CN103249272B - 具有带至少一个凹进部的壳体的功率电子系统 - Google Patents

具有带至少一个凹进部的壳体的功率电子系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有带至少一个凹进部的壳体的功率电子系统，该功率电子系统带有多部件的具有至少一个盖部和框架式壳体部件的壳体。该系统此外具有接口装置、功率电子电路设备以及利用第一盖部遮盖的电容器装置。电容器装置自身具有多个电容器并且在这些电容器之间具有中间空间。在此情况下，第一盖部的凹进部伸入电容器装置的中间空间。

Description

具有带至少一个凹进部的壳体的功率电子系统
技术领域
本发明说明了一种整合的功率电子系统，优选用于构造呈换流器、例如三相逆变器形式的由此实现的电路设备。
背景技术
这种系统优选用于电驱动各种不同类型的车辆，特别是商用车。由DE 10 2010043 466 B3已知类属的功率电子系统。
该文献公开了一种功率半导体系统，其具有金属成形本体、至少一个电容器和针对流动的工作介质的管路系统。在此情况下，管路系统由金属成形本体中的多个第一中空空间形成。该金属成形本体此外具有针对受冷却的电容器的凹部，其中，电容器是未加壳体的电容器并且借助间隔保持件和灌封介质布置在凹部中。
原则上，具有带凹进部的壳体的功率电子系统可能尤其是在车辆中应用时面对溅水的问题。这类溅水可能积聚在这些凹进部中并且在相应环境条件下冻结。因为在此情况下水膨胀，因此可能毁坏、变形或者至少损伤功率电子系统的壳体。这会更合乎实际，如果功率电子系统以如下方式构建在车辆中，即，水不能从相关凹进部排出、也就是该凹进部大致“向上”取向的话。
发明内容
由于认识到这种情况，本发明基于如下任务，即，提出一种功率电子系统，其形成包括功率电子电路、电容器装置和接口装置的紧凑单元并可在车辆中在任意装入位置中使用。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的功率电子系统来解决。在各自的从属权利要求中描述了优选的实施方式。
依据本发明的功率电子系统具有带至少一个框架式壳体部件和至少一个盖部、然而优选带多个遮盖壳体不同开口的盖部的多部件地构造的壳体。
此外，功率电子系统优选具有布置在框架式壳体部件上的接口装置，这些接口装置包括电的负载接口、电的辅助或者说控制接口和冷却剂接口的任意组合。在应用在车辆中的情况下，大多优选可以设置有具有相应接口装置的水冷却装置。
此外，功率电子系统具有功率电子电路设备，该电路设备以优选方式构造成布置在壳体中的、具有自己的壳体的功率半导体模块。同样可以设置多个相似的或者一致的功率半导体模块。备选或补充地可以设置没有自己的壳体的功率电子电路设备。
伴随功率电子电路和所配属的接口装置以适当的电路形式相连，电容器装置布置在功率电子系统的壳体中。所述电容器装置是多个单个的电容器，它们优选相似地构造并且同样优选布置在一维或二维矩阵中。
电容器装置、尤其是中间空间以及优选电容器的邻近的周围环境用灌封材料灌封，灌封材料不需要完全填充中间空间。该灌封材料可以用于热量排放，并且备选或附加地可以用于例如抵抗电容器装置的震颤的机械稳定。
电容器装置不必要完全由框架式壳体部件围绕，并且同样不必要完全由壳体的第一盖部遮盖。
第一盖部具有至少一个凹进部、优选多个凹进部。这类凹进部的特征在于，其伸入电容器装置的至少一个中间空间，由此来排除在那里例如需设置的灌封材料。通过这类凹进部因此减少了灌封材料的需要量。
凹进部的两种设计方案可以备选地或者共同地设置。第一设计方案的特征在于，第一凹进部伸入电容器装置的仅由电容器界限的第一中间空间。第二设计方案的特征在于，第二凹进部伸入电容器装置的由至少一个电容器和框架式壳体部件的至少一个边缘区域界限的第二中间空间。
此外可以是有利的是，第一盖部具有平坦区域，其紧邻电容器装置。平坦区域具有平坦的主面。该平坦区域优选具有第一凹进部，第一凹进部的开口完全由该平坦区域围绕，并且其中，所述凹进部从该开口出发地构造。平坦区域可以具有第二凹进部，该第二凹进部布置在平坦区域的边缘上，由此第二凹进部的开口未完全而是仅在部分侧面上由平坦区域围绕。
每个第一或第二凹进部具有一个底部或者由隔板彼此分离的多个底部。这类底部优选面式平坦地、球形地或者尖地成形。如果凹进部具有多个底部，那么这些底部可以具有不同设计方案。重要的是，凹进部离开底部向其开口连续或非连续地扩宽。
概念“连续或非连续地扩宽”在整个文案中应当理解为，从所配属的凹进部的任意底部向开口的方向出发，每个在那里画出的四周受界限的、具有平行的面法线的面的面积沿这些法线从底部向开口地连续或非连续地增加。由此，沿着从各自的凹进部的底部向开口的法线，以这种方式限定的面的面积不小于与更邻近底部布置的平行的面的面积。同样，最后画出的面的面积明显大于那些邻近底部的能画出的面的面积。
以备选方式来表达，概念“连续或非连续地扩宽”可以通过如下方式来描述，即，对于每个从所配属的凹进部的底部向开口方向上伸展的矢量适用的是，所有四周受界限的面的面积沿该矢量连续或非连续地增加。
由此，依据本发明的功率电子系统具有如下优点，即，在运行中已积聚在这些凹进部中的并且然后在运行期间或静止期间转化为固态物理状态的液体、尤其是水在该转化中几乎自行地并且不依赖于水平位置地从凹进部迫出，也就是即使凹进部的开口“向上”。
附图说明
通过对根据本发明的布置方式的或者其中部分的在图1至图5中所示实施例的如下说明获得对本发明的进一步阐述以及有利细节和特征。
