CN112237055A - 具有支承的冷却体的功率结构组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器以及一种功率结构组件(1)，所述功率结构组件包括至少一个功率半导体结构组件(4)、至少一个蓄能器结构组件(5)、至少一个冷却装置(6)，并且所述冷却装置(6)构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板(7)，所述冷却板具有与冷却板长度(8)和冷却板高度(9)相比较小的冷却板厚度(10)并且所述冷却板(7)具有至少一个通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板厚度(10)和/或一部分所述冷却板高度(9)定义的支撑区域(12)，以便功率结构组件(1)向所述中压或高压变流器(2)的机架(3)上转移负荷。

Description

具有支承的冷却体的功率结构组件

技术领域

本发明涉及一种用于中压或高压变流器、优选模块化多级变流器(MMC)的功率结构组件，所述功率结构组件包括构造为冷却板的冷却装置，所述冷却装置具有至少一个支撑区域，以便将所述功率结构组件向所述中压或高压变流器的机架上转移负荷。本发明还涉及一种具有对应构造的功率结构组件的中压或高压变流器。

背景技术

现代的中压或高压变流器通常具有多个相互连接的功率结构组件、例如MMC子模块，以便将交流电压转换为直流电压或反之。这样的功率结构组件也可以特别在模块化多级变流器中称为子模块。在此，对于本领域技术人员已知蓄能器结构组件、功率半导体结构组件、与此相关的控制装置和特别是设置用于冷却元件的冷却装置的很多可能的布置结构。

在WO2008/074274A1公开一种多级换流器，该多级换流器具有多个具有功率半导体的换流器模块和多个蓄能器，其中，至少一个换流器模块在蓄能器上支承地紧固。为了构造模块化多级变流器，这样的多级换流器在机架中这样设置，使得蓄能器在机架的横梁上支撑在其前侧和背侧上。功率结构组件的快速更换由于直立设置的功率结构组件必须相对烦琐地抬起并且从机架转移出来或转移到机架中而变得困难。在这样的布置结构中，为了触点接通用于电流机构、控制机构和/或冷却剂的接头还需要部分相对长的连接元件或者说连接线路，这在用户方面带来对可接近性的影响。

在US2017194878A1中公开一种用于多级换流器的功率结构组件或者说子模块的可能构造，其规定功率结构组件的功率半导体结构组件至少部分地直接或间接在冷却板上的布置结构。然而，为了将这样的功率结构组件装配在多级换流器中需要相对耗费的框架结构，以便保持功率结构组件的各个部件，以便能实现向多级变流器的机架上转移负荷。此外，公开的结构具有以下缺点，即，能量存储单元沿竖直方向设置在半导体单元上，由此减少冷却板向能量存储单元上的冷却作用。

EP1125355B1公开一种换流器-电容器结构组件，构造作为支承的部件。所述电容器装配在功率半导体上方，由此必须考虑远离电容器设置的冷却体的导热减少的缺点。

对于本领域技术人员已知用于功率结构组件的其他布置结构，在所述布置结构中，蓄能器结构组件沿纵向方向设置在半导体和/或控制结构组件的后面。首先，在此构造有功率结构组件沿竖直方向的最大线膨胀，由此多个功率结构组件能够在机架中并排地和相叠地设置，以便构成模块化的变流器，然而必须考虑处于相对高的重心位置。

对安全、特别是防爆、操作者安全和电磁的一致性(EMV)的增大的要求伴随着功率结构组件的低成本制造的要求。此外，在损坏情况下功率结构组件的快速的且舒适的可交换性是值得期望的。此外，功率结构组件与固定不动设备上的中压或高压变流器的相应的局部需求的特定可适配性是值得期望的，亦或对于在可运动的安放地点、例如火车或船上的使用具有实际优点。

发明内容

本发明的任务在于，克服现有技术的缺点并且提供一种功率结构组件，该功率结构组件构成一种简单的、低成本的、可靠的且快速可更换的平台解决方案。本发明的另一个任务在于，确保良好散热并且改善功率结构组件或者说中压或高压变流器的EMV。

这个任务通过按照权利要求所述的一种功率结构组件和一种中压或高压变流器得以解决。

按照本发明的用于中压或高压变流器、优选模块化多级变流器的功率结构组件包括至少一个功率半导体结构组件、至少一个蓄能器结构组件和至少一个冷却装置。所述冷却装置构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板，所述冷却板具有与冷却板长度和冷却板高度相比较小的冷却板厚度，并且所述冷却板具有至少一个通过所述冷却板的冷却板长度和冷却板厚度和/或一部分所述冷却板高度定义的支撑区域，以便将所述功率结构组件向所述中压或高压变流器的机架上转移负荷。

通过将功率结构组件、特别是冷却装置按照本发明的构造为转移负荷的结构元件，同时将功率结构组件的支撑功能施加在机架上并且构成用于在冷却体上设置的全部结构组件的容纳平台。因此，冷却板用为一种构造板，以便容纳能量结构组件、功率半导体结构组件和可能的其他部件。这样的部件例如可以以辅助结构组件的形式设置在冷却板上并且例如具有控制装置、电源件、旁路电路、阻抗和类似物。

