CN202905694U - 具有第一和第二子系统的连接设备的功率电子系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种具有第一和第二子系统的连接设备的功率电子系统，该功率电子系统具有：冷却设备，至少一个第一子系统和至少一个第二子系统，至少一个连接设备和壳体。第一子系统具有：开关设备，其具有与冷却设备导热连接的冷却构件和布置在此上的具有不同极性的第一内部负载联接元件的功率电子电路；和绝缘材料体。第二子系统类似于第一子系统（30）地构建，并且额外地具有至少一个外部直流电压负载联接元件。至少一个连接设备连接第一子系统的和第二子系统的内部负载联接元件与第二子系统的外部负载联接元件。

Description

具有第一和第二子系统的连接设备的功率电子系统

技术领域

本实用新型描述一种集成的功率电子系统，优选用于构造由此实现的、变流器(例如三相逆变器)形式的电路装置。这种系统优选应用于不同类型的车辆(特别是也在商用车辆)的电驱动装置中。 

背景技术

基本上公知，这种功率电子系统由各个功率半导体模块例如根据DE 10 2009 037 257 A1以外部布线即以功率半导体模块的外部联接元件彼此间的连接构建。这种系统具有如下优点，即，可以通过缩放而任意地与所需的功率匹配。然而由此随之也出现如下缺点：所述系统由多个单个构件组成，所述多个单个构件必须借助外部连接元件符合电路要求地彼此连接。 

同样公知，这种功率电子系统例如根据DE 101 27 947 A1设计为集成的系统。在这种构建为三相逆变器的系统中，三个相分别配属有自己的开关设备，所述开关设备与共同的内部直流电压连接彼此连接，并且与外部直流电压负载联接元件连接。公知，将该直流电压连接直接与用于所有电路设备的共同电容器设备连接。这种系统具有如下优点，即，在具有优越的电学特性的同时具有紧凑的设计。然而其含有如下缺点：由于其集成许多构件而不能简单地进行缩放并且由此不能简单地进行与不同功率的匹配。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种功率电子系统，该功率电子系统形成紧凑的单元，模块化地构建并且同时能够进行简单缩放，即能够进行与不同的功率的匹配并且也能够进行不同的电路装置的构造。 

该目的根据本实用新型通过如下所述的功率电子系统来解决。根据本实用新型的功率电子系统具有：冷却设备，至少一个第一子系统和至少一个第二子系统，至少一个连接设备和壳体，其中，所述至少一个第一子系统具有开关设备，所述开关设备具有与冷却设备导热连接的冷却构件和布置在此上的功率电子电路，所述功率电子电路具有不同极性的第一内部负载联接元件；和绝缘材料体，所述至少一个第二子系统类似于所述第一子系统地构建并且具有至少一个外部直流电压负载联接元件，至少一个连接设备将第一子系统的和第二子系统的内部负载联接元件与至少一个第二子系统的外部负载联接元件极性正确地导电连接，并且其中所述壳体朝向冷却设备地覆盖所有子系统。 

所述至少一个连接设备构造为带有至少一个到外部接触设备的接触区段的面式金属成型体。 

所述接触区段构造为带有凹缺部的接片地穿过所述外部接触设备。 

各自的外部接触设备穿过所述壳体的配属的凹缺部由所述壳体伸出。 

所提出的功率电子系统具有：冷却设备、至少一个第一子系统和至少一个第二子系统，所述至少一个第一子系统和所述至少一个第二子系统借助至少一个外部连接设备彼此符合电路要求地连接；以及朝向冷却设备地覆盖子系统的壳体。优选，所有子系统在行列中并排地布置。 

所述至少一个第一子系统具有开关设备，该开关设备具有冷却构件，绝缘材料体和外部交流电压负载联接元件。开关设备优选由电绝缘的衬底形成，该衬底具有布置在其第一主面上的并且符合电路要求 地连接的功率半导体器件，所述功率半导体器件构造为功率电子电路。此外，开关设备具有不同极性的内部负载联接元件，所述内部负载联接元件中的至少一个与外部交流电压负载联接元件整体地或分体地连接。 

所述至少一个第二子系统原则上类似于第一子系统地构建，但额外地具有至少一个外部直流电压负载联接元件，但是优选具有两个外部直流电压负载联接元件，所述外部直流电压负载联接元件分别适于与相同极性的内部负载联接元件连接。 

