CN104980046A - 包括电容器装置的功率转换器布置 - Google Patents
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Abstract
提出一种功率转换器布置,其包括:具有第一腔室和第二腔室的壳体,第二腔室通过分隔体与第一腔室分隔开;功率半导体模块和电容器装置,电容器装置通过连接装置导电地连接到功率半导体模块。在该情况下,功率半导体模块、连接装置和电容器装置的连接元件布置在第一腔室内,其中电容器装置通过第一和第二腔室之间的分隔体延伸到第二腔室内以冷却电容器装置;其中分隔体具有第一切除部,电容器装置延伸通过第一切除部;其中平坦的弹性密封体布置于分隔体的表面上,弹性密封体围绕第一切除部沿周向延伸,且弹性密封体延伸到第一切除部的区域内并在该处以密封的方式围绕电容器装置;及其中按压体将密封体按压抵靠分隔体并以密封的方式终止于该处。
Description
技术领域
本发明描述了一种功率转换器布置,其包括具有至少两个腔室的壳体,其中一腔室设计成使得冷却空气流动通过它,且因此冷却功率转换器布置的电容器装置。
背景技术
在EP 1 610 452 A2中公开的现有技术公开了一种逆变器,其包括壳体并包括用于冷却电气部件的冷却组合件,其中所述逆变器的壳体具有至少两个腔室,其中所述两个腔室由壁分隔开以便容纳损耗部件,其中当这些部件具有散热器时,所述部件位于一个腔室中的壁的一侧上,以及所述散热器位于另一个腔室中的壁的另一侧上,并且其中当将被冷却的电气部件自身具有高程度的防护时,该部件位于另一腔室内,优选位于另一腔室壁的壁侧上,其中所述另一腔室具有冷却组合件。
发明内容
鉴于所提及的背景技术,本发明的目的是提出一种功率转换器布置,所述功率转换器布置具有包括至少两个腔室的壳体,其中改进了将被冷却的功率转换器布置的特别是各部件的布置,同时两个腔室有效地彼此密封。
根据本发明的功率转换器布置包括:具有第一腔室和第二腔室的壳体,所述第二腔室通过分隔体与所述第一腔室分隔开;功率半导体模块和电容器装置,所述电容器装置通过连接装置导电地连接到所述功率半导体模块,所述电容器装置包括连接元件。在这种情况下,功率半导体模块、所述连接装置和电容器装置的连接元件布置在所述第一腔室内,其中所述电容器装置通过所述第一腔室和第二腔室之间的分隔体延伸进入到所述第二腔室内以便冷却所述电容器装置;
其中所述分隔体具有第一切除部,电容器装置通过其延伸;
其中平坦的弹性密封体布置于分隔体的表面上,所述弹性密封体围绕第一切除部沿周向延伸,所述弹性密封体延伸进入到第一切除部的区域内并在该处以密封的方式围绕所述电容器装置,并且其中按压体将密封体按压抵靠分隔体并以密封的方式终止于该处。
当然具体地,密封体、功率半导体模块、连接装置和连接元件这些术语也可以被理解成是指多个密封体、功率半导体模块、连接装置和多个连接元件,甚至具有不同的功能。电容器装置被理解成是指单个电容器或优选并联连接的多个电容器。
特别优选的是,在分隔体内的第一切除部具有与电容器装置连同位于其上的密封体相比更大的直径。这当然涉及电容器装置在该点处的相应直径,电容器装置在该点处延伸通过分隔体。
可能优选的是,密封体由于其弹性构造而形成相对于所述电容器装置的第一密封表面,以及因此以形状配合(form fitting)的方式连接到电容器装置。优选同时地,密封体可通过按压体以压配合(force-fitting)的方式在第二密封表面上连接到分隔体。
优选地,第二腔室设计成具有流动通过其的冷却空气。
此外,功率半导体模块可布置于冷却装置上,所述冷却装置延伸进入到第二腔室内并布置在该处,其中所述冷却装置以密封的方式布置成从第二腔室朝向第一腔室。
优选地,分隔体为分隔金属片材或由U形金属片材构成的金属模制体的形式,其侧壁形成第一腔室或第二腔室的壁。
密封体优选为弹性材料、优选弹性体的形式,具有在1.0兆帕至3.5兆帕之间、优选在1.8兆帕至2.5兆帕之间的弹性模量。优选地,密封体具有在0.2毫米至3.0毫米之间、优选在1.4毫米至2.0毫米之间的厚度。
