CN117897900A - 用于车辆的逆变器设备和具有逆变器设备的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的任务是，提供一种用于车辆的逆变器设备，其特别紧凑地构建。该任务通过用于车辆的逆变器设备(1)解决，逆变器设备具有：多个开关模块(6)，其中，开关模块(6)中的每个开关模块都具有至少一个开关装置(12)，其中，开关装置(12)的一部分构造为高边开关装置，并且其中，开关装置(12)的一部分构造为低边开关装置；中间电路电容器装置(4)；和至少一个相输出端(5a、b、c)，其中，开关装置(12)在输入侧与中间电路电容器装置(4)连接并且在输出侧与至少一个相输出端(5a、b、c)连接，其中，开关模块(12)分别具有至少一个模块主侧面(11a、b)，其中，模块主侧面(11a、b)构造为开关模块(12)的具有最大面积的侧面，其中，开关模块(6)中的多个开关模块以成列方式直立地利用平行取向的模块主侧面(11a、b)布置在逆变器设备(1)中。

Description

用于车辆的逆变器设备和具有逆变器设备的车辆
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于车辆的逆变器设备。本发明还涉及具有该逆变器设备的车辆。
背景技术
为了在电动车或混动车中的驱动而需要逆变器，该逆变器从由电池或发电机提供的直流电压产生交变电压，以便驱动用于车辆的行驶运行的电动马达。逆变器的核心部件是开关元件，开关元件依赖于相位来建立或取消电连接。对于开关元件，尤其使用半导体开关元件，这些半导体开关元件虽然经受得住开关频率和开关电流，但在运行中大量发热，并且因此必须相应符合应用地放置。
已知的是，将开关元件面式地并排定位，从而使得它们有可能从下侧主动冷却，并且有可能从上侧通过对流和/或热辐射被动冷却。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于车辆的逆变器设备，该逆变器设备特别紧凑地构建。该任务通过具有权利要求1的特征的逆变器设备并且通过具有权利要求15的特征的车辆解决。本发明的优选的实施方案由从属权利要求和利用附图的描述得到。
根据本发明公开了一种适用于和/或被构造成用于车辆的逆变器设备。车辆尤其被构造为电动车或混动车。在任何情况下，车辆都具有至少一个用于驱动车辆的牵引马达。牵引马达构造为电动马达。
逆变器设备具有基于直流电压源和/或DC电源提供交变电压源、尤其是AC电源的功能。
本发明具有多个开关模块，其中，开关模块中的每个开关模块具有至少一个或刚好一个开关装置。因此，在开关模块中分别可以设置刚好一个开关装置，或备选地设置两个或更多个开关装置。
开关装置的一部分构造为高边开关装置，开关装置的另一部分构造为低边开关装置。
逆变器设备具有中间电路电容器装置和至少一个相输出端。优选地，逆变器设备具有刚好三个相输出端，以便三相地运行AC电源。开关装置在输入侧与中间电路电容器装置连接，并且在输出侧与至少一个相输出端连接。尤其地，高边开关装置与中间电路电容器装置的DC(+)输出端连接，而低边开关装置与中间电路容量器装置的DC(-)输出端连接。
利用该设计方案和对开关模块和/或开关装置的相应的操控，可以产生优选三相的交变电流/交变电压作为AC电源。
开关模块分别具有至少一个模块主侧面。模块主侧面是开关模块的具有最大面积的侧面。也可以设置的是，开关模块分别具有彼此对置的两个模块主侧面。例如，第一模块主侧面可以通过开关模块的前侧构造，而第二模块主侧面可以构造为开关模块的后侧。侧表面环绕地布置，但其中，侧表面比模块主侧面构造得更小或者优选甚至明显更小。
在本发明的范围内提出的是，开关模块中的多个开关模块利用平行取向的模块主侧面以堆垛方式和/或以成列方式直立地布置在逆变器设备中。因此，开关模块平行地和/或竖直地以共同的列直立在逆变器设备中。特别优选地，开关模块在垂直于模块主侧面的观看方向上全等地或至少重叠地布置。尤其地，开关模块如堆垛那样布置，其中，开关模块优选沿堆垛方向彼此间隔开。
