CN113541445B - 一种用于变流器的功率组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于变流器的功率组件，其包括功率元件，所述功率元件具有散热器；设置在所述功率元件的第二端的支架，所述支架具有用于连通所述散热器的入口与外界的第一容液腔和用于连通所述散热器的出口与外界的第二容液腔；设置在所述支架的第二端的低感母排，所述低感母排与所述功率元件电连接，该功率组件具有空间布局紧凑，功率密度高，以及模块整体外观美化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种轨道交通及工业变频的技术领域，特别涉及一种用于变流器的功率组件。
背景技术
功率组件作为变流器的核心部件，广泛应用于轨道交通、工业变频等领域。目前的功率组件通常在内部集成散热器、标准封装功率半导体器件、低感母排、驱动器、支撑电容等多种零部件，构成独立的单元，可单独或组合成完整的整流或逆变功能部件使用，具备一定的集成化和通用化特点。但受到器件布局设计和零部件繁多的限制，体积较大、重量较重，转运和拆装维护不便。
因此，发明一种空间紧凑、功率密度高、便于安装维护的功率组件是行业的产品目标。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种符合变流器***要求的具有空间紧凑、功率密度高、便于安装维护等特点的功率组件。
为达上述目的，本发明提供一种功率组件，其包括：
功率元件，所述功率元件具有散热器，
设置在所述功率元件的第二端的支架，所述支架具有用于连通所述散热器的入口与外界的第一容液腔和用于连通所述散热器的出口与外界的第二容液腔，
设置在所述支架的第二端的低感母排，所述低感母排与所述功率元件电连接。
在一个实施例中，在所述低感母排的第一端面上突出式设置电插接头，同时，所述支架构造为板状，并在所述支架上设置安装孔，其中，所述电插接头通过所述安装孔后与所述功率元件的直流电连接头连接。
在一个实施例中，所述第一容液腔和所述第二容液腔分别设置在所述支架的上下端并朝向第一端方向突出，所述电插接头与所述直流电连接头在所述第一容液腔和所述第二容液腔上下之间。
在一个实施例中，在所述支架的第二端面上设置有快插液接头以分别与所述第一容液腔和所述第二容液腔连通，在所述支架的第一端面上设置有能与所述第一容液腔或所述第二容液腔连通的接口用于实现与相应的所述散热器的入口和出口快速连通。
在一个实施例中，所述电插接头构造为长条筒状，并在长度方向的两端设置弧状的豁口。
在一个实施例中，还包括能容纳所述功率元件的箱式组件，所述箱式组件包括第一端面和第二端面均有开口的方筒状的主体，所述主体第二端与所述支架固定连接。
在一个实施例中，所述箱式组件还包括设置在所述主体内的隔板，以形成矩阵式的用于容纳相应的功率元件的空间。
在一个实施例中，在各所述空间的四角处分别设置导轨件，所述导轨件构造为L型折弯状。
在一个实施例中，在所述箱式组件的第一端侧设置压板，所述压板与所述功率元件和所述箱式组件均固定连接。
在一个实施例中，在所述支架的第一端面上设置为所述功率元件定位的定位销。
本发明的有益效果是：本申请的功率元件、支架和低感母排在从第一端方向到第二端方向上叠式设置，具有空间布局紧凑，功率密度高的特点，同时模块整体外观美化。再有，将容液腔设置在支架上用于实现散热器与外界的连通，结构优化，便于生产安装等操作。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的功率组件的立体图；
图2是根据本发明的一个实施例的功率组件的另一个角度的立体图；
图3是根据本发明的一个实施例的功率组件的***图；
图4是根据本发明的一个实施例的功率元件的立体图；
图5a是根据本发明的一个实施例的功率元件的右视图；
图5b是根据本发明的一个实施例的功率元件的主视图；
图5c是根据本发明的一个实施例的功率元件的左视图；
图6是根据本发明的一个实施例的功率元件的主电路原理图；
图7是根据本发明的一个实施例的集成功率元件的主电路原理图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1显示了根据本发明的一种功率组件。如图1所示，该功率组件包括功率元件1、支架2和低感母排3。其中，如图4所示，在功率元件1的内部集成了散热器16，以实现为功率元件1散热降温的目的。支架2设置在功率元件1的第二端。并且，如图3所示，支架2具有第一容液腔21以用于连通散热器16的入口和外界，支架2还具有第二容液腔22以连通散热器16的出口和外界。低感母排3设置在支架2的第二端，同时，该低感母排3与功率元件1电连接。
