具有支承的冷却体的功率结构组件制造技术

本发明专利技术涉及一种中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器以及一种功率结构组件(1)，所述功率结构组件包括至少一个功率半导体结构组件(4)、至少一个蓄能器结构组件(5)、至少一个冷却装置(6)，并且所述冷却装置(6)构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板(7)，所述冷却板具有与冷却板长度(8)和冷却板高度(9)相比较小的冷却板厚度(10)并且所述冷却板(7)具有至少一个通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板厚度(10)和/或一部分所述冷却板高度(9)定义的支撑区域(12)，以便功率结构组件(1)向所述中压或高压变流器(2)的机架(3)上转移负荷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有支承的冷却体的功率结构组件
本专利技术涉及一种用于中压或高压变流器、优选模块化多级变流器(MMC)的功率结构组件，所述功率结构组件包括构造为冷却板的冷却装置，所述冷却装置具有至少一个支撑区域，以便将所述功率结构组件向所述中压或高压变流器的机架上转移负荷。本专利技术还涉及一种具有对应构造的功率结构组件的中压或高压变流器。
技术介绍
现代的中压或高压变流器通常具有多个相互连接的功率结构组件、例如MMC子模块，以便将交流电压转换为直流电压或反之。这样的功率结构组件也可以特别在模块化多级变流器中称为子模块。在此，对于本领域技术人员已知蓄能器结构组件、功率半导体结构组件、与此相关的控制装置和特别是设置用于冷却元件的冷却装置的很多可能的布置结构。在WO2008/074274A1公开一种多级换流器，该多级换流器具有多个具有功率半导体的换流器模块和多个蓄能器，其中，至少一个换流器模块在蓄能器上支承地紧固。为了构造模块化多级变流器，这样的多级换流器在机架中这样设置，使得蓄能器在机架的横梁上支撑在其前侧和背侧上。功率结构组件的快速更换由于直立设置的功率结构组件必须相对烦琐地抬起并且从机架转移出来或转移到机架中而变得困难。在这样的布置结构中，为了触点接通用于电流机构、控制机构和/或冷却剂的接头还需要部分相对长的连接元件或者说连接线路，这在用户方面带来对可接近性的影响。在US2017194878A1中公开一种用于多级换流器的功率结构组件或者说子模块的可能构造，其规定功率结构组件的功率半导体结构组件至少部分地直接或间接在冷却板上的布置结构。然而，为了将这样的功率结构组件装配在多级换流器中需要相对耗费的框架结构，以便保持功率结构组件的各个部件，以便能实现向多级变流器的机架上转移负荷。此外，公开的结构具有以下缺点，即，能量存储单元沿竖直方向设置在半导体单元上，由此减少冷却板向能量存储单元上的冷却作用。EP1125355B1公开一种换流器-电容器结构组件，构造作为支承的部件。所述电容器装配在功率半导体上方，由此必须考虑远离电容器设置的冷却体的导热减少的缺点。对于本领域技术人员已知用于功率结构组件的其他布置结构，在所述布置结构中，蓄能器结构组件沿纵向方向设置在半导体和/或控制结构组件的后面。首先，在此构造有功率结构组件沿竖直方向的最大线膨胀，由此多个功率结构组件能够在机架中并排地和相叠地设置，以便构成模块化的变流器，然而必须考虑处于相对高的重心位置。对安全、特别是防爆、操作者安全和电磁的一致性(EMV)的增大的要求伴随着功率结构组件的低成本制造的要求。此外，在损坏情况下功率结构组件的快速的且舒适的可交换性是值得期望的。此外，功率结构组件与固定不动设备上的中压或高压变流器的相应的局部需求的特定可适配性是值得期望的，亦或对于在可运动的安放地点、例如火车或船上的使用具有实际优点。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，克服现有技术的缺点并且提供一种功率结构组件，该功率结构组件构成一种简单的、低成本的、可靠的且快速可更换的平台解决方案。本专利技术的另一个任务在于，确保良好散热并且改善功率结构组件或者说中压或高压变流器的EMV。这个任务通过按照权利要求所述的一种功率结构组件和一种中压或高压变流器得以解决。按照本专利技术的用于中压或高压变流器、优选模块化多级变流器的功率结构组件包括至少一个功率半导体结构组件、至少一个蓄能器结构组件和至少一个冷却装置。所述冷却装置构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板，所述冷却板具有与冷却板长度和冷却板高度相比较小的冷却板厚度，并且所述冷却板具有至少一个通过所述冷却板的冷却板长度和冷却板厚度和/或一部分所述冷却板高度定义的支撑区域，以便将所述功率结构组件向所述中压或高压变流器的机架上转移负荷。