CN106059258A - 具有功率电子元件和直流电压母线的构造 - Google Patents

具有功率电子元件和直流电压母线的构造 Download PDF

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Abstract

根据本发明的构造设计成具有直流电压母线和功率元件，功率元件具有第一和第二直流电压连接导体，所述导体是平坦的并且每个都具有接触部段，直流电压连接导体在其到相应接触部段的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且直流电压连接导体具有在电流流动方向上在相应接触部段横向旁边的夹持部段，直流电压母线具有分别具有接触部段的第一和第二部分母线，部分母线在其到相应接触部段的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且部分母线具有在电流流动方向上在相应接触部段横向旁边的夹持部段。

Description

具有功率电子元件和直流电压母线的构造
技术领域
本发明描述了具有功率电子元件的构造，功率电子元件简称为功率元件，特别是功率半导体模块或功率电子电路的电容器器件的形式。对于功率电子电路而言，本领域内惯常的是具有功率元件的两种配置，在这种情况下，功率半导体模块通过直流电压母线(busbar)连接到电容器器件。这种功率电子电路在功率电子系统中使用，通过示例并且不限制一般性的方式，功率电子系统可以在车辆中用作用于控制电机和给电机供电目的的主要驱动器或辅助驱动器。
背景技术
从DE 10 2012 201 766 A1已知具有多部分式壳体的功率电子系统，多部分式壳体具有至少一个盖和框架状壳体部分。所述系统具有连接装置、内部直流电压母线、为一个或多个功率半导体模块形式的功率电子电路构造和由第一盖覆盖的电容器器件。
适于这样的系统的功率半导体模块通过示例的方式从DE 10 2007 026768 A1已知。该文献描述了压接连接的三相电流转换器模块，所述模块具有基板、壳体、压力元件以及向外引导的负载连接元件和辅助连接元件，所述基板在每种情况下每相具有多个功率半导体元件。相应的基板具有绝缘材料主体以及具有负载电势和辅助电势的导体轨道。负载连接元件(即直流电压和交流电压连接导体)每个都设计成模制的金属主体，其具有外部接触器件、带状部段以及从带状部段开始布置成一行的触脚。
在这种构造或系统的情况下不变的要求是由功率元件和直流电压母线构成的构造的低电感配置。
发明内容
通过获知这些所述的情况，本发明的目的是提出一种低电感构造，所述低电感构造具有功率元件和直流电压母线，在这种情况下并且同时，直流电压母线和直流电压连接导体的线横截面不在相应的连接点处变窄以便获得电流携载能力，并且同时，直流电压母线和直流电压连接导体的漏电感特别低，特别是在其用于导电连接的接触点处。
根据本发明的构造设计成具有直流电压母线和功率元件，功率元件具有第一直流电压连接导体和第二直流电压连接导体，所述导体是平坦的并且每个都具有接触部段，直流电压连接导体在其到相应接触部段的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且直流电压连接导体具有在电流流动方向上在相应接触部段横向旁边的夹持部段，直流电压母线具有分别具有接触部段的第一部分母线和第二部分母线，部分母线在其到相应接触部段的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且部分母线具有在电流流动方向上在相应接触部段横向旁边的夹持部段。
根据本发明，至少一个直流电压连接导体的接触部段以极性一致的方式导电地连接到相关联的部分母线的接触部段，上述连接借助于通过连接装置将直流电压连接导体的夹持部段以平坦和力配合的方式彼此叠置地连接到部分母线的夹持部段，因此相应的接触部段通过分配给它们的接触表面直接平坦地位于彼此之上。
术语“紧邻”在本文献中应理解成意味着“在近距离处”，在这种情况下，该近距离本身足以使得之间的区域能够确保电绝缘，或绝缘装置(例如塑料膜)布置于之间以便实现绝缘的目的。换言之，近距离意味着在不同极性的情况下确保电绝缘的足够距离。