此外，可能有利的是，每个第一子系统和第二子系统具有自己的电容器设备，该电容器设备为其固定而与各自的绝缘材料体连接。于是在此情况下，电容器设备的接触设备与开关设备的内部负载联接元件极性正确地导电连接。 

同样优选的是，所述一个或多个子系统具有带从属的开关电路板的控制电路。该开关电路板为其固定而可以与绝缘材料体机械连接。同样，该开关电路板可以与开关设备的辅助联接元件导电地连接。 

此外，功率电子系统具有至少一个连接设备，该连接设备将多个子系统的内部负载联接元件极性正确地彼此连接。在此情况下，优选的是，所有第一子系统的和第二子系统的内部负载联接元件极性正确地借助各一个连接设备彼此连接，并且与第二子系统的配属的外部负载联接元件连接。 

此外优选的是，针对两个直流电势设置各一个连接设备并且所述两个连接设备基本上同样方式地构造，并且如下方式地相对彼此布置，即，使得整个内部直流电压连接低电感地构造。 

所述至少一个连接设备为此可以构造为面式金属成型体，所述面 式金属成型体具有：面式连接体，该面式连接体同时可以具有接触位置；和用于外部负载联接元件的接触区段。各自的接触区段可以构造为接片，该接片具有凹缺部。于是优选的是，外部接触设备构造为螺栓或夹紧螺栓，其穿过功率电子系统的壳体，并且在壳体内部穿过接触区段的接片的该凹缺部。 

同样优选的是，内部负载联接元件构造为接片，该内部负载联接元件可以与极性正确配属的连接元件导电连接。各自的接片可以安放在极性正确地配属的连接设备的连接体的接触位置上，并且力锁合(kraftschlüssig)地或材料锁合(stoffschlüssig)地与该接触位置导电连接。这如所有其余力锁合的连接那样，可以分别借助能可逆地布置的夹具来构造。备选地或额外地，存在的材料锁合的连接有利地构造为焊接连接。 

尤其是有利的是，功率电子系统对各第一子系统和第二子系统具有电容器设备，该电容器设备借助配属的连接设备极性正确地导电地与子系统的各自的开关设备的各自连接元件导电连接。 

为此，每个电容器设备可以对每个极性具有两个接片，其中所述第一接片与开关设备的极性正确地配属的接片力锁合地或材料锁合地导电连接，并且所述第二接片安放在极性正确配属的连接设备的金属成形体上(尤其连接体的接触位置上)，并且在那里力锁合地或材料锁合地与其导电连接。 

借助这种(特别是用于内部直流电压连接的)连接设备可以通过金属成型体的不同设计而构造可简单缩放的功率电子系统。在此情况下，不同个数的排列在彼此旁边的子系统例如借助在长度上不同的连接体彼此连接。 

附图说明

创造性的解决方案借助根据图1至4的实施例进一步阐述。 

图1以三维示图示出根据本实用新型的带有其壳体的功率电子系统。 

图2示出不带壳体的根据本实用新型的功率电子系统的俯视图。 

图3a-3c以三维示图示出不带壳体的根据本实用新型的功率电子系统。 

图4a-4b示出用于在根据本实用新型的功率电子系统中构造力锁合的连接的夹具设备。 

具体实施方式

图1以三维示图示出在三相逆变器的设计中根据本实用新型的第一功率电子系统1。示意性地示出例如构造为水冷却设备的冷却设备10。该系统的内部构件由壳体20朝向该冷却设备10地覆盖。壳体10本身在相应的凹缺部220、240、260处由外部联接元件22、24、26穿透。 

在壳体10的第一端侧上布置有两个外部的构造为螺栓连接的直流电压负载联接元件24、26。在壳体10的对置的第二端侧上，以基本相同的技术模式示出外部交流电压负载联接元件22。 

在上端侧处在两组中设置有外部辅助联接元件28，所述外部辅助联接元件特别是用于联接控制信号和传感器信号。 

图2示出不带壳体的根据本实用新型的功率电子系统1的俯视图，而图3a-3c再次以三维示图示出该功率电子系统。 

示出冷却设备10，该冷却设备用于布置各个子系统30、31。分别设置有两个第一子系统30和一个第二子系统31，其中，所述子系统30、31中的每个包含半桥拓扑结构的功率电子电路，由此，功率电子系统1构造三相桥式电路。 