通过将功率结构组件、特别是冷却装置按照本专利技术的构造为转移负荷的结构元件，同时将功率结构组件的支撑功能施加在机架上并且构成用于在冷却体上设置的全部结构组件的容纳平台。因此，冷却板用为一种构造板，以便容纳能量结构组件、功率半导体结构组件和可能的其他部件。这样的部件例如可以以辅助结构组件的形式设置在冷却板上并且例如具有控制装置、电源件、旁路电路、阻抗和类似物。功率半导体结构组件优选包括IGBT结构组件、MOSFET、晶体管或类似物。蓄能器结构组件优选包括电容器结构组件，所述电容器结构组件可以包括多个电容器和/或其他合乎目的的蓄能器。各个部件借助于合适的线路元件、如汇流排、线缆或类似物的连接对于本领域技术人员充分已知并且因此不详细阐述。因此，这样的功率结构组件具有基本上竖直定向的冷却板，所述冷却板在至少一个支撑区域中在机架上传递负荷地支撑。所述支撑区域可以设置在冷却板上侧和/或冷却板下侧的区域中，由此对于本领域技术人员产生应用特定的优点，所述优点例如在多个功率结构组件在机架和/或机架的容纳空间中的非常节省空间的布置结构中类似于“插卡原理”产生。功率结构组件的线膨胀基本上通过冷却板长度预定并且沿纵向方向显著地大于沿竖直方向和/或横向方向。通过功率结构组件、特别是所述至少一个蓄能器结构组件的电部件的合适的布置结构可以相对低地选择重心的位置。本专利技术的教导可以由本领域技术人员也在需要时转用到低压范围上。证实为特别有利的是：冷却板沿纵向方向的冷却板长度与沿竖直方向的冷却板高度的比例为了5：1至1：2、特别是2：1至1：1并且在此分别大于沿横向方向的功率结构组件高度。由此，在维护工作或更换时功率结构组件倾斜的危险可以显著地减少并且然而实现非常紧凑的功率结构组件。按照本专利技术的中压或高压变流器、优选模块化多级变流器包括至少一个功率结构组件(如上面以及下面描述的那样)和至少一个机架，所述支架具有多个竖直立柱和水平支架，所述水平支架设置用于分别连接至少两个竖直立柱，并且所述机架具有至少一个用于至少一个功率结构组件的容纳空间，其中，至少一个纵向支架以连接至少两个水平支架的方式设置，以便给所述功率结构组件转移负荷。这允许机架的相对“细长的”并且节省材料的结构方式，而不影响稳定性。在此，纵向支架设计用于给至少一个功率结构组件转移负荷。以这种方式，纵向支架同时施加用于功率结构组件的支承功能以及用于机架的水平支架的连接功能。也可以规定：多个功率结构组件设置在一个共同的容纳空间中，由此可以得到关于成本和/或空间需求的节省。此外适宜的可以是：至少一个水平支架和/或纵向支架由电绝缘材料、优选玻璃纤维复合材料制造。以这种方式，各个功率结构组件彼此的绝缘可以通过机架实现，这在短路情况下有助于提高安全性。出于成本原因可以设想将竖直立柱由另一种必要时导电的结构材料构造，因为绝缘可以决定性地通过纵向和/或水平支架确定。在功率结构组件的部件的下面深入讨论的可能的布置结构中，重心的位置可以通过适当地实施冷却板的支撑区域来优化。在此，所述转移负荷可以按照本专利技术通过冷却板在至少一个支撑区域上向下和/或以一种悬挂布置结构支撑来实现，由此对于本领域技术人员得到大的设计自由空间。此外可以通过按照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器的功率结构组件(1)，所述功率结构组件包括:/n-至少一个功率半导体结构组件(4)/n-至少一个蓄能器结构组件(5)，/n-至少一个冷却装置(6)，其特征在于，/n-所述冷却装置(6)构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板(7)，所述冷却板具有与冷却板长度(8)和冷却板高度(9)相比较小的冷却板厚度(10)，并且所述冷却板(7)具有通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板厚度(10)和/或一部分所述冷却板高度(9)定义的至少一个支撑区域(12)，以便所述功率结构组件(1)向所述中压或高压变流器(2)的机架(3)上转移负荷。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180525 AT A50428/2018;20180525 AT A50429/2018;201.用于中压或高压变流器(2)、优选模块化多级变流器的功率结构组件(1)，所述功率结构组件包括:
-至少一个功率半导体结构组件(4)
-至少一个蓄能器结构组件(5)，
-至少一个冷却装置(6)，其特征在于，
-所述冷却装置(6)构造为由冷却剂可流经的、特别是由冷却液可流过的冷却板(7)，所述冷却板具有与冷却板长度(8)和冷却板高度(9)相比较小的冷却板厚度(10)，并且所述冷却板(7)具有通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板厚度(10)和/或一部分所述冷却板高度(9)定义的至少一个支撑区域(12)，以便所述功率结构组件(1)向所述中压或高压变流器(2)的机架(3)上转移负荷。


2.按照权利要求1所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个支撑区域(12)为了向所述机架(3)上支撑地转移负荷沿竖直方向基本上向下构造为支撑面(19)，所述支撑面优选至少包括所述冷却板长度(8)和所述冷却板厚度(10)。


3.按照权利要求1或2所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个支撑区域(12)为了向所述机架(3)上转移负荷构造在所述冷却板(7)的冷却板上侧(11)的区域中，所述区域优选至少包括所述冷却板长度(8)和一部分所述冷却板高度(9)。


4.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)在通过所述冷却板(7)的冷却板长度(8)和冷却板高度(9)定义的两个侧(13、14)上具有至少一个容纳面(18)，以便分别设置至少一个功率半导体结构组件(4)和/或至少一个蓄能器结构组件(5)。


5.按照权利要求4所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述冷却板(7)沿横向方向(17)具有至少一个连接开口(20)，以便将至少所述至少一个蓄能器结构组件(5)的电源线(33)与所述至少一个功率半导体结构组件(4)和/或至少一个辅助结构组件(21)导通和触点接通。


6.按照权利要求4或5中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述至少一个功率半导体结构组件(4)设置在所述冷却板(7)的第一侧(13)上并且所述至少一个蓄能器结构组件(5)设置在所述冷却板的与所述第一侧(13)对置的第二侧(14)上。


7.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，在所述冷却板(7)上设置有至少一个与所述机架(3)的耦联装置(38)对应的约束保护元件(39)。


8.按照上述权利要求中任一项所述的功率结构组件(1)，其特征在于，所述功率结构组件(1)具有至少一个保护壳体(40)，以便容纳至少一个功率半导体结构组件(4)和/或辅助结构组件(21)和/或蓄能器结构组件(5)，所述保护壳体与所述冷却板(7)可紧固地、优选可耦联地构造。


9.按照权利要求8所述的功率结构组件(1)，其特征在于，至少一个隔壁元件(48)以将至少两个部件、例如功率半导体结构组件(4)和/或辅助结构组件(21)和/或蓄能器结构组件(5)彼此分开的以及将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·纳格尔米勒，R·拉齐，
申请(专利权)人：米巴能源控股有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT