CN208608886U

CN208608886U - 具有dc电压连接元件的电力电子装置

Info

Publication number: CN208608886U
Application number: CN201820380665.3U
Authority: CN
Inventors: 彼得·贝克达尔; 英戈·博根; 于尔根·斯蒂格; 亚历山大·魏纳
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: CN108832797B; CN108832797A; JP7161863B2; JP2018190965A; US10090774B1; DE102017109706B3

Abstract

一种具有DC电压连接元件的电力电子装置，其设计为具有功率转换器模块、第一和第二DC电压端子元件以及以导电方式按正确极性连接到导体迹线的第一和第二DC电压连接元件，其中类似于第一和第二DC电压连接元件，第一和第二DC电压端子元件在各情况下始终以在它们之间布置有绝缘部件的状态形成堆叠，第一DC电压端子元件具有由此被包围在第一主平面中的第一凹部，第二DC电压连接元件具有由此被包围在第三主平面中且与第一凹部对齐的第二凹部，第二DC电压端子元件和第一DC电压连接元件布置在位于第一和第三主平面之间的第二主平面中，并且在凹部的区域中沿横向彼此间隔开。

Description

具有DC电压连接元件的电力电子装置

技术领域

本实用新型描述了一种电力电子装置，其具有功率转换器模块、壳体以及第一和第二DC电压连接元件，该功率转换器模块具有：开关设备，该开关设备具有基板，该基板具有第一和第二DC电压导体迹线；及第一和第二DC电压连接元件，所述第一和第二DC电压连接元件按照正确的极性以导电的方式连接至所述导体迹线，所述第一和第二DC电压连接元件中每一个以正确的极性并且以导电的方式与相关联的DC电压连接元件连接。DC电压连接元件优选地形成至电容器设备的连接，其被设计为该功率转换器模块的中间电路电容器。

背景技术

DE 10 2009 043 181 A1公开了一种功率转换器装置，其具有多个功率转换器组件，该功率转换器组件具有冷却设备、功率半导体模块以及对于每个电流转换器组件一个电容器设备。在这种情况中，功率半导体模块布置成邻近电容器设备。功率半导体模块的DC负载端子元件借助于平面母线连接到电容器设备，其中平面母线由具有绝缘中间层的第一和第二金属成型体构成，并且其在至少一个方向上覆盖电容器设备。通过用第一连接体和第一连接装置连接的第一金属成型体并且通过用第二连接体和第二连接装置连接的第二金属成型体，能够将两个相邻的功率转换器组件的母线以低电感的方式彼此连接。第一连接体另外地被第二连接体覆盖。

发明内容

考虑到所提及的现有技术，本实用新型的目的在于提供一种具有功率转换器模块的电力电子装置，其中功率转换器模块的DC电压端子元件与DC电压连接元件的连接采用低电感实现，并且可以简单地以机械方式实现，以用于功率转换器模块的外部连接。这种连接优选地还具有其它优点，例如消除应变。

根据本实用新型，通过一种电力电子装置来实现该目的。还描述了优选实施例。

根据本实用新型的电力电子装置被设计为具有功率转换器模块、壳体以及第一和第二DC电压连接元件，该功率转换器模块具有：开关设备，该开关设备具有基板，所述基板具有第一和第二DC电压导体迹线；以及第一和第二DC电压端子元件，第所述一和第二DC电压端子元件按照正确的极性以导电的方式连接到所述导体迹线，所述第一和第二DC电压连接元件的每一个以正确的极性并且以导电的方式连接到相关联的DC电压端子元件，其中，在DC电压端子元件和DC电压连接元件之间的各连接区域中，始终使得：

·类似于第一和第二DC电压连接元件，第一和第二DC电压端子元件以在各情况下在它们之间布置有绝缘部件的状态下形成堆叠，

·第一DC电压端子元件具有由此被包围在第一主平面中的第一凹部，优选地被完全包围，

·第二DC电压连接元件具有由此被包围在第三主平面中并且与第一凹部对齐的第二凹部，优选地被完全包围，

·第二DC电压端子元件和第一DC电压连接元件被布置在位于第一和第三主平面之间的第二主平面中，并且在凹部的区域中沿横向彼此间隔开。

在该装置中，夹紧设备以电隔离的方式延伸穿过第一凹部和第二凹部，由此，在第一DC电压端子元件与第一DC电压连接元件之间以及在第二DC电压端子元件与第二DC电压连接元件之间形成导电的夹紧连接，其中，相应的电势，即第一DC电压元件的电势与第二DC电压元件的电势被相互电绝缘。

