CN109791861B - 包括熔断器的电路安排、机动车辆、以及制造所述电路安排的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括熔断器(16)的电路安排(15)，该熔断器电连接两个连接区域(22，23)，该电路安排具有散热器(17)和层安排(20)，该层安排被安排在该散热器(17)的表面(21)上并且具有安排在该散热器(17)上的电绝缘的绝缘层(27)和安排在该绝缘层(27)的背向该散热器(17)的一侧的导电的导体层(28)，其中，由该层安排(20)提供在这些连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)。为了提供熔断器(16)，本发明提供的是该散热器(17)的表面(21)具有两个材料切口(25)并且桥接元件(26)由该散热器(17)的安排在这些材料切口(25)之间的部分形成并且该层安排(20)被引导穿过该桥接元件(26)。

Description

包括熔断器的电路安排、机动车辆、以及制造所述电路安排的 方法
技术领域
本发明涉及一种电路安排，该电路安排包括提供在该电路安排的两个连接区域之间的熔断器。本发明还包括一种机动车辆，在该机动车辆中电压源和高电流负载是借助于根据本发明的电路安排连接，并且本发明还包括一种用于制造所述电路安排的方法。
背景技术
在机动车辆中，在所述机动车辆的电气***中提供高电流熔断器可能是必需的，该高电流熔断器可以携带连续电流而不会跳闸、并且在超过最大电流阈值时仍然表现出快速的响应行为。胜任此目的的熔断器通常相对较大、并且因此构成选择性质量，该选择性质量在振动的情况下开始振荡并且其结果是可能断裂，例如，机动车辆中的焊料连接。
发明内容
本发明所基于的目的是为振动应用环境提供包括熔断器的电路安排。
根据本发明的电路安排提供了电连接，该电连接包括位于两个连接区域之间的熔断器。在此，熔断器被配置为层安排，也就是说被配置为以平面形式分布的部件，并且其结果是该熔断器具有分布在层安排上的质量并且该质量趋于比在振动激发情况下的选择性集中质量小地进行振荡。为了实现熔断器，提供散热器，该层安排被安排在所述散热器的表面上。在此，该层安排包括电绝缘层和导电层，该电绝缘层安排在散热器上(也就是说，在所述散热器的表面上)并且在此被称为绝缘层，该导电层安排在所述绝缘层上(也就是说，在绝缘层的背离散热器的一侧上)并且在此被称为导体层。在此，电绝缘意味着绝缘层材料的导电率低于10-4S/m、尤其是低于10-7S/m。导电性意味着导体层的材料具有的导电率大于10 000S/m、尤其是大于100 000S/m。
包括绝缘层和导体层的该层安排(该层安排被安排在散热器上)在连接区域之间提供电连接路径或电流路径。为了现在以针对性的方式设计用于提供熔断器的熔化区域，散热器的表面具有两个孔、或材料切口或孔。此外，散热器的材料是位于这两个材料切口之间，也就是说，桥接元件是由散热器的安排在材料切口之间的部分形成并且所述桥接元件在两个材料切口之间被引导穿过并且连接材料切口的两侧的两个表面区域。该层安排被引导穿过所述桥接元件。换言之，该层安排的一部分搁置在桥接元件上。具体地讲，在两个材料切口之间的层安排是与桥接元件自身一样宽。
本发明产生的优点是，平面的层安排被提供在两个连接区域之间、在散热器上，并且所述平面的层安排起熔断器的作用。因此，不存在如熔断器的可能会趋于进行自然振荡的集中部件。散热器可以用作刚性载体元件并且例如由金属、尤其是铝或铝合金形成。这样使该层安排加强并且确保导热性。在电流流经导体层的情况下，热损失(其中实施的)能以平面的形式传递至散热器。然而，由于材料切口，在桥接元件的区域中存在热积聚或热集中，结果是，热量不能沿各方向从桥接元件传送到散热器的材料上。可以限定熔点，也就是说可以通过调节桥接元件的宽度、导体层厚度以及导体材料，设置导体层熔化的电流强度。
层安排优选地由根据本发明的方法制造，借助于该方法，绝缘层的材料和导体层的材料借助于冷气喷涂(CGDM–冷气动态方法)在散热器的表面上而成层地施加至散热器。结果是，构成绝缘层的和导体层的相应材料的颗粒或粉末与散热器紧密配合和/或熔化在散热器上。因此，根据本发明的方法提供的是，有待借助于冷气喷涂在散热器的表面上产生层安排，该层安排包括借助于电绝缘材料(例如，陶瓷或氧化铝)安排在散热器上的绝缘层、以及安排在所述绝缘层的避开散热器的一侧上的并且由导电材料(例如，铜、铝或铝合金)构成的导体层。绝缘层的形状和/或导体层的形状可以在喷涂期间，例如，借助于模板或掩膜来限定。结果是，层安排可以成形，其方式使得在两个连接区域之间提供所描述的电连接路径。为了提供熔断器，散热器的表面不以简单的平滑或平面的形式提供，而是提供有两个材料切口，例如通道孔或盲孔。结果是，该本体的安排在材料切口之间的部分形成桥接元件，所述层安排借助于冷气喷涂被完全地或部分地产生或施加或安排在该桥接元件上。