功率半导体结构组件优选包括IGBT结构组件、MOSFET、晶体管或类似物。蓄能器结构组件优选包括电容器结构组件，所述电容器结构组件可以包括多个电容器和/或其他合乎目的的蓄能器。各个部件借助于合适的线路元件、如汇流排、线缆或类似物的连接对于本领域技术人员充分已知并且因此不详细阐述。

因此，这样的功率结构组件具有基本上竖直定向的冷却板，所述冷却板在至少一个支撑区域中在机架上传递负荷地支撑。所述支撑区域可以设置在冷却板上侧和/或冷却板下侧的区域中，由此对于本领域技术人员产生应用特定的优点，所述优点例如在多个功率结构组件在机架和/或机架的容纳空间中的非常节省空间的布置结构中类似于“插卡原理”产生。功率结构组件的线膨胀基本上通过冷却板长度预定并且沿纵向方向显著地大于沿竖直方向和/或横向方向。通过功率结构组件、特别是所述至少一个蓄能器结构组件的电部件的合适的布置结构可以相对低地选择重心的位置。

本发明的教导可以由本领域技术人员也在需要时转用到低压范围上。

证实为特别有利的是：冷却板沿纵向方向的冷却板长度与沿竖直方向的冷却板高度的比例为了5：1至1：2、特别是2：1至1：1并且在此分别大于沿横向方向的功率结构组件高度。由此，在维护工作或更换时功率结构组件倾斜的危险可以显著地减少并且然而实现非常紧凑的功率结构组件。

按照本发明的中压或高压变流器、优选模块化多级变流器包括至少一个功率结构组件(如上面以及下面描述的那样)和至少一个机架，所述支架具有多个竖直立柱和水平支架，所述水平支架设置用于分别连接至少两个竖直立柱，并且所述机架具有至少一个用于至少一个功率结构组件的容纳空间，其中，至少一个纵向支架以连接至少两个水平支架的方式设置，以便给所述功率结构组件转移负荷。

这允许机架的相对“细长的”并且节省材料的结构方式，而不影响稳定性。在此，纵向支架设计用于给至少一个功率结构组件转移负荷。以这种方式，纵向支架同时施加用于功率结构组件的支承功能以及用于机架的水平支架的连接功能。也可以规定：多个功率结构组件设置在一个共同的容纳空间中，由此可以得到关于成本和/或空间需求的节省。

此外适宜的可以是：至少一个水平支架和/或纵向支架由电绝缘材料、优选玻璃纤维复合材料制造。

以这种方式，各个功率结构组件彼此的绝缘可以通过机架实现，这在短路情况下有助于提高安全性。出于成本原因可以设想将竖直立柱由另一种必要时导电的结构材料构造，因为绝缘可以决定性地通过纵向和/或水平支架确定。

在功率结构组件的部件的下面深入讨论的可能的布置结构中，重心的位置可以通过适当地实施冷却板的支撑区域来优化。在此，所述转移负荷可以按照本发明通过冷却板在至少一个支撑区域上向下和/或以一种悬挂布置结构支撑来实现，由此对于本领域技术人员得到大的设计自由空间。此外可以通过按照本发明构造的功率结构组件获得放热部件向冷却板上的良好热接合以及实现导电路径的均一化，由此可以改善EMV。

此外可以规定：所述至少一个支撑区域为了向所述机架上支撑地转移负荷沿竖直方向基本上向下构造为支撑面，所述支撑面优选至少包括所述冷却板长度和所述冷却板厚度。

因此，所述支撑区域可以在冷却板的下侧的区域中将冷却板的基面向下以及将侧面的沿竖直方向连接的部分一起包括在内。优选地，支撑面在整个冷却板长度上延伸，由此可以局部地减少功率结构组件在纵向支架上的面状负荷。功率结构组件通过支撑面优选面状地转移负荷能实现非常稳定的位置和/或引导以及对功率结构组件的相对简单的处理。

此外可以规定：所述至少一个支撑区域为了向所述机架上转移负荷构造在所述冷却板的冷却板上侧的区域中、所述区域优选至少包括所述冷却板长度和一部分所述冷却板高度。

支撑区域的这样的构造可以独立地或者也可以与功率结构组件上的前述支撑面相结合地实现。因此，冷却板上侧上的支撑区域可以用于实施向沿竖直方向设置在其上的纵向支架上转移负荷。所述转移负荷可以借助于合适的滚动体和/或滑动元件进行，以便构造一种“悬挂的功率结构组件”，由此功率结构组件沿竖直方向的重心的位置具有次要意义并且可以实现在机架中的稳定保持。

有利的也是一种方案，按照该方案可以规定：所述冷却板在通过所述冷却板的冷却板长度和冷却板高度定义的两侧上具有至少一个容纳面，以便分别设置至少一个功率半导体结构组件和/或至少一个蓄能器结构组件。

在此，这样的容纳面不必在整个冷却板高度和/或长度上延伸，而可以分别仅构造侧面的一部分。在这些容纳面上，各个电部件、特别是所述至少蓄能器和/或功率半导体结构组件可以导热地直接设置在冷却板上。这允许高效率的散热。此外，冷却板可以以这种方式跟随构造平台的基本构思地尽可能好地利用。

