ES2837140T3 - Módulo eléctrico con componente eléctrico - Google Patents

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ES2837140T3
ES2837140T3 ES15825604T ES15825604T ES2837140T3 ES 2837140 T3 ES2837140 T3 ES 2837140T3 ES 15825604 T ES15825604 T ES 15825604T ES 15825604 T ES15825604 T ES 15825604T ES 2837140 T3 ES2837140 T3 ES 2837140T3
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Stephan Frenkel
Steffen Pierstorf
Daniel Schmitt
Frank Schremmer
Marcus Wahle
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Abstract

Módulo eléctrico (1) para un convertidor con, al menos, un elemento de conmutación de semiconductor (3) alojado en una carcasa de módulo (2), en particular un transistor bipolar con electrodo de puerta aislado, en donde - la carcasa de módulo (2) presenta, al menos, dos piezas de carcasa (21-25) que se encuentran dispuestas una sobre otra y que limitan individualmente o junto con una o una pluralidad de piezas de carcasa adicionales (21-25) de la carcasa de módulo (2), con el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2), y - existe, al menos, un elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310, 320, 340, 350, 410, 420, 500) para el cierre hermético de la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa (21-25), caracterizado porque - las dos piezas de carcasa (21-25) presentan respectivamente una entalladura (101, 102), en particular una ranura, y - el elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310,320, 340, 350, 410, 420, 500) con una sección de estanqueidad se introduce en la entalladura (101, 102) en una pieza de carcasa (21-25), y con otra sección de estanqueidad se introduce en la entalladura (101, 102) en la otra pieza de carcasa (21-25), de manera que en el caso de una explosión en el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2) se detiene o, al menos, se reduce una salida de los gases de la explosión hacia el exterior a través del elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310, 320, 340, 350, 410, 420, 500).

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo eléctrico con componente eléctrico
La presente invención hace referencia a módulos eléctricos que se encuentran provistos respectivamente de, al menos, un componente eléctrico alojado en una carcasa de módulo.
Esta clase de módulos eléctricos se utilizan, por ejemplo, en convertidores eléctricos, en particular convertidores multinivel, en cuyo caso una pluralidad de módulos eléctricos de la clase descrita se encuentran dispuestos muy cerca unos de otros. En esta clase de convertidores, los módulos frecuentemente se encuentran eléctricamente conectados en serie mediante la conformación de conexiones de módulos en serie.
La declaración de patente WO 2012/156261 A2 describe un ejemplo de ejecución para un convertidor multinivel en el que se pueden utilizar módulos eléctricos de la manera que se describe aquí a continuación.
En particular en el área de la tecnología de transmisión de energía, los módulos eléctricos descritos son sometidos a corrientes eléctricas muy elevadas, de manera tal que ante un fallo de un componente o bien, ante un caso de avería debido a la potencia eléctrica convertida, se puede presentar un daño del componente eléctrico o de los componentes eléctricos que se encuentran en la carcasa de módulo, que ocasione una explosión; si sale gas de explosión (por ejemplo, polvo metálico/que contiene carbono, astillas, etc.) de la carcasa de módulo, los módulos eléctricos adyacentes que antes de ello aún operaban sin problemas eléctricos, son perjudicados o dañados por el gas de explosión, dado que la distancia aérea no es alcanzada debido a las impurezas, de manera tal que se puede presentar una reacción en cadena mediante la cual se ocasionan daños en una pluralidad de módulos eléctricos adyacentes. En el caso de los convertidores anteriormente descritos, esto puede tener consecuencias dramáticas, en particular en el rango de la alta tensión.
En particular, el documento DE 102004 062660 A1 ya revela un módulo eléctrico con, al menos, un componente eléctrico alojado en una carcasa de módulo, en donde
- la carcasa de módulo presenta, al menos, dos piezas de carcasa que se encuentran dispuestas una sobre otra y que limitan individualmente o junto con una o una pluralidad de piezas de carcasa adicionales de la carcasa de módulo, con el espacio interior de la carcasa de módulo, y
- existe, al menos, un elemento de estanqueidad para el cierre hermético de la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa.
También se conoce un módulo eléctrico de esta clase, a partir de los documentos EP 1778001 A2, JP 2003332527 A y EP 2782131 A2.
El objeto de la presente invención consiste en indicar un módulo eléctrico para un convertidor, en el que en caso de un fallo o bien, de una explosión en el espacio interior de la carcasa de módulo, evite un flujo de gas hacia el exterior o bien, una salida de los gases de explosión hacia el exterior, al menos, se impide de una mejor manera que las conocidas hasta el momento.
Dicho objeto se resuelve conforme a la presente invención, mediante un módulo eléctrico con las características de la reivindicación 1. Los acondicionamientos ventajosos del módulo conforme a la presente invención se indican en las reivindicaciones relacionadas.
A continuación, conforme a la presente invención se prevé que las dos piezas de carcasa presenten respectivamente una entalladura, en particular una ranura, y que el elemento de estanqueidad con una sección de estanqueidad se introduzca en la entalladura en una pieza de carcasa, y con otra sección de estanqueidad se introduzca en la entalladura en la otra pieza de carcasa, de manera que en el caso de una explosión en el espacio interior de la carcasa de módulo se detenga o, al menos, se reduzca una salida de los gases de la explosión hacia el exterior a través del elemento de estanqueidad. En particular, se obtiene un asiento particularmente seguro de la junta y, de esta manera, se obtiene un cierre hermético particularmente fiable.
