EP4074150A1 - Wechselrichtereinrichtung, antriebseinrichtung für ein elektrisch antreibbares fahrzeug und fahrzeug - Google Patents

Wechselrichtereinrichtung, antriebseinrichtung für ein elektrisch antreibbares fahrzeug und fahrzeug

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Publication number
EP4074150A1
EP4074150A1 EP20820360.4A EP20820360A EP4074150A1 EP 4074150 A1 EP4074150 A1 EP 4074150A1 EP 20820360 A EP20820360 A EP 20820360A EP 4074150 A1 EP4074150 A1 EP 4074150A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inverter device
circuit board
printed circuit
transformer
shielding unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20820360.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido RASEK
Alexandros Kourgialis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4074150A1 publication Critical patent/EP4074150A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007—Casings
    • H05K9/002—Casings with localised screening
    • H05K9/0022—Casings with localised screening of components mounted on printed circuit boards [PCB]
    • H05K9/0024—Shield cases mounted on a PCB, e.g. cans or caps or conformal shields
    • H05K9/0026—Shield cases mounted on a PCB, e.g. cans or caps or conformal shields integrally formed from metal sheet
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
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    • H05K9/0022—Casings with localised screening of components mounted on printed circuit boards [PCB]
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Inverter device drive device for an electrically drivable vehicle and vehicle
  • the present invention relates to an inverter device, comprising a first printed circuit board on which a transformer is arranged; a second circuit board, which is arranged on the side of the transformer spaced parallel to the first circuit board; a cover element which is arranged for electromagnetic shielding between the circuit boards and has a through opening through which the transformer passes.
  • the invention relates to a drive device for an electrically drivable vehicle and a vehicle.
  • Such an inverter device is known from the document EP 3 439 160 A1, which includes a power conversion device with a power semiconductor element having a power module, a driver circuit board for Betrei ben the power semiconductor element, a control circuit board with a control circuit for driving the power semiconductor element and a Metal base plate disposed between the driver circuit board and the control circuit board is disclosed.
  • the driver circuit board has a power transformer for transmitting a driver power to the driver circuit.
  • the base plate has a through opening in which part of the power transformer is arranged.
  • the cover element serves to protect the second printed circuit board from electromagnetic radiation from the first printed circuit board.
  • a transformer is passed through the cover element because this is typically the component of the first circuit board that extends furthest in the direction of the second circuit board.
  • the invention is based on the object of specifying an inverter device which is improved in comparison, in particular with regard to electromagnetic compatibility.
  • the invention provides for an inverter device of the type mentioned that the cover element comprises a shielding unit which at least partially surrounds the through opening in the circumferential direction and extends in the direction of the second printed circuit board.
  • the invention is based on the consideration that in a vertical direction, i.e. in a direction from the first circuit board to the second circuit board, the shielding unit compresses magnetic fields that penetrate the through opening from the first circuit board in the vertical direction. This also applies analogously to electrical fields which, because of the shielding unit, also couple less in the direction of the second printed circuit board. As a result, lower field strength values can be achieved in an area between the cover element and the second printed circuit board. Even enclosing sections of the transformer above half of the cover element changes the field distribution due to the boundary conditions to be observed in such a way that the field distribution shifts considerably to an area between the first printed circuit board and the cover element that is typically less electromagnetic than the second printed circuit board is. In this way, a considerable improvement in electromagnetic compatibility is advantageously achieved by the inverter device according to the invention.
  • the cover element typically has a plate-like body.
  • the shielding unit can be formed in one piece and / or with the same material as the body of the cover element. Alternatively, it is also possible for the shielding unit to be attached to the body.
  • the shielding unit can be formed, for example, by one or more metal sheets. As already mentioned, it is basically sufficient if the shielding unit surrounds the through opening at least in sections. The shielding unit can then, for example, have several interruptions in the circumferential direction. It is fundamentally preferred if at least 30%, particularly preferably at least 50%, very particularly preferably at least 75% of the through opening is surrounded by the shielding unit.
  • the shielding unit completely surrounds the through opening in the circumferential direction. In this way, a significantly greater improvement in electromagnetic compatibility can be achieved.
  • Such a shielding unit can also be figuratively referred to as an EMC chimney.
  • the shielding unit extends further than the transformer in the direction of the second printed circuit board.
