DE19913450A1 - Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Leistungselektronik (10) zum Steuern einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer permanenterregten Synchronmaschine beschrieben. Um die Leistungselektronik (10) besonders platzsparend und dennoch leistungsstark ausbilden zu können, ist innerhalb eines über ein Deckelelement (72) verschließbaren Gehäuse (70) ein Leistungsteil (20) vorgesehen, der eine Anzahl von Kondensatoren (21) und eine Anzahl von Leistungshalbleitern (22) aufweist, die mit einer Leistungsverschienung (23) verbunden und verschaltet sind. Weiterhin ist zur Steuerung der Leistungselektronik (10) eine Steuereinrichtung (40) vorgesehen. Die einzelnen Bauelemente (21, 22, 40) werden über eine Kühlvorrichtung (50) gekühlt, die als Profil mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist. Die Kühlvorrichtung (50) weist zwei Seitenschenkel (51) und einen Basisbereich (52) auf, in denen jeweils Kühlkanäle (54, 56) vorgesehen sind. Die Kühlkanäle (54, 56) werden von einem geeigneten Kühlmedium durchströmt und sind an der dem Gehäusedeckel (72) gegenüberliegenden Seite von einem Abdeckelement (74) verschlossen. Die Kondensatoren (21), die Leistungshalbleiter (22) und die Steuereinrichtung (40) sind derart mit der Kühlvorrichtung (50) verbunden, daß zwischen diesen und der Kühlvorrichtung (50) ein thermischer Austausch stattfindet oder stattfinden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine.

Derartige elektrische Maschinen sind unter anderem Synchronmaschinen zur Er­ zeugung von elektrischer Energie. Die erzeugte elektrische Energie wird dann ver­ schiedensten Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Diese Verbraucher sind übli­ cherweise in elektrischen Netzen zusammengefaßt. Solche elektrischen Netze werden beispielsweise als Bordnetze für Fahrzeuge verwendet. Insbesondere, wenn eine elektrische Maschine in einem Fahrzeug verwendet wird, steht übli­ cherweise nur ein geringer Bauraum zur Verfügung, so daß für die elektrische Maschine sowie die für die elektrische Maschine benötigten Komponenten, zu denen auch die Leistungselektronik gehört, nur ein begrenzter Bauraum zur Ver­ fügung steht. Es besteht daher das Bedürfnis, die einzelnen Komponenten mög­ lichst kompakt und platzsparend auszugestalten. Gleichzeitig müssen die einzel- nen Komponenten, und hier insbesondere die Leistungselektronik, besonders lei­ stungsfähig sein. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fahrzeugindustrie, wo immer neue elektrische Komponenten eingeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Leistungse­ lektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die zum einen besonders leistungsfähig ist, und die zum anderen eine kompakte Bauweise und damit nur einen geringen Platzbedarf aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leistungselektronik zum Steu­ ern einer elektrischen Maschine gelöst, mit einem Leistungsteil, der eine Anzahl von Kondensatoren und eine Anzahl von Leistungshalbleitern aufweist, die mit einer Leistungsverschienung verbunden sind, einer Steuereinrichtung für den Lei­ stungsteil und einer Kühlvorrichtung, die derart mit den Kondensatoren und/oder den Leistungshalbleitern und/oder der Steuereinrichtung verbunden ist, daß zwi­ schen diesen und der Kühlvorrichtung ein thermischer Austausch stattfindet oder stattfinden kann.

Dadurch wird eine Leistungselektronik in kompakter Ausführung geschaffen, in der die einzelnen Komponenten optimiert angeordnet sind. Durch diese Anord­ nung der einzelnen Komponenten wird eine Leistungselektronik mit nur geringem Platzbedarf geschaffen. Dadurch ist die Leistungselektronik besonders zur Ver­ wendung im Fahrzeugbereich geeignet.

Die Ausgestaltung der Leistungselektronik ist sehr stark abhängig von der erfor­ derlichen Spannungsebene. Aus diesem Grund kann die Anzahl der Kondensato­ ren und Leistungshalbleiter je nach Auslegung der Leistungselektronik variieren, so daß die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Kondensatoren und Leistungshalbleitern beschränkt ist.

Als geeignete Leistungshalbleiter sind vorzugsweise MOSFETs, IGBTs oder der­ gleichen zu nennen. Die Auswahl der geeigneten Leistungshalbleiter erfolgt nach den Leistungsanforderungen an die Leistungselektronik.

Soll die Leistungselektronik beispielsweise im Rahmen des von der Automobilin­ dustrie geplanten 42-V-Bordnetzes, über das künftig neu eingeführte elektrische Komponenten wie beispielsweise Frontscheibenheizung, elektrischer Ventiltrieb usw. betrieben werden sollen, verwendet, werden als Leistungshalbleiter vor­ zugsweise MOSFETs eingesetzt. IGBTs werden beispielsweise bei noch höheren Spannungen eingesetzt.

Die einzelnen Kondensatoren und Leistungshalbleiter sind mit der Leistungsver­ schienung verbunden und über diese verschaltet. Die Leistungsverschienung be­ steht vorzugsweise aus Kupfer.

Die weiterhin in der Leistungselektronik vorgesehene Steuereinrichtung, die bei­ spielsweise als Steuerplatine ausgebildet sein kann, ist vorzugsweise in SMD- Technik ausgeführt und übernimmt sämtliche Steuerungs-, Überwachungs- und Regelfunktionen der Leistungselektronik einschließlich der Ansteuerung der Lei­ stungshalbleiter. Für die Steuerung ist vorzugsweise ein leistungsfähiger Micro­ controler in der Steuereinrichtung vorgesehen, wobei vorteilhaft alle Funktionen über einen CAN-Bus vorgegeben werden. Weiterhin weist die Steuereinrichtung vorzugsweise eine Einrichtung für die Spannungsversorgung auf. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann die Steuereinrichtung weitere Elemente aufweisen.

Um die während des Betriebs der Leistungselektronik in den Kondensatoren und/oder den Leistungshalbleitern und/oder der Steuereinrichtung entstehende Verlustwärme abführen zu können, ist erfindungsgemäß eine Kühlvorrichtung vorgesehen. Dabei ist die Kühlvorrichtung derart mit den genannten Elementen verbunden, daß zwischen diesen und der Kühlvorrichtung ein thermischer Aus­ tausch stattfindet oder stattfinden kann. Dadurch kann die entstehende Ver­ lustwärme über die Kühlvorrichtung abgeführt werden. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium oder dergleichen hergestellt sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Leistungselektronik er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann die Kühlvorrichtung als Profilelement ausgebildet sein. Vorzugs­ weise ist die Kühlvorrichtung als Strangpreßprofil oder Tiefziehprofil (beispielsweise aus Aluminium) ausgebildet. Dadurch kann die Kühlvorrichtung besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Vorteilhaft weist die Kühleinrichtung insbesondere einen im wesentlichen U- förmigen Querschnitt auf. Natürlich sind je nach Bedarf und Anwendungsfall auch andere Querschnitte, wie beispielsweise ein L-förmiger Querschnitt oder dergleichen für die Kühlvorrichtung denkbar.

In weiterer Ausgestaltung kann die Kühlvorrichtung wenigstens einen Kühlkanal für ein Kühlmedium aufweisen. Dadurch wird die Kühlvorrichtung von dem Kühl­ medium durchströmt, so daß die Abführung der Verlustwärme weiter verbessert wird. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser oder dergleichen verwendet werden.

Vorzugsweise weist die Kühlvorrichtung zwei Seitenschenkel und einen Basisbe­ reich auf, wobei in wenigstens einem der Seitenschenkel und/oder im Basisbe­ reich der Kühlvorrichtung ein Kühlkanal vorgesehen ist.

insbesondere wenn die Kühlvorrichtung eine im wesentlichen U-förmige Gestalt aufweist, kann dadurch eine seitliche Kühlung sowie eine Kühlung nach unten und von unten gewährleistet werden.

