CN113852287A - 一种用于无线供电的高频整流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于无线供电的高频整流器，包括箱体，所述箱体顶部为能够拆卸的盖板，所述箱体内部的底部设置有中空的散热夹层，所述散热夹层上方设置有至少一个功能模组，所述功能模组通过所述散热夹层进行散热，所述箱体的侧壁上开设有连通所述散热夹层内部的介质入口与介质出口。本发明的整流器的散热结构与功能模组整体整合在箱体内部，箱体作为散热结构的一部分，省去了传统外置的散热器，使得整流器整体的集成程度更高，进一步减小了整流器的体积，尤其是整流器的厚度，使整流器能够进一步适应电车底部狭窄的安装环境。

Description

一种用于无线供电的高频整流器

技术领域

本发明涉及电车无线供电设备技术领域，特别地涉及一种用于无线供电的高频整流器。

背景技术

近年来，许多国内外厂商针对有轨电车领域推出了非接触式供电技术解决方案，并进行了示范线的建设和测试，针对有轨列车对快速充电和减重减体积的需求，研制高效率、高功率密度的变流器是无线供电技术发展的必然要求。而为了实现变流器装置的高效率，实现变流器的高频化是其中重要的设计思路。作为如今变流器主流的Si(硅)器件由于受到自身材料和结构的限制，并不适用于一些变流器高频化应用的场合。在相同功率等级下，以SiC(碳化硅)器件为代表的宽禁带材料功率器件的应用可以降低电路开关损耗、提高电路的开关频率、减小无源元件的体积与重量并增加变流器的功率密度，同时变流器的效率也会得到大幅度的提升。

但随着功率密度、开关频率的提高，单位面积损耗的增加，而在有轨电车领域，变流器一般安装在车底，这就要求变流器的设计中需要重点考虑如何保证车体底部空间的有效利用并满足散热要求，另外SiC器件的高频应用也带来了高频振荡、高频发热等问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种用于无线供电的高频整流器，通过将散热结构整合在整流器的箱体内部，在提供有效散热的同时，可减小整流器的体积，尤其是竖直方向上的厚度，使整流器能够进一步适应电车底部狭窄的安装环境。

本发明的一种用于无线供电的高频整流器，包括箱体，所述箱体顶部为能够拆卸的盖板，所述箱体内部的底部设置有中空的散热夹层，所述散热夹层上方设置有至少一个功能模组，所述功能模组通过所述散热夹层进行散热，所述箱体的侧壁上开设有连通所述散热夹层内部的介质入口与介质出口。

在一个实施方式中，所述散热夹层上设置有多个嵌入所述散热夹层内部的散热器，所述散热器的顶部与所述散热夹层的表面齐平且与所述功能模组的底部接触。通过本实施方式，散热器提供更高效的传热，进一步提高功能模组的散热效果。

在一个实施方式中，所述散热器采用针肋散热器，所述针肋散热器的散热针肋位于所述散热夹层的内部。

在一个实施方式中，所述功能模组包括并列设置的两个功能单元，所述功能单元包括并列设置并通过复合母排连接的碳化硅二极管模块与支撑电容器组件，所述碳化硅二极管模块对应所述散热器。

在一个实施方式中，所述散热夹层不完全覆盖所述箱体内部的底部，且其覆盖区域对应所述功能模组中的两个所述碳化硅二极管模块。通过本实施方式，整流器主要的发热元件是碳化硅二极管模块，所以散热夹层的位置对应碳化硅二极管模块可以针对性的对碳化硅二极管模块进行散热冷却；同时，对应支撑电容器组件的位置没有散热夹层的覆盖，为支撑电容器组件提供更大的放置空间，便于支撑电容器组件的安装放置并有效减小整流器的体积。

在一个实施方式中，所述碳化硅二极管模块与所述支撑电容器组件的并列方向垂直于所述两个功能单元的并列方向。通过本实施方式，功能模组中的多个碳化硅二极管模块位于箱体内部的同一侧，这样有利于散热夹层的设置，散热夹层只需设置在箱体内部对应碳化硅二极管模块的同一侧，一个散热夹层即可对应所有的碳化硅二极管模块并进行散热。

在一个实施方式中，所述复合母排采用正极铜板与负极铜板叠加而成，所述正极铜板与所述负极铜板之间设置有绝缘层。通过本实施方式，复合母排采用正、负极铜板叠层，可以有效降低回路中的电感。

