DE102017222481A1 - Leistungsmodul für Leistungsumwandlungseinrichtung, Leistungsumwandlungseinrichtung und elekktrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät - Google Patents

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power module
potential
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DE102017222481.9A
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Tatsuya Fukase
Masaki Kato
Yosuke Uno
Tomoaki SHIMANO
Saburo Tanaka
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einem H-Armschaltelement und einem L-Armschaltelement, die zumindest eine Phase eines Leistungsumwandlungsschaltkreises ausbilden, eine Wärmeabstrahlungseigenschaft des H-Armschaltelementes im Vergleich zu der des L-Armschaltelementes verbessert und eine Verkabelungsbahn wird in einer Schlaufenform angeordnet. Ferner wird eine Temperaturerfassungsdiode zum Erfassen einer Temperatur nur in dem L-Armschaltelement angeordnet. Als ein Ergebnis kann ein Anstieg der Größe eines Leistungsmoduls, der durch Anordnen einer Temperaturerfassungsfunktion hervorgerufen wird, minimiert werden, während Verluste der Schaltelemente selbst reduziert werden. Daher können ein kleines, leichtes, günstiges und hochleistungsfähiges Leistungsmodul und eine Leistungsumwandlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung, bei der ein Leistungshalbleiterchip zum Schalten an einem Leiterrahmen angeordnet ist und durch Gießen abgedichtet wird, eine Leistungsumwandlungseinrichtung, und eine Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät.
  • Stand der Technik
  • Eine Leistungsumwandlungseinrichtung weist darin angeordnete Schaltelemente auf, von denen jedes mit einem Leistungshalbleiterchip schaltbar ist und weist darin einen Leistungsumwandlungsschaltkreis auf, welcher durch Kombinieren einer Vielzahl Leistungsmodule ausgebildet wird, die an einer Wärmesenke angeordnet sind. Die Leistungsumwandlungseinrichtung schaltet die Schaltelemente ein und aus, um elektrische Leistung zu steuern, wenn ein Signal von einer Steuerplatine, die zusätzlich zu dem Leistungsumwandlungsschaltkreis in der Leistungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, zu dem Leistungsumwandlungsschaltkreis übertragen wird. Die Leistungsumwandlungseinrichtung umfasst einen Glättkondensator, der ausgebildet ist, um eine Spannungsschwankung, die während dem Schalten auftritt, und ein Rauschen zu absorbieren. Ferner überträgt der Leistungsschaltkreis die elektrische Leistung zu/von einer Energieversorgung, den Leistungsmodulen und dem Glättkondensator über eine Sammelschiene, die aus einer Metallplatte ausgebildet ist, die die Leistungsversorgung, die Leistungsmodule und den Glättkondensator während des Betriebs verbindet. Das Leistungsmodul wird durch Anordnen der Schaltelemente an einem Leiterrahmen erhalten, der in einer Verkabelungsmusterform ausgebildet ist, der die oberen Elektrodenpads der Schaltelemente mit einem Verkabelungselement verbindet, und der die Schaltelemente, den Leiterrahmen und das Verkabelungselement mit einem Gießharz abdichtet.
  • Die Schaltelemente, die an dem Leistungsmodul angeordnet sind, erzeugen Wärme und ihre Temperatur steigt an, wenn sie mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden. Die Schaltelemente weisen eine vorgegebene, zulässige Temperatur auf und es gibt eine Notwendigkeit den ihnen zur Verfügung gestellten elektrischen Strom zu steuern, um die zulässige Temperatur nicht zu überschreiten. In anderen Worten, wenn ein Ausgang einer Leistungshalbleitereinrichtung an die Grenze gebracht werden soll, wird die Leistungshalbleitereinrichtung mit der maximalen Leistung innerhalb eines Bereiches betrieben, in welchem die Schaltelemente, wenn sie mit der elektrischen Leistung beaufschlagt werden, die zulässige Temperatur oder weniger aufweisen.
  • Wege zum Verbessern der maximalen Leistung innerhalb des Bereichs, in dem die Schaltelemente die zulässige Temperatur oder weniger aufweisen, umfassen unter anderem:
    • Reduzieren der Wärmeerzeugungsverluste, die in den Schaltelementen erzeugt werden, wenn die gleiche elektrische Leistung eingebracht wird;
    • Reduzieren des Wärmewiderstandes, welches ein Indiz der Wärmeabstrahlung für Wärmebeträge ist, die in den Schaltelementen erzeugt werden; und
    • Überwachen von Temperaturen der Schaltelemente, um einen oberen Grenzwert der eingegebenen elektrischen Leistung zuzulassen bis kurz bevor die Temperaturen die zulässige Temperatur erreichen.
  • Um solche Anforderungen zu adressieren, wurden verschiedene Leistungshalbleitereinrichtungen vorgeschlagen.
  • Beispielsweise wird in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2016-59094 ein Leistungsmodul offenbart. Das Leistungsmodul bildet eine Schlaufenform aus, welche aus Verkabelungselementen und Halbleiterelementen ausgebildet ist, die angeordnet sind, um zwischen den Leitern angeordnet zu sein. In diesem Leistungsmodul, bei dem die Verkabelungsbahn in der Schlaufenform geformt ist, kann eine parasitäre Induktivität, die die Spannungsschwankung beeinflusst, die erzeugt wird, wenn Schaltelemente ein- und ausgeschaltet werden, reduziert werden. Demgemäß wird angeführt, dass ein Schaltverlust, welches ein Verlust ist, der erzeugt wird, wenn die Schaltelemente ein- und ausgeschaltet werden, reduziert werden kann. Ferner werden verschiedene Arten zum Ausbilden der Verkabelungsbahn in der Schlaufenform offenbart.
  • Jedoch weist das Leistungsmodul, das in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2016-59094 offenbart ist, die oben beschrieben wurde, keine Funktion zum Überwachen einer Temperatur eines Chips auf und folglich gibt es eine Notwendigkeit die elektrische Leistung einzustellen, um die zulässige Temperatur oder weniger zu erhalten, basierend auf Temperaturanstiegen der Schaltelemente, die vorab ermittelt wurden. Zu diesem Zeitpunkt weisen die Schaltelemente Variationen im elektrischen Widerstand, der Schaltgeschwindigkeit und anderen solchen Eigenschaften auf und weisen folglich Variationen bei Wärmeerzeugungsverlusten auf, die in den Schaltelementen erzeugt werden, sogar bei der gleichen elektrischen Leistung. Daher, damit die Schaltelemente die zulässige Temperatur oder geringer in allen Produkten aufweisen, gibt es eine Notwendigkeit die elektrische Leistung basierend auf Eigenschaften eines Schaltelements zu ermitteln, welches die maximalen Verluste erzeugt, wenn die gleiche elektrische Leistung eingegeben wird. In anderen Worten weisen die Schaltelemente durchschnittliche Eigenschaften auf, welche bei der Mehrheit zutreffen, werden mit nur elektrischer Eingangsleistung versorgt, die sich deutlich innerhalb der zulässigen Temperatur befindet, als dem Eingabewert der elektrischen Leistung zum Zeitpunkt des maximalen Ausgangs.
