用于导电连接第一与第二电力电子器件的连接元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于导电连接第一与第二电力电子器件的连接元件，其中，所述连接元件（1）具有彼此相连的第一和第二导电涡卷塔簧（2、3），它们沿着共同的轴线（X）布置，其中，所述第一和第二涡卷塔簧（2、3）具有带状的、呈锥状螺旋形的圈（5a、5b），这些圈的轴向侧的外表面构成电接触面（6a、6b）。本发明可以实现在多个电力电子器件（13、14）之间的可靠的导电连接。
【专利说明】用于导电连接第一与第二电力电子器件的连接元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件的连接元件。
【背景技术】
[0002]在电力电子学中经常应用电力电子器件，例如功率半导体模块和电容器模块。
[0003]对于功率半导体模块，通常在基底上布置功率半导体组件例如功率半导体开关和二极管，并且功率半导体组件利用基底的导体层、接地线和/或复合薄膜彼此导电连接。在此，功率半导体开关通常呈晶体管的形式，例如IGBT (绝缘栅双极晶体管)或者MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)，或者呈晶闸管的形式。
[0004]在此，布置在基底上的功率半导体组件经常电气电路连接单独一个或者多个所谓的半桥电路，它们通常用于电压和电流的整流和换流。
[0005]对于电容器模块，通常多个电容器电气并联和/或电气串联。在最简单情况下，电容器模块也可以只由单独一个电容器组成。电容器模块经常用于实现在利用直流电压中间电路来变流或者换流时通常所需的中间电路电容。
[0006]在电力电子器件中按照通用技术利用母线回流排和螺栓连接实现电力电子器件之间的导电连接。螺栓连接需防止在运行时松开，以便阻止由此而增大的螺栓连接的电阻以及阻止螺栓连接的受热。
[0007]尤其是在电力电子器件运行时出现的温度变换和振动可能导致螺栓连接的松开。
[0008]此外，母线回流排应当在彼此之间以尽量小的间距来布置，以实现在电力电子器件之间的尽量低电感的电连接。
【发明内容】
[0009]本发明任务在于实现电力电子器件之间的可靠的导电连接。
[0010]该任务通过一种用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件的连接元件来解决，其中，所述连接元件具有彼此相连的第一和第二导电涡卷塔簧，它们沿着共同的轴线布置，其中，所述第一和第二涡卷塔簧具有带状的、呈锥状螺旋形的圈，这些圈的轴向侧的外表面构成电接触面。
[0011]在从属权利要求中得到本发明的有利构造方式。
[0012]被证实有利的是，第一和第二涡卷塔簧具有如下这样的卷绕方向并且如下这样彼此相连，即，使得经过第一涡卷塔簧的圈的接触面流向第二涡卷塔簧的圈的接触面的电流在与流经第二涡卷塔簧的圈相反的切线方向上流经第一涡卷塔簧的圈。通过这种措施实现了特别低电感的连接元件，该连接元件可以实现在第一电力电子器件与第二电力电子器件之间的特别低电感的导电连接。
[0013]此外被证实有利的是，第一和第二涡卷塔簧的圈的沿切线方向分布的各自的表面利用布置在第一和第二涡卷塔簧的圈的沿切线方向分布的各自的表面之间的电绝缘层彼此电绝缘。通过这种措施可以实现第一和第二涡卷塔簧的圈的特别窄的布置方式，并且因而获得特别紧凑的连接元件。
[0014]此外被证实有利的是，第一涡卷塔簧与第二涡卷塔簧一体式地构造，因为，由此得以实现特别便于安装的连接元件，并且可以特别容易地制造连接元件。
[0015]此外被证实有利的是，第一和第二涡卷塔簧的接触面具有锯齿形表面轮廓。通过这种措施获得了在连接元件与第一和第二电力电子器件之间的特别可靠的导电接触。
[0016]此外被证实有利的是，第一和第二涡卷塔簧由铜或者铜合金，尤其是青铜制成，因为，由此连接元件具有特别低的电阻。如果第一和第二涡卷塔簧由青铜制成，那么第一和第二涡卷塔簧相对于铜材质具有更高的硬度，这可以实现特别耐用的并且因而特别可靠的连接元件。