Una ventaja esencial del módulo conforme a la presente invención consiste en que mediante el, al menos, un elemento de estanqueidad previsto conforme a la presente invención, se obtiene un cierre hermético adicional entre las piezas de carcasa que se encuentran dispuestas unas sobre otras, de manera que en el caso de un fallo se impida la salida de los gases de explosión, al menos, en dicho lugar. La presente invención tiene en cuenta que ante una presión elevada en el espacio interior de la carcasa de módulo, se puede generar una presión determinada que separaría las piezas de carcasa dispuestas unas sobre otras, aun cuando en el funcionamiento normal estas se mantienen lo suficientemente unidas mecánicamente, dado que, por ejemplo, se encuentran atornilladas o unidas a presión mediante un dispositivo de sujeción.
En vistas de un efecto de estanqueidad particularmente óptimo, se considera ventajoso cuando el elemento de estanqueidad o, al menos, una sección de estanqueidad del elemento de estanqueidad, en particular un labio de estanqueidad del elemento de estanqueidad, se extiende conformando un ángulo con el plano de apoyo sobre el cual se encuentran dispuestas una sobre otra las dos piezas de carcasa. Mediante la disposición angular de las secciones de estanqueidad en relación con el plano de apoyo, se logra una retención o bien, una detención de los gases de explosión, incluso en el caso que se genere un espacio entre las piezas de carcasa de módulo dispuestas una sobre otra.
Resulta particularmente ventajoso cuando, al menos, una de las dos piezas de carcasa presenta una entalladura, en particular una ranura, en la que se introduce el elemento de estanqueidad o una sección de estanqueidad, o en la que se encuentra dispuesto el elemento de estanqueidad o la sección de estanqueidad. Mediante una entalladura o ranura se fuerza una desviación del gas que sale, con lo cual se logra un enfriamiento y una reducción de la presión, así como una reducción de la energía cinética de las partículas que salen.
Un efecto de estanqueidad óptimo se logra de manera ventajosa cuando el elemento de estanqueidad presenta, al menos, una superficie de estanqueidad que se apoya contra una sección de pared de entalladura que se extiende de manera inclinada, en particular de manera perpendicular, con respecto al plano de apoyo, de una u otra de ambas piezas de carcasa, o contra secciones de pared de entalladura que se extienden de manera inclinada, en particular de manera perpendicular, con respecto al plano de apoyo, de ambas piezas de carcasa.
Resulta ventajoso cuando las entalladuras se encuentran dispuestas una sobre otra o se alinean, vistas de manera perpendicular a la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa.
En el caso de otra forma de cierre hermético, también considerada muy ventajosa, se prevé que una de las dos piezas de carcasa presente una entalladura, en particular una ranura, en la que encaja un resalte de la otra pieza de carcasa, y que el elemento de estanqueidad se encuentre insertado en la entalladura, entre la pared de entalladura y el resalte. Mediante el resalte se logra una forma de meandro que fuerza una desviación múltiple del gas que sale, con lo cual, como se ha mencionado anteriormente, se logra un enfriamiento y una reducción de la presión, así como una reducción de la energía cinética de las partículas que salen.
Las ranuras y los resaltes que encajan en ellas, se pueden prever también de forma doble o múltiple en el área de intersección entre ambas piezas de carcasa, con el fin de multiplicar la forma de meandro o bien, el grado de desviación del gas.
En el caso de la última variante de cierre hermético mencionada, con entalladura y resalte correspondiente o bien, con entalladuras y resaltes correspondientes, en vista del acondicionamiento del elemento de estanqueidad resulta ventajoso cuando el elemento de estanqueidad en la sección transversal presenta una forma de U o, al menos, por secciones, y presenta dos paredes laterales y una pared inferior que conecta ambas paredes laterales, cada una de ambas paredes laterales conforma respectivamente una sección de estanqueidad que se encuentra dispuesta de manera que conforma un ángulo con el plano de apoyo sobre el cual se encuentran dispuestas una sobre otra las dos piezas de carcasa, y la pared inferior del elemento de estanqueidad se apoya sobre la base de la entalladura, en particular la base de la ranura, dispuesta en particular de manera paralela al plano de apoyo.
En las áreas en las que no se encuentran dispuestas líneas eléctricas para la conexión de o de los componentes eléctricos, se considera ventajoso cuando la entalladura presenta una forma anular y rodea de forma anular el espacio interior de la carcasa de módulo por fuera, y el elemento de estanqueidad está conformado por un anillo de estanqueidad que cierra herméticamente, de forma anular y por fuera, el espacio interior de la carcasa de módulo. En las áreas con contactos que se conducen hacia el exterior de la carcasa de módulo para la conexión del o de los componentes eléctricos, se considera ventajoso cuando la entalladura presenta una forma semianular o solo aproximadamente semianular, debido a los contactos eléctricos que atraviesan, y rodea por fuera la mitad del espacio interior de la carcasa de modulo o aproximadamente la mitad. En correspondencia, en el caso de una forma de ejecución de esta clase, el elemento de estanqueidad es preferentemente también semianular o aproximadamente semianular.
En el caso de la última variante mencionada, resulta particularmente ventajoso cuando una de las dos piezas de carcasa o ambas presentan respectivamente dos ranuras que rodean de forma semianular, en las que se encuentra insertado respectivamente un elemento de estanqueidad semianular, un primer extremo de elemento de estanqueidad de un elemento de estanqueidad se encuentra enfrentado a un primer extremo de elemento de estanqueidad del otro elemento de estanqueidad de manera que conforman un primer par de extremos, y un segundo extremo de elemento de estanqueidad de un elemento de estanqueidad se encuentra enfrentado a un segundo extremo de elemento de estanqueidad del otro elemento de estanqueidad de manera que conforman un segundo par de extremos, y entre los extremos de elemento de estanqueidad enfrentados entre sí por pares, se encuentra dispuesta respectivamente una barra de contacto eléctrica que se encuentra eléctricamente conectada con el, al menos, un componente eléctrico alojado en la carcasa de módulo.