本发明基于以下考虑，即迄今，开关模块总是面式地并排地定位在共同的平面中，以便能够特别好地从后侧主动冷却，并且能够附加地通过对流/热辐射从前侧被动冷却。然而，这种布置方式一方面具有所需的面积相对较大的缺点，另一方面，当高边开关装置和低边开关装置依次布置时，在高边开关装置和低边开关装置中可能出现线路长度问题。相反，根据本发明的逆变器设备能够利用第三维度来缩小针对逆变器设备中的开关模块所需的结构空间。
在本发明的优选的改进方案中，开关模块利用平行的模块主侧面平行于Y-Z平面地取向，和/或平行地相互错开地布置。中间电路电容器装置利用电容器主侧面或普遍的表面延伸部平行于X-Y平面地延伸。电容器主侧面是中间电路电容器装置的具有最大面积的侧面。模块主侧面或其平面因此垂直于中间电路电容器装置的表面延伸部和/或电容器主侧面或其平面。通过该布置方式，使得开关模块例如可以相互平行地、节省空间地布置在中间电路电容器装置的侧表面处。
在功能上看优选的是，给每个相输出端配属至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。因此，可以利用每个相输出端来开关和/或产生完整的相位。
在本发明的优选的改进方案中，给每个相输出端配属两个或更多个高边开关装置和/或两个或更多个低边开关装置。
在本发明的第一备选方案中，共同的相输出端的所有高边开关装置并排布置和/或相输出端的所有低边开关装置并排布置。因此，形成并排布置的一组高边开关装置和一组低边开关装置。该设计方案的优点在于，可以非常简单地实现中间电路电容器装置侧面上的联接。
在备选的设计方案中，高边开关装置和低边开关装置相对于中间平面对称地布置。中间平面在Y-Z平面中延伸，其中，中间平面将相输出端的开关装置对称分割。尤其地，在两个低边开关装置之间布置有至少一个高边开关装置。两个或更多个高边开关装置也可以布置在两个低边开关装置之间。备选地或补充地，在相输出端的两个高边开关装置之间布置有至少一个低边开关装置。两个或更多个低边开关装置也可以布置在相输出端的两个高边开关装置之间。使开关装置对称布置的布置方式提供了最小的整流单元的优点，其减小了中间电路电容器装置的中间电路的区域中的必要的补偿电流。
在本发明的改进方案或备选方案中，开关模块中的至少一些开关模块或所有开关模块具有至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。尤其地，该开关模块形成半桥。在该设计方案中，通过唯一的开关模块，在整个相位上提供相输出端。也可能的是，为每个相输出端设置两个或更多个这种开关模块。
在结构上优选的是，开关模块具有方形的基体。方形的基体的后侧和前侧通过模块主侧面形成。用于开关模块的联接部例如从方形的基体突出。尤其地，开关模块可以具有壳体，其中，壳体形成或一起形成方形的基体。
优选的是，开关模块中的至少一个开关模块具有至少一个功率半导体作为开关装置。设置的是，该功率半导体平行于模块主侧面延伸和/或在Y-Z平面中延伸。由此，开关模块的平行的布置方式被扩展到开关装置、尤其是功率半导体的平行的布置方式。功率半导体特别优选未封装地构成。半导体材料在此例如可以是Si、SiC、GaN等。半导体类型例如可以是IGBT、Mosfet、共源共栅结构(Kaskoden)等。
特别优选的是，开关模块中的至少一个开关模块具有陶瓷铜板，其中，陶瓷铜板平行于模块主侧面地延伸和/或平行于Y-Z平面地取向。陶瓷铜板优选构造为DCB(Direct-Bond-Copper-Substrat(直接键合铜衬底))或IMS((Insulated metal substrate(绝缘金属衬底))。陶瓷铜板在运走和/或导出热能方面是特别有利的。优选地，开关装置、尤其是功率半导体作为芯片地被直接安置、尤其是钎焊到陶瓷铜板上。
优选地，至少一个开关模块，尤其是其中一个具有陶瓷铜板的开关模块包括冷却装置，其中，冷却装置平行于模块主侧面地取向和/或平行于Y-Z平面地延伸。优选地，冷却装置构造为主动冷却装置，特别地构造为液体冷却装置。冷却装置与陶瓷铜板热接触。例如，冷却装置与陶瓷铜板全等地构造。尤其地，冷却装置选择性地和/或排他性地配属于开关模块。
