DE102017212595A1

DE102017212595A1 - Inverter für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102017212595A1
Application number: DE102017212595.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Proepper; Christoph Ruf; Hans-Peter Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Inverter für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Stator umfassend eine Mehrzahl von Statorspulen auf. Der Inverter weist auch wenigstens zwei voneinander unabhängige Endstufen, insbesondere Leistungsendstufen auf, wobei die Endstufen jeweils ausgebildet sind, eine einen Teil der Statorspulen umfassende Teilmaschine zu bestromen. Erfindungsgemäß weist der Inverter für jede Teilmaschine wenigstens einen oder nur einen Kondensator, insbesondere Zwischenkreiskondensator auf. Die Kondensatoren, insbesondere die Kondensatoren des Kondensatorpaares, sind jeweils miteinander über einen gemeinsamen Verbindungsknoten elektrisch verbunden, wobei sich quer zu der Stirnseite erstreckende Zentralachsen der Kondensatoren einander schneiden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Inverter für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Stator umfassend eine Mehrzahl von Statorspulen auf. Der Inverter weist auch wenigstens zwei voneinander unabhängige Endstufen, insbesondere Leistungsendstufen auf, wobei die Endstufen jeweils ausgebildet sind, eine Teilmaschine zu bestromen. Die Teilmaschine ist durch einen Teil der Statorspulen des Stators gebildet. Bevorzugt sind die Teilmaschinen jeweils ausgebildet, unabhängig voneinander ein magnetisches Drehfeld zum Drehbewegen des Rotors zu erzeugen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist der Inverter für jede Teilmaschine wenigstens einen oder nur einen Kondensator, insbesondere Zwischenkreiskondensator auf. Bevorzugt weist wenigstens ein elektrischer Anschluss, insbesondere Anschlussdraht, des Kondensators an einer Stirnseite eines Kondensatorkörpers des Kondensators ab, wobei zwei der Kondensatoren ein Kondensatorpaar bilden und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die Kondensatoren, insbesondere die Kondensatoren des Kondensatorpaares, sind jeweils miteinander über einen gemeinsamen Verbindungsknoten elektrisch verbunden, wobei sich quer zu der Stirnseite erstreckende Längsachsen, insbesondere Zentralachsen der Kondensatoren einander überkreuzen, weiter bevorzugt einander schneiden. Dadurch kann der Inverter in der elektrischen Maschine vorteilhaft platzsparend und eine kleine parasitäre Induktivität ausbildend in einem Gehäuse der Maschine angeordnet sein.
Bevorzugt weist der Kondensator zwei elektrische Anschlüsse, insbesondere Anschlussdrähte auf, die gemeinsam aus der Stirnseite herausragen. Der Kondensator kann so vorteilhaft mit kurzen Verbindungsleitungen angeschlossen werden.
Bevorzugt liegen die Endstufe und der Kondensator jeweils auf demselben Potential wie der Verbindungsknoten. Dadurch kann eine Verbindungsleitung, die die Endstufe und der Kondensator miteinander verbindet, kurz ausgebildet sein, sodass die Verbindungsleitung eine kleine Kapazität und eine kleine Induktivität ausbildet und niederohmig ausgebildet sein kann.
Bevorzugt sind die Kondensatoren elektrisch zueinander parallel geschaltet. Dadurch kann zwischen den Teilmaschinen kein oder nur ein kleiner Ausgleichsstrom fließen.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließen die Längsachsen der Kondensatoren einen Winkel zwischen 30 Grad und 179 Grad zwischeneinander ein. Dadurch können die Kondensatoren in einem zylinderförmigen Gehäuse platzsparend angeordnet sein. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen 70 und 170 Grad. dadurch können die Kondensatoren Im Bereich eines Randes eines zylinderförmigen Invertergehäuses angeordnet sein, so dass ein von den Kondensatoren - und bevorzugt den Stromschienen - umrahmter Flächenbereich für weitere die Leistungsendstufen steuernde Bauteile wie eine Verarbeitungseinheit oder einen Treiber frei bleiben kann.
Die Kondensatoren sind bevorzugt entlang eines - weiter bevorzugt eine möglichst große Fläche einschließenden - geschlossenen Linienzuges, insbesondere Polygonzuges angeordnet, wobei die Längsachsen der Kondensatoren jeweils einen Längsabschnitt des Linienzuges bilden. Dadurch können die Kondensatoren vorteilhaft zu einer Gehäusewand eines den Inverter aufweisenden Steuergeräts hin angeordnet sein, so dass auf einer insbesondere zentralen Fläche oder in einem Raum im Bereich eines Rotorwellenendes der Maschine eine Steuereinheit, insbesondere eine Verarbeitungseinheit, beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder ein FPGA, SiP, oder MCM angeordnet sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Inverter eine Stromschiene auf. Bevorzugt sind die Anschlüsse der Kondensatoren jeweils mit einer Stromschiene verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Längsachsen der Kondensatoren in einer gemeinsamen Ebene. Die Ebene erstreckt sich bevorzugt parallel zu einem Schaltungsträger, insbesondere einer flachen Erstreckung der Stromschiene. Vorteilhaft können die Kondensatoren so in einer quer zu einer Längsachse der Maschine, insbesondere Rotorlängsachse, verlaufenden Ebene angeordnet sein. Die Stromschiene, welcher beispielsweise flach ausgebildet ist, erstreckt sich bevorzugt in der vorgenannten Ebene. Die Längsachsen der Kondensatoren verlaufen dabei bevorzugt quer zu einer Längsachse, insbesondere Rotorlängsachse einer elektrischen Maschine, die ausgebildet ist, mit dem Inverter insbesondere trennbar verbunden zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Anschlüsse der Kondensatoren jeweils mit wenigstens einer Stromschiene verbunden. Bevorzugt ist der Kondensator von der Stromschiene teilweise umschlossen. Bevorzugt ist die Stromschiene L-förmig ausgebildet. Dadurch kann ein Schenkel der Stromschiene den Kondensator vorteilhaft elektrisch kontaktieren und eine Stirnseite des Kondensators umschließen, wobei ein anderer L-Schenkel den Kondensator abschirmen kann. Vorteilhaft kann eine Kontaktanordnung umfassend den Kondensator und die Stromschiene kompakt ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Stromversorgungsleitung des Inverters im Bereich des Verbindungsknotens mit der Stromschiene verbunden ist. Dadurch kann der Inverter eine kleine parasitäre Induktivität aufweisen. Bevorzugt verlaufen die Anschlüsse der Endstufe und des Kondensators und die Stromversorgungsleitung jeweils sternförmig auf den Verbindungsknoten zu. Dadurch kann eine niederohmige Verbindung zwischen den vorgenannten Komponenten ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann durch die Anordnung der Kondensatoren eine Störstrahlungsaussendung und Störsignaleinkopplung in der elektromagnetischen Wechselwirkung des Inverters mit einer Umgebung des Inverters verringert sein.
