DE4244721A1 - Elektrische Maschine mit fluidgekühlten Halbleiterelementen - Google Patents
Elektrische Maschine mit fluidgekühlten HalbleiterelementenInfo
- Publication number
- DE4244721A1 DE4244721A1 DE19924244721 DE4244721A DE4244721A1 DE 4244721 A1 DE4244721 A1 DE 4244721A1 DE 19924244721 DE19924244721 DE 19924244721 DE 4244721 A DE4244721 A DE 4244721A DE 4244721 A1 DE4244721 A1 DE 4244721A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cooling fluid
- machine according
- semiconductor element
- cooling
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
- H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
- H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/4901—Structure
- H01L2224/4903—Connectors having different sizes, e.g. different diameters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1301—Thyristor
- H01L2924/13033—TRIAC - Triode for Alternating Current - A bidirectional switching device containing two thyristor structures with common gate contact
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
- H01L2924/1815—Shape
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit
fluidgekühlten Halbleiter-Ventilen.
Zur Steuerung elektrischer Geräte und Maschinen werden in
großem Umfang Halbleiterventile eingesetzt. Maßgebend für
die Art des einzusetzenden Ventils ist einerseits die
Größe der zu steuernden Leistung und andererseits die
maximale Betriebsfrequenz. Thyristoren und Triacs werden
bei Netzfrequenz, d. h. in der Größenordnung von 50 Hz,
eingesetzt und erlauben Leistungssteuerungen bis in der
Größenordnung von 10 Megawatt. Für eine Vielzahl Anwen
dungsfälle, insbesondere bei der Steuerung elektrischer
Maschinen, werden jedoch höhere Schaltfrequenzen bis nahe
an den Mega-Hertz-Bereich gefordert. Für Anwendungsfälle
dieser Art werden Leistungstransistoren eingesetzt. Im
Frequenzbereich um 10 kHz bei Leistungen in der Größen
ordnung zwischen 10 und 100 kW können BIMOS-Leistungs
transistoren und IGBT-Leistungstransistoren (Insulated
Gate Bipolar Transistor) eingesetzt werden. Zu höheren
Frequenzen hin, jedoch bei niedrigeren Leistungen, werden
üblicherweise MOSFET-Leistungstransistoren eingesetzt.
Leistungshalbleiterelemente müssen gekühlt werden. Im
aktiven Bereich des Halbleiterelements dürfen die Tempe
raturen nicht über verhältnismäßig niedrige Temperatur
werte hinaus ansteigen. Die Verlustwärme muß nicht nur
durch das Halbleitersubstrat hindurch abgeführt werden,
sondern auch durch Elektrodenplattierungen und mehr
schichtige Trägerplatten, auf die das Halbleitersubstrat
aufgebracht ist. Bei Leistungstransistoren der vorstehend
erläuterten Art ist das Halbleitersubstrat zumindest auf
einer Seite flächig mit einer den gesamten aktiven Be
reich des Substrats überlappenden, je nach Typ den Kol
lektor oder die Drain-Elektrode bildenden Basis-Metall
plattierung versehen. Die übrigen Elektroden des Transi
stors, also Basis und Emitter oder Gate- bzw. Source-
Elektrode, sind auf der gegenüberliegenden Flachseite des
Halbleitersubstrats zugänglich. Bei herkömmlichen Lei
stungstransistoren schließt an die flächige Basis-Metall
plattierung eine fluidgekühlte Kühlkörperanordnung an,
die die Verlustwärme des aktiven Bereichs des Transistors
durch das Halbleitersubstrat und die Basis-Metallplattie
rung hindurch abführt. Da die Temperatur im aktiven
Bereich gleichmäßig innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte
gehalten werden muß, kommt es darauf an, daß die Kühlkör
peranordnung flächig mit gleichmäßigen Wärmeübergangsei
genschaften an das Halbleitersubstrat des Halbleiterele
ments anschließt. Ein direkter Anschluß des Kühlkörpers
an das Halbleitersubstrat ist angesichts der hohen Span
nungen (1000 V und mehr) und hohen Ströme (beispielsweise
100 Ampere) in der Regel nicht möglich, so daß das Halb
leitersubstrat auf einem Isolierträger aufgebracht werden
muß, über den bei bisherigen Leistungstransistoranordnun
gen die Verlustwärme aus dem Halbleiterelement in die
Kühlanordnung abgeleitet werden muß. So ist es üblich,
das Halbleiterelement auf einer beidseitig kupferplat
tierten Keramikplatte aufzubringen und die Keramikplatte
mit der dem Halbleiterelement fernen Seite auf eine
Trägerplatte, zum Beispiel aus Stahl, aufzulöten. Die
Stahlplatte wird ihrerseits mit einer Zwischenschicht
einer Wärmeleitpaste auf das beispielsweise wassergekühl
te Kühlelement aufgesetzt.
Geeignete Kühlkörperanordnungen sind beispielsweise aus EP-A-447 835 bekannt. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß die Schaltleistungskapazität von
Leistungstransistoren vielfach nicht vollständig ausge
nutzt werden kann, oder aber es zu Ausfällen von Lei
stungstransistoren kommt, wenn in der die Keramikplatte
mit der Stahlplatte verbindenden Lötschicht oder in der
Wärmeleitpastenbeschichtung Inhomogenitäten verbleiben,
die zu einer lokalen Überhitzung des Halbleiterelements
und damit zur Zerstörung des Transistors führen können.
Zur Verbesserung der Kühlwirkung von Leistungstransisto
ren ist es bekannt, die auf der substratfernen Seite
angeschlossenen Zuleitungsbänder mit Kühlkörpern zu
versehen, die die Kühlung des aktiven Bereichs des Halb
leiterelements verstärken (EP-A-252 429 und EP-A-449
435). Gleichfalls ist es bekannt (EP-A-260 370), auf der
von der aktiven Fläche fernen Flachseite des Halbleiter
elements einen mit Kühlrippen versehenen Kühlkörper
stoffschlüssig anzubringen und die Kühlrippen einer
Kühlluftströmung auszusetzen.
Schließlich ist es aus der DE-A-41 01 205 bekannt,
das plattenförmige Halbleiterelement einer Leistungsdiode
bzw. eines Leistungsthyristors in einem Kühlfluidkanal
anzuordnen und beidseitig durch nachgiebige Kontaktbür
sten zu kontaktieren. Die Kontaktbürsten bestehen jeweils
aus einer Vielzahl einzelner untereinander paralleler
Drahtstücke, die durch das am Halbleiterelement entlang
strömende Kühlfluid gekühlt werden. Die Kontaktbürsten
erlauben jedoch keine flächige Wärmeabfuhr, wie sie für
die Kühlung des Halbleiterelements eines Leistungstransi
stors erforderlich wäre. Als Kühlfluid wird in DE-A-
41 01 205 Wasser, Luft, Öl oder ein kohlenwasserstoffhal
tiges Kühlmittel vorgeschlagen.
Bei herkömmlichen, von elektrischen Ventilen gesteuerten
elektrischen Geräten oder Maschinen sind die elektrischen
Ventile in der Regel gesondert von dem zu steuernden
elektrischen Gerät angeordnet, und für die Kühlung der
Ventile einerseits und des Geräts andererseits sind in
der Regel gesonderte Kühlkreisläufe vorgesehen. Dies
trifft insbesondere für elektrische Maschinen, d. h.
elektrische Generatoren oder Motoren zu, die über elek
trische Ventile geschaltet und/oder kommutiert werden
sollen. Kompakte elektrische Maschinen hoher Leistungs
dichte sind erforderlich, wenn sie zum Antrieb von Fahr
zeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, eingesetzt wer
den, wie dies zum Beispiel in P. Ehrhart "Das elektrische
Getriebe von Magnet-Motor für PKW und Omnibusse" VDI
Berichte Nr. 178, 1991, Seiten 611 bis 622, beschrieben
ist. Für solche Anwendungsfälle geeignete Motoren sind
beispielsweise aus der EP-A-159 005 bekannt; Steuerschal
tungen für solche Motoren sind in der EP-A-340 686 be
schrieben. Derartige Motoren haben beispielsweise eine
Leistung von mehreren 100 kW bei einer Betriebsspannung
von etwa 1000 V und entsprechenden Strömen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den Platzbedarf einer
elektrischen Maschine, bei der es sich um einen Generator
oder einen Motor, insbesondere für die Verwendung in
einem Fahrzeugantrieb handeln kann, weiter zu verringern
und zugleich das Betriebsverhalten der Maschine zu ver
bessern.
Ausgehend von einer elektrischen Maschine, deren Feld
wicklungen an von einer Steuerschaltung steuerbare Halb
leiter-Ventile, insbesondere in Form von Leistungstransi
storen angeschlossen sind, wird dieses Ziel dadurch er
reicht, daß die Feldwicklung in Wärmetauschkontakt mit
einer Fluid-Kühlanordnung steht, in deren zu einer Bau
einheit mit den Feldwicklungen vereinigten Kühlfluidkanal
die Kühlanordnung eine Zwangsströmung eines Kühlfluids,
insbesondere einer Kühlflüssigkeit, erzeugt und daß die
Halbleiterventile ebenfalls Bestandteil der Baueinheit
sind und mit dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkanal gleich
falls in Wärmetauschkontakt steht. Die Halbleiterventile
sind damit in die elektrische Maschine integriert und
werden gemeinsam gekühlt. Die Halbleiterventile können
kompakter aufgebaut werden als bisher üblich. Die räumli
che Nähe der zu schaltenden Feldwicklungen zu den Halb
leiterventilen mindert darüber hinaus Zuleitungsindukti
vitäten beträchtlich, was die Schaltgeschwindigkeit der
Halbleiterventile erhöht und dadurch das Betriebsverhal
ten der elektrischen Maschine verbessert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die Feldwick
lungen der elektrischen Maschine eine Statorwicklung und
sind in Umfangsrichtung des Stators verteilt angeordnet,
wie dies beispielsweise in der EP-A-159 005 beschrieben
ist. Um die Zuleitungen möglichst kurz zu halten, sind
die Halbleiterventile an dem Stator in räumlicher Nach
barschaft der mit ihnen verbundenen Feldwicklung bzw.