在开关模块具有两个开关装置的情况下(其中，其中一个开关装置构造为高边开关装置，并且其中一个开关装置构造为低边开关装置)优选的是，该开关模块具有两个陶瓷铜板和布置在其上的开关装置，其中，冷却装置布置在开关装置和/或陶瓷铜板之间，以便主动冷却两个开关装置。总的来说，的了用于该开关模块的夹层结构。
对于结构上的设计方案优选的是，冷却装置具有冷却联接部，其中，冷却联接部沿负的Z方向延伸。因此，开关模块的侧表面被冷却联接部占据。
在本发明的优选的改进方案中，至少其中一个开关模块具有控制和/或测量联接部，其中，控制和/或测量联接部沿正的Z方向延伸。尤其地，控制和/或测量联接部与冷却联接部对置地布置。因此，开关模块的其他的、尤其是对置的侧表面被控制和/或测量联接部占据。
优选地，逆变器设备中的开关模块的所有控制和/或测量联接部沿同一方向延伸，从而使得整个开关模块可以从一个侧面进行接触。
特别优选地，逆变器设备具有控制和/或测量板，其中，控制和/或者测量板放置到多个开关模块上，其中，朝共同的正的Z方向指向的控制和/或者测量联接部可以由控制和/或测量板容纳。该结构便于开关模块的接触，并且允许节省空间的结构方式。
优选的是，开关模块中的至少一个开关模块具有用于中间电路电容器装置的输入联接部和用于相输出端的输出联接部，其中，输入联接部和输出联接部布置在开关模块的对置的侧面上和/或沿Y方向或负的Y方向延伸。
总的来说，开关模块的两个对置的侧面用于输入联接部和输出联接部，两个对置的侧面用于冷却联接部以及控制和/或测量联接部。因此，给开关模块的每个侧表面分派相应的功能。由于侧表面用于联接部，使得开关模块在垂直于模块主侧面的方向上的厚度没有增大，从而使得开关模块可以节省空间地定位在逆变器设备中。
在本发明的优选的改进方案中，输入联接部具有输入接触表面，并且输出联接部具有输出接触表面。输入接触表面和输出接触表面在X-Y平面中延伸和/或垂直于模块主侧面的平面地延伸。中间电路电容器装置的输出端具有在与输入接触表面相同的平面中延伸的输入配对接触表面。相输出端具有在与输出接触表面相同的平面中延伸的输出配对接触表面。利用该结构可能的是，在开关模块沿负的Z方向的装配中，使开关模块朝配对接触表面力锁合地行进并且由此发生电接触。备选地或补充地，冷却联接部可以沿Z方向接触，以便因此在开关模块沿负的Z方向的装配中，使冷却联接部朝逆变器设备的配对冷却联接部行进，以便以流体技术连接冷却装置。
在本发明的优选的改进方案中，逆变器设备具有一个或多个紧固体，其中，紧固体被构造成用于沿负的Z方向紧固开关模块。尤其地，开关模块在利用紧固体的装配中沿负的Z方向运动，从而使得输入接触表面和输出接触表面和/或冷却联接部符合功能地被装配。优选地，一个或多个紧固体构造为板条，其中，板条沿X方向延伸。
本发明的另一主题通过具有如之前描述的或根据前述权利要求中任一项的逆变器设备的车辆来形成。车辆具有至少一个牵引马达，其中，逆变器设备被构造成用于为牵引马达提供AC电源和/或给牵引马达供应交变电压和交变电流。
附图说明
随后的描述和附图公开了本发明的优选的实施例。在附图中：
图1示出了作为本发明的一个实施例的逆变器设备的示意性的三维图；
图2示出了图1的逆变器设备的细节视图；
图3示出了前述的附图的逆变器设备的另外的细节视图；
图4a、b示出了具有开关模块的不同布置方式的前述的附图的逆变器设备的联接区域的示意性的俯视图；
图5a、b、c示出了作为本发明的一个实施例的用于逆变器设备的开关模块的不同观察角度的三维图；
图6a、6b示出了在已安装状态下的开关模块的不同观察角度的三维图；
图7a、7b示出了用于前述的附图的逆变器设备的开关模块的本发明的另一实施例的不同观察角度的三维图；
图8a、8b、8c示出了用于前述的附图的开关模块的陶瓷铜板的不同的变型方案的俯视图。
在附图中，相同的或相应的部件或区域设有相同的或相应的附图标记。该描述以相同方式分别涉及所有附图。
具体实施方式
图1以示意性的三维图示出了作为本发明的一个实施例的逆变器设备1。逆变器设备1也可以被称为逆整流器。逆变器设备1具有从例如来自电池或燃料电池的DC电源2提供AC电源的功能。逆变器设备尤其用于为车辆提供AC电源，特别地用于为构造为车辆的牵引马达的电动马达供电。
