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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft im Wesentlichen einen Leistungskonverter, der mit Halbleitermodulen und Kühlrohren ausgestattet ist.
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Stand der Technik
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Typischerweise sind Umwandlungsvorrichtungen von elektrischer Leistung wie etwa Inverter oder Konverter, mit Halbleitermodulen ausgestattet, in denen Halbleitervorrichtungen installiert sind. Die Halbleitermodule sind für gewöhnlich ausgestaltet, dass diese eine Vielzahl von Leistungsanschlüssen und eine Vielzahl von Steuerungsanschlüssen aufweisen, die sich nach außerhalb eines Modulkörpers erstrecken. Die Leistungsanschlüsse sind mit einer Stromschiene verbunden. Die Steuerungsanschlüsse sind mit einer Steuerungsschaltungsplatine verbunden. Diese Anordnungen bilden eine elektrische Stromschleife mit den Leistungsanschlüssen sowie eine elektrische Stromschleife mit den Steuerungsanschlüssen.
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Die Stromschleife weist eine parasitäre Induktivität auf. Es ist daher wünschenswert, die Induktivität der Leistungsanschlüsse oder der Steuerungsanschlüsse zu reduzieren, um Schaltüberspannungen oder Schaltverluste in dem Halbleitermodul zu verringern.
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Die japanische Patenterstveröffentlichung Nummer
JP 2007-173372 A offenbart eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung, die mit Halbleitermodulen und zum Kühlen der Halbleitermodule fungierenden Kühlrohren ausgestattet ist. Jedes der Kühlrohre weist eine Zwischenplatte auf, die sich außerhalb des Kühlrohrs erstreckt, um die Effizienz des Reduzierens eines Temperaturanstiegs in der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung zu verbessern. Insbesondere weist jedes der Kühlrohre ein Paar von Außenhüllenplatten und eine Zwischenplatte, die zwischen den Außenhüllenplatten angebracht ist, auf. Die Zwischenplatte erstreckt sich nach außerhalb der Außenhüllenplatten.
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Die vorstehende Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung weist noch Raum für Verbesserungen auf, wie nachstehend erläutert ist.
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Die Zwischenplatte weist einen Abschnitt auf, der aus den Außenhüllenplatten nach außen herausragt und die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse in eine Richtung überlappt, in der die Halbleitermodule gestapelt sind (die ebenso nachstehend als Stapelvorrichtung bezeichnet wird). Der Vorsprung der Zwischenplatte dient zum Reduzieren der Induktivität der Leistungsanschlüsse oder der Steuerungsanschlüsse, sowie zum Minimieren eines Temperaturanstiegs in der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung. Insbesondere erzeugt eine Stromschleife, durch die ein elektrischer Strom durch die Leistungsanschlüsse fließt, einen magnetischen Fluss, der durch den Vorstand verläuft und sich mit der Zeit ändert, wodurch sich ein in dem Vorsprung fließender Wirbelstrom entwickelt. Der Wirbelstrom verläuft in eine Richtung, um den magnetischen Fluss aufzuheben, wodurch die Induktivität der Leistungsanschlüsse reduziert wird. Der gleiche nützliche Vorteil wird ebenso in einem Fall geboten, in dem der Vorsprung angebracht ist, um den Steuerungsanschlüssen gegenüberzustehen.
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Der Vorstand bzw. Vorsprung ist jedoch durch einen Abschnitt der Zwischenplatte gebildet, was zu einer Schwierigkeit des Platzierens des Vorsprungs näher an die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse führt, was zu einer unzureichenden Reduktion der Induktivität führen kann.
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Der größte Teil der Zwischenplatte ist innerhalb des Kühlrohrs angebracht. Die Zwischenplatte ist daher normalerweise aus einer dünnen Platte gebildet, was zu einer unzureichenden mechanischen Stärke des Vorsprungs der Zwischenplatte führen kann. Daher besteht das Risiko, dass der Vorsprung ungewünscht deformiert wird, wenn die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung produziert oder gewartet wird, was sich nachteilig auf die Produktion der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung auswirkt. Daher besteht immer noch Raum für Verbesserungen der Produktivität der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung.
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Wenn sich der Vorsprung in eine Richtung erstreckt, die sich von einer Richtung unterscheidet, in die sich die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse erstrecken, stellt dies nicht die Reduktion der Induktivität der Leistungsanschlüsse oder der Steuerungsanschlüsse sicher, und führt ebenso zu einem Faktor des Erhöhens der Größe der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Offenbarung, eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung bereitzustellen, die konzipiert ist, um eine Reduktion der Induktivität zu verbessern, die deren Produktivität zu verbessern, und eine Reduktion der Größe von dieser zu ermöglichen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung bereitgestellt, die aufweist: (a) ein Halbleitermodul (2), das einen Modulkörper (21), in dem eine Halbleitereinrichtung (20) installiert ist, eine Vielzahl von Leistungsanschlüssen (22, 22P, 22N, 22O), die sich von dem Modulkörper erstrecken, und eine Vielzahl von Steuerungsanschlüssen (23, 23G, 23E), die sich von dem Modulkörper erstrecken, umfasst, wobei der Modulkörper Hauptflächen aufweist; und (b) ein erstes und ein zweites Kühlrohr (3), die aufeinander durch das Halbleitermodul gestapelt sind und die Hauptflächen des Modulkörpers dazwischen hält.
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Die Leistungsanschlüsse erstrecken sich von dem Modulkörper in eine erste Richtung in die Höhe, die eine von Richtungen in die Höhe (Z) ist, die senkrecht zu einer Stapelrichtung (X) verläuft, in der das erste und das zweite Kühlrohr und das Halbleitermodul gestapelt sind.
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Die Steuerungsanschlüsse erstrecken sich von dem Modulkörper in eine zweite Richtung in der Höhe, die eine der Richtungen in der Höhe (Z) ist.
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Jedes des ersten und des zweiten Kühlrohrs umfasst eine erste und eine zweite Außenhüllenplatte, die elektrisch leitfähig ist, und die sich einander in der Stapelrichtung gegenüberstehen. Die erste und die zweite Außenhüllenplatten bilden einen Kühlmitteldurchflusspfad (3) zwischen diesen.
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Jede der ersten und der zweiten Außenhüllenplatten umfasst einen Durchflusspfaddefinitionsabschnitt (311), der den Kühlmitteldurchflusspfad definiert, und eine Durchflusspfadaußenumgebung (312), die einen Außenumfang des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts bildet, aus Sicht in der Stapelrichtung.
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Die Durchflusspfadaußenumgebung der ersten und / oder zweiten Außenhüllenplatten umfasst einen Außenhüllenvorsprung (32), der sich an einer der Seiten des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts in den Richtungen in der Höhe befindet.
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Der Außenhüllenvorsprung weist eine Vorsprungsabmessung (ha, hb) auf, die eine Distanz zwischen einer Außenkante des Außenhüllenvorsprungs und einer Außenkante des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts ist, die ausgewählt ist, um größer zu sein als eine Vorsprungsabmessung (k) eines umfangsseitigen Abschnitts (33) der Durchflusspfadaußenumgebung, die von dem Durchflusspfaddefinitionsabschnitt in einer Seitenrichtung (Y) senkrecht zu den Richtungen in der Höhe und der Stapelrichtung nach außen hervorsteht.
