DE102021100535A1 - Leistungsschalteranordnung und elektrische Drehstrommaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungsschalteranordnung (10) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zumindest zwei gleichartig aufgebaute Leistungsschalter (1). Erfindungsgemäß weist jeder der zumindest zwei Leistungsschalter (1) einen Halbleiterkörper (2) sowie einen mit dem Halbleiterkörper (2) elektrisch leitend und wärmeleitend verbundenen eigenen separaten Kühlkörper (3) zur Entwärmung des Halbleiterkörpers (2) auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsschalteranordnung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zumindest zwei gleichartig aufgebaute Leistungsschalter. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine elektrische Drehstrommaschine, ausgebildet als Antriebsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Leistungsschalter zur Ansteuerung elektrischer Maschinen bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2017 221 184 A1 eine Stromrichterkomponente für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere für ein effektives Energiemanagement eines elektrischen Antriebsstrangs, sowie ein Halbleitermodul einer solchen Stromrichterkomponente. Derartige Leistungsschalter sind hinlänglich bekannt und in aller Regel als auf einer gemeinsamen Trägerplatine angeordnete Halbleiter ausgebildet.
  • Bei derartigen Leistungsschaltern ist der Wechsel vom Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) hin zum Leistungsschalter auf Basis von Siliziumcarbid (SiC) nahezu vollzogen. Das bedeutet, dass schon alleine dadurch die Verlustenergien stark reduziert sind, aber dass gleichzeitig durch die sehr kleinen Flächen der Halbleiterkörper (sogenannte Chips oder DIE's) letztendlich die Verlustenergiedichte (Energie je Flächeneinheit) sogar gewachsen ist. Da das Material, hier stellvertretend SiC (oder auch Galliumnitrid (GaN)) sehr teuer ist, muss versucht werden die hohen Verlustwärmedichten technisch auch umsetzten zu können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Leistungsschalteranordnung mit zumindest zwei Leistungsschaltern bereitzustellen, die im Hinblick auf die räumliche Anordenbarkeit der einzelnen Leistungsschalter weiter optimiert ist. Darüber hinaus soll durch die neuartige Leistungsschalteranordnung eine verbesserte Kühlung der einzelnen Leistungsschalter erreicht werden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine elektrische Drehstrommaschine bereitzustellen, welche mit Blick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum weiter verbessert ist, wobei mit Vorteil ebenso die Kühleigenschaften der Leistungselektronik optimiert werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungsschalteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Drehstrommaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Eine erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfasst zumindest zwei insbesondere gleichartig aufgebaute Leistungsschalter, wobei gemäß der Erfindung jeder der zumindest zwei Leistungsschalter einen Halbleiterkörper sowie einen mit dem Halbleiterkörper über Mittel zur elektrischen und wärmeleitenden Verbindung verbundenen eigenen separaten Kühlkörper zur Entwärmung des Halbleiterkörpers aufweist. Durch die doppelte Funktionalität des Kühlkörpers (wärmeleitend und elektrisch leitend) wird der Vorteil erzielt, dass eine bauraumoptimierte Konstruktion für eine Leistungsschalteranordnung, mit zugleich guten Entwärmungseigenschaften für die Halbleiterkörper bereitgestellt werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche für einen ersten elektrischen Stromanschluss und mit einer der ersten Oberfläche insbesondere gegenüberliegend ausgebildeten zweiten Oberfläche für einen zweiten elektrischen Stromanschluss aufweist, wobei in einem gesperrten Zustand des Leistungsschalters eine Leitung von elektrischem Strom zwischen dem ersten Stromanschluss und dem zweiten Stromanschluss unterbunden ist und in einem leitenden Zustand des Leistungsschalters eine Leitung des elektrischen Stroms zwischen dem ersten Stromanschluss und dem zweiten Stromanschluss zugelassen ist. Ferner weist der Kühlkörper einen elektrischen Stromanschluss auf, der elektrisch leitend mit dem zweiten elektrischen Stromanschluss des Halbleiterkörpers verbunden ist, so dass der durch den Halbleiterkörper geschaltete Strom zwischen dem ersten elektrischen Stromanschluss des Halbleiterkörpers und dem elektrischen Stromanschluss des Kühlkörpers schaltbar ist, so dass der Kühlkörper neben seiner Kühlfunktion die Funktion eines elektrischen Leiters übernimmt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin begründet, dass hierdurch bauraumoptimierte Konstruktionen sehr guten Kühleigenschaften geschaffen sind.
  • Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass jedem Kühlkörper ein den Kühlkörper umhausendes Gehäuse zugeordnet ist, so dass zwischen dem Gehäuse und der dem Gehäuse zugekehrten Seite des Kühlkörpers ein Kühlmittelraum zur Aufnahme eines Kühlmittels gebildet ist. Hierdurch können die Kühleigenschaften der Leistungsschalteranordnung weiter wesentlich verbessert werden.
  • Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter mit dem Gehäuseboden seines Gehäuses auf einer sich in einer Ebene erstreckenden Montagefläche montierbar ist, und der andere der zumindest zwei Leistungsschalter derart montierbar ist, dass sein Gehäuseboden von der Ebene der Montagefläche beabstandet (bzw. aus dieser in die dritte Dimension herausgehoben) angeordnet ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass durch eine Art Stapelbauweise Leistungsschalteranordnungen räumlich optimiert angeordnet werden können.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Gehäuseböden der zumindest zwei Leistungsschalter parallel zueinander angeordnet sind, wodurch eine konstruktiv besonders einfache Bauweise ermöglicht ist.
  • Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die zumindest zwei Leistungsschalter derart angeordnet sind, dass sie sich über Teile ihrer Kühlkörper gegeneinander abstützen und so eine stabile Konstruktion und weiter optimierte Kühleigenschaften gewährleisten, da über die Kontaktierung der Kühlkörper eine verbesserte Wärmeverteilung gewährleistet wird.
  • In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Leistungsschalter um eine Achse, in der sie nebeneinander benachbart angeordnet sind, um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander verdreht, insbesondere um 180° Winkelgrad gegeneinander verdreht, nebeneinander und sich axial bereichsweise überlappend angeordnet sind. Hierdurch kann eine weiter optimierte Stapelbauweise der Leistungsschalteranordnung erreicht werden.
  • Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter auf seiner den Halbleiterkörper tragenden Seite des Kühlkörpers ein zusätzliches Kühlergehäuse zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlergehäuse zum Abtransport von Wärme wärmeleitend mit einer Anschlussleitung zur Kontaktierung eines Energieversorgungsanschlusses (z.B. eines Gleichspannungsanschlusses) ausgebildet und angeordnet ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass auch im Zuleitungsbereich entstehende Wärme im Ort der Erzeugung aus dem System herausgenommen werden kann.
  • Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse aus Kunststoff gebildet ist und zumindest einen ersten Kühlmittelkanal zur Zuführung von Kühlmittel in das Gehäuse und einen zweiten Kühlmittelkanal zur Abführung von Kühlmittel aus dem Gehäuse aufweist. Hierdurch wird eine einfache Verarbeitbarkeit des Gehäuses gewährleistet und eine möglichst gewicht-optimierte Bauweise unterstützt.
  • Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter einen Halbleiterkörper aufweist, dessen erster Stromanschluss und/oder dessen Steueranschluss zur elektrischen Kontaktierung mit der jeweiligen Anschlussstelle einer Anschlussleitung über Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft erfolgt. Durch diese konstruktive Maßnahme kann die Montage oder Demontage (z.B. im Falle eines erforderlichen Tauschs eines Leistungsschalters) der Leistungsschalter zu einer Leistungsschalteranordnung weiter verbessert werden.
  • Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine elektrische Drehstrommaschine, insbesondere eine als elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug ausgebildete Drehstrommaschine, gelöst, welche zur Schaltung der elektrischen Phasen, für jede Phase eine erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung aufweist.
  • Zusammengefasst können durch die erfindungsgemäße Leistungsschalteranordung oder deren Weiterbildungen modularisierte Leistungsmodule zu einem sogenannten Powermodul - wie z.B. einer B6-Brücke zur Ansteuerung einer elektrischen Antriebsmaschine - bauraumoptimiert zusammengefügt werden. Unterschieden wird dabei in Module, die bezüglich der Stromführung
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
  • Es zeigen:
    • 1 einen elektrischen Leistungsschalter zur Bildung einer Leistungsschalteranordnung gemäß der Erfindung, in zwei konstruktiv unterschiedlichen Ausgestaltungen, in schematischer Schnittdarstellung,
    • 2 eine Leistungsschalteranordnung gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform (unter Verwendung von Leistungsschaltern ausgebildet gemäß der oberen Darstellung in 1),
    • 3 eine Leistungsschalteranordnung gemäß der Erfindung in einer zweiten möglichen Ausführungsform (unter Verwendung von Leistungsschaltern ausgebildet gemäß der unteren Darstellung in 1), und
    • 4 eine Leistungsschalteranordnung gemäß der Erfindung in einer dritten möglichen Ausführungsform (unter Verwendung von Leistungsschaltern ausgebildet gemäß der oberen Darstellung in 1).
