DE60313430T2

DE60313430T2 - Kompakter flüssigkeitsgekühlter leistungswandler mit mehreren leiterplatten

Info

Publication number: DE60313430T2
Application number: DE60313430T
Authority: DE
Inventors: Bruce C. Stevensville BEIHOFF; Lawrence D. Muskego RADOSEVICH; Mark G. Brookfield PHILLIPS; Dennis L. Milwauke KEHL; Steven C. Kaishian; Daniel G. Waukesha KANNENBERG
Original assignee: Rockwell Automation Technologies Inc
Current assignee: Rockwell Automation Technologies Inc
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: WO2004047225A3; WO2004047225A2; US6898072B2; EP1466402B1; US7095612B2; AU2003299450A8; EP1466402A2; US20030133267A1; ATE360914T1; AU2003299450A1; US20050018386A1; DE60313430D1

Description

QUERBEZUG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/349259 , angemeldet am 16. Januar 2002.
LIZENZRECHTE DER REGIERUNG
Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter dem Cooperative Agreement Nr. DE-FC02-99EE50571, gefördert durch das Energieministerium gemacht. Die Regierung hält an dieser Erfindung bestimmte Rechte.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Stromvorrichtungen und ihren Einbau in Module und Systeme. Insbesondere betrifft die Technik eine Anschlusskonfiguration zur Verwendung in verpackten bzw. paketierten Stromelektronikschaltungen, insbesondere modularen Stromrichtern bzw. -wandlern.
Ein großes Feld von Anwendungen ist für Stromelektronikvorrichtungen bekannt, wie etwa Stromschalter bzw. Leistungsschalter, Transistoren und dergleichen. Beispielsweise werden zum Bereitstellen von Strom für Lasten in industriellen Anwendungen siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs), isolierte Gate-Bipolartransistoren (IGBTs), Feldeffekttransistoren (FETs) und dergleichen verwendet. Bei bestimmten Anwendungen werden beispielsweise Anordnungen von Stromschaltern verwendet, um Gleichstrom in Wechselstromwellenformen zur Anwendung auf Lasten umzusetzen. Derartige Anwendungen umfassen Motor antriebe. Zahlreiche weitere Anwendungen existieren jedoch für Inverterschaltkreise und andere Schaltkreise, die derartige Geräte enthalten. Weitere Anordnungen umfassen Elektrofahrzeugsteuergitterankerinverter, Gleichstrom/Gleichstromumsetzer, Wechselstrom/Wechselstromumsetzer sowie weitere Festkörperstromrichtungselemente, die eine paketierte Stromgeräteschaltertopologie erfordern. In Elektrofahrzeugen steht eine Gleichstromquelle typischerweise in Gestalt einer Batterie oder eines Stromversorgungssystems bereit, das eine Batterie enthält, oder aus einem Gleichstrom- oder Rotationsenergiekonverter besteht. Elektronische Stromvorrichtungen werden verwendet, um diesen Strom in Wechselstromwellenformen umzusetzen, um einen oder mehrere Elektromotoren anzutreiben. Die Motoren dienen zum Antreiben von Stromübertragungselementen zum Antreiben des Fahrzeugs. Während zahlreiche Beschränkungen bei derartigen Anordnungen existieren, die sich von demjenigen industrieller Anlagen unterscheiden, teilen sich diese Anwendungen zahlreiche Probleme und Schwierigkeiten.
Anforderungen, die an elektronische Stromvorrichtungen gestellt werden, umfassen typischerweise deren Zuverlässigkeit, die Stromabgabefähigkeit, Größe und Gewichtsgrenzen und Anforderungen in Bezug auf Umweltvorschriften, unter denen sie betrieben werden. Wenn Größen- und Gewichtsbeschränkungen eine Verringerung der Paketierungsabmessungen erfordern, treten Schwierigkeiten auf beim korrekten Anordnen der elektronischen Stromvorrichtungen und dem Treiber- und Steuerschaltkreis, der den Geräten zugeordnet ist, um während ihres Betriebs erzeugte Wärme in ausreichender Weise abzuleiten. Wenn die Größe, Kosten und das Gewicht weniger wichtig sind, können große Wärmekühlkörper und Wärmeableitungsvorrichtungen verwendet werden, die eine beliebige Flüssigkeit nutzen, die mit dem gewährten Material kompatibel ist. Paketierungsgrößen sind jedoch beschränkt, so dass effizientere und effektivere Techniken benötigt werden. Elektrische und elektronische Beschränkungen führen außerdem zu Schwierigkeiten bei der Paketierungsauslegung. Beispielsweise ist die Verringerung von Induktanz in diesen Schaltungen und der Schaltkreisauslegung üblicherweise ein Ziel, wobei Lösungen zum Verringern der Induktanz schwierig realisierbar sein können. Ein Abschirmen von elektromagnetischer Interferenz, die sowohl von innerhalb wie außerhalb der Verpackung herrühren kann, kann wesentlich sein, und zwar abhängig von der Umgebung. In ähnlicher Weise kann bei bestimmten Anwendungen die Schnittstellenbildung mit einem externen Schaltkreis ebenso wesentlich sein wie eine leichte Installierbarkeit, eine leichte Wartung und ein leicht durchführbarer Austausch von elektronischen Stromvorrichtungspaketierungen. Es ist typischerweise in zahlreichen Fällen wichtig, das elektronische Stromelement so zu konfigurieren, dass es mit dem speziellen Bedarf der Anwendung optimal zusammenpasst, wodurch die Anforderung an Kosten, Größe und Leistungsvermögen erfüllt werden, die durch keinerlei andere Mittel erzielt werden können. Schließlich erfordern bestimmte Umgebungen, wie Fahrzeugumgebungen, eine große Vielfalt harter Betriebsbedingungen, einschließlich großer Temperaturspannen, Vibrations- und Stoßbelastungen und dergleichen.
Eine besondere Herausforderung bezüglich der Paketierung elektronischer Stromvorrichtungen besteht im Kühlen von sowohl den elektronischen Vorrichtungen wie dem unterstützenden Schaltkreis und von Anschlüssen, die verwendet werden, um zwischen dem Schaltkreis und einem externen Schaltkreis zulaufenden wie abgehenden Strom zu leiten. Auf Grund hoher Stromflüsse und Betriebstemperaturen, wobei der Schaltkreis in thermischer Hinsicht verwaltet bzw. gesteuert werden muss, kann es vorkommen, dass die thermische Verwaltung der Anschlüsse und Anschlussleiter vollständig außer Acht gelassen wird. Zahlreiche aktuelle Paketierungstechniken bzw. Verpackungstechniken stellen keine Wärmeverwaltung von Anschlüssen oder Anschlussleitungsleitern bereit.
Es besteht deshalb ein Bedarf an verbesserten Techniken zum Anschließen bzw. Abschließen und Paketierung von elektronischen Stromgeräten. Es besteht insbesondere ein Bedarf an Techniken, die in kleinen, robusten und thermisch verwalteten bzw. gesteuerten Konfigurationen eine effiziente und kosteneffektive Stromlieferfähigkeit bereitstellen.
Ein Anschlusssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 festgelegten Art ist aus der EP-A2-0907310 bekannt. Das thermisch leitende Anschlusselement dieses bekannten Anschlusssystems ist als elektrisch leitende Schraube in Kontakt mit dem thermischen Träger mittels eines elektrisch isolierten Körpers verwirklicht, beispielsweise einer elektrisch isolierenden Scheibe bzw. Platte, die aus einem Material besteht, das zusätzlich wärmeleitfähig bzw. thermisch leitend ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft ein Anschlusssystem, das durch die Merkmale des Anspruchs 1 festgelegt ist, und ein Verfahren zum Umsetzen elektrischen Stroms mittels eines modularen Stromrichters bzw. Stromwandlers, der dieses Anschlusssystem enthält, mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Die vorliegende Technik stellt Anschlusskonfigurationen zur Verwendung in elektrischen Leistungsmodulen bzw. Strommodulen bereit, die dazu ausgelegt sind, dem genannten Bedarf zu ent sprechen. Die Technik nutzt eine neuartige Paketierung, eine neuartige Wärmeverwaltung, Verbindung und Masseabschirmung sowohl zur Verbesserung des Leistungsvermögens wie zur Bereitstellung kleinerer, leichterer und effizienterer Konfigurationen von elektronischen Stromvorrichtungen bzw. Leistungsgeräten und für ihren Treiberschaltkreis. Die Technik bietet zahlreiche Facetten für eine derartige Paketierung und die Wärmeverwaltung, die auf eine Vielzahl von Anordnungen angewendet werden kann, einschließlich industriellen elektronischen Leistungsanwendungen, Fahrzeuganwendungen und dergleichen. Zahlreiche der Ausführungsformen der vorliegenden Technik erlauben die Nutzung von standardisierten Zellen, die dazu ausgelegt sind, in eine Anzahl optimaler Konfigurationen rekonfiguriert zu werden, die mit Anforderungen an Schlüsselanwendungen übereinstimmen.
Die Merkmale der Technik bieten thermisch gekühlte Anschlussaufbauten bzw. -baugruppen für eine modulare Paketierung, wie etwa zur Umschließung eines thermischen Verwaltungssystems, das üblicherweise einen thermischen Träger enthält. Elektronische Stromvorrichtungen können direkt am Träger montiert werden, um die Wärme abzuleiten. Die Anordnung der Vorrichtungen und ihre Verbindung mit einlaufenden und abgehenden Stromleitern kann variieren und der thermische Träger kann genutzt werden, um Wärme zu extrahieren und verschiedene Komponenten anzubringen. Eine Anzahl verbesserter Stromvorrichtungsbaugruppen und ihre Anbringungsmittel am thermischen Träger werden im Umfang der vorliegenden Technik berücksichtigt.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine thermische Baugruppe für modulare Stromrichter bereitgestellt, obwohl andere Arten von elektronischen Stromschaltkreisen in dem Pa ket bzw. der Paketierung zur Anwendung kommen können. Leiter für einlaufenden Strom in der gekühlten Anschlussstruktur bilden eine Schnittstelle mit dem Treiberschaltkreis, der den einlaufenden Strom in den gewünschten Ausgangsstrom richtet bzw. wandelt, wie etwa Wechselstromwellenformen. Die einlaufenden und abgehenden Stromleiterkonfigurationen und -anordnungen der Anschlussbaugruppe bzw. des Anschlussaufbaus selbst können die Installation und das Kühlen des Moduls in Ein- bzw. Umschließungen oder Fahrzeugmontageräumen erleichtern, wobei Plug-in-Anschlüsse sowohl für den Strom wie für die Steuerung bereitgestellt werden. Kühlmittel kann durch den thermischen Träger über zusätzliche Anschlüsse geleitet werden. Beispielhafte Kühlmittelkonfigurationen werden in Betracht gezogen, also solche, die in wirksamer Weise Wärme durch nahes und thermisch angepasstes Montieren von Leistungselektronik und anderen elektronischen Geräten effektiv extrahieren, und zwar unmittelbar benachbart zu den Wärmeableitflächen. Aufstellräume, das Positionieren und Verbinden von Steuerungs-, Treiber- und elektronischen Leistungsschaltkreisen erleichtern ein enges Verpacken bzw. Paketieren dieser Elemente. Abschirmung von elektromagnetischer Interferenz kann erleichtert werden durch die Verwendung des Trägers, bei dem es sich um einen thermischen Träger handeln kann, und falls gewünscht unter Verwendung zusätzlicher externer Abschirmungen und Einschließungen. Eine optimale Stromvorrichtungstemperatur und EMI-Regulierungsmittel können in den dem Träger innewohnenden Merkmalen enthalten sein, so dass diese in enger Harmonie mit elektrischen Stromschaltelementen oder einem anderen Schaltkreis arbeiten sowie in Harmonie mit einer thermomechanischen Anbringung sowohl an den Eingängen wie den Ausgängen und dem Träger für das thermische System, der EMI-Verwaltung und der thermischen Verwaltung.