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Der Außenhüllenvorsprung ist platziert, um die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse in der Stapelrichtung zu überlappen. Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung ist, wie vorstehend beschrieben, konzipiert, um den Außenhüllenvorsprung aufzuweisen, der die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse in der Stapelrichtung X überlappt. Dies bewirkt den Außenhüllenvorsprung, einen Wirbelstrom zu entwickeln, wenn ein elektrischer Strom durch die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse fließt. Der Wirbelstrom dient zum Aufheben eines magnetischen Flusses, der aus einer Stromschleife des Wirbelstroms hervorgeht, wodurch ein Abfall der Induktivität der Leistungsanschlüsse und / oder der Steuerungsanschlüsse, die dem Außenhüllenvorsprung gegenüberliegen, entsteht. Der Außenhüllenvorsprung ist durch einen Abschnitt der Außenhüllenplatte gebildet. Dies ermöglicht, dass der Außenhüllenvorsprung nahe an den Leistungsanschlüssen oder den Steuerungsanschlüssen in der Stapelrichtung angebracht werden kann.
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Jede der ersten und der zweiten Außenhüllenplatte, die das Kühlrohr bildet, ist konzipiert, um eine relativ große Dicke aufzuweisen. Der Außenhüllenvorsprung, der aus einem Abschnitt der Außenhüllenplatte besteht, weist daher eine relativ große Dicke auf, wodurch eine gewünschte mechanische Stärke des Außenhüllenvorsprungs sichergestellt wird. Dies minimiert das Risiko einer ungewünschten Deformation des Außenhüllenvorsprungs, was die Produktivität der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung verbessert. Die Vorsprungsabmessung des Außenhüllenvorsprungs von dem Durchflusspfaddefinitionsabschnitt ist ausgewählt, um größer zu sein, als die Vorsprungsabmessung des umfangsseitigen Abschnitts. Dies minimiert die Abmessung des Kühlrohrs in der Seitenrichtung Y. Mit anderen Worten führt der Außenhüllenvorsprung nicht zu einem Anstieg der Abmessung des Kühlrohrs in der Seitenrichtung, wodurch begünstigt wird, dass die Größe der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung reduziert wird.
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Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich wird, ist die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung konzipiert, um die Induktivität der Leistungsanschlüsse oder der Steuerungsanschlüsse zu verringern, die Produktivität von dieser zu verbessern, und zu ermöglichen, dass deren Größe reduziert wird.
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Symbole in Klammern repräsentieren eine Korrespondenzbeziehung zwischen Ausdrücken in den Patentansprüchen und Ausdrücken, die in Ausführungsbeispielen beschrieben sind, die später beschrieben werden, sind jedoch nicht auf Teile eingeschränkt, auf die in dieser Offenbarung Bezug genommen wird.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger anhand der nachstehend bereitgestellten detaillierten Beschreibung und aus den anhängenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden, die jedoch nicht betrachtet werden sollten, die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele einzuschränken, sondern lediglich den Zweck der Erläuterung und des Verständnisses aufweisen.
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In den Zeichnungen gilt:
- 1 ist eine Teil-Seitenansicht, die eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 2 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul und einen Kühler im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 3 ist eine Draufsicht, die einen Stapel von Halbleitermodulen und Kühlrohren im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 4 ist eine Frontansicht, die ein Halbleitermodul und ein Kühlrohr im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 5 ist eine Frontansicht, die ein Halbleitermodul im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 6 ist eine Frontansicht, die ein Kühlrohr im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 7 ist eine perspektivische Sektionsansicht, die ein Kühlrohr im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das teilweise eine Schaltungsstruktur einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 9 ist eine erläuternde Ansicht, die Stromschleifen demonstriert, die in einem Halbleitermodul im ersten Ausführungsbeispiel erzeugt werden;
- 10 ist eine Frontansicht, die ein Halbleitermodul und ein Kühlrohr im zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das teilweise eine Schaltungsstruktur einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 12 ist eine Frontansicht, die ein Halbleitermodul und ein Kühlrohr im dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das teilweise eine Schaltungsstruktur einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 14 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 15 ist eine Frontansicht, die ein Halbleitermodul und ein Kühlrohr im vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 16 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im fünften Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 17 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im sechsten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 18 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung im siebten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 19 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine modifizierte Form einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung veranschaulicht; und
- 20 ist eine partielle Sektionsansicht, die eine modifizierte Form einer Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Nun wird mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Teile bezeichnen, insbesondere auf die 1 bis 9, eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 ist, wie in den 1 bis 3 veranschaulicht ist, mit den Halbleitermodulen 2 und einer Vielzahl von Kühlrohren (d.h. Kühlschläuchen) 3 ausgestattet sind, die gestapelt sind, um gegenüberliegende Hauptflächen von jedem der Halbleitermodule 2 zwischen diesen zu halten.
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Jedes der Halbleitermodule 2 ist, wie in den 2, 4 und 5 veranschaulicht ist, mit dem Modulkörper 21, in dem die Halbleitereinrichtung 20 installiert ist, einer Vielzahl von Leistungsanschlüssen 22, die von dem Modulkörper 21 hervorstehen, und einer Vielzahl von Steuerungsanschlüssen, die von dem Modulkörper 21 hervorstehen, ausgestattet.
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Die Leistungsanschlüsse 22 erstrecken sich von dem Modulkörper 21 in der gleichen von Richtungen in der Höhe Z der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1. Die Steuerungsanschlüsse 23 erstrecken sich von dem Modulkörper 21 in der gleichen der Richtungen in der Höhe Z.
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Die Richtungen in der Höhe Z sind Richtungen senkrecht zu einer Stapelrichtung X, die eine Richtung ist, in der die Kühlrohre 3 und die Halbleitermodule 2 gestapelt sind. Die Richtungen in der Höhe Z sind parallel zu Richtungen orientiert, in der die Leistungsanschlüsse 22 und die Steuerungsanschlüsse 23 von dem Modulkörper 21 herausragen (d.h. eine Längsrichtung der Leistungsanschlüsse 22 und der Steuerungsanschlüsse 23). Eine Richtung senkrecht zu sowohl der Stapelrichtung X als auch den Richtungen in der Höhe Z wird als eine Seitenrichtung Y bezeichnet. Die Seitenrichtung Y und die Richtungen in der Höhe Z sind lediglich zur Vereinfachung definiert und spezifizieren nicht eine Orientierung der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung. 1. Die Orientierung der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 kann abhängig von der Art deren Verwendung geändert werden.
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Jedes der Kühlrohre 3 ist, wie in den 2 und 7 veranschaulicht ist, mit einem Paar von Außenhüllenplatten 31 (die nachstehend ebenso als eine erste und eine zweite Außenhüllenplatte bezeichnet werden), die einander gegenüberliegen, mit anderen Worten einander in der Stapelrichtung X gegenüberstehen, ausgestattet, und bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material. Jedes der Kühlrohre 3 weist den Kühlmitteldurchflusspfad 30 zwischen den Außenhüllenplatten 31 auf. Jede der Außenhüllenplatten 31 ist, wie in den 2, 6 und 7 veranschaulicht ist, mit dem Durchflusspfaddefinitionsabschnitt 311 und der Durchflusspfadaußenumgebung 312 ausgestattet. Der Durchflusspfaddefinitionsabschnitt 311 definiert den Kühlmitteldurchflusspfad 30 zwischen den benachbarten Außenhüllenplatten 31. Die Durchflusspfadaußenumgebung 312 bildet einen Außenumfang des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311, betrachtet aus der Stapelrichtung X
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Die Durchflusspfadaußenumgebung 312 von zumindest einem des Paars von Außenhüllenplatten 31 kann konzipiert sein, um den Außenhüllenvorsprung 32 aufzuweisen, der sich in einer der Richtungen in der Höhe Z erstreckt oder hervorsteht. In diesem Ausführungsbeispiel weist jede der Außenhüllenplatten 31, wie klar in den 4 und 7 veranschaulicht ist, den Außenhüllenvorsprung 32 auf. Insbesondere weist die Außenhüllenplatte 31 die Außenhüllenvorsprünge 32 auf, die an Seiten des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 gebildet sind, die einander in der Richtung in der Höhe Z gegenüberstehen. Jedes Paar von Außenhüllenplatten 31 weist die Außenhüllenvorsprünge 32 auf, deren Hauptflächen einander in der Stapelrichtung X gegenüberstehen.
