DE102020216111A1 - Inverter - Google Patents

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DE102020216111A1
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switching
carrier
inverter
current
carriers
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DE102020216111.9A
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Jochen Kurfiss
Thomas Hessler
Reiner Holp
Samy Arnaout
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Inverter (1) mit mindestens zwei Kommutierungskreisen zur Erzeugung von mindestens zwei Stromphasen zur Bestromung einer elektrischen Maschine, wobei jeder Stromphase ein Kommutierungskreis mit einer Halbbrücke (31, 32) und mindestens einem Zwischenkreiskondensator (10) zugeordnet ist, wobei die Halbbrücke (31, 32) und der mindestens eine Zwischenkreiskondensator (10) eines Kommutierungskreises auf einem gemeinsamen Schaltträger (2) angeordnet sind und der Kommutierungskreis einer jeden Stromphase auf einem separaten Schaltträger angeordnet ist, und dass mittels mindestens einem Verbindungselement (41, 42) die Schaltträger (2) zweier Stromphasen miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei das mindestens eine Verbindungselement (41, 42) direkt mit den Schaltträger (2) der ersten Stromphase und dem Schaltträger (2) der zweiten Stromphase stoffschlüssig verbunden ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Inverter. Der Inverter weist mindestens zwei Kommutierungskreise zur Erzeugung von mindestens zwei Stromphasen zur Bestromung einer elektrischen Maschine auf. Jeder Stromphase ist ein Kommutierungskreis mit einer Halbbrücke und mindestens einem Zwischenkreiskondensator zugeordnet.
  • Bei heutigen Invertern, wie zum Beispiel für einen elektrischen 48V-Antrieb oder einen Hochvolt-Antrieb, wird zur Ansteuerung der elektrischen Maschine oder des elektrischen Motors jede Stromphase von einer Halbbrücke, aufweisend zwei Schaltern, wie beispielsweise Halbleiter-Schalter, angesteuert, welche die Phasen abwechselnd mit der Versorgungsspannung und der Masse als Bezugspotential verbinden. Zusammen mit einem Zwischenkondensator bilden diese den Kommutierungskreis, auch Kommutierungszelle genannt. Bei der Umschaltung werden hohe Ströme zwischen den beiden Schaltern umgeschaltet und durch parasitäre Leistungsinduktivitäten treten sehr hohe Spannungen auf. Diese führen zu Schaltverlusten und können die Schalter selbst oder umliegende Bauteile beschädigen. Entsprechend ergeben sich an den Endstufen nicht nur die rein ohmschen Anteile, die die Schalter erwärmen, sondern auch die Schaltverluste, die durch das umkommutieren während des Linearbetriebs entstehen. Je nach Taktfrequenz, Schaltgeschwindigkeit und Höhe der Bordnetzspannung sowie Höhe des zu schaltenden Stroms ergeben sich teils recht hohe Anteile an den Gesamtverlusten.
  • Weiter muss eine gute Entwärmung der elektrischen Bauteile, wie beispielsweise Kondensator und Schalter, gewährleitet sein. Für eine gute Entwärmung der Bauteile gibt es verschiedene Lösungsansätze. Beispielsweise werden die Schalter und die Zwischenkreiskondensatoren, die unterschiedliche Grenztemperaturen haben, ab der der Schalter oder der Kondensator beschädigt wird, auf unterschiedlichen Schaltträgern angeordnet, um sie thermisch zu trennen. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist aus der DE 10 2014 219 998 A1 bekannt. In dieser Veröffentlichung sind die Halbbrücken je Stromphase auf einem Schaltträger angeordnet und der Zwischenkreiskondensator auf einem Stanzteil, hier eine Kupfer-Schiene, angeordnet. Das Stanzteil hat auch die Funktion einer Stromschiene, über die die Schaltträger mit dem Zwischenkreiskondensator und den Schaltträger der verschiedenen Stromphasen elektrisch untereinander und mit dem eingangsseitigen Spannungsanschluss des Inverters verbunden ist. Allerdings ergibt sich dadurch ein großer Kommutierungskreis mit großen Schaltverlusten.
  • Wenn die elektrische Kontaktierung zwischen Stanzteil und Schaltträger mittels Ultraschallbonden realisiert werden soll, ist in Vorbereitung für das Bonden eine Vorbehandlung des Stanzteils notwendig, wie beispielsweise eine Walzplattierung der Kontaktflächen am Stanzteil mit Aluminium. Dadurch ist ein zusätzlicher Herstellungsschritt notwendig.