所述两个第一子系统30分别具有功率电子电路，该功率电子电路与衬底510和冷却构件60一起形成子系统30、31的开关设备50。内部联接元件52、54、56、58从各自的开关设备50出发。在此示出各两个内部直流电压负载联接元件54、56、交流电压负载联接元件52和多个控制联接元件58。 

内部负载联接元件52、54、56分别构造为面式接片。内部交流电压负载联接元件52具有布置在其上的电绝缘的电流传感器520。在内部交流电压负载联接元件的分布中，该内部交流电压负载联接元件52与外部交流电压负载联接元件22力锁合地或优选(例如借助焊接连接构造地)材料锁合地连接。外部交流电压负载联接元件22如图1中所示穿过在此未示出的壳体。 

外部交流电压负载联接元件22布置在仅在图2中完全示出的绝缘材料体32、33上，该绝缘材料体同样是第一子系统30、31的部分。绝缘材料体32、33此外以框架形式包围开关设备50，并且具有紧固设备300，以便将各自的子系统30、31并且由此也将开关设备50固定到冷却设备10上。 

此外，每个绝缘材料体32、33具有用于固定所配属的开关电路板38的保持设备，该开关电路板包含用于子系统50的控制电路。该开关电路板38在此直接临近内部交流电压负载联接元件52地设置，以便一方面允许与开关设备的内部辅助联接元件58的短连接路径，又允许与布置在内部交流电压负载联接元件52上的电流传感器520的短连接路径。为了整个功率电子系统1的紧凑的设计，开关电路板38在此竖立地设置，即以相对于开关设备50成60°到90°之间的角度地设置。 

同样示出每个子系统30、31的电容器设备80，该电容器设备为了其固定(即其机械紧固)而与绝缘材料体32、33连接，并且在此甚 至部分由该绝缘材料体包围或围绕。电容器80的联接元件84、86极性正确地与配属的开关设备的内部直流电压负载联接元件54、56连接。 

为了直流供电，功率电子系统1具有两个外部直流电压负载联接元件24、26，一个具有正极性而一个具有负极性，所述两个直流电压负载联接元件是第二子系统31的部分，该第二子系统在两个第一子系统30之间布置在或布置到冷却设备10上。第二子系统31的外部直流电压负载联接元件24、26与两个连接设备74、76导电连接。 

所述连接设备74、76为此构造为面式金属成型体，所述面式金属成型体具有面式连接体742、762，该面式连接体可以同时具有用于内部连接设备54、56的接触位置740、760，并且具有用于各自外部连接设备24、26的接触区段744、764。所述各自的接触区段744、764构造为具有凹缺部的接片。外部接触设备24、26在此构造为螺栓，该螺栓穿过功率电子系统1的壳体(参见图1)，并且在壳体内部穿过接触区段744、764的接片的凹缺部。 

各自的面式连接体742、762有利地直接如这里所示地具有接触位置740、760。同样，可能有利是，所述接触位置构造为如下接片，所述接片从连接体平行地或成角度地伸出。所述接触位置740、760可以用于直接导电连接到第一子模块的和第二子模块30、31的内部连接设备54、56。当然在此所示出的是另一优选的设计。 

为此，功率电子系统1对每个第一子系统和第二子系统30、31具有电容器设备80，所述电容器设备对每个极性具有两个接片84、85、86、87，其中，第一接片84、86与开关设备50的极性正确地配属的接片54、56力锁合或材料锁合地导电连接，并且第二接片85、87安放在极性正确地配属的连接设备74、76的金属成型体上，尤其是安放在连接体742、762的接触位置740、760上，并且在那里力锁合地或材料锁合地与其力锁合地或材料锁合地导电连接。 

因此，连接设备74、76不是直接与子系统30、31的开关设备50连接，而是经由各自的电容器设备80的配属的所述接片84、86连接。这具有如下优点：在第一制造步骤中可以完全安装包括电容器单元80的子模块30、31。只有在将子模块30、31布置成功率电子系统1时，各个第一子模块30和第二子模块31才借助连接设备74、76连接。 

在图2中特别清楚的是，第一子系统30的和第二子系统31的基本的类似性，所述第一子系统30与第二子系统31仅通过外部直流电压负载联接元件24、26的存在性和所属的通过绝缘材料体33的紧固的存在性来区分。同样在此模块化的结构变得特别清晰，该模块化的结构基本上使得第一子系统30和第二子系统31的任意的在彼此旁边的排列成为可能。 

