CN101335138A - 具有两个受控相位的开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有两个受控相位(4a、4b)的开关设备(2)，在该开关设备中，每个相位(4a、4b)对应于每一个平面组件(12a、12b)，该平面组件具有至少一个要在冷却体(18)上冷却的元件(16a、16b)，该冷却体(18)横向于其延伸方向(20)具有T形的横截面，并且该平面组件(12a、12b)在该冷却体(18)的中间柄(26)的两个侧面(28a、28b)设置，其中，该平面组件(12a、12b)的元件(16a、16b)彼此相对并且各抵靠在该中间柄(26)的一个侧面(28a、28b)上。

Description

具有两个受控相位的开关设备

技术领域

本发明涉及一种具有两个受控相位的开关设备。

背景技术

电子开关设备通常用于在电负载之前，例如在三极电机负载之前串联。在此，这种类型的开关设备具有三个或者仅两个实际上接通的(也就是说所受控的)相位。在此，具有两个接通的相位的开关设备是一种技术上经济的最佳选择，因此在市场上广受喜爱。

在电子开关中，用于该电子开关设备的每个受控相位通过至少一个元件-通常为功率半导体切换。这种类型的元件产生常常值得注意的损耗热，其必须通过冷却体来散去。此外，在多种应用中，这是有意义的或已知的，即元件或功率半导体在其持续连接的接通状态中通过机械切换装置被桥接，进而电流通过机械切换装置而不再通过功率半导体来输送。通过这种类型的所述的旁路电路实现了有效地降低在持续的接通状态中功率半导体的损耗热。由此，在这种类型的开关设备中，为每个电相位构成了由半导体开关元件和机械开关元件组成的配对(paarung)。

由于开关设备通常设计用于高功率(即，高电压及电流)，所以各个相位必须彼此电绝缘地设置。在此，必须保持基于由相位输送的电压的强度的几何间距。电压越高，相应的间距就必须越大。对于较小功率(这就是说低于22kW)的电子开关设备来说，分别配属于相位的功率电路或控制电路设置在一个或多个印刷电路板上。在此，其目的在于总能最佳地充分利用印刷电路板面积，而且在此总能保持上述安全状态。由于附加的要求，即额外地将半导体开关元件导热地连接到冷却体上，对于开关设备来说，经常会产生关于构造空间的较高的空间需求。

目前已知提出了用于开关设备的单个的冷却体，且全部半导体开关单侧地连接到冷却体上。在此，不仅必须考虑在控制电路和负载电路之间的绝缘距离，而且还必须考虑在印刷电路板上相应的各个相位之间的绝缘距离，该印刷电路板承载半导体开关元件。这种类型的开关设备具有相当高的空间需求。

此外已知，分别对应于每一个相位的每个功率元件设置在分离的印刷电路板上，全部的机械桥接切换装置设置在另一印刷电路板上，这四个单独的印刷电路板与第五个包含控制电路的印刷电路板一起通过焊接而彼此连接。这种类型的结构非常费事，并且需要额外的连接部和绝缘件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的具有两个受控相位的开关设备。

该目的通过具有两个受控相位的开关设备来实现，其中每个相位对应于分开的每一个平面组件。每个平面组件在此包括至少一个要在冷却体上冷却的元件。在该开关设备中，冷却器在延伸方向中纵向延伸并且横向于该延伸方向具有T形的横截面。该平面组件在冷却体的中间柄的两个侧面设置，其中待冷却的元件彼此相对，并且各抵靠在中间柄的一个侧面上。

换句话说，开关设备的根据本发明的结构的特征在于，在两相位受控的开关设备中，这两个相位被划分给各个相应的相对设置的平面组件。在此，至少待冷却的元件彼此相对，这就是说其中一个平面组件的元件分别利用相关的装配侧面指向另一平面组件。换句话说，该平面组件或者属于不同相位的元件由此至少部分地在其间围绕冷却体的柄。每个平面组件还分别承载各个相位，或者至少承载属于相应相位的负载电路。

该开关设备具有节省空间且紧凑的结构。基于此，例如在单个平面组件之内仅存在单个相位，并且由此而避免了在各个平面组件或者印刷电路板上的两个分开的相位之间的几何距离。开关设备的结构明确地构造为相应分开的相位。通过清楚的结构实现了较为简单的装配以及较少的错误可能性。

该冷却体可以在延伸方向上比单个的元件更长，并且两个平面组件的元件在延伸方向上相对于中间柄未重叠地设置。在延伸方向上看，每个元件在此仅处于冷却体的单个部段中，所以传递到冷却体中以及由此从元件传递到全部冷却体上的热量被均匀地分配并且这是高效的。