Para el cierre hermético de las barras de contacto resulta ventajoso cuando por debajo y por encima de las barras de contacto se encuentra apoyado respectivamente un elemento de estanqueidad de placa que se engrosa o se ensancha en dirección al espacio interior de la carcasa de módulo, de manera perpendicular al plano de apoyo. De manera alternativa o adicional se puede prever que contra el borde de intersección entre las dos piezas de carcasa, del lado del espacio interior, se encuentre dispuesto un elemento de estanqueidad que rodee de forma anular y que se apoye de manera plana contra ambas piezas de carcasa, y en el que una sección de estanqueidad o una superficie de estanqueidad se extienda de manera que conforme un ángulo, en particular un ángulo recto, con el plano de apoyo, y otra sección de estanqueidad u otra superficie de estanqueidad se encuentre dispuesta en el plano de apoyo.
Preferentemente, un elemento de protección dispuesto antes del elemento de estanqueidad o integrado en el elemento de estanqueidad, protege el elemento de estanqueidad contra daños ocasionados por bombardeo de partículas en el caso de un fallo del componente eléctrico alojado en la carcasa de módulo que ocasione una explosión. Por razones de estabilidad, el elemento de protección está compuesto preferentemente de metal, en particular de acero.
En una variante de acondicionamiento, el elemento de estanqueidad presenta una forma de L en la sección transversal.
En relación con las piezas de carcasa a cerrar herméticamente, se considera ventajoso cuando una de las dos piezas de carcasa conforma una placa de enfriamiento que porta los componentes eléctricos, y la otra de las dos piezas de carcasa es un elemento de marco anular. De manera alternativa, ambas piezas de carcasa pueden conformar respectivamente elementos de marco anulares.
En vistas de una utilización en convertidores, en particular convertidores para instalaciones de alta tensión, se considera ventajoso cuando la carcasa de módulo comprende las siguientes piezas de carcasa de módulo:
- una placa de enfriamiento inferior que porta un componente eléctrico inferior, preferentemente un elemento de conmutación de semiconductor, en particular un elemento de conmutación de semiconductor que presenta un transistor,
- un elemento de marco anular inferior, que se apoya sobre la placa de enfriamiento inferior,
- un elemento de marco anular central, que se apoya sobre el elemento de marco inferior, en donde entre el elemento de marco anular inferior y el central, al menos, dos barras de contacto se conducen hacia el exterior de la carcasa de módulo para la conexión del componente eléctrico inferior,
- un elemento de marco anular superior, que se apoya sobre el elemento de marco central, en donde entre el elemento de marco anular central y el superior, al menos, dos barras de contacto se conducen hacia el exterior de la carcasa de módulo para la conexión de un componente eléctrico superior, preferentemente de un elemento de conmutación de semiconductor, en particular de un elemento de conmutación de semiconductor que presenta un transistor, y
- una placa de enfriamiento superior que se apoya sobre el elemento de marco anular superior, y que porta el componente eléctrico superior.
Al menos, dos de las piezas de carcasa de módulo mencionadas, es decir, aquellas que se encuentran dispuestas directamente una sobre otra, se encuentran cerradas herméticamente preferentemente mediante, al menos, un elemento de estanqueidad.
Las piezas de carcasa o bien, las piezas de carcasa de módulo se encuentran preferentemente conectadas entre sí, por ejemplo, atornilladas, o unidas mediante un dispositivo de sujeción externo, en particular unidas a presión una sobre otra.
A continuación, la presente invención se explica en detalle mediante los ejemplos de ejecución; para ello muestran, por ejemplo
Figura 1 para la explicación general, un ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico sin elementos de estanqueidad,
Figura 2 un fragmento del módulo, de acuerdo con la figura 1, en una representación aumentada en el caso de una explosión en el espacio interior de la carcasa de módulo,
Figuras 3-7 un primer ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico con elementos de estanqueidad,
Figuras 8-12 un segundo ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico con elementos de estanqueidad, Figura 13 un tercer ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico con elementos de estanqueidad y
Figura 14 una sección de un cuarto ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico con elementos de estanqueidad. En las figuras, para los componentes idénticos o bien, comparables, se utilizan siempre los mismos símbolos de referencia, por razones de claridad en la representación.
La figura 1 muestra un módulo eléctrico 1 que comprende una carcasa de módulo 2 cerrada hacia el exterior. Dentro de la carcasa de módulo 2 se encuentra un elemento de conmutación de semiconductor 3 inferior en la figura 1, y un elemento de conmutación de semiconductor 4 superior en la figura 1. En el caso de los elementos de conmutación de semiconductores 3 y 4 se trata, por ejemplo, de transistores bipolares con electrodo de puerta aislado. Para la conexión de ambos elementos de conmutación de semiconductores 3 y 4, existen barras de contacto 5 que se conducen lateralmente hacia el exterior de la carcasa de módulo 2.
La carcasa de módulo 2 comprende una placa de enfriamiento 21 inferior en la figura 1, para el enfriamiento del elemento de conmutación de semiconductor inferior 3, sobre la cual se apoya un elemento de marco anular 22, inferior en la figura 1. Sobre el elemento de marco anular inferior 22 se encuentra un elemento de marco anular central 23, sobre el cual se apoya a su vez un elemento de marco anular 24, superior en la figura 1. En dirección hacia arriba, la carcasa de módulo 2 es cerrada por una placa de enfriamiento superior 25 que se apoya sobre el elemento de marco anular superior 24 y que sirve para el enfriamiento del elemento de conmutación de semiconductor 4. Las barras de contacto 5 se conducen lateralmente hacia el exterior entre el elemento de marco anular central 23 y el elemento de marco anular inferior 22 o bien, entre el elemento de marco anular central 23 y el elemento de marco anular superior 24.