[0017]此外被证实有利的是，第一电力电子器件构造为功率半导体模块，第二电力电子器件构造为电容器模块，因为这是第一和第二电力电子器件常见的构造方式。然而不言而喻的是，第一和第二电力电子器件也能够以其他形式存在。
[0018]此外，如下这种连接器件被证实是有利的，该连接器件具有电绝缘壳体，该壳体沿根据本发明的连接元件的切线方向包围至少一个连接元件，并且在该至少一个连接元件的轴向方向上敞开，之所以有利，是因为由此该至少一个连接元件相对于外部电气部件电绝缘。
[0019]此外，如下这种连接器件系统被证实是有利的，其具有根据本发明的彼此相连的连接器件。由此实现在第一电力电子器件与第二电力电子器件之间建立紧凑的电连接。
[0020]此外被证实有利的是，连接器件布置成矩阵式的结构。由此可以实现在多个第一电力电子器件和多个第二电力电子器件之间建立紧凑的电连接。
[0021]此外被证实有利的是，所述连接器件系统具有呈蜂房形的结构元件，在该结构元件中分别布置至少一个连接器件。由此可以实现在多个第一电力电子器件和多个第二电力电子器件之间建立紧凑且非常稳定的电连接。
[0022]此外，如下这种电力电子系统被证实是有利的，该电力电子系统具有第一和第二电力电子器件，其中，所述第一和第二电力电子器件与根据本发明的连接元件彼此导电连接，其中，连接元件布置在第一和第二电力电子器件之间，其中，第一和第二电力电子器件利用连接机构彼此机械相连，其中，连接机构生成反作用力，用于克服由第一和第二涡卷塔簧生成的、沿连接元件的轴向方向起作用的弹簧力，之所以有利，是因为这种电力电子系统是非常可靠的。
[0023]此外,如下这种电力电子系统被证实是有利的，该电力电子系统具有多个第一和多个第二电力电子器件，其中，第一和第二电力电子器件与上述连接器件系统彼此导电连接，其中，连接器件系统布置在第一和第二电力电子器件之间，其中，第一和第二电力电子器件利用连接机构彼此机械相连，其中，连接机构生成反作用力，用于克服由连接器件系统的连接元件的第一和第二涡卷塔簧生成的、沿连接器件系统的连接元件的轴向方向起作用的弹簧力。由此实现建立紧凑和非常稳定的电力电子系统，其可以实现在多个第一电力电子器件和多个第二电力电子器件之间的可靠的电连接。
[0024]此外，如下这样地应用根据本发明的连接元件被证实是有利的，S卩，所述连接元件用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件。【专利附图】
【附图说明】
[0025]附图中示出本发明实施例，并在以下做进一步说明。其中:
[0026]图1是根据本发明的连接元件的示意性立体图，该连接元件用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件；
[0027]图2是根据本发明的连接元件的另一示意性立体图，该连接元件用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件；
[0028]图3是根据本发明的连接元件的另一示意性立体图，该连接元件用于导电连接第一电力电子器件与第二电力电子器件；
[0029]图4是具有第一和第二连接器件的连接器件系统的示意性立体图；
[0030]图5是连接器件系统的示意性侧视图；
[0031]图6是电力电子系统的示意性立体图；
[0032]图7是连接器件系统的另一构造方式的示意性立体图；
[0033]图8是连接器件系统的另一构造方式的示意性立体细节图；
[0034]图9是另一电力电子系统的示意性立体图；以及
[0035]图10是另一电力电子系统的示意性立体区段图。
【具体实施方式】
[0036]在图1至图3中根据不同立体图(也参见图6)示出根据本发明的连接元件I的示意性立体图，该连接元件用于导电连接第一电力电子器件13与第二电力电子器件14。连接元件I具有第一和第二导电涡卷塔簧2和3，它们沿着共同的轴线X布置，并且尤其是通过连接区域4彼此相连。第一和第二涡卷塔簧2和3具有带状的、呈锥状螺旋形的圈5a和5b,其轴向侧的外表面构成电接触面6a和6b,也就是说，当接触面6a或6b与能导电的元件建立机械接触时，在连接元件I与该能导电的元件之间形成导电连接。
