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Die Erfindung betrifft einen Stromrichter, insbesondere einen Wechselrichter, zum Bestromen eines elektrischen Achsantriebs eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, einen elektrischen Achsantrieb mit einem solchen Stromrichter sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb.
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Im Stand der Technik sind reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge bekannt, welche ausschließlich bzw. unterstützend von einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate angetrieben werden. Um die elektrischen Maschinen solcher Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere wiederaufladbare elektrische Batterien. Diese Batterien sind dabei als Gleichspannungsquellen ausgebildet, die elektrischen Maschinen benötigen in der Regel jedoch eine Wechselspannung. Daher wird zwischen einer Batterie und einer elektrischen Maschine (E-Maschine) eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs üblicherweise eine Leistungselektronik mit einem sog. Wechselrichter geschaltet.
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Derartige Wechselrichter umfassen üblicherweise eine Leistungselektronik mit mehreren Halbleiterschaltelementen, die typischerweise aus Transistoren, etwa MOSFETs oder IGBTs, gebildet sind. Dabei ist es bekannt, die Halbleiterschaltelemente als sogenannte Halbbrücken auszugestalten, die über eine Highside-Einrichtung und eine Lowside-Einrichtung verfügen. Diese Highside- bzw. Lowside-Einrichtung umfasst ein oder mehrere parallelgeschaltete Halbleiterschaltelemente, die im Betrieb des Wechselrichters gezielt gesteuert werden, um aus einem eingangsseitig der Halbbrücken eingespeisten DC-Strom mehrere voneinander zeitlich versetzte Phasenströme eines AC-Stroms zu erzeugen, wobei die Phasenströme jeweils für sich zeitlich veränderlich sind und in der Regel einen sinusförmigen Verlauf annehmen.
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DE 199 13 450 A1 offenbart eine Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine, bei der innerhalb eines über ein Deckelelement verschließbaren Gehäuses ein Leistungsteil vorgesehen ist, der eine Anzahl von Kondensatoren und eine Anzahl von Leistungshalbleitern aufweist.
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DE 101 29 788 A1 offenbart einen Kunststoffrahmen zur einfachen Montage eines elektronischen Starkstrom-Steuergeräts, aufweisend Aussparungen zur lagegenauen Aufnahme von Stromschienen, Metallplatten und elektronschen Bauelementen sowie deren Vergussmasse.
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JP 2012-222 069 A offenbart eine Halbleitervorrichtung umfassend ein Halbleitermodul, in dem ein Halbleiterelement mit einem Harz versiegelt ist, eine Kühlrippe, die einen Säulenmontageabschnitt aufweist, auf dem sich das Halbleitermodul befindet, eine Kühlrippe zum Übertragen von Wärme auf das Kühlmedium, eine Fixierung, und einen Bolzen zum Implantieren eines Wurzelabschnitts in den Befestigungsabschnitt des Kühlers und Implantieren eines Schraubenabschnitts.
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EP 2 727 143 B1 offenbart eine Wärmesenke zum Kühlen mindestens eines Leistungshalbleitermoduls, die ein Becken zum Aufnehmen einer Kühlflüssigkeit enthält. Das Becken weist einen Auflagerand zur Aufnahme der Grundplatte auf, der eine zum Becken hin nach innen geneigte Fläche aufweist..
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DE 10 2020 206 199 A1 schlägt einen Stromrichter für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer ersten Leiterplatte vor, wobei die erste Leiterplatte drei Leistungsschaltergruppen mit jeweils einem Phasenanschluss aufweist und die Anschlüsse zum Anschluss an eine zweite Leiterplatte mit vorgesehen sind mehrere Zwischenkreiskondensatoren. Die zweite Leiterplatte liegt dabei auf zwei voneinander galvanisch getrennten Gleichstromschienen..
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DE 10 2020 207 708 A1 schlägt ein Leistungsmodul zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeugantriebs vor, umfassend eine Mehrzahl von Leistungsschaltern, die auf einem Halbleitermaterial basieren und dazu ausgebildet sind, basierend auf einem in das Leistungsmodul eingespeisten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom zu erzeugen; eine Wärmesenke zum Ableiten von Wärme von den Leistungsschaltern; eine Substratschicht zum Verbinden der Leistungsschalter mit der Wärmesenke; einen Temperatursensor zum Bestimmen einer Temperatur der Leistungsschalter, wobei der Temperatursensor so angeordnet ist, dass der Temperatursensor einen oder mehrere der Leistungsschalter in einer Richtung senkrecht zu der Substratschicht überlappt.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Stromrichtern besteht der Nachteil, dass die Herstellung oftmals kompliziert und aufwändig ist. Insbesondere müssen eigene Fertigungsschritte durchgeführt werden, um die Leistungselektronik im Wechselrichter zu befestigen, wobei zusätzliche Fertigungsschritte zwecks Montage weiterer Bauteile des Wechselrichters hinzukommen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Stromrichter, insbesondere einen Wechselrichter, bereitzustellen, um die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Stromrichter, den elektrischen Achsantrieb sowie das Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft einen Stromrichter zum Betreiben eines elektrischen Achsantriebs in einem Elektrofahrzeug und/oder einem Hybridfahrzeug. Der Stromrichter ist vorzugsweise ein DC/AC-Wechselrichter zum Umwandeln einer DC-Spannung in eine AC-Spannung. Alternativ kann der Stromrichter als DC/DC-Gleichrichter zum Umwandeln einer DC-Eingangsspannung in eine von dieser verschiedene DC-Ausgangsspannung ausgebildet sein. Der Stromrichter umfasst eine Leistungselektronik mit mehreren Halbleiterschaltelementen zum Erzeugen eines Ausgangsstroms basierend auf einem von einer Spannungsquelle bereitgestellten Eingangsstrom mittels Schaltens der Halbleiterschaltelemente. Im Fall eines Wechselrichters handelt es sich beim Eingangsstrom um einen von einer DC-Spannungsquelle bereitgestellten DC-Strom, wobei es sich beim Ausgangsstrom um einen AC-Strom mit mehereren Phasenströmen handelt. Im Fall eines Gleichrichters handelt es sich beim Eingangsstrom um einen von einer DC-Spannungsquelle bereitgestellten DC-Eingangsstrom, wobei es sich beim Ausgangsstrom um einen vom DC-Eingangsstrom verschiedenen DC-Ausgangsstrom handelt, der vorzugsweise zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie dieser zugeführt wird.
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Die Halbleiterschaltelemente sind vorzugsweise Transistoren wie MOSFETs und/oder IGBTs, wobei die Halbleiterschaltelemente zusätzlich eine oder mehrere Dioden umfassen können. Das den Halbleiterschaltelementen zugrunde liegende Halbleitermaterial ist vorzugsweise Silizium oder ein sogenannter Halbleiter mit einer großen Bandlücke (Engl.: Wide bandgap semiconductors, WBS), etwa Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder Galliumoxid. Die Halbleiterschaltelemente sind auf einem Substrat angebracht. Das Substrat kann einen mehrschichtigen Aufbau mit einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage und einer dazwischen befindlichen Isolationslage aufweisen. Die Halbleiterschaltelemente sind in diesem Fall auf einer Oberseite der ersten Metalllage angebunden, wobei an eine Unterseite der zweiten Metalllage ein Kühlkörper angebunden ist.
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Die Leistungselektronik weist mehrere Leistungsanschlüsse zum Einspeisen des Eingangsstroms in die Halbleiterschaltelemente und zum Abgreifen bzw. Abgeben des Ausgangsstroms, auf. Im Fall des Wechselrichters umfassen die Leistungsanschlüsse DC-Leistungsanschlüsse und AC-Leistungsanschlüsse. Die DC-Leistungsanschlüsse umfassen wiederum einen oder mehrere pluspolige und minuspolige DC-Leistungsanschlüsse. Die AC-Leistungsanschlüsse sind einem gemeinsamen AC-Phasenstrom oder jeweils einem von mehreren AC-Phasenströmen des gesamten AC-Stroms zugeordnet. Die Leistungsanschlüsse erstrecken sich vorzugsweise über eine Seitenfläche einer Vergussmasse, mittels derer die Halbleiterschaltelemente vergossen sind, nach außen hinaus. Weiter vorzugsweise erstrecken sich die Leistungsanschlüsse außerhalb der Vergussmasse senkrecht zur Oberseite des Substrats nach oben, sodass sie von oben kontaktierbar sind. Die Leistungselektronik umfasst mehrere Signalpins zum Übertragen von Steuersignalen, die von einer Steuereinrichtung des Stromrichters erzeugt sind und zum Ansteuern der Halbleiterschaltlelemente an die Steuerelektrode (z.B. Gate-Elektrode) gesendet werden.