Para mantener unida la estructura en sándwich conformada por las piezas de carcasa de la carcasa de módulo 2, se utilizan preferentemente tornillos o un dispositivo de sujeción externo que ya no se muestran en la figura 1 por tratarse de una vista general. Por ejemplo, también se pueden encontrar dispuestos unos sobre otros varios módulos eléctricos 1 con sus placas de enfriamiento (eléctricamente aislados unos de otros); en el caso de una forma de ejecución de esta clase, el dispositivo de sujeción mantiene unida preferentemente la pila conformada por estructuras en sándwich.
En el caso de una falla eléctrica y en el caso de una explosión en el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2, se puede generar una presión de gas muy elevada mediante la cual las piezas de carcasa de módulo son presionadas hacia el exterior; la acción de la fuerza ejercida por la presión interna en el espacio interior 2a se indica en la figura 1 mediante flechas con el símbolo de referencia F.
La figura 2 muestra la sección de la carcasa de módulo 2 marcada con líneas de puntos en la figura 1, más en detalle en una representación aumentada, cuando en el caso de una explosión en el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2, la placa de enfriamiento inferior 21 es apartada del elemento de marco anular inferior 22, por la presión, a pesar de la fuerza de sujeción de los tornillos o del dispositivo de sujeción que actúa en contra. Se puede observar que entre las dos piezas de carcasa de módulo 21 y 22 se genera un espacio S a través del cual puede escapar un flujo de gas G del espacio interior 2a. Un escape hacia el exterior de esta clase de gas caliente resulta indeseable, dado que este también podría dañar o bien, afectar a otros módulos eléctricos que se encuentran muy próximos.
Para evitar el problema de un flujo de gas G indeseado hacia el exterior en el caso de una explosión en el espacio interior 2a, en los ejemplos de ejecución descritos a continuación existen elementos de estanqueidad que permiten un cierre hermético del espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2. Los elementos de estanqueidad están compuestos preferentemente de un material deformable o bien, flexible, por ejemplo, elástico como, por ejemplo, goma.
La figura 3 muestra un ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico 1 que corresponde esencialmente al diseño del módulo eléctrico 1 de acuerdo con la figura 1. De esta manera, también el módulo eléctrico 1 de acuerdo con la figura 3 presenta una placa de enfriamiento inferior 21, tres elementos de marco anulares 22, 23 y 24, así como una placa de enfriamiento superior 25 que cierran la carcasa de módulo 2 hacia el exterior y definen un espacio interior 2a, en el cual se encuentran alojados dos elementos de conmutación de semiconductores 3 y 4.
Para evitar el problema descrito en relación con la figura 2, de un flujo de gas G indeseado a través de un espacio S entre el elemento de marco anular inferior 22 y la placa de enfriamiento inferior 21 en el caso de una explosión (observar también la figura 4), en el caso del módulo eléctrico 1 de acuerdo con la figura 3 se prevé un anillo de estanqueidad 110 que rodea de forma anular el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2.
Para permitir el posicionamiento del anillo de estanqueidad 110 que se muestra en la figura 3, la placa de enfriamiento inferior 21 presenta una entalladura 101 que rodea de forma anular el espacio interior 2a, y que vista de manera perpendicular a la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa 21 y 22, se alinea con una entalladura 102 que rodea de forma anular, en el elemento de marco anular inferior 22. Mediante las dos entalladuras anulares 101 y 102, que también se pueden denominar ranuras, una sección de estanqueidad 111, inferior en la figura 1, del anillo de estanqueidad 110, se puede extender hacia el interior de la placa de enfriamiento 21, de manera perpendicular al plano de apoyo A en el que se apoyan una sobre otra ambas piezas de carcasa 21 y 22. De manera correspondiente, una sección de estanqueidad 112, superior en la figura 3, del anillo de estanqueidad 110, vista de manera perpendicular a la superficie de apoyo o bien, al plano de apoyo A entre ambas piezas de carcasa 21 y 22, se puede extender hacia el interior del elemento de marco anular inferior 22 que se encuentra dispuesto encima. De esta manera, el anillo de estanqueidad 110 presenta superficies de estanqueidad que se encuentran apoyadas contra secciones de pared de entalladura que se encuentran dispuestas de manera perpendicular al plano de apoyo A, de ambas piezas de carcasa 21 y 22.
La figura 4 muestra el modo de funcionamiento del anillo de estanqueidad 110 en el caso de una explosión en el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2 y, de esta manera, para el caso en que ambas piezas de carcasa de módulo 21 y 22, se separen una de otra debido a la presión de gas en el espacio interior 2a. Se puede observar que entre ambas piezas de carcasa 21 y 22 se genera un espacio S, sin embargo, este espacio S no puede conducir un flujo de gas G hacia el exterior, dado que el flujo de gas G es detenido por el anillo de estanqueidad 110, al menos, se impide o se reduce. Esta inhibición del flujo de gas G se basa en que ambas secciones de estanqueidad 111 y 112 se extienden conformando un ángulo o bien, de manera perpendicular al plano de apoyo A entre ambas piezas de carcasa 21 y 22, hacia el interior de las entalladuras anulares 101 y 102, de manera tal que un eventual flujo de gas restante que salga se deberá desviar alrededor del elemento de estanqueidad.