[0037]为了实现第一电力电子器件13与第二电子器件14之间的导电连接(参见图6 )，在最简单情况下，将连接元件I压在第一和第二电力电子器件13和14之间，从而第一和第二涡卷塔簧2和3至少被略微挤压并且它们沿轴向向外施加各自的弹簧力至各自的接触面，从而接触面6a压靠第一电力电子器件、并且接触面6b压靠第二电力电子器件、以及按照这种方式实现利用连接元件I导电连接第一和第二电子器件13和14。
[0038]第一和第二涡卷塔簧2和3优选具有如下这样的卷绕方向并且优选如下这样通过连接区域4彼此相连，即，使得经过第一涡卷塔簧2的圈的接触面流向第二涡卷塔簧3的圈的接触面的电流I在与流经第二涡卷塔簧3的圈相反的切线方向U上流经第一涡卷塔簧2的圈。在该实施例中，电流I在第一涡卷塔簧2的最内部的圈的电接触面上侵入连接元件1，沿切线方向U流经第一涡卷塔簧2的圈。连接区域4将电流I导向第二涡卷塔簧3的最外部的圈，从那里电流在与流经第一涡卷塔簧2的圈相反的切线方向上流向第二涡卷塔簧3的最内部的圈的电接触面，并且电流在第二涡卷塔簧3的最内部的圈的电接触面上离开连接元件I。
[0039]在该实施例中，由于电流I在与流经第一涡卷塔簧2的圈相反的切线方向U上流经第二涡卷塔簧3的圈，所以由第一和第二涡卷塔簧2和3的圈生成的磁场具有相对彼此相反的方向，从而它们双方相互削弱并且因而连接元件I仅具有很小的电感。当如在该实施例中这样，第一和第二涡卷塔簧2和3具有相同数量的圈时，电感特别小。
[0040]第一和/或第二涡卷塔簧的呈锥状螺旋形的圈也可以如下这样设计，即，圈的锥状形状沿相反于在该实施例中那样的方向分布，也就是说，各自的最外部的圈沿轴向方向延伸得最长，并且各自的最内部的圈沿轴向方向延伸得最短。
[0041]参照图1所示视图，在该实施例中，第一和第二涡卷塔簧的圈具有相同的从外向内逆时针方向分布的卷绕方向。这例如对于相应的连接元件的构成方式不是必须的。
[0042]在该实施例范围内，第一和第二涡卷塔簧的圈5a和5b的沿切线方向U分布的各自的表面21a和21b利用布置在第一和第二涡卷塔簧的圈5a和5b的沿切线方向U分布的各自的表面21a和21b之间的电绝缘层30a或30b彼此电绝缘。为了清楚起见，仅在图2中以画阴影线的方式示出绝缘层30a或30b。通过这种措施可以实现第一和第二涡卷塔簧2和3的圈5a和5b的特别窄的布置方式，并且因而获得特别紧凑的连接元件I。电绝缘层30a或30b例如可以构造成涂覆在圈5a和5b的上表面和/或下表面上的不导电的漆层或塑料层形式。然而电绝缘层30a或30b例如也可以由不导电的平坦元件构成，例如不导电的薄膜，该薄膜布置在第一和第二涡卷塔簧2和3的圈5a和5b的沿切线方向U分布的表面21a和21b之间。
[0043]在该实施例范围内，第一涡卷塔簧2与第二涡卷塔簧3以及连接区域4被一体式地构造，这可以实现连接元件I的简单的制造。
[0044]此外，第一和第二涡卷塔簧2和3的接触面6a和6b优选具有呈锯齿形的，尤其是呈齿形的表面轮廓。通过这种措施在连接元件I与第一和第二电力电子器件13和14之间获得特别可靠的导电接触。
[0045]第一和第二涡卷塔簧2和3以及连接区域4由能导电的材料制成。在此特别是铜或者铜合金，尤其是青铜适合作为能导电的材料用于构造第一和第二涡卷塔簧2和3以及连接区域4，因为，由此连接元件I具有特别低的电阻。然而不言而喻的是，第一和第二涡卷塔簧2和3以及连接区域4也可以由其他能导电的材料制成。
[0046]在图4中示出连接器件系统11的示意性立体图，其具有第一和第二连接器件8a和Sb。在图5中示出连接器件系统11的示意性侧视图。连接器件8a或Sb分别具有电绝缘壳体7,该壳体沿连接元件I的切线方向U包围至少一个连接元件I并且壳体在该至少一个连接元件I的轴向方向上敞开。在该实施例情况下，连接器件8a和8b分别具有三个连接元件I。
