用于逆变器设备的开关模块、具有开关模块的逆变器设备和具有逆变器设备的车辆 |
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| 申请号 | CN202280058639.8 | 申请日 | 2022-09-02 | 公开(公告)号 | CN117941480A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 采埃孚股份公司; | 发明人 | 阿克·埃瓦尔德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的任务是，提供一种用于车辆的逆变器设备的 开关 模 块 ，其可特别简单地集成。为此，提出了一种用于车辆的逆变器设备(1)的开关模块(6)，其具有：至少一个开关装置(12)，其中，开关装置(12)被构造为高边开关装置或低边开关装置；用于中间回路电容器装置(4)的输入联接部(7)和用于相输出端(5a、b、c)的输出联接部(8)；基体(10)，其中，基体(10)具有至少一个模块主侧(11a、b)，其中，开关装置(12)布置在模块主侧(11a、b)上，其中，输入联接部(7)和输出联接部(8)布置在开关模块(6)的对置的侧上和/或在X方向上延伸。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于车辆的逆变器设备(1)的开关模块(6)，所述开关模块具有： |
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| 说明书全文 | 用于逆变器设备的开关模块、具有开关模块的逆变器设备和具有逆变器设备的车辆 技术领域[0002] 本发明还涉及一种具有开关模块的逆变器设备和相应的车辆。 背景技术[0004] 由电池或发电机提供的直流电压产生交流电压，以便驱动用于车辆的行驶运行的电动马达。逆变器的核心部件是开关元件，开关元件根据相位建立或取消电连接。对于开关元件，尤其使用半导体开关元件，其虽然经受开关频率和开关电流，但在运行中强烈地发热，并且因此必须相应符合应用地放置。 发明内容[0006] 本发明的任务是，提供一种用于车辆的逆变器设备的开关模块， [0007] 其可特别简单地集成。该任务通过具有权利要求1的特征的开关模块，通过具有权利要求9的特征的逆变器设备，并且通过具有权利要求15 [0009] 根据本发明，提出了一种开关模块，其适用于和/或被构造成用于车辆的逆变器设备。该车辆尤其构造为电动车或混合动力车。在任何情况下，车辆具有至少一个牵引马达以驱动车辆。牵引马达被构造为电动马达。 [0010] 逆变器设备具有从直流电供电和/或DC供电出发来提供交流电压供电、尤其是AC供电的功能。 [0011] 开关模块具有刚好一个或至少一个开关装置。因此，在开关模块中分别可以设置有刚好一个开关装置，或者备选地设置有两个或更多个开关装置。开关装置可以被构造为高边开关装置或低边开关装置。在开关模块具有两个或更多个开关装置的情况下，至少一个或刚好一个开关装置可以被构造为高边开关装置，并且刚好一个或至少一个开关装置可以被构造为低边开关装置。 [0012] 逆变器设备具有中间回路电容器装置和至少一个相输出端。开关模块在输入侧具有用于与中间回路电容器装置接触的输入联接部，并且在输出侧具有用于与至少一个相输出端接触的输出联接部。尤其地，高边开关装置与中间回路电容器装置的DC(+)输出端经由输入联接部连接或可连接，和/或低边开关装置与中间回路电容器装置的DC(‑)输出端经由输入联接部连接或可连接。 [0013] 开关模块具有基体，其中，基体形成至少一个模块主侧。开关装置布置在模块主侧上或者至少平行于模块主侧地布置。模块主侧优选是开关模块和/或基体的具有最大面积的侧。还可以设置的是，开关模块和/或基体分别具有彼此对置的两个模块主侧。