同样这个实施方式允许很多可能的布置结构，以便能够设定良好的重量分布或者说重心位置。示例性地在这里可设想将所述至少一个功率半导体结构组件以及所述至少一个蓄能器结构组件设置在冷却板的一侧上或者也可以设置在冷却板的分别对置的侧上。同样可设想多个彼此独立的蓄能器和/或功率半导体结构组件在一个共同的冷却板上的组合，由此简单地说给出借助于一个共同的冷却板构造多个功能的功率结构组件的可能性。

按照一种改进方案可能的是：所述冷却板沿横向方向具有至少一个连接开口，以便将至少所述至少一个蓄能器结构组件的电源线与所述至少一个功率半导体结构组件和/或至少一个辅助结构组件引通和触点接通。

连接开口在此沿横向方向穿透冷却板。以这种方式可以有效地避免导流的线路绕冷却板的复杂的环绕引导。因此，通过这样的连接开口可以获得非常短的导电路径，由此可以实现对电容的和/或感应的干扰的均一化直至对其避免。这有利于功率结构组件或者说中压或高压变流器的电磁的一致性。所述至少一个连接开口的布置结构可以按照需求在冷却板上选择，然而优选沿竖直方向居中地定位。

此外适宜的可以是：所述至少一个功率半导体结构组件设置在所述冷却板的第一侧上并且所述至少一个蓄能器结构组件设置在所述冷却板的与所述第一侧对置的第二侧上。

在包含上述讨论的情况下，可以利用这个实施方式实施蓄能器结构组件与功率半导体结构组件的位置分开。这可以在功率结构组件的通过有缺陷的功率半导体引起的损坏情况下是特别有利的。一个或多个功率半导体的失效经常在中压或高压变流器中的高电压时爆炸式地以及在压力形成、灰尘形成和/或放热下发生。通过将所述至少一个功率半导体结构组件与其余电部件由冷却板在空间上分开，可以实现防爆并且因此改善运行中的安全性。

此外可以规定：在所述冷却板上设置有至少一个与所述机架的耦联装置对应的约束保护元件。

冷却板的约束保护元件可以构造为突起部、优选构造为具有槽的销或具有相对于销直径加宽的头部的销或者也构造为空隙部、优选构造为缺口、槽或类似物。机架上的耦联装置类似于此、即特别是形状和功能互补地构造。在此，所述耦联装置可以“主动地”构造、例如通过单独的操纵机构或者也“被动地”构造、例如构造为卡锁元件。以这种方式，所述至少一个约束保护元件可以用作沿纵向方向的定心辅助件和/或端部止挡部，由此可以避免在更换时损坏。同样通过这个实施方式能实现功率结构组件在机架中的自动的、即“被动的”和/或“主动的”锁定，由此可以提高例如在地震时防止功率结构组件的脱出和/或倾斜的安全性。约束保护元件优选设置在冷却板的背侧上。

此外可以规定：所述功率结构组件具有至少一个保护壳体，以便容纳至少一个功率半导体结构组件和/或辅助结构组件和/或蓄能器结构组件，所述保护壳体与所述冷却板可紧固地、优选可耦联地构造。

这样的保护壳体可以显著提高在其中容纳的电部件防止外部影响、如灰尘、液体等的安全性。此外，这样的保护壳体可以由多个子保护壳体构成，所述子保护壳体可能具有不同的高度。这能实现在各个部件的损坏或爆炸情况下的保护并且此外可以允许功率结构组件的非常紧凑的结构方式。

按照一种特别的方案可能的是：至少一个隔壁元件以将至少两个部件、例如功率半导体结构组件和/或辅助结构组件和/或蓄能器结构组件彼此分开的以及将所述冷却板与所述至少一个保护壳体连接的方式设置。

通过由构造至少一个隔壁将部件、特别是功率半导体部分与辅助结构组件分开可以有效地减少或者甚至完全避免在爆炸情况下气体和/或颗粒进入到相邻设置的部件的区段中。适宜地，这样的隔壁元件具有形状互补的通孔，所述通孔用于可能的电流和/或控制和/或测量接头或线路。

对应于一种有利的改进方案可以规定：至少两个电源线和/或控制接头和/或冷却剂接头和/或可能的测量接头和/或辅助接头构造在所述功率结构组件的前侧上。

通过这个措施，对于操作者确保与功率结构组件的接头的非常良好的可接近性。由此可以实现接头的简单的、快速的并且可靠的耦联或解耦。在此，冷却剂接头优选构造为快速闭锁装置，由此可以提高在更换功率结构组件时的速度。

同样可设想的是：至少两个电源线和/或控制接头和/或冷却剂接头和/或可能的测量接头和/或辅助接头构造在所述功率结构组件的背侧上，所述冷却剂接头优选构造为快速闭锁装置。

以这种方式可以类似于PC的“插卡原理”使功率结构组件运动进入到机架的容纳空间中。有利地，冷却板在这里沿纵向方向朝向背侧突出于电部件或者说其保护壳体地构造。示例性地述及的接头一方面可以与设置在机架的背侧上的供应平台上互补地构造，由此可以实现优选自动的耦联和/或脱耦。这简化操作并且可以提高运行安全性，因为可以避免对接头的错误操作。

特别是有利的可以是：在所述冷却板的前侧上沿竖直方向在冷却板高度上设置有至少一个伸出的止挡元件。

这个措施可以用作功率结构组件的深度止挡部并且保证所有接头正确定位在可预定的或者说定义的位置上。此外，有效避免在背侧设置的接头中损坏的危险。

此外可以规定：所述冷却板由至少两个沿纵向方向和/或横向方向和/或竖直方向分开的冷却板部段组成，以便构造连续的冷却通道。

通过组装多个冷却板部段构造冷却板能实现冷却板的简单的模块化结构方式，由此对应于本发明的平台构思可以与功率半导体结构组件和/或蓄能器结构组件在冷却板上的布置结构进行简单的按照需求的适配。在最简单的情况下，通过组合两个水平分开的冷却板部段可以构成冷却板，其中，至少一个冷却板部段具有用于冷却通道的空隙部。冷却板部段可以通过合适的连接元件相互连接。在这里也可设想钎焊连接。为了提高强度，冷却板部段可以借助于熔焊连接来连接。特别是在由铝或铝合金制成的冷却板中，冷却板部段相对于彼此借助于搅拌摩擦焊接的连接证明为可行的。

此外可以规定：至少两个冷却板部段具有彼此不同的冷却功率。

以这种方式可能的是：通过冷却板进行对局部散热的优化。因此，之前描述的措施允许对应于特别是功率半导体和/或蓄能器在冷却板上的可预定的布置结构对散热功率的局部适配。例如可以在冷却板的按照本发明的直立构造中，在蓄能器结构组件上方设置的功率半导体结构组件的区域中的较高散热是有利的，由此此外重心位置可以有利地较低地选择。此外，冷却板的这样的构造可以导致低成本的设计。

此外可以规定：至少一个冷却板部段为了构造在冷却板的组装状态中的连续的冷却通道具有冷却通道空隙部，以便容纳形状互补的冷却剂线路，所述冷却剂线路在冷却板的组装状态中由冷却板包围。

有利也是一种方案，按照该方案可以规定：所述冷却板至少沿竖直方向相对于所述至少一个功率半导体结构组件和/或至少一个蓄能器结构组件和/或至少一个保护壳体伸出地构造。

这样的伸出的突出部可以在更换时用于在功率结构组件纵向运动时安全性的改善。优选这样的突出部包括所述至少一个支撑区域并且可以同时用于功率结构组件沿横向方向在机架的为此设置的引导元件上的侧向支撑，由此可以提高功率结构组件的位置的稳定性。

类似于此可能的是：中压或高压变流器的至少一个纵向支架具有至少一个引导元件，以便至少沿横向方向引导和/或提高所述冷却板、特别是所述支撑区域的位置稳定性。

这样的引导元件可以设置在纵向支架的上侧和/或下侧上。所述引导元件可以用于侧向的和/或竖直的支撑并且允许对功率结构组件的快速的且可靠的更换。

按照一种改进方案可能的是：至少一个引导元件为了容纳所述支撑区域和/或引导所述冷却板在至少一个纵向支架的下侧上构造为Z形、L形、C形或U形的成型元件。

这个措施特别是在下侧的布置结构的情况下对于向机架中的竖直的转移负荷是有益的。功率结构组件的“悬挂的”布置结构可以通过这样的引导元件简单地且低成本地实现。同样可设想的是：这样的引导元件具有滚动体和/或滑动元件，所述滚动体和/或滑动元件简化冷却板或者说支撑区域的运动。

此外适宜的可以是：冷却板在支撑区域中具有至少两个滚动体。所述滚动体可以构造在冷却板或为此设置的滚动体容纳部上或内部。

通过在支撑区域中的多个滚子可以有效地简化功率结构组件的运动，由此特别是可以提高在更换时的安全性和速度。

在此可能的是：所述至少两个滚动体设置在冷却板的支撑面上并且可以优选沿竖直方向相对于支撑面至少部分地可伸出地可调节地构造。

基本上设置在冷却板的下侧上的这样的滚动体被非常良好地保护以防止污染物和/或腐蚀。在此优选可能的是：滚动体在服务位置与静止位置之间能借助于集成到冷却板或者说支撑区域中的杠杆机构调节。在这里，滚动体在服务位置中突出于支撑面，由此能实现功率结构组件的运动，而所述滚动体可以在静止位置中在支撑面后面往回下降到冷却板中。由此，功率结构组件作为整体在服务位置中轻微地抬起或在静止位置中通过支撑面在引导元件和/或纵向支架上的面状支承来固定以防止运动。滚动体彼此沿纵向方向隔开间距地设置在支撑区域的、即冷却板的内部中。对滚动体的共同调节或者说对杠杆装置的操纵例如可以通过一个共同的耦联杆进行并且通过施加力手动或者也机动式地实施。

也可能的是：所述至少两个滚动体在支撑区域中侧向地设置、例如设置在冷却板的第一和/或第二侧上。

这样设置的滚动体优选可以在冷却板上侧的区域中设置在支撑区域中，以便例如实现功率结构组件的“悬挂的”布置结构。在这里，滚动体的旋转轴线基本上沿横向方向延伸。这可以构成一种用于功率结构组件的低摩擦运动的独立的解决方案或者也与前述实施方式相结合地进行。同样滚动体也可以以其旋转轴线基本上竖直地定向，由此能实现在引导元件中或上的低摩擦引导。

