CN110868044B - 电力转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电动驱动系统的电机的电力转换器。电力转换器包括具有多个电容器的电容器板和具有多个功率半导体的至少一个半导体板，其在堆叠构造中沿堆叠方向具有间隙地相互堆叠，并且电互连。电容器沿堆叠方向布置在电容器板上，并且安装到其面向至少一个半导体板的一侧。电容器设置在电容器板上，以在电容器板上的电容器之间形成至少一个开放位置空间，每个位置空间定位成容纳至少一个半导体板中的相应一个，至少一个半导体板以与电容器板具有间隙的方式布置在相应位置空间内。至少一个半导体板上的功率半导体构成具有至少一个相端子的电源电路。相端子借助于相应相端子柱通过堆叠构造被引出到外部。本发明还涉及包括电力转换器的电机。

Description

电力转换器
技术领域
本发明涉及一种用于电动驱动系统的电机的电力转换器。本发明还涉及一种包括所述电力转换器的电机。
背景技术
在通用电力转换器中，直流电被转换成多相交流电。电力转换器可用于驱动电动驱动系统的电机，其中从电源获得直流电，将直流电转换成交流电，并馈送到电机。电机可以是永磁同步电机或外部激励的同步电机、异步电机或其他类型的电机。为了将直流电转换为交流电，电力转换器通常包括具有多个电容器的电容器板和具有多个功率半导体的至少一个半导体板，它们电互连。此外，提供控制板用于控制半导体的开关操作。在电力转换器的操作期间存在功率损失，这导致产生大量的热量，电容器和功率半导体均需要被冷却。应当注意，这种电力转换器也可以以反向模式操作以将交流电转换为直流电，这样电机能够充当发电机，并将电能向回提供给电池。
通用电力转换器适用于电机，并且可能受到使用中的振动或振荡或其他环境影响和操作状况。电容器通常焊接到电容器板，其中焊接接头和到电容器的接线相对刚性且易碎并且还易于断裂。由于电容器板和半导体板之间的振动、振荡或相对运动，焊接接头和接线很容易断裂，从而导致电力转换器的故障。此外，电容器具有相当大的重量，这也会对焊接接头产生不利影响。因此，在电力转换器的设计中，必须特别考虑电容器和电容器板之间的焊接触点以及电线的强度。另外，电容器的高度可能相对较大，因此不利地增加了电力转换器的总高度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通用类型的电力转换器的改进的或至少替代的实施例，其中克服了上述缺点。
本发明基于对具有多个电容器的电容器板和具有多个功率半导体的至少一个半导体板的相互机械分离和同时降低电力转换器的高度的一般考虑。提供了一种用于电动驱动系统的电机的电力转换器。电力转换器包括具有多个电容器的电容器板和具有多个功率半导体的至少一个半导体板。电容器板和至少一个半导体板在堆叠构造中沿堆叠方向具有间隙地相互堆叠，并且电互连。电容器沿堆叠方向布置在电容器板上，并且安装到面向至少一个半导体板的一侧。电容器设置在电容器板上，以在电容器板上的电容器之间形成至少一个开放的位置空间，每个位置空间定位成容纳至少一个半导体板中的相应一个，所述至少一个半导体板以与电容器板具有间隙的方式布置在相应的位置空间内。至少一个半导体板上的功率半导体构成具有至少一个相端子的电源电路。根据本发明，至少一个相端子借助于相应的相端子柱沿堆叠方向延伸到电容器板并通过堆叠构造被引出到外部。此外，相应的相端子柱分别通过一个相端子开口穿透堆叠构造。
电容器布置在电容器板上，通过接触引脚(通常焊接到其上)与其接触，并且沿堆叠方向定向。电容器沿堆叠方向的定向表示相应电容器的纵向轴线与堆叠方向平行布置。如果相应的电容器具有圆柱形电容器主体，则相应电容器的纵向轴线对应于圆柱形电容器主体的纵向轴线。开放位置空间由沿堆叠方向定向的电容器形成，至少部分地由电容器径向限定，并且在堆叠方向上在一侧由电容器板限定。至少一个半导体板以与电容器板具有间隙的方式布置在位置空间内，并且至少部分地由电容器径向包围。因此，电容器板上的电容器不与所述至少一个半导体板直接或立即接触，并且因此与后者机械地分离。因此，在电力转换器的操作期间发生的至少一个半导体板的振荡不能传输到电容器，并且可以保护电容器与电容器板的通常焊接的接触引脚免受破坏。此外，与传统的电力转换器相比，由至少一个半导体板和电容器板组成的堆叠构造的结构高度对应于电容器板及其电容器的高度，并且有利地减小。
至少一个半导体板上的功率半导体构成具有至少一个相端子的电源电路。至少一个相端子借助于相应的相端子柱沿堆叠方向延伸到电容器板，并且通过堆叠构造被引出到外部。以这种方式，至少一个半导体板可以电连接到外部，并且可以分接出在电力转换器中产生的交流电。相应的相端子柱分别通过一个相端子开口穿透堆叠构造，该堆叠构造包括电容器板和以堆叠形式堆叠在电容器板上的另外的板。以这种方式，与传统的电力转换器相比，由至少一个半导体板和电容器板组成的堆叠构造的结构高度有利地减小。