Bevorzugt ist die Stromversorgungsleitung orthogonal zu der durch die Längsachsen aufgespannte Ebene angeordnet. Dadurch kann die Maschine platzsparend mit niedriger parasitärer Induktivität ausgebildet sein. Die Stromversorgungsleitung verläuft bevorzugt parallel zu der Rotorlängsachse, so dass zueinander parallel angeordnete Schaltungsträger innerhalb eines Gehäuses der Maschine über die Stromversorgungsleitung mit elektrischer Energie versorgt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die sich insbesondere flach erstreckende Stromschiene elektrisch mit der Stromversorgungsleitung, mit dem Anschluss des Kondensators und mit der Endstufe verbunden, wobei die Stromschiene sich parallel zu der Längsachse des Kondensators erstreckt. Dadurch können die Kondensatoren mit kurzen Verbindungsleitungen bestromt werden, wobei eine Verbindung zu der Endstufe kurz ausgebildet sein kann.
Vorteilhaft kann so eine Verbindungsanordnung gebildet sein, bei der Schaltungsanordnungen zur Motorsteuerung oder Motorbestromung in zueinander verschiedenen Ebenen quer zur Rotorlängsachse angeordnet sind. Die erwähnten Stromschienen sind bevorzugt durch ein Stanzgitter, auch LeadFrame genannt gebildet. Der Inverter weist bevorzugt einen Schaltungsträger auf, wobei der Schaltungsträger mit einer Verarbeitungseinheit, beispielsweise Mikroprozessor, Mikrokontroller und/oder einem Gate-Treiber verbunden, insbesondere verlötet ist. Der Schaltungsträger mit der Verarbeitungseinheit erstreckt sich zu den Stromschienen bevorzugt parallel.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Inverter eine positive und eine negative Stromschiene, welche sich zueinander parallel und elektrisch voneinander isoliert erstrecken. Dadurch kann vorteilhaft ein kompakter Aufbau des Inverters gebildet sein. Vorteilhaft kann so eine Art symmetrische Verbindung zwischen dem Kondensator und der Endstufe gebildet sein, bei der parasitäre Induktivitäten, gebildet durch die Stromschienen selbst, einander aufheben können.
Bevorzugt schließen die positive und die negative Stromschiene die Endstufe, insbesondere Halbleiterschalter der Endstufe zwischeneinander ein. Dadurch kann vorteilhaft eine Anordnung der Halbleiterschalter der Endstufe gebildet sein, bei der die Halbleiterschalter, insbesondere gehäuselose Halbleiterschalter, auch Bare-Die genannt, nach Art eines Sandwichs zwischen der positiven Stromschiene und der negativen Stromschiene eingeschlossen sind. Die Endstufe umfasst bevorzugt für jede Phase der Maschine wenigstens eine Halbleiterschalter-Halbbrücke. Die Halbleiterschalter-Halbbrücke umfasst einen Low-Side-Halbleiterschalter und einen High-Side-Halbleiterschalter. Zwischen dem Low-Side-Halbleiterschalter und dem High-Side-Halbleiterschalter erstreckt sich bevorzugt ein Ausgangsanschluss, der beispielsweise durch ein Blechstück, insbesondere Stanzgitter oder Leadframe, bevorzugt Kupferblech gebildet ist. Die Endstufe kann so gemeinsam mit dem Kondensator mit einer niedrigen parasitären Induktivität ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann dadurch eine Spreizung und Ableitung einer mit hoher lokaler Dichte entstehenden elektrischen Verlustleistung bewirkt werden, die insbesondere im Fall hoher und steiler Laststromspitzen in Leistungstransistoren, in den Stromschienen, in den Zwischenkreiskondensatoren oder zusätzlich in weiteren Bauelementen des Inverters erzeugt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halbleiterschalter der Endstufe - anders als zuvor anhand der Sandwichanordnung beschrieben - entlang einer Längsachse nebeneinander angeordnet sind, wobei sich elektrische Verbindungsleitungen von der Stromschiene zu den Halbleiterschaltern quer zu der Längsachse des Kondensators erstrecken. Dadurch können die Halbleiterschalter der Endstufe von den Stromschienen radial nach innen weisend zu dem Gate-Treiber hin angeordnet sein, so dass Verbindungsleitungen von dem Gate-Treiber zu Steueranschlüssen der Halbleiterschalter kurz ausgebildet sein können.
Die Halbleiterschalter sind beispielsweise jeweils durch einen FET (FET = Feldeffekt-Transistor), insbesondere MIS-FET (MIS = Metal-Insulation-Transistor), MOS-FET (MOS = Metal-Oxide-Transistor), einen IGBT (IGBT = Insulated-Bipolar-Transistor) oder HEMT (HEMT = High-Electron-Mobility-Transistor) gebildet.
Bevorzugt weist die Stromschiene eine Halteklammer auf, welche ausgebildet ist, den Kondensator, insbesondere einen Kondensatorbecher des Kondensators aufzunehmen, wobei ein Gehäuse des Kondensators mittels der Halteklammer elektrisch mit der Stromschiene verbunden ist. Dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen einem insbesondere negativen Anschluss des Kondensators vorteilhaft kurz ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Kondensator von der Stromschiene so gehalten, so dass zusätzliche Halterungen entfallen können. Bevorzugt ist die Halteklammer an die Stromschiene angeformt, oder aus der Stromschiene durch Umformen, beispielsweise Stanzen und Abwinkeln erzeugt.
Bevorzugt weist der Inverter wenigstens einen Halbleiterschalter aufweisende Verpolschutzanordnung auf, welche mit der Stromschiene elektrisch verbunden ist und sich mit den Halbleiterschaltern der Endstufe in einer gemeinsamen Ebene erstreckt. Vorteilhaft kann die Verpolschutzanordnung so induktionsarm mit der Endstufe und dem Kondensator verbunden sein, und so nahe an dem Verbindungsknoten angeordnet sein. Vorteilhaft können so elektronische Komponenten eines den Inverter aufweisenden Steuergeräts im Fall einer Verpolung der Versorgungsspannung vor einer elektrothermischen Überlastung durch nicht abschaltbare hohe Rückwärtsströme durch die Verpolschutzanordnung, insbesondere Brückenschaltung des Inverters geschützt sein. Bevorzugt ist die Verpolschutzanordnung ausgebildet, die Endstufen vor hohen „rush-in-currents“ durch Begrenzung der Stromaufnahme ungeladener Zwischenkreiskondensatoren während eines Einschaltvorgangs zu schützen. Dazu kann die Verpolschutzanordnung durch getaktetes Ein- und Ausgeschaltetwerden durch die Steuereinheit die Endstufen mit zunehmender Leistung in Betrieb nehmen.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät für eine elektrische Maschine der vorgenannten Art. Das Steuergerät umfasst den Inverter mit der Verarbeitungseinheit, welche mit einem Schaltungsträger verbunden ist und wenigstens eine als Stanzgitter oder Leadframe ausgebildete Stromschiene, die mit dem die Zwischenkreiskondensatoren und der Endstufe als Bestandteil des Inverters verbunden ist.