为了能够实现功率结构组件在中压或高压变流器中的运动，按照本发明也可以省去滚动体作为冷却板的集成的组成部分的构造。对应于一种有利的改进方案，在此所述机架的至少一个纵向支架构造为空心体并且具有至少两个穿透开口，以便在可插入到处于静止位置中的纵向支架中的提升工具的服务位置中分别穿透至少一个滚动体。

所述提升工具的工作原理可以类似于对冷却板的可调节的滚动体的上述描述地观察，然而在这个实施方式中在运行期间没有滚动体保留在机架内部。用于滚动体的穿透开口在纵向支架上沿竖直方向向上设置，其中，提升工具沿竖直方向向下支撑在空心体的内侧上。按照本发明需要将仅一个提升工具仅仅在损坏或维护情况下插入到为此设置的空心体中。这避免在机架中的可运动的和/或松动的部件的设置，这特别是在高压应用中可以证明为不利的。此外，通过避免在机架的每个单独的容纳空间上的已知的提升装置或者说卷帘式百叶窗系统出现中压或高压变流器的总重量的减少。此外，用于中压或高压变流器的服务仅需要一个提升工具，由此省去购置成本。这样的提升工具可以同样手动地和/或机动式地运行，以便将滚动体从静止位置调节到服务位置中并且返回地调节。

附图说明

为了较好地理解本发明，借助后续附图详细阐述本发明。

分别在强烈简化的示意图中：

图1示出中压或高压变流器中的功率结构组件的示意性斜视图；

图2示出蓄能器结构组件和功率半导体组在功率结构组件(a)至(c)的冷却板上的不同的可能的布置结构的示意性前视图；

图3示出功率结构组件的一种可能的实施方式的示意性分解图；

图4示出具有机架上的约束保护元件和对应的耦联装置的功率结构组件的示意性斜视图；

图5示出由具有不同冷却功率的多个冷却板部段构成的冷却板的示意性分解图；

图6示出具有静止位置(a)或服务位置(b)中的可调节的滚动体的冷却板的支撑区域的局部的示意图；

图7示出悬挂地和/或直立地支撑在机架(a、b)上的功率结构组件的示意性剖视图，以及具有可插入到纵向支架中的提升工具(c)的机架的局部的示意性斜视图。

具体实施方式

首先要指出：在不同描述的实施方式中，相同部件设有相同的附图标记或者说相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容能够按意义转用到具有相同的附图标记或者说相同的构件名称的相同部件上。在说明书中所选择的位置说明、例如上、下、侧向等等也参考直接描述的以及示出的附图并且在位置改变时按意义转用到新的位置上。

在图1中示出具有按照本发明的功率结构组件1的中压或高压变流器2的示意图。按照本发明的方案可以也设想用于低压变流器。中压或高压变流器2具有机架3，该机架包括多个竖直立柱24和水平支架25。水平支架25设置用于分别连接至少两个竖直立柱24。机架3具有多个容纳空间23，所述容纳空间构造用于分别容纳至少一个功率结构组件1。在前侧或在背侧设置的水平支架25借助于纵向支架26连接。纵向支架26用于给功率结构组件1转移负荷并且可以在上侧和/或下侧上具有一个或多个引导元件22。

此外从图1可看出：按照本发明的功率结构组件1具有形式为转移负荷的冷却板7的冷却装置6。冷却板7具有与其冷却板长度8和冷却板高度9相比沿横向方向17较小的冷却板厚度10。冷却板7为了功率结构组件1向机架3上转移负荷这样构造，使得所述转移负荷可以在冷却板的至少一个支撑区域12上进行。

功率结构组件1通过至少一个支撑区域12向机架3上的转移负荷的作用原理可以特别良好地在与图2a至图2c以及图7a和图7b的概观中看出。从图1可以进一步看出：至少两个电源线33和/或控制接头36和/或冷却剂接头37和/或可能的测量接头34和/或辅助接头35可以构造在功率结构组件1的前侧41上。为简短起见，未示出前述接头中的部分或全部接头可以构造在功率结构组件的背侧47上的状况。

在图2a至图2c中示意性示出用于所述至少一个功率半导体结构组件4以及所述至少一个蓄能器结构组件5在冷却板7上的布置结构的不同的可能的实施方式，尽管所有部件的单侧布置结构原则上也是可能的。在与图3的概观中可清楚地看出：冷却板7的第一侧13和第二侧14通过冷却板长度8和冷却板高度9定义。在第一侧13和第二侧14上可以设置有至少一个容纳面18，以便分别设置至少一个功率半导体结构组件4和/或至少一个蓄能器结构组件5。同样可以将其他部件、例如一个或多个辅助结构组件21设置在冷却板的侧13、14上。

