CN109921609B - 用于制造功率电子系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于制造功率电子系统的方法，该功率电子系统具有冷却装置、开关装置、端子装置、电容器装置和控制装置，所述方法包括以下制造步骤：为冷却装置设置多个第一定位切口和第二定位切口；为开关装置设置基板和第一安装装置，所述第一安装装置具有第一定位装置；为端子装置设置第二安装装置，所述端子装置完全独立于开关装置，也就是说，所述端子装置形成专用部件部分或专用组件，所述第二安装装置具有第二定位装置；将开关装置布置在冷却装置上，其中第一定位装置布置在相应分配的第一定位切口中；将所述端子装置布置在所述冷却装置上，其中所述相应的第二定位装置布置在所分配的第二定位切口中；布置电容器装置。

Description

用于制造功率电子系统的方法
技术领域
本发明描述了一种用于制造功率电子系统的方法，该功率电子系统具有冷却装置、开关装置、端子装置、电容器装置和控制装置。该功率电子系统优选地预期应用于全部或部分地电动运行的车辆，特别还应用于工业卡车(诸如叉车)。
背景技术
从一般的现有技术已知这样的电路布置：该电路布置具有基体、具有中间电路板的至少一个基板、压力装置和驱动电路，例如DE10127947A1中所公开的那样。基板具有正极导体轨迹、负极导体轨迹、AC导体轨迹和辅助端子。诸如功率晶体管的部件与导体轨迹和辅助端子接触。中间电路板具有正极DC端子、负极DC端子、以及在所述DC端子之间连接的电容器。AC端子元件分配给基板。正极DC端子和负极DC端子具有接触元件，用于与至少一个基板上的相关导体轨迹进行直接低电感接触。这同样适用于至少一个AC端子元件。压力装置用于使得正极DC端子的接触元件和负极DC端子的接触元件与至少一个AC端子元件的接触元件之间进行电接触。
这种内置附件不易于模块化制造，在给定相同配置的开关装置的情况下，可能有不同配置的端子元件。
发明内容
通过了解上述情况，本发明的目的在于提出一种用于制造功率电子系统的方法，该功率电子系统具有冷却装置、开关装置、端子装置、电容器装置和控制装置，其易于模块化制造。
根据本发明，该目的通过具有以下特征的方法来实现。
根据本发明的用于制造功率电子系统的方法，所述功率电子系统具有冷却装置、开关装置、端子装置、电容器装置、控制装置、以及优选地覆盖开关装置、电容器装置和控制装置的壳体，所述方法具有以下基本制造步骤：
a)为冷却装置设置多个第一定位切口和第二定位切口；
b)为开关装置设计或设置基板和第一安装装置，所述第一安装装置具有第一定位装置；在这种情况下，定位装置可以与第一安装装置形成为一个或多个部分；
c)为端子装置设置第二安装装置，该端子装置完全独立于开关装置，即，该端子装置形成专用部件部分或专用组件，该第二安装装置具有第二定位装置；在这种情况下，定位装置可以与第二安装装置形成为一个或多个部分；
d)将开关装置布置于冷却装置，其中第一定位装置布置在相应分配的第一定位切口中；
e)将端子装置布置在冷却装置上，其中相应的第二定位装置布置在所分配的第二定位切口中；
f)布置电容器装置；
g)布置其他部件，特别是控制装置。
在此，所述方法步骤次序的以下顺序是特别有利的：
·步骤顺序：a)至g)，其中步骤b)和c)以及d)和e)的顺序在每种情况下是根据需要而定的，特别是由于涉及独立的组件，所以b)和c)也可以同时进行。
·步骤顺序：a)至e)，其中步骤b)和c)以及d)和e)的顺序在每种情况下是根据需要而定的，特别是b)和c)也可以同时进行，其中步骤f)以及还可能有步骤g)与步骤d)一起进行。
优选地，在制造步骤b)中，基板可以布置并固定在第一安装装置中的第一切口中，其中固定优选地通过粘性的电绝缘材料来执行。
有利的是，开关装置的第一安装装置具有第二切口，该第二切口在远离冷却装置的一侧上开放基板的子区域。
同样，优选的是，电容器装置具有用于与开关装置的基板进行接触的接触元件。
原则上，其他部件可以选自以下各项：控制装置、一个或多个内部电连接元件、一个或多个内部负载端子元件、壳体。在这种情况下，任何期望的组合可以是有利的。
出于制造相关的原因，特别有利的是，开关装置或控制装置与电容器装置形成结构单元。此外，通过第三定位切口和第三定位装置，开关装置或控制装置与电容器装置可以相对于彼此布置。
原则上，各个安装装置的定位装置可以是销或螺钉的形式。对应于此，相应的定位切口可以是没有内螺纹的孔的形式或具有内螺纹的孔的形式。
