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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungseinheit, insbesondere
eine Einheit, die als Pulswechselrichter zur Steuerung und/oder
Regelung einer elektrischen Maschine dient. Derartige Einrichtungen
sind besonders dann erforderlich, wenn eine elektrische Maschine,
beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, sowohl als Stromerzeuger
als auch als Antriebsmaschine dienen soll. Solche Anordnungen in Verbindung
mit Brennkraftmaschinen befinden sich beispielsweise in sogenannten
Hybridfahrzeugen.
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Aus
der
DE 198 46 156
C1 ist eine derartige gattungsbildende elektrische Schaltungseinheit
bekannt, die dort als mehrphasiger Umrichter bezeichnet ist. Dort
ist zunächst
eine, als Träger
bezeichnete Kühlvorrichtung
offenbart, die im Wesentlichen aus einem sechseckigen Prisma besteht.
Dieses sechseckige Prisma weist in seinem Zentrum einen zylindrischen
Hohlraum auf, in den ein Kondensator eingesetzt ist. Dieser im Grunde
genonommene prismatische Ring weist mehrere Kühlkanäle auf, die zur Kühlung des
in das Prisma eingesetzten Kondensators dienen. An den Außenflächen des
Prismas sind insgesamt sechs Schaltungseinheiten angeordnet. Die
beschriebene Vorrichtung ist schließlich von einem verschlossenen,
topfförmigen
Behälter
umgeben. Aus dem Behälterboden
ragen sowohl die Anschlüsse
des Kondensators als auch drei Leitungen, die zur Stromversorgung
der dort nicht gezeigten elektrischen Maschine dienen. Bei dieser
Ausführung ist
nachteilig, dass aufgrund der gewählten Bauform diese elektrische
Schaltungseinheit kaum in ein Gehäuse der elektrischen Maschine
integriert werden kann.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Schaltungseinheit, insbesondere Einheit, die als Pulswechselrichter
zur Steuerung und/oder Regelung einer elektrischen Maschine dient,
hat den Vorteil, dass durch die Entwärmung des Kondensators mittels
seiner Anschlusskontakte über
die Stromleiter, welche durch die Kühlvorrichtung gekühlt sind,
einerseits eine sehr gute Kühlung
des zumindest einen Kondensators erreicht wird und andererseits
eine deutlich größere Gestaltungsfreiheit
für diese
elektrische Schaltungseinheit besteht. Die Schaltungseinheit kann
durch diese Wahl deutlich schlanker aufgebaut werden und lässt sich
somit deutlich besser in ein Gehäuse
einer elektrischen Maschine integrieren. Das zur Verfügung zu
stehende Gehäuse
der elektrischen Maschine benötigt
keinen oder kaum mehr axialen Platz im Bezug auf die axiale Erstreckung
der elektrischen Maschine. Somit lässt sich ein praktisch einstückiges Modul
aus elektrischer Maschine mit elektrischer Schaltungseinheit darstellen.
Verbindungsprobleme zwischen elektrischer Maschine und elektrischer
Schaltungseinheit lassen sich von vorne herein vermeiden. Zeitaufwändige Verbindungsherstellungen
zwischen beiden Geräten
bei der Endfertigung eines Fahrzeugs sind vermeidbar und damit auch
verbundene Fehlerquellen. Des Weiteren sind logistische Vorteile
damit verbunden, da diese beiden zusammenwirkenden Geräte als ein
Bauteil verschickt werden können.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Schaltungseinheit
nach dem Hauptanspruch möglich.
Eine besonders gute Kühlung
wird dadurch erreicht, indem die Kühlvorrichtung, die Stromleiter
und die Anschlusskontakte des zumindest einen Kondensators als Stapel
ausgebildet sind. Zudem ist die Montage vereinfacht.
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Eine
besonders gute Verbindung und ein besonders günstiger Wärmeübergang wird dadurch erreicht,
indem der Stapel mittels Halteelementen, vorzugsweise Schrauben,
an der Kühlvorrichtung
befestigt ist.
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Weist
ein Stromleiter zur Aufnahme eines Anschlusskontaktes eine Aussparung
in Richtung zu seinem benachbarten Stromleiter auf, so lässt sich der
Anschlusskontakt im Wesentlichen bündig zwischen den Stromleitern
aufnehmen. Dieser Bereich der Konstruktion kann somit besonders
kompakt aufgebaut werden.
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Sind
die Stromleiter als Stromschienen mit im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt ausgebildet, so lässt
sich ein besonders kompakter und vom Wärmeübergang her besonders günstiger
Stapel bilden.
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Sind
die Stromleiter abschnittsweise an die unterschiedliche Kontur der
Kühlvorrichtung
angeschmiegt, so ergibt sich über
die gesamte bzw. die angeschmiegte und somit über eine besonders große Länge der
Stromleiter eine gute Wärmeanbindung und überhaupt
Wärmeabgabemöglichkeit
an die Kühlvorrichtung
selbst. Auch die Kondensatoren werden dadurch besonders gut gekühlt.
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Sind
die Anschlusskontakte der Kondensatoren als Anschlussfahnen ausgebildet,
d.h. bildet man die Anschlusskontakte als Bleche aus, so lässt sich ein
besonders großflächiger Wärmeübergang
von dem Anschlusskontakt an einen Stromleiter verwirklichen. Zudem
wird der Stromübergang
vom Kondensator auf den Stromleiter nicht an einer Stelle konzentriert,
sondern findet großflächig statt.
Auch dadurch wird eine ungleichmäßige Erwärmung und
Entwärmung
der Stromleiter vermieden.
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Einen
besonders guten Wärmeübergangseffekt
und Kühleffekt
erreicht man dann, wenn das Längenverhältnis zwischen
der Breite der Anschlussfahnen und der Kondensatorbreite in etwa
eins ist. Ist der zumindest eine Kondensator hinter bzw. unter der Kühlvorrichtung
angeordnet – d.
h. auf der der Oberfläche 19 abgewandten
Seite – ,
so wird dadurch ein besonders kompakter Aufbau begünstigt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung stabartig ausgebildet
ist und in ihrem Inneren durchströmbare Hohlräume, insbesondere längliche,
rohrartige Hohlräume
aufweist. Sie ermöglicht
beispielsweise die Fertigung der Kühlvorrichtung als Strangprofil. Damit
bestünde
beispielsweise die Möglichkeit,
die Kühlvorrichtung
nicht nur als gerades Profil zu gestalten, sondern darüber hinaus – und über das
in den hier dargestellten Figuren dargestellte – auch als bogenförmige Kühlvorrichtung
zu gestalten. Dies ermöglichte
eine noch bessere Anpassung der elektrischen Schaltungseinheit an
die Kontur der elektrischen Maschine.
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Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungseinheit dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
räumliche
Ansicht auf eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit,
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2 ausschnittweise
eine Draufsicht auf die Leistungsendstufen der Schaltungseinheit,
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3 einen
Querschnitt nach Linie III-III in 2,
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4 eine
detailierte Darstellung des durch die Kühlvorrichtung, die Stromleiter
und des die Anschlusskontakte gebildeten Stapels,
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5 eine
vergrößerte Draufsicht
auf den Stapel.
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Beschreibung
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In 1 ist
eine räumliche
Ansicht der elektrischen Schaltungseinheit 10 dargestellt.
Diese elektrische Schaltungseinheit 10 ist hier als Einheit
ausgebildet, die als Pulswechselrichter zur Steuerung und/oder Regelung
einer elektrischen Maschine dient. Derartige Maschinen werden, wie
eingangs bereits erwähnt,
dazu verwendet, um elektrische Maschinen entweder generatorisch
oder motorisch betreiben zu können.