逆变器设备1具有中间电路电容器装置4，其中，中间电路电容器装置4在输入侧与电池或燃料电池(未示出)连接。此外，逆变器设备1具有三个相输出端5a、b、c，在这些相输出端上，为AC电源提供三个相。相输出端5a、b、c被构造为导电的T形体，其中，竖侧边形成了朝电动马达的方向的联接部，而横侧边形成了朝中间电路电容器装置4的触头。
在中间电路电容器装置4与相输出端5a、b、c之间在中间电连有多个平行布置的开关模块6。开关模块6分别具有用于与中间电路电容器装置4接触的输入联接部7和用于与相输出端5a、b、c中的一个相输出端尤其是在横侧边的区域中平行接触的输出联接部8。
为了简化描述，中间电路电容器装置4的表面延伸部以由X方向和Y方向的撑开的平面表示，并且逆变器设备1的高度以Z方向表示。
图2以示意性的三维俯视图示出了逆变器设备1在开关模块6的区域中的联接区域。在该图示中，在开关模块6的输出侧示出了相输出端5a、b、c，并且在输入侧示出了中间电路电容器装置4的高边输出端9a和低边输出端9b。在高边输出端9a处施加有中间电路电容器装置4的DC(+)电压，在低边输出端9b处施加有中间电路电容器装置4的DC(-)电压。输入联接部7选择性地与高边输出端9a或低边输出端9b导电连接。输出联接部8与相输出端5a、b、c导电连接。给每个相输出端5a、b、c分别配属一组与高边输出端9a连接的开关模块6并且分别配属一组与低边输出端9b连接的开关模块6。
图3以放大图的方式示出了逆变器设备1在开关模块6中的区域的三维示意图。可以看出，开关模块6分别具有基体10，该基体形成方形形状或矩形的形状。开关模块6分别具有模块主侧面10a、b，其中，模块主侧面10a、b形成基体9或开关模块6的前侧或后侧。开关模块6环绕地具有侧表面，侧表面在面积上构造得明显小于模块主侧面11a、b。
模块主侧面11a、b平行于Y-Z平面延伸。尤其地，开关模块6竖直地布置在逆变器设备1中。一些开关模块并且在该实施例中是所有的开关模块6在共同的列中直立地布置，和/或从而使得不同的开关模块6的模块主侧面11a、b彼此平行地布置。开关模块6以堆垛方式布置。如果沿X方向观察开关模块6，那么这些开关模块被全等地定位。在开关模块6之间设置有距离，从而使得开关模块6不会意外接触，并且还改进了冷却。
可以看出，在开关模块6上布置有开关装置11并可选地补充地布置有二极管装置12。开关装置12和可选地补充的二极管装置13平行于模块主侧面11a、b延伸和/或在Y-Z平面中延伸，尤其地，开关装置12构造为功率半导体。开关装置12和可选地补充的二极管装置13被构造为未封装的构件。例如，开关装置12被构造为未封装的IGBT芯片，以便以该方式减小任何与壳体相关的电阻(DFPR，Die-Free Package Resistance(无芯片封装电阻))以及壳体的热阻(Rth、JC)，并且由此改进了能量效率以及热性能。
输入联接部7分别具有输入接触表面14，其中，输入接触表面14平行于X-Y平面地取向并且面式地安放到高边输出端9a或低边输出端9b的输入配对接触表面15上。输出联接部8分别具有输出接触表面16，输出接触表面分别位于X-Y平面中并且面式接触地安放在相输出端5a、b、c的输出配对接触表面17上。
开关模块6分别具有冷却装置18，其中，冷却装置18平行于模块主侧面11a、b地取向和/或平行于Y-Z平面延伸。冷却装置18具有冷却联接部18，冷却联接部沿负的Z轴的方向延伸，并且冷却联接部通过开关模块6沿负的Z方向的运动而可以联接到配对冷却联接部20中。
开关模块6因此可以通过沿负的Z方向的运动而不仅进行了电接触而且联接到了冷却回路上。
开关模块6分别具有陶瓷铜板21，该陶瓷铜板与主模块主侧面10a、b平行地取向和/或形成主模块主侧面。陶瓷铜板21尤其被构造为直接铜键合衬底(DCB，Direct CopperBonding(直接铜键合))。尤其地，开关装置12和/或二极管装置13直接施布到DCB衬底上，该DCB衬底的膨胀系数等于硅的膨胀系数。