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Die Breiten ha und hb der Außenhüllenvorsprünge 32, die, wie in 6 gezeigt ist, Abmessungen oder Distanzen zwischen Außenkanten (d.h. Seitenkanten) des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 und Außenkanten (d.h. Seitenkanten) der Außenhüllenvorsprünge 32 (die ebenso nachstehend als Vorsprungsabmessung bezeichnet wird) in der Richtung in der Höhe Z sind, sind ausgewählt, um größer zu sein, als die Dicke d des Kühlrohrs 3, wie in der Stapelrichtung X in 2 definiert ist. Jede der Breiten ha und hb ist ebenso ausgewählt um größer zu sein, als die Breite k von jedem der umfangsseitigen Abschnitte 33 der Durchflusspfadaußenumgebung 312, wie in der Seitenrichtung Y definiert ist. Jeder der umfangsseitigen Abschnitte 33 ist ein Abschnitt der Durchflusspfadaußenumgebung 312, der sich zwischen Seitenkanten der Außenhüllenvorsprünge 32 erstreckt, und von dem Durchflusspfaddefinitionsabschnitt 311 in der Seitenrichtung Y nach außen hervorsteht. Mit anderen Worten ist die Breite k (die nachstehend ebenso als eine Vorsprungsabmessung bezeichnet wird) eine Abmessung des umfangsseitigen Abschnitts 33, d.h. eine Distanz zwischen dem Außenumfang des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 und der Außenkante von jedem der umfangsseitigen Abschnitte 33 in der Seitenrichtung Y. Jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 ist angebracht, um die Leistungsanschlüsse 22 oder die Steuerungsanschlüsse 23 in der Stapelrichtung X zu überlappen.
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Jedes der Halbleitermodul 2 ist konzipiert, um die Leistungsanschlüsse 22, die sich von einem Hauptkörper davon in einer der Richtungen in der Höhe Z erstrecken, und die Steuerungsanschlüsse 23, die sich von dem Hauptkörper in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in die sich die Leistungsanschlüsse 22 erstrecken, erstrecken, aufzuweisen. Jede der Außenhüllenplatten 31 weist die Außenhüllenvorsprünge 32 auf, die sich von diesen in entgegengesetzten Richtungen, d.h. den jeweiligen Richtungen in der Höhe Z erstrecken. Insbesondere umfassen die Außenhüllenvorsprünge 32 den Außenhüllenvorsprung 32a und den Außenhüllenvorsprung 32b (die nachstehend ebenso als erster und zweiter Außenhüllenvorsprung bezeichnet werden). Der Außenhüllenvorsprung 32a, der sich von einer der Seitenkanten von jeder der Außenhüllenplatten 31 in Richtung in Richtung der Leistungsanschlüsse 22 erstreckt, ist platziert, um physikalisch die Leistungsanschlüsse 22 in der Stapelrichtung X zu überlappen. Der Außenhüllenvorsprung 32b, der sich von der anderen Seitenkante von jeder der Außenhüllenplatte 31 in Richtung der Steuerungsanschlüsse 23 erstreckt, ist platziert, um physikalisch die Steuerungsanschlüsse 23 in der Stapelrichtung X zu überlappen.
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In dieser Offenbarung ist die Richtung, in der sich die Leistungsanschlüsse 22 von dem Modulkörper 21 von jedem der Halbleitermodule 2 in einer der Richtungen in der Höhe Z erstrecken, ebenso als eine obere Seite oder Aufwärtsrichtung bezeichnet, während eine Richtung entgegengesetzt zu einer solchen Richtung ebenso als eine untere Seite oder Abwärtsrichtung bezeichnet wird. Diese Richtungen werden jedoch lediglich zum Zwecke der Vereinfachung ungeachtet einer Orientierung der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1, wenn diese tatsächlich verwendet wird, verwendet.
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Die Breite ha von jedem der Außenhüllenvorsprünge 32a, mit anderen Worten, eine Distanz, um die sich der Außenhüllenvorsprung 32a in der Aufwärtsrichtung erstreckt, kann identisch oder unterschiedlich von der Höhe hb von jedem der Außenhüllenvorsprünge 32b, mit anderen Worten, eine Distanz, um die sich der Außenhüllenvorsprung 32b in der Abwärtsrichtung erstreckt, sein. Die Breite k von jedem der umfangsseitigen Abschnitte 33 ist kleiner als die Dicke d von jedem der Kühlrohre der Stapelrichtung X.
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Die Leistungsanschlüsse 22 von jedem der Halbleitermodule 2 sind, wie klar in den 3 bis 5 veranschaulicht ist, in der Seitenrichtung Y ausgerichtet. Gleichermaßen sind die Steuerungsanschlüsse 23 von jedem der Halbleitermodule 2 in der Seitenrichtung Y ausgerichtet. Die benachbarten Leistungsanschlüsse 22 sind weg voneinander in der Seitenrichtung Y angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich ein Leerraum oder eine Region zwischen jeden zwei benachbarten Leistungsanschlüssen 22 in der Seitenrichtung Y. Die Außenhüllenvorsprünge 32a liegen den Leerraumregionen in der Stapelrichtung X gegenüber. Mit anderen Worten erstreckt sich jeder der Außenhüllenvorsprünge 32a kontinuierlich in der Seitenrichtung Y, und überlappt all die Leistungsanschlüsse 22, die voneinander ausgerichtet in der Seitenrichtung Y beabstandet sind.
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Gleichermaßen erstreckt sich jeder der Außenhüllenvorsprünge 32b kontinuierlich in der Seitenrichtung Y, und überlappt all die Steuerungsanschlüsse 23, die voneinander ausgerichtet in der Seitenrichtung Y beabstandet sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 nicht in der Richtung in der Höhe Z von einer gesamten Länge von einem der Kühlrohre 3 in der Seitenrichtung Y, sondern erstreckt sich von einem Abschnitt der Länge des Kühlrohrs 3. Jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 kann alternativ konzipiert sein, um sich kontinuierlich entlang der gesamten Länge des Kühlrohrs 3 in der Seitenrichtung Y zu erstrecken. Jedes der Kühlrohre 3 ist, wie klar in den 2 und 7 veranschaulicht ist, mit der Zwischenplatte 34 ausgestattet, die zwischen den Außenhüllenplatten 31 davon zwischengeschoben ist. Die Zwischenplatte 34 wird an Endabschnitten davon durch die Durchflusspfadaußenumgebung 312 der Außenhüllenplatten 31 festgehalten. Die Zwischenplatte 34 weist Zwischenvorsprünge 341 auf, die die Außenhüllenvorsprünge 32 überlappen.
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Die Zwischenplatte 34 besteht aus einer flachen Platte mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen. Die Zwischenplatte 34 ist an den Hauptflächen von dieser durch die Außenhüllenplatte 31 zwischengeschoben und zusammen verschweißt. Die Zwischenplatte 34 und jede der Außenhüllenplatten 31 definieren den Kühlmitteldurchflusspfad 30 zwischen diesem Punkt. Die gewählten inneren Rippen 35 sind zwischen der Zwischenplatte 34 und den jeweiligen Außenhüllenplatten 31 angebracht.
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Die Außenhüllenplatten 31, die Zwischenplatte 34 und die inneren Rippen 35 bestehen jeweils aus einer metallischen Platte, wie etwa einer Aluminiumlegierungsplatte. Die Zwischenplatte 34 weist eine kleinere Dicke auf als die Außenhüllenplatten 31. Beispielsweise kann die Dicke der Zwischenplatte 34 ausgewählt sein, um kleiner oder gleich der Hälfte der Dicke der Außenhüllenplatten 31 zu sein. Die Dicke der inneren Rippen 35 ist ebenso kleiner als jene der Außenhüllenplatten 31. Die Dicke der inneren Rippen 35 kann ausgewählt sein, um kleiner oder gleich jener der Zwischenplatte 34 zu sein.
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Die Außenhüllenplatten 31, die Zwischenplatte 34 und die inneren Rippen 35 sind miteinander durch Löten oder Schweißen verbunden. Die Außenhüllenplatten 31 und die Zwischenplatte 34 sind miteinander an der Durchflusspfadaußenumgebung 312 verbunden. Jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 und einem entsprechenden der Zwischenvorsprünge 341 kann miteinander an gegenüberliegenden gesamten Flächen davon verbunden sein, oder können alternativ lediglich übereinanderliegen, ohne miteinander verbunden zu sein. Betrachtet in der Stapelrichtung X, erstreckt sich die Verbindung der Durchflusspfadaußenumgebung 312 zu der Zwischenplatte 34 kontinuierlich um einen gesamten Umfang des Kühlmitteldurchflusspfads 30.
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Der Kühlmitteldurchflusspfad 30 ist konzipiert, um ein Kühlmedium aufzuweisen, wie etwa Wasser, das durch diesen fließt. Das Kühlmedium kann alternativ ein natürliches Kühlmedium sein, wie etwas Ammoniak, Wasser, mit dem ein Ethylenglykolfrostschutzfluid gemischt ist, ein Fluorkohlenwasserstoffkühlmedium, wie etwa Fluorinert, ein Fluorkohlenwasserstoffkühlmedium, wie etwa HCFC-123 oder HFC-134a, ein alkoholisches Kühlmedium, wie etwa Methanol oder Alkohol oder ein ketonbasiertes Kühlmedium, wie etwa Aceton, sein.
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Der Isolator 11 ist, wie klar in den 1 und 2 veranschaulicht ist, zwischen jedem der Kühlrohre 3 und dem Halbleitermodul 2 angebracht. Der Isolator 11 besteht aus einer keramischen Platte, die eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist. Der Isolator 11 und das Kühlrohr sind an jeder von gegenüberliegenden Hauptflächen des Halbleitermoduls 2 (d.h. gegenüberliegenden Hauptflächen des Modulkörpers 21) gestapelt. Mit anderen Worten halten die zwei benachbarten Kühlrohre 3 (die nachstehend ebenso als erstes und zweites Kühlrohr bezeichnet werden) die Hauptflächen des Modulkörpers 21 von jedem der Halbleitermodule 2 dazwischen durch die Isolatoren 11. Die Isolatoren 11 können weggelassen werden. Das Halbleitermodul 2 weist Wärmeabstrahlungsplatten 24, die zu den Hauptflächen davon freigelegt sind, auf. Die Isolatoren 11 sind durch Fett, nicht gezeigt, in Kontakt mit den Hauptflächen des Halbleitermoduls 2, zu denen die Wärmeabstrahlungsplatten 24 freigelegt sind, montiert. Das Kühlrohr 3 ist in Kontakt mit jedem der Isolatoren 11 über Fett, nicht gezeigt, angeordnet.
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Das Halbleitermodul 2 ist weiterhin, wie klar in 3 veranschaulicht ist, über den Isolator 11 auf der vorstehenden Baugruppe des Halbleiters 2 und der Isolatoren 11 gestapelt. Insbesondere sind die Kühlrohre 3, die Halbleitermodule 2 und die Isolatoren 11 (in 3 nicht gezeigt) abwechselnd in die in 3 gezeigte Form gestapelt. In 3 sind Zweck der Vereinfachung der Veranschaulichung die Isolatoren weggelassen. Die Kühlrohre 3, die benachbart zueinander in der Stapelrichtung X angebracht sind, sind, wie klar in 3 veranschaulicht ist, miteinander unter Verwendung der Verbindungsrohre 301 an Enden davon beabstandet voneinander in der Seitenrichtung Y verbunden. Jedes der Verbindungsrohre 301 verbindet die Kühlmitteldurchflusspfade 30 der benachbarten Kühlrohre 3 fluidtechnisch.
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Die Kühlrohre 3 sind, wie vorstehend beschrieben, in der Form einer in 3 gezeigten Kühlrohrbaugruppe gestapelt. Die Kühlrohrbaugruppe weist Enden auf, die einander in der Stapelrichtung X gegenüberstehen. Das Kühlrohr 3, das an einem der Enden der Kühlrohrbaugruppe angeordnet ist, weist den Kühlmediumeinlass 302 und den Kühlmediumauslass 303 auf. Die Kühlrohre 3 sind physikalisch parallel zueinander angeordnet, und miteinander auf diese Weise verbunden, um den Kühler 300 zu bilden, in dem jedes der Halbleitermodule 2 zwischen jeweiligen benachbarten zwei der Kühlrohre angebracht ist.
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Die Leistungsanschlüsse 22 der Halbleitermodule 2, wie in den 1, 2 und 4 veranschaulicht ist, ragen oberhalb der Kühlrohre 3 in der Richtung in der Höhe Z hervor, und sind mit den oberhalb der Kühlrohre 3 angebrachten Stromschienen 13 verbunden. Die Steuerungsanschlüsse 23 ragen unterhalb der Kühlrohre 3 in der Richtung in der Höhe Z hervor, und sind mit der unterhalb der Kühlrohre 3 montierten Schaltungssteuerungsplatine 12 verbunden. Die Steuerungsschaltungsplatine 12, wie in 1 zu sehen ist, weist eine Hauptfläche auf, die orientiert ist, um eine Normallinie aufzuweisen, die sich in der Richtung in der Höhe Z erstreckt. In der Steuerungsschaltungsplatine 12 sind Durchgangslöcher ausgebildet, in die die Steuerungsanschlüsse 23 eingebracht werden, und anschließend beispielsweise unter Verwendung von Löten mit der Steuerungsschaltungsplatine 12 verbunden werden.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 kann als ein Inverter verwendet werden, der eine Leistungswandlung zwischen einer DC-Energieversorgung und einer dreiphasigen elektrischen Rotationmaschine durchführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind in dem Halbleitermodul 2 zwei Schalteinrichtungen angebracht, die, wie in 8 veranschaulicht ist, als eine Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und einer Schalteinrichtung des unteren Arms 2d, die in Reihe verbunden sind, fungieren.
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8 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die Glättungskapazität 14, das Halbleitermodul 2 und die Spule 15 für jede Phase der elektrischen Rotationmaschine demonstriert. Die Glättungskapazität 14 ist zwischen der Stromschiene mit hohem Potential 13P und der Stromschiene mit niedrigem Potential 13N verbunden. Die Spule 15 ist mit dem Halbleitermodul 2 verbunden. Die Kapazität Cge, die in 8 angegeben ist, repräsentiert eine parasitäre Kapazität von jeder der Schalteinrichtungen 2.
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Die Schalteinrichtungen 2u und 2d von jedem der Halbleitermodule 2 bestehen aus einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate). Jede der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d weist eine Freilaufdiode auf, die invers / parallel mit diesem verbunden ist. Eine Verbindung zwischen der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d ist mit einer von Elektroden der elektrischen Rotationmaschine verbunden. Die Schalteinrichtungen 2u und 2d können abwechselnd durch einen MOSFET (d.h. Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) implementiert sein.
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Jedes der Halbleitermodule 2 ist, wie in 5 veranschaulicht ist, mit drei Leistungsanschlüsse 22P, 22N und 22O, die ebenso allgemein mit Bezugszeichen 22 versehen sind, ausgestattet. Der Leistungsanschluss 22P ist, wie in 8 gezeigt ist, elektrisch mit einem Kollektor der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u verbunden. Der Leistungsanschluss 22N ist elektrisch mit einem Emitter der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d verbunden. Der Leistungsanschluss 22O ist elektrisch mit dem Emitter der Schalteinrichtung des oberen Arm 2u und dem Kollektor der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d verbunden. Der Leistungsanschluss 22P ist elektrisch mit der Stromschiene mit hohem Potential 13P, die zu dem positiven Anschluss der DC-Energieversorgung führt, verbunden. Der Leistungsanschluss 22N ist elektrisch mit der Stromschiene mit niedrigem Potential 13N verbunden, der zu dem negativen Anschluss der DC-Energieversorgung führt. Der Leistungsanschluss 22O ist elektrisch mit der Ausgabestromschiene 13O, die zu der elektrischen Rotationmaschine führt, verbunden.
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Das Halbleitermodul 2 ist mit den Steuerungsanschlüsse 23 für die Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und den Steuerungsanschlüssen 23 für die Schalteinrichtung des unteren Arms 2d ausgestattet. Insbesondere umfassen die Steuerungsanschlüsse 23 Steuerungsanschlüsse 23G, die mit den Gates der Schalteinrichtungen 2u und 2d verbunden sind, sowie Steuerungsanschlüsse 23E, die mit den Emittern der Schalteinrichtungen 2u und 2d verbunden sind.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 fungiert, um selektiv die Schalteinrichtungen 2u und 2d ein- oder auszuschalten, um eine Leistungswandlung zu erlangen. Dies bewirkt, dass ein gesteuerter Strom in einer geschlossenen Schleife geändert wird, wie in 8 veranschaulicht ist, die aus der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d, die in Reihe verbunden sind, und der Glättungskapazität 14 besteht. Es ist daher wünschenswert, die Induktivität in der geschlossenen Schleife zu verringern.
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Insbesondere fließt eine Wechselstromkomponente I1 des in der geschlossenen Schleife schwankenden gesteuerten Stroms, wie in 8 gezeigt ist, in entgegengesetzten Richtungen in den Leistungsanschluss 22P und den Leistungsanschluss 22N. Dies bildet, wie in 9 veranschaulicht ist, eine Stromschleife i1 mit dem Leistungsanschluss 22P und dem Leistungsanschluss 22N, die benachbart zueinander angeordnet sind.
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Die Stromschleife i1 erzeugt einen magnetischen Fluss in der Stapelrichtung X. Der Außenhüllenvorsprung 32, wie vorstehend beschrieben, liegt den Leistungsanschlüssen 22P und den Leistungsanschlüssen 22N gegenüber, wodurch sich ein Wirbelstrom in dem Außenhüllenvorsprung 32 entwickelt, um den durch die Stromschleife i1 produzierten magnetischen Fluss aufzuheben, was zu einem Abfall der Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 führt.
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Gleichermaßen fließen Ströme I2, wie klar in 8 veranschaulicht ist, von den Gates zu den Emittern der jeweiligen Schalteinrichtungen 2u und 2d durch die Steuerungsanschlüsse 23. Mit anderen Worten fließt der Strom von dem Steuerungsanschluss 23G in das Halbleitermodul 2, und tritt aus dem Steuerungsanschluss 23E heraus. Dies erzeugt, wie in 9 veranschaulicht ist, die Stromschleifen i2 durch die Steuerungsanschlüsse 23. Die Außenhüllenvorsprünge 32 sind, wie vorstehend beschrieben, angeordnet, um den Steuerungsanschlüssen 23 gegenüberzustehen, wodurch ein Wirbelstrom erzeugt wird, wie in den Außenhüllenvorsprüngen 32 erzeugt wird, um magnetische Flüsse aufzuheben, die durch die Stromschleifen i2 in den Steuerungsanschlüssen 23 entwickelt sind, was zu einem Abfall der Induktivität der Steuerungsanschlüsse 23 führt.
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Nützliche Vorteile, die durch das vorstehende Ausführungsbeispiel bereitgestellt werden, werden nachstehend beschrieben.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 ist, wie vorstehend beschrieben, konzipiert, um die Außenhüllenvorsprünge 32 aufzuweisen, die die Leistungsanschlüsse 22 und die Steuerungsanschlüsse 23 in der Stapelrichtung X überlappen. Dies, wie bereits erläutert wurde, bewirkt die Außenhüllenvorsprünge 32, Wirbelströme zu entwickeln, wenn der Strom durch die Leistungsanschlüsse 22 und die Steuerungsanschlüsse 23 fließt. Die Wirbelströme dienen zum Aufheben der magnetischen Flüsse, die von den Stromschleifen herrühren, was zu einem Abfall der Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und der Steuerungsanschlüsse 23, die den Außenhüllenvorsprüngen 32 gegenüberstehen, führt.
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Die Außenhüllenvorsprünge 32 sind durch Abschnitte der Außenhüllenplatten 31 von jedem der Kühlrohre 3 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Außenhüllenvorsprünge 32 nahe an die Leistungsanschlüsse 22 und die Steuerungsanschlüsse 23 in der Stapelrichtung X angeordnet. Jede der Außenhüllenplatten 31, die das Kühlrohr 3 bilden, ist konzipiert, eine relativ große Dicke aufzuweisen. Die Außenhüllenvorsprünge 32, die aus den Außenhüllenplatten 31 bestehen, weisen daher eine relativ große Dicke auf, was eine gewünschte mechanische Stärke der Außenhüllenvorsprünge 32 sicherstellt. Dies minimiert ein Risiko einer ungewünschten Deformation der Außenhüllenvorsprünge 32, was die Produktivität der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 verbessert.
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Die Breiten ha und hb der Außenhüllenvorsprünge 32, die, wie in 2 gezeigt ist, Abmessungen und Distanzen zwischen Außenseitenwänden des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 und Außenkanten der Außenhüllenvorsprünge 32 sind, werden, wie vorstehend beschrieben, ausgewählt, um größer zu sein, als die Breite k von jedem der umfangsseitigen Abschnitte 33 der Durchflusspfadaußenumgebung 312. Dies minimiert die Abmessung der Kühlrohre 3 in der Seitenrichtung Y. Mit anderen Worten führen die Außenhüllenvorsprünge 32 nicht zu einem Anstieg der Abmessung der Kühlrohre 3 in der Seitenrichtung Y, wodurch begünstigt wird, dass die Größe der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 reduziert wird.
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Die Außenhüllenplatte 31 weist die Außenhüllenvorsprünge 32 auf, die sich beide in den gegenüberliegenden Richtungen in der Höhe Z erstrecken. Der obere Außenhüllenvorsprung 32a ist platziert, um die Leistungsanschlüsse 22 in der Stapelrichtung X zu überlappen, während der untere Außenhüllenvorsprung 32b platziert ist, um die Steuerungsanschlüsse 23 in der Stapelrichtung X zu überlappen.
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Die Außenhüllenplatten 31, die ein Paar bilden, sind jeweils mit den Außenhüllenvorsprüngen 32 ausgestattet, deren Hauptflächen einander in der Stapelrichtung X gegenüberstehen. Dies ermöglicht, dass jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 der Kühlrohre 3 nahe an den Leistungsanschlüssen 22 oder den Steuerungsanschlüssen 23 an jeder Seite der Halbleitermodule 2 in der Stapelrichtung X anzuordnen ist.
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Jedes der Kühlrohre 3 ist mit der Zwischenplatte 34 ausgestattet, die fest zwischen den Durchflusspfadaußenumgebungen 312 des Paars der Außenhüllenplatten 31 gehalten wird, wodurch die Kühlfähigkeit des Kühlrohrs 3 verbessert wird und die mechanische Stärke des Kühlrohrs 3 erhöht wird.
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Die Zwischenplatte 34 ist mit den Zwischenvorsprüngen 341 ausgestattet, deren Hauptflächen an den Außenhüllenvorsprüngen 32 platziert sind oder diese überlappen, wodurch die mechanische Stärke der Außenhüllenvorsprünge 32 gestärkt wird.
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Die Breiten ha und hb der Außenhüllenvorsprünge 32 sind größer als die Dicke d des Kühlrohrs 3 in der Stapelrichtung X. Dies erhöht die Fähigkeit, dass die Außenhüllenvorsprünge 32 die Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und der Steuerungsanschlüsse 23 verringern.
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Die Breite k von jedem der umfangsseitigen Abschnitte 33 der Durchflusspfadaußenumgebung 312 ist kleiner als die Dicke d des Kühlrohrs 3, wodurch ermöglicht wird, dass die Abmessung des Kühlrohrs 3 in der Seitenrichtung Y verringert wird. Dies begünstigt, dass die Größe der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 verringert wird.
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Wie anhand der vorstehenden Diskussion ersichtlich wird, ist die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 konzipiert, um die Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und / oder der Steuerungsanschlüsse 23 zu verringern, die Produktivität von dieser zu verbessern, und zu ermöglichen, dass deren Größe reduziert wird.
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ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die 10 und 11 veranschaulichen die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem jedes der Halbleitermodule 2 eine darin installierte einzelne Schalteinrichtung aufweist.
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Das Halbleitermodul 2 ist mit zwei Leistungsanschlüssen 22 ausgestattet. Einige der Halbleitermodule 2 der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 weisen die Schalteinrichtung des oberen Arms 2u, die darin installiert ist, auf, während die anderen Halbleitermodule 2 jeweils die Schalteinrichtung des unteren Arms 2d darin installiert haben.
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Jedes der Halbleitermodule 2, in dem die Schalteinrichtungen des oberen Arms 2u installiert sind, ist mit den Leistungsanschlüssen 22 ausgestattet, die den Leistungsanschluss 22P und den Leistungsanschluss 22O aufweisen. Der Leistungsanschluss 22P ist mit der Stromschiene mit hohem Potential 13P verbunden. Der Leistungsanschluss 22O ist mit der Ausgabestromschiene 13O verbunden. Jedes der Halbleitermodule 2, in denen die Schalteinrichtungen des unteren Arms 2d installiert sind, ist mit den Leistungsanschlüssen 22 ausgestattet, die einen Leistungsanschluss (nicht gezeigt), der mit der Stromschiene mit niedrigem Potential 13N verbunden ist, und einem Leistungsanschluss (nicht gezeigt) der mit der Ausgabestromschiene 13O verbunden ist, umfassen. Die Halbleitermodule 2 weisen alle im Wesentlichen die gleiche Struktur auf.
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Die Reduktion der Induktivität, die durch die Halbleitermodule 2 mit der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u erlangt wird, wird nachstehend beschrieben. Nun, unter der Annahme, wie im ersten Ausführungsbeispiel, einer Wechselstromkomponente I1 eines gesteuerten Stroms, der in einer geschlossenen Schleife schwankt, wie in 11 veranschaulicht ist, die aus der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u, der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d, die in Reihe mit der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u verbunden ist, und der Glättungskapazität 14 besteht. Die Wechselstromkomponente I1 tritt in das Halbleitermodul des oberen Arms 2 an den Leistungsanschluss 22P ein, und verlässt dieses am Leistungsanschluss 22O. Die Wechselstromkomponente I1 fließt in wechselseitigen gegenüberliegenden Richtungen in den Leistungsanschluss 22P und den Leistungsanschluss 22O, die benachbart zueinander angeordnet sind. Dies, wie in 10 demonstriert ist, erzeugt eine Stromschleife i1 mit den Leistungsanschlüssen 22P und 22O.
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Der Außenhüllenvorsprung 32a ist orientiert, um die Leistungsanschlüsse 22P und 22O in der Stapelrichtung X zu überlappen. Dies bewirkt, dass ein Wirbelstrom in dem Außenhüllenvorsprung 32a erzeugt wird, um einen magnetischen Fluss, der sich in der Stromschleife i1 entwickelt hat, aufzuheben, was zu einem Abfall der Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 führt.
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Gleichermaßen erzeugt das Halbleitermodul 2 mit der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d eine Stromschleife i2 mit den zwei Leistungsanschlüssen 22. Der Außenhüllenvorsprung 32b fungiert auf die gleiche Weise wie der Außenhüllenvorsprung 32a, um die Induktivität der Steuerungsanschlüsse 23 zu reduzieren.
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Weitere Anordnungen sind identisch mit denen im ersten Ausführungsbeispiel, und eine detaillierte Erläuterung von diesem wird hier weggelassen. Im zweiten und in folgenden Ausführungsbeispielen beziehen sich gleiche Bezugszeichen, die im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet wurden, auf die gleichen Teile, wenn dies nicht anderweitig angegeben ist.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels, wie im ersten Ausführungsbeispiel, weist die Fähigkeit auf, die Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und / oder der Steuerungsanschlüsse 23 zu reduzieren, und stellt ebenso im Wesentlichen die nützlichen Vorteile wie im ersten Ausführungsbeispiel bereit.
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DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die 12 und 13 veranschaulichen die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des dritten Ausführungsbeispiels, indem jedes der Halbleitermodule 2 eine darin installierte einzelne Schalteinrichtung aufweist, und alle beide Halbleitermodule 2 benachbart zueinander in der Seitenrichtung Y angeordnet sind.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 weist ebenso die Kühlrohre 3 auf, wobei jeweils zwei davon die zwei Halbleitermodule 2 in der Stapelrichtung X halten, die benachbart zueinander in der Seitenrichtung Y angebracht sind.
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Zwei der Halbleitermodule 2, die jeweils benachbart zueinander in der Seitenrichtung Y angeordnet sind, weisen die Schalteinrichtung des oberen Arms 2u und die Schalteinrichtung des unteren Arms 2d auf, die in Reihe verbunden sind. Die benachbarten Halbleitermodule 2 sind angeordnet, um die Leistungsanschlüsse 22O aufzuweisen, die mit der Ausgabestromschiene 13O verbunden sind und nahe zueinander in der Seitenrichtung Y angebracht sind. Jeder der zu der Stromschiene mit hohem Potenzial 13P führende Leistungsanschluss 22P und der zu der Stromschiene mit niedrigem Potenzial 13N führende Leistungsanschluss 22N befindet sich außerhalb einem der Leistungsanschlüsse 22O. Mit anderen Worten sind die Leistungsanschlüsse 22O, 22P und 22N in der Seitenrichtung Y ausgerichtet.
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Es sei angenommen, wie im ersten Ausführungsbeispiel, dass eine Wechselstromkomponente I1 eines gesteuerten Stroms in einer geschlossenen Schleife schwankt, wie in 13 veranschaulicht ist, die aus der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u, der Schalteinrichtung des unteren Arms 2d, die in Reihe mit der Schalteinrichtung des oberen Arms 2u verbunden ist, und der Glättungskapazität 14 besteht. Die Wechselstromkomponente I1 fließt aus dem Leistungsanschluss 22P des Halbleitermoduls des oberen Arms 2, und tritt anschließend in den Leistungsanschluss 22O des Halbleitermoduls des oberen Arms 2 ein. Anschließend fließt die Wechselstromkomponente I1 aus dem Leistungsanschluss 22O des Halbleitermoduls des unteren Arms 2 heraus, und tritt anschließend in den Leistungsanschluss 22N des Halbleitermoduls des unteren Arms 2 ein. Daher fließt die Wechselstromkomponente I1 in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen in den Leistungsanschluss 22P und den Leistungsanschluss 22O des Halbleitermoduls des oberen Arms 2. Gleichermaßen fließt die Wechselstromkomponente I1 in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen in den Leistungsanschluss 22O des Halbleitermoduls des oberen Arms 2 und den Leistungsanschluss 22O des Halbleitermoduls des unteren Arms 2. Weiterhin fließt die Wechselstromkomponente I1 in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen in den Leistungsanschluss 22O und den Leistungsanschluss 22N des Halbleitermoduls des unteren Arms 2. Dies, wie klar in 12 veranschaulicht ist, erzeugt Stromschleifen i11, i12 und i13, die jeweils die benachbarten Leistungsanschlüsse 22 umfassen.
