电变流器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于运行可插装在一起的变流器部件的电变流器(1)，具有带有电子部件(3)的第一电子组件(2)，组件载体(4)，壳体底架(5)和壳体盖(6)，其中至少一个电子部件(3)是具有由GaN或InGaN制成的宽带隙的功率半导体开关(19)并且该至少一个功率半导体开关(19)在电变流器(1)的运行过程中以至少400V的截止电压和至少40kHz的时钟频率运行，其中，第一电子组件(2)通过连接元件(7)与组件载体(4)插装式地机械连接，并且其中，与组件载体(4)插装在一起的第一电子组件(2)借助于另外的连接元件(8)通过壳体底架(5)的锁定元件(9)与壳体底架(5)或通过壳体盖的锁定元件与壳体盖插装式地和锁定式地机械连接。

Electric converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电变流器
本专利技术涉及一种用于运行能插装在一起的变流器部件的电变流器，具有带有电子部件的第一电子组件、组件载体、壳体底架和壳体盖。
技术介绍
电变流器的电气或电子变流器部件(例如具有电子组件的印刷电路板形式的电子组件、用于容纳电子组件的组件载体以及电变流器的壳体底架和壳体盖)在组装电变流器时通常通过力配合的连接件彼此机械连接。这种类型的力配合连接构件例如是用于可机械松脱连接的螺纹件或用于不可机械松脱连接的铆钉。这些通常由金属材料制成的力配合连接件也用于当今的电变流器中，因为尤其是这种电变流器的组件载体、壳体底架以及可能还有壳体盖或者是用于对电子组件进行散热(特别是用于对功率半导体开关进行散热)的实心金属冷却体的一部分或带有功率半导体开关的组件的一部分，它们或者甚至整体地设计为金属冷却体。尤其地，即使例如常规IGBT功率半导体开关(由Si或SiC制成)以例如大于400V的高截止电压、例如大于40kHz的高时钟频率和例如大于7A的开关电流运行时，这也是适用的。主要具有决定重量的金属材料的这些变流器部件通常针对这种力配合连接件的机械连接的高应力来对力配合的连接件进行设计。此外，出于降低制造过程或材料使用中的成本的原因，采用了材料配合连接技术，例如粘接、锡焊或其他大多数不可机械松脱的连接技术。这能够在变流器部件的功能集成、节省材料和减少制造过程中的步骤方面支持紧凑型电变流器的构造和组装，因为在此尽可能放弃了可松脱的机械连接并摆脱了相关的空间和材料要求。然而，这种材料配合的连接技术的使用尤其妨碍了在维护和修理工作期间快速且无损地拆卸变流器部件。在考虑用于电变流器的连接技术时，另一方面是制造商努力将电子组件例如通过螺纹连接预安装到组件载体上，以及利用电变流器的壳体元件将所提高的变流器部件的该预安装组合围装，以便例如然后借助于螺纹连接将这些机械固定。但是，这种结构经常导致公差问题。壳体元件在此必须从不同的接合方向进行装配，并在小的公差范围内彼此对齐，以便满足例如在IP防护等级(国际保护代码)和EMV(电磁兼容性)方面所要求的防护等级。螺纹连接还需要例如用于将组件载体与变流器壳体上的电子组件进行机械连接的足够的机械空间，这对于电变流器的紧凑，节省空间的结构而言是一个障碍。电变流器的另一种替选结构例如是电子组件的塔式构造，其中，这些组件放置在载体底架或壳体底架上并且经常旋拧在其上。然后，这种电子组件和载体底架或壳体底架的结构被壳体套筒或壳体盖包围或封闭，并且同样地通常也是借助于螺纹连接来机械连接。此类组装技术通常仅适用于底架不具有高壁的情况，因为否则会有电子组件以在机械和电气公差上不安全的方式安装的风险，这又会损害电子组件在运行期间的功能。除了驱动和能源供应技术中使用的电变流器外，这些考虑原则上还涉及用于其他自动化任务的自动化设备，例如带有可编程逻辑控制器(PLC)的自动化设备以及致动器(执行器，阀门等)以及用于过程自动化的传感器(测量值换算器)，其并不或并不仅仅被规定用于驱动和能源解决方案。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种电变流器，在相同的负载能力的情况下，该电变流器为诸如电子组件、组件载体、壳体底架和壳体盖之类的变流器部件的机械连接提供了一种连接技术，该连接技术实现了电变流器更紧凑、节省空间的构造并且就这些机械连接而言进一步减少了金属材料的使用。该目的通过具有权利要求1所述特征的电变流器实现。本专利技术基于以下认知：随着由GaN或InGaN制成的具有高带隙(Bandbreit)的功率半导体开关的引入，其中，该功率半导体开关在开关电流大于7A的情况下尤其以高截止电压(>400V)和高时钟频率(>40kHz)运行，能够放弃迄今为止使用的实心金属冷却体或者至少在其空间和材料要求方面得到显著降低，这种冷却体至今为止通常被完全或至少部分地集成在电变流器的壳体底架和/或壳体盖中。这也为连接和布置电变流器的变流器部件开辟了新的选项。为了实现该目的，提出了一种用于运行可插装在一起的变流器部件的电变流器，其具有带有电子部件的第一电子组件、组件载体、壳体底架和壳体盖，其中，至少一个电子部件是具有宽带隙的由GaN或InGaN制成的功率半导体开关，并且至少一个功率半导体开关在电变流器的运行过程中以至少400V的截止电压和至少40kHz的时钟频率运行，其中，第一电子组件通过连接元件与组件载体插装式地机械连接，并且其中，与组件载体插装在一起的第一电子组件借助于另外的连接元件通过壳体底架的锁定元件与壳体底架或通过壳体盖的锁定元件与壳体盖插装式地和锁定式地机械连接。功率半导体开关在电变流器的运行中尤其是以至少7A的开关电流运行。对于作为电子组件的至少一个宽带隙的由GaN或InGaN制成的功率半导体开关的使用来说，即使在更高的截止电压(>400V)和时钟频率(>40kHz)且特别是开关电流为至少7A的情况下，也仍然不需要使用用于对该功率半导体开关进行散热的实心金属冷却体。通常，这些实心金属冷却体是需要空间的并且是比重大的，大部分情况下被用作电变流器的中央连接点，因此也极大地限制了其他变流器部件的布置和连接可行方式。在根据本专利技术的电变流器中，具有宽带隙的由GaN或InGaN制成的功率半导体开关也可以用在桥式电路中，例如设计成具有六个功率半导体开关的六脉冲桥式电路(B6桥)，其中，与例如具有SiC功率半导体的类似的解决方案相比，针对它们的实心金属冷却体也是不必要的。因此，至少一个功率半导体开关在这里也应被理解为具有多个功率半导体开关的组件，并且至少一个功率半导体开关例如设计为桥式电路。借助于根据本专利技术的电变流器的连接元件和锁定元件，能够有利地以低耗费将能插装在一起的变流器部件预组装、紧密嵌套(verschachtelten)并进而以紧凑且节省空间的方式构造，并且相对地还能够出于维护目的以低耗费从彼此中取出。此外，连接元件与组件载体和壳体底架或壳体盖的锁定元件一起以特别有利的方式赋予第一电子组件其运行所需的稳定性。在从属权利要求中给出了电变流器的有利设计方案。在根据本专利技术的电变流器的第一有利设计方案中，第一电子组件借助于连接元件直接地与至少一个另外的电子组件插装式地机械连接，和/或第一电子组件借助于连接元件经由组件载体间接地与至少一个另外的电子组件插装式地机械连接，其中，至少一个另外的电子组件具有电子部件。由于另外的电子组件既可以通过连接元件直接地、也可以通过第一电子组件和连接元件间接地与组件载体机械连接，所以组件载体在该形式中不再需要作为用于多个电子组件的彼此连接的以及与壳体底架和/或壳体盖的连接的唯一的且在大多情况下为中央的连接点。但是，与此同时，仍保留了电子组件的聚合(Gruppierung)功能，这也是电变流器的稳定性需求。因此，特别是增加了电子组件在电变流器中的布置方式的灵活性，根据对电变流器的电气要求，这实现了紧凑且交错的结构，该结构具有最窄的间隙。这些间隙主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行能插装在一起的变流器部件的电变流器(1)，具有：/n-带有电子部件(3)的第一电子组件(2)，/n-组件载体(4)，/n-壳体底架(5)，和/n-壳体盖(6)，/n其中，/n-至少一个所述电子部件(3)是具有宽带隙的由GaN或InGaN制成的功率半导体开关(19)，并且至少一个所述功率半导体开关(19)在所述电变流器(1)的运行中以至少400V的截止电压、至少7A的开关电流和至少40kHz的时钟频率运行，/n-所述第一电子组件(2)借助于连接元件(7)与所述组件载体(4)插装式地机械连接，并且/n-与所述组件载体(4)插装在一起的所述第一电子组件(2)借助于另外的连接元件(8)通过所述壳体底架(5)的锁定元件(9)与所述壳体底架(5)或通过所述壳体盖的锁定元件与所述壳体盖插装式地和锁定式地机械连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 EP 17194129.71.一种用于运行能插装在一起的变流器部件的电变流器(1)，具有：
-带有电子部件(3)的第一电子组件(2)，
-组件载体(4)，
-壳体底架(5)，和
-壳体盖(6)，
其中，
-至少一个所述电子部件(3)是具有宽带隙的由GaN或InGaN制成的功率半导体开关(19)，并且至少一个所述功率半导体开关(19)在所述电变流器(1)的运行中以至少400V的截止电压、至少7A的开关电流和至少40kHz的时钟频率运行，
-所述第一电子组件(2)借助于连接元件(7)与所述组件载体(4)插装式地机械连接，并且
-与所述组件载体(4)插装在一起的所述第一电子组件(2)借助于另外的连接元件(8)通过所述壳体底架(5)的锁定元件(9)与所述壳体底架(5)或通过所述壳体盖的锁定元件与所述壳体盖插装式地和锁定式地机械连接。


2.根据权利要求1所述的电变流器(1)，其中，所述第一电子组件(2)借助于所述连接元件(7)直接与至少一个另外的电子组件(18)插装式地机械连接，和/或所述第一电子组件借助于所述连接元件(7)间接地经由所述组件载体(4)与至少一个另外的电子组件插装式地机械连接，所述另外的电子组件具有所述电子部件(3)。


3.根据权利要求2所述的电变流器(1)，其中，至少一个所述另外的电子组件(18)借助于所述另外的连接元件(8)通过所述壳体底架(5)的所述锁定元件(9)与所述壳体底架(5)插装式地和锁定式地机械连接，或者通过所述壳体盖(6)的锁定元件与所述壳体盖(6)插装式地和锁定式地机械连接。


4.根据前述权利要求中任一项所述的电变流器(1)，其中，所述另外的连接元件(8)各自具有连接头(10)，所述连接头分别被插入并锁定到所述锁定元件(9)之一的锁定元件凹部(11)中。


5.根据权利要求4所述的电变流器(1)，其中
-所述另外的连接元件(8)的所述连接头(10)和所述锁定元件(9)的分别与所述连接头连接的所述锁定元件凹部(11)具有至少部分构造的球形形状(12)，或
-所述另外的连接元件(8)的所述连接头(10)和所述锁定元件(9)的分别与所述连接头连接的所述锁定元件凹部(11)具有矩形形状(13)，或...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·普费弗莱因，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE