用于逆变器的导电轨、逆变器和机动车驱动系统的制作方法

本发明涉及一种用于逆变器的导电轨以及一种具有这种导电轨的逆变器和一种具有感应式电机与运行该感应式电机的这种逆变器。

背景技术：

由de102004018469b3和de102012022140a1公知了这种导电轨。

用于运行感应式电机的逆变器将直流电源，如例如蓄电池或直流电发电机的直流电转换成感应式电机的交流电。感应式电机例如是同步电机或异步电机。逆变器往往也被称为dc/ac转变器，其中，dc＝directcurrent＝直流电，ac＝alternatingcurrent＝交流电。该转换借助功率半导体开关进行。这些功率半导体开关例如可以作为所谓的b6桥式电路彼此电互连。

用于运行感应式电机所需的直流电和交流电完全流过逆变器。这些电流在逆变器之内利用所谓的导电轨引导。它们作为单一件地也被称为总线或母线，或者视引导穿过它们的是直流电还是交流电而定地，也称为dc总线或ac总线。

虽然这种导电轨具有相对较小的欧姆电阻，亦即损耗相对较小，然而基于引导通过逆变器的电流较大而在那里尽管如此却仍释放出形式为损耗热的不可忽视的热量。这些热量集聚在逆变器之内。连同逆变器的功率半导体开关的损耗热一起由此会出现发热问题。因此，为了在传统的机动车驱动系统内运行逆变器，用于逆变器的冷却设备是必不可少的。

电导体的横截面对其欧姆电阻是具有决定性意义的。因此，对于导电轨来说，力求横截面尽量大，并且与之相关地力求欧姆电阻非常小。在设计导电轨时考虑折中方案，一方面选定尽可能大的横截面，以便减少欧姆电阻。并且另一方面仅有必要大地实施横截面，以便不让太多的损耗热从感应式电机引导到逆变器中。感应式电机因为经由导电轨与逆变器热联接并且通常拥有相对较高的工作温度。因而，从感应式电机排出的热经由导电轨部分地引导到逆变器内部中。该热必须附加地经由用于逆变器的冷却设备导出。

所公知的是，导电轨在逆变器中在机械上非常高花费地被冷却，或者其损耗热经由具有功率半导体开关的模块导出。如果直接冷却导电轨，其必须强制与导出热的冷却体流电(galvanisch)绝缘。由现有技术已知了铜嵌体，以便一方面将较高电流引导到电路板中，并且另一方面也从电路板导出热。

由于引导经过导电轨的高电流，使得除了排出损耗热之外还出现辐射电场和/或电磁场作为放射干扰。对此需要屏蔽措施，以便改善导电轨的电磁兼容性(＝emv)。通常，放射干扰借助外部机械的元件来减少。例如应用机械的屏蔽板材、传导的薄膜或具有金属颗粒的密封元件。这些都需要附加的结构空间并带来成本。

在较高的电流的情况下，逆变器中的导电轨与具有功率半导体开关的电路板之间的接触也表现出问题。在已知的接触类型中，在导电轨与电路板之间的分隔平面上引入孔，并且孔的内表面以铜来流电地涂覆。于是，电连接经由孔的金属化的内表面来实现。典型地，可以借助流电技术上的工艺来施布最大约80μm的层厚度。然而，在导电轨棱边上进行钻孔是非常复杂的。由于在往往是多覆层的电路板之内有不同的层，使得在所用的钻孔工具方面可能会出现不太期望的剪切作用，这减少了钻孔工具的耐用度。

导电轨与电路板电接触的另外的可行方案是，导电轨借助微导通孔电接合到电路板的最上和最下铜覆层。由于该铜覆层的横截面较小并且与此相关的高的欧姆电阻，从而要考虑到高的热量输入。这在放射面积较小情况下导致了明显的局部升温。因此，对于在逆变器运行中的较高的电流来说不能使用该可行方案。