因此，层安排不是基底上的集成电路的微结构。导体层尤其是至少1mm宽和/或该连接路径是至少1cm长。
本发明还包括可选的改进，这些改进的特征产生额外的优点。
为了能够熄灭可能在导体层熔化时产生的弧，提供的是，该层安排具有电绝缘熔化材料，该电绝缘熔化材料安排在导体层上，也就是说覆盖、包封或涂覆所述导体层(也就是说，熔化层)。熔化材料具有的熔点在高于400℃的范围上并且由于冷气喷涂而是多孔的。这种熔化层例如可以基于石英材料(例如二氧化硅)或陶瓷作为熔化材料来提供、和/或提供为冷凝器以用于冷凝该导体层的导体材料的蒸气。
为了包围或封装弧并且为了使爬电电流的爬电距离相对较小，优选地提供的是，导体层沿连接路径的轮廓被绝缘材料完全包覆。换言之，绝缘套优选地围绕导体层放置。为了借助于层安排实现以上所述，该层安排优选地具有由电绝缘材料构成的壳体层，也就是说，通过壳体层来相对于周围区域界定层安排。因此，壳体层搁置导体层或熔化层上。在这种情况下，壳体层沿电连接路径的轮廓在两侧连接至位于导体层与散热器的表面之间的(下部)绝缘层，也就是说，连接至连接路径的轮廓轴线或纵向轴线的右侧和左侧。因此，结果是，导体层被电绝缘材料完全围绕。
为确保在桥接元件的区域中的所述热积聚，材料切口优选地填充有绝热材料。具体地讲，优选地提供的是，材料切口填充有空气。
为将熔断器的跳闸电流强度调节到可预先设定的阈值，要限定或调节桥接元件的区域中的热容。为此目的，可以提供的是，桥接元件具有的厚度小于散热器的剩余部分(也就是说，在邻接桥接元件的区域中)的厚度。在此，厚度是指垂直于散热器的表面的尺寸。换言之，桥接元件可以因此例如从散热器的后侧(与表面相反安排)被挖空或提供有切口。
为了改进在桥接元件的外部区域中的散热器的冷却效果并且为了即使具有大于10A的电流强度、尤其是大于50A也使导体层保持低于预先设定的温度值，在此，优选地提供的是，散热器具有至少一个用于携带冷却介质的冷却导管。换言之，散热器可以具有例如至少一个通道口或一个孔。温度值可以因此例如在50℃至400℃的范围内。
然而，为了确保在桥接元件的区域中在导体层中的蓄热或热积聚，优选地提供的是，导体层的材料至少在桥接元件的区域中是多孔的。结果是，在导体层的导电材料之间有空气，与由导电材料形成的固体形式的导体层相比所述空气减少了热传递或热传播。
不必单独给导体层提供散热器。此外，散热器优选地装配有至少一个电子部件，也就是说，可以在散热器上总共安排一个电路并且在散热器上冷却。因此，至少一个可切换电子部件(例如晶体管)安排在散热器的表面上，其中，该部件然后与所述连接区域中的一个连接区域电互连。
以上已经提及的根据本发明的机动车辆是凭借根据本发明的电路安排为显著特点。在该机动车辆中，电压源(例如电池和/或发电机)优选地连接到至少一个高电流负载。在此，高电流负载是可以具有大于10A的运行电流的电气负载。高电流负载可以例如由PTC电加热元件(PTC-正温度系数)或电动机器形成。电压源和至少一个高电流负载借助于根据本发明的电路安排的实施例进行电连接。因此，结果是，所描述的电连接路径(作为高电流路径)从电压源引向至少一个电气负载或者相反从至少一个高电流电气负载引向电压源。
本发明还包括对根据本发明的方法的发展，这些发展具有已经结合根据本发明的电路安排的发展而描述的特征。由此，在此不再次描述对根据本发明的方法的相应改进。
附图说明
以下描述了本发明的示例性实施例。在这方面，在附图中：
图1示出了根据本发明的机动车辆的实施例的示意性展示；
图2示出了图1的机动车辆的电路安排的透视图的示意性展示；
图3示出了穿过图2的电路安排的截面的示意性展示；并且
图4示出了图2的电路安排的桥接元件的侧视图的示意性展示。
具体实施方式
以下所解释的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，所描述的本实施例的部件各自表示本发明的独立特征，这些独立特征将被彼此独立地考虑并且还彼此独立地发展本发明，并且因此也可以单独地或呈与所示出的不相同的组合地被认为是本发明的构成部分。此外，已经描述过的本发明的另外的特征也可以被添加到所描述的实施例中。
在附图中，功能相同的元件分别提供有相同的参考标记。