有利地，相应的相端子柱可以垂直于堆叠方向包括限位挡块，该限位挡块一体地形成在其上并且布置在电容器板和至少一个半导体板之间。限位挡块在包括相应相端子开口的区域中与至少一个半导体板具有间隙地定位在电容器板上。换句话说，电容器板平放在相应的相端子柱的限位挡块上，从而保持电容器板和至少一个半导体板之间的间隙。然后，通过限位挡块在堆叠方向上的高度给出至少一个半导体板和电容器板之间的间隙。然后通过将电容器板朝向至少一个半导体板按压，将相应的相端子柱朝向至少一个半导体板按压。以这种方式，即使在振动或振荡的情况下，至少一个半导体板也不会无意中与电容器板直接接触，并且防止了不受控制的短路的可能性。
相应的相端子柱可以包括用于与至少一个半导体板上的半导体电连接的引脚。优选地，相应的相端子柱包括至少两个引脚，用于至少一个半导体板上的半导体之间的扁平电连接。为此目的，相应的相端子柱的引脚至少部分地由导电材料构成并且彼此电接触。相应的相端子柱的每个引脚可以电连接到至少一个半导体板上的电源电路的一部分，因此电源电路的部分可以通过相应的相端子柱彼此电连接。通过将电容器板朝向半导体板按压，将相应的相端子柱的引脚朝向半导体板按压。以这种方式，在相应的相端子柱和至少一个半导体板上的半导体之间达到均匀、平坦和稳定的压力电连接。有利地，相应的相端子柱具有桶形，其具有远离至少一个半导体板的螺纹孔，用于连接电缆终端套管。然后可以通过相端子柱中的螺纹孔分接出电力转换器中产生的交流电流。
电力转换器可以包含单个半导体板。在这种情况下，电容器可以布置在电容器板的边缘区域中，其中所述边缘区域在电容器板的周向边缘上径向于堆叠方向延伸。然后，位置空间由电容器径向限定，并且在堆叠方向上在一侧由电容器板限定。通用电力转换器还可以包括多于一个半导体板。然后在电容器板上，形成用于相应半导体板的几个开放的位置空间。
有利地，电容器板和至少一个半导体板可以通过至少两个连接汇流条相互电连接。至少两个连接汇流条布置在电容器板和至少一个半导体板之间的位置空间中，并保持电容器板和至少一个半导体板之间的间隙。连接汇流条可以在几乎整个长度上或在至少一个半导体板的几乎整个宽度上延伸，并且可以以相互平行的布置配置。有利地，因此在电容器板和至少一个半导体板之间实现了限定的间隙，而无需额外的装置。此外，由电容器板和至少一个半导体板组成的堆叠构造的结构高度不大于电容器板及其电容器的高度。如果使用具有更大电容器的电容器板(例如由于更高的击穿电压)，仅需要改变热交换器板的高度。
有利地，电容器板可以朝向至少一个半导体板被按压。然后，电容器板和至少一个半导体板之间的间隙由相应的相端子柱的限位挡块和连接汇流条保持。电容器板和至少一个半导体板之间的间隙由相应的相端子柱的限位挡块的高度和汇流条的高度限定。各个限位挡块的高度和各个汇流条的高度相等。通过向电容器板施加压力，它可以稍微弯曲以补偿由于制造公差而可能发生的小的高度差异。以这种方式，均匀的压力也可以施加到相应的汇流条上，以及相应的相端子柱上。这允许在至少一个半导体板和电容器板之间通过相应的汇流条在相应的相端子柱和至少一个半导体板上的半导体之间实现均匀且稳定的压力电连接。
另外，在电力转换器的堆叠构造中沿堆叠方向可以堆叠有电绝缘汇流条导向板，所述电绝缘汇流条导向板与电容器板和至少一个半导体板相邻地布置在位置空间中。因此，在堆叠方向上，汇流条导向板在一侧与电容器板配合，在另一侧与至少一个半导体板配合，并保持电容器板和至少一个半导体板之间固定的相互间隙。垂直于堆叠方向和汇流条导向板，至少两个连接汇流条可以以穿透的方式安装于汇流条导向板。为此，汇流条导向板可以包括至少两个全厚度的槽开口，相应的连接汇流条以穿透汇流条导向板的方式布置在该槽开口中。汇流条导向板防止连接汇流条在电容器板和至少一个半导体板上的任何倾斜或滑动，并确保保持电容器板和至少一个半导体板之间的电接触。汇流条导向板还确保电容器板和至少一个半导体板在使用寿命和组装过程中的位置。有利地，至少一个相端子柱可以在相应的相端子开口中保持在相应的汇流条导向板中，其中相端子柱沿堆叠方向延伸并且不可转动地安装在相应的相端子开口中。为此目的，汇流条导向板中的相应的相端子开口可以具有例如细长形式以防止端子柱转动。
电容器板上的电容器可以构成具有正极端子和负极端子的电容器电路。正极端子和负极端子借助于相应的电源端子柱，在堆叠方向上背离至少一个半导体板通过堆叠构造被引出到外部。电力转换器可以通过电源端子柱从外部部件提供直流电。相应的电源端子柱可以分别通过一个电源端子开口穿透堆叠构造，即，在堆叠构造堆叠在电容器板上的另外的板。
有利地，在电力转换器的堆叠构造中沿堆叠方向堆叠有控制板，所述控制板背离至少一个半导体板布置在电容器板上。控制板可以控制电力转换器，并且为了信号传输的目的，可以通过线路端子连接到外部部件。适当地，控制板可以包括相端子开口和电源端子开口，相应的相端子柱和相应的电源端子柱通过相端子开口和电源端子开口穿透控制板，并且被引出到外部。
为了冷却堆叠构造，可以在至少一个半导体板上背离所述电容器板地设置导热的热交换器板。热交换器板能够构成电机外壳的一部分，或电机本身的一部分。热交换器板优选地由高导热材料构成，更优选地由铝构成，并且可以以大表面导热的方式耦合到至少一个半导体板。为此，热交换器板可以至少在某些区域中与至少一个半导体板相邻地布置在位置空间中。以这种方式，可以将功率半导体中产生的热量传递到外部，并且可以冷却至少一个半导体板。在该实施例中，径向于堆叠方向的位置空间至少在某些区域中由电容器板的电容器限定，并且在堆叠方向上位置空间的一侧由电容器板封闭，另一侧由热交换器板封闭。然后，至少一个半导体板，至少两个连接汇流条和汇流条导向板可以布置在位置空间中。
可替代地或另外地，电容器板的电容器也可以以导热的方式耦合到热交换器板。为此，热交换器板可以优选地径向于堆叠方向包括电容器接触部分，该电容器接触部分耦合到相应的电容器。电容器接触部分可以至少在某些区域中径向于堆叠方向容纳电容器，并且以这种方式形成与热交换器板的大表面耦合。因此，电容器与热交换器板接触，并且不与后者连接，使得电容器可在堆叠方向上在热交换器板上移动，并且与后者径向机械地分离。具体地，以这种方式，在电力转换器的操作期间发生振动或振荡的情况下，保护电容器板上的电容器的通常焊接的接触引脚免于破坏。
可替代地或另外地，电容器板上的电容器可以借助于弹性层轴向地耦合到热交换器板，优选地借助于硅酮泡沫来耦合。以这种方式，电容器与热交换器板轴向接触，并且不与热交换器板连接，使得电容器可在堆叠方向上在热交换器板上移动，并且与热交换器板轴向机械地分离。因此，在电力转换器的操作期间发生振动或振荡的情况下，保护电容器板上的电容器的通常焊接的接触引脚免于破坏。
为了改善热传导，至少一个半导体板和电容器板上的电容器可以借助于导热层以导热方式耦合到热交换器板。导热层，所谓的TIM(热界面材料)，优选是导热膏，其被施加在热交换器板和至少一个半导体板之间，并且施加到电容器板上的电容器。可替代地或另外地，热交换器板可以包括多个冷却肋，所述冷却肋形成在背离至少一个半导体板的外侧上，优选地垂直于堆叠方向形成。此外，可以提供冷却装置，该冷却装置以导热的方式耦合到热交换器板的背离至少一个半导体板的外侧。然后，热交换器板可以将热量排出到冷却装置中的冷却介质，并且以这种方式，可以冷却至少一个半导体板和电容器。
在根据本发明的电力转换器的进一步发展中，在电力转换器的堆叠构造中沿堆叠方向堆叠有压力板，所述压力板背离至少一个半导体板布置在电容器板上。然后，电容器板和至少一个半导体板可以沿堆叠方向被夹持在压力板和热交换器板之间。
为了减少堆叠构造中的振动，并减少压力板、电容器板和至少一个半导体板之间的相对运动，在电力转换器的堆叠构造中沿堆叠方向可以堆叠有弹性阻尼板，所述弹性阻尼板布置在压力板和电容器板之间。阻尼板抑制电容器板和至少一个半导体板之间的相对运动，使得在电容器板和至少一个半导体板之间保持可靠的电接触。阻尼板还补偿与TCE(TCE：热膨胀系数)失配相关的电容器板和至少一个半导体板之间的小运动。控制板可以背离阻尼板布置在堆叠构造中的压力板上。
适当地，相端子柱经由相应的相端子开口，以及电源端子柱经由相应的电源端子开口，可以穿透阻尼板、压力板和控制板。
此外，借助于压力板、阻尼板和热交换器板，电容器板和至少一个半导体板可以在堆叠方向上被压在一起，并通过压力接触相互电连接。为此，压力板可以通过堆叠构造固定(例如螺纹连接)到热交换器板上，使得由于弹性阻尼板，在压力板和热交换器板之间沿堆叠方向产生压力。通过连接汇流条、汇流条导向板和相端子柱的限位挡块，至少一个半导体板因此保持与电容器板的固定间隙，从而防止至少一个半导体板和电容器板之间的不希望的短路。而且，通过这种布置，可以防止堆叠构造中的至少一个半导体板和电容器板的任何不希望的振荡。因此，电容器仅机械地耦合到电容器板，使得无论在电力转换器的操作期间由振动或振荡产生的任何压力如何，都可以保护电容器板上电容器的通常焊接的接触引脚免于破坏。
有利地，电力转换器可以包括外壳盖，该外壳盖可拆卸地布置在热交换器板上，并且将堆叠构造封闭到热交换器板的水平。因此，堆叠构造布置在热交换器板和外壳盖之间，并且受到保护免受外部影响。外壳盖可以包括用于相应的相端子柱和用于相应的电源端子柱的端子开口，使得至少一个半导体板和电容器板能够与外部电接触。外壳盖可以由电绝缘材料或金属制成，并且在端子螺柱周围具有电绝缘层。外壳盖还可以包括用于控制板的线路端子的线路端子开口，控制板可以通过该开口连接到外部部件以用于信号传输。为了允许压力平衡，外壳盖可以包括具有膜的压力平衡开口，膜优选地由聚四氟乙烯构成。