技术实现要素：

本发明任务是，改进现有技术，尤其在热导出能力和emv兼容性方面。

该任务通过独立权利要求的特征来解决。优选的实施方案能够从属权利要求提取。

因此提出了一种导电轨、一种具有至少一个这种导电轨的逆变器和一种具有这种逆变器的机动车驱动系统。

导电轨具有用于将电流引导通过导电轨的实心金属芯、用于在实心金属芯的第一表面上对实心金属芯进行电绝缘的第一绝缘层、用于在实心金属芯的与第一表面对置的第二表面上对实心金属芯进行电绝缘的第二绝缘层。由此，在运行时引导电流的实心金属芯在这两个表面上被绝缘。在此尤其指的是上和下表面。

实心金属芯尤其由良好的电导体构成，如例如由铜或铜合金构成，或由铝或铝合金构成。因此，它由一件构成，也就是说它不具有多个导体覆层的或绞合线的层部。因此，实心金属芯构建均匀。实心金属芯例如可以浇铸成型。

第一和/或第二绝缘层分别尤其指的是坚固的绝缘层。于是，实心金属芯通过绝缘层固定和加固。导电轨由此具有硬的结构。第一和/或第二绝缘层优选分别指的是半固化片(＝preimpregnatedfibres，预浸纤维)，也就是具有树脂基体的纤维织物层。该半固化片可以铺放在实心金属芯上并且必要时也可以压装在其上，并且它在那里可以硬化。绝缘层优选指的是刚好一个层，如例如刚好一个半固化片。

此外，在导电轨中，在第一绝缘层上设置有第一导体层，以及在第二绝缘层上设置有第二导体层。因此，导体层直接贴靠在各自的绝缘层上。换而言之，实心金属芯因此布置在两个绝缘层之间并且连同这些绝缘层一起又布置在两个导体层之间。第一导体层和绝缘层可以被称为第一盖层。第二导体层和绝缘层可以被称为第二盖层。它们优选封闭导电轨。因此，尤其使其上上没有设置另外的层，如例如电路板层。或许可以在第一导体层上还设置一个(薄的)漆层，例如以便防止表面电流或表面腐蚀。替选地，也可以在第一和/或第二导体层上还布置有一个或多个另外的导体层和所配属的绝缘层。

导体层各指的是尤其由良好的电导体，如例如由铜或铜合金或由铝或铝合金构成的电导体的层。导体层尤其构建的均匀，也就是没有自己的层部。优选地，在绝缘层上分别刚好布置其中一个导体层。导体层可以比其上贴靠有导体层的各自的绝缘层更薄。

设置的是，第一和第二导体层被实施成用于对实心金属芯进行电磁屏蔽。第一和/或第二导体层可以与搭铁或接地部电接触。第一和第二导体层尤其可以仅在所需的位置处被实施成用于对实心金属芯进行电磁屏蔽。因此不需要实心金属芯的整个所属的表面用第一和第二导体层覆盖。第一和/或第二导体层例如布置在一个或多个电磁敏感的构件的区域内并屏蔽地实施。在不敏感的区域内可以面式地切除第一和/或第二导体层，例如用于电接触其他的电磁不敏感的构件。

如果在第一和/或第二导体层上还布置有一个或多个另外的导体层和所属的绝缘层，则它们可以被用于对电构件和/或电子构件电接触。于是，第一和第二导体层优选仅被用于电磁屏蔽。

当所述的绝缘层分别由半固化片构成时，则为了制造导电轨可以将实心金属芯、绝缘层以及导体层堆起来，之后压合，随后硬化，例如烘烤树脂基体。因此能够实现简单制造。

导电轨被构造成用于逆变器。如上述，该逆变器也可以被称为dc/ac转变器。因此，该dc/ac转变器将直流电(几乎)转变成交流电，反之，它也可以将交流电转变成直流电。逆变器优选设有功率半导体开关，功率半导体开关尤其是作为b6桥式电路彼此电互连。功率半导体开关被用于将av电流转变成dc电流，并且反之亦然。借助所述导电轨，直流电从逆变器的dc接口引导到所属的功率半导体开关上，或交流电从功率半导体开关引导到逆变器的ac接口上。

