變流器系統的製作方法

2023-09-18 09:21:55

專利名稱：變流器系統的製作方法
變流器系統技術領域
本發明介紹了變流器系統，諸如所述變流器系統作為基本模塊例如被用在風力設 備或光伏設備中，用以將在那裡產生的電流適配於供電網絡。風力設備依賴於風速地產生 隨時間變化的輸出電壓，該輸出電壓具有同樣變化的頻率。在光伏設備中通常產生隨時間 變化的直流電壓。但為了饋入供電網絡中，大多必需產生具有恆定頻率的限定的電壓。
背景技術：
為此，例如由DE 198 32 225 Al公知市面上常見的功率半導體模塊的級聯繫統。 該發明描述了一種例如用於構造這種類型的級聯繫統的基本模塊，這種基本模塊優選適用 於超過IOOkW的較高功率。由此，不言而喻的是，這種基本模塊作為單模塊的應用時不受限 制的。發明內容
本發明基於如下任務，提出一種由相同的變流器結構組件構成的變流器系統，其 中，變流器系統被特別緊湊地構造，並且該變流器系統在變流器結構組件之間具有低電感 的且高載流能力的直流電連接件。
該任務依照本發明通過具有權利要求1特徵的變流器系統得以解決。優選的實施 方式在從屬權利要求中有所介紹。
由數個優選相同的變流器結構組件構成的變流器系統形成了本發明的出發點。這 些變流器結構組件中的每一個均具有用於空氣冷卻或液體冷卻的冷卻體。該冷卻體承載有 至少一個功率半導體模塊，優選承載有數個相同類型的功率半導體模塊。此外，優選的是， 功率半導體模塊構造為半橋電路，並且以並聯的方式接線，由此，該功率半導體模塊像具有 各功率半導體模塊的多重功率的半橋電路那樣起作用。
緊鄰該至少一個功率半導體模塊地布置有電容器裝置，該電容器裝置優選由數個 並聯接線的相同的電容器組成。此外，具有優點的是，電容器單元被布置在冷卻裝置上，這 是因為由此確保了非常緊湊的並且在機械上穩定的構造。電容器裝置具有優點地構成了與 變流器系統一同實現的功率電子電路的直流電中間電路。
為此，電容器裝置藉助匯流排(Verschienung)與至少一個功率半導體模塊的直 流電端子元件(Gleichstromanschlusselement)相連。當該匯流排平面式地構成時，也就 是，即由兩個緊鄰布置的、帶有絕緣中間層的平面式金屬成型體構造而成時，該匯流排的電 感是非常低的。匯流排在其布局(Verlauf)方面在至少一個取向上遮蓋電容器裝置，優選 遮蓋那些其中布置有其他變流器結構組件的電容器裝置。
為了將兩個變流器結構組件低電感地並且具備高載流能力的連接，匯流排的第一 金屬成型體和第二金屬成型體分別藉助所配屬的第一連接體和第二連接體相互導電連接。 各連接體自身具有優點地同樣如同匯流排的金屬成型體那樣構造為平面式的金屬成型體。 為此，分別提供由高導通性的金屬(例如銅)製造的適當厚度的金屬板。
為構造匯流排的各金屬成型體與各連接體的能導電的連接，以如下方式設置有適 當的連接裝置，即，同樣對於連接，至少大致維持匯流排的低電感。對此特別重要的是，第一 連接體和第二連接體彼此的間距以不明顯大於匯流排的金屬成型體間距的方式來構造。同 樣地，在連接體之間設置有另一絕緣的中間層。此外，為實施本發明重要的是第二連接體 遮蓋第一連接體。由此，在與適當的連接機構相組合的情況下，存在數個變流器結構組件 的、低電感的、穩定耐用的且具備高載流能力的連接，以形成依據本發明的變流器系統。


在對實施例的相應說明中提到本發明的特別優選的改進方案。此外，依據本發明 的解決方案結合實施例和圖1至5進行進一步闡述。
圖1以三維視圖示出依據本發明的變流器系統的變流器結構組件。
圖2和3以兩個不同的二維視圖示出變流器結構組件。
圖4示出依據本發明的變流器系統。
圖5以部分視圖示出依據本發明的變流器系統的兩個變流器結構組件的連接件。
具體實施方式
