Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung für einen Stromrich ter, umfassend eine Kondensatoranordnung mit wenigstens einem einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisenden Kondensator; eine erste Stromschiene und eine zweite Stromschiene, wobei eine jeweilige Stromschiene zumindest innerhalb eines Abschnitt eine größere Erstreckung entlang einer Quer richtung als entlang einer Längsrichtung aufweist, innerhalb des Abschnitts eine größere Erstreckung entlang der Längsrichtung als entlang einer Hochrichtung aufweist und im Abschnitt eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf weist, die sich bezüglich der Hochrichtung gegenüberliegen; eine erste Kontaktie rungsvorrichtung, die mit dem ersten Anschluss des wenigstens einen Kondensa tors elektrisch leitfähig kontaktiert ist und über die der erste Anschluss des wenigs tens einen Kondensators mit der ersten Stromschiene elektrisch leitfähig verbun den ist; und eine zweite Kontaktierungsvorrichtung, die mit dem zweiten Anschluss des wenigstens einen Kondensators elektrisch leitfähig kontaktiert ist und über die der zweite Anschluss des wenigstens einen Kondensators mit der zweiten Strom schiene elektrisch leitfähig verbunden ist.

Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter und eine Anordnung mit einer elektrischen Maschine und einem Stromrichter.

Bei derartigen elektrischen Vorrichtungen dienen die Stromschienen der gleich spannungseitigen Verbindung der Kondensatoranordnung mit einer Halbleiterleis tungseinheit und bilden typischerweise auch eine Anschlussmöglichkeit für Gleich spannungsanschlüsse des Stromrichters aus. Durch die Kontaktierungsvorrichtun gen ist die Kondensatoranordnung mit den Stromschienen verbunden, wobei die Anschlüsse des wenigstens einen Kondensators typsicherweise mit der Kontaktie rungsvorrichtung verschweißt sind. Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, an den Stromschienen einzelne laschenartige Anschlüsse auszubilden, die jeweils mit entsprechenden laschenartigen Anschlusselementen der Halbleiterleistungs einheit kontaktiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber, insbesondere im Hinblick auf das elektromagnetische und/oder thermische Verhalten im Betrieb, verbesserte elektrische Vorrichtung für einen Stromrichter anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer elektrischen Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die zweite Oberfläche der ersten Stromschiene in der Hochrichtung beabstandet der ersten Oberfläche der zweiten Stromschiene im Abschnitt gegenüberliegt, sodass die Stromschienen in der Hochrichtung einen Anschlussraum zum Anschließen einer Halbleiterleistungsein heit begrenzen.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, durch die Stromschienen eine Querver schienung zu realisieren, die den Anschlussraum zum Anschließen der Halbleiter leistungseinheit in der Hochrichtung beidseitig begrenzt. Einzelne Anschlussele mente, die jeweils zur Verbindung mit der ersten bzw. der zweiten Stromschiene vorgesehen sind, können so aus der Längsrichtung in den Anschlussraum einge führt werden und mittels der jeweiligen Stromschiene miteinander und mit der Kondensatoranordnung verbunden werden.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen Anbindung der Halbleiterleistungseinheit mit tels einzelner laschenartiger Anschlusselemente der Stromschiene ist die Fähig keit der Querverschienung, magnetische Feldenergie bei einem Betrieb mit Wech selströmen zu speichern, signifikant herabgesetzt. Dadurch werden vorteilhafter weise geringere Streuinduktivitäten zwischen der Halbleiterleistungseinheit und der Stromschiene realisiert. Gleichsam bilden die Stromschienen eine elektromag netische Abschirmung des Anschlussraums in der Hochrichtung aus. Dies erlaubt es insbesondere, besonders hohe Schaltfrequenzen der Halbleiterleistungseinheit zu verwenden, wie sie moderne Siliziumcarbid-MOSFET und andere Wide Band Gap Devices ermöglichen. Es treten nämlich einerseits durch die geringere Streuinduktivität bei hohen Schaltfrequenzen geringere Schaltverluste auf. Ande rerseits begrenzt die Abschirmung gleichzeitig die bei einer höheren Schaltfre quenz nach außen abgestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Felder.

Die erfindungsgemäß realisierte Reduktion der Streuinduktivität lässt sich dadurch erklären, dass separate Anschlusselemente der Halbleiterleistungseinheit für eine jeweilige Stromschiene wie eine Zweidrahtleitung wirken, die eine von einem mag netischen Fluss durchsetzte Fläche aufspannt und so elektrische Energie spei chert. Dies wird in einem elektrischen Netzwerk typischerweise als parasitäre Rei heninduktivität zwischen der Stromschiene und der Halbleiterleistungseinheit mo delliert. Im Gleichstromfall bildet sich im Inneren eines jeweiligen Anschlussele ments ein Magnetfeld aus, wohingegen für hohe Frequenzen durch Wirbelstrom ausprägung eine Verdrängung des Magnetfelds auftritt, sodass das Innere des Anschlusselements für sehr hohe Frequenzen feldfrei ist. Typischerweise erfolgt hier eine Einteilung in eine innere und äußere Induktivität einer derartigen Lei terstruktur, wobei für sehr hohe Frequenzen ein Beitrag der inneren Induktivität zur Gesamtinduktivität entfällt. Durch die den Anschlussraum begrenzenden Strom schienen wird die Ausprägung der magnetischen Feldlinien zwischen entspre chenden Anschlusselementen der Halbleiterleistungseinheit nun derart modifiziert, dass ihre Fähigkeit, magnetische Feldenergie zu speichern, signifikant herabge setzt wird. Im Hochfrequenzfall verschiebt sich insbesondere ein magnetisches Di polmoment von der Hochrichtung in die Querrichtung. Aufgrund der induzierten Wirbelströme ist das Innere der Stromschienen feldfrei und es tritt eine erhebliche Verlängerung der mittleren Weglängen der magnetischen Feldlinien auf, was die Verringerung der Streuinduktivität erklärt.

Zu erwähnen ist ferner, dass durch die Querverschienung auch ein niedrigerer Übertragungswiderstand realisiert wird, weil Wechselanteile des entlang der Stromschienen fließenden Stroms ebenfalls einen gemeinsam Strompfad zu den Kontaktierungsvorrichtungen haben. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in thermischer Hinsicht zu identifizieren. Die Stromschienen realisieren eine hochgradige thermische Ent kopplung der Kondensatoranordnung von der Halbleiterleistungseinheit, weil sie sich in der Querrichtung entlang des Anschlussraums erstrecken und so eine große Stromtragfähigkeit realisieren. Aufgrund großer daraus resultierender Ober flächen der Stromschienen erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine effizi ente ein- oder beidseitige Kühlung. Dies ist gerade im Hinblick auf die typischer weise geringe maximal zulässige Betriebstemperatur der Kondensatoranordnung im Vergleich zur Halbleiterleistungseinheit von Relevanz, insbesondere wenn Kon densatoren mit Folien auf Basis von Polypropylen mit einer typischen maximal zu lässigen Betriebstemperatur von 105 °C zum Einsatz kommen.

Im Übrigen kann herkömmlicherweise erforderlicher Bauraum für die separaten la schenartigen Anschlusselemente der Stromschiene eingespart werden und das Entstehen von Verlustleistungen durch Montageübergänge verringert werden. Die gleichsam aufwandsarme Querverschienung lässt sich darüber hinaus kosten günstig realisieren

Im Hinblick auf die Kondensatoranordnung wird es bevorzugt, wenn diese meh rere Kondensatoren aufweist. Der oder ein jeweiliger Kondensator kann als Folien kondensator ausgebildet sein. Es wird bevorzugt, wenn der Kondensator auf Basis von Polypropylen gebildet ist. Typischerweise sind der erste Anschluss und der zweite Anschluss des oder eines jeweiligen Kondensators an entgegengesetzten Seiten des Kondensators ausgebildet, insbesondere in Hochrichtung voneinander beabstandet. Die Kondensatoranordnung weist ferner bevorzugt ein Gehäuse auf, in dem der oder ein jeweiliger Kondensator aufgenommen ist. Typischerweise sind die Kondensatoren mittels einer Vergussmasse im Gehäuse eingeschlossen.

Die Kontaktierungsvorrichtungen sind typischerweise mit dem ersten beziehungs weise dem zweiten Anschluss des oder eines jeweiligen Kondensators stoffschlüs sig, bevorzugt durch eine Schweißverbindung, verbunden. Die Anschlüsse des o- der eines jeweiligen Kondensators können an einer Schoopschicht ausgebildet sein. Die Kontaktierungsvorrichtungen sind bevorzugt jeweils aus einem Blech ge bildet, das winklig entlang der Kondensatoren zu den Stromschienen geführt ist. Typischerweise sind die Kontaktierungsvorrichtungen abschnittsweise in dem Ge häuse der Kondensatoranordnung durch die Vergussmasse eingeschlossen. Zweckmäßigerweise ragt ein zur Stromschiene geführter Endabschnitt einer jewei ligen Kontaktierungsvorrichtung aus der Vergussmasse hervor.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktierungsvorrichtung mit der zweiten Oberfläche der ersten Stromschiene kontaktiert ist. Mit anderen Worten erstreckt sich die erste Kontaktierungsvorrich tung in diesem Fall in den Anschlussraum. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Kontaktierungsvorrichtung mit der ersten Oberfläche der ersten Strom schiene kontaktiert ist.

