DE102022124828A1 - Inverter and electric machine - Google Patents

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Mihai Cretu
Nicolai Gramann
Thorsten Rittgerott
Markus Kneissler
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Inverter (1) zur Bestromung einer elektrischen Maschine (2) innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss (4) und einen zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss (5), wobei zwischen dem ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss (4) und dem zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss (5) eine Leistungselektronik (6) geschaltet ist, mittels derer die an dem Gleichstrom-Anschluss (4) anliegende Gleichspannung in eine an dem Wechselstrom-Anschluss (5) anliegende Wechselspannung transformierbar ist, wobei die Leistungselektronik (6) eine Mehrzahl von auf einem Kühlkörper (7) angeordnete Leistungstransistor-Module (8) aufweist, wobei eine Mehrzahl der Leistungstransistor-Module (8) von einem Klammerelement (9) zumindest abschnittsweise überdeckt und in Richtung des Kühlkörpers (7) kraftbeaufschlagt werden.

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The invention relates to an inverter (1) for powering an electrical machine (2) within an electrically operable drive train of a motor vehicle (3), comprising a first electrical direct current connection (4) and a second electrical alternating current connection (5), with between Power electronics (6) are connected to the first electrical direct current connection (4) and the second electrical alternating current connection (5), by means of which the direct voltage present at the direct current connection (4) is converted into one at the alternating current connection (5). applied alternating voltage can be transformed, the power electronics (6) having a plurality of power transistor modules (8) arranged on a heat sink (7), a plurality of the power transistor modules (8) being at least partially covered by a clamp element (9) and in Force is applied in the direction of the heat sink (7).
Figure DE102022124828A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss und einen zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss, wobei zwischen dem ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss und dem zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss eine Leistungselektronik geschaltet ist, mittels derer die an dem Gleichstrom-Anschluss anliegende Gleichspannung in eine an dem Wechselstrom-Anschluss anliegende Wechselspannung transformierbar ist und umgekehrt, wobei die Leistungselektronik eine Mehrzahl von auf einem Kühlelement angeordnete Leistungstransistor-Module aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine.The present invention relates to an inverter for powering an electrical machine within an electrically operable drive train of a motor vehicle, comprising a first electrical direct current connection and a second electrical alternating current connection, wherein between the first electrical direct current connection and the second electrical alternating current connection there is a Power electronics are connected, by means of which the direct voltage present at the direct current connection can be transformed into an alternating voltage present at the alternating current connection and vice versa, the power electronics having a plurality of power transistor modules arranged on a cooling element. The invention further relates to an electrical machine.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet . In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.A detailed description of an electric drive can be found in an article from Magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrative and flexible electric drive unit for electric vehicles, which probably represents the closest state of the art . This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor which is arranged concentrically and coaxially to a bevel gear differential, with a switchable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and, thanks to the switchable 2-speed planetary gear set, allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operated drive trains.

Die in derartigen Achsantriebssträngen verwendeten elektrischen Axialfluss-, wie auch Radialflussmaschinen werden üblicherweise mit einem Leistungselektronik-Modul bestromt, das auch als Inverter bezeichnet wird. Aufgrund von immer höheren Leistungsanforderungen und Leistungsdichten an die elektrischen Maschinen für automobile Antriebsstränge, steigen auch die Leistungsaufnahmen der entsprechenden Inverter.The electrical axial flux and radial flux machines used in such axle drive trains are usually powered by a power electronics module, which is also referred to as an inverter. Due to ever higher performance requirements and power densities for the electrical machines for automotive drive trains, the power consumption of the corresponding inverters is also increasing.