In weiterer Ausgestaltung ist zumindest ein Anschlußelement zur Verbindung des wenigstens einen Kühlkanals mit einer Quelle für ein Kühlmedium vorgesehen. Über das wenigstens eine Anschlußelement wird der Zulauf und der Ablauf des Kühlmediums geregelt.

Wenn die Leistungselektronik beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet wird, kann die Quelle für das Kühlmedium der konventionelle Kühlkreislauf des Ver­ brennungsmotors sein. Das Anschlußelement der Kühlvorrichtung ist dabei mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors verbunden, so daß das im Verbren­ nungsmotor zirkulierende Kühlwasser auch die Kühlvorrichtung der Leistungselek­ tronik durchströmt. Dadurch können zusätzliche Kühler, Pumpen oder dergleichen für die Kühlvorrichtung wegfallen, was besondere Vorteile im Hinblick auf die Kosten sowie den Platzbedarf der Leistungselektronik hat.

In weiterer Ausgestaltung können die Kondensatoren innerhalb eines von den Seitenschenkeln und des Basisbereichs der Kühlvorrichtung gebildeten Raums angeordnet sein. Dadurch wird eine seitliche Kühlung der Kondensatoren sowie deren Kühlung von unten gewährleistet.

Weiterhin können die Leistungshalbleiter vorteilhaft außerhalb der Seitenschenkel angeordnet sein. In diesem Fall ist auch eine optimale seitliche Kühlung der Lei­ stungshalbleiter möglich, da sich die Seitenschenkel der Kühlvorrichtung zwi­ schen den Leistungshalbleitern und den Kondensatoren befinden, so daß eine aus konstruktiven Gründen auftretende mögliche gegenseitige Behinderung der Kon­ densatoren und der Leistungshalbleiter in Bezug auf die Kühlung ausgeschlossen ist. Weiterhin wird der zwischen den Leistungshalbleitern und den Kondensatoren befindliche Bauraum durch die Seitenschenkel der Kühlvorrichtung optimal aus­ genutzt, was sich positiv auf den Platzbedarf der Leistungselektronik auswirkt.

Vorteilhaft kann die Steuereinrichtung unterhalb des Basisbereichs angeordnet sein. Insbesondere dann, wenn auch im Basisbereich der Kühlvorrichtung wenig­ stens ein Kühlkanal vorgesehen ist, wird dadurch auch eine optimale Kühlung der Steuereinrichtung gewährleistet.

Vorzugsweise weist die Leistungsverschienung eine Anzahl von Anschlußelemen­ ten auf. Bei diesen Anschlußelementen handelt es sich vorteilhaft um die Gleich­ stromanschlüsse U+, U- für die Batterie und die Drehstromabgänge U, V, W zur elektrischen Maschine. Die Anschlußelemente sind insbesondere als Kabelan­ schlüsse mittels PG-Verschraubung, als Hochstrom-Steckverbinder oder derglei­ chen ausgebildet.

In weiterer Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung wenigstens ein Anschluße­ lement auf. Bei diesem Anschlußelement handelt es sich vorteilhaft um einen Si­ gnalsteckverbinder oder dergleichen.

In weiterer Ausgestaltung ist wenigstens ein Gehäuse zur Aufnahme des Lei­ stungsteils, der Steuereinrichtung und der Kühlvorrichtung vorgesehen. Das Ge­ häuse kann beispielsweise als Aluminium-Tiefziehteil hergestellt werden. Natür­ lich sind auch andere Herstellungsarten und Materialien für das Gehäuse denkbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leistungselektro­ nik sind die Kondensatoren in einer Reihe mittig im Gehäuse angeordnet und werden von zwei Reihen Leistungshalbleitern flankiert, so daß sich die Leistungs­ halbleiter zwischen der Gehäusewand und den Kondensatoren befinden. Da sich zwischen den Kondensatoren und den Leistungshalbleitern weiterhin die Seiten­ schenkel der Kühlvorrichtung befinden, sind die Leistungshalbleiter jeweils von der Gehäusewand und den Seitenschenkeln der Kühlvorrichtung abgeschirmt.

Das Gehäuse ist vorzugsweise bis auf eine Öffnung, die insbesondere in einer der Stirnseiten des Gehäuses ausgebildet ist, allseitig geschlossen. Dadurch wird verhindert, daß Verunreinigungen oder Feuchtigkeit von außen in die Leistungse­ lektronik eindringen und diese beschädigen können.

Zum Verschließen der Gehäuseöffnung ist vorteilhaft ein Deckelelement vorgese­ hen, wobei das Deckelelement insbesondere lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch können die im Gehäuse befindlichen Bauelemente, etwa zu War­ tungs- oder zu Reparaturzwecken leicht aus dem Gehäuse herausgenommen und anschließend wieder in dieses eingesetzt werden. Um ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit über die Gehäuseöffnung in das Gehäuse zu verhindern, ist zwischen dem Deckelelement und dem Gehäuse vorteilhaft ein geeignetes Dich­ tungselement vorgesehen.

Vorteilhaft weist das Deckelelement eine Anzahl von Öffnungen zum Hindurch­ führen der weiter oben beschriebenen verschiedenen Anschlußelemente auf. Da­ durch sind alle notwendigen elektrischen und für die Kühlung vorgesehenen An­ schlüsse auf einer Seite des Gehäuses angeordnet, was insbesondere zu einer Vereinfachung beim Einbau der Leistungselektronik, etwa in dem Motorraum ei­ nes Fahrzeugs, führt. In diesem Fall fungiert das Deckelelement als Anschlußplat­ te für die Leistungselektronik.

Die Kühlkanäle sind an der dem Deckelelement des Gehäuses gegenüberliegenden Seite vorteilhaft mit einem oder mehreren Abdeckelementen, beispielsweise Ab­ deckblechen, verschlossen. Über die Abdeckelemente werden die einzelnen Kühl­ kanäle in Reihe oder parallel "verschaltet", wodurch eine Anpassung der Druck­ verhältnisse und Durchflussverhältnisse im Kühlkreislauf erfolgen kann.

In einer besonderen Ausgestaltung können diese Abdeckelemente beispielsweise auch als zweites Deckelelement für das Gehäuse fungieren. In diesem Fall kann das eigentliche Gehäuse als Rohrelement ausgebildet sein, in welches die Ele­ mente der Leistungselektronik eingeschoben werden. Das rohrförmige Gehäuse, das an seinen beiden Stirnseiten offen ist, wird durch zwei Deckelelemente auf die wie oben beschriebene Weise verschlossen. Das eine Deckelelement kann dabei die Funktion des oben beschriebenen Deckelelements übernehmen. Das andere Deckelelement übernimmt dann die Funktion der Abdeckelemente für die Kühlkanäle. Ein derartig ausgebildetes Gehäuse ist besonders einfach und ko­ stengünstig herstellbar.

Die erfindungsgemäße Leistungselektronik ist durch die Anordnung der einzelnen Komponenten besonders leistungsstark, wobei die in den einzelnen Elementen entstehende Verlustwärme besonders vorteilhaft über die erfindungsgemäß aus­ gestaltete Kühlvorrichtung abgeführt werden kann. Weiterhin wird durch die An­ ordnung der einzelnen Bauelemente eine kompakte und damit platzsparende Bauweise der Leistungselektronik ermöglicht.

Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Leistungselektronik zum Steuern einer Synchronmaschine, insbesondere einer permanent erregten Synchronmaschine verwendet werden.