Die vorliegende Technik bietet eine große Vielfalt von Verbesserungen bei der Paketierung und Verwaltung von Stromvorrichtungselektronik. Die Verbesserungen beruhen sowohl auf der speziellen Konfiguration der Paketierungen wie der Konfiguration der Paketierungskomponenten und der gegenseitigen Beziehung und Auslegung der Komponenten, ihrer Schnittstellen und ihrer betriebsmäßigen Unabhängigkeit. Die Technik bietet außerdem eine effektivere Abschirmung in Bezug auf EMI/RFI. Bessere Hochfrequenzmassen können außerdem erzielt werden durch niederinduktive Verbindungsmittel, die in den thermischen Träger integriert sind. Die Verbindungen bzw. Anschlüsse können gekühlt werden mittels einer integrierten Busstruktur im Kontakt mit elektrisch isolierenden, jedoch thermisch leitfähigen Merkmalen in oder integriert mit dem Träger und dem Kühlmittelzirkulationssystem.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend genannten sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung erschließen sich aus einem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; in diesen zeigen:
1 schematisch ein elektronisches Strommodul in Übereinstimmung mit bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung,
2 schematisch eine Abwandlung des Moduls von 1 unter Einschluss eines zusätzlichen Schaltkreises, der auf einer thermischen Basis getragen ist,
3 eine weitere schematische Darstellung eines elektronischen Strommoduls, bei dem beiderseits einer thermischen Basis elektronische Stromvorrichtungen montiert sind,
4 schematisch eein elektronisches Strommodul mit mehreren thermischen Basen,
5 ein Blockdiagramm eines bestimmten funktionellen Schaltkreises in einer beispielhaften Anwendung eines elektronischen Strommoduls in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik für einen Fahrzeugantrieb,
6 schematisch ein elektronisches Leistungsmodul in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik im Einsatz in einer Einschließung, wie etwa einem Fahrzeug oder einer industriellen Anlage,
7A und 7B Blockdiagramme eines funktionellen Schaltkreises, der in einer Paketierung in Übereinstimmung mit den vorliegenden Techniken getragen sein kann, einschließlich einem Invertertreiber und einem Konvertertreiber,
8 eine perspektivische Explosionsansicht eines beispielhaften Leistungselektronikmoduls und seiner zugeordneten Paketierungskomponenten,
9 eine perspektivische Ansicht externer Schnittstellen eines beispielhaften Paketierungsmoduls der in 8 gezeigten Art mit geringfügig unterschiedlichen Schnittstellenanschlüssen,
10 eine perspektivische Ansicht des Paketierungsmoduls von 9 unter Illustration zusätzlicher Schnittstellen auf der Rückseite der Modulpaketierung,
11 eine perspektivische Ansicht der Paketierung von 10, wobei eine Gehäuseabdeckung entfernt ist, um interne Anordnungen der Leistungselektronik sowie zugeordneter Schaltkreise und Komponenten aufzuzeigen,
12 eine perspektivische Ansicht eines internen Leistungsmoduls in der Darstellung von 11, wobei das Modul von dem Basisgehäuse entfernt ist,
13 eine perspektivische Explosionsansicht der Anordnung von 12 bei entferntem Steuerungs- und Treiberschaltkreis,
14 eine perspektivische Ansicht einer thermischen Basis sowie des elektronischen Stromsubstrats bzw. Leistungssubstrats und einer Vorrichtungsteilbaugruppe der Art, die in der Anordnung von 13 verwendet wird,
15A–15R schematische Detailansichten beispielhafter elektronischen Leistungssubstrat bzw. Stromsubstrat und der thermischen Basis,
16 eine perspektivische Explosionsansicht einer Anordnung zum Bereitstellen eines Schalterrahmens auf einer thermischen Basis, wobei der Schalterrahmen von dieser Basis abnehmbar ist,
17 eine perspektivische Ansicht eines Substrats zur Verwendung mit einer thermischen Basis und zur Illustration einer beispielhaften Auslegung elektronischer Stromvorrichtungsteilbaugruppen auf dem Substrat,
18 eine perspektivische Explosionsansicht beispielhafter Vorrichtungsteilaufbauten, die in 17 gezeigt sind, und einer bevorzugten Art und Weise zur Ausbildung des Vorrichtungsteilaufbaus auf dem Substrat,
19A und 19B perspektivische Ansichten eines beispielhaften Anschlussstreifens, der mit einer thermischen Basis verwendet wird, um einlaufenden und abgehenden Strom zu den elektronischen Stromvorrichtungen und ihrem zugeordneten Schaltkreis zu leiten,
20 schematisch eine bevorzugte Auslegung von Anschlüssen und Leitern in einem Anschlussstreifen der in 19 gezeigten Art,
21 ein Schaltungsdiagramm des Signalflusses, der durch die Auslegung von 20 bereitgestellt wird,
22A–22F schematische perspektivische Ansichten eines beispielhaften elektronischen Strommoduls unter Illustration verschiedener möglicher Leitungsausrichtungen für einlaufenden und abgehenden Strom sowie von Kühlmittel,
23 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Verbinderschnittstelle zur Verwendung in einem elektronischen Strommodul in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik,
24 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Verbinderschnittstellenanordnung zur Erzielung verschiedener Ausrichtungen bzw. Anordnungen des in 22 gezeigten Typs,
25 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Konfiguration eines elektronischen Strommoduls, wobei ein Kanister bereitgestellt ist, um die Modulkomponenten zu montieren und abzuschirmen,
26 eine perspektivische Ansicht der Elemente von 25 nach dem Montieren einer Baugruppe,
27A–27D schematisch alternative Anschluss- und Anschlussbaugruppenverbindungsanordnungen zur Verwendung in einem Modul in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik,
28A–28D schematisch alternative Anschluss- und Anschlussbaugruppenkühlordnungen zur Verwendung in einem Modul in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik,
29A und 29B schematisch alternative Anschluss- und Steckerkonfigurationen zur EMI-Abschirmung und zum Masseanschluss für ein Modul in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik,
30A–30C schematisch alternative elektronische Stromsubstrathalterungsanordnungen zur Schnittstellenbildung mit Wärmeableitstrukturen in dem Modul,
31A eine schematische perspektivische Ansicht eines Strom- und Niederinduktionssteuerungsschirms sowie einer Masseanordnung zur Verwendung in dem Modul, wobei 31B eine perspektivische Explosionsansicht der beispielhaften Implementierung einer derartigen Anordnung zeigt,
32A eine schematische Aufrissansicht einer alternativen Plug-in-Modulanordnung auf Grund der Module, wie etwa denje nigen, die in den vorausgehenden Figuren gezeigt sind, wobei 32B eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Implementierung der Plug-in-Modulanordnung ist,
33 eine weitere alternative Plug-in-Anordnung, die diese Module enthält,
34 schematisch ein Modul der in den vorausgehenden Figuren gezeigten Art, enthaltend einen Strömungssteuerungsschaltkreis zum Regeln der Kühlmittelströmung in das Modul hinein und aus diesem heraus,
35A–35C schematisch Schaltungen und physikalische Auslegungen von Komponenten für eine Konverteranordnung bzw. Richteranordnung unter Verwendung von Aspekten der vorliegenden Technik,
36A–36C schematisch Schaltungen und physikalische Auslegungen von Komponenten für eine Matrixschaltertopologieimplementierung von Aspekten der vorliegenden Technik,
37 eine weitere schematische Ansicht einer Schaltung in Übereinstimmung mit einer Leitungstechnik, die dazu ausgelegt ist, Strom für eine Mittelfrequenzschweißanwendung zuzuführen,
38A und 38B beispielhafte Konfigurationen von Modulen, die zum Kühlen eines Schaltkreises durch indirekte Leitung zu dem thermischen Träger ausgelegt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Technik näher erläutert werden, werden einige Definitionen vorgestellt. Zunächst wird Bezug genommen auf die aktuelle Offenbarung von Strom- bzw. Leistungsgeräten oder -vorrichtungen und Teilaufbauten bzw. Teilbaugruppen derartiger Vorrichtungen. Diese Vorrichtungen können einen Bereich von Komponenten umfassen, wie etwa elektronische Leistungsschalter bzw. Stromschalter (z. B. IGBTs, FETs) verschiedener Nennleistungen. Die Vorrichtungen können auch einen Gate-Treiberschaltkreis für diese Komponenten umfassen, einen Erfassungs- und Überwachungsschaltkreis, einen Schutzschaltkreis, einen Filterungsschaltkreis und dergleichen. Die Vorrichtungen können in Teilaufbauten in verschiedenen Gruppierungen vorgesehen sein, und zwar sowohl integral wie getrennt von stützenden bzw. tragenden Substraten und/oder Elementen mit thermischem Expansionskoeffizient und Wärmeübertragungselementen. Vorliegend wird Bezug genommen auf einen Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis. Ein derartiger Schaltkreis kann abhängig von der spezielle Konfiguration der zugeordneten elektronischen Leistungsvorrichtungen bzw. Stromvorrichtungen und Schaltungen im Aufbau variieren. Beispielsweise in Invertertreiberanwendungen, die nachfolgend erläutert sind, kann ein Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis einen oder mehrere Kondensatoren, Kondensator/Induktorschaltungen oder Netzwerke umfassen. Ein Filterschaltkreis kann außerdem zum Signalkonditionierung vorgesehen sein. In weiteren Anwendungen, wie etwa beim Mittelfrequenzspeisen, kann der Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis einen oder mehrere Transformatoren umfassen. Während vorliegend auf einen thermischen Träger abgehoben wird, der in Verbindung mit Leistungsvorrichtungen und anderen Schaltkreisen verwendet wird, können dem Träger verschiedene Konfigurationen und Vorrichtungen zugeordnet sein. Beispielsweise und wie nachfolgend erläutert, kann der Träger sowohl eine mechanische wie elektrische Tragfunktion für die verschiedenen Komponenten bereitstellen und ein integriertes sowie hochgradig wirksames Kühlen von einigen oder sämtlichen der Komponenten bieten. Darüber hinaus kann der Träger elektrische und Abschirmungsfunktionen bereitstellen, wie etwa zur EMI- und RFI-Abschirmung von sowohl externen Feldern, die die Bestandteile beeinträchtigen können, wie Feldern, die durch die Komponenten während des Betriebs erzeugt werden können. Thermische Regelungskomponenten und Schaltungen können ebenfalls in den Träger eingebaut oder diesem zugeordnet sein.
Unter Bezug auf die Zeichnungen ist zunächst in 1 ein beispielhaftes Elektronikleistungsmodul bzw. Elektronikstrommodul 10 gezeigt. Das Modul 10 umfasst einen thermischen Träger 12, auf dem die elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltung 14 angeordnet ist. Wie nachfolgend näher erläutert, kann der thermische Träger 12 einen Bereich thermischer Verwaltungsmerkmale enthalten, wie etwa eine Portierung zum Leiten von Kühlmittel zum Extrahieren von Wärme aus der Schaltung 14. In ähnlicher Weise kann die Schaltung 14 einen großen Bereich funktioneller Schaltkreise aufweisen, wie etwa einen Inverterschaltkreis, einen Konverterschaltkreis und dergleichen, der jeweils auf dem Träger 12 zum mechanische und elektrischen Tragen bzw. Stützen angebracht ist, um das EMI/RFI-Abschirmverhalten und die Hochfrequenzmasseführung zu verbessern, sowie zum Extrahieren von Wärme, die während des Betriebs erzeugt wird. In der Ausführungsform von 1 umfasst das Modul 10 ferner einen Steuerungs- und Treiberschaltkreis, der allgemein mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet ist. Einlaufender Strom, der mit dem Pfeil 18 bezeichnet ist, wird dem Schaltkreis 14 zugeführt, und abgehender Strom 20 wird von dem Schaltkreis zu externen Vorrichtungen (nicht gezeigt) geleitet. In ähnlicher Weise wird in der schematischen Darstellung von 1 Kühlmittel 22 dem thermischen Träger 12 zugeführt, um Wärme von der elektronischen Leistungsschaltung 14 und von dem thermischen Träger zu extrahieren, sowie von dem Steuerungs- und Treiberschaltkreis 16. Abgehendes Kühlmittel 24 wird von dem thermischen Träger zum Ableiten von Wärme zu einem Kühlsystem (nicht gezeigt) geleitet. In der Ausführungsform von 1 sind sowohl die elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltung 14 wie der Steuerungs- und Treiberschaltkreis 16 auf einer Seite 26 des thermischen Trägers 12 angebracht. Sowohl einlaufender wie abgehender Strom wird zu dem Schaltkreis an einem Rand 28 des thermischen Trägers geleitet. Verbindungen 32 sind schließlich zwischen dem Steuerungs- und Treiberschaltkreis 16 und der elektronischen Leistungsschaltung 14 zum Steuern des Betriebs des Schaltkreises vorgesehen, wie nachfolgend näher erläutert.
2 zeigt eine beispielhafte alternative Konfiguration eines Strommoduls bzw. Leistungsmoduls 10, in welchem Komponenten beidseitig des thermischen Trägers angebracht sind. In der Ausführungsform von 2 ist die elektronische Leistungsschaltung 14 wiederum auf einer Seite 26 des thermischen Trägers 12 angebracht. In der Ausführungsform von 2 ist jedoch die Treiberschaltung 34 zum Steuern der Arbeitsweise der elektronischen Leistungsschaltung auf derselben Seite 26 des thermischen Trägers angebracht, während der Steuerungsschaltkreis 36 getrennt von dem Treiberschaltkreis vorgesehen ist. Der Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis ist ebenfalls auf der thermischen Basis angebracht, was allgemein mit der Bezugsziffer 38 dar gestellt ist. Wie vorstehend erläutert, sind Verbindungen 32 zwischen dem Treiberschaltkreis 34 und der elektronischen Leistungsschaltung 14 vorgesehen, und ähnliche Verbindungen 40 sind zwischen dem Steuerungsschaltkreis und dem Treiberschaltkreis vorgesehen und Verbindungen 42 sind zwischen der elektronischen Leistungsschaltung 14 und dem Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 vorgesehen. Wie erläutert, sind in der Ausführungsform von 2 die Geometrie, die Auslegung und die Platznutzung des thermischen Trägers derart ausgelegt, dass der Steuerungsschaltkreis 36 und der Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 auf einer unteren Seite 44 des thermischen Trägers 12 zu liegen kommen. Sämtliche dieser Komponenten können deshalb mechanisch und elektrisch auf dem thermischen Träger getragen sein, während sie Kühlleistung über den Kühlmittelstrom empfangen wird, wie durch Pfeile 22 und 24 gezeigt.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Moduls 10, wobei elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltungen beiderseits des thermischen Trägers angebracht sind. Wie in 3 gezeigt, dient dadurch ein thermischer Träger 12 zum mechanischen und elektrischen Anbringen von sowohl der elektronischen Strom- bzw. Leistungsschaltung 14 wie dem Steuerungs- und Treiberschaltkreis 16 mit den erforderlichen Verbindungen 32, die zwischen diesen Schaltungen vorgesehen sind. Eine zweite elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltung 46 und ein zweiter Steuerungs- und Treiberschaltkreis 48 sind auf der gegenüberliegenden Seite des thermischen Trägers 12 vorgesehen, wodurch vom Kühlmittelfluid signifikant in effektiverer Weise Gebraucht gemacht wird als in dem Fall, in dem lediglich eine Seite des Wärmetauschers zur aktiven Kühlung genutzt wird. Wärme kann dadurch sowohl vom Busnetzwerk der elektronischen Leistungsschaltungen wie von dem Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, den Energiespeicherungselementen und der Trägerelektronik mittels Kühlmittel extrahiert werden, das durch den thermischen Träger und um diesen herum strömt.
4 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Moduls 10. In der beispielhaften Konfiguration von 4 ist die elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltung 14 wiederum an einer Seite des thermischen Trägers 12 zusammen mit dem Steuerungs- und Treiberschaltkreis 16 angebracht. Der Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 ist auf einer gegenüberliegenden Seite des thermischen Trägers angebracht. In dieser alternativen Konfiguration ist ein zweiter thermischer Träger 50 am ersten thermischen Träger 12 angebracht und trägt seinerseits einen zusätzlichen Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, kann der spezielle Schaltkreis, der auf dem einen oder mehreren zusätzlichen thermischen Träger getragen ist, abhängig von den Systemerfordernissen variieren. Der Kondensatorschaltkreis, der elektronische Strom- bzw. Leistungsschaltkreis, der Treiberschaltkreis, der Steuerungsschaltkreis, die Energiespeicherungskomponenten, die Induktoren, Filter, Bremswiderstände und dergleichen oder jeglicher weitere zusätzliche Schaltkreis kann auf dem zusätzlichen thermischen Träger vorgesehen sein. In der Ausführungsform von 4 wird darüber hinaus Kühlmittel getrennt zu dem zweiten thermischen Träger 50 geleitet. Ein modulares System aus einer Stapelverbindung, einer thermischen Verbindung und von Tragmerkmalen kann derart vorgesehen sein, dass die thermische Basis und die Stromanschlussaufbauten bzw. -baugruppen parallel und in Reihe in Kombinationen verbunden sein können, um größere und unterschiedlich bemessene Stromkonverter unter Nutzung der thermoelektrischen Kernbasis zu bilden, wie vorstehend erläutert.
Abhängig von thermischen Verwaltungsnotwendigkeiten und dem verfügbaren Rohrleitungssystem kann das Kühlmittel jedoch zu einem der thermischen Träger alleine geleitet sein oder das Kühlmittel kann intern zwischen den thermischen Trägern geleitet sein. In ähnlicher Weise kann eine Verbindung 52, die zwischen dem Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 von 4 erstellt ist, einen Bereich von Verbindungen zwischen dem funktionellen Schaltkreis, einschließlich der elektronischen Leistungsschaltungen und ihren zugeordneten Treiber- und Steuerungsschaltkreisen umfassen.
