CN113659850B - 逆变模块及具有其的高频辅助变流设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变模块及具有其的高频辅助变流设备，逆变模块用于高频辅助变流设备，逆变模块包括：散热基板组件、二个框架、支撑电容组件、分裂电容组件、前板及电流传感器组件；二个框架相对设置且分别装设于散热基板组件的两侧；支撑电容组件装设于二个框架的上部；分裂电容组件装设于二个框架的下部，且位于支撑电容组件的下方；前板装设于二个框架的前端；电流传感器组件装设于二个框架的前端，且位于前板的下方；本发明具有模块化程度高，通用性好，体积小，重量轻，便于维护的特点。

Description

逆变模块及具有其的高频辅助变流设备

技术领域

本发明属于城市轨道交通设备技术领域，具体地说，尤其涉及一种用于城市轨道交通车辆的逆变模块及具有其的高频辅助变流设备。

背景技术

随着近年来轨道交通的迅猛发展，轨道车辆的辅助变流设备包括逆变模块的相关性能就成了一个非常重要的研究领域。

目前城市轨道交通车辆的辅助变流设备多采用直流供电，辅助变流设备的逆变模块用以将直流电逆变为380V交流电，为车上其他设备供电。传统的辅助变流设备多采用工频变压器配合逆变模块加充电机模块，整个系统由于采用工频变压器，使得系统的体积和重量都比较大。

例如，专利CN109787489A提供一种辅助电源系统功率模块，该功率模块包括用于安装电气元件的框架组件，在框架组件内可拆卸安装用于冷却散热的水冷板组件，辅助逆变模块功率单元模块件及充电机功率单元模块件，其中，辅助逆变模块功率单元模块件及充电机功率单元模块件安装在水冷组件两侧。但发明人发现，这种辅助逆变模块功率单元模块件的结构较为复杂，模块化程度不够高，无法满足采用强迫风冷形式散热的辅助电源系统需求。

因此，随着高频变压器的应用，需要设计一种适用于强迫风冷系统的且模块化程度高，通用性好，体积小，重量轻，便于维护的逆变模块。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种逆变模块，其中，用于高频辅助变流设备，所述逆变模块包括：

散热基板组件；

二个框架，相对设置且分别装设于所述散热基板组件的两侧；

支撑电容组件，装设于二个所述框架的上部；

分裂电容组件，装设于二个所述框架的下部，且位于所述支撑电容组件的下方；

前板，装设于二个所述框架的前端；

电流传感器组件，装设于二个所述框架的前端，且位于所述前板的下方。

上述的逆变模块，其中，还包括：

第一复合母排，装设于所述散热基板组件上且设置于所述支撑电容组件及所述分裂电容组件之间；

第二复合母排，装设于所述分裂电容组件上且位于所述第一复合母排及所述分裂电容组件之间。

上述的逆变模块，其中，所述散热基板组件包括：

基板，具有相对设置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面连接于二个所述框架，所述第一复合母排及电器元件组装设于所述第一侧面上，所述电器元件组包括整流二极管；

散热翅片，装设于所述第二侧面上；

输入涂层铜排，其一端连接于所述整流二极管，所述输入涂层铜排的另一端通过绝缘子支撑用于模块进线；

二个整流二极管输出铜排，其一端连接于所述整流二极管，其另一端连接于所述第一复合母排。

上述的逆变模块，其中，所述电器元件组还包括RC吸收电阻及IGBT元件，二个所述整流二极管输出铜排直接连接所述第一复合母排的引脚，所述第一复合母排的引脚还连接于所述IGBT元件，二个所述整流二极管输出铜排上均设置有接线点，二个所述整流二极管输出铜排的接线点通过线缆连接于所述第二复合母排及所述RC吸收电阻，所述第二复合母排的左右两端均设置用于线缆连接的接入点。

上述的逆变模块，其中，所述支撑电容组件包括：

支撑电容安装板，装设于二个所述框架的上部；

多个支撑电容，装设于所述支撑电容安装板的底面上，所述支撑电容的接触点连接于所述第一复合母排的铜柱；

电压传感器和RC吸收电容，装设于所述支撑电容安装板的顶面上，且电性连接于二个所述整流二极管输出铜排。

上述的逆变模块，其中，所述分裂电容组件包括：

分裂电容安装板，装设于二个所述框架的下部；

多个分裂电容，装设于所述分裂电容安装板的顶部，所述第二复合母排装设于所述分裂电容上。

上述的逆变模块，其中，所述电流传感器组件包括：

电流传感器安装支架，装设于二个所述框架的前端；

多个电流传感器，装设于所述电流传感器安装支架上且位于所述逆变模块的内侧；

多个出线支撑绝缘子，装设于所述电流传感器安装支架上且位于所述逆变模块的外侧。

上述的逆变模块，其中，所述前板的中部开设有扎线孔，所述逆变模块还包括连接器组件，装设于所述前板上且位于所述逆变模块的外侧。

上述的逆变模块，其中，还包括：第一输出铜排、第二输出铜排及输出铜排支撑绝缘块，所述输出铜排支撑绝缘块装设于所述分裂电容安装板的底部，所述第一输出铜排和所述第二输出铜排的一端连接于所述输出铜排支撑绝缘块，所述第一输出铜排的另一端连接于所述IGBT元件，所述第二输出铜排的另一端穿过所述电流传感器连接于所述出线支撑绝缘子。

本发明还提供一种高频辅助变流设备，其中，包括上述中任一项所述的逆变模块。

本发明的有益效果在于：

基于本发明的进线正负接线点以及出线U/V/W/斩波电阻接线点的结构，提高了逆变模块的模块化程度和通用性，同时本发明的逆变模块具有体积小、重量轻的特点，尤其适用于高频辅助系统的辅助变流设备。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1是本发明的逆变模块的爆炸图；

图2是本发明的逆变模块的底部结构示意图；

图3是基板上元件的布局示意图；

图4是支撑电容组件的结构示意图；

图5是分裂电容组件的结构示意图；

图6是电流传感器组件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在详细阐述本发明各个实施例之前，对本发明的核心发明思想予以概述，并通过下述若干实施例予以详细阐述。

本发明为了解决如何节省轨道交通中车下安装空间的技术问题，提高逆变模块的模块化程度和通用性，提供一种体积小、重量轻的应用于高频辅助变流设备的逆变模块。同时为了提高逆变模块的模块化程度和通用性，本发明设计了一种进线正负接线点左右对称，出线U/V/W/斩波电阻接线点位于模块前端的结构，以下结合具体实施例进行说明。

请参照图1-图2，图1是本发明的逆变模块的爆炸图；图2是本发明的逆变模块的底部结构示意图。如图1-图2所示，本发明的逆变模块用于高频辅助变流设备，逆变模块包括：散热基板组件1、二个框架、支撑电容组件4、分裂电容组件5、电流传感器组件8、及前板9；二个框架为左侧框架组件2及右侧框架组件3，左侧框架组件2及右侧框架组件3相对设置且分别装设于散热基板组件1的两侧；支撑电容组件4装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的上部；分裂电容组件5装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的下部，且位于支撑电容组件4的下方；前板9装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的前端；电流传感器组件8装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的前端，且位于前板9的下方。

进一步地逆变模块还包括：第一复合母排6及第二复合母排7；第一复合母排装设于散热基板组件1且设置于支撑电容组件4及分裂电容组件5之间；第二复合母排7装设于分裂电容组件5上且位于第一复合母排6及分裂电容组件5之间。

请参照图3，图3是基板上元件的布局示意图，结合图1-图2所示，散热基板组件1包括：基板111、散热翅片112、输入涂层铜排116及二个整流二极管输出铜排117、118；基板111具有相对设置的第一侧面S1及第二侧面S2，第一侧面S1连接于左侧框架组件2及右侧框架组件3，第一复合母排6及电器元件组装设于第一侧面S1上，电器元件组包括整流二极管113；散热翅片112装设于第二侧面S2上；输入涂层铜排116的一端连接于整流二极管113，输入涂层铜排116的另一端通过绝缘子支撑用于模块进线；二个整流二极管输出铜排117、118的一端连接于整流二极管113，其另一端连接于第一复合母排6。

其中，电器元件组还包括RC吸收电阻114及IGBT元件119，二个整流二极管输出铜排117、118直接连接第一复合母排6的引脚，第一复合母排6的引脚还连接于IGBT元件119，二个整流二极管输出铜排117、118上均设置有接线点，二个整流二极管输出铜排117、118的接线点通过线缆连接于第二复合母排7及RC吸收电阻114，第二复合母排7的左右两端均设置用于线缆连接的接入点。

具体地说，散热基板组件1主要包含带有散热翅片112的散热基板111、发热元件、连接铜排和支撑部件等，具体的：在散热基板111上开有螺纹孔，电器元件组包括：发热元件IGBT119、整流二极管113、RC吸收电阻114、放电电阻115，发热元件IGBT119、整流二极管113、RC吸收电阻114、放电电阻115涂抹导热硅脂后采用螺栓安装于散热基板111上。输入涂层铜排116一端通过螺栓安装于整流二极管113一端，另一端通过绝缘子支撑用于模块进线；整流二极管输出铜排117、整流二极管输出铜排118通过螺栓安装于整流二极管113的另一端，两个铜排的另一端用作与第一复合母排6连接，并保留足够的正负接线点用于引线接第二复合母排7、RC吸收电阻114、RC吸收电容413和电压传感器414。其中输入涂层铜排116在左右对称位置分别设置了两组进线接线点正1161和进线接线点负1162，用于实现左右均可铜排就近接入，降低高频变压器使用线缆接入对电气参数的不利影响，增加模块的通用性。整流二极管输出铜排117、整流二极管输出铜排118直接连接电流较大、对电气性能要求较高的第一复合母排6，对于电流较小、对电气性能要求较低的第二复合母排7，采用线缆连接，且在第二复合母排7的左右两端均设置接入点，在满足电气性能需求的前提下通过采用线缆简化整体结构。