由此，本申请的功率元件1、支架2和低感母排3在从第一端方向到第二端方向上叠式设置，具有空间布局紧凑，功率密度高的特点，同时模块整体外观美化。再有，将容液腔21、22设置在支架2上用于实现散热器16与外界的连通，结构优化，便于生产安装的等操作。这种设置的容液腔21、22，甚至在具有多个散热器16的情况下，容液腔21、22各为一个就可以实现散热器16与外界的连通。
在具体的实施例中，如图3所示，支架2构造为板状，并在支架2上设置安装孔23。该安装孔23的具体数量与功率元件1的数量匹配，而本申请中以四个为例进行说明。该安装孔23为长条孔，长度沿着上下方向延伸。该安装孔23，用于实现低感母排3和功率元件1的电连接。在低感母排3的第一端面上突出式设置电插接头31。同时，在功率元件1的第二端面上设置直流电连接头11。在组装过程中，电插接头31穿过安装孔23后，与直流电连接头11插接。优选地，电插接头31构造为长条筒状，并在长度方向的两端设置弧状的豁口33。这种设置使得电插接头31长度方向的中间部分更加突出，有助于与直流电连接头11的插接操作更容易。另外，该电插接头31为快插接头，通过与安装孔23配合，还具有精确定位作用，从而保证低感母排3与支架2的精确定位，最终实现功率元件1与支架2可靠连接。
低感母排3为低电感叠层母排。在低感母排3上还设置有正负接线端口32，用于与变流器***实现主电路的连接，实现***电能与集成功率元件电能的传输。例如，该正负接线端口32可以构造为弯折板形式，并在上设置有用于连接的连接孔。本申请的图中给出了一种正负接线端口32的设置形式，也就是，正负接线端口32设置在图2所示的低感母排3的右侧面上。但是根据实际需要，正负接线端口32还可以设置在低感母排3的其它诸如左侧面以及上下侧面上。此处，先进行说明地，图2中标示有A的侧面为前侧面，与其相对的为后侧面，而标识有B的为左侧面，与其相对的为右侧面，标示有C的为上侧面，与其相对的为下侧面。也就是，正负接线端口32根据实际需要可以设置在低感母排3的任一周面上。这种外形结构的低感母排3可实现横向、纵向的自由扩展，同时可根据变流器***的需求自由配置低感母排的接线端口，应用灵活。另外，低感母排3通过螺栓35与支架2固定在一起。这种连接方式简单，易于实现。
第一容液腔21和第二容液腔22分别设置在支架2的上下端并朝向第一端方向突出。并且，第一容液腔21和第二容液腔22的自身为长条状，以用于对接功率元件1中的散热器16。同时，突出式设置的第一容液腔21和第二容液腔22，将电插接头31与直流电连接头11的连接部分夹在了中间，这种设置方式使得整体的功率组件结构更加紧凑，更加优化。
在支架2的第二端面上设置有两个快插液接头24，以分别与第一容液腔21和第二容液腔22连通。该快插液接头24用于连接外界的冷却源。需要说明的是，快插液接头24并不限于上述设置，且两个快插液接头24也不限于设置在同一端面上。例如，两个快插液接头24可以设置在支架2的图2中的左侧面上或者分别设置在上侧面或者下侧面上。另外，在支架2的第一端面上设置有能与第一容液腔21或第二容液腔22连通的接口25。同时，如图5a所示的，在散热器16的入口和出口处均设置有快插液体接头15。在安装过程中，快插液体接头15能与接口25匹配。安装到位后，冷却液通过一个快插液接头24进入到第一容液腔21，并通过快插液体接头15进入到向匹配的散热器16中，冷却液在散热器16内进行循环，以为功率元件1进行降温。之后，冷却液通过快插液体接头15流入到第二容液腔22，并通过另一个快插液接头24流回到冷却源，从而实现冷却液的循环利用。上述在连接处均采用快速插拔接头的方式，实现了连接处的快速插拔操作，便于盲插式快速安装，更便于拆卸以进行后期维护等等操作。
需要说明的是，在如图3所示的设置方案中，在大体方形的低感母排3的两个角处设置避让口34，以为快插液接头24提供避让空间。例如，该避让口34所处的位置与正负接线端口32所处的位置相对地位于低感母排3的不同侧。这种设置避免了多个连接端位于同一侧，以方便后续连接操作。
根据本申请，功率组件还包括箱式组件4。该箱式组件4设置在支架2的第一端，以用于容纳和限定功率元件1。具体地，箱式组件4包括方筒状的主体41，并且主体41的第一端面和第二端面具有开口，且主体41的第二端与支架2固定连接。在具有多个功率元件1的情况下，在主体41内设置隔板42，以将主体41的内部空间间隔，用来存放不同的功率元件1。优选地，隔板42的设置使得主体41的内空间形成了矩阵式排列的用于容纳相应的功率元件1的空间。这种设置提高了功率组件的功率密度，以及保证了集成度。该隔板42与主体41固定安装，提高了支架2的强度。
优选地，在主体41与隔板42上设置内外连通的散热口44，一方面用于功率元件1的散热，另一方面有利于支架2自身的减重。例如，在生产制造的过程中，主体41与隔板42可以直接采用条状的板拼接而成。