In besonderer Weise kann die erfindungsgemäße Leistungselektronik zum Steuern eines Starter-Generators, insbesondere eines Starter-Generators für Fahrzeuge, verwendet werden. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Maschine, deren Rotoren über die Kurbelwellenlagerung des Verbrennungsmotors gelagert sind. Der Starter-Generator wird nicht nur zum Starten und Stoppen des Motors ver­ wendet, sondern er kann auch während des Motorbetriebs verschiedene Funktio­ nen übernehmen, wie beispielsweise Bremsfunktionen, Boosterfunktionen, Batte­ riemanagement, aktive Schwingungsdämpfung, Synchronisierung des Verbren­ nungsmotors oder dergleichen.

Die Erfindung wird nun auf exemplarische Weise an Hand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der erfindungsgemä­ ßen Leistungselektronik;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Leistungselektronik ohne die Gehäuse­ bestandteile;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der Leistungselektronik entlang der in Fig. 1 dargestellten Schnittlinie III-III;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Leistungselektronik entlang der in Fig. 3 dargestellten Schnittlinie IV-IV;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Deckelelement des Gehäuses.

In den Fig. 1 bis 5 ist eine Leistungselektronik 10 zum Steuern einer elektri­ sche Maschine dargestellt, wobei es sich bei der elektrischen Maschine um einen Starter-Generator für ein Fahrzeug handelt, der als permanenterregte Synchron­ maschine ausgebildet ist.

Wie sich insbesondere aus Fig. 1 ergibt, weist die Leistungselektronik ein Ge­ häuse 70 auf, das als Aluminium-Tiefziehteil hergestellt ist. Das Gehäuse 70 ist bis auf eine Gehäuseöffnung 71 (siehe Fig. 3) in der Stirnseite allseitig ge­ schlossen. Die Gehäuseöffnung 71 ist über ein Deckelelement 72 verschlossen, wobei das Deckelelement 72 lösbar mit dem Gehäuse 70 verbunden ist. Das Deckelelement 72 weist eine Anzahl von Öffnungen 73 (siehe Fig. 4) auf, durch die eine Anzahl von Anschlußelementen hindurchgeführt sind. Das Deckelelement 72 fungiert somit als Anschlußplatte der Leistungselektronik 10.

Wie in Fig. 5 dargestellt ist, handelt es sich bei den Anschlußelementen um fünf Anschlußelemente 26, die mit einem Leistungsteil 20 der Leistungselektronik verbunden sind, wie dies beispielsweise aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Weiterhin sind durch das Deckelelement 72 zwei Anschlußelemente 61 hin­ durchgeführt, über die eine Kühlvorrichtung 50, die insbesondere aus Fig. 2 er­ sichtlich ist und im weiteren Verlauf näher beschrieben wird, mit einer Quelle für ein Kühlmedium verbunden werden kann. Schließlich ist durch das Deckelelement 72 ein Anschlußelement 41 für eine in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Steuer­ einrichtung 40 hindurchgeführt.

Wie aus den Fig. 1 bis 4 weiterhin zu ersehen ist, weist die Leistungselektro­ nik 10 einen Leistungsteil 20 auf. Der Leistungsteil 20 verfügt über eine Anzahl von Kondensatoren 21. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Kondensatoren 21 dargestellt. Die Kondensatoren 21 sind über eine Schraubver­ bindung 24 mit einer Leistungsverschienung 23 verbunden. Die Leistungsver­ schienung 23 besteht vorzugsweise aus Kupfer.

Weiterhin weist der Leistungsteil 20 eine Anzahl von Leistungshalbleitern 22 auf, die über eine Steckverbindung 25 ebenfalls mit der Leistungsverschienung 23 verbunden sind. Dazu weisen die Leistungshalbleiter 22 eine Anzahl von Laschen auf, die durch die Leistungsverschienung 23 hindurchgesteckt sind und bei­ spielsweise über eine Lötverbindung oder dergleichen mit dieser verbunden sind. Natürlich sind auch andere Verbindungsmöglichkeiten für die Leistungshalbleiter 22 an der Leistungsverschienung 23 denkbar. Zu nennen sind hier unter anderem Krimpverbindungen, Verbindungen mittels Hülsen, Schweißverbindungen, wie beispielsweise das Ultraschallschweißen, oder dergleichen. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Verbindungsarten beschränkt.