Feldwicklungen angeordnet.
Der Stator der zweckmäßigerweise einen Permanentmagnet
rotor, insbesondere einen Permanentmagnet-Außenrotor
umfassenden Maschine hat bevorzugt ein die Feldwicklungen
tragendes Blechpaket mit einer zentrischen Aussparung, in
der zumindest ein Teil der Halbleiterventile angeordnet
ist. Dementsprechend verlaufen auch Teile des Kühlfluid
kanals durch diese Aussparung. Zumindest ein Teil der
Halbleiterventile kann jedoch auch im Bereich einer
axialen Stirnwand des Stators in Wärmetauschkontakt mit
in diesem Bereich verlaufenden Teilen des Kühlfluidkanals
stehen. In beiden Fällen kann ohnehin vorhandener Bauraum
oder aber ohnehin bereits für Teile des Kühlfluidkanals
genutzter Bauraum zur Unterbringung der Halbleiterventile
ausgenutzt werden. Die Anordnung sollte jedoch so getrof
fen sein, daß die Feldwicklungen in Strömungsrichtung des
Kühlfluids hinter den Halbleiterventilen in Wärmetausch
kontakt mit dem Kühlfluid stehen, um die Kühlung der
Halbleiterventile vorrangig sicherzustellen.
Bei den Halbleiterventilen der vorstehend erläuterten
elektrischen Maschine handelt es sich bevorzugt um fluid
gekühlte Leistungstransistoranordnungen. Um zuverlässiger
als bisher für eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiter
elements der Leistungstransistoranordnung der Maschine zu
sorgen, werden bevorzugt Leistungstransistoranordnungen
vorgesehen, welche umfassen:
- - ein plattenförmiges Transistor-Halbleiterelement, das auf einer ersten seiner Flachseiten eine die gesamte Flachseite abdeckende, geschlossenflächig stoffschlüs sig an mit dem Halbleiterelement verbundene Metallelek trode und auf seiner zweiten Flachseite mehrere im Abstand voneinander stoffschlüssig an dem Halbleiter element angebrachte Anschlüsse trägt,
- - einen in Richtung der ersten Flachseite über das Halb leiterelement vorstehenden, elektrisch isolierenden Isolierträger, an dem das Halbleiterelement mit dem Isolierträger zugewandter erster Flachseite gehalten ist und
- - eine in Wärmeübertragungskontakt mit zumindest einer der Flachseiten des Halbleiterelements stehende Fluid- Kühlanordnung mit einem Kühlfluidkanal und Mitteln zur Erzeugung einer Zwangsströmung eines Kühlfluids in dem Kühlfluidkanal, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß der Isolierträger oder/und das Halbleiterele ment mit einer seiner gegebenenfalls mit einer Schutzbe schichtung versehenen Flachseiten direkt der Kühlfluid- Zwangsströmung in dem Kühlfluidkanal ausgesetzt ist.
Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, die bei
herkömmlichen Leistungstransistoren für die Befestigung
am Kühlkörper vorgesehenen Trägerplatten bis auf den für
den Betrieb erforderlichen Isolierträger wegzulassen
und statt dessen den Isolierträger bzw. das gegebenen
falls mit einer dünnen Schutzbeschichtung versehene
Halbleiterelement direkt und über seine gesamte Flachsei
tenfläche dem Kühlfluid auszusetzen. Auf diese Weise
läßt sich eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiterele
ments erreichen, da stoffschlüssige Verbindungen zwi
schen aufeinanderfolgenden Materialschichten, beispiels
weise von Trägerplatten oder dergleichen, auf ein Minimum
beschränkt sind. Bei dem Kühlfluid kann es sich um ein
Gas, vorzugsweise ein unter Druck stehendes Gas, wie zum
Beispiel Stickstoff, oder eine Flüssigkeit, wie zum
Beispiel Wasser oder Öl, speziell Öl auf Mineralbasis
oder Paraffinbasis, oder ein synthetisches Öl handeln; es
kann sich aber auch um ein Zwei-Phasen-Fluid, vorzugswei
se ein Kältemittel oder CO2 handeln.
Diese Idee ist speziell für IGBT-Leistungstransistoren
geeignet, jedoch auch für MOSFET-Leistungstransistoren,
die bei hohen Betriebsfrequenzen Leistungen im Bereich
von 100 kW und mehr und insbesondere Ströme von 5-100 A
bei Spannungen von 100-1000 V schalten können.
Der Isolierträger wird wie bisher zur Befestigung des
Halbleiterelements ausgenutzt. Bei dem Isolierträger kann
es sich um eine Trägerplatte aus Isoliermaterial, insbe
sondere Keramik handeln, an der das Halbleiterelement mit
seiner Metallelektrode geschlossenflächig, stoffschlüssig
angebracht ist. Alternativ kann der Isolierträger aber
auch als zumindest auf einer Flachseite mit einer Iso
lierschicht versehene Metallplatte ausgebildet sein, also
beispielsweise als mit einer isolierenden Oxidschicht
versehene Metallplatte ausgebildet sein. Die letztgenann
te Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
die Metallplatte zugleich integral die Metallelektrode
bildet.
Das Halbleiterelement kann vollständig in dem Kühlfluid
kanal angeordnet sein, so daß das Kühlfluid sowohl auf
der Seite des zweckmäßigerweise als Platte ausgebildeten
Isolierträgers als auch auf der dem Isolierträger abge
wandten Seite des Halbleiterelements kühlend entlang
strömt. In einer bevorzugten Ausgestaltung mit einem
plattenförmigen Isolierträger ist jedoch vorgesehen, daß
der Isolierträger eine Wand des Kühlfluidkanals bildet.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn der Isolierträger mehrere Halbleiterelemente neben
einander, insbesondere in Richtung der Kühlfluid-Zwangs
strömung hintereinander angeordnet gemeinsam trägt, da
sich auf diese Weise mehrere elektrische Ventile, bei
spielsweise in Form von ein oder mehreren Halb- oder
Vollbrücken modulartig aufbauen lassen. Zu besonders
einfachen Lösungen gelangt man, wenn zumindest zwei sich
gegenüberliegende Wände des Kühlfluidkanals durch plat
tenförmige, jeweils wenigstens ein Halbleiterelement
tragende Isolierträger gebildet sind. Um eine gleichmäßi
ge Kühlung und Wärmedehnung zu erreichen, tragen die
beiden sich gegenüberliegenden Isolierträger bevorzugt
eine gleiche Anzahl Halbleiterelemente. In der einfach
sten Ausgestaltung genügt es, wenn die sich gegenüberlie
genden Isolierträger durch Dichtleisten zu einem in
Umfangsrichtung geschlossenen Kühlfluidkanal verbunden
sind.
Bei den vorstehend erläuterten Ausgestaltungen, bei
welchen die Isolierträger Wände des Kühlfluidkanals
bilden, können die Halbleiterelemente auf der Innenseite
des Kühlfluidkanals oder auch auf der Außenseite angeord
net sein, wobei letztere Gestaltung den Vorteil hat, daß
sie leichter angeschlossen werden kann.
Bei herkömmlichen Leistungstransistoren überlappt der
üblicherweise plattenförmige Isolierträger geschlossen
flächig das Halbleiterelement. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung kann im Gegensatz zu Isolier
trägern herkömmlicher Leistungstransistoren der Isolier
träger auch so ausgebildet sein, daß er nur partiell mit
dem Halbleiterelement überlappt, vorzugsweise gerade so
viel, daß das Halbleiterelement dauerhaft an dem Isolier
träger befestigt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß
auch die mit der Metallelektrode versehene Flachseite des
Halbleiterelements ohne Zwischenschaltung des Isolierträ
gers unmittelbar der Kühlfluidströmung ausgesetzt werden
kann. Als Isolierträger werden damit Wände des Kühlfluid
kanals ausgenutzt. Der Isolierträger, bei dem es sich
wiederum um eine Isoliermaterial-Platte handeln kann, ist
mit einer durchgehenden Aussparung versehen, an deren
Rändern das Halbleiterelement befestigt ist, und zumin
dest mit seiner ersten Flachseite durch die Aussparung
hindurch der Kühlfluidströmung ausgesetzt ist. Insbeson
dere kann der Isolierträger quer zur ersten Flachseite
des Halbleiterelements verlaufende Seitenwände des
Kühlfluidkanals bilden, beispielsweise in
der Form, daß der Isolierträger zumindest im Bereich der
Aussparung im wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, so
daß an den Rändern der durch den U-förmigen Querschnitt
gebildeten Schenkel das Halbleiterelement aufsitzt.