  • Wenn eine Funktion des Überwachens der Temperaturen der Schaltelemente einfach zu dem Leistungsmodul hinzugefügt wird, das in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2016-59094 offenbart ist, die oben beschrieben wurde, erwirken Anbringfläche für Elemente, die ausgebildet sind, um die Temperaturen zu überwachen, eine Anordnung der Kabel zum Extrahieren von Signalen betreffend die überwachten Temperaturen und andere solche Umstände zu einer erhöhten Größe des Leistungsmoduls. Ferner tritt in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2016-59094 , die oben beschrieben wurde das folgende Problem auf, wenn ein Verfahren zum Kühlen der Wärmesenke eines vom Typ Luftkühlungsverfahren ist. Im Speziellen werden drei Phasen, die einen Dreiphasenschaltkreis ausbilden, ausgebildet aus einem Kathoden- oder Anodenleiter und folglich beeinflusst die Wärme, die in den Halbleiterelementen erzeugt wird, einander über die Sammelschiene, um weiter die Temperatur zu erhöhen. Ferner sind eine Ausgangssammelschiene, mit der die Halbleiterelemente verbunden sind, und eine Anoden- oder Kathodensammelschiene miteinander verbunden und folglich übertragen das H-Armelement und das L-Armelement die Wärme, die dadurch erzeugt wird, aneinander, um die Wärme auszumitteln. Daher gibt es ein Problem dahingehend, dass das Halbleiterelement aufweisend die größere Temperatur zufällig als der H-Arm oder der L-Arm, aufgrund der Schwankungen der Eigenschaften der Elemente selbst, ermittelt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme im Stand der Technik zu lösen und weist daher eine Aufgabe auf, ein Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung, welche eine geringe Größe und eine hohe Ausgangsleistung aufweist und welche einen Anstieg der Größe des Leistungsmoduls minimiert, der durch Vorsehen einer Temperaturerkennungsfunktion hervorgerufen wird, während die Verluste der Schaltelemente selbst reduziert werden, eine Leistungsumwandlungseinrichtung, und eine elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Leistungsmodul und dergleichen zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Schaltelementgruppe entsprechend zumindest einer Phase eines Leistungsumwandlungsschaltkreis, wobei die Schaltelementgruppe ein H-Armschaltelement und ein L-Armschaltelement umfassend einen Temperatursensor aufweist, einen Stromerfasser, der ausgebildet ist, um einen elektrischen Strom des Leistungsumwandlungsschaltkreises zu erfassen; einen Leiterrahmen, der in einer Verkabelungsmusterform zum elektrischen Verbinden der Schaltelementgruppe und des Stromerfassers ausgebildet ist, um einen Schaltkreis auszubilden, der der zumindest einen Phase entspricht; eine Innenleitungsgruppe, die eine obere Oberflächenelektrode von jedem der H-Armschaltelemente und der L-Armschaltelemente der Schaltelementgruppe mit dem Leiterrahmen verbindet; und ein Gießelement, das ausgebildet ist, um einstückig die Schaltelementgruppe, den Stromerfasser, den Leiterrahmen und die Innenleitungsgruppe abzudichten, sodass der Leiterrahmen teilweise exponiert ist, wobei der Leiterrahmen einen Leiter mit positivem Potential und einen Leiter mit negativem Potential umfasst, die teilweise exponiert von der gleichen Oberfläche des Gießelementes sind, wobei das L-Armschaltelement mit einer Außenseite über einen inneren Leiter und den Leiter mit negativem Potenzial verbunden ist, wobei das H-Armschaltelement mit der Außenseite nur über den Leiter mit positivem Potenzial verbunden ist, in dem eine Strombereitstellbahn von der Leitung mit positivem Potenzial zu der Leitung mit negativem Potenzial in einer Schlaufenform angeordnet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die eine geringe Größe und hohe Ausgangsleistung aufweist und die einen Anstieg der Größe des Leistungsmoduls minimiert, der durch Anordnen einer Temperaturerkennungsfunktion hervorgerufen wird, während Verluste der Schaltelemente selbst reduziert werden, die Leistungsumwandlungseinrichtung und die elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät zur Verfügung gestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels der internen Struktur eines Leistungsmoduls für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn durch ein Gießharz betrachtet.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Punktstrichlinie A-A' von 1.
    • 3 ist ein schematisches Schaltkreisdiagramms eines Falls, bei dem eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die ein Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, mit einer elektrischen Rotationsmaschine beispielsweise verbunden ist.
    • 4 ist eine schematische Draufsicht zum Darstellen eines Beispiels der internen Struktur eines Leistungsmoduls für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn durch ein Gießharz betrachtet.
    • 5 ist eine Seitenansicht des Leistungsmoduls von 4.
    • 6 ist eine schematische Ansicht von außen zum Darstellen eines Beispiels der Struktur eines Abschnittes einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Vielzahl Leistungsmodule vorgesehen sind.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für ein H-Armschaltelement und ein L-Armschaltelement, die zumindest eine Phase eines Leistungsumwandlungsschaltkreises ausbilden, eine Wärmeabstrahlungseigenschaft des H-Armschaltelement im Vergleich zu der des L-Armschaltelementes verbessert und eine Verkabelungsbahn wird in einer Schlaufenform angeordnet.
  • Ferner wird eine Temperaturerfassungsdiode zum Erfassen einer Temperatur nur in dem L-Armschaltelement angeordnet.
  • Als ein Ergebnis kann ein Anstieg der Größe eines Leistungsmoduls, der durch das Anordnen einer Temperaturerkennungsfunktion hervorgerufen wird, minimiert werden, während Verluste der Schaltelemente selbst reduziert werden. Daher können ein kleines, leichtes, günstiges und hochleistungsfähiges Leistungsmodul und eine Leistungsumwandlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ausgebildet, sodass, wenn Wärme, die in dem H-Arm- und L-Armschaltelementen erzeugt wird, in einer Richtung einer externen Sammelschiene zusätzlich zu einer Richtung einer Wärmesenke übertragen wird, ein Wärmewiderstand des H-Armschaltelements zu der externen Sammelschienenseite geringer vorgesehen wird als ein Wärmewiderstand von dem L-Armschaltelement zu der externen Sammelschienenseite, mit dem Ergebnis, dass ein Wärmebetrag, der von dem H-Armschaltelement zu der Sammelschienenseite geleitet wird, größer gemacht werden kann als an der L-Armseite.
  • Daher wird die Wärme, die in dem H-Armschaltelement erzeugt wird, aus dem Schaltelement nach außen effizienter übertragen als an der L-Armseite und folglich wird eine Temperatur des H-Armschaltelementes geringer gehalten als eine Temperatur des L-Armschaltelements umfassend eine Temperaturerkennungsdiode. Als ein Ergebnis wird nur durch Erkennen/Erfassen der Temperatur von nur dem L-Armschaltelement und durch Steuern des L-Armschaltelementes das H-Armschaltelement bei einer zulässigen Temperatur oder geringer gehalten.
  • Als ein Ergebnis können, bedingt durch den Anstieg der Größe des Leistungsmoduls, der durch das Anordnen der Temperaturerfassungsfunktion verhindert wird, und dadurch, dass die Temperaturerkennungsfunktion das Eingeben von elektrischer Leistung gestattet, um soweit wie möglich in der Nähe der zulässigen Temperatur oder niedriger zu sein, sogar für ein Schaltelement mit normalen Eigenschaften, ein Hochleistungsleistungsmodul und eine Leistungsumwandlungseinrichtung umgesetzt werden. Zusätzlich können ohne die Notwendigkeit eine Größe eines Kühlers oder von Flächen der Schaltelemente zu erhöhen, um das Hochleistungsleistungsmodul und die Leistungsumwandlungseinrichtung zu erhalten, ein kleines, leichtes und günstiges Leistungsmodul und eine Leistungsumwandlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden.
  • Nun werden ein Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung, eine Leistungsumwandlungseinrichtung und eine elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät gemäß jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder der Ausführungsformen werden die gleichen oder entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die überlappende Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels der internen Struktur eines Leistungsmoduls für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn durch ein Gießharz betrachtet. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Punktstrichlinie A-A' von 1.
  • Ein Leistungsmodul 100 umfasst:
    • einen Leiterrahmen 1 (1P, 1N, 1A1 und 1A2), der aus einem Metall ausgebildet ist und in einer Verkabelungsmusterform ausgebildet ist;
    • ein H-Armschaltelement 3HS und ein L-Armschaltelement 3LS, die auf dem Leiterrahmen 1 verbunden sind;
    • einen Stromerfassungswiderstand 4, der auf dem Leiterrahmen 1 verbunden ist;
    • eine H-Arminnenleitung 2H und eine L-Arminnenleitung 2L, die obere Oberflächenelektroden des H-Armschaltelementes 3HS bzw. des L-Armschaltelementes 3LS mit Abschnitten des Leiterrahmens 1 verbinden; und
    • ein Gießharz 6 zum Abdichten, mit einem Harz, von einem Abschnitt des Leiterrahmens 1, des H-Armschaltelementes 3HS und des L-Armschaltelementes 3LS, der H-Arminnenleitung 2H und der L-Arminnenleitung 2L und des Stromerfassungswiderstandes 4.
  • Wie als Beispiel in 3 dargestellt, welche später beschrieben wird, weist das Leistungsmodul 100 darin einen Schaltkreis auf, welcher als ein H-Arm und ein L-Arm ausgebildet ist und zumindest einer Phase des Leistungsumwandlungsschaltkreises entspricht. Ferner, wie in einem Beispiel in 6 dargestellt, das später beschrieben wird, wird eine Leistungsumwandlungseinrichtung durch miteinander Verbinden einer Vielzahl Leistungsmodule 100, von denen jedes darin den Leistungsumwandlungsschaltkreis aufweist, der der zumindest einen Phase entspricht, über die Sammelschienen ausgebildet.
  • Im Folgenden wird die Struktur des Leistungsmoduls im Speziellen unter Bezugnahme auf 1, 2, 4 und 5 beschrieben, jedoch sind eine Sammelschiene 1PB für ein positives Potenzial, eine Sammelschiene 1NB für ein negatives Potenzial und eine Sammelschiene 1A2B für ein AC-Potenzial außerhalb des Leistungsmoduls 100 tatsächlich Sammelschienen an der Seite der Leistungsumwandlungseinrichtung 200, die in 6 dargestellt ist.