Bei den Leistungshalbleitern handelt es sich im vorliegenden Fall um MOSFETs. Sowohl die Kondensatoren 21, als auch die Leistungshalbleiter 22 sind über die Leistungsverschienung 23 verschaltet. Die mit der Leistungsverschienung 23 verbundenen Anschlußelemente 26 beinhalten die Hochstromanschlüsse U +, U-, U, V, W und sind vorzugsweise als Kabelanschlüsse mittels PG-Verschraubung oder als Hochstrom-Steckverbinder ausgebildet.

Die Kondensatoren 21 sind in einer Reihe mittig im Gehäuse 70 angeordnet und werden von zwei Reihen Leistungshalbleitern 22 flankiert, so daß sich die Lei­ stungshalbleiter 22 zwischen der Seitenwand des Gehäuses 70 und den Konden­ satoren 21 befinden.

Um die während des Betriebs der Leistungselektronik 10 in den Leistungshalblei­ tern 22 und den Kondensatoren 21 entstehende Verlustwärme abführen zu kön­ nen, ist eine Kühlvorrichtung 50 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 50 ist als Aluminium-Tiefziehprofil oder -Strangpreßprofil ausgebildet und weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Sie verfügt über zwei Seitenschenkel 51 sowie einen Basisbereich 52. Die Kondensatoren 21 sind in einem von den Seitenschenkeln 51 und dem Basisbereich 52 gebildeten Raum 53 angeordnet, so daß eine Kühlung sowohl in seitlicher Richtung, als auch nach unten und von unten erfolgen kann. Die Leistungshalbleiter 22 sind außerhalb der Seitenschen­ kel 51 von der Kühlvorrichtung 50 angeordnet. Somit ist eine seitliche Kühlung der Leistungshalbleiter 22 über die Seitenschenkel 51 gewährleistet, ohne daß es im Hinblick auf die Kühlung zu einer Behinderung zwischen den Kondensatoren 21 und den Leistungshalbleitern 22 kommen kann.

Zur Unterstützung der Kühlwirkung durch die Kühlvorrichtung 50 ist in den Sei­ tenschenkeln 51 jeweils ein Kühlkanal 54 vorgesehen. Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist jeder der Kühlkanäle 54 eine Anzahl von Kühlrippen 55 auf, wodurch die zur Kühlung zur Verfügung stehende Oberfläche innerhalb der Kühlkanäle 54 vergrößert ist, was zu einer besonders vorteilhaften Kühlung führt.

Wie aus Fig. 4 weiterhin ersichtlich ist, sind auch im Basisbereich 52 der Kühl­ vorrichtung 50 zwei Kühlkanäle 56 vorgesehen.

Die Kühlkanäle 54, 56 werden von einem geeigneten Kühlmedium durchströmt. Dazu sind die Kühlkanäle 54, 56 mit einer nicht dargestellten Quelle für ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder dergleichen, verbunden, was über die Anschlußelemente 61 erfolgt. Da die Leistungselektronik 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Starter-Generator für ein Fahrzeug verwendet wird, kann als Quelle für das Kühlmedium der konventionelle Kühl­ kreislauf des Verbrennungsmotors herangezogen werden. Dadurch können zu­ sätzliche Kühler und Pumpen wegfallen.

Die Kühlkanäle 45, 46 sind an ihrem dem Deckelelement 72 gegenüberliegenden jeweils offenen Ende von einem Abdeckelement 74 verschlossen. Durch das Ab­ deckelement 74 werden die einzelnen Kühlkanäle 54, 56 entweder in Reihe oder parallel verschaltet, wodurch die Druckverhältnisse und die Durchflußverhältnisse in der Kühlvorrichtung eingestellt werden können.