Bevorzugt weist das Steuergerät ein insbesondere zylinderförmiges Gehäuse auf, welches mit einem weiteren Gehäuse, insbesondere zylinderförmigen Gehäuse der Maschine verbunden, beispielsweise steckverbunden werden kann. Die Statorspulen der Maschine können dazu mit dem Steuergerät beispielsweise mittels Schneid-Klemmverbindungen oder Steckverbindungen als Bestandteil des Steuergeräts und/oder der Maschine miteinander verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Steuergerät einen Haltekörper, insbesondere Kunststoffkörper auf, welcher ausgebildet ist, die Kondensatoren zu halten. dazu weist der Kunststoffkörper bevorzugt für jeden Kondensator eine Halteklammer auf, welche ausgebildet ist, den Kondensator zu umgreifen. Bevorzugt sind wenigstens ein Teil der Verbindungsleitungen des Zwischenkreises, insbesondere wenigstens ein Teil der Stromschienen, in dem Kunststoffkörper aufgenommen, bevorzugt eingebettet. Der Kunststoffkörper ist beispielsweise mittels Spritzgießen erzeugt.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einem Steuergerät, das den Inverter aufweist. Die Maschine weist Statorspulen auf, welche mit dem Inverter verbunden sind. Der Inverter ist ausgebildet, die Statorspulen zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes - insbesondere pulsweitenmoduliert - zu bestromen. Bevorzugt weist die Maschine wenigstens zwei, drei oder vier Teilmaschinen auf. Dadurch kann vorteilhaft eine zuverlässige, und fehlertolerante Erregung der Statorspulen und ein redundanter Inverter für einen mehrphasigen elektrischer Drehstromantrieb gebildet sein. Durch den kompakten Aufbau kann vorteilhaft für jede Teilmaschine nur ein Zwischenkreiskondensator ausgebildet sein, so dass über eine vorbestimmte Zeitdauer eine bestimmte elektrische Mindestleistung oder ein bestimmtes Mindestdrehmoment des erregten elektrischen Antriebs aufrecht erhalten werden kann, insbesondere auch im Fall eines zeitweisen Absinkens der Versorgungsspannung.
Bevorzugt ist der Inverter zum Ansteuern einer symmetrischen insbesondere vierfach redundant ausgebildeten Maschine ausgebildet, bei der für jede Teilmaschine eine gesonderte Endstufe zur Ansteuerung der Phasen der Teilmaschine ausgebildet ist. Vorteilhaft kann so eine große Fehlertoleranz sowie eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebsfestigkeit während einer geforderten Lebensdauer der Maschine gebildet sein.
Bevorzugt weist der Inverter für jede Teilmaschine eine gesonderte Endstufe, insbesondere B6-Brücke oder 3-H-Brücke auf. Vorteilhaft kann so durch die Endstufen und bevorzugt durch eine mit jeder Endstufe verbundene gesonderte Steuereinheit, ein zu den weiteren Endstufen baugleiches, elektrisch trennbares Teilsystem gebildet sein, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit im Fehlerfall gebildet sein kann. Im Fehlerfall kann die Maschine beispielsweise durch die Steuereinheit auch im falle eines Ausfalls einer Teilmaschine, insbesondere der Endstufe einer Teilmaschine oder der dieser zugeordneten Steuereinheit durch die übrigen noch intakten Teilmaschinen weiter betrieben werden.
Vorteilhaft kann durch den Inverter eine geringere Drehmomentwelligkeit der erregten elektrischen Maschine ausgebildet sein als bei herkömmlichen Dreiphasenantrieben.
Durch den geschichteten Aufbau des Inverters, insbesondere der Anordnung der Schaltungsträger des Inverters in zueinander parallelen, quer zur Rotorlängsachse verlaufenden Ebenen kann die Maschine einfach bereitgestellt werden. Fügevorgänge zum Erzeugen der Maschine können vorteilhaft in derselben Richtung entlang der Rotorlängsachse verlaufen.
Bevorzugt sind die Verpolschutzanordnung, die Endstufe und der Zwischenkreiskondensator mit dem Verbindungsknoten sternförmig miteinander verbunden, wobei der Verbindungsknoten einen Verbindungsmittelpunkt oder einen Sternpunkt ausbildet. Durch die so gebildete kompakte Bauweise, eine niederinduktive Zwischenkreisauslegung und eine insbesondere sternförmig verlaufende Verbindung der Verpolschutzanordnung der Endstufe und des Zwischenkreiskondensators mit dem Verbindungsknoten kann der Inverter mit einer hochfrequenten PWM-Taktung betrieben werden. Vorteilhaft können die Bauelemente so jeweils eine geringe Abmessung aufweisen.
Vorteilhaft braucht eine Maschine mit dem Inverter so aufgrund der durch den keine Siebglieder zur Unterdrückung von hochfrequenten Gleichtakt-Störungen im Gleichstrom- und Zwischenkreis des Inverters aufweisen. Bevorzugt weist jede Teilmaschine, insbesondere jeder einer Teilmaschine zugeordnete Teil des Inverters einen einzigen, insbesondere großen Kondensator als Zwischenkreiskapazität auf. Dadurch kann ein Ausfallrisiko durch Kondensator-Kurzschluss des Zwischenkreises minimiert werden, im Vergleich zu einer Zwischenkreiskapazität, die aus mehreren kleineren, vereinzelten Kondensatoren zusammensetzt ist. Bevorzugt weist der Inverter wenigstens einen Temperatursensor und/oder Stromsensor, auf, welcher ausgangsseitig mit der Steuereinheit, insbesondere der Verarbeitungseinheit verbunden ist. Der Temperatursensor ist ausgebildet, eine Temperatur wenigstens einer der Leistungsendstufen zu erfassen und ein die Temperatur repräsentierendes Temperatursignal zu erzeugen. Der Stromsensor ist ausgebildet, wenigstens einen in der Leistungsendstufe fließenden Phasenstrom zu erfassen und ein den Strom repräsentierendes Stromsignal zu erzeugen. Die Steuereinheit kann in Abhängigkeit des Stromsignals ein PWM-Muster zum Ansteuern der Leistungsendstufen erzeugen oder zusätzlich in Abhängigkeit des Temperatursignals eine Leistungsendstufe abschalten.
Die Verarbeitungseinheit ist bevorzugt im Zentrum des Inverters angeordnet, wobei elektrische Steuerleitungen, insbesondere Leiterbahnen und/oder Bondverbindungen zu den Endstufen der Teilmaschinen und/oder zu den vorab genannten Sensoren quer zur Rotorlängsachse radial nach außen verlaufen können. Dadurch können Die Gateanschlüsse der Halbleiterschalter und Anschlüsse der Sensoren zur Temperatur- und Stromerfassung über insbesondere kurze Drahtbonds oder Bändchenbonds unmittelbar oder mittelbar mit der Steuereinheit, insbesondere Verarbeitungseinheit oder Gate-Treiber verbunden sein, welche bevorzugt auf einem zentralen Innenbereich eines Schaltungsträgers angeordnet sind.
Der Schaltungsträger für die Endstufen und/oder die Kondensatoren ist bevorzugt ein Stanzgitter oder Leadframe oder ein DBC (DBC = Direct-Bonded-Copper), eine Hochstrom-Leiterplatte mit Dick-Kupfer-Inlays oder ein LTCC- oder HTCC-Keramiksubstrat (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics, HTCC = High-Temperature-Cofired-Ceramics). Der Schaltungsträger für die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise weitere diskrete Bauelemente und/oder integrierte elektronische Bauelemente wie Halbleiterschalter, insbesondere Halbleiter-Bare-Dies, integrierte Schaltkreise wie beispielsweise einen MCM (MCM = Multi-Chip-Modul) oder einen SiP (SiP = System-in-Package) aufweisen.
Bevorzugt sind Hochstrompfade des Inverters frei von Schraub-, Niet- und Lotverbindungen ausgebildet. Bevorzugt sind dazu wenigstens ein Teil oder alle elektrischen Bauteile des Inverters mittels Einpressverbindungen und/oder Schneid-Klemm-Verbindungen oder Reibschweißverbindungen, insbesondere erzeugt durch Ultraschall-Bonden, miteinander verbunden.