Die beispielhaften Konfigurationen von 1 bis 4 können dazu ausgelegt sein, eine große Vielfalt funktioneller elektronischer Leistungsschaltungen zu tragen. 5 und 6 zeigen beispielhafte Anwendungen der elektronischen Leistungsmodule. In der Darstellung von 5 ist ein Fahrzeugantrieb 54 bereitgestellt, wie etwa ein Antrieb für ein Kraftfahrzeug oder eine andere mobile Anwendung. Der Fahrzeugantrieb 54, der die funktionellen Schaltkreise von 5 sowie eine große Vielfalt zusätzlicher Trag-, Steuerungs-, Rückkopplungs- und anderer, miteinander verbundener Komponenten umfassen kann, umfasst üblicherweise eine Stromversorgung 56, die den Strombedarf zum Betreiben des Fahrzeugs bereitstellt. In einer typischen Anwendung kann die Stromversorgung 56 eine oder mehrere Batterien, Generatoren oder Lichtmaschinen, Kraftstoffzellen, Stromversorgungsquellen, Lichtmaschinen, Spannungsregler und dergleichen umfassen. Die Stromversorgung 56 führt Strom, typischerweise in Gestalt von Gleichstrom über Gleichstromleiter 58 dem elektronischen Strom- bzw. Leistungsmodul 10 zu. Der Steuerschaltkreis 60 stellt außerdem Steuersignale für den Regelungsbetrieb des elektronischen Strom- bzw. Leistungsmoduls bereit, wie etwa zur Geschwindigkeitssteuerung, Drehmomentsteuerung, Beschleunigung, zum Bremsen und dergleichen. Auf Grundlage dieser Steuersignale gibt das elektronische Strom- bzw. Leistungsmodul 10 Wechselstromwellenformen längs Ausgangsleitern aus, wie in 5 allgemein mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet. Der Ausgangsstrom wird daraufhin einem Fahrzeugantriebszug zugeführt, wie allgemein mit der Bezugsziffer 62 bezeichnet. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass Antriebszüge typischerweise einen oder mehrere elektrische Wechselstrommotoren umfassen, die auf Grundlage der Frequenz und Strompegel der Signale angetrieben werden, die durch das elektronische Leistungsmodul 10 zugeführt werden. Der Fahrzeugantriebszug kann außerdem Kraftübertragungselemente, Wellen, Getriebezüge und dergleichen umfassen, die letztendlich dazu ausgelegt sind, eine oder mehrere Ausgangswellen 64 drehmäßig anzutreiben. Ein Sensorschaltkreis 66 ist zum Erfassen der Betriebseigenschaften von sowohl dem Fahrzeug wie dem Antriebszug und dem elektronischen Leistungsmodul vorgesehen. Der Sensorschaltkreis 66 sammelt typischerweise diese Signale und legt sie an den Steuerschaltkreis an, wie etwa zum Regeln von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen, Drehmomenten, Strompegeln, Temperaturen, Kühlmitteldurchsätzen und dergleichen.
6 zeigt eine weitere Anwendung eines elektronischen Strom- bzw. Leistungsmoduls 10 in einer industriellen bzw. mobilen Anordnung. In einer industriellen Anordnung kann das elektronische Strom- bzw. Leistungsmodul 10 auf eine Stromanwendung für verschiedene Lasten zur Anwendung gelangen, wie etwa Elektromotoren, Antriebe, Ventilanordnungen, Stellorgane und dergleichen. Im System ist mit der Bezugsziffer 68 allgemein eine Einschließung 70 bezeichnet, die in Buchten bzw. Abteile 72 unterteilt werden kann. In jeder Bucht sind verschiedene Komponenten angebracht und für einen Betrieb zum Regeln von Prozessen in Verbindung gebracht, wie etwa zur Herstellung, zur Materialhandhabung, für chemische Prozesse und dergleichen. Die Komponenten, die allgemein mit der Bezugsziffer 74 bezeichnet sind, sind in den Buchten angebracht und empfangen Strom über einen Wechselstrombus 76. Ein Steuernetzwerk 78 legt Steuersignale zum Regeln des Betriebs der Komponenten 74 und des elektronischen Leistungsmoduls 10 an. Ein Einschließung, wie etwa eine Einschließung 70, kann in verschiedenen industriellen Anordnungen enthalten sein, wie etwa in Motorsteuerzentren, Montagestraßen oder Prozesssteuerungen und dergleichen. Diese Einschließungen können jedoch auch in einer Fahrzeuganordnung vorgesehen sein, wie etwa zum Antreiben von einem oder mehreren Antriebszügen eines Kraftfahrzeugs, eines Nutzfahrzeugs, eines Transport- oder anderen Fahrzeugs.
Wie vorstehend angesprochen, können verschiedene Schaltungskonfigurationen in das elektronische Strom- bzw. Leistungsmodul integriert sein. Die Schaltungskonfigurationen variieren stark abhängig von den speziellen Anforderungen an die jeweilige individuelle Anwendung. Bestimmte, beispielhafte Schaltungskonfigurationen sind jedoch aktuell in Betracht gezogen, wobei diese elektronische Leistungsvorrichtungen enthalten, die eine robuste und kompakte Verpackung bzw. Paketierung zusammen mit einer thermischen Verwaltung benötigen. Zwei derartige, beispielhafte Schaltungen sind in 7A und 7B gezeigt. In 7A enthält der Schaltkreis eine Gleichrichterschaltung 80, die Wechselstrom von einem Bus 76 in Gleichstrom zur Ausgabe längs eines Gleichstrombusses umsetzt, und zwar entsprechend einlaufenden Stromleitungen 18. Eine Inverterschaltung bzw. Richterschaltung 82 empfängt den Gleichstrom und setzt den Gleichstrom in Wechselstromwellenformen mit gewünschten Frequenzen und Amplituden um. Der Wechsel strom kann daraufhin an eine Last über abgehende Leiter 20 angelegt werden. Ein Filter- und Speicherschaltkreis 84 kann über den Gleichstrombus geschaltet sein, um den Strom, der an den Bus angelegt ist, zu glätten und zu konditionieren. Eine Steuerschaltung 86 regelt den Betrieb der Gleichrichter- und Inverterschaltungen. Im Beispiel von 7B umfasst ein Gleich- und/oder Matrixumsetzer 90 einen Satz aus Wechselstromschaltleistungsvorrichtungen pro gesteuerter Stromphase. Der Inverter 90 empfängt einlaufenden Wechselstrom und führt abgehende Wellenformen den Strom- bzw. Leistungsschaltern 88 zu. Der Satz aus Wechselstromschaltern konvertiert effektiv einlaufenden Strom 18 mit feststehender Frequenz in abgehenden Strom 20 gesteuerter Frequenz zur Anwendung auf eine Last. Die Anordnung von 7B ist in 36C näher gezeigt. Es ist jedoch zu beachten, dass der spezielle Schaltkreis von 7A und 7B lediglich beispielhafter Natur ist, und dass eine große Vielfalt elektronischer Strom- bzw. Leistungsschaltungen zum Einbau in ein Modul in Übereinstimmung mit den vorliegenden Techniken eingesetzt werden können.
8 zeigt eine beispielhafte physikalische Konfiguration für ein elektronisches Strom- bzw. Leistungsmodul 10. In der Ausführungsform von 8 ist eine Schaltungsbaugruppe 92 in einem Gehäuse 94 angeordnet und in einem Gehäuse durch eine Abdeckung 96 eingeschlossen, die in das Gehäuse eingesetzt ist. Die Schaltungsbaugruppe 92 umfasst die vorstehend erläuterten Komponenten, und die Konfiguration dieser speziellen Ausführungsform entspricht allgemein der Konfiguration von 2. Demnach enthält die Schaltungsbaugruppe 92 einen thermischen Träger 12, auf dem eine elektronische Leistungsschaltung 14 angeordnet ist. Ein Steuerungs- und Treiberschaltkreis ist außerdem auf dem thermischen Träger zum Regeln des Betriebs der elektronischen Strom- bzw. Leistungs schaltung bei Kühlen dieses Schaltkreises angeordnet. In der Ausführungsform von 8 ist das Modul speziell dazu konfiguriert, als Invertertreiber für Fahrzeuganwendungen zu arbeiten. Einlaufender Gleichstrom wird über Leiter 18 empfangen und in Dreiphasenwellenformen umgesetzt, die über Leiter 20 ausgegeben werden.
In der Ausführungsform von 8 weist das Gehäuse 94 eine Steuerschnittstelle 98 auf, die dazu ausgelegt ist, Steuersignale in dem Gehäuse zu empfangen und ausgehend von diesem auszusenden. Wie nachfolgend näher erläutert, kann die Steuerschnittstelle auf einer Unter- bzw. Bodenseite des Gehäuses vorgesehen sein, wie in 8 gezeigt, oder in anderen Positionen auf dem Gehäuse. Eine Stromschnittstelle, die in 8 allgemein mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist, ist vorgesehen, um Strom zu der Schaltungsbaugruppe 92 zu übertragen und von dieser zu empfangen. Wie nachfolgend erläutert, können verschiedene Konfigurationen für die Schnittstellenbildung des Moduls 10 in Bezug auf einen externen Schaltkreis vorgesehen und aktuell in Betracht gezogen werden. In der Ausführungsform von 8 besitzt die Stromschnittstelle 100 fünf Leiter, zwei Gleichstromleiter und drei Wechselstromleiter zur direkten Schnittstellenbildung mit dem Schaltungsaufbau, wie etwa in einer Plug-in-Anordnung. Zusätzlich zu den Steuerungs- und Stromschnittstellen ist eine Kühlmittelschnittstelle 102 zum Empfangen und Umwälzen von Kühlmittel vorgesehen, wie nachfolgend näher erläutert. In den vorliegenden Ausführungsformen kann die Kühlmittelschnittstelle Rohre und spezialisierte Anschlüsse umfassen, die dazu ausgelegt sind, Leitungen zum Kanalisieren von Fluid zu und von dem Modul aufzunehmen. Es wird jedoch bemerkt, dass, wenn dies angebracht ist, Flüssigkeiten, Gase, komprimierte Gase und andere geeignete Kühlmedien in der vorliegenden Technik eingesetzt werden können. Während in Fahrzeuganwendungen die Kombination aus Wasser und herkömmlichem Fahrzeugkühlmittel verwendet werden kann, können andere spezialisierte oder problemlos erhältliche Kühlmittelmedien eingesetzt werden.
In der Ausführungsform von 8 bildet das Gehäuse 94 eine Metallhülle, die beispielsweise aus Aluminium besteht, und die so gegossen ist, dass sie eine EMI-Abschirmung bereitstellt, wobei EMI sowohl durch den Modulschaltkreis erzeugt wird wie in der Umgebung des Moduls vorliegt. Die Abdeckung 96 besteht aus einem ähnlichen Material zur Bereitstellung einer Abschirmung auf sämtlichen Seiten des Moduls. Wie nachfolgend erläutert, können Verbinder- bzw. Steckerschnittstellen ebenfalls eine zusätzliche Abschirmung bereitstellen und sie sind besonders nützlich in Anwendungen, in denen Hochfrequenzwellenformen durch die elektronischen Strom- bzw. Leistungskomponenten, wie etwa Invertertreiber, erzeugt werden. Soweit geeignet, können andere Arten von Gehäusen und Trägern zum Einsatz kommen. Wenn beispielsweise eine ausreichende EMI-Abschirmung bereitgestellt ist, oder wenn EMI-Übertragungen ausreichend verringert sind durch die nahe Anordnung von elektronischen Strom- bzw. Leistungskomponenten zum thermischen Träger, können Kunststoffgehäuse, dotierte Kunststoffgehäuse und dergleichen verwendet werden.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Gehäuse 94 einen Hohlraum 104, in dem eine Schaltungsbaugruppe 92 angeordnet ist. Leiter 106 übertragen Gleichstrom zu der Schaltungsbaugruppe 92, während Leiter 108 Wechselstromwellenformen von der Schaltungsbaugruppe 92 zur Anwendung auf eine Last übertragen. Eine Schnittstellenplatte 110 ist vorgesehen, und Leiter 106 und 108 erstrecken sich durch diese. Falls erwünscht, können Sensoren in der Baugruppe enthalten sein, wie etwa Stromsensoren 112, die über zwei der abgehenden Stromleiter 108 ausgerichtet sein können, um eine Rückkopplung in Bezug auf Ströme bereitzustellen, die durch das Modul abgegeben werden. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können andere Arten und Anzahlen von Sensoren verwendet werden, und sie können sowohl innerhalb des Gehäuses enthalten sein wie innerhalb eines Verbinder- bzw. Steckeraufbaus, oder innerhalb der Schaltungsbaugruppe selbst.
Wie nachfolgend näher erläutert, kann der thermische Träger 12 eine Vielzahl von Merkmalen enthalten, die dazu ausgelegt sind, die Trageigenschaft zu verbessern, und zwar sowohl in mechanischer wie elektrischer Hinsicht, und zwar für die verschiedenen, daran angebrachten Komponenten. Bestimmte dieser Merkmale können direkt in den thermischen Träger eingebaut oder diesem hinzugefügt sein, wie im Fall der Ausführungsform von 8. Wie in 8 gezeigt, ist ein Rahmen 114, der aus nicht metallischem Material in dieser Ausführungsform hergestellt ist, am thermischen Träger 12 angebracht, und am thermischen Träger angebrachte Komponenten sind zumindest teilweise durch den Rahmen umgeben. Der Rahmen dient sowohl als Schnittstelle für Leiter 106 und 108 wie für einen umgebenden Schaltkreis, der auf dem thermischen Träger 12 getragen ist, um ein isolierendes Medium bzw. ein Potting-Medium aufzunehmen. In der Ausführungsform von 8 sind Anschlüsse 116 auf dem Rahmen 114 gebildet und diese können in den Rahmen während der Formung des Rahmens aus einem isolierenden Material eingebettet werden. Eine bevorzugte Konfiguration für die Anschlüsse ist nachfolgend näher erläutert. Separatoren 118 umgeben teilweise die Anschlüsse 116 zum Isolieren der Leiter, die mit den Anschlüssen verbunden sind, voneinander.
Eine alternative Konfiguration für das Gehäuse 94 und die Abdeckung 96 des Moduls ist in 9 und 10 gezeigt. Wie in 9 gezeigt, kann das Gehäuse Schnittstellen für Stromleiter an verschiedenen Stellen bereitstellen, wie etwa längs der Oberseite, wie in 9 gezeigt, für einlaufenden Strom und längs eines Rands für abgehenden Strom. Eine Schnittstelle 120 für einlaufenden Strom kann speziell dazu ausgelegt sein, Verbindungen mit Leitern 106 bereitzustellen, wie etwa von einer Gleichstromquelle. Eine Schnittstelle 122 für abgehenden Strom kann ähnliche Verbindungen für Leiter 108 bereitstellen, die verwendet werden, gesteuerte Wechselstromwellenformen zu einer Last zu übertragen. Es wird bemerkt, dass die Schnittstellen entweder im Gehäuse selbst oder in der Abdeckung oder in beiden dieser Teile vorgesehen sein können. Die Kühlmittelschnittstelle 102 kann in ähnlicher Weise in verschiedenen Stellen um das Gehäuse und die Abdeckung vorgesehen sein, wie etwa längs eines Randes, wie in 9 gezeigt.