“接触部段”在本文献中应理解成意味着在每种情况下是直流电压连接导体或部分母线的区域，其通过所述接触部段在接触表面上与部分母线或直流电压连接导体的所分配的接触表面接触而产生直接的平坦的导电连接。
当然，以单数提及的特征，特别是功率元件，也可以复数存在，以及相应的夹持部段也可在根据本发明的构造中以双倍存在，只要其本身不被排除即可。
如果直流电压连接导体和以极性一致的方式与其连接的部分母线分别具有以相对于电流流动方向对称的方式布置的两个夹持部段，则对于本发明的构造而言是特别有利的。在这种情况下，分配到彼此的夹持部段可优选地还彼此叠置以使得它们远离彼此弯曲，并且作为它们力配合连接的结果，因而具有附加地将接触部段压靠彼此的弹性力。
在该构造的一个优选配置中，力配合连接装置通过螺钉连接形成。在这种情况下，分配到彼此的夹持部段可具有与彼此对准的切除部，螺钉连接的螺钉穿过这些切除部，以及力配合连接装置通过螺母形成。备选地，分配到彼此的夹持部段可具有与彼此对准的切除部，这些切除部中的一个具有内螺纹，螺钉连接的螺钉穿过这些切除部，以及当旋拧到内螺纹上时形成力配合连接装置。
绝缘装置(特别是绝缘膜)可优选布置在直流电压连接导体之间，进一步更优选的是还以横向突出超过所述导体的方式布置在直流电压连接导体之间。如果绝缘装置(特别是绝缘膜)布置在部分母线之间，进一步更优选的是还以横向突出超过所述母线的方式布置在部分母线之间，同样是优选的。在这种情况下，在另一个优选的实施例中，两个绝缘装置也可合并成一个共同的绝缘装置。
特别是，该功率元件为功率半导体模块或电容器器件的形式，则会是有利的。
不言而喻的是，本发明的各种配置可以单独的方式或以任何组合的方式实施以便得以改进。特别是，上述特征以及在此或下文解释说明的那些特征不仅可以指定的组合使用，而且可以不互相排斥或本身不脱离本发明范围的其它组合使用。
附图说明
本发明的进一步的解释、有利细节和特征从在图1至图6中示意性示出的本发明示例性实施例的以下描述或从图中的相应部分显现。
图1示出根据本发明第一构造的侧视图。
图2示出该第一构造在不同平面内的平面视图。
图3示出第一构造的直流电压母线的不同横截面视图。
图4示出直流电压连接导体和部分母线的力配合连接的两个变型。
图5示出根据本发明第二构造的侧视图。
图6示出根据本发明第三构造的侧视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明第一构造的侧视图。示出功率元件3，其以不限制一般性的方式在本文中示出为功率半导体模块的形式。功率半导体模块3的内部结构在本领域内基本上是常规的。以本领域内同样常规的方式，功率半导体模块3具有两个直流电压连接导体2，所述直流电压连接导体2在切除部30处穿过壳体，并且在它们在功率半导体模块3内的内部路线内尽可能地紧邻，也就是说在它们的法向矢量N的方向上在近距离处。这种紧邻的配置延伸靠近接触部段200、240，但不再设置于该处，因为适于直流电压母线1的柔性连接的选择方案在此是有必要的。因此，直流电压连接导体20、24在此分别具有直角弯头，其远离彼此弯曲并且用于形成在彼此旁边的两个接触表面206、246。关于接触部段200、240的更具体配置，在此具体参照图2a。
以本领域中内同样常规的方式，功率半导体模块3的壳体也具有切除部32，其用于接收螺母42以便在直流电压连接导体2和直流电压母线1的部分母线10、14之间形成力配合的导电连接。关于进一步的具体配置，同样参照图2a。
取决于施加到直流电压连接导体20、24的电压，绝缘装置22至少在它们紧邻彼此延伸的区域内设置在所述导体之间。所述绝缘装置在此以本领域内常规的方式为绝缘膜的形式。为了符合与标准一致的空气和爬电路径，绝缘膜22形成为使得它从附图的平面横向突出超过在它们路线内的直流电压连接导体20、24。