La figura 5 muestra la forma anular en que el anillo de estanqueidad 110 rodea el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2, nuevamente de manera esquemática en una vista superior.
Nuevamente en relación con la figura 3, en la figura 3 se puede observar además un anillo de estanqueidad adicional 120 que puede ser idéntico al anillo de estanqueidad 110. El anillo de estanqueidad 120 se encuentra introducido en entalladuras que rodean de forma anular en el elemento de marco anular superior 24, así como en la placa de enfriamiento superior 25, y cierra herméticamente uno contra otro la placa de enfriamiento superior 25 y el elemento de marco superior que rodea de forma anular 24, de la manera correspondiente como se ha explicado en relación con el anillo de estanqueidad 110.
Además, en la figura 3 se observan elementos de estanqueidad de placa 130 que sirven para el cierre hermético entre los elementos de marco anulares 22, 23, y 24 en el área de las barras de contacto 5. Se puede observar que los elementos de estanqueidad de placa 130 se apoyan respectivamente contra una barra de contacto asignada 5, y que se engrosan o se ensanchan en dirección al espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2, de manera perpendicular al plano de apoyo entre los respectivos elementos de marco. La conformación correspondiente de los elementos de estanqueidad de placa 130 se logra mediante una conformación correspondiente o complementaria de entalladuras apropiadas en los elementos de marco anulares 22, 23, y 24.
Mediante el engrosamiento o bien, el ensanchamiento de los elementos de estanqueidad de placa 130 en dirección hacia el espacio interior 2a, se garantiza que debido a la presión de gas P en el espacio interior 2a, en el caso de una explosión, las secciones ensanchadas de los elementos de estanqueidad de placa 130 se engrosen o se ensanchen aún más en el sentido de una forma de tapón o corcho, con lo cual el efecto de estanqueidad de los elementos de estanqueidad de placa 130 incluso se incrementa de manera ventajosa con el aumento de la presión de gas P dentro del espacio interior 2a.
La figura 6 muestra el módulo eléctrico 1 o bien, su carcasa de módulo 2 de acuerdo con las figuras 3 a 5, en otra sección transversal, es decir, en una sección transversal fuera del área de las barras de contacto 5. Se puede observar que fuera del área de las barras de contacto 5, los tres elementos de marco anulares 22, 23, y 24 se encuentran dispuestos directamente unos sobre otros.
Para lograr un cierre hermético, por ejemplo, entre el elemento de marco anular inferior 22 y el elemento de marco anular central que se encuentra enfrentado 23, entre estas dos piezas de carcasa se prevén dos elementos de estanqueidad semianulares 140 que sobresalen hacia el interior del elemento de marco anular inferior 22 respectivamente con una sección de estanqueidad 141, inferior en la figura 6, y que sobresalen hacia el interior de una entalladura correspondiente en el elemento de marco anular central 23, con una sección de estanqueidad 142, superior en la figura 6.
La disposición de los elementos de estanqueidad 140 que rodean de forma semianular, se muestra más en detalle en la figura 7 en una vista superior. Se puede observar que los dos elementos de estanqueidad semianulares 140 se encuentran enfrentados entre sí, es decir, que un primer extremo de elemento de estanqueidad 140a de un elemento de estanqueidad 140 se encuentra enfrentado a un primer extremo de elemento de estanqueidad 140a del otro elemento de estanqueidad 140 de manera que conforman un primer par de extremos, y un segundo extremo de elemento de estanqueidad 140b de un elemento de estanqueidad 140 se encuentra enfrentado a un segundo extremo de elemento de estanqueidad 140b del otro elemento de estanqueidad 140 de manera que conforman un segundo par de extremos. Entre los extremos de elemento de estanqueidad enfrentados entre sí por pares, se encuentra dispuesta respectivamente una barra de contacto eléctrica 5 que se encuentra eléctricamente conectada con el elemento de protección de semiconductor inferior 3.
Para el cierre hermético se prevén elementos de estanqueidad semianulares 150 entre el elemento de marco anular central 23 y el elemento de marco anular superior 24, que se muestran en la figura 6 y que pueden ser idénticos a los elementos de estanqueidad semianulares 140. En relación con ello, se remite a las ejecuciones anteriormente mencionadas.
La figura 8 muestra otro ejemplo de ejecución para un módulo eléctrico 1 en el que existen elementos de estanqueidad para el cierre hermético de piezas de carcasa de módulo.
Para el cierre hermético de la placa de enfriamiento 21, inferior en la figura 8, y del elemento de marco anular inferior 22 que se encuentra enfrentado, en el ejemplo de ejecución de acuerdo con la figura 8 se prevé un elemento de estanqueidad 310 que presenta una forma de U en la sección transversal y que rodea de forma anular el espacio interior 2a de la carcasa de módulo 2. El elemento de estanqueidad 310 presenta dos paredes laterales 311 y 312 que se encuentran conectadas mediante una pared inferior 313. Cada una de ambas paredes laterales 311 y 312 conforman un ángulo con la superficie de apoyo A o bien, con el plano de apoyo, en el que se encuentran dispuestas las dos piezas de carcasa 21 y 22 una sobre otra. La pared inferior 313 del elemento de estanqueidad 310 se encuentra dispuesta preferentemente de manera paralela al plano de apoyo o bien, a la superficie de apoyo A.
El elemento de estanqueidad 310 que presenta forma de U en la sección transversal, se encuentra dispuesto en una entalladura 101, que rodea de forma anular, de la placa de enfriamiento inferior 21. En la ranura interior definida por las dos paredes laterales 311 y 312 del elemento de estanqueidad 310, encaja un resalte 103 del elemento de marco anular inferior 22; el resalte 103 se extiende conformando un ángulo o bien, de manera perpendicular al plano de apoyo A o bien, a la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa 21 y 22.