Bevorzugt weist das Steuergerät, insbesondere der Inverter einen Kühlkörper auf. Der Kühlkörper erstreckt sich bevorzugt parallel zu dem Schaltungsträger der Steuereinheit, und ist mit dem Schaltungsträger der Steuereinheit und/oder mit dem Schaltungsträger der Endstufe wärmeleitfähig verbunden. Bevorzugt weist der Kühlkörper dazu Durchbrüche auf, durch die Phasenleitungen von der Endstufe zu den Statorspulen, insbesondere Phasenstromschienen, zu Polklemmen der Erregerwicklungen als Statorspulen der elektrischen Maschine geführt sind. Bevorzugt ist ein von einem Gehäuse des Steuergeräts umschlossener Hohlraum, in dem der Inverter oder zusätzlich der Kühlkörper aufgenommen ist zur elektrischen Maschine hin insbesondere hermetisch, gegenüber Medien wie Wasser oder Öl abgedichtet.
Bevorzugt weist das Steuergerät einen Kunststoffkörper auf, in dem elektrische Verbindungsleitungen des Zwischenkreises und Verbindungsleitungen zur Stromversorgung der Maschine wenigstens teilweise oder vollständig aufgenommen sind. Der Kunststoffkörper weist bevorzugt jeweils eine Halteklammer für die Kondensatoren auf. Das Steuergerät kann so kompakt ausgebildet sein, wobei, eine Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses infolge metallischer Flitter oder Eindringen eines elektrisch leitfähigen Fremdstoffes weitgehend verringert oder ausgeschlossen ist.
Vorteilhaft kann durch die so gebildete Stromspreizung in dem Schaltungsträger und die kurzen elektrischen Pfade zwischen den elektrischen Komponenten ein geringer elektrischer Widerstand in den Verbindungsleitungen erreicht werden, sodass das Steuergerät ausgebildet ist, im Fall eines Versorgungsspannungsabfalls einen insbesondere vorübergehend hohen Spitzenstrom aufzunehmen, ohne Einbußen an der Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Steuergeräts hinnehmen zu müssen. Aufgrund des in zueinander parallelen Ebenen gebildeten Steuergeräts kann die elektrische Maschine einfach zusammengebaut werden. Bevorzugt weist das Steuergerät wenigstens drei, oder ein Vielfaches von drei Phasen, beispielsweise sechs Phasen, neun Phasen oder zwölf Phasen auf. Der vorab beschriebene, bevorzugt sternförmige, über den Verbindungknoten gebildete Verbindungsaufbau bewirkt eine geringe Leitungs- und Streuinduktivität des Zwischenkreises. Der Zwischenkreiskondensator kann so möglichst klein ausgebildet sein.
Vorteilhaft bewirkt eins symmetrische und paarweise Verbindung der Zwischenkreis-Kondensatoren eine Unterdrückung von Gegentaktschwingungen der Zwischenkreise. Bevorzugt ist das Steuergerät ausgebildet, zueinander baugleiche Teile für die Teilmaschinen des Inverters zueinander phasenversetzt getaktet anzusteuern. Dadurch kann der Zwischenkreiskondensator vorteilhaft entlastet werden.
Bevorzugt sind jeweils zwei Zwischenkreiskondensatoren elektrisch über einen gemeinsamen Verbindungsknoten miteinander verbunden, und bilden gemeinsam mit den zwei den Zwischenkreiskondensatoren jeweils zugeordneten Leistungsendstufen eine Kontaktanordnung. Bevorzugt weist der Inverter zwei Kontaktanordnungen mit insgesamt vier Zwischenkreiskondensatoren auf. Bevorzugt bilden die Längsachsen der vier Zwischenkreiskondensatoren ein Parallelepiped. Auf diese Weise kann eine von dem Parallelepiped umschlossene Fläche vorteilhaft als Bauraum für weitere elektrische Komponenten, beispielsweise einer Verarbeitungseinheit oder einem Treiber oder einem Temperatursensor des Inverters zur Verfügung stehen, welche auf einem zu der Fläche sich parallel erstreckenden Schaltungsträger angeordnet sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Inverter, dessen elektrische Komponenten wenigstens teilweise von einem Kunststoffkörper gehalten sind;
2 zeigt einen Teil der in 1 dargestellten Stromschiene in einer seitlichen Aufsicht, in der eine Verbindung der Halbleiterschalter-Halbbrücken mit der Stromschiene dargestellt ist;
3 zeigt eine Anordnung einer Halbleiterschalter-Halbbrücke, bei der Halbleiterschalter zwischen den einen Zwischenkreiskondensator tragenden Stromschienen - insbesondere nach Art eines Sandwichs - eingeschlossen sind;
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung der Zwischenkreiskondensatoren eines Inverters mit vier jeweils voneinander unabhängigen und dieselbe Phasenanzahl aufweisenden Endstufen, bei der zwei Zwischenkreiskondensatoren jeweils über einen gemeinsamen Verbindungsknoten miteinander gekoppelt sind und einen vorbestimmten Winkel zwischeneinander einschließen, und die Längsachsen gemeinsam einen geschlossenen Linienzug bilden;
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung der Zwischenkreiskondensatoren eines Inverters mit vier jeweils voneinander unabhängigen und dieselbe Phasenanzahl aufweisenden Endstufen, bei der zwei Zwischenkreiskondensatoren jeweils über einen gemeinsamen Verbindungsknoten miteinander gekoppelt sind und die Längsachsen der gekoppelten Kondensatoren sich jeweils nahezu koaxial zueinander erstrecken.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Inverter 1. Der Inverter 1 ist in 1 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Der Inverter 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier voneinander unabhängig arbeitende Leistungsendstufen auf, von denen eine Leistungsendstufe 2 und eine Leistungsendstufe 3 dargestellt sind. Die Leistungsendstufen 2 und 3 sind jeweils Bestandteil einer Kontaktanordnung 23. Die Kontaktanordnung 23 weist ein insbesondere L-förmig ausgebildetes Stanzgitter 24 auf und ein zu dem Stanzgitter 24 parallel angeordnetes, insbesondere L-förmig ausgebildetes, Stanzgitter 25 auf. Sie Stanzgitter 24 und 25, die jeweils eine bereits erwähnte Stromschiene und auch einen Schaltungsträger bilden, sind jeweils ausgebildet, die Leistungsendstufe 2 mit elektrischem Strom zu versorgen. Die Leistungsendstufe 2 und die Leistungsendstufe 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils als B6-Brücke ausgebildet. Die Leistungsendstufe 2 umfasst dazu drei Halbleiterschalter-Halbbrücken. Die Halbleiterschalter-Halbbrücken weisen jeweils einen Ausgangsanschluss auf. Die Leistungsendstufe 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede Halbleiterschalter-Halbbrücke einen jeweils als abgewinkeltes Stanzgitter ausgebildeten Ausgangsanschluss 30, 31 und 32 auf.
Die Stromschienen 24 und 25, die jeweils einen Schaltungsträger bilden, bilden beispielsweise auch eine abschirmende und/oder tragende Struktur für den Zwischenkreiskondensator 6. Der Zwischenkreiskondensator ist so in dem durch die Stromschiene 24 gebildeten L-förmigen Schenkel aufgenommen oder zusätzlich gehalten.