  • Der Leiterrahmen 1 ist zumindest aus einer Leitung 1P für ein positives Potenzial einer Leitung 1A1 für ein AC-Potenzial, einer zweiten Leitung 1A2 für ein AC-Potenzial und einer Leitung 1N für ein negatives Potenzial ausgebildet und Abschnitte der Leitung 1P für das positive Potenzial und der Leitung 1N für das negative Potenzial, die von dem Gießharz 6 exponiert sind, erstrecken sich von der gleichen Oberfläche des Gießharzes 6. Ferner ist das H-Armschaltelement 3HS an der Leitung 1P mit dem positiven Potenzial angeordnet und das L-Armschaltelement 3LS ist an der ersten Leitung 1A1 des AC-Potenzials angeordnet. Ferner umfasst das L-Armschaltelement 3LS beispielsweise eine Temperaturerfassungsdiode TDD zum Erfassen einer Temperatur. Die Sammelschienen umfassen die Sammelschiene 1PB für das positive Potenzial, die Sammelschiene 1NB für das negative Potenzial und die Sammelschiene 1A2B für das AC-Potenzial. Das L-Armschaltelement 3LS ist mit der Sammelschiene 1NB für das negative Potenzial über die L-Arminnenleitung 2L und die Leitung 1N für das negative Potenzial verbunden. Die erste und zweite Leitung 1A1 und 1A2 für das AC-Potenzial sind miteinander über den Stromerfassungswiderstand 4 verbunden. Das H-Armschaltelement 3HS ist mit der Sammelschiene 1PB für das positive Potenzial nur über die Leitung 1P für das positive Potenzial verbunden. Die Leitung 1P für das positive Potenzial, die Leitung 1N für das negative Potenzial, die erste Leitung 1A1 für das AC-Potenzial und die zweite Leitung 1A2 für das negative Potenzial an einer Oberfläche des Leistungsmoduls 100, die auf eine Lageroberfläche einer Wärmesenke 7 zeigt, weisen Oberflächen auf, die von dem Gießharz 6 exponiert sind, wie durch eine dicke Linie A in 2 dargestellt. Die exponierten Oberflächen und die Wärmesenke 7 sind fest aneinander über ein isolierendes Haftmittel 5, welches als ein isolierendes Element dient, aufweisend ein isolierendes Füllmaterial, verbunden.
  • Unterhalb der Sammelschienen, wie in 2 dargestellt, ist ein Sammelschienenbefestigungselement 8 zwischen den Sammelschienen und der Wärmesenke 7 vorgesehen.
  • Mit der oben erwähnten Struktur, wenn die Wärme, die in dem H-Arm- und L-Armschaltelementen 3HS und 3LS erzeugt wird, in der Richtung der Sammelschienen zusätzlich zu der Richtung der Wärmesenke 7 übertragen wird, ist ein Wärmewiderstand von dem H-Armschaltelement 3HS zu der Sammelschiene 7PB mit positiven Potenzial geringer als ein Widerstand von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene mit dem negativen Potenzial 1NB. Auf diese Weise wird ein Betrag an Wärme, der von dem H-Armschaltelement 3HS zu den Sammelschienen übertragen wird, größer gemacht als der des L-Armschaltelements 3LS, um einen Temperaturanstieg des H-Armschaltelement 3HS geringer zu halten als den des L-Armschaltelements 3LS. Als ein Ergebnis bleibt eine Temperatur des H-Armschaltelements 3HS geringer als die des L-Armschaltelements 3LS umfassend die Temperaturerfassungsdiode TDD zum Erfassen der Temperatur. Daher kann nur durch Erfassen der Temperatur von nur dem L-Armschaltelement 3LS die Temperatur des H-Armschaltelements 3HS gemäß der zulässigen Temperatur oder geringer eingestellt werden.
  • Wie in 2 dargestellt, sind an der Oberfläche des Leistungsmoduls 100, die auf die Lageroberfläche zeigt, das heißt eine obere Oberfläche der Wärmesenke 7 jede der Leitungen 1P, 1N, 1A1 und 1A2 teilweise an der Wärmesenkenseite 7 exponiert, wie mit der dicken Linie A angedeutet und diese Oberfläche ist in einem Zustand befestigt, der elektrisch von der Wärmesenke 7 mit dem isolierenden Haftmittel 5 isoliert ist. Daher werden die Dicke und dergleichen des isolierenden Haftmittels 5 vorab eingestellt, um in einem Bereich zu sein, in dem eine Beschädigung wie beispielsweise ein Reißen des isolierenden Haftmittels 5 einen Wärmewiderstandswert nicht beeinflusst. Auf diese Weise verändert sich der Wärmewiderstand nicht signifikant bei einer Verschlechterung im Laufe der Zeit. Beispielsweise kann die folgende Situation vermieden werden: wenn das Leistungsmodul 100 und die Wärmesenke 7 miteinander mit einem Element verbunden sind, das nicht aushärtet, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, gibt es eine Notwendigkeit das Leistungsmodul 100 zu halten und es gibt ein Auspumpphänomen der Wärmeleitpaste, bei dem die Wärmeleitpaste allmählich aus einer Kontaktoberfläche mit einer Reduzierung des Haltedrucks aufgrund einer Verschlechterung im Laufe der Zeit herausgedrückt wird, oder eine Wärmeverformung des Leistungsmoduls, wodurch der Wärmewiderstand der Kontaktoberfläche reduziert wird. Auf diese Weise ist es möglich einen Zustand zu vermeiden, bei dem das L-Armschaltelement 3Ls eine Temperatur aufweist, die geringer ist als die des H-Armschaltelements 3HS, was auftritt, wenn der Wärmewiderstand zwischen dem H-Armschaltelement 3HS und der Wärmesenke 7 verschlechtert ist und wenn der Wärmewiderstand zwischen dem L-Armschaltelement 3LS und der Wärmesenke 7 sich nicht verschlechtert.
  • In 2 wird ein Zustand nach dem Befestigen des Leistungsmoduls 100 und der Wärmesenke 7 mit dem isolierenden Haftmittel 5 dargestellt. In einem Zustand, vor dem Fixieren mit dem isolierenden Haftmittel 5 werden Abschnitte, die mit der dicken Linie A bezeichnet werden, aus den Leitern ausgebildet, um nach außen exponiert zu sein.
  • 3 ist ein schematisches Schaltkreisdiagramm eines Falls, bei dem die Leistungsumwandlungseinrichtung umfassend das Leistungsmodul für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise mit einer rotierenden elektrischen Maschine verbunden ist. Ein Leistungsumwandlungsschaltkreis 200C der Leistungsumwandlungseinrichtung umfassend das Leistungsmodul 100 ist ausgebildet, um elektrische Leistung umzuwandeln, die von einer Leistungsversorgung PS beispielsweise über einen P-N-Kondensator CPN zur Verfügung gestellt wird, um einer rotierenden elektrischen Maschine RA bereitgestellt zu werden, welche als ein Motorgenerator oder dergleichen ausgebildet ist, um dadurch die rotierende elektrische Maschine RA anzutreiben. Ferner ist der Leistungsumwandlungsschaltkreis ausgebildet, um elektrische Leistung umzuwandeln, die in der rotierenden elektrischen Maschine RA erzeugt wird, um beispielsweise in der Leistungsbereitstellung PS gespeichert zu werden.
  • Das Leistungsmodul 100 bildet eine oder mehrere Phasen des Leistungsumwandlungsschaltkreises aus, der aus zumindest dem H-Armschaltelement 3HS und dem L-Armschaltelement 3LS ausgebildet ist. Hier wird ein Fall des Leistungsumwandlungsschaltkreises gemäß den drei Phasen darstellt. Das H-Armschaltelement 3HS wird an dem Leiter mit positivem Potenzial 1P angeordnet, der an dem Leiterrahmen 1 ausgebildet ist und das L-Armschaltelement 3LS wird an dem ersten Leiter 1A1 mit AC-Potenzial angeordnet, der an dem Leiterrahmen 1 ausgebildet ist. In einem äußerem Umfangsabschnitt des Gießharzes 6 werden der Leiter P mit positivem Potenzial, der Leiter 1N mit negativem Potenzial, und die zweite Leitung 1A2 mit AC-Potenzial exponiert, und die Leitung 1P mit positivem Potenzial und die Leitung 1N mit negativem Potenzial werden von der gleichen Seite des Gießharzes 6 exponiert. Die Leitung 1P mit positivem Potenzial, die Leitung 1N mit negativem Potenzial, und die zweite Leitung 1A2 mit AC-Potenzial werden mit der Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial, der Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial bzw. der Sammelschiene 1A2B mit AC-Potenzial verbunden. Zusätzlich, während das L-Armschaltelement 3LS mit der Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial über die L-Arminnenleitung 2L und die Leitung 1N mit negativem Potenzial verbunden ist, wird das H-Armschaltelement 3HS mit der Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial nur über die Leitung 1P mit positivem Potenzial verbunden. Als ein Ergebnis ist der Wärmewiderstand von dem H-Armschaltelement 3HS zu der Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial geringer als der Wärmewiderstand von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial. Auf diese Weise ist es möglich den Betrag an Wärme, der von dem H-Armschaltelement 3HS zu den Sammelschienen geleitet wird, größer einzustellen, als den des L-Armschaltelements 3LS und es wird ermöglicht den Temperaturanstieg des H-Armschaltelements 3HS geringer einzustellen als den des L-Armschaltelements 3LS.