  • an electrically conductive surface layer is arranged on a side of the second circuit board facing the first circuit board, at least in an area opposite the through opening.
  • the surface layer is typically made of copper.
  • the upper surface layer spans the through opening.
  • the second printed circuit board rests on the shielding unit and / or makes electrically conductive contact with the shielding unit.
  • the shielding unit makes contact with the surface layer.
  • it further comprises a housing that houses the first printed circuit board, the second printed circuit board and the cover element.
  • cover element rests on the housing and / or is in electrically conductive contact with the housing.
  • a housing wall has a projection which serves as a support and / or contact surface for the cover element.
  • one or more further transformers are provided on the first printed circuit board, a shielding unit being provided for each transformer. All versions of the shielding unit for the first transformer can also be applied to the other transformers.
  • the further transformer or at least one of the further transformers is encompassed in sections by an outer concave edge of the covering element and the shielding unit for the further transformer extends along the edge.
  • the edge preferably delimits an indentation in the cover element.
  • a housing wall extends along sections of the transformer that are not encompassed by the edge.
  • the housing wall which typically extends in the vertical direction, can thus be used for a spatial addition to the shielding unit without additional effort.
  • the housing wall is usually part of the aforementioned housing.
  • the transformer or a respective transformer is part of a driver device of the inverter device according to the invention.
  • On the first printed circuit board are in particular semiconductor power switching elements Inverter device arranged.
  • Components of a control device of the inverter device are expediently arranged on the second printed circuit board.
  • the driver device typically serves to amplify signals of the control device which drive the semiconductor circuit elements.
  • a drive device for an electrically drivable vehicle comprising an electrical machine set up to drive the vehicle and an inverter device according to the invention, the inverter device being designed to provide the electrical machine with an alternating voltage.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a vehicle comprising a drive device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sectional detailed view of an embodiment of the inverter device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a magnetic field distribution in an inverter device according to the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a magnetic field distribution in the inverter device according to the exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a plan view of the first printed circuit board of the changeover device according to the exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a sectional detailed view of the inverter device according to the exemplary embodiment
  • 6 shows a schematic diagram of a sectional detailed view of a second exemplary embodiment of the inverter device according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a sectional detailed view of a third exemplary embodiment of the inverter device according to the invention.
  • Fig. 8 is a schematic diagram of an embodiment of the vehicle according to the invention with an embodiment of the drive device according to the invention.
  • FIG. 1 is a sectional detailed view of an exemplary embodiment of an inverter device 1.
  • the inverter device 1 comprises a first printed circuit board 2 on which a transformer 3 is arranged, a second printed circuit board 4 which is arranged on the side of the transformer 3 at a distance parallel to the first printed circuit board 2 and a cover element 5, which is used for electromagnetic shielding between the printed circuit boards 2, 4 is arranged.
  • the cover element 5 has a fürgangsöff voltage 6 through which the transformer 3 passes.
  • the cover element 5 comprises a shielding unit 7 which completely surrounds the through opening 6 in the circumferential direction and extends in the direction of the second printed circuit board 4. It can be seen that the shielding unit 7 extends further than the transformer 3 in the direction of the second printed circuit board 4.
  • a driver device of the inverter device 1 is arranged on the first printed circuit board 2, the transformer 3 being part of this driver device.
  • semiconductor power switching elements (not shown) of the inverter device are arranged on the first printed circuit board 2.
  • components of a control device of the inverter device 1 are arranged on the second printed circuit board 4. These are typically much more sensitive to electromagnetic radiation than the driver device and others the first circuit board 2 arranged components. Therefore, the cover element 5 is basically used for electromagnetic shielding of the second printed circuit board 4 from the first printed circuit board 2.
  • the through hole 6 is provided.
  • the shielding unit 7 a magnetic field propagating through the through opening 6 is considerably compressed and essentially pushed back into an area between the first printed circuit board 2 and the cover element 5. This effect also applies analogously to electrical fields.
