DE19914894A1 - Stromschiene zum Verbinden elektrischer Bauelemente, Anordnung zur Strommessung und Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Es wird unter anderem eine Leistungselektronik (10) zum Steuern einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer permanenterregten Synchronmaschine beschrieben. Diese weist neben anderen Bauelementen eine Anzahl von Kondensatoren (13) und Leistungshalbleitern (12) auf, die mit einer Stromschiene (30) verbunden sind. Um in der Leistungselektronik auf einfache und kostengünstige Weise eine Strommessung auch hoher Ströme durchführen zu können, weist die Stromschiene (30) wenigstens einen Teilbereich (35) mit einer Ausformung auf. Dieser Teilbereich kann beispielsweise eine im wesentlichen U-förmige Konfiguration (38) aufweisen. In der Umgebung des Teilbereichs (35) ist zur Messung des Stroms ein Sensor einer Strommeßeinrichtung vorgesehen. Der Sensor, der zur Messung eines elektrischen und/oder magnetischen Felds in der Stromschiene (30) ausgebildet sein kann, ist wiederum mit einer Auswerteeinrichtung verbunden. Der Sensor und/oder die Auswerteeinrichtung können auf wenigstens einer Steuerplatine (22) der Leistungselektronik (10) angeordnet sein, die unterhalb der Stromschiene (30) vorgesehen ist. Weiterhin wird eine verbesserte Stromschiene sowie eine verbesserte Anordnung zur Strommessung beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Stromschiene zum Verbinden elektrischer Bauelemente, insbesondere zum Verbinden elektrischer Bauelemente für eine Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Strommessung sowie eine Leistungs­ elektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine.

Stromschienen dienen in der Regel dazu, elektrische Bauelemente miteinander zu verbinden und diese mit dem notwendigen Strom zu versorgen. Beispielsweise werden derartige Stromschienen insbesondere in Leistungselektroniken zum Steuern von elektrischen Maschinen verwendet.

Solche elektrischen Maschinen sind unter anderem Synchronmaschinen zur Er­ zeugung von elektrischer Energie. Die erzeugte elektrische Energie wird dann ver­ schiedensten Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Diese Verbraucher sind übli­ cherweise in elektrischen Netzen zusammengefaßt. Solche elektrischen Netze werden beispielsweise als Bordnetze für Fahrzeuge verwendet. Insbesondere, wenn eine elektrische Maschine in einem Fahrzeug verwendet wird, steht übli­ cherweise nur ein geringer Bauraum zur Verfügung, so daß für die elektrische Maschine sowie die für die elektrische Maschine benötigten Komponenten, zu denen auch die Leistungselektronik gehört, nur ein begrenzter Bauraum zur Ver­ fügung steht. Die einzelnen Komponenten müssen daher möglichst kompakt und platzsparend ausgestaltet werden. Gleichzeitig müssen die einzelnen Komponen­ ten, und hier insbesondere die Leistungselektronik, besonders leistungsfähig sein. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugindustrie, wo immer neue elektri­ sche Komponenten eingeführt werden.

Die Leistungselektronik dient dazu, eine elektrische Maschine anzutreiben. Des­ halb wird die Leistungselektronik während ihres Betriebs von hohen Strömen durchflossen, die zur Regelung und Überwachung der elektrischen Maschine ge­ messen werden müssen.

Bisher werden für diese Strommessungen separate Strommeßeinrichtungen ein­ gesetzt. Diese Strommeßeinrichtungen bestehen in der Regel aus einem Sensor und einer mit diesem verbundenen Auswerteeinrichtung. Zur Durchführung der Strommessung wird der Sensor mit einem Leiter verbunden, der von dem zu messenden Strom durchflossen ist. In einer bekannten Ausführungsform zur Strommessung ist es erforderlich, daß der Leiter, in dem der Strom gemessen wird, als eigenständiges Bauelement vorliegt. Dieser Leiter muß dann auf einer entsprechenden Basisstruktur montiert werden. Nachteilig bei einer solchen Aus­ führungsform ist jedoch, daß eine Vielzahl von Bauelementen benötigt werden, die nacheinander alle miteinander kontaktiert werden müssen. So muß zunächst der zur Strommessung dienende Leiter auf der Basisstruktur montiert werden. Anschließend muß der Sensor montiert und mit diesem Stromleiter kontaktiert werden. Dadurch wird die Herstellung einer solchen Anordnung zur Strommes­ sung konstruktiv aufwendig und damit kostenintensiv, was sich insbesondere negativ im Bereich der Massenfertigung und im Bereich der Automobilindustrie auswirkt.