  • 1 zeigt einen elektrischen Leistungsschalter 1 zur Bildung einer Leistungsschalteranordnung 10 gemäß der Erfindung in zwei konstruktiv unterschiedlichen Ausgestaltungen von Leistungsschaltern 1, in schematischer Schnittdarstellung. Beide Darstellungen (oben und unten) zeigen einen elektrischen Leistungsschalter 1 für eine Leistungsschalteranordnung 10 gemäß der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform in schematischer Schnittdarstellung. Der jeweils gezeigte Leistungsschalter 1 umfasst einen Halbleiterkörper 2 mit einer ersten (oberen) Oberfläche 21 für einen ersten elektrischen Stromanschluss 100 und mit einer der ersten Oberfläche 21 gegenüberliegend ausgebildeten zweiten (unteren) Oberfläche 22 für einen zweiten elektrischen Stromanschluss 200, wobei in einem gesperrten Zustand des Leistungsschalters 1 eine Leitung von elektrischem Strom zwischen dem ersten Stromanschluss 100 und dem zweiten Stromanschluss 200 unterbunden ist und in einem leitenden Zustand des Leistungsschalters 1 eine Leitung des elektrischen Stroms zwischen dem ersten Stromanschluss 100 und dem zweiten Stromanschluss 200 gewährleistet ist. Der Leistungsschalter 1 umfasst ferner einen insbesondere metallisch ausgebildeten Kühlkörper 3, Mittel 4 zur wärmeleitenden und elektrischen Verbindung von Halbleiterkörper 2 und Kühlkörper 3 sowie ein den Kühlkörper 3 auf seiner dem Halbleiterkörper 2 abgekehrten Seite umhausendes, insbesondere aus Kunststoff gebildetes, Gehäuse 6. Dabei ist das Gehäuse 6 gegenüber dem Kühlkörper 3, bzw. der zwischen Gehäuse 6 und Kühlkörper 3 gebildete Kühlraum, über die dem Kühlkörper 3 zugekehrte Stirnseite der Seitenwände umlaufend über Dichtmittel 11 abgedichtet. Der Kühlkörper 3 ist derart ausgebildet, dass er zum Zwecke der Wärmeabfuhr aus dem Halbleiterkörper 2 die zu kühlende Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 durch senkrecht aus der Ebene herausstehende Kühlrippen aufspreizt und die Wärme an ein Kühlmedium 5 innerhalb des Gehäuses 6 weitertransportiert. Die Mittel 4 zur wärmeleitenden Verbindung von Halbleiterkörper 2 und Kühlkörper 3 sind ebenfalls elektrisch leitend ausgebildet und beispielsweise durch eine Sinterschicht gebildet. Der elektrisch leitend ausgebildete Kühlkörper 3 bildet an einer Stelle außerhalb des Gehäuses 6 einen elektrischen Stromanschluss 300 aus, der über den Kühlkörper 3 selbst elektrisch leitend mit dem zweiten elektrischen Stromanschluss 200 des Halbleiterkörpers 2 verbunden ist, so dass der durch den Halbleiterkörper 2 geschaltete Strom zwischen dem ersten elektrischen Stromanschluss 100 des Halbleiterkörpers 2 und dem elektrischen Stromanschluss 300 des Kühlkörpers 3 schaltbar ist. Somit kann über den elektrischen Stromanschluss 300 der Anschluss an dem Leistungsschalter 1 erfolgen. Der Kühlkörper 3 weist innerhalb des durch das Gehäuse 6 gebildeten Kühlraums auf seiner Oberfläche eine Isolierschicht 8 zur elektrischen Isolation zwischen dem Kühlkörper 3 und dem innerhalb des Kühlraums befindlichem Kühlmedium 5 auf.