  • Fig. 2 and Fig. 3 show magnetic field distributions
  • Fig. 2 relates to an inverter device according to the prior art with a transformer 3 'and a cover element 5' without a shielding unit
  • Fig. 3 shows magnetic field distributions
  • Fig. 2 relates to an inverter device according to the prior art with a transformer 3 'and a cover element 5' without a shielding unit
  • Fig. 3 shows magnetic field distributions
  • Fig. 2 relates to an inverter device according to the prior art with a transformer 3 'and a cover element 5' without a shielding unit
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a plan view of the first printed circuit board 2 of the inverter device 1 according to the embodiment.
  • the inverter device 1 can also be seen to have a housing 8, which houses the printed circuit boards 2, 4 and the cover element 5.
  • a housing 8 which houses the printed circuit boards 2, 4 and the cover element 5.
  • more transformers 3 a, 3 b are provided on the first circuit board.
  • a further through opening 6a and a shielding unit 7a are provided for the other transformers 3a, as well as for the transformer 3 in the cover element 5.
  • the cover element 5 has indentations 9 for the further transformers 3b arranged on the edge of the first printed circuit board 2.
  • the further transformers 3b are each encompassed in sections by a concave edge 10 of the cover element 5.
  • a further shielding unit 7b which extends along the edge 10, is provided for each of the further transformers 3b.
  • a housing wall 11a, 11b of the housing 8 extends along sections of the further transformers 3b that are not encompassed by the edge 10.
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a sectional detailed view of the inverter device 1 according to the embodiment.
  • the housing wall 11a together with the further shielding element 7b forms an almost completely circumferential shielding around the further transformer 3b, so that a shielding effect similar to that of the shielding unit 7 for the transformer 3 is realized.
  • FIG. 5 shows a surface layer 12 made of copper, which is formed on the side of the second circuit board 4 facing the first circuit board 2 and extends or spans in an area opposite the through opening 6.
  • the surface layer 12 realizes a spatial expansion of the shielding effect of the shielding unit 7.
  • Corresponding surface layers 12 are also provided for the further transformers 3a.
  • a surface layer 12a is formed on the side of the second circuit board 4 facing the first circuit board.
  • the surface layer 12a spans the indentation 9. All of the aforementioned surface layers 12, 12a are made of copper or some other metal.
  • 6 is a sectional detailed view of a second exemplary embodiment of an inverter device 1. With the exception of the deviations described below, this corresponds to the first exemplary embodiment, with identical or identically acting components being provided with identical reference symbols.
  • the cover element 5 rests on the housing 8 and is in electrically conductive contact with it.
  • the housing walls 11a, 11b, of which only the housing wall 11a is shown in FIG. 6, have a step-like projection 11c pointing into the interior of the housing, which forms a support and contacting surface for the cover element 5.
  • FIG. 7 is a sectional detailed view of a third exemplary embodiment of an inverter device 1. With the exception of the deviations described below, this corresponds to one of the exemplary embodiments described above, where identical or identically acting components are provided with identical reference numerals.
  • a respective surface layer 12, 12a of the second printed circuit board 4 rests on the shielding unit 7, 7a, 7b spanned by it and is in electrically conductive contact with the shielding unit 7, 7a, 7b.
  • the shielding units 7, 7b are shown in FIG. 7.
  • some or all of the shielding units 7, 7a, 7b are interrupted one or more times in the circumferential direction.
  • the shielding units 7, 7a, 7b are not formed in one piece with a plate-like body of the cover element 5, but rather by one or more metal sheets attached to the body.
  • 8 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a vehicle 13 with an exemplary embodiment of a drive device 14.
  • the drive device 14 is set up to drive the vehicle 13, which is, for example, an electric vehicle (BEV) or a flybridge vehicle.
  • the drive device 14 comprises an electric machine 15 set up to drive the vehicle and an inverter device 1 according to one of the previously described embodiments, the inverter device 1 being set up to provide the electric machine with an alternating voltage - here, three-phase as an example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

Wechselrichtereinrichtung (1), umfassend - eine erste Leiterplatte (2), auf der ein Transformator (3) angeordnet ist; - eine zweite Leiterplatte (4), die auf Seiten des Transformators (3) beabstandet parallel zur ersten Leiterplatte (2) angeordnet ist; und - ein Abdeckelement (5), das zur elektromagnetischen Abschirmung zwischen den Leiterplatten (2, 4) angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung (6) aufweist, die der Transformator (3) durchsetzt; wobei das Abdeckelement (5) eine Abschirmeinheit (7) umfasst, welche die Durchgangsöffnung (6) zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt und sich in Richtung der zweiten Leitplatte (4) erstreckt.