10 zeigt eine rückwärtige Ansicht der Anordnung von 9. Wie in 10 gezeigt, kann die Steuerungsschnittstelle 98 an verschiedenen Stellen auf dem Gehäuse und der Abdeckung zur Verfügung stehen. In der Ausführungsform von 10 ist ein Mehrstifteverbinder bzw. -stecker 124 zum Aufnehmen eines Steuerkabels vorgesehen. Stiftbezeichnungen für die Verbindung können einem geeigneten Protokoll folgen, und in der vorliegenden Ausführungsform können Stifte enthalten sein, die zur Übertragung zu einem RS232-Anschluss oder einem anderen seriellen oder parallelen Datenübertragungsanschluss dienen. Sobald sie geschlossen sind, legen das Gehäuse und die Abdeckung eine wasserdichte, EMI-abgeschirmte Paketierung bzw. Verpackung fest, innerhalb derer der Schaltungsaufbau angeordnet ist. Die Verpackung kann außerdem beliebige geeignete Handgriffe, Werkzeuggeometrien und dergleichen zum Stecken des Moduls in eine Anwendung aufweisen oder zum anderweitigen Tragen des Moduls in einer Anwendung. Beispielsweise in dem Fall, dass ein Handgriff (nicht gezeigt) auf der Paketierung vorgesehen ist, kann der Handgriff durch einen Nutzer ergriffen werden, um das Modul einfach in eine passende Schnittstelle zu stecken, wie etwa in einem Fahrzeug oder einem Gehäuse bzw. einer Einschließung.
11 zeigt bestimmte interne Konfigurationen der Ausführungsform von 9 und 10 bei entfernter Abdeckung 96. Wie in 11 gezeigt, umfasst das Modul 10 das Gehäuse 94, in dem der Schaltungsaufbau 92 angeordnet ist. Leiter 108, die durch eine Schnittstellenplatte 110 von der umgebenden Umgebung getrennt sind, stehen zur Verbindung mit der Stromschnittstelle 122 zur Verfügung. Eine ähnliche Stromschnittstelle kann, wie in 9 gezeigt, für andere Stromleiter vorgesehen sein. Die Steuerungsschnittstelle 98 kommt auf einer gegenüberliegenden Seite des Gehäuses in der Ausführungsform von 11 zu liegen und sie trägt eine Mehrstifteverbindung 124.
In der Anordnung von 11 ist ein integraler Flansch 126 auf dem thermischen Träger 12 gebildet und erstreckt sich allgemein aufwärts ausgehend von der Ebene des thermischen Trägers und ersetzt teilweise den in 8 gezeigten, entfernbaren Rahmen. Die integralen Flansche dienen zum Tragen und zur Schnittstellenbildung der Schaltungsbaugruppe 92 innerhalb des Gehäuses (wie etwa durch Passeingriff mit der Abdeckung, falls erwünscht), und umgibt einen Teil des Schaltkreises, wie etwa zur Bildung eines Hohlraums 128, in dem der Schaltkreis angebracht ist, und innerhalb dessen ein isolie rendes Medium bzw. Potting-Medium angeordnet werden kann. Elektronikstromvorrichtungsteilbaugruppen 130 sind innerhalb des Hohlraums vorgesehen und bilden die elektronischen Strom- bzw. Leistungsschaltungen 14, wie nachfolgend näher erläutert. In der dargestellten Ausführungsform sind sechs derartiger Vorrichtungsteilbaugruppen oder Schaltschaltungen vorgesehen, um einen Dreiphaseninverterstromkreis zu definieren. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können zwei oder mehr derartige Schaltschaltungen auf jedem Vorrichtungsteilaufbau gruppiert sein oder sämtliche Sätze von Schaltungen können in einem einzigen Vorrichtungsteilaufbau vorgesehen sein. Verbindungsanschlussfelder 132 sind benachbart zu den Vorrichtungsteilbaugruppen 130 zur Schnittstellenverbindung der Vorrichtungsteilaufbauten mit einlaufenden und abgehenden Stromleitern vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Anschlussstreifen 134, der nachfolgend näher erläutert ist, an einem Rand des thermischen Trägers 12 vorgesehen und passt mit dem integralen Flansch 126 zusammen, um den Hohlraum zu bilden, innerhalb dessen der Schaltkreis angeordnet ist, und innerhalb dessen ein Potting-Medium angeordnet werden kann. Der Anschlussstreifen kann Formendmerkmale aufweisen, einschließlich Verbindungsanschlussfeldern 132 sowie Anschlüsse und Leiter, wie nachfolgend erläutert.
Innerhalb des Gehäuses können verschiedene andere Merkmale Verbindungen zwischen den verschiedenen Schaltungen und Komponenten erleichtern. Beispielsweise ist in der dargestellten Ausführungsform eine Sensorverkabelung 136 vorgesehen, um Signale von Stromsensoren 112 zu empfangen. Diese Signale können über die Verkabelung 136 um das Gehäuse geleitet werden, um den Schaltkreis 34 oder den Steuerschaltkreis 36 mit Strom zu versorgen, um die Betriebsbedingungen des Elektro nikleistungsschaltkreises zu überwachen. Andere Arten von Sensoren sowie Positionierungen derartiger Sensoren zusammen mit der Signalübertragungsverkabelung können selbstverständlich in dieser Anordnung enthalten sein.
12 zeigt den Schaltungsaufbau 92 von 11 vom Gehäuse 94 getrennt bzw. entfernt. In der dargestellten Ausführungsform ist der thermische Träger 12 wiederum mit einem integralen Flansch 26 versehen, der teilweise die elektronische Leistungsschaltung 14 umgibt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Treiberschaltkreis 34 für die Vorrichtungsteilbaugruppen 130 ebenfalls innerhalb des Hohlraums vorgesehen, der durch den Flansch 126 festgelegt ist. Der Treiberschaltkreis 34 und der Steuerschaltkreis 36 können auf einer einzigen gedruckten Schaltkarte oder auf zwei oder mehr Karten vorgesehen sein und er kann eine einseitige Kartenkomponentenanordnung oder eine doppelseitige Anordnung festlegen. Wenn eine doppelseitige Karte vorgesehen ist, können Abstandhalter, Abstandsbolzen oder ähnliche Anordnungen vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass ein isolierendes Material oder Potting-Material zwischen der Karte und dem thermischen Träger vorgesehen werden kann.
Wie in 11 gezeigt, kann zur Bereitstellung der gewünschten Abdichtung ein Umfangsrand 138 auf dem Gehäuse und der Abdeckung vorgesehen sein, und zwar mit einer Nut oder Rille 140 oder einem anderen Schnittstellenmerkmal, das zur Aufnahme einer Dichtung, einer Dichtungskomponente oder dergleichen vorgesehen ist. Wie sowohl in 11 wie 12 gezeigt, ist, während eine oder mehrere der Schaltungen auf einer Oberseite oder Unterseite des thermischen Trägers vorgesehen sein kann bzw. können, wie vorstehend erläutert, in der vorliegenden Ausführungsform ein rückwäriger Kartenträger 142 als integra les Merkmals des thermischen Trägers 12 vorgesehen. Der Steuerschaltkreis 36 kann dadurch auf dem rückwärtigen Kartenträger 142 getragen sein und mit dem Treiberschaltkreis über Zwischenverbindungen 40 direkt eine Schnittstelle bilden. Diese Merkmale der vorliegenden Anordnung gehen am besten aus 13 hervor, wo der Treiberschaltkreis 34 und der Steuerschaltkreis 36 von dem thermischen Träger in Art einer Explosionsansicht abgenommen sind, um die Art und Weise darzustellen, in der sie zusammen mit der Verkabelung 136 von Sensoren 112 angeordnet und in Verbindung gebracht werden kann. Wie außerdem in 13 gezeigt, können Gehäuse 144 in der Konstruktion enthalten, um etwa die Sensoren 112 zu tragen.
Eine Vielfalt von Schnittstellenkonfigurationen kann außerdem in Betracht gezogen werden, um die verschiedenen Komponenten auf dem thermischen Träger 12 anzubringen. In der in 13 gezeigten Ausführungsform ist beispielsweise eine Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreisverpackung bzw. -paketierung 38 in einem Gehäuse 146 eingeschlossen, das direkt an einer Unterseite des thermischen Trägers 12 angebracht ist. Kondensatoren innerhalb des Gehäuses 146 sind mit dem elektronischen Strom- bzw. Leistungsschaltkreis verbunden, wie nachfolgend näher erläutert. Wie außerdem aus 13 hervorgeht, ist eine Schnittstellenplatte 148 an dem thermischen Träger 12 angebracht und die elektronischen Storm- bzw. Leistungsvorrichtungsteilbaugruppen 130 sind direkt auf der Schnittstellenplatte 148 angeordnet. In Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik können deshalb die Vorrichtungsteilbaugruppen direkt auf der Schnittstellenplatte 148 gebildet und verarbeitet sein, die nachfolgend am thermischen Träger 12 angebracht wird. Eine spezielle Verarbeitung der Komponenten, die die Vorrichtungsteilbaugruppen bilden, wird erleichtert durch getrenntes Verarbeiten der Vorrich tungsteilbaugruppen und der Schnittstellenplatte 148 und späteres Zusammenbauen der Schnittstellenplatte mit dem thermischen Träger. 13 zeigt außerdem einen beispielhaften Verbindungssensor 113, der mit einer Verkabelung 136 verbunden ist, um zu ermitteln, ob geeignete Verbindungen mit dem Modul hergestellt worden sind (beispielsweise zur Verhinderung eines Betriebs, bis diese Verbindungen vervollständigt sind), wie nachfolgend erläutert.
Wie in 14 gezeigt, wird die Schnittstellenplatte 148 mit dem thermischen Träger 12 in der vorliegenden Ausführungsform zusammengebaut. Verschiedene Befestigungsmerkmale oder Anschlussfelder könne auf dem thermischen Träger vorgesehen sein, wie etwa in 14 durch die Bezugsziffer 150 angezeigt. Die Anschlussfelder stellen Orte bereit, an denen der thermische Träger innerhalb eines Gehäuses festgelegt werden kann, wie vorstehend erläutert, oder eine andere mechanische Struktur. Der thermische Träger selbst ist bevorzugt aus leitfähigem Material, wie etwa Aluminium, hergestellt. Der Träger kann in geeigneter Weise gebildet sein, wie etwa durch Zusammenbau, spanabhebende Bearbeitung oder in der vorliegenden Ausführungsform durch Gießen, gefolgt durch bestimmte spanabhebende Bearbeitungsvorgänge. Der Träger umfasst Merkmale zur Erleichterung der Umwälzung von Kühlmittel zum Extrahieren von Wärme von der elektronischen Leistungsschaltung 14. In der Ausführungsform von 14 umfassen diese Merkmale einen Trog oder Kanal 152, der in dem thermischen Träger gebildet ist. Der Kanal erstreckt sich zwischen dem Kühlmitteleinlass 22 und dem Kühlmittelauslass 24 zum Umwälzen von Kühlmittel. Der Kanal erstreckt sich bevorzugt zumindest entlang eines Bereichs der Schnittstellenplatte 148, um ausreichend Wärme von dem Schaltkreis während des Betriebs abzuziehen, und er vermag Kühlmittel durch andere Teile des thermi schen Trägers zu leiten, wie etwa diejenigen, die einen anderen Schaltkreis und andere Komponenten tragen. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Kanal 152 unter der Schnittstellenplatte 148 benachbart zu einer Unterseite, auf der ein Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis angebracht ist.
Innerhalb des Kanals 152 sind Merkmale gebildet, um die Wärmeübertragung von der elektronischen Strom- bzw. Leistungsschaltung zu verbessern. In der Ausführungsform von 14 ist eine Umleitungsplatte 154 innerhalb des Kanals angebracht, um Kühlmittel innerhalb des Kanals aufzuteilen. Wie nachfolgend näher erläutert, können zusätzliche Wärmeübertragungselemente, wie etwa Rippen oder andere Kühlmerkmale, innerhalb des Kanals positioniert sein und integral mit oder getrennt von der Schnittstellenplatte 148 vorgesehen sein. Wie ebenfalls in 14 gezeigt, kann der thermische Träger 12 Dichtungsmerkmale enthalten, um eine Isolation des Kühlmittels von dem Schaltkreis zu gewährleisten, der darauf angebracht ist. Ein peripherer Kanal 156 ist in der vorliegenden Ausführungsform gebildet, um eine (nicht gezeigte) Dichtung aufzunehmen, die zwischen dem thermischen Träger 12 und der Schnittstellenplatte 148 vorgesehen ist. Die Dichtung fördert zum einen eine Isolation des Kühlmittels von dem Schaltkreis und erlaubt zum andern einen bestimmten Grad an differenzieller thermischer Expansion und Kontraktion zwischen der Schnittstellenplatte 148 und dem Träger 12. Schließlich ist in der dargestellten Ausführungsform eine Ablenkplatte 158 in dem Kanal 152 gebildet, um Kühlmittel zusätzlich durch den Kanal zum Wärmeentzug zu leiten. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können verschiedene alternative Konfigurationen, Aufprallflächen und Strömungspfad definierende Elemente in den thermischen Träger eingesetzt sein, um gewünschte Wärmegradienten zu definieren und optimale Turbulenzmuster und optimale Übergänge zwischen turbulenten und laminaren Strömungszuständen innerhalb des Trägers benachbart zu der elektronischen Leistungsschaltung 14 zu erzeugen.
15A bis 15G zeigen bestimmte beispielhafte Konfigurationen von Merkmalen, die in Betracht gezogen werden können, um Wärme über die Schnittstellenplatte 148 und den thermischen Träger 12 zu entfernen. Wie zunächst in 15A gezeigt, kann die Schnittstellenplatte 148 integrale Merkmale enthalten, wie etwa Rippen 160, kleine Wärmerohre, Auftreffziele, Turbulatoren. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Platte 148 aus einem Material hergestellt, das unähnlich ist zu demjenigen, aus dem der thermische Träger selbst besteht. Das Material kann an die bestimmte Elektronik und die Verfahren zum Verarbeiten der elektronischen Stormvorrichtungsteilbaugruppe angepasst sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Platte 148 aus Aluminiumsiliziumcarbid (AlSiC) hergestellt. Eine Dichtung 162 ist benachbart zu der Schnittstellenplatte 148 angeordnet und ist dazu bestimmt, in einer Nut der in 14 gezeigten Art aufgenommen zu werden. Längs einer Unterseite 164 der Platte 148 ist eine Reihe von Rippen 160 gebildet, beispielsweise im Verlauf des Gießvorgangs. Die Rippen können der Platte auch in einem Montageprozess hinzugefügt worden sein. Die Platte weist außerdem eine Oberseite 166 auf, auf der die Stromelektronikvorrichtungsteilbaugruppen 130 gebildet sind, wie nachfolgend näher erläutert.
Wenn sich Rippen 160 von der Platte 148 erstrecken, können verschiedene Arten von Rippen und Anordnungsmustern vorgesehen sein. Wie in 15B gezeigt, können die Rippen als Stifte 160 gebildet sein, die sich ausgehend von der Unter seite der Platte erstrecken. Wiederum kann eine beliebige Stiftform vorgesehen sein, wie etwa Stifte mit allgemein trapezförmigem Querschnitt. In der Ausführungsform von 15B ist ein gerade verlaufendes Matrixmuster 168 vorgesehen, bei dem die Stifte in parallelen Zeilen und Spalten ausgerichtet sind. Wie in 15C gezeigt, können versetzte Muster 170 vorgesehen sein, in denen Zeilen und Spalten von Stiften in Bezug aufeinander versetzt sind. Wie in 15D gezeigt, können sich Stifte 160 außerdem von der Platte 148 erstrecken, während zusätzliche Stifte oder andere Wärmeübertragungsmerkmale 170 mit den Stiften der Platte in Kammanordnung angeordnet sein können und sich ausgehend von anderen Platten erstrecken oder ausgehend von der Basis des Kanals 152, der in dem thermischen Träger gebildet ist. Die Rippen, Stifte und anderen thermischen Leistungsflächenvergrößerungsverbesserungen können in einem Abstand derart versetzt sein, dass dann, wenn sie übereinander angeordnet werden oder von gegenüberliegenden Seiten der thermischen Basis der Muster eingesetzt werden, sie miteinander kammartig angeordnet sind, um eine optimale Anordnung und minimale Geometrie zu bilden, die in effektiver Weise durch ein einziges Herstellungsteil nicht erzielt werden kann.