图3a-3c与此相对地特别清楚地示出连接设备74、76的有利的设计，所述连接设备在此布置在各自的绝缘材料体32、33的配属的引导设备和保持设备370中。所述绝缘材料体32、33的每个并且由此还有每个子系统30、31都具有矩形的基本形状。内部负载联接元件52、54、56和外部负载联接元件22、54、56在此情况下以如下方式地配属于该基本形状的窄边，即，使得绝缘材料体32、33并且由此还有子系统30、31经由其纵向端侧可排列在彼此旁边，以便特别紧凑地设计功率电子系统1。 

恰好在此情况下在功率电子系统1中通过所述连接设备74、76的连接体742、762的简单延长可以设置其他的第一子模块30。同样可能的是，设置带有额外的外部负载联接元件54、56的其他的第二子模块31。此外，通过直流电压连接设备74、76的位置和设计，低电感的(因为在整个分布中紧密相邻的)布置是可能的。 

图4a-4b示出用于在根据本实用新型的功率电子系统1中构造力 锁合的连接的夹具设备90的两个略微不同的设计。这种夹具设备具有两个接触元件910和至少在此恰好一个弹性元件920。弹性元件910将两个接触元件920连接，并且因此构造夹具，其中接触元件910彼此对置。 

有利地，所示的夹具设备90还具有安装辅助装置930，借助所述安装辅助装置可以使接触元件910彼此张开，以便将其布置到连接配对物(例如在此为连接设备76和内部负载联接元件56)上。 

有利地，连接配对物是开关设备50的和配属的电容器设备80的接片56、86，以及电容器设备80的接片87和各自的连接设备76的连接体762的接触位置760。 

Claims (10)

1.功率电子系统（1），所述功率电子系统具有：冷却设备（10），至少一个第一子系统（30）和至少一个第二子系统（31），至少一个连接设备（74，76）和壳体（20），其中，

所述至少一个第一子系统（30）具有：开关设备（50），所述开关设备具有与冷却设备（10）导热连接的冷却构件（60）和布置在此上的功率电子电路（510），所述功率电子电路具有不同极性的第一内部负载联接元件（52，54，56）；和绝缘材料体（32），

所述至少一个第二子系统（31）类似于所述第一子系统（30）地构建并且具有至少一个外部直流电压负载联接元件（24，26），

至少一个连接设备（74，76）将第一子系统（30）的和第二子系统（31）的内部负载联接元件（54，56）与至少一个第二子系统（31）的外部负载联接元件（24，26）极性正确地导电连接，并且其中，

所述壳体（20）朝向冷却设备（10）地覆盖所有子系统（30，31）。

2.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，所述至少一个连接设备（74，76）构造为带有至少一个到外部接触设备（24，26）的接触区段（744，764）的面式金属成型体（742，762）。

3.根据权利要求2所述的功率电子系统，其中，所述接触区段（744，764）构造为带有凹缺部的接片地穿过所述外部接触设备（24，26）。

4.根据权利要求3所述的功率电子系统，其中，各自的外部接触设备（22，24，26）穿过所述壳体（20）的配属的凹缺部（220，240，260）由所述壳体伸出。

5.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，所述子系统（30，31）的至少一个内部负载联接元件（52，54，56）构造为接片。

6.根据权利要求5所述的功率电子系统，其中，内部负载联接元件（52，54，56）的各自的接片部分面式地安放在极性正确地配属的连接设备（74，76）的金属成型体（742，762）上并且在那里力锁合地或材料锁合地导电地与所述金属成型体彼此连接。

7.根据权利要求1所述的功率电子系统，其中，每个第一子系统（30）和第二子系统（31）具有电容器设备（80），所述电容器设备极性正确地导电地与各自的开关设备（50）和各自的连接元件连接。

8.根据权利要求7所述的功率电子系统，其中，每个电容器设备（80）对每个极性具有两个接片（84，85，86，87），其中各第一接片（84，86）与所述开关设备（50）的内部负载联接元件（54，56）的极性正确地配属的接片力锁合地或材料锁合地导电连接，并且第二接片（85，87）安放在极性正确地配属的连接设备（74，76）的金属成型体（742，762）上并且在那里力锁合地或材料锁合地与所述连接设备力锁合地或材料锁合地导电连接。

9.根据权利要求5或8所述的功率电子系统，其中，材料锁合的连接构造为焊接连接。

10.根据权利要求5或8所述的功率电子系统，其中，力锁合的连接借助能可逆地布置的夹具（90）来构造。

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