  • Typischerweise sind Stanzteile mit einem Kunststoff umspritzt. Dadurch kann zu einem thermischen Vorfall (Thermal Incident) kommen. Durch die Hitzeentwicklung kann das Kunststoff der Umspritzung karbonisieren und anfangen zu brennen. Gerade bei 48V-Anwendungen, z.B. ein Inverter für einen 48V-Antrieb, ist die Verhinderung eines thermischen Vorfalls, die sogenannte No Thermal Incident (NoTI), besonders wichtig. Anders als bei 12V-Anwendungen, z.B. Inverter für einen 12V-Antrieb, kann es bei der 48V-Anwendung zu Spannungsüberschlägen in Form eines Lichtbogens mit einer Länge von bis zu 3 mm kommen, wobei der Lichtbogen gegenüber dem auf Masse-Potential liegenden Kühlkörper wandern und den Inverter zerstört. Im Gegensatz dazu hat bei einer 12V-Anwendung der Lichtbogen nur eine Länge ca. 150 µm und wandert nicht. Bei Hochvolt-Anwendung (HV) gibt es die Problematik der Lichtbogen-Entstehung auch, allerdings sind bei der HV-Anwendung das Bordnetz und der auf Masse-Potential liegenden Kühlkörper galvanisch getrennt und es gibt eine Fehlerstromüberwachung, so dass ein Lichtbogen erkannt und durch Abtrennung der Batterie unterbrochen wird. Bei 48V-Anwendung ist weder eine galvanische Trennung noch eine Fehlerstromüberwachung vorgesehen.
  • Eine einfache Erhöhung des Abstandes zwischen den auf 48V Potential liegenden Schaltträgern und dem auf Masse-Potential liegenden Kühlkörper führt zu einer wesentlichen Verschlechterung Wärmeableitung und ist somit auch nicht unproblematisch.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Inverter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehenden Nachteile beseitigt bzw. minimiert werden. Insbesondere gilt es die Problematik der Spannungsüberschläge zu lösen und gleichzeitig eine gute Entwärmung der Schaltträger mit ihren Bauteilen und möglichst geringe Schaltverluste zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Inverter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halbbrücke und der mindestens eine Zwischenkreiskondensator eines Kommutierungskreises auf einem gemeinsamen Schaltträger angeordnet sind und der Kommutierungskreis einer jeden Stromphase auf einem separaten Schaltträger angeordnet ist, und dass mittels mindestens einem Verbindungselement die Schaltträger zweier Stromphasen miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei das mindestens eine Verbindungselement direkt mit dem Schaltträger der Stromphasen stoffschlüssig verbunden ist.
  • Der erfindungsgemäße Inverter hat mindestens zwei Kommutierungskreise zur Erzeugung von mindestens zwei Phasen zur Bestromung einer elektrischen Maschine. Dabei ist jeder Stromphase ein Kommutierungskreis mit einer Halbbrücke und mindestens einem Zwischenkreiskondensator zugeordnet und umgekehrt. Typischerweise weisen Inverter ein Gehäuse mit verschieden Anschlüssen, einem Kühler und Schaltträgern auf. Beispielsweise haben Inverter eingangsseitig einen Spannungsanschluss, wie zum Beispiel einen Gleichspannungsanschluss, und ausgangsseitig Phasenanschlüsse, von dem aus die verschiedenen im Inverter erzeugten Stromphasen an die elektrische Maschine geleitet werden. Räumlich und elektrisch zwischen den Spannungsanschluss und den Phasenanschlüssen hat der Inverter in der Regel mehrere Kommutierungskreise zur Erzeugung verschiedener Stromphasen. Typischerweise hat der Inverter eine Steuereinheit, die die Kommutierungskreise steuert und ggfs. auch regelt.