在一种有利的配置中,电容器装置以密封的方式在2毫米至30毫米之间、优选在10毫米至25毫米之间的长度上由密封体包围。类似优选地,所述电容器装置在下述区域内具有圆形或椭圆形的横截面,在该区域内所述电容器装置由所述密封体包围并在该处形成第一密封表面。
一种有利的配置是,电连接到功率半导体模块、并且优选同时电连接到传感器装置的致动装置布置于所述第一腔室内。
不言而喻,本发明的各种配置,即功率转换器布置,可以单独的方式或以任何期望组合的方式实施以便实现改进。具体地,在不脱离本发明范围的情况下,上述的和在此处或在下面的文本中解释说明的特征不仅可以指定组合的方式而且可以其它非排他性组合或独立的方式使用。
附图说明
本发明的进一步解释说明、有利的细节和特征从下文中得出,下文的描述涉及图1至图7中示意性示出的根据本发明的功率转换器布置或其相应部分的示例性实施例。
图1示意性地示出根据本发明的功率转换器布置。
图2至图5示出根据本发明的功率转换器布置或其部分。
图6和图7分别以局部视图示出根据本发明的功率转换器布置的实施例。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的功率转换器布置1。在这种情况下,所述功率转换器布置具有壳体10,其通过分隔体20分成两个腔室12、14。在该配置下,两个腔室12、14根据IP 54以防尘和防潮的密封方式彼此分隔开。在这种情况下,诸如功率半导体模块5的部件位于第一腔室12内,其对恶劣环境条件(诸如湿度或灰尘)仅具有低水平的耐性。功率半导体模块5可能需要的冷却装置可附加地布置于第二腔室14内。
此外,在此处未示出,但在图2中示出的是,电流传感器也布置于第一腔室内,布置于外部连接元件108上,以及适于功率半导体模块的致动装置可布置于所述第一腔室内,该致动装置通常可能不设计成适于恶劣环境条件。
同时或替代地具有高的冷却需求或设计成适于恶劣环境条件的部件位于第二腔室14内。为此目的,第二腔室14具有冷却空气入口40和出口42,以便使得该第二腔室14可具有通过风扇44流动通过该第二腔室的冷却空气46,因此布置于该处的部件可被冷却。这种部件特别是电容器装置7,至少是其主要部分,但也如上所述是功率半导体模块的冷却装置。
功率转换器布置1的功率半导体模块5通过连接装置6电连接到电容器装置7的连接元件70。这些连接元件70和电容器装置7的电容器主体的一小部分布置于第一腔室12内,而电容器主体的大部分布置于所述第二腔室14内,以便冷却所述电容器主体。因此,电容器主体从第一腔室延伸到第二腔室内。
根据本发明,所述壳体的第一腔室12通过分配到电容器装置7的弹性密封体8与壳体10的第二腔室14密封。为此目的,提供分隔体20,在该情况下,其将第一腔室12与第二腔室14完全分隔开,但具有第一切除部22,电容器装置7通过该第一切除部从第一腔室12延伸到第二腔室14内。为了以防尘和防潮密封的方式将第一腔室与第二腔室分隔开,所述密封体8围绕分隔体20的第一切除部22且突出到所述第一切除部内,以至于布置于该处的电容器装置7的部分由密封体8以形状配合和密封的方式包围。
为了密封的进一步配置,提供按压体30,其将密封体8平靠分隔体20按压,更精确地是平靠分隔体20的表面按压。因此,由于密封体8以密封的方式承靠电容器装置7这一事实,两个腔室12、14彼此密封。
图2至图5示出根据本发明的功率转换器装置1或其部分。图2示出功率转换器装置1,在这种情况下,其为三相逆变器的形式,没有示出壳体以便能够看到第一腔室12。在该第一腔室12内,布置三个功率半导体模块5,每一个具有相应分配的外部连接元件108,在这种情况下其分配到三相中之一。在这种情况下,这些连接元件的每一个支承用于测量当前交流电流强度的电流传感器92。此外,功率半导体模块5通过连接装置6电连接,在这种情况下,连接装置6为扁平直流(DC)母线的形式。该连接装置6将功率半导体模块5连接到电容器装置7的连接元件70。此外,示出致动装置90位于功率半导体模块5的上方。这些所提及的部件除了电容器装置之外都位于功率转换器装置的第一腔室内。
功率半导体模块5的冷却装置和电容器装置7的主要部分位于第二腔室14(图2中未示出)内。该第二腔室14设计成允许冷却空气流动通过,类似于图1。
第一腔室12通过分隔体20与第二腔室14分隔开,在这种情况下,所述分隔体20由U形的金属片材形成,其在图3中详细示出以及在图5中以另一种配置示出。
相应分隔体20具有两个第一切除部22,所述切除部具有第一直径D1。在每一种情况下,电容器装置7的一个电容器主体布置于这些第一切除部22内。电容器主体在第一切除部的区域内具有对应于该切除部的横截面,在这种情况下,所述横截面为圆形横截面并具有第三直径D3,其小于第一切除部22的第一直径D1。
为了密封的目的,如图4中所示的密封体8布置于分隔体20的远离第一腔室12的表面上,并通过按压体30以密封的方式按压抵靠分隔体20。该按压体30同样为U形金属片材的形式,其中两个U形金属片材的侧壁彼此远离突出并且至少部分地形成相应腔室的侧壁。按压体30本身具有第三切除部,其对应于分隔体20中的第一切除部22,在这种情况下,有利地具有与分隔体中的第一切除部相同的直径并且与所述分隔体中的第一切除部对准。
密封体8本身具有两个切除部80,所述切除部对应于分隔体中的第一切除部22并与其对准,其中在密封体8中的该第二切除部80具有第二直径D2,该直径D2小于电容器主体的第三直径D3。
密封体8本身由具有2.1兆帕±0.1兆帕的弹性模量和1.6毫米±0.2毫米厚度的弹性体形成。由于电容器主体居中布置于设有密封体8的分隔体20中的第一切除部22内,因而密封体8的邻近于第二切除部80的那部分包围电容器主体。这导致在密封体8和电容器装置7之间的第一密封表面82;参见图6或图7。当布置了按压装置30时,在分隔体20和密封体8之间产生第二密封表面84。因此,总体而言,提供功率转换器布置的第一腔室与第二腔室的防尘和防潮密封。
如图3所示,功率半导体模块5布置于分隔体20上,并且通过分隔体20热耦合到第二腔室14中的冷却装置。备选地,如图5中所示,分隔体20具有另一切除部24,其通过冷却装置连同布置于其上的功率半导体模块以密封的方式封闭。为此目的,所述冷却装置紧固到分隔体20的下述表面上,所述表面远离所述第一腔室12并具有围绕另一切除部24沿周向延伸的本领域内常规的密封装置(未示出)。在这种情况下,功率半导体模块5布置于冷却装置的下述表面上,所述表面面对所述第一腔室12并因此位于第一腔室12内。
图6和图7分别以局部视图示出根据本发明的功率转换器装置1的实施例。在每种情况下,示出包括连接元件70的一个电容器装置7。这些连接元件70通过连接装置6连接到所述功率半导体模块5的所分配的连接装置50。从原则上而言这是逆变器的配置,其在本领域内通常包括DC链路和功率半导体模块。
如图6中所示,功率半导体模块5布置在分隔体20上,其将功率转换器布置1的第一腔室12(在这种情况下其为上部腔室12)与第二腔室14(在这种情况下,其为下部腔室14)分隔开。分隔体20具有第一切除部22,其具有第一直径D1。电容器装置7以如此的方式布置于该第一切除部22内,以至于所有分配的连接元件70的上部部分位于第一腔室12内,而电容器装置7的将被冷却的下部较大部分位于第二腔室14内。
为了将第一腔室12以防尘和防潮密封的方式与第二腔室14分隔开,提供密封体8。该弹性密封体8是平坦的,并搁置于分隔体20的面对第一腔室12的那个表面上。密封体8以密封的方式被按压到分隔体20上,并且因此通过布置于其上的按压装置30在第二密封表面84处以压配合的方式密封所述密封体。
由于第二切除部80(其在密封体8内)布置成以便与分隔体20中的第一切除部22对准并且具有的第二直径D2小于电容器装置7在该区域内的直径D3,因此所述密封体8的一部分在周向密封表面82处围绕所述电容器装置7且进而在电容器装置7处在大概20毫米±2毫米的长度D4上紧密地将第一腔室12与第二腔室14密封。
图7中所示的功率半导体模块5布置于冷却装置52的表面上,其平坦的局部主体与分隔体20中的另一切除部24重叠并以本领域内常规的方式与第二腔室14密封。冷却装置52的冷却元件(例如为冷却翅片或冷却指状物的形式)突出到第二腔室14内,因此可更精确地作为突出到第二腔室14内的一部分通过也用于冷却所述电容器装置7相同的冷却空气46冷却。
如图7中所示,密封体8布置于分隔体20的面对第二腔室14的表面上并在该处通过按压装置30按压到该第二表面上。在这种情况下,该按压装置30具有直径略小于第一切除部20的所分配的切除部。