Als Anwendung kommt hier beispielsweise ein Hybridfahrzeug in Frage,
bei dem zusätzlich
zu einer Brennkraftmaschine eine elektrische Maschine als Antrieb
vorgesehen ist. Diese elektrische Schaltungseinheit 10 hat
als zentralen Träger ein
stabartiges Kühlrohr,
das hier auch als Kühlvorrichtung 13 bezeichnet
wird. Diese Kühlvorrichtung 13 erstreckt
sich länglich,
und weist an ihren beiden Enden rechts bzw. links im Bild je einen
Einlass E bzw. einen Auslass A auf. Diese Kühlvorrichtung 13 bzw.
dieses Kühlrohr
weist im Inneren zumindest einen durchströmbaren Hohlraum auf. Die Kühlvorrichtung 13 hat
in diesem Ausführungsbeispiel
einen rechteckigen Querschnitt. Auf einer ersten Oberfläche 19 dieser
Kühlvorrichtung
sind eine bestimmte Anzahl an Leistungsendstufen 16 angebracht.
Die Anzahl der Leistungsendstufen 16 ist davon abhängig, mit
wie vielen Phasen bzw. Strängen
die elektrische Maschine betrieben wird.
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Rechtwinklig
zu dieser ersten Oberfläche 19 befindet
sich eine Seitenfläche 22.
An diese längliche Seitenfläche 22 schmiegen
sich in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Stromleiter 25 bzw. 28 an. An diese beiden
Stromleiter 25 bzw. 28 schließen sich in diesem Ausführungsbeispiel
ein Anschlusskontakt 31 bestimmter Polarität eines
Kondensators 34 an. Die Stromleiter 25 bzw. 28 sind
als Stromschienen ausgebildet und weisen einen im Wesentlichen rechteckigen
Querschnitt auf.
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Wie
im Bereich des Einlasses E zu erkennen ist, schmiegen sich die Stromleiter 25 bzw. 28 an
die unterschiedliche Kontur der Kühlvorrichtung 13 an. Die
Kühlvorrichtung 13,
im Wesentlichen quaderförmig,
ist im Bereich des Einlasses damit im Bereich der sich stark ändernden
Kontur der Kühlvorrichtung von
den beiden Stromleitern 25 bzw. 28 umgeben.
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Das
Längenverhältnis zwischen
der Breite B1 der Anschlussfahne bzw. eines Anschlusskontakts 31 oder 43 und
der Kondensatorbreite B2 in Längsrichtung
der Kühlvorrichtung 13 ist
in etwa 1.
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In 2 ist
eine Draufsicht gemäß der in 1 angegebenen
Weise dargestellt. Deutlich erkennbar sind hier eine Leistungsendstufe 16,
die mit ihrer vernickelten Kupfergrundplatte 37 auf der
Kühlvorrichtung 13 befestigt
ist. Dazu dienen Laschen 40, mittels derer die Kupfergrundplatte 37 an
der Kühlvorrichtung 13 befestigt
ist. Auf der Kupfergrundplatte befinden sich verschiedene, nicht
näher bezeichnete
elektronische Bauteile, die zusammen eine Leistungsendstufe 16 bilden.
Deutlich erkennbar ist hier, dass die Kühlvorrichtung 13,
die Stromleiter 25 bzw. 28 und zwei Anschlusskontakte 31 bzw. 43 des Kondensators 34 als
Stapel 46 ausgebildet sind.
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Es
ist somit eine elektrische Schaltungseinheit 10, insbesondere
eine Einheit, die als Puls-Wechsel-Richter
zur Steuerung und/oder Regelung einer elektrischen Maschine dient,
vorgesehen. Diese elektrische Schaltungseinheit 10 weist
zumindest eine Leistungsendstufe 16 auf, die mittels einer Kühlvorrichtung 13 kühlbar ist.
Zumindest ein Kondensator 34 ist Teil der elektrischen
Schaltungseinheit 10. Die Anschlusskontakte 31 bzw. 43 des
zumindest einen Kondensators 34 sind einerseits sowohl
mit Stromleitern 25 bzw. 28 elektrisch verbunden,
andererseits ist der Kondensator 34 mittels dieser, durch
die Kühlvorrichtung 13 gekühlten Stromleiter 25 bzw. 28 über die
Anschlusskontakte 31 bzw. 43 entwärmbar bzw.
kühlbar.