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Der Wechselrichter weist ferner einen Kühler zur Wärmeabfuhr der Leistungselektronik, einen Zwischenkreiskondensator und einen Niederhalter auf. Der Kühler umfasst vorzugsweise ein Kühlgehäuse und eine Kühlplatte, die eine der Leistungselektronik zugewandte Öffnung des Kühlgehäuses mittels einer Dichtung dichtend verschließt. Die Leistungselektronik ist weiter vorzugsweise auf der Kühlplatte angeordnet. Hierbei können die Phaseneinheiten eine gemeinsame Kühlplatte und eine gemeinsame Dichtung teilen. Alternativ können den Phaseneinheiten jeweils eine eigene Kühlplatte und eine eigene Dichtung zugeordnet sein. Die Leistungselektronik ist zwischen dem Niederhalter und dem Kühler befestigt, derart, dass der Niederhalter auf einer vom Substrat abgewandten Seite der Leistungselektronik und der Kühler auf einer dem Substrat zugewandten Seite der Leistungselektronik angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Leistungselektronik zwischen dem Niederhalter und dem Kühler form- und/oder kraftschlüssig fixierbar, sodass die Leistungselektronik besser gegen äußere Einflüsse wie Vibrationen und Stöße geschützt ist. Außerdem ist die Montage des Stromrichters dadurch vereinfacht, da die Leistungselektronik fixierbar ist, indem der Niederhalter mit dem Kühler verbunden wird. Ein separater Fertigungsschritt zum Befestigen der Leistungslelektronik am Kühler bzw. am Niederhalter entfällt dadurch. Der Stromrichter ist daher produktionsoptimiert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Niederhalter mittels mehrerer Befestigungsmittel, insbesondere mehrerer Schrauben, am Kühler fixiert. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und robuste Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem Kühler.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in einem Randbereich des Kühlgehäuses mehrere Befestigungspunkte zur Aufnahme der Befestigungsmittel des Niederhalters, insbesondere Schraubenlöcher, ausgebildet. Die Platzierung der Befestigungspunkte im Randbereich des Kühlgehäuses ermöglicht eine einfache Erreichbarkeit dieser Befestigungspunkte, sodass das Verbinden bzw. Zusammenschrauben des Niederhalters mit dem Kühler besonders einfach durchführbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenkreiskondensator unterseitig mittels mehrerer Befestigungsmittel, insbesondere mehrerer Schrauben, am Kühler und/oder am Niederhalter befestigt. Durch diese Maßnahme dient die Anbindung des Zwischenkreiskondensators an den Niederhalter bzw. den Kühler gleichzeitig auch zur zusätzlichen Fixierung der Leistungselektronik.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenkreiskondensator auf einer von der Leistungselektronik abgewandten Seite des Kühlers an diesem mittels mehrerer Befestigungsmittel, insbesondere mehrerer Schrauben, befestigt. Diese Maßnahme ermöglicht eine flache Bauform des Wechelrichters bei gleichzeitiger Herstellungseinfachheit.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der Niederhalter, der Kühler und/oder der Zwischenkreiskondensator mehrere Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, auf, um den Stromrichter an einem externen Gehäuse des elektrischen Achsantriebs zu verbinden. Hierdurch ist eine Befestigung des Wechselrichters am äußeren Gehäuse des elektrischen Achsantriebs auf einfache Weise möglich, wobei hierdurch gleichzeitig eine weitere Fixierung der Leistungselektronik bewerkstelltigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Zwischenkreiskondensator mehrere Stromschienen auf, die jeweils mit einem Befestigungsmittel, insbesondere einer Schraube, zum Anbinden an die Leistungsanschlüsse der Leistungselektronik versehen sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine sicherere elektrische Anbindung der Stromschienen an die Leistungsanschlüsse der Leistungselektronik.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Temperatursensorik umfassend einen oder mehrere Temperatursensoren zum Erfassen eines Temperatursignals der Leistungselektronik und/oder des Kühlers am Niederhalter befestigt, oder in der Leistungselektronik integriert. Vorzugsweise treten die Temperatursensoren durch mehrere im Niederhalter ausgebildete Sensorführungen, insbesondere Ovallöcher, in Richtung der Leistungselektronik hindurch. Dies begünstigt eine einfache und besonders zuverlässige Temperaturerfassung der Leistungselektronik bzw. des Kühlers.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erfasste Temperatursignal mittels einer Signalleitung an eine Hauptleiterplatte des Stromrichters und/oder an eine Stromsensorleiterplatte übertragen. Auf der Stromsensorleiterplatte sind vorzugsweise mehrere Stromsensoren zum Erfassen der Phasenströme angebracht. Auf diese Weise kann auf eine direkte Signalverbindung zwischen der Temperatursensorik und der Hauptleiterplatte verzichtet werden, sodass eine Hauptleiterlatte mit einer vergleichsweise kleinen Flächendimension verwendet werden kann. Dies begünstigt eine besonders kompakte Bauform des Wechselrichters.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden elektrischen Achsantrieb mit einem erfindungsgemäßen Stromrichter sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb. Der Stromrichter kann als Wechselrichter oder Gleichrichter ausgebildet sein und mehrere (beispielsweise drei) Phaseneinheiten aufweisen. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stromrichter beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb und das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Wechselrichters gemäß einer Ausführungsform in einer Perspektivansicht,
- 2 eine schematische Darstellung des Wechselrichters aus 1 in einer Seitenansicht,
- 3 eine schematische Darstellung eines Wechselrichters gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht,
- 4 eine schematische Darstellung des Wechselrichters aus 3 in einer Seitenansicht.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbausprozesses eines Wechselrichters 100A gemäß einer Ausführungsform. Der Wechselrichter 100A ist in einer Explosionsansicht gezeigt und umfasst eine Leistungselektronik 10, die mehrere (hier beispielhaft drei) Phaseneinheiten 102A-C umfasst. Die Phaseneinheiten 102A-C umfassen jeweils ein oder mehrere Halbbrückenmodule, die hier mit einer stromisolierenden Verkleidung 104 umschlossen sind. Die stromisolierende Verkleidung 104 ist vorzugsweise eine Umspritzung, die mittels eines Spritzgussverfahrens entsteht. Jedes Halbbrückenmodul besteht aus mehreren Halbleiterschaltelementen, die beispielsweise als Transistoren wie MOSFETs oder IGBTs ausgelegt sind. Als den Halbleiterschaltelementen zugrunde liegendes Material kann Silizium oder ein sogenannter Halbleiter mit großer Bandlücke (Engl. Wide Bandgap Semiconductors, WBS) wie Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) verwendet werden. In jedem Halbbrückenmodul sind eine Modulhighside und eine Modullowside ausgebildet, die jeweils ein oder mehrere parallelgeschaltete Halbleiterschaltelemente umfassen. Im Fall, dass eine Phaseneinheit 102A-C mehrere Halbbrückenmodule umfasst, bilden die Modulhighsides durch Parallelschaltung eine Highside-Einrichtung der gesamten Phaseneinheit 102A-C, wobei die Modullowsides durch Parallelschaltung eine Lowside-Einrichtung der gesamten Phaseneinheit 102A-C bilden. An jeder Phaseneinheit 102A-C sind mehrere DC-Leistungsanschlüsse 106 zum Einspeisen einer DC-Spannung und ein AC-Leistungsanschluss 108 zum Abgreifen einer AC-Spannung angebracht, die mittels Schaltens der Halbleiterschaltelemente basierend auf der eingespeisten DC-Spannung erzeugt wird. Zusätzlich sind mehrere Signalpins 110 zum Ansteuern der Halbleiterschaltelemente in den jeweiligen Phaseneinheiten 102A-C angeordnet. Die Leistungsanschlüsse 106, 108 sowie die Signalpins 110 ragen, wie in 1 schematisch und beispielhaft gezeigt, seitlich aus der stromisolierenden Verkleidung 104 der jeweiligen Phaseneinheiten 1 02A-C heraus, was die elektrische Kontaktierung der Leistungsanschlüsse 106, 108 bzw. der Signalpins 110 vereinfacht.