Das Stanzgitter 24 weist an einem L-Schenkel einen Schneid-Klemm-Kontakt 27 zum elektrischen Verbinden mit einem Anschluss eines Zwischenkreiskondensators 6 auf. Das Stanzgitter 25 weist an einem L-Schenkel einen Schneid-Klemm-Kontakt 26 zum Verbinden mit einem weiteren Anschluss des Zwischenkreiskondensators 6 auf.
Das Steuergerät 1 umfasst neben dem bereits erwähnten Zwischenkreiskondensator 6 noch drei weitere Zwischenkreiskondensatoren 7, 8 und 9, wobei der Zwischenkreiskondensator 7 mit der Leistungsendstufe 3, der Zwischenkreiskondensator 8 mit der Leistungsendstufe 4 und der Zwischenkreiskondensator 9 mit der Leistungsendstufe 5 verbunden ist. Die Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 sind jeweils ausgebildet, einen Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere einen Teil der Statorspulen, jeweils unabhängig voneinander zu bestromen. Jeder Teil der elektrischen Maschine, insbesondere der Statorspulen eines Stators der elektrischen Maschine, weist dabei dieselbe Anzahl an Phasen oder jeweils einer Phase zugeordneter Statorspulen auf. Der Teil der Maschine bildet so die bereits erwähnte Teilmaschine.
Der Zwischenkreiskondensator 6 weist eine Längserstreckung 17 auf und der Zwischenkreiskondensator 7 weist eine Längserstreckung 18 und eine Stirnseite 21 auf, aus der die elektrischen Anschlüsse 29 und 57 des Zwischenkreiskondensators 7 herausragen. Die Längsachsen 17 und 18 des Zwischenkreiskondensators 6 beziehungsweise des Zwischenkreiskondensators 7 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel jeweils orthogonal zueinander, kreuzen einander und schließen einen Winkel 19 zwischeneinander ein. Der Winkel 19 kann beispielsweise zwischen 30 Grad und 179 Grad betragen. Die elektrischen Anschlüsse der Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7, insbesondere der Anschluss 28 des Zwischenkreiskondensators 6 und der Anschluss 29 des Zwischenkreiskondensators 7, liegen so nahe beieinander und sind über einen gemeinsamen Verbindungsknoten 39 elektrisch miteinander verbunden. Der Verbindungsknoten 39 ist Bestandteil der Kontaktanordnung 23 und ist einem elektrischen Pol der Zwischenkreisspannung zugeordnet. Die Kontaktanordnung 23 weist auch einen Verbindungsknoten 40 auf, welcher dem anderen Pol der Zwischenkreisspannung zugeordnet ist. Die Verbindungsknoten 39 und 40 sind jeweils durch ein Stanzgitter gebildet, wobei die Stanzgitter in ihrer flachen Erstreckung zueinander parallel angeordnet sind.
Die Kontaktanordnung 23 weist auch einen Schaltungsträger 54 auf, welcher entsprechend dem Schaltungsträger 24 L-förmig ausgebildet ist, und einen sich zu dem Schaltungsträger 54 parallel erstreckenden Schaltungsträger 55, welcher ebenfalls L-förmig ausgebildet ist. Die Schaltungsträger 54 und 55 sind jeweils als Stanzgitter ausgebildet, wobei an die Schaltungsträger 54 und 55 jeweils ein Schneid-Klemm-Kontakt zum elektrischen Verbinden mit einem Anschluss des Zwischenkreiskondensators 7 angeformt ist. An das Stanzgitter 54 ist ein Schneid-Klemm-Anschluss 56 für einen Anschluss 57 des Zwischenkreiskondensators 7 angeformt, und an das Stanzgitter 55 ist ein Schneid-Klemm-Kontakt 58 für den weiteren Anschluss 29 des Zwischenkreiskondensators 7 angeformt.
Die mit den mit dem Verbindungknoten 39 verbundenen Schaltungsträger 24 und 54 bilden so eine zweiarmige Anordnung, wobei die Arme, die parallel zu den Längsachsen der Zwischenkreiskondensatoren verlaufen, einen vorbestimmten Winkel, insbesondere zwischen 30 und 179 Grad zwischeneinander einschließen.
Die Schaltungsträger 54 und 24 sind beispielsweise einem Pluspol der Versorgungsspannung des Zwischenkreises zugeordnet, wobei die Schaltungsträger 55 und 25 beispielsweise einem Minuspol der Versorgungsspannung des Zwischenkreises zugeordnet sind. Die Schaltungsträger 54 und 24 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Längserstreckung jeweils parallel zu den Längsachsen 17 und 18 der Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7. Die Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7 decken jeweils in einer Projektion die Stanzgitter 24 beziehungsweise das Stanzgitter 54 wenigstens teilweise oder vollständig ab. Die Stanzgitter 24 und 25, welche jeweils parallel zueinander angeordnet sind, sind auch elektrisch mit der Leistungsendstufe 2 verbunden, sodass die Leistungsendstufe 2 über die Stanzgitter 24 und 25 eine Versorgungsspannung zur elektrischen Versorgung der Leistungsendstufe 2 empfangen kann. Vorteilhaft heben durch die parallele Anordnung der Stanzgitter 23 und 24, sowie durch deren in der flachen Erstreckung gleiche Geometrie durch elektrische Ströme verursachte elektromagnetische Felder im Bereich der Stanzgitter 23 und 24 einander auf. Vorteilhaft kann ein Gehäuse des Zwischenkreiskondensators 6, welches beispielsweise zylinderförmig oder becherförmig ausgebildet ist, das Stanzgitter 24 gemeinsam mit dem Stanzgitter 25 zwischeneinander einschließen, sodass das Stanzgitter 24, welches beispielsweise einem Pluspol der Versorgungsspannung zugeordnet ist, durch das Bechergehäuse des Zwischenkreiskondensators 6 und das einem Minuspol der Zwischenkreisspannung zugeordneten Stanzgitter 25 von beiden Seiten abgeschirmt ist.
Der Inverter 1 umfasst auch eine der Kontaktanordnung 23 entsprechende Kontaktanordnung 58, wobei die Kontaktanordnung 58 die Leistungsendstufen 4 und 5 umfasst. Die Kontaktanordnung 58 weist auch der Kontaktanordnung 23 entsprechende Stanzgitter auf, welche jeweils mit elektrischen Anschlüssen der Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 verbunden sind, und mit denen auch die Leistungsendstufen 4 und 5 zur elektrischen Versorgung verbunden sind.
Die Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 weisen jeweils ausgehend von den Stanzgittern wie dem Stanzgitter 24 und dem Stanzgitter 54, radial nach innen zu einer Zentralachse 60 des Inverters 1 hin. Die Zentralachse 60 verläuft beispielsweise koaxial zu einer Rotorwelle eines Rotors einer elektrischen Maschine, welche ausgebildet ist, durch den Inverter 1 elektrisch bestromt zu werden.