尤其地，冷却装置18与陶瓷铜板20热接触。在所示的实施例中，陶瓷铜板20具有与冷却装置18相同的样式和/或与其全等地构造。尤其地，冷却装置18全面地冷却陶瓷铜板21。
开关模块6分别具有控制和/或测量联接部21，其中，控制和/或测量联接部21通过多个引脚23形成，其中，引脚23沿正的Z方向延伸。
因此，开关模块6通过如下方式可以通过控制和/或测量板23(图1)进行接触，即，沿负的Z方向将控制和/或测量板23放置到开关模块6上。
总之，开关模块6在两个对置的侧面(尤其沿Y方向)上具有输入联接部7和输出联接部8，和/或在两个对置的侧面(尤其沿Z方向)上具有冷却联接部19和控制和/或测量联接部22。
逆变器设备1能够使用第三维度来实现缩小逆变器设备1的功率半导体的侧面的必要的结构空间，如在附图中可看到的那样。
逆变器设备1的特征在于，
-多个开关模块6一起接连成一个电相，
-在一个电相内的一个或多个开关模块6分别形成高边和低边开关，其中，开关的开关模块6并联，
-针对电驱动器构建多个相(在附图中为三个相)，
-单件式的或多件式的中间电路电容器装置4，其在DC侧为开关装置12、尤其是功率半导体供电，
-用于冷却剂的共同的入口和出口，以便能够实现对开关模块6的串行或并行的冷却，
-构造为控制和/或测量板24的电路板，其至少提供用于操控开关模块6的功能并且可以包含用于半导体的必要的保护布线。在此，电路板针对测量和控制联接部能够实现与开关模块6的电接触。此外，电路板为每个拓扑开关建立多个芯片的实用的并联电路。
在图4a所示的逆变器设备1中，每个拓扑开关分别有四个开关模块6彼此互连。在此，开关模块6包含有开关性的功率半导体作为开关装置12。每个拓扑开关并联连接不同数量的开关模块6也是可能的。拓扑开关互连成开关性的高边和低边，其可以呈现一个相的交变电流。
逆变器设备1呈现了可以用于运行马达的三个电相。在另一侧，功率半导体经由联接部DC+和DC-联接到中间电路电容器装置4。
在下侧，冷却装置18被插入到冷却剂分配部中。模块的紧固和定位通过构造为紧固体28的压紧器实现，压紧器与分配器或壳体连接。在上侧，开关模块6的形成控制和/或测量联接部22的测量和控制触头与构造为控制和/或测量板24的电路板连接，该电路板可以包含驱动和控制电路。
图4a、图4b参照其中一个相输出端5a、b、c示出了用于将开关模块6布置在逆变器设备1中的两个备选方案。在图4a中，开关模块6以两个组方式布置，其中，两个组并排定位。具有四个开关模块6的在输入侧与低边输出端9b接触的第一组，以及具有四个开关模块6的第二组，其中，相应的输入联接部7与中间电路电容器装置4的高边输出端9a接触。因此，第一组的开关模块6或其开关装置12形成低边开关装置，而开关模块6或者其开关装置12形成高边开关装置。可以看出，中间电路电容器装置4的输出端9a、b可以被非常简单地安排。
相反，图4b示出了开关模块6的分配方式，然而其中，这些开关模块并未以分组方式排列，而是混合地布置。尤其地，开关模块6相对于中间平面25对称地定位。该布置方式导致的是，使得中间电路电容器装置4必须提供更多的输出端9a、b。然而，该布置方式的优点是，在运行中产生较少的补偿电流。更确切地说，在具有低边开关模块的两个开关模块6之间分别布置有两个具有高边开关装置的开关模块6。
因此，与使用分立的半桥相比，使用分立的开关模块6具有的优点是，能实现电势开关的不同的布置。在图4a、图b中可看到两种可能的布置变型方案，其中，左边的布置方式对应于在之前的附图中可看到的布置方式。该布置方式提供的优是，使得电势的所有测量和控制联接部彼此相邻，也可以使得DC侧的联接部非常简单地实现。图4b中的布置方式提供了最小的整流单元的优点，其最小化了中间电路的区域中的必要的补偿电流。
在逆变器设备1中，通过分立的方案，也可以以简单的方式和方法使用多于一种的半导体材料/类型。在此，半导体材料例如可以是Si、SiC、GaN。半导体类型例如可以是IGBT、Mosfet、共源共栅结构。除了图4a、图4b所示的那些布置方式以外，在使用多种半导体材料和类型的情况下还产生另外的布置方式。
