DE202013007444U1 - Electronic module and modular electronic system - Google Patents

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Abstract

Modulares Elektroniksystem (150) für mittlere oder hohe Spannungen, umfassend: – einen Schrank (160) mit einer Anzahl von in einem Array angeordneten Schlitzen (120), – mindestens ein in einem Schlitz (120) des Schranks vorgesehenes Elektronikmodul (100), wobei das Modul umfasst: – ein Gehäuse (10) mit einer dreidimensionalen Form mit einer Gehäusewand (30), die ein dielektrisches Material umfasst, und einer an eine Seite (70) der Gehäusewand (30) angrenzenden feldformenden leitfähigen Schicht (60), – eine elektronische Einrichtung (20), die sich in dem Gehäuse (10) befindet; wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) elektrisch mit einem vordefinierten elektrischen Potential (P) verbindbar ist, das in einem Betriebszustand des modularen Elektroniksystems (150) anwesend ist.A modular medium or high voltage modular electronics system (150) comprising: - a cabinet (160) having a plurality of slots (120) arranged in an array, - at least one electronics module (100) provided in a slot (120) of the cabinet; the module comprises: - a housing (10) having a three-dimensional shape with a housing wall (30) comprising a dielectric material and a field-forming conductive layer (60) adjacent to one side (70) of the housing wall (30) electronic device (20) located in the housing (10); wherein the field-forming conductive layer (60) is electrically connectable to a predefined electrical potential (P) that is present in an operating state of the modular electronic system (150).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft Elektronikmodule und -systeme und insbesondere die Isolation von Elektronikmodulen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein modulares elektrisches und/oder elektronisches System mit Modulen, die Komponenten aufweisen, die sich in mindestens einem Gehäuse befinden.The present disclosure relates to electronic modules and systems, and more particularly to the isolation of electronic modules. In particular, the invention relates to a modular electrical and / or electronic system with modules having components located in at least one housing.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Leistungselektronik-Baublöcke (PEBB) werden in vielfältigen Anwendungen verwendet, zum Beispiel bei der Spannungsumwandlung. Dabei ist es insbesondere im Mittel- bis Hochspannungsbereich eine schwierige Aufgabe, die beteiligten auf Halbleitern basierenden Schaltkreise platzsparend zu integrieren und gleichzeitig die Anforderungen in Bezug auf Wärmeableitung, d. h. Kühlung, und Sicherheit vor dem Problem von Teilentladungen zu erfüllen.Power electronics building blocks (PEBB) are used in a variety of applications, such as voltage conversion. It is a difficult task, in particular in the medium to high voltage range, to integrate the semiconductor-based circuits involved in a space-saving manner while at the same time meeting the requirements with regard to heat dissipation, ie. H. Cooling, and safety to meet the problem of partial discharges.

Es erfolgten einige Versuche, derartige PEBB durch feste Materialien, z. B. durch Verwendung von dielektrischen Gehäusen, zu isolieren. Beispiele für solche Konzepte finden sich in Berth M.: ”New Main Circuits, HV-Design of Submodules”, ABB-Report, HIP49/ATP5-3 , und in Steiner M., Reinold, H.: ”Medium Frequency Topology in Railway Applications”, European Railway Review (EPE), 2007, Aalborg, Dänemark . Keiner dieser Ansätze hat jedoch bisher zu einer Anwendung in vermarktbaren PEBB-Produkten geführt, was teilweise auf andauernde Probleme mit Teilentladungen zurückzuführen ist.There have been some attempts to make such PEBBs by solid materials, e.g. B. by using dielectric housings to isolate. Examples of such concepts can be found in Berth M .: "New Main Circuits, HV Design of Submodules", ABB Report, HIP49 / ATP5-3 , and in Steiner M., Reinold, H .: "Medium Frequency Topology in Railway Applications", European Railway Review (EPE), 2007, Aalborg, Denmark , However, none of these approaches has hitherto led to application in marketable PEBB products, in part due to persistent partial discharge problems.

Angesichts des Obigen werden Leistungselektronikmodule und -systeme benötigt, die die Nachteile der bekannten Lösungen vermeiden.In view of the above, power electronics modules and systems are needed that avoid the disadvantages of the known solutions.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die oben erwähnten Probleme werden durch ein modulares Elektroniksystem nach Anspruch 1 mindestens teilweise gelöst.The above-mentioned problems are at least partially solved by a modular electronic system according to claim 1.

In einem ersten Aspekt wird ein modulares Elektroniksystem für mittlere und hohe Spannungen bereitgestellt. Das System umfasst einen Schrank mit einer Anzahl von in einem Array angeordneten Schlitzen, mindestens ein in einem Schlitz des Schranks vorgesehenes Elektronikmodul, wobei das Modul ein Gehäuse mit einer dreidimensionalen Form umfasst, das eine Gehäusewand aufweist, die ein festes dielektrisches Material umfasst, und eine feldformende leitfähige Schicht, die an eine Seite der Gehäusewand angrenzt, und eine elektronische Einrichtung, die sich in dem Gehäuse befindet, wobei die feldformende leitfähige Schicht in einem Betriebszustand des modularen Elektroniksystems elektrisch mit einem vordefinierten elektrischen Potential verbindbar ist.In a first aspect, a modular medium and high voltage electronics system is provided. The system comprises a cabinet having a number of slots arranged in an array, at least one electronic module provided in a slot of the cabinet, the module comprising a housing with a three-dimensional shape having a housing wall comprising a solid dielectric material and a housing field-forming conductive layer adjacent to one side of the housing wall and an electronic device located in the housing, wherein the field-forming conductive layer in an operating state of the modular electronic system is electrically connectable to a predefined electrical potential.

Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor.Other aspects, advantages, and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description, and the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Rest der Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eine volle und befähigende Offenbarung einschließlich der besten Art davon für Durchschnittsfachleute genauer dargelegt.Throughout the remainder of the description, a full and enabling disclosure, including the best mode thereof, will be more particularly apparent to those of ordinary skill in the art, with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch eine teilweise Querschnittsansicht eines Gehäuses für ein System gemäß Ausführungsformen; 1 schematically a partial cross-sectional view of a housing for a system according to embodiments;

2 schematisch eine perspektivische Vorderansicht eines Elektronikmoduls für ein System gemäß Ausführungsformen; 2 schematically a front perspective view of an electronic module for a system according to embodiments;

3 schematisch eine Querschnittsansicht eines Gehäuses eines Elektronikmoduls für ein System gemäß Ausführungsformen; 3 schematically a cross-sectional view of a housing of an electronic module for a system according to embodiments;

4 eine perspektivische Vorderansicht eines rahmenartigen Isolationskörpers für ein Gehäuse gemäß Ausführungsformen; 4 a front perspective view of a frame-like insulating body for a housing according to embodiments;

5 schematisch eine Vorderansicht eines Systems gemäß Ausführungsformen; 5 schematically a front view of a system according to embodiments;

6 schematisch eine perspektivische Vorderansicht eines Systems gemäß Ausführungsformen; 6 schematically a front perspective view of a system according to embodiments;

7 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Systems gemäß Ausführungsformen. 7 a cross-sectional side view of a system according to embodiments.

8 schematisch eine Simulation des elektrischen Felds in einem beispielhaften modularen Elektroniksystem. 8th schematically a simulation of the electric field in an exemplary modular electronic system.

9 schematisch eine Simulation des elektrischen Felds in einem modularen Elektroniksystem gemäß Ausführungsformen. 9 schematically a simulation of the electric field in a modular electronic system according to embodiments.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Es wird nun im Einzelnen auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, wofür ein oder mehrere Beispiele in jeder Figur dargestellt sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung angegeben und ist nicht als Beschränkung gedacht. Zum Beispiel können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale auf oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch weitere Ausführungsformen zu ergeben. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung solche Modifikationen und Abwandlungen einschließt.Reference will now be made in detail to various embodiments, for which one or more examples are shown in each figure. Each example is given by way of illustration and is not intended to be limiting. For example For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be used on or in conjunction with other embodiments to yield still further embodiments. It is intended that the present disclosure include such modifications and variations.

Innerhalb der folgenden Beschreibung der Zeichnungen beziehen sich dieselben Bezugszahlen auf dieselben Komponenten. Im Allgemeinen werden nur die Unterschiede mit Bezug auf die einzelnen Ausführungsformen beschrieben. Wenn in einer Figur mehrere identische Posten oder Teile erscheinen, tragen nicht alle der Teile Bezugszahlen, um das Erscheinungsbild zu vereinfachen.Within the following description of the drawings, the same reference numerals refer to the same components. In general, only the differences will be described with reference to the individual embodiments. If several identical items or parts appear in a figure, not all of the parts bear reference numbers to simplify the appearance.

Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen Komponenten und/oder Schritten, die hier beschrieben werden, benutzt werden. Stattdessen kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen implementiert und verwendet werden.The systems and methods described herein are not limited to the specific embodiments described, but components of the systems and / or steps of the methods may be used independently and separately from other components and / or steps described herein. Instead, the exemplary embodiment may be implemented and used in conjunction with many other applications.

Obwohl in bestimmten Zeichnungen und nicht in anderen spezifische Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sein können, dient dies lediglich der Zweckmäßigkeit. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann ein beliebiges Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit einem beliebigen Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung erwähnt und/oder beansprucht werden.Although specific features of various embodiments of the invention may be shown in certain drawings and not in others, this is for convenience only. In accordance with the principles of the invention, any feature of a drawing may be mentioned and / or claimed in combination with any feature of any other drawing.

Im Allgemeinen betreffen Ausführungsformen der Erfindung modulare Elektroniksysteme, die eine Vielzahl von Elektronikmodulen aufweisen. Die Module umfassen Gehäuse und Mittel- bis Hochspannungs-Elektronikschaltungen, d. h. Leistungsschalter, die zusammen ein Elektronikmodul, zum Beispiel ein PEBB, bilden. Die Gehäuse umfassen ein dielektrisches Material, das entweder auf einer Innen- oder einer Außenseite eine leitfähige Schicht aufweist. Es können mehrere Gehäuse in einem Array, zum Beispiel einer m×n-Matrix (d. h. einer m-mal-n-Matrix) angeordnet werden. Dabei können die Gehäuse so angeordnet werden, dass sie jeweils über Anbringungselemente an den äußeren Seiten der Gehäuse aneinander angebracht eingefügt werden können. Bei Ausführungsformen können die Gehäuse ziehbar in einem Rack oder Schrank montiert sein, sodass die elektrischen Kontakte (Betriebsspannung, Masse usw.) typischerweise auf der Rückseite der Module vorgesehen sind. Die Ausdrücke Schrank und Rack werden hier austauschbar verwendet, wobei sie nicht unbedingt geschlossene Körper sind; sie können auch selbst geformte Elemente zum Einfügen von Elektronikmodulen sein. Der oben erwähnte Ausdruck „Mittelspannung” wird als eine Nennspannung von etwa 1000 Volt bis zu etwa 36000 Volt (Gleichstrom oder im Fall von Wechselstrom Effektivspannung) verstanden. Eine Spannung, die höher als diese ist, wird im Folgenden als „Hochspannung” betrachtet. Man muss beachten, dass die Geräte in der Lage sein müssen, Impulsspannungen (z. B. einem Blitzimpuls) widerstehen zu können, die typischerweise viel größer sind (z. B. über 100 kV), selbst für MV-Geräte. Es wird z. B. auf IEC 61800-5-1, Tab. 8 , verwiesen.In general, embodiments of the invention relate to modular electronic systems having a plurality of electronic modules. The modules include packages and medium to high voltage electronic circuits, ie, power switches, which together form an electronic module, for example a PEBB. The housings comprise a dielectric material having a conductive layer on either an inside or outside. Multiple packages may be arranged in an array, for example, an m × n matrix (ie, an m by n matrix). In this case, the housings can be arranged so that they can be inserted in each case via attachment elements on the outer sides of the housing attached to each other. In embodiments, the housings may be pullably mounted in a rack or cabinet such that the electrical contacts (power, ground, etc.) are typically provided on the back of the modules. The terms cabinet and rack are used interchangeably herein, and are not necessarily closed bodies; they may also be self-molded elements for inserting electronic modules. The term "medium voltage" referred to above is understood as a rated voltage of about 1000 volts to about 36000 volts (DC or, in the case of AC RMS voltage). A voltage higher than this is hereinafter referred to as "high voltage". It should be noted that the devices must be able to withstand pulse voltages (eg, a lightning pulse) that are typically much larger (eg, over 100 kV), even for MV devices. It is z. B. on IEC 61800-5-1, Tab. 8 , referenced.

Das dielektrische Material des Gehäuses genügt den Normen bezüglich fester Isolation gegenüber benachbarten Gehäusen bzw. Modulen. Die Dicke des Dielektrikums ist gemäß der Durchschlagstärke des Materials, den angelegen Spannungen und der individuellen Konfiguration des Systems dimensioniert. Dabei ist die Seite mindestens eines mit einer leitfähigen Schicht beschichteten Gehäuses in einem Betriebszustand des jeweiligen Elektronikmoduls mit einem definierten Potential verbunden, sodass die leitfähige Schicht effektiv eine feldformende leitfähige Schicht ist.The dielectric material of the housing meets the standards with respect to solid insulation with respect to adjacent housings or modules. The thickness of the dielectric is dimensioned according to the thickness of the material, the voltages and the individual configuration of the system. In this case, the side of at least one housing coated with a conductive layer is connected to a defined potential in an operating state of the respective electronic module, so that the conductive layer is effectively a field-forming conductive layer.

Typischerweise wird das Gehäuse so gebildet, dass die leitfähige Schicht, die sich auf der Innenseite oder Außenseite des Gehäuses befindet, eine glatte Oberfläche aufweist und im Wesentlichen frei von scharfen Kanten ist, um so lokale Spitzenwerte zu vermeiden, die Teilentladung fördern könnten. Die leitfähige Schicht bedeckt entweder die gesamte äußere oder innere Oberfläche der Gehäusewand oder bedeckt in anderen Fällen mehrere Bereiche der Gehäusewand, die sich um Kantenteile des Gehäuses herum befinden, wobei Bereiche auf den Seiten des Gehäuses nicht durch die leitfähige Schicht bedeckt werden. Falls das Gehäuse eine Kastenform aufweist, kann daher die leitfähige Schicht nur Bereiche um die Kantenteile herum bedecken, sodass die leitfähige Schicht eine Gesamtform eines Kastenrahmens aufweist, während das dielektrische Gehäuse im Wesentlichen ein geschlossener Kasten mit Ventilationsöffnungen vorne und hinten sein kann. Außerdem kann das dielektrische Gehäuse dieselbe Kastenrahmenform wie die oben beschriebene leitfähige Schicht aufweisen, sodass bestimmte oder alle Seiten des Kastens bzw. Cuboids ausgelassen werden. Außerdem können eine oder mehrere der Seitenoberflächen (das heißt, alle sechs Seiten eines Cuboids) einzeln mit einer leitfähigen Schicht beschichtet sein, sodass die leitfähige Schicht mindestens einen Oberflächenbereich bedeckt, der einen Zwischenteil zwischen Kantenteilen der dielektrischen Gehäusewand bildet.Typically, the housing is formed such that the conductive layer located on the inside or outside of the housing has a smooth surface and is substantially free of sharp edges so as to avoid localized peaks that could promote partial discharge. The conductive layer covers either the entire outer or inner surface of the housing wall or, in other cases, covers multiple areas of the housing wall that are around edge portions of the housing, with areas on the sides of the housing not covered by the conductive layer. Therefore, if the housing has a box shape, the conductive layer may cover only areas around the edge portions, so that the conductive layer has an overall shape of a box frame, while the dielectric housing may be substantially a closed box with front and rear ventilation holes. In addition, the dielectric housing may have the same box frame shape as the conductive layer described above, so that any or all sides of the box or cuboid are omitted. In addition, one or more of the side surfaces (ie, all six sides of a cuboid) may be individually coated with a conductive layer such that the conductive layer covers at least a surface area that forms an intermediate portion between edge portions of the dielectric housing wall.

Durch Verbinden der leitfähigen Schicht, zum Beispiel auf der Innenseite der Gehäusewand, mit einem Potential, das mit dem Potential der elektronischen Schaltung in dem Modul identisch ist, kann eine Homogenisierung des elektrischen Felds in dem Luftspalt zwischen angrenzenden bzw. benachbarten Modulen erzielt werden.By connecting the conductive layer, for example on the inside of the housing wall, with a potential that matches the potential of the electronic circuit in the module is identical, a homogenization of the electric field in the air gap between adjacent or adjacent modules can be achieved.

Aufgrund des homogenisierten elektrischen Felds in dem Luftspalt kann ferner ein schmalerer Luftspalt konzipiert werden, als mit einem herkömmlichen dielektrischen Gehäuse möglich wäre.Furthermore, due to the homogenized electric field in the air gap, a narrower air gap can be designed than would be possible with a conventional dielectric housing.

Ferner kann eine leitfähige Schicht auf der Innenseite des Gehäuses von der elektronischen Schaltung isoliert werden und potentialfrei sein, oder die leitfähige Schicht kann mit Masse verbunden werden.Further, a conductive layer on the inside of the housing may be isolated from the electronic circuit and be floating, or the conductive layer may be connected to ground.

Bei Ausführungsformen bedeckt die leitfähige Schicht (die hier auch als feldformende leitfähige Schicht bezeichnet wird) mindestens 30 bis 40% der Gesamt-Innenseite der Gehäusewand oder mindestens 30 bis 40% der Gesamt-Außenseite der Gehäusewand. Die feldformende leitfähige Schicht kann in Form einer Beschichtung aufgebracht werden, die auf die Gehäusewand nach deren Bildung aufgebracht wird.In embodiments, the conductive layer (also referred to herein as a field-forming conductive layer) covers at least 30-40% of the total interior surface of the housing wall or at least 30-40% of the overall exterior surface of the housing wall. The field-shaping conductive layer may be applied in the form of a coating which is applied to the housing wall after its formation.

Bei Ausführungsformen kann die Gehäusewand typischerweise eine Einzelkörper-Gehäusewand sein. Die Gehäusewand umfasst typischerweise einen Polymerkunststoff und/oder ein faserverstärktes Polymer (FRP) und/oder ein Polymerharz und/oder eine Keramik. Mit Ausnahme von Keramik als ausschließliches Material des Gehäuses kann es durch einen Prozess wie Spritzguss, Formen oder Pultrusion integral gebildet werden. Außerdem kann die Gehäusewand aus mehreren Stücken gebildet werden, zum Beispiel aus zwei Hälften, die zusammen eine Kastenform bilden. Abhängig von den Anforderungen und der Verwendung des Gehäuses kann die Gehäusewand 30 eine Faserverstärkung umfassen, die auf Holz oder Zellulose basierende Materialien umfassen kann. Wenn die elektrisch leitfähige Schicht ein Polymer ist, kann sie auch auf die Gehäusewand zum Zeitpunkt ihrer Herstellung oder kurz danach gegossen werden.In embodiments, the housing wall may typically be a single body housing wall. The housing wall typically comprises a polymer plastic and / or a fiber reinforced polymer (FRP) and / or a polymer resin and / or a ceramic. With the exception of ceramic as the exclusive material of the housing, it can be integrally formed by a process such as injection molding, molding or pultrusion. In addition, the housing wall can be formed of several pieces, for example of two halves, which together form a box shape. Depending on the requirements and the use of the housing, the housing wall 30 fiber reinforcement, which may include wood or cellulose based materials. If the electrically conductive layer is a polymer, it may also be cast on the housing wall at the time of its manufacture or shortly thereafter.

Das Gehäuse kann vielfältige Formen aufweisen; typischerweise besitzt es die Form eines Cuboids bzw. eines Kastens. Es kann jedoch auch eine sechseckige Form aufweisen oder eine Kombination von mehr als einem Cuboid verschiedener Größen oder Formen sein. Typischerweise besitzt das Gehäuse oder der Kasten Öffnungen vorne und hinten, jeweils auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen, die als Abstände für Kühlluft für die elektronischen Schaltkreise im Inneren dienen. Daher bildet das Gehäuse eine Art von Kanal oder Röhre von vorne nach hinten zur Luftkühlung. Diese röhrenförmige Form weist nicht unbedingt einen kreisförmigen Querschnitt auf, sondern kann vielfältige Querschnittsformen aufweisen, wie etwa Quadrate, Dreiecke, Sechsecke oder dergleichen. Vorne und hinten, wo das Gehäuse Öffnungen aufweist, bzw. um die Öffnungen herum, enden die leitfähigen Schichten auf der Innenwand oder Außenwand des Gehäuses, um zum Beispiel den Isolationsnormen bezüglich Luftabstand und Kriechstrom zu genügen. Bei Ausführungsformen können abhängig von dem individuellen Aufbau auch Rillen in dem dielektrischen Material des Gehäuses vorgesehen/strukturiert werden, um die Kriechstrom-Oberflächendistanz zu vergrößern.The housing may have various shapes; it typically has the shape of a cuboid or a box. However, it may also have a hexagonal shape or be a combination of more than one cuboid of different sizes or shapes. Typically, the housing or box has front and rear openings, each on two opposite surfaces, which serve as clearances for cooling air for the electronic circuits inside. Therefore, the housing forms a kind of duct or tube from front to rear for air cooling. This tubular shape does not necessarily have a circular cross-section, but may have a variety of cross-sectional shapes, such as squares, triangles, hexagons, or the like. At the front and rear, where the housing has openings, or around the openings, the conductive layers terminate on the inner wall or outer wall of the housing, for example, to comply with the air clearance and leakage current isolation standards. In embodiments, depending on the individual structure, grooves may also be provided / patterned in the dielectric material of the housing to increase the leakage current surface distance.

Bei Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, können die Öffnungen vorne und hinten mit einem Grill bzw. einer Gitterstruktur versehen werden, um gemäß Hochspannungs-Isolationsnormen vor Berührung zu schützen. Diese Struktur ist typischerweise mit der feldformenden leitfähigen Schicht verbunden. Gegebenenfalls kann der Grill elektrisch mit Massepotential verbunden werden.In embodiments that may be combined with other embodiments described herein, the apertures may be front and rear provided with a grill or grid structure to protect against contact in accordance with high voltage insulation standards. This structure is typically connected to the field-forming conductive layer. Optionally, the grill can be electrically connected to ground potential.

Bei Ausführungsformen kann das Gehäuse ein Rahmen sein. Das heißt, dass es Öffnungen nicht nur – wie zuvor beschrieben – in der vorderen und hinteren Oberfläche gibt (wobei vorne und hinten mit Bezug auf den resultierenden Luftkanal oder auch mit Bezug auf die Richtung, in der das Gehäuse/Modul in einem Rack oder ein Array anderer Gehäuse/Module eingefügt werden kann, definiert sein kann), sondern auch andere Seiten des Cuboids Öffnungen aufweisen, sodass bei einer Ausführungsform das Gehäuse ein kastenförmiger Rahmen ist, der anstelle aller Seitenoberflächen Öffnungen aufweist.In embodiments, the housing may be a frame. That is, there are not only openings in the front and rear surfaces as previously described (with the front and rear being referenced to the resulting air duct or also with respect to the direction in which the housing / module is in a rack or Array of other housings / modules), but also have other sides of the cuboid having openings, so that in one embodiment the housing is a box-shaped frame having openings instead of all side surfaces.

Dadurch betreffen Ausführungsformen ein Elektroniksystem, das eine Vielzahl der beschriebenen Elektronikmodule umfasst. Die Module sind typischerweise in einem Array angeordnet. Entweder weisen die Gehäuse der Module Elemente in ihren äußeren Oberflächen auf, die als Anbringmittel zum Verbinden der verschiedenen Module miteinander dienen, wie zum Beispiel Schienen und/oder Rillen. Dadurch können bei Ausführungsformen die Schienenelemente auch ein Teil sein, der mit dem Gehäuse integral ist, bzw. ein Teil des Gehäuses, wie etwa Kanten, werden als ein Schienenelement verwendet.As a result, embodiments relate to an electronic system which comprises a multiplicity of the electronic modules described. The modules are typically arranged in an array. Either the housings of the modules have elements in their outer surfaces which serve as attachment means for connecting the various modules together, such as rails and / or grooves. Thereby, in embodiments, the rail members may also be a part integral with the housing, or a part of the housing, such as edges, may be used as a rail member.

Bei Ausführungsformen umfasst ein Elektronikmodul somit ein Gehäuse, das auf seiner Außenseite mindestens ein Schienenelement aufweist, oder eine Rille, die eine Führungsstruktur zum Helfen beim Einfügen des Gehäuses in einen Schrank oder ein Rack zur Bildung des modularen Elektroniksystems und beim Ausziehen des Gehäuses aus dem modularen Elektroniksystem bildet. Die Elektronikmodule werden typischerweise in einem Rahmen, Schrank oder Rack mit Öffnungen, Schienen, Rillen oder anderen Standardmitteln für Anbringzwecke angebracht. Die Elektronikmodule können aus dem Array ein- oder ausgesteckt werden und können auch Hot-Plug-Einrichtungen umfassen, zum Beispiel insofern, dass die elektrischen Kontakte auf der Rückseite der Module vorgesehen sind, sodass sie während des Einsteckens zuerst in den Schlitz eintreten.In embodiments, an electronics module thus comprises a housing having on its outside at least one rail member or a groove having a guide structure for assisting in inserting the housing into a cabinet or rack to form the modular electronics system and extracting the housing from the modular Electronic system forms. The electronic modules are typically mounted in a frame, cabinet or rack with openings, rails, grooves or other standard means for attachment purposes appropriate. The electronics modules may be plugged in or unplugged from the array and may also include hot-plug devices, for example, in that the electrical contacts are provided on the back of the modules so that they first enter the slot during insertion.

Bei Ausführungsformen weisen die Module selbst auch eine modulare Struktur auf. Somit wird die elektronische Leiterplatte mit ablösbaren Mitteln, wie etwa Schienen, in dem Gehäuse angebracht. Zum Zugang zum Inneren des Elektronikmoduls und daher der Schaltung ist eine – typischerweise vordere oder hintere – Oberfläche des Gehäuses typischerweise so konfiguriert, dass sie zum Entfernen der Leiterplatte geöffnet werden kann. Somit besitzt das Elektroniksystem, das die Module, die Gehäuse aufweisen, in einem Array angeordnet umfasst, eine zweistufige oder doppelmodulare Struktur. Einerseits können die das Gehäuse und die Schaltung darin umfassenden Elektronikmodule von dem System abgelöst werden. Dadurch kann das System zum Beispiel schnell und mit großer Flexibilität auf verschiedene Leistungsanforderungen oder Kostenanforderungen skaliert werden. Gleichzeitig oder zusätzlich können die Leiterplatten entfernt oder einzeln in einzelne Gehäuse von Modulen eingefügt werden.In embodiments, the modules themselves also have a modular structure. Thus, the electronic circuit board is mounted in the housing with removable means, such as rails. For access to the interior of the electronics module and therefore the circuit, a typically front or back surface of the housing is typically configured to be opened to remove the circuit board. Thus, the electronics system comprising the modules comprising packages arranged in an array has a two-stage or double modular structure. On the one hand, the electronic modules comprising the housing and the circuit therein can be detached from the system. This allows the system, for example, to scale quickly and with great flexibility to different performance requirements or cost requirements. At the same time or in addition, the printed circuit boards can be removed or inserted individually into individual housings of modules.

Ausführungsformen gemäß der Erfindung erlauben einen kompakten Systementwurf aufgrund der feldformenden leitfähigen Schicht auf dem Gehäuse, die mit einem Potential verbunden ist, das das Arbeitspotential der elektronischen Schaltung in dem Modul sein kann. Hotswapping von Modulen und/oder elektronischen Schaltungen in den Modulen ist erreichbar. Aufgrund des effektiven Isolationsprinzips sind kleine Formfaktoren für die Module möglich, bzw. es ist wenig Luftraum zwischen den elektronischen Schaltungen und dem Gehäuse oder zwischen den Gehäusen benachbarter Module erforderlich. Deshalb kann man kompakte und gleichzeitig leichte kleine Module und gesamte Systeme erhalten.Embodiments according to the invention allow a compact system design due to the field-forming conductive layer on the housing connected to a potential which may be the working potential of the electronic circuit in the module. Hotswapping of modules and / or electronic circuits in the modules is achievable. Due to the effective isolation principle small form factors for the modules are possible, or it is required little air space between the electronic circuits and the housing or between the housings of adjacent modules. Therefore, you can get compact and lightweight small modules and entire systems.

Bei Ausführungsformen werden die Gehäusewände von zwei benachbarten Elektronikmodulen durch einen Luftspalt getrennt. Dabei ist der Luftspalt so dimensioniert, dass VPeak zwischen den mindestens zwei benachbarten Elektronikmodulen erreichbar ist. Die Feldstärke zwischen der elektronischen Schaltung in dem Modul und der leitfähigen Schicht (auf Potential) ist somit, abhängig von dem tatsächlichen Potential der leitfähigen Schicht, in der Nähe von null oder kann mit Bezug auf den Fall, dass die leitfähige Schicht des Gehäuses zum Beispiel mit Masse verbunden ist, stark minimiert werden. Daher wird ein Problem von Teilentladung in dem Elektronikmodul stark verringert. Da die Elektronikmodule eine von Kanten oder kleinen Radien freie relativ glatte oder perfekt glatte äußere Oberfläche aufweisen, ist das durch das mit leitfähiger Schicht beschichtete Gehäuse verursachte elektrische Feld relativ homogen. Die leitfähige Schicht auf Potential ist somit eine feldformende leitfähige Schicht. Selbst wenn sich angrenzende Module auf verschiedenem Potential befinden, ist das Feld zwischen ihren benachbarten parallelen Oberflächen nahezu homogen und daher im Hinblick auf Teilentladung unkritisch. Luftisolation ist somit erreichbar, wodurch sich das Risiko von Teilentladung verringert, das andernfalls bei Mittelspannungsanwendungen in luftisolierten Gehäusen oft kritisch ist.In embodiments, the housing walls of two adjacent electronic modules are separated by an air gap. In this case, the air gap is dimensioned such that V peak can be reached between the at least two adjacent electronic modules. The field strength between the electronic circuit in the module and the conductive layer (at potential) is thus close to zero, depending on the actual potential of the conductive layer, or may be, for example, with reference to the case of the conductive layer of the housing connected to ground, to be greatly minimized. Therefore, a problem of partial discharge in the electronic module is greatly reduced. Since the electronics modules have a relatively smooth or perfectly smooth outer surface free of edges or small radii, the electric field caused by the conductive layer coated housing is relatively homogeneous. The conductive layer at potential is thus a field-forming conductive layer. Even if adjacent modules are at different potentials, the field between their adjacent parallel surfaces is nearly homogeneous and therefore uncritical of partial discharge. Air isolation is thus achievable, thereby reducing the risk of partial discharge, which is otherwise often critical in medium voltage applications in air insulated enclosures.

In bestimmten Fällen können sich die leitfähigen Schichten benachbarter Module auch auf demselben Potential befinden, sodass keine Potentialdifferenz besteht. In diesem Fall kann ein elektrischer Verbinder die Elemente verbinden, um so weiter zu fördern oder sicherzustellen, dass sie sich auf demselben Potential befinden. Daher verbindet der elektrische Leiter einen Teil der feldformenden leitfähigen Schicht eines ersten der zwei benachbarten Module elektrisch mit der feldformenden leitfähigen Schicht eines zweiten der zwei benachbarten Module.In certain cases, the conductive layers of adjacent modules may also be at the same potential, so there is no potential difference. In this case, an electrical connector may connect the elements so as to further promote or ensure that they are at the same potential. Therefore, the electrical conductor electrically connects a portion of the field-forming conductive layer of a first of the two adjacent modules to the field-shaping conductive layer of a second of the two adjacent modules.

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses 10 gemäß Ausführungsformen. Es umfasst ein dielektrisches Material 30, das an eine Seite 50, 70 mit einer leitfähigen Schicht 60 angrenzt. Die Schichten umfassen typischerweise ein Metall oder eine Metalllegierung, können aber auch nichtmetallische leitfähige Materialien wie Kohlenstoff in seinen Modifikationen umfassen. Die Metalle können zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, eine Eisenlegierung oder Legierungen beliebiger von den vorhergehenden genannten sein. Die Gehäusewand 30 kann ein Polymer und/oder einen faserverstärkten Kunststoff, zum Beispiel Polyurethan, umfassen. Bei Ausführungsformen kann das Gehäuse integral aus einem Stück produziert werden, zum Beispiel durch Spritzguss, Formen oder Pultrusion. Bei Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 60 auf der Innenseite oder Außenseite der Gehäusewand 30 aufgebracht werden, und daher kann die Oberfläche 50 des dielektrischen Gehäuses dem Innenraum des Gehäuses mit der elektronischen Schaltung (in 1 nicht gezeigt, siehe 2) zugewandt sein oder kann einer Außenseite des Gehäuses zugewandt sein. 1 shows a cross-sectional view of a housing 10 according to embodiments. It includes a dielectric material 30 that to one side 50 . 70 with a conductive layer 60 borders. The layers typically comprise a metal or metal alloy, but may also include non-metallic conductive materials such as carbon in its modifications. The metals may be, for example, copper, aluminum, silver, gold, an iron alloy, or alloys of any of the foregoing. The housing wall 30 may comprise a polymer and / or a fiber reinforced plastic, for example polyurethane. In embodiments, the housing may be integrally produced in one piece, for example by injection molding, molding or pultrusion. In embodiments, the conductive layer 60 on the inside or outside of the housing wall 30 be applied, and therefore the surface 50 of the dielectric housing the interior of the housing with the electronic circuit (in 1 not shown, see 2 ) or may face an outside of the housing.

2 zeigt ein Elektronikmodul 100 gemäß Ausführungsformen. Es besitzt – ohne Beschränkung – zwei Ventilationsöffnungen (nur die vordere Öffnung 80 sichtbar), eine elektronische Schaltung 20 und ein Gehäuse 10 mit den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Eigenschaften. Die Dicke des dielektrischen Materials 30 ist gemäß der Durchschlagstärke des Materials und den angelegten Feldstärken dimensioniert. Dadurch ist die leitfähige Schicht 60 (hier auf der Außenseite des Gehäuses 10) in einem Betriebszustand des Elektronikmoduls 100 mit einem definierten Potential P verbunden. Wie gezeigt, kann sich die Verbindung der leitfähigen Schicht 60 mit dem Potential P auf einer Vorderseite oder einer Rückseite mit Bezug auf die Einfügerichtung in dem Schrank befinden. Falls erforderlich kann das Verbindungsmittel zum Herstellen der elektrischen Verbindung mit dem Potential P als ein Stecker auf der Rückseite des Elektronikmoduls 100 gebildet werden, sodass die Verbindung eingesteckt werden kann, wenn das Modul in ein Rack oder einen Schrank 160 geschoben wird. 2 shows an electronics module 100 according to embodiments. It has - without restriction - two ventilation openings (only the front opening 80 visible), an electronic circuit 20 and a housing 10 with the above with respect to 1 described properties. The thickness of the dielectric material 30 is dimensioned according to the thickness of penetration of the material and the applied field strengths. This is the conductive layer 60 (here on the outside of the case 10 ) in an operating state of the electronic module 100 connected to a defined potential P. As shown, the connection of the conductive layer 60 with the potential P on a front side or a rear side with respect to the insertion direction in the cabinet. If necessary, the connection means for establishing the electrical connection with the potential P as a plug on the back of the electronic module 100 be formed so that the connection can be plugged in when the module in a rack or a cabinet 160 is pushed.

Bei Ausführungsformen, bei denen die leitfähige Schicht 60 auf der Innenseite des Gehäuses 10 (anders als bei 2) vorgesehen ist, kann die Schicht 60 direkt durch einen Leiter mit der elektronischen Schaltung 20 in dem Gehäuse verbunden werden.In embodiments where the conductive layer 60 on the inside of the case 10 (Unlike 2 ), the layer 60 directly through a conductor with the electronic circuit 20 be connected in the housing.

Typischerweise wird die Gehäusewand 30 so gebildet, dass die leitfähigen Schichten auf der Innenseite oder Außenseite eine glatte Oberfläche aufweisen und im Wesentlichen frei von scharfen Kanten, kleinen Radien usw. sind, sodass das elektrische Feld im Äußeren des Moduls 100, das durch das Potential P der feldformenden leitfähigen Schicht während des Betriebs verursacht wird, im Wesentlichen frei von lokalen Spitzenwerten ist, die Teilentladung fördern könnten. Die feldformende leitfähige Schicht 60 kann z. B. in Form einer Beschichtung oder eines Films aufgebracht werden, die bzw. der auf das Gehäuse 10 nach dem Bilden der Gehäusewand 30 zum Beispiel als Spray aufgebracht wird. Sie kann auch als Schrumpffilm oder Schrumpfschlauch aufgebracht werden. Fachleuten sind verschiedene Techniken zum Aufbringen einer Metallbeschichtung oder Schicht auf einer dielektrischen Oberfläche bekannt, die hier nicht ausführlicher beschrieben werden sollen.Typically, the housing wall 30 formed so that the conductive layers on the inside or outside have a smooth surface and are substantially free of sharp edges, small radii, etc., so that the electric field in the exterior of the module 100 that is caused by the potential P of the field-shaping conductive layer during operation is substantially free of local peaks that might promote partial discharge. The field-shaping conductive layer 60 can z. B. applied in the form of a coating or a film, or on the housing 10 after forming the housing wall 30 for example, applied as a spray. It can also be applied as a shrink film or shrink tubing. Those skilled in the art will appreciate various techniques for depositing a metal coating or layer on a dielectric surface, which will not be described in more detail here.

Bei Ausführungsformen gibt es mehrere Möglichkeiten zur Aufbringung der feldformenden leitfähigen Schicht, wovon eine in 2 gezeigt ist, und daher deckt die Schicht im Prinzip die gesamte – innere oder äußere – Oberfläche der Gehäusewand 30 und somit des Gehäuses 10 ab. In anderen Fällen kann nur ein Teil bzw. Bruchteil der Oberfläche durch die feldformende leitfähige Schicht 60 abgedeckt werden. 3 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen mittleren Teil (mit Bezug auf eine Achse von vorne nach hinten) eines geometrisch dem von 2 ähnlichen Gehäuses. Im Gegensatz zu diesem Gehäuse deckt die leitfähige Schicht 60 in 3 nur Kantenteile 11, 12, 13, 14 (siehe auch 2) von einer Vorderseite des Gehäuses entlang seiner Länge zur Hinterseite ab. Die Schicht 60 ist mit einer großen Dicke gezeigt, die nicht der Dicke der Wand 30 maßstabsgetreu ist und nur zur Veranschaulichung dient.In embodiments, there are several ways to apply the field-shaping conductive layer, one of which is in 2 is shown, and therefore the layer in principle covers the entire - inner or outer - surface of the housing wall 30 and thus of the housing 10 from. In other cases, only a fraction or fraction of the surface may pass through the field-forming conductive layer 60 be covered. 3 shows a cross-sectional view through a central part (with respect to an axis from front to back) of a geometric that of 2 similar housing. Unlike this case, the conductive layer covers 60 in 3 only edge parts 11 . 12 . 13 . 14 (see also 2 ) from a front of the housing along its length to the rear. The layer 60 is shown with a big thickness, not the thickness of the wall 30 is true to scale and is for illustrative purposes only.

4 zeigt eine perspektivische Vorderansicht eines rahmenartigen Isolationskörpers für ein Gehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform. In diesem Fall ist die feldformende leitfähige Schicht 60 filmförmig und kann zum Beispiel nach dem Bilden der Gehäusewand 30 auf das Gehäuse 10 aufgebracht werden. Erforderlichenfalls ist die elektrisch leitfähige Schicht ein Schrumpffilm oder sogar ein Schrumpfschlauch mit einer vergleichsweise dünnen Wandstärke, sodass die Schicht leicht um Kanten des rahmenartigen Isolationskörpers 30 gebogen werden kann, sodass keine Lufteinschlüsse oder Luftblasen entstehen. 4 shows a front perspective view of a frame-like insulating body for a housing according to another embodiment. In this case, the field-shaping conductive layer 60 for example, after forming the housing wall 30 on the case 10 be applied. If necessary, the electrically conductive layer is a shrink film or even a shrink tube having a comparatively thin wall thickness, so that the layer is easily around edges of the frame-like insulating body 30 can be bent so that no air bubbles or air bubbles.

Die Kantenteile 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 des rahmenartigen Isolationskörpers 30, die in 4 zu sehen sind, verleihen dem dielektrischen Gehäuse eine im Wesentlichen kastenförmige Form, wobei die Fenster in dem Rahmen im Vergleich zu bekannten Isolationseinrichtungen zu einer verbesserten Kühlung beitragen können. Abhängig von der Ausführungsform des Gehäuses 10 wird die leitfähige Schicht 60 auf der Innenseite oder Außenseite der Gehäusewand 30 der Rahmenstruktur aufgebracht.The edge parts 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 the frame-like insulating body 30 , in the 4 can be seen, provide the dielectric housing a substantially box-shaped shape, wherein the windows in the frame can contribute to improved cooling compared to known isolation devices. Depending on the embodiment of the housing 10 becomes the conductive layer 60 on the inside or outside of the housing wall 30 applied to the frame structure.

5 zeigt schematisch ein Elektroniksystem 150 gemäß einer Ausführungsform. Eine Vielzahl von Elektronikmodulen 100 mit Gehäusen 10 wie zuvor beschrieben ist in einem Array angeordnet, das eine x- und y-Ebene (Zeichnungsebene) definiert. Die Module 100 können in das System 150 ein- und aus diesem herausgesteckt werden, indem man sie in der z-Richtung (die sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt) bewegt. 5 schematically shows an electronic system 150 according to one embodiment. A variety of electronic modules 100 with housings 10 as previously described is arranged in an array defining an x and y plane (drawing plane). The modules 100 can in the system 150 in and out of this by moving them in the z-direction (which extends perpendicular to the plane of the drawing).

6 zeigt eine andere Ansicht des Systems von 3. Die Module 100 können typischerweise, aber nicht unbedingt, in einer m-mal-n-Matrix (hier nichteinschränkend 4×3) wie gezeigt angeordnet werden. Dabei weisen die Gehäuse 10 der Module 100 typischerweise Elemente an oder in ihren äußeren Oberflächen auf, die als Anbringmittel zur Verbindung der verschiedenen Module dienen, wie zum Beispiel Schienenelemente 125 und/oder Rillen (nicht gezeigt). Die Elektronikmodule 100 (z. B. PEBB) können – in einer beliebigen der individuellen Aufbauten wie oben beschrieben – in das System 150 ein- und aus diesem ausgesteckt werden und können auch Hot-Plug-Möglichkeiten umfassen, zum Beispiel insofern, dass die elektrischen Kontakte auf der Rückseite der Module vorgesehen sind, sodass sie während des Einsteckens zuerst in den Schlitz 120 eintreten. In 6 ist ein Modul auf dem halben Weg während der Anbringung oder Entfernung des Moduls gezeigt. Bei Ausführungsformen können benachbarte Module durch einen Leiter 135 verbunden werden, um sicherzustellen, dass sie sich auf demselben Potential befinden. 6 shows another view of the system of 3 , The modules 100 may typically, but not necessarily, be arranged in a m by n matrix (not limiting 4 x 3 here) as shown. In this case, the housing 10 the modules 100 typically include elements on or in their outer surfaces that serve as attachment means for interconnecting the various modules, such as rail elements 125 and / or grooves (not shown). The electronic modules 100 (eg PEBB) can - in any of the individual constructions described above - in the system 150 be plugged in and out of this and may also include hot-plug options, for example, inasmuch as the electrical contacts are provided on the back of the modules so that they are first inserted into the slot during insertion 120 enter. In 6 For example, a module is shown mid-way during the installation or removal of the module. In embodiments, adjacent modules may be connected by a conductor 135 be connected to make sure they are at the same potential.

7 zeigt eine Querschnitts-Seitenansicht eines Systems gemäß Ausführungsformen ähnlich den in 6 und 7 gezeigten. Dabei ist die früher beschriebene Austauschbarkeit einer elektronischen Schaltung 20 in einem Modul 100 gezeigt. Das heißt, die Schaltung wird über die vordere Ventilationsöffnung 80 aus der Vorderseite des Systems (links in der Zeichnung) aus dem Modul 100 herausgezogen, während die Verbindung mit dem Rack 160 getrennt wird (siehe Pfeil). Außerdem ist ein Entwurf mit Rillen 90 am Ende des Gehäuses 10 in Richtung der Öffnung 80 gezeigt, um den Widerstand gegen Kriechstrom zu vergrößern. 7 FIG. 12 is a cross-sectional side view of a system similar to that of FIGS 6 and 7 shown. This is the earlier described interchangeability of an electronic circuit 20 in a module 100 shown. That is, the circuit is via the front ventilation opening 80 from the front of the system (left in the drawing) out of the module 100 pulled out while connecting to the rack 160 is disconnected (see arrow). There is also a design with grooves 90 at the end of the case 10 in the direction of the opening 80 shown to increase the resistance to leakage current.

8 zeigt schematisch ein Diagramm einer rechnerischen Simulation des elektrischen Felds in einem beispielhaften modularen Elektroniksystem gemäß herkömmlicher Technologie mit dielektrischen Gehäusen um die elektronischen Schaltungen 20 herum. Es sind zwei Module gezeigt, wobei sich die elektronischen Schaltungen 20 in den Gehäusen auf demselben Testpotential befinden. Es ist ersichtlich, dass die Feldlinien des elektrischen Felds eine sehr irreguläre räumliche Verteilung aufweisen (auch in dem Raum zwischen den Gehäusen), wodurch Feldspitzen angezeigt werden und ein signifikantes Risiko von Teilentladungen entsteht. 8th FIG. 12 schematically shows a diagram of a computational simulation of the electric field in an exemplary modular electronic system according to conventional dielectric housing technology around the electronic circuits. FIG 20 around. There are two modules shown, with the electronic circuits 20 in the housings are at the same test potential. It can be seen that the field lines of the electric field have a very irregular spatial distribution (even in the space between the housings), indicating field peaks and creating a significant risk of partial discharges.

9 zeigt schematisch ein Diagramm einer Simulation des elektrischen Felds in einem modularen Elektroniksystem 150 gemäß Ausführungsformen. Dabei weisen die zwei Elektronikmodule 100 jeweils eine sich auf der Innenseite der Gehäusewand 30 befindliche erste leitfähige Schicht 60 auf, wobei die Schichten nur den oberen Teil der Gehäuse bedecken. Die Schichten 60 sind jeweils mit dem elektrischen Potential ihrer jeweiligen elektronischen Schaltung 20 in den Gehäusen verbunden. Wie ersichtlich, sind die Feldlinien des elektrischen Felds im Luftspalt zwischen den zwei Modulen 100 viel homogener als in dem in 8 gezeigten Fall ohne leitfähige Schicht auf dem Gehäuse. 9 schematically shows a diagram of an electric field simulation in a modular electronic system 150 according to embodiments. This is shown by the two electronic modules 100 one each on the inside of the housing wall 30 located first conductive layer 60 on, wherein the layers cover only the upper part of the housing. The layers 60 are each with the electrical potential of their respective electronic circuit 20 connected in the housings. As can be seen, the field lines of the electric field are in the air gap between the two modules 100 much more homogeneous than in the 8th Case shown without conductive layer on the housing.

Wenn sich die elektrischen Schaltungen 20 in benachbarten Modulen 100 auf verschiedenen Betriebspotentialen befinden, können auch die jeweiligen leitfähigen Schichten mit diesen verschiedenen Potentialen verbunden werden.When the electrical circuits 20 in neighboring modules 100 At different operating potentials, the respective conductive layers can also be connected to these different potentials.

Die vorliegende schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Art, und auch um es beliebigen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung auszuüben, einschließlich der Herstellung und Verwendung beliebiger Einrichtungen oder Systeme und Durchführung beliebiger eingeschlossener Verfahren. Obwohl im Obigen verschiedene spezifische Ausführungsformen offenbart wurden, ist für Fachleute erkennbar, dass der Gedanke und Schutzumfang der Ansprüche genauso effektive Modifikationen erlaubt. Insbesondere können sich gegenseitig nicht ausschließende Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die Fachleuten einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche umfassen.The present written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also to enable any person skilled in the art to practice the invention, including making and using any devices or systems, and performing any incorporated methods. Although various specific embodiments have been disclosed above, it will be apparent to those skilled in the art that the spirit and scope of the claims permits equally effective modifications. In particular, mutually non-exclusive features of the embodiments described above can be combined. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal language of the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Berth M.: ”New Main Circuits, HV-Design of Submodules”, ABB-Report, HIP49/ATP5-3 [0003] Berth M .: "New Main Circuits, HV Design of Submodules", ABB Report, HIP49 / ATP5-3 [0003]
  • Steiner M., Reinold, H.: ”Medium Frequency Topology in Railway Applications”, European Railway Review (EPE), 2007, Aalborg, Dänemark [0003] Steiner M., Reinold, H .: "Medium Frequency Topology in Railway Applications", European Railway Review (EPE), 2007, Aalborg, Denmark [0003]
  • IEC 61800-5-1, Tab. 8 [0023] IEC 61800-5-1, Tab. 8 [0023]

Claims (18)

Modulares Elektroniksystem (150) für mittlere oder hohe Spannungen, umfassend: – einen Schrank (160) mit einer Anzahl von in einem Array angeordneten Schlitzen (120), – mindestens ein in einem Schlitz (120) des Schranks vorgesehenes Elektronikmodul (100), wobei das Modul umfasst: – ein Gehäuse (10) mit einer dreidimensionalen Form mit einer Gehäusewand (30), die ein dielektrisches Material umfasst, und einer an eine Seite (70) der Gehäusewand (30) angrenzenden feldformenden leitfähigen Schicht (60), – eine elektronische Einrichtung (20), die sich in dem Gehäuse (10) befindet; wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) elektrisch mit einem vordefinierten elektrischen Potential (P) verbindbar ist, das in einem Betriebszustand des modularen Elektroniksystems (150) anwesend ist.Modular electronic system ( 150 ) for medium or high voltages, comprising: - a cabinet ( 160 ) with a number of slots arranged in an array ( 120 ), - at least one in a slot ( 120 ) of the cabinet provided electronic module ( 100 ), the module comprising: - a housing ( 10 ) having a three-dimensional shape with a housing wall ( 30 ) comprising a dielectric material and one on one side ( 70 ) the housing wall ( 30 ) adjacent field-forming conductive layer ( 60 ), - an electronic device ( 20 ) located in the housing ( 10 ) is located; wherein the field-shaping conductive layer ( 60 ) is electrically connectable to a predefined electrical potential (P) which in an operating state of the modular electronic system ( 150 ) is present. System nach Anspruch 1, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) auf der Gehäusewand (30) des mindestens einen Elektronikmoduls (100) mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt: – sie bedeckt mehrere Bereiche der Gehäusewand (30), die sich um Kantenteile (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des Gehäuses (10) herum befinden; – sie bedeckt mindestens einen weiteren Oberflächenbereich, der ein Zwischenteil zwischen Kantenteilen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des Gehäuses (10) bildet.The system of claim 1, wherein the field-shaping conductive layer ( 60 ) on the housing wall ( 30 ) of the at least one electronic module ( 100 ) fulfills at least one of the following conditions: it covers several areas of the housing wall ( 30 ), which are around edge parts ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) of the housing ( 10 ) are around; It covers at least one further surface area, which forms an intermediate part between edge parts ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) of the housing ( 10 ). System nach Anspruch 2, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) mindestens 30% der gesamten inneren Seite der Gehäusewand oder mindestens 30% der gesamten äußeren Seite der Gehäusewand bedeckt.The system of claim 2, wherein the field-shaping conductive layer ( 60 ) covers at least 30% of the entire inner side of the housing wall or at least 30% of the entire outer side of the housing wall. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) eine Beschichtung ist, die nach dem Bilden der Gehäusewand (30) auf das Gehäuse (10) aufgebracht wird.System according to one of the preceding claims, wherein the field-forming conductive layer ( 60 ) is a coating that after forming the housing wall ( 30 ) on the housing ( 10 ) is applied. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusewand (30) eine Einzelkörper-Gehäusewand ist, die integral durch einen Prozess aus der folgenden Liste gebildet wird: Spritzguss, Formen und Pultrusion.System according to one of the preceding claims, wherein the housing wall ( 30 ) is a single-body housing wall integrally formed by a process from the following list: injection molding, molding and pultrusion. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gehäusewand (30) umfasst: einen Polymerkunststoff und/oder eine Faserverstärkung und/oder ein Polymerharz und/oder eine Keramik.System according to one of claims 1 to 4, wherein the housing wall ( 30 ) comprises: a polymer plastic and / or a fiber reinforcement and / or a polymer resin and / or a ceramic. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) mindestens zwei Ventilationsöffnungen (60, 80) umfasst, die vorzugsweise auf gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet sind, die in eine zu dem Array senkrechte Richtung, vorzugsweise eine m×n-Ebene, des Schranks (160) zeigen.System according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 10 ) at least two ventilation openings ( 60 . 80 ), which are preferably arranged on opposite surfaces, which in a direction perpendicular to the array, preferably an m × n plane, of the cabinet ( 160 ) demonstrate. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtform des Gehäuses (10) röhrenförmig ist.System according to one of the preceding claims, wherein the overall shape of the housing ( 10 ) is tubular. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) Metall umfasst.System according to one of the preceding claims, wherein the field-forming conductive layer ( 60 ) Metal includes. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) ein nichtmetallisches elektrisch leitfähiges Material umfasst.System according to one of the preceding claims, wherein the field-forming conductive layer ( 60 ) comprises a non-metallic electrically conductive material. System nach Anspruch 10, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) ein Film ist.A system according to claim 10, wherein the field-shaping conductive layer ( 60 ) is a movie. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusewand (30) mindestens eines Elektronikmoduls (100) einen Teil mit Rillen (90) umfasst.System according to one of the preceding claims, wherein the housing wall ( 30 ) at least one electronic module ( 100 ) a part with grooves ( 90 ). System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusewände (30) von zwei benachbarten Elektronikmodulen durch einen Luftspalt getrennt sind und wobei das elektrische Feld in dem Spalt durch die leitfähigen Schichten (60) der benachbarten Module homogenisiert werden kann.System according to one of the preceding claims, wherein the housing walls ( 30 ) of two adjacent electronic modules are separated by an air gap and wherein the electric field in the gap through the conductive layers ( 60 ) of the adjacent modules can be homogenized. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein elektrisches Leitermittel (135) zwischen zwei benachbarten Modulen (100) vorgesehen ist, dergestalt, dass das elektrische Leitermittel einen Teil der feldformenden leitfähigen Schicht (60) eines ersten dieser zwei benachbarten Module elektrisch mit einem zweiten Teil der feldformenden leitfähigen Schicht (60) eines zweiten dieser zwei benachbarten Module verbindet.System according to one of the preceding claims, wherein an electrical conductor means ( 135 ) between two neighboring modules ( 100 ) in such a way that the electrical conductor means forms part of the field-forming conductive layer ( 60 ) of a first of these two adjacent modules is electrically connected to a second part of the field-forming conductive layer ( 60 ) connects a second of these two adjacent modules. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens zwei Elektronikmodule (130) umfasst, wobei eines dieser zwei Elektronikmodule (130) in einem Betriebszustand des modularen Systems in einer sich quer, insbesondere senkrecht zu der x-y-Ebene erstreckenden Richtung gegen das andere Elektronikmodul (130) verschiebbar ist.System according to one of the preceding claims, comprising at least two electronic modules ( 130 ), wherein one of these two electronic modules ( 130 ) in an operating state of the modular system in a transversely, in particular perpendicular to the xy-plane extending direction against the other electronic module ( 130 ) is displaceable. System nach Anspruch 1, wobei die feldformende leitfähige Schicht (60) elektrisch mit einem Element der elektronischen Einrichtung (20) verbindbar ist.The system of claim 1, wherein the field-shaping conductive layer ( 60 ) electrically connected to an element of the electronic device ( 20 ) is connectable. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) auf seiner äußeren Seite umfasst: ein Schienenelement (125) und/oder eine Rille, wodurch eine Führungsstruktur zum Helfen beim Einfügen des Gehäuses (10) in das modulare Elektroniksystem (150) und beim Herausziehen des Gehäuses (10) aus dem modularen Elektroniksystem (150) auf schubladenartige Weise gebildet wird.System according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 10 ) on its outer side comprises: a rail element ( 125 ) and / or a groove, whereby a guide structure for helping in the insertion of the housing ( 10 ) in the modular electronic system ( 150 ) and when pulling out the housing ( 10 ) from the modular electronic system ( 150 ) is formed in a drawer-like manner. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Einfügens eines Moduls (100) in den Schrank (160) die leitfähige Schicht (60) über ein Kontaktelement (135) automatisch mit der leitfähigen Schicht eines benachbarten Moduls (100) verbindbar ist.System according to one of the preceding claims, wherein during the insertion of a module ( 100 ) in the closet ( 160 ) the conductive layer ( 60 ) via a contact element ( 135 ) automatically with the conductive layer of an adjacent module ( 100 ) is connectable.
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