(57)【要約】  本発明は、コイル（４、５）が互いに対向する２つの電極板（２ａ、２ｂ）に導電的に取り付けられ、パワーエレクトロニクスモジュール（８）のバスバー（７ａ、７ｂ）に取り付けられた対応する第２接続手段（９ａ、９ｂ）と脱着可能又は脱着不可能なプラグイン接続を形成する複数の第１接続手段が各電極板（２ａ、２ｂ）上に設けられている、ＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）に関する。
2021502702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル（４，５）が互いに対向する２つの電極板（２ａ、２ｂ）に導電的に取り付けられたＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）であって、
パワーエレクトロニクスモジュール（８）のバスバー（７ａ、７ｂ）に取り付けられた対応する第２接続手段（９ａ、９ｂ）に脱着可能又は脱着不可能なプラグ接続を形成する複数の第１接続手段（６）が前記各電極板（２ａ、２ｂ）に設けられていることを特徴とするＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）。
【請求項２】
前記第１接続手段（６）は、前記電極板（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ）と一体に形成されている、請求項１に記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）。
【請求項３】
前記第１接続手段（６）は、コンタクトピンを受け入れるのに適切なソケット又はタブの形で形成されている、請求項１又は２に記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）。
【請求項４】
前記第１コイル（４）が間に配置された前記電極板（２ａ、２ｂ）によって形成される第１電極板対（２）と、第２コイル（５）が間に配置された別の２つの互いに対向する電極板（３ａ、３ｂ）によって形成される第２電極板対（３）と、が並列配置されている、請求項１から３のいずれか１つに記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）。
【請求項５】
前記第１電極板対（２）の第１電極板板（２ａ）は前記第２電極板対（３）の第３電極板（３ａ）に接続され、前記第１電極板対（２）の第２電極板（２ｂ）は前記第２電極板対（３）の第４電極板（３ｂ）に接続されている、請求項４に記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）。
【請求項６】
少なくとも２つのバスバー（７ａ、７ｂ）を有するパワーエレクトロニクスモジュール（８）であって、請求項１から５のいずれか１つに記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）が取り付けられた対応する前記第１接続手段（６）と脱着可能又は脱着不可能なプラグ接続を形成する前記第２接続手段（９ａ、９ｂ）が各バスバー（７ａ、７ｂ）に設けられている、パワーエレクトロニクスモジュール（８）。
【請求項７】
前記第２接続手段（９ａ、９ｂ）は、前記バスバー（７ａ、７ｂ）と一体的に形成されている、請求項６に記載のパワーエレクトロニクスモジュール（８）。
【請求項８】
前記第２接続手段（９ａ、９ｂ）は、摩擦係合で前記第１接続手段（６）に挿入し得るように、前記バスバー（７ａ、７ｂ）から延びるコンタクトピンの形で形成されている、請求項６又は７に記載のパワーエレクトロニクスモジュール（８）。
【請求項９】
バスバー（７ａ、７ｂ）が、供給ラインとの接続のための接続要素（１１ａ、１１ｂ）を有する、請求項６から８のいずれか１つに記載のパワーエレクトロニクスモジュール（８）。
【請求項１０】
インバータ又はＤＣ−ＤＣコンバータのような電気エネルギー貯蔵用の充電装置として設計されている、請求項６から９のいずれか１つに記載のパワーエレクトロニクスモジュール（８）。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれか１つに記載のＤＣリンクコンデンサモジュール（１、１’）がプラグ接続によって請求項６から１０のいずれか１つに記載のパワーエレクトロニクスモジュール（８）に接続されている、パワーエレクトロニクス装置（１４）。
【請求項１２】