15E zeigt eine alternative Konfiguration, in der die Schnittstellenplatte 148 keine integralen thermischen Übertragungsmerkmale enthält, bei der jedoch ein Wärmeableitungselement 174 zwischen die Schnittstellenplatte 148 und die Basis des Kanals 152 montiert ist. In einer aktuellen Ausführungsform kann das Element 174 eine wellige Struktur oder eine Struktur mit gebogenen Rippen aufweisen, die mehrere allgemein parallele blechartige Abschnitte aufweist, die eine große Oberfläche zur Wärmeableitung festlegen. Zusätzlich können zahlreiche oder erweiterte oberflächenvergrößerte Kon figurationen durch diese mechanische Anordnung aufgenommen sein, wie etwa Metallschäume, Metallmatrixschäume, Metallpolymermatrixschäume und dergleichen. Als alternative Konfiguration und wie in 15F gezeigt, können die Wärmeübertragungsmerkmale auf zusätzlichen Elementen gebildet sein, die mit dem thermischen Träger eine Schnittstelle bilden. In dem Beispiel von 15F sind elektronische Leistungsvorrichtungsteilbaugruppen 130 an einem Paar von Platten auf jeder Seite des thermischen Trägers angebracht. In diesem Fall enthält jede der Schnittstellenplatten Wärmemerkmale, die sich in den Kanal 152 zur Wärmentfernung erstrecken. Es wird bemerkt, dass dann, wenn zweiseitige Anordnungen zum Einsatz kommen, der Kanal 152 einen Durchbruch festlegen kann, der sich vollständig durch den thermischen Träger erstreckt, oder zwei getrennte Kanäle mit Strömungspfaden bilden kann, die miteinander in Verbindung stehen. Alternativ können zwei vollständig getrennte Kanäle innerhalb des Trägers gebildet sein. Schließlich, und wie vorstehend angesprochen, können verschiedene alternative Strömungspfade innerhalb des thermischen Trägers vorgesehen sein, wie allgemein in 15G gezeigt. Auf Grund der Form des Kanals, der Umleitungsplatten und Ablenkplatten und dergleichen innerhalb des thermischen Trägers kann dadurch ein Strömungspfad 178 festgelegt werden, der Kühlmittel in einem gewünschten Pfad derart leitet, dass der gewünschte Temperaturgradient innerhalb des Trägers erzielt wird.
15H bis 15R zeigen zusätzliche alternative Strömungs- und Kühlkonfigurationen, die dazu ausgelegt sind, Wärme von den elektronischen Leistungsvorrichtungen während des Betriebs abzuziehen. Wie in 15H gezeigt, kann der thermische Träger 12 eine Umleitungsplatte 154 aufweisen, die mit Durchbrüchen 155 versehen ist, um Strömung zu richten. Die Strömung kann bei durch die Umleitungsplatte zwischen einem Kühlmitteleinlass 22 und einem Kühlmittelauslass 24 geleitet werden. Wenn die Strömung durch die Umleitungsplatte und durch die Durchbrüche geleitet wird, kann die Strömung benachbart zu der Schnittstellenplatte 148 verlaufen gelassen werden, und durch ein sowie um ein Wärmeableitungselement 174, wie in 15I gezeigt. In der alternativen Anordnung von 15J und 15K ist eine Umleitungsplatte 154 wiederum mit einer Reihe von Durchbrüchen 155 vorgesehen. Die Strömung wird durch einen Kühlmitteleinlass 22 geleitet sowie um und durch die Umleitungsplatte und tritt an einem Rückführkanal 153 aus. Wie in 15K gezeigt, kann die Anordnung eine Ablenkplatte 158 nutzen, um einen Durchlass zwischen dem Kanal 152 und dem Kanal 153 festzulegen, und um diese Kanäle voneinander teilweise abzutrennen. Wie in 15L und 15M gezeigt, können in einer weiteren alternativen Anordnung der Kühlmitteleinlass und die Auslässe auf derselben Seite des thermischen Trägers 12 vorgesehen sein. Durchbrüche 155 in der Umleitungsplatte 154 können für ein Leiten von Kühlmittel in Aufwärtsrichtung in engem Kontakt mit der Schnittstellenplatte 148 sorgen, und zwar um dieses durch bzw. um ein Wärmeableitungselement strömen zu lassen, das zwischen dem Paar von Kanälen 152 angeordnet ist. In 15N und 15O ist eine Umleitungsplatte 154 wiederum zwischen der Schnittstellenplatte 148 und einer internen Ablenkplatte 158 angeordnet, um eine Strömung dazu zu verlassen, über die Umleitungsplatte und durch oder um ein Wärmeableitungselement aufzusteigen. Wiederum wird die Strömung dadurch benachbart zu der Schnittstellenplatte zur Wärmeableitung geleitet. In der Alternative von 15P und 15Q sind Durchbrüche 155 in einer Umleitungsplatte 154 vorgesehen und leiten Strömung ausgehend von einem zentralen Kanal 152 aufwärts und um Wärmeableitrippen herum, die sich ausgehend von der Schnittstellenplatte 148 erstrecken, wie vorstehend erläutert. Die Strömung wird daraufhin nach unten und in Rücklaufkanäle 153 auf jeder Seite des zentralen Kanals 152 geleitet. Wie in 15R gezeigt, kann die Umleitungsplatte schließlich in einer Konstruktion ähnlich derjenigen, die vorstehend unter Bezug auf 15A bis 15E erläutert ist, vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist jedoch eine Ablenkplatte 158 vorgesehen, um die Kanäle 152 festzulegen. Die Strömung wird daraufhin von einem Kühlmitteleinlass 22 in Aufwärtsrichtung um die Umleitungsplatte und durch Wärmeableitungselemente, wie etwa Stifte 160 und 172, gerichtet, die sich von der Schnittstellenplatte 148 und von der Umleitungsplatte 154 ausgehend erstrecken. Folgend auf die Strömung durch den durch die Stifte gebildeten Kreislaufpfad wird die Strömung in Abwärtsrichtung in den gegenüberliegenden Kanal 152 und auswärts durch den Kühlmittelauslass 24 geleitet.
Es wird bemerkt, dass die verschiedenen, vorliegend erläuterten alternativen Ausführungsformen zum Leiten von Kühlmittel einer weitgehenden Abwandlung und Anpassung abhängig von den Anforderungen an die Wärmeableitung unterworfen werden können, abhängig von der Konfiguration des thermischen Trägers, dem Ort und der Anordnung der elektronischen Leistungsschaltungen und dergleichen. Die vorliegenden Beispiele sollen deshalb lediglich beispielhafter Natur sein.
Wie vorstehend angesprochen, kann die Schnittstellenplatte 148 getrennt vom Körper des thermischen Trägers 12 hergestellt werden. Außerdem kann der thermische Träger 12 eine große Anzahl von Merkmalen enthalten, die zum Extrahieren von Wärme nützlich sind, zum mechanischen Anbringen der verschiedenen Schaltkreise und Komponenten, zum Errichten einer elektrischen Bezugsebene für den Schaltkreis und zum Abschir men des umgebenden Schaltkreises, und zwar zumindest in gewissem Umfang, von elektromagnetischer Streuinterferenz, die durch den Betrieb der elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungen erzeugt wird. Die thermische Tragstruktur kann aus einer Anzahl von Materialien und in unterschiedlicher Weise gebildet werden (beispielsweise aus Polymeren, Polymermatrixverbundstoffen, wärmeaushärtenden Materialien und Prozessen, unter Nutzung einer Anzahl von maschinellen Herstellungsschritten, wie Endformschritten, Ausbildungsschritten, diskreten Schritten, Verkleben und ähnlichen Prozessen). Die Anzahl von integrierten Merkmalen, die die thermische Basis bereitstellen kann, können in Zellenelemente gebrochen sein, die mittels Anordnungen in den Herstellungswerkzeugen enthalten oder ausgeschlossen sind, so dass zahlreiche elektronische Leistungsauslegungen, Topologien und Konfigurationen gezielt aus den Kernelementen erstellt werden können, die in dem Werkzeug und der Konstruktion verkörpert sind. Außerdem können Merkmale auf oder zusätzlich zu dem thermischen Träger gebildet sein, um die Schnittstellenplatte 148 aufzunehmen und ein Volumen festzulegen, in dem ein Isolationsmaterial oder Potting-Material abgeschieden werden kann. In den vorliegenden Ausführungsformen kann der thermische Träger einen partiellen integralen Flansch 126 enthalten (siehe beispielsweise 14). In alternativen Anordnungen kann ein Rahmen 114 zusätzlich zum thermischen Träger vorgesehen sein, um bestimmte Halterungs- und Isolations- und Potting-Funktionen zu erfüllen, wie in 16 gezeigt. In dieser Ausführungsform kann jedoch der thermische Träger 12 ebenfalls getrennt von der Schnittstellenplatte 148 hergestellt werden, um eine spezielle Verarbeitung des Schaltkreises zu erlauben, der in der Schnittstellenplatte angeordnet ist.
17 zeigt eine beispielhafte Schnittstellenplatte 148 mit Elektronikvorrichtungsteilbaugruppen 130, die auf ihr angeordnet sind. Wie vorstehend angesprochen, bildet die Schnittstellenplatte ein Substrat, auf dem die Elektronikvorrichtungsteilbaugruppen angeordnet sind, und sie kann aus einem beliebigen geeigneten Material erstellt sein. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Platte jedoch aus AlSiC. Das Material, aus dem die Platte hergestellt ist, ist bevorzugt zumindest teilweise thermisch an die Materialien angepasst, die für die elektronische Leistungsvorrichtungsteilbaugruppen verwendet werden, die darauf angeordnet sind. Während unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten zwischen den Materialien zu erwarten sind, werden diese bevorzugt auf einem Niveau bzw. Pegel gehalten, das bzw. der ausreichend niedrig ist, um Spannungen zwischen den Materialien zu reduzieren und eine Delaminierung der Materialien voneinander während ihrer Lebensdauer zu unterbinden bzw. signifikant zu begrenzen.
Eine beispielhafte elektronische Vorrichtungsteilbaugruppe ist in 18 gezeigt. Wie vorstehend angesprochen, ist die elektronische Vorrichtungsteilbaugruppe 130 direkt auf der Schnittstellenplatte 148 angeordnet, um eine gute Wärmeübertragung von den elektronischen Vorrichtungen auf die Schnittstellenplatte zu fördern. In der Ausführungsform von 18 ist eine Verbindungsschicht bzw. Bondierungsschicht 180 auf der Platte 148 an einem Anschlussfeldort entsprechend dem Ort der jeweiligen Vorrichtungsteilbaugruppe 130 angeordnet. Ein Substrat 182 wird daraufhin auf der Verbindungsschicht 180 angeordnet. Das Substrat umfasst Anschlussfeldorte zum Anbringen der elektronischen Strom- bzw. Leistungsschaltungen und zum miteinander verbinden von Schaltungen mit einem externen Schaltkreis. In der dargestellten Ausführungsform han delt es sich bei dem Substrat 182 um ein Direktverbindungskupfer- oder Direktverbindungsaluminiumsubstrat, das Anschlussfelder für die elektronischen Vorrichtungen und Anschlussfelder für Drahtverbindungen der Verbindungen zwischen den Vorrichtungen und dem Schnittstellenbildungsschaltkreis enthält. Eine elektrisch isolierende Keramikschicht und eine Metallschicht unter der Keramikschicht können vorgesehen sein, obwohl in 18 nicht ersichtlich. Bereiche des Direktverbindungsmaterials 182 werden dadurch direkt auf dem Substrat vor dem Zusammenbau gebildet. An Orten, an denen die Elektronikvorrichtungen angeordnet werden sollen, sind zusätzliche Verbindungsschichten 186 vorgesehen. Die Verbindungsschichten 186 können ähnlich zu der Verbindungsschicht 180 sein, die zwischen dem Substrat 182 und der Schnittstellenplatte 148 angeordnet ist. Falls erwünscht, können Sensoren in die Vorrichtungsteilbaugruppe eingebaut werden, wie etwa ein Temperatursensor in der in 18 gezeigten Ausführungsform. Die elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungen werden daraufhin auf den Verbindungsschichten 186 angeordnet. In dem dargestellten Beispiel bildet jede Vorrichtungsteilbaugruppe 130 einen Teil einer Inverterschaltung und enthält damit eine Festkörperschalterbaugruppe 190 (wie etwa eine IGBT-Baugruppe) und eine Fly-back-Diodenbaugruppe 192. Wiederum sind Verbindungen zwischen der Schaltungsbaugruppe 190 und der Diodenbaugruppe 192 nach der Drahtverbindung bzw. der Drahtbondierung ausgeführt.
Die in 18 gezeigte Vorrichtungsteilbaugruppenkonstruktion besitzt mehrere signifikante Vorteile. Beispielsweise entfällt eine Fettschicht, die anderweitig in derartigen Anordnungen zum Einsatz kommt, auf Grund des direkten Bondierens bzw. der direkten Verbindung der Vorrichtungsteilbaugruppe mit der Schnittstellenplatte 148. Die Verwendung von Direkt bondierungskupfer oder Direktbondierungsaluminium für das Substrat 182 stellt außerdem eine hohe Spannungsisolation, eine gute thermische Eigenschaft und eine gute Expansionssteuerung während des Betriebs der Vorrichtung bereit. Die Auswahl der speziellen Materialien, die in der Vorrichtungsteilbaugruppe zum Einsatz kommen, stellt wiederum bevorzugt eine verringerte differenzielle thermische Expansion und Kontraktion bereit, zumindest für benachbarte Komponenten der Vorrichtungsteilbaugruppe. Falls erwünscht, können die Materialwahlen für einen Gradienten thermische Expansions- und Kontraktionskoeffizienten bereitstellen, um Spannungen zusätzlich zu verringern.