In einer weiteren bekannten Ausführungsform zur Strommessung ist vorgesehen, daß der zur Strommessung dienende stromführende Leiter auf einer Platine auf­ gebracht ist. Dieser Stromleiter wird dann mit dem Sensor der Strommeßeinrich­ tung kontaktiert. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Stromfähigkeit von Plati­ nen beschränkt ist und daß deshalb eine Strommessung nur bis zu einer kleinen Stromklasse möglich sind. Auch diese bekannte Strommeßeinrichtung ist deshalb für eine wie oben beschriebene Leistungselektronik, in der hohe Ströme gemes­ sen werden müssen, nicht geeignet.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um die oben be­ schriebenen Nachteile zu vermeiden. Insbesondere sollen eine Stromschiene, eine Anordnung zur Strommessung und eine Leistungselektronik bereitgestellt wer­ den, mit der/denen auf einfache und kostengünstige Weise auch große Ströme gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Wei­ terbildung einer Stromschiene zum Verbinden elektrischer Bauelemente, insbe­ sondere zum Verbinden elektrischer Bauelemente für eine Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine gelöst, wobei die Stromschiene ein- oder mehrlagig ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist die Stromschiene dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Teilbereich mit einer Ausformung auf­ weist und daß dieser Teilbereich mit einer Strommeßeinrichtung verbunden oder verbindbar ist.

Auf diese Weise können elektrische Ströme auf einfache, insbesondere auf kon­ struktiv einfache, und billige Weise gemessen werden. Dabei basiert die Erfin­ dung auf dem Grundgedanken, daß der bisher notwendige separate Stromleiter für die Strommessung entfallen kann. Dieser Stromleiter wird nun durch einen Teilbereich der Stromschiene gebildet. Dieser Teilbereich weist eine Ausformung auf. Die Ausformung kann beispielsweise als Vorsprung oder dergleichen ausge­ bildet sein. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Form der besonders ausgebildeten Teilbereiche der Stromschiene beschränkt. Vielmehr ergeben sich diese Ausgestaltungskriterien je nach Bedarf und Anwen­ dungsfall.

Da der Teilbereich mit einer Ausformung, der zur Strommessung herangezogen wird, ein fester Bestandteil der Stromschiene ist, können die zur Messung des Stroms verwendeten Strommeßverfahren nunmehr kostengünstig auch für hohe Ströme realisiert werden. Dazu muß die Stromschiene, und insbesondere der Teilbereich mit einer Ausformung entsprechend konstruktiv ausgeführt werden. Weiterhin entfällt der bisher notwendige Montageschritt, daß ein zur Strommes­ sung dienender separater Leiter auf einer Basisstruktur montiert werden muß. Dadurch werden neben einer konstruktiven Vereinfachung nicht zuletzt auch die Herstellungskosten gesenkt. Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Strom­ schiene können die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Der erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Teilbereich der Stromschiene, der eine Ausformung aufweist, ist mit einer Strommeßeinrichtung, über die der den Teilbereich durchfließende Strom gemessen wird, verbunden oder verbind­ bar. Nähere Ausführungen zur Strommeßeinrichtung sowie zur deren Verbindung mit dem Teilbereich der Stromschiene folgen im weiteren Verlauf der Beschrei­ bung.

