JP2007020396A - 電力用電子装置を組み込んだ電気機械及び直流バスと電力用電子装置の電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組立を簡素化し、取付け場所の必要を最小化することができる電力用電子装置を組み込んだ電気機械を提供する。
【解決手段】モジュールとして構成され、部材即ち固定子枠（２）、電力用半導体のための制御部（１０）、直流＋バス（４）、直流−バス（５）、電力用半導体（８）、電力用電子装置及び電気機械のための冷却路（１２）、固定子（１）及び固定子巻線（３）を事前製作して、別個に取り付けることができる、電力用電子装置を組み込んだ電気機械を提案する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力用電子装置を組み込んだ電気機械に関する。また本発明は直流バスと電気機械、特に本発明に基づく電気機械の電力用電子装置の電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製のための方法に関する。

先行技術によれば、この種の電気機械はとりわけハイブリッドカーのクランクシャフト・スタータダイナモで使用され、その場合電気機械への接続線をなるべく短くするために、電力用半導体は電気機械の周囲に配分して配置される。ハイブリッドカーは駆動装置としておおむね内燃機関を有し、それに加えて電気モータを有する。電気モータは例えばブレーキエネルギーの利用及び低放出運転を可能にする。

トランスミッションユニットと、モータ及び／又はジェネレータとして使用される少なくとも１個の電気機械とを有する、駆動装置によって駆動される自動車のための駆動システムが例えば出願人のドイツ国特許出願公開ＤＥ１９９２３３１５Ａ１により公知である。この場合少なくとも１個の電気機械は少なくとも１個の固定子と回転子及び作動部材を有し、電気機械は独自のケースを持たずに、駆動装置のハウジングの中に駆動系統のシャフト又はこれと平行に配置された回転部材に対して回転対称及び／又は同軸に配置され、駆動装置及び／又はトランスミッションユニットの部材と共に１つの構造単位をなす。

またクランクシャフトを具備する内燃機関とジェネレータ／モータからなり、ジェネレータハウジングがモータハウジングに固結され、その回転子がクランクシャフトと同軸に回転不能に結合されたユニットがドイツ国特許ＤＥ４４０４７９１Ｃ１により公知である。この場合弾性変形可能なトルク伝達板が設けられ、クランクシャフトの出力端にフランジ付けして固定され、周囲側は回転子に固結されている。また回転子はジェネレータハウジングに回転可能に支承される。

先行技術文献により公知の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械では、個々の部材は適当な結合具、とりわけねじによって互いに結合される。例えば半導体モジュールと直流バスの固定のためにねじが必要である。その結果、手数のかかる組立及び多数の手操作により連続製造のための時間消費が大きく、結合技術のための追加取付け場所の必要が増加する。

またシステムの関係上必要な中間回路容量を別個に取り付け、適当に組み込まなければならない。このことは取付け場所の必要をさらに増加する欠点がある。
ドイツ国特許出願公開ＤＥ１９９２３３１５Ａ１ ドイツ国特許ＤＥ４４０４７９１Ｃ１

本発明の根底にあるのは、先行技術文献で公知の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械の上記の欠点を回避する電力用電子装置を組み込んだ電気機械を提示する課題である。特に組立を簡素化し、取付け場所の必要を最小化しようとするものである。さらに特に本発明に基づく電気機械で直流バスと電力用電子装置の電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製のための方法を提示する。

この課題は電力用電子装置を組み込んだ電気機械については、請求項１の特徴によって解決される。直流バスと電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製方法は請求項９の主題である。本発明に基づくその他の実施態様と利点は当該の従属請求項で明らかである。

それによれば、モジュールとして構成され、部材即ち固定子枠、電力用半導体のための制御部、直流＋バス、直流−バス、電力用半導体、電力用電子装置及び電気機械のための冷却路、固定子及び固定子巻線を事前製作して、別個に取り付けることができる、電力用電子装置を組み込んだ電気機械が提案される。このモジュール式構造はこれらの部材の回転対称な形状によって可能になる。

また直流＋バスと直流−バスが半径方向に見ておおむね重なり合って、軸方向に見ておおむね互いに平行に配置され、２つのバスの間に誘電体が配置されるように、直流＋バス及び直流−バスを形成することを提案する。この場合２つの直流バスの誘電体に面した側は適当な処置、例えばエッチングによって粗面化され、それによって大きな接触面が生じる。こうしてシステムの関係上必要な中間回路コンデンサが電力用電子装置に組み込まれている。

本発明の特に有利な改良に関連して、２つの直流バスと誘電体はスナップ結合が生じるように形成するものとする。こうして組立の際に結合を生じるために、個々の部材を重ねて押し込むだけでよい。その結果、補助固定具、例えばねじが不要になる利点がある。