例如，第一模块主侧可以通过开关模块和/或基体的前侧构造，并且第二模块主侧可以被构造为开关模块和/或基体的后侧。侧面环绕地布置，但其中，侧面比模块主侧构造得更小或者优选甚至明显更小。尤其地，开关模块可以具有壳体，其中，该壳体形成或一起形成基体。 [0014] 在本发明的范围内提出的是，输入联接部和输出联接部布置在开关模块的对置的侧上和/或在Y方向或负的Y方向上延伸。开关模块的高度在Z方向上延伸，开关模块的厚度在X方向上延伸。 [0015] 在此，本发明考虑到，通过输入联接部和输出联接部的对称布置，开关模块可以特别简单地集成到逆变器设备中。尤其地，开关模块可以以在负的Z方向上的安装方向安装到逆变器设备中。 [0016] 优选地，开关模块具有冷却装置，其中，冷却装置平行于模块主侧地取向和/或平行于Y‑Z平面地延伸。优选地，冷却装置被构造为主动冷却装置，特别是被构造为液体冷却装置。尤其地，冷却装置选择性地和/或仅仅配属于开关模块。 [0017] 对于结构上的设计方案优选的是，冷却装置具有冷却联接部，其中，冷却联接部在负的Z方向上延伸。因此，开关模块的侧面被冷却联接部占据。因此，继续本发明的以下考虑，即以在负的Z方向上的安装方向将开关模块安装到逆变器设备中。 [0018] 在本发明的优选的改进方案中，开关模块具有控制和/或测量联接部，其中，控制和/或者测量联接部在正的Z方向上延伸。尤其地，控制和/或测量联接部布置成与冷却联接部对置。因此，开关模块的其它的、尤其是对置的侧面被控制和/或测量联接部占据。因此，继续本发明的以下考虑，即以在负的Z方向上的安装方向将开关模块安装到逆变器设备中。 [0019] 总的来说，开关模块的两个对置的侧被用于输入联接部，并且输出联接部和两个对置的侧被用于冷却联接部和控制和/或测量联接部。因此，给开关模块的每个侧面指派相应的功能。由于侧面被用于联接部，所以开关模块在垂直于模块主侧的方向上的厚度并不增加，从而使得开关模块可以节省空间地定位在逆变器设备中，并且在所描述的安装方向上安装。 [0020] 优选的是，开关模块具有至少一个功率半导体作为开关装置。设置的是，该功率半导体平行于模块主侧延伸和/或在Y‑Z平面中延伸。特别优选地，功率半导体未封装地构造。在此，半导体材料可以是例如Si、SiC、GaN等。半导体类型可以例如是IGBT、Mosfet、共源共栅结构(Kaskoden)等。 [0021] 特别优选的是，开关模块具有陶瓷铜板，其中，陶瓷铜板平行于模块主侧地延伸和/或平行于Y‑Z平面地取向。陶瓷铜板优选构造为DCB(Direct‑Bond‑Copper‑Substrat(直接铜键合衬底))或IMS(Insulated metal substrate(绝缘金属衬底))。陶瓷铜板对于热能的去除和/或导出是特别有利的。优选地，一个或多个开关装置(尤其是构造为功率半导体)作为芯片直接施加、尤其是焊接到陶瓷铜板上。冷却装置与陶瓷铜板热接触。例如，冷却装置构造成与陶瓷铜板一致。陶瓷铜板优选矩形地构造。 [0022] 在本发明的优选的改进方案中，输入联接部具有输入接触面，并且输出联接部具有输出接触面。输入接触面和输出接触面在X‑Y平面中延伸和/或垂直于模块主侧的平面延伸。 [0023] 中间回路电容器装置的输出端具有输入配对接触面，其优选在与输入接触面相同的平面中延伸。相输出端具有输出配对接触面，其优选在与输出接触面相同的平面中延伸。 [0024] 利用该结构而可能的是，在开关模块沿负的Z方向的安装中，朝配对接触面力锁合地移动开关模块并且由此电接触开关模块。备选地或补充地，冷却联接部可以沿Z方向联接，以便因此在开关模块沿负的Z方向的安装中朝逆变器设备的配对冷却联接部移动，以便以流体技术连接冷却装置。利用该改进方案，继续本发明的以下考虑，即以在负的Z方向上的安装方向将开关模块安装到逆变器设备中。 [0025] 在本发明的改进方案或备选方案中，开关模块具有至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。尤其地，该开关模块形成半桥。在该设计方案中，可以通过单个节省空间的开关模块，在整个相位上提供相输出端。还可能的是，为每个相输出端设置有两个或更多个这样的开关模块。 [0026] 在开关模块具有开关装置中的两个的情况下(其中，其中一个开关装置被构造为高边开关装置，而其中一个开关装置被构造为低边开关装置)优选的是，该开关模块具有两个陶瓷铜板和布置在其上的开关装置，其中，冷却装置布置在开关装置和/或陶瓷铜板之间，以便主动冷却两个开关装置。总的来说，产生用于该开关模块的三明治结构。 [0027] 本发明的另一主题形成用于车辆的逆变器设备，其中，逆变器设备具有之前描述的和/或根据权利要求1至8中任一项所述的多个开关模块。在此，不同的开关模块也可以安装到逆变器设备中。 [0028] 逆变器设备具有从直流电压供电和/或DC供电出发来提供交流电压供电、尤其是AC供电的功能。 [0029] 逆变器设备具有中间回路电容器装置和至少其中一个相输出端，其中，开关装置和/或开关模块在输入侧与中间回路电容器装置连接，并且在输出侧与至少一个相输出端连接。优选地，逆变器设备具有刚好三个相输出端，以便三相地运行AC供电。开关装置在输入侧与中间回路电容器装置连接，并且在输出侧与至少一个相输出端连接。利用该设计方案和对开关模块和/或开关装置的相应的操控，可以产生优选三相的交流电流/交流电压作为AC供电。 [0030] 提出的是，开关模块中的多个开关模块利用平行取向的模块主侧以堆叠方式和/或以直立地成一列的方式布置在逆变器设备中。因此，开关模块平行地和/或竖直地，以共同的列直立在逆变器设备中。特别优选地，开关模块在垂直于模块主侧的观看方向上一致地或至少重叠地布置。尤其地，开关模块如堆叠那样布置，其中，开关模块优选沿堆叠方向彼此间隔开。 [0031] 该主题基于以下考虑，即，开关模块迄今总是面式地并排地定位在共同的平面中，以便能够特别好地从后侧主动冷却，并且能够附加地通过对流/热辐射从前侧被动冷却。然而，这种布置一方面具有所需的面积相对较大的缺点，另一方面，当高边开关装置和低边开关装置依次布置时，在高边开关装置和低边开关装置中可能发生线路长度问题。而根据本发明的逆变器设备能够利用第三维度来减小针对逆变器设备中的开关模块所需的结构空间。这种节省空间的布置能够通过开关模块的特殊的设计来实现。 [0032] 在本发明的优选的改进方案中，逆变器设备包括一个或多个紧固体，其中，紧固体被构造成用于沿负的Z方向紧固开关模块。尤其地，开关模块在利用紧固体的安装中沿负的Z方向运动，使得输入接触面和输出接触面和/或冷却联接部符合功能地被安装。优选地，一个或多个紧固体被构造为板条，其中，板条在X方向上延伸。 [0033] 优选地，逆变器设备中的开关模块的所有控制和/或测量联接部沿同一方向延伸，从而可以从一个侧面接触整个开关模块。 [0034] 特别优选地，逆变器设备具有控制和/或测量板，其中，控制和/或测量板放置在多个开关模块上，其中，朝共同的正的Z方向指向的控制和/或测量联接部可以由控制和/或测量板容纳。该结构便于开关模块的接触，并且允许节省空间的结构方式。 [0035] 在本发明的优选的改进方案中，具有平行的模块主侧的开关模块平行于Y‑Z平面取向和/或平行地彼此错开地布置。中间回路电容器装置以平行于X‑Y平面的电容器主侧或一般的面延伸部来延伸。电容器主侧是中间回路电容器装置的具有最大面积的侧。模块主侧或其平面因此垂直于中间回路电容器装置的面延伸部和/或电容器主侧或其平面。通过该布置，开关模块例如可以相互平行地、节省空间地布置在中间回路电容器装置的侧面上。 [0036] 在功能上看优选的是，给每个相输出端配属至少一个高边开关装置和至少一个低边开关装置。因此，可以利用每个相输出端来切换和/或产生完整的相位。 [0037] 在本发明的优选的改进方案中，给每个相输出端配属两个或更多个高边开关装置和/或两个或更多个低边开关装置。 [0038] 在本发明的第一备选方案中，共同的相输出端的所有高边开关装置并排布置和/或相输出端的所有低边开关装置并排布置。因此，形成并排布置的一组高边开关装置和一组低边开关装置。该设计方案的优点在于，可以非常简单地实现中间回路电容器装置侧上的联接部。 [0039] 在备选的设计方案中，高边开关装置和低边开关装置相对于中间平面对称地布置。中间平面在Y‑Z平面中延伸，其中，中间平面对称地划分相输出端的开关装置。尤其地，在两个低边开关装置之间布置有至少一个高边开关装置。两个或更多个高边开关装置也可以布置在两个低边开关装置之间。备选地或补充地，在相输出端的两个高边开关装置之间布置有至少一个低边开关装置。两个或更多个低边开关装置也可以布置在相输出端的两个高边开关装置之间。对称布置的开关装置的布置提供了最小的整流电池的优点，其减小了中间回路电容器装置的中间回路的区域中的必要的补偿电流。 [0040] 本发明的另一主题通过具有如之前描述的或根据前述的权利要求中任一项的逆变器设备的车辆来形成。车辆具有至少有一个牵引马达，其中，逆变器设备被构造成用于为牵引马达提供AC供电和/或给牵引马达供应交流电压和交流电流。 附图说明[0041] 随后的描述和附图公开了本发明的优选的实施例。在附图中： [0042] 图1示出了作为本发明的实施例的逆变器设备的示意性的三维图； [0043] 图2示出了图1的逆变器设备的细节图； [0044] 图3示出了前述的附图的逆变器设备的另外的细节图； [0045] 图4a、b示出了具有开关模块的不同布置方案的前述的附图的逆变器设备的联接区域的示意性的俯视图； [0046] 图5a、b、c示出了作为本发明的实施例的用于逆变器设备的开关模块的不同视图中的三维图； [0047] 图6a、b示出了在已安装状态下的开关模块的不同视图中的三维图； [0048] 图7a、b示出了用于前述的附图的逆变器设备的开关模块的本发明的另一实施例的不同视图中的三维图； [0049] 图8a、b、c示出了用于前述的附图的开关模块的陶瓷铜板的不同的变型方案的俯视图。 [0050] 在附图中，相同的或相应的部件或区域设有相同的或相应的附图标记。该描述以相同方式分别涉及所有附图。 具体实施方式[0051] 图1以示意性的三维图示出了作为本发明的实施例的逆变器设备1。逆变器设备1也可以被称为逆变器。逆变器设备1具有从例如源自电池或燃料电池的DC电供电2提供AC电供电的功能。逆变器设备尤其用于为车辆提供AC电供电，特别地用于为构造为车辆的牵引马达的电动马达供电。 [0052] 逆变器设备1具有中间回路电容器装置4，其中，中间回路电容器装置4在输入侧与电池或燃料电池(未示出)连接。此外，逆变器设备1具有三个相输出端5a、b、c，在相输出端上提供用于AC电供电的三个相。相输出端5a、b、c构造为导电的T形体，其中，直立的支腿朝电动马达的方向形成联接部，并且平躺的支腿朝中间回路电容器装置4的方向形成接触部。 [0053] 多个并联布置的开关模块6以电方式接在中间回路电容器装置4与相输出端5a、b、c之间。开关模块6分别具有用于与中间回路电容器装置4接触的输入联接部7和用于与相输出端5a、b、c中的一个相输出端并联接触的输出联接部8，尤其是在横置的支腿的区域中。 [0054] 为了简化描述，中间回路电容器装置4的面延伸部以X方向和Y方向撑开的平面表示，并且逆变器设备1的高度以Z方向表示。 [0055] 图2以示意性的三维俯视图示出了逆变器设备1在开关模块6的区域中的联接区域。在该图示中，在开关模块6的输出侧示出了相输出端5a、b、c，并且在输入侧示出了中间回路电容器装置4的高边输出端9a和低边输出端9b。在高边输出端9a处存在中间回路电容器装置4的DC(+)电压，在低边输出端9b处存在中间回路电容器装置4的DC(‑)电压。