CN103621193A - 功率电子开关系统 - Google Patents

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Abstract

说明一种带有大量开关单元(2)的功率电子开关系统(1)，其中，每个开关单元(2)具有壳体(8)和布置在壳体(8)内的至少一个开关模块(9)。此外，功率电子开关系统(1)包括装配单元(3)，其中，装配单元(3)具有保持装置(4)，开关单元(2)的壳体(8)布置在该保持装置(4)处。因此，开关系统的开关单元的壳体可具有彼此不同的电压电势并且此外可简单地且节省空间地来实现并且可容易地来装配，保持装置(4)具有绝缘材料用于使保持装置(4)相对于开关单元(2)的壳体(8)且使开关单元(2)的壳体(8)相对于彼此电绝缘。此外，每个开关单元(2)的壳体(8)具有用于至少部分地屏蔽电场和磁场的材料。

Description

功率电子开关系统
技术领域
本发明涉及功率电子学(Leistungselektronic)的领域。其涉及一种根据独立权利要求的前序部分的功率电子开关系统(Schaltsystem)。
背景技术
功率电子开关系统现在主要运用在各种各样用途的逆变器电路(Umrichterschaltung)中。典型地，这样的功率电子开关系统包括大量开关单元和装配单元，其中，装配单元具有保持装置，在其处布置开关单元的壳体。文件WO2008／005485A2说明了一种这种类型的功率电子开关系统。例如，在文件WO2008／005485A2的图5A和图5B中保持装置具有多个轨道，其中，总是两个轨道承载一个壳体并且壳体固定在其处。装配单元、保持装置和轨道典型地由金属且因此由导电的材料构成。典型地，这样的开关单元包括已提及的壳体，在其中布置有至少一个开关模块(其又包括可操控的一个或多个功率半导体开关)。在多个可操控的功率半导体开关的情况中，其例如连接成半桥电路或全桥电路。每个开关模块与所属的壳体相连接，其中，开关模块和壳体那么通常处于统一的电压电势(Spannungspotential)、尤其地电势上。
在根据文件WO2008／005485A2的功率电子开关系统中有问题的是，开关单元的壳体必须处于统一的电压电势上，因为否则将导致不希望的平衡电流。但是如果例如由于规定的应用需要开关单元的壳体处于不同的电压电势上，则这利用根据文件WO2008／005485A2的功率电子开关系统是不可能的。此外，文件WO2008／005485A2的功率电子开关系统的结构复杂且需要大量空间，因为每个开关单元需要两个轨道(其附加地必须被固定在框架结构处)。制造这样的功率电子开关系统因此较复杂、在装配时需要大量时间和经验且因此相应昂贵。
发明内容
因此本发明的任务是说明一种功率电子开关系统，其使开关系统的开关单元的壳体能够具有彼此不同的电压电势并且其此外可简单地且节省空间地来实现且可容易地来装配。该任务通过权利要求1的特征来实现。在从属权利要求中说明本发明的有利的改进方案。
根据本发明的功率电子开关系统包括大量开关单元，其中，每个开关单元具有壳体和布置在壳体内的至少一个开关模块。此外，功率电子开关系统包括装配单元，其中，装配单元具有保持装置，开关单元的壳体布置在该保持装置处。
根据本发明，保持装置具有绝缘材料用于使保持装置相对于开关单元的壳体且使开关单元的壳体相对于彼此电绝缘。此外，每个开关单元的壳体具有用于至少部分地屏蔽电场和磁场的材料。
通过该保持装置可有利地实现，开关单元的壳体彼此可处于不同的电压电势上，而没有不希望的平衡电流流动。该保持装置有利地还避免可能的部分放电(Teilentladung)(其可由于前面提及的不同的电压电势而出现)。此外，根据本发明的功率电子开关系统的结构通过装配单元及其保持装置非常简单地和节省空间地来构建，因为保持装置可容纳多个开关单元。此外，功率电子开关系统通过装配单元及其保持装置相应耐用。另外，功率电子开关系统的实现和制造可以快速且容易，因为装配耗费较小且装配可没有较多经验地实现。根据本发明的功率电子开关系统因此可非常成本有利地来制造。此外，每个开关单元的壳体有利地用于至少部分地屏蔽或减弱可由在壳体内的该至少一个开关模块发出的电场和磁场以及至少部分地屏蔽或减弱可在壳体外(例如由邻近的开关单元和／或外围电气部件引起)存在的电场和磁场。
本发明的该和另外的任务、优点和特征由本发明的优选的实施例的接下来的详细说明结合附图而显而易见。
附图说明
其中：
图1显示根据本发明的功率电子开关系统的一实施形式的示意性的三维图示；
