WO2022228616A1 - Emv-filtervorrichtung aufweisend eine laminierte leiterstruktur; sowie leistungselektronikmodul - Google Patents

Emv-filtervorrichtung aufweisend eine laminierte leiterstruktur; sowie leistungselektronikmodul Download PDF

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conductor structure
filter device
power electronics
emc filter
conductor
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PCT/DE2022/100319
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Bao Ngoc AN
Eduard Enderle
Ingo Bamberg
Andreas HUMBERT
Mihai Cretu
Jürgen Tipper
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H05K9/0066—Constructional details of transient suppressor

Definitions

  • EMC filter device comprising a laminated conductor structure; and power electronics module
  • the invention relates to an EMC filter device for power electronics of an electrical machine, preferably an electrical machine used as a drive unit in a motor vehicle.
  • the aim is to provide a filter device that functions as reliably as possible in the sense of a mains filter for use in power electronics, which on the one hand has a structure that is as compact as possible, in particular flat, and on the other hand is equipped with as few interfaces/contacts as possible.
  • an EMC filter device for power electronics of an electrical machine which EMC filter device has an electrical conductor structure, at least one capacitance coupled to the conductor structure and at least one inductance interacting with the conductor structure, the conductor structure having the conductor structure at least has two individual conductor layers that are isolated from one another and is therefore designed as a laminated busbar or high-current circuit board.
  • an EMC filter device is a filter device that ensures or improves the electromagnetic compatibility of a device, for example a power electronics module, to which the filter device is coupled.
  • this EMC filter device can be integrated more easily into existing installation spaces, for example in a housing of an inverter unit, or the inverter unit can be designed to be more compact overall.
  • cooling can be implemented more efficiently by designing the conductor structure as a laminated busbar.
  • the number of necessary interfaces / contacts can be reduced to a minimum.
  • the conductor structure is also constructed as compactly as possible.
  • the conductor structure in its entirety is surrounded/encased by an insulating film on the outside.
  • the at least one inductor has a core (preferably designed as a toroidal core) and the conductor structure is inserted/projects through this core. This also results in an arrangement that is as compact as possible.
  • the at least one capacitance is connected to a terminal that can be further connected or is connected to a power supply, preferably a battery, which terminal is preferably in turn formed directly on the conductor structure, the structure is further simplified.
  • the invention relates to a power electronics module for an electrical machine, with a capacitor arrangement and an EMC filter device according to the invention, which is electrically connected to the capacitor arrangement, according to at least one of the previously described embodiments.
  • a thermally conductive layer/a thermally conductive material preferably in the form of a so-called “gap pad”/a mat, is provided between the conductor structure and an area fixed to the housing. This results in the most efficient possible cooling of the EMC filter device during operation.
  • the conductor structure (at least partially) lie flat directly on the area fixed to the housing. This in turn further simplifies the structure.
  • the inductances/cores of the EMC filter device are glued to the area fixed to the housing.
  • a current input of the power electronics module is formed directly by the conductor structure and a current output of the power electronics module is formed by the capacitor arrangement.
  • an EMC filter (EMC filter device) based on a laminated “busbar” (/a laminated busbar/busbar/conductor structure) is implemented.
  • the laminated busbar comprises at least two electrically conductive plies/layers (conductive layers) that are insulated from one another.
  • the laminated busbar is routed through cores (inductances).
  • Capacitors (capacitors) are also provided on the laminated busbar; Connections that are further connected to a power supply are also provided.
  • the terminals are preferably further connected to a power source such as a high voltage battery.
  • FIG. 1 shows a plan view of an EMC filter device according to the invention according to a preferred exemplary embodiment as part of a power electronics module designed as an inverter unit,
  • FIG. 2 shows a cross-sectional representation of the EMC filter device according to FIG.
  • FIG. 3 shows a further cross-sectional illustration of the EMC filter device, with further components, including a current sensor and two side walls used for shielding, being visible in comparison to FIG. 2,
  • FIG. 1 shows an EMC filter device 1 according to the invention in a clear manner.
  • the EMC filter device 1 is implemented in this embodiment as an independent module, but in further embodiments according to the invention it is also directly formed as part of a power electronics module 20 / an inverter unit 11 .
  • the inverter unit 11 then in turn forms a component of the power electronics module 20 indicated generally in FIG. 1/power electronics for an electrical machine.
  • the EMC filter device 1 is thus used in power electronics of an electrical machine of a motor vehicle, which is preferably designed as a drive machine.
  • the EMC filter device 1 has, as also shown in FIGS. 2 and 3 to see in more detail, a laminated conductor structure 2, which is implemented as a laminated busbar 5 here.
  • the conductor structure 2 is also implemented as a circuit board, namely as a high-current circuit board.
  • the conductor structure 2 alternatively also referred to as a busbar or busbar, has a plurality of conductor layers 6a, 6b, which are indicated in FIG. 2 and in FIG. 3 and are insulated from one another.
  • the conductive layers 6a, 6b lie flat/coplanar on one another and form the conductor structure 2/busbar 5 as a whole. Between the conductive layers 6a, 6b, as also shown in Figs.
  • an insulating film 7 is interposed, which is used directly to insulate the two conductive layers 6a, 6b relative to one another.
  • the conductor structure 2 i. H. the entirety of conductive layers 6a, 6b is sealed from its outside by such an insulating film 7.
  • the conductor structure 2 also consists of more than two, for example three or four, conductive layers 6a, 6b.