图1在三维视图中示出依据本发明的功率电子系统；
图2以三维视图示出依据本发明的功率电子系统在打开第一盖部的情况下的局部视图；
图3示出穿过根据图1的功率电子系统的剖面图；
图4以三维视图示出穿过第一盖部的剖面图；
图5以另一三维视图示出根据图4的盖部。
具体实施方式
图1以三维视图示出依据本发明的功率电子系统1。在此情况下，大致示出功率电子系统的壳体2，该壳体具有框架式壳体部件20，该壳体部件具有多个开口，这些开口由两个不同地压印出来的盖部3、4封闭。
此外，壳体2在其框架式壳体部件20上具有多个接口装置22。在此，仅在一个壳体侧面上布置所有接口装置22。这些接口装置22这里是例如用于连接电动马达或能量存储器的负载电流接口220，用于操控功率电子系统的控制接口222以及用于该功率电子系统的内部冷却的冷却介质接口224。
图2以三维视图示出根据图1的依据本发明的功率电子系统1在打开第一盖部3的情况下的局部视图。下方地、紧邻未示出的第一盖部布置有电容器装置6，该电容器装置6参见图1由第一盖部3遮盖。
电容器装置6由多个单个的相似的电容器60组成，它们布置在二维矩阵中。在该布置方式中，一些电容器60相对相邻的电容器60以九十度扭转的方式设置，由此得到中间空间62、64。在此，中间空间62、64不被理解为在几乎紧邻的电容器60之间的空间，而只是具有电容器与电容器的如下间隔的空间，该间隔超过单个电容器延展的五分之一。在此情况下，第一中间空间62侧向上四周由电容器60围绕，而第二中间空间64侧向上在至少一个侧面上不由电容器60界限而是由壳体2或者说其内壁208界限。
原则上在电容器60之间的和在电容器60与围绕它们的壳体2，在此为框架式壳体部件20和未示出的第一盖部3，之间的任一容积应当用灌封材料620灌封。该灌封材料620尤其用于电容器60到壳体2上的热量排出。为了在此情况下节约灌封材料620而设置，第一盖部3的凹进部32、34伸入中间空间，为此参见图1和图3。
此外示出框架式壳体部件20的密封面202和用于布置参见图1的连接装置308的空隙206，用于安装第一盖部3。
图3示出穿过根据图1的功率电子系统1的剖面图。在此情况下示出框架式壳体部件20以及设置在该壳体部件20的一个侧面上的接口装置22。在壳体2的内部示出构造了功率电子电路设备5的功率半导体模块50、电容器装置6和其他组件7。这些其他组件7可以是操控电路板、传感器、用于电流分配的汇流排元件和冷却装置。
接口装置22和所提到的组件7以及功率半导体模块50和电容器装置6以适当的电路形式彼此连接。
尤其可以识别出，电容器装置6由多个相似的电容器60组成，这些电容器在此，但不是必须地，布置在共同的电路板上。电容器装置6由框架式壳体部件20侧向地围绕，其中，这些电容器60略微突出于由该壳体部件20形成的开口。
电容器装置6的这些电容器60由第一盖部3覆盖，该第一盖部这里具有凹进部32、34的两种不同的设计方案。
此外可以看到，第一盖部3的第一凹进部32伸入仅由电容器60界限的第一中间空间62，而第一盖部3的第二凹进部34伸入由电容器60和在框架式壳体20的边缘区域中的内壁208界限的第二中间空间64中。
通过这些凹进部32、34，各自的中间空间62、64的、本该利用灌封材料620填充的容积明显减小，由此节约了灌封材料620。除了排出热量之外，灌封材料620可以用于对电容器60运动的阻尼，假如这些电容器由于到功率电子系统1上的外力引起运动、尤其是振动的话。因为灌封材料620典型地呈凝胶状构造，所以过大的相关联的容积不能足够地阻尼该运动。因为通过凹进部32、34明显减小了在电容器60之间或者说在电容器60与壳体2之间的容积，所以由此也获得了振动阻尼的明显改善。
图4以三维视图示出穿过第一盖部3的剖面图，而图5从壳体内部观察地示出该第一盖部3。在此情况下，第一盖部3具有边缘区域和平坦区域36，该平坦区域构造了平坦的主面。在盖部的边缘区域中设置有密封装置302，该密封装置与参见图2的框架式壳体部件20的密封面202对应并且由此在已安装的第一盖部3的情况下防潮地封闭壳体2。为此，在边缘区域中此外设置有带空隙306的连接元件304，其中，这些空隙与参见图2的壳体2的所配属的空隙206对应。通过将参见图1的螺栓308布置在这些空隙中形成壳体的所提到的防潮密封。
在此情况下同样示出第一盖部3的第一和第二凹进部32、34。这两个凹进部在此不仅具有底部320、340，还在一定程度上具有相对于主面上开口的“配套件”。该底部320、340可以构造成平坦的面，这些面例如借助倒圆或者在最简单的情况下借助棱边过渡到凹进部的边缘区域中。备选地，底部320、340也可以球形地几乎构造为球的部分面或者构造为尖的。
在凹进部32、34的所有设计方案中重要的是，根据上述限定，从底部320、340向开口，凹进部连续或非连续地扩宽。只有利用这种设计方案可以实现，已积聚在这种凹进部32、34中的并且随后转化为固态物理状态、即冰的水几乎自行在此情况下从凹进部32、34中迫出。简而言之以及涉及具有刚好一个底部的圆形凹进部地，沿从底部向开口方向，直径在任何位置都不允许减小。
该要求适合于同样与此处所示的、各具有多于一个的底部320、340的凹进部32、34的适配，其中，各自的底部320、340通过隔板322、342彼此分离。通常这些隔板322、342未达到凹进部的开口，由此，在底部320、340之后的第一区域中存在若干单个的部分凹进部，这些单个的部分凹进部在向开口的分布中融合成上部的部分引出部。
该要求同样适合于与不具有平坦的主面而是具有轮廓化面的第一盖部3的适配。