当然优选的是，端子装置具有外部负载端子元件。该外部负载端子元件可以穿过冷却装置。备选地，外部负载端子元件可以平行于或垂直于冷却装置地从端子装置突出，并且可以优选地穿过壳体。在这种情况下，外部负载端子元件优选地可以是螺栓的形式，其具有用于外部馈线的螺旋型或插塞式连接。
当然，如果没有明确地排除或本质上排除或者与本发明的概念相矛盾，则在每种情况下以单数形式提及的特征(特别是端子元件的变型)可以以复数形式设置于根据本发明的电力电子开关装置中。
不言而喻的是，本发明的各种配置可以单独实现或以任何期望的组合实现，以实现改进。特别地，在不脱离本发明范围的情况下，上下文提及和解释说明的特征不仅可以在指定的组合使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。
附图说明
从下文中对本发明的示例性实施例或其各个部分的描述可以得到本发明的进一步解释说明、有利的细节和特征，所述示例性实施例由图1至图9中示意性地示出。
图1示出使用根据本发明的方法制造的功率电子系统的第一配置。
图2示出使用根据本发明的方法制造的功率电子系统的第二配置。
图3至图7示出了在根据本发明方法的各个阶段中的形成第三配置的组件及其布置。
图8示出与图5中所示配置相比的外部负载端子元件的替代配置。
图9示出具有功率电子系统的电动运行的车辆。
具体实施方式
图1示出使用根据本发明的方法制造的功率电子系统1的第一配置。示出了冷却装置6，在这种情况下，冷却装置6是空气冷却的散热器60，其具有多个第一定位切口604，仅示出了其中的一个。该图示的第一定位切口604从冷却装置6的第一表面600开始进入所述冷却装置并且采用孔的形式，更确切地说是采用没有内螺纹的盲孔形式。此外，冷却装置6具有两个第二定位切口602，第二定位切口602原则上具有与第一切口相同的设计。最后，冷却装置6具有贯通切口62，其从第一表面穿过到相对的第二表面。
此外图示了开关装置2，其具有第一安装装置22和基板26。基板26是用于功率电子应用的传统基板，并且在其远离冷却装置的第一侧上具有导体轨迹，所述导体轨迹组装有功率半导体部件。功率半导体部件以本领域内常规的方式连接在开关装置2中。
第一安装装置22具有第一切口220，参见图3，用于接收基板26。当然，也可以设置适于相应分配基板的多个第一切口。布置在第一切口220中的基板26借助于粘合的电绝缘材料24而固定到第一安装装置22，由此产生第一安装单元22或第一组件。第一安装装置22还具有第二切口222，优选为多个第二切口222，每个第二切口222在远离冷却装置6的一侧上开放(open up)基板26的子区域。在这种情况下，功率电子系统1的其他部件或组件的连接装置400例如穿过这些第二切口222突出，以便与基板26上的导体轨迹接触。
电容器装置4布置在第一安装装置22上，其中所述安装装置和所述电容器装置通过第三定位切口402和第三定位装置202相对于彼此定位。因此，第一安装装置22和电容器装置4一起形成功率电子系统的改进的第一组件，更精确地说是一起形成功率电子系统的扩展的第一组件。因此电容器装置4具有多个电容器42、接触总线40和用于与基板26进行电接触的接触元件400。
此外，第一安装装置22具有第一定位装置204，仅示出其中的一个。该第一销状定位装置204接合在冷却装置6中的所分配的定位切口604中，以便相对于冷却装置6固定开关装置2的位置。
可以独立于第一组件布置的第二组件原则上由端子装置3形成，该端子装置在这种情况下具有为绝缘体形式的第二安装装置30。该第二安装装置30具有两个第二销状定位装置302，该第二销状定位装置302接合在冷却装置6中的所分配的第二定位切口602中，用于相对于冷却装置6固定端子装置3的位置。
在这种情况下，第二组件还包括三个内部负载端子元件46，内部负载端子元件46至少临时地固定在第二安装装置30上并且具有用于在每种情况下与基板26上的一个导体轨迹进行电接触的接触区域。在此图示的一个内部负载端子元件46预期用于传导功率电子系统1的三个AC电压电势中的一个。
此外，第二安装装置30具有贯通切口32，该贯通切口32布置成相对于冷却装置中的贯通切口62对齐。外部负载端子元件7的一部分穿过这两个切口32，62并穿过内部负载端子元件46。外部负载端子元件7具有馈线部分70和螺栓状端部件72，螺栓状端部件72借助于螺纹连接720，722而电连接到内部负载端子元件46并且相对于端子装置3位置固定。
