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
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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 Gehäuse1 weist ein Gehäusedeckelteil10 , einen als Leiterplatte20 ausgebildeten Schaltungsträger und ein Gehäusebodenteil30 auf. - Das Gehäusedeckelteil
10 weist eine Seitenwand110 auf, ist kuppelförmig und weist eine kreisförmige Grundform auf. An der Seitenwand110 des Gehäusedeckelteils10 ist entlang eines Umfangs des Gehäusedeckelteils10 eine erste Struktur120 ausgebildet, die eine Vielzahl von ersten Strukturelementen130 aufweist. Die ersten Strukturelemente130 sind hier zahnförmig mit einer trapezförmigen Form ausgebildet. Sowohl das Gehäusedeckelteil10 als auch die erste Struktur120 bzw. die ersten Strukturelemente130 weisen Metall, bspw. Stahl oder Aluminium, auf bzw. bestehen daraus. - Die Leiterplatte
20 ist zwischen dem Gehäusedeckelteil10 und einem Gehäusebodenteil30 angeordnet und weist ein Leistungselektronikbauteil210 auf. Das Leistungselektronikbauteil210 ist hier beispielsweise ein MOSFET der mit der Leiterplatte20 verlötet ist. - Das Gehäusebodenteil
30 ist als Kühlkörper mit einer kreisförmigen Grundform ausgebildet und weist eine Seitenwand310 auf. Das Gehäusebodenteil30 weist entlang seines Umfangs eine zweite Struktur320 auf, die eine Vielzahl von zweiten Strukturelementen330 aufweist, die ebenfalls zahnförmig sind. Die zweite Struktur320 bildet somit die Negativstruktur zur ersten Struktur120 . - Sowohl das Gehäusebodenteil
30 als auch die zweite Struktur320 bzw. die zweiten Strukturelemente330 weisen Metall, bspw. Stahl oder Aluminium auf bzw. bestehen daraus. - Das Gehäusebodenteil
30 weist ferner im gezeigten Beispiel Lufteintrittsöffnungen340 auf, durch die Kühlluft in das Gehäuse10 gelangen und wieder aus dem Gehäuse austreten kann. Es ist somit möglich, dass ein Kühlluftstrom an dem Leistungselektronikbauteil210 vorbeigeführt werden kann, der das Leistungselektronikbauteil210 kühlen kann. - In
2 ist schematisch das Gehäuse1 in geschlossenem Zustand gezeigt. - Um das Gehäuse
1 zu schließen, werden Gehäusedeckelteil10 und Gehäusebodenteil30 so aneinander angeordnet, dass die ersten Strukturelemente130 formschlüssig in die zweiten Strukturelemente330 eingreifen. Wie in2 zu erkennen ist, wechseln sich in geschlossenem Zustand des Gehäuses1 die ersten Strukturelemente130 und die zweiten Strukturelemente330 entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils10 und des Gehäusebodenteils30 ab, so dass die Leiterplatte20 im Inneren des Gehäuses1 nicht mehr sichtbar ist. - Zur Kühlung insbesondere des Leistungselektronikbauteils
210 im Inneren des Gehäuses1 kann Kühlluft durch die Lufteintrittsöffnungen340 in das Innere des Gehäuses1 gelangen und so zur Kühlung des Leistungselektronikbauteils210 beitragen. Andererseits kann Wärme von dem Gehäusedeckelteil10 zu dem Gehäusebodenteil30 geleitet werden. Durch die spezielle Ausgestaltung des Gehäuses1 ist die Oberfläche zwischen dem Gehäusebodenteil30 und dem Gehäusedeckelteil10 vergrößert. Dies führt dazu, dass der Wärmetransport von dem Gehäusedeckelteil10 zum Gehäusebodenteil30 im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. - Da die ersten Strukturelemente
130 formschlüssig in die zweiten Strukturelemente330 eingreifen, wird das Gehäusedeckelteil10 fest in dem Gehäusebodenteil30 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 Gehäuse1 aufgebaut und weist ein Gehäusedeckelteil10 , einen Schaltungsträger20 und ein Gehäusebodenteil30 auf. Die erste Struktur120 weist entlang des Umfangs des Gehäusedeckelteils10 eine erste Aussparung140 und die zweite Struktur320 sowie die Seitenwand310 entlang des Umfangs des Gehäusebodenteils30 eine zweite Aussparung350 auf. Der Schaltungsträger20 weist in dieser Ausführungsform keine Aussparung auf, es kann jedoch in anderen Ausführungsformen je nach Anwendung von Vorteil sein, eine zusätzliche Aussparung in dem Schaltungsträger20 bereitzustellen. Die Aussparungen können je nach Anwendung des Gehäuses2 an das jeweilige Bauteil, das von dem Gehäuse2 aufgenommen werden soll, angepasst werden. - Die erste Aussparung
140 und die zweite Aussparung350 sind beispielsweise dazu eingerichtet, einen Bürstenhalter aufzunehmen. Das Leistungselektronikbauteil210 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 Leiterplatte20 Kontakte vorgesehen sein, die den Kontakt zwischen dem Leistungselektronikbauteil210 und der Kohlebürste herstellen.
Claims (10)
- 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.
- Gehäuse (1, 2) nach
Anspruch 1 , wobei die ersten Strukturelemente (130) und die zweiten Strukturelemente (330) zahnförmig oder trapezförmig oder halbkreisförmig sind. - 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.
- 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.
- Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur (120) und/oder die zweite Struktur (320) Metall aufweist.
- Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäusebodenteil (30) mindestens eine Lufteintrittsöffnung (340) aufweist.
- Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Gehäuse (1, 2) mindestens ein Logikbauteil angeordnet ist.
- 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.
- Gehäuse (1, 2) nach
Anspruch 8 , wobei die Aussparung (140, 350) dazu eingerichtet ist, einen Bürstenhalter oder eine Bürstenverbindung aufzunehmen. - Elektrische Maschine mit einem Gehäuse (1, 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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