WO2020007712A1 - Anordnung mit einem gehäuse und einer darin auf einem gehäuseboden angeordneten leistungselektronikschaltung - Google Patents

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Mircea Birdeanu
Sorin Andrei
Andrei-Radu Negrila
Sebastian Taubert
Eduard Iosif Trif
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
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    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5813—Cooling the control unit
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • Coolant to be cooled is very complex.
  • a cavity is formed at least in the housing base with connections leading to the housing exterior for supplying and discharging a cooling liquid, cooling fins being formed on the side of the housing base facing away from the cavity , and in which a fan driven by an electric motor is arranged in such a way that its Air flow is cooled by the cooling fins and then the power electronics circuit is heated.
  • the power electronics circuit is thus arranged on the housing base, which acts as a cold distributor and thus not only cools not only the cooling fins but also the components of the power electronics circuit arranged on it.
  • a fan ensures air circulation through the cooling fins and to the power electronics circuit. The fan is driven by an electric motor and is therefore independent of a coolant flow.
  • the electric motor is arranged in the housing.
  • the electric motor is arranged outside the housing, which makes it possible to replace the electric motor without having to open the housing.
  • the electric motor can advantageously be arranged on a housing wall.
  • Fig. 2 shows a second variant of an arrangement according to the invention
  • Fig. 3 shows a detail and cross section through an inventive
  • FIG. 1 The arrangement according to the embodiment of FIG. 1 has a housing 1, which is shown in the open state, that is to say without a cover is, which has a housing base 2 and housing walls 3. Electrical and electronic components such as capacitors 5, power semiconductor switching elements 6 and coils 7 are arranged on a printed circuit board 4.
  • This power electronics circuit can, for example, be a charging circuit for the conductive or inductive charging of
  • Energy storage e.g. be in a motor vehicle.
  • the Lei terplatte 4 is arranged on the housing base 2.
  • a cavity 8 is formed, which is connected to a coolant inlet 9 leading to the housing exterior and a coolant outlet 10. In this way, the housing base 2 and thus the power electronics circuit arranged on it are cooled or heated.
  • cooling fins 11 are arranged above the cavity, which are perpendicular to the housing base 2 in the illustrated embodiment and protrude into the housing 1.
  • the fan 12 is designed with an integrated electric motor, so that the electric motor is also arranged inside the housing 1. This has the advantage that there is no clutch between the drive of the fan
  • Blown power electronics circuit so that they are cooled or cooled in a geous manner.
  • FIG. 2 of an inventive arrangement with a housing and a power electronics circuit arranged therein on a housing base is essentially the same as the variant of FIG. 1, so that the same parts are provided with the same reference numerals and are not described again. In contrast to the first variant, this is the one
  • This second variant has the advantage that the housing 1 does not have to be opened when the electric motor 14 is replaced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gehäuse (1) und einer darin auf einem Gehäuseboden (2) angeordneten Leistungselektronikschaltung (5, 6, 7), wobei zumindest in dem Gehäuseboden (2) ein Hohlraum (8) mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen (9, 10) zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, wobei auf der dem Hohlraum (8) abgewandten Seite des Gehäusebodens (2) Kühlrippen (11) ausgebildet sind, wobei in dem Gehäuse (1) ein durch einen Elektromotor (14) angetriebener Ventilator (12; 13) derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlrippen (11) gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung (5, 6, 7) entwärmt.