用于相位的触点连接可以在冷却体的延伸方向上在端侧设置在平面组件上，开关设备通过该触点连接外部布线，在此可以应用简单的触点连接，其可直接地安装到平面组件中，例如通过焊接。由于相应的对称结构，例如仅需要两种型号的连接部分别用于其中一个平面组件。设置主接头，这就是说，单个相位的相应触头的电接触的设置还可以利用少许的标准元件来实现。

特别是，在单个的平面组件中用于相位的触点连接分别在端侧设置在冷却体的延伸方向上的两个端部上。然后该开关设备或平面组件可以沿着延伸方向连接到两个端部上，这致使了特别清晰的后期布线，并且致使了在开关设备或平面组件中的简单的布线。而且在此仅必须保留两个不同的连接部用于平面组件的两个侧面。

当在两个平面组件之间设置的、在冷却体的延伸方向上延伸的导线被设计用于另一相位时，具有两个受控相位的开关设备可以容易地三相位地实施。

因为各个的平面组件通常相互之间需要电通讯，所以可以设置横向于冷却体的延伸方向而延伸的连接部，以用于平面组件的电接触。

这可以是插塞连接件。该插塞连接件的优点在于，其可以特别简单地被实施。在安装开关设备时，平面组件可以分别从侧向方向上被提供到冷却体上，以便将元件安装到该冷却体上，且在此该插塞连接件自动地在两个平面组件之间形成连接。

该连接部还可以是附加的印刷电路板。其优点在于，可以在其上安装附加的电元件，例如用于开关设备的控制逻辑电路或者控制电位器，这样其作为开关或者类似的装置可以特别容易地被触及。

元件可以被偏压(vorgespannt)而抵靠在冷却体上。从而在元件和冷却体之间可靠地提供了特别好的导热性。该偏压可以以不同的方式和方法来实现，例如通过围绕开关设备的偏压夹具。从而整个开关设备获得这样机械上的稳定性。

为了元件向冷却体偏压，该元件本身固定在冷却体上。因为该元件通常在其一侧稳固地固定在平面组件的印刷电路板中，例如坚固地焊接，从而此外实现了将平面组件自动地固定在冷却体上，进而实现了开关设备的机械稳定性。通过例如在冷却器两侧实现的螺纹连接，开关设备是稳固的，从而简化了在安装中的处理。

附图说明

参照附图中的实施例进一步描述本发明。以非常简化的示意性原理图分别示出：

图1以俯视图示出了根据本发明的开关设备，

图2以正视图示出了图1中的开关设备，

图3以根据图2的视图示出了具有连接印刷电路板(Verbindungsleiterplatte)的开关设备的可选实施例。

具体实施方式

图1和图2以箭头I、II的观察方向示出了具有三个相位4a-4c的开关设备2，这些相位分别具有输入端6a-6c和输出端8a-8c，并且在那里通过接线夹10可以在开关设备2的侧面7上连接到电源(未示出)上，或者在侧面9上可以连接到电负载处。相位4a、4b是接通或受控的相位。因此，相关的接线夹10分别通到平面组件12a、12b处，该平面组件相应地对在输入端6a、6b上提供的电压和电流加以影响，以便调整地将其提供到输出端8a、8b处。相位4c是未接通的，并且在此输入端6c与输出端8c通过贯通的印制导线14(例如简单的冲压件)贯穿连接。基于平面组件12a、12b的对称结构，仅需要两种型号KI和KII的接线夹10。

半导体16a、16b分别以功率半导体开关的形式设置在每个平面组件12a、12b上以用于控制相位4a、4b。在开关设备2运行中，半导体16a、16b产生大量的必须被散去的损耗热。在此开关设备2包含冷却体18，该冷却体具有沿着开关设备2的延伸方向(通过线20示出)。在横截面中冷却体18是T形的。冷却体18在其横向部件22上具有散热片24，由横向部件22延伸出冷却体的柄26。

平面组件12a、12b彼此平行地设置，并且至少部分地包围它们之间的柄26。至少半导体16a、16b如此安装在平面组件12a、12b(或者说印刷电路板组件)上，即该半导体彼此相对。在此，半导体16a处于柄26的其中一个侧面28a上，并且半导体16b处于柄的其中另一个侧面28b上。与此相反，在冷却体18的延伸方向20中未重叠地设置半导体16a、16b，即半导体16a设置在冷却体18的纵向部段30a中，并且半导体16b设置在冷却体的纵向部段30b中。

此外，电位器32设置在平面组件12b上，该电位器用于调节开关设备2的参数(未进一步说明)。基于开关设备2的朝向上侧面34打开的构造方式，可以从那里容易地触及。在图2中以虚线示出了电位器32，在那里该电位器由接线插塞36覆盖，该接线插塞例如为了其彼此通讯的目的而使平面组件12a、12b电连接。

为了装配开关设备2，首先在冷却体18上以在图1、图2中未示出的方式将相位4c或相应的印制导线14固定在冷却体18上。随后，平面组件12b在箭头38的方向上向着冷却体18移动，直到半导体16b抵靠在柄26上，利用接合到半导体16b中的螺钉40，该半导体被螺纹连接在冷却体18上。因为半导体16b借助于实心的触头焊接到平面组件12中，由此整个平面组件12b机械稳定地固定在冷却体18上。平面组件12b匹配接线插塞36的插接件42或者在其上焊接。

而后，平面组件12a在箭头44的方向上由另一侧面相应地安装到冷却体18上，并且半导体16a利用另一螺钉40固定。在此，接线插塞36的安装在平面组件12a上的插座46插入插接件42中，由此产生平面组件12a、12b的电连接。通过螺钉40的螺纹连接，半导体16a和16b相对于冷却体18的侧面28a、28b被机械偏压，这确保了良好的导热。

图3示出了开关设备2的可优选实施例，在该开关设备中通过印刷电路板48代替接线插头36，该印刷电路板通过各个柔性的连接导线50与两个平面组件12a、12b连接。因为印刷电路板48提供了用于定位元件的额外的位置，所以不仅电位器32而且额外的逻辑元件52都设置印刷电路板48上。在如图1、图2中的开关设备2中相同的构造空间中，由此通过所使用的较大的印刷电路板面积而获得额外的功能性。与根据图1、图2的实施例相比，开关设备2的上侧面34上的电位器32还可以更好地触及到。

此外，根据本发明的开关设备具有用于过载继电器功能的三相位电流检测装置、热敏电阻保护装置以及故障发出继电器(未示出)，该开关设备设置用于38A的电流，并且具有45mm×125mm×153mm的尺寸。

Claims (10)

1.一种具有两个受控相位(4a、4b)的开关设备(2)，在所述开关设备中，每个所述相位(4a、4b)对应于每一个平面组件(12a、12b)，所述平面组件具有至少一个要在冷却体(18)上冷却的元件(16a、16b)，在所述开关设备中，所述冷却体(18)横向于其延伸方向(20)具有T形的横截面，并且所述平面组件(12a、12b)在所述冷却体(18)的中间柄(26)的两个侧面(28a、28b)设置，其中，所述两个平面组件(12a、12b)的元件(16a、16b)彼此相对并且各抵靠在所述中间柄(26)的一个侧面(28a、28b)上。

2.根据权利要求1所述的开关设备(2)，其中，所述冷却体(18)在所述延伸方向(20)上比所述元件(16a、16b)更长，并且所述两个平面组件(12a、12b)的元件(16a、16b)在所述延伸方向(20)上相对于所述中间柄(26)未重叠地(30a，30b)设置。

3.根据权利要求1或2所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备具有用于所述相位(4a、4b)的在所述冷却体(18)的延伸方向(20)上的端侧(7、9)处设置在所述平面组件(12a、12b)上的触点连接(10)。

4.根据权利要求3所述的开关设备(2)，其中，每个平面组件(12a、12b)在所述冷却体(18)的延伸方向(20)上端侧(7、9)的两个端部处具有用于所述相位(4a、4b)的触点连接(10)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备具有在所述平面组件(12a、12b)之间设置的、在所述冷却体(18)的延伸方向(20)上延伸的、用于另一相位(4c)的导线(14)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备(2)，其中，所述开关设备具有横向于所述冷却体(18)的延伸方向(20)延伸的连接部(36、48)，所述连接部用于所述平面组件(12a、12b)的电接触。

7.根据权利要求6所述的开关设备(2)，其中，所述连接部(36、48)是插塞连接件。

8.根据权利要求6所述的开关设备(2)，其中，所述连接部(36、48)是印刷电路板。

9.根据前述权利要求中任一项所述的开关设备(2)，其中，所述元件(16a、16b)被偏压而抵靠在所述冷却体(18)上。

10.根据权利要求9所述的开关设备(2)，其中，所述元件(16a、16b)固定在所述冷却体(18)上。

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