  • the conductor structure 2 has an essentially plate-shaped structure. According to the design as an EMC filter device 1, the conductor structure 2 has two inductances 4a, 4b. A first inductor 4a has a first core 8a, and a second inductor 4b has a second core 8b. Each core 8a, 8b is designed as a ring core/ring-shaped. A section of the conductor structure 2 extends centrally through these cores 8a, 8b arranged next to one another. Two connections 10a, 10b are implemented on the conductor structure 2 towards a common side of the two inductances 4a, 4b and form a current input during operation.
  • the two terminals 10a, 10b are connected to a power supply 9, preferably a high-voltage battery, during operation, as also indicated.
  • the two connections 10a, 10b form not only a current input of the EMC filter device 1, but also a current input 16 of the inverter unit 11 and the power electronics module 20.
  • two capacitances 3a, 3b in the form of capacitors are placed/applied on the conductor structure 2.
  • the two capacitances 3a, 3b thus form two first electronic components 21, which are accommodated/mounted on the conductor structure 2.
  • the current sensor 24 is attached to the conductor structure 2 via a weld point 36 .
  • a third electronic component 23 in the form of a discharge resistor 25 is accommodated/attached to the conductor structure 2 (FIG. 1).
  • the conductor structure 2 is connected to a capacitor arrangement 12 of the inverter unit 11 .
  • a corresponding connection takes place, for example, in the area of a dividing line 33 .
  • the conductor structure 2 is also formed in one piece with a rail 35 of the capacitor arrangement 12 , so that a plurality of capacitors 26 of the capacitor arrangement 12 are also arranged on the conductor structure 2 .
  • the EMC filter device 1 is then a direct component of an inverter unit 11 having the capacitor arrangement 12 .
  • the capacitors 26 are implemented as discrete capacitors 26 and are arranged in two parallel rows, for example.
  • the inverter unit 11 has a housing 13, which is also referred to as an inverter housing.
  • This housing 13 encloses both the capacitor arrangement 12 and the EMC filter device 1 with the conductor structure 2.
  • the EMC filter device 1 has its own housing, which is then fixed to the housing 13 is attached and which can be referred to as the housing-fixed area 14 of the housing 13.
  • the conductor structure 2 with its electronic components 21, 22, 23 and the inductances 4a, 4b is placed on a region 14 of the housing 13 that is fixed to the housing.
  • the area 14 fixed to the housing is implemented here directly as a plate-shaped area of the housing 13 .
  • the area 14 fixed to the housing is also designed in a different way as a heat sink, which is further connected to the housing 13 .
  • FIGS. 2 and 3 there is a cover 29 which, together with the area 14 fixed to the housing, accommodates the EMC filter device 1 .
  • the conductor structure 2 lies with its underside 19 (here indirectly) on the area 14 fixed to the housing.
  • the electronic components 21 , 22 , 23 are attached towards their upper side 18 .
  • the two cores 8a, 8b are connected to the area 14 fixed to the housing via an adhesive connection 34. It can also be seen here that the two connections 10a, 10b are implemented as so-called pins and protrude at least through the cover 29.
  • a cover 27 that forms a shield is also formed by the cover 29 .
  • the cover 27 is formed by the cover 29 and a side wall 30 fastened to the cover 29 .
  • the cover 29 and side wall 30 thus form a shielding hood which is placed on the conductor structure 2 and is supported on the latter via the side walls 30 .
  • an EMC seal 28 is interposed between an end face 31 of the side walls 30 and the conductor structure 2 / the top side 18 of the conductor structure 2 .
  • This EMC seal 28 has a sealing strip 32 or is implemented as such a sealing strip 32 .
  • the EMC seal 28 extends over the entire circumference of the side wall 30 and thus seals off an interior of the cover 27 from the environment. This shielding prevents interference signals from being coupled in.
  • the side walls 30 are formed separately from the cover 29 and attached to it.
  • the side wall 30 is welded to the cover 29 or attached in a non-positive manner, for example by means of fastening means.
  • the side walls 30 are also designed as a one-piece material component of the cover 29 .
  • a thermally conductive layer 15, which is implemented as a “gap pad” in a preferred variant, is inserted between the conductor structure 2 and the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 thus formed as a mat thus serves to dissipate waste heat from the conductor structure 2 in the direction of the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 is elastically deformable and compressed between the conductor structure 2 and the area 14 fixed to the housing.
  • the layer 15 consists of some thermally conductive material, such as a thermally conductive filled composite.
  • the layer 15 is alternatively implemented as a gel layer or as a casting compound.
  • connections 10a, 10b form the entire current input 16 of the inverter unit 11/of the power electronics module 20
  • an output of the capacitor arrangement 12 typically forms a current output 17 of the inverter unit 11/of the power electronics module, indicated schematically in FIG 20
  • an EMC filter is constructed on the basis of a laminated busbar (busbar 5).
  • the laminated busbar consists of at least two electrically conductive layers (conductive layers 6a, 6b, for example made of copper), which are (electrically) insulated from one another by an insulating film 7 .
  • the outer surfaces are each insulated by an insulating film 7.
  • the laminated busbar is made of two or more coplanar conductive plates (e.g. copper plates; also referred to as conductive layers 6a, 6b) with the insulating films 7 lying in between and lying on the outside.
  • the laminated bus bar is inserted through the cores 8a, 8b (inductances).
  • the passive components e.g. capacitors
  • Current sensor 24 (DC side) and discharge resistor 25 can be connected directly to the laminated busbar (e.g. by means of laser welding).
  • a DC link capacitor can be connected as a parallel connection of discrete capacitors (capacitors 3a, 3b) via the laminated busbar.
  • Capacitors are fitted on the laminated busbar and connected to the DC(+) and DC(-) contacts (terminals 10a, 10b).
  • the laminated busbar is connected to the HV battery via the DC(+) and DC(-) terminals (terminals 10a, 10b).
  • the busbar can be attached tightly to the inverter housing 13 or to a cooling surface and be thermally connected to the inverter housing 13 via thermally conductive materials (eg gap pad).
  • the cores 8a, 8b are placed in the inverter housing 13 and fixed with an adhesive (for example using epoxy adhesive) or with a casting material and thermally connected to the inverter housing 13.
  • An EMC shielding wall (side wall 30) is integrated into the inverter cover (cover 27) and provided with an EMC seal 28. After the cover 29 is closed, the EMC filter and the DC input connector are protected from electromagnetic radiation coupling.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of the conductor structure 200.
  • the conductor structure 200 is a multi-layer high-current printed circuit board or PCB 200.
  • These conductor layers 600a, 600b can include copper.
  • thin conductor layers 800 can be arranged on the outer surfaces of the printed circuit board material 700 in addition to the conductor layers 600a, 600b arranged or embedded on the inside. These thin conductor layers 800 may include copper.
  • Fig. 5 shows a further alternative configuration of the conductor structure 201.
  • the conductor structure 201 has two or more single-layer printed circuit boards.
  • this conductor structure 201 there is a distance between single-layer printed circuit boards, which have a conductor layer 601a and an insulating printed circuit board material 701a or a conductor layer 601b and an insulating printed circuit board material 701b, in order to maintain an air gap.
  • the distance is ensured by a spacer 803.
  • the printed circuit boards 601a, 601b are fastened to one another, for example by means of a screw 801, which is electrically insulated from at least one of the conductor layers 601a, 601b by means of an insulation 802.
  • Fig. 6 shows a further alternative configuration of the conductor structure 202.
  • the conductor structure 202 has two or more single-layer printed circuit boards.
  • an adhesive layer 901 is arranged between single-layer circuit boards, which have a conductor layer 602a and an insulating circuit board material 702a or a conductor layer 602b and an insulating circuit board material 702b, in order to attach the circuit boards to one another.
  • Fig. 7 shows a further alternative configuration of the conductor structure 203.
  • the conductor structure 203 has a plurality of conductor layers 603a, 603b and insulation layers 703a, 703b, 703c stacked one on top of the other.
  • the stacking is such that one of the conductor layers 603a, 603b and one of the insulation layers 703a, 703b, 703c alternate in each case.
  • the number of conductor layers 603a, 603b and insulating layers 703a, 703b, 703c is not limited to the number shown in FIG.
  • the stacked conductor layers 603a, 603b and insulating layers 703a, 703b, 703c are not laminated with each other and are not firmly connected to each other.
  • Fig. 8 shows a further alternative embodiment of the conductor structure 204.
  • the conductor structure 204 has a plurality of conductor layers 604a, 604b and insulation layers 704a, 704b, 704c stacked on top of one another.
  • the stacking is such that one of the conductor layers 604a, 604b and one of the insulation layers 704a, 704b, 704c alternate in each case.
  • the number of conductor layers 604a, 604b and insulating layers 704a, 704b, 704c is not limited to the number shown in FIG.
  • the stacked conductor layers 604a, 604b and insulation layers 704a, 704b, 704c are bonded together by respective adhesive layers 904 between respective adjacent layers.
  • FIG. 9a to 9c show a further alternative configuration of the conductor structure 205. More precisely, Fig. 9a and Fig. 9b show method steps for producing the conductor structure 205 shown in Fig. 9c.
  • a plurality of conductor layers 605a, 605b and at least one insulation layer 705 are stacked one on top of the other. The stacking is such that in each case one of the conductor layers 605a, 605b and the at least one insulation layer 705 alternate.
  • the number of conductor layers 605a, 605b and insulating layer 705 is not limited to the number shown in Figs. 9a to 9c.
  • the conductor layers 605a, 605b and insulation layer 705 stacked on top of one another are arranged in a molding mold 1000.
  • FIG. 9b the mold is closed with a lid.
  • a molding material is placed in the molding mold 1000 .
  • the conductor structure 205 is removed from the molding mold.
  • the result is the conductor structure 205 surrounded by the molding material 1100, such as an epoxy material.
  • EMC filter device conductor structure a first capacitance b second capacitance a first inductance b second inductance busbar a first conductive layer b second conductive layer insulating film a first core b second core power supply 0a first connection 0b second connection 1 inverter unit 2 capacitor arrangement 3 housing 4 area fixed to the housing 5 layer 6 Current input 7 current output 8 top 9 bottom 0 power electronics module 1 first electronic component 2 second electronic component 3 third electronic component 4 current sensor Discharge resistor Capacitor Cover EMC seal Cover Side wall Front face Sealing tape Separating line Adhesive joint Rail Welding point Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer Circuit board material Thin conductor layer Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer a Circuit board materialb Circuit board material Screw Insulation Spacer Conductor structure a Conductor layer b Conductor layer a Circuit board materialb Circuit board material Adhesive layer Conductor structure 03a conductor layer 03b conductor layer 03a printed circuit board material 03b printed circuit board material

Abstract

Die Erfindung betrifft eine EMV-Filtervorrichtung (1) für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, mit einer elektrischen Leiterstruktur (2), zumindest einer mit der Leiterstruktur (2) gekoppelten Kapazität (3a, 3b) und zumindest einer mit der Leiterstruktur (2) zusammenwirkenden Induktivität (4a, 4b), wobei die Leiterstruktur (2) zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten (6a, 6b) aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Leistungselektronikmodul (20) mit dieser EMV-Filtervorrichtung (1).

Description

EMV-Filtervorrichtung aufweisend eine laminierte Leiterstruktur; sowie Leistunqselektronikmodul
Die Erfindung betrifft eine EMV-Filtervorrichtung für eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, vorzugsweise einer als Antriebsmaschine in einem Kraftfahr zeug eingesetzten elektrischen Maschine.
Ziel ist es eine möglichst verlässlich funktionierende Filtervorrichtung im Sinne eines Netzfilters für den Einsatz in einer Leistungselektronik zur Verfügung zu stellen, die zum einen einen möglichst kompakten, insbesondere flachen, Aufbau aufweist, zum anderen mit möglichst wenigen Schnittstellen / Kontakten ausgestattet ist.
Dies wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erfüllt. Dementsprechend ist erfin dungsgemäß eine EMV-Filtervorrichtung für eine Leistungselektronik einer elektri schen Maschine beansprucht, welche EMV-Filtervorrichtung eine elektrische Lei terstruktur, zumindest eine mit der Leiterstruktur gekoppelte Kapazität und zumindest eine mit der Leiterstruktur zusammenwirkende Induktivität aufweist, wobei die Lei terstruktur die Leiterstruktur zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschich ten aufweist und somit etwa als laminierte Sammelschiene oder Hochstrom leiterplatte ausgebildet ist.
Die hierin verwendete Abkürzung „EMV“ steht für Elektromagnetische Verträglichkeit“. Demgemäß ist eine EMV-Filtervorrichtung eine Filtervorrichtung, die die elektromag netische Verträglichkeit einer Vorrichtung, zum Beispiel eines Leistungselektronikmo duls, gewährleistet bzw. verbessert, mit der die Filtervorrichtung gekoppelt ist.
Diese erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung ist durch ihre kompakte Bauweise einfacher in bestehende Bauräume, bspw. in einem Gehäuse einer Invertereinheit, zu integrieren oder die Invertereinheit kann in Gänze kompakter ausgebildet sein. Zudem kann eine Kühlung durch die Ausbildung der Leiterstruktur als laminierte Sammel schiene effizienter umgesetzt werden. Des Weiteren kann die Anzahl an notwendigen Schnittstellen / Kontakten auf ein Minimum reduziert werden.
Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen bean sprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es auch von Vorteil, wenn zwischen den einzelnen Leitschichten der Lei terstruktur eine Isolationsfolie angeordnet ist. Dadurch ist die Leiterstruktur ebenfalls möglichst kompakt aufgebaut.
Diesbezüglich ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn die Leiterstruktur in ihrer Gesamt heit nach außen / an ihrer Außenseite von einer Isolationsfolie umgeben / eingehüllt ist.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die zumindest eine Induktivität einen (vorzugsweise einen als Ringkern ausgebildeten) Kern aufweist und die Leiterstruktur durch diesen Kern hindurchgesteckt ist / hindurchragt. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine möglichst kompakte Anordnung.
Ist die zumindest eine Kapazität mit einem mit einer Stromversorgung, vorzugsweise einer Batterie, weiter verbindbaren oder verbundenen Anschluss verbunden, welcher Anschluss vorzugsweise wiederum unmittelbar an der Leiterstruktur ausgebildet ist, wird der Aufbau weiter vereinfacht.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Leistungselektronikmodul für eine elektrische Maschine, mit einer Kondensatorenanordnung und einer, mit der Kondensatorenano rdnung elektrisch verbundenen, erfindungsgemäßen EMV-Filtervorrichtung nach zu mindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
Dabei hat es sich auch als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Leiterstruktur an einem gehäusefesten Bereich der Kondensatorenanordnung befestigt ist. Dadurch wird ein Gehäusebereich / ein Gehäuse des Leistungselektronikmoduls vorzugsweise unmittel bar zur Aufnahme der EMV-Filtervorrichtung eingesetzt, wodurch weiterer Bauraum eingespart wird.
Für eine möglichst effiziente Funktionsweise der EMV-Filtervorrichtung ist es auch zweckmäßig, wenn eine thermisch leitende Schicht / ein thermisch leitendes Material, vorzugsweise in Form eines so genannten „Gap Pad“ / einer Matte, zwischen der Lei terstruktur und einem gehäusefesten Bereich vorgesehen ist. Dadurch kommt es zu einer möglichst effizienten Kühlung der EMV-Filtervorrichtung im Betrieb.
Alternativ zu dem Vorsehen einer thermisch leitenden Schicht, ist es in einer weiteren Ausführung vorteilhaft, die Leiterstruktur (zumindest teilweise) unmittelbar auf dem ge häusefesten Bereich flächig aufliegen zu lassen. Dadurch wird der Aufbau wiederum weiter vereinfacht.