  • Der Leiterrahmen 1 wird durch Ausbilden einer Legierungsplatte aufweisend Kupfer oder Aluminium als Basismaterial in einer Verkabelungsmusterform erhalten. Nachdem die Schaltelemente (3HS und 3LS), ein leitendes Element, die inneren Leiter (2H und 2L), eine Kabelbondingverkabelung, der Stromerfassungswiderstand (4) und dergleichen angeordnet werden und abgedichtet werden, um mit dem Gießharz 6 an der Seite des Leiterrahmens 1 abgedeckt zu werden, wird der Leiterrahmen 1 an Abschnitten entfernt, die für die elektrische Verkabelung nicht notwendig sind. Als ein Ergebnis wird der Leiterrahmen 1 unterteilt, um die Leitung 1P mit positivem Potenzial, die erste Leitung 1A1 mit AC-Potenzial, die zweite Leitung 1A2 mit AC-Potenzial und die Leitung 1N mit negativem Potenzial auszubilden. Das Verarbeiten des Leiterrahmens 1 zu der Verkabelungsmusterform wird an einem Plattenmaterial unter Verwendung von Ätzen und einer Druckbearbeitung durchgeführt. Ein Leiterrahmen 1 aufweisend eine Oberfläche an der ein Metall als das Basismaterial exponiert ist, kann verwendet werden, jedoch kann ein Leiterrahmen 1, an dem eine Beschichtung teilweise durchgeführt wird, auch verwendet werden.
  • Jedes der Schaltelemente (3HS und 3LS) umfasst eine Chipelektrode an der oberen Oberfläche und eine Chipelektrode an der unteren Oberfläche an einer oberen Oberfläche bzw. einer Rückseite davon. In der ersten Ausführungsform werden Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) als ein Beispiel für die Schaltelemente (3HS und 3LS) beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch bei Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) anwendbar. Sowohl die MOSFETs als auch die IGBTs sind ein Schaltelement und umfassen einen Gate-Abschnitt und eine Gate-Elektrode an einer oberen Chipoberfläche getrennt von der Chipelektrode an der oberen Oberfläche. Die Gate-Elektrode ist elektrisch mit einem Gate-Anschluss (nicht gezeigt), der aus einem Abschnitt des Leiterrahmens 1 ausgebildet ist, über ein Kabelbonden verbunden. Als die Schaltelemente (3HS und 3LS) können Schaltelemente, die unter Verwendung von nicht nur Si, sondern auch SiC, SiN, GaN, GaAs oder dergleichen als einem Material ausgebildet sind, verwendet werden. Zusätzlich werden die Innenleitungen (2H und 2L) und andere solche Verkabelungselemente verwendet, wobei die obere Oberflächenelektrode von jedem der Verkabelungselemente (3HS und 3LS) Spezifikationen aufweisen, die ein Löten ermöglichen, wie beispielsweise eine mit Ni beschichtete Schicht zum Bonden mit Lötmittel und anderen solchen leitenden Elementen.
  • Wenn die Innenleitungen (2H und 2L) als Verkabelungselemente auf dem Chip für die Schaltelemente (3HS und 3LS) verwendet werden, wird das leitende Element zwischen der Chipelektrode an der oberen Oberfläche und den Innenleitungen (2H und 2L) zwischen den Innenleitungen (2H und 2L) und dem Leiterrahmen 1 und zwischen der Chipelektrode an der unteren Oberfläche und dem Leiterrahmen 1 verwendet. Zusätzlich umfasst in der ersten Ausführungsform das Leistungsmodul 100 den Stromerfassungswiderstand 4. Zu diesem Zeitpunkt wird das leitende Element zwischen dem Stromerfassungswiderstand 4 und dem Leiterrahmen 1 angeordnet, wodurch elektrisch und mechanisch der Stromerfassungswiderstand 4 und der Leiterrahmen 1 miteinander verbunden werden. In der ersten Ausführungsform wird das Lötmittel als ein Bondingelement beschrieben. Wenn Lötmittel verwendet wird, kann Lötmittel zwischen den Schaltelementen (3HS und 3LS) den Innenleitungen (2H und 2L), dem Stromerfassungswiderstand 4 und dem Leiterrahmen 1 in einer Wärmebehandlung mit einer Reflow-Vorrichtung oder dergleichen gebondet werden und die Produktivität kann erhöht werden. Zusätzlich kann in einem Fall, bei dem eine Störung, welche sich aus Temperaturveränderungen der Leistungshalbleitereinrichtungen, wie beispielsweise den MOSFETs und den IGBTs, oder dergleichen während der Verwendung ergibt und ein Unterschied in der Haltbarkeit in Abhängigkeit von den Lötmittelbondingabschnitten und anderen solchen Fällen auftritt, Lötmittel aufweisend eine unterschiedliche Zusammensetzung für unterschiedliche Abschnitte verwendet werden. Zusätzlich wurde in der ersten Ausführungsform als ein Beispiel ein Lötmittel beschrieben als das leitende Element, jedoch kann eine leitende Harzpaste oder eine Sinterpaste verwendet werden.
  • Das Verkabelungselement verbindet die Chipelektrode an der oberen Oberfläche und den Leiterrahmen 1 miteinander. In der ersten Ausführungsform wurde das Leistungsmodul 100 beschrieben, in dem die Chipelektrode an der oberen und unteren Oberfläche elektrisch und mechanisch mit dem positiven Potenzial, dem negativen Potenzial und dem ersten AC-Potenzial-Leitern (1P, 1N und 1A1) unter Verwendung der inneren Leiter (2H und 2L) verbunden werden, welche durch Verarbeiten von individuellen Teilen einer Metallplatte zu Verkabelungselementformen erhalten werden. Jedoch können diese Komponenten mit einem Drahtbond oder einem Bändchenbond verbunden werden, welcher aus Kupfer, Aluminium, einem Verbundwerkstoff aus Kupfer und Aluminium und anderen solchen Materialien ausgebildet ist. Die Innenleitungen (2H und 2L) sind angeordnet, um in Kontakt mit dem Gießharz 6 zu stehen, außer an Abschnitten, die mit den Elektroden über das leitende Element zu verbinden sind. Zusätzlich sind die Innenleitungen (2H und 2L) angeordnet, um in dem Gießharz 6 eingeschlossen zu werden und weisen keine Abschnitte auf, um die Innenleitungen (2H und 2L) von außen während der Herstellung abzustützen. Körperabschnitte der Innenleitungen (2H und 2L), die Abschnitte verbinden, die über das leitende Element zu verbinden sind, werden in einer Richtung des noch weiteren Trennens von dem Leiterrahmen 1 ausgebildet als die zu verbindenden Abschnitte. Auf diese Weise wird ein Kurzschluss zwischen dem Leiterrahmen 1 und den Innenleitungen (2H und 2L) verhindert. Querschnittsflächen der Körperabschnitte der Innenleitungen (2H und 2L) werden basierend auf Beträgen des bereitzustellenden elektrischen Stromes ermittelt. In der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungshalbleitereinrichtung, die ausgebildet ist, um einige Ampere bis einige Hundert Ampere aufzunehmen, umfassend den momentan angelegten Strom, angenommen.
  • Der Stromerfassungswiderstand 4 ist aus Abschnitten ausgebildet, die aus einer Legierung ausgebildet sind, umfassend Kupfer als ein Basismaterial, und ein Metallwiderstandselement und die Abschnitte aufweisend Kupfer als das Basismaterial werden mit beiden Enden des Metallwiderstandselementes verbunden. Die Abschnitte, die Kupfer als das Basismaterial aufweisen, die als beide Endabschnitte des Stromerfassungswiderstandes 4 dienen und Elektroden, die aus dem Leiterrahmen 1 ausgebildet sind, werden miteinander über das leitende Element verbunden. In der Struktur der vorliegenden Erfindung ist der Stromerfassungswiderstand 4 angeordnet, um zwischen dem ersten Leiter 1A1 mit AC-Potenzial und dem zweiten Leiter 1A2 mit AC-Potenzial zu überbrücken. Daher ist der Wärmewiderstand von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1A2B mit AC-Potenzial größer als der Wärmewiderstand von dem H-Armschaltelement 3HS zu der Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial. In der ersten Ausführungsform wird zusätzlich zu einer Bahn von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial, eine Bahn von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1A2B mit AC-Potenzial mit eingeschlossen. Jedoch wird ein kombinierter Wärmewiderstand der Bahn von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial und der Bahn von dem L-Armschaltelement 3LS zu der Sammelschiene 1A2B mit AC-Potenzial niemals geringer als der Wärmewiderstand von dem H-Armschaltelement 3HS zu der Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial. Der Stromerfassungswiderstand 4, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wird, ist ein Nebenschlusswiderstand (Shunt-Widerstand).