Hierbei besteht zunächst ein anhaltendes Bedürfnis, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.There is initially a continuing need to make the inverter and the electrical machine as compact as possible and to design them to be particularly advantageous in terms of production and assembly technology.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.The object of the invention is therefore to make the inverter and the electrical machine as compact as possible and to design them in a particularly advantageous manner in terms of production and assembly technology.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss und einen zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss, wobei zwischen dem ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss und dem zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss eine Leistungselektronik geschaltet ist, mittels derer die an dem Gleichstrom-Anschluss anliegende Gleichspannung in eine an dem Wechselstrom-Anschluss anliegende Wechselspannung transformierbar ist und umgekehrt, wobei die Leistungselektronik eine Mehrzahl von auf einem Kühlelement angeordnete Leistungstransistor-Module aufweist, wobei eine Mehrzahl der Leistungstransistor-Module von einem Klammerelement zumindest abschnittsweise überdeckt und in Richtung des Kühlungselements kraftbeaufschlagt werden.This object is achieved by an inverter for powering an electrical machine within an electrically operable drive train of a motor vehicle, comprising a first electrical direct current connection and a second electrical alternating current connection, wherein between the first electrical direct current connection and the second electrical alternating current connection a power electronics system is connected, by means of which the direct voltage present at the direct current connection can be transformed into an alternating voltage present at the alternating current connection and vice versa, the power electronics having a plurality of power transistor modules arranged on a cooling element, a plurality of the power transistor modules being connected. Modules are at least partially covered by a clamp element and subjected to force in the direction of the cooling element.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Leistungstransistor-Module sicher am Kühlelement fixiert werden können. Dies ist insbesondere aufgrund der im Betrieb der elektrischen Maschine auftretenden Schwingungen bedeutsam.This has the advantage that the power transistor modules can be securely fixed to the cooling element. This is particularly important due to the vibrations that occur during operation of the electrical machine.

Der Inverter umfasst die zur Bestromung einer elektrischen Maschine notwendige Leistungselektronik. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche beispielsweise einen Strom vom und zum Stator steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistor-Module. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 kVA, bevorzugt mindestens 100 kVA besonders bevorzugt mindestens 500 kVA zu steuern oder regeln. Die Leistungselektronik ist bevorzugt über ein HV-Terminal (HV=Hochvolt) mit der Statorwicklung des Stators einer elektrischen Maschine verbunden.The inverter includes the power electronics necessary to power an electrical machine. The power electronics is preferably a combination of various components which, for example, control or regulate a current from and to the stator, preferably including the peripheral components required for this, such as cooling elements or power supplies. In particular, the power electronics contains one or more power electronics components which are set up to control or regulate a current. This is particularly preferably one or more power switches, for example power transistor modules. Particularly preferably, the power electronics has more than two, particularly preferably three, phases or current paths that are separate from one another, each with at least one separate power electronics component. The power electronics are preferably designed to have a power per phase with a peak power, preferably continuous power, of at least 10 kVA, preferably at least 100 kVA particularly preferred to control or regulate at least 500 kVA. The power electronics are preferably connected to the stator winding of the stator of an electrical machine via an HV terminal (HV=high voltage).

Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein einem Invertergehäuse aufgenommen. Das Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt das Invertergehäuse eine topfartige bzw. schalenartige Raumform. In diesem Zusammenhang ist es besonders zu bevorzugen, dass ein Gehäusedeckel in das topfartige bzw. schalenartige Invertergehäuse einsetzbar ist. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Gehäusedeckel auf dem topfartigen bzw. schalenartigen Invertergehäuse aufliegt und dessen Öffnung überdeckt.The power electronics are preferably accommodated in an inverter housing. The inverter housing can preferably be formed from a metallic material, particularly preferably from aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary molding process such as casting or die casting. The inverter housing particularly preferably has a pot-like or bowl-like spatial shape. In this context, it is particularly preferable that a housing cover can be inserted into the pot-like or bowl-like inverter housing. Alternatively, it would also be conceivable for the housing cover to rest on the pot-like or bowl-like inverter housing and cover its opening.

Das Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses der elektrischen Maschine sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass das Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgebildet ist.The inverter housing can also be part of the motor housing of the electrical machine or vice versa. This means that the inverter housing is designed entirely or partially in one piece, in particular monolithically, with the motor housing.

Die in dem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik kann insbesondere für eine elektrische Maschine eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.The power electronics accommodated in the inverter housing can be provided in particular for an electric machine of an electrically operable drive train of a motor vehicle.

Bevorzugt weist die Leistungselektronik zusätzlich eine Steuereinheit, beispielsweise in Form einer Steuerelektronik und/oder einer Sensorelektronik, für den elektrischen Achsantriebsstrang auf.Preferably, the power electronics additionally has a control unit, for example in the form of control electronics and/or sensor electronics, for the electric axle drive train.

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.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically sensible manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass alle Leistungstransistor-Module von einem gemeinsamen Klammerelement zumindest abschnittsweise überdeckt und in Richtung des Kühlkörpers kraftbeaufschlagt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that all power transistor modules are at least partially covered by a common clamp element and subjected to force in the direction of the heat sink.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass der Montageaufwand durch die Verwendung eines Klammerelements weiter reduziert werden kann.The advantage of this design is that the assembly effort can be further reduced by using a clamp element.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Klammerelement aus einem streifenartigen Blech geformt ist. Es kann hierdurch eine besonders kostengünstige Ausbildung eins Klammerelements bereitgestellt werden. Ferner kann durch das metallische Material des Blechs eine elektromagnetische Abschirmung der Leistungstransistor-Module realisiert werden.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the clamp element is formed from a strip-like sheet metal. This makes it possible to provide a particularly cost-effective design for a clamp element. Furthermore, electromagnetic shielding of the power transistor modules can be realized by the metallic material of the sheet.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Klammerelement an den dem Klammerelement zugewandten Seiten der Leistungstransistor-Module anliegt und diese vollständig überdeckt, wodurch ein Optimum an elektromagnetischer Abschirmung bereitgestellt werden kann.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the clamp element rests on the sides of the power transistor modules facing the clamp element and completely covers them, whereby an optimum of electromagnetic shielding can be provided.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Leistungstransistor-Module in einer Reihe nebeneinander angeordnet und zwischen den Leistungstransistor-Module Befestigungsmittel zur Fixierung des Klammerelements vorgesehen sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eine mechanisch besonders günstige Befestigung realisierbar ist.Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the power transistor modules are arranged in a row next to one another and fastening means for fixing the clamp element are provided between the power transistor modules. The advantage of this design is that a mechanically particularly favorable fastening can be implemented.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Klammerelement in den Abschnitten zwischen den Leistungstransistoren in Richtung der Platine versetzte, nutartige Abschnitte aufweist. Hierdurch kann eine gewisse formschlüssige Positionierung des Klammerelements gegenüber den Leistungstransistoren erreicht werden.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the clamp element has groove-like sections offset in the direction of the circuit board in the sections between the power transistors. In this way, a certain form-fitting positioning of the clamp element relative to the power transistors can be achieved.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die nutartigen Abschnitte des Klammerelements jeweils eine Befestigungsöffnung aufweisen, welche von einer Befestigungsschraube durchgriffen ist, welche jeweils in ein Befestigungsmittel an der Platine und/oder dem Kühlelement eingreift, wodurch eine mechanisch wie montagetechnisch besonders günstige Befestigung bereitgestellt werden kann.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the groove-like sections of the clamp element each have a fastening opening through which a fastening screw passes through, each of which engages in a fastening means on the circuit board and/or the cooling element, whereby a particularly mechanical and assembly-related cheap fastening can be provided.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Leistungstransistor-Module in einem schalenartigen Invertergehäuse mit einer Gehäuseöffnung aufgenommen sind, wobei das Klammerelement und die Leistungstransistor-Module so angeordnet sind, dass die Befestigungsschrauben durch Öffnungen in einer darüber liegenden Platine hindurch befestigt und/oder gelöst werden können, was ebenfalls montagetechnisch besonders vorteilhaft ist.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the power transistor modules are accommodated in a shell-like inverter housing with a housing opening, the clamp element and the power transistor modules being arranged in such a way that the fastening screws pass through openings in a circuit board located above can be attached and / or detached, which is also particularly advantageous in terms of assembly technology.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein, durch eine elektrische Maschine innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine durch einen Inverter nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9 bestromt wird.Finally, the object of the invention can also be achieved by an electric machine within an electrically operable drive train of a motor vehicle, the electric machine being powered by an inverter according to one of the preceding claims 1-9.

Die elektrische Maschine kann insbesondere Teil eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs sein. Ein elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.The electric machine can in particular be part of an electrically operable axle drive train. An electrically operable axle drive train comprises an electric machine and preferably a transmission arrangement coupled to the electric machine. The gear arrangement and the electrical machine form a structural unit. This can be formed, for example, by means of a drive train housing in which the transmission arrangement and the electric machine are accommodated together.

Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.In particular, the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved. The electric motor particularly preferably has a power greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most preferably greater than 12,500 rpm.

Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.For the purposes of this application, motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks. A motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (passenger cars), trucks (lorries), mopeds, light vehicles, motorcycles, motor buses (KOM) or tractors.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.

Es zeigt:

  • 1 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
  • 2 eine elektrische Maschine mit einem Inverter in einer schematischen Darstellung,
  • 3 einen geöffneten Inverter mit seinen Leistungstransistor-Module in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4 den aus 3 bekannten Inverter in einer Querschnittsansicht durch die Leistungstransistor-Module.
It shows:
  • 1 a motor vehicle with an electrical machine in a schematic block diagram,
  • 2 an electrical machine with an inverter in a schematic representation,
  • 3 an opened inverter with its power transistor modules in a perspective view,
  • 4 the from 3 known inverter in a cross-sectional view through the power transistor modules.

Die 1 zeigt einen Inverter 1 zur Bestromung einer elektrischen Maschine 2 innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs 3. Die elektrische Maschine 2 und der Inverter 1 sind in einer detaillierteren Darstellung auch der 2 zu entnehmen.The 1 shows an inverter 1 for powering an electrical machine 2 within an electrically operable drive train of a motor vehicle 3. The electrical machine 2 and the inverter 1 are also shown in a more detailed representation 2 refer to.

Der Inverter 1 umfasst einen ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss 4 und einen zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss 5, wobei zwischen dem ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss 4 und dem zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss 5 eine Leistungselektronik 6 geschaltet ist, mittels derer die an dem Gleichstrom-Anschluss 4 anliegende Gleichspannung in eine an dem Wechselstrom-Anschluss 5 anliegende Wechselspannung transformierbar ist und umgekehrt, wobei die Leistungselektronik 6 eine Mehrzahl von auf einem Kühlkörper 7 angeordnete Leistungstransistor-Module 8 aufweist, was auch aus der Zusammenschau der 2-3 mit der 4 nachvollziehbar ist.The inverter 1 comprises a first electrical direct current connection 4 and a second electrical alternating current connection 5, with power electronics 6 being connected between the first electrical direct current connection 4 and the second electrical alternating current connection 5, by means of which the power electronics connected to the direct current DC voltage applied to connection 4 can be transformed into an AC voltage applied to AC connection 5 and vice versa, with the power electronics 6 having a plurality of power transistor modules 8 arranged on a heat sink 7, which is also clear from the synopsis 2-3 with the 4 is understandable.

Wie man anhand der 3-4 erkennen kann, werden alle drei Leistungstransistor-Module 8 von einem gemeinsamen Klammerelement 9 vollständig überdeckt und in Richtung des Kühlelements 12 kraftbeaufschlagt, so dass die Leistungstransistor-Module 8 sicher am Kühlelement 12 fixiert und gesichert sind. Ersichtlich ist hierbei aus der 3, dass die Leistungstransistor-Module 8 in einem schalenartigen Invertergehäuse 17 aufgenommen sind, wobei das Klammerelement 9 und die Leistungstransistor-Module 8 so angeordnet sind, dass die Befestigungsschrauben 16 durch die Befestigungsöffnung 15 hindurch befestigt und/oder gelöst werden können.How to use the 3-4 can recognize, all three power transistor modules 8 are completely covered by a common clamp element 9 and force is applied in the direction of the cooling element 12, so that the power transistor modules 8 are securely fixed and secured on the cooling element 12. This is evident from the 3 in that the power transistor modules 8 are accommodated in a shell-like inverter housing 17, the clamp element 9 and the power transistor modules 8 being arranged so that the fastening screws 16 can be fastened and/or loosened through the fastening opening 15.

In der 3 ist ferner gezeigt, dass die Leistungstransistor-Module 8 in einer Reihe nebeneinander angeordnet und zwischen den Leistungstransistor-Module 8 Befestigungsmittel 13 zur Fixierung des Klammerelements 9 vorgesehen sind, was aus der Zusammenschau mit der 4 ersichtlich ist. Die Befestigungsmittel 13 können beispielsweise eine Gewindemutter für eine Gewindeschraube oder eine Kunststoffhülse für eine Blechschraube sein.In the 3 It is also shown that the power transistor modules 8 are arranged in a row next to one another and fastening means 13 are provided between the power transistor modules 8 for fixing the clamp element 9, which can be seen from the synopsis with 4 is visible. The fastening means 13 can be, for example, a threaded nut for a threaded screw or a plastic sleeve for a sheet metal screw.