Des Weiteren ist es diesbezüglich auch von Vorteil, wenn die Induktivitäten / Kerne der EMV-Filtervorrichtung an dem gehäusefesten Bereich angeklebt sind.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Stromeingang des Leistungselektronikmo duls unmittelbar durch die Leiterstruktur ausgebildet ist und ein Stromausgang des Leistungselektronikmoduls durch die Kondensatorenanordnung ausgebildet ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein EMV-Filter (EMV-Fil tervorrichtung) auf Basis eines laminierten „Busbars“ (/ einer laminierten Stromsam melschiene / Sammelschiene / Leiterstruktur) umgesetzt. Der laminierte Busbar um fasst zumindest zwei elektrisch leitfähige Lagen / Schichten (Leitschichten), die vonei nander isoliert sind. Der laminierte Busbar wird durch Kerne (Induktivitäten) hindurch geführt. An dem laminierten Busbar sind auch Kondensatoren (Kapazitäten) vorgese hen; auch sind Anschlüsse, die mit einer Energieversorgung weiter verbunden sind, vorgesehen. Die Anschlüsse sind vorzugsweise mit einer Energiequelle, wie einer Hochspannungsbatterie, weiter verbunden. Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung nach ei nem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Bestandteil eines als Inverterein heit ausgebildeten Leistungselektronikmoduls,
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung der EMV-Filtervorrichtung nach Fig. 1 , sodass ein zwischen einer Leiterstruktur und einem gehäusefesten Bereich angeord netes, wärmeleitendes Material gut zu erkennen ist,
Fig. 3 eine weitere Querschnittsdarstellung der EMV-Filtervorrichtung wobei gegen über Fig. 2 nun weitere Bestandteile, unter anderem ein Stromsensor und zwei zur Abschirmung dienende Seitenwände, ersichtlich sind,
Fig. 4 eine alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 5 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 6 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 7 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur,
Fig. 8 eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur, und
Fig. 9a bis 9c eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen. Mit Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße EMV-Filtervorrichtung 1 übersichtlich zu erken nen. Die EMV-Filtervorrichtung 1 ist in dieser Ausführung als eigenständiges Modul umgesetzt, in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen jedoch auch unmittel bar als Bestandteil eines Leistungselektronikmoduls 20 / einer Invertereinheit 11 aus gebildet. Die Invertereinheit 11 bildet dann wiederum einen Bestandteil des in Fig. 1 allgemein angedeuteten Leistungselektronikmoduls 20 / einer Leistungselektronik für eine elektrische Maschine. Die EMV-Filtervorrichtung 1 ist somit in einer Leistungs elektronik einer bevorzugt als Antriebsmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Die EMV-Filtervorrichtung 1 weist, wie auch in den Fign. 2 und 3 näher zu erkennen, eine laminierte Leiterstruktur 2 auf, die hier als laminierte Sammelschiene 5 umgesetzt ist. In weiteren Ausführungen ist die Leiterstruktur 2 auch als Leiterplatte, nämlich als Hochstrom leiterplatte, umgesetzt. Die alternativ auch als Busbar oder Stromsammel schiene bezeichnete Leiterstruktur 2 weist mehrere in Fig. 2 und in Fig. 3 angedeu tete, voneinander isolierte Leitschichten 6a, 6b auf. Die Leitschichten 6a, 6b liegen flä chig / koplanar aufeinander auf und bilden in Gänze die Leiterstruktur 2 / Sammel schiene 5 aus. Zwischen den Leitschichten 6a, 6b, wie ebenfalls in den Fign. 2 und 3 angedeutet, ist eine Isolationsfolie 7 zwischengelegt, die unmittelbar zur Isolierung der beiden Leitschichten 6a, 6b relativ zueinander dient. Auch ist die Leiterstruktur 2, d. h. die Gesamtheit an Leitschichten 6a, 6b, von ihrer Außenseite her durch eine solche Isolationsfolie 7 abgedichtet. In weiteren Ausführungen besteht die Leiterstruktur 2 auch aus mehr als zwei, etwa drei oder vier, Leitschichten 6a, 6b.
Die Leiterstruktur 2 weist einen im Wesentlichen plattenförmigen Aufbau auf. Die Lei terstruktur 2 weist gemäß der Ausbildung als EMV-Filtervorrichtung 1 zwei Induktivitä ten 4a, 4b auf. Eine erste Induktivität 4a weist einen ersten Kern 8a auf, eine zweite Induktivität 4b einen zweiten Kern 8b. Jeder Kern 8a, 8b ist als Ringkern / ringförmig ausgeführt. Die Leiterstruktur 2 erstreckt sich mit einem Abschnitt mittig durch diese nebeneinander angeordneten Kerne 8a, 8b hindurch. Zu einer gemeinsamen Seite beider Induktivitäten 4a, 4b hin sind zwei Anschlüsse 10a, 10b an der Leiterstruktur 2 umgesetzt, die im Betrieb einen Stromeingang bilden. Die beiden Anschlüsse 10a, 10b sind im Betrieb, wie ebenfalls angedeutet, mit einer Stromversorgung 9, vorzugsweise einer Hochspannungsbatterie verbunden. Die bei den Anschlüsse 10a, 10b bilden nicht nur einen Stromeingang der EMV-Filtervorrich- tung 1 , sondern auch einen Stromeingang 16 der Invertereinheit 11 und des Leis tungselektronikmoduls 20.
Des Weiteren sind auf der Leiterstruktur 2 zwei Kapazitäten 3a, 3b in Form von Kon densatoren, aufgesetzt / aufgebracht. Die beiden Kapazitäten 3a, 3b bilden somit zwei erste elektronische Komponenten 21 , die auf der Leiterstruktur 2 aufgenommen / be festigt sind.
Eine weitere zweite elektronische Komponente 22, die auf der Leiterstruktur 2 aufge nommen / befestigt ist, ist als Stromsensor 24 realisiert und dient somit zum Erfassen eines elektrischen Stroms (Fig. 1 und 3). Der Stromsensor 24 ist über eine Schweiß stelle 36 an der Leiterstruktur 2 angebracht.
Des Weiteren ist eine dritte elektronische Komponente 23 in Form eines Entladewider standes 25 auf der Leiterstruktur 2 aufgenommen / befestigt (Fig. 1 ).
In Fig. 1 ist auch veranschaulicht, dass die Leiterstruktur 2 mit einer Kondensatorena nordnung 12 der Invertereinheit 11 verbunden ist. Eine entsprechende Anbindung fin det beispielsweise im Bereich einer Trennlinie 33 statt. In einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Leiterstruktur 2 jedoch auch einteilig mit einer Schiene 35 der Kondensatorenanordnung 12 ausgebildet, sodass mehrere Kondensatoren 26 der Kondensatorenanordnung 12 mit auf der Leiterstruktur 2 angeordnet sind. Die EMV- Filtervorrichtung 1 ist dann unmittelbarer Bestandteil einer die Kondensatorenanord nung 12 aufweisenden Invertereinheit 11 . Die Kondensatoren 26 sind als diskrete Kondensatoren 26 umgesetzt und beispielhaft in zwei parallelen Reihen angeordnet. Die Invertereinheit 11 weist ein Gehäuse 13 auf, das auch als Invertergehäuse be zeichnet ist. Dieses Gehäuse 13 umhaust sowohl die Kondensatorenanordnung 12 als auch die EMV-Filtervorrichtung 1 mit der Leiterstruktur 2. Es sei jedoch wiederum da rauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen die EMV-Filtervorrichtung 1 ein ei genes Gehäuse aufweist, das dann fest an dem Gehäuse 13 angebracht ist und dem nach als gehäusefester Bereich 14 des Gehäuses 13 bezeichnet werden kann.
In Fig. 2 ist diesbezüglich zu erkennen, dass die Leiterstruktur 2 mit ihren elektroni schen Komponenten 21, 22, 23 und den Induktivitäten 4a, 4b auf einem gehäusefes ten Bereich 14 des Gehäuses 13 aufgesetzt ist. Der gehäusefeste Bereich 14 ist hier unmittelbar als ein plattenförmiger Bereich des Gehäuses 13 umgesetzt. In weiteren Ausführungen ist der gehäusefeste Bereich 14 auch auf andere Weise als eine Wär mesenke, die mit dem Gehäuse 13 weiter verbunden ist, ausgebildet.
Mit den Figuren 2 und 3 ist auch zu erkennen, dass ein Deckel 29 vorhanden ist, der zusammen mit dem gehäusefesten Bereich 14 die EMV-Filtervorrichtung 1 aufnimmt. Bei der Betrachtung in der Zeichnungsebene liegt die Leiterstruktur 2 mit ihrer Unter seite 19 (hier indirekt) auf dem gehäusefesten Bereich 14 auf. Zu ihrer Oberseite 18 hin sind die elektronischen Komponenten 21 , 22, 23 angebracht.
Ferner sind die beiden Kerne 8a, 8b über eine Klebeverbindung 34 mit dem gehäuse festen Bereich 14 verbunden sind. Es ist hierbei auch zu erkennen, dass die beiden Anschlüsse 10a, 10b als so genannte Stifte realisiert sind und zumindest durch den Deckel 29 hindurchragen.
Zudem sei darauf hingewiesen, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsfor men eine eine Abschirmung bildende Abdeckung 27 durch den Deckel 29 mit ausge bildet ist. Die Abdeckung 27 wird durch den Deckel 29 sowie eine an dem Deckel 29 befestigte Seitenwand 30 gebildet. Deckel 29 und Seitenwand 30 bilden somit eine Abschirmhaube, die auf die Leiterstruktur 2 aufgesetzt und über die Seitenwände 30 auf dieser abgestützt ist. Diesbezüglich ist in Fig. 3 auch zu erkennen, dass zwischen einer Stirnseite 31 der Seitenwände 30 und der Leiterstruktur 2 / der Oberseite 18 der Leiterstruktur 2 eine EMV-Dichtung 28 zwischengelegt ist. Diese EMV-Dichtung 28 weist ein Dichtungs band 32 auf bzw. ist als ein solches Dichtungsband 32 umgesetzt. Die EMV-Dichtung 28 erstreckt sich über den gesamten Umfang der Seitenwand 30 hinweg und dichtet somit ein Inneres der Abdeckung 27 zur Umgebung hin ab. Durch diese Abschirmung wird das Einkoppeln von Störsignalen vermieden.
Die Seitenwände 30 sind separat zu dem Deckel 29 ausgeformt und an diesem ange bracht / befestigt. Bspw. ist die Seitenwand 30 an dem Deckel 29 angeschweißt oder kraftschlüssig, etwa über Befestigungsmittel, angebracht. In weiteren Ausführungen sind die Seitenwände 30 jedoch auch als stoffeinteiliger Bestandteil des Deckels 29 ausgebildet.
In den Figuren 2 und 3 ist auch zu erkennen, dass zwischen der Leiterstruktur 2 und dem gehäusefesten Bereich 14 eine thermisch leitende Schicht 15, die in einer bevor zugten Variante als „Gap Pad“ umgesetzt ist, eingesetzt ist. Die somit als Matte aus gebildete Schicht 15 dient somit zum Ableiten einer Abwärme von der Leiterstruktur 2 in Richtung des gehäusefesten Bereichs 14. Die Schicht 15 ist elastisch verformbar und zwischen der Leiterstruktur 2 und dem gehäusefesten Bereich 14 komprimiert ein gelegt. Die Schicht 15 besteht aus einem bestimmten wärmeleitfähigen Material, etwa einem mit thermisch leitfähigen, gefüllten Verbundwerkstoff. In weiteren Ausführungen ist die Schicht 15 alternativ auch als Gelschicht oder als Vergussmasse umgesetzt.
Während die Anschlüsse 10a, 10b, wie bereits erwähnt, den gesamtheitlichen Stromeingang 16 der Invertereinheit 11 / des Leistungselektronikmoduls 20 bilden, bil det auf typische Weise ein Ausgang der Kondensatorenanordnung 12 einen in Fig. 1 schematisch angedeuteten Stromausgang 17 der Invertereinheit 11 / des Leistungs elektronikmoduls 20.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein EMV-Filter auf Basis einer laminierten Stromsammelschiene (Sammelschiene 5) aufgebaut. Die laminierte Stromsammelschiene besteht aus mindestens zwei elektrisch leitenden Schichten (Leitschichten 6a, 6b, z.B. aus Kupfer), die durch eine Isolationsfolie 7 von einander (elektrisch) isoliert sind. Die äußeren Flächen werden jeweils durch eine Iso lationsfolie isoliert 7. Somit ist die laminierte Stromsammelschiene aus zwei oder meh reren koplanaren leitfähigen Platten (z.B. Kupferplatten; auch als Leitschichten 6a, 6b bezeichnet) mit den dazwischenliegenden und außenliegenden Isolationsfolien 7 lami niert.
Die laminierte Stromsammelschiene wird durch die Kerne 8a, 8b (Induktivitäten) ge steckt. Die passiven Bauelementen (z.B. Kondensatoren) können direkt auf die lami nierte Stromsammelschiene verlötet werden. Stromsensor 24 (DC-seitig) und Entlade widerstand 25 können direkt mit der laminierten Stromsammelschiene verbunden wer den (z.B. mittels Laserschweißen). Ein DC-Link-Kondensator kann in einer Ausfüh rungsvariante als eine Parallelschaltung von diskreten Kondensatoren (Kapazitäten 3a, 3b) über die laminierte Stromsammelschiene verbunden werden.
Auf der laminierten Stromsammelschiene sind Kondensatoren (Kapazitäten 3a, 3b) bestückt und mit den DC(+)- und DC(-)-Kontakten (Anschlüsse 10a, 10b) verbunden. Die laminierte Stromsammelschiene ist über die DC(+)- und DC(-)-Anschlüssen (An schlüsse 10a, 10b) mit der HV-Batterie verbunden.
In einer Ausführungsvariante kann die Stromsammelschiene dicht am Inverter-Ge häuse 13 oder an einer Kühlfläche befestigt sein und über Wärmeleitmaterialien (z.B. Gap-Pad) mit dem Inverter-Gehäuse 13 thermisch angebunden sein. Die Kerne 8a, 8b werden dabei in dem Inverter-Gehäuse 13 eingebracht und mit einem Klebstoff (z.B. durch Epoxidklebstoff) oder mit einem Vergussmaterial fixiert und thermisch mit dem Inverter-Gehäuse 13 verbunden. Eine EMV-Schirmwand (Seitenwand 30) wird in die Inverter-Abdeckung (Abdeckung 27) integriert und mit einer EMV-Dichtung 28 versehen. Nach dem Schließen des De ckels 29 sind der EMV-Filter und der DC-Eingangsstecker vor EMV-Strahlungsein- kopplung geschützt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung von verschiedenen Leiterstrukturen 200 bis 205, die als Alternative zu der zuvor beschriebenen Leiterstruktur 2 verwendet werden können.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 200.
Die Leiterstruktur 200 ist eine mehrlagige Hochstrom-Leiterplatte bzw. -PCB 200. Bei dieser Leiterstruktur 200 sind mehrere dicke Leiterschichten 600a, 600b, von denen in Fig. 4 beispielhaft zwei gezeigt sind, zwischen einem isolierenden Leiterplattenmate rial 700 voneinander isoliert eingebettet. Diese Leiterschichten 600a, 600b können Kupfer aufweisen. Vorzugsweise können neben den innen angeordneten bzw. einge betteten Leiterschichten 600a, 600b an äußeren Flächen des Leiterplattenmaterials 700 dünne Leiterschichten 800 angeordnet sein. Diese dünnen Leiterschichten 800 können Kupfer aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 201.
Die Leiterstruktur 201 weist zwei oder mehrere einlagige Leiterplatten auf. Bei dieser Leiterstruktur 201 ist zwischen einlagigen Leiterplatten, die eine Leiterschicht 601a und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 701a bzw. eine Leiterschicht 601b und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 701b aufweisen, ein Abstand zum Einhalten einer Luftstrecke vorhanden. Der Abstand wird durch einen Abstandshalter 803 sicherge stellt. Die Leiterplatten 601a, 601b sind zum Beispiel mittels einer durch eine Isolation 802 von mindestens einer der Leiterschichten 601a, 601b elektrisch isolierten Schraube 801 aneinander befestigt.
Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 202. Die Leiterstruktur 202 weist zwei oder mehrere einlagige Leiterplatten auf. Bei dieser Leiterstruktur 202 ist zwischen einlagigen Leiterplatten, die eine Leiterschicht 602a und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 702a bzw. eine Leiterschicht 602b und ein isolierendes Leiterplattenmaterial 702b aufweisen, eine Klebeschicht 901 angeordnet, um die Leiterplatten aneinander zu befestigen.
Fig. 7 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 203.
Die Leiterstruktur 203 weist mehrere übereinander gestapelte Leiterschichten 603a, 603b und Isolationsschichten 703a, 703b, 703c auf. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 603a, 603b und eine der Isolationsschichten 703a, 703b, 703c abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 603a, 603b und der Isolati onsschichten 703a, 703b, 703c ist nicht auf die in Fig. 7 gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 603a, 603b und Isolationsschichten 703a, 703b, 703c sind nicht miteinander laminiert und nicht fest miteinander verbun den.
Fig. 8 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 204.
Die Leiterstruktur 204 weist mehrere übereinander gestapelte Leiterschichten 604a, 604b und Isolationsschichten 704a, 704b, 704c auf. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 604a, 604b und eine der Isolationsschichten 704a, 704b, 704c abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 604a, 604b und der Isolati onsschichten 704a, 704b, 704c ist nicht auf die in Fig. 8 gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 604a, 604b und Isolationsschichten 704a, 704b, 704c sind mittels jeweiligen Klebeschichten 904 zwischen jeweiligen anei nander angrenzenden Schichten miteinander verklebt.