前記第１接続手段（６）と前記第２接続手段（９ａ、９ｂ）との間に確立されるプラグ接続は脱着可能又は脱着不可能な接続である、請求項１１に記載のパワーエレクトロニクス装置（１４）。
【請求項１３】
前記第２接続手段（９ａ、９ｂ）は、前記第１接続手段（６）に挿入された後に、変形することで脱着不可能な接続を形成する、請求項１１又は１２に記載のパワーエレクトロニクス装置（１４）。
【請求項１４】
前記コイル（４、５）を気密に取り囲む、特に変形可能なカバー要素（１５）をさらに備える、請求項１１から１３のいずれか１つに記載のパワーエレクトロニクス装置（１４）。
【請求項１５】
前記カバー要素（１５）をバスバー（７ａ、７ｂ）に対して封止する封止要素（１６）をさらに備える、請求項１４に記載のパワーエレクトロニクス装置（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に電気自動車に使用するための、パワーエレクトロニクス装置に関する。また、本発明はパワーエレクトロニクス装置の製造に適したＤＣリンクコンデンサモジュール及びパワーエレクトロニクスモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス装置としては、たとえばインバータ又はＤＣ−ＤＣコンバータのようなエネルギー貯蔵用の充電装置が従来技術において一般的に知られている。このようなパワーエレクトロニクス装置は、ＤＣリンクコンデンサを有する定電圧ＤＣリンクを備える。
【０００３】
例えば複合又は専用の電気駆動とともに車両に使用するための定電圧ＤＣリンクを有するパワーエレクトロニクス装置は、しばしば非常に強力なパワー半導体又はパワー半導体モジュールを使用する。これらは、部分的に複雑な制御手順及び適切な作動方法により、高速スイッチング手段によって要求に応じて大きな電力を切り替えることができる。しかし、定電圧ＤＣリンクにおける高電流の高速な切り替えは、設計に固有のインダクタンス、特にラインインダクタンスと組み合わされて、パワー半導体又はパワー半導体モジュールのスイッチオフプロセス中にしばしば望ましくない電圧ピークを引き起こす。ほとんどの場合、定電圧ＤＣリンク上のパワー半導体又はパワー半導体モジュールの高周波スイッチング動作は、電磁環境適合性の障害も引き起こす。
【０００４】
定電圧ＤＣリンクにおいてＤＣリンクコンデンサを用いることによってこれらの望ましくない電気的効果を打ち消すことが知られている。この方法の成否は、適切な組み立て及び接続技術を用いて、ＤＣリンクコンデンサのパワー半導体又はパワー半導体モジュールに対する電気的及び機械的に最善な接続を確立することに特に依存する。ＤＣリンクコンデンサは、通常、互いに対向する２つの電極板から形成され、それらの間には１つ以上のコイルが保持される。各コイルは、シューピング（ｓｈｏｏｐｉｎｇ）によって電気接触が可能な互いに対向する２つの端面を有する。シューピングされた端面は、通常、対応する電極板に半田付け又は溶接される。そして、電極板は、外部回路、ケーブル等に接続するための端子素子を有するバスバーに強固に接続される。
【０００５】
ある実施形態では、コイルが間に保持された電極板と、内部に設けられた端子素子を除くバスバーとが、ポッティング化合物中に封入される。ＤＣリンクコンデンサは、通常、パワーエレクトロニクス装置の製造業者の仕様に従って、ＤＣリンクコンデンサを製造する供給業者から製造業者によって購入される。したがって、製造業者の仕様が変更される場合、供給業者は、対応して適合するＤＣリンクコンデンサを製造することが必要である。これは煩雑でコストがかかる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における欠点を取り除くことである。特に、低減された労力で製造し得るパワーエレクトロニクス装置が記載される。
【０００７】
この目的は、請求項１、６、１１の特徴によって達成される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項の特徴から生じる。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、コイルが互いに対向する２つの電極板に導電的に取り付けられ、パワーエレクトロニクスモジュールのバスバーに取り付けられた対応する第２接続手段と脱着可能又は脱着不可能なプラグ接続を形成する複数の第１接続手段が各電極板上に設けられる、ＤＣリンクコンデンサモジュールが提案される。
【０００９】
提案されるＤＣリンクコンデンサモジュールは、従来技術とは異なりバスバーを有しない。各電極板上には第１接続手段のみが設けられ、バスバー上に設けられた第２接続手段への接続に適合する。これにより、第２接続手段が設けられたバスバーをパワーエレクトロニクスモジュールに装着することができ、後の製造工程において、ＤＣリンクコンデンサモジュールを簡単なプラグ接続によって導電的にバスバーに接続することができる。
【００１０】
ＤＣリンクコンデンサモジュールは、電極板に導電的に取り付けられた別のコイルを有してもよい。ＤＣリンクコンデンサモジュールは、パワーエレクトロニクス装置の製造業者の要求に応じて、異なる数のコイル及び／又は異なる特性を有するコイルを備えて供給業者から提供されてもよい。これにかかわらず、電極板の形状及び第１接続手段の配置及び設計は維持することができる。これにより、製造業者は、パワーエレクトロニクスモジュールに装着したバスバーの装着形状を維持しながら、例えば異なる静電容量を有するＤＣリンクコンデンサモジュールを迅速かつ容易に取り付けることが可能になる。供給業者の側では、費用及び時間がかかる工程である、バスバーを電極板に装着する工程が削除される。これとは別に、このようなＤＣリンクコンデンサモジュールは、供給業者によってより小さなユニットで提供されてもよく、その後、製造業者がプラグ接続を用いてバスバー上に多数のユニットを装着してもよい。
【００１１】
特に有利な実施形態によれば、第１接続手段は電極板と一体に形成されている。第１接続手段は、例えばスタンピング、レーザ切断、曲げ技術を用いて、電極板と一体に製造されてよい。特に、第１接続手段は、コンタクトピンを受け入れるのに好適なソケット又はタブのように形成することができる。ソケット又はタブは、例えば、クランプスプリング等を含んでよい。
【００１２】
別の有利な実施形態によれば、第１コイルが間に配置された電極板から形成される第１対の電極板と、１つ以上の第２コイルが間に配置された互いに対向する２つの別の電極板から形成される第２対の電極板とが、並列配置で設けられている。それぞれコイルが間に保持された第１対及び第２対の電極板へのＤＣリンクコンデンサモジュールの細分化は、所定の形状を維持しながら、電極板間に広がる領域を減少させることを可能にする。これにより、ＤＣリンクコンデンサモジュールの漏れインダクタンスが低減される。このようなＤＣリンクコンデンサモジュールは、特に高速スイッチング動作に適している。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、少なくとも２つのバスバーを有するパワーエレクトロニクスモジュールが提案され、それぞれのバスバーには、本発明のＤＣリンクコンデンサモジュールに取り付けられた対応する第１接続手段への脱着可能又は脱着不可能なプラグ接続を確立するための第２接続手段が設けられる。
【００１４】
提案されたパワーエレクトロニクスモジュールは、有利には、最初にＤＣリンクコンデンサモジュールなしで製造業者によって製造され得る。プラグ接続を確立することにより、後の製造工程でパワーエレクトロニクスモジュールをＤＣリンクコンデンサモジュールに簡単かつ容易に接続し得る。その結果、例えば、製造業者は、バスバーを冷却装置に近接して又は冷却装置と直接接触するように装着することができる。それぞれのバスバーは、第２接続手段において規格化された配置を有してよい。これにより、１つ以上の形状的に適切に適合したＤＣリンクコンデンサモジュールをバスバー上に装着することが可能になる。
【００１５】
バスバーは、特にサンドイッチ状で、互いに対向して配置して装着されてもよい。一方のバスバーは、他方のバスバーの第２接続手段の通過のための開口を有してよい。
【００１６】
有利な実施形態によれば、第２接続手段は、バスバーから延びるコンタクトピンとして形成され、このコンタクトピンは第１接続手段の中に摩擦的に挿入されてよい。「コンタクトピン」という用語は、本文脈において一般的な用語として理解されるべきであり、すなわち、互いに隣接して配置された１つ以上の接触舌部によって形成されてもよく、これらの接触舌部は、例えば、平面視において、長方形、台形、又は尖形である。コンタクトピンは、ピン又はパイプソケットとして形成されてもよい。断面の形状は円形、正方形、又は長方形のいずれかであってよい。
【００１７】
第２接続手段は、便宜上バスバーと一体に形成されている。第２接続手段は、例えば、スタンピング、レーザ切断、曲げ技術によって形成されてよい。
【００１８】
バスバーは、供給ラインや回路等に接続するための端子素子を有してよい。例えば、これは、ネジ、ネジ山付きボルト等の締結要素の通過のための開口を有する端子ラグである。