Die Stromschienen können ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Wenn sie mehr­ lagig ausgebildet sind, können die einzelnen Lagen über ein geeignetes Verfahren, beispielsweise mittels eines Laminierverfahrens, miteinander verbunden werden. Dabei können einzelne Lagen aus leitendem Material und andere Lagen aus einem isolierenden Material bestehen. Stromschienen sind an sich bekannt und bieten eine einfache und sichere Möglichkeit, verschiedene Verbraucher mit Strom zu versorgen. Aufwendige Verkabelungen können entfallen, so daß die Verwendung einer Stromschiene auch zu Platzeinsparungen in bezug auf den Bauraum führt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Stromschiene in einer Leistungs­ elektronik zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Fahrzeug ver­ wendet wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Stromschiene ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann die Stromschiene aus einer oder mehreren Lagen aus Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Natürlich sind auch andere Materialien denkbar. Wichtig ist jedoch, daß das verwendete Material ein guter Leiter für einen elektri­ schen Stroms ist. Vorteilhaft besteht die Stromschiene aus einer oder mehreren Lagen von massivem Kupfer.

Vorzugsweise weist die Stromschiene eine plattenartige Grundstruktur auf. Der­ artige Stromschienen sind leicht herstellbar und können unter Benötigung nur ei­ nes geringen Bauraums mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern ver­ schaltet werden.

In weiterer Ausgestaltung ist der wenigstens eine Teilbereich mit einer Ausfor­ mung im Bereich einer der Stirnseiten der Stromschiene ausgebildet. Wenn die Stromschiene eine plattenartige, viereckige Grundstruktur aufweist, kann der Teilbereich mit einer Ausformung demnach vorteilhaft in einer oder mehreren Ec­ ken der Stromschiene ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Teilbereich bei­ spielsweise als ebenfalls viereckiger Vorsprung ausgebildet sein, so daß der Teil­ bereich, über den die Strommessung erfolgt, über die Seitenkanten der Strom­ schiene vorsteht.

Vorteilhaft kann die Stromschiene eine im wesentlichen T-förmige Struktur auf­ weisen. Dabei bildet der senkrecht stehende Schenkel des "T" die Grundstruktur der Stromschiene. Der wenigstens eine Teilbereich mit einer Ausformung ist vor­ zugsweise in dem zum senkrecht stehenden Schenkel querliegenden Bereich der T-förmigen Stromschiene ausgebildet. Eine derartig ausgebildete Stromschiene ist auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar.

In weiterer Ausgestaltung kann im Teilbereich mit einer Ausformung zur Untertei­ lung der stromführenden Bahnen wenigstens ein Schlitz vorgesehen sein. Übli­ cherweise werden die stromführenden Leiterbahnen in der Stromschiene während des Herstellungsprozesses eingearbeitet. Der oder die Schlitze haben dabei die Funktion, stromführende Bahnen innerhalb der Stromschiene zu unterbrechen und den Strom dadurch in eine andere Richtung zu lenken. Der oder die Schlitze in dem wenigstens einen Teilbereich mit einer Ausformung haben daher die Funkti­ on, den Strom an diejenige Stelle führen, die mit einer weiter unten näher be­ schriebenen Strommeßeinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Die Anzahl und Ausgestaltung der Schlitze kann je nach Bedarf und Anwendungsfall unterschied­ lich sein und daher variieren.

Vorteilhaft kann der wenigstens eine Teilbereich mit einer Ausformung eine im wesentlichen U-förmige Konfiguration aufweisen. Dazu ist der Teilbereich vor­ zugsweise als Ausformung in Gestalt eines viereckigen Vorsprungs ausgebildet. Der von den beiden Schenkeln des "U" eingegrenzte Zwischenraum wird von ei­ nem vorstehend beschriebenen Schlitz gebildet.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Strommessung bereitgestellt, die zunächst eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Stromschiene aufweist, in der ein Strom gemessen werden soll. Weiterhin ist eine Strommeßeinrichtung vorgesehen, die einen Sensor und eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Strommessung wird es auf einfache - insbesondere konstruktiv einfache - und kostengünstige Weise möglich, Ströme, vor allem hohe Ströme, über geeignete Strommeßverfahren zu messen. Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funktionsweise der Anordnung wird auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Stromschiene vollinhalt­ lich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft ist der Sensor zur Messung des Stroms in räumlicher Nähe zum we­ nigstens einen Teilbereich mit einer Aussparung der Stromschiene angeordnet. Dabei ist es nicht erforderlich, daß der Sensor direkt mit dem Teilbereich verbun­ den ist. Vielmehr können die beiden Bauelemente räumlich getrennt und ohne direkte Verbindung vorgesehen sein. Wichtig ist lediglich, daß der Sensor zur Messung des Stroms in der Stromschiene geeignet ist, beispielsweise indem er von den elektrischen und/oder magnetischen Feldern in der Stromschiene durch­ drungen werden kann.

