DE102016206234A1

DE102016206234A1 - Power rail for an inverter, inverter and motor vehicle drive system

Info

Publication number: DE102016206234A1
Application number: DE102016206234.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Birk; Manuel Schwab; Michael Kohr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19
Also published as: CN107302186B; CN107302186A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene (5) für einen Wechselrichter (3), aufweisend einen Vollmetallkern (5A) zur Führung eines elektrischen Stroms durch die Stromschiene (5), und eine erste Isolationsschicht (7A) auf einer ersten Oberfläche des Vollmetallkerns (5A) zur elektrischen Isolation des Vollmetallkerns (5A), und eine zweite Isolationsschicht (7B) auf einer zur ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Vollmetallkerns (5A) zur elektrischen Isolation des Vollmetallkerns (5A), und eine erste Leiterschicht (8A) auf der ersten Isolationsschicht (7A), und eine zweite Leiterschicht (8B) auf der zweiten Isolationsschicht (7B). Dabei sind die erste und zweite Leiterschicht (8A, 8B) zur elektromagnetischen Abschirmung des Vollmetallkerns (5A) ausgeführt. Die Erfindung betrifft auch einen Wechselrichter (3) mit einer solchen Stromschiene (5) sowie ein Kraftfahrzeugantriebsystem mit einem solchen Wechselrichter (3).The invention relates to a busbar (5) for an inverter (3), comprising a solid metal core (5A) for conducting an electrical current through the busbar (5), and a first insulating layer (7A) on a first surface of the solid metal core (5A) electrical insulation of the solid metal core (5A), and a second insulating layer (7B) on a second surface opposite to the first surface of the solid metal core (5A) for electrical insulation of the solid metal core (5A), and a first conductor layer (8A) on the first insulating layer (7A ), and a second conductor layer (8B) on the second insulation layer (7B). In this case, the first and second conductor layers (8A, 8B) are designed for the electromagnetic shielding of the solid metal core (5A). The invention also relates to an inverter (3) having such a bus bar (5) and to a motor vehicle drive system having such an inverter (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene für einen Wechselrichter sowie einen Wechselrichter mit einer solchen Stromschiene und ein Fahrzeugantriebsystem mit einer Drehfeldmaschine und mit einem solchen Wechselrichter zum Betreiben der Drehfeldmaschine. The invention relates to a power rail for an inverter and an inverter with such a power rail and a vehicle drive system with a rotating field machine and with such an inverter for operating the induction machine.

Aus der DE 10 2004 018 469 B3 und der DE 10 2012 022 140 A1 sind solche Stromschienen bekannt. From the DE 10 2004 018 469 B3 and the DE 10 2012 022 140 A1 Such busbars are known.

Ein Wechselrichter zum Betreiben einer Drehfeldmaschine setzt einen elektrischen Gleichstrom einer Gleichstromquelle, wie beispielsweise einer Batterie oder eines Gleichstromgenerators, in Wechselströme für die Drehfeldmaschine um. Bei einer Drehfeldmaschine handelt es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine oder Asynchronmaschine. Ein Wechselrichter wird häufig auch als DC/AC-Wandler bezeichnet, wobei DC = direct current = Gleichstrom und AC = alternating current = Wechselstrom bedeutet. Die Umsetzung erfolgt mittels Leistungshalbleiterschalter. Diese können beispielsweise als so genannte B6-Brückenschaltung elektrisch miteinander verschaltet sein. An inverter for operating a rotating field machine converts a direct electrical current of a DC power source, such as a battery or a DC generator, into AC currents for the induction machine. An induction machine, for example, is a synchronous machine or asynchronous machine. An inverter is often referred to as a DC / AC converter, where DC = direct current = DC and AC = alternating current = AC means. The implementation is carried out by means of power semiconductor switch. These can be electrically interconnected, for example, as a so-called B6 bridge circuit.

Der zum Betreiben der Drehfeldmaschine erforderliche elektrische Gleich- und Wechselstrom fließt vollständig über den Wechselrichter. Diese Ströme werden innerhalb des Wechselrichters mit so genannten Stromschienen geführt. Sie werden im Singular auch als Busbar oder Sammelschiene bezeichnet, bzw. je nachdem, ob ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom darüber geführt, auch als DC-Busbar oder AC-Busbar. The required for operating the induction machine electrical DC and AC current flows completely through the inverter. These currents are conducted within the inverter with so-called busbars. They are referred to in the singular as a busbar or busbar, or depending on whether a direct current or an alternating current over it, as a DC busbar or AC busbar.

Obwohl eine solche Stromschiene einen relativ geringen ohmschen Widerstand aufweist, also relativ verlustarm ist, werden auf Grund der großen Höhe der durch den Wechselrichter geführten Ströme dort trotzdem nicht zu vernachlässigende Wärmemengen in Form von Verlustwärme freigegeben. Diese sammelt sich innerhalb des Wechselrichters. Zusammen mit der Verlustwärme der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters können sich dadurch Hitzeprobleme einstellen. Zum Betreiben eines Wechselrichters in einem üblichen Kraftfahrzeugantriebsystem ist daher eine Kühlvorrichtung für den Wechselrichter unumgänglich. Although such a bus bar has a relatively low ohmic resistance, that is to say has relatively low losses, due to the large height of the currents conducted by the inverter, non-negligible amounts of heat in the form of heat loss are nevertheless released there. This accumulates within the inverter. Together with the heat loss of the power semiconductor switch of the inverter can thereby adjust heat problems. For operating an inverter in a conventional motor vehicle drive system, therefore, a cooling device for the inverter is inevitable.

Der Querschnitt eines elektrischen Leiters ist maßgebend für dessen ohmschen Widerstand. Für Stromschienen wird daher ein möglichst großer Querschnitt und damit verbunden ein sehr geringer ohmscher Wiederstand angestrebt. Bei der Auslegung einer Stromschiene gilt der Kompromiss, zum einen den Querschnitt so groß wie möglich auszuwählen, um den ohmschen Widerstand zu verringern. Und zum anderen, den Querschnitt nur so groß wie nötig auszuführen, um nicht zu viel Verlustwärme aus der Drehfeldmaschine in den Wechselrichter zu führen. Die Drehfeldmaschine ist nämlich über die Stromschienen mit dem Wechselrichter thermisch gekoppelt und verfügt üblicherweise über eine relativ hohe Betriebstemperatur. Die von der Drehfeldmaschine abgegebene Wärme wird somit über die Stromschienen zum Teil in das Innere des Wechselrichters geführt. Diese Wärme muss über die Kühlvorrichtung für den Wechselrichter zusätzlich abgeführt werden. The cross section of an electrical conductor is decisive for its ohmic resistance. For busbars therefore the largest possible cross-section and associated with a very low ohmic resistance is sought. When designing a busbar, the tradeoff is to first select the cross section as large as possible to reduce the ohmic resistance. And on the other hand, the cross section only as large as necessary, so as not to lead too much heat loss from the induction machine in the inverter. The induction machine is in fact thermally coupled via the busbars to the inverter and usually has a relatively high operating temperature. The heat emitted by the induction machine is thus guided via the busbars partly into the interior of the inverter. This heat must be additionally dissipated via the cooling device for the inverter.

Es ist bekannt, Stromschienen in Wechselrichter mechanisch sehr aufwendig zu kühlen oder deren Verlustwärme über das Modul mit den Leistungshalbleiterschaltern abzuführen. Wird die Stromschiene direkt gekühlt, muss sie zwingend galvanisch von dem Kühlkörper, der die Wärme abführt, isoliert werden. Aus dem Stand der Technik sind Kupfer-Inlays bekannt, um einerseits hohe Ströme in Leiterplatten zu führen und andererseits auch um Wärme aus Leiterplatten abzuführen. It is known to cool busbars in inverters mechanically very expensive or dissipate their heat loss via the module with the power semiconductor switches. If the busbar is cooled directly, it must be electrically isolated from the heat sink, which dissipates the heat. Copper inlays are known from the prior art, on the one hand to carry high currents in printed circuit boards and on the other hand to dissipate heat from printed circuit boards.

Durch die über die Stromschienen geführten hohen Ströme kommt es neben der Abgabe von Verlustwärme auch zur Abstrahlung von elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldern als Störemissionen. Hiergegen sind Schirmungsmaßnahmen erforderlich, um die elektromagnetische Verträglichkeit (= EMV) der Stromschienen zu verbessern. Üblicherweise werden die Störemissionen mittels externer mechanischer Elemente verringert. Beispielsweise werden mechanische Schirmbleche, leitende Folien oder Dichtelemente mit Metallpartikeln verwendet. Diese benötigen zusätzlichen Bauraum und verursachen Kosten. Due to the high currents conducted via the busbars, in addition to the dissipation of lost heat, the emission of electrical and / or electromagnetic fields also occurs as interference emissions. Against this shielding measures are required to improve the electromagnetic compatibility (= EMC) of the busbars. Usually, the spurious emissions are reduced by means of external mechanical elements. For example, mechanical shielding sheets, conductive foils or sealing elements with metal particles are used. These require additional space and cause costs.