图2示出使用根据本发明的方法制造的功率电子系统1的第二配置。在这种情况下，冷却装置6原则上设计成与第一配置中的冷却装置相同，并且因此具有功能相同的第一定位切口602和第二定位切口604。
该第二配置的开关装置2具有基板26，基板26具有绝缘体262和多个导体轨迹264。功率半导体部件266布置在这些导体轨迹264中的一些上。借助于由绝缘膜464组成的成堆的膜460来进行开关装置的内部电路适当连接，所述绝缘膜464具有布置在其相应表面上的导电膜46，462。这些导电膜中的一个同时形成内部负载端子元件46。
基板26由第一安装装置22围绕并且借助于粘合的电绝缘材料24固定在所述安装装置中，由此开关装置2为第一组件的形式。第一安装装置22具有另一个销202，其用于相对于开关装置2定位电容器装置(未示出)。第一安装装置22的第一定位装置204(在此也是销)接合在第一定位切口604中并相对于冷却装置4固定开关装置2的位置。
同样且再次图示为第二组件的是具有第二安装装置32的端子装置3，在这种情况下，第二安装装置32具有作为第二定位装置302的销。所述销接合在第二定位切口602中并相对于冷却装置6固定端子装置3的位置。
因此，两个组件以及此外两个安装装置都相对于彼此和冷却装置而彼此独立地定位。
内部负载端子元件46、第二安装装置30和冷却装置6均具有贯通切口和外部负载端子元件7，所述贯通切口均相对于彼此对齐并且螺钉726在此情况下至少部分地穿过该贯通切口，所述外部负载端子元件7在此情况下布置在冷却装置6中的切口62中和第二安装装置30中。外部负载端子元件7本身具有柔性馈线70和用于所提及的内部连接的具有内螺纹724的螺栓72。
图3至图7示出了，在根据本发明的方法的各个阶段中的形成第三配置的功率电子开关装置1的组件及其布置。
图3示出在方法步骤b)期间从冷却装置的角度(即，实际上从下方)组装之前的开关装置。图示了第一安装装置22，其具有用于接收基板26的第一切口220，并且具有多个第二切口222，通过该第二切口222可以使电容器装置(更准确地说是电容器装置的接触元件)与基板26(特别是基板26的导体轨迹)进行电接触。进一步图示了第一定位装置204，其在这种情况下为销的形式并且预期布置于冷却装置6中所分配的第一定位切口604中。
图4示出冷却装置的第一表面，图3所示的电路装置布置在该第一表面上，并且借助于冷却装置中的第一定位切口604与第一安装装置22的第一定位装置204的相互作用来定位。这对应于方法步骤d)的结束。
进一步图示了从冷却装置6的第一表面到第二表面的贯通切口62，用于布置端子元件，特别是外部端子元件。图示了直接与这些切口62相邻的第二定位切口602，其用于定位端子装置3，更确切地说是第二安装装置30。在冷却装置6的这种配置中存在两种定位切口配置，即具有内螺纹的定位切口和没有内螺纹的定位切口。借助于从第二安装装置30进入所述切口的合适的定位装置，切口62本身中的一个也可以用作定位切口。然后，所述切口可以是圆柱套的形式，其中端子元件穿过该圆柱套。
图5示出了下一步骤，其中第二组件(即端子装置3)布置在第一组件(在这种情况下为电路装置1)之后。这对应于方法步骤e)的结束。如上所述，通过定位装置进行端子装置3的第二安装装置30的定位，所述定位装置既为销的形式又为螺钉的形式，其在冷却装置6中的第一定位切口中接合。
图6示出根据方法步骤f)布置在第一安装装置22上的电容器装置4，在这种情况下电容器装置4是第三组件的形式。电容器装置4具有多个电容器42和接触总线40，接触总线40具有穿过第一安装装置222中的第二切口的多个接触元件400，用于与基板26以及内部负载端子元件440，442进行电接触。在这种情况下，它们与接触总线40一体形成。这两个内部负载端子元件440，442位于第二安装装置30上并具有切口，每个切口与第二安装装置30中的所分配的切口32对齐。这两个内部负载端子元件440，442用于向电容器42提供直流电流。
图7示出了在控制装置5以及用于三相AC输出电压的内部负载端子元件46的布置之后(即根据方法步骤g))的功率电子系统1。功率电子系统1现在可以由与其形成外部电接触的外部负载端子元件(未示出)(参见图1和图2)而穿通冷却装置中的切口62和第二安装装置30中的与其对齐的切口32。在此未示出传统的壳体。
仅仅为了避免疑问，如上所述，螺钉也可以用作第一定位装置或第二定位装置而不是销。所述定位装置与定位切口相互作用，所述定位切口为具有内螺纹的盲孔形式，其中销的定位切口通常不具有内螺纹。