Die Kontaktanordnungen 23 und 58 bilden in einer flachen Erstreckung der Stanzgitter jeweils einen rechten Winkel und sind derart einander gegenüberliegend in jeweils derselben Ebene angeordnet, dass die durch die Stanzgitter gebildeten Schenkel der Winkel eine Fläche 59 zwischeneinander einschließen. Der Inverter 1 umfasst auch einen Schaltungsträger 20, welcher wenigstens die Abmessungen der Fläche 59 aufweist. Die Kontaktanordnungen 23 und 58 sind jeweils ausgebildet, auf den Schaltungsträger 20 derart aufgesetzt zu werden, dass die Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 auf einem Flächenbereich des Schaltungsträgers 20 aufliegen können. Die Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 können beispielsweise mittels Drahtbondverbindungen oder mittels Lotverbindungen mit dem Schaltungsträger 20 elektrisch verbunden sein. Der Schaltungsträger 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Verarbeitungseinheit 38 auf, welche beispielsweise als Mikrocontroller, Mikroprozessor, SiP, MCM oder als FPGA ausgebildet ist. Die Verarbeitungseinheit 38 weist beispielsweise einen Pulsweitenmodulator auf, welcher ausgebildet ist, die Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 jeweils pulsweitenmoduliert anzusteuern. Der Schaltungsträger 20 weist auch einen Treiber 37 auf, welcher ausgebildet ist, Steueranschlüsse der Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 anzusteuern. Der Treiber 37 ist eingangsseitig mit der Verarbeitungseinheit 38 verbunden und ist ausgebildet, von der Verarbeitungseinheit 38 erzeugte insbesondere pulsweitenmodulierte Steuersignale zu empfangen und entsprechend den Steuersignalen die Steueranschlüsse der Leistungsendstufen anzusteuern. Die pulsweitenmodulierten Signale bilden beispielsweise ein Ansteuermuster zum Ansteuern der Leistungsendstufen und so mittelbar zum Drehbewegen des Rotors der Maschine.
Der Inverter 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch einen Kühlkörper 36, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als eine sich flach erstreckende, zylinderförmige Scheibe ausgebildet ist. Eine Außenmantelfläche des Kühlkörpers 36 kann eine Zylinderwand eines Gehäuses einer elektrischen Maschine wärmeleitfähig kontaktieren, so dass Verlustwärme über die Außenmantelfläche weitergeleitet werden kann. Der Kühlkörper 36, welcher beispielsweise ein Metallkühlkörper, insbesondere Aluminiumkühlkörper, ist, bildet so eine Wärmesenke für eine von den Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 erzeugte Verlustwärme. Der Schaltungsträger 28 ist beispielsweise ein keramischer Schaltungsträger, sodass die Verlustwärme von den Leistungsendstufen durch den Schaltungsträger 20 hindurch zu dem Kühlkörper 36 geleitet werden kann.
Der Inverter 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch einen Kunststoffkörper 10. Der Kunststoffkörper 10 bildet einen Rahmen, auf dem die Zwischenkreiskondensatoren gehalten sein können und elektrische Verbindungsleitungen wenigstens längsabschnittsweise aufgenommen sind. Der Kunststoffkörper 10 weist für die Zwischenkreiskondensatoren 6, 7, 8 und 9 jeweils eine Haltevorrichtung auf, wobei eine Haltevorrichtung 22 für den Zwischenkreiskondensator 6 beispielhaft bezeichnet ist. Die Haltevorrichtungen sind jeweils ausgebildet, einen Zwischenkreiskondensator wenigstens entlang eines Umfangsabschnitts aufzunehmen, und dabei zu umgreifen. Der Kunststoffkörper 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch elektrische Verbindungskontakte 15 auf. Die Verbindungskontakte 15 weisen jeweils einen Steckanschluss auf, von denen ein Steckanschluss 12 beispielhaft bezeichnet ist. Der Steckanschluss 12 ist über eine elektrische Verbindung des Verbindungskontakts zu einem Kontaktpad 14 hingeführt. Das Kontaktpad 14 kann beispielsweise durch eine Drahtbondverbindung oder eine Steckverbindung elektrisch kontaktiert werden. Die Drahtbondverbindung oder die elektrische Steckverbindung kann zu dem Schaltungsträger 20 hinführen, sodass die elektrischen Komponenten wie die Verarbeitungseinheit 38, welche mit dem Schaltungsträger 20 verbunden sind, so über die Steckverbindung elektrisch kontaktiert werden können. Der Kunststoffkörper 10 weist eine Aussparung 11 für den Steckkontakt 12 auf und eine Aussparung 13, welche ausgebildet ist, das Kontaktpad 14 aufzunehmen. Die zwischen dem Steckkontakt 12 und dem Kontaktpad 14 ausgebildete elektrische Verbindungsleitung kann in dem Kunststoffkörper 10 eingebettet sein. Der Inverter 1 weist auch weitere elektrische Kontakte 16 auf, welche wie die elektrischen Kontakte 15 wenigstens teilweise in den Kunststoffkörper 10 eingebettet sein können.
Die Kontaktanordnungen 23 und 58 umrahmen gemeinsam den Flächenbereich 59. Die mit dem Schaltungsträger 20 verbundenen Bauelemente, beispielsweise die Verarbeitungseinheit 38 und der Treiber 37, können so durch eine dem Flächenbereich 59 entsprechende Öffnung hindurchragen.
Der Kühlkörper 36 weist für die Ausgangsanschlüsse 30, 31 und 32 jeweils einen Durchbruch auf, nämlich einen Durchbruch 33 für den Ausgangsanschluss 30, einen Durchbruch 34 für den Ausgangsanschluss 31 und einen Durchbruch 35 für den Ausgangsanschluss 32, so dass die Ausgangsanschlüsse jeweils durch einen Durchbruch hindurchragen. Die Ausgangsanschlüsse können so einen Stator einer elektrischen Maschine elektrisch kontaktieren, sodass die Leistungsendstufe 2 die entsprechenden Statorspulen des Stators bestromen kann. Die übrigen Leistungsendstufen 3, 4 und 5 sind mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen verbunden, welche durch weitere Durchbrüche des Kühlkörpers 36 hindurchragend den Stator elektrisch kontaktieren können.
