WO2010118812A1 - Spannungswandler - Google Patents

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WO2010118812A1
WO2010118812A1 PCT/EP2010/001788 EP2010001788W WO2010118812A1 WO 2010118812 A1 WO2010118812 A1 WO 2010118812A1 EP 2010001788 W EP2010001788 W EP 2010001788W WO 2010118812 A1 WO2010118812 A1 WO 2010118812A1
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WO
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voltage
inverters
voltage conversion
capacitor
cooling plate
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PCT/EP2010/001788
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gaetan Osvald
Jean-Pierre Carayon
Pierre Brodeau
Rodolphe De Maglie
Jürgen ENGSTLER
Anne-Marie Lienhardt
Original Assignee
Liebherr-Elektronik Gmbh
Liebherr-Aerospace Toulouse Sas
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Publication date
Application filed by Liebherr-Elektronik Gmbh, Liebherr-Aerospace Toulouse Sas filed Critical Liebherr-Elektronik Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4021—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot
    • A61B6/4028—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot resulting in acquisition of views from substantially different positions, e.g. EBCT
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators

Definitions

  • the present invention relates to a device for voltage conversion, with an input for feeding the DC voltage to be converted, at least two inverters and at least two separate outputs to each of which an AC voltage is applied. Furthermore, the invention is based on an arrangement of a motor and a device for voltage conversion.
  • Such a voltage converter consists of a device that translates one electrical voltage into another. Depending on the voltage and the task, a completely different design of the voltage transformer is required. The definition or the structure of such a voltage converter is set up as a function of the type of input or output voltage to be applied to the voltage converter.
  • a particular category of voltage transformers includes the inverters.
  • An inverter commonly referred to as an inverter, is an electrical device that converts a DC voltage applied to the input into an AC voltage or a DC current into an AC current. The converted AC voltage can be tapped at the outputs of the device.
  • inverters can be designed both for the generation of single-phase alternating current and for the generation of three-phase alternating current (three-phase current).
  • the field of application of the inverter or inverter is generally referred to as power electronics, which has the transformation of electrical energy with electronic components for the task.
  • the power electronics enable the transformation of electrical energy with respect to the voltage shape, the level of voltage and current as well as the frequency.
  • power electronics are used wherever control options are needed to flexibly set the operating points of electrical machines.
  • a device for voltage conversion, with an input for feeding the DC voltage to be converted, at least two inverters and at least two separate outputs, to each of which an AC voltage is applied.
  • the at least two inverters are connected in such a way that the at least two inverters share a common DC voltage capacitor, the input being indirectly / directly connected via the DC voltage capacitor to the at least two inverters.
  • an applied direct voltage that is to say an existing direct current source such as, for example, accumulators or supercapacitors, can be converted into at least two mutually independent alternating voltages.
  • inverters have regularly switched at their input a DC capacitor, which serves to smooth the applied DC voltage.
  • the DC capacitors are often dimensioned so large that the voltage fluctuations are compensated as far as possible.
  • the at least two inverters share a common DC capacitor for smoothing the DC voltage applied to the capacitor.
  • the input of the device for voltage conversion is connected to the common DC capacitor and the at least two inverters are fed by the smoothed DC voltage from the DC capacitor.
  • the device for voltage conversion forms a highly integrated and space-saving solution of power electronics, thereby enabling a high power density.
  • At least two inverters are arranged on a cooling plate according to the invention.
  • the cooling plate works on the principle of passive cooling, whereby other approaches to cooling are also possible.
  • the outputs of the at least two inverters are preferably directly connected to one output of the device or are connected to them indirectly.
  • the at least two inverters comprise semiconductor modules for converting a DC voltage into an AC voltage, which are known to the person skilled in the art according to the prior art.
  • the semiconductor modules in this case represent an IC (integrated circuit), which contains the switching structure of a desired inverter. It should be noted that the type of IC, i. the switching structure is freely selectable.
  • An advantageous arrangement of the at least two inverters on the cooling plate results from the fact that the at least two inverters are arranged on opposite surfaces of the cooling plate, whereby a space-saving and particularly compact construction is achieved. Also can be prevented by this special design unwanted effects of parasitic inductances as far as possible or minimize. Such parasitic inductances, which usually occur in conjunction with parasitic capacitances, lead to high voltage peaks at the outputs of the inverter, which can cause problems or even damage the connected electrical consumers.