Description

Wechselrichtereinrichtung, Antriebseinrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug und Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselrichtereinrichtung, umfassend eine erste Leiterplatte, auf der ein Transformator angeordnet ist; eine zweite Leiter platte, die auf Seiten des Transformators beabstandet parallel zur ersten Leiter platte angeordnet ist; ein Abdeckelement, das zur elektromagnetischen Abschir mung zwischen den Leiterplatten angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung auf weist, die der Transformator durchsetzt.
Daneben betrifft die Erfindung eine Antriebseinrichtung für ein elektrisch antreib- bares Fahrzeug und ein Fahrzeug.
Eine solche Wechselrichtereinrichtung ist aus dem Dokument EP 3 439 160 A 1 bekannt, das eine Leistungswandlungseinrichtung mit einem ein Leistungshalblei terelement aufweisenden Leistungsmodul, einer Treiber-Leiterplatte zum Betrei ben des Leistungshalbleiterelements, eine Steuer-Leiterplatte mit einem Steuer schaltkreis zum Ansteuern des Leistungshalbleiterelements und einer Basisplatte aus Metall, die zwischen der Treiber-Leiterplatte und der Steuer-Leiterplatte ange ordnet ist, offenbart. Die Treiber-Leiterplatte weist einen Leistungstransformator zum Übertragen einer Treiberleistung an den Treiberschaltkreis auf. Die Basis platte hat eine Durchgangsöffnung, in der ein Teil des Leistungstransformators an geordnet ist.
Bei einer derartigen Wechselrichtereinrichtung dient das Abdeckelement dem Schutz der zweiten Leiterplatte vor elektromagnetischen Einstrahlungen durch die erste Leiterplatte. Aus Platzgründen wird dabei ein Transformator durch das Abde ckelement hindurchgeführt, weil dieser typischerweise die am weitesten sich in Richtung der zweiten Leiterplatte erstreckende Komponente der ersten Leiterplatte ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber, insbesondere im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit, verbesserte Wechselrichter einrichtung anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Wechselrichtereinrich tung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Abdeckelement eine Ab schirmeinheit umfasst, welche die Durchgangsöffnung zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt und sich in Richtung der zweiten Leiterplatte erstreckt.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, durch die sich in eine Hochrichtung, also in eine Richtung von der ersten Leiterplatte zur zweiten Leiterplatte, erstreckende Abschirmeinheit magnetische Felder, die von der ersten Leiterplatte aus die Durchgangsöffnung durchsetzen, in der Höhenrichtung zu stauchen. Analog gilt dies auch für elektrische Felder, die wegen der Abschirmeinheit ebenfalls weniger in Richtung der zweiten Leiterplatte durchkoppeln. Dadurch können geringere Feldstärkewerte in einem Bereich zwischen dem Abdeckelement und der zweiten Leiterplatte realisiert werden. Bereits eine abschnittsweise Umfassung von ober halb des Abdeckelements liegenden Abschnitten des Transformators verändert die Feldverteilung aufgrund von einzuhaltenden Grenzflächenbedingungen so, dass die Feldverteilung sich ganz erheblich in einen Bereich zwischen der ersten Leiterplatte und dem Abdeckelement verlagert, der typischerweise elektromagne tisch weniger empfindlich als die zweite Leiterplatte ist. Vorteilhafterweise wird so eine erhebliche Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit durch die erfindungsgemäße Wechselrichtereinrichtung erzielt.
Das Abdeckelement weist typsicherweise einen plattenartigen Körper auf. Die Ab schirmeinheit kann einstückig und/oder materialidentisch mit dem Körper des Ab deckelements ausgebildet sein. Es ist alternativ auch möglich, dass die Abschir meinheit am Körper befestigt ist. Die Abschirmeinheit kann beispielsweise durch ein oder mehrere Bleche ausgebildet sein. Wie bereits erwähnt ist es grundsätzlich ausreichend, wenn die Abschirmeinheit die Durchgangsöffnung zumindest abschnittsweise umgibt. Die Abschirmeinheit kann dann beispielsweise mehrere Unterbrechungen in Umfangsrichtung aufwei sen. Es wird grundsätzlich bevorzugt, wenn zumindest 30 %, besonders bevorzugt zumindest 50 %, ganz besonders bevorzugt zumindest 75 % der Durchgangsöff nung von der Abschirmeinheit umgeben sind.
In bevorzugter Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass die Abschirmeinheit die Durchgangsöffnung vollständig in Umfangsrichtung umgibt. So kann eine wesent lich stärkere Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit realisiert wer den. Eine solche Abschirmeinheit lässt sich bildlich auch als EMV-Kamin bezeich nen.
Es ist bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung ferner von Vorteil, wenn sich die Abschirmeinheit weiter als der Transformator in Richtung der zwei ten Leiterplatte erstreckt.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung kann vorgesehen sein, dass auf einer der ersten Leiterplatte zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte zumindest in einem der Durchgangsöffnung gegenüberlie genden Bereich eine elektrisch leitfähige Oberflächenschicht angeordnet ist. Dadurch kann die Abschirmungswirkung in Höhenrichtung auch in einer sich senk recht dazu erstreckenden Ebene räumlich fortgesetzt werden. Die Oberflächen schicht ist typischerweise aus Kupfer gebildet. Insbesondere überspannt die Ober flächenschicht die Durchgangsöffnung.
Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung vorgese hen sein, dass die zweite Leiterplatte auf der Abschirmeinheit aufliegt und/oder die Abschirmeinheit elektrisch leitfähig kontaktiert. In besonders bevorzugter Ausge staltung kontaktiert die Abschirmeinheit die Oberflächenschicht. In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung kann vorgese hen sein, dass diese ferner ein die erste Leiterplatte, die zweite Leiterplatte und das Abdeckelement einhausendes Gehäuse umfasst.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Abdeckelement auf dem Gehäuse aufliegt und/oder elektrisch leitfähig mit dem Gehäuse kontaktiert ist. Dazu kann vorgese hen sein, dass eine Gehäusewand einen Vorsprung aufweist, welcher als Auflage- und/oder Kontaktierungsfläche für das Abdeckelement dient.
In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrich tung ist vorgesehen, dass auf der ersten Leiterplatte ein oder mehrere weitere Transformatoren vorgesehen sind, wobei für jeden Transformator eine Abschir meinheit vorgesehen ist. Sämtliche Ausführungen zur Abschirmeinheit für den ers ten Transformator lassen sich auch auf die weiteren Transformatoren übertragen.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der weitere Transformator oder wenigstens einer der weiteren Transformatoren von einem äußeren konkaven Rand des Abdeckele ments abschnittsweise umgriffen ist und sich die Abschirmeinheit für den weiteren Transformator entlang des Rands erstreckt. Vorzugsweise begrenzt der Rand eine Einbuchtung des Abdeckelements. Im Hinblick auf die Realisierung einer weiteren Oberflächenschicht für den weiteren Transformator kann vorgesehen sein, dass die weitere Oberflächenschicht die Einbuchtung überspannt.
In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass sich entlang nicht vom Rand umgrif fener Abschnitte des Transformators eine Gehäusewand erstreckt. Die sich, typi scherweise in Höhenrichtung, erstreckende Gehäusewand kann so ohne zusätzli chen Aufwand für eine räumliche Ergänzung der Abschirmeinheit genutzt werden. Die Gehäusewand ist in der Regel Teil des zuvor erwähnten Gehäuses.
Typischerweise ist der oder ein jeweiliger Transformator Teil einer Treibereinrich tung der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung. Auf der ersten Leiter platte sind insbesondere Halbleiterleistungsschaltelemente der Wechselrichtereinrichtung angeordnet. Zweckmäßigerweise sind auf der zweiten Leiterplatte Komponenten einer Steuereinrichtung der Wechselrichtereinrichtung angeordnet. Die Treibereinrichtung dient typischerweise der Verstärkung von die Halbleiterschaltungselemente ansteuernden Signalen der Steuereinrichtung.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine An triebseinrichtung für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend eine zum Antreiben des Fahrzeugs eingerichtete elektrische Maschine und eine erfindungs gemäße Wechselrichtereinrichtung, wobei die Wechselrichtereinrichtung dazu ein gerichtet ist, der elektrischen Maschine eine Wechselspannung bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeich nungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Detailansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungs gemäßen Wechselrichtereinrichtung;
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer magnetischen Feldverteilung bei einer Wechsel richtereinrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer magnetischen Feldverteilung bei der Wechselrich tereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf die erste Leiterplatte der Wechsel richtereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine Prinzipskizze einer geschnittenen Detailansicht der Wechselrichterein richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel; Fig. 6 eine Prinzipskizze einer geschnittenen Detailansicht eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung;
Fig. 7 eine Prinzipskizze einer geschnittenen Detailansicht eines dritten Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wechselrichtereinrichtung; und
Fig. 8 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen An triebseinrichtung.
Fig. 1 ist eine geschnittene Detailansicht eines Ausführungsbeispiels einer Wech selrichtereinrichtung 1.
Die Wechselrichtereinrichtung 1 umfasst eine erste Leiterplatte 2, auf der ein Transformator 3 angeordnet ist, eine zweite Leiterplatte 4, die auf Seiten des Transformators 3 beabstandet parallel zur ersten Leiterplatte 2 angeordnet ist und ein Abdeckelement 5, das zur elektromagnetischen Abschirmung zwischen den Leiterplatten 2, 4 angeordnet ist. Das Abdeckelement 5 weist eine Durchgangsöff nung 6 auf, die der Transformator 3 durchsetzt. Zusätzlich umfasst das Abde ckelement 5 eine Abschirmeinheit 7, welche die Durchgangsöffnung 6 vollständig in Umfangsrichtung umgibt und sich in Richtung der zweiten Leiterplatte 4 er streckt. Ersichtlich erstreckt sich die Abschirmeinheit 7 dabei weiter als der Trans formator 3 in Richtung der zweiten Leiterplatte 4.
Auf der ersten Leiterplatte 2 ist eine Treibereinrichtung der Wechselrichtereinrich tung 1 angeordnet, wobei der Transformator 3 Teil dieser Treibereinrichtung ist. Daneben sind auf der ersten Leiterplatte 2 Halbleiterleistungsschaltelemente (nicht gezeigt) der Wechselrichtereinrichtung angeordnet. Auf der zweiten Leiterplatte 4 sind hingegen Komponenten einer Steuereinrichtung der Wechselrichtereinrich tung 1 angeordnet. Diese sind typischerweise wesentlich empfindlicher in Bezug auf elektromagnetische Einstrahlungen als die Treibereinrichtung und andere auf der ersten Leiterplatte 2 angeordnete Komponenten. Daher dient das Abdeckele ment 5 grundsätzlich der elektromagnetischen Abschirmung der zweiten Leiter platte 4 von der ersten Leiterplatte 2.
Da der Transformator 3 eine wesentlich größere Bauhöhe als übrige auf der ers ten Leiterplatte 2 vorgesehenen Komponenten aufweist, ist die Durchgangsöff nung 6 vorgesehen. Durch die Abschirmeinheit 7 wird dabei ein sich durch die Durchgangsöffnung 6 ausbreitendes magnetisches Feld erheblich gestaucht und im Wesentlichen in einen Bereich zwischen der ersten Leiterplatte 2 und dem Ab deckelement 5 zurückgedrängt. Dieser Effekt gilt analog auch für elektrische Fel der.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen dazu magnetische Feldverteilungen, wobei sich Fig. 2 auf eine Wechselrichtereinrichtung nach dem Stand der Technik mit einem Transfor mator 3' und einem Abdeckelement 5' ohne Abschirmeinheit bezieht und sich Fig.
3 auf die Wechselrichtereinrichtung 1 gemäß dem Ausgangsbeispiel bezieht.
Ersichtlich kommt es bei den - rein qualitativ dargestellten - magnetischen Feldver teilungen aufgrund der durch die Abschirmeinheit 7 gesetzten Grenzflächenbedin gungen zu einer wesentlichen Verlagerung der Feldverteilung in den Bereich zwi schen der ersten Leiterplatte 2 und dem Abdeckelement 5, welcher elektromagne tisch weniger empfindlich als der Bereich zwischen dem Abdeckelement 5 und der zweiten Leiterplatte 4 ist.
Fig. 4 ist eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf die erste Leiterplatte 2 der Wech selrichtereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Ersichtlich weist die Wechselrichtereinrichtung 1 ferner ein Gehäuse 8 auf, wel ches die Leiterplatten 2, 4 und das Abdeckelement 5 einhaust. Neben dem Trans formator 3 sind auf der ersten Leiterplatte 2 weitere Transformatoren 3a, 3b vorge sehen. Für die weiteren Transformatoren 3a sind ebenso wie für den Transformator 3 im Abdeckelement 5 jeweils eine weitere Durchgangsöffnung 6a und eine Abschir meinheit 7a vorgesehen. Für die randseitig auf der ersten Leiterplatte 2 angeord neten weiteren Transformatoren 3b weist das Abdeckelement 5 Einbuchtungen 9 auf. Die weiteren Transformatoren 3b sind dabei jeweils abschnittsweise von ei nem konkaven Rand 10 des Abdeckelements 5 umgriffenen. Für die weiteren Transformatoren 3b ist jeweils eine weitere Abschirmeinheit 7b vorgesehen, die sich entlang des Rands 10 erstreckt. Entlang nicht vom Rand 10 umgriffener Ab schnitte der weiteren Transformatoren 3b erstreckt sich dabei jeweils eine Gehäu sewand 11a, 11b des Gehäuses 8.
Fig. 5 ist eine Prinzipskizze einer geschnittenen Detailansicht der Wechselrichter einrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Erkennbar ist hier, dass die Gehäusewand 11a zusammen mit dem weiteren Ab schirmelement 7b eine fast vollständig umlaufende Abschirmung um den weiteren Transformator 3b ausbildet, sodass ein ähnlicher Abschirmeffekt wie durch die Ab schirmeinheit 7 für den Transformator 3 realisiert wird.
Zusätzlich zeigt Fig. 5 eine aus Kupfer gebildete Oberflächenschicht 12, die auf der der ersten Leiterplatte 2 zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte 4 ausge bildet ist und sich in einem der Durchgangsöffnung 6 gegenüberliegenden Bereich erstreckt bzw. diese überspannt. Die Oberflächenschicht 12 realisiert eine räumli che Erweiterung der Abschirmungswirkung der Abschirmeinheit 7.
Entsprechende Oberflächenschichten 12 sind auch für die weiteren Transformato ren 3a vorgesehen. Für die weiteren Transformatoren 7b ist jeweils eine Oberflä chenschicht 12a auf der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte 4 ausgebildet. Die Oberflächenschicht 12a überspannt die die Ein buchtung 9. Alle zuvor erwähnten Oberflächenschichten 12, 12a sind aus Kupfer oder aus einem anderen Metall gebildet. Fig. 6 ist eine geschnittene Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Wechselrichtereinrichtung 1 . Diese entspricht bis auf die im Folgenden beschrie benen Abweichungen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche oder gleich wirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel liegt das Abdeckelement 5 auf dem Gehäuse 8 auf und ist elektrisch leitfähig mit diesem kontaktiert. Dazu weisen die Gehäuse wände 11a, 11 b, von denen in Fig. 6 lediglich die Gehäusewand 11a gezeigt ist, einen ins Gehäuseinnere weisenden stufenartigen Vorsprung 11c auf, welcher eine Auflage- und Kontaktierungsfläche für das Abdeckelement 5 ausbildet.
Fig. 7 ist eine geschnittene Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Wechselrichtereinrichtung 1 . Dieses entspricht bis auf die im Folgenden beschrie benen Abweichungen einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, wo bei gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen ver sehen sind.