导电轨可以被称为总线或母线。因此，视要引导经过直流电还是交流电而定地，也可以被称为dc总线或ac总线。

通过两侧的绝缘层，实心金属芯被电绝缘，并且通过两侧地布置在其上的导体层，使得导电轨的在实心金属芯受放射干扰的必要的范围内的周围环境被屏蔽。

优选设置有冷却设备，其贴靠在第二导体层上。经由该冷却设备导出导电轨的损耗热。冷却设备例如可以是或包括具有冷却肋的冷却体或冷却介质线路。

冷却设备尤其具有冷却介质线路和柔性的且优选电绝缘的且优选是均匀的热导体。在此，热导体一方面直接贴靠在冷却介质线路上，另一方面其贴靠在第二导体层上。热导体例如可以指的是导热垫或导热粘合剂或导热膏。冷却介质线路可以具有平坦的表面，导电轨的第二导体层经由热导体贴靠在该表面上。

所提出的逆变器至少拥有所提出的导电轨作为直流电或交流电导体，也就是用于引导经由逆变器引导的直流电或交流电。逆变器也具有优选是多覆层式的电路板。该电路板与导电轨相邻地布置。电路板例如可以具有用于逆变器的控制电子器件和/或功率半导体开关中的一个或多个。电路板拥有第一和第二表面。第一表面尤其平行且直接与实心金属芯的第一表面相邻地布置，第二表面也尤其是平行且直接与实心金属芯的第二表面相邻地布置。

作为第一盖层，在电路板的第一表面上布置有导电轨的第一绝缘层和第一导体层。此外，作为第二盖层，在电路板的第二表面上布置有导电轨的第二绝缘层和第二导体层。因此，导电轨的盖层同时形成电路板的盖层。

换而言之，电路板和实心金属芯因此并排嵌入到这些分别由绝缘层和位于绝缘层上的导体层构成的盖层中。因此，电路板也可以经由第二盖层贴靠在上述的冷却设备或冷却介质线路上。因此，来自电路板的损耗热也可以经由它们导出。

为了制造逆变器，导电轨可以与电路板一起地，也就是并排地在两侧首先铺设绝缘层和导体层，之后必要时进行压合，并且最后可以对绝缘层的树脂基体进行硬化。

如关于导电轨已述，盖层优选封闭电路板。因此，尤其不在其上设置另外的层，如电路板层。也许可以在第一导体层上还设置(薄的)漆层，例如以便防止表面电流或表面腐蚀。

优选地，在电路板(在意义是在其上或其上方的情况下，尤其是在意义是冷却设备的另一侧的情况下)上部和/或实心金属芯上部的第一导体层上布置有一个或多个电构件，如例如smd构件。在电路板和/或导电轨的实心金属芯(在意义是在其下或其下方的情况下，尤其是在意义是冷却设备的那一侧的情况下)下部的第二导体层上也可以布置有逆变器的功率半导体开关中的一个或多个。一个或多个功率半导体开关可以布置在电路板与冷却设备之间，尤其是直接布置在第二导体层与热导体之间。因此，对功率半导体开关进行最佳地冷却。

第一或第二导体层于是不仅用于对导电轨的实心金属芯进行屏蔽，而且也用于对这些构件进行电接触。然而在此，不允许第一和第二导体层在实心金属芯上方以面积的形式如下程度地进行切除，即，使得在必要的位置上，例如在敏感构件的区域内的屏蔽不再充分。也就是说，就这点来说导体层还面式地存在使得在必要的位置上保留其屏蔽功能。在电路板的上部和下部，屏蔽通常并不重要。因此在那里，第一和/或第二导体层可以更大量切除，以便能够接触到位于其上的构件。尤其可以设置的是，构件仅布置在电路板的区域中或上部/下部，也就是在实心金属芯的区域中或上部/下部没有构件。

为了在导电轨的实心金属芯与例如具有布置在其上或其内的电构件和/或电线路的电路板之间建立电接触部，优选设置有至少一个压入接触部。

压入接触部尤其可以由桥接件和例如呈直角地突出于该桥接件的臂构成，其中，臂中的至少一个被压入电路板中并且臂中至少其他的被压入导电轨或实心金属芯中。因此，压入接触部尤其可以呈u形或呈弓形或梳形或刷形。由此简单建立了电连接。

在呈梳形的压入接触部中，该压入接触部具有如下桥接件，该桥接件具有朝向共同的方向突出于该桥接件的臂，其中，臂以(直的)行的方式突出。在呈刷形的压入接触部中，该压入接触部同样具如下有桥接件，该桥接件具有朝向共同的方向突出于该桥接件的臂，然而其中，这些臂以多行或其他方式在桥接件上分布地突出。