其中，在本实施例中，为使逆变模块体积最小，散热基板111上除了逆变模块安装需要的安装尺寸、框架安装位置和必要的接线支撑空间，仅安装发热的，电器元件组。在发热功率密度较高的散热基板111左上角RC吸收电阻114和整流二极管113布置区域的下侧布置发热功率相对较小的IGBT元件119，以提高整个散热基板组件的利用率。

请参照图4，图4是支撑电容组件的结构示意图，结合图1-图2所示，支撑电容组件4包括：支撑电容安装板411及多个支撑电容412；支撑电容安装板411装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的上部；多个支撑电容412装设于支撑电容安装板411的底面上，支撑电容412的接触点连接于第一复合母排6的铜柱；RC吸收电容413和电压传感器414装设于支撑电容安装板411的顶面上，且电性连接于整流二极管输出铜排117、118。

请参照图5，图5是分裂电容组件的结构示意图，结合图1-图2所示，分裂电容组件5包括：分裂电容安装板511及多个分裂电容512；分裂电容安装板511装设于左侧框架组件2及右侧框架组件3的下部；多个分裂电容512装设于分裂电容安装板511的顶部，第二复合母排装7设于分裂电容512上。

具体地说，左侧框架组件2、右侧框架组件3主体为折弯钣金件，通过螺栓安装于散热基板111上。第一复合母排6通过螺栓安装于散热基板组件1，引脚分别接整流二极管输出铜排117、118和IGBT元件119的接入点。支撑电容组件4通过支撑电容安装板411安装于左侧框架组件2、右侧框架组件3，在支撑电容组件4上方安装电压传感器414和RC吸收电容413；支撑电容412的接触点通过螺栓与第一复合母排6的铜柱连接。分裂电容组件5通过分裂电容安装板511安装于左侧框架组件2、右侧框架组件3对应位置。

其中，在本实施例中，以分裂电容512数量为8个且为2×4布置于分裂电容安装板511上为较佳的实施方式，但本发明并不对此进行限制。

其中，在本实施例中，以支撑电容412数量为6个且为2×3布置于支撑电容安装板411上为较佳的实施方式，但本发明并不对此进行限制。

请参照图6，图6是电流传感器组件的结构示意图，结合图1-图2所示，电流传感器组件8包括：电流传感器安装支架811、多个电流传感器812及多个出线支撑绝缘子813；电流传感器安装支架811装设于左侧框架组件2、右侧框架组件3的前端；多个电流传感器812装设于电流传感器安装支架811上且位于逆变模块的内侧；多个出线支撑绝缘子813装设于电流传感器安装支架811上且位于逆变模块的外侧。前板9的中部开设有扎线孔，所述逆变模块还包括连接器组件13，装设于前板9上且位于逆变模块的外侧。

具体地说，电流传感器组件8包含钣金折弯件电流传感器安装支架811，和通过螺栓安装于其上的电流传感器812、直接通过压铆螺柱安装的出线支撑绝缘子813。前板9中间挖空并设置扎线孔用于控制线绑扎，并设有连接器组件13安装压铆螺柱，用于安装连接器组件13。

更进一步地，逆变模块还包括：第一输出铜排10、第二输出铜排11及输出铜排支撑绝缘块12，输出铜排支撑绝缘块12装设于分裂电容安装板511的底部，第一输出铜排10和第二输出铜排11的一端连接于输出铜排支撑绝缘块12，第一输出铜排10的另一端连接于IGBT元件119，第二输出铜排11的另一端穿过电流传感器812连接于出线支撑绝缘子813。

具体地说，在分裂电容组件5下侧安装输出铜排支撑绝缘块12，用于安装固定第一输出铜排10及第二输出铜排11；第一输出铜排10的另一端安装于IGBT元件119；第二输出铜排11的另一端穿过电流传感器812安装于出线支撑绝缘子813。

其中，在本实施例中，将整体输出铜排打断为第一输出铜排10和第二输出铜排11可以兼容更大的误差，另外由于前端第二输出铜排11折弯尺寸较小更容易穿过电流传感器812。

在本实施例中，为了提高逆变模块的模块化程度和通用性，在模块上端设置左右对称的两组进线接线点正1161及进线接线点负1162，还可以实现左右均可铜排就近接入，降低高频变压器使用线缆接入对电气参数的不利影响；U/V/W/斩波电阻一般采用线缆接入，接入点具有较高的灵活性，故U/V/W/斩波电阻接线点并排布置在模块前端下部便于接线位置。控制线通过连接器组件13接入，布置与模块前端中上部，可以缩小左右距离差，又便于将控制线与高压输入线和U/V/W/斩波电阻线缆分开布线。连接器组件13沿着模块横向出线，减少对模块纵向空间的占用，从而减小对高频辅助变流设备箱体空间的占用。

本发明还提供一种高频辅助变流设备，其中，包括上述中任一项所述的逆变模块。

综上所述，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的逆变模块布局合理，体积小重量轻，通用性好，便于维护。

2、逆变模块布局合理有利于充分利用散热基板，提高散热效果。

3、正负输入接入点左右对称，便于高频辅助设备的高频变压器左右都可以就近铜排接入，增加整体布局的灵活性。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种逆变模块，其特征在于，用于高频辅助变流设备，所述逆变模块包括：

散热基板组件；

二个框架，相对设置且分别装设于所述散热基板组件的两侧；

支撑电容组件，装设于二个所述框架的上部；

分裂电容组件，装设于二个所述框架的下部，且位于所述支撑电容组件的下方；

前板，装设于二个所述框架的前端；

电流传感器组件，装设于二个所述框架的前端，且位于所述前板的下方；

第一复合母排，装设于所述散热基板组件上且设置于所述支撑电容组件及所述分裂电容组件之间；

第二复合母排，装设于所述分裂电容组件上且位于所述第一复合母排及所述分裂电容组件之间，所述第二复合母排的左右两端均设置用于线缆连接的接入点；

其中，所述散热基板组件包括：

基板，具有相对设置的第一侧面及第二侧面，所述第一侧面连接于二个所述框架，所述第一复合母排及电器元件组装设于所述第一侧面上，所述电器元件组包括整流二极管；

散热翅片，装设于所述第二侧面上。

2.如权利要求1所述的逆变模块，其特征在于，所述散热基板组件还包括：

输入涂层铜排，其一端连接于所述整流二极管，所述输入涂层铜排的另一端通过绝缘子支撑用于模块进线；

二个整流二极管输出铜排，其一端连接于所述整流二极管，其另一端连接于所述第一复合母排。

3.如权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述电器元件组还包括RC吸收电阻及IGBT元件，二个所述整流二极管输出铜排直接连接所述第一复合母排的引脚，所述第一复合母排的引脚还连接于所述IGBT元件，二个所述整流二极管输出铜排上均设置有接线点，二个所述整流二极管输出铜排的接线点通过线缆连接于所述第二复合母排及所述RC吸收电阻。

4.如权利要求2所述的逆变模块，其特征在于，所述支撑电容组件包括：

支撑电容安装板，装设于二个所述框架的上部；

多个支撑电容，装设于所述支撑电容安装板的底面上，所述支撑电容的接触点连接于所述第一复合母排的铜柱；

电压传感器和RC吸收电容，装设于所述支撑电容安装板的顶面上，且电性连接于二个所述整流二极管输出铜排。

5.如权利要求3所述的逆变模块，其特征在于，所述分裂电容组件包括：

分裂电容安装板，装设于二个所述框架的下部；

多个分裂电容，装设于所述分裂电容安装板的顶部，所述第二复合母排装设于所述分裂电容上。

6.如权利要求5所述的逆变模块，其特征在于，所述电流传感器组件包括：

电流传感器安装支架，装设于二个所述框架的前端；

多个电流传感器，装设于所述电流传感器安装支架上且位于所述逆变模块的内侧；

多个出线支撑绝缘子，装设于所述电流传感器安装支架上且位于所述逆变模块的外侧。

7.如权利要求1所述的逆变模块，其特征在于，所述前板的中部开设有扎线孔，所述逆变模块还包括连接器组件，装设于所述前板上且位于所述逆变模块的外侧。

8.如权利要求6所述的逆变模块，其特征在于，还包括：第一输出铜排、第二输出铜排及输出铜排支撑绝缘块，所述输出铜排支撑绝缘块装设于所述分裂电容安装板的底部，所述第一输出铜排和所述第二输出铜排的一端连接于所述输出铜排支撑绝缘块，所述第一输出铜排的另一端连接于所述IGBT元件，所述第二输出铜排的另一端穿过所述电流传感器连接于所述出线支撑绝缘子。

9.一种高频辅助变流设备，其特征在于，包括上述权利要求1-8中任一项所述的逆变模块。

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