电力电子器件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种电力电子器件，包括至少一个用作滤波器的滤波器单元以及基底装置，基底装置包括液体冷却导管、所有功率模块(如滤波器单元)公用的电源电路以及用于多于一个功率模块的安装位置，滤波器单元包括多个并联的电容器元件且置于基底装置上，基底装置和滤波器单元布置为，滤波器单元的外壁的至少一部分与液体冷却导管的壁的至少一部分彼此热传导相连，滤波器单元在基底装置的安装位置处安装到位。本实用新型专利技术中的电容器元件工作温度保持均匀，因而具有实质上相同的期望寿命。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于电力电子器件的结构布置。更具体地，本技术涉及一种用于冷却电容器单元的结构布置，所述电容器单元属于模块化的电力电子器件。
技术介绍
电力电子器件(例如变频器)大致的发展趋势是功率密度的增加。本领域中已知地是，小型器件的高功率处理需要有效冷却处理功率的部件，其利用液体冷却效果最佳，即通过器件中的液体循环将部件中产生的耗散功率输送到器件之外。基于成本的原因，液体冷却通常来说仅在具有高额定功率的器件中使用，例如，在超过100kW的变频器中。由于单独的部件的性能有限，因此在这类器件中，通常在同一功率单元/结构单元内或者通过并联连接功率单元而使用并联连接的功率半导体部件和电容器。由于结构单元的选择是大的，因此在功率单元内实施的并联连接容易导致问题状态，基于这个原因，通常使用整个功率单元的并联连接，这尤其在制造和维护方面来看是更有利的。属于高功率系统的滤波器单元通常包括多个并联连接的电容器，所述电容器在液体冷却方案中通常从一个方向挤压冷却器。例如，对于电解质电容器，典型的封装方法是金属管，所述电解质电容器可通过属于管结构的底座螺钉被紧密地抵靠冷却器固定，在这种情况下，电解质液体主要通过底部冷却。在大的滤波器单元中，一个可以包括数十个电容器，然而，将所有电容器保持为一致的温度是困难的，这是因为由支撑结构的延伸的机械尺寸引起的不均匀的电流分布，以及还因为由不均匀的液体循环造成的不均匀的冷却能力。众所周知，部件的温度与寿命成 反比，因此，不均匀的温度导致最高温度处工作的那些电容器过早老化，以及过早地需要对整个器件维修。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于液体冷却式电力电子器件的新型结构布置，更具体地为变频器，由于所述布置，滤波器单元以及属于所述滤波器单元的电容器的工作温度保持均匀，在这种情况下，还可期望它们在可操作的环境下保持大致相等长度的时间。通过所述布置可避免前文提到的缺点，并且所述布置适合于实现具有宽功率范围和宽电压范围的产品系列。本技术的目的通过结构布置得以实现，所述结构布置的特征在于独立权利要求的特征部分描述的特征。本技术的其它优选实施例是从属权利要求的目标。在根据本技术的结构布置中，包含多个并联连接的电容器元件的滤波器单元置于公共的金属框架结构内，所述框架结构构形为对金属电源基底是机械并立的，所述金属电源基底对多个功率模块是公用的。由于该并立的结构布置，不同类型的功率模块(例如逆变桥或滤波器单元)，或者相同类型的功率模块可置于相同的电源基底上并且可并联连接。电源基底包括用于电源模块的以及到连接所述电源模块的电源电路和冷却液体循环的接口。布置用于电源模块的基底位置相对于彼此以标准的距离分布，并且所述位置中的每个具有用于功率模块的相同的机械、电气和液体连接，因此属于系统的任何功率模块可自如地置于任何一个基底位置处。根据本技术的滤波器单元的冷却以这种方式布置，即当将单元在电源基底上按压到位时，其在属于基底结构的液体导管的壁之间紧密地受压，在这种情况下，壁彼此至少部分地热传导地相连接，并且滤波器的电容器元件中产生的大部分耗散功率通过下述方式输送，即通过壁将其传导到在液体导管中流动的冷却液体中。