【００１９】
パワーエレクトロニクスモジュールは、好ましくは、インバータ又はＤＣ−ＤＣコンバータのような電気エネルギー貯蔵用の充電装置として形成される。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、本発明のＤＣリンクコンデンサモジュールが、プラグ接続によって本発明のパワーエレクトロニクスモジュールのバスバーに接続されている、パワーエレクトロニクス装置が提案される。
【００２１】
このようなパワーエレクトロニクス装置は、低コストで製造することができる。また、要求に応じて、同一又は異なる静電容量、絶縁耐力、漏れインダクタンス等を有する複数のＤＣリンクコンデンサモジュールと組み合わせてもよい。さらに、バスバーをＤＣリンクコンデンサモジュールから分離することで、ＤＣリンクコンデンサモジュールの冷却効率を向上させることができる。製造業者は、冷却効率が改善されるようにバスバーをパワーエレクトロニクスモジュールに装着し得る。
【００２２】
本発明のパワーエレクトロニクス装置は、コイルを気密に取り囲むカバー要素をさらに備えてよい。カバー要素は、特に搬送中にコイルを損傷させる可能性がある湿気及び熱からコイルを保護する。カバー要素は、カバー要素内に収容されたコイルと周囲環境との間でガス交換せずに圧力の均一化が可能となるように、変形可能であることが特に好ましい。特に、これにより、従来コイルが輸送中に密着させられていた、一般に使用される使い捨ての金属箔を不要にすることが可能になる。
【００２３】
さらに、パワーエレクトロニクス装置は、バスバーに対してカバー要素を封止する封止要素を有してよい。この場合、カバー要素はバスバー上に載置してよい。
【００２４】
有利な実施形態によれば、第１接続手段と第２接続手段との間で確立される接続は、脱着可能又は脱着不可能である。例えば、ＤＣリンクコンデンサモジュールを装着するために最初に確立されたプラグ接続はそのままにしておいてよい。これは脱着可能な接続である。一方で、プラグ接続が一旦確立されると、接続が脱着できないように例えば第２接続手段が変形する、すなわち、接続手段を変形又は破壊することなく、取り外すことができないようにすることも考えられる。
【００２５】
本発明の有利な実施形態は、図面に基づいて以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は第１のパワーエレクトロニクス装置の部分斜視図を示す。
【図２】図２は第２のパワーエレクトロニクス装置の部分斜視図を示す。
【図３ａ】図３ａは第１の位置における第１及び第２接続手段の斜視断面図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは第１の位置における第１及び第２接続手段の断面側面図を示す。
【図３ｃ】図３ｃは第２の位置における第１及び第２接続手段の斜視断面図を示す。
【図４】図４は組み立てられた状態のパワーエレクトロニクス装置の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、概して参照符号１で示されるＤＣリンクコンデンサモジュールを示す。ＤＣリンクコンデンサモジュール１は、互いに対向して配置されて第１電極板対２を形成する第１電極板２ａ及び第２電極板２ｂと、互いに対向して配置されて第２電極板対３を形成する第３電極板３ａ及び第４電極板３ｂとを有する。第１電極板対２の間には複数の第１コイル４が設けられており、第２電極板対３の間には複数の第２コイル５が設けられている。コイル４、５は、前側がシューピングされている。半田付け、溶接又は他の接合技術により、コイル４は電極板２ａ、２ｂに接続され、コイル５は電極板３ａ、３ｂに接続される。
【００２８】
電極板２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂには、それぞれ第１接続手段６が設けられている。第１接続手段６は、電極板２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂと一体に形成されている折り曲げタブである。
【００２９】
図１は、パワーエレクトロニクスモジュール８の第１バスバー７ａ（ここでは部分的に覆われている）及び第２バスバー７ｂをさらに示す。バスバー７ａ、７ｂはサンドイッチ状に互いに電気的に絶縁されて配置されている。第２接続手段９ａ、９ｂは、バスバー７ａ、７ｂから延び、差込みタブのように形成されている。第１バスバー７ａから延びる第２接続手段９ａは、第２バスバー７ｂの開口１０を通過する。