此外，以类似于分解图的方式示出直流电压母线1，该电压母线以本领域内常规的方式使用以便将功率半导体模块3连接到电容器器件或连接到另一直流电压源或直流电压阱(voltage sink)。直流电压母线具有两个部分母线10、14，所述部分母线10、14在此在它们到接触部段100、140的路线的大部分内在它们相应的法向矢量N的方向上紧邻彼此布置，以便以极性一致的方式与功率半导体模块3的直流电压连接导体20、24进行导电接触的目的。换言之，部分母线10、14为以本领域内常规的方式平行于彼此布置的平坦的模制金属主体的形式。
第一极性的第一部分母线10延伸到功率半导体模块3的第一直流电压连接导体20的所分配的接触部段200，并且在此具有接触部段100，所述接触部段100具有接触表面106，所述接触表面106以力配合的方式连接到第一直流电压连接导体20的接触部段200的相应接触表面206。
第二极性的第二部分母线14仅延伸到功率半导体模块3的第二直流电压连接导体24的所分配的接触部段240，并且在此具有接触部段140，所述接触部段140具有接触表面146，所述接触表面146以力配合的方式连接到第二直流电压连接导体24的接触部段240的相应接触表面246。
由于功率半导体模块3的直流电压连接导体20、24的接触表面206、246位于一个平面上，因此所述第一部分母线10在其路线中具有突出部，所述突出部为双直角弯头的形式，并且用于将第一部分母线10的接触表面106布置在具有第二部分母线14的接触表面146的平面内。
取决于施加到部分母线10、14的电压，绝缘装置12至少在部分母线紧邻彼此延伸的区域内设置在所述母线之间。所述绝缘装置在此以本领域内常规的方式为绝缘膜的形式。为了符合与标准一致的空气和爬电路径，绝缘膜12形成为使得它从附图的平面横向突出超过在它们路线内的部分母线10、14。
在相应接触表面之间的相应力配合连接通过连接装置进行，在连接过程中相应接触表面形成相应的部分母线和相应直流电压连接导体的相互分配的接触部段的导电接触。后者即连接装置为具有两个螺钉40的螺钉连接的形式，在每种情况下，螺钉40连接到功率半导体模块3的壳体的螺母42。根据本发明，螺钉40不穿过相应的接触部段，而是穿过布置在接触部段旁边的它们自身的夹持部段，也参照图2a和图2b。
图2示出第一构造在不同平面内的平面视图，在这种情况下，图2a示出功率半导体模块3的平面视图，而图2b示出直流电压母线1的部分母线10、14的实质上从下方、即从功率半导体模块3的观察方向所看到的平面视图。
根据图2a的功率半导体模块3具有壳体，还参照图1，以及两个直流电压连接导体20、24。另外的连接导体，特别是以本领域内常规方式存在的一个或多个交流电压连接导体和控制连接导体，出于清楚的原因而在此以及在其余附图中未示出。
直流电压连接导体20、24突出穿过功率半导体模块3的壳体中的切除部30，并在它们通过壳体的路线中紧邻。在该路线中，绝缘装置22布置在直流电压连接导体20、24之间，而且也以横向突出超过所述导体的方式布置在直流电压连接导体20、24之间。所述绝缘装置22可为绝缘膜的形式，或者可以是塑料壳体的一部分。接触部段200、240通过在不同的方向上对直流电压连接导体20、24倒角而在壳体的顶侧上形成，所述接触部段200、240分别具有接触表面206、246，仅通过交叉影线示出右手侧的第二接触部段。
给每个直流电压连接导体20、24布置在电流流动方向上在接触部段200、240的横向旁边的两个夹持部段204、244，电流流动方向参照图2b中的双头箭头，上述夹持部段不限制接触表面的面积，更精确地是接触表面的表面面积，因此不形成任何瓶颈，所述瓶颈造成对于从直流电压连接导体20、24的接触表面206、246到直流电压母线1的部分母线10、14的那些接触表面106、146(参照图2b)的电流而言的减小的电流携载能力。夹持部段202、242的每一个都具有切除部204、244，参照图1描述的螺钉连接的螺钉40可布置成通过所述切除部204、244。