19A und 19B zeigen eine aktuelle Ausführungsform für einen Anschlussstreifen, der dazu genutzt wird, Strom zu und von den vorstehend erläuterten elektronischen Leistungsvorrichtungen zu kanalisieren. Der Anschlussstreifen ist besonders gut geeignet zur Verwendung mit einem thermischen Träger, der in 11 bis 13 dargestellten Art. Die Merkmale des Anschlussstreifens können jedoch in andere Arten von Strukturen innerhalb der Vorrichtung eingebaut werden, wie etwa in den Rahmen 114, der in 16 gezeigt ist. Der Anschlussstreifen 134 umfasst Merkmale, die dazu ausgelegt sind, als Anschluss oder Kontaktpunkte für die Leiter zu dienen, wie vorstehend angesprochen. Der Streifen stellt außerdem leitfähige Elemente oder Bänder bereit, die zwischen dem elektronischen Leistungsschaltkreis und dem Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis kommunizieren, wodurch die Notwendigkeit für einen Gleichstrombus wie bei herkömmlichen Vorrichtungen entfällt. Wie in 19A gezeigt, sind demnach Anschlüsse 116 für die abgehenden Stromleiter vorgesehen (in 19A nicht gezeigt). Die Anschlüsse 116 sind getrennt voneinander und von Leitern für den einlaufen den Gleichstrom mittels isolierender Trennelemente 118 getrennt. Auf der Rückseite des Anschlussstreifens 134 ist eine Reihe von Verbindungsanschlussfeldern 132 vorgesehen, die integral mit den Anschlussleitern gebildet sind, wie nachfolgend erläutert.
Wie in 19B gezeigt, umfassen auf einer Anschlussseite des Anschlussstreifens Anschlüsse Elemente, die dazu ausgelegt sind, eine Schnittstelle mit Leitern für den einlaufenden Gleichstrom in der gezeigten Ausführungsform zu bilden. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass, wenn andere Stromarten und -nennwerte erforderlich sind, wie etwa für einlaufenden und abgehenden Wechselstrom, wie etwa in Konverterschaltungen, die Konfiguration des Anschlussstreifens hieran angepasst werden kann.
Der in 19A und 19B gezeigte Anschlussstreifen ist besonders gut geeignet für eine Herstellung über Abformungsvorgänge, die ihrerseits in Bezug auf isolierende Materialien erfolgen. Die verschiedenen Leiter und leitenden Elemente des Anschlussstreifens können innerhalb des isolierenden Materials derart in Position geformt werden, dass sie problemlos innerhalb des Materials für eine spätere Installation und Verbindung rückgehalten werden können. Wie in 19B gezeigt, sind Stromanschlussleiter 194 in ein isolierendes Material des Anschlussstreifens zur Verbindung mit Leitern oder Kabeln eingebettet, die mit dem Anschlussstreifen eine Schnittstellenverbindung eingehen, und zwar mit abgehenden Stromleitungen. Zusätzliche Anschlüsse 196 können mit ähnlichen Leitungen versehen sein, um den Anschlussstreifen mit einlaufenden Stromleitern zu verbinden. In der in 19B gezeigten Ausführungsform sind die Anschlüsse 196 als leitfähige Bänder gebildet, die eine Verbindung des einlaufenden Stroms, typischerweise Gleichstrom, in Inverteranwendungen mit Elementen zu beiden Seiten des thermischen Trägers erlauben, wie nachfolgend erläutert. Insbesondere weil bei Anwendungen, die einen Strom- bzw. Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis erfordern, leitende Pfade erforderlich sein können zwischen den elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungen und einer Kondensatorbank, erlaubt die Anordnung von 19B, dass diese Verbindungen problemlos vorgenommen werden können, ohne dass ein Gleichstrombus erforderlich wäre. Es wurde demnach herausgefunden, dass die Anordnung das Auftreten einer parasitären Induktanz innerhalb der Baugruppe verringert. In der Ausführungsform von 19B sind ähnliche, leitende Bänder 198 an Enden des Anschlussstreifens vorgesehen, um die Verbindung mit den elektronischen Leistungsvorrichtungen zusätzlich zu erleichtern, wie nachfolgend näher erläutert. Die geformten (oder ausgeformten) Verbindungen können aus unterschiedlichen Kombinationen von thermisch leitenden, jedoch isolierenden Materialien oder Elementen hergestellt werden. Diese können umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein: Thermisch leitende Polymere, Polymerkombinationen mit Direktbondierungskupfer bzw. Direktverbindungskupfer, Direktbondierungsaluminium bzw. Direktverbindungsaluminium, keramischen Metallsprühabscheidungssystemen, elektrischen Flachleiterisolatoren, Fluidkühlmittelanschlüsse und Durchlässe und dergleichen. Unter Verwendung thermisch leitender Polymere (die jedoch elektrisch isolierend sein können) für die Tragstruktur der Leiter im Anschlussstreifen 134 erlaubt ein direkter Wärmepfad zwischen den Leitern 116 und 198 und dem thermischen Träger 12 ein Kühlen dieser Leiter und Verbindungen mit ihnen. Dies stellt einen Hauptkühlungspfad für die Leiter bereit und reduziert Wärmefluss in die Komponenten, die mit ihnen verbunden sind. Dies erlaubt außerdem ein reduziertes Erwärmen der Ener giespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreispaketierung bzw. -verpackung, die am Anschlussstreifen angebracht ist, sowie von jeglichem Verbinderschaltkreis, der ebenfalls am Anschlussstreifen angebracht ist. Durch reduziertes Erwärmen wiederum wird eine größere Zuverlässigkeit der Schaltungskomponenten sowie eine höhere elektrische Nennleistung gefördert. Ein weiterer Nutzen der Anordnung besteht darin, Spannungen bezüglich externer Verbindungskomponenten und Schaltkreise zu reduzieren.
Wie in 20 gezeigt, erleichtert die Anordnung des Anschlussstreifens von 19A und 19B die Verbindung der elektronischen Leistungsvorrichtungsteilbaugruppen 130 mit dem Strom- bzw. Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 und den Anschlüssen der Vorrichtung. Insbesondere stellt die Anordnung von 20 eine elektronische Strom- bzw. Leistungsvorrichtungsteilbaugruppe 130 bereit, die in einer Reihe aus sechs Vorrichtungsteilbaugruppen angeordnet ist. In einer typischen Richter- bzw. Inverteranwendung sind zwei derartige Vorrichtungsteilbaugruppen jeder Ausgangsphase zugeordnet, um positive und negative Sinushalbwellen einer simulierten Wechselstromwellenform bereitzustellen. In der gezeigten Anordnung sind erste Endanschlussfelder, die als Wechselstromendanschlussfelder 200A und 200B bezeichnet sind, benachbart zu jedem Ende des Anschlussstreifens vorgesehen. Endanschlussfelder 200A und 200B entsprechend den Endanschlussfeldern 132 benachbart zu Enden des Anschlussstreifens, wie in 19A gezeigt. Zusätzliche Anschlussfelder 202A und 202B sind beabstandet von den Anschlussfeldern 200A und 200B an Orten vorgesehen, die den Anschlüssen 196 für einlaufenden Strom entsprechen (siehe beispielsweise 19B). Schließlich sind Anschlussfelder 204A, 204B und 204C an Orten entsprechend den Anschlüssen 194 für abgehenden Strom vorgesehen. Die Anschlussfelder 200A und 202B und die Anschlussfelder 200B und 202A sind so verbunden, wie in 20 dargestellt, um die Pfade benachbart zu Enden des Anschlussstreifens mit den Anschlussfeldern benachbart zu den Anschlüssen 196 zu verbinden, wie in 20 gezeigt. Dieselben Verbindungsanschlussfelder werden daraufhin elektrisch mit hohen und niedrigen Seiten des Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreises 38 verbunden, wie schematisch in 20 gezeigt. Die Vorrichtungsteilbaugruppen 130 werden daraufhin elektrisch mit den Anschlussfeldern 200A, 200B, 202A, 202B, 204A, 204B und 204C verbunden, wie in 20 gezeigt, wie etwa durch Drahtbondierungsverbindungen 206. Diese Drahtbondierung bzw. -verbindung verbindet in wirksamer Weise jede Vorrichtungsteilbaugruppe sowohl mit einem Anschlussfeld, das elektrisch mit dem Energiespeicherungs- und -konditionierungsschaltkreis 38 verbunden ist, sowie mit einem Anschlussfeld, das einem abgehenden Stromanschluss 194 zugeordnet ist. Zahlreiche alternative Bondierungsverfahren bzw. Verbindungsverfahren für die Vorrichtungsteilbaugruppen mit den Stromanschlüssen können in der aktuellen Technik in Betracht gezogen werden. Als Beispiele sind zu nennen: Bandbondieren, Metallgeflechtwiderstandsschweißen, Löten, mechanische Anbringung, laminierte dünne Metallbänder, gelötete oder geschweißte Metallbänder mit ihnen innewohnender Spannungsentlastung, flexible Metallbänder mit gasdichten Druckverbindungen und dergleichen. Jedes Paar von Vorrichtungsteilbaugruppen legt daraufhin einen Abschnitt der Inverterschaltung für jede Phase des abgehenden Stroms fest.
21 zeigt schematisch die elektrische Schaltung bzw. den elektrischen Stromkreis, die bzw. der errichtet ist durch die Anschluss- und Verbindungsanordnung von 20. Wie in 21 gezeigt, ist der Steuerschaltkreis 36 mit dem Treiber schaltkreis 34 in einer typischen Invertertreiberanwendung in Verbindung gebracht, wie etwa über die Verbindungen 40. Der Treiberschaltkreis 34, der auf derselben Seite wie der thermische Träger angebracht sein kann, der vorstehend als Elektronikleistungsvorrichtung erläutert ist, die die Inverterschaltung selbst bilden, ist mit den Vorrichtungsteilbaugruppen 130 über eine zusätzliche Drahtverbindung 208 verbunden. Jede Vorrichtungsteilbaugruppe 130 wird daraufhin mit einem Ausgangsanschluss 194 elektrisch verbunden, der an abwechselnden Orten längs des Anschlussstreifens positioniert ist, wie in 19A und 19B gezeigt. Die Vorrichtungsteilbaugruppen 130 werden daraufhin elektrisch mit den Anschlüssen 196 für einlaufenden Strom verbunden und der Schaltkreis 38 wird in ähnlicher Weise mit den Anschlüssen über die Streifen 98 verbunden, wie in 19B gezeigt. Außerdem ist in dem in 21 gezeigten Beispiel der Sensorschaltkreis 112 mit zumindest zweien der abgehenden Stromleitungen verbunden.
Wie vorstehend angesprochen, kann das Paketieren bzw. Verpacken und Konfigurieren des Moduls 10 so vorgenommen sein, dass einlaufender Strom und abgehender Strom in einer Vielfalt von Weisen möglich ist, und zwar abhängig von der Anordnung des Schnittstellenschaltkreises und der Komponenten. Die Paketierung bzw. Verpackung kann auch verschiedene Leitungsführungsanordnungen für Kühlmittel ermöglichen. Die 22A bis 22F zeigen beispielhaft Anordnungen für derartige Leitungsführungsoptionen. Wie in 22A gezeigt, entspricht eine erste Konfiguration 210 allgemein derjenigen, die in 8 gezeigt ist. Das heißt, Leiter 18 für einlaufenden Strom sind entlang einem Rand 28 des Moduls zusammen mit Leitern 20 für abgehenden Strom vorgesehen. Eine Leitung 22 für einlaufendes Kühlmittel ist entlang einem benachbarten Rand, versetzt zum Rand 28, zusammen mit einer abgehenden Kühlmit telleitung 24 vorgesehen. In einer in 22B gezeigten alternativen Konfiguration 212 sind die Leiter 18 für einlaufenden Strom und die Leiter 20 für abgehenden Strom wiederum entlang dem Rand 28 vorgesehen. Kühlmittel kann jedoch auch über einen Verteiler 222 zugeführt und zurückgeführt werden, der entlang der Unterseite 224 des Moduls vorgesehen ist. In einer in 22C gezeigten alternativen Konfiguration 214 durchsetzen die Leiter 18 für einlaufenden Strom eine Oberseite 226 des Moduls. Die Leiter 20 für abgehenden Strom sind weiterhin dem Rand 28 vorgesehen und die Kühlmittelleitungen 22 und 24 sind entlang dem Rand 30 vorgesehen. In weiteren Konfigurationen 228 gemäß 22D durchsetzen Leiter 18 für einlaufenden Strom den Rand 28 ebenso wie die Leiter 20 für abgehenden Strom. In dieser Ausführungsform läuft Kühlmittel zu über einen Rand 30 des Moduls, wie mit der Linie 22 bezeichnet, und das Kühlmittel wird von dem Modul entlang einem gegenüberliegenden Rand bei der Linie 24 extrahiert. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können derartige Anordnungen nützlich sein, um gewünschte Temperaturgradienten durch das Modul festzulegen, wie durch den Kühlmittelstrom und die Positionierung von Wärme erzeugenden Elementen innerhalb der Baugruppe festgelegt. In einer weiteren alternativen Konfiguration 218, die in 22E gezeigt ist, sind sämtliche Leitungen, die Leitung 18 für einlaufenden Strom, die Leitung 20 für abgehenden Strom und die Leitungen 22 und 24 für Kühlmittel längs des Rands 28 zugänglich. Die Anordnung 218 von 22E vermag deshalb eine einseitige oder Plug-in-Montage des Moduls zu erleichtern. Als weiteres Beispiel einer alternativen gegenseitigen Verbindung stellt die Konfiguration 220 von 22F Leitungen 18 für einlaufenden Strom entlang einer Oberseite des Moduls bereit. Die Leitungen 20 für abgehenden Strom sind entlang der gegenüberliegenden Unterseite vorgesehen. Kühlmittel kann durch die andere Seite geleitet werden, wie etwa den Rand 230, wie für die Leitungen 22 und 24 in 22F gezeigt.
Wie vorstehend angeführt, können verschiedene Verbinderkonfigurationen bzw. Steckerkonfigurationen in der aktuellen Technik zum Leiten von Strom und Kühlmittel zu und von dem Strom vorgesehen sein. 23 und 24 zeigen beispielhafte Konfigurationen für Plug-in-Verbindungen mit dem Modul. Wie in 23 gezeigt, in der mehrere Verbindungen auf einer Seite des Moduls vorgesehen sind, kann ein gleichlaufender Verbinder verwendet werden. Eine Verbindungsschnittstelle, die in 23 mit der Bezugsziffer 232 bezeichnet ist, kann deshalb mehrere Leiter enthalten, die sich ausgehend vom Modul 10 erstrecken. In 23 besitzen die Leiter 106 und 108 allgemein Kreisform oder Zylinderform. Andere Formen können selbstverständlich in Betracht gezogen werden, wie etwa flache Leiter, plattenartige Leiter, gewinkelte Leiter und dergleichen. Die Verbinderschnittstelle 232 in 23 ist durch einen Umfangsflansch 234 umgeben, der sowohl dazu dient, einen passenden Verbinder 236 auszurichten, wie die Leiter abzuschirmen, und zwar über das Gehäuse des Moduls hinaus. Der Flansch 234 kann deshalb, wo er gewünscht ist, ein metallische Verlängerung des Gehäuses darstellen. Der Passverbinder 236 umfasst bevorzugt eine Isolationsplatte 238, die eine Rückwand des Verbinders bildet und die den Schnittstellensockel 240 zumindest teilweise umgibt. Das Gehäuse 242 des Passverbinders 236 trägt die Isolationsplatte und den Schnittstellensockel und Verbindungen zwischen den Sockeln und Leitern 246 erfolgen innerhalb des Verbinders. Eine Umfangswandung 244 kann sich um die Sockel erstrecken, um für diese einen Schutz bereitzustellen sowie eine Ausrichtung mit dem Flansch 234 und der Schnittstelle 232 und um die Abschir mung zu den Sockeln und den Verbindungen zu verlängern, sobald diese erfolgt sind.