Bei hohen elektrischen Strömen stellt auch die Kontaktierung zwischen der Stromschiene und der Leiterplatten mit den Leistungshalbleiterschaltern in einem Wechselrichter ein Problem dar. Bei einer bekannten Kontaktierungsart, werden an der Trennebene zwischen Stromschiene und Leiterplatte Bohrungen eingebracht und deren Innenoberfläche mit Kupfer galvanisch beschichtet. Die elektrische Verbindung erfolgt über die dann metallisierten Innenoberflächen der Bohrungen. Typischerweise können mittels galvanotechnischer Prozesse Schichtdicken bis ca. 80 μm aufgetragen werden. Das Bohren an der Kante von Stromschienen stellt sich allerdings als sehr komplex dar. Durch die unterschiedlichen Schichten innerhalb einer üblichen mehrlagigen Leiterplatte kann es zu ungewünschten Scherwirkungen an dem verwendeten Bohrwerkzeug kommen, was dessen Standzeit reduziert. At high electrical currents, the contact between the busbar and the circuit boards with the power semiconductor switches in an inverter is a problem. In a known Kontaktierungsart be introduced at the parting line between the busbar and circuit board holes and their inner surface is coated with copper electroplated. The electrical connection is made via the then metallized inner surfaces of the holes. Typically, by means of electroplating processes, layer thicknesses up to about 80 μm can be applied. The drilling at the edge of busbars, however, is very complex. Due to the different layers within a conventional multilayer printed circuit board, there may be undesirable shearing effects on the drilling tool used, which reduces its service life.

Eine weitere Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung einer Stromschiene mit einer Leiterplatte wäre das elektrische Anbinden der Stromschiene an eine oberste und unterste Kupferlage der Leiterplatte mittels Mikrovias. Durch den geringen Querschnitt dieser Kupferlagen und dem damit verbundenen hohen ohmschen Widerstand ist mit einem hohen Wärmeeintrag zu rechnen. Dies führt bei einer kleinen Emissionsfläche zu einer starken lokalen Temperaturerhöhung. Für die hohen elektrischen Ströme in einem Wechselrichterbetrieb kann diese Möglichkeit folglich nicht verwendet werden. Another way to make electrical contact with a busbar with a circuit board would be the electrical connection of the Busbar to a top and bottom copper layer of the PCB by means of microvias. Due to the small cross section of these copper layers and the associated high ohmic resistance is expected to have a high heat input. This leads to a strong local temperature increase with a small emission area. Consequently, this possibility can not be used for the high electrical currents in an inverter operation.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Fähigkeit zur Wärmeabfuhr und zur EMV-Verträglichkeit. The object of the invention is to improve the prior art, in particular with regard to the ability to dissipate heat and for EMC compatibility.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar. This object is solved by the features of the main claims. Preferred embodiments are the dependent claims.

Demnach wird eine Stromschiene vorgeschlagen, ein Wechselrichter mit zumindest einer solchen Stromschiene und ein Kraftfahrzeugantriebsystem mit einem solchen Wechselrichter. Accordingly, a busbar is proposed, an inverter with at least one such busbar and a motor vehicle drive system with such an inverter.

Die Stromschiene ist aufweisend einen Vollmetallkern zur Führung des elektrischen Stroms durch die Stromschiene, eine erste Isolationsschicht zur elektrischen Isolation des Vollmetallkerns auf einer ersten Oberfläche des Vollmetallkerns, eine zweite Isolationsschicht zur elektrischen Isolation des Vollmetallkerns auf einer zur ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Vollmetallkerns. Dadurch ist der Vollmetallkern, der im Betrieb den elektrischen Strom führt, an diesen beiden Oberflächen isoliert. Es kann sich dabei insbesondere um eine obere und eine untere Oberfläche handeln. The bus bar is comprising a solid metal core for guiding the electric current through the bus bar, a first insulating layer for electrically insulating the full metal core on a first surface of the solid metal core, a second insulating layer for electrically insulating the full metal core on a second surface of the full metal core opposite the first surface. As a result, the solid metal core, which carries the electrical current during operation, insulated on these two surfaces. It may be in particular an upper and a lower surface.

Der Vollmetallkern besteht insbesondere aus einem guten elektrischen Leiter, wie beispielsweise aus Kupfer bzw. einer Legierung hiervon oder aus Aluminium bzw. einer Legierung hiervon. Er besteht also aus einem Stück, d.h. er weist keine Schichtung mehrerer Leiterlagen oder Litzen auf. Der Vollmetallkern ist also homogen aufgebaut. Beispielsweise kann der Vollmetallkern gegossen sein. The solid metal core consists in particular of a good electrical conductor, such as copper or an alloy thereof or of aluminum or an alloy thereof. So it consists of one piece, i. he has no layering of multiple conductor layers or strands. The full metal core is thus constructed homogeneously. For example, the full metal core may be cast.

Bei der ersten und/oder zweiten Isolationsschicht handelt es sich jeweils insbesondere um eine feste Isolationsschicht. Der Vollmetallkern wird durch die Isolationsschichten dann also fixiert und verfestigt. Die Stromschiene weist dadurch eine steife Struktur auf. Bei der ersten und/oder zweiten Isolationsschicht handelt es sich bevorzugt jeweils um ein Prepreg (= preimpregnated fibres), also eine Fasergewebeschicht mit einer Harzmatrix. Diese kann auf den Vollmetallkern aufgelegt und gegebenenfalls auch aufgepresst sein, und sie kann dort ausgehärtet sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Isolationsschicht um genau eine Schicht, wie beispielsweise genau einen Prepreg. The first and / or second insulation layer is in each case in particular a solid insulation layer. The full metal core is then fixed and solidified by the insulation layers. The busbar thereby has a rigid structure. The first and / or second insulating layer is preferably in each case a prepreg (= preimpregnated fibers), ie a fiber fabric layer with a resin matrix. This can be placed on the solid metal core and optionally also pressed, and it can be cured there. The insulation layer is preferably exactly one layer, for example exactly one prepreg.

Darüber hinaus sind bei der Stromschiene eine erste Leiterschicht auf der ersten Isolationsschicht vorgesehen, sowie eine zweite Leiterschicht auf der zweiten Isolationsschicht. Die Leiterschichten liegen somit unmittelbar an der jeweiligen Isolationsschicht an. Mit anderen Worten ist der Vollmetallkern also zwischen den beiden Isolationsschichten und zusammen mit diesen wiederum zwischen den beiden Leiterschichten angeordnet. Die erste Leiterschicht und Isolationsschicht können als erste Deckschichten bezeichnet werden. Die zweite Leiterschicht und Isolationsschicht können als zweite Deckschichten bezeichnet werden. Sie schließen die Stromschiene bevorzugt ab. Somit sind insbesondere keine weiteren Schichten, wie Leiterplattenschichten, darauf vorgesehen. Allenfalls kann auf der ersten Leiterschicht noch eine (dünne) Lackschicht vorgesehen sein, beispielsweise um Oberflächenströme oder -korrosion zu verhindern. Alternativ können auf der ersten und/oder zweiten Leiterschicht noch eine oder mehrere weitere Leiterschichten und zugehörige Isolationsschichten angeordnet sein. In addition, a first conductor layer on the first insulation layer are provided in the busbar, and a second conductor layer on the second insulation layer. The conductor layers are thus directly adjacent to the respective insulation layer. In other words, the solid metal core is thus arranged between the two insulating layers and together with these in turn between the two conductor layers. The first conductor layer and insulation layer may be referred to as first cover layers. The second conductor layer and insulation layer may be referred to as second cover layers. They preferably complete the busbar. Thus, in particular, no further layers, such as printed circuit board layers, are provided thereon. At most, a (thin) lacquer layer may be provided on the first conductor layer, for example to prevent surface currents or corrosion. Alternatively, one or more further conductor layers and associated insulation layers may be arranged on the first and / or second conductor layer.

Bei den Leiterschichten handelt es sich je um eine Schicht eines elektrischen Leiters, insbesondere aus einem guten elektrischen Leiter, wie beispielsweise aus Kupfer bzw. einer Legierung hiervon oder aus Aluminium bzw. einer Legierung hiervon. Die Leiterschichten sind insbesondere homogen, also ohne eigene Schichtung aufgebaut. Bevorzugt ist auf den Isolationsschichten jeweils genau eine der Leiterschichten angeordnet. Die Leiterschicht kann dünner ausgeführt sein, als die jeweilige Isolationsschicht, an der die Leiterschicht anliegt. The conductor layers are each a layer of an electrical conductor, in particular of a good electrical conductor, such as copper or an alloy thereof or of aluminum or an alloy thereof. The conductor layers are in particular homogeneous, that is constructed without their own layering. Preferably, exactly one of the conductor layers is arranged on the insulation layers. The conductor layer can be made thinner than the respective insulation layer against which the conductor layer rests.