有利地，电力转换器可径向或轴向布置在电机上，该电机适用于电动驱动系统中。在本文中，术语“轴向”和“径向”是指电机的驱动轴，该驱动轴的纵向轴线或转动轴线在轴向布置中平行于电力转换器的堆叠方向，并且在轴向布置中垂直于电力转换器的堆叠方向。电机可以是永磁同步电机或外部激励的同步电机、异步电机或其他类型的电机。电机可以是例如电动泵、电动压缩机、电动转向装置等。
总之，电容器板上的电容器与堆叠构造的其余部分机械地分离，使得堆叠构造中的相对运动不能传递到电容器。因此，保护电容器与电容器板的通常焊接且因此刚性且易碎的接触引脚免于破坏，并且有利地防止接触引脚的任何故障。电容器和至少一个半导体板都可以通过热交换器板有效地冷却，并且可以有利地防止电力转换器的任何过热。而且，根据本发明的电力转换器具有相对扁平的设计。
本发明还涉及一种具有电力转换器的电机，该电力转换器轴向或径向地布置在电机上。根据本发明，电力转换器如上所述地配置。电机可以是永磁同步电机或外部激励的同步电机、异步电机或适用于电动驱动系统中的其他类型的电机。在本文中，术语“轴向”和“径向”是指电机的驱动轴，该驱动轴的纵向轴线或转动轴线在轴向布置中平行于电力转换器的堆叠方向，并且在径向布置中垂直于电力转换器的堆叠方向。
本发明的其他重要特征和优点从附图以及参考附图的相关描述中得出。
应当理解，上述特征和下文描述的特征不仅可以以所指示的各个组合应用，而且在不脱离本发明的范围的情况下可以以其他组合或单独应用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地描述，其中相同的附图标记表示相同、相似或功能上等同的部件。
在此，在每种情况下示意性地：
图1示出了第一实施例中的根据本发明的电力转换器的分解图；
图2示出了第一实施例中的电力转换器的视图；
图3示出了第一实施例中的电力转换器的剖视图；
图4和5示出了第一实施例中的电力转换器中具有多个电容器的电容器板的视图；
图6示出了第一实施例中的电力转换器中具有多个功率半导体的半导体板的视图；
图7和8示出了第一实施例中的电力转换器中的相端子柱的视图；
图9示出了第一实施例中的电力转换器的连接汇流条的视图；
图10和11示出了第一实施例中的电力转换器中的汇流条导向板的视图；
图12和13示出了第一实施例中的电力转换器中的热交换器板的视图；
图14示出了第二实施例中的根据本发明的电力转换器的视图；
图15示出了第二实施例中的电力转换器中的布置在热交换器板上的电容器和半导体板的视图；
图16示出了第二实施例中的电力转换器中具有多个电容器的电容器板和半导体板的视图；
图17示出了第二实施例中的电力转换器中的电容器和半导体板的视图；
图18和图19示出了电力转换器的第二实施例中的相同配置的相端子柱中的一个。
具体实施方式
图1示出了第一实施例中的根据本发明的电力转换器10的分解图，图2示出了第一实施例中的根据本发明的电力转换器10的视图。电力转换器10包括具有多个电容器21的电容器板20，以及具有多个功率半导体31的半导体板30，其在图4至图6中详细示出。电容器板20和半导体板30在堆叠构造12中沿堆叠方向11具有间隙地相互堆叠。电容器21沿堆叠方向11布置在电容器板20上，并且在电容器板20的边缘区域22中安装到面向半导体板30的一侧，也如图4和5所示。因此，电容器21在电容器21和电容器板20之间形成开放的位置空间23，其位于半导体板30的中心。半导体板30布置在该位置空间23内，并且径向于堆叠方向11被电容器21包围。半导体板30的最大宽度B30小于电容器板20的宽度B20与单个电容器21的双倍宽度B21(在这种情况下是直径的两倍)之差。同样，半导体板30的最大长度L30小于电容器板20的长度L20与单个电容器21的双倍长度L21(在这种情况下是直径的两倍)之差。
电容器板20和半导体板30通过总共四个相同设计的连接汇流条41相互电连接。连接汇流条41布置在电容器板20和半导体板30之间的位置空间23中，并保持半导体板30和电容器板20之间的间隙。连接汇流条41实际上在半导体板30的整个长度L30上延伸，并且以相互平行的方式配置。图9表示详细示出的具有相同设计的连接汇流条41中的一个。
电容器21构成电容器板20上的电容器电路24，也如图4和图5所示。电容器电路24可以通过正极端子25和负极端子26从外部提供直流电，连接汇流条41通过汇流条端子27提供电容器电路24和半导体板30的相互电连接。在半导体板30上，功率半导体31构成具有三个相端子33的电源电路32，也如图6所示。半导体板30可以借助于相端子33从外部接触，并且连接汇流条41经由汇流条端子34提供电源电路32和电容器电路24的相互电连接。
