用于冷却电结构元件的装置的制作方法

本发明涉及一种用于冷却多个电结构元件的装置。本发明还涉及一种用于操控电驱动器的功率模块以及一种具有功率模块的逆变器。

背景技术：

为了运行电驱动器通常使用逆变器，该逆变器将来自直流电压源、例如电池组的电能转换成交变电压或交变电流。利用交变电压来供应电机，例如同步电机或异步电机。逆变器在此包括具有开关元件或功率半导体开关的功率模块。借助于开关元件的脉宽调制的操控，所施加的直流电压被转换成交变电压。在逆变器运行时，这些开关元件变热。为了避免过热并且为了延长开关元件的寿命，冷却开关元件也或者功率模块。

从de102011088218a1已知一种电子功率模块，其包括用于冷却功率模块的开关元件或用于冷却半导体芯片或功率半导体开关的冷却元件。

存在缩小这种冷却装置和功率模块的需要，并且存在提高其封装密度和功率密度的需要。

技术实现要素：

本发明提供一种用于冷却多个电结构元件的装置，其中，所述电结构元件具有各一个有待冷却的结构元件冷却面。该装置具有带有第一冷却体冷却面的第一冷却体和带有第二冷却体冷却面的第二冷却体。冷却体冷却面相对置地平坦布置。根据本发明，第一冷却体冷却面被构造用于安装多个电结构元件的结构元件冷却面的第一子集。另外，第二冷却体冷却面被构造用于安装多个电结构元件的结构元件冷却面的第二子集。此外，固定器件被设置用于将多个电结构元件的有待安装的结构元件冷却面固定、压接到冷却体冷却面处或者用于建立并且维持该有待安装的结构元件冷却面到冷却体冷却面的热传输。

本发明提供一种用于冷却多个电结构元件的装置。电结构元件尤其是例如用于将直流电压转换成交变电压的开关元件，即特别是功率半导体开关。这些特别是作为由硅晶片形成的半导体芯片而制成的电结构元件具有适合作为用于冷却的接触面的平坦表面。在本发明的框架中，术语结构元件冷却面也包括半导体芯片的该平坦表面。但是，该术语还包括必要时另外施加到半导体芯片上的层。根据本发明的装置具有第一冷却体和第二冷却体，第一冷却体和第二冷却体分别又具有冷却体冷却面，冷却体冷却面相对置地平坦布置。如此构造冷却体冷却面，使得分别实现电结构元件的结构元件冷却面的子集的安装。特别地，第一冷却体和第二冷却体分体能够是一体式冷却体的子体，以及特别地冷却体冷却面能够是一体式的冷却体的子面。此外，设置固定器件，特别是机械的固定器件，固定器件实现将结构元件冷却面固定在冷却体冷却面处。在这里，如此构造固定器件，使得特别是通过将结构元件冷却面压接到冷却体冷却面处来确保从结构元件到冷却体中的热传输。

因此有利的是提供用于冷却多个电结构的装置，由于可能将多个电结构元件安装到相对置的冷却体冷却面处，所以该装置实现了高的封装密度。

在本发明的另一个构造方案中规定，冷却体冷却面被构造为至少部分平整的表面。

因此，能够建立在结构元件冷却面和冷却体冷却面之间尽可能大面积的接触。有利地，结构元件和冷却体之间的热传输因此被优化。

在本发明的另一个构造方案中规定，第一和第二冷却体冷却面被如此构造用于安装多个电结构元件的结构元件冷却面的子集，使得在第一和第二冷却体冷却面中的每一个冷却体冷却面处能够安装有待安装的多个电结构元件的约一半。

多个所需的电结构元件的约一半能够因此分别安装在第一和第二冷却体冷却面处。冷却体冷却面相对置地平坦布置。因此有利地，对于结构元件的单侧的或单层的冷却相对必要的面积需求大约减半。

在本发明的另一个构造方案中，固定器件被构造成弹性元件的形式。

弹性元件能够例如是金属或由塑料形成。而且也能够使用由其他材料、像例如纤维复合材料、玻璃纤维或碳纤维或者陶瓷化合物制成的弹性元件。该形状能够例如被构造成螺旋形、c形或者夹形。使用弹性元件作为固定器件会导致电结构元件被压接到冷却体处。借助于这个压接优化了从结构元件到冷却体的热传输。另外，弹性元件能够平衡和补偿在这个装置内所使用的材料彼此的由温度造成的拉紧和分离。

在本发明的另一个构造方案中，如此构造固定器件，使得固定器件以弹性元件的形式一方面能够支撑在电子结构元件的与结构元件冷却面相对置的第一结构元件面处，并且另一方面能够支撑在与第一结构元件面相对置的冷却体冷却面处，能够支撑在另一个电结构元件的与第一结构元件面相对置的第二结构元件面处，或者能够支撑在与第一结构元件面相对置的机械固定点处。本发明提供一种固定器件，固定器件以弹性元件的形式构造，尤其以弹簧的形式构造。该固定器件支撑在电子结构元件的与结构元件冷却面相对置的第一结构元件面处，其中，特别是弹力基本上是正交定向到结构元件冷却面上。固定器件的在弹力的方向上相对置的侧部要么支撑在与第一结构元件面相对置的冷却体冷却面处，要么支撑在另一个电结构元件的与第一结构元件面相对置的第二结构元件面处。因此在第二种情况下，两个电子结构元件至少部分相叠地布置。另外，固定器件能够利用在弹力的方向上相对置的其它端部支撑在与第一结构元件面相对置的机械固定点处。该固定点能够是无源元件或有源元件，特别是电子结构元件。该固定点能够由各种合适的材料构成，例如金属、纤维复合材料、玻璃纤维或碳纤维或由陶瓷化合物形成。