  • Das Formharz 6 ist angeordnet, um darin zumindest einen Abschnitt des Leiterrahmens 1, die Schaltelemente (3HS und 3LS), das leitende Element, das Verkabelungselement und den Stromerfassungswiderstand 4 abzudecken. Das Gießharz 6 ist durch Transfer-Molding (Spritzpressen) angeordnet nachdem verschiedene Komponenten an dem Leiterrahmen 1 angeordnet wurden. Das Gießharz 6 weist ein isolierendes Füllmaterial auf und überträgt die Wärme, die in den Leistungshalbleitereinrichtungen erzeugt wird, nach außen mittels Wärmeleitung. Nachdem das Formharz 6 angeordnet wurde, werden unnötige Abschnitte des Leiterrahmens 1 abgeschnitten und Abschnitte des Leiterrahmens 1, die sich von dem Gießharz 6 erstrecken, werden gebogen, um dadurch das Leistungsmodul 100 auszubilden.
  • Zusätzlich werden in dem Leistungsmodul 100 die Leitung 1P mit positivem Potenzial und die Leitung 1N mit negativem Potenzial von der gleichen Seite des Formharzes 6 exponiert. Auf diese Weise wird eine Bahn von der Leitung 1P mit positivem Potenzial an einer Leistungseingangsseite zu der Leitung 1N mit negativem Potenzial an einer Leistungsausgangsseite in einer Schlaufenform angeordnet, bei welcher die Leitung 1P mit positivem Potenzial und die Leitung 1N mit negativem Potenzial immer Seite an Seite angeordnet werden. Auf diese Weise kann die parasitäre Induktivität der Bahn, die aus den Leitungen (1P, 1N, 1A1 und 1A2) mit den entsprechenden Potenzialen, den Innenleitungen (2H und 2L) und den Schaltelementen (3HS und 3LS) ausgebildet wird, klein gehalten werden. Wenn die parasitäre Induktivität verringert wird, kann eine Spannungsschwankung, die auftritt, wenn die Schaltelemente (3HS und 3LS) ein- und ausgeschaltet werden, reduziert werden und eine Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente (3HS und 3LS) kann auf eine höhere Geschwindigkeit eingestellt werden. Als ein Ergebnis kann ein Schaltverlust, welches ein Verlust ist, wenn die Schaltelemente (3HS und 3LS) ein- und ausgeschaltet werden, reduziert werden.
  • Der Leiterrahmen 1 weist eine Dicke von 0,4 mm oder mehr auf. Wenn der Leiterrahmen 1 mit 0,4mm oder mehr verwendet wird, wird die Wärmeübertragung an einen ersten thermischen Massenabschnitt effizient durchgeführt und es kann der Effekt erhalten werden, dass kurzzeitige Temperaturanstiege der Leistungshalbleitereinrichtungen, die an den Schaltelementen (3HS und 3LS) ausgebildet sind, reduziert werden.
  • Das Verkabelungselement zum Verbinden der Oberseite der Leistungshalbleitereinrichtungen und der entsprechenden Elektroden miteinander weist die Metallinnenleitungen (2H und 2L) auf und jede der Innenleitungen (2H und 2L) weist eine Dicke von 0,5 mm oder mehr an einem dünnsten Abschnitt davon auf. Wärmekapazitäten der Innenleitungen (2H und 2L) sichern die thermische Masse an den Schaltelementen. Zusätzlich, wenn der dünnste Abschnitt 0,5 mm oder mehr beträgt, kann der Effekt des Reduzierens der kurzzeitigen Temperaturanstiege der Schaltelemente (3HS und 3LS) erhalten werden und die Steifigkeit der Innenleitungen (2H und 2L) kann sichergestellt werden, um ein Versagen aufgrund einer Verformung der Innenleitungen (2H und 2L) selbst zu Verhindern. Ferner kann, wenn alle die Verkabelungselemente die Oberseite der Schaltelemente (3HS, 3LS, etc.) und die entsprechenden Elektroden miteinander verbinden, Innenleitungen (2H und 2L) sind, ein Temperaturunterschied zwischen den Halbleitereinrichtungen reduziert werden.
  • Zusätzlich kann die Struktur angewendet werden, bei der die Innenleitung 2H, die mit dem Schaltelement 3HS an der Leitung 1P mit positivem Potenzial verbunden ist, und die Innenleitung 2L, die mit dem Schaltelement 3LS der ersten Leitung 1A1 mit AC-Potenzial verbunden ist, unterschiedliche Dicken an den dünnsten Abschnitten aufweisen. Auf diese Weise kann der Unterschied im Temperaturanstieg zwischen dem Schaltelement 3HS an der Leitung 1P mit positivem Potenzial und dem Schaltelement 3LS an der ersten Leitung 1A1 mit AC-Potenzial reduziert werden. Es ist möglich eine Leistungseinschränkung daran zu hindern bei dem Leistungsmodul 100 aufgrund eines Anstieges des Temperaturunterschiedes zwischen dem H-Arm- und L-Armschaltelementen 3HS und 3LS aufzutreten.
  • Zweite Ausführungsform
  • 4 ist eine schematische Draufsicht zum Darstellen eines Beispiels der internen Struktur eines Leistungsmoduls für eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn durch das Gießharz betrachtet. Ferner ist 5 eine Seitenansicht des Leistungsmoduls von 4. In einer Querschnittsansicht des Leistungsmoduls ist die Basisstruktur ähnlich zu der von 2 in der oben erwähnten ersten Ausführungsform mit nur einem leichten Unterschied in der Verkabelung der Leitung und der inneren Leiter.
  • Das Leistungsmodul 100 umfasst:
    • einen Leiterrahmen (1, 1P, 1N, 1A1, 1A2 und 1PE), der aus Metall ausgebildet ist und in einer Verkabelungsmusterform ausgebildet ist;
    • das H-Armschaltelement 3HS und das L-Armschaltelement 3LS, die an dem Leiterrahmen 1 verbunden sind;
    • den Stromerfassungswiderstand, der mit dem Leiterrahmen 1 verbunden ist;
    • die H-Arminnenleitung 2H und die L-Arminnenleitung 2L, die die oberen Oberflächenelektroden des H-Armschaltelements 3HS bzw. des L-Armschaltelements 3LS mit Abschnitten des Leiterrahmens verbinden; und
    • das Gießharz 6 zum Abdichten, mit einem Harz, eines Abschnittes des Leiterrahmens, des H-Armschaltelements 3HS und des L-Armschaltelements 3LS, der H-Arminnenleitung 2H und der L-Arminnenleitung 2L, und des Stromerfassungswiderstands 4.
  • Das Leistungsmodul 100 weist darin einen Schaltkreis auf, der aus einem H-Arm und einem L-Arm ausgebildet ist und zumindest einer Phase des Leistungsumwandlungsschaltkreises entspricht. Ferner wird, wie als ein Beispiel in 6 dargestellt, welches später beschrieben wird, eine Leistungsumwandlungseinrichtung ausgebildet, indem eine Vielzahl der Leistungsmodule 100, von denen jedes darin einen Leistungsumwandlungsschaltkreis aufweist, der zumindest einer Phase entspricht, miteinander über Sammelschienen verbunden wird.
  • Nur das L-Armschaltelement 3LS umfasst die Temperaturerfassungsdiode TDD zum Erfassen der Temperatur. Die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial und die Leitung 1N mit dem negativen Potenzial der Vielzahl Leitungen, die in dem Leiterrahmen 1 ausgebildet sind, sind von der gleichen Oberfläche des Gießharzes 6 nach außen aus dem Gießharz 6 exponiert. Das L-Armschaltelement 3LS ist mit der Sammelschiene 1NB für das negative Potenzial über die L-Arminnenleitung 2L und die Leitung 1N für das negative Potenzial verbunden und das H-Armschaltelement 3HS ist mit der Sammelschiene 1PB für das positive Potenzial nur über die Leitung 1P für das positive Potenzial verbunden. Auf diese Weise wird eine Strombereitstellungsbahn von der Leitung 1P mit dem positiven Potenzial zu der Leitung 1N mit dem negativen Potenzial in einer Schlaufenform angeordnet.
  • Ferner sind die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial und die L-Arminnenleitung 2L auf eine überlappende Weise angeordnet, um zumindest teilweise aufeinander zu zeigen. Mit dieser Struktur kann eine Fläche des Leiterrahmens 1, die ausgebildet ist, um an die Wärmesenke 7 Wärme, die in dem H-Armschaltelement 3HS erzeugt wird, zu übertragen, welches in einem Zustand aufweisend eine Temperatur, die geringer ist als die des L-Armschaltelements 3LS sein muss, erhöht werden, ohne eine äußere Abmessung eines Moduls zu erhöhen. Eine Wärmeabstrahlungseigenschaft des H-Armschaltelements 3HS hin zu der Wärmesenke 7 kann verbessert werden.