Mediante el encaje del resalte 103 en el elemento de estanqueidad 310 que presenta forma de U, se logra una especie de forma de meandro o bien, forma serpenteante en el área de la intersección o bien, de la superficie de apoyo entre las piezas de carcasa 21 y 22, mediante la cual en el caso de la formación de un espacio entre las piezas de carcasa después de una explosión, un flujo de gas G se debe desviar múltiples veces, antes de que pueda alcanzar el exterior; esto se muestra más en detalle en la figura 9. Se puede observar que en el caso de que se genere un espacio S, un flujo de gas G no puede alcanzar el exterior de manera paralela a la superficie de apoyo A o bien, paralela al plano de apoyo, sino que en primer lugar se desvía mediante el resalte 103 y la entalladura en forma de ranura 101 cuatro veces en total, antes de que pueda alcanzar el exterior. Es decir, que se obtiene una extensión del recorrido del gas y, de esta manera, se logra una importante reducción de la presión y de la temperatura del flujo de gas restante que sale eventualmente, a pesar del elemento de estanqueidad 310.
Por otra parte, en la figura 9 se puede observar que el flujo de gas G se detiene además mediante el elemento de estanqueidad 310 que presenta una forma de U y que se encuentra dispuesto entre la entalladura 101 y el resalte 103.
La figura 8 muestra además un elemento de estanqueidad adicional 320 que se encuentra dispuesto entre el elemento de marco anular superior 24 y la placa de enfriamiento superior 25, y que cierra herméticamente estas dos piezas de carcasa de la misma manera como se ha explicado en relación con el elemento de estanqueidad 310.
Los elementos de estanqueidad de placa 130 sirven para el cierre hermético de la carcasa de módulo 2 en el área de las barras de contacto 5; en relación con el acondicionamiento de los elementos de estanqueidad de placa 130, se remite a las ejecuciones anteriormente mencionadas en relación con el ejemplo de ejecución de acuerdo con las figuras 3 a 7.
La figura 10 muestra el elemento de estanqueidad 310 en una vista superior. Se puede observar que el elemento de estanqueidad 310 rodea el espacio interior 2a de forma anular.
La figura 11 muestra el módulo eléctrico 1 de acuerdo con las figuras 8 a 10, en otra sección transversal, es decir, en un área fuera de las barras de contacto 5. Se puede observar que en el área fuera de las barras de contacto 5 se obtiene un cierre hermético de los elementos de marco anulares 22 y 23 que se encuentran dispuestos directamente unos sobre otros, mediante un elemento de estanqueidad semianular 340, que presenta una forma de U en la sección transversal. El elemento de estanqueidad 340 es sujetado en una entalladura en el elemento de marco anular inferior 22 mediante un resalte correspondiente del elemento de marco anular que se encuentra encima 23. En la figura 12, en una vista superior, se muestran más en detalle los elementos de estanqueidad semianulares 340 previstos para el cierre hermético de ambos elementos de marco 22 y 23. Se puede observar que los extremos de elemento de estanqueidad 340a y 340b de los elementos de estanqueidad 340 se encuentran enfrentados entre sí respectivamente por pares y separados unos de otros por las barras de contacto 5, con las que se realiza la conexión del elemento de conmutación de semiconductor inferior 3.
En la figura 11 se puede observar además un elemento de estanqueidad semianular adicional 350 que presenta una forma de U en la sección transversal y que es apropiado para el cierre hermético del elemento de marco anular central 23 y del elemento de marco anular superior dispuesto encima 24. Los elementos de estanqueidad 350 pueden ser idénticos a los elementos de estanqueidad 340, de manera que en relación con este aspecto se remite a las ejecuciones anteriormente mencionadas.
Como se ha explicado en relación con los ejemplos de ejecución de acuerdo con las figuras 3 a 12, para el cierre hermético de ambas placas de enfriamiento 21 y 25 con los elementos de marco anulares 22 o 24 apoyados en ellas, se pueden prever los anillos de estanqueidad 110 o 120, de acuerdo con las figuras 3 a 7, y/o los elementos de estanqueidad 310 o 320 que presentan una forma de U en la sección transversal, de acuerdo con las figuras 8 a 12, que se extienden respectivamente hacia el interior de una de las piezas de carcasa a cerrar herméticamente, al menos, por secciones.
De manera alternativa o adicional, se pueden prever elementos de estanqueidad que rodean de forma anular y que están dispuestos en el espacio interior 2a, para el cierre hermético del área entre las placas de enfriamiento 21 y 25 y los elementos de marco 22 y 24 que se apoyan en ellas. En la figura 13 se muestra un ejemplo de ejecución para una variante de esta clase.
En la figura 13 se observan elementos de estanqueidad 410 y 420 que rodean de forma anular en la sección transversal y que presentan una forma de L en la sección transversal.
Los elementos de estanqueidad 410 y 420 comprenden respectivamente una sección de estanqueidad 430 que se encuentra dispuesta de manera que conforma un ángulo, en particular un ángulo recto, con el respectivo plano de apoyo o bien, la superficie de apoyo A de las piezas de carcasa a cerrar herméticamente, y respectivamente otra sección de estanqueidad 440 que se encuentra dispuesta de manera paralela o bien, en el plano de apoyo A. Para proteger los elementos de estanqueidad 410 y 420 ante un bombardeo de partículas en el caso de una explosión de los elementos de conmutación de semiconductor 3 o 4 o bien, de ambos elementos de conmutación 3 y 4, se prevén elementos de protección 460 que protegen los elementos de estanqueidad 410 y 420 contra daños.