Analog dazu kann bei der zweiten Kontaktierungsvorrichtung vorgesehen sein, dass diese mit der ersten Oberfläche der zweiten Stromschiene kontaktiert ist. Auch in diesem Fall erstreckt sich die zweite Kontaktierungsvorrichtung in den Aufnahmeraum. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Kontaktierungs vorrichtung mit der zweiten Oberfläche der zweiten Stromschiene kontaktiert ist.

Drüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung vorgese hen sein, dass die erste Kontaktierungsvorrichtung und/oder die zweite Kontaktie rungsvorrichtung in ihrem die Stromschiene kontaktierenden Bereich in der Quer richtung separierte Anschlusselemente aufweist. Wenn die erste bzw. die zweite Kontaktierungsvorrichtung auf diese Weise separierte Anschlusselemente auf weist, kann durch die unmittelbare Kontaktierung mit der entsprechenden Strom schiene der zuvor beschriebene streuinduktivitätsverringernde Effekt auch im Hin blick auf die Kontaktierungsvorrichtung bzw. die Kontaktierungsvorrichtungen er zielt werden.

Zweckmäßigerweise umfasst die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung ferner die Halbleiterleistungseinheit, welche wenigstens eine Halbleiterschalteranordnung, eine erste Anschlussanordnung und eine zweite An schlussanordnung aufweist, wobei die erste Anschlussanordnung elektrisch leitfä hig mit der ersten Stromschiene verbunden ist und die zweite Anschlussanord nung elektrisch leitfähig mit der zweiten Stromschiene verbunden ist. Typischer weise erstrecken sich die Anschlussordnungen von der Längsrichtung her in den Anschlussraum. Insbesondere im Hinblick auf die Realisierung eines Wechselrich ters ist für jede Phase eine Halbleiterschalteranordnung vorgesehen. Die oder eine jeweilige Halbleiterschalteranordnung umfasst typischerweise eine aus Halb leiterschaltelementen gebildete Halbbrücke.

Dabei wird es bevorzugt, wenn die erste Anschlussanordnung mit der ersten Stromschiene kontaktiert ist und/oder die zweite Anschlussanordnung mit der zweiten Stromschiene kontaktiert ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Anschlussanordnung lediglich ein einzi ges Anschlusselement aufweist. Alternativ ist vorgesehen, dass die erste An schlussanordnung mehrere in der Querrichtung separierte Anschlusselemente aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die die zweite Anschlussanordnung meh rere in der Querrichtung separierte Anschlusselemente aufweisen. Es ist aber auch hier möglich, dass die zweite Anschlussanordnung lediglich ein einziges An schlusselement aufweist. Typischerweise ist für jede Halbleiterschalteranordnung wenigstens ein Anschlusselement der erste Anschlussanordnung und/oder we nigstens ein Anschlusselement der zweiten Anschlussanordnung vorgesehen.

Daneben kann vorgesehen sein, dass sich die erste Anschlussanordnung und die zweite Anschlussanordnung in einer durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannten Ebene erstrecken. Dann wird es bevorzugt, wenn die zweite Ober fläche der ersten Stromschiene und/oder die erste Oberfläche der zweiten Strom schiene in den Anschlussraum weisende Vorsprünge aufweist oder aufweisen, um die jeweilige Anschlussanordnung zu kontaktieren. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die erste Anschlussanordnung und die zweite Anschlussanordnung jeweils in einer durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannten Ebene erstrecken, wobei die Ebenen in der Hochrichtung beabstandet sind. Dann kann auf die ge nannten Vorsprünge verzichtet werden, was die Fertigung der Stromschienen ver einfacht.

Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der elektrischen Vorrichtung, die ferner die Halbleiterleistungseinheit umfasst, welche wenigstens eine Halbleiterschalterano rdnung, eine erste Anschlussanordnung und eine zweite Anschlussanordnung auf weist, wobei die erste Anschlussanordnung elektrisch leitfähig mit der ersten Stromschiene verbunden ist und die zweite Anschlussanordnung elektrisch leitfä hig mit der zweiten Stromschiene verbunden ist, kann vorgesehen sein, dass die erste Kontaktierungsvorrichtung mit der zweiten Oberfläche der ersten Strom schiene kontaktiert ist und die erste Anschlussanordnung über die erste Kontaktie rungsvorrichtung elektrisch leitend mit der ersten Stromschiene verbunden ist oder die erste Anschlussanordnung mit der zweiten Oberfläche der ersten Strom scheine kontaktiert ist und die erste Kontaktierungsvorrichtung über die erste An schlussanordnung elektrisch leitend mit der ersten Stromschiene verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die zweite Kontaktierungsvorrich tung mit der ersten Oberfläche der zweiten Stromschiene kontaktiert ist und die zweite Anschlussanordnung über die zweite Kontaktierungsvorrichtung elektrisch leitend mit der zweiten Stromschiene verbunden ist oder die zweite Anschlussan ordnung mit der ersten Oberfläche der zweiten Stromscheine kontaktiert ist und die zweite Kontaktierungsvorrichtung über die zweite Anschlussanordnung elektrisch leitend mit der zweiten Stromschiene verbunden ist

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, dass im Anschlussraum ein Isoliermittel, welches die Strom schienen gegeneinander elektrisch isoliert, angeordnet ist. Die erfindungsgemäße elektrischen Vorrichtung umfasst bevorzugt ferner eine Spannvorrichtung, durch welche die Stromschienen und die Kontaktierungsvor richtungen miteinander verspannt sind. Die Spannvorrichtung kann beispielsweise mehrere Schrauben umfassen, welche eine der Stromschiene durchsetzen und in an der anderen Stromschiene angeordnete Gewindebuchsen eingeschraubt sind. Typischerweise ist die Spannvorrichtung elektrisch gegenüber den Stromschienen isoliert.

Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße elektrischen Vorrichtung fer ner eine Pressvorrichtung umfassen, durch welche die Stromschienen und die Kontaktierungsvorrichtungen aneinander gepresst sind. Die Pressvorrichtung kann ein oder mehrere Federelemente aufweisen, welche die Stromschiene mittels ei ner gegen einen Anker wirkenden Rückstellkraft zusammenpressen. Bevorzugt sind die Federn als Blattfedern oder alternativ als Schraubenfedern ausgebildet.

Gemäß alternativen Ausgestaltungen sind die Stromschienen und die Kontaktie rungsvorrichtungen geschweißt, gelötet oder anderweitig stoffschlüssig verbun den.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese ferner eine Kühlvorrichtung auf, die thermisch leitfähig mit einer Strom schiene oder den Stromschienen verbunden ist. Die Querverschienung stellt dabei mit besonderem Vorteil eine gut erreichbare Wärmeübergangsfläche bereit, die sich hervorragend aktiv kühlen lässt. Dies verstärkt die eingangs erwähnte thermi sche Entkopplung der Kondensatoranordnung von der Halbleiterleistungseinheit. Bei herkömmlichen elektrischen Vorrichtungen ist nämlich kein ausreichender Raum für die Anordnung der Kühlvorrichtung vorgesehen, zumal die laschenförmi gen Anschlusselemente herkömmlicher Stromschiene bereits größtenteils durch Schrauben verdeckt sind.

In vorteilhafter Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, dass die Kühlvorrich tung flächig auf der ersten Oberfläche der ersten Stromschiene und/oder flächig auf der zweiten Oberfläche der zweiten Stromschiene aufliegt. Die Kühlvorrichtung umfasst dazu bevorzugt ein Wärmeübertragungsmittel, wie einen Gapfiller, der auf der oder einer jeweiligen Stromschiene aufgebracht ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Stromrichter, umfassend eine erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung, wobei die Kondensatoranordnung als Zwischenkreiskondensator ausgebildet ist und die Stromschienen Gleichspannungsanschlüsse ausbilden. Der Stromrichter ist bevor zugt als Wechselrichter oder als aktiver Gleichrichter ausgebildet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird schließlich auch gelöst durch eine Anordnung mit einer elektrischen Maschine und einem erfindungsgemäßen Stromrichter, welcher zur Bereitstellung einer ein- oder mehrphasigen Wechsel spannung an die elektrische Maschine angeschlossen ist

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeich nungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters;

Fig. 2 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Detailansicht zu Fig. 2;

Fig. 4 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine Detailansicht zu Fig. 4; Fig. 6 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine Detailansicht zu Fig. 6;

Fig. 8 eine Prinzipskizze zweier Anschlusselemente gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 9 eine magnetische Feldverteilung beim Betrieb der in Fig. 8 gezeigten An schlusselemente mit Gleichstrom;

Fig. 10 eine magnetische Feldverteilung für ein hochfrequentes Wechselfeld beim Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Anschlusselemente;