-除了四个并联的开关模块6以外，还可以并联使用其它数量的开关模块。
-在一个电相内可以使用不同的功率半导体、例如Si-IGBT、SiC-Mosfet、SiC-共源共栅结构(Kaskode)、GaN？。
-在逆变器结构之内可以同时使用多种不同的半导体类型、例如Si-IGBT和SiC-Mosfet。
-除了驱动功能以外，电路板还可以在电路载体中包含控制板功能。备选地，逆变器设备1还可以包含多个电路载体。
图5a、图5b、图5c在不同视图中以三维示意图的方式示出了其中一个开关模块6。在这些图示中可以再次看到，基体10通过陶瓷铜板21一起形成，其中，冷却装置18全面地布置在陶瓷铜板21的后侧。沿X方向分别延伸有输入联接部7和在对置的侧面上的输出联接部8。输入联接部7和输出联接部8分别具有部分区段，该部分区段位于与陶瓷铜板21相同的平面内并与之面式接触。在输入联接部7或输出联接部8的自由端部上，有部分区域枢转或弯曲90°，从而形成沿负的Z方向的方向定向的输入接触表面14或输出接触表面16。在开关模块6的上侧布置有控制和/或测量联接部22，其由四个引脚形成，其中，引脚23具有以下配属：
-漏极
-栅极
-开尔文源极
-源极
开关模块6在下侧(负的Z方向)具有定位体26，其中，定位体26在该实施例中构造为L构型。定位体26也可以与冷却装置18一体式构造。定位体26在两侧沿Y方向突出超过开关模块6的基体10，从而形成定位舌板27。定位舌板27具有在Y-Z平面中取向的竖侧边以及在X-Y平面中取向的横侧边。
在开关模块6的下侧布置有两个冷却联接部19，其沿负的Z方向延伸并且呈管形构造。
图6a、图6b示出了在逆变器设备1中的安装位置中的两个开关模块6。开关模块6经由紧固体28紧固在逆变器设备1中。紧固体28构造成板条并且具有用于容纳定位舌板27的紧固容纳部29。紧固容纳部29构造成与定位舌板27相对应。
紧固体28具有机械接口30，其中，机械接口30被构造成，在装配期间沿负的Z方向对紧固体28进行紧固，并且在紧固时沿该方向牵拉紧固体。在该实施例中，机械接口30构造为贯通开口，从而导入螺纹器件，该螺纹器件沿负的Z方向的方向对紧固体28进行紧固。紧固容纳部30被构造成，使得其可以沿负的Z方向传递紧固力，其中，在装配时，开关模块6沿负的Z的方向被牵拉，从而一方面使冷却联接部19被联接，并且另一方面使联接部7、8经由各自的接触表面14、16被挤压到各自的配对接触表面15、16，17上，以便建立或改进电接触。
如从图6a、图6b可以得知，其中一个开关模块6配备有高边开关装置，而另一开关模块6配备有低边开关装置。为了避免错误装配，定位舌板27或紧固容纳部29构造成彼此镜像相反，从而在避免错误“防呆(Poka Yoke)”的意义中只可以装配合适的开关模块6。
图7a、图7b示出了开关模块6的备选的结构形式。在该备选的设计方案中，开关模块6分别构造为半桥并且分别具有两个开关装置12、即高边开关装置和低边开关装置。此外，开关模块6具有两个陶瓷铜板21，其中，冷却装置18布置在两个陶瓷铜板21之间。在其中每个陶瓷铜板21上布置有其中一个开关装置12。未示出定位体26，然而，该定位体仍可以被放置。开关模块6具有两个输入联接部7，从而使得开关模块可以与中间电路电容器装置4的DC+和DC-连接。然而，开关模块6具有仅一个输出联接部8，以用于与相输出端5a、b、c中的一个相输出端电连接。其中每个陶瓷铜板21具有自身的控制和/或测量联接部22，然而，其利用引脚23共同地沿Z方向延伸。
因此，图7a、图7b示出了仅由一个结构块构成的半桥设备的备选的结构。在此，高边的半导体布置在一个侧面上，而低边的半导体布置在对置的侧面上。每个侧面在冷却器的区域中具有自身的冷却表面，这些冷却表面并行地被冷却剂流过。作为输出联接部8的AC舌板将该布置内的两个拓扑开关连接为电半桥并将其向外引导。除了所示的控制和测量联接部22以外还可以布置有如在之前的附图中描述的另外的装置。也可以在半桥设备中设置用于定向和紧固的定位舌板。
该开关模块6能够实现利用第三维度，以便最小化逆变器设备1的功率半导体的侧面的必要的结构空间。