  • Erfindungsgemäß sind die Halbbrücke und der mindestens eine Zwischenkreiskondensator eines Kommutierungskreises auf einem gemeinsamen Schaltträger angeordnet. Dadurch ergibt sich, dass der Kommutierungskreis räumlich möglichst klein ist und somit auch möglichst geringe Schaltverlust, die beispielsweise als Wärme abgestrahlt werden, aufweist. Typischerweise ist ein Schaltträger ein Substrat auf dem eine oder mehrere unterschiedliche Schichten aufgetragen sind, aus denen Leiterbahn-Strukturen und/oder Kontaktflächen für unterschiedliche elektrische Potentiale entstehen. Weiter kann eine Schaltungsträger mit unterschiedlichen elektrischen Bauteilen bestückt werden. Über die Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen wird der elektrische Strom zu den elektrischen Bauteilen geführt, die auf dem Schaltträger angeordnet sind, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren oder Halbleiter-Schalter. So dienen die Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen auf dem Schaltträger als Strompfade.
  • Weiter erfindungsgemäß ist der Kommutierungskreis einer jeden Stromphase auf einem separaten Schaltträger angeordnet, d.h. jede Stromphase hat ihren eigenen Schaltträger mit dem zur Stromphase gehörigen Kommutierungskreis. Dadurch ist eine sehr flexible Anordnung der verschiedenen Schaltträger für die verschiedenen Stromphasen im Inverter möglich. Weiter sind die Kommutierungskreise der verschiedenen Stromphasen thermisch besser voneinander getrennt.
  • Des Weiteren sind erfindungsgemäß die Schaltträger zweier Stromphasen mittels mindestens einem Verbindungselement miteinander elektrisch kontaktiert, wobei das mindestens eine Verbindungselement direkt mit dem Schaltträger der Stromphasen stoffschlüssig verbunden ist. Insbesondere verbindet ein Verbindungselement nur zwei Schaltträger miteinander und nicht drei oder mehr Schaltträger miteinander. Die Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen auf den jeweiligen Schaltträgern zusammen mit dem Verbindungselement bilden den Strompfad zur Bestromung des Inverters. Dadurch ergibt sich vorteilhaft, dass auf ein zusätzliches, insbesondere Kunststoff-umspritztes, Stanzteil verzichtet werden kann, wodurch wiederum die Gefahr eines Spannungsüberschlags aufgrund einer karbonisierten Kunststoff-Umspritzung gebannt wird und die NoTI Robustheit erhöht wird. Weiter wird durch die direkte Verbindung der Schaltträger auch die Verbindungswege verkürzt im Vergleich zu einem Stanzteil, das typischerweise mehr als zwei Schaltträger miteinander elektrisch verbindet. Kürzere Verbindungen sind niederinduktiver, wodurch das Schwingverhalten des Zwischenkreises positiv beeinflusst wird.
  • Insgesamt ergibt sich der Vorteil, dass Bauteile, insbesondere eine Kunststoff-umspritztes Stanzteil, und damit Kosten sowie Bauraum eingespart werden, da die Schaltträger sehr flexibel und platzsparend mit kurzen Verbindungswegen im Inverter angeordnet werden können. Durch die Reduzierung der Anzahl der Bauteile im Inverter, können diese besser in einer Ebene angeordnet werden, wodurch die Komplexität des Inverter-Aufbaus sinkt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung weist jeder Schaltträger mindestens zwei Leiterbahnen mit unterschiedlichen Potential (B+, B-) aufweist, wobei jeweils die Leiterbahnen gleichen Potentials zweier Schaltträger mittels mindestens eines Verbindungselements elektrische kontaktiert sind. Dies bedeutet, dass die Schaltträger mittels mindestens zwei Verbindungselementen elektrisch kontaktiert sind. Es gibt mindestens ein Verbindungselement je Leiterbahn und Potential. Die Leiterbahnen der Schaltträger werden zur Stromführung im Inverter genutzt, wodurch ein extra Bauteil zur Stromführung wie eine Stromschiene nicht notwendig ist.
  • Vorteilhaften Weiterentwicklung ist das Verbindungselement oder sind die Verbindungselemente ein Bond, ein Draht und/oder ein metallischer Streifen. Dabei hat typischerweise ein Draht einen runden oder quasi runden Querschnitt und ein Streifen einen rechteckigen oder mehreckigen Querschnitt. Ein Bond kann die Form eines Drahts oder eines metallischen Streifens haben.