Was der 4 auch entnommen werden kann ist, dass das Klammerelement 9 in den Abschnitten zwischen den Leistungstransistor-Module 8 in Richtung des Kühlkörpers 7 versetzte, nutartige Abschnitte 14 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist das das Klammerelement 9 aus einem streifenartigen Blech geformt, so dass die gezeigte, im Querschnitt stufenartiger Verlauf durch eine Blechumformung herstellbar ist. Durch diese Ausformung liegt das Klammerelement 9 an den dem Klammerelement 9 zugewandten Seite 10 der Leistungstransistor-Module 8 an und sichert diese entsprechend gegen ein ungewolltes Lösen vom Kühlelement 12.What the 4 It can also be seen that the clamp element 9 has groove-like sections 14 offset in the direction of the heat sink 7 in the sections between the power transistor modules 8. In the embodiment shown, the clamp element 9 is formed from a strip-like sheet metal, so that the step-like profile shown in cross section can be produced by sheet metal forming. Due to this shape, the clamp element 9 lies against the side 10 of the power transistor modules 8 facing the clamp element 9 and secures it this accordingly prevents unwanted detachment from the cooling element 12.

Die nutartigen Abschnitte 14 des Klammerelements 9 weisen jeweils eine Befestigungsöffnung 15 auf, welche von einer Befestigungsschraube 16 durchgriffen ist. Die Befestigungsschraube 16 greift jeweils in ein Befestigungsmittel 13 am Invertergehäuse 17 und/oder dem Kühlelement 12 ein.The groove-like sections 14 of the clamp element 9 each have a fastening opening 15 through which a fastening screw 16 passes. The fastening screw 16 engages in a fastening means 13 on the inverter housing 17 and/or the cooling element 12.

Die Kühlkörper 7 der Leistungstransistor-Module 8 sind auf der dem Klammerelement 9 abgewandten Seite 11 thermisch an das Kühlelement 12 gekoppelt, so dass entstehende Abwärme der Leistungstransistor-Module 8 abgeführt werden kann. Das Kühlelement 12 leitet diese Abwärme weiter an ein festes, flüssiges oder gasförmiges Medium oder besteht aus einem Pelletier-Element oder einer ähnlichen Kühleinrichtung.The heat sinks 7 of the power transistor modules 8 are thermally coupled to the cooling element 12 on the side 11 facing away from the clamp element 9, so that any waste heat generated by the power transistor modules 8 can be dissipated. The cooling element 12 passes this waste heat on to a solid, liquid or gaseous medium or consists of a pelletizing element or a similar cooling device.

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.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
InverterInverters
22
elektrische Maschineelectric machine
33
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
Gleichstrom-AnschlussDC connection
55
Wechselstrom-AnschlussAC connection
66
LeistungselektronikPower electronics
77
KühlkörperHeat sink
88th
Leistungstransistor-ModulePower transistor modules
99
KlammerelementClamp element
1010
SeitePage
1111
SeitePage
1212
KühlelementCooling element
1313
BefestigungsmittelFasteners
1414
AbschnitteSections
1515
BefestigungsöffnungFastening opening
1616
BefestigungsschraubeFastening screw
1717
InvertergehäuseInverter housing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet [0003]ATZ magazine, 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles, which probably represents the closest state of the art [0003]

Claims (10)