Um eine gute Kühlwirkung zu gewährleisten, ist die Kühlvorrichtung 50 derart mit den Kondensatoren 21 und den Leistungshalbleitern 22 verbunden, daß zwi­ schen diesen und der Kühlvorrichtung 50 ein thermischer Austausch stattfindet oder stattfinden kann. Dazu sind, wie dies besonders deutlich aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, die Kondensatoren 21 über eine Schraubverbindung 59 mit dem Basisbereich 52 der Kühlvorrichtung 50 verbunden. Die Leistungshalbleiter 22 sind über eine Klemmverbindung 60 an den Seitenschenkeln 51 der Kühlvor­ richtung 50 befestigt.

Zum Betrieb der Leistungselektronik 10 ist weiterhin eine als Platine ausgebildete zentrale Steuervorrichtung 40 vorgesehen, die vorzugsweise in SMD-Technik ausgeführt ist, und die sämtliche Steuerungs-, Überwachungs- und Regelungs­ funktionen einschließlich der Ansteuerung der Leistungshalbleiter 22 übernimmt. Die Steuereinrichtung 40 ist unterhalb des Basisbereichs 52 der Kühlvorrichtung 50 angeordnet. Dadurch kann die Steuereinrichtung 40 durch die über den Basis­ bereich 52 der Kühlvorrichtung 50 nach unten wirkende Kühlung ebenfalls ge­ kühlt werden.

Um zu gewährleisten, daß die Steuereinrichtung 40 derart mit der Kühlvorrich­ tung 50 verbunden ist, daß zwischen dieser und der Kühlvorrichtung 50 ein thermischer Austausch stattfindet oder stattfinden kann, weist die Steuereinrich­ tung 40 an ihren beiden Seitenrändern jeweils eine Führungsschiene 42 auf. Die Führungsschienen 42 werden in entsprechende Nuten 58 des Basisbereichs 52 der Kühlvorrichtung 50 eingeschoben. Da die Steuereinrichtung 40 in der Regel breiter ist als der Basisbereich 52 der Kühlvorrichtung, weist der Basisbereich 52 in beide Seitenrichtungen jeweils eine Verlängerung 57 auf. Die Verlängerungen 57 sind derart dimensioniert, daß sie den Breitenunterschied zwischen der Steu­ ereinrichtung 40 und dem Basisbereich 52 ausgleichen. Die Nuten 58 befinden sich jeweils in den Randbereichen der Verlängerungen 57, so daß die Steuerein­ richtung 40 in die Kühlvorrichtung 50 eingeschoben und somit unter dieser fest fixiert werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Leistungselektronik 10 wird zu­ nächst gewährleistet, daß die empfindlichen Bauelemente durch Schmutz oder Feuchtigkeit weder verunreinigt noch beschädigt werden können. Dies wird zu­ nächst durch die im wesentlichen einteilige Ausgestaltung des Gehäuses 70 er­ reicht. Um weiterhin einen Eintritt von Schmutz oder Feuchtigkeit über die Ge­ häuseöffnung 71 zu verhindern, ist zwischen dem Deckelelement 72 und dem Gehäuse 70 vorteilhaft ein geeignetes Dichtungselement vorgesehen. Da das Deckelelement 72 lösbar mit dem Gehäuse 70 verbunden ist, kann das Gehäuse 70 zu Wartungs- oder Reparaturzwecken der Leistungselektronik 10 auf einfache Weise geöffnet und anschließend wieder verschlossen werden.

In einer weiteren Ausgestaltungsform kann das Gehäuse 70 als an beiden Seiten offener Rohrkörper ausgebildet sein. Auf der einen Seite wird die Gehäuseöff­ nung 71 des Gehäuses 70 von dem Deckelelement 72 verschlossen. Auf der ge­ genüberliegenden Seite kann dann das Abdeckelement 74 derart ausgebildet sein, daß es als weiteres Deckelelement für das Gehäuse 70 fungieren kann. Ein solches Gehäuse ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.