Es versteht sich, daß auch in der Ausgestaltung, bei
welcher der Isolierträger lediglich teilweise mit den
Flachseiten des Halbleiterelements überlappt, mehrere der
Halbleiterelemente an einem gemeinsamen Isolierträger zu
einem Modul zusammengefaßt werden könnten. Dies kann
beispielsweise dadurch geschehen, daß der Isolierträger
als Profilkörper ausgebildet ist, der wenigstens ein oder
mehrere in Strömungsrichtung des Kühlfluids hintereinan
der angeordnete Halbleiterelemente trägt, von denen jedes
zumindest einen Leistungstransistor umfaßt. Der zur
Bildung des Kühlfluidkanals ausgenutzte Isolierträger
kann neben den quer zum Halbleiterelement verlaufenden
Seitenwänden des Kühlfluidkanals auch Teile der in der
Ebene des Halbleiterelements verlaufenden Wände bilden.
Bei der vorstehend erläuterten Ausgestaltung können die
Halbleiterelemente jeweils für sich und voneinander
gesondert an dem Profilkörper befestigt sein. Nachdem die
Halbleiterelemente jedoch entsprechend herkömmlichen
Herstellungsverfahren in größerer Anzahl auf einem ge
meinsamen Halbleitersubstrat hergestellt werden, ist in
einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß jeweils
mehrere einteilig miteinander verbundene Halbleiterele
mente an dem Profilkörper befestigt werden. Dies erleich
tern die Abdichtung des Kühlfluidkanals.
Eine besonders einfache Ausgestaltung, bei welcher mehre
re Halbleiterelemente zu einem Modul zusammengefaßt
werden können, sieht vor, daß zumindest zwei sich gegen
überliegende Wände des Kühlfluidkanals im wesentli
chen vollständig durch jeweils wenigstens ein Halbleiter
element gebildet sind und die sich gegenüberliegenden
Halbleiterelemente durch Dichtleisten zu einem in Um
fangsrichtung geschlossenen Kühlfluidkanal verbunden
sind. Die Dichtleisten können durch Wände gebildet sein,
die gegebenenfalls in ihrer Höhe die Breite der Halblei
terelement übertreffen; bei den Dichtleisten kann es sich
aber auch um vergleichsweise flache Leisten handeln.
Bei der Kühlfluidströmung handelt es sich um eine Zwangs
strömung, um einen hinreichenden Wärmetransport zu ge
währleisten. Um eine Verschmutzung oder Kontaminierung
des Halbleiterelements oder des Isolierträgers zu verhin
dern, umfaßt die Fluid-Kühlanordnung zweckmäßigerweise
einen geschlossenen Kühlfluidkreislauf, in welchem das
Kühlfluid nacheinander durch den Kühlfluidkanal und einen
Kühler, d. h. einen die Wärme abgebenden Wärmetauscher,
zirkuliert. Soweit als Kühlfluid ein Zwei-Phasen-Fluid
benutzt wird, umfaßt der Kühlfluidkreislauf bevorzugt
einen Verdampfer und einen Kondensator, wobei der Kühl
kanal den Verdampfer bildet. Eine solche nach Art einer
Wärmepumpe arbeitende Anordnung erlaubt auch bei geringe
rer Fluidströmung hinreichende Kühlung.
Insbesondere bei Isolierträgern, die vollflächig mit dem
Halbleiterelement verbunden sind, kann die Kühlleistung
erhöht werden, wenn der Isolierträger auf seiner dem
Halbleiterelement abgewandten, der Kühlfluidströmung
ausgesetzten Seite mit einer seine Wärmetauschfläche
vergrößernden Struktur, insbesondere Rippen oder Vor
sprüngen, versehen ist. Soweit im Vorstehenden von plat
tenförmigen Isolierträgern die Rede ist, sollen derartige
Strukturen jeweils mit eingeschlossen sein.
Die Verwendung von Rippen oder dergleichen zur Vergröße
rung der Wärmetauschflächen bei Kühlanordnungen, wie zum
Beispiel Kühlkörpern oder dergleichen, ist bekannt. Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung betrifft Maßnahmen,
durch die die Kühlleistung der Fluid-Kühlanordnung erhöht
werden kann. Eine solche Fluid-Kühlanordnung kann nicht
nur bei einer Leistungstransistoranordnung der vorstehend
erläuterten Art eingesetzt werden, sondern eignet sich
allgemein zur Kühlung von Halbleiterelementen, gegebenen
falls auch solchen mit indirekter Kühlung über einen
fluidgekühlten Kühlkörper. Hierbei ist vorgesehen, daß
zumindest ein Teil der Wandoberfläche des Kühlfluid
kanals, der der Kühlfluidströmung ausgesetzt ist, bzw.
bei einer Leistungstransistoranordnung gemäß der vorste
hend erläuterten Art zumindest ein Teil der Oberfläche
des Isolierträgers oder des Halbleiterelements mit einer
die Dicke der Kühlfluid-Strömungsgrenzschicht mindernden
Oberflächen-Mikrostruktur versehen ist. Hierbei wird von
der Überlegung ausgegangen, daß der Kühleffekt der Kühl
fluidströmung umso größer ist, je geringer die Dicke der
Strömungsgrenzschicht ist, innerhalb der die Kühlfluid
strömung auf Scherung beansprucht und gebremst wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß Mikrostrukturen,
die die Oberflächenreibung mindern, eine Verbesserung der
Kühlwirkung einer Kühlfluidströmung bewirken, da sie die
Grenzschichtdicke herabsetzen. Mikrostrukturen, die die
Reibung von Flüssigkeiten an Oberflächen mindern, sind
bekannt und wurden unter anderem an der Haut von Haifi
schen studiert (D. Bechert und M. Bartenwerfer "The
Viscous Flow on Surfaces with Longitudinal Ribs" J.
Fluidmec. 1989), Vol. 206, Seiten 105 bis 129, und D.
Bechert, G. Hoppe "On the Drag Reduction of the Shark
Skin" AIAA Share Flow Control Conference, March 12-14,
1985, Boulder, Colorado).
Als besonders geeignet zur Kühlleistungsverbesserung
haben sich Mikrostrukturen erwiesen, die als Rippenmuster
mit in Strömungsrichtung der Kühlfluidströmung langge
streckten, im wesentlichen parallelen Mikrorippen ausge
bildet sind, und zwar insbesondere dann, wenn die Mikro
rippen zumindest angenähert zu einer Schneide sich ver
jüngende Rücken haben. Die Höhe der Rippen und ihr Quer
abstand liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung der
Grenzschichtdicke oder ist kleiner als die Grenzschicht
dicke. Bei dem Kühlfluid handelt es sich zweckmäßigerwei
se um ein Einstoffsystem.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische
Darstellung einer fluidgekühlten Leistungs
transistoranordnung;
Fig. 2 bis 4 Schnittansichten von Varianten der Lei
stungstransistoranordnung nach Fig. 1;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines fluidge
kühlten Moduls mit mehreren Leistungstransisto
ren;
Fig. 6 eine Schnittansicht des Moduls, gesehen entlang
einer Linie VI-VI in Fig. 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Variante des Moduls aus
Fig. 5;
Fig. 8 eine Schnittansicht einer aus mehreren Modulen
bestehenden Baueinheit;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Flüssigkeits
kühlanordnung für einen Leistungstransistor;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Kältemittel-
Kühlanordnung für einen Leistungstransistor;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Kühlanordnung
mit gasförmigem Kühlfluid für einen Leistungs
transistor;
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer Oberflä
chen-Mikrostruktur zur Verbesserung der Kühl
leistung eines fluidgekühlten elektrischen Ven
tils;
Fig. 13 eine Variante der Oberflächen-Mikrostruktur,
Fig. 14 eine Schnittansicht durch die Oberflächen-Mikro
struktur, gesehen entlang einer Linie XIV-XIV in
Fig. 13;
Fig. 15 einen schematischen Teilschnitt durch eine von
Fluid gekühlten elektrischen Ventilen gesteuerte
elektrische Maschine und
Fig. 16 und 17 Teilschnitte durch Varianten der
elektrischen Maschine.
Fig. 1 zeigt in einer Darstellung, in der die Dickenver
hältnisse der einzelnen Komponenten nicht maßstabsgetreu
sind, ein Leistungstransistormodul, hier ein IGBT-Modul,
mit einem ersten Chip bzw. Halbleiterelement 1 mit einer
mehrere Leistungstransistoren umfassenden Transistor
schaltung und einem zweiten Chip bzw. Halbleiterelement
3, welches die Steuerelektronik und Schutzbeschaltung für
die Leistungstransistoren enthält und über Verbindungs
leitungen 5 mit dem ersten Halbleiterelement 1 verbunden
ist. Die Halbleiterelemente 1, 3 sind stoffschlüssig mit
einer beispielsweise eutektisch erzeugten, insbesondere
aus Kupfer bestehenden Metallplattierung 7 fest verbunden.
Die Metallplattierung 7 bildet den Kollektor der Leistungs
transistoren des Halbleiterelements 1 und ist ebenso wie
mit dem Halbleiterelement 1 mit einer keramischen Isolier
platte 9 stoffschlüssig, flächig und homogen verbunden. Die
Isolierplatte 9 ist teilweise randseitig in Schienen 11 eines
in Umfangsrichtung geschlossenen Kühlfluidkanals 13 gehalten,
und zwar so, daß sowohl die der Isolierplatte 9 abgewandte
Flachseite des Halbleiterelements 1 als auch die dem Halblei
terelement 1 abgewandte Flachseite der Isolierplatte 9 einer
durch Pfeile 15 angedeuteten Kühlfluidströmung ausgesetzt ist.