Die Verbindungen werden mit dem Modul vorgenommen, durch einfaches Stecken des Passverbinders bzw. Passsteckers 236 in die Schnittstelle 232, wie mit dem Pfeil 248 bezeichnet. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können verschiedene Sperrmerkmale, Sicherheitsmerkmale, Streifen, Befestigungselemente oder dergleichen vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass der Verbinder bzw. Stecker voll und sicher installiert ist. Ein Sensoraufbau oder Schalteraufbau (nicht gezeigt) kann außerdem in entweder der Verbinderschnittstelle 232 oder dem Passverbinder 236 vorgesehen sein, um zu erfassen, ob die Verbindung korrekt vervollständigt ist. Rückkopplungssignale können durch den Controller dazu genutzt werden, eine minimale Zuführung von Strom zu dem Modul zu begrenzen, bis geeignete Verbindungen vorgenommen worden sind.
In Konfigurationen, die mehr als eine Einlassstelle für Leitverbinder verwenden, können mehrere Verbinder vorgesehen sein, wie in 24 gezeigt. Die Anordnung von 24 stellt zwei Leiter 106 für einlaufenden Strom entlang einer Oberseite des Moduls bereit und drei Leiter 108 für abgehenden Strom entlang einer Unterseite der Anordnung von 22F. Wie in 24 gezeigt, ist eine erste Verbindung mit den Leitern von den Leitungen 246 für einlaufenden Strom an einer Verbindungsschnittstelle für einlaufenden Strom 250 gemacht. Der Verbinder 254 für einlaufenden Strom kann in der dargestellten Ausführungsform einen peripheren Flansch 244 wie in dem vorausgehenden Beispiel enthalten mit einer Isolationsplatte 238, die Verbindungen zwischen den Leitungen und Schnittstellensockeln schützt. Der Verbinder 254 wird darauf hin einfach in die Schnittstelle 250 für den Verbinder für einlaufenden Strom gesteckt. Verbindungen für abgehenden Strom sind in ähnlicher Weise über eine Verbinderschnittstelle 252 realisiert. Diese Schnittstelle ist in ähnlicher Weise durch einen Umfangsflansch 234 umgeben. Ein Verbinder 256, der in ähnlicher Weise durch einen peripheren Flansch 244 umgeben ist und eine Isolationsplatte 238 aufweist, ist in eine Verbinderschnittstelle 252 für abgehenden Strom in Verbindung gebracht. Wiederum kann eine Abschirmung an einer oder beider Stellen durch Zusammenwirkung der peripheren Flansche bereitgestellt sein. Sicherheitseinrichtungen können außerdem an jeder Stelle vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass die Verbindungen bzw. Verbinder in geeigneter Weise vorgenommen bzw. angeschlossen sind. Wie in dem vorausgehenden Beispiel können Sensoren oder Schalter in beiden Verbindern vorgesehen sein, um zu gewährleisten, dass die korrekten Verbindungen erfolgt sind vor Zuführung von Strom zu dem Modul.
Wie vorstehend angesprochen, können verschiedene alternative Konfigurationen in Betracht gezogen werden für das spezielle externe Verpacken bzw. Paketieren des Moduls sowie für seine Abschirmung gegenüber Streu-EMI. Die 25 und 26 zeigen beispielhafte alternative Konfigurationen auf Grundlage einer Drop-in-Auslegung. Wie in 25 gezeigt, kann eine Schnittstellenplatte 258 beispielsweise vorgesehen sein mit Verbindungen, die direkt an einer Rückseite der Schnittstellenplatte vorgenommen sind. Die Konfiguration des Moduls 10 kann allgemein den Linien bzw. Leitungen folgen, die vorstehend erläutert sind, einschließlich einer Herstellung um einen thermischen Träger 12 herum. Kühlmittelleitungen 260 können vorgesehen sein, um Kühlmittel zu dem thermischen Träger und von diesem weg zu leiten. In diesen Fällen können die Kühlmittelleitungen direkt durch die Schnittstellenplatte 258 ge leitet sein. Ein Kanister-Gehäuse 262 (siehe insbesondere 26) ist vorgesehen und verbindet die Schnittstellenplatte 258, um das Modul zu umgeben, zu tragen und abzuschirmen. Verbindungen mit der Schnittstellenplatte können daraufhin über einen gleichlaufenden Verbinder 236 erfolgen, wie in 26 gezeigt.
Die 27A bis 27D zeigen beispielhafte Techniken zum Verbinden der Kontakte mit dem Anschlussstreifen 134 mit Schaltungen bzw. Stromkreisen, die in der elektronischen Leistungsvorrichtungsteilbaugruppe 130 gebildet sind. In der beispielhaften Ausführungsform von 27A sind gestanzte oder ähnliche Kontaktelemente 266 an die Vorrichtungsteilbaugruppen 130 gelötet oder anderweitig in Verbindung gebracht und erstrecken sich zu dem Anschlussstreifen 134. Die leitfähigen Elemente 166 können an die Vorrichtungsteilbaugruppe 130 und den Anschlussstreifen 134 gelötet, geschweißt, hartgelötet, Laser- oder E-Strahlgeschweißt, durch Leitklebstoff verbunden oder elektrisch in anderer Weise in Verbindung gebracht sein. Spannungsentlastungen können in gestanzten, geprägten, geschnittenen, geformten leitfähigen Elementen dieser Art gebildet sein, um einen optimalen Querschnitt zur Stromübertragung bereitzustellen. In der in 27B gezeigten Alternative erstrecken sich Metall-Laminate, Kunststoffmetallbänder, mehrere derartige Bänder, elektrische Geflechte, Bänder und dergleichen, die sämtliche mit der Bezugsziffer 268 bezeichnet sind, in ähnlicher Weise zwischen den Schaltungen bzw. Schaltkreisen, die auf der Vorrichtungsteilbaugruppe 130 und dem Anschlussstreifen 134 gebildet sind. Ein elektrischer Kontakt kann außerdem vorgesehen sein über gasdichte Druckkontaktstrukturen der Strombaugruppe. Falls erwünscht, können die getrennten Elemente dieser Bänder, Streifen oder Geflechte über einen Teil oder ihre gesamte Länge vereinigt sein, wie etwa durch Widerstandsschweißen. In der in 27C gezeigten weiteren Alternative können getrennte Kontaktelemente 270 und 272 auf der Vorrichtungsteilbaugruppe 130 und dem Anschlussstreifen 134 vorgesehen und miteinander während des Zusammenbaus des Moduls vereinigt worden sein. Jedes der Kontaktelemente kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren gebildet sein, wie etwa durch Stanzen oder Prägen und Sondieren oder anderweitige Festlegung der Kontaktelemente in elektrischer und mechanischer Weise an der Vorrichtungsteilbaugruppe und dem Anschlussstreifen. Wie in 27D gezeigt, kann ferner eine Verlängerung 274 der wärmeleitfähigen Schicht der Vorrichtungsteilbaugruppen selbst zur Verbindung mit dem Anschlussstreifen 134 vorgesehen sein. Beispielsweise in Modulen, die Direktbondierungskupfer oder Direktbondierungsaluminium nutzen, kann sich ein Leiter von dem Ausgangsanschluss zu dem Anschlussstreifen erstrecken. Spannungsentlastung kann bereitgestellt sein wie in den vorstehenden genannten Anordnungen sowie ein selektives Strukturieren der leitfähigen Schicht der Vorrichtungsteilbaugruppe, falls erwünscht.
28A bis 28D zeigen alternative Anschluss- und Anschlussbauteilkühlanordnungen. Wie vorstehend erläutert, kann sowohl der einlaufende wie der abgehende Strom durch den Anschlussstreifen 134 geschickt werden. Im Einsatz kann ein Erwärmen innerhalb des Anschlussstreifens stattfinden und die Wärme kann durch eine geeignete Anordnung extrahiert werden, wie durch die in den 28A bis 28D gezeigten Anordnungen. In der in 28A gezeigten ersten beispielhaften Anordnung umfasst der Anschlussstreifen einen oder mehrere Abschnitte 276 und 278, die aus wärmeleitfähigem, elektrisch isolierendem Material hergestellt sind, das die verschiedenen leitfähigen Elemente umgibt und trägt, die vorstehend erläutert sind und zum Anschlussstreifen gehören. Beispiele dieser Materialien umfassen beispielsweise keramikgefüllte Thermokunststoffe oder Flüssigkristallpolymere.
In der in 28B gezeigten Anordnung ist ein Verteiler 280 zum Aufnehmen eines Kühlmittels gebildet, wie etwa durch Verbindung mit den Kühlmitteldurchlässen, die in dem thermischen Träger 12 gebildet sind, wie vorstehend erläutert. Der Verteiler dient zum Versorgen der Kanäle 282 mit einem Kühlmittelstrom in und aus dem Anschlussstreifen heraus, und zwar für Kühlzwecke. In der Anordnung von 28C ist die thermische Erweiterung 284 vorgesehen, die den Kontakt zwischen dem thermischen Träger 12 und dem Anschluss zusätzliche Oberfläche verleiht. Die thermische Erweiterung 184 ist dazu ausgelegt, mit einer entsprechenden oder ähnlich gebildeten Ausnehmung oder Nut 286 eine Schnittstelle zu bilden, die in dem Anschlussstreifen 134 gebildet ist. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, kann eine geeignete Konfiguration oder Querschnittsform für die Verlängerung und die Eintiefung vorgesehen sein. Wie in 28D gezeigt, kann in ähnlicher Weise eine Verlängerung 288 in dem Anschlussstreifen 134 gebildet und dazu ausgelegt sein, mit einer entsprechenden Nut oder Eintiefung 290 eine Schnittstelle zu bilden, die in einem Teil des thermischen Trägers 12 gebildet ist.
Die 29A und 29B zeigen alternative Konfigurationen für Anschlussstecker und Verbindungen, die in den verschiedenen Verbindungskonfigurationen einsetzbar sind, die vorstehend erläutert sind. Wie in 29A gezeigt, ist das Gehäuse 94 dazu ausgelegt, den Leiter 108 zu umgeben, während der Leiter 108 die Leitungsleiter 246 aufnimmt, wenn die Verbindung hergestellt wird. Das Gehäuse 242 ist auf dem Passverb inder 236 vorgesehen und umgibt zumindest teilweise den Leitungsleiter 246. Ein elektrisch isolierender Körper 292 ist in dem Gehäuse 94 um den Leiter 108 herum vorgesehen. Eine Drahtabschirmungs- und Masseverbindung 294 ist innerhalb des Gehäuses 242 vorgesehen, während ein isolierendes Element 295 zwischen der Verbindung 294 und der Leiterleitung 246 vorgesehen ist. Die resultierende Baugruppe stellt sowohl eine gute elektrische Verbindung des Leiters des Moduls mit dem Passverbinder bereit wie eine EMI-Abschirmung und eine Abschirmungsfortsetzung zwischen dem Stecker bzw. Verbinder und dem Modul. Die 29B zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der jedoch eine leitfähige Behälterschale 298 gebildet ist, um mit dem Flansch 244 des Verbindergehäuses 242 eine Schnittstelle zu bilden.
30A bis 30C zeigen eine alternative Strom- bzw. Leistungsvorrichtungssubstrathalterung und Wärmetauschkonfiguration zur Verwendung in einem Modul der vorstehend erläuterten Art. In der Ausführungsform von 30A ist eine Schnittstelle 300 vorgesehen, wie vorstehend erläutert, um Wärmeenergie von der elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungsteilbaugruppe 130 durch die Schnittstellenplatte 148 zu übertragen. Wie in 30B gezeigt, könne verschiedene Anordnungen vorgesehen sein, um zwei oder mehr elektronische Strom- bzw. Leistungsvorrichtungsteilbaugruppen 130 auf einem gemeinsamen thermischen Träger 12 zu installieren. Beispielsweise sind in 30B zwei derartige Anordnungen dargestellt, die Kanäle 152 enthalten, um Kühlfluid durch den Träger zu fördern. In einer beispielhaften Konfiguration erstrecken sich die Stifte 160 von einer Schnittstellenplatte 148 und werden durch ein Fluid gekühlt, das durch einen der Kanäle 152 strömt. In einer weiteren, in 30B gezeigten beispielhaften Konfiguration ist ein Wärmeableitelement 174 in einem Kanal zum ähnlichen Entfernen von Wärme angeordnet. Die Platte 148 kann durch ein beliebiges Verfahren angebracht werden, wie etwa durch Löten, Schweißen, Hartlöten oder über Klebstoff und Dichtungen, um eine angemessene Dichtung bereitzustellen. Das Wärmetauscherbasismodul, das durch den Träger festgelegt ist, kann aus einem beliebigen leitfähigen Metall oder einem Polymer hergestellt sein, oder es kann aus verschiedenen, nicht leitenden Materialien hergestellt sein, wie etwa Thermokunststoffen, wärmeaushärtenden Kunststoffen, Epoxigussstrukturen und dergleichen. Wie in 30B gezeigt, können verschiedene Anordnungen zum Installieren von zwei oder mehr Stromelektronikvorrichtungsgruppen 130 auf einem gemeinsamen thermischen Träger 12 vorgesehen sein. In 30B sind beispielsweise zwei derartige Anordnungen gezeigt, die Kanäle 152 zum Fördern von Kühlfluid durch den Träger aufweisen. Der Flansch kann während der Ausformung oder als sekundärer Schritt in die Wärmebasis bondiert oder in Verbindung gebracht sein, wie etwa an einem Rand, einem Flansch oder einer Lippe, um gegenüber der Öffnung eine Abdichtung bereitzustellen, die in dem thermischen Träger für diesen Zweck vorgesehen ist. Wie in 30C gezeigt, kann eine speziell angepasste Schnittstellenfläche 304 vorgesehen sein, um eine Vorrichtungsteilbaugruppe und eine Schnittstellenplattenbaugruppe aufzunehmen. Stifte 160 oder ähnliche Wärmeableitelement, soweit diese vorgesehen sind, können sich durch speziell vorgesehene Durchbrüche 306 innerhalb des thermischen Trägers erstrecken. Wiederum kann ein Dichtungselement 162 um die Schnittstellenplatte vorgesehen sein, um gegenüber dem thermischen Träger eine Abdichtung bereitzustellen.
31A und 31B zeigen beispielhafte Konfigurationen für eine Abschirmungs- und Masseverbindungsanordnung zur Verwendung in einem Modul der vorstehend erläuterten Art mit niedriger Induktanz. In der in 31A gezeigten Anordnung umfasst ein thermischer Träger 12 einen partiellen peripheren Flansch 126, wie vorstehend erläutert. Niedrig induktive Pfade für eine Metallabschirmung können gebildet sein, wie durch die Bezugsziffern 310, 312 und 314 angezeigt, wobei Pfade 310 auf einer Abdeckung 308 vorgesehen sind, die dazu ausgelegt ist, an den thermischen Träger zu passen. Die Massepfade können aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, wie etwa aus metallisierten Polymeren, oder sie können Metall oder andere leitfähige Elemente umfassen, die in polymeres Material an speziellen Stellen, falls gewünscht, geformt sind. Die Pfade können aus intrinsischer Ausdünnung von Metallabschnitten von Gussteilen und durch Formen von Kontaktbereichen für eine niedrige Induktanz festgelegt sein. Die Pfade können außerdem speziell geformt sein, um Hochfrequenzleistungsmassekontakte bereitzustellen, und die Pfade können in Bereiche benachbart zu den Schaltersubstraten gebracht sein. Laminierte Busabschnitte 311 können vorgesehen sein, um Verbindungen zwischen den hochfrequenzfähigen Leitungspfaden festzulegen. Bondierungsansätze bzw. Zungen 313 können eine Verbindung zwischen dem Bus und den Vorrichtungssubstraten bereitstellen. Durch die Verwendung derartiger Abschirmungsansätze kann die Schale oder das Gehäuse für das gesamte Modul aus Metallen, Kunststoffen (einschließlich Thermokunststoffen) oder anderem geeignetem Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt sein.