  • Bonds, Draht und metallische Streifen haben den Vorteil, dass diese kurze Verbindungswege ermöglichen. Insbesondere ist das Verbindungselement oder sind die Verbindungselemente aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Dadurch ergibt sich vorteilhaft, dass die Verbindungselemente sich sehr gut kühlen lassen und dabei eine gute elektrische Leitfähigkeit haben.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen Schaltträger und Verbindungselement eine Bond-Verbindung, eine Schweiß-Verbindung, eine Löt-Verbindung und/oder eine Kleb-Verbindung ist. Beispielsweise wird mittels Ultraschall der Bonddraht an den Schaltträger gebondet. Alternative können der Draht, der Bond oder ein metallischer Streifen auch an dem Schaltträger aufgeschweißt oder aufgelötet oder aufgeklebt werden. Wodurch thermisch stabile und robuste sowie elektrisch gut leitende stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltträger und dem Verbindungselement und insgesamt zwischen den Schaltträgern entsteht.
  • Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht der Kommutierungskreis aus zwei, drei oder vier Zwischenkreiskondensatoren. Durch die Verwendung von mehreren Kondensatoren anstelle von einem Kondensator ergibt sich der Vorteil, dass die Gesamtkapazität des Kommutierungskreises auf mehrere Zwischenkreiskondensatoren aufgeteilt werden können. Kondensatoren mit einer kleineren Kapazität sind in der Regel kompakter und räumlich kleiner als Kondensatoren mit einer größeren Kapazität des gleichen Kondensator-Typs. Kleinere Kondensatoren brauchen weniger Bauraum, so dass diese räumlich näher an der Halbbrücke angeordnet werden können, wodurch wiederum der Kommutierungskreis und damit auch die Schaltverluste kleiner werden.
  • Insbesondere ist der Zwischenkreiskondensator ein Elektrolyt-Kondensator ist, insbesondere eine Polymer-Hybrid-Elektrolyt-Kondensator.
  • Elektrolyt-Kondensatoren und insbesondere Polymer-Hybrid-Elektrolyt-Kondensatoren, haben den Vorteil, dass bei diese räumlich klein sind und somit sehr platzsparend auf einem Schaltträger angeordnet werden können.
  • Bei zwei Weiterentwicklungen der Erfindung weist der Inverter drei oder sechs Stromphasen auf, wobei der Kommutierungskreis für jede Stromphase auf einem eigenen Schaltträger angeordnet ist. Insbesondere ist ein Schaltträger einer Stromphase mit den Schaltträgern zwei anderer Stromphasen elektrische verbunden, wobei die Schaltträger der zwei anderen Stromphasen nicht direkt miteinander elektrisch verbunden sind. Dadurch ist ein sehr kompakter Aufbau möglich.
  • Beispielsweise sind bei drei Stromphasen die Schaltträger räumlich und elektrisch hintereinander angeordnet, so dass die Stromführung im Inverter vom ersten Schaltträger über den zweiten Schaltträger bis zum dritten Schaltträger erfolgt. Dabei ist beispielsweise der zweite Schaltträger über mindestens ein Verbindungselement mit dem ersten Schaltträger elektrisch verbunden und über mindestens ein anderes Verbindungselement mit dem dritten Schaltträger verbunden. Der erste Schaltträger und der dritte Schaltträger sind dabei nicht direkt miteinander elektrisch verbunden, sondern über den zweiten Schaltträger.
  • Insbesondere ist der Schaltträger der einen Stromphase mit dem Schaltträger einer der zwei anderen Stromphasen über mehr Verbindungselemente elektrische verbunden als mit dem Schaltträger der anderen der zwei anderen Stromphase. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung zu dem anderen der zwei anderen Stromphasen nicht primär zur Stromführung, sondern zum Potential-Ausgleich dient. Durch die unterschiedliche Anzahl von Verbindungselementen bei der Verbindung zu zwei verschiedenen Schaltträger in Abhängigkeit des primären Zwecks der Verbindung kann Material und durch Vereinfachung der Produktion auch Produktionskosten gespart werden.
  • Beispielweise sind bei sechs Stromphasen je drei Schaltträger hintereinander angeordnet, sowie bei dem oben beschriebenen Beispiel für drei Stromphasen, wobei sich zwei Gruppen mit je drei Stromphasen ergeben und die beiden Gruppen mit den je drei Stromphasen parallel zu einander angeordnet sind. Die Schaltträger sind dabei beispielweise sowohl über Verbindungselemente mit einem Schaltträger der gleichen Gruppe als auch mit einem Schaltträger der anderen Gruppe elektrisch verbunden. Dabei hat ein Schaltträger zu einem anderen Schaltträger der gleichen Gruppe mehr Verbindungselemente als zu einem Schaltträger der anderen Gruppe. Die Verbindungselemente zwischen zwei Schaltträger der gleichen Gruppe dienen der Stromführung während die Verbindungselemente zwischen zwei Schaltträger unterschiedlicher Gruppen dazu dient das Potential zwischen den Schaltträger-Gruppen auszugleichen. Dadurch werden Strompeaks der Zwischenkreiskondensatoren reduziert, wodurch auch die Oszillationen im Inverter reduziert werden und insgesamt der Inverter verlustärmer und stabiler ist.
  • Bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist der Schaltträger ein Direct Bonded Copper-Substrat (DBC), eine Printed Circuit Board (PCB) oder Insulated Metal Substrate (IMS). Vorteilhafterweise können die Leiterbahnen bzw. die Leitungsstrukturen auf den Schaltträger zur Stromführung genutzt werden, so dass diese untereinander nur noch mit mindestens einem Verbindungselement elektrisch miteinander kontaktierten werden müssen. Somit ist keine extra Stromschiene, wie ein Stanzteil, für die elektrische Kontaktierung der verschiedenen Schaltträger untereinander notwendig. Wodurch Platz und Kosten beim Material und der Produktion eingespart werden. Insbesondere das DBC-Substrat hat den Vorteil, dass es sich sehr gut kühlen lässt. Eine gute thermische Anbindung des BDC-Substrats bei einer gleichzeitigen elektrischen Isolation zum Kühlkörper ist möglich. Das DBC-Substrat kann auf den Kühler beispielsweise geklebt oder gelötet werden.
  • Bevorzugt ist die Halbbrücke aus zwei Halbleiter-Schalter aufgebaut, wobei insbesondere die Halbleiter-Schalter MOSFET sind.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Inverters für 2 Stromphasen
    • 2 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Inverter für 6 Stromphasen
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Inverters 1. In dem Ausschnitt sind zwei Kommutierungskreise auf ihren jeweiligen Schaltträger 2a, 2b und die elektrische Kontaktierung untereinander schematisch dargestellt. Nicht gezeigt ist das Gehäuse, ein Kühlkörper oder die Anschlüsse beispielsweise an eine Spannungsquelle, an einen Elektromotor oder an eine Steuereinheit, die die Kommutierungskreise steuert und ggfs. auch regelt.
  • Auf den Schaltträgern 2a, 2b sind Leiterbahn-Strukturen als Potentialflächen ausgebildet. In diesem Beispiel sind die Schaltträger DBC-Substrate, die mit ihren großen Potentialflächen aus Kupfer sowohl sehr gut kühlbar wie auch zur Stromführung im Inverter genutzt werden können.
  • Auf dem ersten Schaltträger 2a sind drei Potentialflächen 21, 22, 23 angeordnet, die als Strompfade dienen. Die erste Potentialfläche 21 liegt auf einem negativen Potential B-. Die zweite Potentialfläche 22 liegt auf einem positiven Potential B+. Über die dritte Potentialfläche 23 wird die jeweilige Stromphase abgeführt. Die erste und die zweite Potentialfläche 21, 22 sind mit einem nicht gezeigten Spannungsanschluss des Inverters verbunden, wie die Verbindungselemente 43, 44 es andeuten. Die dritte Potentialfläche 23 ist über Verbindungselemente 45 mit einer Phasenschiene 231 elektrisch kontaktiert, die die Stromphase zu einer E-Maschine oder zu einem Elektro-Motor führt.
  • Weiter ist auf dem Schaltträger 2 noch mindestens ein Zwischenkreiskondensator 10 angeordnet, der mit der ersten und zweiten Potentialfläche 21, 22 elektrisch verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei Polymer-Hybrid-Elektrolyt-Kondensatoren 10 auf dem Schaltträger 2a angeordnet und bilden die Zwischenkreiskondensatoren 10.
  • Auf dem ersten Schaltträger 2a ist weiter auch eine Halbbrücke angeordnet, die durch zwei Halbleiter-Schalter 31, 32 ausgebildet ist. Der erste Halbleiter-Schalter 31, der sogenannte Low-Side-Schalter, ist im Bereich der dritten Potentialfläche 23 auf dem Schaltträger 2a angeordnet und mittels Verbindungselemente 431 mit der ersten Potentialfläche 21 elektrisch verbunden. Der zweite Halbleiter-Schalter 32, der sogenannter High-Side-Schalter, ist im Bereich der zweiten Potentialfläche 22 auf dem Schaltträger angeordnet und mittels Verbindungselemente 432 mit der dritten Potentialfläche 23 elektrisch verbunden.