  • Gemäß der oberen Darstellung in 1 sind der Kühlkörper 3 und der auf dem Kühlkörper 3 angeordnete Halbleiterkörper 2 - mit Ausnahme der dem Kühlkörper 3 abgekehrten Halbleiterkörperoberfläche, auf der auf dem Halbleiterkörper 2 der erste Stromanschluss 100 ausgebildet ist, und mit Ausnahme eines Bereichs des Kühlkörpers 3, der für den elektrischen Stromanschluss 300 des Kühlkörpers 3 vorgesehen ist - vollständig von einer Isolierschicht 8 zur elektrischen Isolation überzogen. Dabei weist der Kühlkörper 3 auf seiner dem Gehäuse 6 abgekehrten Seite um den Halbleiterkörper 2 herum einen Rahmen R auf, wobei der Rahmen R eine aushärtende Versiegelungsflüssigkeit V (beispielsweise ein Silgel) aufnimmt.
  • Gemäß der unteren Darstellung in 1 ist ein alternativer Aufbau eines elektrischen Leistungsschalters 1 für eine erfindungsgemäße Leistungsschalteranordnung 10 gezeigt. Der Aufbau ist auch hier ähnlich zu dem in 1, oben, beschriebenen Aufbau. Der wesentliche Unterschied zum Aufbau gemäß 1, oben, besteht darin, dass der Halbleiterkörper 2 auf seiner dem Kühlkörper 3 abgekehrten Oberfläche zur Bildung des ersten Stromanschlusses 100 diesen in Form einer Anschlussleitung integriert ausbildet, wobei der Halbleiterkörper 2 samt Stromanschluss und samt der dem Kühlkörper 3 abgekehrten Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 durch die elektrische Isolierschicht 8 überzogen sind. Ein umfänglicher Rahmen R, in dem der Halbleiterkörper 2 mit einem Silgel versiegelt aufgenommen ist, entfällt. In der unteren Darstellung ist ferner eine Montagefläche M bzw. Montageebene eingezeichnet, die verdeutlichen soll, wie ein erster Leistungsschalter 1 einer Leistungsschalteranordnung 10 über seinen Gehäuseboden 61 darauf angeordnet werden kann.
  • 2 zeigt eine Leistungsschalteranordnung 10 gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform unter Verwendung von Leistungsschaltern 1 ausgebildet gemäß der oberen Darstellung in 1. Die Darstellung zeigt eine Leistungsschalteranordnung 10 zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zwei gleichartig aufgebaute Leistungsschalter 1, wobei jeder der zumindest zwei Leistungsschalter 1 einen Halbleiterkörper 2 sowie einen mit dem Halbleiterkörper 2 elektrisch leitend und wärmeleitend verbundenen eigenen separaten Kühlkörper 3 zur Entwärmung des Halbleiterkörpers 2 aufweist. Beide Leistungsschalter 1 sind dabei nebeneinander auf einer gemeinsamen Montagefläche M angeordnet. Die elektrische und wärmeleitende Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 zum Kühlkörper 3 erfolgt jeweils durch Mittel 4 zur elektrischen und wärmeleitenden Verbindung in Form einer ersten Sinterschicht. Die elektrische und wärmeleitende Kontaktierung auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 2 erfolgt über eine zweite Sinterschicht zu einer Anschlussleitung L1, über die der rechte Leistungsschalter 1 mit dem elektrischen Anschluss 300 des Kühlkörpers 3 des links daneben angeordneten Leistungsschalter 1 verbunden ist. Zur weiteren Entwärmung des Halbleiterkörpers 2 des rechten Leistungsschalters 1 ist ein zusätzliches Kühlergehäuse 7 um die Anschlussleitung L1 vorgesehen. Der linke Leistungsschalte 1 kann über seine Anschlussleitung L1 beispielsweise mit einer Energieversorgungsleitung verbunden werden und kann ebenfalls um seine Anschlussleitung L1 herum ein zusätzliches Kühlergehäuse 7 zur Aufnahme eines Kühlmittels ausweisen.