In anderer Ausgestaltung ist der Sensor mit dem wenigstens einen Teilbereich mit einer Ausformung der Stromschiene verbunden, beispielsweise über eine ge­ eignete elektrische Verbindung.

Vorteilhaft ist der Sensor zur Messung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ausgebildet.

In weiterer Ausgestaltung kann der Sensor als Sensorelement auf magnetoresi­ stiver Basis oder auf Hall-Effekt-Basis ausgebildet sein. Natürlich sind auch ande­ re Sensorelemente denkbar, so daß die Erfindung nicht auf die beiden beschrie­ benen Beispiele beschränkt ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird schließlich eine Lei­ stungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine bereitgestellt, die einen Leistungsteil mit einer Anzahl von Kondensatoren und einer Anzahl von Lei­ stungshalbleitern aufweist. Weiterhin weist die Leistungselektronik eine wie vor­ stehend beschriebene erfindungsgemäße Stromschiene auf, die mit den Konden­ satoren und den Leistungshalbleitern verbunden ist.

Über eine solche Leistungselektronik werden vorzugsweise elektrische Maschinen angetrieben. Die diese Elektronik durchfließenden Ströme können durch deren Ausgestaltung auf einfache - insbesondere auf konstruktiv einfache - und billige Weise gemessen werden. Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funkti­ onsweise der Leistungselektronik wird wiederum auf die vorstehenden Ausfüh­ rungen zur erfindungsgemäßen Stromschiene und zur erfindungsgemäßen Anord­ nung zur Strommessung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Durch die Anordnung der einzelnen Komponenten wird eine Leistungselektronik in kompakter Ausführung geschaffen, in der die einzelnen Komponenten optimiert angeordnet sind. Durch diese Anordnung der einzelnen Komponenten wird eine Leistungselektronik mit nur geringem Platzbedarf geschaffen. Dadurch ist die Lei­ stungselektronik besonders zur Verwendung im Fahrzeugbereich geeignet. Wei­ terhin wird durch die besondere Ausführung der Stromschiene erreicht, daß der Strom über die Strommeßeinrichtung direkt an dieser gemessen werden kann. Das bewirkt erhebliche Vereinfachungen bei der Herstellung und führt deshalb auch zu einer Kostenersparnis.

Die Ausgestaltung der Leistungselektronik ist sehr stark abhängig von der erfor­ derlichen Spannungsebene. Aus diesem Grund kann die Anzahl der Kondensato­ ren und Leistungshalbleiter je nach Auslegung der Leistungselektronik variieren, so daß die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Kondensatoren und Leistungshalbleitern beschränkt ist.

Als geeignete Leistungshalbleiter sind vorzugsweise MOSFETs, IGBTs oder der­ gleichen zu nennen. Die Auswahl der geeigneten Leistungshalbleiter erfolgt nach den Leistungsanforderungen an die Leistungselektronik. Soll die Leistungselek­ tronik beispielsweise im Rahmen des von der Automobilindustrie geplanten 42-V- Bordnetzes, über das künftig neu eingeführte elektrische Komponenten wie bei­ spielsweise Frontscheibenheizung, elektrischer Ventiltrieb usw. betrieben werden sollen, verwendet, werden als Leistungshalbleiter vorzugsweise MOSFETs einge­ setzt. IGBTs werden beispielsweise bei noch höheren Spannungen eingesetzt.

Die einzelnen Kondensatoren und Leistungshalbleiter sind mit der Stromschiene verbunden und über diese verschaltet.

Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Leistungselektronik zum Steuern einer Synchronmaschine, insbesondere einer permanent erregten Synchronmaschine verwendet werden. In besonderer Weise kann die erfindungsgemäße Leistungs­ elektronik zum Steuern eines Starter-Generators, insbesondere eines Starter- Generators für Fahrzeuge, verwendet werden. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Maschine, deren Rotoren über die Kurbelwellenlagerung des Verbren­ nungsmotors gelagert sind. Der Starter-Generator wird nicht nur zum Starten und Stoppen des Motors verwendet, sondern er kann auch während des Motorbe­ triebs verschiedene Funktionen übernehmen, wie beispielsweise Bremsfunktio­ nen, Boosterfunktionen, Batteriemanagement, aktive Schwingungsdämpfung, Synchronisierung des Verbrennungsmotors oder dergleichen.