[0047]如果连接器件具有电绝缘壳体7，该壳体沿连接元件I的切线方向U包围至少两个连接元件1，那么优选在连接元件之间布置至少一个电绝缘分隔壁20。该至少一个分隔壁优选与壳体一体式地构造。在该实施例中，在连接元件之间布置了三个分隔壁20，其中，为了清楚起见，仅一个分隔壁设有附图标记。
[0048]连接器件的壳体7优选具有至少一个沿轴向分布的隆起部10。该至少一个隆起部10用于连接器件在第一和第二电力电子器件13和14的电接触面15上的定位(参见图6)，该接触面被设置用于与第一和第二电力电子器件13和14的接触。
[0049]连接器件系统11具有彼此相连的连接器件，其中，在该实施例中，第一和第二连接器件8a和Sb通过连接片9彼此相连成连接器件系统11。[0050]连接器件优选在其壳体上彼此相连。
[0051]在图6中示出电力电子系统12的示意性的立体图。在该实施例范围内，电力电子系统12具有第一和第二电力电子器件13和14，其中，第一和第二电力电子器件13和14与多个根据本发明的连接元件彼此导电连接，其中，连接元件布置在第一和第二电力电子器件之间，其中，第一和第二电力电子器件利用连接机构16彼此机械相连，其中，连接机构16生成反作用力，用于克服由连接元件的第一和第二涡卷塔簧生成的、沿连接元件的轴向方向起作用的弹簧力。在该实施例范围内，把连接机构16构造成螺栓连接件形式，这些螺栓连接件在第一和第二电力电子器件13和14的壳体的对置侧壁上将第一和第二电力电子器件彼此机械相连。
[0052]对于在图6中示出的实施例，第一和第二电力电子器件13和14利用连接器件或者说利用连接器件系统11彼此导电连接。
[0053]优选为，第一电力电子器件13构造为功率半导体模块，第二电力电子器件12构造为电容器模块。
[0054]在图7中示出连接器件系统11’的另一构造方式的示意性立体图。在图8中示出连接器件系统11’的示意性立体细节图。
[0055]连接器件系统11’相应于根据图4的连接器件系统11，其中，在连接器件系统11’中把连接器件布置成矩阵式的结构。通过矩阵式的结构可以实现在多个第一电力电子器件和多个第二电力电子器件之间建立紧凑的电连接(参见图9和图10)。
[0056]在该实施例范围内，连接器件系统11’具有呈蜂房形的结构元件18，在该结构元件中相应布置至少一个连接器件8a或Sb。呈蜂房形的结构元件18可以实现连接器件系统11’的机械方面非常稳定的安装方式。
[0057]在图9中示出另一电力电子系统12’的示意性立体图。在图10中示出另一电力电子系统12’的示意性立体区段图，其中，与图9相比，图10中仅示出单独一个第一电力电子器件和单独一个第二电力电子器件。
[0058]该电力电子系统12’具有多个第一和多个第二电力电子器件，其中，为了清楚起见，在图10中仅一个第一电力电子器件13和仅一个电力电子器件14设有附图标记。这些第一和第二电力电子器件层叠地布置，并且在该实施例范围内构成相应的堆叠。第一和第二电力电子器件利用图7和图8所示连接器件系统11’彼此导电连接，其中，连接器件系统11’布置在第一和第二电力电子器件之间，其中，第一和第二电力电子器件利用连接机构16彼此机械相连，其中，连接机构16生成反作用力，用于克服由连接器件系统11’的连接元件的第一和第二涡卷塔簧生成的、沿连接器件系统的连接元件的轴向方向起作用的弹簧力。在该实施例范围内，把连接机构16构造成螺栓连接件的形式，这些螺栓连接件在第一和第二电力电子器件的壳体的对置侧壁上将第一和第二电力电子器件彼此机械相连。
[0059]电力电子系统12’按照这种方式利用连接器件系统11’被非常紧凑并且非常稳定地安装。
[0060]此处要指出，图中相同元件设有相同附图标记。
【权利要求】
1.一种用于导电连接第一电力电子器件(13)与第二电力电子器件(14)的连接元件，其中，所述连接元件(I)具有彼此相连的第一和第二导电涡卷塔簧(2、3)，所述第一和第二导电涡卷塔簧沿着共同的轴线(X)布置，其中，所述第一和第二涡卷塔簧(2、3)具有带状的、呈锥状螺旋形的圈(5a、5b ),所述圈的轴向侧的外表面构成电接触面(6a、6b )。