Fig. 11 eine Prinzipskizze zweier Anschlusselemente mit Stromschienen der er findungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 12 eine magnetische Feldverteilung beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 11 mit Gleichstrom;

Fig. 13 eine magnetische Feldverteilung für ein hochfrequentes Wechselfeld beim Betrieb beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 11;

Fig. 14 eine Prinzipskizze von vier Anschlusselementen mit Stromschienen ge mäß einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung;

Fig. 15 eine magnetische Feldverteilung beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 14 mit Gleichstrom; Fig. 16 eine magnetische Feldverteilung für ein hochfrequentes Wechselfeld beim Betrieb beim Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 14;

Fig. 17 ein doppelt logarithmisches Diagramm eines Induktivitätsbelags über der Frequenz; und

Fig. 18 ein doppelt logarithmisches Diagramm eines Widerstandsbelags über der Frequenz.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1 mit ei ner elektrischen Maschine 2 und einem Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 3, welcher zur Bereitstellung einer mehrphasigen, hier dreiphasigen, Wechsel spannung an die elektrische Maschine 2 angeschlossen ist. Der Stromrichter 3 weist Gleichspannungsanschlüsse 4 auf, die in einem mit einer externen Gleich spannungsquelle 5 in Form einer Flochvoltbatterie verbunden Zustand dargestellt sind.

Der Stromrichter 3 umfasst eine elektrische Vorrichtung 6 gemäß einem der im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiele. Die elektrische Vorrichtung 6 um fasst eine Kondensatoranordnung 7 und eine Halbleiterleistungseinheit 8. Diese umfasst mehrere Flalbleiterschalteranordnungen 9, die jeweils durch eine Halbbrü cke aus zwei Flalbleiterschalterelementen 10, 11 ausgebildet sind. Der Übersicht lichkeit halber ist der innere Aufbau in Fig. 1 nur bei einer Flalbleiterschalteranord- nung 9 dargestellt. An einem Abgriff zwischen den Flalbleiterschalterelementen 10, 11 einer jeweiligen Flalbleiterschalteranordnung 9 ist eine Phase der Wechsel spannung für die elektrische Maschine 2 bereitstellbar. Rein schematisch zeigt Fig. 1 auch eine Steuereinheit 12 des Stromrichters 6, welche die Halbleiterleis tungseinheit zum Erzeugen der mehrphasigen Wechselspannung ansteuert.

Fig. 2 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbei spiels der elektrischen Vorrichtung 6. Fig. 3 ist eine zugehörige Detailansicht. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kondensatoranordnung 7 ein Gehäuse 13, in welchem mehrere als Folienkondensatoren ausgebildete Kondensatoren an geordnet sind, die jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen. Die Kondensatoren sind mittels einer Vergussmasse 14 im Gehäuse 13 eingeschlossen, sodass sie in den Zeichnungen verdeckt sind.

Daneben umfasst die elektrische Vorrichtung 6 eine erste Stromschiene 15 und eine zweite Stromschiene 16. Innerhalb eines Abschnitts 17 einer jeweiligen Stromschiene 15, 16 weist die Stromschiene 15, 16 entlang einer Querrichtung eine größere Erstreckung als entlang einer Längsrichtung auf. Innerhalb des Ab schnitts 17 weist eine jeweilige Stromschiene 15, 16 außerdem eine größere Er streckung entlang der Längsrichtung als entlang einer Hochrichtung auf. Dabei lie gen sich eine erste Oberfläche 18 und eine zweite Oberfläche 19 der ersten Stromschiene 15 bezüglich der Hochrichtung gegenüber und eine erste Oberflä che 20 und eine zweite Oberfläche 21 der zweiten Stromschiene 16 bezüglich der Hochrichtung gegenüber. Die zweite Oberfläche 19 der ersten Stromschiene 15 liegt in der Hochrichtung beabstandet der ersten Oberfläche 20 der zweiten Strom schiene 16 gegenüber, sodass die Stromschienen 15, 16 bzw. ihre Oberflächen 19, 20 im Abschnitt 17 einen Aufnahmeraum 22 zum Anschließen der Halbleiter leistungseinheit 8 in der Hochrichtung begrenzen.

An den Abschnitt 17 einer jeweiligen Stromschiene 15, 16 schließt sich ein weite rer Abschnitt 23 an, der abgewinkelt vom Abschnitt 17 absteht und die Gleich spannungsanschlüsse 4 ausbildet.

Daneben umfasst die elektrische Vorrichtung 6 eine erste Kontaktierungsvorrich tung 24, die mit dem ersten Anschluss der Kondensatoren elektrisch leitfähig kon taktiert ist. Über die erste Kontaktierungsvorrichtung 24 ist ein jeweiliger erster An schluss der Kondensatoren mit der ersten Stromschiene 15 elektrisch leitfähig ver bunden. Die erste Kontaktierungsvorrichtung 24 erstreckt sich dabei als Blech in nerhalb des Gehäuses 13 und ist dort von der Vergussmasse 14 eingeschlossen. Aus dieser ragen in der Längsrichtung Anschlusselemente 25 hervor, welche in der Querrichtung separiert sind und die erste Stromschiene 15 kontaktieren, in dem sie auf der ersten Oberfläche 18 aufliegen.

Außerdem umfasst die elektrische Vorrichtung 6 eine zweite Kontaktierungsvor richtung 26, die mit dem zweiten Anschluss eines jeweiligen Kondensators elektrisch leitfähig kontaktiert ist. Über die zweite Kontaktierungsvorrichtung 26 ist der zweite Anschluss des jeweiligen Kondensators mit der zweiten Stromschiene 16 elektrisch leitfähig verbunden. Wie die erste Kontaktierungsvorrichtung 24 er streckt sich auch die zweite Kontaktierungsvorrichtung 26 innerhalb des Gehäuses 13 und ist von der Vergussmasse 14 eingeschlossen. Aus der Vergussmasse 14 ragen in der Längsrichtung Anschlusselemente 27 hervor, welche in der Querrich tung separiert sind und sich in den Anschlussbereich 22 hinein erstrecken. Dort kontaktieren sie die zweite Stromschiene 16, indem sie auf der ersten Oberfläche 20 aufliegen.

Die Kontaktierung der Kontaktierungsvorrichtungen 24, 26 mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss eines jeweiligen Kondensators ist durch eine stoffschlüssige Verbindung an einer Schoopschicht realisiert.

Die Halbleiterleistungseinheit 8 umfasst eine erste Anschlussanordnung 28, die elektrisch leitfähig mit der ersten Stromschiene 15 verbunden ist, und eine zweite Anschlussanordnung 29, die elektrisch leitfähig mit der zweiten Stromschiene 16 verbunden ist. Die Anschlussanordnungen 28, 29 erstrecken sich jeweils aus der Längsrichtung von der der Kondensatoranordnung 7 gegenüberliegenden Seite in den Anschlussraum 22 hinein.

Für jede Halbleiterschalteranordnung 9 weist die erste Anschlussanordnung 28 ein Anschlusselement 30 und die zweite Anschlussanordnung 29 ein Anschlussele ment 31 auf. Mit Bezug zu Fig. 1 sind dabei die Anschlusselemente 30 der ersten Anschlussanordnung 28 mit den Halbleiterschalterelementen 11 und die Anschlus selemente 31 der zweiten Anschlussanordnung 29 mit den Halbleiterschalterele menten 10 verbunden. Fig. 1 zeigt ferner für eine jeweilige Halbleiterschalteranordnung 9 eine Streuinduktivität 32, die ein jeweiliges An schlusselement 30 der ersten Anschlussanordnung 28 verursacht, und eine Streuinduktivität 33, die ein jeweiliges Anschlusselement 31 der zweiten An schlussanordnung 29 verursacht. Analog dazu sind Streuinduktivitäten 34, 35 wel che die Kontaktierungsvorrichtungen 24, 26 verursachen, gezeigt. Die Streuinduk tivitäten 32 bis 35 sind im Blockschaltbild jeweils als konzentrierte Bauelemente modelliert.

Aus Fig. 2 und Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass sich die Anschlussanordnungen 28, 29 jeweils in einer durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespann ten Ebene erstrecken, wobei die Ebenen in der Hochrichtung beabstandet sind.

Die Anschlussanordnungen 28, 29 sind mit anderen Worten in der Hochrichtung versetzt. Die Anschlusselemente 30 der ersten Anschlussanordnung 28 liegen da bei auf der zweiten Oberfläche 19 der ersten Stromschiene 15 auf und kontaktie ren diese dadurch. Entsprechend liegen die Anschlusselemente 31 der zweiten Anschlussanordnung 29 auf der ersten Oberfläche 20 der zweiten Stromschiene 16 auf und kontaktieren diese dadurch.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen der erster Anschluss eines jeweiligen Kondensators, die erste Kontaktierungsvorrichtung 24 und die erste Anschlussan ordnung 28 über die erste Stromschiene 15 auf einem ersten, hier negativen, Po tential 36 der elektrischen Vorrichtung 6 und der zweite Anschluss eines jeweiligen Kondensators, die zweite Kontaktierungsvorrichtung 26 und die zweite Anschluss anordnung 29 auf einem zweiten, hier positiven, Potential 37 der elektrischen Vor richtung 6.