  • Die dritte Potentialfläche 23 ist mittels mehreren Metall-Steifen 45 mit einem Stanzteil 231 verbunden. Über die dritte Potentialfläche 23 und dem Stanzteil 231 wird die Stromphase des Kommutierungskreises zu einem Elektro-Motor oder einer E-Maschine geführt.
  • Der zweite Schaltträger 2b ist wie der erste Schalträger 2a aufgebaut und bestückt. Ein Unterschied ist, dass der zweite Schaltträger 2b keine direkte elektrische Kontaktierung mit dem Spannungsanschluss des Inverters hat wie der erste Schaltträger 2a.
  • Der erste und der zweite Schaltträger 2a, 2b sind über insgesamt 6 Verbindungselemente in diesem Beispiel miteinander elektrisch verbunden. Zwei Verbindungselemente 41 verbinden die beiden ersten Potentialflächen 21 mit dem negativen Potential B- der beiden Schaltträger 2a, 2b. Vier Verbindungselemente 42 verbinden die beiden zweiten Potentialflächen 21 mit dem positiven Potential B+ der beiden Schaltträger 2a, 2b. Je nach Wahl des Verbindungselementes können auch mehr oder weniger Verbindungsemente zur elektrischen Kontaktierung genutzt werden.
  • In diesem Beispiel sind alle Verbindungselemente 41, 42, 43, 44, 45, 431, 432 Bonds die auf die Potentialflächen 21, 22 23, Schalter 31, 32 und Phasenschiene 321 gebondet sind.
  • In 2 ist ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Inverter mit 6 Kommutierungskreisen, sprich für 6 Stromphasen gezeigt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Übersichtlichkeitshalber sind nicht immer alle Elemente auf einem Schaltträger mit Bezugszeichen versehen, sondern bei unterschiedlichen Schaltträgern eine andere Gruppe von Elementen. An der Anordnung und Darstellung erkennt man allerdings die gleichen Elemente bei unterschiedlichen Schaltträgern und kann die entsprechenden Bezugszeichen sich erschließen. Im Folgenden wird primär auf die Unterschiede der beiden Ausführungen gemäß 1 und 2 eingegangen.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 hat der Inverter 6 Schaltträger 2. Jeder Schaltträger 2 weist den Kommutierungskreis für eine Stromphase auf. Die Schaltträger 2 entsprechenden den in 1 beschriebenen Schaltträgern 2a, 2b.
  • Die 6 Schaltträger 2 lassen sich in zwei Gruppen von je 3 Schaltträgern 2 unterteilen. Die drei in der 2 links angeordneten Schaltträger 2 bilden eine erste Gruppe und die drei in der 2 rechts angeordneten Schaltträger 2 bilden eine zweite Gruppe.
  • Innerhalb einer Gruppe ist ein erster Schaltträger 2 (in der 2 der untere Schaltträger je Gruppe) über Verbindungselemente 43, 44 mit den Stanzteilen 211, 221 elektrisch kontaktiert, wodurch die erste und zweite Potentialfläche 21, 22 des ersten Schaltträgers 2 mit einer Spannungsquelle verbindbar sind. Der erste Schaltträger 2 ist mit einem zweiten Schaltträger 2 elektrisch verbunden, der wiederum ist mit einem dritten Schaltträger 2 verbunden. Der zweite Schaltträger 2 ist räumlich und elektrisch zwischen dem ersten und dem dritten Schaltträger 2 angeordnet. Über Verbindungselemente 41, 42 sind die Schaltträger 2 miteinander elektrisch kontaktiert, wobei der erste und der dritte Schaltträger 2 keine direkte elektrische Kontaktierung miteinander haben, sondern über den zweiten Schaltträger 2 elektrisch verbunden sind.