2 zeigt einen Teil der in 1 bereits dargestellten Kontaktanordnung 23. Dargestellt ist die bereits in 1 gezeigte Leistungsendstufe 2. Die Leistungsendstufe 2 umfasst eine Halbleiterschalter-Halbbrücke für eine erste Phase mit einem Low-Side-Halbleiterschalter 42 und einem High-Side-Halbleiterschalter 43, eine Halbleiterschalter-Halbbrücke für eine zweite Phase, welche einen Low-Side-Halbleiterschalter 44 und einen High-Side-Halbleiterschalter 45 umfasst. Die Leistungsendstufe 2 weist auch eine Halbleiterschalter-Halbbrücke für eine dritte Phase auf, welche einen Low-Side-Halbleiterschalter 46 und einen High-Side-Halbleiterschalter 47 umfasst. Die Halbleiterschalter sind jeweils mittels elektrischen Verbindungsleitungen mit den Stromschienen, insbesondere dem Stanzgitter 24 und dem Stanzgitter 25, verbunden. Die Verbindungsleitungen sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Flachdrahtbondverbindungen gebildet, von denen eine Bondverbindung 53 beispielhaft bezeichnet ist. Die Stromschiene, gebildet durch das Stanzgitter 24, umfasst einen flach ausgebildeten Schenkel 51, welcher mit den Low-Side-Halbleiterschaltern 42, 44 und 46 verbunden ist. Das Stanzgitter 24 umfasst auch einen Schenkel 52, an den der Schneid-Klemm-Kontakt 27 für einen elektrischen Anschluss 41 des Zwischenkreiskondensators 6 angeformt ist. Der Schenkel 52 mit dem Schneid-Klemm-Kontakt 27 und der Schenkel 51, welcher von dem Zwischenkreiskondensator 6 in einer auf den Schenkel gerichteten Projektion wenigstens teilweise abgedeckt ist, erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem rechten Winkel zueinander. Die High-Side-Halbleiterschalter 43, 45 und 47 sind jeweils mit der Stromschiene, gebildet durch das Stanzgitter 25, elektrisch verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 30, 31 und 32 der Halbleiterschalter-Halbbrücken sind jeweils - nach Art eines Sandwiches - zwischen den Stanzgittern 24 und 25 eingeschlossen und von diesen elektrisch isoliert. Dazu kann beispielsweise zwischen den Stanzgittern 24 und 25 und den Ausgangsanschlüssen eine elektrische Isolierfolie, beispielsweise eine Polyimidfolie, ausgebildet sein. Die Kontaktanordnung 23 umfasst auch einen Verpolschutzschalter, welcher einen Verpolschutz-Halbleiterschalter 48 und einen Verpolschutz-Halbleiterschalter 49 aufweist. Die Verpolschutz-Halbleiterschalter 48 und 49 sind beispielsweise als MOS-FET-Halbleiterschalter ausgebildet. Die Drain-Anschlüsse der Halbleiterschalter 48 und 49 weisen in diesem Ausführungsbeispiel in dieselbe Richtung. Die Source-Anschlüsse der Verpolschutz-Halbleiterschalter 48 und 49 sind jeweils mittels einer elektrischen Verbindungsleitung, in diesem Ausführungsbeispiel einer Flachdrahtverbindung, miteinander verbunden. Die in 1 dargestellte Verarbeitungseinheit 38 ist in diesem Ausführungsbeispiel - beispielsweise über den Treiber 37 - mit Steueranschlüssen der Verpolschutz-Halbleiterschalter 48 und 49 verbunden und ist ausgebildet, einen Einschaltstrom zum Betreiben der Halbbrücke 2 insbesondere getaktet allmählich bis zum Erreichen eines Endwertes zu steigern. So kann eine Stromaufnahme des Zwischenkreiskondensators, insbesondere ein hoher Einschaltstrom, auch rush-in-current genannt, durch das getaktete Einschalten begrenzt werden.
Der in 1 bereits dargestellte Verbindungsknoten 39 ist durch ein Stanzgitter gebildet, welches elektrisch von einer elektrischen Verbindungsleitung, insbesondere einem Schneid-Klemm-Kontakt 70, kontaktiert werden kann. Dazu weist das den Verbindungsknoten 39 bildende Stanzgitter eine entsprechende Aussparung für den Schneid-Klemm-Kontakt 70 auf. Der Schneid-Klemm-Kontakt 70 kann entlang einer Hochachse 50, welche orthogonal zur Längsachse 17 des Zwischenkreiskondensators 6 und parallel zur Zentralachse 60 verläuft, mit dem Verbindungsknoten 39 verbunden werden. Die elektrischen Verbindungsleitungen, welche die Kontaktanordnung 23 mit elektrischem Strom versorgen, können so orthogonal zur flachen Erstreckung der Stanzgitter 24 und 25, und so auch quer zur flachen Erstreckung des in 1 dargestellten Schaltungsträgers 20, geführt sein. So kann vorteilhaft eine niederkapazitive und niederinduktive Bestromung der Leistungsendstufe 2 erfolgen.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kontaktanordnung umfassend eine Halbleiterschalter-Halbbrücke, bei der ein High-Side-Halbleiterschalter 67 und ein Low-Side-Halbleiterschalter 68 zwischen einer negativen Stromschiene 64 und einer positiven Stromschiene 65 eingeschlossen sind. Ein Source-Anschluss des Low-Side-Halbleiterschalters 68 ist mittels eines Lotmittels 69 mit der negativen Stromschiene 64 verbunden, und ein Drain-Anschluss des High-Side-Halbleiterschalters ist mittels einer Lotmittelschicht 69 mit der positiven Stromschiene 65 verbunden. Der Low-Side-Halbleiterschalter 68 und der High-Side-Halbleiterschalter 67 schließen einen Ausgangsanschluss 66, in diesem Ausführungsbeispiel gebildet durch ein Stanzgitter, zwischeneinander ein. Dazu ist ein Drain-Anschluss des Low-Side-Halbleiterschalters 68 mittels einer Lotmittelschicht 69 mit dem Ausgangsanschluss 66 verbunden und ein Source-Anschluss des High-Side-Halbleiterschalters mittels einer Lotmittelschicht 69 mit dem Ausgangsanschluss 66 verbunden.
Die in 3 dargestellte Kontaktanordnung kann wenigstens für einen Teil der Halbleiterschalter-Halbbrücken oder für alle Halbleiterschalter-Halbbrücken der in 1 gezeigten Leistungsendstufen 2, 3, 4 und 5 an dem in 1 gezeigten Steuergerät 1 verwirklicht sein. Die Halbleiterschalter der Leistungsendstufen sind - anders als in 1 dargestellt - nicht radial zur Fläche 59 nach innen weisend angeordnet, sondern sind zwischen den Stromschienen nach Art eines Sandwiches eingeschlossen. Die in 1 dargestellte Stromschiene, gebildet durch das Stanzgitter 24, und die Stromschiene, gebildet durch das Stanzgitter 25, können so die Halbleiterschalter der Leistungsendstufe 2 zwischeneinander einschließen. Die Fläche 59, und so eine Öffnung zu dem Schaltungsträger 20 hin, kann in der Ausführung gemäß 3 in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Inverter 1 entsprechend größer ausgebildet sein.
4 zeigt die in 1 bereits dargestellte Anordnung der Zwischenkreiskondensatoren 6, 7, 8 und 9 in einer Aufsicht. Die Längsachsen 17 und 18 der Zwischenkreiskondensatoren 6 beziehungsweise 7 erstrecken sich in einem Winkel 19 zueinander. Die Anschlüsse 28 und 29 der Zwischenkreiskondensatoren 6 beziehungsweise 7, welche jeweils an einer Stirnseite des Zwischenkreiskondensators 6 beziehungsweise des Zwischenkreiskondensators 7 herausragen, weisen so in Richtung des Verbindungsknotens 39. Auf diese Weise wird ein kurzer Verbindungsweg zwischen dem Anschluss des Zwischenkreiskondensators und den Stromschienen bewirkt, welche die Leistungsendstufen mit elektrischem Strom versorgen.