Claims (12)

1.功率电子系统(1)，具有：
多部件的具有至少一个盖部(3、4)和框架式壳体部件(20)的壳体(2)；
接口装置(22)；
功率电子电路设备(5)；
利用第一盖部(3)遮盖的电容器装置(6)，所述电容器装置具有多个电容器(60)，所述多个电容器具有中间空间(62、64)，其中，所述第一盖部(3)具有凹进部(32、34)，所述凹进部伸入所述电容器装置(6)的中间空间(62、64)，
至少一个第一凹进部(32)伸入仅由电容器(60)界限的第一中间空间(62)，
至少一个第一凹进部(32)具有面式平坦的、球形的或者尖地成形的至少一个底部(320)，并且所述第一凹进部(32)离开所述至少一个底部(320)连续或非连续地扩宽。
2.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，
所述电容器装置(6)借助灌封材料(620)灌封。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子系统，其中，
所述电容器装置(6)包括多个布置在一维或二维矩阵中的相似的电容器(60)。
4.根据权利要求1至2之一所述的功率电子系统，其中，至少一个第二凹进部(34)伸入由至少一个电容器(60)和所述框架式壳体部件(20)的至少一个边缘区域、内壁(208)界限的第二中间空间(64)。
5.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，所述第一盖部(3)具有平坦区域(36)，其紧邻所述电容器装置(6)并且具有所述平坦区域(36)的平坦的主面，其中，第一凹进部(32)布置在所述平坦区域(36)中。
6.根据权利要求5所述的功率电子系统，其中，
所述第一凹进部(32)从所述平坦的主面(36)出发地布置并且由此在全部侧面上由所述平坦的主面(36)围绕。
7.根据权利要求4所述的功率电子系统，其中，所述第一盖部(3)具有平坦区域(36)，其紧邻所述电容器装置(6)并且具有所述平坦区域(36)的平坦的主面，其中，第一凹进部(32)布置在所述平坦区域(36)中，
所述第二凹进部(34)布置在所述平坦区域(36)的边缘处并且由此仅在部分侧面上由所述平坦区域(36)围绕。
8.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，
在多个成形的底部(320)的情况下，在这些底部(320)之间构造有第一凹进部(32)的第一隔板(322)并且所述第一隔板未达到所述平坦区域(36)。
9.根据权利要求4所述的功率电子系统，其中，
至少一个第二凹进部(34)具有面式平坦的、球形的或者尖地成形的底部(340)并且所述第二凹进部(34)离开所述至少一个底部(340)连续或非连续地扩宽。
10.根据权利要求9所述的功率电子系统，其中，
在多个成形的底部(340)的情况下，在这些底部之间构造有第二凹进部(24)的第二隔板(342)。
11.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，
所述功率电子电路设备(5)包括一个功率半导体模块(50)或者多个功率半导体模块。
12.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，
所述接口装置(22)包括电负载接口(220)、电辅助或者说控制接口(224)和冷却剂接口(226)的任意组合。
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