  • In 4 weist die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial einen Leitungsabschnitt 1PE zum Erhöhen einer Wärmeabstrahlungsfläche auf. Der Leitungsabschnitt 1PE zum Erhöhen der Wärmeabstrahlungsfläche ist auf eine überlappende Weise angeordnet, um zumindest teilweise auf die L-Arminnenleitung 2L zu zeigen, ist jedoch innerhalb eines Bereichs im Inneren des Gießharzes 6 angeordnet.
  • Zusätzlich sind die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial und die L-Arminnenleitung 2L, die einen Abschnitt der Strombereitstellungsbahn für die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial zu der Leitung 1N mit dem negativen Potenzial ausbilden, die in einer Schlaufenform angeordnet ist, an Positionen angeordnet, die extrem nah zueinander sind. Als ein Ergebnis wird eine parasitäre Induktivität des Leistungsmoduls 100 reduziert und der Schaltverlust kann reduziert werden. Ferner sind die Leitung 1P mit dem positiven Potenzial und die L-Arminnenleitung 2L auf eine überlappende Weise angeordnet, mit dem Ergebnis, dass ein Rauschen zum Zeitpunkt, wenn der elektrische Strom angelegt wird, reduziert wird und es gibt keinen Effekt auf elektrische Signale von umgebenden Sensoren und elektrischen Schaltkreisen. Daher gibt es keine Notwendigkeit zusätzlich eine Abschirmung vorzusehen, um die Effekte des Rauschen bei den elektrischen Signalen zu verhindern mit dem Ergebnis, dass ein Kostenanstieg, eine Vergrößerung der Größe des Produktes an dem der Leistungsschaltkreis angeordnet wird und dergleichen vermieden werden kann.
  • Zusätzlich sind die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial aus dem gleichen Material ausgebildet und die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial ist ausgebildet, um eine Dicke aufzuweisen, die größer ist als die der Sammelschiene mit dem negativen Potenzial 1NB. Eine Dicke der Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial, welches eine Sammelschiene eines positiven Anschlusses ist, kann erhöht werden, um eine Wärmekapazität zu erhöhen, welche ausgedrückt wird als (Dichte) x (Spezifische Wärme) x (Volumen). Ferner kann ein Temperaturanstiegsgradient aufgrund der Wärmeerzeugung in dem H-Armschaltelement 3HS kleiner eingestellt werden als der des L-Arms, um die Temperatur des H-Arms geringer zu halten als die des L-Arms.
  • Dritte Ausführungsform
  • 6 ist eine schematische Ansicht von außen, um ein Beispiel der Struktur eines Abschnittes einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darzustellen, bei dem eine Vielzahl Leistungsmodule vorgesehen sind. Jedes einer Vielzahl von Leistungsmodulen 100 weist die Struktur auf, die in der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform beschrieben wird. In 6 wird ein Fall, bei dem die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 die Vielzahl Leistungsmodule 100 aufweist, dargestellt, jedoch kann die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 zumindest ein Leistungsmodul 100 aufweisen.
  • In der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 ist sowohl die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial als auch die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial in Umfangsrichtung um ein Zentrum 0 eines Gehäuses 200 mit einer Vielzahl Verbindungsanschlüsse, die nach außen gerichtet sind, ausgebildet. Ferner ist die Vielzahl Leistungsmodule in Umfangsrichtung angeordnet, um die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial von außen zu umgeben. Ferner sind in jedem der Leistungsmodule 100 der Leiter 1P mit dem positiven Potenzial der Leitung und die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial von der Leistungsumwandlungseinrichtungsseite 200 und die Leitung 1N mit dem negativen Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial von der Leistungsumwandlungsseite 200 verbunden und befestigt, um aufeinander zu zeigen, indem sie an distalen Enden gebogen sind, wie in 1, 2, 4 und 5 dargestellt. Über die gebogenen Abschnitte hinaus sind die Sammelschiene 1PB mit positivem Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit negativem Potenzial an der Leistungsumwandlungseinrichtungsseite 200 in einem überlappenden Zustand angeordnet, um aufeinander zu zeigen.
  • Zusätzlich gibt es anstatt der Wärmesenke 7 für jedes der Leistungsmodule 100 in den oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen eine Wärmesenke 70, an der alle der Vielzahl Leistungsmodule 100, die Sammelschiene mit dem positiven Potenzial 1PB und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial, und der P-N-Kondensator CPN angeordnet sind.
  • Als ein Ergebnis, wenn die Vielzahl Leistungsmodule 100 verbunden wird, um den Leistungsumwandlungsschaltkreis auszubilden, sind die Leistungsmodule 100 in Radialrichtung an der Wärmesenke 70 angeordnet, aufweisend eine kreisförmige Form, wenn von einer Oberfläche aus betrachtet, an der die Leistungsmodule 100 angeordnet sind und die entsprechenden Leistungsmodule 100 und die Schaltelemente (3HS oder 3LS) der H-Arme oder der L-Arme im Inneren der entsprechenden Leistungsmodule 100 sind an punktsymmetrischen Positionen in Bezug auf den zentralen Punkt 0 der Wärmesenke 100 angeordnet. Auf diese Weise werden Schwankungen der Temperatur zwischen den Leistungsmodulen 100 reduziert und es gibt keine Notwendigkeit die Ausgangsleistung in Anbetracht der Schwankungen zu reduzieren, um alle die Schaltelemente (3HS und 3LS) bei der zulässigen Temperatur oder geringer zu halten, mit dem Ergebnis, dass die Reduzierung in der Ausgangsleistung verhindert werden kann. Zusätzlich werden die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial an Positionen angeordnet, die extrem nah zueinander an der Leistungsumwandlungseinrichtungsseite 200 sind, mit dem Ergebnis, dass die parasitäre Induktivität von der Leistungsbereitstellung PS zu den Leistungsmodulen 100 reduziert wird und der Schaltverlust kann reduziert werden. Ferner sind die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial auf eine überlappende Weise angeordnet, mit dem Ergebnis, dass das Rauschen zum Zeitpunkt, wenn der elektrische Strom bereitgestellt wird, reduziert wird und es keinen Effekt auf die elektrischen Signale von den umgebenden Sensoren und den elektrischen Schaltkreisen gibt. Daher gibt es keine Notwendigkeit zusätzlich die Abschirmung vorzusehen, um die Rauscheffekte auf die elektrischen Signale zu verhindern, mit dem Ergebnis, dass ein Anstieg der Kosten, der Größe des Produktes, an dem die Leistungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, und dergleichen verhindert werden kann.
  • Zusätzlich ist an einer inneren Umfangsseite der Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und der Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial an der Leistungsumwandlungsseite 200, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, der P-N-Kondensator CPN, der mit der Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial und der Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial verbunden ist, umfasst. Auf diese Weise kann der P-N-Kondensator CPN in extremer Nähe zu den Leitungen 1P mit positivem Potenzial und den Leitungen 1N mit negativem Potenzial der Leistungsmodule 100 angeordnet werden, mit dem Ergebnis, dass die Induktivität von dem P-N-Kondensator CPN zu den Schaltelementen (3HS und 3LS) reduziert werden kann. Zusätzlich wird die elektrische Leistung, die die Spannungsschwankung zum Zeitpunkt des Schaltens reduziert, effizient in dem P-N-Kondensator CPN absorbiert und die Spannungsschwankung wird bei einem niedrigen Niveau unterdrückt. Als ein Ergebnis kann die Schaltzeit kurz eingestellt werden, und die Schaltverluste können reduziert werden, mit dem Ergebnis, dass die Wärme, die in den Schaltelementen (3HS und 3LS) erzeugt wird, reduziert wird.
  • Zusätzlich ist die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 in die rotierende elektrische Maschine RA integriert, die aus dem Motorgenerator oder dergleichen ausgebildet ist, um eine Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät auszubilden, die in der Lage ist als ein Generator und ein Motor betrieben zu werden. Mit der Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät, die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung ausgebildet ist, die die oben erwähnte Struktur aufweist, wird eine Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät, die in der Lage ist, die Temperaturen der Schaltelemente (3HS und 3LS) zu überwachen, indem der Ausgangswert der Temperaturerfassungsdiode TDD überwacht wird, die in dem L-Armschaltelement 3LS vorgesehen ist, erhalten und die Schaltelemente (3HS und 3LS) können die elektrische Leistung bis zu einem Maximalwert der zulässigen Temperatur empfangen oder ausgeben. Daher wird die Notwendigkeit die Grenze für die überwachte Temperatur, die benötigt wird, um den Betrieb des Leistungsumwandlungsschaltkreises sicherzustellen, eliminiert. Als ein Ergebnis kann ein Generator- oder Motorbetrieb umgesetzt werden, der in seiner Leistung aufgrund der Temperaturen der Schaltelemente (3HS und 3LS) nicht eingeschränkt ist. Ferner gibt es keine Notwendigkeit die Größen des Kühlers und der Leistungsmodule zu erhöhen, um den Betrieb des Leistungsumwandlungsschaltkreises sicherzustellen und eine Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät aufweisend eine geringer Größe und ein geringes Gewicht kann zur Verfügung gestellt werden.
