CN209767397U - 用于模块式多级逆变器的模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于模块式多级逆变器的模块，所述模块具有：用于冷却阀的板件和框架元件，板件贴靠在框架元件上并且覆盖其环形开口并因此构成用于所述阀的内腔；板件和框架元件之间的接触面；在接触面前的密封元件，密封元件填充空腔，所述空腔由板件的凹部和框架元件的对置的凹部构造，或者b)由板件的凹部和框架元件的凸起部或者相反地由板件的凸起部和框架元件的凹部构成，其中，所述凸起部分别嵌入所述凹部中并且所述嵌入进行以便留下所述空腔。所述装入通过通孔进行，所述通孔从空腔出发向外延伸，并且通过所述通孔从外引入粘性的密封材料，使得其填充空腔。

Description

用于模块式多级逆变器的模块

技术领域

本实用新型涉及一种用于模块式多级逆变器的模块，其中，多个分别具有至少一个受控电气阀的模块串联地电气互联，其中，所述模块具有导热的板件，在所述板件上在一侧上布置有受控电气阀；具有环形开口的框架元件，所述板件贴靠在框架元件上，其中，所述板件覆盖环形开口并且与框架元件构成内腔，所述阀在内腔中延伸。

背景技术

在这些已知的逆变器中这种电气(子)模块通常紧邻布置和串联地电气连接。例如具有绝缘栅电极的双极晶体管(IGBT)形式的电气阀为了冷却而固定在导热的板件上。所述板件支撑在框架元件上，该框架元件具有环形开口，所述阀延伸到该环形开口中。被两个板件覆盖的环形开口分别构成模块的封闭的内腔。接触轨侧向地导引到模块壳体中用于阀门的触点接通。

文献WO 2012/156261 A2描述一种用于多级逆变器的实施例，其中可以使用电气模块，在此下文中还会说明。

尤其在能量传输技术领域中，所述电气模块负载非常大的电流，使得在组件失灵的情况中或者故障情况中，所转化的电功率会导致处于模块壳体中的一个或者多个电气组件发生爆炸式损毁；若爆炸气(例如金属/含碳粉尘、碎片等等)从模块壳体逸出，则邻近的先前还正常带电工作的电气模块会被爆炸气影响或者毁坏，因为空气间隙由于这些污染物而减小，使得会发生链式反应，多个邻近的电气模块被该链式反应损毁。这种情形在上述逆变器中 (尤其在高压领域中)会导致严重后果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种更简单的将密封元件装入模块式多级逆变器的模块中的方法和一种具有相应地装入的密封元件的模块，其中，在故障情况中或者在模块壳体的内腔中爆炸的情况中，该模块的密封元件阻止、至少明显阻碍向外的气流或者爆炸气向外排出。

上述技术问题在模块方面通过一种用于模块式多级逆变器的模块解决，其中，多个分别具有至少一个受控电气阀的模块串联地电气互联，其中，所述模块具有导热的板件，在所述板件上在一侧上布置有受控电气阀；具有环形开口的框架元件，所述板件贴靠在框架元件上，其中，板件覆盖环形开口并且与框架元件构成内腔，所述阀在内腔中延伸；按本实用新型规定，配设有：至少部分环形的接触面，板件和框架元件在所述接触面上面式接触；至少部分环形的弹性的密封元件，从环形开口径向向外观察，所述密封元件分别在所述接触面前延伸并且填充空腔，其中，所述空腔由板件的凹部和框架元件的对置的凹部构造，或者b)由板件的凹部和框架元件的凸起部或者相反地由板件的凸起部和框架元件的凹部构成，其中，所述凸起部分别嵌入所述凹部中并且所述嵌入进行以便留下所述空腔；通孔，所述通孔从空腔出发向外延伸，并且通过所述通孔能从外引入粘性的密封材料，其中，所引入的密封材料填充所述空腔并且在其固化后构成弹性的密封元件。

所述解决方案在方法方面能在一种模块上实施，其特征在于至少部分环形的空腔，所述空腔从环形开口径向向外观察分别在接触面前延伸，其中，所述空腔a)由板件的凹部和框架元件的对置的凹部构造，或者b)由板件的凹部和框架元件的凸起部或者相反地由板件的凸起部和框架元件的凹部构成，其中，所述凸起部分别嵌入所述凹部中并且所述嵌入进行以便留下空腔，其特征还在于通孔，所述通孔从空腔出发向外延伸。在这样的模块上执行的方法包括下述步骤：a)将细管导入通孔中，b)将密封材料引入空腔中，c)将密封材料固化以构成形状配合和无应力地布置在空腔中的弹性的密封元件。

所述解决方案在模块方面的特征是配设有至少部分环形的接触面和至少部分环形的弹性的密封元件，板件和框架元件在该接触面上面式接触，从环形开口径向向外观察，密封元件分别在接触面前延伸并且填充空腔，其中，所述空腔a)由板件的凹部和框架元件的对置的凹部构造，或者b)由板件的凹部和框架元件的凸起部或者相反地由板件的凸起部和框架元件的凹部构成，其中，凸起部分别嵌入所述凹部中并且所述嵌入进行以便留下空腔，其特征还在于通孔，该通孔从空腔出发向外延伸并且通过通孔能从外引入粘性的密封材料，其中，所引入的密封材料填充空腔并且在其固化后构成弹性的密封元件。

适宜的是，接触面构成闭合的环。

此外，空腔构造为闭合的环并且被连续环绕的弹性的密封环填充。

当密封环由多个相互对接、相互融合和/或相互重叠的密封元件构成时，应用的数量增多。

附图说明

下面根据实施例进一步阐述本实用新型。附图中：

图1示出具有模块壳体和密封元件的电气模块的第一实施例，

图2示出模块壳体底视图，其中去掉了冷却板，

图3示出用于按照图1的电气模块的密封元件的第二实施例，

图4示出按照图3的模块壳体仰视图，其中去掉了冷却板。

具体实施方式

图1示出电气模块1，电气模块1可作为多个子模块中的一个电串联地组装成模块式的多级逆变器(MMC)。模块1包括向外封闭的模块壳体2，相对于图1在下部的半导体电路元件3和相对于图1在上部的半导体电路元件 4处于模块壳体2中。半导体电路元件3和4是具有绝缘栅的双极晶体管 (IGBT)形式的受控电气阀。存在有接触轨5用于两个半导体电路元件3和4 的触点接通，该接触轨5侧向地从模块壳体2导出。

为了冷却下部的半导体电路元件3，模块壳体2包括在图1中下部的导热的冷却板21，在图1中下部的环形的框架元件22、在此即具有环形开口 22b的闭合框架支撑在冷却板21上，其中，冷却板21从下方覆盖环形开口 22b并且连同朝向冷却板21的框架元件22构成内腔2a的下部，下部的半导体电路元件3延伸到内腔2a的下部中。

中间的环形框架元件23处于下部的环形框架元件22上，中间的环形框架元件23构成内腔2a的中部。在图1中上部的环形框架元件24又支撑在框架元件23上。

模块壳体2向上由上部的冷却板25封闭，上部的冷却板25支撑在上部的环形框架元件24上，在此支撑在具有环形开口的闭合框架上并且用于冷却半导体电路元件4。冷却板25从上覆盖环形开口并且连同朝向冷却板25 的上部的框架元件24构成内腔2a的上部，上部的半导体电路元件4延伸到内腔2a的上部中。

在此，闭合的内腔2a由相互叠置的环形框架元件22、23、24(壳体部件22a、23a、24a)的三个环形开口和贴靠的冷却板21、25(壳体部件21a、25a) 构成。当然，环形开口也可以由唯一一个环形框架元件和两个上部的和下部的贴靠在其上的冷却板21、25构成。

接触轨5在中间的环形框架元件23和下部的环形框架元件22之间和在中间的环形框架元件23和上部的环形框架元件24之间侧向地导出。

为了将通过模块壳体2的壳体部件(壳体部件22a、23a、24a、21a、25a) 构成的夹心结构固持在一起，优选使用螺栓或者外部的紧固装置，该紧固装置为了清楚显示而在图1中并未进一步示出。例如，多个电气模块1也可以利用它们的冷却板(相互电绝缘地)彼此叠置；在这种实施方式的情况中，紧固装置优选将由夹心结构构成的堆垛物固持在一起。

此外，在按照图1的电气模块1中，存在密封环110形式的下部密封元件110e，该下部密封元件110e环形地围绕模块壳体2的内腔2a延伸并且在此构成闭合的环。(见图2)。

下部的冷却板21具有环形地围绕内腔2a延伸的凹部101，凹部101(垂直于在两个壳体部件21a和22a之间的支撑面A观察)与在下部的环形框架元件22中环形围绕的凹部102对齐，其中，凹部101和102构成闭合的空腔环形式的环形围绕的空腔H1，通道形的通孔110a从空腔H1延伸直至外部并且从外部可以触及。密封环110在两个环形的凹部101和102中延伸，具体地来说，下部的密封部段111延伸到冷却板21中，上部的密封部段112 以相应方式延伸到位于上方的下部的环形框架元件22中，在此分别垂直于两个相叠的壳体部件21a和22a的支撑面A地延伸。密封环110因此具有密封面，该密封面贴靠在两个壳体部件21a和22a的垂直于支撑面A的壁部段上。

环绕的支撑面A被两个环形的凹部101和102划分为两个间隔的环形地连续环绕的接触面A1、A2，冷却板21和框架元件22在接触面A1、A2上在支撑区域中面式地接触。密封环110总是在两个接触面A1、A2之间延伸。在按照图1的设计方案中，两个接触面A1、A2邻接在填充两个凹部101和 102的弹性的密封环110上，即两个接触面A1、A2直接伸到密封环110处。为了保证密封作用，必须分别(如此处所示)至少存在在外部连续环绕的接触面A2。

下部的密封环110通过将密封材料引入(注入)空腔H1中构成，方法是将注射管导入通孔110a(通道形的开口、注射通道)中，然后将具有合适的粘度的密封材料注入(引入)，直至空腔H1被完全填充。然后，当使用相应的密封材料时，使密封材料固化或者密封材料本身固化，使得最终弹性的密封环110形状配合地和无应力地填充空腔H1。密封环110可以部分地或者完全地延伸到注入通道110a内。但基本上，注入通道110a也可以不具有密封材料(如图1和图2中所示)，这取决于密封材料是如何注入的。

作为在图1中仅示意性示出的通孔110a的补充，还可以存在另外的通孔110b(见图2)。在图1中可见两个通孔110a，在图2中可见这两个通孔110a 以及例如两个另外的通孔110b。

图2(从下看向去掉冷却板21的模块壳体2)示出完全围绕模块壳体2的内腔2a环绕的密封环110。此外，可以看到同样仅示意性示出的通孔110a 和110b。

此外，参照图1还可以在图1中看到另外的密封环120，密封环120与密封环110一样，并且插入上部环形框架元件24的环形环绕的凹部中以及上部的冷却板25中。密封环120将上部冷却板25相对于上部的环形围绕的框架元件24密封，具体而言以结合密封环110已述的相应的方式密封。

密封环110、120可以分别由多个部分环形的弹性密封元件110e、120e 组成，多个部分环形的弹性密封元件相互对接、相互融合和/或相互重叠。从环形开口22b径向向外观察，每个部分环形的弹性密封元件110e、120e都在对应的部分环形的接触面A2前延伸并且相应地填充对应的空腔H1。

在环形的框架元件22、23和24之间的密封可以类似于在冷却板25和环形框架元件24或者在冷却板21和环形框架元件22之间的密封地进行。相应地，这三个环形密封元件22、23和24在图1中也分别直接相互贴靠，确切而言以至少一个环形地连续环绕的接触面A2相互贴靠，基于内腔2a 观察接触面A2分别位于完全环绕的空腔和布置在空腔中的密封环之后。

在直接相互贴靠的环形框架元件22、23和24之间在接触轨5的区域中的密封的特殊的设计在图1中示出，其中，在该区域中示出部分环形的密封元件，其在下文中称为板式密封元件130e。可以看到，板式密封元件130e 分别贴靠在对应的接触轨5上并且向模块壳体2的内腔2a的方向(垂直于各个框架元件之间的支撑面A或者说接触面A2)增厚或者说变宽。板式密封元件130e的相应的成形通过在环形框架元件22、23、24中空腔H3的对应的或者说互补的成形实现。

通过板式密封元件130e向内腔2a方向的变宽或者说增厚保证了在爆炸情况中，在内腔2a中的气压将板式密封元件130e的增厚的部段按照塞子或者插塞的方式继续增厚或者加宽，以此在内腔2a内部的气压升高时甚至有利地提高板式密封元件130e的密封作用。

为了实现在接触轨5的区域外部例如在下部环形框架元件22和位于其上的中间环形框架元件23之间的密封，在这两个壳体部件22a、23a之间配设有两个半环形的(一般而言部分环形的)密封元件(未示出)，这两个密封元件分别类似于在冷却板25和环形框架元件24之间的密封或者在冷却板21 和环形框架元件22之间的密封，以下部密封部段伸入下部环形框架元件22 中并且以上部密封部段伸入中间环形框架元件23的对应的凹部中。

这两个半环形的密封元件相互对置，确切而言一个密封元件的第一密封元件端部与另一个密封元件的第一密封元件端部对置以便构成第一端部对，一个密封元件的第二密封元件端部与另一个密封元件的第二密封元件端部对置以便构成第二端部对。在成对地对置的密封元件端部之间分别布置有电接触轨5，该电接触轨5与下部半导体保护元件3导电接触。

在按照图1的设计方案中，这两个半环形的密封元件和两个板式密封元件130e构成连续环绕的密封环130，其类似于密封环110、120但在接触轨 5的区域中具有径向的加宽部。弹性的密封元件在此相互对接，但也可以相互融合和/或具有相互重叠的过渡部。

类似地存在通孔130a，并且板式密封元件130e在此同样部分地或者完全地延伸到通孔130a中。通孔130a也可以如图1所示地不具有密封材料。

为了在中间环形框架元件23和上部环形框架元件24之间密封，同样配设有半环形的密封元件，该半环形的密封元件可以与前述半环形的密封元件一样。这方面参照上述设计方案。

图3示出另一个用于空腔的并且以此用于密封元件的形状和布局的实施例。

为了密封在图3中下部的冷却板21和位于其上的下部环形框架元件22，在按照图3的实施例中同样规定了环形地围绕模块壳体2的内腔2a环绕的密封元件310e，密封元件310e在此形式为闭合的密封环310。

密封环310在横截面中是u形的并且具有两个侧壁311和312，侧壁311 和312通过底壁313相连。两个侧壁311和312的每个都相对于支撑面A成角度，两个壳体部件21a和22a在支撑面A中相叠。密封环310的底壁313 优选平行于支撑面A。

在横截面中u形的密封环310处于下部冷却板21的环形围绕的凹部101 中。下部环形框架元件22的凸起部103嵌入由密封环310的两个侧壁311 和312确定的凹部101中以便留下间隙，所述间隙在此构成空腔H4，该空腔H4容纳密封环310。也即框架元件22的凸起部103嵌入冷却板21的互补的凹部101中，其中，在凸起部103和凹部101之间分别留有一个环绕的空腔H4，密封环310布置在该空腔H4中。

当然相反的设计方案也是可行的，即凸起部103布置在冷却板中并且嵌入框架元件22的互补的凹部101中。在此，凸起部103例如相对于两个壳体部件21a和22a之间的支撑面A成角度地或者垂直地延伸。

通过凸起部103在u形密封环310中的嵌入实现了在壳体部件21a和22a 之间的接口位置或者支撑面的区域中的一种回形结构或者说回形构造，在爆炸后在壳体部件之间构成缝隙的情况中气流通过该回形结构或者说回形构造必须多次掉头然后才能到达外部。以此实现气体路径的延长和与此相关地实现尽管有密封环310但可能还是逸出的剩余气体流的明显的压力和温度的减小。

此外，图3示出密封环320形式的另外的密封元件320e，该密封环320 布置在上部环形框架元件24和上部冷却板25之间并且这两个壳体部件24a、 25a以与结合密封环310所阐述的方式相同的方式密封。

与上文所述类似地，在此也存在通孔310a、320a，通过该通孔310a、 320a将具有合适的粘性的密封材料导入，密封材料构成密封环310、320。

图4类似于图2示出密封环310的俯视图，密封环310环形地围绕内腔 2a延伸。

Claims (4)

1.一种用于模块式多级逆变器的模块(1)，其中，多个分别具有至少一个受控电气阀(IGBT)的模块(1)串联地电气互联，其中，所述模块(1)具有：

导热的板件(21,25)，在所述板件(21,25)上在一侧上布置有受控电气阀(IGBT)；

具有环形开口(22b)的框架元件(22,24)，所述板件(21,25)贴靠在框架元件上，其中，所述板件(21,25)覆盖环形开口(22b)并且与框架元件(22,24)构成内腔，所述阀(IGBT)在内腔中延伸；

其特征在于配设有：

至少部分环形的接触面(A2)，板件(21,25)和框架元件(22,24)在所述接触面(A2)上面式接触；

至少部分环形的弹性的密封元件(110e,120e,130e,310e,320e)，从环形开口(22b)径向向外观察，所述密封元件(110e,120e,130e,310e,320e)分别在所述接触面(A2)前延伸并且填充空腔(H1,H2,H3,H4)，其中，所述空腔(H1,H2,H3,H4)

a)由板件(21,25)的凹部(101)和框架元件(22,24)的对置的凹部(102)构造，

或者

b)由板件(21,25)的凹部(101)和框架元件(22,24)的凸起部(103)或者相反地由板件(21,25)的凸起部和框架元件(22,24)的凹部构成，其中，所述凸起部(103)分别嵌入所述凹部(101)中并且所述嵌入进行以便留下所述空腔(H4)；

通孔(110a,110b,120a,130a,310a,320a)，所述通孔从空腔(H1,H2,H3,H4)出发向外延伸，并且通过所述通孔能从外引入粘性的密封材料，其中，所引入的密封材料填充所述空腔(H1,H2,H3,H4)并且在其固化后构成弹性的密封元件(110e,120e,130e,310,320)。

2.按照权利要求1所述的模块，

其特征在于，

所述接触面(A2)构成闭合的环。

3.按照权利要求1或2所述的模块，

其特征在于，

所述空腔(H1,H2,H3,H4)构造为闭合的环，所述闭合的环被连续环绕的弹性的密封环(110,120,130,310,320)填充。

4.按照权利要求3所述的模块，

其特征在于，

所述密封环(110,120,130,310,320)由多个相互对接、相互融合和/或相互重叠的密封元件(110e,120e,130e,310e,320e)组成。