2.根据权利要求1所述的连接元件，其特征在于，所述第一和第二涡卷塔簧(2、3)具有如下这样的卷绕方向并且如下这样彼此相连，即，使得经过所述第一涡卷塔簧(2)的圈(5a)的接触面(6a)流向所述第二涡卷塔簧(3)的圈(5b)的接触面(6b)的电流(I)在与流经所述第二涡卷塔簧(3)的圈(5b)相反的切线方向(U)上流经所述第一涡卷塔簧(2)的圈(5a)。
3.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其特征在于，所述第一和第二涡卷塔簧(2、3)的圈(5a、5b)的沿切线方向(U)分布的各自的表面(21a、21b)利用布置在所述第一和第二涡卷塔簧(2、3)的圈(5a、5b)的沿切线方向(U)分布的各自的表面(21a、21b)之间的电绝缘层(30a、30b)彼此电绝缘。
4.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其特征在于，所述第一涡卷塔簧(2)与所述第二涡卷塔簧(3) —体式地构造。
5.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其特征在于，所述第一和第二涡卷塔簧(2.3)的接触面(6a、6b)具有锯齿形表面轮廓。
6.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其特征在于，所述第一和第二涡卷塔簧(2.3)由铜或者铜合金，尤其是青铜制成。
7.根据上述权利要求之一所述的连接元件，其特征在于，所述第一电力电子器件(13)构造为功率半导体模块，所述第 二电力电子器件(14)构造为电容器模块。
8.一种连接器件，其中，所述连接器件(8a)具有电绝缘壳体(7 )，所述壳体沿根据上述权利要求之一所述的连接元件(I)的切线方向(U)包围至少一个连接元件(I )，并且所述壳体在所述至少一个连接元件(I)的轴向方向上敞开。
9.一种连接器件系统，其中，所述连接器件系统(11、11’)具有彼此相连的根据权利要求8所述的连接器件(8a、8b)。
10.根据权利要求9所述的连接器件系统，其特征在于，所述连接器件布置成矩阵式的结构。
11.根据权利求9或10所述的连接器件系统，其特征在于，所述连接器件系统(11’)具有呈蜂房形的结构元件(18)，在所述结构元件中分别布置至少一个根据权利要求8所述的连接器件(8a、8b)。
12.一种电力电子系统，其中，所述电力电子系统(12、12’ )具有第一和第二电力电子器件(13、14)，其中，所述第一和第二电力电子器件(13、14)与根据权利要求1至7之一所述的连接元件(I)彼此导电连接，其中，所述连接元件(I)布置在所述第一和第二电力电子器件(13、14)之间，其中，所述第一和第二电力电子器件(13、14)利用连接机构(16)彼此机械相连，其中，所述连接机构(16)生成反作用力，用于克服由所述第一和第二涡卷塔簧(2、3)生成的、沿所述连接元件(I)的轴向方向起作用的弹簧力。
13.一种电力电子系统，其中，所述电力电子系统(12’ )具有多个第一和多个第二电力电子器件(13、14)，其中，所述第一和第二电力电子器件(13、14)与根据权利要求9至11之一所述的连接器件系统(11、11’)彼此导电连接，其中，所述连接器件系统(11、11’)布置在所述第一和第二电力电子器件(13、14)之间，其中，所述第一和第二电力电子器件(13、14)利用连接机构(16)彼此机械相连，其中，所述连接机构(16)生成反作用力，用于克服由所述连接器件系统(11、11’ )的连接元件(I)的第一和第二涡卷塔簧(2、3)生成的、沿所述连接器件系统(11、11’ )的连接元件(I)的轴向方向起作用的弹簧力。
14.根据权利要求1至7之一所述的连接元件的应用，用于导电连接第一电力电子器件(13)与第二电力电子器件(14)。
【文档编号】H01L23/64GK103681634SQ201310398092
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2012年9月4日
【发明者】哈特姆特·库拉斯 申请人:赛米控电子股份有限公司