  • Die Schaltträger 2 der ersten und zweiten Gruppe sind auch miteinander elektrisch kontaktiert. Dabei sind die ersten Schaltträger 2 der beiden Gruppen, die zweiten Schaltträger 2 der beiden Gruppen sowie die dritten Schaltträger 2 der beiden Gruppen jeweils miteinander elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung bzw. Kontaktierung wird durch ein oder mehrere Verbindungselemente 46, 47 erzeugt. Dabei werden die ersten Potentialflächen 21 der Schaltträger 2 mit einem Verbindungselement 47 und die zweiten Potentialflächen 22 der Schaltträger 2 mit einem anderen Verbindungselement 46 verbunden. Die elektrische Verbindung der Schaltträger der beiden Gruppen dient zum Potentialausgleich zwischen den Schaltträgern 2 der ersten und zweiten Gruppe und dient weniger zur Stromführung wie bei den Schaltträgern 2 innerhalb einer Gruppe. Deshalb haben die Schaltträger 2 mehr Verbindungselemente zu benachbarten Schaltträgern 2 der gleichen Gruppe als zu benachbarten Schalträgern 2 der anderen Gruppe.
  • Zusätzlich zu sehen ist ein Teil des Gehäuses 100 sowie die 6 Phasenschienen 231 und die Stanzteile 211 und 221 für die Spannungsversorgung der ersten und der zweiten Potentialflächen 21, 22 auf den Schaltträgern 2.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014219998 A1 [0003]

Claims (11)

  1. Inverter (1) mit mindestens zwei Kommutierungskreisen zur Erzeugung von mindestens zwei Stromphasen zur Bestromung einer elektrischen Maschine, wobei jeder Stromphase ein Kommutierungskreis mit einer Halbbrücke (31, 32) und mindestens einem Zwischenkreiskondensator (10) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücke (31, 32) und der mindestens eine Zwischenkreiskondensator (10) eines Kommutierungskreises auf einem gemeinsamen Schaltträger (2, 2a, 2b) angeordnet sind und der Kommutierungskreis einer jeden Stromphase auf einem separaten Schaltträger (2, 2a, 2b) angeordnet ist, und dass mittels mindestens einem Verbindungselement (41, 42) die Schaltträger (2, 2a, 2b) zweier Stromphasen miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei das mindestens eine Verbindungselement (41, 42) direkt mit den Schaltträger (2, 2a, 2b) der ersten Stromphase und dem Schaltträger (2, 2a, 2b) der zweiten Stromphase stoffschlüssig verbunden ist.
  2. Inverter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltträger (2, 2a, 2b) mindestens zwei Leiterbahnen (21, 22) aufweist, wobei jeweils die Leiterbahnen (21, 22) gleichen Potentials zweier Schaltträger (2, 2a, 2b) mittels mindestens eines Verbindungselements (41, 42) elektrische kontaktiert sind.
  3. Inverter (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (41, 42) ein Bond, ein Draht und/oder ein metallischer Streifen ist.
  4. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen Schaltträger (2, 2a, 2b) und Verbindungselement (41, 42) eine Bond-Verbindung, eine Schweiß-Verbindung, eine Löt-Verbindung und/oder eine Kleb-Verbindung ist.
  5. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (1) drei oder sechs Stromphasen hat, wobei der Kommutierungskreis für jede Stromphase auf einem eigenen Schaltträger (2, 2a, 2b) angeordnet ist.
  6. Inverter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltträger (2, 2a, 2b) einer Stromphase mit den Schaltträgern (2, 2a, 2b) zwei anderer Stromphasen elektrische verbunden ist, wobei die Schaltträger (2, 2a, 2b) der zwei anderen Stromphasen nicht direkt miteinander elektrisch verbunden sind.
  7. Invertern (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltträger (2, 2a, 2b) der einen Stromphase mit dem Schaltträger (2, 2a, 2b) einer der zwei anderen Stromphasen über mehr Verbindungselemente (41, 42) elektrische verbunden ist als mit dem Schaltträger (2, 2a, 2b) der anderen der zwei anderen Stromphase.
  8. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutierungskreis aus zwei, drei oder vier Zwischenkreiskondensatoren (10) besteht.
  9. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (10) oder die Zwischenkreiskondensatoren (10) ein Elektrolyt-Kondensator ist/sind, insbesondere eine Polymer-Hybrid-Elektrolyt-Kondensator.
  10. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltträger (2, 2a, 2b) ein Direct Bonded Copper-Substrat (DBC), eine Printed Circuit Board (PCB) oder Insulated Metal Substrate (IMS) ist.
  11. Inverter (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücke aus zwei Halbleiter-Schalter (31, 32) aufgebaut ist, insbesondere, dass die Halbleiter-Schalter MOSFET sind.
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