Es ist vorgesehen, dass die erste und zweite Leiterschicht zur elektromagnetischen Abschirmung des Vollmetallkerns ausgeführt sind. Die erste und/oder zweite Leiterschicht kann mit einer Masse oder mit einer Erdung elektrisch kontaktiert sein. Die erste und zweite Leiterschicht kann insbesondere nur an den erforderlichen Stellen zur elektromagnetischen Abschirmung des Vollmetallkerns ausgeführt sein. Somit braucht nicht die gesamte zugehörige Oberfläche des Vollmetallkerns mit der ersten und zweiten Leiterschicht bedeckt sein. Beispielsweise ist die erste und/oder zweite Leiterschicht im Bereich eines oder mehrerer elektromagnetisch empfindlicher Bauteile angeordnet und abschirmend ausgeführt. An unempfindliche Bereiche kann die erste und/oder zweite Leiterschicht flächig abgetragen sein, beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung anderer, elektromagnetisch unempfindlicher Bauteile. It is provided that the first and second conductor layer for electromagnetic shielding of the solid metal core are executed. The first and / or second conductor layer may be electrically contacted with a ground or with a ground. The first and second conductor layer can in particular be designed only at the required locations for the electromagnetic shielding of the solid metal core. Thus, the entire associated surface of the solid metal core need not be covered with the first and second conductor layers. By way of example, the first and / or second conductor layer is arranged in the region of one or more electromagnetically sensitive components and has a shielding effect. At insensitive areas, the first and / or second conductor layer can be removed surface, for example, for electrical contacting of other, electromagnetically insensitive components.

Sofern auf der ersten und/oder zweiten Leiterschicht noch eine oder mehr weitere Leiterschichten und zugehörige Isolationsschichten angeordnet sind, können diese zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen dienen. Die erste und zweite Leiterschicht dient dann bevorzugt ausschließlich zur elektromagnetischen Abschirmung. If on the first and / or second conductor layer, one or more further conductor layers and associated insulation layers are arranged, these can be used for electrical contacting of electrical and / or electronic components. The first and second conductor layer then preferably serves exclusively for electromagnetic shielding.

Wenn die genannten Isolationsschichten je aus einem Prepreg bestehen, kann zur Herstellung der Stromschiene der Vollmetallkern, die Isolationsschichten sowie die Leiterschichten aufeinandergelegt, dann verpresst und anschließend die Harzmatrix ausgehärtet werden, beispielsweise gebacken. Somit ist eine einfache Herstellung möglich. If said insulation layers each consist of a prepreg, the full metal core, the insulation layers and the conductor layers can be stacked on one another, then pressed and then the resin matrix can be cured, for example baked, to produce the busbar. Thus, a simple production is possible.

Die Stromschiene ist für einen Wechselrichter ausgebildet. Wie oben erläutert, kann dieser auch als DC/AC-Wandler bezeichnet werden. Er wandelt demnach einen Gleichstrom in einen (quasi) Wechselstrom um und umgekehrt kann er ggf. auch einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandeln. Der Wechselrichter ist bevorzugt mit Leistungshalbleiterschaltern versehen, welche insbesondere als B6-Brückenschaltung elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Leistungshalbleiterschalter dienen zur Umwandlung der AC-Ströme in DC-Ströme und umgekehrt. Mittels der genannten Stromschiene wird ein Gleichstrom von einem DC-Anschluss des Wechselrichters an die zugehörigen Leistungshalbleiterschalter geführt oder ein Wechselstrom von den Leistungshalbleiterschaltern zu einem AC-Anschluss des Wechselrichters geführt. The busbar is designed for an inverter. As explained above, this can also be referred to as a DC / AC converter. Accordingly, it converts a direct current into a (quasi) alternating current and, vice versa, it can if necessary also convert an alternating current into a direct current. The inverter is preferably provided with power semiconductor switches, which are in particular electrically interconnected as a B6 bridge circuit. The power semiconductor switches are used to convert the AC currents into DC currents and vice versa. By means of said bus bar, a direct current is conducted from a DC terminal of the inverter to the associated power semiconductor switches, or an alternating current is supplied from the power semiconductor switches to an AC terminal of the inverter.

Die Stromschiene kann auch als Busbar oder Sammelschiene bezeichnet werden. Je nachdem, ob ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom darüber geführt werden soll, kann sie daher auch als DC-Busbar oder AC-Busbar bezeichnet werden. The busbar may also be referred to as a busbar or busbar. Depending on whether a direct current or an alternating current is to be conducted over it, it can therefore also be called a DC busbar or an AC busbar.

Durch die beidseitigen Isolationsschichten ist der Vollmetallkern elektrisch isoliert, und durch die beidseitig darauf angeordneten Leiterschichten ist eine Umgebung der Stromschiene im erforderlichen Umfang von Störemissionen des Vollmetallkerns abgeschirmt. Due to the insulating layers on both sides of the solid metal core is electrically insulated, and by the conductor layers arranged thereon on both sides of an environment of the busbar is shielded to the extent required by Störemissionen the full metal core.

Bevorzugt ist eine Kühlvorrichtung vorgesehen, welche an der zweiten Leiterschicht anliegt. Über diese wird Verlustwärme aus der Stromschiene abgeführt. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein Kühlkörper mit Kühlrippen oder eine Kühlmittelleitung sein bzw. umfassen. Preferably, a cooling device is provided, which bears against the second conductor layer. This dissipates heat loss from the busbar. The cooling device can be, for example, a heat sink with cooling fins or a coolant line.

Insbesondere weist die Kühlvorrichtung eine Kühlmittelleitung und einen flexiblen und bevorzugt elektrisch isolierenden und bevorzugt homogenen Wärmeleiter auf. Der Wärmeleiter liegt dabei einerseits unmittelbar an der Kühlmittelleitung an, und andererseits liegt er unmittelbar an der zweiten Leiterschicht an. Bei dem Wärmeleiter kann es sich beispielsweise um ein Wärmeleitpad oder Wärmeleitklebstoff oder Wärmeleitpaste handeln. Die Kühlmittelleitung kann eine flache Oberfläche aufweisen, an welcher über den Wärmeleiter die zweite Leiterschicht der Stromschiene anliegt. In particular, the cooling device has a coolant line and a flexible and preferably electrically insulating and preferably homogeneous heat conductor. The heat conductor is on the one hand directly to the coolant line, and on the other hand, it is directly adjacent to the second conductor layer. The heat conductor can be, for example, a heat-conducting pad or heat-conducting adhesive or thermal compound. The coolant line may have a flat surface against which the second conductor layer of the busbar rests via the heat conductor.

Der vorgeschlagene Wechselrichter verfügt über zumindest die vorgeschlagene Stromschiene als Gleichstrom- oder Wechselstromleiter, also zum Führen des über den Wechselrichter geführten Gleich- oder Wechselstroms. Er verfügt auch über eine bevorzugt mehrlagig ausgeführte Leiterplatte. Diese Leiterplatte ist benachbart zu der Stromschiene angeordnet. Die Leiterplatte kann beispielsweise eine Steuerungselektronik für den Wechselrichter aufweisen und/oder einen oder mehrere der Leistungshalbleiterschalter. Die Leiterplatte verfügt über eine erste und zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche ist insbesondere parallel und unmittelbar benachbart zu der ersten Oberfläche des Vollmetallkerns angeordnet, wie auch die zweite Oberfläche insbesondere parallel und unmittelbar benachbart zu der zweiten Oberfläche des Vollmetallkerns angeordnet ist. The proposed inverter has at least the proposed busbar as a DC or AC conductor, so to run the guided through the inverter DC or AC. He also has a preferably multi-layer printed circuit board. This printed circuit board is arranged adjacent to the busbar. The circuit board may, for example, have control electronics for the inverter and / or one or more of the power semiconductor switches. The circuit board has a first and second surface. The first surface is arranged in particular parallel and immediately adjacent to the first surface of the solid metal core, as well as the second surface is arranged in particular parallel and immediately adjacent to the second surface of the solid metal core.

Als erste Deckschichten sind auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte die erste Isolationsschicht und die erste Leiterschicht der Stromschiene angeordnet. Darüber hinaus sind als zweite Deckschichten auf der zweiten Oberfläche der Leiterplatte die zweite Isolationsschicht und die zweite Leiterschicht der Stromschiene angeordnet. Die Deckschichten der Stromschiene bilden dann also gleichzeitig die Deckschichten der Leiterplatte. As first cover layers, the first insulation layer and the first conductor layer of the busbar are arranged on the first surface of the printed circuit board. In addition, the second insulating layer and the second conductor layer of the busbar are arranged as second cover layers on the second surface of the printed circuit board. The cover layers of the busbar then simultaneously form the cover layers of the printed circuit board.