在图2a中示意性示出蓄能器结构组件5设置在冷却板7的第一侧13上并且功率半导体结构组件4设置在对置的第二侧14上的状况。

图2b示出另一种可能的实施方式，在该实施方式中，一个功率半导体结构组件4以及一个蓄能器结构组件5分别设置在冷却板7的第一侧13和第二侧14上。

在图2c中示出另一种可能的实施方式，在该实施方式中，彼此对应的功率半导体结构组件4和蓄能器结构组件5设置在冷却板7的对置的侧上并且分别通过连接开口20相互连接。

为了将蓄能器结构组件5连接到对应的功率半导体结构组件4有利的可以是：设置有连接开口20，如特别是从图3(和在图2c中虚线示出)可看出的那样。在图2a至图2c中示出的实施方式构成功率结构组件1通过支撑区域12转移负荷，该支撑区域在冷却板7的下侧上构造为支撑面19。备选于此或组合地参阅图7a至图7c的讨论。

图3示意性示出按照本发明的功率结构组件1的一种实施例的分解视图。如示出的那样，多个功率半导体结构组件4以及一个或多个蓄能器结构组件5可以设置在为此设置的容纳面18上。在这些部件和/或辅助结构组件21之间的连接可以穿透冷却板7地通过为此设置的连接开口20进行。同样从图3可看出：一个或多个保护壳体40为了容纳至少一个功率半导体结构组件4和/或可能的其他部件与冷却板7可紧固地构造。功率结构组件1因而可以具有一个或多个保护壳体40。

此外从图3可看出一种优选措施，该措施示出在冷却板7的一侧上的两个部件之间的隔壁元件48的构造。隔壁元件48示例性地将功率半导体结构组件4与辅助结构组件21分开并且将冷却板7与一件式构造的保护壳体40连接。隔壁元件48和/或保护壳体40与冷却板7的连接优选可以通过螺纹连接进行。多个这样的隔壁元件48也可以设置在冷却板7的第一侧13和/或第二侧14上。

在图4中示出在冷却板7上设置的约束保护元件39的一种示例性的实施方式，所述约束保护元件与机架3的耦联装置38对应地构造。在示出的实施例中，约束保护元件39作为具有相对于销直径加宽的头部的销形突起部示出，所述头部自动地与舌片形构造的耦联装置38在功率结构组件1从服务位置31下降到静止位置32中时锁定。为了讨论抬起到服务位置31中或下降到静止位置32中的工作原理参阅图6和图7c的讨论。

从图4还可以看出：功率结构组件1在支撑区域12中沿着纵向支架26引导。示出的引导元件22以及约束保护元件39主要可以用作定心辅助件。有利地，耦联装置38设置在水平支架25上。以示出的形式或者也功能相同的实施方案的约束保护元件39也可以用作一种端部止挡部，以便避免在背侧设置的接头的损坏。备选地或补充地，一个或多个止挡元件42也可以如在图1中示出的那样设置在冷却板7上。

在图4中未示出的是可能的约束保护元件，所述约束保护元件例如实施为空隙部和/或侧向地在冷却板7上伸出的突起部。形状互补的耦联装置38可以在这种情况下主动地通过操作者可操纵或者也自动地构造用于锁定或释放功率结构组件1。

在图4中示例性地表示电源线33，该电源线可以替代控制接头36、冷却剂接头37和类似物地设置在功率结构组件1的背侧47上。由所述图示可简单设想的是：在功率结构组件1沿纵向方向15运动进入时，可以进行这些接头与未示出的供应平台的耦联。

在图5中可看出通过冷却板部段43构成的冷却板7的一种可能的实施方式的示意性分解图。如示出的那样，冷却板部段43可以具有不同设置的冷却通道44，该冷却通道通过组装冷却板部段43来构造封闭的冷却通道44。如从这个示意图可看出的那样，冷却板7的构造可以通过组装多个冷却板部段43进行。以这种方式可以非常简单地实现在不同的冷却板部段43上的局部不同的冷却功率。冷却板7特别是为此可以沿横向方向17和/或纵向方向15和/或竖直方向16分成冷却板部段43。

为了简化功率结构组件1的更换，证实为有利的是：冷却板7在支撑区域12中通过滚动体27或未示出的滑动元件支撑在机架3上。在图6和图7中示出不同的滚动体布置结构和/或抬起和移动机构的示例性的可能的实施方式。

在最简单的未示出的情况下，至少两个滚动体27刚性地设置在至少一个支撑区域12上并且简化沿纵向方向15的运动。在此，滚动体27的布置结构可以在冷却板7上或内部或在为此设置的未特意示出的滚动体容纳部中进行，所述滚动体容纳部通过冷却板7或者说其支撑区域12保证给功率结构组件1的转移负荷。

在图6a和图6b中示出在服务位置31或静止位置32中的可调节的滚动体27的可能的布置结构。滚动体27在支撑区域12中朝下侧的方向相对于支撑面19可伸出地支承。这个相对简单的杠杆机构的作用原理示例性地在滚动体27上示出。杠杆装置45连接滚动体27与推杆46，该推杆与至少一个第二滚动体27耦联并且在这种情况下与多个滚动体27、优选与所有滚动体27耦联。这个布置结构可以侧向地设置或者也可以设置在冷却板7内部。在图6a中，滚动体27在静止位置32中完全撤回到支撑面19后面。以这种方式，功率结构组件1可以支撑到机架3上的支撑区域12或者说支撑面19上并且因此静止地支承。通过作为图6b中的运动箭头示出的力的作用进行推杆46沿纵向方向15的运动，由此滚动体27突出于支撑面19的平面并且功率结构组件1可以以数毫米至厘米地抬起。以这种方式可以使用滚动体27作为支撑区域12和/或冷却板7的集成的组成部分的构造，以便省力地更换功率结构组件1。