  • cooling plate and the inverters arranged thereon are oriented on a vertical plane.
  • the vertical arrangement of the inverters and the cooling plate improves the water resistance of such a device, since the water on its natural orbits can flow downwards or downwards along the vertically oriented cooling plate and inverter.
  • the common DC capacitor is arranged with the cooling plate such that there is a right angle.
  • said cooling plate can be arranged centrally on or below the common DC capacitor at a right angle to the DC capacitor.
  • a particularly advantageous embodiment of the device according to the invention for voltage conversion is characterized in that the common DC capacitor is aligned on a horizontal plane.
  • the cooling plate is arranged centrally below the DC capacitor at a right angle, whereby the DC capacitor acts as a kind of roof to protect the inverter and the cooling plate.
  • the common DC capacitor is electrically connected via busbars with the at least two inverters.
  • the busbars provide an immovable, solid electrical line from the DC capacitor to the at least two inverters.
  • At least one single-phase AC voltage can be generated at at least one output of the device by the conversion.
  • the voltage level, the frequency of the AC voltage and other parameters depend on the type of inverter selected and their component dimensioning. It is possible that at all outputs of the device through the use of identical inverters the same AC voltage is applied, as well as to provide different single-phase AC voltages at the outputs by the use of different inverter types.
  • the outputs consist of at least one pole which carries the desired phase of the alternating voltage and optionally of a second pole, which either provides a predefined voltage potential or, for example, represents the ground potential.
  • At least one three-phase AC voltage can be generated at at least one output of the device by the conversion of the device for voltage conversion. It also applies here that three-phase alternating voltages provide at least one, several or all outputs of the device. are bar. In this case, there is at least one output of the device for voltage conversion of at least three poles, each providing a phase of the three-phase AC voltage available. Optionally, another pole can be present to provide the ground potential or a predefined reference potential.
  • the alternating voltages applied to the outputs can have identical or different AC voltage parameters.
  • the respective AC voltage parameters depend on the corresponding component dimensioning of the inverters used. It should be noted that the possibility is offered to use either identical or different inverters for the realization of the device for voltage conversion. As a result, different, mutually independent alternating voltages at the respective outputs of the device can be generated at the outputs of the device for voltage conversion.
  • the invention is further directed to an arrangement of a three-phase or AC motor and a device for voltage conversion according to one of the aforementioned explanations.
  • an AC or three-phase AC motor is operable. It is possible that an AC or three-phase motor is connected to the at least two outputs of the device, wherein the motor has a plurality of turns, which are each connected to an output of an inverter of the device and thereby each with a 3-phase AC voltage can be fed ,
  • the windings of the motor are magnetically coupled so that the typically externally used coupling chokes can be omitted. The measure of the magnetic coupling is therefore integrated in the motor used.
  • FIG. 2 shows the mechanical construction of the device according to the invention for voltage conversion in a top view
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of the voltage conversion device according to the invention for a possible field of application.
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of the device according to the invention for voltage conversion for a further possible field of application.
  • FIG. 1 shows the mechanical structure of a possible embodiment of the voltage conversion device 1 according to the invention.
  • the device for voltage conversion 1 in this case has a DC capacitor 2 in the form of a cuboid, wherein the surfaces with the largest surface portion 2 a, 2 b of the DC capacitor 2 lie on a horizontal plane in space.
  • a likewise cuboid cooling plate 4 is arranged on the underside of the DC capacitor 2 at a right angle.
  • the cooling plate 4 extends with its two largest side surfaces 4a, 4b along a vertical plane perpendicular to the horizontal plane of the DC capacitor 2. Simplified, the DC capacitor 2 and the cooling plate 4 form a three-dimensional T-shaped structure.
  • the two inverters 3 and 5 are arranged on the two largest, lying along the vertical plane side surfaces 4a, 4b of the cooling plate 4, the two inverters 3 and 5 are arranged.
  • the two inverters 3 and 5 are designed as semiconductor components which likewise have a cuboidal shape. can be described.
  • the two inverters 3, 5 are fastened to the opposing surfaces 4a, 4b of the cooling plate 4 and are thereby additionally protected from external influences coming from above by the DC capacitor 2, which serves as a kind of roof for the two inverters 3, 5. Due to the structure of the device for voltage conversion, effects such as parasitic inductances, which cause unwanted voltage peaks in the outgoing voltage, can also be minimized as much as possible.
  • FIG. 2 shows a plan view of the voltage conversion device 1 for further explanation. It can be clearly seen that the two inverters 3 and 5 are arranged on the opposite surfaces of the cooling plate 4. To produce an electrical connection between the DC capacitor 2 and inverter 3.5 serve so-called busbars 6, which are provided as electrical, immovable conductor between the DC capacitor 2 and inverter 3 and 5.
  • the water resistance of the voltage conversion device 1 can be further improved because dripping or inflowing condensed water can drain down into the device 1 in a natural way along the inverters 3 and 5.
  • the T-shaped structure of the device for voltage conversion 1 is again illustrated in Figure 2 and the positive side effect of the horizontal arrangement of the DC capacitor 2 as a kind of roof to protect the cooling plate 4 and the two inverters 3.5 from external influences to act, of course seen.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of the embodiment of the device for voltage conversion 1 from FIGS. 1 and 2.
  • the device 1 consists of a two-pole input 9 to which the DC voltage to be converted is fed.
  • the two inputs 9 are connected to the two contacts of the DC capacitor 2.
  • the two inverters 3 and 5 are likewise connected to the two contacts of the DC capacitor 2. the.
  • the arrangement of the two inverters 3 and 5 can therefore be described by two respective parallel circuits of the individual inverters to the DC capacitor 2.
  • the applied to the two inverters 3 and 5 DC voltage is converted by the two semiconductor devices each in a three-phase AC voltage. For this reason, three poles 3a, 3b, 3c and 5a, 5b, 5c are respectively formed as outputs on the two inverters 3 and 5, each of which carries a phase of the three-phase alternating voltage.
  • the embodiment of the inventive device for voltage conversion 1 of Figure 3 is used to operate a three-phase motor 7, the two windings 8 must be supplied with energy for operation.
  • one winding 8 is connected to the respective three poles 3a, 3b, 3c or 5a, 5b, 5c of one of the two inverters 3 or 5 and supplied with three-phase current.
  • FIG. 4 is based on the embodiment according to FIG. Identical components were provided with identical reference numerals. On a repeated description is omitted in this respect. The only difference lies in the design of the three-phase motor 7 used.
  • the two windings 8 are magnetically coupled to one another so that the required coupling inductors at the outputs 3a, 3b, 3c, 5a, 5b, 5c of the inverter 3 , 5 can be waived.
  • This coupling 10 is fully integrated in the structure of the motor 7. Mass and volume of the device for voltage conversion 1 are therefore reduced considerably by the elimination of the coupling chokes.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungswandlung, mit einem Eingang zum Einspeisen der zu wandelnden Gleichspannung, mindestens zwei Invertern und mindestens zwei separaten Ausgängen an denen jeweils eine Wechselspannung anliegt, wobei sich mindestens zwei Inverter einen gemeinsamen Gleichspannungskondensator teilen und der Eingang über den Gleichspannungskondensator mit den mindestens zwei Invertern mittelbar/unmittelbar verschaltet ist, wobei die mindestens zwei Inverter auf einer Kühlplatte angeordnet sind.

Description

Spannungswandler
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungswandlung, mit einem Eingang zum Einspeisen der zu wandelnden Gleichspannung, mindestens zwei Invertern und mindestens zwei separaten Ausgängen an denen jeweils eine Wechselspannung anliegt. Femer liegt der Erfindung eine Anordnung aus einem Motor und einer Vorrichtung zur Spannungswandlung zu Grunde.
Ein solcher Spannungswandler besteht aus einem Gerät, das eine elektrische Spannung in eine andere übersetzt. Je nach Spannung und Aufgabe ist ein komplett unterschiedlicher Aufbau des Spannungswandlers vorausgesetzt. Dabei wird die Definition bzw. der Aufbau eines solchen Spannungswandlers in Abhängigkeit der am Spannungswandler anzuliegenden Art von Eingangs- bzw. Ausgangsspannung aufgestellt. Einer bestimmten Kategorie von Spannungswandlern gehören die Wechselrichter an. Ein Wechselrichter, im allgemeinen oftmals als Inverter bezeichnet, ist ein elektrisches Gerät, das eine am Eingang angelegte Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet. Dabei kann die umgerichtete Wechselspannung an den Ausgängen des Gerätes abgegriffen werden. Wechselrichter können je nach Schaltung sowohl für die Erzeugung von einphasigem Wechselstrom als auch für die Erzeugung von dreiphasigem Wechselstrom (Drehstrom) ausgelegt sein. Das Anwendungsgebiet der Wechselrichter bzw. Inverter wird im allgemeinen als Leistungselektronik bezeichnet, welche die Umformung elektrischer Energie mit elektronischen Bauelementen zur Aufgabe hat. Dabei ermöglicht die Leistungselektronik vor allem die Umformung elektrischer Energie in Bezug auf die Spannungsform, die Höhe von Spannung und Strom sowie der Frequenz. Speziell in der Antriebstechnik findet die Leistungselektronik überall dort Anwendung, wo Steuerungsmöglichkeiten gesucht werden, um Betriebspunkte von elektrischen Maschinen flexibel einstellen zu können.
Durch das steigende Bedürfnis nach immer kleineren, platzsparenden elektronischen Leistungsmodulen, um kleinere Schaltungen zu verwirklichen, wird ein wachsender Integrationsgrad einzelner Bauteile der Leistungselektronik erforderlich. Insbesondere bei Invertern ist die Nachfrage nach einer möglichst hohen Leistungsdichte der Schaltung vorhanden, was durch eine platzsparende bzw. eine hohe Integrationsdichte der Module erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, dem Fachmann eine Vorrichtung zur Spannungswandlung an die Hand zu geben, die in ihren leistungselektronischen Eigenschaften Verbesserungen mit sich bringt, sowie einen hohen Integrationsgrad der Schaltung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es wird also eine Vorrichtung zur Spannungswandlung vorgeschlagen, mit einem Eingang zum Einspeisen der zu wandelnden Gleichspannung, mindestens zwei Invertern und mindestens zwei separaten Ausgängen, an denen jeweils eine Wechselspannung anliegt. Die mindestens zwei Inverter sind derart verschaltet, so daß sich die mindestens zwei Inverter einen gemeinsamen Gleichspannungskondensator teilen, wobei der Eingang über den Gleichspannungskondensator mit den mindestens zwei Invertern mittelbar/unmittelbar verschaltet ist. Durch eine derartige Vorrichtung kann eine anliegende Gleichspannung, das heißt eine vorhandene Gleichstromquelle wie beispielsweise Akkumulatoren oder Supcercapskondensato- ren, in mindestens zwei voneinander unabhängige Wechselspannungen umgerichtet werden. Nach dem Stand der Technik haben bekannte Inverter regelmäßig an ihrem Eingang einen Gleichspannungskondensator geschaltet, der zur Glättung der angelegten Gleichspannung dient. Dabei werden die Gleichspannungskondensatoren oftmals so groß dimensioniert, daß die Spannungsschwankungen soweit wie möglich ausgleichbar sind. Die mindestens zwei Inverter teilen sich einen gemeinsamen Gleichspannungskondensator zur Glättung der am Kondensator anliegenden Gleichspannung. Dabei ist der Eingang der Vorrichtung zur Spannungswandlung mit dem gemeinsamen Gleichspannungskondensator verschaltet und die mindestens zwei Inverter werden durch die geglättete Gleichspannung aus dem Gleichspannungskondensator gespeist. Insgesamt bildet die Vorrichtung zur Spannungswandlung eine hoch integrierte und platzsparende Lösung der Leistungselektronik an, die dadurch eine hohe Leistungsdichte ermöglicht.
Um der bei der Umrichtung der Gleichspannung in eine Wechselspannung entstehenden Hitzeentwicklung entgegenzuwirken, sind erfindungsgemäß mindestens zwei Inverter auf einer Kühlplatte angeordnet. Dadurch ist eine stetige Kühlung der einzelnen Inverter möglich, wodurch eine vorzeitige Zerstörung der Bauteile durch besagte Hitzeentwicklung vorgebeugt wird. Die Kühlplatte arbeitet dabei nach dem Prinzip einer Passivkühlung, wobei andere Vorgehensweisen zur Kühlung ebenfalls möglich sind. Die Ausgänge der mindestens zwei Inverter sind bevorzugt mit jeweils einem Ausgang der Vorrichtung unmittelbar verbunden oder stehen mit diesen mittelbar in Verbindung.
Vorteilhafterweise umfassen die mindestens zwei Inverter Halbleiter-Module zur Umrichtung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, welche nach dem Stand der Technik dem Fachmann bekannt sind. Die Halbleiter-Module stellen dabei einen IC (Integrated Circuit) dar, der die Schaltstruktur eines wunschgemäßen Inverters beinhaltet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Art des ICs, d.h. die Schaltstruktur frei wählbar ist.
Eine Vorteilhafte Anordnung der mindestens zwei Inverter auf der Kühlplatte ergibt sich dadurch, daß die mindestens zwei Inverter auf gegenüberliegenden Oberflächen der Kühlplatte angeordnet sind, wodurch eine platzsparende und besonders kompakte Bauweise erreicht wird. Ebenfalls lassen sich durch diese spezielle Bauweise ungewollt auftretende Effekte von parasitären Induktivitäten weitestgehend verhindern bzw. minimieren. Solche parasitären Induktivitäten, die meist im Zusammenspiel mit parasitären Kapazitäten auftreten, führen zu hohen Spannungsspitzen an den Ausgängen der Inverter, woraus Probleme an oder gar Schädigungen der angeschlossenen elektrischen Verbraucher entstehen können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die Kühlplatte und die daran angeordneten Inverter auf einer vertikalen Ebene orientiert. Durch die vertikale Anordnung der Inverter und der Kühlplatte verbessert sich die Wasserbeständigkeit einer solchen Vorrichtung, da das Wasser auf seinen natürlichen Bahnen nach unten hin entlang der vertikal ausgerichteten Kühlplatte und Inverter abfließen bzw. abtropfen kann.
In einer Ausführungsvariante ist es vorgesehen, daß der gemeinsame Gleichspannungskondensator mit der Kühlplatte derart angeordnet ist, daß sich ein rechter Winkel ergibt. Dabei kann die genannte Kühlplatte mittig auf oder unterhalb des gemeinsamen Gleichspannungskondensators in einem rechten Winkel zum Gleichspannungskondensator angeordnet sein. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung ist dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichspannungskondensator auf einer horizontalen Ebene ausgerichtet ist. In einer möglichen Variante ist dabei die Kühlplatte unterhalb des Gleichspannungskondensators mittig in einem rechten Winkel angeordnet, wodurch der Gleichspannungskondensator als eine Art Dach zum Schutz der Inverter und der Kühlplatte fungiert.
Um eine problemlose Versorgung der Inverter mit der Gleichspannung aus dem Gleichspannungskondensator zu gewährleisten, ist es von Vorteil, daß der gemeinsame Gleichspannungskondensator über Stromschienen mit den mindestens zwei Invertern elektrisch verbunden ist. Die Stromschienen bieten dabei eine unbewegliche, feste elektrische Leitung vom Gleichspannungskondensator zu den mindestens zwei Invertern.
Nach einer erfindungsgemäßen Realisierungsvariante der Vorrichtung zur Spannungswandlung ist durch die Wandlung mindestens eine einphasige Wechselspannung an mindestens einem Ausgang der Vorrichtung erzeugbar. Die Spannungshöhe, die Frequenz der Wechselspannung und weitere Parameter sind von der Art der gewählten Inverter und deren Bauteildimensionierung abhängig. Es besteht die Möglichkeit, daß an allen Ausgängen der Vorrichtung durch die Verwendung von baugleichen Invertern dieselbe Wechselspannung anliegt, sowie durch die Verwendung unterschiedlicher Invertertypen verschiedene einphasige Wechselspannungen an den Ausgängen bereitzustellen. Die Ausgänge bestehen dabei aus mindestens einem Pol, der die gewünschte Phase der Wechselspannung führt und optional aus einem zweiten Pol, der entweder ein vordefiniertes Spannungspotential zur Verfügung stellt oder beispielsweise das Erdpotential darstellt.
Vorteilhafterweise ist durch die Wandlung der Vorrichtung zur Spannungswandlung mindestens eine dreiphasige Wechselspannung an mindestens einem Ausgang der Vorrichtung erzeugbar. Hierbei gilt ebenfalls, daß an mindestens einem, mehreren oder allen Ausgängen der Vorrichtung dreiphasige Wechselspannungen bereitstell- bar sind. Dabei besteht mindestens ein Ausgang der Vorrichtung zur Spannungswandlung aus mindestens drei Polen, die jeweils eine Phase der dreiphasigen Wechselspannung zur Verfügung stellen. Optional kann noch ein weiterer Pol vorhanden sein, um das Erdpotential oder ein vordefiniertes Referenzpotential zur Verfügung zu stellen.
Die an den Ausgängen anliegenden Wechselspannungen können dabei identische oder verschiedene Wechselspannungs-Parameter aufweisen. Die jeweiligen Wechselspannungsparameter hängen dabei von der entsprechenden Bauteildimensio- nierung der verwendeten Inverter ab. Dabei bleibt zu erwähnen, daß die Möglichkeit geboten ist, entweder gleichartige oder verschiedene Inverter zur Realisierung der Vorrichtung zur Spannungswandlung zu verwenden. Dadurch sind an den Ausgängen der Vorrichtung zur Spannungswandlung verschiedene, voneinander unabhängige Wechselspannungen an den jeweiligen Ausgängen der Vorrichtung erzeugbar.
Die Erfindung ist weiterhin auf eine Anordnung aus einem Drehstrom- bzw. Wechselstrommotor und einer Vorrichtung zur Spannungswandlung gemäß einer der vorgenannten Aussführungen gerichtet. Durch die Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung an den Ausgängen der Vorrichtung zur Spannungswandlung ist ein Wechselstrom- bzw. Drehstrommotor betreibbar. Dabei ist es möglich, daß an den wenigstens zwei Ausgängen der Vorrichtung ein Wechselstrom bzw. Drehstrommotor angeschaltet ist, wobei der Motor mehrere Windungen aufweist, die mit jeweils einem Ausgang eines Inverters der Vorrichtung verschaltet sind und dadurch jeweils mit einer 3-phasigen Wechselspannung speisbar sind. Dabei sind die Windungen des Motors magnetisch so gekoppelt, dass die typischerweise extern verwendeten Koppeldrosseln entfallen können. Die Maßnahme der magnetischen Kopplung ist demnach im verwendeten Motor integriert. Die voluminösen Koppeldrosseln werden am Inverterausgang der Vorrichtung nicht mehr benötigt und der Aufbau der Vorrichtung ist demnach besonders platzsparend und besonders kompakt. An dieser Stelle sei ausdrücklich auf das französische Enveloppe Soleau mit der amtlichen Anmeldenummer N0 368573 vom 3. Dezember 2009 hingewiesen, auf dessen Inhalt vollumfänglich Bezug genommen wird.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von Ausgestaltungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Figur 1 : den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung in einer dreidimensionalen Darstellung,
Figur 2: den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung in einer Draufsicht,
Figur 3: ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung für ein mögliches Anwendungsgebiet.
Figur 4: ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung für ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet.
In Figur 1 ist der mechanische Aufbau einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 dargestellt. Die Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 weist dabei einen Gleichspannungskondensator 2 in Form eines Quaders auf, wobei die Flächen mit größtem Flächenanteil 2a, 2b des Gleichspannungskondensators 2 auf einer horizontalen Ebene im Raum liegen. Des weiteren ist eine ebenfalls quaderförmige Kühlplatte 4 an der Unterseite des Gleichspannungskondensators 2 in einem rechten Winkel angeordnet. Die Kühlplatte 4 erstreckt sich dabei mit ihren zwei größten Seitenflächen 4a, 4b entlang einer vertikalen Ebene senkrechte zur horizontalen Ebene des Gleichspannungskondensators 2. Vereinfacht bilden der Gleichspannungskondensator 2 und die Kühlpatte 4 ein dreidimensionales T-förmiges Gebilde. Auf den beiden größten, entlang der vertikalen Ebene liegenden Seitenflächen 4a, 4b der Kühlplatte 4 werden die beiden Inverter 3 und 5 angeordnet. Dabei sind die beiden Inverter 3 und 5 als Halbleiterbausteine ausgebildet, die ebenfalls mit einer quaderförmigen Ausfor- mung beschrieben werden können. Die beiden Inverter 3,5 werden auf den gegenüberliegenden Flächen 4a, 4b der Kühlplatte 4 befestigt und sind dadurch zusätzlich durch den Gleichspannungskondensator 2, der als eine Art Dach für die beiden Inverter 3,5 dient, vor äußeren, von oben kommenden Einflüssen geschützt. Durch den derartigen Aufbau der Vorrichtung zur Spannungswandlung können ebenfalls Effekte wie parasitäre Induktivitäten, die ungewollte Spannungsspitzen in der ausgehenden Spannung hervorrufen, weitestgehend minimiert werden.
In Figur 2 ist zur weiteren Erläuterung der Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 eine Draufsicht auf diese abgebildet. Dabei ist deutlich zu erkennen, daß die beiden Inverter 3 und 5 auf den gegenüberliegenden Flächen der Kühlplatte 4 angeordnet werden. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Gleichspannungskondensator 2 und Inverter 3,5 dienen sogenannte Stromschienen 6, welche als elektrische, unbewegliche Leiter zwischen Gleichspannungskondensator 2 und Inverter 3 und 5 vorgesehen sind.
Durch die vertikale Anordnung der beiden Inverter 3 und 5 kann die Wasserbeständigkeit der Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 weiter verbessert werden, da eintropfendes oder einfließendes Kondenswasser in die Vorrichtung 1 auf natürlichem Weg entlang der Inverter 3 und 5 nach unten ablaufen bzw. abtropfen kann. Ebenfalls wird die T-förmige Struktur der Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 nochmals in Figur 2 verdeutlicht und der positive Nebeneffekt der horizontalen Anordnung des Gleichspannungskondensators 2 als eine Art Dach zum Schutz der Kühlplatte 4 und der beiden Inverter 3,5 vor äußeren Einflüssen zur wirken, klar ersichtlich.
Figur 3 zeigt ein schematisches Schaltbild der Ausgestaltung der Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 aus den Figuren 1 und 2. Dabei besteht die Vorrichtung 1 aus einem zweipoligen Eingang 9 an dem die zu wandelnde Gleichspannung eingespeist wird. Die beiden Eingänge 9 sind dabei mit den beiden Kontakten des Gleichspannungskondensators 2 verschaltet. Die beiden Inverter 3 und 5 werden ebenfalls mit den beiden Kontakten des Gleichspannungskondensators 2 verbun- den. Die Anordnung der beiden Inverter 3 und 5 kann deshalb durch zwei jeweilige Parallelschaltungen der einzelnen Inverter zum Gleichspannungskondensator 2 beschrieben werden. Die an den beiden Invertern 3 und 5 anliegende Gleichspannung wird von den beiden Halbleiterbausteinen jeweils in eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet. Aus diesem Grund sind an den beiden Invertern 3 und 5 jeweils drei Pole 3a, 3b, 3c und 5a, 5b, 5c als Ausgänge ausgebildet, die jeweils eine Phase der dreiphasigen Wechselspannung führen.
Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 aus Figur 3 dient zum Betrieb eines Drehstrommotors 7, dessen zwei Windungen 8 mit Energie zum Betrieb versorgt werden müssen. Dabei ist jeweils eine Windung 8 mit den jeweils drei Polen 3a, 3b, 3c oder 5a, 5b, 5c einer der beiden Inverter 3 oder 5 verschaltet und mit Drehstrom versorgt.
Die Ausführung der Figur 4 baut auf der Ausführung gemäß Figur 3 auf. Gleiche Bauteile wurden mit identischen Bezugszeichen versehen. Auf eine wiederholte Beschreibung wird insoweit verzichtet. Der einzige Unterschied besteht in der Ausgestaltung des verwendeten Drehstrommotors 7. Im Beispiel der Figur 4 sind die beiden Windungen 8 magnetisch derart miteinander gekoppelt, so dass auf die erforderlichen Koppeldrosseln an den Ausgängen 3a, 3b, 3c, 5a, 5b, 5c der Inverter 3, 5 verzichtet werden kann. Diese Kopplung 10 ist vollständig im Aufbau des Motors 7 integriert. Masse und Volumen der Vorrichtung zur Spannungswandlung 1 reduzieren sich demnach durch den Wegfall der Koppeldrosseln erheblich.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1), mit einem Eingang (9) zum Einspeisen der zu wandelnden Gleichspannung, mindestens zwei Invertern (3,5) und mindestens zwei separaten Ausgängen an denen jeweils eine Wechselspannung anliegt, wobei sich mindestens zwei Inverter (3,5) einen gemeinsamen Gleichspannungskondensator (2) teilen und der Eingang (9) über den Gleichspannungskondensator (2) mit den mindestens zwei Invertern (3,5) mittelbar/unmittelbar verschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mindestens zwei Inverter (3,5) auf einer Kühlplatte (4) angeordnet sind.
2. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Inverter (3,5) auf jeweils einer Seite der Kühlplatte (3,5) angeordnet sind.
3. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlplatte (4) auf einer vertikalen Ebene erstreckt.
4. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (4) in einem rechten Winkel senkrecht zum gemeinsamen Gleichspannungskondensator (2) angeordnet ist.
5. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichspannungskondensator (2) auf einer horizontalen Ebene ausgerichtet ist.
6. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichspannungskondensator (2) über Stromschienen (6) mit den mindestens zwei Inver- tern (3,5) verschaltet ist.
7. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wandlung mindestens eine 1 -phasige Wechselspannungen an mindestens einem Ausgang der Vorrichtung (1) erzeugbar ist.
8. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wandlung mindestens eine 3-phasige Wechselspannungen an mindestens einem Ausgang der Vorrichtung (1) erzeugbar sind.
9. Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ausgängen anliegenden Wechselspannungen identische oder verschiedene Wechselspannungs- Parameter aufweisen.
10. Anordnung aus einem Wechselstrom- oder Drehstrommotor und einer Vorrichtung zur Spannungswandlung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den wenigstens zwei Ausgängen der Vorrichtung der Wechselstrom-/Drehstrommotor (7) angeschaltet ist, wobei der Motor mehrere Windungen (8) aufweist, die mit jeweils einem Ausgang (3a, 3b, 3c, 5a, 5b, 5c) eines Inverters der Vorrichtung verschaltet sind, und magnetisch so gekoppelt ist, dass die typischerweise extern verwendeten Koppeldrossel entfallen können.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0677916A2 (de) * 1994-04-15 1995-10-18 ABBPATENT GmbH Stromrichteranlage mit flüssigkeits- oder luftgekühlten Leistungshalbleitern und Gleichspannungszwischenkreis
US6215679B1 (en) * 1999-12-27 2001-04-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Alternator power converter
US20020034089A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-21 Hitachi, Ltd. Semiconductor electric power conversion device
US20040228094A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-18 Ballard Power Systems Corporation Dual power module power system architecture
EP2149973A2 (de) * 2008-07-29 2010-02-03 Hitachi Ltd. Leistungsumwandlungsvorrichtung und elektrisches Fahrzeug

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6864646B2 (en) * 2003-02-14 2005-03-08 General Motors Corporation Multiple inverter system with low power bus ripples and method therefor
JP2007220976A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Toyota Motor Corp 半導体モジュールおよびそれを備えるハイブリッド車両の駆動装置
CN101416373B (zh) * 2006-03-31 2011-10-05 三菱电机株式会社 电力变换装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0677916A2 (de) * 1994-04-15 1995-10-18 ABBPATENT GmbH Stromrichteranlage mit flüssigkeits- oder luftgekühlten Leistungshalbleitern und Gleichspannungszwischenkreis
US6215679B1 (en) * 1999-12-27 2001-04-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Alternator power converter
US20020034089A1 (en) * 2000-09-06 2002-03-21 Hitachi, Ltd. Semiconductor electric power conversion device
US20040228094A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-18 Ballard Power Systems Corporation Dual power module power system architecture
EP2149973A2 (de) * 2008-07-29 2010-02-03 Hitachi Ltd. Leistungsumwandlungsvorrichtung und elektrisches Fahrzeug

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