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Der
Stapel 46 ist mittels Halteelementen 49, die vorzugsweise
als Schrauben ausgeführt
sind, an der Kühlvorrichtung 13 befestigt.
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In 3 ist
gemäß der Schnittlinie
III-III in 2 der entsprechende Querschnitt
durch die elektrische Schaltungseinheit 10 dargestellt.
Auf der ersten Oberfläche 19 ist
die Kupfergrundplatte 37 mit der Leistungsendstufe 16 angeordnet.
Zur Rechten und damit an der Seitenfläche 22 sind die beiden
Stromleiter 25 bzw. 28 angeordnet. Die beiden
Stromleiter 25 bzw. 28 nehmen zwischen sich den
Anschlusskontakt 43 auf. Zur Rechten des Stromleiters 25 befindet
sich der Anschlusskontakt 31. Der Stapel wird zusammen
gehalten durch das Halteelement 49, das seine Haltekraft über eine
Unterlegscheibe 52 überträgt. Zwischen
dem zumindest einen Kondensator 34 und einer Leistungsendstufe 16 ist
die Kühlvorrichtung 13 angeordnet.
Die beiden Anschlusskontakte 31 bzw. 43 des Kondensators 34 sind
als so genannte Anschlussfahnen ausgebildet. Dies bedeutet, dass
die Anschlusskontakte 31 bzw. 43 als relativ großflächige Bleche
ausgebildet sind. Zudem sind die Anschlusskontakte 31 bzw. 43 im
Bezug zu einer in 3 angedeuteten Mittelebene P
asymmetrisch bzw. einseitig aus dem Kondensator 34 herausgeführt. Zur
verbesserten Wärmeleitung
kann vorgesehen sein, zwischen dem Kondensator 34 und der Kühlvorrichtung 13 eine
Wärmeleitpaste
o. ä. einzubringen
und somit den Wärmeübergang
weiter zu verbessern.
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Die
beiden Stromleiter 25 bzw. 28 sind mittels so
genannter Dickdrahtbonds 53 jeweils mit bestimmten Bereichen
der Leistungsendstufe 16 oder den Leistungsendstufen 16 kontaktiert.
Um eine besonders gute Anbindung zu erhalten, sind die beiden Stromleiter 25 bzw. 28 mit
Podesten 54 versehen. Beim Herausstanzen der im wesentlichen
zunächst geradlinigen
Stromleiter 25 bzw. 28 sind bestimmte Bereiche
derart berücksichtigt,
dass eben diese Podeste 54 entstehen. Die Stanzkanten der
Stromleiter 25 bzw. 28 sind somit nicht gerade,
sondern weisen als Vorsprünge
die Podeste 54 auf. Für
Bondverbindungen können
die Podeste 54 zusätzlich
bearbeitet sein, um besonders gute Verbindungen zu ermöglichen.
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In 4 ist
der Stapel in einer vergrößerten Darstellung
gezeigt. Der Stapel ist insgesamt aus der Kühlvorrichtung 13,
einer ersten Isolationsschicht 55, dem Stromleiter 28,
dem Anschlusskontakt 43, einer weiteren Isolierlage 58,
dem Stromleiter 25 und schließlich dem Anschlusskontakt 31 gebildet.
Somit ist die Kühlvorrichtung 13 von
den Stromleitern 25 bzw. 28 elektrisch isoliert
und je ein Anschlusskontakt 43 bzw. 31 kontaktiert
einen Stromleiter 28 bzw. 25.
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In 5 ist
erkennbar, dass der Stromleiter 28 zur Aufnahme des Anschlusskontakts 43 eine Aussparung 70 aufweist,
die auf der Seite des Stromleiters 28 angeordnet ist, die
in Richtung zu dem anderen Stromleiter 25 gerichtet ist.
Die Aussparung 70 weist in Stapelrichtung eine Tiefe auf,
die in etwa der Materialstärke
des Anschlusskontakts 43 entspricht.