该开关模块6的特征在于，
-每个开关模块6在Y-Z平面中布置有一个或多个功率半导体(芯片)作为开关装置12，
-开关模块6在沿Y方向对置的侧面上具有用于漏极和源极的功率联接部，
-开关模块6利用冷却装置18而拥有集成的流体冷却部，流体冷却部沿负的Z方向具有其入口和出口，并且
-开关模块6沿正的Z方向拥有控制和测量联接部(例如漏极、栅极、开尔文源极、电源)，
-开关模块6具有用于装配的紧固点(例如定位舌板27)。
-除了两个并联的功率半导体以外，还可以并联使用其它数量的功率半导体。
-可以以芯片布置方式使用不同的功率半导体，例如Si-IGBT、SiC-Mosfet，SiC-共源共栅结构、GaN？。
-可以同时在逆变器结构之内使用多个不同的半导体类型、例如Si-IGBT和SiC-Mosfet。
如在图5a、图5b中当使用第二开关装置12来取代二极管装置13，从而示例性地将两个SiC-Mosfet用作开关装置12时，可以在开关模块6中并联地使用一个或多个功率半导体作为开关装置12。此外，也可以布置更多个功率半导体元件以形成拓扑开关，例如Si-IGBT+二极管(在图5a中示例性示出)或SiC-共源共栅结构(Kascode)。在开关模块6中，用于开关模块6的所有半导体的共同的控制和测量联接部被向上引导。备选地，这些控制和测量联接部也可能针对每个半导体单独实施。
图8a、图8b、图8c示出了陶瓷铜板21的设计的不同的实施方式。
开关装置12和可选补充地二极管装置13布置在作为陶瓷铜板21的DBC(绝缘陶瓷)上，该陶瓷铜板将漏极与半导体连接起来，即与开关装置12连接起来，并且可选补充地与二极管装置13连接起来。半导体元件、即开关装置12和可选补充地二极管装置13如在之前的附图中那样被施布在陶瓷铜板21的铜区段上。
陶瓷铜板21、尤其是DBC也可以承担对控制和测量联接部22的定位。在该情况下，陶瓷铜板21的铜涂层必须被划分为多个部分(图8a)。备选地，这些控制和测量联接部可以作为引线框架的一部分在不接触DBC的情况下布置(图8b)。例如，在图5a、图5b、图5c中，输入联接部7没有与陶瓷铜板21/DBC的铜涂层连接。这可以在备选的布置方式中实现，如图8a所示，其中，在输入联接部与半导体、尤其是开关装置12和/或二极管装置13的源极触头之间仍需要例如经由键合线的连接部。没有经由陶瓷铜板21/DBC的铜涂层与其目标连接的测量和控制联接部22利用未画出的连接部与其目标例如通过键合线连接。
陶瓷铜板21/DBC通过钎焊或烧结地在下侧与冷却装置18面式地连接，以便能够实现将热量传递到冷却剂中。冷却装置18在开关模块6中拥有针对冷却介质的流入口和流出口，其可以借助密封部与冷却部连接。补充地，冷却装置18或壳体拥有定位舌板27，其为了将开关模块6定向且紧固在复合件、例如逆变器结构中而是需要的。
附图标记列表
1 逆变器设备
2 DC电源
3 AC电源
4 中间电路电容器装置
5a、b、c 相输出端
6 开关模块
7 输入联接部
8 输出联接部
9a 高边输出端
9b 低边输出端
10 基体
11a、b 模块主侧面
12 开关装置
13 二极管装置
14 输入接触表面
15 输入配对接触表面
16 输出接触表面
17 输出配对接触表面
18 冷却装置
19 冷却联接部
20 配对冷却联接部
21 陶瓷铜板
22 控制和/或测量联接部
23 引脚
24 控制和/或测量板
25 中间平面
26 定位体
27 定位舌板
28 紧固体
29 紧固容纳部
30 机械接口

Claims (15)

1.用于车辆的逆变器设备(1)，所述逆变器设备具有：
多个开关模块(6)，其中，所述开关模块(6)中的每个开关模块都具有至少一个开关装置(12)，
其中，所述开关装置(12)的一部分构造为高边开关装置，并且其中，所述开关装置(12)的一部分构造为低边开关装置，
中间电路电容器装置(4)，和
至少一个相输出端(5a、b、c)，
其中，所述开关装置(12)在输入侧与所述中间电路电容器装置(4)连接并且在输出侧与所述至少一个相输出端(5a、b、c)连接，