Durch die entsprechende Anordnung der Kondensatoren 21, der Leistungshalblei­ ter 22, der Leistungsverschienung 23 und der Steuereinrichtung 40 wird eine kompakte und damit platzsparende Bauweise der Leistungselektronik 10 erreicht. Durch die entsprechende Ausgestaltung der Kühlvorrichtung 50, die sich jeweils in die Zwischenräume zwischen den Leistungshalbleitern 22, den Kondensatoren 21 und der Steuereinrichtung 40 erstreckt, kann der zwischen diesen Bauelemen­ ten bestehende Zwischenraum optimal genutzt werden. Dies führt ebenfalls zu einer weiteren Einsparung beim erforderlichen Bauraum für die Leistungselektro­ nik 10.

Claims (15)

1. Leistungselektronik zum Steuern einer elektrischen Maschine, mit einem Lei­ stungsteil (20), der eine Anzahl von Kondensatoren (21) und eine Anzahl von Leistungshalbleitern (22) aufweist, die mit einer Leistungsverschienung (23) verbunden sind, einer Steuereinrichtung (40) für den Leistungsteil (20) und einer Kühlvorrichtung (50), die derart mit den Kondensatoren (21) und/oder den Leistungshalbleitern (21) und/oder der Steuereinrichtung i40) verbunden ist, daß zwischen diesen und der Kühlvorrichtung (50) ein thermischer Aus­ tausch stattfindet oder stattfinden kann.

2. Leistungselektronik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ vorrichtung (50) als Profilelement ausgebildet ist, und daß die Kühleinrichtung (50) insbesondere einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.

3. Leistungselektronik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (50) wenigstens einen Kühlkanal (54, 56) für ein Kühl­ medium aufweist.

4. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlvorrichtung (50) zwei Seitenschenkel (51) und einen Basis­ bereich (52) aufweist und daß in wenigstens einem der Seitenschenkel (51) und/oder im Basisbereich (52) der Kühlvorrichtung (50) wenigstens ein Kühl­ kanal (54, 56) vorgesehen ist.

5. Leistungselektronik nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Anschlußelement (61) zur Verbindung des wenigstens einen Kühlkanals (54, 56) mit einer Quelle für ein Kühlmedium vorgesehen ist.

6. Leistungselektronik nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (21) innerhalb eines von den Seitenschenkeln (51) und des Basisbereichs (52) der Kühlvorrichtung (50) gebildeten Raums (53) ange­ ordnet sind.

7. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leistungshalbleiter (22) außerhalb der Seitenschenkel (51) ange­ ordnet sind.

8. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (40) unterhalb des Basisbereichs (52) ange­ ordnet ist.

9. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leistungsverschienung (23) eine Anzahl von Anschlußelementen (26) aufweist.

10. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (40) wenigstens ein Anschlußelement (41) aufweist.

11. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Gehäuse (70) zur Aufnahme des Leistungsteils (20), der Steuereinrichtung (40) und der Kühlvorrichtung (50) vorgesehen ist.

12. Leistungselektronik nach Anspruch 1 l, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckelelement (72) zum Verschließen einer Gehäuseöffnung (71) vorgesehen ist und daß das Deckelelement (72) insbesondere lösbar mit dem Gehäuse (70) verbunden ist.

13. Leistungselektronik nach einem der Ansprüche 5, 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Deckelelement (71) eine Anzahl von Öffnungen (73) zum Hindurchführen der Anschlußelemente (26; 41; 61) aufweist.

14. Verwendung einer Leistungselektronik (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Steuern einer Synchronmaschine, insbesondere einer permanenter­ regten Synchronmaschine.

15. Verwendung der Leistungselektronik (10) nach Anspruch 14 zum Steuern eines Starter-Generators, insbesondere eines Starter-Generators für ein Fahr­ zeug.