图2显示根据本发明的功率电子开关系统的根据图1的实施形式的截段的正视图；
图3显示根据本发明的功率电子开关系统的根据图1的实施形式的示意性的三维图示的截段；
图4显示根据本发明的功率电子开关系统的另一实施形式的示意性的三维图示；
图5显示根据本发明的功率电子开关系统的根据图4的实施形式的示意性的三维图示的截段的分解图；
图6显示根据本发明的功率电子开关系统的根据图4的实施形式的示意性的三维图示的截段以及
图7显示根据本发明的功率电子开关系统的根据图4的实施形式的剖示图。
在附图标记清单中概括地列出了在附图中所使用的附图标记及其意义。原则上，在附图中相同的部件设有相同的附图标记。所说明的实施形式示例性地代表发明对象而不具有限制作用。
具体实施方式
图1示出根据本发明的功率电子开关系统1的一实施形式的示意性的三维图示。另外，图2示出根据本发明的功率电子开关系统1的根据图1的实施形式的截段的正视图。此外，在图3中示出根据本发明的功率电子开关系统1的根据图1的实施形式示意性的三维图示的截段。另外，图4示出根据本发明的功率电子开关系统的另一实施形式的示意性的三维图示。此外，在图5中示出开关系统的根据图4的实施形式的示意性的三维图示的截段的分解图。图6示出开关系统的根据图4的实施形式的示意性的三维图示的截段而在图7中最后示出开关系统的根据图4的实施形式的剖示图。
根据本发明的功率电子开关系统1包括大量开关单元2，其中，每个开关单元2具有壳体8和布置在壳体8内的至少一个开关模块9。为了清晰起见，该至少一个开关模块9在图1、图2、图3、图4、图6和图7中未示出。前述开关模块9优选地包括一个或多个可操控的功率半导体开关。在多个可操控的功率半导体开关的情况中，它们例如连接成半桥电路或全桥电路。应指出的是，可考虑可操控的功率半导体开关的任何对专业人员已知的连接(Verschaltung)。相应的可操控的功率半导体开关尤其构造为可关断闸流管(Abschaltthyristor)(GTO-门电路闸流管)或为集成的带有换向操控电级的闸流管(IGCT-集成门换向闸流管)，其分别带有反平行地联接的开关二极管。但是也可考虑将可操控的功率半导体开关例如构造为附加地带有反平行地联接的二极管的功率MOSFET或为附加地带有反平行地联接的二极管的带有绝缘地布置的门电极的双极晶体管(IGBT)。
根据图1，功率电子开关系统1此外包括装配单元3，其中，装配单元3具有保持装置4，开关单元2的壳体8布置在该保持装置4处。根据本发明，保持装置4现在具有绝缘材料用于使保持装置4相对于开关单元2的壳体8电绝缘且使开关单元2的壳体8相对于彼此电绝缘。此外，每个开关单元2的壳体8具有用于至少部分地屏蔽电场和磁场的材料。
通过该保持装置4有利地实现，开关单元2的壳体8彼此可处于不同的电压电势上，而没有不希望的平衡电流流动。此外，保持装置4用于避免由于上述不同的电压电势而会出现的部分放电。此外，根据本发明的功率电子开关系统1的结构通过装配单元3及其保持装置4非常简单地且节省空间来构建，因为保持装置4可容纳多个开关单元2。此外，功率电子开关系统1通过装配单元3及其保持装置4相应地耐用。另外，功率电子开关系统1的实现和制造可快速且容易地进行，因为装配耗费较小且装配可在没有较多经验的情况下实现。因此，根据本发明的功率电子开关系统1可极其成本有利地来制造。此外，每个开关单元2的壳体8有利地用于至少部分地屏蔽或减弱可由在壳体8内的该至少一个开关模块9发出的电场和磁场以及至少部分地屏蔽或减弱可存在于壳体8外(例如由邻近的开关单元2和／或外围电气部件引起)的电场和磁场。作为壳体8的材料优选地使用金属或金属合金。壳体8本身那么可由金属或金属合金或这两者构成。也可考虑的是，以金属、金属合金或以这两者来涂覆壳体结构，以便获得前述屏蔽效果。
当然也可考虑的是，整个装配单元3具有绝缘材料。
每个开关单元2的壳体8大致方形地来构造，其中，壳体8的角和棱边此外倒圆。通过该措施可避免电场在壳体8的表面处的局部提高，从而可以达到部分放电和电弧的避免的进一步改善。因此开关单元2可更靠近彼此来布置，由此可获得功率电子开关系统1的更紧凑的且更节省空间的结构。
如在图5中示例性地所示，每个开关单元2的壳体8多件式地来构造，使得可非常简单地来执行该至少一个开关模块9在壳体8内的装配以及相应的开关单元2在保持装置4处的装配和固定。如在图5中示例性地所示，壳体8包括三个部分，即上部8.1、中部8.2和下部8.3。也可考虑仅仅两个部分或多于三个部分。此外，在每个开关单元2的壳体8内设置有保持件10用于容纳该至少一个开关模块9，其中，保持件10用于将该至少一个开关模块9简单地插入壳体8中。保持件10优选地构造成轨道式。保持件10附加地也可构造成使得其用于将该至少一个开关模块9固定在壳体8的内侧处。