有利地介绍了如何能够支撑固定器件的变体方案，以确保将结构元件压接到冷却体处。

在本发明的另一个构造方案中规定，如此构造固定器件，使得固定器件将电子结构元件的结构元件冷却面与冷却体冷却面彼此夹压或者彼此拉紧。

本发明提供一种固定器件，该固定器件例如被拱形张紧到结构元件上并且在该结构元件的两侧固定在冷却体处。有利的是，由此提供一种固定器件，该固定器件不需要机械地支撑在与冷却体冷却面相对置的面上。

在本发明的另一个构造方案中规定，固定器件包括螺钉或铆钉。将结构元件固定在冷却体处能够例如借助于螺钉或铆钉实现。将固定器件固定到冷却体或冷却体冷却面处能够例如借助于螺钉或铆钉实现。有利地提供了确保固定器件的可靠固定的变体方案。

在本发明的另一个构造方案中规定，冷却体冷却面如此被构造用于安装多个电结构元件的结构元件冷却面的一部分，使得沿着在一个平面中的直线能够彼此并列定位地安装电结构元件，其中，能够将第一电结构元件的结构元件冷却面安装到第一冷却体冷却面处，并且能够将另一个电结构元件的结构元件冷却面交替地安装到第二冷却体冷却面处。将电结构元件这样交替地安装在上部的和下部的冷却体冷却面处造成的是，部分区域保留在冷却体冷却面上，在该部分区域处没有安装电结构元件。有利地，由此得到了冷却体的相对较高的冷却能力。

在本发明的另一个构造方案中规定，冷却体冷却面被如此构造用于安装多个电结构元件的结构元件冷却面的子集，使得第一和第二电结构元件能够彼此相叠地安装在两个平面中，其中，能够将第一电结构元件的结构元件冷却面安装到第一冷却体的冷却体冷却面处，并且能够将第二电结构元件的结构元件冷却面安装到第二冷却体的冷却体冷却面处。

这意味着结构元件相叠地布置。结构元件之一向着第一冷却体的方向冷却，并且第二结构元件向着第二冷却体的方向冷却。通过结构元件和冷却体的这种彼此布置，实现了结构元件的特别高的封装密度。

此外本发明提供一种用于操控电驱动器的功率模块。功率模块具有用于冷却所安装的多个电结构元件的上述装置，尤其是开关元件和/或功率半导体开关。本发明提供一种功率模块，功率模块除了多个电结构元件之外还具有用于冷却电结构元件的到目前为止所述的装置。有利的是提供具有高的封装密度和功率密度的功率模块。

此外本发明提供一种逆变器，其包括如上所述的功率模块。有利的是提供具有高的封装密度和功率密度的逆变器。

显然的是，根据本发明的装置的特征、特性和优点相应地适用于或能被使用于功率模块或逆变器，并且反之亦然。

本发明的实施方式的其它特征和优点由接下来参考附图的说明来得出。

附图说明

接下来要借助一些附图更加详细地阐释本发明，其中：

图1以示意图示意性地示出了用于冷却多个电结构元件的装置，

图2同样示意性地示出了用于冷却多个电结构元件的装置，

图3示出了固定到冷却体处的固定器件，

图4示出了具有用于供应电机的功率模块的逆变器。

具体实施方式

图1示意性地示出了装置100或由功率模块形成的截取部分，其包括具有第一冷却体冷却面kf1的第一冷却体k1，以及具有第二冷却体冷却面kf2的第二冷却体k2，第二冷却体冷却面与第一冷却体冷却面kf1平坦地间隔地相对置地布置。此外，示例性示出了多个电结构元件be1、be2..ben。各个结构元件包括各一个结构元件冷却面bek1、bek2..bekn。另外示出了固定器件bm1、bm2..bmn，固定器件一方面支撑在多个电结构元件的与结构元件冷却面bek1、bek2..bekn相对布置的结构元件面bef1、bef2..befn处，并且另一方面支撑在相对置的冷却体冷却面kf1、kf2处。

图2示意性地示出了冷却体k1、k2的和从属于此的冷却体冷却面kf1和kf2的以及相对置布置的结构元件be1、be3或be4、be2的类似结构。示出的固定器件bm1、bm2、bm3、bm4一方面支承在电子结构元件be1、be2、be3、be4的与结构元件冷却面bek1、bek2、bek3、bek4相对置的第一结构元件面bef1、bef2、bef3、bef4处，并且另一方面支撑在另一个电结构元件的与第一结构元件面bef1、bef2、bef3、bef4相对置的第二结构元件面befl，bef2、bef3、bef4处。此外示出了固定器件bmn，所述固定器件一方面支撑在电子结构元件ben的与结构元件冷却面bekn相对置的第一结构元件面befn处，并且支撑在与第一结构元件面befn相对置的机械固定点mf处。相对置的固定器件、如bm1和bm3也能够在结构元件之间相互支撑。备选地，两个相对置的固定器件、如bm2和bm4也能够一体式构造为共同的固定器件。

图3示出了冷却体k1、k2，其具有冷却体冷却面kf1、kf2和安装在冷却体冷却面处的具有结构元件冷却面bek1的结构元件be1，其中，固定器件bm1以围绕结构元件be1的弹性夹的形式被示出，弹性夹借助于螺钉或铆钉固定在冷却体k1、k2处。

图4以示意图示出了包括至少一个功率模块lm的逆变器wr，功率模块用于操控电机em。