電力用半導体の製造時に接触面にはんだ層又は他の適当な結合媒質の層を塗布し、組立の後に電気機械と電力用電子装置への初回の通電によって、直流バスと電力用半導体の直流接触面のボンディングが生じる。接触面の当初高いオーム抵抗によって熱が発生し、それによって結合が生じ、その結果接触部のオーム抵抗が低下するから、システムが正規な運転のために準備される。選択によっては、最初の通電の際にオーム抵抗を（オンライン）測定し、こうして追加費用なしで品質検査を実施することができる。

本発明によれば固定子巻線の巻線端がストラップとして形成され、電力用電子装置モジュールを嵌着した後、上へ折り曲げられ、とりわけ前述の最初の通電過程の間にＡＣ接触面にはんだ付けされる。

発明の別の実施形態に関連して、直流バスと電力用半導体とのボンディングを圧縮加工によって作製することもできる。そのために半導体モジュールと直流バスを、相互に嵌合する円錐形に形成する。個別部品を押し込むことによって相互の嵌合が締め付けられ、上記のスナップ結合によって固定され、その際接触部の平面圧力によって電気的結合が作り出される。この手法は、接続部のはんだ付けのための通電操作が不要であるという利点がある。この実施形態では直流バスと電力用半導体の間に別のスナップ結合が必要である。

次に添付の図に基づき発明を詳しく例示する。

図１に電力用電子装置を組み込んだ先行技術による電気機械を示す。電気機械は固定子１、固定子枠２、固定子巻線３、ねじ１１で固定された半導体モジュール及びＤＣ＋バス４、ＤＣ−バス５からなり、直流バス４、５は直流＋ボンディング６又は直流−ボンディング７により電力用半導体８と結合されている。直流バス４、５はねじ９により電力用半導体８に固定される。軸方向に見て直流バス４、５の間に電力用半導体８のための制御部１０が設けられている。電気機械と電力用電子装置の冷却のために、半径方向に見て固定子１と電力用半導体８の間に冷却路１２が設けられている。図１では固定子巻線３と半導体モジュールの間の交流ボンディングを参照符号１３で示した。

図１の構造では個々の部材を互いに結合するために結合具、例えばねじが必要である。このことは連続製造で大きな時間消費と追加取付け場所の増加をもたらす。この欠点は本発明に基づく、電力用電子装置を組み込んだ電気機械によって回避される。

図２に発明の第１の実施形態を示す。部品即ち固定子枠２、電力用半導体のための制御部１０、直流＋バス４、直流−バス５、電力用半導体８、電力用電子装置及び電気機械のための冷却路１２、固定子１及び固定子巻線３は事前に製作され、その上で別個に取り付けられる。

図２で分かるように、直流＋及び直流−バス４、５は半径方向に見ておおむね重なり合って、軸方向に見ておおむね互いに平行に配置され、２つのバスの間に誘電体１４を配置することができるから、システムの関係上必要な中間回路コンデンサが電力用半導体に組み込まれている。直流＋ボンディングに参照符号６、直流−ボンディングに参照符号７を付した。

２つの直流バス４、５の誘電体１４に面した側は、大きな接触面を実現するために、本発明に基づき粗面化されている。

固定子巻線３の巻線端１６はストラップとして形成し、電力用電子装置モジュールを嵌着した後、上へ折り曲げて、電力用半導体８にはんだ付けすることが好ましい。電力用半導体８と固定子枠２の間の差込継手１５と組み合わせて、半導体モジュールの固定が可能である。

２つの直流バス４、５と誘電体１４はスナップ結合が生じるように形成することが好ましい。

本発明に基づき電力用半導体８の製造時に接触面にはんだ層又は他の適当な結合媒質の層を塗布し、組立の後に電気機械と電力用電子装置に初回に通電することによって、直流バス４又は５と電力用半導体８の直流接触面のボンディング６又は７が作製される。当初は高いオーム抵抗により接触面に生じた熱で結合又はボンディングが生じ、続いて接触部のオーム抵抗が低下するから、システムが正規な使用のために準備される。最初の通電の際にオーム抵抗を（オンライン）測定し、こうして品質検査を追加費用なしで実施するならば、特に有利である。

図３の主題である発明の有利な改良に関連して、直流バス４、５と電力用半導体８の間のボンディングを圧縮加工によって作製することができる。そのために発明の特に有利な実施形態に基づき半導体モジュールと直流バス４、５を相互に嵌合する円錐形に形成し、個別部品を押し込むことによって相互の嵌合を締め付け、上記のスナップ結合によって固定する。この場合接触部の平面圧力によって電気的結合が作り出される。この実施形態では一方の直流バス（即ち図の直流バス）と電力用半導体８の間に別のスナップ結合１７が必要である。

電力用電子装置を組み込んだ本発明に基づく電気機械のあらゆる構造、特に部材自体及び相互のあらゆる空間的配列は、特許請求の範囲に示された電気機械の機能に影響しなければ、技術的に有意義である限り、この構造が図又は明細書に明示されていなくても、この特許請求の範囲の保護範囲に含まれることはもちろんである。

電力用電子装置を組み込んだ先行技術による電気機械の概略図を示す。 本発明の第１の実施形態に基づく、電力用電子装置を組み込んだ電気機械の概略図を示す。 本発明の第２の実施形態に基づく、電力用電子装置を組み込んだ電気機械の概略図を示す。

符号の説明

１ 固定子
２ 固定子枠
３ 固定子巻線
４ 直流＋バス
５ 直流−バス
６ 直流＋ボンディング
７ 直流−ボンディング
８ 電力用半導体
９ ねじ
１０ 電力用半導体のための制御部
１１ ねじ
１２ 冷却路
１３ 固定子巻線と半導体モジュールの間の交流ボンディング
１４ 誘電体
１５ 固定子枠と半導体モジュールの間の差込継手
１６ 固定子巻線の巻線端
１７ スナップ結合

Claims (10)

1. 電力用電子装置を組み込んだ電気機械において、
   モジュールとして構成され、部材即ち固定子枠（２）、電力用半導体のための制御部（１０）、直流＋バス（４）、直流−バス（５）、電力用半導体（８）、電力用電子装置及び電気機械のための冷却路（１２）、固定子（１）及び固定子巻線（３）を事前製作して、別個に取り付けることができることを特徴とする電気機械。
2. 直流＋バス（４）及び直流−バス（５）が半径方向に見ておおむね重なり合って、軸方向に見ておおむね互いに平行に配置され、２つのバス（４、５）の間に誘電体（１４）を配置することができ、それによってシステムの関係上必要な中間回路コンデンサが電力用電子装置に組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
3. 大きな接触面を実現するために、２つの直流バス（４、５）の誘電体（１４）に面した側が粗面化されていることを特徴とする請求項２に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
4. ２つの直流バス（４、５）と誘電体（１４）が、スナップ結合が生じるように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
5. 固定子巻線（３）の巻線端（１６）がストラップとして形成され、電力用電子装置モジュールを嵌着した後、上へ折り曲げられ、電力用半導体（８）にはんだ付けされ、電力用半導体（８）と固定子枠（２）の間の差込継手と組み合わせて半導体モジュールの固定が得られることを特徴とする請求項１に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
6. 電力用半導体（８）の製造時に接触面に塗布されたはんだ層又は他の適当な結合媒質の層への初回の通電によって、直流バス（４）又は（５）と電力用半導体（８）の直流接触面とのボンディング（６）又は（７）が作製され、その際接触面の当初高いオーム抵抗で生じた熱によってボンディングが作られ、続いて接触面のオーム抵抗が低下することによって、システムが正規な使用のために準備されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
7. 直流バス（４）又は（５）と電力用半導体（８）の直流接触面とのボンディングが圧縮加工によって作製されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
8. 半導体モジュールと直流バス（４、５）が相互に嵌合する円錐形に形成され、個別部品を押し込むことによって相互の嵌合が締め付けられ、かつスナップ結合によって固定され、その際接触部の平面圧力によって電気的結合が作り出され、かつ直流バス（４、５）と電力用半導体（８）の間に別のスナップ結合（１７）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の、電力用電子装置を組み込んだ電気機械。
9. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電気機械、特に電力用電子装置を組み込んだ電気機械の直流バスと電力用電子装置の電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製のための方法において、電力用半導体（８）の製造時に接触面にはんだ層又は他の適当な結合媒質の層を塗布し、組立の後に電気機械と電力用電子装置に初回の通電を行って、当初高いオーム抵抗で接触面に生じた熱によりボンディングを作り、続いて接触部のオーム抵抗が低下し、システムが正規な使用のために準備されることによって、直流バス（４）又は（５）と電力用半導体（８）の直流接触面とのボンディング（６）又は（７）が生じることを特徴とする方法。
10. 電気機械の直流バスと電力用電子装置の電力用半導体の直流接触面とのボンディングの作製のための請求項９に記載の方法において、電気機械及び電力用電子装置の最初の通電の際にオーム抵抗を測定し、それによって品質検査を実施することを特徴とする方法。

Images