Inverter (1) zur Bestromung einer elektrischen Maschine (2) innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss (4) und einen zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss (5), wobei zwischen dem ersten elektrischen Gleichstrom-Anschluss (4) und dem zweiten elektrischen Wechselstrom-Anschluss (5) eine Leistungselektronik (6) geschaltet ist, mittels derer die an dem Gleichstrom-Anschluss (4) anliegende Gleichspannung in eine an dem Wechselstrom-Anschluss (5) anliegende Wechselspannung transformierbar ist und umgekehrt, wobei die Leistungselektronik (6) eine Mehrzahl von auf einem Kühlkörper (7) angeordnete Leistungstransistor-Module (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Leistungstransistor-Module (8) von einem Klammerelement (9) zumindest abschnittsweise überdeckt und in Richtung des Kühlkörpers (7) kraftbeaufschlagt werden.Inverter (1) for powering an electrical machine (2) within an electrically operable drive train of a motor vehicle (3), comprising a first electrical direct current connection (4) and a second electrical alternating current connection (5), wherein between the first electrical direct current -Connection (4) and the second electrical AC connection (5) a power electronics (6) is connected, by means of which the DC voltage present at the DC connection (4) can be transformed into an AC voltage present at the AC connection (5). and vice versa, the power electronics (6) having a plurality of power transistor modules (8) arranged on a heat sink (7), characterized in that a plurality of the power transistor modules (8) are at least partially covered by a clamp element (9) and force is applied in the direction of the heat sink (7). Inverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leistungstransistor-Module (8) von einem gemeinsamen Klammerelement (9) zumindest abschnittsweise überdeckt und in Richtung des Kühlkörpers (7) kraftbeaufschlagt werden.Inverter (1) after Claim 1 , characterized in that all power transistor modules (8) are covered at least in sections by a common clamp element (9) and are subjected to force in the direction of the heat sink (7). Inverter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klammerelement (9) aus einem streifenartigen Blech geformt ist.Inverter (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the clamp element (9) is formed from a strip-like sheet metal. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klammerelement (9) an den dem Klammerelement (9) zugewandten Seiten (10) der Leistungstransistor-Module (8) anliegt und diese vollständig überdeckt.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamp element (9) rests on the sides (10) of the power transistor modules (8) facing the clamp element (9) and completely covers them. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Leistungstransistoren (8) abgewandte Seite (11) des Kühlkörpers (7) thermisch an ein Kühlelement (12) gekoppelt ist.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the side (11) of the heat sink (7) facing away from the power transistors (8) is thermally coupled to a cooling element (12). Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungstransistoren (8) in einer Reihe zueinander angeordnet und zwischen den Leistungstransistoren (8) Befestigungsmittel (13) zur Fixierung des Klammerelements (9) vorgesehen sind.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power transistors (8) are arranged in a row with one another and fastening means (13) are provided between the power transistors (8) for fixing the clamp element (9). Inverter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klammerelement (9) in den Abschnitten zwischen den Leistungstransistor-Module (8) in Richtung des Kühlkörpers (7) versetzte, nutartige Abschnitte (14) aufweist.Inverter (1) after Claim 6 , characterized in that the clamp element (9) has groove-like sections (14) offset in the direction of the heat sink (7) in the sections between the power transistor modules (8). Inverter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartigen Abschnitte (14) des Klammerelements (9) jeweils eine Befestigungsöffnung (15) aufweisen, welche von einer Befestigungsschraube (16) durchgriffen ist, welche jeweils in ein Befestigungsmittel (13) im Invertergehäuse (17) und/oder dem Kühlelement (12) eingreift.Inverter (1) to Claim 7 , characterized in that the groove-like sections (14) of the clamp element (9) each have a fastening opening (15) through which a fastening screw (16) passes, which in each case engages in a fastening means (13) in the inverter housing (17) and/or the cooling element (12). Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungstransistor-Module (8) in einem schalenartigen Invertergehäuse (17) aufgenommen sind, wobei das Klammerelement (9) und die Leistungstransistor-Module (8) so angeordnet sind, dass die Befestigungsschrauben (16) durch die Befestigungsöffnung (15) hindurch befestigt und/oder gelöst werden können.Inverter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power transistor modules (8) are accommodated in a shell-like inverter housing (17), the clamp element (9) and the power transistor modules (8) being arranged in such a way that the fastening screws (16) can be fastened and/or loosened through the fastening opening (15). Elektrische Maschine (2) innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs (3), wobei die elektrische Maschine (2) durch einen Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-9 bestromt wird.Electric machine (2) within an electrically operable drive train of a motor vehicle (3), wherein the electric machine (2) is operated by an inverter (1) according to one of the preceding Claims 1 - 9 is energized.
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Citations (3)

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US20120218716A1 (en) 2011-02-28 2012-08-30 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Semiconductor device
DE102015202300A1 (en) 2015-02-10 2016-08-11 Robert Bosch Gmbh Heat transfer sheet

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