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