Als dünne Drähte ausgebildete Steuerleitungen 17 und als
Kupferbänder ausgebildete Stromschienen 19 verbinden die
Schaltungen der Halbleiterelemente 1, 3 mit auf der Außenseite
des Kühlkanals 13 angeordneten Anschlüssen 21. Von den beiden
Halbleiterelementen ist zumindest das Halbleiterelement 1,
was den Wärmedurchgang anbetrifft, im wesentlichen unmittelbar
dem Kühlfluidstrom 15 ausgesetzt, so daß es von beiden Seiten
ganzflächig gekühlt wird. Trotz kompakter Abmessungen läßt
sich auf diese Weise eine hohe Leistungsdichte erreichen.
Da zwischen dem Halbleiterelement 1 und der Isolierplatte 9
lediglich die Metallplattierung 7 als einzige Zwischenschicht
verbleibt, läßt sich mit hinreichender Sicherheit eine homo
gene, stoffschlüssige Verbindung zwischen Halbleiterelement 1
und Isolierplatte 9 erreichen, was der Temperaturfestigkeit
und Betriebssicherheit des IGBT-Moduls zugute kommt. Die
Schiene 11 ist vorzugsweise elastisch und isolierend (z. B.
aus Silikonkautschuk) ausgeführt.
In dem Kühlkanal 13 können mehrere IGBT-Module in Strö
mungsrichtung 15 hintereinander auf einer gemeinsamen
Isolierplatte angeordnet sein, wie dies bei 23 angedeutet
ist. Es versteht sich, daß das Kühlfluid nicht auf beiden
Seiten der Isolierplatte 9 durch den Kühlkanal 13 gelei
tet werden muß. Im Einzelfall kann es genügen, wenn
lediglich auf der den Halbleiterelementen 1, 3 abgewand
ten Seite zwischen Isolierplatte 9 und Kühlkanal 13 ein
Kühlfluid hindurchströmt. Alternativ kann auch lediglich
der die Halbleiterelemente 1, 3 überdeckende Teil des
Kühlkanals 13 vorhanden bzw. für die Kühlfluidströmung
ausgenutzt sein. Es versteht sich, daß anstelle von IGBT-
Modulen die Halbleiterelemente 1, 3 auch mit anderen
Leistungstransistortypen realisiert sein können, bei
spielsweise Bipolar-Leistungstransistoren oder MOSFET-
Leistungstransistoren mit oder ohne Treiberstufen oder
Schutzbeschaltung. Auch kann die auf dem Halbleiter
element 3 vorgesehene Steuerschaltung gegebenenfalls
durch eine externe elektronische Schaltung ersetzt sein.
Fig. 2 zeigt eine Variante des IGBT-Moduls, die sich von
dem Aufbau der Fig. 1 lediglich dadurch unterscheidet, daß
die über die Metallisierung 7a stoffschlüssig und ganzflächig
auf der keramischen Isolierplatte 9a befestigten, wiederum
plattenförmigen Halbleiterelemente 1a, 3a bis auf die Kon
taktstellen der Steuerleitungen bzw. der Kontaktbänder 19a
mit einer dünnen Schutzschicht 25 überzogen sind, die die
aktive Zone der Halbleiterelemente 1a, 3a vor Kontaminierung
mit dem Kühlfluid schützt. Bei der Schutzschicht 25 kann es
sich beispielsweise um eine Beschichtung aus Silikonkautschuk
handeln, die von einer Metallfolie nach außen hin abgedeckt
ist. Zur weiteren Erläuterung wird hier, wie auch bei den
nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen, auf die
vorangegangenen Figuren und deren Beschreibung Bezug genom
men, wobei zur Bezeichnung gleichwirkender Komponenten die
Bezugszahlen der vorangegangenen Figuren benutzt werden,
allerdings unter Hinzufügung eines unterscheidenden Buch
stabens.
Fig. 3 zeigt eine Variante eines IGBT-Moduls, dessen
Halbleiterelemente 1b, 3b auf einer der Funktion nach der
Metallisierung 7 entsprechenden Metallplatte 7b, bei
spielsweise einer Kupferplatte, geschlossenflächig,
stoffschlüssig befestigt sind. Die Metallplatte 7b ist
außerhalb der Bereiche der Halbleiterelemente 1b, 3b,
zumindest jedoch auf der den Halbleiterelementen 1b, 3b
abgewandten Flachseite mit einer Isolierschicht, bei
spielsweise einer dünnen Oxidschicht 9b, versehen. Die
Metallplatte 7b übernimmt neben der Elektrodenfunktion
die Befestigungsfunktion der Isolierplatte 9 aus Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei welcher die Halbleiter
elemente 1c, 3c ganzflächig auf einer Metallisierung 7c
angeordnet sind, die zugleich Elektrodenfunktion hat. Die
Isolierplatte 9c ist hingegen mit einer durchgehenden,
zumindest von dem die Leistungstransistoren enthaltenden
Halbleiterelement 1c überlappten Aussparung 27 versehen,
durch die hindurch das Kühlfluid unmittelbar in Wärmetausch
kontakt mit der Metallisierung 7c und damit dem Halblei
terelement 1c treten kann, was die Verlustwärmeabfuhr er
leichtert. Die Aussparung 27 überlappt das Halbleiterele
ment 1c im wesentlichen vollständig. Das Halbleiterelement
1c ist lediglich im Randbereich der Aussparung 27 auf der
Isolierplatte 9c abgestützt. Wie in Fig. 4 durch eine ge
strichelte Linie 13c angedeutet, kann der Kühlkanal zusam
men mit der Isolierplatte 19c auch die Form eines Profil
rohres, hier eines gegebenenfalls einteiligen Rechteckrohrs,
haben, auf dem die Halbleiterelemente 1c, 3c nachträglich
und von außen befestigt werden. Es versteht sich, daß derar
tige Kühlkanalkonstruktionen auch bei den Varianten der
Fig. 1 bis 3 eingesetzt werden können.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das es erlaubt,
mehrere IGBT-Module, von denen jedes wie auch bei den
zuvor erläuterten Beispielen ein elektrisches Ventil
bildet zu Ventilmodulen, insbesondere in Form von Halb
brücken oder Vollbrücken, teils in Parallel- oder
Serienschaltung, gegebenenfalls auch mehreren
dieser Brücken zusammenzufassen. Der allgemein mit 29
bezeichnete Modul umfaßt zwei zueinander parallel ange
ordnete, aus Keramikmaterial bestehende Isolierplatten
9d, die entlang ihrer Längsränder durch vorzugsweise
elastische Dichtleisten 31 zu einem in Umfangsrichtung
geschlossenen Kühlkanal 13d verbunden sind. Pfeile 15d
deuten wiederum die Strömungsrichtung des Kühlfluids an.
Jede der beiden Isolierplatten 9d trägt auf ihrer kühl
kanalfernen Flachseite mehrere in Strömungsrichtung 15d
hintereinander angeordnete Halbleiterelemente 1d, von
denen jedes ein gesondertes IGBT-Ventil bildet. Die
Anzahl der Halbleiterelemente 1d auf jeder der beiden
Isolierplatten 9d ist gleich. Die Halbleiterelemente 1d
sind, wie Fig. 6 erkennen läßt, wiederum über Metallisie
rungen 7d auf die Isolierplatten 9d ganzflächig form
schlüssig aufgebracht. Die Anschlüsse sind bei 19d zu
erkennen. Halbleiterelemente mit Steuerschaltungen oder
dergleichen können vorhanden sein, sind jedoch nicht
dargestellt. Es versteht sich, daß die Varianten der Fig.
2 bis 4 auch bei dem Modul 29 eingesetzt werden können.
In Fig. 5 sind die Halbleiterelemente 1d jedes Ventils
voneinander gesondert und im Abstand auf den Isolierplat
ten 9 angeordnet. Da Halbleiterelemente der in Rede
stehenden Art üblicherweise in gleicher Gestaltung mehr
fach nebeneinander auf Halbleitersubstratscheiben herge
stellt werden, können gegebenenfalls auch mehrere der
Halbleiterelemente 1d einstückig miteinander verbunden
sein, wie dies in Fig. 5 bei 33 angedeutet ist.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante, die auf integral
miteinander verbundenen Halbleiterelementen 1e aufbaut.
Die Halbleiterelemente 1e von jeweils mehreren elektri
schen Ventilen werden gemeinsam aus der vorstehend er
wähnten Substratscheibe ausgeschnitten und mit einer
Metallisierung 7e versehen. Die Halbleiterelementplatten
1e sind zueinander parallel angeordnet und sind über
abdichtende Abstandleisten 31e miteinander verbunden.
Zusammen mit den Abstandleisten 31e begrenzen die Halb
leiterelementplatten 1e einen in Umfangsrichtung ge
schlossenen Kühlkanal 13e. Die Anschlüsse der Ventile
sind bei 19e angedeutet.