【００３０】
第１接続手段６及び第２接続手段９ａ、９ｂは、脱着可能又は脱着不可能なプラグ接続を形成するように対応して設計されている。ＤＣリンクコンデンサモジュール１における第１接続手段６の配置は、バスバー７ａ、７ｂにおける第２接続手段９ａ、９ｂの配置に対応しており、これによってＤＣリンクコンデンサモジュール１をバスバー７ａ、７ｂ上に配置したときに、全ての第１接続手段６と全ての第２接続手段９との間のプラグ接続を確立することができる。
【００３１】
第１バスバー７ａは、第１端子素子１１ａに接続されている。第２バスバー７ｂは、第２端子素子１１ｂに接続されている。端子素子１１ａ、１１ｂは、例えば、電源線に接続するためのネジをガイドする開口１２をそれぞれ有する。
【００３２】
図１に示すバスバー７ａ、７ｂの配置は、パワーエレクトロニクスモジュール８の固定部分である。ＤＣリンクコンデンサモジュール１はプラグ接続によってパワーエレクトロニクスモジュール８に接続されて、パワーエレクトロニクス装置１４を形成し得る。
【００３３】
図２から具体的に分かるように、異なる設計の別のＤＣリンクコンデンサモジュール１’は、バスバー７ａ、７ｂと同じ設計を維持しながら、第１バスバー７ａ及び第２バスバー７ｂに接続されてもよい。ＤＣリンクコンデンサモジュール１’は、電極板対２を形成して複数の第１コイル４が間に保持される第１電極板２ａと第２電極板２ｂのみを有する。パワーエレクトロ二クスモジュール８は、バスバー７ａ、７ｂ及びその上に配置される第２接続手段９ａ、９ｂの配置及び設計に対して規格化されているので、多くの手間を要することなく、第１の接続手段６の配置及び設計に対応して設計されたＤＣリンクコンデンサモジュール１、１’をプラグ接続によって接続することができる。一方で、ＤＣリンクコンデンサモジュール１、１’は、電極板２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ及びこれらの間に保持されるコイル４、５の数及び設計に関してそれぞれ異なって設計されてもよい。これにより、静電容量、漏れインダクタンス等が互いに異なるＤＣリンクコンデンサモジュール１、１’をパワーエレクトロニクスモジュール８に組み合わせることが可能となる。
【００３４】
図３ａは、電極板（ここでは電極板３ａを例として示す）に取り付けられた第１接続手段６と、バスバー（ここでは第１バスバー７ａを例として示す）から延びる接続前の第１位置のおける第２接続手段９ａの斜視断面図である。図３ｂに示す断面側面図と合わせて具体的に分かるように、第１接続手段６は、ここでは第１電極板２ａと一体に製造されている折り曲げタブとして形成されている。第２接続手段９ａは、第１接続手段６の自由端で集束する、第１バスバー７ａから延びる２つの舌部からなる。第１接続手段６は、タブとして形成された第２接続手段９ａに摩擦的に挿入され得る。図３ｃは、プラグ接続により第２の位置でパワーエレクトロニクスモジュール８に接続されたＤＣリンクコンデンサモジュール１を示し、第２の接続手段９ａは、脱着不可能な接続を形成するよう変形している。脱着可能な接続においては、変形が省略される。
【００３５】
図４は、パワーエレクトロニクスモジュール８に接続されたＤＣリンクコンデンサモジュール１とカバー要素１５とを含むパワーエレクトロニクス装置１４の組み立てられた状態の部分斜視図を示す。パワーエレクトロニクスモジュール８は、インバータ又はＤＣ−ＤＣコンバータのようなエネルギー貯蔵用の充電装置として機能する別のパワーエレクトロニクスコンポーネント（不図示）をさらに有する。
【００３６】
カバー要素１５は、第２のバスバー７ｂ上に載置され、シール１６によって封止される。カバー要素１５は、コイル４、５を収容するカバー要素１５の内部１７と周囲環境との間でガス交換せずに圧力の均一化が可能となるように、変形可能に設計されている。
【図１】
2021502702.tif 000003
【図２】
2021502702.tif 000004
【図３ａ】
2021502702.tif 000005
【図３ｂ】
2021502702.tif 000006
【図３ｃ】
2021502702.tif 000007
【図４】
2021502702.tif 000008
【国際調査報告】
2021502702.tif 000009
2021502702.tif 000010
2021502702.tif 000011
2021502702.tif 000012