输入联接部7选择性地与高边输出端9a或低边输出端9b导电连接。输出联接部8与相输出端5a、b、c导电连接。给每个相输出端5a、b、c分别配属一组与高边输出端9a连接的开关模块6并且分别配属一组与低边输出端9b连接的开关模块6。 [0056] 图3以三维示意图，在放大图中示出了逆变器设备1在开关模块6中的区域。可得到的是，开关模块6分别具有基体10，该基体形成方形形状或矩形形状。开关模块6分别具有模块主侧10a、10b，其中，模块主侧10a、10b形成基体9或开关模块6的前侧或后侧。开关模块6环绕地具有侧面，其在面积上构造得明显小于模块主侧11a、b。 [0057] 模块主侧11a、b平行于Y‑Z平面延伸。尤其地，开关模块6竖直地布置在逆变器设备1中。一些并且在该实施例中所有的开关模块6以共同的列直立地布置，和/或从而使得不同的开关模块6的模块主侧11a、b彼此平行地布置。开关模块6以堆叠方式布置。如果沿X方向观察开关模块6，那么其被一致地定位。在开关模块6之间设置有距离，使得开关模块6不会意外接触，并且还改进了冷却。 [0058] 可以看出，开关装置11和可选地补充地二极管装置12布置在开关模块6上。开关装置12和可选地补充地二极管装置13平行于模块主侧11a、b和/或在Y‑Z平面中延伸，尤其地，开关装置12被构造为功率半导体。开关装置12和可选地补充地二极管装置13被构造为未封装的构件。例如，开关装置12构造为未封装的IGBT芯片，以便以该方式减小任何与壳体相关的电阻(DFPR，Die‑Free Package Resistance(无芯片封装电阻))以及壳体的热阻(Rth、JC)，并且由此改进能量效率和热性能。 [0059] 输入联接部7分别具有输入接触面14，其中，输入接触面14平行于X‑Y平面地取向并且面式地安放到高边输出端9a或低边输出端9b的输入配对接触面15上。输出联接部8分别具有输出接触面16，输出接触面分别位于X‑Y平面中并且面式接触地安放在相输出端5a、b、c的输出配对接触面17上。 [0060] 开关模块6分别具有冷却装置18，其中，冷却装置18平行于模块主侧11a、b地取向和/或平行于Y‑Z平面延伸。冷却装置18具有冷却联接部18，冷却联接部18沿负的Z轴的方向延伸并且可以通过开关模块6沿负的Z方向的运动联接到配对冷却联接部20中。 [0061] 开关模块6因此可以通过沿负的Z方向的运动而电接触，并且联接到冷却回路。 [0062] 开关模块6分别具有陶瓷铜板21，该陶瓷铜板与主模块主侧10a、10b平行地取向和/或形成该主模块主侧。陶瓷铜板21尤其构造为直接铜键合衬底(DCB，Direct Copper Bonding(直接铜键合))。尤其地，开关装置12和/或二极管装置13直接施加到DCB衬底上，该DCB衬底的膨胀系数等于硅的膨胀系数。 [0063] 尤其地，冷却装置18与陶瓷铜板20热接触。在所示的实施例中，陶瓷铜板20具有与冷却装置18相同的样式和/或与其一致地构造。尤其地，冷却装置18全面地冷却陶瓷铜板21。 [0064] 开关模块6分别具有控制和/或测量联接部21，其中，控制和/或测量联接部21通过多个引脚23形成，其中，引脚23沿正的Z方向延伸。 [0065] 因此，通过沿负的Z方向将控制和/或测量板23放置到开关模块6上，开关模块6可以通过控制和/或测量板23(图1)接触。 [0066] 总之，开关模块6在两个对置的侧(尤其沿Y方向)上具有输入联接部7和输出联接部8，和/或在两个对置的侧(尤其沿Z方向)上具有冷却联接部19和控制和/或测量联接部22。 [0067] 逆变器设备1能够利用第三维度来减小逆变器设备1的功率半导体的侧的所需的结构空间，如在附图中可看到的那样。 [0068] 逆变器设备1的特征在于， [0069] ‑多个开关模块6一起连接到一个电相位， [0070] ‑在电相位内，一个或多个开关模块6分别形成高边开关和低边开关，其中，开关的开关模块6并联连接， [0072] ‑单件式或多件式的中间回路电容器装置4，其在DC侧为开关装置12、尤其是功率半导体供电， [0073] ‑用于冷却剂的共同的入口和出口，以便能够实现开关模块6的串联或并联的冷却， [0074] ‑构造为控制和/或测量板24的电路板，其至少负责用于操控开关模块6的功能并且可以包含用于半导体的必要的保护电路。在此，电路板能够实现开关模块6针对测量和控制联接部的电接触。此外，电路板建立每个拓扑开关的多个芯片的实用的并联电路[0075] 在图4a所示的逆变器设备1中，每个拓扑开关的四个开关模块6分别相互连接。在此，开关模块6包含切换性的功率半导体作为开关装置12。每个拓扑开关的并联连接的不同数量的开关模块6也是可能的。拓扑开关连接到切换性的高边和低边，其可以表示一个相的交流电流。 [0076] 逆变器设备1表示可用于运行电机的三个电相位。在另一侧，功率半导体经由联接部DC+和DC‑联接到中间回路电容器装置4。 [0077] 在下侧，冷却装置18被插入到冷却剂分布中。模块的紧固和定位通过构造为紧固体28的压紧装置实现，压紧装置与分配器或壳体连接。在上侧，开关模块6的形成控制和/或测量联接部22的测量和控制接触部与构造为控制和/或测量板24的电路板连接，该电路板可以包含驱动和控制电路。 [0078] 图4a、b示出了用于关于其中一个相输出端5a、b、c将开关模块6布置在逆变器设备1中的两个备选方案。在图4a中，开关模块6布置在两个组中，其中，两个组并排定位。具有四个开关模块6的在输入侧与低边输出端9b接触的第一组，以及具有四个开关模块6的第二组，其中，相应的输入联接部7与中间回路电容器装置4的高边输出端9a接触。因此，第一组的开关模块6或其开关装置12形成低边开关装置，并且开关模块6或者其开关装置12形成高边开关装置。可看到的是，可以非常简单地布置中间回路电容器装置4的输出端9a、9b。 [0079] 而图4b示出了开关模块6的分布，其中，这些开关模块并没有以组方式排列，而是混合地布置。尤其地，开关模块6相对于中间平面25对称地定位。该布置导致的是，中间回路电容器装置4必须提供更多的输出端9a、9b。然而，该布置的优点是，在运行中产生较少的补偿电流。更确切地说，在具有低边开关模块的两个开关模块6之间分别布置有两个具有高边开关装置的开关模块6。 [0080] 因此，与使用分立的半桥相比，使用分立的开关模块6具有以下优点，即电势开关的不同的布置是可能的。在图4a、b中可看到两种可能的布置变型方案，其中，左边的布置对应于在之前的附图中可看到的布置。该布置提供以下优点，即电势的所有测量和控制联接部彼此相邻，并且DC侧的联接部也可以非常简单地实现。图4b中的布置提供最小的整流电池的优点，其使得中间回路的区域中的必要的补偿电流最小。 [0081] 在逆变器设备1中，由于分立的方案，也可以以简单的方式和方法使用多于一种的半导体材料/类型。在此，半导体材料例如可以是Si、SiC、GaN。半导体类型例如可以是IGBT、Mosfet、共源共栅结构。除了图4a、b所示的那些布置以外，在使用多种半导体材料和类型的情况下还产生另外的布置。 [0082] ‑除了四个并联的开关模块6以外，还可以并联地使用其它数量的开关模块。 [0083] ‑在电相位内可以使用不同的功率半导体，例如Si‑IGBT、SiC‑Mosfet、SiC‑共源共栅结构(Kaskode)、GaN？。 [0084] ‑在逆变器结构中可以同时使用多种不同的半导体类型，例如Si‑IGBT和SiC‑Mosfet。 [0085] ‑除了驱动功能以外，电路板还可以在电路载体中包含控制板功能。备选地，逆变器设备1还可以包含多个电路载体。 [0086] 图5a、b、c以不同视图中的三维示意图示出了其中一个开关模块6。在这些图示中可再次看到，基体10通过陶瓷铜板21形成，其中，冷却装置18全面地布置在陶瓷铜板21的后侧。