Außerdem umfasst die elektrische Vorrichtung 6 im Aufnahmeraum ein Isoliermit tel 38, welches die Stromschienen 15, 16 gegeneinander elektrisch isoliert.

Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Stromschienen 15, 16 und die Kontaktierungsvorrichtungen 24, 26 mittels einer Spannvorrichtung 39 gegenei nander verspannt. Die Spannvorrichtung 39 umfasst ein auf Seiten der ersten Oberfläche 18 der ersten Stromschiene 15 angeordnetes Isolierelement 40 und mehrere Schrauben 41 , welche das Isolierelement 40, die erste Stromschiene 15 und das Isoliermittel 38 durchsetzen und in die zweite Stromschiene 16 hineinra gen. Zum Verspannen der Schrauben 41 weist die Spannvorrichtung 39 für jede Schraube 41 an der zweiten Stromschiene 16 befestigte Gewindebuchsen 42 auf. Dabei durchsetzt ein Teil der Schrauben 41 ferner die Anschlusselemente 30 der ersten Anschlussanordnung 28 und die Anschlusselemente 27 der zweiten Kon taktierungsvorrichtung 26 und ein anderer Teil der Schrauben 41 die Anschlus selemente 31 der zweiten Anschlussanordnung 29.

Die elektrische Vorrichtung 6 umfasst ferner eine Kühlvorrichtung 43, die ther misch leitfähig mit der zweiten Stromschiene 16 verbunden ist, in dem sie flächig auf der zweiten Oberfläche 21 der zweiten Stromschiene 16 aufliegt.

Fig. 4 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbei spiels der elektrischen Vorrichtung 6. Fig. 5 ist eine zugehörige Detailansicht. Das zweite Ausführungsbeispiel der elektrischen Vorrichtung 6 entspricht bis auf die im Folgenden beschriebenen Unterschiede im Wesentlichen dem ersten Ausfüh rungsbeispiel. Dabei sind in diesem und den weiteren Ausführungsbeispielen glei che oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.

Die erste Anschlussanordnung 28 der Halbleiterleistungseinheit 8 weist im zweiten Ausführungsbeispiel zwei Anschlusselemente 31 für ein jeweiliges Halbleiterschal terelement 10 auf. Die Anschlussanordnungen 28, 29 bzw. ihre Anschlussele mente 30, 31 sind in einer durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufge spannten Ebene angeordnet. Dadurch weisen sowohl die erste Stromschiene als auch die zweite Stromschiene 16 eine Vielzahl von Vorsprüngen auf, um die An schlussanordnungen 26, 27 zu kontaktieren. Das Isoliermittel 38 verfolgt diese Oberflächenstruktur der Stromschiene 15, 16 nach.

Fig. 6 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbei spiels der elektrischen Vorrichtung 6. Fig. 7 ist eine zugehörige Detailansicht. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel, wobei im Folgenden nur auf die Unterschiede dazu eingegangen wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Kontaktierungsvorrichtungen 24, 26 bereits von Rändern 44 des Gehäuses 13 außerhalb des Gehäuses 13 und treten nicht wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen erst auf Höhe der Stromschiene 15, 16 aus der Vergussmasse 14 hervor. Die erste Kontaktierungs vorrichtung 24 weist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich ein einziges, in der Querrichtung durchgängiges Anschlusselement 25 auf.

Anstelle einer Spannvorrichtung weist die elektrische Vorrichtung 6 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine Pressvorrichtung 45 auf, mittels welcher die erste Stromschiene 15 gegen die zweite Stromschiene 16 gepresst wird. Dazu weist die Pressvorrichtung 45 einen Anker 46 und eine Vielzahl von Federelementen 47 auf, die eine Rückstellkraft zwischen dem Anker 46 und der ersten Stromschiene 15 erzeugen. Alternativ zu den gezeigten Schraubenfedern können als Federele mente auch Blattfedern, insbesondere Wellenblattfedern, verwendet werden.

Fig. 8 ist eine Prinzipskizze zweier Anschlusselemente 30', 31' nach dem Stand der Technik. Die gezeigte Anordnung unterscheidet sich mithin von den Ausfüh rungsbeispielen dadurch, dass die Anschlusselemente 30', 3T nicht in einem durch Stromschienen in der Hochrichtung begrenzten Anschlussraum angeordnet sind.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen jeweils eine magnetische Feldverteilung beim Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Anschlusselemente, wobei Fig. 9 einen Betrieb mit einem Gleichstrom und Fig. 10 ein hochfrequentes Wechselfeld im Megahertzbereich zeigt.