电连接借助压入接触部尤其在导电轨和电路板之外进行。压入接触部为此优选探出远离第一盖层并在那里使实心金属芯与电路板电连接。

优选地，在实心金属芯和布置在其上的第一导体层和绝缘层内以及在电路板和布置在其上的第一导体层和绝缘层内，也就是在盖层内，各引入至少一个预制的开口，尤其是孔。压入接触部被压入该孔内。由此在导电轨或实心金属芯与电路板之间建立电接触。

优选地，在电路板和实心金属芯内分别设置有多个开口或孔，其中，压入接触部拥有相应数量的臂，它们分别被压入这些孔中的一个中。

压入接触部优选由导电良好的金属，例如铜制成。也可以应用除了具有良好的导电能力之外同时还具有一定的机械稳定性的金属，尤其如铝。压入接触部尤其也可以由机械稳定的芯材料，如例如铝或钢制成，其具有导电良好的表面涂覆部，如例如铜。开口/孔尤其被金属化，也就是说，涂覆金属。通过已述措施可以简单且低电阻地实现导电轨的电接触。

在变型方案中，开口或孔完全穿过第一盖层以及至少一部分地或同样完全穿过电路板和实心金属芯，但并没有穿过第二盖层，也就是第二绝缘层和第二导体层。由此确保，压入接触部足够坚固安置而不会再次脱落。同时，结构通过开口或孔仅被较小削弱。在优选的替选方案中，开口或孔完全穿过第一和第二盖层以及位于它们之间的电路板和实心金属芯。于是，压入接触部完全穿过这些开口或孔。因此，压入接触部可以在两个端部处从盖层探伸出来。

所提出的机动车驱动系统拥有至少一个感应式电机，如例如同步或异步电机来作为机动车驱动系统的牵引力驱动装置或执行器驱动装置以及拥有逆变器，该逆变器根据上面提出的逆变器实施。逆变器用于运行感应式电机。因此，逆变器给感应式电机供应电驱动能。为此，尤其是给感应式电机的定子上的旋转磁场施加电驱动能，该旋转磁场驱动感应式电机的转子。

电能尤其从机动车驱动系统的直流电源，如蓄电池提取。当感应式电机被实施为牵引力驱动装置时，由其提供的转矩充当驱动力矩用于对所属的机动车进行推进或制动。当感应式电机被实施为执行器驱动装置时，由其提供的转矩用于操作机动车驱动系统的构件，例如用于操作(断开/接合)离合器或制动器或其他可操作的构件。

附图说明

下面从附图详细阐述本发明，从其中能够提取本发明的另外的优选实施方案和特征。附图分别以示意图的方式：

图1示出机动车驱动系统；

图2以横截面示出逆变器的一部分；

图3以俯视图示出逆变器的一部分；

图4以横截面示出逆变器的一部分。

在图中，相同或功能相同的构件/元件设有相同的附图标记。

具体实施方案

根据图1的机动车驱动系统拥有用于推进具有机动车车轮2的未详细示出的机动车的感应式电机1。为此，感应式电机1与车轮2中的一个或多个机械连接。因此，可以将由感应式电机1产生的转矩传递到一个或多个车轮2上。

感应式电机1由逆变器3供应电能。为此，感应式电机1拥有相位u、v、w，它们与逆变器3的相应ac接口电连接。这些相位可以被实施为导电轨5(参见图2、3、4)。逆变器3从直流电源4，如示例性地是蓄电池得到电能。为此，逆变器3经由相应的dc接口与直流电源4的电极相连。因此，用于运行感应式电机1所需的电流经由逆变器3引导，或者在那里从dc转变成ac，并且必要时从ac转变回dc。

原则上，也可以在其他方面使用根据图1的逆变器3和感应式电机1，例如用于驱动工业行业中的或家政行业中的固定的或移动的装置。

图2示出了穿过逆变器的，如尤其是根据图1的逆变器的一部分的横截面。逆变器尤其具有功率半导体开关14，如例如各一个igbt或mosfet，其用于ac-dc转变。这些功率半导体开关例如可以作为b6桥式电路彼此互连。