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Der Außenhüllenvorsprung 32 ist angeordnet, um alle der vier Leistungsanschlüsse 22 in der Stapelrichtung X zu überlappen. Der Wirbelstrom wird daher in dem Außenhüllenvorsprung 32 erzeugt, um die durch die Stromschleifen i11, i12 und i13 entwickelten magnetischen Flüsse aufzuheben, wodurch die Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 verringert wird.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des dritten Ausführungsbeispiels, wie im ersten Ausführungsbeispiel, weist die Fähigkeit auf, die Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und / oder der Steuerungsanschlüsse 23 zu reduzieren, und stellt ebenso im Wesentlichen die nützlichen Vorteile wie im ersten Ausführungsbeispiel bereit.
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VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die 14 und 15 veranschaulichen die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, in dem jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 einen Abschnitt 321 aufweist, der in Richtung von einem der Halbleitermodule 2 in der Stapelrichtung X gewölbt ist. Aus Sicht der Stapelrichtung X, überlappt jeder der Wölbungsabschnitte 321 die Leistungsanschlüsse 22 oder der Steuerungsanschlüsse 23.
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Der Wölbungsabschnitt 321 ist an jedem der Außenhüllenvorsprünge 32a, der sich von der Außenhüllenplatte 31 nach oben erstreckt, und dem Außenhüllenvorsprung 32b, der sich von der Außenhüllenplatte 31 nach unten erstreckt, ausgebildet. Die Wölbungsabschnitte 321 sind ebenso an zwei der Außenhüllenvorsprünge von jedem der Kühlrohre 3, die einander in der Stapelrichtung X überlappen, ausgebildet. Die Wölbungsabschnitte 321 von jeweils zwei der Außenhüllenvorsprünge 32, die einander in der Stapelrichtung X überlappen, sind aus Sicht der Zwischenplatte 34 in entgegengesetzte Richtungen gewölbt. Mit anderen Worten steigen die Wölbungsabschnitte 321 jedes Paars der Außenhüllenvorsprünge 32 in Richtung der zwei benachbart zueinander angebrachten Halbleitermodule 2 über das Kühlrohr 3 in der Stapelrichtung X an.
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Jeder der Wölbungsabschnitte 321 umfasst die flache Wand 322, die sich senkrecht zu der Stapelrichtung X erstreckt. Jede der flachen Wände 322 liegt den Leistungsanschlüssen 22 oder den Steuerungsanschlüssen 23 in der Stapelrichtung X gegenüber oder überlappt diese.
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Jeder der Zwischenvorsprünge 341 der Zwischenplatte 34 ist, wie in 14 ersichtlich ist, zwischen zwei der Wölbungsabschnitte 321, die einander in der Stapelrichtung X überlappen, angebracht. Ein Leerraum (d.h. eine Luftkammer) ist zwischen dem Wölbungsabschnitt 321 und dem Zwischenvorsprung 341 gebildet. Der Leerraum ist fluidtechnisch von dem Kühlmitteldurchflusspfad 30 isoliert, so dass kein Kühlmedium in den Leerraum fließt.
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Eine Verbindung von jeder der Außenhüllenplatten 31 und der Zwischenplatte 34 erstreckt sich kontinuierlich zwischen dem Durchflusspfaddefinitionsabschnitt 311 und dem Wölbungsabschnitt 321. Jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 weist ein Ende auf, das außerhalb des Wölbungsabschnitts 321 in der Richtung in der Höhe Z ausgebildet ist und in Kontakt mit der Fläche des Zwischenvorsprungs 341 platziert ist. Das Ende des Außenhüllenvorsprungs 32 muss nicht direkt mit dem Zwischenvorsprung 341 verbunden sein, und kann alternativ entfernt von dem Zwischenvorsprung 341 angebracht sein.
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Jeder der Wölbungsabschnitte 321 ist konzipiert, um nicht jenseits des Isolators 11 in Richtung des Halbleitermoduls 2 in der Stapelrichtung X hervorzustehen. Mit anderen Worten ist jeder der Außenhüllenvorsprünge 32 bündig mit der Fläche des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311, der dem Halbleitermodul 2 in der Stapelrichtung X gegenübersteht, das heißt, ausgerichtet mit der Fläche des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 in der Richtung in der Höhe Z, oder ist weiter weg von dem Halbleitermodul 2 angebracht als die Fläche des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311. Um dies auf eine andere Weise zu erläutern, ist der Außenhüllenvorsprung 32 ausgebildet, um nicht jenseits des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 näher an dem Halbleitermodul 2 in der Stapelrichtung X zu liegen.
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Weitere Anordnungen sind identisch mit jenem im ersten Ausführungsbeispiel.
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Der Außenhüllenvorsprung 32 im vierten Ausführungsbeispiel, wie vorstehend beschrieben, weist die Wölbungsabschnitte 321 auf, so dass sich der Außenhüllenvorsprung 32 näher an den Leistungsanschlüssen 22 oder den Steuerungsanschlüssen 23 befindet, als in den vorstehenden Ausführungsbeispielen. Dies erhöht die Reduktion der Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 und der Steuerungsanschlüsse 23.
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Der Außenhüllenvorsprung 32, wie vorstehend beschrieben, ist bündig mit der Fläche des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311, der dem Halbleitermodul 2 in der Stapelrichtung X gegenübersteht, oder ist weiter weg von dem Halbleitermodul 2 angebracht als von der Fläche des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts 311 in der Stapelrichtung X, wodurch ein erforderliches Isolationsausmaß zwischen dem Außenhüllenvorsprung 32 und den Leistungsanschlüssen 32 oder den Steuerungsanschlüssen 23 sichergestellt wird.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des vierten Ausführungsbeispiels stellt ebenso im Wesentlichen die nützlichen Vorteile wie im ersten Ausführungsbeispiel auf.
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FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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16 veranschaulicht die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, in dem jede der Außenhüllenplatten 31 nur den oberen Außenhüllenvorsprung 32 aufweist. Mit anderen Worten ist die Außenhüllenplatte 31 nur mit dem Außenhüllenvorsprung 32 ausgestattet, der die Leistungsanschlüsse 22 in der Stapelrichtung X gegenübersteht, weist jedoch nicht den Außenhüllenvorsprung 32 auf, der den Steuerungsanschlüssen 23 gegenübersteht.
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Andere Anordnungen sind identisch jenen im ersten Ausführungsbeispiel, und eine detaillierte Erläuterung von diesen wird hier weggelassen.
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Die Außenhüllenplatte 31 ist nur mit dem oberen Außenhüllenvorsprung 32 in der Richtung in der Höhe Z ausgestattet, wodurch begünstigt wird, dass die Größe oder das Gewicht der Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 reduziert wird. Der Außenhüllenvorsprung 32 ist platziert, um den Leistungsanschlüssen 22, durch die ein größerer elektrischer Strom fließt, zu überlappen, wodurch die durch die Reduktion der Induktivität der Leistungsanschlüsse 22 erlangten vorteilhaften Effekte sichergestellt werden.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des fünften Ausführungsbeispiels bietet ebenso im Wesentlichen die nützlichen vorteilhaften wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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17 veranschaulicht die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, in dem nur eine der zwei Außenhüllenplatten 31 von jedem der Kühlrohre 3 den Außenhüllenvorsprung 32 aufweist.
