist.
  • Da die ersten Strukturelemente 130 formschlüssig in die zweiten Strukturelemente 330 eingreifen, wird das Gehäusedeckelteil 10 fest in dem Gehäusebodenteil 30 gehalten. Ferner ist die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert.
  • In 3 ist schematisch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses in einer Explosionsdarstellung gezeigt und insgesamt mit 2 bezeichnet.
  • Das Gehäuse 2 ist analog zu Gehäuse 1 aufgebaut und weist ein Gehäusedeckelteil 10, einen Schaltungsträger 20 und ein Gehäusebodenteil 30 auf. Die erste Struktur 120 weist entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils 10 eine erste Aussparung 140 und die zweite Struktur 320 sowie die Seitenwand 310 entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils 30 eine zweite Aussparung 350 auf. Der Schaltungsträger 20 weist in dieser Ausführungsform keine Aussparung auf, es kann jedoch in anderen Ausführungsformen je nach Anwendung von Vorteil sein, eine zusätzliche Aussparung in dem Schaltungsträger 20 bereitzustellen. Die Aussparungen können je nach Anwendung des Gehäuses 2 an das jeweilige Bauteil, das von dem Gehäuse 2 aufgenommen werden soll, angepasst werden.
  • Die erste Aussparung 140 und die zweite Aussparung 350 sind beispielsweise dazu eingerichtet, einen Bürstenhalter aufzunehmen. Das Leistungselektronikbauteil 210 kann beispielsweise mit der Kohlebürste verbunden sein, um die Bestromung eines Kommutators zu steuern. Ferner kann die Kohlebürste über das Gehäusebodenteil zumindest teilweise gekühlt werden.
  • Um beispielsweise eine Verbindung des Leistungselektronikbauteils 210 mit der Kohlebürste zu realisieren, können ferner auf der Unterseite der Leiterplatte 20 Kontakte vorgesehen sein, die den Kontakt zwischen dem Leistungselektronikbauteil 210 und der Kohlebürste herstellen.

Claims (10)

  1. Gehäuse (1, 2) mit einem Leistungselektronikbauteil (210), einem Gehäusedeckelteil (10) und einem als Kühlkörper ausgebildeten Gehäusebodenteil (30), wobei das Leistungselektronikbauteil (210) zwischen dem Gehäusedeckelteil (10) und dem Gehäusebodenteil (30) angeordnet ist, wobei das Gehäusedeckelteil (10) entlang zumindest eines Teils seines Umfangs eine erste Struktur (120) mit ersten Strukturelementen (130) aufweist, wobei das Gehäusebodenteil (30) entlang zumindest eines Teils seines Umfangs eine zweite Struktur (320) mit zweiten Strukturelementen (330) aufweist, wobei die ersten Strukturelemente (130) und die zweiten Strukturelemente (330) formschlüssig ineinandergreifen und sich entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils (30) und entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils (10) abwechseln.
  2. Gehäuse (1, 2) nach Anspruch 1, wobei die ersten Strukturelemente (130) und die zweiten Strukturelemente (330) zahnförmig oder trapezförmig oder halbkreisförmig sind.
  3. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur (120) mit einer Seitenwand (110) des Gehäusedeckelteils (10) formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist oder als Teil der Seitenwand (110) des Gehäusedeckelteils (10) ausgebildet ist.
  4. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Struktur (320) mit einer Seitenwand (310) des Gehäusebodenteils (30) formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist oder als Teil der Seitenwand (310) des Gehäusebodenteils (30) ausgebildet ist.
  5. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur (120) und/oder die zweite Struktur (320) Metall aufweist.
  6. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäusebodenteil (30) mindestens eine Lufteintrittsöffnung (340) aufweist.
  7. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Gehäuse (1, 2) mindestens ein Logikbauteil angeordnet ist.
  8. Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur (120) entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils (10) und/oder die zweite Struktur (320) entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils (30) eine Aussparung (140, 350) aufweist.
  9. Gehäuse (1, 2) nach Anspruch 8, wobei die Aussparung (140, 350) dazu eingerichtet ist, einen Bürstenhalter oder eine Bürstenverbindung aufzunehmen.
  10. Elektrische Maschine mit einem Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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