相比于图5中所示的配置，图8示出了外部负载端子元件74的替代配置。在这种情况下，作为与先前描述的配置的唯一差别，负载端子元件布置在第二安装装置30中的切口32中，所述负载端子元件不通过冷却装置中的切口突出，而是采用通过壳体(未示出)向外突出的螺栓形式。其余部件与图3至图7中所示的上述配置相同。
图9仅示意性地示出了电动运行的车辆9，在这种情况下，对通用性没有任何限制，作为工业卡车配置的叉车，具有根据本发明制造的功率电子系统1。功率电子系统1布置在叉车9的轴94上并且连接到直接布置在车轮上的两个电动马达90。通过电池92进行能量供应，电池92同样连接到功率电子系统1。

Claims (13)

1.一种用于制造功率电子系统(1)的方法，所述功率电子系统(1)具有冷却装置(6)、开关装置(2)、端子装置(3)、电容器装置(4)和控制装置(5)，所述方法包括以下制造步骤：
a)为冷却装置(6)设置多个第一定位切口(602)和第二定位切口(604)；
b)为开关装置(2)设置基板(26)和第一安装装置(22)，所述第一安装装置(22)具有第一定位装置(204)；
c)为端子装置(3)设置第二安装装置(30)，该端子装置完全独立于开关装置，所述第二安装装置(30)具有第二定位装置(302)；
d)将开关装置(2)布置在冷却装置(6)上，其中第一定位装置(204)布置在相应分配的第一定位切口(604)中；
e)将端子装置(3)布置在冷却装置(6)上，其中相应的第二定位装置(302)布置在所分配的第二定位切口(602)中；
f)布置电容器装置(4)；
g)布置其他部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在制造步骤b)中，基板(26)布置并固定在第一安装装置(22)的第一切口(204)中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：基板(26)通过粘合的电绝缘材料(24)固定在第一安装装置(22)的第一切口(204)中。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：
开关装置(2)的第一安装装置(22)具有第二切口(220)，其在远离冷却装置(6)的一侧上开放基板(26)的子区域。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于：
电容器装置(4)具有用于与开关装置(2)的基板(26)进行接触的接触元件(400)。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于：
其他部件选自以下各项：控制装置(5)、一个或多个内部电连接元件、一个或多个内部负载端子元件(440，442)、壳体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
开关装置(2)或控制装置(5)与电容器装置(4)形成结构单元。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
开关装置(2)或控制装置(5)与电容器装置(4)通过第三定位切口(402)和第三定位装置(202)而相对于彼此布置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
相应安装装置(22，30)的定位装置(202，204，302)为销或螺钉的形式。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
相应的定位切口(402，602，604)采用没有内螺纹的孔的形式或具有内螺纹的孔的形式。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于：
端子装置(3)具有外部负载端子元件(7，74)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
外部负载端子元件(7)穿过冷却装置(6)。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
外部负载端子元件(74)平行于或垂直于冷却装置(6)地从端子装置突出。
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