  • 3 zeigt eine Leistungsschalteranordnung 10 gemäß der Erfindung in einer zweiten möglichen Ausführungsform unter Verwendung von Leistungsschaltern 1 ausgebildet gemäß der unteren Darstellung in 1. Die Darstellung zeigt eine Leistungsschalteranordnung 10 zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zwei gleichartig aufgebaute Leistungsschalter 1, wobei jeder der zumindest zwei Leistungsschalter 1 einen Halbleiterkörper 2 sowie einen mit dem Halbleiterkörper 2 elektrisch leitend und wärmeleitend verbundenen eigenen separaten Kühlkörper 3 zur Entwärmung des Halbleiterkörpers 2 aufweist. Gut zu erkennen ist, dass einer der zwei Leistungsschalter 1 mit dem Gehäuseboden 61 seines Gehäuses 6 auf einer sich in einer Ebene erstreckenden Montagefläche M montiert ist, während der andere Leistungsschalter 1 mit seinem Gehäuseboden 61 von der Ebene der Montagefläche M beabstandet angeordnet ist. Dabei sind die beiden Leistungsschalter 1 um eine Achse x, in der sie nebeneinander benachbart angeordnet sind, um einen Winkel von 180° Winkelgrad gegeneinander verdreht, nebeneinander und sich axial bereichsweise überlappend angeordnet. Der Leitungsanschluss L1 des rechten, auf der Montagefläche M montierten Leistungsschalters 1 ist mit dem als elektrischer Anschluss 300 ausgebildeten Kühlkörperanschluss des linken aus der Ebene heraus angeordneten Leistungsschalters 1 verbunden, so dass der Leitungsanschluss L1 über den Kühlkörper 3 des benachbarten Leistungsschalters 1 zusätzlich entwärmt wird. Der Leistungsanschluss L1 des linken Leistungsschalters 1 ist mit einem Energieversorgungsanschluss elektrisch verbunden, wobei der Leistungsanschluss L1 ebenfalls ein zusätzliches Kühlergehäuse 7 zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist, um so ebenfalls den Leistungsanschluss L1 des linken Leistungsschalters 1 zu entwärmen.
  • 4 zeigt eine Leistungsschalteranordnung 10 gemäß der Erfindung in einer dritten möglichen Ausführungsform unter Verwendung von Leistungsschaltern 1 ausgebildet gemäß der oberen Darstellung in 1. Auch hier sind die beiden verschalteten Leistungsschalter 1 um eine Achse x, in der sie nebeneinander benachbart angeordnet sind, um einen Winkel von 180° Winkelgrad gegeneinander verdreht, nebeneinander und sich axial bereichsweise überlappend angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind hier auch die Steuer- bzw. Gate-Anschlüsse der jeweiligen Leistungsschalter 1 gezeigt. Schließlich zeigt die 4 auch, dass jeder Leistungsschalter 1 jeweils einen Halbleiterkörper 2 aufweist, dessen erster Stromanschluss 100 und dessen Steueranschluss 400 zur elektrischen Kontaktierung mit der jeweiligen Anschlussstelle einer Anschlussleitung L100; L400 über Mittel 20; 30 zur Erzeugung einer Anpresskraft erfolgt. Dabei sind die Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft lediglich schematisch als federkraftbeaufschlagte Kontaktelemente dargestellt. Die Anpresskraft könnte ebenso durch eine Verspannung des Gehäuses 6 mit einer nicht dargestellten Platte oder Schiene oberhalb des Halbleiterkörpers 2 angebracht realisiert werden, wobei diese dann über Schrauben oder dergleichen miteinander verspannt werden können. Zumindest die Anschlussleitungen L400 zur Kontaktierung der Steueranschlüsse 400 (Gate) sind mit Vorteil in eine Leiterplatte - eine sogenannte PCB (printed circuit board) integriert ausgebildet.
  • Die 3 und 4 zeigen des Weiteren, dass die Gehäuseböden 61 der zumindest zwei Leistungsschalter 1 parallel zueinander angeordnet sind und dass die Leistungsschalter 1 sich über Teile ihrer Kühlkörper 3 gegeneinander abstützen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Leistungsschalteranordnung
    2
    Halbleiterkörper
    21
    Oberfläche
    22
    Oberfläche
    20
    Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft
    30
    Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft
    3
    Kühlkörper
    4
    Mittel (zur elektrischen und wärmeleitenden Verbindung
    5
    Kühlmittelraum
    6
    Gehäuse
    7
    Kühlergehäuse
    10
    Leistungsschalteranordnung
    11
    Dichtmittel
    20
    Stromanschluss
    30
    Stromanschluss
    40
    Steueranschluss
    61
    Gehäuseboden
    100
    Stromanschluss (Halbleiterkörper)
    200
    Stromanschluss (Halbleiterkörper)
    300
    Stromanschluss (Kühlkörper)
    R
    Rahmen
    V
    Versiegelungsflüssigkeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017221184 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Leistungsschalteranordnung (10) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Ansteuerung einer als Antriebsmaschine ausgebildeten Drehstrommaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zumindest zwei gleichartig aufgebaute Leistungsschalter (1), dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zumindest zwei Leistungsschalter (1) einen Halbleiterkörper (2) sowie einen mit dem Halbleiterkörper (2) über Mittel (4) zur elektrischen und wärmeleitenden Verbindung verbundenen eigenen separaten Kühlkörper (3) zur Entwärmung des Halbleiterkörpers (2) aufweist.