圖1以三維視圖示出作為依據本發明的變流器系統1的一部分的變流器結構組件 2，該變流器結構組件2具有冷卻裝置10、數個功率半導體模塊40以及電容器裝置20。示 出冷卻裝置10，冷卻裝置10在這裡構造為帶冷卻機構14的基板12，冷卻機構14在這裡呈 空氣冷卻裝置的鰭片的形式構造。同樣也可以考慮利用液體冷卻的構造方案，利用液體冷 卻的構造方案通過更高的冷卻效率而允許變流器結構組件2在兆瓦範圍內的較高的電功 率。在這裡，出於冷卻效率的原因，冷卻機構14在功率半導體模塊40的下方示出。在基板 12的整個區域上的伸展同樣可以是具有優點的，以便進一步提高冷卻效率。
電容器裝置20同樣布置在冷卻裝置10的基板12上，並且在其那方面由數個同樣 類型的電容器200組成。為了有效地且低電感地連接到功率半導體模塊40上，電容器裝置 20直接緊鄰功率半導體模塊40的直流電端子元件42、44(參見圖2、地布置。通過將功率 半導體構件40和電容器裝置20共同布置在冷卻裝置10上，獲得了變流器結構組件2的非 常緊湊的並且機械上穩定的單元。
功率半導體模塊40本身具有各一個半橋電路，並且功率半導體模塊彼此並聯接 線，以便實現變流器結構組件2的所希望的功率。直接在功率半導體模塊40上，在功率半 導體模塊40的背離冷卻裝置10的側上，將控制電路布置在自有的部分殼體中。這種布置 方案通過其用於控制信號的很短的路徑而獲得了對抗外部幹擾信號的特別高的抗幹擾安 全性(StSrsicherheit)。此外，功率半導體模塊40在其背離電容器裝置20的側上具有共用 的交流電端子元件(Wechselstromanschlusselement) 70，該交流電端子元件70構成了半 橋電路的輸出端。
功率半導體模塊40的直流電端子元件42、44與電容器裝置20的電連接藉助合適 的、在這裡在其布局方面呈ζ形構造的匯流排30來進行。該匯流排30由第一金屬成型體 32和第二金屬成型體36連同絕緣的中間層34組成。各金屬成型體32、36為了與直流電 端子元件42、44相連接而具有相應的接片(Lasche)。在通向電容器裝置20的各個電容器200的其他布局中，匯流排30的金屬成型體32、36被平面式地構造。匯流排30的平面式的 金屬成型體32、36在這裡在兩個取向上超出電容器單元20。在這裡，必需的僅是，在下一個 有待布置的變流器結構組件方向上進行搭接，在這裡是在y_方向上進行搭接。
匯流排30的第一金屬成型體32將功率半導體構件40的負極的直流電壓 端子元件42以符合極性的方式與電容器裝置20的電容器200的所配屬的端子元件 (Anschlusselement)相連。按照同樣的方式，第二金屬成型體36將功率半導體構件40的 正極的直流電壓端子元件44以符合極性的方式與電容器裝置20的電容器200的所配屬的 端子元件相連接。第一金屬成型體32為該連接而具有凹孔(Ausnehmimg)，電容器200的端 子元件絕緣地穿過該凹孔延伸。
第一金屬成型體32在其搭接電容器裝置20的邊緣區域中具有螺栓容納部50，螺 栓容納部50與第一連接機構一起形成該變流器結構組件2至相鄰變流器結構組件的低電 感高載流能力的連接件90 (參見圖4)，並且在圖5中進行詳盡描述。
第二金屬成型體36在其邊緣區域中的兩個邊緣區域附近具有多個螺紋銷60，螺 紋銷60與第二連接機構360、362形成該變流器結構組件2至相鄰變流器結構組件的低電 感高載流能力的連接件90，並且在圖5中進行詳盡描述。
圖2和3以兩個不同的二維視圖示出依據圖1的變流器結構組件2。在圖2中可 清楚看到平面式的匯流排30還有匯流排30的第一金屬成型體32的螺栓容納部50以及 匯流排30的第二金屬成型體36的螺紋銷60。在這裡，同樣可辨識的是功率半導體模塊 40的直流電端子(Gleichstromanschluss) 42、44以及匯流排30的金屬成型體32、36的與 所述功率半導體模塊40相連的接片。