Description

Beschreibung
Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäu seboden angeordneten Leistungselektronikschaltung
Aus der DE 102007 061 593 Al ist eine Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leis tungselektronikschaltung bekannt, bei der auf diesem Gehäu seboden außerdem ein Kälteverteiler angeordnet ist, an dem Kühlrippen ausgebildet sind, und der zum Gehäuseäußeren führende Anschlüsse zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit aufweist. In dem Gehäuse ist ein Ventilator ausgebildet, der bevorzugt von dem Kühlmittelstrom angetrieben wird und dessen Luftstrom durch die Kühlrippen gekühlt wird und anschließend die Leistungs elektronikschaltung entwärmt . Einzelne Bauteile der Leis tungselektronikschaltung können über Zu- und Abläufe direkt mit dem Kälteverteiler verbunden sein, um so direkt mit dem
Kühlmittel gekühlt zu werden. Dies ist jedoch sehr aufwändig.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung anzugeben, die auf einfachere und flexible Weise eine effektive Kühlung der Leistungselektro nikschaltung bewirkt.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben .
Demnach ist bei einer Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronik schaltung zumindest in dem Gehäuseboden ein Hohlraum mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet, wobei auf der dem Hohlraum ab gewandten Seite des Gehäusebodens Kühlrippen ausgebildet sind, und wobei in dem Gehäuse ein durch einen Elektromotor ange triebener Ventilator derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlrippen gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung entwärmt .
Die Leistungselektronikschaltung ist also auf dem Gehäuseboden angeordnet, der als Kälteverteiler fungiert und damit nicht nur die Kühlrippen sondern auch die auf ihm angeordneten Bauteile der Leistungselektronikschaltung direkt kühlt. Zusätzlich sorgt ein Ventilator für eine LuftZirkulation durch die Kühlrippen und zu der Leistungselektronikschaltung. Der Ventilator wird dabei durch einen Elektromotor angetrieben und ist daher unabhängig von einem Kühlmittelfluss.
In einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Elektromotor in dem Gehäuse angeordnet. Hierdurch ist keine Durchführung der Antriebswelle durch eine Gehäusewand erfor derlich .
In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Elektromotor außerhalb des Gehäuses angeordnet, wodurch ein Austausch des Elektromotors möglich ist, ohne das Gehäuse öffnen zu müssen.
Hierbei kann der Elektromotor in vorteilhafter Weise an einer Gehäusewand angeordnet sein.
Die Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Anord nung, und
Fig. 3 einen Aus- und Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Anordnung, die den Hohlraum im Gehäuseboden zeigt.
Die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat ein Gehäuse 1, das im geöffneten Zustand, also ohne Deckel, gezeigt ist, das einen Gehäuseboden 2 und Gehäusewände 3 hat. Auf einer Leiterplatte 4 sind elektrische und elektronische Bauteile, wie Kondensatoren 5, Leistungshalbleiterschaltelemente 6 und Spulen 7 angeordnet. Diese Leistungselektronikschaltung kann z.B. eine Ladeschaltung zum konduktiven oder induktiven Laden von
Energiespeichern z.B. in einem Kraftfahrzeug sein. Die Lei terplatte 4 ist auf dem Gehäuseboden 2 angeordnet.
In dem Gehäuseboden 2 ist gemäß Fig. 3 ein Hohlraum 8 ausgebildet, der mit einem zum Gehäuseäußeren führenden Kühlmitteleinlass 9 und einem Kühlmittelauslass 10 verbunden ist. Auf diese Weise wird der Gehäuseboden 2 und damit die auf ihm angeordnete Leistungselektronikschaltung gekühlt bzw. entwärmt .
Zusätzlich sind über dem Hohlraum 8 Kühlrippen 11 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht auf dem Ge häuseboden 2 stehen und in das Gehäuse 1 ragen. Die Kühlrippen
11 können dabei in verschiedenen Winkeln zueinander angeordnet sein, um einen Luftstrom, der von einem Ventilator 12 erzeugt wird, in seiner Strömungsrichtung zu beeinflussen.
Der Ventilator 12 ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit einem integrierten Elektromotor ausgebildet, so dass der Elektromotor auch innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass keine Kupplung zwischen dem Antrieb des Ventilators
12 und dem Ventilator 12 selbst und auch keine Durchführung in einer Gehäusewand 3 für eine Antriebswelle nötig ist.
Beim Betrieb des Ventilators 12 mit integriertem Elektromotor wird Luft an den durch das im Hohlraum 8 strömende Kühlmittel gekühlten Kühlrippen 11 vorbeigeführt und ggf. gelenkt durch die Stellung der Kühlrippen 11 zu den Bauteilen 5, 6, 7 der
Leistungselektronikschaltung geblasen, so dass diese in vor teilhafter Weise gekühlt bzw. entwärmt werden.
Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin auf einem Gehäuseboden angeordneten Leistungselektronikschaltung ist im Wesentlich gleich ausgeführt wie die Variante der Fig. 1, so dass gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals beschrieben werden. Im Unterschied zur ersten Variante ist hier jedoch der den
Ventilator 13 antreibende Elektromotor 14 außerhalb des Gehäuses
1 an einer Gehäusewand 3 angeordnet und über ein Kupplung 15 und eine Antriebswelle, die durch die Gehäusewand 3 hindurchgeführt ist, mit dem Ventilator 13 verbunden.
Diese zweite Variante hat den Vorteil, dass bei einem Austausch des Elektromotors 14 das Gehäuse 1 nicht geöffnet werden muss.
Die Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Detaildarstellung die Kühlrippen 11, die hier einstückig mit dem Teil des Gehäusebodens
2 ausgebildet sind, der den Hohlraum 8 zum Gehäuseinneren hin begrenzt .

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einem Gehäuse (1) und einer darin auf einem Gehäuseboden (2) angeordneten Leistungselektronikschaltung (5, 6,7) ,
wobei zumindest in dem Gehäuseboden (2) ein Hohlraum (8) mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen (9, 10) zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist,
wobei auf der dem Hohlraum (8) abgewandten Seite des Gehäu sebodens (2) Kühlrippen (11) ausgebildet sind,
wobei in dem Gehäuse (1) ein durch einen Elektromotor (14) angetriebener Ventilator (12; 13) derart angeordnet ist, dass dessen Luftstrom durch die Kühlrippen (11) gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung (5, 6, 7) ent- wärmt .
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Elektromotor (14) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, bei dem der Elektromotor (14) außerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, bei dem der Elektromotor (14) an einer Gehäusewand (3) angeordnet ist.
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