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Eine des Paars der Außenhüllenplatten 31 von jedem der Kühlrohre 3 ist konzipiert, um den Außenhüllenvorsprung 32 nicht aufzuweisen. Insbesondere weist in einem (das nachstehend ebenso als ein erstes Kühlrohr bezeichnet wird) der zwei benachbarten Kühlrohre 3, zwischen dem jeweils ein Halbleitermodul 2 gehalten wird (d.h. das rechte der Kühlrohre 3 in dem Beispiel von 17), eine der Außenhüllenplatten 31 (d.h. die linke der Außenhüllenplatten 31 in 17), die sich näher am Halbleitermodul 2 befindet, den Außenhüllenvorsprung 32 auf. Mit anderen Worten weist von den Außenhüllenplatten 31 von jeweils zwei der Kühlrohre 3, die benachbart zueinander durch eines (das nachstehend ebenso als ein erstes Halbleitermodul bezeichnet wird) der Halbleitermodule 2 angebracht sind, eine (die ebenso nachstehend als eine erste Außenhüllenplatte oder eine innere Außenhüllenplatte bezeichnet wird), die sich näher an dem Halbleitermodul 2 befindet, den Außenhüllenvorsprung 32 auf.
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Mit anderen Worten weist von den Außenhüllenplatten 31 von einem (d.h. dem linken der Kühlrohre 3 in 17 das ebenso nachstehend als ein zweites Kühlrohr bezeichnet wird) der Kühlrohre 3, eines (das nachstehend ebenso als eine zweite Außenhülle oder eine äußere Außenhüllenplatte bezeichnet wird), die sich weiter weg von dem ersten Halbleitermodul 2 befindet, den Außenhüllenvorsprung 32 auf. Jede der Zwischenplatten 34 ist geformt, um den Zwischenvorsprung 341 nicht aufzuweisen, was in 16 veranschaulicht ist.
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Weitere Anordnungen sind identisch mit jenem im ersten Ausführungsbeispiel, und eine detaillierte Erläuterung von diesen wird hier weggelassen.
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Die Konfiguration der Kühlrohre 3 dieses Ausführungsbeispiels reduziert das Gewicht oder die Kosten von Material der Kühlrohre 3.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des sechsten Ausführungsbeispiels bietet im Wesentlichen die nützlichen Vorteile wie in dem fünften Ausführungsbeispiel.
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SIEBTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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18 veranschaulicht die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel, das eine Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels in 16 ist, und in dem jede der Zwischenplatten 34 geformt ist, den Zwischenvorsprung 341 nicht aufzuweisen.
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Die zwei Außenhüllenplatten 31 von jedem der Kühlrohre 3 weisen beide den oberen Außenhüllenvorsprung 32 auf. Die Zwischenplatte 34 weist jedoch nicht den Zwischenvorsprung 341 auf. Die Außenhüllenplatten 31 von jedem der Kühlrohre 3 sind platziert, um einander in der Stapelrichtung X über einen Luftspalt äquivalent der Dicke der Zwischenplatte 34 gegenüber zu stehen oder zu überlappen.
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Weitere Anordnungen sind identisch mit jenem im fünften Ausführungsbeispiel, und eine detaillierte Erläuterung von diesem wird hier weggelassen.
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Das Fehlen der Zwischenvorsprünge in den Kühlrohren 3 dieses Ausführungsbeispiels reduziert das Gewicht oder die Kosten von Material der Kühlrohre 3.
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Die Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung 1 des siebten Ausführungsbeispiels bietet ebenso im Wesentlichen die nützlichen Vorteile wie im fünften Ausführungsbeispiel.
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Während die vorliegende Erfindung bezüglich den bevorzugten Ausführungsbeispielen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis von dieser zu begünstigen, sollte verstanden sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verkörpert werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung verstanden sein, alle möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen zu den gezeigten Ausführungsbeispielen zu umfassen, die verkörpert werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung, das in den anhängenden Patentansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.
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Zum Beispiel kann jedes der Kühlrohre 3 konzipiert sein, die Zwischenplatte 34 nicht aufzuweisen.
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Die Außenhüllenvorsprünge 32 von jedem der Kühlrohre 3 in dem in 14 veranschaulichten vierten Ausführungsbeispiel sind mit den Wölbungsabschnitten 321 ausgestattet, die einander in der Stapelrichtung X überlappen, jedoch kann nur einer der Außenhüllenvorsprünge 32 konzipiert sein, wie in 19 veranschaulicht ist, die Wölbungsabschnitte 321 aufzuweisen. Insbesondere gilt in einem Fall, in dem die Stromschiene 13 zwischen dem Leistungsanschluss 23 und dem Außenhüllenvorsprung 32 angebracht ist, dass normalerweise die Notwendigkeit besteht, ausreichend Raum zwischen der Stromschiene 13 und dem Außenhüllenvorsprung 32 zu lassen, um ein erforderliches Ausmaß von elektrischer Isolierung dazwischen sicherzustellen. Einer der Außenhüllenvorsprünge 32, der sich näher an der gegenüberliegenden Seite des Leistungsanschlusses 22 zu der Stromschiene 13 befindet, kann daher geformt sein, um den Wölbungsabschnitt 321 aufzuweisen, um den Außenhüllenvorsprung 32 nahe zu dem Leistungsanschluss 22 zu platzieren, um die Induktivität des Leistungsanschlusses 22 zu reduzieren.
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In dem Beispiel von 19 weist jeder des oberen Außenhüllenvorsprungs 32a und des unteren Außenhüllenvorsprungs 32b den Wölbungsabschnitt 321 auf, die sich nur in einer der Stapelrichtungen X gegenüberstehen, jedoch können die unteren Außenhüllenvorsprünge 32b geformt sein, um die Wölbungsabschnitte 321 aufzuweisen, die in beiden der Stapelrichtungen X ansteigen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Leistungsanschlüsse 22 von jedem der Halbleitermodule 2, wie in den 2 bis 4 veranschaulicht ist, in Linie in der Seitenrichtung Y aufgereiht, jedoch können diese alternativ Leistungsanschlüsse 22 von jedem der Halbleitermodule 2 sein, die benachbart zueinander in der Seitenrichtung Y aufgereiht sind, jedoch voneinander in der Stapelrichtung X versetzt sind. Zum Beispiel sind der Leistungsanschluss 22P und der Leistungsanschluss 22N, wie in 20 demonstriert ist, in einem vorgegebenen Intervall entfernt voneinander in der Stapelrichtung X angebracht. Der Leistungsanschluss 22O kann mit dem Leistungsanschluss 22P in der Seitenrichtung Y ausgerichtet sein. Diese Anordnungen führen zu einem verkleinerten Intervall zwischen jedem der Leistungsanschlüsse 22 und einem benachbarten der Außenhüllenvorsprünge 32.
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Es ist eine Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung bereitgestellt, die einen Stapel von Halbleitermodulen und eine Vielzahl von Kühlrohren umfasst. Jedes der Kühlrohre umfasst eine erste und eine zweite Außenhüllenplatte, die elektrisch leitfähig sind. Jede der Außenhüllenplatten umfasst einen Durchflusspfaddefinitionsabschnitt, der einen Kühlmitteldurchflusspfad zwischen den Außenhüllenplatten und einer Durchflusspfadaußenumgebung, die einen Umfang des Durchflusspfaddefinitionsabschnitts bildet, definiert. Die Durchflusspfadaußenumgebung von zumindest einer der Außenhüllenplatten hat daran einen Außenhüllenvorsprung ausgebildet, der platziert ist, um die Leistungsanschlüsse oder Steuerungsanschlüsse, die sich von dem Halbleitermodul erstrecken, zu überlappen, um einen magnetischen Fluss, der sich um die Leistungsanschlüsse oder die Steuerungsanschlüsse entwickelt hat, aufzuheben, wodurch die Induktivität der Leistungsanschlüsse oder der Steuerungsanschlüsse verringert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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