  • Zusätzlich kommt die Wärmesenke 70, umfassend die Wärmesenke 7 der ersten und zweiten Ausführungsform, vom luftgekühlten Typ verwendend Umgebungsluft als Kühlmittel zum Einsatz, welches keine zusätzlichen externen Strukturen erfordert, im Vergleich zu einem wassergekühlten Typ und weist folglich geringe Kosten auf.
  • Zusätzlich werden in der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 von 6, die Leistungsmodule 100, die Sammelschiene 1PB mit dem positiven Potenzial, die Sammelschiene 1NB mit dem negativen Potenzial, der P-N-Kondensator CPN und andere solche Komponenten an einer großen Wärmesenke zur Verfügung gestellt. Jedoch kann eine individuelle Wärmesenke 7 für jedes der Leistungsmodule 100, wie in der oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden.
  • Zusätzlich ist ein Gießelement, das aus Gießharz 6 ausgebildet ist, nicht auf ein Harz beschränkt, sondern kann ein Gießelement sein, das aus einem anderen Material hergestellt ist.
  • Die Temperaturerfassungsdiode TDD, die in dem L-Armschaltelement 3LS ausgebildet ist, kann ein Temperatursensor von einem anderen Typ sein.
  • Der Stromerfassungswiderstand 4, der ausgebildet ist, um den elektrischen Strom zu erfassen, der durch den Leistungsschaltkreis fließt, das heißt der Leiterrahmen von jedem der Leistungsmodule 100, kann ein Stromerfasser von einem anderen Typ sein.
  • Zusätzlich wird die elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem P-N-Kondensator CPN, dem Leistungsumwandlungsschaltkreis (200C) umfassend die Leistungsmodule 100 und der elektrischen Rotationsmaschine RA von 3 ausgebildet, die auf eine integrierte Weise ausgebildet sind.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungsmodul zur Verfügung gestellt, umfassend:
    • eine Schaltelementgruppe (3HS und 3LS), die zumindest einer Phase eines Leistungsumwandlungsschaltkreises entspricht, die Schaltelementgruppe umfassend ein H-Armschaltelement (3HS) und ein L-Armschaltelement (3LS) umfassend einen Temperatursensor (TDD);
    • einen Stromerfasser (4), der ausgebildet ist, um einen elektrischen Strom des Leistungsumwandlungsschaltkreises zu erfassen;
    • einen Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1 und 1A2), der mit einer Verkabelungsmusterform zum elektrischen Verbinden der Schaltelementgruppe und des Stromerfassers (4) ausgebildet ist, um einen Schaltkreis auszubilden, der der zumindest einen Phase entspricht;
    • eine Innenleitungsgruppe (2H und 2L), die eine obere Oberflächenelektrode von jedem von dem H-Armschaltelement (3HS) und dem L-Armschaltelement (3LS) der Schaltelementgruppe mit dem Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1 und 1A2) verbindet; und
    • ein Gießelement (6), das ausgebildet ist, um einstückig die Schaltelementgruppe, den Stromerfasser, den Leiterrahmen und die Innenleitungsgruppe abzudichten, sodass der Leiterrahmen teilweise exponiert ist,
    • den Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1 und 1A2) umfassend einen Leiter (1P) mit positivem Potenzial und einen Leiter (1N) mit negativem Potenzial, die teilweise von der gleichen Oberfläche des Gießelementes (6) exponiert sind,
    • das L-Armschaltelement (3LS), das mit einer Außenseite über eine Innenleitung (2L) und die Leitung (1N) mit negativem Potenzial verbunden ist,
    • das H-Armschaltelement (3HS), das mit der Außenseite nur über die Leitung (1P) mit positivem Potenzial verbunden ist,
    • wobei eine Strombereitstellbahn von der Leitung (1P) mit positivem Potenzial zu der Leitung (1N) mit negativem Potenzial in einer Schlaufenform angeordnet ist.
  • Folglich wird Wärme, die in den H-Arm- und L-Armschaltelementen erzeugt wird, nach außen über den Leiterrahmen zusätzlich zu der Richtung der Wärmesenke übertragen.
  • Der Wärmewiderstand von dem H-Armschaltelement nach außen über die Leitung mit positivem Potenzial wird niedriger eingestellt als der Wärmewiderstand von dem L-Armschaltelement nach außen, mit dem Ergebnis, dass der Betrag an Wärme, der von dem H-Armschaltelement nach außen geleitet wird, größer eingestellt werden kann als an der L-Armseite, sodass der Temperaturanstieg des H-Armschaltelements geringer ist als an der L-Armseite. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des H-Armschaltelements geringer gehalten als die Temperatur des L-Armschaltelements umfassend die Temperaturerfassungsdiode zum Erfassen der Temperatur und folglich kann ein übermäßiger Temperaturanstieg des Elements an der H-Armseite nur durch Erfassen der Temperatur von nur dem L-Armschaltelement verhindert werden.
  • Ferner ist das Leistungsmodul 100 fest mit einer Wärmesenke 7 verbunden, wobei ein isolierendes Haftmittel einen isolierenden Füllstoff aufweist und die Leitung 1P mit positivem Potenzial und die Leitung 1N mit negativem Potenzial an der isolierenden Haftmittelseite zum Teil an einer Oberfläche des Leistungsmoduls exponiert sind, die auf die Wärmesenke zeigt.
  • Als ein Ergebnis wird die Notwendigkeit für den Mechanismus zum Halten des Moduls eliminiert.
  • Die Wärme, die in den Schaltelementen erzeugt wird, wird an die Wärmesenke übertragen, wobei das isolierende Haftmittel das isolierende Füllmaterial aufweist.
  • Ferner ist die Wärmesenke 7 vom luftgekühlten Typ verwendend Umgebungsluft als ein Kühlmittel.
  • Als ein Ergebnis wird keine zusätzliche Struktur benötigt im Gegensatz zu dem wassergekühlten Typ, beispielsweise, und die Kosten werden reduziert.
  • Ferner sind die L-Arminnenleitung 2L und die innere Leitungsgruppe 2H und 2L, die das L-Armschaltelement 3LS und die Leitung 1P mit positivem Potenzial verbindet, auf eine überlappende Weise angeordnet, um zumindest teilweise aufeinander zu zeigen.
  • Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungseigenschaft von dem H-Armschaltelement zu der Wärmesenke verbessert, ohne die äußeren Abmessungen des Moduls zu erhöhen.
  • Während die Leitung mit positivem Potenzial und die L-Arminnenleitung, die einen Abschnitt der Strombereitstellbahn von der Leitung mit positivem Potenzial zu der Leitung mit negativem Potenzial ausbilden, der in der Schlaufenform angeordnet ist, an Positionen angeordnet sind, die extrem nah zueinander sind, wird die parasitäre Induktivität der Leistungsmodule reduziert und der Schaltverlust kann reduziert werden.
  • Während die Leitung mit positivem Potenzial und die L-Arminnenleitung auf eine überlappende Weise angeordnet sind, wird das Rauschen zum Zeitpunkt, wenn der elektrische Strom bereitgestellt wird, reduziert und es gibt keinen Effekt auf die elektrischen Signale von den umgebenden Sensoren und elektrischen Schaltkreisen. Daher gibt es keine Notwendigkeit zusätzlich die Abschirmung zur Verfügung zu stellen, um die Effekte des Rauschens auf die elektrischen Signale zu verhindern, mit dem Ergebnis, dass ein Anstieg der Kosten und der Größe des Produkts, an dem die Leistungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, und dergleichen verhindert werden können.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leistungsumwandlungseinheit zur Verfügung gestellt, umfassend:
    • zumindest ein Leistungsmodul (100) ohne eine Wärmesenke;
    • eine Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial, die mit der Leitung (1P) mit positivem Potenzial des Leistungsmoduls (100) verbunden ist; und
    • eine Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial, die mit der Leitung (1N) mit negativem Potenzial verbunden ist,
    • wobei die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial eine Dicke aufweist, die größer ist als eine Dicke der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial.
  • Als ein Ergebnis kann die Dicke der Sammelschiene des positiven Anschlusses erhöht werden, um die Wärmekapazität zu erhöhen, die ausgedrückt wird als (Dichte) x (spezifische Wärme) x (Volumen), und der Temperaturanstiegsgradient aufgrund der Wärmeerzeugung in dem H-Armschaltelement kann kleiner eingestellt werden als an der L-Armseite, um die Temperatur des H-Armes geringer zu halten als die des L-Arms.