Claims (12)
1.一种功率转换器布置(1),其包括:具有第一腔室(12)和第二腔室(14)的壳体(10),所述第二腔室(14)通过分隔体(20)与所述第一腔室(12)分隔开;功率半导体模块(5)和电容器装置(7),所述电容器装置(7)通过连接装置(6)导电地连接到所述功率半导体模块,所述电容器装置具有连接元件(70),其中所述功率半导体模块(5)、所述连接装置(6)和所述电容器装置(7)的连接元件(70)布置在所述第一腔室(12)内,其中所述电容器装置(7)通过所述第一腔室和第二腔室之间的分隔体(20)延伸到所述第二腔室(14)内以便冷却所述电容器装置;
其中所述分隔体(20)具有第一切除部(22),电容器装置(7)延伸通过所述第一切除部;
其中平坦的弹性密封体(8)布置于分隔体(20)的表面上,所述弹性密封体(8)围绕第一切除部(22)沿周向延伸,所述密封体延伸到第一切除部(22)的区域内并在该处以密封的方式围绕所述电容器装置(7);以及
其中按压体(30)将密封体(8)按压抵靠分隔体(20)并以密封的方式终止于该处。
2.根据权利要求1所述的功率转换器布置,其中在分隔体(20)中的第一切除部(22)具有与电容器装置(7)连同位于其上的密封体(8)相比更大的直径(D1)。
3.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中密封体(8)由于其弹性构造而形成相对于所述电容器装置(7)的第一密封表面(82),以及因此以形状配合的方式连接到电容器装置(7)。
4.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中密封体(8)通过按压体(30)以压配合的方式在第二密封表面(84)上连接到分隔体(20)。
5.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中第二腔室(14)设计成让冷却空气(46)流动通过所述第二腔室。
6.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中功率半导体模块(5)布置于冷却装置(52)上,所述冷却装置(52)延伸到第二腔室(14)内并布置在该处,其中所述冷却装置(52)以密封的方式从第二腔室(14)朝向第一腔室(12)形成。
7.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中分隔体(20)为由U形金属片材构成的金属模制体的形式,其侧壁形成第一腔室或第二腔室(12,14)的壁。
8.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中密封体(8)为弹性材料的形式,优选弹性体的形式,具有在1.0兆帕至3.5兆帕之间的弹性模量,优选在1.8兆帕至2.5兆帕之间的弹性模量。
9.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中密封体(8)具有在0.2毫米至3.0毫米之间的厚度,优选在1.4毫米至2.0毫米之间的厚度。
10.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中致动装置(90)布置于所述第一腔室内(12),所述致动装置电连接到功率半导体模块(5)、和/或传感器装置(92)。
11.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中电容器装置(7)以密封的方式在2毫米至30毫米之间的长度(D4)上由密封体(8)包围,优选在10毫米至25毫米之间的长度(D4)上由密封体(8)包围。
12.根据权利要求1或2所述的功率转换器布置,其中所述电容器装置(7)在下述区域内具有圆形或椭圆形的横截面,在该区域内所述电容器装置(7)由所述密封体(8)包围并在该处形成第一密封表面(82)。
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