图2b示出直流电压母线1的两个部分母线10、14。两者都为平坦模制的金属主体的形式，并且具有均匀的宽度和厚度，因此也在它们到接触部段100、140的路线中具有均匀的横截面面积。以对应于功率半导体模块3的直流电压连接导体20、24的所述接触表面206、246的方式，部分母线10、14具有接触表面106、146，仅对于第二部分母线14的右手侧接触部段140以交叉影线示出。部分母线10、14的接触部段106、146具有在电流流动的方向上横向布置的夹持部段142。这些夹持部段142依次具有切除部144，所述切除部144与功率半导体模块3的直流电压连接导体24的夹持部段242中的切除部244以及与螺母42对准，所述螺母以旋转固定的方式布置在功率半导体模块3的壳体内，参照图1。
为了形成螺钉连接(未示出)，参照图1，适于每个极性的两个螺钉40延伸通过在相应夹持部段142、242内的切除部144、244并且旋拧到螺母42。
根据本发明构造的一个重要的优势是，有助于电流携载能力的部分母线以及接触部段连同它们的接触表面的横截面面积都不会受到螺钉连接的限制，其结果是在相应的直流电压连接导体和所分配的部分母线之间连接的电流携载能力不会因它们的连接而减小。此外，直流电压连接导体以及直流电压母线的部分母线的路线的紧邻配置，包括它们之间的导电连接区域的紧邻配置，产生特别低的漏电感。
图3示出第一构造的直流电压母线1的不同截面视图。示出在第二部分母线14的接触部段140和平行以及紧邻于第二部分母线布置的第一部分母线10处的在Z方向上的截面视图。同样示出两个部分母线10、14在它们到接触点的路线中的平行路线。
在所述第二部分母线14的接触部段140处，第一部分母线10具有横截面，所述横截面具有与在到其接触部段的路线中的设计相同的横截面面积。对于电流传导而言，第二部分母线14具有与第一部分母线10基本上相同的横截面。除了接触部段140之外，第二部分母线14也具有夹持部段142。分配到该夹持部段142的螺钉连接在此变得清楚；以分解视图的类型只示出突出穿过夹持部段142中切除部144的相关联的螺钉40。
绝缘膜12布置在两个部分母线10、14之间。所述绝缘膜横向叠盖第一部分母线10并在两侧上远离第二部分母线14向上弯曲。该配置不仅使得部分母线10、14相对于彼此电绝缘，而且在螺钉连接中，尤其是螺钉40本身相对于第一部分母线电绝缘。
在两个部分母线10、14的路线中，后者即两个部分母线10、14紧邻彼此布置并在此具有相同的宽度和相同的横截面面积。在两个部分母线10、14之间的绝缘膜12在每种情况下沿横向突出，并且也可在任何所需方向上远离弯曲，如在上面所示的情况下那样。
图4示出在第二直流电压连接导体24和所分配的第二部分母线14之间的力配合连接的两种变型，在此力配合连接同样是使用两个螺钉40和两个螺母42的螺钉连接。在下部部分中所示的变型具有部分母线14和直流电压连接导体24的相应夹持部段142、242，每个夹持部段142、242从接触部段140、240横向突出且彼此平行。
在第二变型中，夹持部段142、242远离彼此弯曲，其结果是，在螺钉连接的作用下，相应接触部段140、240的接触表面146、246通过附加的力分量(弹性力)按压到彼此上。这同样提高导电连接的质量。
图5示出根据本发明的第二构造的侧视图。该构造基本上对应于根据图1的构造，但在此不在分解图中示出直流电压母线20、24。此外，直流电压母线1的第一部分母线10在此不具有直角弯头。通过该第一直流电压连接导体20进行用于将第一部分母线10连接到第一直流电压连接导体20的必要的高度调节，该第一直流电压连接导体20具有相比较于第二直流电压连接导体24的接触部段240的位置处于更高位置的接触部段200。
图6示出根据本发明第三构造的侧视图。示出功率元件3，其以不限制一般性的方式为本文的电容器器件的形式。该电容器器件3具有直流电压连接导体20、24，它们从电容器器件3的壳体横向突出，并且它们本身在它们到其接触部段200、240的路线中并在其接触部段200、240的区域彼此平行地布置。
直流电压母线1的部分母线10、14本身同样在它们到其接触部段100、140的路线中并在其接触部段100、140处彼此平行地布置。
在接触部段的旁边，部分母线10、14和相应的相关联的直流电压连接导体20、24分别具有在电流流动方向上的夹持部段，其中连接装置为螺钉连接的形式，根据本发明该夹持部段不限制电流携载能力，且基本上至少形成根据图2b的部分母线。对于其余部分而言，直流电压连接导体以及直流电压母线的部分母线的路线的连续紧邻配置，包括它们之间的导电连接区域，具有特别低的漏电感。
在原理上，再次示出绝缘装置22，在此为电容器器件3的一部分(在此具有附图标记12)，确保直流电压连接导体和部分母线两者至少在超出其接触部段的路线中的电绝缘。

Claims (9)

1.具有直流电压母线(1)并具有功率元件(3)的构造，其特征在于：
功率元件(3)具有第一直流电压连接导体和第二直流电压连接导体(20，24)，所述导体(20，24)是平坦的并且每个都具有接触部段(200，240)，直流电压连接导体(20，24)在其到相应接触部段(200，240)的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且直流电压连接导体(20，24)具有在电流流动方向上在相应接触部段(200，240)横向旁边的夹持部段(202，242)；
直流电压母线(1)具有分别具有接触部段(100，140)的第一部分母线和第二部分母线(10，14)，部分母线(10，14)在其到相应接触部段(100，140)的路线中具有第一宽度和第一横截面面积，并且在此在该路线中在其相应的法向矢量的方向上彼此紧邻地布置，并且部分母线(10，14)具有在电流流动方向上在相应接触部段(100，140)横向旁边的夹持部段(102，142)；
至少一个直流电压连接导体(20，24)的接触部段(200，240)以极性一致的方式导电地连接到相关联的部分母线(10，14)的接触部段(100，140)，上述连接借助于通过连接装置(40，42)将直流电压连接导体(20，24)的夹持部段(242)以平坦和力配合的方式彼此叠置地连接到部分母线(10，14)的夹持部段(102，142)，因此相应的接触部段(100，140，200，240)通过分配给它们的接触表面(106，146，206，246)直接平坦地位于彼此之上。
2.根据权利要求1所述的构造，其特征在于：
直流电压连接导体(20，24)和以极性一致的方式与其连接的部分母线(10，14)分别具有以相对于电流流动方向对称的方式布置的两个夹持部段(102，142，202，242)。
3.根据权利要求2所述的构造，其特征在于：
夹持部段(102，142，202，242)以位于彼此之上的方式分配到彼此，以使得夹持部段弯曲远离彼此，并且作为力配合连接的结果，因此具有附加地将接触部段(100，140，200，240)压靠彼此的弹性力。
4.根据前述权利要求之一所述的构造，其特征在于：
力配合连接装置(40，42)通过螺钉连接形成。
5.根据权利要求4所述的构造，其特征在于：
分配到彼此的夹持部段(102，142，202，242)具有彼此对准的切除部(104，144，204，244)，并且螺钉连接的螺钉(40)穿过这些切除部(104，144，204，244)，以及力配合连接装置通过螺母(42)形成。
6.根据权利要求4所述的构造，其特征在于：
分配到彼此的夹持部段(102，142，202，242)具有彼此对准的切除部(104，144，204，244)，这些切除部(104，144，204，244)中的一个具有内螺纹，并且螺钉连接的螺钉(40)穿过这些切除部(104，144，204，244)，以及当旋拧到内螺纹时形成力配合连接装置。
7.根据权利要求1所述的构造，其特征在于：
绝缘装置(12)，特别是绝缘膜，布置在直流电压连接导体(10，14)之间，而且优选还以横向突出超过所述导体的方式布置在直流电压连接导体(10，14)之间。
8.根据权利要求1所述的构造，其特征在于：
绝缘装置(22)，特别是绝缘膜，布置在部分母线(20，24)之间，而且优选还以横向突出超过所述母线的方式布置在部分母线(20，24)之间。
9.根据权利要求1所述的构造，其特征在于：
所述功率元件(3)为功率半导体模块或电容器器件的形式。
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