Fig. 8 zeigt schematisch, wie mehrere der Module 29 gemäß
den Fig. 5 bis 7 zu einer Baueinheit vereinigt werden
können. Die Module 29f sind in einem gemeinsamen Gehäuse
35 zueinander parallel in elastischen Schienen 37 gehal
ten. Ihr Kühlkanal 13f ist an einem Ende mit einem ge
meinsamen Kühlfluid-Zuleitungskanal 39 und am anderen
Ende mit einem gemeinsamen Kühlfluid-Ableitungskanal 41
verbunden. Den Modulen 29f sind in der Modulebene ange
ordnete Stützstege 43 zugeordnet, die mit Anschlußorganen
45 versehen sind. Die Anschlußorgane 45 dienen dem An
schluß der Steuerleitungen und Stromschienen und sind,
wie durch Leitungen 19f angedeutet, mit den Halbleiter
elementen 1f der Module 29f verbunden.
Bei dem Kühlfluid kann es sich um ein unter Atmosphären
überdruck stehendes Gas, beispielsweise Stickstoff, eine
Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, oder ein Öl, spe
ziell ein Öl auf Mineralbasis, auf Paraffinbasis oder um
ein synthetisches Öl handeln. Geeignet sind aber auch
Zwei-Phasen-Fluide, wie zum Beispiel Kältemittel oder
CO2. Das Kühlfluid wird in einer Zwangsströmung im Kreis
lauf durch den Kühlkanal geleitet.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Kühlanord
nung mit einer Flüssigkeit als Kühlfluid. Die Kühlflüs
sigkeit wird von einer Pumpe 47 über einen Kühler bzw.
Wärmetauscher 49 dem Kühlkanal 13g im Kreislauf zugeführt.
Die Kühlanordnung umfaßt einen Temperaturregelkreis 51,
der mittels eines Temperaturfühlers 53 die Temperatur des
bei 1g angedeuteten, in Wärmetauschkontakt mit der Kühl
flüssigkeit stehenden Halbleiterelements mißt und bei
spielsweise mittels eines Lüfters 55, der die Kühllei
stung des Kühlers 49 beeinflußt, die Halbleitertemperatur
auf einen bei 57 einstellbaren Sollwert hält. Bei 59 ist
der Vollständigkeit halber ein Ausgleichsgefäß für Kühl
flüssigkeit angedeutet.
Fig. 10 zeigt eine Variante, bei der zur Kühlung des
Halbleiterelemente 1h ein Zwei-Phasen-Kältemittel einge
setzt wird. Nach Art einer Wärmepumpe wird das von einem
Kompressor 61 verdichtete Kältemittel in einem Kondensa
tor 63, zum Beispiel mittels eines Lüfters 65 abgekühlt und
verflüssigt. Der Kühlkanal 13h bildet einen Verdampfer, in
welchem das flüssige Kältemittel über eine Düse 67 oder
dergleichen eingeführt und durch Wärmeaufnahem verdampft
wird. Die Verwendung des Kältemittels als Kühlfluid
erlaubt kompakteren Aufbau der Kühlanordnung.
Fig. 11 zeigt der Vollständigkeit halber einen geschlos
senen Kühlmittelkreislauf für ein gasförmiges Kühlfluid,
das von einem Kompressor 69 verdichtet wird, bevor es
nachfolgend in einem Kühler bzw. Wärmetauscher 71 abge
kühlt und dann dem Kühlkanal 13i für den Wärmetauschkon
takt mit dem Halbleiterelement 1i zugeführt wird. Es
versteht sich, daß auch die Varianten der Fig. 10 und 11
temperaturgeregelt ausgeführt sein können.
Der Wärmeübergang von den zu kühlenden Oberflächen der
Halbleiterelemente bzw. der geschlossenflächig und stoff
schlüssig mit den Halbleiterelementen verbundenen Metall
plattierungen und Isolierplatten läßt sich insbesondere
bei Flüssigkeiten als Kühlfluid durch Oberflächen-Mikro
strukturen verbessern, die die Grenzschichtdicke des
Kühlfluids vermindern. Bei der Grenzschicht handelt es
sich um den Bereich der Kühlfluidströmung, in welchem die
Strömungsgeschwindigkeit durch die Reibung und Fluidhaf
tung an der Wandfläche vermindert wird. Es hat sich
gezeigt, daß "Haifischhaut"-ähnliche Oberflächenstruktu
ren nicht nur die Fluidreibung an der Wandoberfläche
mindern, sondern auch die Grenzschichtdicke herabsetzen.
Mit abnehmender Grenzschichtdicke verkürzt sich der
Abstand der die Wärme abgebenden Flächen zu den strömen
den Bereichen des die Wärme aufnehmenden Kühlfluids.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer derartigen, die Grenz
schichtdicke mindernden Oberflächen-Mikrostruktur. Die
Mikrostruktur besteht aus einer Vielzahl zueinander
paralleler, in Strömungsrichtung 15k des Kühlfluids
verlaufender Rippen 72, deren Seitenflanken keilförmig zu
einem schneidenartigen Rücken 73 sich verjüngen. Die
Rippen 72 gehen in konkav gekrümmten Nuten ineinander
über. Die Höhe der Rippen und ihr Abstand voneinander ist
vorzugsweise kleiner als die Grenzschichtdicke.
Die in Fig. 12 dargestellte Rippenform hat sich als
zweckmäßig erwiesen; andere Rippenformen sind jedoch
ebenfalls von Nutzen, beispielsweise Rippen mit gerunde
tem Rücken oder trapezförmige Rippen oder dergleichen.
Weitere grenzschichtmindernde Oberflächenstrukturen
zeigen die Fig. 13 und 14. Diese Figuren zeigen in der
Draufsicht rautenförmige Noppen bzw. Erhebungen 75, die
in senkrecht zur zu kühlenden Oberfläche in Strömungs
richtung 15l des Kühlfluids verlaufenden Ebenen keilför
mig ansteigen. Die durch die Erhebungen 75 gebildeten
Dachflächen können eben sein oder ebenfalls mit Mikrorip
pen ähnlich Fig. 12 versehen sein, was bei 72l angedeutet
ist. Anstelle der in Fig. 13 dargestellten, in der Drauf
sicht rautenförmigen Kontur können die Erhebungen 75 auch
andere, allgemein polygonförmige Konturen haben. Geeignet
sind unter anderem auch Dreieckformen, die mit einer
ihrer Ecken in Strömungsrichtung 15l weisen. Auch beim
Ausführungsbeispiel der Fig. 13 und 14 liegen die Abmes
sungen der Erhebungen 75 in der Größenordnung der Grenz
schichtdicke.
Ein wesentlicher Vorteil erfindungsgemäßer Ventilstruktu
ren liegt darin, daß der Platzbedarf aufgrund der verbes
serten Kühlung insgesamt verringert werden kann. Die
elektrischen Ventile lassen sich damit besser als bisher
in räumlicher Nachbarschaft zu den zu steuernden elektri
schen Geräten unterbringen. Dies ist von besonderem
Vorteil bei elektrischen Maschinen, beispielsweise Elek
tromotoren oder elektrischen Generatoren mit durch die
elektrischen Ventile zu schaltenden Feldwicklungen, da
die Feldwicklungen dann über sehr kurze Zuleitungen
angeschlossen werden können. Durch Verkürzung der Zulei
tungen kann die Schaltkreisinduktivität gesenkt und damit
die Ansprechzeit der elektrischen Ventile verkürzt wer
den.
Fig. 15 zeigt eine elektrische Maschine mit einem Stator
77 und einem um eine Drehachse 79 drehbaren Rotor 81. Bei
der Maschine kann es sich um einen Generator oder einen
Motor handeln. Der Stator 77 umfaßt in herkömmlicher
Weise ein Weicheisen-Blechpaket 83, das auf einer Viel
zahl in Umfangsrichtung verteilter, nicht näher darge
stellter Pole Wicklungen 85 trägt. Der Rotor 81 umschließt
das Blechpaket 83 mit einer Vielzahl in Umfangsrichtung
abwechselnd gegeneinander gepolter Permanentmagnete 87.
Das Blechpaket 83 und die Wicklungen 85 sind in einem
Statorgehäuse 89 aus Kunststoff untergebracht, welches
seinerseits an einer stationären, beispielsweise platten
förmigen Aufhängung 91 gehalten ist. Elektrische Maschi
nen dieses Typs sind bekannt, beispielsweise aus der EP-
A-159 005, und sollen deshalb nicht weiter beschrieben
werden.
Da elektrische Maschinen des genannten Typs für sehr hohe
Leistungen von beispielsweise 100 kW bei vergleichsweise
geringem Platzbedarf bemessen sein können, sind die
Wicklungen 85 in einer oder mehreren Kammern 93 angeord
net, die über einen Zuleitungsanschluß 95 und einen
Ableitungsanschluß 96 mit dem Kühlfluidkreislauf einer
Kühlanordnung verbunden sind. Bei der Kühlanordnung kann
es sich um eine Kühlanordnung gemäß den Fig. 9 bis 11
handeln.