图1示出机动车辆10，该机动车辆可以例如是汽车、尤其是乘用车或卡车。机动车辆10可以具有高电流负载11，在所示出的实例中，该高电流负载可以是电动机器12的逆变器。通过举例的方式，可以借助于电动机器12来为机动车辆10提供牵引驱动。为了使高电流负载11运行或向该高电流负载提供电力，所述高电流负载可以电连接至电压源13，在所示出的实例中，该电压源可以是电池，例如牵引用电池或高电压电池。高电流负载11还可以例如是加热应用。高电流负载11的运行电流14可以大于10A、尤其是大于50A。
为了防止短路或其他故障，提供了电路安排15，如果运行电流14的电流强度大于预先确定的阈值则该电路安排可以提供用于中断运行电流14的熔断器16。电路安排15可以具有散热器17，熔断器16和高电流负载11可以共同安排在散热器上，也就是说高电流负载11的电子部件可以集成到电路安排15中。熔断器16以平坦或平面的方式分布、并且此外由散热器17加强。在机动车辆10的行进期间的振动的情况下，熔断器可以因此不被振动激励或逐步增强为自然振荡。
图2展示了熔断器16的平面或平坦构型。另外，确保均匀冷却，也就是说避免热积聚(热点)。
图2示出了散热器17，该散热器可以例如是注塑模制部件。散热器17的材料可以包括例如铝或铝合金。借助于冷却导管18，用于将热能从散热器17传送走或消散的冷却介质19可以被导引或引导或流经或经过所述散热器。
熔断器16由层安排20形成，该层安排可以安排在散热器17的表面21上。层安排20具有导电部分，使得第一连接区域22和第二连接区域23可以借助于层安排20进行电连接，并且这在连接区域22与连接区域23之间产生用于该运行电流14的电连接路径24。
熔断器16是由层安排20和散热器17沿此连接路径24提供的。为此目的，散热器17在其表面21上具有两个材料切口25，这两个材料切口(例如在制造散热器17期间)可以通过对应的模具和/或通过铣削或钻孔制造。桥接元件26由散热器17的位于材料切口25之间的剩余部分形成，可以将层安排20的一部分安排在所述桥接元件上。层安排20还可以被配置成沿电连接路径24的轮廓在桥接元件26的区域中比在桥接元件的两侧更窄，如图2所展示的。
图3展示了关于连接路径24的轮廓垂直的截面。用于根据图3的截面的剖面线在图2中由III指示。
从散热器17开始，在所展示的实例中，绝缘层27、导体层28、熔化层29和壳体层30被安排在所述散热器的表面21上。层27、28、29、30一起构成层安排20。另一个熔化层还可以安排在绝缘层27与导体层28之间，以便完全包覆导体层。
熔断器16的层安排20可以在涂覆过程中施加至散热器17的表面21。具体地讲，冷气喷涂是合适的。为此目的，将优选地具有高于700℃的熔点、尤其是高于1000℃的电绝缘绝缘层27施加至散热器。通过举例的方式，绝缘层27所使用的材料可以是氧化铝。在散热器17中提供材料切口25，这些材料切口以针对性方式在桥接元件26的区域中减小与散热器17的剩余部分的热连接。将导电的或导电性的导体层28施加至桥接元件，该导电的或导电性的导电层在横向于连接路径24的横向方向31上没有完全覆盖(也就是说，部分地覆盖)绝缘层27并且在此优选地具有在大于350℃(尤其是400℃)并且小于600℃(尤其是500℃)的范围内的熔点。可以提供材料，例如，铝或铜或铝合金。将由电绝缘材料构成的熔化层29施加至导体层28，该电绝缘材料在优选地高于450°(尤其是500°)并且小于1000℃的温度下熔化。所述电绝缘材料可以例如是石英、二氧化硅或陶瓷。
熔化层27沿横向方向31完全覆盖导体层28并且还可以比导体层28更宽，也就是说沿横向方向31突出超过所述导体层。然而，熔化层29在横向方向31上保持或处于比绝缘层27更窄。最后，壳体层30施加作为保护性电绝缘外层。壳体层30的材料可以与绝缘层27的材料相同。由于壳体层30比熔化层29和导体层28更宽，所以在壳体层30与绝缘层27之间存在材料连接32，其结果是，导体层28和熔化层29被电绝缘材料完全包围或围绕。结果是，在导体层28的导电材料与散热器17的导电材料之间的爬电距离33可以被配置成是特别短，这是因为经由空气的电连接被抑制。
由于散热器17上的材料切口25的空心空间和桥接元件26的热质量的有限的热耦合，呈运行电流14形式的连续电流以及单位时间最高达到预先设定的最大电流强度的短暂峰值电流使导体层28保持处于一定温度，该温度低于桥接元件26的区域中熔点。然而，如果运行电流14的电流强度上升至限定的较高的电流强度值，导体层28在桥接元件26的区域中升温到这样一种程度，使得导体层28熔化并且会在电中断点处产生弧，所述弧于是也使熔化层29的材料熔化和/或使蒸发的导体作为冷凝物沉积在多孔熔化层的剩余部分中，这进而导致弧被再次熄灭并且该连接保持高电阻。由于周围高温壳体采用电绝缘材料形式的壳体层30和绝缘层27，此过程朝向外部结束。