根据本技术的滤波器单元内的电容器元件置于金属中间层，这有助于将热量从电容器元件输送到单元的外表面。由于滤波器单元的结构，电容器元件与连接功率模块的电源电路相距不同的距离分布，因此，电容器元件越靠近电源电路，则电流应力以及因此还有耗散功率它们两者越大。在根据本技术的电源基底中，公用的电源电路和液体导管置于结构的底部中，因此，根据本技术，基于穿过滤波器单元的壁行进的热量流的冷却在大部分损耗发生的地方恰好最有效，相应地，那些内损耗较低的电容器元件没有那么有效地冷却。所述布置的最终结果是所有电容器元件的最热区域实质上保持相同的温度，在这种情况下，所有电容器元件的期望的寿命也具有实质上相同的长度。附图说明下文中，将参照附图借助于本技术实施例的一些示例更详细地描述本技术，其中图1示出变频器驱动的主电路，图2示出根据本技术的滤波器单元的结构，图3示出根据本技术的电源基底的结构，图4示出电源基底上滤波器单元的布置，以及图5示出滤波器单元中的电流和热量的流动。具体实施方式作为典型的电力电子器件的示例，图1示出普通的所谓的双电平PWM变频器的主电路，在所述主电路中，由二极管组成的三相网桥单元REC1将连接到连接器L1、L2、L3的供电网的三相交流电压整流为中间电路的直流电压，所述直流电压具有极点DC+、DC-并且通过用作能量存储作用的滤波电容器单元CDC1过滤。由通过功率半导体部件V1-V6、D1-D6实现的三个相位开关组成的逆变桥INU1从中间电路的直流电压形成三相输出电压U、V、W，以用于控制马达M1。相位开关是指连接到相同的输出相位的部件，所述部件能够将输出相位连接到中间电路的任一极点，例如对于U相位，可控制的功率半导体部件V1、V4和与它们平行的二极 管D1、D4。在现在的变频器中，控制相位开关的功率半导体部件V1……V6最普遍地是根据附图的实施例的IGBT晶体管，所谓的零(zero)二极管D1至D6与它们并联连接。控制单元CU1控制器件工作。电感部件通常连接到网桥的任一侧以过滤由变频器携载的电网电流的谐波，但附图中未绘出所述电感部件，这是因为从本技术的视角来看它是没有意义的。已知流动穿过滤波器单元CDC1的电流是由多个不同频率的分量组成的，其中最重要地是输入频率的6倍(6x)的分量以及是相位开关的工作频率的多倍的分量。该电流引起电力损耗和发热，因此，电力电子器件的电容器通常被冷却，这是因为部件最热点的温度越高，部件的寿命越短。在模块化的电子器件中，器件的不同功能的实体布置于它们各自的结构单元中，在本文中其被表示为名称“功率模块”。图2是根据本技术的功率模块的示例，是用于变频器的中间电路的滤波器单元(图1，CDC1)。根据模块化系统的基本概念，多个类似的功率模块可根据功率需求并联连接。图2示出滤波器单元FU的结构，视为从侧部的(附图的右手侧)以及从截面A-A的平面的(附图的左手侧)横截面。所述单元包括多个相同尺寸的电容器元件Ce1……CeN，它们例如是具有圆角的矩形，并且它们并联连接。电容器元件可以是本领域中已知的结构单元、一个放置于另一个的顶部上并且缠绕成一卷的导电膜和绝缘膜、置于元件的相对侧上的不同极点的导电膜边缘。这些末端通过延伸到单元外端XDC+、XDC-的金属带25连接到彼此。电绝缘层(未示出)布置于电容器元件的外边沿，在这种情况下，所述元件可牢固地置于单元的金属端壁22与单元的金属中间层26之间的区间中。由中间层和端壁形成的结构可以是整体的，或者中间层可以是单独的部分。根据本技术的结构中的端壁可包括两侧上的突出部21。图3示出根据本技术的电源基底PB的结构的实施例，如从上方看到的，即观自功率模块按压到位的方向(附图的左手侧)，以及如观自 侧部的横截面(附图的右手侧)。电源基底的金属框架31在剖面上优选地为U形，并且其包括两个用于冷却液体循环的中空的导管LC1、LC2。孔洞33以一定的间隔d3布置于导管中，通过所述孔洞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子器件，包括至少一个用作滤波器的滤波器单元(CDC1、FU)以及基底装置，所述基底装置包括液体冷却导管(LC1、LC2)以及所有功率模块公用的电源电路(DC+、DC‑)，以及用于多于一个的功率模块的安装位置，以及所述滤波器单元(CDC1、FU)包括多个并联连接的电容器元件(Ce1……CeN)，以及所述滤波器单元(CDC1、FU)能够置于所述基底装置(PB)上，其特征在于，所述基底装置(PB)和滤波器单元(CDC1、FU)以这种方式布置，即滤波器单元的外壁(FU1S、FU2S、FU1P、FU2P)的至少一部分与所述液体冷却导管的壁(LC1S、LC2S、LC1P、LC2P)的至少一部分彼此热传导地相连接，所述滤波器单元在所述基底装置(PB)的安装位置处安装到位。

【技术特征摘要】
2015.01.15 FI U201540091.一种电力电子器件，包括至少一个用作滤波器的滤波器单元(CDC1、FU)以及基底装置，所述基底装置包括液体冷却导管(LC1、LC2)以及所有功率模块公用的电源电路(DC+、DC-)，以及用于多于一个的功率模块的安装位置，以及所述滤波器单元(CDC1、FU)包括多个并联连接的电容器元件(Ce1……CeN)，以及所述滤波器单元(CDC1、FU)能够置于所述基底装置(PB)上，其特征在于，所述基底装置(PB)和滤波器单元(CDC1、FU)以这种方式布置，即滤波器单元的外壁(FU1S、FU2S、FU1P、FU2P)的至少一部分与所述液体冷却导管的壁(LC1S、LC2S、LC1P、LC2P)的至少一部分彼此热传导地相连接，所述滤波器单元在所述基底装置(PB)的安装位置处安装到位。2.根据权利要求1所述的电力电子器件，其特征在于，所述基底装置(PB)和滤波器单元(CDC1、FU)以这种方式布置，即在所述基底装置(PB)中安装到位的滤波器单元(CDC1、FU)总是至少部分地位于属于所述基底装置的所述液体冷却导管的壁(LC1S、LC2S)之间。3.根据权利要求1或2所述的电力电子器件，其特征在于，所述液体冷却导管(LC1、LC2)还至少包括第一液体导管和第二液体导管，并且所述滤波器单元(CDC1、FU)还包括第一和第二突出部(21)，以及置于所述基底装置(PB)中的滤波器单元的第一外壁(FU1S)与所述第一液体导管的第一壁(LC1S)彼此热传导地相连接，所述滤波器单元的第二外壁(FU2S)与所述第二液体导管的第一壁(LC2S)彼此热传导地相连接，所述滤波器单元的第一突出部的表面(FU1P)与所述第一液体导管的第二壁(LC1P)彼此热传导地相连接，以及所述滤波器单元的第二突出部的表面(FU2P)与所述第二液体导管 的第二壁(LC2P)彼此热传导地相连接。4.根据权利要求1所述的电力电子器件，其特征在于，彼此热传导地相连接的所述壁(FU1S、LC1S、FU2S、LC2S、FU1P、LC1P、FU2P、LC2P)以这种方式彼此热传导地相连接，即它们彼此直接相接触或者彼此通过媒介物相接触。5.根据权利要求1所述的电力电子器件，其特征在于，所述滤波器单元(CDC1、FU)包括实质上整体的金属框架结构，所述电容器元件布置于所述实质上整体的金属框架结构内。6.根据权利要求1所述的电力电子器件，其特征在于，所述电容器元件(Ce1……CeN)以这种方...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯莫·米耶蒂宁，尤卡·亚斯可瑞，
申请(专利权)人：伟肯有限公司，
类型：新型
国别省市：芬兰;FI