逆变器拥有导电轨5。该导电轨可以形成图1的相位u、v、w中的一个。逆变器还拥有与导电轨5相邻的、也就是侧向地在导电轨旁边布置的电路板6。电路板6在当前示例地多覆层地实施。因此，电路板具有多个彼此堆叠的绝缘层和导体层。

导电轨5拥有实心金属芯5a。实心金属芯5a在逆变器运行时引导相对较高的直流电或交流电。导电轨5为此可以将逆变器的ac或dc接口16(参见图3和图4)与逆变器的所配属的功率半导体开关14电连接起来。

导电轨5和电路板6拥有共同的第一(上)盖层7a和7b以及共同的第二(下)盖层8a、8b。盖层7a、7b、8a、8b分别由绝缘层7a、7b和导体层8a、8b组成。为此，第一绝缘层7a作为第一盖层直接布置或施布在实心金属芯5a的第一表面上和与其平行且相邻布置的电路板6的第一表面上。此外，第一导体层8a作为另外的第一盖层地直接布置或施布在该第一绝缘层7a上。可选地，第一导体层8a可以用漆涂覆。另外的导体层在所示实施例中未设置。因此，盖层向上和向下封闭由导电轨5和电路板6构成的结构。

其上布置有第一盖层7a、8a的电路板6的第一表面位于电路板6的主延伸平面内，也就是说，第一表面在该平面内与电路板6的能在图2中看出的厚度(＝两个盖层7a、7b之间的间距)相比延展得相对较远。

在实心金属芯5a的和电路板6的对置(图2中下方)侧上，它们同样拥有彼此平行且相邻的第二表面。第二绝缘层7b作为第二盖层地直接布置或施布在实心金属芯5a和电路板6的第二表面上。此外，第二导体层8b作为另外的第二盖层地直接布置或施布在该第二绝缘层7a上。

绝缘层7a、7b优选用于对实心金属芯5以及必要时对电路板6进行电绝缘。导体层8a、8b优选用于对实心金属芯5以及必要时对电路板6进行emv屏蔽。在第一和/或第二导体层8a、8b上可以布置有电构件9、14。为了使电构件9、14与电路板6电接触，可以设置有电导通孔10、13。在导电轨5上或实心金属芯5a的上方/下方可以布置有与电路板6相比要少的电构件9或不布置。这种电构件可以是功率半导体开关14。

可以设置有用于冷却导电轨5和电路板6并且必要时冷却一个或多个功率半导体开关14的冷却设备。冷却设备拥有至少一个冷却介质线路11，通过冷却介质线路能够引导冷却介质，例如冷却液。冷却介质线路11直接贴靠在柔性的且电绝缘的热导体12上。该热导体又直接贴靠在第二导体层8b上。因此能够导出来自导电轨5和/或电路板6的热。此外，在电路板6中可以设置有一个或多个热导通孔，也就是纯粹用于热传导的线路。

在第一和/或第二导体层8a、8b上设置有功率半导体开关14中的一个或多个。优选地，功率半导体开关14中的一个或多个优选布置在电路板6和/或导电轨5的实心金属芯5a下方的第二导体层8b上，也就是朝向冷却设备地布置。根据图2，功率半导体开关14仅布置在朝向冷却介质线路11的，也就是朝向下部的第二导体层8b上。因此，功率半导体开关14与冷却设备相邻。具体而言，功率半导体开关直接布置在第二导体层8b与热导体12之间。因此，功率半导体开关贴靠在这两者上并且经由冷却设备的冷却介质线路11最佳地冷却。

导电轨5或实心金属芯5a与电路板6或位于其上或其内的电构件9之间的电接触优选借助图2所示的压入接触部15来实现。该压入接触部探出远离第一盖层，也就是第一绝缘层7a和第一导体层8a。在那里，压入接触部将导电轨5或实心金属芯5a与电路板6电连接起来。因此，压入接触部15由电导体构成。由于压入接触部15与实心金属芯5a和电路板6的较大接触面积，使得这种接触类型是损耗少的。