  2. Leistungsschalteranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halbleiterkörper (2) mit einer ersten Oberfläche (21) für einen ersten elektrischen Stromanschluss (100) und mit einer der ersten Oberfläche (21) ausgebildeten zweiten Oberfläche (22) für einen zweiten elektrischen Stromanschluss (200) aufweist, wobei in einem gesperrten Zustand des Leistungsschalters (1) eine Leitung von elektrischem Strom zwischen dem ersten Stromanschluss (100) und dem zweiten Stromanschluss (200) unterbunden ist und in einem leitenden Zustand des Leistungsschalters (1) eine Leitung des elektrischen Stroms zwischen dem ersten Stromanschluss (100) und dem zweiten Stromanschluss (200) zugelassen ist, und der Kühlkörper (3) einen elektrischen Stromanschluss (300) aufweist, der elektrisch leitend mit dem zweiten elektrischen Stromanschluss (200) des Halbleiterkörpers (2) verbunden ist, so dass der durch den Halbleiterkörper (2) geschaltete Strom zwischen dem ersten elektrischen Stromanschluss (100) des Halbleiterkörpers (2) und dem elektrischen Stromanschluss (300) des Kühlkörpers (3) schaltbar ist.
  3. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kühlkörper (3) ein den Kühlkörper (3) umhausendes Gehäuse (6) zugeordnet ist, so dass zwischen dem Gehäuse (6) und der dem Gehäuse (6) zugekehrten Seite des Kühlkörpers (3) ein Kühlmittelraum (5) zur Aufnahme eines Kühlmittels gebildet ist.
  4. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter (1) mit dem Gehäuseboden (61) seines Gehäuses (6) auf einer sich in einer Ebene erstreckenden Montagefläche (M) montierbar ist, und der andere der zumindest zwei Leistungsschalter (1) derart montierbar ist, dass sein Gehäuseboden (61) von der Ebene der Montagefläche (M) beabstandet angeordnet ist.
  5. Leistungsschalteranordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseböden (61) der zumindest zwei Leistungsschalter (1) parallel zueinander angeordnet sind.
  6. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Leistungsschalter (1) derart angeordnet sind, dass sie sich über Teile ihrer Kühlkörper (3) gegeneinander abstützen.
  7. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Leistungsschalter (1) um eine Achse (x), in der sie nebeneinander benachbart angeordnet sind, um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander verdreht, insbesondere um 180° Winkelgrad gegeneinander verdreht, nebeneinander und sich axial bereichsweise überlappend angeordnet sind.
  8. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter (1) auf seiner den Halbleiterkörper (2) tragenden Seite des Kühlkörpers (3) ein zusätzliches Kühlergehäuse (7) zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist, wobei das Kühlergehäuse (7) zum Abtransport von Wärme wärmeleitend mit einer Anschlussleitung (L1) zur Kontaktierung eines Energieversorgungsanschlusses ausgebildet und angeordnet ist.
  9. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) aus Kunststoff gebildet ist und zumindest einen ersten Kühlmittelkanal zur Zuführung von Kühlmittel in das Gehäuse (6) und einen zweiten Kühlmittelkanal zur Abführung von Kühlmittel aus dem Gehäuse (6) aufweist.
  10. Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest zwei Leistungsschalter (1) einen Halbleiterkörper (2) aufweist, dessen erster Stromanschluss (100) und/oder dessen Steueranschluss (400) zur elektrischen Kontaktierung mit der jeweiligen Anschlussstelle einer Anschlussleitung (L100; L400) über Mittel (20; 30) zur Erzeugung einer Anpresskraft erfolgt.
  11. Elektrische Drehstrommaschine, insbesondere als elektrische Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug ausgebildete Drehstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrommaschine zur Schaltung der elektrischen Phasen, für jede Phase eine Leistungsschalteranordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005052756A1 (de) 2004-11-11 2006-07-06 Denso Corp., Kariya Halbleitervorrichtung
DE102017221184A1 (de) 2017-11-27 2019-05-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Stromrichterkomponente und Halbleitermodul einer solchen Stromrichterkomponente
DE102020207401A1 (de) 2020-06-16 2021-12-16 Zf Friedrichshafen Ag Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit einer verbesserten Wärmeleitung für eine Ansteuerelektronik

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