在图7a中示意性地表示至少两个滚动体27在支撑区域12中设置在冷却板上侧11的区域中的状况。在示例性图示中，滚动体27在两侧设置在冷却板上，尽管也可设想单侧布置结构。从所述图示也可看出：引导元件22在冷却板上侧11的区域中构造为例如C形的成型元件并且用于容纳滚动体27，由此能实现功率结构组件1的一种悬挂的布置结构。同样可以通过滚动体27的这样的布置结构使功率结构组件1的位置稳定性尽量与重心位置提高无关。

从图7a可以看出滚动体27在支撑区域12中的一种备选的可能的布置结构，其中，所述至少两个滚动体27设置在冷却板下侧的区域中并且用于支撑所述支撑面19。这样的布置结构可以单独地或者也与滚动体27组合地构造，所述滚动体在支撑区域12中设置在冷却板上侧11上。

图7b示出一种备选的并且本身独立的用于将至少两个滚动体27设置在至少一个支撑区域12中的可能性。所述剖视图示出在冷却板上侧11的区域中的滚动体27，所述滚动体的旋转轴线基本上沿竖直方向16定向。在这里，主要发生冷却板沿横向方向17在为此设置的引导元件22上的侧向支撑。为了避免滚动体27的锁止应设置轻微的空隙部。备选地，也可以设想滑动元件构造在上面的支撑区域12中。然而在两种情况下可能需要滚动体27和/或滑动元件构造在冷却板7的下侧上。对此的一种可能的实施方式在图7b中在冷却板的下侧的区域中示出，其中，提升工具30插入到纵向支架26中并且具有至少两个滚动体27。

这样的可插入到机架3的纵向支架26中的提升工具30的滚动体27类似于在图6a和图6b中的可调节的滚动体27的描述地可调节地构造。在图7b中，类似于图6b地，滚动体27在服务位置31中示出。为了阐明参阅图7c，其中，可插入到纵向支架26中的提升工具30在斜视图中可较好地看出。这样的提升工具30具有至少两个可调节的滚动体27，所述滚动体与图6的讨论的所描述的工作原理类似地然而以相反作用方向。为了能实现所插入的提升工具30的滚动体27通过纵向支架26的上侧穿透，设置有穿透开口29。纵向支架26构造为空心体28。对外部的提升工具30的滚动体27共同调节可以手动地或者也可以机动式地实施。如特别是与图1的概观示出的那样，这样的提升工具30可以用于中压或高压变流器2的全部功率结构组件1。此外可以通过这样的提升工具30避免集成的滚动体27构造在冷却板7上和/或内部。

各实施例示出可能的实施变型方案，其中，在这里要说明：本发明不限于本发明的特别示出的实施变型方案，相反，各个实施变型方案彼此的不同组合也是可能的并且这种变化可能性基于通过具体的本发明对技术手段的教导处于本领域技术人员的能力之内。

保护范围由权利要求书确定。然而，应参考说明书和附图来解释权利要求。来自所示出的和所描述的不同的实施例的单个特征或特征组合本身能够是独立的创造性的解决方案。基于独立的发明解决方案的任务可以从说明书得出。

对具体的说明书中的数值范围的全部说明应这样理解，使得所述数值范围一起包括任意的和所有由此产生的部分范围，例如说明1至10应这样理解，即，一起包括从下限1和上限10出发的全部的部分范围，即以1或更大的下限开始并且以10或更小的上限结束的全部的部分范围，例如1至1.7、或3.2至8.1、或5.5至10。

按规定最后要指出：为了更好地理解构造，元件部分地不按比例和/或放大和/或缩小地示出。

附图标记列表

1 功率结构组件

2 中压或高压变流器

3 机架

4 功率半导体结构组件

5 蓄能器结构组件

6 冷却装置

7 冷却板

8 冷却板长度

9 冷却板高度

10 冷却板厚度

11 冷却板上侧

12 支撑区域

13 第一侧

14 第二侧

15 纵向方向

16 竖直方向

17 横向方向

18 容纳面

19 支撑面

20 连接开口

21 辅助结构组件

22 引导元件

23 容纳空间

24 竖直立柱

25 水平支架

26 纵向支架

27 滚动体

28 空心体

29 穿通孔

30 提升工具

31 服务位置

32 静止位置

33 电源线

34 测量接头

35 辅助接头

36 控制接头

37 冷却剂接头

38 耦联装置

39 约束保护元件

40 保护壳体

41 前侧

42 止挡元件

43 冷却板部段

44 冷却通道

45 杠杆装置

46 推杆

47 背侧

48 隔壁元件

Claims (20)

1.用于中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器的功率结构组件(1)，所述功率结构组件包括:

-至少一个功率半导体结构组件(4)