为了以针对性方式调节桥接元件26的导热性，如图4所示，可以提供厚度34改变的桥接元件26。厚度34可以小于散热器17的剩余部分的厚度35。
由于连续冷却导体层28的能力，老化效应由于层安排20中的峰值电流而减小。根据给定的携带电流的能力，熔断器16可以被配置成比集中的部件更紧凑。由于所描述的措施，结合图1通过结合包括单个散热器17的电路安排15和具有高电流负载11的熔断器，如所展示的，熔断器16还可以容易按比例缩放和集成到应用中。
通过应用将冷却的高电流路径集成到散热器17的表面21是有利的，这是由于集中的质量不会如在常规熔断器的情况下在电连接点处由于振动产生强大的力，而是熔断器是集成为一整体的电流路径的一部分。
总的来说，该实例示出了本发明可以如何提供涂覆的熔断器。

Claims (11)

1.一种电路安排(15)，该电路安排包括电连接两个连接区域(22，23)的熔断器(16)，该电路安排具有：
-散热器(17)以及
-层安排(20)，该层安排被安排在该散热器(17)的表面(21)上并且具有安排在该散热器(17)上的电绝缘的绝缘层(27)、和导电的导体层(28)，该导电的导体层安排在该绝缘层(27)的背离该散热器(17)的一侧，其中，由该层安排(20)提供这些连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)，
其特征在于，
为了提供该熔断器(16)，该散热器(17)的表面(21)具有两个材料切口(25)并且桥接元件(26)由该散热器(17)的安排在这些材料切口(25)之间的部分形成并且该层安排(20)被引导穿过该桥接元件(26)。
2.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，该层安排(20)具有至少一个熔化层(29)，该至少一个熔化层安排在该导体层(28)上并且由具有在大于400℃的范围上的熔点的电绝缘熔化材料构成。
3.如权利要求2所述的电路安排(15)，其中，该至少一个熔化层是多孔的。
4.如前述权利要求之一所述的电路安排(15)，其中，该层安排(20)具有壳体层(30)，该壳体层相对于周围区域界定该层安排(20)并且由电绝缘材料构成，其中，该壳体层(30)沿该电连接路径(24)的轮廓、在该电连接路径(24)两侧连接(32)至该绝缘层(27)。
5.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，这些材料切口(25)填充有空气。
6.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，该桥接元件(26)具有相对于该表面(21)垂直测量的厚度(34)，该厚度小于在邻接该桥接元件(26)的区域中该散热器(17)的厚度(35)。
7.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，在该散热器(17)中或该散热器上提供用于携带冷却介质(19)的至少一个冷却导管(18)。
8.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，该导体层(28)的材料至少在该桥接元件(26)的区域中是多孔的。
9.如权利要求1所述的电路安排(15)，其中，至少一个可切换电子部件(11)被安排在该散热器(17)的表面(21)上，该可切换电子部件与这些连接区域(22，23)中的一个连接区域电互连。
10.一种机动车辆(10)，该机动车辆包括电压源(13)并且包括至少一个高电流负载(11)，该高电流负载具有大于10A的运行电流(14)，其特征在于，该电压源(13)和该至少一个高电流负载(11)借助于如前述权利要求之一所述的电路安排(15)电连接。
11.一种用于制造包括熔断器(16)的电路安排(15)的方法，其中，层安排(20)借助于冷气喷涂产生在散热器(17)的表面(21)上，该层安排包括安排在该散热器(17)上并且由电绝缘材料构成的绝缘层(27)、以及安排在该绝缘层(27)的背离该散热器(17)的一侧并且由导电材料构成的导体层(28)，其中，由该层安排(20)提供两个连接区域(22，23)之间的电连接路径(24)，其特征在于，为了提供该熔断器(16)，该散热器(17)的表面(21)提供有两个材料切口(25)，使得桥接元件(26)由该散热器(17)的安排在这些材料切口(25)之间的部分形成，并且该层安排(20)完全地或部分地产生在该桥接元件(26)上。
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