其中，所述开关模块(12)分别具有至少一个模块主侧面(11a、b)，其中，所述模块主侧面(11a、b)构造为所述开关模块(12)的具有最大面积的侧面，
其特征在于，
所述开关模块(6)中的多个开关模块利用平行取向的模块主侧面(11a、b)以成列方式直立地和/或以堆垛方式布置在所述逆变器设备(1)中。
2.根据权利要求1所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(12)利用平行的模块主侧面(11a、b)平行于Y-Z平面地取向，并且所述中间电路电容器装置(4)具有至少一个电容器主侧面和/或表面延伸部，其中，所述电容器主侧面或表面延伸部平行于X-Y平面地布置。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器设备(1)，其特征在于，给每个相输出端(5a、b、c)配属至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。
4.根据权利要求3所述的逆变器设备(1)，其特征在于，每个相输出端(5a、b、c)具有两个或更多个高边开关装置和/或两个或更多个低边开关装置，其中，所述相输出端(5a、b、c)的所有高边开关装置并排布置，和/或其中，相同的相输出端(5a、b、c)的所有低边开关装置并排布置。
5.根据权利要求3所述的逆变器设备(1)，其特征在于，每个相输出端(5a、b、c)具有两个或多个高边开关装置和/或两个或更多个低边开关装置，其中，所述高边开关装置和所述低边开关装置相对于中间平面(25)对称地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)具有方形的基体(10)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有至少一个功率半导体作为开关装置(12)，其中，所述功率半导体平行于所述模块主侧面(11a、b)地延伸和/或在Y-Z平面中延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有陶瓷铜板(21)，其中，所述陶瓷铜板(21)平行于所述模块主侧面(11a、b)地取向和/或平行于Y-Z平面地延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有冷却装置(18)，其中，所述冷却装置(18)平行于所述模块主侧面(11a、b)地取向和/或平行于Y-Z平面地延伸。
11.根据权利要求10所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述冷却装置(18)具有冷却联接部(19)，其中，所述冷却联接部(19)沿负的Z方向延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有控制和/或测量联接部(22)，其中，所述控制和/或测量联接部(22)沿正的Z方向延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述开关模块(6)中的至少一个开关模块具有用于中间电路电容器装置(4)的输入联接部(7)和用于所述相输出端(5a、b、c)的输出联接部(8)，其中，所述输入联接部(7)和所述输出联接部(8)布置在所述开关模块(6)的对置侧上和/或沿X方向延伸。
14.根据权利要求13所述的逆变器设备(1)，其特征在于，所述输入联接部(7)具有输入接触表面(14)，并且所述输出联接部(8)具有输出接触表面(16)，其中，所述接触表面(14、16)平行于X-Y平面地延伸，从而使得所述开关模块(6)能够通过沿负的Z方向的装配进行接触，和/或所述冷却联接部(19)能沿负的Z方向连接，从而使得所述开关模块(6)能够通过沿负的Z方向的装配地联接至冷却回路。
15.具有根据前述权利要求中任一项所述的逆变器设备(1)的车辆，所述逆变器设备用于向所述车辆中的牵引马达提供AC电源。
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