Eine derartige Leistungselektronik ist in der von der Anmelderin ebenfalls einge­ reichten und noch nicht veröffentlichten P 199 13 450 beschrieben, deren Inhalt insoweit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung einbezogen wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Leistungselektronik er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft ist eine Anzahl von Anschlüssen vorgesehen, die mit der Stromschie­ ne verbunden sind. Über diese Anschlüsse wird der Stromschiene der Strom zu­ geführt.

In weiterer Ausgestaltung ist wenigstens eine Steuerplatine vorgesehen, die mit den Leistungshalbleitern verbunden ist. Auf dieser Steuerplatine befinden sich neben anderen Bauelementen vorteilhaft auch die Signalbahnen für die Lei­ stungshalbleiter.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Strommeßeinrichtung, insbesondere eine wie in der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung vorgesehene Strommeßeinrichtung, vorgesehen. Diese Strommeßeinrichtung weist einen Sensor und eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung auf, wobei der Sensor und/oder die Auswerteeinrichtung vorzugsweise auf der Steu­ erplatine angeordnet ist/sind. Die Bestückung des Sensors und/oder der Auswer­ teeinrichtung kann auf konventionelle Weise und gemeinsam mit der Bestückung der Bauelemente erfolgen, die auf der Steuerplatine notwendig sind. Dadurch kann ein bisher im Stand der Technik notwendiger Zwischenschritt zur Montage der Strommeßeinrichtung oder zur Kontaktierung der Strommeßeinrichtung entfal­ len.

Die Zusammenführung der Stromschiene und der Steuerplatine erfolgt normal bei der Montage der Leistungselektronik. Dabei wird der Sensor mit der Stromschie­ ne in Kontakt gebracht.

Vorteilhaft ist der Sensor dabei unterhalb des wenigstens einen Teilbereichs mit einer Ausformung der Stromschiene ausgebildet, so daß die Strommessung in diesem Teilbereich erfolgt. Der Sensor kann in räumlicher Nähe des Teilbereichs vorgesehen sein, jedoch ohne mit diesem direkt - beispielsweise über eine geeig­ nete elektrische Verbindung - kontaktiert zu sein. Wenn sich der Sensor in solch räumlicher Nähe zum Teilbereich der Stromschiene befindet, kann er zur Messung des Stroms in geeigneter Weise von den elektrischen und/oder magnetischen Fel­ dern in der Stromschiene, beziehungsweise im Teilbereich der Stromschiene, durchdrungen werden.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen besteht darin, daß die Bauelemente der Strommeßeinrichtung ohne zusätzlichen Aufwand während der Bestückung der Steuerplatine ebenfalls auf dieser aufgebracht werden. Anschließend wird die Stromschiene mit der Steuerplatine in Verbindung gebracht, daß die Stromschie­ ne, insbesondere deren Teilbereich mit der Ausformung, mit dem Sensor auf solch eine Weise - beispielsweise wie vorstehend beschrieben - in Kontakt kommt, daß eine Strommessung vorgenommen werden kann. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen war es hingegen erforderlich, den zur Strommes­ sung vorgesehenen Stromleiter über einen separaten Arbeitsschritt zunächst auf einer Basisstruktur, beispielsweise einer Platine, zu befestigen. Weiterhin mußte in einem weiteren Zwischenschritt auch die Strommeßeinrichtung auf der Basis­ struktur befestigt und anschließend mit dem Stromleiter kontaktiert werden. Die­ se zusätzlichen, aufwendigen Arbeitsschritte können nunmehr entfallen.