31B zeigt die elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungsteilaufbauten 130, die in einer beispielhaften Anordnung der in 31A gezeigten Art angeordnet sind. Die Abdeckung 308, die als EMI-Abschirmungsplatte wirkt, ist über den Teilaufbauten angeordnet, die in der dargestellten Ausführungsform einen kombinierten Gate-Treiberschaltkreis und Steuerkartenschaltkreis bilden. Mechanische Verbindungen und elektrische Pfade sind durch Befestigungselemente festgelegt, die dazu verwendet werden, die Abdeckung am Träger 12 festzulegen.
32A und 32B und 33 zeigen alternative beispielhafte Konfigurationen für Plug-in-Module in Anordnungen, die durch Backplane-Konfigurationen aufgenommen werden. Wie in 32A gezeigt, sind Module, die aus thermischen Trägern 12 und elektronischen Strom- bzw. Leistungsvorrichtungsteilaufbauten 130 bestehen, mit Anschlussstreifen 134 verbunden, wobei Leiter 108 elektrisch mit parallelen Backplane-Leitern verbunden sind, die allgemein mit der Bezugsziffer 322 bezeichnet sind. Die Backplane-Leiter können Strom zu und von den Modulen leiten, sobald diese in die Backplane gesteckt oder anderweitig mit dieser verbunden sind. Die Backplane, die allgemein mit der Bezugsziffer 318 in 32A bezeichnet ist, kann außerdem Verbindungen mit Kühlmittelströmen bereitstellen. In der in 32A gezeigten Ausführungsform dient beispielsweise ein Kühlmittelbackplane-Verbindungsadapter 326 zur Schnittstellenbildung mit den Einlass- und Auslassanschlüssen der thermischen Träger mit Kühlmittelversorgungsleitungen 324, die in der Backplane vorgesehen sind. Die einzelnen Module können daraufhin in die Backplane gesteckt und in Verbindung gebracht werden für einen unabhängigen oder gemeinsamen Betrieb in einem größeren System. Eine beispielhafte physikalische Konfiguration einer modularen Einheit für derartige Backplanekonfigurationen ist in 32B gezeigt, und zwar basierend allgemein auf der in 25 gezeigten Anordnung. Handgriffe können auf der Verpackung bzw. Paketierung zum Erleichtern des Einführens und der Entfernung vorgesehen sein, während Verbindungen auf einer einzigen Seite vorgesehen sein können, um sämtliche erforderlichen Verbindungen mit einem externen Schaltkreis zu vervollständigen. Abgedichtete Kühlmittelleitungen können ferner für eine Verbindung mit den Kühlmittelversorgungsleitungen der Backplane vorgesehen sein. Die Verbindungen können sich mit unterschiedlichen Längen erstrecken oder in alternativer Weise ausgelegt sein, wie etwa zur Gewährleistung der Herstellung oder Unterbrechung bestimmter Verbindungen vor oder nach bzw. während der Installation oder Entfernung. Diese können, ohne hierauf beschränkt zu sein, eine ultraschnelle Ausschalt- und eine ultraschnelle "Crowbar"-Funktion aufweisen.
In der in 33 gezeigten Ausführungsform sind drei derartige Module in ähnlicher Anordnung vorgesehen und in ähnlicher Weise mit den Backplaneleitern 322 und Kühlmittelversorgungsleitungen 324 verbunden. Wie in 33 gezeigt, können Fluidverbindungen jedoch auch zwischen den Modulen vorgesehen sein, wie mit der Bezugsziffer 330 bezeichnet, um eine parallele oder serielle Kühlmittelströmung zwischen den verschiedenen Modulen zu erleichtern, die auf der Backplane angebracht sind.
Um die Wärmesteuerung in Modulen der vorstehend erläuterten Art zu verbessern, können verschiedene Fluidströmungssteuerungen in den Strukturen enthalten sein, die in 34 allgemein gezeigt sind. Das Strömungssteuerungssystem, das allgemein mit der Bezugsziffer 332 bezeichnet ist, kann verschiedene Sensoren 334 enthalten, die lokale Temperaturen an verschiedenen Stellen um die elektronische Leistungsvorrichtungsteilbaugruppe 130 und an anderen Stellen in dem System ermitteln. Eingangsleitungen 336 führen Signale, die repräsentativ für die Temperaturen sind, einer Strömungssteuerungsschaltung 338 zu. Die Strömungssteuerungsschaltung 338 reguliert den Kühlmittelstrom zu und von dem Modul über ein Strömungssteuerungsventil 340, das mit der Strömungssteuerungsschaltung über eine Ausgangsleitung 342 verbunden ist. Dadurch kann eine Temperatursteuerung mit geschlossener Schleife in dem Modul derart bereitgestellt werden, dass die Kühlmittelströmung optimiert wird, und dass die Schwankungen der Wärmekreislaufführung minimiert werden, wodurch die Lebensdauer der elektronischen Leistungskomponenten innerhalb der Vorrichtungsteilbaugruppe 130 verlängert ist.
Wie vorstehend angesprochen, kann ein großer Bereich von Schaltungen aufgenommen werden, die aus den verschiedenen Konfigurationen Nutzen ziehen, die vorstehend erläutert sind. Insbesondere und wie vorstehend angesprochen, können verschiedene Arten von Konverter- bzw. Richterschaltungen auf dem thermischen Träger getragen und angeschlossen, gekühlt, abgeschirmt und dergleichen werden, wie vorstehend erläutert. 35A bis 35C zeigen beispielhafte Konfigurationen eines Schaltkreises, der Wechselstrom-Wechselstrom-Richter bzw. -Wandler definieren kann, sowie Spannungsquellenkonverter, Synchrongleichrichter und ähnliche Topologien. In 35A umfasst eine Vorrichtungsteilbaugruppe 130 eine Reihe von Festkörperschaltern und Dioden, die mit einer Gleichstromquelle in Halbbrücken verbunden sind. Die einzelnen Teilbaugruppen 130 sind auf einem thermischen Träger 12 angebracht, wie vorstehend erläutert und wie in 35B gezeigt. Elektrisch können die Teilbaugruppen 130 mit einem Schaltkreis zur Erzeugung gesteuerter Wechselstromausgangssignale verbunden sein, wie in 35C gezeigt.
Wie vorstehend angesprochen, handelt es sich bei einer anderen Schaltkreisart, die in den erläuterten Anordnungen aufgenommen sein kann, um Wechselstrom-Wechselstrom-Richter, um Matrixschaltertopologien der in 36A bis 36C gezeigten Art. Demnach umfasst in diesen Topologien jede Vorrichtungsteilbaugruppe ein Paar Schalter- und Diodensätze, die mit einer Wechselstromquelle verbunden sind. 36B zeigt eine Dreiphasenimplementierung derartiger Bauteilgruppen, die auf einem thermischen Träger 12 abgeordnet sind, wie vorstehend angesprochen. Ein Eingangsbus und ein Ausgangsbus sind mit den Teilbaugruppen verbunden, um die Eingangs- und Ausgangsstromsignale zu leiten. Wie in 36C gezeigt, sind in den Dreiphasenimplementierungen Phaseneingänge und -ausgänge elektrisch mit den Teilbaugruppen verbunden, um die gewünschte Stromleistung -bzw. Höhe zu erzeugen.
Es wird bemerkt, dass, während bestimmte Dreiphasentopologien vorliegend erläutert worden sind, die vorliegende Technik sich auch auf Einphasen- und andere Anordnungen erstrecken kann. Diese Anordnungen können Anwendungen enthalten, wie etwa Mittelfrequenzschweißanwendungen. Diese Anwendungen können einen Hochfrequenztransformator anstelle bestimmter der Kondensatoren enthalten, die auf dem thermischen Träger angeordnet sind. Der Schaltkreis, der auf dem Träger getragen und durch diesen wärmemäßig bedient wird, wird dadurch in gewisser Weise modular zwischen den anwendungsspezifischen Auslegungen.
37 zeigt eine beispielhafte Schaltung für eine derartige Anwendung, in diesem Fall für eine Mittelfrequenzschweißimplementierung. Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, umfassen in diesen Anwendungen Schaltungen 130 Paare von Festkörperschaltern und Dioden. Die Schaltungen sind über Stromquellen unter Zwischenschaltung von Transformatoren verbunden. Zusätzliche Transformatoren sind zur Ausgabe vorgesehen, wie etwa zu einem Schweißkopf. Wie in den vorstehend angeführten Beispielen können sowohl die Schaltungen wie der Energiespeicherungs- und -transformationsschaltkreis durch den thermischen Träger getragen und gekühlt werden, und zwar mit den vorstehend erläuterten Techniken.
38A und 38B zeigen weitere alternative Konfigurationen, in denen der Kühlvorgang an Orten entfernt von dem thermischen Träger selbst durchgeführt werden kann. Wie in 38A gezeigt, trägt der thermische Träger 12 einen Schaltkreis innerhalb eines peripheren Flansches 126, wie vorstehend erläutert. Der Schaltkreis kann beiderseits des thermischen Trägers 12 vorgesehen sein, wie vorstehend erläutert. Außerdem ist eine Abdeckung 308 vorgesehen, wie etwa zum Bereitstellen einer EMI-Abschirmung, wie vorstehend angesprochen. In der in 38A dargestellten Ausführungsform ist eine Schaltkarte außerhalb des primären Hohlraums angebracht, in dem ein weiterer Schaltkreis angebracht ist. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Schaltkarte aus einer Steuerschaltkarte 36. Auf Grund der Kühlanforderungen an einen Teil der Schaltkreise, wie etwa die Steuerschaltkarte 36, weniger streng sein kann als an den übrigen Schaltkreis, können diese Komponenten entfernt von dem thermischen Träger 12 angebracht sein. Ein zusätzliches Kühlen für jeden Schaltkreis kann dessen ungeachtet jedoch bereitgestellt werden, wie etwa durch die Wärmerohre der in 38A gezeigten und mit der Bezugsziffer 344 bezeichneten Art. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass diese Wärmerohre typischerweise wärmeleitfähige Materialien enthalten, die sich in Kontakt mit dem Einlass und/oder Auslass des Kühlmittelstroms erstrecken. Das Leiten von Wärme entlang dem Wärmerohr 344 erlaubt daraufhin die Abnahme von Wärme von dem Schaltkreis, der auf der Schaltkarte 36 angebracht ist. 38B zeigt dieselbe Baugruppenanordnung. Ein geeignetes Jumper-Kabel 346 kann zum Kanalisieren der Signale vorgesehen sein und von Strom zu und von der Schaltkarte 36.
Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und Alternativen zugänglich ist, sind spezielle Ausführungsformen in den Zeichnungen gezeigt und lediglich beispielhaft im Einzelnen erläutert worden. Es wird bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen, offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen soll die Erfindung sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen als unter den Umfang der Erfindung fallend abdecken, die durch die nachfolgenden anliegenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

Strom- und Signaleingabe- und -ausgabeanschlusssystem für einen modularen Stromwandler, aufweisend: einen thermischen Träger (12); und ein thermisch leitendes Anschlusselement, welches auf dem thermischen Träger (12) getragen ist und mehrere Leiter (18, 20, 106, 108) für den eingehenden und ausgehenden Strom zu/von dem Wandler trägt und die Leiter (16, 20, 106, 108) über Wärmeübertragung zu dem thermischen Träger (12) kühlt, dadurch gekennzeichnet, dass, das Anschlusselement eine integrierte Busstruktur in Form eines Anschlussstreifens (134) ist, der aus einem elektrisch isolierenden Körper besteht, in welchem außerdem elektrisch leitende Elemente (116, 132, 194, 198) zur Bildung einer Übergangsfläche mit den Leitern und dem Wandler geformt sind sowie isoliert voneinander durch den Körper.
Anschlusssystem nach Anspruch 1, wobei das Anschlusselement eine integrale Struktur aufweist, die an dem thermischen Träger (12) entfernbar fest angebracht ist.
Anschlusssystem nach Anspruch 1, wobei das Anschlusselement zwei zuführende Stromleiter (18) und drei abführende Stromleiter (20) umfasst.
Anschlusssystem nach Anspruch 3, wobei die zuleitenden Stromleiter (18) zwischen jeweiligen ableitenden Stromleitern (20) angeordnet sind.
Anschlusssystem nach Anspruch 1, wobei das Anschlusselement ein elektrisch isolierendes sowie thermisch leitendes Polymer aufweist.
Anschlusssystem nach Anspruch 1, wobei das Anschlusselement integrale Anschlussfelder (132) zum Verbinden des Anschlusselements mit dem Stromwandler aufweist.
Anschlusssystem nach Anspruch 1, wobei das Anschlusselement direkt benachbart zu einem Rand des Trägers (12) angebracht ist.
Verfahren zum Richten von elektrischem Strom durch einen modularen Stromrichter, der ein Anschlusssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Richten von Eingangsstrom in kontrollierten Ausgangsstrom über den Stromrichter und Extrahieren von Wärme von dem Anschlusselement über den thermischen Träger (12) während des Betriebs.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Träger Einlass- und Auslassanschlüsse für ein Kühlfluid und einen Kühlmittelumwälzpfad dazwischen aufweist, und wobei Wärme von dem thermischen Element über Umwälzen von Kühlfluid durch den Umwälzpfad extrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Umwälzpfad allgemein benachbart zu dem Anschlusselement festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Anschlussaufbau einen wärmeleitenden Pfad aufweist, und wobei das Verfahren das Ext rahieren von Wärme von dem Anschlusselement über den wärmeleitenden Pfad vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anschlusselement zwei zuführende Stromleiter (18) und drei abführende Stromleiter (20) aufweist, die in einem thermisch leitenden und elektrisch isolierten Körper angeordnet sind, und wobei Wärme von den Stromleitern über den Körper extrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zuführenden Stromleiter (18) zwischen jeweiligen abführenden Stromleitern (20) angeordnet sind, und wobei Wärme in einer Richtung extrahiert wird, die allgemein senkrecht zu einer Ausrichtungsebene der Leiter (18,20) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anschlusselement so konfiguriert ist, dass es mit der Stromrichterschaltung und mit einer Energiespeicher- und -konditionierungsschaltung eine Schnittstelle bzw. eine Grenzfläche bildet, und wobei über dem Träger (12) extrahierte Wärme umfasst, die von der Stromrichterschaltung, der Energiespeicher- oder -konditionierungsschaltung und dem Anschlusselement extrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anschlusselement einen elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Polymerkörper aufweist, und wobei von dem Anschlussaufbau extrahierte Wärme durch den Polymerkörper fließt.