具体而言，在实心金属芯5a和布置在其上的第一盖层8a、8b中预制有开口，尤其是孔。同样地，在电路板和布置在其上的第一盖层8a、8b中预制有开口，尤其是孔。这些开口优选被金属化，也就是说，内壁被涂覆能导电的金属。压入接触部15拥有桥接件15a和突出于桥接件的臂15b。因此当压入接触部15刚好具有两个臂15b时，它呈u形，当它具有多于两个的臂15b时，它呈梳形或刷形。在当前，臂15b在一条直线上成行地位于附图平面内。于是在附图平面之外可以布置其他这种行。

在压入接触部15的接触区域内出现的热经由所述的冷却设备导出。为此，优选且如图2所示地，压入接触部15被压入至第二绝缘层7b。导电轨5和电路板6中的为此所设置的开口也是相应深。

示例性地，根据图2在导电轨5和电路板6中分别设置有两个开口。压入接触部15相应地具有四个臂15b。压入接触部15从上方，也就是从电路板和实心金属芯5a的第一表面的侧压入到开口中。

优选地，第一导体层8a在压入接触部15区域中或在臂15b的区域中各拥有凹陷部。因此，第一导体层8a不与压入接触部15电接触。为了防止跳电，凹陷部尺寸定得足够大。可以设置的是，附加地将绝缘材料提前涂装在压入接触部15上或事后涂装在压入接触部15区域中，例如涂装漆层。

图3示出了逆变器的一部分的，例如图2中的被横截的部分的俯视图。

根据图3设置有多覆层式的电路板6。包含电路板6的区域在图3中用虚线围边。此外，三个导电轨5分别设有实心金属芯5a。电路板6和实心金属芯5a的指向观察者的第一表面设有能在图2看出的共同的第一绝缘层7a以及布置在其上的共同的第一导体层8a。

在电路板6上方在第一导体层8a上或在电路板6中可以布置有电构件9。负责ac-dc转变的逆变器的功率半导体开关14尤其布置在第二导体层8b上，如图2所示。

导电轨5尤其形成相位，也就是说，它们在逆变器运行时分别引导相位u、v、w中的一个的交流电(参见图1)。为此，导电轨5在之间分别与逆变器的ac接口16和配属的功率半导体开关14电接触。因此，图3中所示的导电轨5形成ac导电轨。

至电路板6并且进而与功率半导体开关14的电接触通过接触部15实现，这些接触部可以分别按照根据图2的压入接触部15来实施。与此类似地，也可以利用各自的ac接口16来实施接触。原则上，所需的dc导电轨可以类似于图3中所示的ac导电轨5地实施。

在当前，导电轨5被嵌入到电路板6中。因此，实心金属芯5a侧向地相对电路板6电绝缘。为此可以在实心金属芯5a与电路板6之间各设置有空隙，其相应于能在图2看出的空隙。该空隙可如上述尤其可以用绝缘材料填充。因此，导电轨5通过电路板6来机械地固定。电路板6和导电轨5由此得到在机械上非常稳定的结构。因此，可以取消用于导电轨5的塑料包封部和/或特殊的保持器。

在电路板6的和导电轨5的背离图3的观察者的下侧上可以设置有图2中所示的冷却设备。

图4示出了逆变器的作为对根据图2的实施方式替选的实施方式。作为与图2的唯一区别地，实心金属芯5a根据图4具有接口或者说根据图3的接口16。该接口在当前示例性实施为开口，具体而言是孔。螺栓、挤压接触部、开口销或铆钉或其他的连接元件可以导入到该开口中，以便将实心金属芯5a与其他的电导体，如电线或绞合线或者电缆接头套管或其他导电轨机械连接起来并且在此电接触。开口也可以在端侧地，也就是侧向地引入到实心金属芯5a中，于是尤其作为盲孔。

根据图4设置的是，盖层7a、7b、8a、8b仅覆盖实心金属芯5a的一部分。至少接口16的区域按照所需尺寸，也就是为了电接触和机械连接而留空。

在其他方面，根据图4的实施方式相应于根据图2的实施方式。因此，对其所做的描述也适用于图4。

附图标记列表

1感应式电机

2机动车车轮

3逆变器

4直流电源

5导电轨

5a实心金属芯

6电路板

7a、7b绝缘层、盖层

8a、8b导体层、盖层

9电构件

10导通孔

11冷却介质线路

12热导体

13导通孔

14功率半导体开关

15压入接触部

15a桥接件

15b臂

16接口