Die Leiterplatte und der Vollmetallkern sind also mit anderen Worten in diese Deckschichten, jeweils bestehend aus Isolationsschicht und darauf befindlicher Leiterschicht, nebeneinanderliegend eingebettet. Somit kann auch die Leiterplatte über die zweiten Deckschichten an der oben genannten Kühlvorrichtung bzw. der Kühlmittelleitung anliegen. Somit kann auch die Verlustwärme aus der Leiterplatte darüber abgeführt werden. In other words, the printed circuit board and the solid metal core are embedded next to one another in these cover layers, each consisting of an insulating layer and a conductor layer located thereon. Thus, the printed circuit board can rest against the above-mentioned cooling device or the coolant line via the second cover layers. Thus, the heat loss from the circuit board can be dissipated about it.

Zur Herstellung des Wechselrichters kann die Stromschiene mit der Leiterplatte also nebeneinanderliegend beidseitig mit den Isolationsschichten und den Leiterschichten zunächst belegt, dann gegebenenfalls verpresst werden, und schließlich kann die Harzmatrix der Isolationsschichten ausgehärtet werden. To produce the inverter, the bus bar with the printed circuit board can thus be initially covered on both sides with the insulating layers and the conductor layers, then optionally pressed, and finally the resin matrix of the insulating layers can be cured.

Wie zur Stromschiene bereits erläutert, schließen die Deckschichten die Leiterplatte bevorzugt ab. Somit sind insbesondere keine weiteren Schichten, wie Leiterplattenschichten, darauf vorgesehen. Allenfalls kann auf der ersten Leiterschicht noch eine (dünne) Lackschicht vorgesehen sein, beispielsweise um Oberflächenströme oder korrosion zu verhindern. As already explained for the busbar, the cover layers preferably terminate the circuit board. Thus, in particular, no further layers, such as printed circuit board layers, are provided thereon. At best, a (thin) lacquer layer may be provided on the first conductor layer, for example to prevent surface currents or corrosion.

Bevorzugt sind auf der ersten Leiterschicht oberhalb (im Sinne von darauf bzw. darüber, insbesondere im Sinne von jenseits der Kühlvorrichtung) der Leiterplatte und/oder oberhalb des Vollmetallkerns ein oder mehrere elektrische Bauteile, wie beispielsweise SMD-Bauteile, angeordnet. Es können auf der zweiten Leiterschicht unterhalb (im Sinne von unter bzw. darunter, insbesondere im Sinne von diesseits der Kühlvorrichtung) der Leiterplatte und/oder des Vollmetallkerns der Stromschiene auch ein oder mehrere der Leistungshalbleiterschalter des Wechselrichters angeordnet sein. Der bzw. die Leistungshalbleiterschalter können zwischen der Leiterplatte und der Kühlvorrichtung angeordnet sein, insbesondere direkt zwischen der zweiten Leiterschicht und dem Wärmeleiter. Somit werden die Leistungshalbleiterschalter optimal gekühlt werden. Preferably, one or more electrical components, such as SMD components, are arranged on the first conductor layer above (in the sense of or above, in particular in the sense of the cooling device) of the printed circuit board and / or above the solid metal core. It can be arranged on the second conductor layer below (in the sense of below or below, in particular in the sense of this side of the cooling device) of the circuit board and / or the full metal core of the busbar also one or more of the power semiconductor switch of the inverter. The power semiconductor switch or switches may be arranged between the printed circuit board and the cooling device, in particular directly between the second conductor layer and the heat conductor. Thus, the power semiconductor switches will be optimally cooled.

Die erste bzw. zweite Leiterschicht dient dann nicht nur zur Abschirmung des Vollmetallkerns der Stromschiene, sondern auch zur elektrischen Kontaktierung dieser Bauteile. Hierbei darf die erste und zweite Leiterschicht jedoch oberhalb des Vollmetallkerns in der Fläche nicht soweit abgetragen werden, dass die Abschirmung an den erforderlichen Stellen, beispielsweise im Bereich empfindlicher Bauteile, nicht mehr ausreichend ist. D.h. die Leiterschichten sind weiterhin insoweit flächig vorhanden, dass deren Abschirmfunktion an den erforderlichen Stellen erhalten bleibt. Oberhalb und unterhalb der Leiterplatte spielt die Abschirmung normalerweise eine geringere Rolle. Dort kann die erste und/oder zweite Leiterschicht daher stärker abgetragen sein, um die darauf befindlichen Bauteile kontaktieren zu können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nur Bauteile im Bereich bzw. oberhalb/unterhalb der Leiterplatte angeordnet sind, also keine Bauteile im Bereich bzw. oberhalb/unterhalb des Vollmetallkerns. The first or second conductor layer then serves not only for shielding the full metal core of the busbar, but also for electrical contacting of these components. In this case, however, the first and second conductor layer may not be removed above the full metal core in the area so far that the shield at the required locations, for example in the area of sensitive components, is no longer sufficient. That The conductor layers continue to be flat to the extent that their shielding function is maintained at the required locations. Above and below the printed circuit board, the shield usually plays a minor role. There, the first and / or second conductor layer can therefore be removed more strongly in order to be able to contact the components located thereon. In particular, it may be provided that only components in the region or above / below the printed circuit board are arranged, that is, no components in the region or above / below the solid metal core.

Zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Vollmetallkern der Stromschiene und der Leiterplatte, beispielsweise mit darauf oder darin angeordneten elektrischen Bauteilen und/oder elektrischen Leitungen, ist bevorzugt zumindest ein Einpresskontakt vorgesehen. For producing an electrical contact between the solid metal core of the conductor rail and the printed circuit board, for example with electrical components and / or electrical lines arranged thereon or therein, at least one press-in contact is preferably provided.

Der Einpresskontakt kann insbesondere aus einem Brückenteil und davon, beispielsweise rechtwinklig, abstehende Arme bestehen, wobei zumindest einer der Arme in die Leiterplatte eingepresst ist und zumindest ein anderer der Arme in die Stromschiene bzw. den Vollmetallkern eingepresst ist. Der Einpresskontakt kann somit insbesondere u-förmig bzw. bügelförmig oder kammförmig oder bürstenfömig ausgeführt sein. Hierdurch wird einfach die elektrische Verbindung hergestellt. The press-in contact may in particular consist of a bridge part and thereof, for example at right angles, protruding arms, wherein at least one of the arms is pressed into the circuit board and at least one other of the arms is pressed into the bus bar or the full metal core. The press-in contact can thus be designed in particular U-shaped or bow-shaped or comb-shaped or brush-shaped. This simply makes the electrical connection.

Bei einem kammförmigen Einpresskontakt weist dieser den Brückenteil mit davon in eine gemeinsame Richtung abstehenden Armen auf, wobei die Arme in einer (geraden) Reihe abstehen. Bei einem bürstenfömigen Einpresskontakt weist dieser ebenfalls das Brückenteil mit davon in eine gemeinsame Richtung abstehenden Armen auf, wobei die Arme dann jedoch in mehreren Reihen oder anderweitig auf dem Brückenteil verteilt abstehen. In a comb-shaped press-fitting this has the bridge portion with it in a common direction protruding arms, wherein the arms protrude in a (straight) row. In a brush-shaped press-fit this also has the bridge part with it in a common direction protruding arms, the arms then but in several rows or otherwise projecting distributed on the bridge part.

Die elektrische Verbindung erfolgt mittels des Einpresskontakts insbesondere außerhalb der Stromschiene und Leiterplatte. Bevorzugt ragt der Einpresskontakt dafür jenseits der ersten Deckschichten hervor und verbindet dort den Vollmetallkern mit der Leiterplatte elektrisch. The electrical connection is effected by means of the press-in contact, in particular outside the busbar and circuit board. For this purpose, the press-in contact preferably protrudes beyond the first cover layers and there connects the solid metal core to the printed circuit board electrically.

Bevorzugt ist in dem Vollmetallkern und der darauf angeordneten ersten Leiter- und Isolationsschicht sowie in der Leiterplatte und der darauf angeordneten ersten Leiter- und Isolationsschicht, also in den Deckschichten, je zumindest eine vorgefertigte Öffnung, insbesondere Bohrung, eingebracht. In diese ist der Einpresskontakt eingepresst. Dadurch ist der elektrische Kontakt zwischen Stromschiene bzw. Vollmetallkern und Leiterplatte hergestellt. Preferably, in each case at least one prefabricated opening, in particular a bore, is introduced into the solid metal core and the first conductor and insulation layer arranged thereon, as well as in the circuit board and the first conductor and insulation layer arranged thereon, ie in the cover layers. In this, the press-in contact is pressed. As a result, the electrical contact between the busbar or solid metal core and printed circuit board is made.