Das Blechpaket 83 umschließt eine zentrische Aussparung
97, in der das Statorgehäuse 89 eine weitere Kammer 99
bildet. Die Kammer liegt im Kühlfluidströmungskreislauf
der Kühlanordnung zwischen dem Zuleitungsanschluß 95 und
der Kammer 93 der Wicklung 85, so daß sie von dem Kühl
fluid durchströmt wird, bevor dies sich an der Wicklung
85 erwärmt. In der Kammer 99 sind die der Wicklung 85
zugeordneten elektrischen Ventile 101 in unmittelbarer
Nähe zu der zu schaltenden Wicklung 85 untergebracht. Bei
den elektrischen Ventilen kann es sich um herkömmliche
Leistungstransistoren handeln, vorzugsweise handelt es
sich jedoch um fluidgekühlte Leistungstransistoren der
anhand der Fig. 1 bis 8 erläuterten Art. Die Verbindungs
leitungen zwischen dem elektrischen Ventil 101 und der
Wicklung 85 verlaufen direkt durch das Statorgehäuse 89
und sind vorzugsweise ohne lösbare Anschlußklemmen oder
dergleichen direkt mit den Ventilen 101 verbunden, bei
spielsweise angeschweißt oder angelötet. Auch kann daran
gedacht werden, die Drahtenden der Wicklungen 85 direkt
mit den Halbleiterelementen der Ventile zu verschweißen.
Fig. 16 zeigt eine Variante der elektrischen Maschine mit
einem Stator 77m und einem um eine Drehachse 79m drehen
den Rotor 81m, die sich von der elektrischen Maschine der
Fig. 15 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß
die elektrischen Ventile 101m nicht innerhalb der vom
Kühlfluid durchströmten Kammer 99m des Statorgehäuses 89m
angeordnet sind, sondern durch eine Trennwand 103 davon
getrennt sind. Dabei ist gewährleistet, daß die elektri
schen Ventile 101m ebenfalls mit dem Kühlfluid in direk
ten Wärmeaustauschkontakt treten, vorzugsweise bevor der
Wärmeaustauschkontakt mit der Wicklung stattfindet.
Fig. 17 zeigt einen insbesondere als Fahrzeugantrieb
verwendbaren Doppelmotor, der axial beiderseits einer
Aufhängungsplatte 91n je einen Stator 77n trägt, dem je
ein um eine gemeinsame Drehachse 79n rotierender Perma
nentmagnetrotor 81n zugeordnet ist. Die den nicht näher
dargestellten, jedoch entsprechend der Fig. 15 angeordne
ten Wicklungen zugeordneten elektrischen Ventile 101n
sind im Bereich der axialen Stirnflächen der Statoren 77n
angeordnet, und zwar wiederum in unmittelbarer Nähe der
durch sie zu schaltenden Wicklungen. Die Ventile 101n
stehen im Ausführungsbeispiel der Fig. 17 über eine
Trennwand getrennt mit dem Kühlfluidkreislauf der Kühlan
ordnung der Wicklungen in Wärmetauschkontakt. Bei der
Trennwand kann es sich entsprechend den Anordnungen der
Fig. 1 bis 3 um Isolierträger von Halbleiterelementen
handeln; die elektrischen Ventile bzw. Halbleiterelemente
können aber auch analog zu Fig. 15 innerhalb einer im
Kühlfluidströmungsweg liegenden Kammer angeordnet sein.
Es versteht sich, daß die elektrische Maschine sowohl
entsprechend den Fig. 15 und 16 als auch entsprechend
Fig. 17 angeordnete elektrische Ventile umfassen kann.
Claims (33)
1. Elektrische Maschine, deren Wicklungen (85) an steuer
bare Halbleiter-Ventile (101), insbesondere in Form
von Leistungstransistoren angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wicklungen (85) in Wärmetauschkontakt mit einer Fluid-Kühlanordnung stehen, in deren zu einer Bauein heit mit den Wicklungen (85) vereinigten Kühlfluid kanal (93, 99) die Kühlanordnung eine Zwangsströmung eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, erzeugt,
und daß die Halbleiterventile (101) ebenfalls Be standteil der Baueinheit sind und mit dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkanal (93, 99) gleichfalls in Wärme tauschkontakt stehen.
daß die Wicklungen (85) in Wärmetauschkontakt mit einer Fluid-Kühlanordnung stehen, in deren zu einer Bauein heit mit den Wicklungen (85) vereinigten Kühlfluid kanal (93, 99) die Kühlanordnung eine Zwangsströmung eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, erzeugt,
und daß die Halbleiterventile (101) ebenfalls Be standteil der Baueinheit sind und mit dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkanal (93, 99) gleichfalls in Wärme tauschkontakt stehen.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wicklungen (85) eine Statorwicklung bilden und in
Umfangsrichtung des Stators (77) verteilt angeordnet
sind und daß die Halbleiterventile (101) an dem Stator
(77) in räumlicher Nachbarschaft der mit ihnen verbun
denen Wicklung (85) bzw. Wicklungen angeordnet sind.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Stator (77) ein Permanentmagnetrotor (81), insbe
sondere ein den Stator (77) umschließender Permanent
magnet-Außenrotor zugeordnet ist.
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß der Stator (77) ein die Wicklungen (85)
tragendes Blechpaket (83) mit einer zentrischen Aus
sparung (97; 97m) aufweist und daß zumindest ein Teil
der Halbleiterventile (101; 101m) mit einem in der
Aussparung (97) verlaufenden Bereich (99; 99m) des
Kühlfluidkanals (93, 99) in Wärmetauschkontakt stehen.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Halblei
terventile (101n) mit einem an eine axiale Stirnwand
des Stators (77n) herangeführten Bereich des Kühl
fluidkanals in Wärmetauschkontakt steht.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wicklungen (85) von einem den
Kühlfluidkanal (93, 99) bildenden Gehäuse (89) um
schlossen sind und in direktem Wärmetauschkontakt mit
dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkanal (93, 99) stehen.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wicklungen (85) in Strö
mungsrichtung des Kühlfluids hinter den Halbleiter
ventilen (101) in Wärmetauschkontakt mit dem Kühl
fluid stehen.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Halbleiterventile bilden
den Leistungstransistoren aufweisen:
- - ein plattenförmiges Transistor-Halbleiterelement (1), das auf einer ersten seiner Flachseiten eine die gesamte Flachseite abdeckende, geschlossenflä chig stoffschlüssig mit dem Halbleiterelement (1) verbundene Metallelektrode (7) und auf seiner zwei ten Flachseite mehrere im Abstand voneinander stoff schlüssig an dem Halbleiterelement angebrachte Anschlüsse (5) trägt,
- - einen in Richtung der ersten Flachseite über das Halbleiterelement (1) vorstehenden, elektrisch isolierenden Isolierträger (9; 7b, 9b), an dem das Halbleiterelement (1) mit dem Isolierträger (9; 7b, 9b) zugewandter erster Flachseite gehalten ist
- - und eine in Wärmeübertragungskontakt mit zumindest einer der Flachseiten des Halbleiterelements (1) stehende Fluid-Kühlanordnung mit einem Kühlfluidka nal (13) und Mitteln zur Erzeugung einer Zwangsströ mung (15) eines Kühlfluids in dem Kühlfluidkanal (13), wobei der Isolierträger (9; 7b, 9b) oder/und das Halbleiterelement (1) mit mindestens einer seiner Flachseiten direkt der Kühlfluid-Zwangsströ mung in dem Kühlfluidkanal (13) ausgesetzt ist.
9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Halbleiterelement (1; 1a; 1d) mit seiner Metall
elektrode (7; 7a; 7d) geschlossenflächig stoffschlüs
sig an einer Trägerplatte (9; 9a; 9d) aus Isoliermate
rial, insbesondere Keramik, angebracht ist und zumin
dest die Trägerplatte (9; 9a; 9d) der Kühlfluid-
Zwangsströmung ausgesetzt ist.
10. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Isolierträger als zumindest auf einer Flachseite
mit einer Isolierschicht (9b) versehene Metallplatte
(7b) ausgebildet ist.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallelektrode und die Metallplatte (7b)
integral ausgebildet sind.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Isolierträger (9; 9d) als
Platte ausgebildet ist und eine Wand des Kühlfluid
kanals (13; 13d) bildet.
13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolierträger (9; 9d) mehrere Halbleiterele
mente (1; 1d) nebeneinander insbesondere in Richtung
der Kühlfluid-Zwangsströmung (15; 15d) hintereinander
angeordnet gemeinsam trägt.
14. Maschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß zumindest zwei sich gegenüberliegende
Wände des Kühlfluidkanals (13d) durch plattenförmige,
jeweils wenigstens ein Halbleiterelement (1d) tragen
de Isolierträger (9d) gebildet sind.
15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden sich gegenüberliegenden Isolierträger
(9d) eine gleiche Anzahl Halbleiterelemente (1d)
tragen.
16. Maschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Isolierträ
ger (9d) durch Dichtleisten (31) zu einem in Umfangs
richtung geschlossenen Kühlfluidkanal (13d) verbunden
sind.
17. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der insbesondere als Isoliermate
rial-Trägerplatte ausgebildete Isolierträger (9c)
eine von dem Halbleiterelement (1c) überdeckte,
durchgehende Aussparung (27) aufweist, an deren
Rändern das Halbleiterelement (1c) befestigt ist, und
daß zumindest die erste Flachseite des Halbleiterele
ments (1c) durch die Aussparung (27) hindurch der
Kühlfluidströmung ausgesetzt ist.
18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolierträger (9c) quer zur ersten Flachseite
des Halbleiterelements (1c) verlaufende Seitenwände
des Kühlfluidkanals (13c) bildet.
19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolierträger (13c) als Profilkörper ausge
bildet ist, der wenigstens ein oder mehrere vorzugs
weise einteilig miteinander verbundene, in Strömungs
richtung des Kühlfluids hintereinander angeordnete
Halbleiterelemente (1c) trägt, von denen jedes zumin
dest einen Leistungstransistor umfaßt.
20. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest zwei sich gegenüberliegende Wände des
Kühlfluidkanals (13e) im wesentlichen ausschließlich
durch jeweils wenigstens ein, vorzugsweise durch
mehrere einteilig miteinander verbundene, in Strö
mungsrichtung des Kühlfluids hintereinander angeord
nete Halbleiterelemente (1e), von denen jedes zumin
dest einen Leistungstransistor umfaßt, gebildet sind
und die sich gegenüberliegenden Halbleiterelemente
(1e) durch Dichtleisten (31e) zu einem in Umfangs
richtung geschlossenen Kühlfluidkanal verbunden sind.
21. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fluid-Kühlanordnung einen
geschlossenen Kühlfluidkreislauf (13g, 47, 49; 13h,
61, 63; 13i, 69, 71) umfaßt, in welchem das Kühlfluid
nacheinander durch den Kühlfluidkanal (13g; 13h; 13i)
und einen Kühler (49; 63; 71) zirkuliert.
22. Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlfluidkreislauf einen Verdampfer und einen
Kondensator (63) umfaßt und daß der Kühlkanal den
Verdampfer (13h) bildet.
23. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlfluid ein Gas, insbeson
dere unter Atmosphären-Überdruck stehendes Gas,
vorzugsweise N2, oder eine Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser oder Öl, speziell Öl auf Mineralbasis oder
Paraffinbasis oder ein synthetisches Öl, oder ein
Zwei-Phasen-Fluid, vorzugsweise ein Kältemittel oder
CO2, ist.
24. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß der Isolierträger (9; 7b, 9b) der
Kühlfluidströmung ausgesetzt ist und auf seiner dem
Halbleiterelement (1; 1b) abgewandten Seite mit einer
seine Wärmetauschfläche vergrößernden Struktur,
insbesondere Rippen (72) oder Vorsprüngen (75),
versehen ist.
25. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (101), der
Kühlkanal (99) und ein mittels des Halbleiterelements
(101) zu steuerndes elektrisches Gerat, insbesondere
eine Feldwicklung (85) einer elektrischen Maschine,
zu einer Baueinheit vereinigt sind und daß das elek
trische Gerät gleichfalls mit der Fluid-Kühlanordnung
zur Kühlung in Wärmetauschkontakt steht.
26. Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
das elektrische Gerät unmittelbar an dem Halbleiter
element (101) oder/und an einem Kontaktbereich des
das Halbleiterelement (101) tragenden Isolierträgers
(103) angeschlossen ist.
27. Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der der Kühl
fluidströmung ausgesetzten Wandoberfläche des Kühl
fluidkanals (13) oder/und des Isolierträgers (9; 7b,
9b) oder/und des Halbleiterelements (1) mit einer die
Dicke der Kühlfluid-Strömungsgrenzschicht mindernden
Oberflächen-Mikrostruktur (72; 75) versehen ist.
28. Maschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrostruktur als Rippenmuster mit in Strö
mungsrichtung (15k) der Kühlfluidströmung langge
streckten, im wesentlichen parallelen Mikrorippen
(72) ausgebildet ist.
29. Maschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrorippen (72) zumindest angenähert zu
einer Schneide (73) sich verjüngende Rücken haben.
30. Maschine nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Höhe der Rippen (72) und ihr Quer
abstand in der Größenordnung oder kleiner als die
Grenzschichtdicke ist.
31. Maschine nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur eine Vielzahl
vorzugsweise in einem Raster angeordnete Mikroerhe
bungen (75) umfaßt.
32. Maschine nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikroerhebungen (75) in der Draufsicht Poly
gonform, insbesondere Dreieck- oder Viereckform
haben.
33. Maschine nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mikroerhebungen (75) gesehen in
einer in Strömungsrichtung (15 l) verlaufenden Ebene
senkrecht zur Oberfläche keilförmig ansteigen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217289 DE4217289C2 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Fluidgekühlte Leistungstransistoranordnung |
DE19924244721 DE4244721A1 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Elektrische Maschine mit fluidgekühlten Halbleiterelementen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217289 DE4217289C2 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Fluidgekühlte Leistungstransistoranordnung |
DE19924244721 DE4244721A1 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Elektrische Maschine mit fluidgekühlten Halbleiterelementen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4244721A1 true DE4244721A1 (de) | 1994-04-21 |
Family
ID=25915131
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924244721 Ceased DE4244721A1 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Elektrische Maschine mit fluidgekühlten Halbleiterelementen |
DE19924217289 Expired - Fee Related DE4217289C2 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Fluidgekühlte Leistungstransistoranordnung |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924217289 Expired - Fee Related DE4217289C2 (de) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Fluidgekühlte Leistungstransistoranordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE4244721A1 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2727654A1 (fr) * | 1994-12-02 | 1996-06-07 | Fichtel & Sachs Ag | Ensemble d'entrainement pour un vehicule, notamment un vehicule routier |
DE19510774A1 (de) * | 1995-03-24 | 1996-09-26 | Hanning Elektro Werke | Kühleinrichtung für elektronische Bauteile |
US5675222A (en) * | 1994-09-02 | 1997-10-07 | Fichtel & Sachs Ag | Electric road motor vehicle with switchable winding electric motor propulsion system |
US5681988A (en) * | 1994-08-23 | 1997-10-28 | Filterwerk Mann & Hummel Gmbh | Apparatus for indicating the degree of dirtiness of a filter |
DE19643717A1 (de) * | 1996-10-23 | 1998-04-30 | Asea Brown Boveri | Flüssigkeits-Kühlvorrichtung für ein Hochleistungshalbleitermodul |
DE10112799C1 (de) * | 2001-03-16 | 2002-10-17 | Compact Dynamics Gmbh | Fluidgekühlte elektrische Maschine |
DE10204592A1 (de) * | 2001-05-02 | 2002-11-07 | Volkswagen Ag | Antriebseinheit |
DE102009010257A1 (de) * | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Jungheinrich Aktiengesellschaft | Leistungsteil für eine Motorsteuerung in einem Flurförderzeug |
DE102012005969A1 (de) | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Compact Dynamics Gmbh | Ständer für elektrische Maschine und elektrische Maschine mit diesem Ständer |
DE102013210559A1 (de) | 2013-06-06 | 2014-12-11 | Magna Powertrain Ag & Co. Kg | Motor/Generator-Einheit |
DE102021210597A1 (de) | 2021-09-23 | 2023-03-23 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4401607C2 (de) * | 1994-01-20 | 1997-04-10 | Siemens Ag | Kühleinheit für Leistungshalbleiter |
DE4416616C2 (de) * | 1994-05-11 | 1997-05-22 | Fichtel & Sachs Ag | Gehäuse |
WO1995035019A1 (en) * | 1994-06-10 | 1995-12-21 | Westinghouse Electric Corporation | Low cost fluid-cooled housing for electric vehicle system control unit |
DE4421319A1 (de) * | 1994-06-17 | 1995-12-21 | Abb Management Ag | Niederinduktives Leistungshalbleitermodul |
DE19620517A1 (de) * | 1996-05-22 | 1997-11-27 | Berud Dipl Ing Koeppe | Kühlung für elektronische Leistungshalbleiter durch Zwangsbelüftung unter der Verwendung von Kühlkörpern mit optimierten Luftkanälen |
US6052284A (en) * | 1996-08-06 | 2000-04-18 | Advantest Corporation | Printed circuit board with electronic devices mounted thereon |
DE19704934B4 (de) * | 1997-02-10 | 2004-09-23 | Daimlerchrysler Ag | Kühlschiene mit zwei Kanälen |
FR2765068B1 (fr) * | 1997-06-23 | 1999-08-06 | Alsthom Cge Alcatel | Dispositif d'electronique de puissance a systeme de refroidissement ameliore |
DE10010637A1 (de) * | 2000-03-03 | 2001-09-13 | Eupec Gmbh & Co Kg | Schaltungsmodul |
JP4083142B2 (ja) * | 2004-06-02 | 2008-04-30 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
DE102004057497B4 (de) * | 2004-11-29 | 2012-01-12 | Siemens Ag | Wärmeaustauschvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Wärmeaustauschvorrichtung sowie Anordnung eines Bauelements und der Wärmeaustauschvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Anordnung |
DE102005026703B4 (de) * | 2005-06-09 | 2009-06-04 | Epcos Ag | Kühlanordnung für eine Anordnung von elektrischen Kondensatoren und Kühlanordnung für eine Anordnung von zylinderförmigen Bauelementen |
NL1029708C2 (nl) * | 2005-08-10 | 2007-02-13 | Kick Off Ltd | Turbulentiefolie. |
DE102005058782A1 (de) * | 2005-12-09 | 2007-08-30 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Kühleinrichtung für Halbleiterbauelemente |
JP4678385B2 (ja) * | 2007-06-13 | 2011-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | 駆動装置および駆動装置を備えた車両 |
GB2463483B (en) * | 2008-09-12 | 2011-09-07 | Controlled Power Technologies Ltd | Liquid cooled electrical machine |
DE102008042302A1 (de) * | 2008-09-24 | 2010-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Wärme erzeugenden elektronischen Bauelementen mit einem Kältemittel |
DE102009010256A1 (de) * | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Jungheinrich Aktiengesellschaft | Leiterplatte mit Kühlkörper |
DE102010062944A1 (de) * | 2010-12-13 | 2012-06-14 | Zf Friedrichshafen Ag | Leiterplatte und Verfahren zur Herstellung einer solchen |
DE102011089886A1 (de) * | 2011-12-23 | 2013-02-07 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung von einem Schaltungsträger |
DE102016114303A1 (de) | 2016-08-02 | 2018-02-08 | Infineon Technologies Ag | Packung mit teilweise gekapseltem Kühlkanal zum Kühlen eines gekapselten Chips |
TW202024553A (zh) * | 2018-12-27 | 2020-07-01 | 圓剛科技股份有限公司 | 散熱裝置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1588432A1 (de) * | 1967-04-07 | 1970-05-21 | Licentia Gmbh | Durch Halbleiter gesteuerter Elektromotor |
WO1992000627A1 (en) * | 1990-06-22 | 1992-01-09 | Fanuc Ltd | Structure for cooling stator winding |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1908825C3 (de) * | 1969-02-21 | 1978-03-30 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Elektrisches Gerät mit thermisch hochbelasteten elektrischen Bauelementen und mit Kühlleitungen für ein gasförmiges Kühlmedium |
GB1306224A (de) * | 1969-02-24 | 1973-02-07 | ||
US3706010A (en) * | 1971-08-20 | 1972-12-12 | Singer Co | Packaging structure having cooling means for a multiplicity of hermetic modules for integrated circuit chips |
FR2224875B1 (de) * | 1973-04-03 | 1978-10-27 | Thomson Csf | |
DE2402606C2 (de) * | 1974-01-21 | 1982-08-19 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Flüssigkeitskühleinrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente |
DE7727173U1 (de) * | 1977-08-16 | 1979-07-05 | Bbc Ag Brown, Boveri & Cie, Baden, Aargau (Schweiz) | Halbleiterventilsäule |
DE2837353C2 (de) * | 1978-08-26 | 1986-01-02 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Kühleinrichtung zur Kühlung verlustwärmeerzeugender elektronischer Leistungshalbleiterbauelemente mit einem Kühlmittelkreislauf |
DE2938096A1 (de) * | 1979-09-20 | 1981-04-02 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Leistungshalbleiterbauelement |
DE3466833D1 (en) * | 1983-11-02 | 1987-11-19 | Bbc Brown Boveri & Cie | Cooling body for the liquid cooling of power semiconductor devices |
FR2601502B1 (fr) * | 1986-07-09 | 1989-04-28 | Em Microelectronic Marin Sa | Dispositif electronique semi-conducteur comportant un element metallique de refroidissement |
JPH0777247B2 (ja) * | 1986-09-17 | 1995-08-16 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US4757370A (en) * | 1987-01-12 | 1988-07-12 | International Business Machines Corp. | Circuit package cooling technique with liquid film spreading downward across package surface without separation |
DE4101205A1 (de) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Asea Brown Boveri | Gekuehltes hochleistungshalbleiterbauelement |
US5016090A (en) * | 1990-03-21 | 1991-05-14 | International Business Machines Corporation | Cross-hatch flow distribution and applications thereof |
FI88452C (fi) * | 1990-03-29 | 1993-05-10 | Nokia Mobile Phones Ltd | Konstruktion foer att foerbaettra avkylning av en effekttransistor |
US5079619A (en) * | 1990-07-13 | 1992-01-07 | Sun Microsystems, Inc. | Apparatus for cooling compact arrays of electronic circuitry |
-
1992
- 1992-05-25 DE DE19924244721 patent/DE4244721A1/de not_active Ceased
- 1992-05-25 DE DE19924217289 patent/DE4217289C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1588432A1 (de) * | 1967-04-07 | 1970-05-21 | Licentia Gmbh | Durch Halbleiter gesteuerter Elektromotor |
WO1992000627A1 (en) * | 1990-06-22 | 1992-01-09 | Fanuc Ltd | Structure for cooling stator winding |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5681988A (en) * | 1994-08-23 | 1997-10-28 | Filterwerk Mann & Hummel Gmbh | Apparatus for indicating the degree of dirtiness of a filter |
US5675222A (en) * | 1994-09-02 | 1997-10-07 | Fichtel & Sachs Ag | Electric road motor vehicle with switchable winding electric motor propulsion system |
DE4431347C2 (de) * | 1994-09-02 | 2000-01-27 | Mannesmann Sachs Ag | Wicklungsumschaltbarer elektromotorischer Antrieb für ein Fahrzeug |
FR2727654A1 (fr) * | 1994-12-02 | 1996-06-07 | Fichtel & Sachs Ag | Ensemble d'entrainement pour un vehicule, notamment un vehicule routier |
US5678646A (en) * | 1994-12-02 | 1997-10-21 | Fichtel & Sachs Ag | Propulsion system and kit for hybrid motor vehicle |
DE4442867C2 (de) * | 1994-12-02 | 1999-09-09 | Mannesmann Sachs Ag | Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug |
DE19510774A1 (de) * | 1995-03-24 | 1996-09-26 | Hanning Elektro Werke | Kühleinrichtung für elektronische Bauteile |
DE19643717A1 (de) * | 1996-10-23 | 1998-04-30 | Asea Brown Boveri | Flüssigkeits-Kühlvorrichtung für ein Hochleistungshalbleitermodul |
DE10112799C1 (de) * | 2001-03-16 | 2002-10-17 | Compact Dynamics Gmbh | Fluidgekühlte elektrische Maschine |
DE10204592A1 (de) * | 2001-05-02 | 2002-11-07 | Volkswagen Ag | Antriebseinheit |
DE102009010257A1 (de) * | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Jungheinrich Aktiengesellschaft | Leistungsteil für eine Motorsteuerung in einem Flurförderzeug |
DE102012005969A1 (de) | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Compact Dynamics Gmbh | Ständer für elektrische Maschine und elektrische Maschine mit diesem Ständer |
DE102013210559A1 (de) | 2013-06-06 | 2014-12-11 | Magna Powertrain Ag & Co. Kg | Motor/Generator-Einheit |
DE102021210597A1 (de) | 2021-09-23 | 2023-03-23 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
WO2023046757A1 (de) | 2021-09-23 | 2023-03-30 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und antriebsstrang für ein fahrzeug aufweisend ein derartiges leistungshalbleitermodul |
DE102021210597B4 (de) | 2021-09-23 | 2023-08-31 | Vitesco Technologies Germany Gmbh | Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4217289C2 (de) | 1996-08-29 |
DE4217289A1 (de) | 1993-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4244721A1 (de) | Elektrische Maschine mit fluidgekühlten Halbleiterelementen | |
EP0642698B1 (de) | Fluidgekühlte leistungstransistoranordnung | |
DE60125493T2 (de) | Verbesserter Kühlkörper für einen Wechselrichter eines elektrischen Motors | |
DE60119865T2 (de) | Elektrische Energie(um)wandlungsvorrichtung | |
DE102013207804A1 (de) | Leistungsmodul mit direkt verbundenen, wärmeleitenden strukturen | |
DE102019128721B4 (de) | Leistungselektronikvorrichtung für eine fremderregte Synchronmaschine und Kraftfahrzeug | |
DE112019000544B4 (de) | Halbleitervorrichtung und leistungswandlungsvorrichtung | |
DE2337694A1 (de) | Halbleitergleichrichteranordnung | |
WO2019201660A1 (de) | Kühlanordnung für elektrische bauelemente, stromrichter mit einer kühlanordnung sowie luftfahrzeug mit einem stromrichter | |
DE102013212446A1 (de) | Elektrische Schaltung und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung einer Last | |
DE102019112935A1 (de) | Halbleitermodul | |
DE102019109275A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE112018001741T5 (de) | Halbleiteranordnung Verfahren zu dessen Herstellung undLeistungswandlervorrichtung | |
DE102020214045A1 (de) | Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, Leistungsmodul für einen Inverter und Inverter | |
DE102019217502B4 (de) | Halbleitervorrichtung, elektrische Leistungsumwandlungseinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung | |
DE102015108909A1 (de) | Anordnung mehrerer Leistungshalbleiterchips und Verfahren zur Herstellung derselben | |
DE102021200016A1 (de) | Halbleitermodul und verfahren zum herstellen eines halbleitermoduls | |
DE10140328B4 (de) | Kühlanordnung zur Kühlung elektronischer Bauelemente | |
DE4403996A1 (de) | Gleichrichteranordnung für einen Drehstromgenerator | |
DE102020204358A1 (de) | Halbbrückenmodul für einen Inverter eines elektrischen Antriebs eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs und Inverter für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs | |
EP1057249A1 (de) | Matrixumrichter | |
WO2022223448A1 (de) | Inverteraufbau eines elektronikmoduls für einen elektroantrieb eines fahrzeugs | |
DE102021109270A1 (de) | Leistungselektronikmodul mit pulsierendem Wärmerohr, Fahrzeugkomponente sowie Kraftfahrzeug | |
DE102019122511A1 (de) | Stromrichtereinheit und elektrische Maschine | |
WO2018001525A1 (de) | Kühldoseneinheit und leistungselektronische einrichtung mit kühldoseneinheit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 4217289 Format of ref document f/p: P |
|
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 4217289 Format of ref document f/p: P |
|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 4217289 Format of ref document f/p: P |
|
8131 | Rejection |