特别有利的是，夹紧设备由一个、特别优选地仅一个夹紧元件与弹簧装置形成，夹紧元件优选地设计为贯穿螺栓。此外有利的是，夹紧设备、特别是螺栓延伸穿过壳体的与第一和第二凹部对齐的第三凹部，并且被锚固在、特别是被栓接在底板中，所述底板特别地被设计为冷却设备。特别地，该夹紧设备可以具有以绝缘材料制成的套筒，夹紧元件穿过该套筒。

特别有利的是，两个堆叠中的绝缘部件在凹部的区域中相互重叠，并且在该重叠区域中，形成与其它的凹部对齐的另一公共凹部。

该壳体优选地由耐高温塑料的材料组中的材料制成，特别是聚苯硫醚或聚对苯二甲酸丁二醇酯。另外优选的是，DC电压端子元件，并且优选地DC电压连接元件也被实施为金属膜或金属片，具有优选为300μm至2000μm、更优选为500μm至1500μm的厚度。进一步优选的是，相应的绝缘部件由具有高电介电强度的塑料的材料组中的材料制成，特别是聚酰亚胺、乙烯四氟乙烯共聚物或液晶聚合物，具有优选为50μm至500μm、更优选为75μm至150μm的厚度。

DC电压连接元件优选地形成功率转换器模块的DC电压源。

在尤其有利的设计中，壳体具有第一联接设备，该第一联接设备具有用于第一DC电压端子元件的第一支撑表面。第二DC电压连接元件布置在第二联接设备中，该第二联接设备优选地是电容器设备的一部分。这两个联接设备交错，使得在没有另外调整的情况下，DC电压端子元件和DC电压连接元件被相对彼此定位。为此，各个联接设备优选地具有轨道元件和止动元件。由此，可以实现DC电压端子元件和DC电压连接元件的特别简单的低电感组装和导电连接。

当然，根据本实用新型，除非固有地或明确地被排除掉，否则以单数提到的特征，特别是功率转换器模块，在根据本实用新型的装置中也可以存在有多个。

不言而喻的是，本实用新型的各种实施例可以单独地或以任何组合实施，以达到改进。特别是，在不脱离本实用新型范围的情况下，上述特征和下面将提到的那些特征不仅可以以特定的组合应用，而且还可以以其它组合或单独地应用。

附图说明

图1以截面图示出了第一电力电子装置的部分分解图的细节。

图2示出了组装状态下的第一电力电子装置。

图3以截面图示出了第二电力电子装置的一部分。

图4和图5以三维视图示出了第三电力电子装置的两个部件。

图6示出了该第三电力电子装置的平面图。

具体实施方式

根据图1至图3，根据本实用新型的电力电子装置1的第一和第二设计的共同之处在于功率转换器模块2，功率转换器模块2具有开关设备4，开关设备4布置在金属底板3上，金属底板3被设计为液体冷却设备。为了提供与液体冷却设备3的电绝缘以及与液体冷却设备3的热联接，该开关设备具有实施为陶瓷体的绝缘材料主体40。在背离液体冷却设备3的一侧上，该陶瓷体40具有多根导体迹线42，这些导体迹线在开关设备的操作中具有不同的电势。作为这些导体迹线42中的一条导体迹线，第一DC电压导体迹线具有第一DC电压电势，而作为另一条导体迹线，第二DC电压导体迹线具有第二DC电压电势。作为示例，开关设备形成功率转换器电路。

这些导体迹线42与绝缘材料主体40一起形成开关设备的基板，在这些导体迹线42中的至少一条导体迹线上，以标准方式布置功率半导体设备44从而构成电路。该实施例中的连接被实施为标准膜复合物46，所述标准膜复合物46由交替堆叠的导电膜和电绝缘膜制成。

为了外部连接，功率转换器模块2具有两个DC电压端子元件50、52，该两个DC电压端子元件50、52各自以导电的方式连接到承载DC电压电势的DC电压导体迹线42中的一个导体迹线。该连接以标准方式实现为焊接部，在本实例中，所述标准方式没有一般性限制。

这些DC电压端子元件50、52被用于连接至相关联的DC电压连接元件60、62，其优选地连接到电容器设备(参见图6)。

在DC电压端子元件50、52和DC电压连接元件60、62之间借助于夹紧设备7实现的连接区域中，第一DC电压端子元件50和第二DC电压端子元件52形成堆叠，其中绝缘部件54布置在该两个DC电压端子元件50、52之间(仅在图3中示出)。第一DC电压端子元件50搁置在功率转换器模块2的壳体20(仅部分地示出)的支撑表面240上。在该设计中，壳体20仅实施为壳体的一部分，因此不是如可能地且如通常做法那样完全封闭开关设备4。

在此，功率转换器模块2的壳体20由同样具有高挠曲强度的耐高温塑料制成，耐高温塑料在此是聚苯硫醚。DC电压端子元件50、52和DC电压连接元件60、62被实施为薄金属片，更精确地，被实施为铜片，厚度为700μm。在DC电压端子元件50、52之间的绝缘部件54以及在DC电压连接元件60、62之间的绝缘部件64由具有高电击穿强度的塑料制成，此处选择为乙烯四氟乙烯共聚物或液晶聚合物，厚度为100μm。

图1以截面图示出了第一电力电子装置1的细节，其中该部分在也包含夹紧设备7的平面中延伸。除了上述特征之外，夹紧设备7和DC电压连接元件60、62在此以分解图示出，而图2示出了处于组装状态的第一电力电子装置1。

如所述的，在DC电压端子元件50、52和DC电压连接元件60、62之间的连接区域中，第一DC电压端子元件50搁置在壳体20的支撑表面240上并且具有第一凹部500，第一凹部500被DC电压端子元件50完全包围。换句话说，同时参见图4，第一凹部500在第一DC电压端子元件50中形成通孔。在该截面图中，再次参照图4，从基板的侧视图中可以看出，第一DC电压端子元件50的其中与第一DC电压连接元件60形成导电接触的接触区域位于第一凹部500的远侧。在该连接区域中，第一DC电压端子元件50的延伸范围限定第一主平面HE1。

第二DC电压端子元件52相对于第一DC电压端子元件50凹进，由此，参见图4，从基板的侧视图中可以看出，其对第二DC电压连接元件62的接触区域位于第一凹部500的这一侧上。在该连接区域中，第二DC电压端子元件52的延伸范围限定第二主平面HE2，第二主平面HE2在背离冷却设备的方向上、即在正z方向上直接跟随第一主平面。

DC电压端子元件50、52的各自的接触区域位于与冷却设备3相反的侧上(见图4)，而DC电压连接元件60、62的各自的接触区域在各情况中位于面向冷却设备3的一侧上(参见图5)。当然，在替代设计中，整个构造也能够以镜像方式设计。

在从基板沿侧向、由此沿正x方向观察的第二主平面HE2中，第一DC电压连接元件60与第二DC电压端子元件52间隔开，由此导电地连接到第一DC电压端子元件50的接触区域。

第二DC电压连接元件62设置在第三主平面HE3中，第三主平面HE3在z方向上直接邻接第二主平面HE2。该第二DC电压连接元件62与第二DC电压端子元件52并且具体地与上述的其接触表面导电地接触。参见图5，第二DC电压连接元件62具有第二凹部620，该第二凹部620的设计方式与第一DC电压端子元件50的第一凹部500基本相同。该第二凹部620布置为在z方向上与第一凹部500对齐。

此外，在其第一支撑表面240的区域中，壳体20具有与第一和第二凹部对齐的且因此也在z方向上对齐的第三凹部200。在所有这些凹部200、500、620中布置提供电绝缘的绝缘材料套筒74，其包括任何必要的空气和爬电间隙，具有相应的电势。在该套筒74中设置有螺栓70，该螺栓70与弹簧部件72(在此被实施为贝氏弹簧垫圈)一起在第一DC电压端子元件50与第一DC电压连接元件60之间以及同时在第二DC电压端子元件52和第二DC电压连接元件62之间构成导电夹紧连接部。为此目的，螺栓70被简单地拧入到冷却设备3的内螺纹盲孔32中。

这些部件在此形成该装置的夹紧设备7。这种设计在许多不同的方面是有利的。首先，从生产工程的角度来看，DC电压连接元件60、62相对于DC电压端子元件50、52的布置是简单的，这是因为堆叠的DC电压连接元件60、62以简单的方式放置在DC电压端子元件50、52上，DC电压端子元件50、52也被堆叠，并且通过单个的螺栓连接形成正确极性的电连接。这里的第二个主要优点是附接到冷却设备3，这对DC电压连接元件60、62形成良好的应变消除。换句话说，该设计防止任何力作用于基板。另外，所形成的导电连接具有特别低的电感。

图3以截面图示出了第二电力电子装置1的细节，其中该截面在也包含夹紧设备7的平面中延伸。

为了解释该设计，包括图1和图2中的那些设计，这里明确地示出了绝缘部件54、64。两个堆叠的绝缘部件54、64在其中第二DC电压端子元件52与第一DC电压连接元件60横向间隔开的区域中彼此重叠。同时，该区域与绝缘部件54、64中的与第一和第二凹部500、620对齐的区域基本相同。见图4和5，绝缘部件54、64在该重叠区域中重叠并形成另一公共凹部，参见图4和5，该另一公共凹部对齐成与其它的凹部500、620齐平。

与根据图1和图2的第一种设计不同，此处，夹紧设备7不被锚固在冷却设备3中。相反，壳体3具有位于凹槽中的螺纹螺母76并且还具有弹簧装置72，螺栓70被拧紧到弹簧装置72。这允许冷却设备的或更一般地底板的在设计方面的更大自由度，同时借助于夹紧设备7保持有效应力消除。

鉴于第一凹部的合适设计，由此通过与功率转换器的工作电压相匹配的且由于绝缘要求而必需的、该凹部的充分设定尺寸的直径，可以去除如图1和2所示的单独的绝缘材料套筒。

图4和图5以三维视图示出了第三电力电子装置1的两个部件，而图6示出了该第三电力电子装置的平面图。该设计在原理上与图1和图2中所示的第一种设计相同，但比图1和图2示出了更多的结构细节，而图1和图2则以高度抽象的方式概述了结构。图4示出了功率转换器模块2的壳体20，壳体20包围开关设备4，但不覆盖开关设备4。开关设备4基本上被压力装置26覆盖，压力装置26将基板压到冷却设备(未示出)上，以产生导热连接。

壳体20具有第一联接设备24，该第一联接设备24具有第一支撑表面240，第一DC电压端子元件50的端部搁置在第一支撑表面240上。图5中所示的第一DC电压端子元件50与第一DC电压连接元件的接触区域在这里以阴影表示。第一DC电压端子元件50另外具有第一凹部500。壳体20具有与第一凹部500齐平地对齐的第三凹部。见图6，两个凹部被设计成接纳呈绝缘套筒形式的夹紧设备，螺栓70从它们穿过。

绝缘部件54和第二DC电压端子元件52直接布置在第一DC电压端子元件50上，并且在第一支撑表面240上方与其形成堆叠。参见图5，该第二DC电压端子元件52具有与第二DC电压连接元件接触的其自身的接触表面(以阴影线示出)。绝缘部件54的端部相对于第一DC电压端子元件50的端部在基板的方向上凹入。另外，第二DC电压端子元件52的端部相对于绝缘部件54的端部在相同的方向上凹入。由此，这些端部成台阶。绝缘部件54还具有另外的凹部540，该凹部540也与第一和第三凹部齐平地对齐。

图5中示出了电容器设备8，其具有用于支撑多个电容器80的框架元件82，并且形成功率转换器模块的DC电压源。该框架元件82具有第二联接设备84，在该设计中，第二联接设备与框架元件一体形成。第二DC电压连接元件62被布置且固定在该第二联接设备84中。第二DC电压连接元件62具有第二凹部620，该第二凹部620与第一和第三凹部齐平地对齐，并且还被设计成容纳上述的夹紧设备。

第二DC电压连接元件62与绝缘部件64和第一DC电压连接元件60形成堆叠，该堆叠对应于DC电压端子元件的堆叠。通过电容器设备8相对于功率转换器模块2的布置(在生产工程学角度来看，简单地通过放置实现)以使得第一、第二和第三凹部彼此对准，并且通过夹紧设备的布置，在第一DC电压端子元件和第一DC电压连接元件之间以及在第二DC电压端子元件和第二DC电压连接元件之间形成导电的夹紧连接。结果，以相同阴影表示的接触表面会相互抵靠。这在图6的平面图中示出。为定位的目的，壳体20具有第一轨道元件242，并且电容器设备8具有第二轨道元件842及止动元件844。

在该定位期间，绝缘部件的各个端部在它们的其它凹部540、640重叠的情况下彼此抵靠，其中它们各自的凹部形成另一共同的凹部，该另一共同的凹部当然与第一凹部、第二凹部和第三凹部对准，以用于容纳夹紧设备。

Claims

1.一种电力电子装置(1)，所述电力电子装置(1)具有功率转换器模块(2)、壳体(20)以及第一DC电压连接元件(60)和第二DC电压连接元件(62)，所述功率转换器模块(2)具有：开关设备(4)，所述开关设备(4)具有基板，所述基板具有第一和第二DC电压导体迹线(42，48)；及第一DC电压端子元件(50)和第二DC电压端子元件(52)，所述第一DC电压端子元件(50)和第二DC电压端子元件(52)以导电的方式按照正确的极性连接至所述导体迹线，所述第一DC电压连接元件(60)和第二DC电压连接元件(62)中的每一个以正确的极性且以导电方式连接至相关联的DC电压端子元件(50，52)，

其中，在DC电压端子元件和DC电压连接元件之间的相应的连接区域中，类似于所述第一DC电压连接元件(60)和第二DC电压连接元件(62)，所述第一DC电压端子元件(50)和第二DC电压端子元件(52)在各情况下始终以在所述第一DC电压端子元件(50)和第二DC电压端子元件(52)之间布置有绝缘部件(54，64)的状态形成堆叠，

其特征在于，

所述第一DC电压端子元件(50)具有由此被包围在第一主平面(HE1)中的第一凹部(500)，

所述第二DC电压连接元件(62)具有由此被包围在第三主平面(HE3)中并且与所述第一凹部对齐的第二凹部(620)，

所述第二DC电压端子元件(52)和所述第一DC电压连接元件(60)布置在位于所述第一和第三主平面之间的第二主平面(HE2)中，并且在凹部(500，620)的区域中沿横向彼此间隔开，

并且其中，夹紧设备(7)以电隔离的方式延伸穿过所述第一凹部(500)和第二凹部(620)，由此在所述第一DC电压端子元件(50)和所述第一DC电压连接元件(60)之间以及在所述第二DC电压端子元件(52)和所述第二DC电压连接元件(62)之间形成导电夹紧连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中

所述夹紧设备(7)利用夹紧元件和弹簧部件(72)实现。

3.根据权利要求2所述的装置，其中

所述夹紧元件设计为贯穿螺栓(70)。

4.根据权利要求2所述的装置，其中

所述夹紧设备(7)延伸穿过壳体(20)的第三凹部(200)，所述第三凹部(200)与所述第一和第二凹部对齐，并且所述夹紧设备(7)被锚固在底板(3)中。

5.根据权利要求3所述的装置，其中

所述螺栓(70)延伸穿过壳体(20)的第三凹部(200)，所述第三凹部(200)与所述第一和第二凹部对齐，并且所述螺栓(70)被栓接在底板(3)中。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中

所述底板(3)被设计为冷却设备。

7.根据权利要求2-5中任一项所述的装置，其中

所述夹紧设备(7)具有以绝缘材料形成的套筒(74)，所述夹紧元件穿过所述套筒(74)。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

两个堆叠中的绝缘部件(54，64)在所述凹部(500，620)的区域中相互重叠，并且在该重叠的区域形成与其它的凹部对齐的另一共同的凹部(540，640)。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

所述壳体(20)由耐高温塑料的材料组中的材料制成。

10.根据权利要求9所述的装置，其中

所述壳体(20)由聚苯硫醚或聚对苯二甲酸丁二醇酯制成。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

所述DC电压端子元件(50，52)被设计为金属膜或金属片。

12.根据权利要求11所述的装置，其中

所述DC电压端子元件(50，52)具有300μm至2000μm的厚度。

13.根据权利要求11所述的装置，其中

所述DC电压端子元件(50，52)具有500μm至1500μm的厚度。

14.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

各绝缘部件(54，64)由具有高电击穿强度的塑料的材料组中的材料制成。

15.根据权利要求14所述的装置，其中

各绝缘部件(54，64)由聚酰亚胺、乙烯四氟乙烯共聚物或液晶聚合物制成。

16.根据权利要求14所述的装置，其中

各绝缘部件(54，64)具有50μm至500μm的厚度。

17.根据权利要求14所述的装置，其中

各绝缘部件(54，64)具有75μm至150μm的厚度。

18.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

所述DC电压连接元件(60，62)形成所述功率转换器模块(2) 的DC电压源。

19.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其中

所述壳体(20)具有第一联接设备(24)，所述第一联接设备(24)具有用于所述第一DC电压端子元件(50)的第一支撑表面(240)，其中所述第二DC电压连接元件(62)布置在第二联接设备(84)中。

20.根据权利要求19所述的装置，其中

所述第二联接设备(84)是电容器设备(8)的一部分。

21.根据权利要求19所述的装置，其中

两个所述联接设备(24，84)交错，使得所述DC电压端子元件(50，52)和所述DC电压连接元件(60，62)相对于彼此定位，而无需另外的调整。

22.根据权利要求19所述的装置，其中

各个所述联接设备(24，84)具有轨道元件(242，842)和止动元件(844)。