根据图1，在电力转换器10的堆叠构造12中沿堆叠方向11堆叠有电绝缘汇流条导向板40，所述电绝缘汇流条导向板布置在电容器板20和半导体板30之间。在位置空间23中，汇流条导向板40与电容器板20和半导体板30配合，并在电容器板20和半导体板30之间保持固定的相互间隙。还如图10和图11所示，汇流条导向板40包括用于连接汇流条41的多个全厚度槽开口42，它在堆叠方向11上穿透汇流条导向板40，并且布置在汇流条导向板40中。为此，槽开口42包括沿堆叠方向11定向的支撑边缘43，连接汇流条41在两侧上支撑在支撑边缘43上。通过这种布置，可以防止连接汇流条41在汇流条导向板40中的任何倾斜，并且保持电容器板20和半导体板30的可靠电接触。
半导体板30与电容器板20上的电容器21没有直接接触，使得在电力转换器10的操作期间发生的电容器板20和半导体板30之间的任何相对运动或振荡不会传输到电容器21。具体地，电容器板20上的电容器21的通常是焊接因此相对易碎且刚性的接触引脚被相应地保护免于破环。此外，堆叠构造12的结构高度减小，使得电力转换器10具有节省空间的设计。
在半导体板30上布置导热的热交换器板50，其优选地由高导热材料制成，更优选地由铝制成。图12和图13详细示出了热交换器板50。热交换器板50位于半导体板30上，并因此以大表面导热的方式耦合到半导体板30。热交换器板50还径向于堆叠方向11包括多个电容器接触部分51，它们以导热的方式耦合到电容器板20上的电容器21。因此，电容器21径向于堆叠方向11与热交换器板50上的相应电容器接触部分51接合，并且可在堆叠方向11上在热交换器板50上移位。以这种方式，电容器21保持与热交换器板50机械分离，并且保护电容器21与电容器板20的接触引脚免受在电力转换器10的操作期间发生的任何振动或振荡的影响。半导体板30和电容器板20上的电容器21还通过导热层52(优选地借助于热界面材料)以导热方式耦合到热交换器板50，如图3所示。
堆叠构造12还包括压力板60，压力板60通过压力螺钉61螺纹连接到热交换器板50。电力转换器10的相应剖视图示于图3中。压力板60和热交换器板50沿堆叠方向11夹持电容器板20和半导体板30。压力板60通过止挡边缘44与半导体板30具有间隙，该止挡边缘44形成在设置在用于相应的压力螺钉61的汇流条导向板40中的螺钉开口45周围，并且穿透电容器板20。在压力板60和与压力板60具有间隙的电容器板20之间设置有阻尼板70，该阻尼板70在堆叠构造12中沿堆叠方向11堆叠，这减少了堆叠构造12中的振动以及压力板60、电容器板20和半导体板30之间的相对运动。此外，电容器板20和半导体板30借助于阻尼板70在堆叠方向11上被压在一起，并且通过连接汇流条41保持加压接触。因此，电容器21仅保持机械耦合到电容器板20，使得与电力转换器10的操作期间发生的振动或振荡产生的压力无关，电容器板20上的电容器21的通常焊接的接触引脚被保护免于破坏。在压力板60上沿堆叠方向11还设置有控制板80。控制板80控制电力转换器10，并且可以经由线路端子81连接到外部部件，如图2所示，用于信号传输。
电力转换器10可以经由电容器电路24的正极端子25和负极端子26从外部供应直流电。根据图1，为此，正极端子25和负极端子26分别通过电源端子柱28在堆叠方向11上背离半导体板30被引出到外部。因此，相应的电源端子柱28经由相应的电源端子开口29穿透堆叠构造12，即阻尼板70、压力板60和控制板80。
根据图1，在电力转换器10中产生的交流电可以通过相端子33被分接，其分别通过相端子柱35在堆叠方向11上面向电容器板20被引出到外部。因此，相端子柱35经由相应的相端子开口36穿透堆叠构造12，即汇流条导向板40、电容器板20、阻尼板70、压力板60和控制板80。相应的相端子柱35还包括垂直于堆叠方向11的限位挡块37，其一体地形成在相端子柱35上，也如图7和图8所示。限位挡块37布置在电容器板20和半导体板30之间，并支撑电容器板20。为此，限位挡块37设计成使得包含相应的相端子开口36的电容器板20的区域与限位挡块37接触。相端子柱35在该示例中包括两个引脚38，用于半导体板30上的半导体31之间的扁平电连接。引脚38位于限位挡块37和半导体板30之间。为此目的，相端子柱35至少部分地由导电材料构成。因此，限位挡块37的高度或者限位挡块37在相端子柱35上的位置高度与汇流条41的高度相同。由此在堆叠方向11上限定高度。以这种方式，半导体板30和电容器板20之间经由汇流条41以及相端子柱35和半导体板30上的半导体31之间经由引脚38的均匀且稳定的压力电连接成为可能。
如图1和图2所示，为了保护堆叠构造12免受外部影响，通过电绝缘外壳盖90将堆叠构造12封闭到热交换器板50的水平，并通过螺钉91将其螺纹连接到热交换器板50。外壳盖90包括总共五个端子开口92，用于相端子柱35和电源端子柱28。外壳盖90还包括用于控制板80的线路端子81的线路端子开口93。出于压力均衡的目的，外壳盖还可以包括具有膜的压力平衡开口，该膜优选地由聚四氟乙烯构成。
组装的电力转换器10在图2中示出。在此也可以看到固定开口13，借助于该固定开口，电力转换器10可以径向或轴向地连接到电机，这里未示出。电机适用于电动驱动系统，并且可以是永磁同步电机或外部激励同步电机、异步电机或其他类型的电机。电机可以是例如电动泵、电动压缩机、电动转向装置等。
图3示出了在热交换器板50上的堆叠构造12(在这种情况下没有控制板80)的剖视图。在这种情况下，压力板60通过压力螺钉61螺纹连接到热交换器板50。电容器板20、半导体板30、汇流条导向板40和阻尼板70被夹持在压力板60和热交换器板50之间。借助于阻尼板70，在电容器板20和半导体板30之间产生压力，并且借助于连接汇流条41保持电容器板20和半导体板30之间的压力接触。
图4示出了在面向半导体板30的一侧上的电容器板20，图5示出了在背离半导体板30的一侧上的电容器板20。电容器板20包括构成电容器电路24的多个电容器21，并布置在电容器板20的边缘区域22中。电容器21沿堆叠方向11布置，并且径向于堆叠方向11限定用于半导体板30的位置空间23。通过正极端子25和负极端子26，可以向电容器板20提供直流电，并且可以借助于汇流条端子27将电容器板20电连接到半导体板30。
图6示出了在面向电容器板20的一侧上的半导体板30。半导体板包括构成具有三个相端子33的电源电路32的多个功率半导体31。通过相端子33，可以从半导体板30分接出交流电，并且半导体板可以通过汇流条端子34电连接到电容器板20。
图7和图8表示相同构造的相端子柱35中的一个，借助于该相端子柱35，这里未示出的相应的相端子33被引出到外部。相端子柱35包括限位挡块37，其可以将电容器板20支撑在半导体板30上。
图9表示相同配置的连接汇流条41中的一个。相应的连接汇流条41提供电容器板20和半导体板30的相互电连接，并保持电容器板20和半导体板30之间在堆叠方向11上的相互间隙。另外，在汇流条41的两侧存在特殊形状的凹口，所谓的防错结构，其防止将汇流条不正确地组装到导向板40中。
图10示出了在面向电容器板20的一侧上的汇流条导向板40，图11示出了在面向半导体板30的一侧上的汇流条导向板40。汇流条导向板40包括用于相应的相端子柱35的相端子开口36，用于相应的连接汇流条41的槽开口42，以及用于相应的压力螺钉61的螺钉开口45。围绕槽开口42形成支撑边缘43，所述支撑边缘沿堆叠方向11定向并且可以垂直于堆叠方向11在两侧支撑相应的连接汇流条41。此外，在面向电容器板20的一侧上的螺钉开口45周围，形成止挡边缘44，其保持压力板60与半导体板30的间隙。
图12示出了面向半导体板30的一侧上的热交换器板50，图13示出了在背离半导体板30的外侧53上的热交换器板50。在面向半导体板30的一侧，热交换器板50包括多个电容器接触部分51，电容器21以导热的方式耦合到电容器接触部分51。
总之，在电力转换器10中，电容器板20上的电容器21与堆叠构造12机械地分离，使得堆叠构造12中的相对运动不会传递到电容器21。电容器21与电容器板20的通常是焊接的因而刚性且易碎的接触引脚被保护免于破坏，并且有利地防止了接触引脚的任何故障。此外，电容器21和功率半导体31可以通过热交换器板50有效地冷却，并且可以防止电力转换器10的任何过热。此外，电力转换器10具有减小的结构高度，并且可以以节省空间的方式安装到这里未示出的电机。
图14示出了第二实施例中的根据本发明的电力转换器10的视图。图15示出了布置在热交换器板50中的电容器21和半导体板30的视图。图16示出了具有电容器21的电容器板20和半导体板30的视图。图17示出了电容器21和半导体板30的视图。与第一实施例不同，电力转换器10在此包含三个半导体板30。电容器21形成用于各个半导体板30的开放位置空间23。在其他方面，图14至图17中的第二实施例对应于图1至图13中所示的第一实施例。
图18和图19表示电力转换器10的第二实施例中的相同配置的相端子柱35中的一个，借助于该相端子柱35，这里未示出的各个相端子33被引出到外部。相端子柱35包括限位挡块37，其可以将电容器板20支撑在半导体板30上。此外，相端子柱35在该示例中包括三个引脚38，其用于半导体板30上的半导体31之间的扁平电连接。为此目的，相端子柱35至少部分地由导电材料构成。

Claims (28)

1.一种用于电动驱动系统的电机的电力转换器(10)，
-其中，所述电力转换器(10)包括具有多个电容器(21)的电容器板(20)和具有多个功率半导体(31)的至少一个半导体板(30)，
-其中，所述电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)在堆叠构造(12)中沿堆叠方向(11)具有间隙地相互堆叠，并且电互连，
-其中，所述电容器板(20)上的电容器(21)沿堆叠方向(11)布置，并且安装到电容器板(20)的面向所述至少一个半导体板(30)的一侧，
-其中，所述电容器(21)布置在电容器板(20)上，以在电容器板(20)上的电容器(21)之间形成至少一个开放的位置空间(23)，每个位置空间(23)定位成容纳所述至少一个半导体板(30)中的相应一个，
-其中，所述至少一个半导体板(30)以与电容器板(20)具有间隙的方式布置在相应的位置空间(23)内，
-其中，所述至少一个半导体板(30)上的功率半导体(31)构成具有至少一个相端子(33)的电源电路(32)，
其特征在于
-所述至少一个相端子(33)借助于相应的相端子柱(35)沿堆叠方向(11)延伸到电容器板(20)，并且通过堆叠构造(12)被引出到外部，
-所述相应的相端子柱(35)分别通过一个相端子开口(36)穿透堆叠构造(12)；
-所述相应的相端子柱(35)垂直于堆叠方向(11)包括限位挡块(37)，所述限位挡块(37)一体地形成在相端子柱(35)上并且布置在电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)之间，
-所述限位挡块(37)在包括相应的相端子开口(36)的区域中与所述至少一个半导体板(30)具有间隙地定位在电容器板(20)上，使得通过将电容器板(20)朝向所述至少一个半导体板(30)按压来将相应的相端子柱(35)朝向所述至少一个半导体板(30)按压。
2.根据权利要求1所述的电力转换器，其特征在于
所述相应的相端子柱(35)包括至少两个引脚(38)，用于所述至少一个半导体板(30)上的功率半导体(31)之间的扁平电连接。
3.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于，
所述相应的相端子柱(35)具有桶形，并且具有远离所述至少一个半导体板(30)的螺纹孔，用于连接电缆终端套管。
4.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于
-所述电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)通过至少两个连接汇流条(41)相互电连接，并且
-所述至少两个连接汇流条(41)布置在电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)之间的位置空间(23)中，并保持电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)之间的间隙。
5.根据权利要求4所述的电力转换器，其特征在于
所述电容器板(20)朝向所述至少一个半导体板(30)被按压，其中，所述电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)之间的间隙由相应的相端子柱(35)的限位挡块(37)和连接汇流条(41)保持。
6.根据权利要求4或5所述的电力转换器，其特征在于
-在电力转换器(10)的堆叠构造(12)中沿堆叠方向(11)堆叠有电绝缘汇流条导向板(40)，所述电绝缘汇流条导向板(40)与电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)相邻地布置在位置空间(23)中，并且
-垂直于堆叠方向(11)和电绝缘汇流条导向板(40)，所述至少两个连接汇流条(41)以穿透的方式安装于电绝缘汇流条导向板(40)。
7.根据权利要求6所述的电力转换器，其特征在于
所述至少一个相端子柱(35)保持在相应电绝缘汇流条导向板(40)中、相应相端子开口(36)中，其中，相端子柱(35)沿堆叠方向(11)延伸，并且不可转动地安装在相应的相端子开口(36)中。
8.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于
-所述电容器板(20)上的电容器(21)构成具有正极端子(25)和负极端子(26)的电容器电路(24)，所述正极端子(25)和负极端子(26)借助于相应的电源端子柱(28)，在堆叠方向(11)上背离所述至少一个半导体板(30)通过堆叠构造(12)被引出到外部，并且
-所述相应的电源端子柱(28)分别通过一个电源端子开口(29)穿透堆叠构造(12)。