Beim dritten Ausführungsbeispiel liegt eine jeweilige Oberflächenschicht 12, 12a der zweiten Leiterplatte 4 auf der von ihr überspannten Abschirmeinheit 7, 7a, 7b auf und ist elektrisch leitfähig mit der Abschirmeinheit 7, 7a, 7b kontaktiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 7 dabei nur die Abschirmeinheiten 7, 7b gezeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Wechselrichtereinrichtung 1 , das im Übrigen einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht, sind einige der oder alle Abschirmeinheiten 7, 7a, 7b in Umfangsrichtung ein- oder mehrfach unterbrochen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Wechselrichtereinrichtung 1 sind die Abschirmeinheiten 7, 7a 7b nicht einstückig mit einem plattenartigen Kör per des Abdeckelements 5 ausgebildet, sondern durch ein oder mehrere am Kör per befestigte Bleche. Fig. 8 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 13 mit ei nem Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung 14. Die Antriebseinrichtung 14 ist zum Antreiben des Fahrzeugs 13 eingerichtet, bei dem es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug (BEV) oder ein Flybridfahrzeug handelt. Die Antriebsein richtung 14 umfasst eine zum Antreiben des Fahrzeugs eingerichtete elektrische Maschine 15 und eine Wechselrichtereinrichtung 1 gemäß einem der zuvor be schriebenen Ausführungsbeispiele, wobei die Wechselrichtereinrichtung 1 dazu eingerichtet ist, der elektrischen Maschine eine - hier exemplarisch dreiphasige - Wechselspannung bereitzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Wechselrichtereinrichtung (1 ), umfassend
- eine erste Leiterplatte (2), auf der ein Transformator (3) angeordnet ist;
- eine zweite Leiterplatte (4), die auf Seiten des Transformators (3) beabstandet parallel zur ersten Leiterplatte (2) angeordnet ist; und
- ein Abdeckelement (5), das zur elektromagnetischen Abschirmung zwischen den Leiterplatten (2, 4) angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung (6) aufweist, die der Transformator (3) durchsetzt; dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (5) eine Abschirmeinheit (7) umfasst, welche die Durchgangs öffnung (6) zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt und sich in Richtung der zweiten Leitplatte (4) erstreckt.
2. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Abschirmeinheit (7) die Durchgangsöffnung (6) vollständig in Umfangsrichtung umgibt.
3. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Abschirmeinheit (7) weiter als der Transformator (3) in Richtung der zwei ten Leiterplatte (4) erstreckt.
4. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei auf einer der ersten Leiterplatte (2) zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte (4) zumindest in einem der Durchgangsöffnung (6) gegenüberliegenden Bereich eine elektrisch leitfähige Oberflächenschicht (12) angeordnet ist.
5. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei die zweite Leiterplatte (4) auf der Abschirmeinheit (7) aufliegt und/oder die Ab schirmeinheit (7) elektrisch leitfähig kontaktiert.
6. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, fer ner umfassend ein die erste Leiterplatte (2), die zweite Leiterplatte (4) und das Abdeckelement (5) einhausendes Gehäuse (8).
7. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 6, wobei das Abdeckelement (5) auf dem Gehäuse (8) aufliegt und/oder elektrisch leitfähig mit dem Gehäuse (8) kontaktiert ist.
8. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei auf der ersten Leiterplatte (2) ein oder mehrere weitere Transformatoren (3a, 3b) vorgesehen sind, wobei für jeden Transformator (3a, 3b) eine Abschirmeinheit (7a, 7b) vorgesehen ist.
9. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der weitere Transforma tor oder wenigstens einer der weiteren Transformatoren (3b) von einem äußeren konkaven Rand (10) des Abdeckelements (5) abschnittsweise umgriffen ist und sich die Abschirmeinheit (7b) für den weiteren Transformator (3b) entlang des Rands (10) erstreckt.
10. Wechselrichtereinrichtung nach Anspruch 9, wobei sich entlang nicht vom Rand (10) umgriffener Abschnitte des weiteren Transformators (3b) eine Gehäusewand (11a, 11b) erstreckt.
11. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei der oder ein jeweiliger Transformator (3, 3a, 3b) Teil einer Treibereinrichtung der Wechselrichtereinrichtung (1) ist.
12. Wechselrichtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei auf der ersten Leiterplatte (2) Halbleiterleistungsschaltelemente der Wechselrich tereinrichtung (1) angeordnet sind und/oder auf der zweiten Leiterplatte (4) Kom ponenten einer Steuereinrichtung der Wechselrichtereinrichtung (1) angeordnet sind.
13. Antriebseinrichtung (14) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (13), um fassend eine zum Antreiben des Fahrzeugs (13) eingerichtete elektrische Ma schine (15) und eine Wechselrichtereinrichtung (1) nach einem der vorhergehen den Ansprüche, wobei die Wechselrichtereinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, der elektrischen Maschine (15) eine Wechselspannung bereitzustellen.
14. Fahrzeug (13), umfassend eine Antriebseinrichtung (14) nach Anspruch 13.
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