CN215871144U - 一种变频器及其内部母排连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变频器及其内部母排连接结构。变频器内部母排连接结构包括：电容器和功率器件，所述电容器和功率器件装配于壳体上，所述电容器顶部设有电容器母排，所述功率器件顶部设有功率器件母排；所述壳体具有装配所述电容器的第一区域和装配所述功率器件的第二区域；所述第一区域内凹以使得：第一区域的底部低于所述第二区域的底部，以及所述电容器母排与功率器件母排的高度相同。本方案解决了变频器系统的可靠性与稳定性较差的问题。

Description

一种变频器及其内部母排连接结构

技术领域

本实用新型涉及电机电气技术领域。具体地，本实用新型涉及一种变频器及其内部母排连接结构。

背景技术

变频器是一种电力电子器件，用于将交流电转化为直流电。例如，变频器可以用于一体机中，为电动机提供变频可调的供电电源。变频器的作用主要包括：对输入的工频交流电进行整流，形成直流电，然后对直流电进行逆变，例如通过PWM技术形成频率可控的交流电。

例如，在一种变频器中，变频器的电路结构包括：不控整流环节、直流环节和PWM逆变环节。电容器处于直流环节，用于对整流环节产生的直流电进行滤波以消除高频干扰。变频器内部器件的安装布局结构，需要考虑整流器件(例如二极管等)、逆变器件(例如MOS管、IGBT等)和电容器之间的位置和排布。例如，整流器件、逆变器件和电容器之间往往不采用电缆连接，而是采用叠层母排(又称为复合母排)连接。与采用电缆或者配线的连接方式相比，使用叠层母线排可以提供易于设计和方便安装的系统，不仅具有低阻抗、抗干扰和高可靠性的电气性能，而且还具有节省空间、装配简洁的结构特点。然而由于电容器具有一定的高度，在与叠层母排连接时，往往需要使叠层母排异形化，从而给叠层母排乃至整个变频器相关器件的生产和制造带来麻烦，而且可能会导致电路连接方式复杂，产生大量的杂散干扰，影响整个变频器系统的可靠性和稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种变频器及其内部母排连接结构，以至少解决上述母排连接时所产生的问题。由于各个变频器内部器件的大小、高度不同，所以设计人员可以采用异形的叠层母排来将各个器件连接起来。但是异形的叠层母排也带来了诸多问题，特别是产生了大量的杂散干扰，影响电路的电气性能。基于此，本实用新型采用一种变频器内部母排的连接结构，不采用异形的母排，而通过改变部分变频器壳体的形状结构来解决杂散干扰的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种变频器内部母排连接结构，包括：电容器和功率器件，所述电容器和功率器件装配于壳体上，所述电容器顶部设有电容器母排，所述功率器件顶部设有功率器件母排；所述壳体具有装配所述电容器的第一区域和装配所述功率器件的第二区域；所述第一区域内凹，以使得第一区域的底部低于所述第二区域的底部，以及所述电容器母排与功率器件母排的高度相同。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述第二区域的底部设有水冷板，所述功率器件安装在所述水冷板上。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述第一区域包括开口，所述开口上围设有多个侧板，侧板上安装有底板以形成内凹结构。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述第二区域包括第一凹槽，所述第一凹槽用于装配所述水冷板。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述第一凹槽底部设有第一通孔，所述第一通孔用于减少壳体的重量。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述第一凹槽底部还设有第二通孔，所述第二通孔与所述水冷板的进出水口的位置对应。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述壳体上还设置有第三通孔，第三通孔在所述第一区域和第二区域之外，所述第三通孔为进出线孔，用于提供线缆进出变频器的通道。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述壳体上还设有安装结构，用于与变频器固定连接。

在本实用新型第一方面的一个实施例中，所述安装结构包括螺纹孔。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种变频器，包括如上述任一实施例所述的变频器内部母排连接结构。

本实用新型不采用异形母排，而是将壳体分为第一区域和第二区域，第一区域用于装配电容器，第二区域用于装配功率器件，而且第一区域比第二区域的高度低，即在第一区域形成了一个局部的内凹结构，将高度较高的电容器安装到该内凹结构中。因此，虽然电容器的高度相比于功率器件较高，但是在将电容器和功率器件均放入壳体后，电容器和功率器件的顶部便可以在同一水平面上，在此情况下，通过一般的母排(即非异形的母排)即可将电容器和功率器件顶部的端子导电连接起来，而采用一般的母排不会产生大量的杂散干扰，从而解决了现有技术的问题，提高了整个变频系统的可靠性和稳定性。再者，由于母排结构处于同一水平面上，不仅有利于实际安装，而且也有利于后期检修工作和出现问题时的排查工作。进一步地，由于内凹的壳体结构能够降低变频器的整体高度，减少了变频器内部的多余空间，使得变频器的空间利用更加充分。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是现有技术的变频器内部母排连接结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的变频器内部母排连接结构的第一视角视图；

图3是根据本实用新型实施例的变频器内部母排连接结构的第二视角视图；

图4是根据本实用新型实施例的变频器壳体结构示意图；

图5是一种变频器的电路原理图。

图1至图5中包括：壳体1，水冷板2，电容器3，功率器件4，功率器件母排5，电容器母排6，连接点10，底板11，第一凹槽13，第一通孔14，第二通孔15，第三通孔16，第一区域21，第二区域22，整流单元41和逆变单元42。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1展示了现有技术的一种变频器内部的电容器母排与功率器件母排连接结构图。图1展示的仅仅是变频器的一部分，而不是整个变频器，例如壳体1仅仅是整个变频器壳体的一部分或者变频器壳体的一个组件。

如图1所示，按照从左至右的顺序，变频器的壳体1内部设置有若干个电容器3和功率器件4，功率器件4处于水冷板2的上方，水冷板2固定在壳体1中。电容器3的顶部设置电容器母排6，功率器件4的顶部设置有功率器件母排5。电容器母排6与功率器件母排5需要连接在一起。由于电容器3的高度较高，而水冷板2和功率器件4的高度较低，因此可以将功率器件母排5制成Z型，使得功率器件母排5能够补偿电容器3与功率器件4的高度差。采用这种形式的母排连接结构，会在电路中产生较大的杂散干扰，不利于电路的稳定运行。另外，为了容纳电容器3，变频器的壳体1的整体高度也较高，不利于设备的小型化。

上文中涉及的功率器件是指构成整流电路和逆变电路的IGBT器件、电力MOS管等电力电子器件及其组件。如图5所示给出了一种变频器的电路原理图，包括整流单元41、电容器3和逆变单元42，电容器3包括多个电容器，例如电容C1和电容C2，整流单元41包括若干二极管，如二极管D1，二极管D2，二极管D3和二极管D4，四个二极管构成H桥整流电路；逆变单元包括若干IGBT，如IGBT Q1，IGBT Q2，IGBT Q3，IGBT Q4，IGBT Q5和IGBT Q6构成三相全桥逆变电路。例如在对变频器输入工频交流电时，在一个半周期，工频交流电流经过二极管D4、电容器C2、电容器C1和二极管D1，在电容器C2和电容器C1上产生直流电压，电容器C2和电容器C1用于稳定直流回路电压和滤波；在另一个半周期，工频交流电经过经过二极管D2、电容器C2、电容器C1和二极管D3，在电容器C2和电容器C1上产生直流电压，电容器C2和电容器C1用于稳定直流回路电压和滤波。因此，二极管D1，二极管D2，二极管D3和二极管D4；构成H桥整流电路，对工频交流电进行整流。IGBT Q1，IGBT Q2，IGBT Q3，IGBT Q4，IGBT Q5和IGBT Q6构成三相全桥逆变电路，其中，每个IGBT还并联有反向二极管(图中未示出)，IGBTQ1和IGBT Q2构成第一桥臂，IGBT Q3和IGBT Q4构成第二桥臂，IGBT Q5和IGBT Q6构成第三桥臂，每个桥臂分为上IGBT和下IGBT。可以采用的控制方式包括：每个桥臂导电180°，即在一个正弦周期中，每个桥臂的IGBT开通半个周期；每个桥臂的上IGBT和下IGBT交替导通，各桥臂的导电角度相差120°；任一时刻，有三个桥臂同时导通。通过这种控制方式，即可输出三相交流电，结合PWM控制方式，可以控制输出的三相交流电的频率。总而言之，功率器件4包括整流单元和逆变单元的二极管、IGBT等电力电子器件及其组件。

为了解决上述变频器内部母排连接结构导致的变频器稳定性差问题，本实用新型提供了一种可行的解决方案。下面结合附图进行说明。

图2展示了根据本实用新型实施例的变频器内部母排连接结构的第一视角视图；图3展示了根据本实用新型实施例的变频器内部母排连接结构的第二视角视图；图2和图3分别从主视和侧视两个角度展示了变频器内部母排连接结构，请结合图2和图3进行阅览。

如图2和图3所示，一种变频器内部母排连接结构包括：壳体1，水冷板2，电容器3，功率器件4，功率器件母排5和电容器母排6。按照图示方向，壳体1的左侧为第一区域，右侧为第二区域。第一区域用于装配电容器3，第二区域用于装配功率器件4。

第一区域具有一个内凹的空间，该内凹的空间内可以用于放置电容器3。第二区域上可以用于放置水冷板2和功率器件4。由于电容器3的高度较高，而水冷板2和功率器件4的高度较低(即电容器3的高度大于水冷板2和功率器件4的高度之和)，因此第一区域的内凹的深度应当与水冷板2和功率器件4的高度之和相适应，使得将电容器3装入第一区域，且水冷板2和功率器件4装入第二区域后，电容器3的顶部和功率器件4的顶部基本在同一水平面内。基于此，安装在电容器3顶部的电容器母排6、安装在功率器件4顶部的功率器件母排5也在同一水平面上。

如图3所示，电容器母排6与电容器3的顶部端子电连接，功率器件母排5与功率器件4的顶部端子电连接，电容器母排6和功率器件母排5于连接点10处结合起来，从而实现电容器3与功率器件4的电连接，形成如图5所示的电路结构。所有的电容器3通过电容器母排6连接起来，所有的功率器件4通过功率器件母排5连接起来；电容器母排6和功率器件母排5在连接点10的位置压接，两个母排上伸出的铜排通过螺栓紧固在一起。举例来说，变频器包括多个电容器，各个电容器之间形成串联和/或并联的电气结构，电容器母排6将若干电容器并联和/或串联起来，形成两个连接端子，一个端子对应整个电容器的正极端(例如图5中电容器C2的下端)，另一个端子对应整个电容器的负极端(例如图5中电容器C1的上端)。功率器件母排5将二极管、IGBT及其组件连接起来，形成功率器件的直流正端和直流负端，例如，直流正端对应图5中IGBT Q2、IGBT Q4、IGBT Q6的下端，直流负端对应图5中IGBT Q1、IGBT Q3、IGBT Q5的上端。最后，电容器母排6的正极端与功率器件母排5的直流正端通过铜排、螺栓连接起来，电容器母排6的负极端和功率器件母排5的直流负端通过铜排、螺栓连接起来。

如图2所示的壳体1是一种内凹型壳体，该内凹型壳体承担了电容器3、水冷板2组件的安装和固定作用。壳体1的第一区域内凹以使得第一区域的底部低于第二区域的底部，以及电容器母排与逆变器母排的高度相同。本实用新型实施例的上述母排直连结构，所有需要安装固定的位置均在同一平面上，不仅便于实际安装，而且也有利于后期检修工作和出现问题时的排查工作。而且电容器3内嵌到壳体1中的结构，降低了变频器的整体高度，减少了变频器内部的多余空间，使得变频器的空间利用更加充分。最重要的是，上述母排直连结构，避免采用异形母排，是电气距离最短的连接方式，从而可以将杂散电感降到了最低，有效地提高了整个系统的稳定性。

进一步地，功率器件4是发热器件，因此可以安装在水冷板2上，通过外接的水冷却系统可以实现对功率器件4的冷却降温。

图4展示了根据本实用新型实施例的壳体结构。需要说明的是，图4所展示的壳体1仅仅是整个变频器壳体的一部分；同理，图2和图3中的壳体1也是整个变频器壳体的一部分，该壳体1可以与变频器壳体的其他部分连接起来形成整个变频器壳体。

如图4所示，壳体左侧的第一区域(即用于安装电容器3的区域)的结构可以是，在第一区域上开口，开口上围设有四块侧板，侧板上安装底板11，侧板与壳体、侧板之间、侧板与底板11焊接固定以形成上述内凹结构。在其他实施例中，也可以采用铸造或其他工艺来形成壳体1的内凹结构。

壳体右侧的第二区域(即用于安装水冷板2和功率器件4的区域)的结构可以是，在第二区域开设一个第一凹槽13，该第一凹槽13能够对水冷板2起到支撑作用。在第一凹槽13底部开设有第一通孔14，从图4中可以看出，第一通孔14的面积较大，占据了第二区域22的较大部分，因此第一通孔14属于减重孔，可以起到减少壳体1重量的作用，从而限制整个设备的重量。

上述第一凹槽13的底部，如图4中第一通孔14的右侧还设有第二通孔15，第二通孔15与水冷板2的进出水口的位置相对应，在水冷板2装配到第一凹槽13中后，外部的水冷管线可以通过该第二通孔15连接到水冷板2的进出水口。

进一步地，如图4所示，壳体1上还设置有第三通孔16，第三通孔16处于第一凹槽13的右侧，即在所述第一区域和第二区域之外，第三通孔16为进出线孔，用于提供线缆进出变频器的通道。例如，外部的交流电源线可以通过第三通孔16进入到变频器内部；又如，变频器内部的输出电缆可以通过第三通孔16连接到进线腔室。

又进一步地，壳体1上还设有安装结构，用于与变频器的其他部分连接。上述安装结构可以是如图4所示的壳体1周围的螺纹孔，利用这些螺纹孔，通过螺栓将壳体1连接到整个变频器的外壳上。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种变频器，该变频器可以是采用上述实施例中的变频器内部母排连接结构的变频器，例如，该变频器具有如图2、图3和/或图4所示的母排连接结构，采用部分内凹的壳体结构以容纳高度较高的电容器，使电容器母排6和功率器件母排5处于同一水平面上，从而使得整个变频器的电气稳定性和可靠性提高，而且使得变频器内部空间的利用更加合理高效，降低变频器的整体高度。

在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用对本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (10)

1.一种变频器内部母排连接结构，其特征在于，包括：

电容器和功率器件，所述电容器和功率器件装配于壳体上，所述电容器顶部设有电容器母排，所述功率器件顶部设有功率器件母排；所述壳体具有装配所述电容器的第一区域和装配所述功率器件的第二区域；

所述第一区域内凹，以使得第一区域的底部低于所述第二区域的底部，以及所述电容器母排与功率器件母排的高度相同。

2.根据权利要求1所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述第二区域的底部设有水冷板，所述功率器件安装在所述水冷板上。

3.根据权利要求1所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述第一区域包括开口，所述开口上围设有多个侧板，侧板上安装有底板以形成内凹结构。

4.根据权利要求2所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述第二区域包括第一凹槽，所述第一凹槽用于装配所述水冷板。

5.根据权利要求4所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述第一凹槽底部设有第一通孔，所述第一通孔用于减少壳体的重量。

6.根据权利要求5所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述第一凹槽底部还设有第二通孔，所述第二通孔与所述水冷板的进出水口的位置对应。

7.根据权利要求6所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述壳体上还设置有第三通孔，第三通孔在所述第一区域和第二区域之外，所述第三通孔为进出线孔，用于提供线缆进出变频器的通道。

8.根据权利要求1所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述壳体上还设有安装结构，用于与变频器固定连接。

9.根据权利要求8所述的变频器内部母排连接结构，其特征在于，所述安装结构包括螺纹孔。

10.一种变频器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的变频器内部母排连接结构。

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