  • Ferner ist sowohl die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial als auch die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial in Umfangsrichtung angeordnet und das zumindest eine Leistungsmodul (100) ist in Umfangsrichtung außerhalb der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial angeordnet, um die Sammelschiene mit positivem Potenzial und die Sammelschiene mit negativem Potenzial zu umgeben, und
    die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial sind in einem überlappenden Zustand angeordnet, um aufeinander zu zeigen, und sowohl ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung (1P) mit positivem Potenzial des Leistungsmoduls (100) und der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial als auch ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung (1N) mit negativem Potenzial des Leistungsmoduls (100) und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial ist auf eine gebogene Weise verbunden.
  • Ferner umfasst die Leistungsumwandlungseinrichtung ferner eine Wärmesenke (70), an der alle aus dem zumindest einen Leistungsmodul (100) der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial angeordnet sind.
  • Als ein Ergebnis, wenn die Vielzahl Module verbunden wird, um den Leistungsumwandlungsschaltkreis auszubilden, wird eine Reduzierung der Ausgangsleistung aufgrund der Schwankungen der Temperatur unter den Modulen verhindert.
  • Wenn die Sammelschiene mit positivem Potenzial und die Sammelschiene mit negativem Potenzial an Orten angeordnet sind, die extrem nah zueinander sind, wird die parasitäre Induktivität von der Leistungsbereitstellung an die Leistungsmodule reduziert und der Schaltverlust kann reduziert werden.
  • Da die Sammelschiene mit positivem Potenzial und die Sammelschiene mit negativem Potenzial auf eine überlappende Weise angeordnet sind, wird das Rauschen zum Zeitpunkt, wenn der elektrische Strom bereitgestellt wird, reduziert und es gibt keinen Effekt auf die elektrischen Signale von den umgebenden Sensoren oder elektrischen Schaltkreisen. Daher gibt es keine Notwendigkeit zusätzlich die Abschirmung zur Verfügung zu stellen, um die Effekte des Rauschens auf die elektrischen Signale zu verhindern, mit dem Ergebnis, dass ein Anstieg der Kosten, der Größe des Produkts, an dem die Leistungsumwandlungseinrichtung angeordnet ist, und dergleichen vermieden werden kann.
  • Ferner umfasst die Leistungsumwandlungseinrichtung einen P-N-Kondensator (CPN) an einer inneren Umfangsseite der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der P-N-Kondensator mit der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial verbunden ist.
  • Auf diese Weise kann der Kondensator in der Nähe der Leitung mit positivem Potenzial und der Leitung mit negativem Potenzial des Moduls angeordnet werden, mit dem Ergebnis, dass die Induktivität von dem Kondensator an die Schaltelemente reduziert werden kann. Als ein Ergebnis wird eine Stoßspannung zum Zeitpunkt des Schaltens reduziert und die Schaltzeit kann kurz eingestellt werden. Folglich kann der Schaltverlust reduziert werden und die Wärmeerzeugung in den Schaltelementen wird reduziert.
  • Ferner werden gemäß der vorliegenden Erfindung eine elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät zur Verfügung gestellt umfassend die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 und eine rotierende elektrische Maschine (RA) auf eine integrierte Weise.
  • Als ein Ergebnis weist in der elektrischen Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät, die in der Lage ist die Temperatur des Schaltelements zu überwachen, das Schaltelement, das überwacht wird, stets die größte Temperatur auf und folglich gibt es keine Notwendigkeit die Spanne der überwachten Temperatur zu sichern, die benötigt wird, um den Betrieb des Leistungsumwandlungsschaltkreises sicherzustellen. Als ein Ergebnis wird die Ausgangsleistung des Generators oder des Motors nicht eingeschränkt. Zusätzlich gibt es keine Notwendigkeit die Größen des Kühlers und der Leistungsmodule zu erhöhen, um den Betrieb des Leistungsumwandlungsschaltkreises sicherzustellen und die elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät aufweisend eine geringe Größe und ein leichtes Gewicht kann zur Verfügung gestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201659094 [0006, 0007, 0008]

Claims (9)

  1. Leistungsmodul, umfassend: eine Schaltelementgruppe (3HS, 3LS) entsprechend zumindest einer Phase eines Leistungsumwandlungsschaltkreises (200C), wobei die Schaltelementgruppe (3HS, 3LS) ein H-Armschaltelement (3HS) und ein L-Armschaltelement (3LS) umfassend einen Temperatursensor (TDD) aufweist; einen Stromerfasser (4), der ausgebildet ist, um einen elektrischen Strom des Leistungsumwandlungsschaltkreises (200C) zu erfassen; einen Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1, 1A2), der in einer Verkabelungsmusterform zum elektrischen Verbinden der Schaltelementgruppe (3HS, 3LS) und des Stromerfassers (4) ausgebildet ist, um einen Schaltkreis auszubilden, der zumindest einer Phase entspricht; eine Innenleitungsgruppe (2H, 2L), die eine obere Oberflächenelektrode von sowohl dem H-Armschaltelement (3HS) als auch dem L-Armschaltelement (3LS) der Schaltelementgruppe (3HS, 3LS) mit dem Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1, 1A2) verbindet; und ein Gießelement (6), das ausgebildet ist, um einstückig die Schaltelementgruppe (3HS, 3LS), den Stromerfasser (4), den Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1, 1A2) und die Innenleitungsgruppe (2H, 2L) abzudichten, sodass der Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1, 1A2) teilweise exponiert ist, wobei der Leiterrahmen (1P, 1N, 1A1, 1A2) einen Leiter (1P) mit positivem Potenzial und einen Leiter (1N) mit negativem Potenzial umfasst, die teilweise von der gleichen Oberfläche des Gießelementes exponiert sind, wobei das L-Armschaltelement (3LS) nach außen über eine Innenleitung (2L) und die Leitung (1N) mit negativem Potenzial verbunden ist, wobei das H-Armschaltelement (3HS) nach außen nur über die Leitung (1P) mit positivem Potenzial verbunden ist, wobei eine Strombereitstellbahn von der Leitung (1P) mit positivem Potenzial zu der Leitung (1N) mit negativem Potenzial in einer Schlaufenform angeordnet ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, bei dem das Leistungsmodul fest mit einer Wärmesenke (70) mit einem isolierenden Haftmittel aufweisend ein isolierendes Füllmaterial verbunden ist, und die Leitung (1P) mit positivem Potenzial und die Leitung (1N) mit negativem Potenzial an der Seite des isolierenden Haftmittels zum Teil an einer Oberfläche des Leistungsmoduls, die auf die Wärmesenke (70) zeigt, exponiert sind.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, bei dem die Wärmesenke (70) vom luftgekühlten Typ ist, aufweisend Umgebungsluft als ein Kühlmittel.
  4. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine L-Arminnenleitung (2L) der inneren Leitergruppe (2H, 2L), die das L-Armschaltelement (3LS) verbindet, und die Leitung (1P) mit positivem Potenzial auf eine überlappende Weise angeordnet sind, um zumindest teilweise aufeinander zu zeigen.
  5. Leistungsumwandlungseinrichtung (200), umfassend: zumindest ein Leistungsmodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ohne eine Wärmesenke (70); eine Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial, die mit der Leitung (1P) mit positivem Potenzial des Leistungsmoduls (100) verbunden ist; und eine Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial, die mit der Leitung (1N) mit negativem Potenzial verbunden ist, wobei die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei die Sammelschienen (1PB) mit positivem Potenzial eine Dicke aufweist, die größer ist als eine Dicke der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial.
  6. Leistungsumwandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 5, bei der sowohl die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial als auch die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial in Umfangsrichtung angeordnet sind und das zumindest eine Leistungsmodul (100) in Umfangsrichtung außerhalb der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial angeordnet ist, um die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial zu umgeben, und wobei die Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und die Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial in einem überlappenden Zustand angeordnet sind, um aufeinander zu zeigen, und wobei sowohl ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung (1P) mit positivem Potenzial des Leistungsmoduls (100) und der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial als auch ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung (1N) mit negativem Potenzial des Leistungsmoduls (100) und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial auf eine gebogene Weise verbunden sind.
  7. Leistungsumwandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend: eine Wärmesenke (70), an der alle aus dem zumindest einem Leistungsmodul (100), der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial angeordnet sind.
  8. Leistungsumwandlungseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend einen P-N-Kondensator (CPN) an einer inneren Umfangsseite der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der P-N-Kondensator mit der Sammelschiene (1PB) mit positivem Potenzial und der Sammelschiene (1NB) mit negativem Potenzial verbunden ist.
  9. Elektrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät, umfassend die Leistungsumwandlungseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 5 bis 8 und eine elektrische Rotationsmaschine auf eine integrierte Weise.
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