Bevorzugt sind jeweils mehrere Öffnungen bzw. Bohrungen in der Leiterplatte und den Vollmetallkern vorgesehen, wobei der Einpresskontakt über eine entsprechende Anzahl an Arme verfügt, die jeweils in eine der Bohrungen eingepresst werden. Preferably, in each case a plurality of openings or bores in the printed circuit board and the solid metal core are provided, wherein the press-in contact has a corresponding number of arms, which are respectively pressed into one of the holes.

Der Einpresskontakt besteht bevorzugt aus einem gut elektrisch leitenden Metall, wie beispielsweise Kuper. Es kann auch ein Metall verwendet werden, das neben einer guten elektrischen Leitfähigkeit gleichzeitig eine gewisse mechanische Stabilität aufweist, wie insbesondere Aluminium. Der Einpresskontakt kann insbesondere auch aus einem mechanisch stabilen Kernmaterial, wie beispielsweise Aluminium oder Stahl, mit einer elektrisch gut leitenden Oberflächenbeschichtung, wie beispielsweise Kupfer, bestehen. Die Öffnungen/Bohrungen sind insbesondere metallisiert, d.h. metallbeschichtet. Durch die erläuterten Maßnahmen kann die elektrische Kontaktierung der Stromschiene einfach und widerstandsarm erfolgen. The press-fit preferably consists of a good electrically conductive metal, such as copper. It is also possible to use a metal which, in addition to a good electrical conductivity, simultaneously has a certain mechanical stability, in particular aluminum. The press-in contact may in particular also consist of a mechanically stable core material, such as, for example, aluminum or steel, with an electrically highly conductive surface coating, such as, for example, copper. The openings / bores are in particular metallized, i. metallized. By the measures described, the electrical contacting of the busbar can be done easily and with little resistance.

In einer Variante durchdringen die Öffnungen bzw. Bohrungen vollständig die ersten Deckschichten sowie zumindest zum Teil oder ebenfalls vollständig die Leiterplatte und den Vollmetallkern, nicht jedoch die zweiten Deckschichten, also die zweite Isolationsschicht und die zweite Leiterschicht. Dadurch wird sichergestellt, dass der Einpresskontakt ausreichend fest sitzt und nicht wieder herausfallen kann. Gleichzeitig wird Struktur durch die Öffnungen bzw. Bohrungen nur gering geschwächt. In einer bevorzugten Alternative durchdringen die Öffnungen bzw. Bohrungen vollständig die ersten und zweiten Deckschichten sowie die dazwischen liegende Leiterplatte und den Vollmetallkern. Der Einpresskontakt durchdringt dann diese Öffnungen bzw. Bohrungen also vollständig. Er kann somit an beiden Enden aus den Deckschichten hinausragen. In a variant, the openings or holes completely penetrate the first cover layers and at least partially or also completely the printed circuit board and the solid metal core, but not the second cover layers, ie the second insulation layer and the second conductor layer. This ensures that the press-fit is sufficiently tight and can not fall out again. At the same time structure is only slightly weakened by the openings or holes. In a preferred alternative, the openings or bores completely penetrate the first and second cover layers as well as the printed circuit board lying therebetween and the solid metal core. The press-fit contact Then penetrates these openings or holes so completely. He can thus protrude at both ends of the outer layers.

Das vorgeschlagene Kraftfahrzeugantriebsystem verfügt über zumindest eine Drehfeldmaschine, wie beispielsweise eine Synchron- oder Asynchromaschine, als Traktionsantrieb oder als Aktorantrieb des Kraftfahrzeugantriebsystems sowie über einen Wechselrichter, der entsprechend dem oben vorgeschlagenen Wechselrichter ausgeführt ist. Der Wechselrichter dient zum Betreiben der Drehfeldmaschine. Der Wechselrichter versorgt demnach die Drehfeldmaschine mit elektrischer Antriebsenergie. Dazu wird insbesondere mit der elektrischen Antriebsenergie ein magnetisches Drehfeld an dem Stator der Drehfeldmaschine angelegt, das den Rotor der Drehfeldmaschine antreibt. The proposed motor vehicle drive system has at least one induction machine, such as a synchronous or Asynchromaschine, as a traction drive or actuator drive of the motor vehicle drive system and an inverter, which is designed according to the above proposed inverter. The inverter is used to operate the induction machine. The inverter thus supplies the induction machine with electrical drive energy. For this purpose, in particular with the electrical drive energy, a magnetic rotating field is applied to the stator of the induction machine, which drives the rotor of the induction machine.

Die elektrische Energie wird insbesondere einer Gleichstromquelle des Kraftfahrzeugantriebsystems, wie einer Batterie, entnommen. Wenn die Drehfeldmaschine als Traktionsantrieb ausgeführt ist, dient das von ihr bereitgestellte Drehmoment als Antriebsmoment zum Vortrieb bzw. Abbremsen des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Wenn die Drehfeldmaschine als Aktorantrieb ausgeführt ist, dient das von ihr bereitgestellte Drehmoment zur Betätigung von Bauteilen des Kraftfahrzeugantriebsystems, beispielsweise zum Betätigen (Öffnen/Schließen) einer Kupplung oder Bremse oder anderer betätigbarer Bauteile. The electrical energy is in particular taken from a DC power source of the motor vehicle drive system, such as a battery. When the induction machine is designed as a traction drive, the torque provided by it serves as a drive torque for propulsion or braking of the associated motor vehicle. When the induction machine is designed as an actuator drive, the torque provided by it serves for the actuation of components of the motor vehicle drive system, for example for actuating (opening / closing) a clutch or brake or other actuatable components.

Im Folgenden wir die Erfindung von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Die Figuren zeigen jeweils in schematischer Darstellung: In the following, the invention of figures will be explained in more detail, from which further preferred embodiments and features of the invention can be removed. The figures show in schematic representation:

1 ein Kraftfahrzeugantriebsystem, 1 a motor vehicle drive system,

2 ein Teil eines Wechselrichters in einem Querschnitt, 2 a part of an inverter in a cross section,

3 ein Teil eines Wechselrichters in einer Draufsicht, 3 a part of an inverter in a plan view,

4 ein Teil eines Wechselrichters in einem Querschnitt. 4 a part of an inverter in a cross section.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Bauteile / Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical components / elements are provided with the same reference numerals.

Das Kraftfahrzeugantriebsystem gemäß 1 verfügt über eine Drehfeldmaschine 1 zum Vortrieb eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs mit Kraftfahrzeugrädern 2. Dazu ist die Drehfeldmaschine 1 mit einem oder mehreren der Räder 2 mechanisch verbunden. Somit ist das von der Drehfeldmaschine 1 erzeugte Drehmoment auf das bzw. die Räder 2 übertragbar. The motor vehicle drive system according to 1 has a rotating field machine 1 for propulsion of a motor vehicle not shown in detail with motor vehicle wheels 2 , This is the induction machine 1 with one or more of the wheels 2 mechanically connected. Thus, that is from the induction machine 1 generated torque on the wheel or wheels 2 transferable.

Die Drehfeldmaschine 1 wird von einem Wechselrichter 3 mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu verfügt die Drehfeldmaschine 1 über Phasen U, V, W, welche mit entsprechenden AC-Anschlüssen des Wechselrichters 3 elektrisch verbunden sind. Die Phasen können als Stromschienen 5 ausgeführt sein (vgl. 2, 3, 4). Der Wechselrichter 3 bezieht seine elektrische Energie von einer Gleichstromquelle 4, wie beispielhaft einer Batterie. Hierzu ist der Wechselrichter 3 über entsprechende DC-Anschlüsse mit den Polen der Gleichstromquelle 4 verbunden. Der zum Betrieb der Drehfeldmaschine 1 erforderliche elektrische Strom wird also über den Wechselrichter 3 geführt bzw. dort von DC in AC gewandelt und gegebenenfalls zurück von AC in DC. The induction machine 1 is from an inverter 3 supplied with electrical energy. For this purpose, has the induction machine 1 via phases U, V, W, which are connected to corresponding AC terminals of the inverter 3 are electrically connected. The phases can be used as busbars 5 be executed (see. 2 . 3 . 4 ). The inverter 3 draws its electrical energy from a DC source 4 , as an example of a battery. This is the inverter 3 via appropriate DC connections to the poles of the DC power source 4 connected. The for the operation of the induction machine 1 required electric power is thus through the inverter 3 led or converted there from DC to AC and optionally back from AC to DC.

Grundsätzlich kann der Wechselrichter 3 und die Drehfeldmaschine 1 nach 1 auch anderweitig eingesetzt werden, beispielsweise zum Antrieb von stationären oder mobilen Einrichtungen in der Industrie oder im Haushalt. Basically, the inverter can 3 and the induction machine 1 to 1 are also used elsewhere, for example for driving stationary or mobile devices in industry or in the home.