在一个实施方式中，所述功能单元还包括由多个相互平行的输入铜排组成的铜排组件，所述铜排组件连接在所述碳化硅二极管模块上远离所述支撑电容器组件的一侧。

在一个实施方式中，所述输入铜排采用多层铜板叠加的叠层结构。通过本实施方式，输入铜排采用多层薄铜板的叠层结构，可有效防止外部输入高频电流的“集肤效应”。

在一个实施方式中，所述箱体在靠近所述铜排组件的一侧侧壁上开设有多个电缆穿孔，所述电缆穿孔上设置有电缆夹。通过本实施方式，电缆穿孔方便线路与整流器内部功能模组的连接；电缆夹可以在电缆连接后固定电缆，防止电缆意外脱落。

在一个实施方式中，所述铜排组件下方设置有支撑座，所述铜排组件一端连接所述碳化硅二极管模块、另一端通过所述支撑座支撑并整体保持水平。

在一个实施方式中，所述箱体的侧壁上还设置有泄气阀。通过本实施方式，泄气阀可以泄放箱体内的压力，避免箱体内的压力影响设备正常运转以及影响人工对整流器的检修操作。

在一个实施方式中，所述介质入口与所述介质出口处均安装有介质输送嘴，所述介质输送嘴内部设置有介质密封条。

在一个实施方式中，所述箱体侧壁的顶部设置有箱体密封条，所述箱体密封条用于与所述盖板密封连接。

在一个实施方式中，所述箱体相对的两侧侧壁外部还分别设置有多个安装吊耳，所述安装吊耳用于将所述箱体固定在电车车体上。

在一个实施方式中，所述功能模组还包括放电电阻组件与温度继电器组件，所述放电电阻组件与所述温度继电器组件均设置在所述散热夹层的上方。

在一个实施方式中，所述温度继电器组件包括通过线束连接的温度继电器与转接插头，所述转接插头设置在所述箱体的侧壁上，所述转接插头采用航空插头。通过本实施方式，温度继电器组件用于整流器箱体内部功率器件的温度保护，温度保护反馈信号通过转接插头送出给上层控制器。

在一个实施方式中，所述功能单元还包括吸收电容组件，所述吸收电容组件连接在所述复合母排上并通过所述复合母排连接所述碳化硅二极管模块的直流端子。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种用于无线供电的高频整流器，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本发明的整流器在箱体内部直接成型有散热夹层，整流器的功能模组设置在散热夹层上方，散热夹层对功能模组进行有效的散热冷却。将散热结构与功能模组整体整合在箱体内部，箱体作为散热结构的一部分，省去了传统外置的散热器，使得整流器整体的集成程度更高，进一步减小了整流器的体积，尤其是整流器的厚度，使整流器能够进一步适应电车底部狭窄的安装环境。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的整流器的外部结构示意图；

图2显示了本发明的整流器的内部结构示意图；

图3显示了本发明的整流器的散热夹层处的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-箱体，11-盖板，12-安装吊耳，13-箱体密封条，14-介质入口，15-介质出口，16-电缆穿孔，2-散热夹层，21-散热器，3-功能模组，31-功能单元，311-碳化硅二极管模块，312-支撑电容器组件，313-复合母排，314-铜排组件，315-吸收电容组件，32-放电电阻组件，33-温度继电器组件，331-温度继电器，332-转接插头，4-电缆夹，5-介质输送嘴，6-支撑座，7-泄气阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种用于无线供电的高频整流器，包括箱体1，箱体1顶部为能够拆卸的盖板11，箱体1内部的底部设置有中空的散热夹层2，散热夹层2上方设置有至少一个功能模组3，功能模组3通过散热夹层2进行散热，箱体1的侧壁上开设有连通散热夹层2内部的介质入口14与介质出口15。

具体地，如附图图1至图3所示，箱体1内部的底部设置有散热夹层2，散热夹层2相对箱体1内的其他区域封闭，散热夹层2通过介质入口14与介质出口15实现冷却介质的输入与输出。功能模组3直接安装在散热夹层2的顶部并能够与散热夹层2内部的冷却介质换热，冷却介质不断输入并输出散热夹层2，实现功能模组3的持续散热。

同时，由于散热夹层2内部空间在竖直方向上的尺寸较小，所以直接开设连通散热夹层2内部的介质入口14与介质出口15，二者的尺寸会受到限制，其直径不能大于散热夹层2内部空间在竖直方向上的尺寸。所以，优选地，可以在箱体1侧壁对应介质入口14与介质出口15处设置连接腔体，连接腔体使介质入口14与介质出口15分别连通散热夹层2，如附图图2中所示的在箱体1角落处的形成于散热夹层2上方的凸起。该结构使得介质入口14与介质出口15的口径不再受到散热夹层2内部空间在竖直方向上的尺寸的限制。

实际应用中，箱体1是高频整流器主体结构，其他部件直接或间接安装于箱体1内。高频整流的箱体1的高度尺寸为90mm，箱体1采用铝板直接机加工而成，不需要搭接或组装，箱体1外部直接加工安装吊耳12，通过安装吊耳12安装于车体底部。盖板11为10mm厚的铝板，表面加工螺纹孔，通过螺栓与高频整流器的箱体1安装在一起。电车车底的空间尤其是垂直于地面的高度空间非常有限，本发明的箱体1整体高度小于100mm，非常适应该种狭窄的安装环境。

需要说明的是，根据实际情况的需求，可以将散热夹层2沿箱体1侧壁周向设置，这样能够在对功能模组3的结构进行进一步的优化的基础上进一步减小箱体1竖直方向上的厚度。

在一个实施例中，散热夹层2上设置有多个嵌入散热夹层2内部的散热器21，散热器21的顶部与散热夹层2的表面齐平且与功能模组3的底部接触。

具体地，散热器31通过搅拌摩擦焊接的方式嵌设安装在散热夹层2上并与散热夹层2内部的冷却介质接触，与功能模组3之间具备更高效的传热，能够提高功能模组3的冷却效果。

优选地，散热器21采用针肋散热器21，针肋散热器21的散热针肋位于散热夹层2的内部。

在一个实施例中，功能模组3包括并列设置的两个功能单元31，功能单元31包括并列设置并通过复合母排313连接的碳化硅二极管模块311与支撑电容器组件312，碳化硅二极管模块311对应散热器21。

如图2所示，一个功能模组3中包括两个碳化硅二极管模块311共四个双管碳化硅二极管元件，组成两组H桥整流电路；支撑电容器组件312包括四个圆筒型的支撑电容器，该支撑电容器直接安装在箱体内的底部。复合母排313的一端与碳化硅二极管模块311连接、另一端与支撑电容器组件312连接，复合母排313实现碳化硅二极管模块311和支撑电容器组件312的之间的高频低感连接。

碳化硅二极管模块311对应散热夹层2上的散热器31并与之接触，提高主要发热元件碳化硅二极管模块311的散热效率。优选地，散热器31的数量与碳化硅二极管模块311的数量相同且二者一一对应。

具体地，多个功能模组3之间也是并列设置，其并列方向与功能模组3中的两个功能单元31的并列方向相同。

在一个实施例中，散热夹层2不完全覆盖箱体1内部的底部，且其覆盖区域对应功能模组3中的两个碳化硅二极管模块311。

具体地，整流器主要的发热元件是碳化硅二极管模块311，所以散热夹层2的位置对应碳化硅二极管模块311可以针对性的对碳化硅二极管模块311进行散热冷却；同时，对应支撑电容器组件312的位置没有散热夹层2的覆盖，进而形成下沉的槽状空间，如附图图2所示，为竖直方向上的厚度较碳化硅二极管模块311大的支撑电容器组件312提供更深的放置空间，便于支撑电容器组件312的安装放置并有效减小整流器竖直方向上的整体厚度。

在一个实施例中，碳化硅二极管模块311与支撑电容器组件312的并列方向垂直于两个功能单元31的并列方向。

具体地，由于在散热夹层2不完全覆盖箱体1内部的底部时，散热夹层2需要对应碳化硅二极管模块311，所以为了方便散热夹层2的设置，需要考虑功能模组3中的多个碳化硅二极管模块311之间的相对位置。

碳化硅二极管模块311与支撑电容器组件312的并列方向垂直于两个功能单元31的并列方向，这样功能模组3中的多个碳化硅二极管模块311相邻并位于箱体1内部的同一侧，这样只需设置一个整体的散热夹层2即可对应所有的碳化硅二极管模块311，如附图图2所示。

此外，根据实际情况，也可以设置碳化硅二极管模块311与支撑电容器组件312的并列方向平行于两个功能单元31的并列方向。只是这样设置，功能模组3中的多个碳化硅二极管模块311会由支撑电容器组件312的分隔而相互间隔，此时散热夹层2对应每个碳化硅二极管模块311会变为分体式，并且分体式的散热夹层2需要格外设置连接结构连通为一体，进而会增大散热夹层2的设置难度。

在一个实施例中，复合母排313采用正极铜板与负极铜板叠加而成，正极铜板与负极铜板之间设置有绝缘层。

具体地，正极铜板与负极铜板叠加而成的复合母排313，正极铜板与负极铜板上的电流方向相反，能够有效的降低回路上的电感。

在一个实施例中，功能单元31还包括由多个相互平行的输入铜排组成的铜排组件314，铜排组件314连接在碳化硅二极管模块311上远离支撑电容器组件312的一侧。

具体地，如附图图2所示，铜排组件314包括多个相互平行的输入铜排，各个输入铜排连接碳化硅二极管模块311的不同端子。

优选地，输入铜排采用多层铜板叠加的叠层结构，可有效防止外部输入高频电流时的“集肤效应”。进一步地，输入铜排组件采用3层薄铜板叠层结构。

在一个实施例中，箱体1在靠近铜排组件314的一侧侧壁上开设有多个电缆穿孔16，电缆穿孔16上设置有电缆夹4。

具体地，电缆穿孔16方便线路与整流器内部功能模组3的连接，电缆夹4可以在电缆连接后固定电缆，防止电缆意外脱落。

优选地，如附图图2所示，电缆穿孔16与介质入口14以及介质出口15开设在箱体1同一侧的侧壁上。便于外部的线缆与介质输送管的排布。

在一个实施例中，铜排组件314下方设置有支撑座6，铜排组件314一端连接碳化硅二极管模块311、另一端通过支撑座6支撑并整体保持水平。

具体地，铜排组件314中的输入铜排一端连接碳化硅二极管模块311、另一端通过支撑座6支撑并固定，输入铜排整体保持水平。支撑座6为输入铜排提供支撑同时也便于外部电缆与输入铜排的连接。支撑座6采用SMC(片状模塑料，又称玻璃钢)材料压铸成型。

在一个实施例中，箱体1的侧壁上还设置有泄气阀7。

具体地，泄气阀7用于箱体1内部的压力排放，避免箱体1内部压力过高，同时便于在需要对整流器进行开盖检修时进行压力泄放，消除压力带来的安全隐患。

在一个实施例中，介质入口14与介质出口15处均安装有介质输送嘴5，介质输送嘴5内部设置有介质密封条。

在一个实施例中，箱体1侧壁的顶部设置有箱体密封条13，箱体密封条13用于与盖板11密封连接。

具体地，箱体1侧壁顶部表面开槽来安装箱体密封条13，保证箱体1与盖板11之间的密封，进而能够保证高频整流器到达IP65的防护等级。

在一个实施例中，箱体1相对的两侧侧壁外部还分别设置有多个安装吊耳12，安装吊耳12用于将箱体1固定在电车车体上。

在一个实施例中，功能模组3还包括放电电阻组件32与温度继电器组件33，放电电阻组件32与温度继电器组件33均设置在散热夹层2的上方。

具体地，放电电阻组件32用于在设备停机时，保证直流电压可以迅速的泄放。温度继电器组件13用于整流器箱体内部功率器件的温度保护，在温度过高时可以切断回路。

在一个实施例中，温度继电器组件33包括通过线束连接的温度继电器331与转接插头332，转接插头332设置在箱体1的侧壁上，转接插头332采用航空插头。

具体地，温度继电器331直接安装于箱体1内的碳化硅二极管模块311的旁边，温度继电器331接线通过转接插头332送出，转接插头332采用圆形航空插头直接安装在箱体1侧壁表面。

在一个实施例中，功能单元31还包括吸收电容组件315，吸收电容组件315连接在复合母排313上并通过复合母排313连接碳化硅二极管模块311的直流端子。

具体地，吸收电容组件315用于吸收直流回路的高频过压尖峰。

本发明的用于无线供电的高频整流器整体结构主要包括：箱体1、盖板11、介质输送嘴5、散热器21、碳化硅二极管模块311、支撑电容器组件312、复合母排313、铜排组件314、电缆夹4、温度继电器组件33、放电电阻组件32、吸收电容组件315。

箱体1内部直接加工出散热夹层2，散热器21直接焊接并嵌入至散热夹层2内部，介质输送嘴5安装在箱体1外壁上，碳化硅二极管模块311、支撑电容器组件312、放电电阻组件32、温度继电器组件33均直接安装在箱体1内部。碳化硅二极管模块311、支撑电容器组件312通过复合母排313连接，吸收电容组件315安装于碳化硅二极管模块311的端子上，铜排组件314通过安装在箱体1上的电缆夹4与外部线缆连通，盖板11通过螺栓安装在箱体1上表面。箱体1两侧加工有箱体1安装吊耳12，通过两侧的安装吊耳12将整流器安装在车体的底部。

本发明的整流器以箱体1作为散热结构的一部分，并形成位于箱体1内部的散热夹层2，省去了传统意义上的外置散热结构，节约了空间，使整个整流器的箱体1的高度尺寸小于100mm，有效满足车底设备的安装尺寸要求；散热结构中的散热器21采用针肋散热，更高效的满足散热要求。同时，本发明的整流器通过采用薄铜板叠层、高频电容器以及两组整流器错相控制的方式改善高频集肤效应以及整流器高频发热等问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (18)

1.一种用于无线供电的高频整流器，其特征在于，包括箱体，所述箱体顶部为能够拆卸的盖板，所述箱体内部的底部设置有中空的散热夹层，所述散热夹层上方设置有至少一个功能模组，所述功能模组通过所述散热夹层进行散热，所述箱体的侧壁上开设有连通所述散热夹层内部的介质入口与介质出口。

2.根据权利要求1所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述散热夹层上设置有多个嵌入所述散热夹层内部的散热器，所述散热器的顶部与所述散热夹层的表面齐平且与所述功能模组的底部接触。

3.根据权利要求2所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述散热器采用针肋散热器，所述针肋散热器的散热针肋位于所述散热夹层的内部。

4.根据权利要求2所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述功能模组包括并列设置的两个功能单元，所述功能单元包括并列设置并通过复合母排连接的碳化硅二极管模块与支撑电容器组件，所述碳化硅二极管模块对应所述散热器。

5.根据权利要求4所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述散热夹层不完全覆盖所述箱体内部的底部，且其覆盖区域对应所述功能模组中的两个所述碳化硅二极管模块。

6.根据权利要求5所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述碳化硅二极管模块与所述支撑电容器组件的并列方向垂直于所述两个功能单元的并列方向。

7.根据权利要求4所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述复合母排采用正极铜板与负极铜板叠加而成，所述正极铜板与所述负极铜板之间设置有绝缘层。

8.根据权利要求4所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述功能单元还包括由多个相互平行的输入铜排组成的铜排组件，所述铜排组件连接在所述碳化硅二极管模块上远离所述支撑电容器组件的一侧。

9.根据权利要求8所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述输入铜排采用多层铜板叠加的叠层结构。

10.根据权利要求8或9所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述箱体在靠近所述铜排组件的一侧侧壁上开设有多个电缆穿孔，所述电缆穿孔上设置有电缆夹。

11.根据权利要求8所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述铜排组件下方设置有支撑座，所述铜排组件一端连接所述碳化硅二极管模块、另一端通过所述支撑座支撑并整体保持水平。

12.根据权利要求1所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述箱体的侧壁上还设置有泄气阀。

13.根据权利要求1所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述介质入口与所述介质出口处均安装有介质输送嘴，所述介质输送嘴内部设置有介质密封条。

14.根据权利要求1所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述箱体侧壁的顶部设置有箱体密封条，所述箱体密封条用于与所述盖板密封连接。

15.根据权利要求1所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述箱体相对的两侧侧壁外部还分别设置有多个安装吊耳，所述安装吊耳用于将所述箱体固定在电车车体上。

16.根据权利要求4所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述功能模组还包括放电电阻组件与温度继电器组件，所述放电电阻组件与所述温度继电器组件均设置在所述散热夹层的上方。

17.根据权利要求16所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述温度继电器组件包括通过线束连接的温度继电器与转接插头，所述转接插头设置在所述箱体的侧壁上，所述转接插头采用航空插头。

18.根据权利要求4所述的用于无线供电的高频整流器，其特征在于，所述功能单元还包括吸收电容组件，所述吸收电容组件连接在所述复合母排上并通过所述复合母排连接所述碳化硅二极管模块的直流端子。

Images