输入联接部7和在对置的侧上的输出联接部8分别沿X方向延伸。输入联接部7和输出联接部8分别具有子区段，该子区段位于与陶瓷铜板21相同的平面内并与之面式地接触。在输入联接部7或输出联接部8的自由端部上，部分区域枢转或弯曲90°，从而形成沿负的Z方向的方向定向的输入接触面14或输出接触面16。在开关模块6的上侧布置有控制和/或测量联接部22，其由四个引脚形成，其中，引脚23具有以下配属： [0087] ‑漏极 [0088] ‑栅极 [0089] ‑开尔文源极 [0090] ‑源极。 [0091] 开关模块6在下侧(负的Z方向)具有定位体26，其中，定位体26在该实施例中构造为L形型材。定位体26也可以与冷却装置18构造为一体的。定位体26在两侧沿Y方向凸出超过开关模块6的基体10，从而形成定位舌板27。定位舌板27具有在Y‑Z平面中取向的直立的支腿以及在X‑Y平面中取向的平躺的支腿。 [0092] 在开关模块6的下侧布置有两个冷却联接部19，其沿负的Z方向延伸并且构造为管状的。 [0093] 图6a、b示出了在逆变器设备1中的安装位置中的两个开关模块6。开关模块6通过紧固体28紧固在逆变器设备1中。紧固体28构造成板条并且具有用于容纳定位舌板27的紧固容纳部29。紧固容纳部29构造成与定位舌板27相对应。 [0094] 紧固体28具有机械接口30，其中，机械接口30被构造成，在安装期间沿负的Z方向对紧固体28进行紧固并且在紧固期间沿该方向牵拉紧固体。在该实施例中，机械接口30构造为通孔，从而导入旋拧器件，该旋拧器件沿负的Z方向的方向对紧固体28进行紧固。紧固容纳部30被构造成，使得其能够沿负的Z方向传递紧固力，其中，在安装期间，开关模块6沿负的Z的方向被牵拉，使得一方面冷却联接部19被联接，并且另一方面联接部7、8经由各自的接触面14、16被挤压到相应的配对接触面15、16，17上，以便建立或改进电接触。 [0095] 如从图6a、b看出的那样，其中一个开关模块6配备有高边开关装置，并且另一开关模块6配备有低边开关装置。为了避免错误安装，定位舌板27或紧固容纳部29被构造为彼此镜像相反的，从而在“防呆(Poka Yoke)”防错的意义中只能安装合适的开关模块6。 [0096] 图7a、b示出了开关模块6的备选的结构形式。在该备选的设计方案中，开关模块6分别构造为半桥并且分别具有两个开关装置12，即高边开关装置和低边开关装置。此外，开关模块6具有两个陶瓷铜板21，其中，冷却装置18布置在两个陶瓷铜板21之间。在陶瓷铜板21的每个上都布置有其中一个开关装置12。未示出的是然而也可以被放置的定位体26。开关模块6具有两个输入联接部7，从而使得开关模块能够与中间回路电容器装置4的DC+和DC‑连接。然而，开关模块6具有仅一个输出联接部8，用于与相输出端5a、b、c之一电连接。陶瓷铜板21中的每个都具有自身的控制和/或测量联接部22，其然而与引脚23一起沿Z方向延伸。 [0097] 因此，图7a、b示出了仅由一个结构块构成的半桥设备的备选的结构。在此，高边的半导体布置在一个侧上，而低边的半导体布置在对置的侧上。在冷却器的区域中，每个侧都具有自身的冷却面，冷却面由冷却剂并联地流过。作为输出联接部8的AC舌板将该布置内的两个拓扑开关连接为电半桥并将其向外引导。除了所示的控制和测量联接部22以外还可以布置有如在之前的附图中描述的另外的装置。用于定向和紧固的定位舌板也可以设置在半桥设备中。 [0098] 开关模块6能够利用第三维度，以便使逆变器设备1的功率半导体的侧的所需的结构空间最小。 [0099] 开关模块6的特征在于， [0100] ‑一个或多个功率半导体(芯片)作为每个开关模块6的开关装置12布置在Y‑Z平面中， [0101] ‑开关模块6在沿Y方向对置的侧上具有用于漏极和源极的功率联接部，[0102] ‑带有冷却装置18的开关模块6具有集成的流体冷却件，冷却装置沿负的Z方向具有其入口和出口，并且 [0103] ‑开关模块6沿正的Z方向具有控制和测量联接部(例如漏极、栅极、开尔文源极、电源)， [0104] ‑开关模块6具有用于安装的紧固点(例如定位舌板27)。 [0105] ‑除了两个并联的功率半导体以外，还可以并联地使用其它数量的功率半导体。 [0106] ‑不同的功率半导体，例如Si‑IGBT、SiC‑Mosfet，SiC‑共源共栅结构、GaN？可以使用在芯片设备中。 [0107] ‑多种不同的半导体类型，例如Si‑IGBT和SiC‑Mosfet可以同时安装在逆变器结构内。 [0108] 当替代二极管装置13地使用第二开关装置12，从而示例性地将两个SiC‑Mosfet用作开关装置12时，一个或多个功率半导体可以作为开关装置12并联地使用在开关模块6中，如在图5a、5b中那样。此外，也可以布置多个功率半导体元件，例如Si‑IGBT+二极管(在图5a中示例性示出)或SiC‑共源共栅结构(Kascode)以形成拓扑开关。在开关模块6中，用于开关模块6的所有半导体的共同的控制和测量联接部被向上引导。备选地，这些联接部也可以针对每个半导体单独实施。 [0109] 图8a、b、c示出了陶瓷铜板21的设计的不同的实施方式。 [0110] 开关装置12和可选补充地二极管装置13布置在作为陶瓷铜板21的DBC(绝缘陶瓷)上，其将漏极与半导体连接，即与开关装置12连接，并且可选补充地与二极管装置13连接。半导体元件、即开关装置12和可选补充地二极管装置13如在之前的附图中那样施加在陶瓷铜板21的铜区段上。 [0111] 陶瓷铜板21、尤其是DBC也可以承担控制和测量联接部22的定位。在该情况下，陶瓷铜板21的铜涂层必须被划分为多个部分(图8a)。备选地，它们可以作为引线框架的一部分在不碰触DBC的情况下布置(图8b)。例如，在图5a、b、c中，输入联接部7没有与陶瓷铜板21/DBC的铜涂层连接。这可以在备选的布置中实现，如图8a所示，其中，还需要在输入联接部与半导体、尤其是开关装置12和/或二极管装置13的源极接触部之间的例如经由键合线的连接。没有通过陶瓷铜板21/DBC的铜涂层与其目标连接的测量和控制联接部22利用未画出的连接与其目标例如通过键合线连接。 [0112] 陶瓷铜板21/DBC通过焊接或烧结在下侧与冷却装置18面式地连接，以便能够将热量传递到冷却剂中。冷却装置18在开关模块6中具有冷却介质的流入口和流出口，其可以借助密封件与冷却件连接。补充地，冷却装置18或壳体具有定位舌板27，其为了开关模块6在复合件、例如逆变器结构中的定向和紧固而是需要的。 [0113] 附图标记列表 [0114] 1 逆变器设备 [0115] 2 DC供电 [0116] 3 AC供电 [0117] 4 中间回路电容器装置 [0118] 5a、b、c 相输出端 [0119] 6 开关模块 [0120] 7 输入联接部 [0121] 8 输出联接部 [0122] 9a 高边输出端 [0123] 9b 低边输出端 [0124] 10 基体 [0125] 11a、b 模块主侧 [0126] 12 开关装置 [0127] 13 二极管装置 [0128] 14 输入接触面 [0129] 15 输入配对接触面 [0130] 16 输出接触面 [0131] 17 输出配对接触面 [0132] 18 冷却装置 [0133] 19 冷却联接部 [0134] 20 配对冷却联接部 [0135] 21 陶瓷铜板 [0136] 22 控制和/或测量联接部 [0137] 23 引脚 [0138] 24 控制和/或测量板 [0139] 25 中间平面 [0140] 26 定位体 [0141] 27 定位舌板 [0142] 28 紧固体 [0143] 29 紧固容纳部 [0144] 30 机械接口 |
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