2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Wechselrichters, wie insbesondere des Wechselrichters 3 aus 1. Der Wechselrichter weist insbesondere Leistungshalbleiterschalter 14, wie beispielsweise je ein IGBT oder MOSFET, zur AC-DC-Umwandlung auf. Diese können beispielsweise als eine B6-Brückenschaltung miteinander verschaltet sein. 2 shows a cross section through part of an inverter, in particular the inverter 3 out 1 , In particular, the inverter has power semiconductor switches 14 , such as one IGBT or MOSFET, for AC-DC conversion on. These can be interconnected, for example, as a B6 bridge circuit.

Der Wechselrichter verfügt über eine Stromschiene 5. Diese kann eine der Phasen U, V, W aus 1 bilden. Der Wechselrichter verfügt auch über eine zu der Stromschiene 5 benachbarte, also seitlich daneben angeordnete, Leiterplatte 6. Die Leiterplatte 6 ist vorliegend beispielhaft mehrlagig ausgeführt. Sie weist somit mehrere aufeinandergestapelte Isolationsschichten und Leiterschichten auf. The inverter has a busbar 5 , This can be one of the phases U, V, W from 1 form. The inverter also has one to the power rail 5 adjacent, so arranged laterally next to it, circuit board 6 , The circuit board 6 is in the present example executed in several layers. It thus has a plurality of stacked insulation layers and conductor layers.

Die Stromschiene 5 verfügt über einen Vollmetallkern 5A. Der Vollmetallkern 5A führt im Betrieb des Wechselrichters einen relativ hohen elektrischen Gleich- oder Wechselstrom. Die Stromschiene 5 kann hierzu einen elektrischen AC- oder DC-Anschluss 16 (vgl. 3 und 4) des Wechselrichters mit den zugeordneten Leistungshaltleiterschaltern 14 des Wechselrichters elektrisch verbinden. The busbar 5 has a full metal core 5A , The full metal core 5A During operation of the inverter a relatively high electrical DC or AC current. The busbar 5 This can be an AC or DC electrical connection 16 (see. 3 and 4 ) of the inverter with the associated power-retaining circuit breakers 14 connect the inverter electrically.

Die Stromschiene 5 und die Leiterplatte 6 verfügen über gemeinsame erste (obere) Deckschichten 7A und 7B sowie über gemeinsame zweite (untere) Deckschichten 8A, 8B. Die Deckschichten 7A, 7B, 8A, 8B setzen sich aus jeweils einer Isolationsschicht 7A, 7B und einer Leiterschicht 8A, 8B zusammen. Dazu ist unmittelbar auf einer ersten Oberfläche des Vollmetallkerns 5A und auf einer parallel und benachbart dazu angeordneten ersten Oberfläche der Leiterplatte 6 die erste Isolationsschicht 7A als erste Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht. Unmittelbar auf dieser ersten Isolationsschicht 7A ist zudem die erste Leiterschicht 8A als weitere erste Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht. Optional kann die erste Leiterschicht 8A mit einem Lack beschichtet sein. Weitere Leiterschichten sind im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Die Deckschichten schließen die Struktur aus Stromschiene 5 und Leiterplatte 6 somit nach oben und unten hin ab. The busbar 5 and the circuit board 6 have common first (top) cover layers 7A and 7B as well as common second (lower) layers 8A . 8B , The cover layers 7A . 7B . 8A . 8B each consist of one insulation layer 7A . 7B and a conductor layer 8A . 8B together. This is directly on a first surface of the solid metal core 5A and on a parallel and adjacent to arranged first surface of the circuit board 6 the first insulation layer 7A arranged or applied as a first cover layer. Immediately on this first insulation layer 7A is also the first conductor layer 8A arranged or applied as a further first cover layer. Optionally, the first conductor layer 8A be coated with a paint. Other conductor layers are not provided in the embodiment shown. The cover layers close the structure of busbar 5 and circuit board 6 thus up and down from.

Die erste Oberfläche der Leiterplatte 6, auf der die ersten Deckschichten 7A, 8A angeordnet sind, befindet sich in einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte 6, d.h. sie dehnt sich in dieser Ebene im Vergleich zur der in 2 sichtbaren Dicke der Leiterplatte 6 (= Abstand zwischen den beiden Deckschichten 7A, 7B) relativ weit aus. The first surface of the circuit board 6 on which the first cover layers 7A . 8A are located in a main plane of extension of the circuit board 6 ie it expands in this plane compared to the one in 2 visible thickness of the circuit board 6 (= Distance between the two cover layers 7A . 7B ) relatively far out.

Auf der gegenüberliegenden (in 2 unteren) Seite des Vollmetallkerns 5A und der Leiterplatte 6 verfügen diese ebenfalls über zueinander parallele und benachbarte zweite Oberflächen. Unmittelbar auf der zweiten Oberfläche des Vollmetallkerns 5A und der Leiterplatte 6 ist die zweite Isolationsschicht 7B als zweite Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht. Unmittelbar auf dieser zweiten Isolationsschicht 7A ist zudem die zweite Leiterschicht 8B als weitere zweite Deckschicht angeordnet bzw. aufgebracht. On the opposite (in 2 lower) side of the solid metal core 5A and the circuit board 6 these also have parallel and adjacent second surfaces. Immediately on the second surface of the solid metal core 5A and the circuit board 6 is the second insulation layer 7B arranged or applied as a second cover layer. Immediately on this second insulation layer 7A is also the second conductor layer 8B arranged or applied as a further second cover layer.

Die Isolationsschichten 7A, 7B dienen vorwiegend zur elektrischen Isolation des Vollmetallkerns 5 sowie gegebenenfalls der Leiterplatte 6. Die Leiterschichten 8A, 8B dienen vorwiegend zur EMV-Abschirmung des Vollmetallkerns 5 sowie gegebenenfalls der Leiterplatte 6. Auf der ersten und/oder zweiten Leiterschicht 8A können elektrische Bauteile 9, 14 angeordnet sein. Um die elektrischen Bauteile 9, 14 mit der Leiterplatte 6 elektrisch zu kontaktieren, können elektrische Vias 10, 13 vorgesehen sein. Auf der Stromschiene 5 bzw. oberhalb/unterhalb des Vollmetallkerns 5A können weniger elektrische Bauteile 9 als im Vergleich zur Leiterplatte 6 angeordnet sein, oder auch keine. Bei einem solchen elektrischen Bauteil kann es sich um den Leistungshalbleiterschalter 14 handeln. The insulation layers 7A . 7B are mainly used for electrical insulation of the full metal core 5 and optionally the circuit board 6 , The conductor layers 8A . 8B are mainly used for EMC shielding of the full metal core 5 and optionally the circuit board 6 , On the first and / or second conductor layer 8A can electrical components 9 . 14 be arranged. To the electrical components 9 . 14 with the circuit board 6 To contact electrically, electrical vias can 10 . 13 be provided. On the power rail 5 or above / below the full metal core 5A can use less electrical components 9 as compared to the circuit board 6 be arranged, or none. Such an electrical component may be the power semiconductor switch 14 act.

Es kann eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Stromschiene 5 und der Leiterplatte 6 und ggf. des oder der Leistungshalbleiterschalter 14 vorgesehen sein. Die Kühlvorrichtung verfügt über zumindest eine Kühlmittelleitung 11, durch die ein Kühlmittel, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, führbar ist. Die Kühlmittelleitung 11 liegt unmittelbar an einem flexiblen und elektrisch isolierenden Wärmeleiter 12 an. Dieser liegt wiederum unmittelbar an der zweiten Leiterschicht 8B an. Somit ist Wärme aus der Stromschiene 5 und/oder der Leiterplatte 6 abführbar. Zudem können in der Leiterplatte 6 ein oder mehrere thermische Vias vorgesehen sein, also Leitungen, die rein zur Wärmeleitung dienen. There may be a cooling device for cooling the busbar 5 and the circuit board 6 and possibly the one or more power semiconductor switches 14 be provided. The cooling device has at least one coolant line 11 through which a coolant, such as a cooling liquid, is feasible. The coolant line 11 lies directly on a flexible and electrically insulating heat conductor 12 at. This again lies directly on the second conductor layer 8B at. Thus, heat from the busbar 5 and / or the circuit board 6 dischargeable. In addition, in the circuit board 6 one or more thermal vias be provided, so lines that are purely for heat conduction.

Auf der ersten und/oder zweiten Leiterschicht 8A, 8B sind ein oder mehrere der Leistungshalbleiterschalter 14 vorgesehen. Bevorzugt sind auf der zweiten Leiterschicht (8B) unterhalb der Leiterplatte (6) und/oder des Vollmetallkerns (5A) der Stromschiene (5), also der Kühlvorrichtung zugewandt, ein oder mehrere der Leistungshalbleiterschalter (14) angeordnet. Gemäß 2 ist der Leistungshalbleiterschalter 14 nur auf der zweiten Leiterschicht 8B, die der Kühlmittelleitung 11 zugewandt ist – also der Unteren, angeordnet. Somit befindet sich der Leistungshalbleiterschalter 14 benachbart zur Kühlvorrichtung. Im Detail ist er direkt zwischen der zweiten Leiterschicht 8B und dem Wärmeleiter 12 angeordnet. Er liegt somit an diesen beiden an und wird über die Kühlmittelleitung 11 der Kühlvorrichtung optimal gekühlt. On the first and / or second conductor layer 8A . 8B are one or more of the power semiconductor switches 14 intended. Preference is given to the second conductor layer ( 8B ) below the circuit board ( 6 ) and / or the full metal core ( 5A ) of the busbar ( 5 ), thus facing the cooling device, one or more of the power semiconductor switches ( 14 ) arranged. According to 2 is the power semiconductor switch 14 only on the second conductor layer 8B that of the coolant line 11 facing - so the lower, arranged. Thus, the power semiconductor switch is located 14 adjacent to the cooling device. In detail, it is directly between the second conductor layer 8B and the heat conductor 12 arranged. He is thus at these two and is on the coolant line 11 the cooling device optimally cooled.

Die elektrische Kontaktierung zwischen der Stromschiene 5 bzw. dem Vollmetallkern 5A und der Leiterplatte 6 bzw. darauf oder darin befindlichen elektrischen Bauteilen 9 erfolgt bevorzugt mittels des in 2 gezeigten Einpresskontakts 15. Dieser ragt jenseits der ersten Deckschichten, also der ersten Isolationsschicht 7A und der ersten Leiterschicht 8A, hervor. Dort verbindet er die Stromschiene 5 bzw. den Vollmetallkern 5A elektrisch mit der Leiterplatte 6. Der Einpresskontakt 15 besteht also aus einem elektrischen Leiter. Durch die große Kontaktfläche des Einpresskontakts 15 mit dem Vollmetallkern 5A und der Leiterplatte 6 ist diese Art der Kontaktierung verlustarm. The electrical contact between the busbar 5 or the full metal core 5A and the circuit board 6 or on it or in it electrical components 9 takes place preferably by means of in 2 shown press-fit 15 , This protrudes beyond the first cover layers, ie the first insulation layer 7A and the first conductor layer 8A , forth. There he connects the busbar 5 or the full metal core 5A electrically with the circuit board 6 , The press-fit contact 15 consists of an electrical conductor. Due to the large contact surface of the press-in contact 15 with the full metal core 5A and the circuit board 6 This type of contact loss.

Im Detail sind in dem Vollmetallkern 5A und den darauf angeordneten ersten Deckschichten 8A, 8B Öffnungen, insbesondere Bohrungen, vorgefertigt. Ebenso sind in der Leiterplatte und der darauf angeordneten ersten Deckschichten 8A, 8B Öffnungen, insbesondere Bohrungen, vorgefertigt. Diese Öffnungen sind bevorzugt metallisiert, d.h. die Innenwand ist mit einem elektrisch leitfähigen Metall beschichtet. Der Einpresskontakt 15 verfügt über ein Brückenteil 15A und über davon abstehende Arme 15B. Wenn der Einpresskontakt 15 also genau zwei Arme 15B aufweist, ist er U-förmig, wenn er mehr als zwei Arme 15B aufweist, ist er kamm- oder bürstenförmig. Vorliegend liegen die Arme 15B in einer Reihe auf einer geraden Linie in der Zeichenebene. Außerhalb der Zeichenebene können dann weitere solcher Reihen angeordnet sein. In detail are in the solid metal core 5A and the first cover layers disposed thereon 8A . 8B Openings, in particular holes, prefabricated. Likewise, in the circuit board and the first cover layers arranged thereon 8A . 8B Openings, in particular holes, prefabricated. These openings are preferably metallized, ie the inner wall is coated with an electrically conductive metal. The press-fit contact 15 has a bridge part 15A and over protruding arms 15B , When the press-in contact 15 So exactly two arms 15B it is U-shaped if it has more than two arms 15B has, it is comb or brush-shaped. Here are the arms 15B in a row on a straight line in the drawing plane. Outside of the drawing plane then more such rows can be arranged.

Im Kontaktbereich des Einpresskontakts 15 auftretende Wärme wird über die beschriebene Kühlvorrichtung abgeführt. Dazu ist der Einpresskontakt 15 bevorzugt und wie in 2 gezeigt bis zur zweiten Isolationsschicht 7B eingepresst. Entsprechend tief sind auch die dazu vorgesehenen Öffnungen in der Stromschiene 5 und der Leiterplatte 6. In the contact area of the press-in contact 15 occurring heat is removed via the described cooling device. This is the press-in contact 15 preferred and as in 2 shown up to the second insulation layer 7B pressed. Corresponding deep are also provided openings in the busbar 5 and the circuit board 6 ,

Beispielhaft sind gemäß 2 jeweils zwei Öffnungen in der Stromschiene 5 und der Leiterplatte 6 vorgesehen. Der Einpresskontakt 15 weist entsprechend vier Arme 15B auf. Der Einpresskontakt 15 ist von oben, also von Seiten der ersten Oberfläche der Leiterplatte und des Vollmetallkerns 5A in die Öffnungen eingepresst. Exemplary are according to 2 two openings in the busbar 5 and the circuit board 6 intended. The press-fit contact 15 has four arms accordingly 15B on. The press-fit contact 15 is from above, so from the first surface of the circuit board and the solid metal core 5A pressed into the openings.

Bevorzugt verfügt die erste Leiterschicht 8A im Bereich des Einpresskontakts 15 bzw. im Bereich der Arme 15B über je eine Aussparung. Somit wird erste Leiterschicht 8A nicht mit dem Einpresskontakt 15 elektrisch kontaktiert. Um ein elektrisches Überspringen zu verhindern, ist die Aussparung ausreichend groß dimensioniert. Es kann vorgesehen sein, dass zusätzlich Isolationsmaterial vorher auf den Einpresskontakt 15 oder nachträglich im Bereich des Einpresskontakts 15 aufgetragen wird, beispielsweise eine Lackschicht. Preferably, the first conductor layer has 8A in the area of the press-in contact 15 or in the area of the arms 15B over each a recess. Thus, first conductor layer 8A not with the press-in contact 15 electrically contacted. To prevent electrical skipping, the recess is sufficiently large dimensions. It may be provided that in addition insulation material previously on the press-fit 15 or subsequently in the area of the press-in contact 15 is applied, for example, a paint layer.

3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Wechselrichters, beispielsweise den in 2 quergeschnittenen Teil. 3 shows a plan view of a part of an inverter, for example, the in 2 cross-cut part.

Gemäß 3 ist eine mehrlagige Leiterplatte 6 vorgesehen. Der Bereich, der die Leiterplatte 6 enthält, ist in 3 mit einer gestrichelten Linie umrandet. Darüber hinaus sind drei Stromschiene 5 jeweils mit einem Vollmetallkern 5A vorgesehen. Die zum Betrachter gerichtete erste Oberfläche der Leiterplatte 6 und des Vollmetallkerns 5A ist mit der in 2 sichtbaren gemeinsamen ersten Isolationsschicht 7A sowie der darauf angeordneten gemeinsamen ersten Leiterschicht 8A versehen. According to 3 is a multilayer printed circuit board 6 intended. The area of the circuit board 6 contains is in 3 bordered by a dashed line. In addition, three busbars 5 each with a full metal core 5A intended. The viewer's first surface of the circuit board 6 and the all-metal core 5A is with the in 2 visible common first insulation layer 7A and the common first conductor layer arranged thereon 8A Mistake.

Oberhalb der Leiterplatte 6 auf der ersten Leiterschicht 8A oder in der Leiterplatte 6 können elektrische Bauteile 9 angeordnet sein. Leistungshalbleiterschalter 14 des Wechselrichters, die für die AC-DC-Wandlung zuständig sind, sind insbesondere auf der zweiten Leiterschicht 8B angeordnet, wie in 2 gezeigt. Above the circuit board 6 on the first conductor layer 8A or in the circuit board 6 can electrical components 9 be arranged. Power semiconductor switch 14 of the inverter, which are responsible for the AC-DC conversion, are in particular on the second conductor layer 8B arranged as in 2 shown.

Die Stromschienen 5 bilden insbesondere Phasen, d.h. sie führen im Betrieb des Wechselrichters den Wechselstrom jeweils einer der Phasen U, V, W (vgl. 1). Dazu sind die Stromschienen 5 elektrisch jeweils zwischen mit einem AC-Anschluss 16 des Wechselrichters und den zugehörigen Leistungshalbleiterschaltern 14 kontaktiert. Die in 3 gezeigten Stromschienen 5 bilden also AC-Stromschienen. The busbars 5 In particular, phases form, that is, they lead in the operation of the inverter, the alternating current in each case one of the phases U, V, W (see. 1 ). These are the busbars 5 electrically between each with an AC connection 16 of the inverter and the associated power semiconductor switches 14 contacted. In the 3 shown busbars 5 thus form AC busbars.

Die elektrische Kontaktierung zu der Leiterplatte 6 und damit mit den Leistungshalbleiterschalter 14 erfolgt durch die Kontakte 15, die jeweils gemäß des Einpresskontakts 15 nach 2 ausgeführt sein können. Analog dazu kann auch die Kontaktierung mit dem jeweiligen AC-Anschluss 16 erfolgen. Grundsätzlich können die erforderlichen DC-Stromschienen analog zu den in 3 gezeigten AC-Stromschienen 5 ausgeführt sein. The electrical contact to the circuit board 6 and thus with the power semiconductor switch 14 done by the contacts 15 , each according to the press-in contact 15 to 2 can be executed. Similarly, the contacting with the respective AC connection 16 respectively. Basically, the required DC busbars analogous to those in 3 shown AC busbars 5 be executed.

Vorliegend sind die Stromschienen 5 in die Leiterplatte 6 eingebettet. Seitlich sind die Vollmetallkerne 5A daher zu der Leiterplatte 6 elektrisch isoliert. Dazu kann je eine Lücke zwischen den Vollmetallkernen 5A und der Leiterplatte 6 vorgesehen sein, die der in 2 sichtbaren Lücke entspricht. Sie kann also, wie oben erläutert, insbesondere mit Isolationsmaterial verfüllt sein kann. Mechanisch werden die Stromschienen 5 somit durch die Leiterplatte 6 fixiert. Leiterplatte 6 und Stromschienen 5 ergeben dadurch eine mechanisch sehr stabile Struktur. Eine Kunststoffumspritzung und/oder extra Halter für die Stromschienen 5 können somit entfallen. Here are the busbars 5 in the circuit board 6 embedded. Laterally are the full metal cores 5A therefore to the circuit board 6 electrically isolated. This can ever a gap between the full metal cores 5A and the circuit board 6 be provided in the 2 visible gap corresponds. It can therefore, as explained above, in particular be filled with insulation material. The busbars become mechanical 5 thus through the circuit board 6 fixed. circuit board 6 and busbars 5 result in a mechanically very stable structure. A plastic extrusion and / or extra holder for the busbars 5 can thus be omitted.

Auf einer vom Betrachter der 3 abgewandten Unterseite der Leiterplatte 6 und der Stromschienen 5 kann die in 2 gezeigte Kühlvorrichtung vorgesehen sein. On one of the viewer the 3 opposite bottom of the circuit board 6 and the busbars 5 can the in 2 be shown cooling device provided.

4 zeigt eine Ausführungsform eines Wechselrichters, die zur Ausführungsform gemäß 2 alternativ ist. Als einziger Unterschied zur 2 weist der Vollmetallkern 5A gemäß 4 einen Anschluss bzw. den Anschluss 16 aus 3 auf. Dieser ist vorliegend beispielhaft als Öffnung, im Detail Bohrung, ausgeführt. In diese Öffnung kann eine Schraube, ein Presskontakt, ein Splint oder ein Niet oder ein anderes Verbindungselemente eingeführt werden, um den Vollmetallkern 5A mit einem anderen elektrischen Leiter, wie einem Draht oder einer Litze bzw. einem Kabelschuh oder einer anderen Stromschiene, mechanisch zu verbinden und dabei elektrisch zu kontaktieren. Die Öffnung kann auch stirnseitig, also seitlich, in den Vollmetallkern 5A eingebracht sein, dann insbesondere als Sacklochbohrung. 4 shows an embodiment of an inverter, according to the embodiment according to 2 alternatively. The only difference to 2 has the full metal core 5A according to 4 a connection or the connection 16 out 3 on. This is present example as an opening, in detail bore executed. In this opening, a screw, a press contact, a split pin or a rivet or other fasteners can be inserted to the solid metal core 5A with another electrical conductor, such as a wire or a strand or a cable lug or other busbar, mechanically connect and thereby electrically contact. The opening can also frontally, ie laterally, in the solid metal core 5A be introduced, then in particular as a blind hole.

Es ist gemäß 4 vorgesehen, dass die die Deckschichten 7A, 7B, 8A, 8B lediglich einen Teil des Vollmetallkerns 5A bedecken. Zumindest der Bereich des Anschlusses 16 ist im erforderlichen Maß, also zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Verbindung, davon ausgespart. It is according to 4 provided that the the cover layers 7A . 7B . 8A . 8B only a part of the full metal core 5A cover. At least the area of the connection 16 is to the extent necessary, so for electrical contacting and mechanical connection, it is recessed.

Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 4 derjenigen gemäß 2. Die hierzu gemachten Erläuterungen gelten daher auch für 4. Incidentally, the embodiment according to 4 according to those 2 , The explanations made for this purpose therefore also apply to 4 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Drehfeldmaschine Induction machine
2 2: Kraftfahrzeugrad motor vehicle wheel
3 3: Wechselrichter inverter
4 4: Gleichstromquelle DC power source
5 5: Stromschiene conductor rail
5A 5A: Vollmetallkern Full metal core
6 6: Leiterplatte circuit board
7A, 7B 7A, 7B: Isolationsschicht, Deckschicht Insulation layer, cover layer
8A, 8B 8A, 8B: Leiterschicht, Deckschicht Conductor layer, cover layer
9 9: elektrisches Bauteil electrical component
10 10: Via Via
11 11: Kühlmittelleitung Coolant line
12 12: Wärmeleiter heat conductor
13 13: Via Via
14 14: Leistungshalbleiterschalter Power semiconductor switch
15 15: Einpresskontakt press-fit
15A 15A: Brückenteil bridge part
15B 15B: Arm poor
16 16: Anschluss connection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004018469 B3 [0002]
DE 102012022140 A1 [0002]

Claims

Busbar ( 5 ) for an inverter ( 3 ), comprising a full metal core ( 5A ) for guiding an electric current through the busbar ( 5 ), a first insulation layer ( 7A ) on a first surface of the full metal core ( 5A ) for electrical insulation of the full metal core ( 5A ), a second insulation layer ( 7B ) on a second surface of the solid metal core opposite the first surface ( 5A ) for electrical insulation of the full metal core ( 5A ), a first conductor layer ( 8A ) on the first insulation layer ( 7A ), a second conductor layer ( 8B ) on the second insulation layer ( 7B ), characterized in that the first and second conductor layers ( 8A . 8B ) for the electromagnetic shielding of the full metal core ( 5A ) are executed.

Busbar ( 5 ) according to claim 1, comprising a cooling device attached to the second conductor layer ( 8B ) is present.

Busbar ( 5 ) according to claim 2, wherein the cooling device comprises a coolant line ( 11 ) and a flexible heat conductor ( 12 ), wherein the heat conductor ( 12 ) on the one hand directly to the coolant line ( 11 ) and on the other hand directly to the second conductor layer ( 8B ) is present.

Inverter ( 3 ) with at least one busbar ( 5 ) according to one of claims 1 to 3 as a DC or AC conductor, and with a printed circuit board ( 6 ), which are adjacent to the busbar ( 5 ) is arranged and which as the first cover layers on a first surface, the first insulating layer ( 7A ) and the first conductor layer ( 8A ) and as a second cover layers on a second surface, the second insulating layer ( 7B ) and the second conductor layer ( 8B ) having.

Inverter ( 3 ) according to claim 4, wherein on the first conductor layer ( 8A ) above the printed circuit board ( 6 ) and / or the full metal core ( 5A ) of the busbar ( 5 ) one or more electrical components ( 9 ) are arranged.

Inverter ( 3 ) according to claim 4 or 5, wherein on the second conductor layer ( 8B ) below the circuit board ( 6 ) and / or the full metal core ( 5A ) of the busbar ( 5 ) one or more power semiconductor switches ( 14 ) are arranged.

Inverter ( 3 ) according to one of claims 4 to 6, wherein the solid metal core ( 5A ) of the busbar ( 5 ) by means of at least one press-in contact ( 15 ) with the printed circuit board ( 6 ) is contacted.

Inverter ( 3 ) according to claim 7, wherein the press-in contact ( 15 ) beyond the first cover layers ( 7A . 8A ) and the busbar ( 5 ) with the printed circuit board ( 6 ) there electrically connects.

Inverter ( 3 ) according to claim 7 or 8, wherein the press-in contact ( 15 ) is U-shaped or comb-shaped or brush-shaped.

Inverter ( 3 ) according to one of claims 6 to 9, wherein the press-in contact ( 15 ) in at least one prefabricated opening, in particular bore, in the solid metal core ( 5A ) and the first cover layers ( 7A . 8A ) and in at least one prefabricated opening, in particular bore, in the printed circuit board ( 6 ) and the first cover layers ( 7A . 8A ) is pressed.

Motor vehicle drive system with a rotating field machine ( 1 ) as a traction drive or as an actuator drive of the motor vehicle drive system and with an inverter ( 3 ) according to one of claims 4 to 10 for operating the induction machine ( 1 ).