在主体41的各容纳功率元件1的空间内设置导轨件43，以为功率元件1的抽入式安装以及拆卸等提供便利。例如，四个导轨件43分别设置在方形空间的四个角的位置。各导轨件43构造为“L”型的折弯件，以匹配功率元件1的对应的角。另外，该导轨件43还能实现为功率元件1进行初定位，保证其在安装拆卸过程中，不受支架的损坏。该导轨件43由非金属材料制成，比如塑料。
在支架2的第一端面上设置定位销26，以与设置在功率元件1上的定位销孔17形成匹配式配合，从而便于功率元件1的精准定位和安装。
在箱式组件4的第一端还设置有压板5。该压板5通过固定螺栓6连接到主体41和功率元件1上，以实现功率元件1与箱式组件4的固定连接。
如图4、5a、5b和5c所示，本申请的功率元件1不仅集成了散热器、半导体芯片等部件，还可以集成外壳、电流传感器、温度传感器、控制器等。更加具体地，在功率元件1的第一端设置有交流端接口12，用于通过电缆或者接线排与变流器***交流端连接，实现电能的传输转换。功率元件1的控制层通过光纤接口14与变流器***控制单元实现信号通讯，通过电接口13与***电源连接给控制层供电。功率元件1本身可以为如图6所示的单桥臂电路结构形式。这种设置的功率元件1能够实现模块灵活组合应用。例如，如图7所示的，本申请中给出了由四个功率元件1组成的集成功率组件，但本发明可实现的应用不限于此，在实际应用中，可以横向及纵向的扩展配置，以便实现不同功能应用需求。例如，可单个功率元件1做斩波功能单独使用，或两个功率元件1并联做H桥使用，或三个功率元件1做三相逆变功能，或八个功率元件1做四象限+三相逆变+斩波功能等等。
综上，本发明的有益效果是：该用于变流器的集成功率组件，满足高功率密度、高可靠性、智能化、可维护性等要求。功率元件采用矩阵书本式设置，并能快插式与低感母排3安装，集成度高、功率密度高，安装及后期维护方便。功率元件具有驱动、监测、保护、诊断等智能化控制功能，且采用无基板散热方式，散热效率高。该功率组件的水和电均为快插式，能够实现单个功率元件快速安装维护。低感母排3不仅能够实现与功率元件1的快速连接，而且能够适应不同应用场合的主电路连接，应用灵活便捷。整个集成功率组件基本可以实现快速插拔连接，通用化程度较高，还可以根据应用需求，灵活实现功率元件1的并联、组合应用。
本申请中，“第一端”与图1中的压板5所处的端一致，而“第二端”与“第一端”方向相反，与图1中的低感母排3所处的端一致。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (6)
1.一种用于变流器的功率组件，其特征在于，包括：
功率元件，所述功率元件具有散热器，
设置在所述功率元件的第二端的支架，所述支架具有用于连通所述散热器的入口与外界的第一容液腔和用于连通所述散热器的出口与外界的第二容液腔，以及
设置在所述支架的第二端的低感母排，所述低感母排与所述功率元件电连接，
其中，在所述低感母排的第一端面上突出式设置电插接头，同时，所述支架构造为板状，并在所述支架上设置安装孔，其中，所述电插接头通过所述安装孔后与所述功率元件的直流电连接头连接，并且所述电插接头构造为长条筒状，且在长度方向的两端设置弧状的豁口，
所述第一容液腔和所述第二容液腔分别设置在所述支架的上下端并朝向第一端方向突出，所述电插接头与所述直流电连接头在所述第一容液腔和所述第二容液腔上下之间，
在所述支架的第二端面上设置有快插液接头以分别与所述第一容液腔和所述第二容液腔连通，在所述支架的第一端面上设置有能与所述第一容液腔或所述第二容液腔连通的接口用于实现与相应的所述散热器的入口和出口快速连通。
2.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，还包括能容纳所述功率元件的箱式组件，所述箱式组件包括第一端面和第二端面均有开口的方筒状的主体，所述主体第二端与所述支架固定连接。
3.根据权利要求2所述的功率组件，其特征在于，所述箱式组件还包括设置在所述主体内的隔板，以形成矩阵式的用于容纳相应的功率元件的空间。
4.根据权利要求3所述的功率组件，其特征在于，在各所述空间的四角处分别设置导轨件，所述导轨件构造为L型折弯状。
5.根据权利要求2到4中任一项所述的功率组件，其特征在于，在所述箱式组件的第一端侧设置压板，所述压板与所述功率元件和所述箱式组件均固定连接。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的功率组件，其特征在于，在所述支架的第一端面上设置为所述功率元件定位的定位销。
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