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Die Leistungselektronik 10 ist an einer Kühlplatte 124 befestigt. Dazu ist de Leistungselektronik 10 vorzugsweise an ein Substrat, beispielsweise ein mehrschichtiges Substrat bestehend aus einer ersten Metalllage, einer zweiten Metalllage und einer dazwischen angeordneten Isolationslage, angebunden. Weiter vorzugsweise ist das Substrat an die Kühlplatte 124 angebunden, um dadurch die Leistungselektonik 10 an ein Kühlgehäuse 122 thermisch zu koppeln. Das Kühlgehäuse 122 und die Kühlplatte 124 bilden zusammen einen Kühler 12. Zwischen der Kühlplatte 124 und dem Kühlgehäuse 122 ist eine Dichtung 123 angeordnet, um den Kühlmedienraum des Kühlgehäuses 122, welcher im Betrieb des Wechselrichters 100A mit einem Kühlmedium (bspw. Wasser) durchströmt wird, dichtend zu verschließen. Das Kühlgehäuse 122 weist einen Kühlmedienzufluss 1222, durch den das Kühlmedium dem Kühler 12 zugeführt wird, und einen Kühlmedienabfluss 1224 auf, durch den das Kühlmedium vom Kühler 12 wieder abgeführt wird.
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Ein Niederhalter 14 ist auf einer vom Kühler 12 abgewandten Seite der Leistungselektronik 10 angeordnet und mittels hier beispielhaft als Schrauben ausgebildeter Befestigungsmittel 142 am Kühlgehäuse 122 fixiert. Die Schrauben 142 greifen im montierten Zustand des Wechselrichters 100A jeweils in eine in einem Randbereich des Kühlgehäuses 122 ausgebildete Schraubenöffnung 1226 ein. Auf diese Weise ist die Leistungselektronik 10 in einem Zwischenraum zwischen dem Niederhalter 14 und dem Kühler 12 eingeschlossen und gehaltert. Zusätzlich ist eine Temperatursensorik 15 vorgesehen, die von einer von der Leistungselektronik 10 abgewandten Seite des Niederhalters 14 mittels mehrerer hier beispielhaft als Schrauben ausgelegter Befestigungsmittel 152 am Niederhalter 14 fixiert ist. Die Temperatursensorik 15 umfasst mehrere Temperatursensoren 154, um die Tempratur der Leistungselektronik 10 und/oder der Kühlplatte 124 zu erfassen. Dazu treten die als Einsteckteile ausgelegten Temperatursensoren 154 jeweils in eine im Niederhalter 14 ausgebildete Sensorführung 144 hinein, die hier beispielhaft eine Ovalform aufweist.
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DC-seitig ist die Leistungselektronik 10 mit einem Zwischenkreiskondensator 16 elektrisch verbunden. Der Zwischenkreiskondensator 16 weist mehrere hier beispielhaft als Schrauben ausgebildete Befestigungsmittel 162 auf, die unterseitig des Niederhalters 14 und des Kühlgehäuses 122 bereitgestellt sind. Im montierten Zustand des Wechselrichters 100A greifen die Schrauben 162 jeweils in ein im Niederhalter 14 (bzw. im Kühlgehäuse 122, hier nicht gezeigt) ausgebildetes und nach unten geöffnetes Schraubenloch 146 ein. Am Zwischenkreiskondensator 16 sind mehrere DC-Stromschienen 164 zum Anbinden an die DC-Leistungsanschlüsse 106 angebracht, die im montierten Zustand des Wechselrichters 100A mittels einer Isolierfolie 166 vom Kühler 12 elektrisch getrennt sind. Ein DC-Eingang 11 ist zum Verbinden mit einer DC-Spannungsquelle (etwa Fahrzeugbatterie) über einen DC-seitiger EMV-Filter 13 mit dem Zwischenkreiskondensator 16 verbunden.
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AC-seitig ist die Leistungselektronk 10 mit einer AC-Stromschienenanordnung 18 umfassend mehrere AC-Stromschienen 182 elektrisch und mechanisch verbunden. Die AC-Stromschienen 182 sind derart positioniert, dass sie im montierten Zustand des Wechselrichters 100A die AC-Leistungsanschlüsse 108 der Phaseneinheiten 102A-C jeweils direkt von oben beaufschlagen und mit den AC-Leistungsanschlüssen 108 verbindbar, vorzugsweise verschweißbar sind. Mehrere hier beispielhaft als Heißverstemmdome ausgelegte Befestigungsmittel 184 sind an der AC-Stromschienenanordnung 18 angeordnet, um die AC-Stromschienenanordnung 18 mit einer in 2 schematisch gezeigten Steuereinrichtung, insbesondere mit deren Leiterplatte 17, zu verbinden. Mehrere Stromsensoren 188 sind ebenfalls an der AC-Stromschienenanordnung 18 angebracht, die auf einer Stromsensorleiterplatte 186 angeordnet sind. Die Stromsensorleiterplatte 186 ist wiederum über Signalleitungen mit der Steuereinrichtung bzw. deren Leiterplatte 17 signaltechnisch verbunden. Eine Temperatursignalleitung 189 verbindet die Stromsensorleiterplatte 186 und die Temperatursensorik 15. Wie in 1 schematisch gezeigt, ist die Temperatursignalleitung 189 endseitig in eine an der Tempratursensorik 15 angeordnete Buchse 156 einsteckbar. Auf diese Weise sind sowohl AC-Stromsignale als auch Temperatursignale über die Stromsensorleiterplatte 186 an die Leiterplatte 17 der Steuereinrichtung übertragbar. Zwecks Beseitigen von Störsignalen ist zusätzlich ein AC-seitiger EMV-Filter 187 vorgesehen.
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Im montierten Zustand des Wechselrichters 100A sind die vorgenannten Bauteile in der vorstehend beschriebenen Weise mechanisch zusammengefügt und elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 100A im montierten Zustand ist in 2 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Dort ist auch zu sehen, dass mehrere hier beispielhaft als Schrauben ausgelegte Befestigungsmittel 1228, 148 am Niederhalter 14 und am Kühlgehäuse 122 angebracht sind, um den gesamten Wechselrichter 100A im montierten Zustand an einem äußeren Gehäuse im zu bestromenden elektrischen Achsantrieb (hier nicht gezeigt) zu befestigen. Außerdem ist hier eine beispielhaft als Pin-Fin-Struktur ausgebildete Kühlstruktur 1242 gezeigt, die rückseitig der Kühlplatte 124 angeordnet ist. Eine solche Kühlstruktur 1242 vergrößert die Kontaktfläche zum Kühlmedium, sodass die Kühlleistung erhöht ist.
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3 zeigt einen Wechselrichter 100B gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Explosionsansicht. Der Aufbau des Wechselrichters 100B ist zur in 1-2 gezeigten Ausführungsform prinzipiell ähnlich, sodass bei gemeinsamen Merkmalen beider Ausführungsformen im Allgemeinen auf die Beschreibung zur oben gezeigten Ausführungsform verwiesen wird.
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Der Wechselrichter 100B umfasst ebenfalls eine Leistungselektronik 10 mit drei Phaseneinheiten 102A-C, die jeweils ein oder mehrere Halbbrückenmodule aufweisen, die mit einer stromisolierenden Verkleidung 104, die vorzugsweise als Umspritzung ausgelegt ist, umschlossen sind. Die Halbbrückenmodule verfügen über mehrere DC- und AC-Leistungsanschlüsse 106, 108 zum Einspeisen des DC-Stroms bzw. zum Abgreifen des AC-Stroms. Auch mehrere Signalpins 110 sind an den Phaseneinheiten 102A-C angebracht, um Steuersignale zwischen der Steuereinrichtung (bzw. deren Leiterplatte 17) und den Halbleiterschaltelementen der Halbbrückenmodule zu übertragen.