圖3清楚示出帶基板12和以作為冷卻機構的冷卻鰭片14的冷卻裝置10。在該 基板12上布置有功率半導體模塊40。藉助功率半導體模塊40，將一方面的交流電端子元 件70還有匯流排30都連至電容器裝置20。同樣示出了第一金屬成型體32的螺栓容納部 50。
圖4示出依據本發明的變流器系統1。該變流器系統1具有三個變流器結構組件 2，這三個變流器結構組件2彼此間具有連接件90。為此，接觸各變流器結構組件2的電容器 裝置20的電容器200的匯流排30彼此相連。在這裡所示的三相逆變器(Wechselrichter) 中，其中，為每個相位配有變流器結構組件2，連接件90用於將負載均勻分布到三個電容器 裝置20上。對此，所製造的連接件90的低電感的連接和高載流能力是非常重要的。
圖5以部分視圖示出依據本發明的變流器系統的兩個變流器結構組件2的連接件 90，附加地也藉助分解圖示出。示出了帶有各一個第一金屬成型體32和第二金屬成型體36 的匯流排30，以及示出布置於第一金屬成形體32和第二金屬成型體36之間的絕緣中間層 34。
為了連接第一金屬成型體32而設置有第一連接機構。在此，第一金屬成型體32 具有凹孔並且在朝向電容器裝置的側上具有螺栓容納部320。此外，設置有第一連接體92， 第一連接體92同樣具有用於容納螺栓322的凹孔。第一連接體92被以如下方式相對於第 一金屬成型體32布置，即，兩個凹孔相互對準。通過布置螺栓322在第一金屬成型體32與 第一連接體92之間產生力鎖合的(kraftschlilssig)導電連接。由於第一連接體92具有 優點地具有與第一金屬成型體32相同的長度(y_方向)，所以這樣產生了高載流能力的電5連接。
為了連接第二金屬成型體36而設置有第二連接機構。在這種情況下，第二金屬成 型體36具有螺紋銷360。此外，設置有第二連接體96，第二連接體96具有用於容納螺紋銷 360的凹孔。第二金屬成型體36通過將螺母362布置在螺紋銷360上而與第二連接體96 力鎖合地連接。因為第二連接體96有利地具有與第二金屬成型體36相同的長度(y-方 向)，因此該連接也具有很高的載流能力。通過構成這種連接，第二連接體36完全遮蓋第一 連接體32。
通過兩個變流器結構組件2的連接件90的所介紹的構造方案，確保了連接件90 的載流能力。低電感的連接以如下方式得以確保，即，在金屬成型體32、36之間、在連接體 92、96之間，並且還有在金屬成型體與連接體的過渡區域中，相應的間距始終是最小的。
兩個變流器結構組件2的根據本發明的連接件90的另一優點是可以簡單地製造， 這是因為以按順序的方法可以布置為，即，首先是第一連接裝置，接著是所配屬的另外的絕 緣中間層94，並且接在絕緣中間層94上的是第二連接裝置。此外，在這種情況下，重要的 是，所有這些製造步驟可以從背離電容器裝置的一側實施。
權利要求
1.變流器系統(1)，具有:數個分別帶有冷卻裝置(10)的變流器結構組件O)；至少一個布置於所述變流器結構組件(2)上的功率半導體模塊GO)；以及在每個變流器結構組件(2)上具有與所述功率半導體模塊GO)以符合電路的方式連 接的電容器裝置00)，其中，所述至少一個功率半導體模塊GO)緊鄰所述電容器裝置00)地布置，並且所述 功率半導體模塊GO)的直流電負載端子元件(42、44)藉助平面式構造的匯流排(30)與所 述電容器裝置O0)相連，其中，所述平面式匯流排(30)由第一金屬成型體(3 和第二金 屬成型體(36)連同絕緣的中間層(34)形成，並且所述匯流排(30)在至少一個取向上遮蓋 所述電容器裝置(20)，並且其中，兩個相鄰布置的變流器結構組件O)的所述匯流排(30) 能彼此低電感地連接，方式為將第一金屬成型體(3 藉助第一平面式連接體(9 及第一 連接機構(320、32幻來連接，將第二金屬成型體(36)藉助第二平面式連接體(96)及第二 連接機構(360、36幻來連接，其中，所述第一連接體(9 被所述第二連接體(96)遮蓋。
2.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，在這兩個連接體(92、96)之間布置有另外的絕緣的中間層(94)。
3.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述第一連接機構構造為力鎖合的螺栓連接件，其中，所述第一金屬成型體(32) 具有螺栓容納部(50)，並且所述第一連接體(9 具有凹孔，用以容納所述螺栓連接件的螺 栓(322)，並且其中，通過將所述螺栓(32 布置在所述凹孔以及所述螺栓容納部(320)中 而存在力鎖合。
4.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述第二連接機構構造為力鎖合的螺栓連接件，其中，所述第二金屬成型體(36) 具有螺紋銷(360)，並且所述第二連接體(96)具有用於讓所述螺紋銷(360)穿過的凹孔，並 且其中，通過將螺母(36 布置在所述螺紋銷(360)上而存在力鎖合。
5.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述電容器裝置00)具有數個電容器000)，並且所述電容器(200)具有端子元 件，所述端子元件以符合極性的方式與所述匯流排(30)的各配屬的所述第一金屬成型體 (32)或所述第二金屬成型體(36)相連。
6.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述第一金屬成型體(3 具有凹孔，用於讓所述電容器裝置00)的所述電容器 (200)的極性不同的端子元件絕緣地穿過。
7.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述電容器裝置00)布置在所述冷卻裝置(10)上。
8.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，所述至少一個功率半導體模塊GO)的交流電端子元件(70)布置在各所述功率 半導體模塊G0)的背離所述電容器裝置00)的側上。
9.依據權利要求1所述的變流器系統，其中，在變流器結構組件(2)的所述至少一個所述功率半導體模塊G0)的背離所述散 熱器裝置(10)的側上布置有控制電路(80)。
全文摘要
本發明涉及一種變流器系統，具有數個帶冷卻裝置的變流器結構組件；功率半導體模塊；以及每個變流器結構組件的與功率半導體模塊相連的電容器裝置。在這種情況下，功率半導體模塊緊鄰電容器裝置地布置。功率半導體模塊的直流電負載端子元件藉助平面式構造的匯流排與電容器裝置相連，其中，平面式匯流排由第一金屬成型體和第二金屬成型體連同絕緣中間層形成，並且該匯流排在至少一個取向上遮蓋電容器裝置。兩個相鄰布置的變流器結構組件的匯流排可以彼此低電感地連接，方式為第一金屬成型體藉助第一連接體和第一連接機構連接，以及方式為第二金屬成型體藉助第二連接體和第二連接機構連接。此外，第一連接體被第二連接體遮蓋。
文檔編號H02M1/00GK102035356SQ20101029567
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月26日
發明者夫朗蘇瓦斯·萬伏特, 布裡格·奧蘭 申請人:賽米控電子股份有限公司