保持装置4优选地包括两个支脚5，尤其分别带有大量的用于容纳相应的开关单元2的突起6。如在根据图2的实施形式中所示，相应的开关单元2在装配时仅须被插到一支脚和另一支脚5的突起6上且之后被固定在支脚5的所属的突起6处。该固定利用在图3中所示的板元件实现。如在图1、图2和图3中所示，相应的支脚5的突起6布置在相应的支脚5的纵向X上。支脚5的突起6在此优选地等距地相间隔。此外，一支脚5的突起6的数目相应于另一支脚5的突起6的数目。如在图5、图6和图7中所示，还可考虑的是，相应的开关单元2在装配时被固定在两个突起6之间，其中，开关单元2的壳体8的下部8.3那么至少部分地包围支脚5。如在图7中示例性地所示，该固定利用在图7中所示的板元件实现。此外，支脚5有利地彼此大致平行布置。
优选地，对每个开关单元2设置有电蓄能器2，如在图5和图6中示例性地所示。电蓄能器2与所属的开关单元2的至少一个开关模块9相连接。为了清晰起见，在图1、图2、图3、图4和图7中未示出电蓄能器和该至少一个开关模块。为了屏蔽目的，相应的电蓄能器2可选地还被相应的开关单元2的壳体8包围且因此布置在壳体8内，如在图5和图6中示例性地所示。
根据图1至图6，开关单元2沿着两个支脚5彼此并排布置，其中，相邻的开关单元2、尤其开关单元2的相邻的壳体8借助于至少一个间隔元件7彼此相间隔且相互连接。间隔元件7优选地具有绝缘材料用于使与间隔元件7连接的开关单元2电绝缘。因此，间隔元件7一方面用于相邻的开关单元2相互的电绝缘而另一方面用于相邻的开关单元2互相的固定，从而产生开关单元2的紧凑的、对机械振动尽可能不敏感的且因此总体上稳固的结合。因此，根据本发明的开关系统1适合于应用在恶劣的环境中且例如预定用于牵引用途。
可考虑的是，装配单元3一件式地来构造。在该情况中装配单元3例如可通过绝缘材料的浇注或通过另一成型方法非常简单地制造。
按照根据图1至图6的实施形式的每个开关单元2的壳体8具有大量开口。这些开口一方面用于例如利用空气冷却布置在相应的壳体8内的至少一个开关模块9。另一方面，开口还可被用于穿引至至少一个开关模块9的供电、连接和／或控制线路。此外，在维修目的中和／或在该至少一个开关模块9装配在壳体8内时，开口使易于进入壳体8的内部。
附图标记清单
1  功率电子开关系统
2  开关单元
3  装配单元
4  保持装置
5  支脚
6  突起
7  间隔元件
8  开关单元的壳体
8.1  开关单元的壳体的上部
8.2  开关单元的壳体的中部
8.3  开关单元的壳体的下部
9  开关模块
10  保持件
11  电蓄能器。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种功率电子开关系统(1)，其带有大量开关单元(2)，其中，每个开关单元(2)具有壳体(8)和布置在壳体(8)内的至少一个开关模块(9)，并且
带有装配单元(3)，其中，所述装配单元(3)具有保持装置(4)，所述开关单元(2)的壳体(8)布置在所述保持装置(4)处，
其特征在于，
所述保持装置(4)具有绝缘材料用于使所述保持装置(4)相对于所述开关单元(2)的壳体(8)且使所述开关单元(2)的壳体(8)相对于彼此电绝缘，并且
每个开关单元(2)的壳体(8)具有用于至少部分地屏蔽电场和磁场的材料，
所述保持装置(4)包括两个支脚(5)用于将所述开关单元(2)的相应的壳体(8)固定在所述保持装置(4)处，并且
所述开关单元(2)沿着两个支脚(5)并排布置，其中，相邻的开关单元(2)分别借助于至少一个间隔元件(7)彼此相间隔和相互连接，其中，所述间隔元件(7)具有绝缘材料用于使与所述间隔元件(7)连接的所述开关单元(2)电绝缘。
2.根据权利要求1所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)大致方形地来构造，其中，所述壳体(8)的角和棱边倒圆。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)多件式地来构造。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，在每个开关单元(2)的壳体(8)内设置有保持件(10)用于容纳至少一个所述开关模块(9)。
5.根据权利要求4所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述保持件(10)构造成轨道式。
6.根据权利要求1所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述支脚(5)彼此大致平行地布置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述装配单元(3)单件式地来构造。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，为每个开关单元(2)设置有电蓄能器(11)，所述电蓄能器(11)与所属的所述开关单元(2)的至少一个开关模块(9)相连接。
9.根据权利要求8所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述电蓄能器(11)布置在所属的所述开关单元(2)的壳体(8)内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)具有大量开口。

Claims (13)

1.一种功率电子开关系统(1)，其带有大量开关单元(2)，其中，每个开关单元(2)具有壳体(8)和布置在壳体(8)内的至少一个开关模块(9)，并且
带有装配单元(3)，其中，所述装配单元(3)具有保持装置(4)，所述开关单元(2)的壳体(8)布置在所述保持装置(4)处，
其特征在于，
所述保持装置(4)具有绝缘材料用于使所述保持装置(4)相对于所述开关单元(2)的壳体(8)且使所述开关单元(2)的壳体(8)相对于彼此电绝缘，并且
每个开关单元(2)的壳体(8)具有用于至少部分地屏蔽电场和磁场的材料。
2.根据权利要求1所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)大致方形地来构造，其中，所述壳体(8)的角和棱边倒圆。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)多件式地来构造。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，在每个开关单元(2)的壳体(8)内设置有保持件(10)用于容纳至少一个所述开关模块(9)。
5.根据权利要求4所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述保持件(10)构造成轨道式。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述保持装置(4)包括两个支脚(5)用于将所述开关单元(2)的相应的壳体(8)固定在所述保持装置(4)处。
7.根据权利要求6所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述支脚(5)彼此大致平行地布置。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述开关单元(2)沿着两个支脚(5)并排布置，其中，相邻的开关单元(2)分别借助于至少一个间隔元件(7)彼此相间隔和相互连接。
9.根据权利要求8所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述间隔元件(7)具有绝缘材料用于使与所述间隔元件(7)连接的所述开关单元(2)电绝缘。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述装配单元(3)单件式地来构造。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，为每个开关单元(2)设置有电蓄能器(11)，所述电蓄能器(2)与所属的所述开关单元(2)的至少一个开关模块(9)相连接。
12.根据权利要求11所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，所述电蓄能器(11)布置在所属的所述开关单元(2)的壳体(8)内。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的功率电子开关系统(1)，其特征在于，每个开关单元(2)的壳体(8)具有大量开口。
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