En la figura 14 se muestra otro ejemplo de ejecución para un cierre hermético ventajoso para el área entre las placas de enfriamiento 21 y 25 y los elementos de marco 22 y 24 que se apoyan en ellas. En el área del plano de apoyo A, entre la placa de enfriamiento 21 y el elemento de marco 22, se observa un elemento de estanqueidad que rodea de forma anular 500, que se apoya contra el elemento de marco 22 con una superficie de estanqueidad 501 dispuesta perpendicularmente al plano de apoyo A, con una superficie de estanqueidad 502 dispuesta paralelamente al plano de apoyo A se apoya sobre la placa de enfriamiento 21, y con un labio de estanqueidad 503 encaja en una ranura 504 en la placa de enfriamiento 21. El elemento de estanqueidad 500 es sujetado por un tornillo 600 y un retén 610. El retén 610, en particular una sección interior 611 del retén 610, en el caso de una explosión en el espacio interior 2a, presiona el elemento de estanqueidad 600 contra la placa de enfriamiento 21 y contra el elemento de marco 22 y, de esta manera, mejora el efecto de cierre hermético.
Aun cuando la presente invención se ha ilustrado y descrito en detalle mediante ejemplos de ejecución preferidos, la invención no se encuentra limitada por los ejemplos revelados, y a partir de ellos el experto puede deducir otras variantes sin abandonar el ámbito de protección de la invención.
Lista de símbolos de referencia
1 Módulo
Carcasa de módulo
a Espacio interior
Elemento de conmutación de semiconductor inferior Elemento de conmutación de semiconductor superior Barras de contacto
1 Placa de enfriamiento inferior
2 Elemento de marco anular inferior
3 Elemento de marco anular central
4 Elemento de marco anular superior
5 Placa de enfriamiento superior
01 Entalladura
02 Entalladura
03 Resalte
10 Anillo de estanqueidad
11 Sección de estanqueidad inferior
12 Sección de estanqueidad superior
20 Anillo de estanqueidad
30 Elemento de estanqueidad de placa
40 Elementos de estanqueidad semianulares
40a Extremo de elemento de estanqueidad
40b Extremo de elemento de estanqueidad
41 Sección de estanqueidad inferior
42 Sección de estanqueidad superior
50 Elementos de estanqueidad
00a Espacio interior
10 Elemento de estanqueidad
11 Pared lateral
12 Pared lateral
13 Pared inferior
20 Elemento de estanqueidad
40 Elemento de estanqueidad
340a Extremo de elemento de estanqueidad 340b Extremo de elemento de estanqueidad 350 Elemento de estanqueidad
410 Elemento de estanqueidad
420 Elemento de estanqueidad
430 Sección de estanqueidad
440 Sección de estanqueidad
460 Elementos de protección
500 Elemento de estanqueidad
501 Superficie de estanqueidad
502 Superficie de estanqueidad
503 Labio de estanqueidad
504 Ranura
600 Tornillo
610 Retén
611 Sección interior
A Superficie de apoyo/plano de apoyo
F Flechas
G Flujo de gas
P Presión de gas
S Espacio

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Módulo eléctrico (1) para un convertidor con, al menos, un elemento de conmutación de semiconductor (3) alojado en una carcasa de módulo (2), en particular un transistor bipolar con electrodo de puerta aislado, en donde
- la carcasa de módulo (2) presenta, al menos, dos piezas de carcasa (21-25) que se encuentran dispuestas una sobre otra y que limitan individualmente o junto con una o una pluralidad de piezas de carcasa adicionales (21-25) de la carcasa de módulo (2), con el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2), y - existe, al menos, un elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310, 320, 340, 350, 410, 420, 500) para el cierre hermético de la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa (21-25), caracterizado porque
- las dos piezas de carcasa (21-25) presentan respectivamente una entalladura (101, 102), en particular una ranura, y
- el elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310,320, 340, 350, 410, 420, 500) con una sección de estanqueidad se introduce en la entalladura (101, 102) en una pieza de carcasa (21-25), y con otra sección de estanqueidad se introduce en la entalladura (101, 102) en la otra pieza de carcasa (21-25), de manera que en el caso de una explosión en el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2) se detiene o, al menos, se reduce una salida de los gases de la explosión hacia el exterior a través del elemento de estanqueidad (110, 120, 140, 150, 310, 320, 340, 350, 410, 420, 500).
2. Módulo (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de estanqueidad o, al menos, una sección de estanqueidad del elemento de estanqueidad, en particular un labio de estanqueidad del elemento de estanqueidad, se extiende conformando un ángulo con el plano de apoyo (A) sobre el cual se encuentran dispuestas una sobre otra las dos piezas de carcasa (21-25).
3. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos, una de las dos piezas de carcasa (21-25) presenta una entalladura (101, 102), en particular una ranura, en la que se introduce el elemento de estanqueidad o una sección de estanqueidad o en la que se encuentra el elemento de estanqueidad o la sección de estanqueidad.
4. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las entalladuras (101,102) se encuentran dispuestas una sobre otra o se alinean, vistas de manera perpendicular a la superficie de apoyo entre ambas piezas de carcasa (21-25).
5. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de estanqueidad presenta, al menos, una superficie de estanqueidad que se apoya contra una sección de pared de entalladura que se extiende de manera inclinada, en particular de manera perpendicular, con respecto al plano de apoyo (A), de una de ambas piezas de carcasa (21-25), o contra secciones de pared de entalladura que se extienden de manera inclinada, en particular de manera perpendicular, con respecto al plano de apoyo (A), de ambas piezas de carcasa (21-25).
6. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- una de las dos piezas de carcasa (21-25) presenta una entalladura (101, 102), en particular una ranura, en la que encaja un resalte (103) de la otra pieza de carcasa (21-25), y
- el elemento de estanqueidad se encuentra insertado en la entalladura (101, 102), entre la pared de entalladura y el resalte (103).
7. Módulo (1) según la reivindicación 6, caracterizado porque
- el elemento de estanqueidad en la sección transversal presenta una forma de U o, al menos, por secciones, y presenta dos paredes laterales (311, 312) y una pared inferior (313) que conecta ambas paredes laterales (311, 312),
- cada una de ambas paredes laterales (311, 312) conforma respectivamente una sección de estanqueidad que se encuentra dispuesta de manera que conforma un ángulo con el plano de apoyo (A) sobre el cual se encuentran dispuestas una sobre otra las dos piezas de carcasa (21-25), y
- la pared inferior (313) del elemento de estanqueidad se apoya sobre la base de la entalladura, en particular la base de la ranura, dispuesta en particular de manera paralela al plano de apoyo (A).
8. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- la entalladura (101, 102) presenta una forma anular y rodea de forma anular el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2) por fuera, y
- el elemento de estanqueidad está conformado por un anillo de estanqueidad que cierra herméticamente, de forma anular y por fuera, el espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2).
9. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado porque
- la entalladura presenta una forma semianular o solo aproximadamente semianular, debido a los contactos eléctricos que atraviesan, y rodea por fuera la mitad del espacio interior (2a) de la carcasa de modulo (2) o aproximadamente la mitad, y
- el elemento de estanqueidad presenta una forma semianular o aproximadamente semianular.
10. Módulo (1) según la reivindicación 9, caracterizado porque
- una de las dos piezas de carcasa (21-25) o ambas presentan respectivamente dos ranuras que rodean de forma semianular, en las que se encuentra insertado respectivamente un elemento de estanqueidad semianular (140, 340),
- un primer extremo de elemento de estanqueidad (140a, 340a) de un elemento de estanqueidad (140, 340) se encuentra enfrentado a un primer extremo de elemento de estanqueidad (140a, 340a) del otro elemento de estanqueidad (140, 340) de manera que conforman un primer par de extremos, y un segundo extremo de elemento de estanqueidad (140b, 340b) de un elemento de estanqueidad (140, 340) se encuentra enfrentado a un segundo extremo de elemento de estanqueidad (140b, 340b) del otro elemento de estanqueidad (140, 340) de manera que conforman un segundo par de extremos, y
- entre los extremos de elemento de estanqueidad enfrentados entre sí por pares, se encuentra dispuesta respectivamente una barra de contacto eléctrica (5) que se encuentra eléctricamente conectada con el, al menos, un componente eléctrico alojado en la carcasa de módulo (2).
11. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por debajo y por encima de las barras de contacto (5) se encuentra apoyado respectivamente un elemento de estanqueidad de placa que se engrosa o se ensancha en dirección al espacio interior (2a) de la carcasa de módulo (2), de manera perpendicular al plano de apoyo (A).
12. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- contra el borde de intersección entre las dos piezas de carcasa (21-25), del lado del espacio interior, se encuentra dispuesto un elemento de estanqueidad que rodea de forma anular y que se apoya de manera plana contra ambas piezas de carcasa (21-25), y en el que una sección de estanqueidad o una superficie de estanqueidad se extiende de manera que conforma un ángulo, en particular un ángulo recto, con el plano de apoyo (A), y otra sección de estanqueidad u otra superficie de estanqueidad se encuentra dispuesta en el plano de apoyo (A),
- en donde preferentemente un elemento de protección dispuesto antes del elemento de estanqueidad o integrado en el elemento de estanqueidad, protege el elemento de estanqueidad contra daños ocasionados por bombardeo de partículas en el caso de un fallo del componente eléctrico alojado en la carcasa de módulo (2) que ocasione una explosión.
13. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- una de las dos piezas de carcasa (21-25) conforma una placa de enfriamiento que porta los componentes eléctricos, y la otra de las dos piezas de carcasa (21-25) es un elemento de marco anular, o
- ambas piezas de carcasa (21-25) son respectivamente elementos de marco anulares.
14. Módulo (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa de módulo (2) comprende las siguientes piezas de carcasa de módulo:
- una placa de enfriamiento inferior (21) que porta un componente eléctrico inferior, preferentemente un elemento de conmutación de semiconductor (3), en particular un elemento de conmutación de semiconductor que presenta un transistor,
- un elemento de marco anular inferior (22) que se apoya sobre la placa de enfriamiento inferior (21), - un elemento de marco anular central (23) que se apoya sobre el elemento de marco inferior (22), en donde entre el elemento de marco anular inferior y el central, al menos, dos barras de contacto (5) se conducen hacia el exterior de la carcasa de módulo (2) para la conexión del componente eléctrico inferior,
- un elemento de marco anular superior (24) que se apoya sobre el elemento de marco anular central (23), en donde entre el elemento de marco anular central y el superior, al menos, dos barras de contacto (5) se conducen hacia el exterior de la carcasa de módulo (2) para la conexión de un componente eléctrico superior, preferentemente de un elemento de conmutación de semiconductor (4), en particular de un elemento de conmutación de semiconductor que presenta un transistor, y
- una placa de enfriamiento superior (25) que se apoya sobre el elemento de marco anular superior (24) y que porta el componente eléctrico superior,
en donde ambas piezas de carcasa (21-25) anteriormente mencionadas, cerradas herméticamente mediante el, al menos, un elemento de estanqueidad, conforman dos de las piezas de carcasa de módulo mencionadas, que se encuentran dispuestas directamente una sobre otra.
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