Die Steuerplatine ist vorzugsweise in SMD-Technik ausgeführt und übernimmt sämtliche Steuerungs-, Überwachungs- und Regelfunktionen der Leistungselek­ tronik einschließlich der Ansteuerung der Leistungshalbleiter. Für die Steuerung ist vorzugsweise ein leistungsfähiger Microcontroler auf der Steuerplatine vorge­ sehen, wobei vorteilhaft alle Funktionen über einen CAN-Bus vorgegeben wer­ den. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann die Steuereinrichtung weitere Elemente aufweisen.

Die Erfindung wird nun auf exemplarische Weise an Hand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der erfin­ dungsgemäßen Leistungselektronik.

In Fig. 1 ist eine Leistungselektronik 10 zum Steuern einer elektrische Maschine dargestellt, wobei es sich bei der elektrischen Maschine um einen Starter- Generator für ein Fahrzeug handelt, der als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist.

Die Leistungselektronik 10 weist ein Gehäuse 19 auf, das als Aluminium- Tiefziehteil hergestellt ist. Das Gehäuse 19 ist bis auf eine Gehäuseöffnung in der Stirnseite allseitig geschlossen. Dadurch wird verhindert, daß Verunreinigungen oder Feuchtigkeit von außen in die Leistungselektronik 10 eindringen und diese beschädigen können. Das Gehäuse 19 kann auch zwei Gehäuseöffnungen auf­ weisen, die jeweils in dessen Stirnseiten vorgesehen sind. Die Gehäuseöff­ nung(en) ist/sind über ein Deckelelement 20 verschlossen, wobei das Deckelele­ ment 20 lösbar mit dem Gehäuse 19 verbunden ist. Dadurch können die im Ge­ häuse 19 befindlichen Bauelemente, etwa zu Wartungs- oder zu Reparaturzwec­ ken leicht aus dem Gehäuse 19 herausgenommen werden. Um ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit über die Gehäuseöffnung in das Gehäuse 19 zu ver­ hindern, ist zwischen dem Deckelelement und dem Gehäuse 19 vorteilhaft ein geeignetes Dichtungselement vorgesehen. Das Deckelelement 20 weist eine An­ zahl von Öffnungen auf, durch die eine Anzahl von Anschlußelementen 16, 17 hindurchgeführt sind. Das Deckelelement 20 fungiert somit als Anschlußplatte der Leistungselektronik 10.

Wie aus Fig. 1 weiterhin zu ersehen ist, weist die Leistungselektronik 10 einen Leistungsteil 11 auf. Der Leistungsteil 11 verfügt über eine Anzahl von Konden­ satoren 13. Die Kondensatoren 13 sind über eine Schraubverbindung 14 mit ei­ ner Stromschiene 30 verbunden. Weiterhin weist der Leistungsteil 11 eine An­ zahl von Leistungshalbleitern 12 auf, die über Laschen 15 ebenfalls mit der Stromschiene 30 verbunden sind. Die Laschen sind beispielsweise über eine Löt­ verbindung oder dergleichen mit dieser verbunden. Natürlich sind auch andere Verbindungsmöglichkeiten für die Leistungshalbleiter 12 an der Stromschiene 30 denkbar. Zu nennen sind hier unter anderem Krimpverbindungen, Verbindungen mittels Hülsen, Schweißverbindungen, wie beispielsweise das Ultraschallschwei­ ßen, oder dergleichen. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Verbindungsarten beschränkt.

Bei den Leistungshalbleitern handelt es sich im vorliegenden Fall um MOSFETs. Sowohl die Kondensatoren 13, als auch die Leistungshalbleiter 12 sind über die Stromschiene 30 verschaltet.

Die Kondensatoren 13 sind in einer Reihe mittig im Gehäuse 19 angeordnet und werden von zwei Reihen Leistungshalbleitern 12 flankiert, so daß sich die Lei­ stungshalbleiter 12 zwischen der Seitenwand des Gehäuses 19 und den Konden­ satoren 13 befinden.

Um die während des Betriebs der Leistungselektronik 10 in den Leistungshalblei­ tern 12 und den Kondensatoren 13 entstehende Verlustwärme abführen zu kön­ nen, ist eine Kühlvorrichtung 18 vorgesehen. Dabei ist die Kühlvorrichtung 18 derart mit den genannten Elementen verbunden, daß zwischen diesen und der Kühlvorrichtung 18 ein thermischer Austausch stattfindet oder stattfinden kann.

Die Kühlvorrichtung 18 ist als Aluminium-Tiefziehprofil oder -Strangpreßprofil ausgebildet und weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Natür­ lich sind je nach Bedarf und Anwendungsfall auch andere Querschnitte, wie bei­ spielsweise ein L-förmiger Querschnitt oder dergleichen für die Kühlvorrichtung 18 denkbar. Bei U-förmiger Ausgestaltung verfügt die Kühlvorrichtung 18 über zwei Seitenschenkel sowie einen Basisbereich. Die Kondensatoren 13 sind in ei­ nem von den Seitenschenkeln und dem Basisbereich gebildeten Raum angeord­ net, so daß eine Kühlung sowohl in seitlicher Richtung, als auch nach unten und von unten erfolgen kann. Die Leistungshalbleiter 12 sind vorzugsweise außerhalb der Seitenschenkel von der Kühlvorrichtung 18 angeordnet. Somit ist eine seitli­ che Kühlung der Leistungshalbleiter 12 über die Seitenschenkel gewährleistet, ohne daß es im Hinblick auf die Kühlung zu einer Behinderung zwischen den Kondensatoren 13 und den Leistungshalbleitern 12 kommen kann.

Zur Unterstützung der Kühlwirkung durch die Kühlvorrichtung 18 sind in den Sei­ tenschenkeln und im Basisbereich der Kühlvorrichtung 18 Kühlkanäle 21 vorge­ sehen. Die Kühlkanäle 21 werden von einem geeigneten Kühlmedium durch­ strömt. Dazu sind die Kühlkanäle 21 mit einer nicht dargestellten Quelle für ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder dergleichen, verbunden. Wenn die Lei­ stungselektronik 10 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Starter-Generator für ein Fahrzeug verwendet wird, kann die Quelle für das Kühlmedium der konventionelle Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors sein. Ein Anschlußelement der Kühlvorrichtung ist dann mit dem Kühlkreislauf des Ver­ brennungsmotors verbunden, so daß das im Verbrennungsmotor zirkulierende Kühlwasser auch die Kühlvorrichtung 18 der Leistungselektronik durchströmt. Dadurch können zusätzliche Kühler, Pumpen oder dergleichen für die Kühlvorrich­ tung 18 wegfallen, was besondere Vorteile im Hinblick auf die Kosten sowie den Platzbedarf der Leistungselektronik 10 hat.

Zum Betrieb der Leistungselektronik 10 sind weiterhin zwei Steuerplatinen 22 vorgesehen, die vorzugsweise in SMD-Technik ausgeführt ist, und die sämtliche Steuerungs-, Überwachungs- und Regelungsfunktionen einschließlich der An­ steuerung der Leistungshalbleiter 12 übernehmen. Auf den Steuerplatinen 22 be­ finden sich unter anderem Signalbahnen für die Leistungshalbleiter 12.

Weiterhin ist in der Leistungselektronik 10 eine Stromschiene 30 vorgesehen, über die die Kondensatoren 13 und die Leistungshalbleiter 12 verschaltet sind. Die Stromschiene 30 hat die Aufgabe, die mit ihr verschalteten Bauelemente mit Strom zu versorgen. Dazu weist die Stromschiene 30 eine Anzahl von Anschlüs­ sen 37 auf. Die Stromschiene 30 besteht aus einer Anzahl von Lagen 31, die aus massivem Kupfer gebildet sind.

Die Stromschiene 30 weist eine T-förmige Struktur auf. Dazu besteht sie zum einen aus einer plattenartigen, viereckigen Grundstruktur 32. An einer ihrer Stirn­ seiten 34 weist die Stromschiene einen querliegenden Bereich 33 auf.

Im querliegenden Bereich 33 ist auf beiden Seiten jeweils ein Teilbereich 35 mit einer Ausformung vorgesehen. Dieser Teilbereich 35 hat eine im wesentlichen U- förmige Konfiguration 38, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Schen­ keln des "U" durch einen Schlitz 26 gebildet wird. Dieser und weitere in Fig. 1 dargestellte Schlitze 36 haben die Funktion, die stromführenden Bahnen der Stromschiene 30 gezielt zu unterteilen.