Fig. 9a bis 9c zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung der Leiterstruktur 205. Genauer gesagt zeigen Fig. 9a und Fig. 9b Verfahrensschritte zum Herstellen der on Fig. 9c gezeigten Leiterstruktur 205. Wie es in Fig. 9a gezeigt ist, werden mehrere Leiterschichten 605a, 605b und mindes tens eine Isolationsschicht 705 übereinander gestapelt. Das Stapeln ist derart, dass sich jeweils eine der Leiterschichten 605a, 605b und die mindestens eine Isolations- Schicht 705 abwechseln. Die Anzahl der Leiterschichten 605a, 605b und der Isolati onsschicht 705 ist nicht auf die in Fig. 9a bis Fig. 9c gezeigte Anzahl beschränkt. Die übereinander gestapelten Leiterschichten 605a, 605b und Isolationsschicht 705wer- den in einer Molding-Form 1000 angeordnet. Wie es in Fig. 9b gezeigt ist, wird die Molding-Form mit einem Verschluss bzw. Deckel verschlossen. Ein Molding-Material wird in die Molding-Form 1000 eingebracht. Nach Aushärten des Molding-Materials wird die Leiterstruktur 205 aus der Molding-Form ge nommen. Wie es in Fig. 9c gezeigt ist, wird als Ergebnis die Leiterstruktur 205 erzielt, die von dem Molding-Material 1100, wie zum Beispiel einem Epoxyd- Material, umgeben ist.
Bezuqszeichenliste EMV-Filtervorrichtung Leiterstruktur a erste Kapazität b zweite Kapazität a erste Induktivität b zweite Induktivität Sammelschiene a erste Leitschicht b zweite Leitschicht Isolationsfolie a erster Kern b zweiter Kern Stromversorgung 0a erster Anschluss 0b zweiter Anschluss 1 Invertereinheit 2 Kondensatorenanordnung 3 Gehäuse 4 gehäusefester Bereich 5 Schicht 6 Stromeingang 7 Stromausgang 8 Oberseite 9 Unterseite 0 Leistungselektronikmodul 1 erste elektronische Komponente 2 zweite elektronische Komponente 3 dritte elektronische Komponente 4 Stromsensor Entladewiderstand Kondensator Abdeckung EMV-Dichtung Deckel Seitenwand Stirnseite Dichtungsband Trennlinie Klebeverbindung Schiene Schweißstelle Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht Leiterplattenmaterial dünne Leiterschicht Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht a Leiterplattenmaterialb Leiterplattenmaterial Schraube Isolation Abstandshalter Leiterstruktur a Leiterschicht b Leiterschicht a Leiterplattenmaterialb Leiterplattenmaterial Klebeschicht Leiterstruktur 03a Leiterschicht 03b Leiterschicht 03a Leiterplattenmaterial 03b Leiterplattenmaterial 03c Leiterplattenmaterial 04 Leiterstruktur 04a Leiterschicht 04b Leiterschicht 04a Leiterplattenmaterial 04b Leiterplattenmaterial 704c Leiterplattenmaterial 904 Klebeschicht 05 Leiterstruktur 05a Leiterschicht 05b Leiterschicht 705 Isolationsschicht
1000 Molding-Form
1001 Deckel
1100 Molding-Material

Claims

Ansprüche
1. EMV-Filtervorrichtung (1 ) für eine Leistungselektronik einer elektrischen Ma schine, mit einer elektrischen Leiterstruktur (2), zumindest einer mit der Lei terstruktur (2) gekoppelten Kapazität (3a, 3b) und zumindest einer mit der Lei terstruktur (2) zusammenwirkenden Induktivität (4a, 4b), wobei die Leiterstruk tur (2) zumindest zwei einzelne voneinander isolierte Leitschichten (6a, 6b) aufweist.
2. EMV-Filtervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Leitschichten (6a, 6b) eine Isolationsfolie (7) ange ordnet ist.
3. EMV-Filtervorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (2) in ihrer Gesamtheit nach außen von einer Isolati onsfolie (7) umgeben ist.
4. EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Induktivität (4a, 4b) einen Kern (8a, 8b) aufweist und die Leiterstruktur (2) durch diesen Kern (8a, 8b) hindurchge steckt ist.
5. EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kapazität (3a, 3b) mit einem mit einer Stromversorgung (9) weiter verbindbaren oder verbundenen Anschluss (10a, 10b) verbunden ist.
6. Leistungselektronikmodul (20) für eine elektrische Maschine, mit einer Kon densatorenanordnung (12) und einer mit der Kondensatorenanordnung (12) elektrisch verbundenen EMV-Filtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Leistungselektronikmodul (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (2) an einem gehäusefesten Bereich (14) der Konden satorenanordnung (12) befestigt ist.
8. Leistungselektronikmodul (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermisch leitende Schicht (15) zwischen der Leiterstruk tur (2) und einem gehäusefesten Bereich (14) vorgesehen ist.
9. Leistungselektronikmodul (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Leiterstruktur (2) unmittelbar auf dem gehäusefesten Be reich (14) flächig aufliegt.
10. Leistungselektronikmodul (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromeingang (16) des Leistungselektronikmoduls (20) unmittelbar durch die Leiterstruktur (2) ausgebildet ist und ein Stromaus gang (17) des Leistungselektronikmoduls (20) durch die Kondensatorenano rdnung (12) ausgebildet ist.
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