Ersichtlich ist die magnetische Flussdichte ähnlich einer Zweidrahtleitung mit ent gegengesetzten Stromrichtungen verteilt, sodass die magnetische Flussdichte senkrecht zu einer durch die Anschlusselemente 30', 31' aufgespannten Fläche verläuft. Auch ist der Betrag der magnetischen Flussdichte im Bereich der aufge spannten Fläche am größten. Daraus resultieren hohe Werte eines magnetischen Flusses, was hohe Streuinduktivitäten 32, 33 (siehe Fig. 1 ) verursacht.

Fig. 11 ist eine Prinzipskizze zweier Anschlusselemente 30, 31 sowie der Strom schienen 15, 16, die im Wesentlichen der Anordnung gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der elektrischen Vorrichtung 6 entspricht. Die Darstellungen von Fig. 12 und Fig. 13 entsprechen den Darstellungen in Fig. 9 bzw. Fig. 10.

Durch den Vergleich von Fig. 9 und Fig. 10 einerseits und Fig. 12 und Fig. 13 an dererseits wird deutlich, dass die magnetische Feldverteilung im Fall der Anord nung gemäß Fig. 11 deutlich modifiziert ist, da die Feldlinien zwischen den An schlusselemente 30, 31 im Wesentlichen in der Querrichtung und nicht wie in Fig. 9 und Fig. 10 in der Flochrichtung verlaufen. D. h., die durch die Anschlussele mente 30, 31 aufgespannte Fläche wird nur in sehr geringem Maße von Kompo nenten in der Hochrichtung der magnetischen Flussdichte durchsetzt, sodass auch nur sehr geringe Werte des magnetischen Flusses entstehen. Gleichsam verschiebt sich eine Achse eines resultierenden magnetischen Dipolmoments beim hochfrequenten Wechselfeld gemäß Fig. 13 von der Hochrichtung in die Qu errichtung. Aufgrund von induzierten Wirbelströmen ist das Leiterinnere der An schlusselemente 30, 31 beim hochfrequenten Wechselfeld praktisch feldfrei und mittlere Weglängen der magnetischen Feldlinien sind gegenüber Fig. 10 signifi kant verlängert. All dies senkt die Streuinduktivitäten 32, 33 (siehe Fig. 1 ) erheb lich, wobei zu beachten ist, dass die dargestellten Feldverteilungen diesen Effekt qualitativ illustrieren und sich nur auf einen Ausschnitt beziehen. Die Abschir mungswirkung ist bei einer Fortsetzung in der Querrichtung noch größer.

Fig. 14 ist eine Prinzipskizze von vier Anschlusselementen 25, 27, 30, 31 mit den Stromschienen 15, 16 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der elektrischen Vorrichtung 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Anschlusselemente 25, 27 der Kontaktie rungsvorrichtungen 24, 26 über die Anschlusselemente 30, 31 der Anschlussan ordnungen 28, 29 mit den Stromschienen 15, 16 verbunden, also nicht mit den Stromschienen 15, 16 kontaktiert. Fig. 15 und Fig. 16 zeigen analog zu Fig. 9 und Fig. 10 die daraus resultierenden Feldverteilung. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann zusätzlich eine Reduktion der Streuinduktivitäten 34, 35 (siehe Fig. 1) reali siertwerden. In der aufgespannten Fläche weisen die magnetischen Feldlinien Komponenten in der Querrichtung und in der Flochrichtung auf. Fig. 17 ist ein doppelt logarithmisches Diagramm eines Induktivitätsbelags Ls über eine Frequenz f. Fig. 18 ist ein doppelt logarithmisches Diagramm eines Wider standsbelags Rs über die Frequenz f. Darin zeigen ein Verlauf 50 den Induktivi tätsbelag und ein Verlauf 53 den Widerstandsbelag einer Anordnung der An schlusselemente 30', 31' gemäß Fig. 8 als Referenz. Verläufe 51, 54 beziehen sich auf den Induktivitätsbelag bzw. den Widerstandsbelag der Anschlussele mente 30, 31 gemäß Fig. 11. Verläufe 52, 55 beziehen sich auf den Induktivitäts belag bzw. den Widerstandsbelag der Anschlusselemente 30, 31 gemäß Fig. 14.

Ersichtlich kann der Induktivitätsbelag durch die Querverschienung über einen weiten Frequenzbereich um mindestens den Faktor 10 gegenüber der Referenz verringert werden. Auch der Widerstandsbelag kann über weite Frequenzbereiche mindestens um den Faktor 6 gegenüber der Referenz reduziert werden.