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Im Unterschied zur in 1-2 gezeigten Ausführungsform sind die Phaseneinheiten 102A-C nicht an eine gemeinsame Kühlplatte sowie eine gemeinsame Dichtung 123, sondern jeweils an eine separate Kühlplatte 124 mit dazugehöriger Dichtung 123 angebunden. Rückseitig der jeweiligen Kühlplatte 124 ist eine Kühlstruktur 1242 ausgebildet, die hier beispielhaft als Pin-Fin-Struktur ausgelegt ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Leistungselektronik 10 zwischen einem Niederhalter 14 und einem Kühler 12 angeordnet und dichtend eingeschlossen. Der Kühler 12 umfasst neben der Kühlplatte 124 auch ein Kühlgehäuse 122 mit einem Kühlmedienzufluss 1222 und einem Kühlmedienabfluss 1224. Ein Abdeckblech 1225 ist vorgesehen, um den mit dem Kühlmedium durchströmten Kühlmedienraum des Kühlgehäuses 122 rückseitig (d.h. auf der von der Leistungselektronik 10 abgewandten Seite) zu verschließen. Der Niederhalter 14 weist mehrere hier beispielhaft als Schrauben ausgebildete Befestigungsmittel 142 auf, mittels derer der Niederhalter 14 am Kühler 12 befestigbar ist. Zusätzlich sind mehrere Schraubenlöcher 1226 in einem Randbereich des Kühlgehäuses 122 ausgebildet, in die mehrere hier beispielhaft als Schrauben ausgelegte Befestigungsmittel 132, 162 des DC-seitigen EMV-Filters 13 und des Zwischenkreiskondensators 16 eingeführt werden können. Der Zwischenkreiskondensator 16 umfasst auch hier mehrere DC-Stromschienen 164, die jeweils mittels einer Schraube 1642 an die DC-Leistungsanschlüsse 106 der Halbbrückenmodule 102A-C angebunden sind. Dazu weisen die DC-Leistungsanschlüsse 106 jeweils eine Schraubenführung 1062 zur Aufnahme der Schraube 1642 auf.
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Die AC-Stromschienenanordnung 18 ist in der in 3 gezeigten Ausführungsform zur in 1-2 gezeigten Ausführungsform ähnlich aufgebaut und umfasst mehrere (hier beispielhaft drei) AC-Stromschienen 182 zum elektrischen und mechanischen Anbinden an die AC-Leistungsanschlüsse 108 der Halbbrückenmodule 102A-C. Auch hier sind mehrere hier beispielhaft als Heißverstemmdome ausgelegte Befestigungsmittel 184 vorgesehen, um die Steuereinrichtung, insbesondere deren Leiterplatte 17, auf die AC-Stromschienenanordnung 18 aufzubringen.
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Im montierten Zustand des Wechselrichters 100B sind die vorgenannten Bauteile in der vorstehend beschriebenen Weise mechanisch zusammengefügt und elektrisch verbunden. Der Wechselrichter 100B im montierten Zustand ist in 4 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Dort ist auch zu sehen, dass mehrere hier beispielhaft als Schrauben ausgelegte Befestigungsmittel 1228, 148, 168 am Niederhalter 14, am Kühlgehäuse 122 sowie im Unterschied zur in 1-2 gezeigten Ausführungsform hier zusätzlich auch am Zwischenkreiskondensator 16 angebracht sind, um den gesamten Wechselrichter 100B im montierten Zustand an einem äußeren Gehäuse im zu bestromenden elektrischen Achsantrieb (hier nicht gezeigt) zu befestigen. Dies ermöglicht eine sichere Anbindung des Wechselrichters 100B am äußeren Gehäuse.
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Bezugszeichenliste
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- 100A-B
- Stromrichter/Wechselrichter
- 10
- Leistungselektronik
- 102A-C
- Phaseneinheiten
- 104
- stromisolierende Verkleidung/Vergussmasse
- 106
- DC-Leistungsanschlüsse
- 108
- AC-Leistungsanschlüsse
- 110
- Signalpins
- 11
- DC-Eingang
- 12
- Kühler
- 122
- Kühlgehäuse
- 1222
- Kühlmedienzufluss
- 1224
- Kühlmedienabfluss
- 1226
- Schraubenloch
- 1228
- Befestigungsmittel/Schraube
- 123
- Dichtung
- 124
- Kühlplatte
- 1242
- Kühlstruktur
- 13
- DC-seitiger EMV-Filter
- 14
- Niederhalter
- 142
- Befestigungsmittel/Schraube
- 144
- Sensorführung/Ovalloch
- 146
- Schraubenloch
- 148
- Befestigungsmittel/Schraube
- 15
- Temperatursensorik
- 152
- Befestigungsmittel/Schraube
- 154
- Temperatursensor
- 156
- Buchse
- 16
- Zwischenkreiskondensator
- 162
- Befestigungsmittel/Schraube
- 164
- DC-Stromschienen
- 166
- Isolierfolie
- 168
- Befestigungsmittel/Schraube
- 18
- AC-Stromschienenanordnung
- 182
- AC-Stromschienen
- 184
- Befestigungsmittel/Heißverstemmdom
- 186
- Stromsensorleiterplatte
- 187
- AC-seitiger EMV-Filter
- 188
- Stromsensor
- 189
- Temperatursignalleitung