9.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于
在电力转换器(10)的堆叠构造(12)中沿堆叠方向(11)堆叠有控制板(80)，所述控制板(80)背离所述至少一个半导体板(30)并且布置在电容器板(20)上。
10.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于
在所述至少一个半导体板(30)上背离电容器板(20)布置有导热的热交换器板(50)。
11.根据权利要求10所述的电力转换器，其特征在于
所述导热的热交换器板(50)由高导热材料制成。
12.根据权利要求10所述的电力转换器，其特征在于
-所述至少一个半导体板(30)以大表面导热方式耦合到热交换器板(50)，和/或
-所述电容器板(20)上的电容器(21)以导热方式耦合到热交换器板(50)。
13.根据权利要求12所述的电力转换器，其特征在于
所述电容器板(20)上的电容器(21)和/或所述至少一个半导体板(30)以导热方式通过导热层耦合到热交换器板(50)。
14.根据权利要求10至13之一所述的电力转换器，其特征在于
所述电容器板(20)上的电容器(21)通过弹性层轴向耦合到热交换器板(50)。
15.根据权利要求10至14之一所述的电力转换器，其特征在于
-所述热交换器板(50)包括多个冷却肋，所述多个冷却肋形成在背离所述至少一个半导体板(30)的外侧(53)上，和/或
-冷却装置以导热方式耦合到热交换器板(50)的背离所述至少一个半导体板(30)的外侧(53)，并且所述热交换器板(50)能够通过在冷却装置中输送的冷却介质来冷却。
16.根据权利要求10至15之一所述的电力转换器，其特征在于
所述热交换器板(50)能够构成电机的外壳的一部分，或电机本身的一部分。
17.根据权利要求10至16之一所述的电力转换器，其特征在于
-在电力转换器(10)的堆叠构造(12)中沿堆叠方向(11)堆叠有压力板(60)，所述压力板(60)背离所述至少一个半导体板(30)布置在电容器板(20)上，并且
-所述电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)在堆叠方向(11)上被夹持在压力板(60)和热交换器板(50)之间。
18.根据权利要求17所述的电力转换器，其特征在于
-在电力转换器(10)的堆叠构造(12)中沿堆叠方向(11)堆叠有弹性阻尼板(70)，所述弹性阻尼板布置在压力板(60)和电容器板(20)之间，并且
-借助于压力板(60)、弹性阻尼板(70)和热交换器板(50)，所述电容器板(20)和所述至少一个半导体板(30)在堆叠方向(11)上被压在一起，并通过压力接触相互电连接。
19.根据权利要求10至18之一所述的电力转换器，其特征在于
所述电力转换器(10)包括外壳盖(90)，该外壳盖(90)可拆卸地布置在热交换器板(50)上，并且将堆叠构造(12)封闭到热交换器板(50)的水平。
20.根据权利要求19所述的电力转换器，其特征在于
-所述外壳盖(90)包括用于相应的相端子柱(35)和/或用于相应的电源端子柱(28)的端子开口(92)，和/或
-所述外壳盖(90)包括用于线路端子(81)的线路端子开口(93)，用于在控制板(80)和外部部件之间传输信号，和/或
-所述外壳盖(90)包括具有膜的压力平衡开口。
21.根据前述权利要求之一所述的电力转换器，其特征在于
所述电力转换器(10)径向地或轴向地布置在电机上。
22.根据权利要求11所述的电力转换器，其特征在于
所述导热的热交换器板(50)由铝制成。
23.根据权利要求12所述的电力转换器，其特征在于
所述热交换器板(50)径向于堆叠方向(11)包括电容器接触部分(51)，所述电容器接触部分耦合到相应的电容器(21)。
24.根据权利要求12所述的电力转换器，其特征在于
所述电容器板(20)上的电容器(21)和/或所述至少一个半导体板(30)以导热方式通过导热膏耦合到热交换器板(50)。
25.根据权利要求10所述的电力转换器，其特征在于
所述电容器板(20)上的电容器(21)通过硅酮泡沫轴向耦合到热交换器板(50)。
26.根据权利要求15所述的电力转换器，其特征在于
所述多个冷却肋垂直于堆叠方向(11)形成在背离所述至少一个半导体板(30)的外侧(53)上。
27.根据权利要求20所述的电力转换器，其特征在于
所述膜由聚四氟乙烯构成。
28.一种具有电力转换器的电机，所述电力转换器轴向地或径向地布置在电机上，其特征在于
所述电力转换器(10)根据权利要求1至27之一所述的电力转换器配置。
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