Schließlich sind in der Stromschiene 30 noch verschiedene Kontaktierungen 39 vorgesehen.

Über die Stromschiene 30 ist es möglich, die in der Leistungselektronik 10 be­ findlichen hohen Ströme zu messen. Die Strommessung erfolgt über die entspre­ chend ausgebildeten Teilbereiche 35. Dabei wird der Strom mittels der Schlitze 36 in diese Teilbereiche 35 geführt.

Unterhalb der Teilbereiche 35 ist auf der Steuerplatine 22 in räumlicher Nähe zu den Teilbereichen 35 jeweils ein Sensor einer nicht dargestellten Strommeßein­ richtung vorgesehen, der von den elektrischen und/oder magnetischen Feldern in der Stromschiene 30, beziehungsweise im Teilbereich 35, durchdrungen wird.

Die Meßwerte werden an eine Auswerteeinrichtung der Strommeßeinrichtung weitergeleitet, die ebenfalls auf der Steuerplatine 22 angeordnet ist. Dadurch las­ sen sich mit den bekannten und üblichen Strommeßverfahren auch bei der im Hochstrombetrieb arbeitenden Leistungselektronik auf einfache und kostengün­ stige Weise die Ströme messen.

Claims (17)

1. Stromschiene zum Verbinden elektrischer Bauelemente, insbesondere zum Verbinden elektrischer Bauelemente für eine Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine, wobei die Stromschiene (30) ein- oder mehrlagig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschiene (30) wenig­ stens einen Teilbereich (35) mit einer Ausformung aufweist und daß dieser Teilbereich (35) mit einer Strommeßeinrichtung verbunden oder verbindbar ist.

2. Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer oder mehreren Lagen (31) aus Kupfer oder Aluminium gebildet ist.

3. Stromschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschiene (30) eine plattenartige Grundstruktur (32) aufweist.

4. Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Teilbereich (35) mit einer Ausformung im Bereich einer der Stirnseiten (34) der Stromschiene (30) ausgebildet ist.

5. Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine im wesentlichen T-förmige Struktur aufweist und daß der wenigstens eine Teilbereich (35) mit der Ausformung im querliegenden Be­ reich (33) der T-förmigen Stromschiene (30) ausgebildet ist.

6. Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Teilbereich (35) mit einer Ausformung zur Unterteilung der stromfüh­ renden Bahnen wenigstens ein Schlitz (36) vorgesehen ist.

7. Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Teilbereich (35) mit einer Ausformung eine im we­ sentlichen U-förmige Konfiguration (38) aufweist.

8. Anordnung zur Strommessung, mit einer Stromschiene (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in der ein Strom gemessen werden soll, und einer Strommeßeinrichtung, die einen Sensor und eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Messung des Stroms in räumlicher Nähe zum wenigstens einen Teilbereich (35) mit einer Ausformung der Stromschiene (30) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit dem wenigstens einen Teilbereich (35) mit einer Ausformung der Strom­ schiene (30) verbunden ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Messung eines elektrischen und/oder magnetischen Fel­ des ausgebildet ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Sensorelement auf magnetoresistiver Basis oder auf Hall- Effekt-Basis ausgebildet ist.

13. Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine, mit einem Lei­ stungsteil (11), der eine Anzahl von Kondensatoren (13) und eine Anzahl von Leistungshalbleitern (12) aufweist, und mit einer Stromschiene (30) nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 7, die mit den Kondensatoren (13) und den Lei­ stungshalbleitern (12) verbunden ist.

14. Leistungselektronik nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Anschlüssen (37) vorgesehen ist, die mit der Stromschiene (30) verbunden sind.

15. Leistungselektronik nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Steuerplatine (22) vorgesehen ist, die mit den Leistungshalb­ leitern (12) verbunden ist.

16. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Strommeßeinrichtung vorgesehen ist, die einen Sensor und eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung aufweist und daß der Sensor und/oder die Auswerteeinrichtung vorzugsweise auf der Steuerplatine (22) angeordnet ist/sind.

17. Leistungselektronik nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor unterhalb des wenigstens einen Teilbereichs (35) mit einer Ausfor­ mung der Stromschiene (30) ausgebildet ist.