-至少一个蓄能器结构组件(5)，

-至少一个冷却装置(6)，其特征在于，

-所述冷却装置(6)构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板(7)，所述冷却板具有与冷却板长度(8)和冷却板高度(9)相比较小的冷却板厚度(10)，并且所述冷却板(7)具有通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板厚度(10)和/或一部分所述冷却板高度(9)定义的至少一个支撑区域(12)，以便所述功率结构组件(1)向所述中压或高压变流器(2)的机架(3)上转移负荷。

2.按照权利要求1所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个支撑区域(12)为了向所述机架(3)上支撑地转移负荷沿竖直方向基本上向下构造为支撑面(19)，所述支撑面优选至少包括所述冷却板长度(8)和所述冷却板厚度(10)。

3.按照权利要求1或2所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个支撑区域(12)为了向所述机架(3)上转移负荷构造在所述冷却板(7)的冷却板上侧(11)的区域中，所述区域优选至少包括所述冷却板长度(8)和一部分所述冷却板高度(9)。

4.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)在通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板高度(9)定义的两个侧(13、14)上具有至少一个容纳面(18)，以便分别设置至少一个功率半导体结构组件(4)和/或至少一个蓄能器结构组件(5)。

5.按照权利要求4所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)沿横向方向(17)具有至少一个连接开口(20)，以便将至少所述至少一个蓄能器结构组件(5)的电源线(33)与所述至少一个功率半导体结构组件(4)和/或至少一个辅助结构组件(21)导通和触点接通。

6.按照权利要求4或5中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个功率半导体结构组件(4)设置在所述冷却板(7)的第一侧(13)上并且所述至少一个蓄能器结构组件(5)设置在所述冷却板的与所述第一侧(13)对置的第二侧(14)上。

7.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，在所述冷却板(7)上设置有至少一个与所述机架(3)的耦联装置(38)对应的约束保护元件(39)。

8.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述功率结构组件(1)具有至少一个保护壳体(40)，以便容纳至少一个功率半导体结构组件(4)和/或辅助结构组件(21)和/或蓄能器结构组件(5)，所述保护壳体与所述冷却板(7)可紧固地、优选可耦联地构造。

9.按照权利要求8所述的功率结构组件(1)，其特征在于，至少一个隔壁元件(48)以将至少两个部件、例如功率半导体结构组件(4)和/或辅助结构组件(21)和/或蓄能器结构组件(5)彼此分开的以及将所述冷却板(7)与所述至少一个保护壳体(40)连接的方式设置。

10.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，至少两个电源线(33)和/或控制接头(36)和/或冷却剂接头(37)和/或可能的测量接头(34)和/或辅助接头(35)构造在所述功率结构组件(1)的前侧(41)上。

11.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，至少两个电源线(33)和/或控制接头(36)和/或冷却剂接头(37)和/或可能的测量接头(34)和/或辅助接头(35)构造在所述功率结构组件(1)的背侧(47)上，所述冷却剂接头优选构造为快速闭锁装置。

12.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)由至少两个沿纵向方向(15)和/或横向方向(17)和/或竖直方向(16)分开的冷却板部段(43)组成，以便构造连续的冷却通道(44)。

13.按照权利要求12所述的功率结构组件(1)，其特征在于，至少两个冷却板部段(43)具有彼此不同的冷却功率。

14.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)至少沿竖直方向(16)相对于所述至少一个功率半导体结构组件(4)和/或至少一个蓄能器结构组件(5)和/或至少一个保护壳体(40)伸出地构造。

15.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，在所述支撑区域(12)中，至少两个滚动体(27)构造在所述冷却板(7)或为此设置的滚动体容纳部上。

16.中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器，所述中压或高压变流器包括：

-至少一个按照权利要求1至15中任一项所述的功率结构组件(1)，

-机架(3)，所述支架具有多个竖直立柱(24)和水平支架(25)，所述水平支架设置用于分别连接至少两个竖直立柱(24)，并且所述机架(3)具有至少一个用于至少一个功率结构组件(1)的容纳空间(23)，

其特征在于，

至少一个纵向支架(26)以连接至少两个水平支架(25)的方式设置，以便给所述功率结构组件(1)转移负荷。

17.按照权利要求16所述的中压或高压变流器(2)，其特征在于，至少一个水平支架(25)和/或纵向支架(26)由电绝缘材料、优选玻璃纤维复合材料制造。

18.按照权利要求16或17中任一项所述的中压或高压变流器(2)，其特征在于，至少一个纵向支架(26)构造为空心体(28)并且具有至少两个穿透开口(29)，以便在可插入到处于静止位置(32)中的纵向支架(26)中的提升工具(30)的服务位置(31)中分别穿透至少一个滚动体(27)。

19.按照权利要求16至18所述的中压或高压变流器(2)，其特征在于，至少一个纵向支架(26)具有至少一个引导元件(22)，以便至少沿横向方向(17)引导所述冷却板(7)、特别是所述支撑区域(12)。

20.按照权利要求16至19中任一项所述的中压或高压变流器(2)，其特征在于，至少一个引导元件(22)为了容纳所述支撑区域(12)和/或引导所述冷却板(7)在至少一个纵向支架(26)的下侧上构造为Z形、L形、C形或U形的成型元件。

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