Die Längsachsen 61 und 62 der Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 schließen einen Winkel 63 zwischeneinander ein. Der Winkel 63 beträgt beispielsweise zwischen 70 und 170 Grad. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Längsachsen 17, 18, 61 und 62 koplanar zueinander, so dass die Längsachsen einander schneiden. Die Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7 sind jeweils über den gemeinsamen Verbindungsknoten 39 miteinander elektrisch verbunden und bilden gemeinsam einen Teil einer Kontaktanordnung. Die Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 sind jeweils über einen Verbindungsknoten 71 miteinander elektrisch verbunden und bilden gemeinsam einen Teil einer weiteren Kontaktanordnung. Die Kontaktanordnung und die weitere Kontaktanordnung sind beispielsweise voneinander elektrisch unabhängig, und können beispielsweise über voneinander getrennte Stromstränge mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Längsachsen zueinander gegenüberliegender Zwischenkreiskondensatoren, beispielsweise die Längsachse 17 des Zwischenkreiskondensators 6 und die Längsachse 61 des Zwischenkreiskondensators 8, parallel zueinander. Die Längsachsen 17, 18, 61 und 62 der vier Zwischenkreiskondensatoren bilden so gemeinsam ein ParallelEpiped, und bilden so einen geschlossenen Linienzug.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung der Zwischenkreiskondensatoren 6, 7, 8 und 9, welche - anders als in 1 dargestellt - an dem in 1 dargestellten Steuergerät 1 verwirklicht sein kann. Die Stirnseiten der elektrisch miteinander verbundenen Zwischenkreiskondensatoren, welche jeweils Bestandteil einer gemeinsamen Kontaktanordnung sind, sind jeweils einander gegenüberliegend angeordnet. Die Zwischenkreiskondensatoren sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils zylinderförmig ausgebildet, wobei elektrische Anschlüsse, insbesondere sämtliche elektrischen Anschlüsse, an einer Stirnseite des Zwischenkreiskondensators herausragen. Die elektrischen Anschlüsse 28 und 41 des Zwischenkreiskondensators 6, welche - wie in den 1 und 2 ebenso ausgebildet - an einer Stirnseite des Zwischenkreiskondensators 6 aus dem Kondensatorkörper herausragen, weisen zu den Anschlüssen 29 und 57 des Zwischenkreiskondensators 7 hin, die aus dessen Stirnseite 21 herausragen. Die Längsachsen 17 und 18 der Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7 sind jeweils nahezu koaxial zueinander angeordnet, schneiden einander und schließen einen Winkel 72 zwischen 175 und 179 Grad zwischeneinander ein, so dass die Längsachsen 17 und 18 der elektrisch über einen Verbindungsknoten miteinander verbundenen Kondensatoren einander kreuzen.
Die Längsachse 61 des Zwischenkreiskondensators 9 und die Zentralachse 60 des Zwischenkreiskondensators 8 sind jeweils nahezu koaxial zueinander angeordnet, schneiden einander und schließen einen Winkel 73 zwischen 175 und 179 Grad zwischeneinander ein. Die Zwischenkreiskondensatoren 6 und 7 bilden gemeinsam ein Kondensatorpaar. Die Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 bilden gemeinsam ein Kondensatorpaar. Die Längsachsen der Kondensatorpaare verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils parallel zueinander. Die Längsachsen der Zwischenkreiskondensatoren 6, 7, 8 und 9 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel quer zur Zentralachse 60. Die in 5 gezeigte Anordnung der Zwischenkreiskondensatoren kann an dem in 1 dargestellten Inverter 1 verwirklicht sein. Anders als in 1 dargestellt, schließen die bei der in 5 dargestellten Anordnung die Stromschienen 24 und 54 keinen rechten Winkel zwischeneinander ein, sondern verlaufen mit ihrer Längserstreckung quasi koaxial zueinander, und schließen den Verbindungsknoten 39 zwischeneinander ein.

Claims

Inverter (1) für eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator umfassend eine Mehrzahl von Statorspulen aufweist, und wobei der Inverter (1) wenigstens zwei voneinander unabhängige Endstufen (2, 3, 4, 5) aufweist, wobei die Endstufe (2, 3, 4, 5) ausgebildet ist, eine einen Teil der Statorspulen umfassende Teilmaschine zu bestromen, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (1) für jede Teilmaschine wenigstens einen oder nur einen Kondensator 6, 7, 8, 9), insbesondere Zwischenkreiskondensator aufweist, wobei wenigstens ein elektrischer Anschluss (28, 29, 41, 57) des Kondensators (6, 7, 8, 9) an einer Stirnseite (21) eines Kondensatorkörpers des Kondensators (6, 7, 8,9) abweist, wobei zwei der Kondensatoren (6, 7, 8, 9) ein Kondensatorpaar bildend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und jeweils miteinander über einen gemeinsamen Verbindungsknoten (39, 71) elektrisch verbunden sind, wobei sich quer zu der Stirnseite (21) erstreckende Längsachsen (17, 18, 61, 62), insbesondere Zentralachsen der Kondensatoren (6, 7, 8, 9) einander schneiden.
Inverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse der Kondensatoren (28, 29, 41, 57) jeweils mit wenigstens einer Stromschiene (24, 25, 54, 55) verbunden, wobei der Kondensator (6, 7, 8, 9) von der Stromschiene (24, 25, 54, 55) teilweise umschlossen ist.
Inverter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromversorgungsleitung (70) des Inverters (1) im Bereich des Verbindungsknotens (39, 71) mit der Stromschiene (24, 25, 54, 55) verbunden ist.
Inverter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungsleitung (70) orthogonal zu der durch die Längsachsen (17, 18) aufgespannte Ebene angeordnet ist.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (6, 7, 8, 9) entlang eines geschlossenen Linienzuges, insbesondere Polygonzuges angeordnet sind, wobei die Längsachsen der Kondensatoren jeweils einen Längsabschnitt des Linienzuges bilden.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (24, 25, 54, 55) elektrisch mit der Stromversorgungsleitung, mit dem Anschluss (28, 29, 41, 57) des Kondensators (6, 7, 8, 9) und mit der Endstufe (2, 3, 4, 5) verbunden ist, wobei die Stromschiene (24, 25, 54, 55) sich parallel zu der Längsachse (17, 18, 61, 62) des Kondensators (6, 7, 8, 9) erstreckt.
Inverter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (24, 25, 54, 55) eine positive Stromschiene (25) und eine negative Stromschiene (24) umfassen, welche sich zueinander parallel und elektrisch voneinander isoliert erstrecken.
Inverter (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Stromschiene (25, 55) und die negative Stromschiene (24, 54) die Endstufe (2, 3, 4, 5), insbesondere Halbleiterschalter (42, 43, 44, 45, 46, 47, 67, 68) der Endstufe (2, 3, 4, 5) zwischeneinander einschließen.
Inverter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterschalter (42, 43, 44, 45, 46, 47, 67, 68) der Endstufe (2, 3, 4, 5) entlang einer Längsachse nebeneinander angeordnet sind, wobei sich elektrische Verbindungsleitungen (53) von der Stromschiene (24, 25, 54, 55) zu den Halbleiterschaltern (42, 43, 44, 45, 46, 47, 67, 68) quer zu der Längsachse (17, 18, 61, 62) des Kondensators (6, 7, 8, 9) erstrecken.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (24, 25, 54, 55) eine Halteklammer aufweist, welche ausgebildet ist, den Kondensator (6, 7, 8, 9), insbesondere einen Kondensatorbecher des Kondensators aufzunehmen, wobei ein Gehäuse des Kondensators (6, 7, 8, 9) mittels der Halteklammer elektrisch mit der Stromschiene verbunden ist.
Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (1) wenigstens einen Halbleiterschalter (48, 49) aufweisende Verpolschutzanordnung (48, 49) aufweist, welche mit der Stromschiene (24, 25, 54, 55) elektrisch verbunden ist und sich mit den Halbleiterschaltern (42, 43, 44, 45, 46, 47, 67, 68) der Endstufe in einer gemeinsamen Ebene erstreckt.
Elektrische Maschine mit einem Inverter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maschine einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei Statorspulen des Stators mit dem Inverter (1) verbunden sind und der Inverter (1) ausgebildet ist, die Statorspulen zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen.