功率单元组件、功率单元装置及高压变频器的制作方法

1.本发明实施例涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种功率单元组件、功率单元装置及高压变频器。


背景技术：

2.在现有的高压变频器的功率单元装置中，为保证功率单元装置内的多个功率单元间的可靠性，一般都会将多个功率单元以间隔排布的方式分别固设在绝缘骨架上，以使多个功率单元之间保留预设的安规距离，特别是同相功率单元与异相功率单元之间更加需要保留较大的安规距离，避免相互影响。因此，为满足安规，会造成现有的功率单元装置的空间利用率都相对较低，进而导致现有功率单元装置的体积比较庞大，不利于高压变频器整体体积的缩减，在受限的安装空间中无法使用。
3.并且，在环境较恶劣的安装现场中，绝缘骨架上会堆积灰尘，从而大大降低绝缘骨架的绝缘性能，以致于多个功率单元间出现爬电现象而导致故障，甚至损坏高压变频器，可靠性不高。因此，在需要保证功率单元装置的体积设计时，会在一定程度上增高功率单元装置对安装环境的要求，使现有功率单元装置的使用的适用范围受到大大的限制。
4.此外，由于现有功率单元装置的多个功率单元均为独立的个体，且都包括有相对独立的壳体，因此不仅需要较多的加工材料，增加了制造成本，还使得装配更加困难和复杂，不利于拆装维护。并且，由于壳体的限制，无法对多个功率单元进行有效集成，从而降低了功率单元装置的体积的可设计性，使得现有功率单元装置无法进行体积缩减的优化设计。


技术实现要素：

5.本发明实施例针对上述现有功率单元装置的空间利用率低、体积大、适用范围受到限制且制造成本高、不利于拆装维护以及体积的可设计性低的问题，提供一种功率单元组件、功率单元装置及高压变频器。
6.本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率单元组件，包括绝缘壳体和多个功率单元，其中：所述绝缘壳体包括由绝缘隔板分隔形成的多个相互独立的安装腔室，且每一所述安装腔室分别具有安装开口；每一所述功率单元均包括有裸露的印制电路板，所述印制电路板的一侧垂直连接有封口板；
7.所述多个功率单元分别经由所述安装开口装设到所述安装腔室内，并通过封口板封闭所述安装开口。
8.优选地，每一所述安装腔室内与所述安装开口相对的内壁上分别设置有第一散热通孔，所述封口板设置有第二散热通孔，并在所述封口板封闭所述安装开口时，所述安装腔室内形成位于所述第一散热通孔与所述第二散热通孔之间的散热风道。
9.优选地，所述封口板的尺寸大于所述安装开口的尺寸，且所述封口板的外缘贴靠密封所述安装开口的整个外周。
10.优选地，每一所述功率单元包括设于所述印制电路板上的散热器，且在所述功率单元装配到所述安装腔室时，所述散热器位于所述散热风道内。
11.优选地，每一所述安装腔室内分别设有第一导向构件，每一所述功率单元分别包括第二导向构件，且所述功率单元以第二导向构件与第一导向构件相配合的方式安装固定在所述安装腔室内。
12.优选地，所述绝缘壳体以及绝缘隔板由绝缘材料通过注塑工艺一体成型。
13.优选地，所述第一导向构件包括两条分别位于所述安装腔室的两个相对的侧壁上的导槽，且两条所述导槽所在的平面与所述安装开口所在的平面垂直；
14.所述第二导向构件由所述印制电路板的一组相对的侧边构成，且两条所述侧边之间的距离与所述安装腔室内的两条导槽之间的距离相适配；所述功率单元通过所述印制电路板的两条所述侧边分别活动卡接到两条所述导槽的方式装设固定到所述安装腔室内。
15.优选地，所述绝缘壳体包括用于与外部设备连接的外接端子组，所述外接端子组位于所述安装腔室外，所述功率单元分别设有第一输入端子组和第一输出端子组，每一所述安装腔室内分别设有第二输入端子组和第二输出端子组，装设在所述安装腔室内的功率单元的第一输入端子组与所述第二输入端子组导电连接，且各个所述安装腔室内的第二输出端子组和/或各个所述功率单元的第二输出端子组通过串联的方式与所述外接端子组导电连接；
16.所述第二输入端子组和第二输出端子组包括设于所述安装腔室与所述安装开口相对的内壁上的多个快插端子，且所述多个快插端子位于两条所述导槽的所在平面内；所述第一输入端子组和第一输出端子组包括设于所述印制电路板上的多个导电触点，且多个所述导电触点的位置分别与多个所述快插端子的位置相对应。
17.优选地，所述绝缘壳体包括用于与外部设备连接的外接端子组，所述外接端子组位于所述安装腔室外，所述功率单元分别在其各自的封口板上设有第一输入端子组和第一输出端子组，装设在所述安装腔室内的功率单元的第一输入端子组通过导线连接外部变压器、第一输出端子组通过导线以串联的方式与所述外接端子组导电连接。
18.本发明实施例还提供一种功率单元装置，包括至少一个如上任一项所述的功率单元组件。
19.本发明实施例还提供一种高压变频器，包括机壳、以及设于所述机壳内的变压器柜、控制柜和如上所述的功率单元装置，所述变压器柜设置于所述机壳的后半部，所述功率单元装置和控制柜分别位于所述机壳的前半部，且所述控制柜设于所述功率单元装置上方，所述功率单元装置包括三相，每一相中的功率单元组件的各个功率单元横向一字排列，且所述功率单元装置与所述机壳的侧面板之间形成用于所述功率单元装置装配线缆的出线腔。
20.本发明实施例还提供一种高压变频器，包括机壳、以及设于所述机壳内的变压器柜、控制柜和如上所述的功率单元装置，所述变压器柜设置于所述机壳的后半部，所述功率单元装置和控制柜分别位于所述机壳的前半部，所述功率单元装置包括三相，每一相中的功率单元组件的各个功率单元沿横向呈至少两行、多列的方式排列，且所述功率单元装置与所述机壳的侧面板之间形成的空间用于容纳所述控制柜以及用于所述功率单元装置装配线缆的出线腔。
21.本发明实施例的功率单元组件、功率单元装置及高压变频器具有以下有益效果：通过设置绝缘壳体，并在绝缘壳体上形成多个安装腔室，从而可将多个功率单元分别装设在多个安装腔室内，以进行有效集成，结构简单，无需设置多个独立壳体和用于装设独立壳体的绝缘骨架，且功率单元与安装腔室的内壁之间不会形成独立的空间间隙，提高了安装腔室的空间利用率，不仅可缩减体积，提高体积的可设计性，还能够有效降低制造成本，简化装配操作，使得拆装维护的方便性更高，进而提高市场竞争力；并且，由于多个安装腔室由绝缘隔板分隔形成，因此可以增大各个功率单元之间的爬电距离，且不易积尘，受安装环境的影响较小，由此可保证各个安装腔室内的功率单元之间的安规可靠性，提高功率单元组件的使用的适用范围，使得整体体积更小，以便于在受限的安装空间中使用，扩大适用范围。
附图说明
22.图1是本发明实施例提供的功率单元组件的结构示意图；
23.图2是本发明实施例提供的绝缘壳体的结构示意图；
24.图3是本发明实施例提供的功率单元的结构示意图；
25.图4是本发明实施例提供的高压变频器的正面投影的结构示意图；
26.图5是本发明实施例提供的高压变频器的侧面投影的透视结构示意图；
27.图6是本发明实施例提供的另一高压变频器的正面投影的结构示意图；
28.图7是本发明实施例提供的另一高压变频器的侧面投影的透视结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.如图1所示，是本发明实施例提供的功率单元组件的结构示意图，该功率单元组件可应用于电力电子设备领域，特别是在高压变频器中。结合图2所示，本实施例中的功率单元组件包括绝缘壳体1和多个功率单元2，其中绝缘壳体1包括由绝缘隔板分隔形成的多个相互独立的安装腔室101，且每一安装腔室101内分别具有安装开口，以供功率单元2装入到安装腔室101内。在实际应用中，上述绝缘壳体1内安装腔室101的数量及多个安装腔室101的排布的方式可根据实际情况确定，以满足安装设计需求。上述绝缘壳体1的主体部分具体可由绝缘材料通过注塑工艺一体加工成型，加工方便且能够控制加工成本。另外，通过由绝缘材料构成的方式还可保证上述功率单元组件整体的安规绝缘性，有效防止与外部产品相互影响，且无需设置较大安规距离，既提高了集成度，又可使得功率单元组件具有更高的可靠性。
31.结合图3所示，每一功率单元2均包括有裸露的印制电路板21，且印制电路板21的一侧垂直连接有用于封闭安装腔室101的安装开口的封口板23。进一步地，上述封口板23优选以大于安装开口的方式设置，以便于达成对安装开口的封闭操作，且多个功率单元2分别经由安装开口装入并固定到绝缘壳体1的多个安装腔室101内，并由连接在印制电路板21的一侧的封口板23同步封闭安装腔室101的安装开口。
32.上述功率单元组件通过设置绝缘壳体1，并在绝缘壳体1上形成多个安装腔室101，从而可将多个功率单元2分别装设在多个安装腔室101内，以进行有效集成，使整体结构更加简单实用。区别于现有采用独立安装结构的功率单元装置，上述功率单元组件有效的将用于固定安装的构件进行融合设计，从而无需设置多个独立壳体和用于多个独立壳体安装的绝缘骨架，且功率单元2与安装腔室101的内壁之间不会形成独立的空间间隙，提高了安装腔室101的空间利用率，因此能够进行高集成化设计，不仅可以缩减体积，提高体积的可设计性，还能有效降低制造成本(减少了壳体的加工及材料成本)，简化装配操作，同时提高功率单元组件的拆装维护的方便性，使得相关产品具有更高的市场竞争力。
33.并且，由于多个安装腔室101由绝缘隔板分隔形成，因此可以保证各个安装腔室101内的功率单元2之间的安规可靠性，进而能够进行体积缩减的优化设计，有效提高空间利用率，使得整体体积更小，以便于在受限的安装空间中使用，扩大适用范围。
34.特别地，绝缘壳体1内的绝缘隔板能够有效增大各个功率单元2之间的爬电距离，因此可以保证安规可靠性；并且该结构不容易在各个功率单元2之间积尘，受安装环境的影响较小，从而能够在安装环境较恶劣的现场安装使用，使得功率单元组件的适用范围更加广泛。
35.在本发明的一个实施例中，为保证安装在安装腔室101内的功率单元2的散热效果，每一安装腔室101与安装开口相对的内壁上分别设置有第一散热通孔15，而封口板23设置有与第一散热通孔15相对应的第二散热通孔，因此在封口板23封闭安装开口时，可在安装腔室101内形成位于第一散热通孔15与第二散热通孔之间的散热风道，从而能够在散热风道内形成与外部空气进行循环流动的散热气流，进而对装设于安装腔室101内的功率单元2进行风冷散热。
36.进一步地，每一功率单元2分别包括装设在印制电路板21上的散热器22，且在功率单元2装配到安装腔室101时，印制电路板21上的散热器22位于安装腔室101内的散热风道中，这样可由散热器22转移装设在印制电路板21上的发热器件产生的热量，再由散热风道内的散热气流对散热器22进行风冷散热，从而对功率单元2进行散热降温。当然，也可将散热器22直接装配在发热器件上(即由发热器件间接将散热器22装设在印制电路板21)，由散热器22直接对发热器件进行散热，以提高散热效果。由于每一安装腔室101内均设有第一导向构件13，而每一功率单元2均包括有与第一导向构件13相对应的第二导向构件212，因此功率单元2可通过第二导向构件212与第一导向构件13相配合的方式安装固定在相应的安装腔室101内，并通过第二导向构件212与第一导向构件13相互配合，可将功率单元限位固定在安装腔室101内，以保证功率单元2在安装腔室101内的稳定性。
37.在本发明的一个实施例中，第一导向构件13包括两条分别位于安装腔室101内的两个相对的侧壁上的导槽131，第二导向构件212由印制电路板21的一组相对的侧边构成，且印制电路板21的一组相对的侧边之间的距离与两条导槽131相适配，因此功率单元2可通过印制电路板21的两条侧边分别活动卡接到两条导槽131的方式装配到对应安装腔室101内。并且，为保证将功率单元2能够可靠的限位固定在安装腔室101内，应使印制电路板21的两条侧边的厚度与安装腔室101内的两条导槽131的宽度相适配，以确保功率单元2的安装稳定性。在实际应用中，第一导向构件13具体可与绝缘壳体1一体成型，而上述两条导槽131具体可由突起与侧壁的两条相互平行的凸条之间的间隙构成，当然也可由凹嵌在侧壁内的
两条凹槽构成，具体可根据实际情况设定。
38.为提高功率单元2装配的方便性，应该将安装腔室101内的两条导槽131设于同一平面内，避免结构复杂化，且使两条导槽131所在的平面与对应的安装腔室101的安装开口所在的平面垂直。该结构简单合理，不仅能够降低两条导槽131的加工难度，还有利于功率单元2的印制电路板21的两条侧边能够轻松快捷的由安装开口装入到安装腔室101的两条导槽131内，使得装配更加简单顺畅，从而大大提高装配效率。另外，优选将绝缘壳体1的多个安装腔室101的安装开口朝相同方向设置，并设于同一平面内，有利于组装和维护操作，使结构设计更加合理。
39.当然，在实际应用中，功率单元2也可通过其他方式的配合结构装设到安装腔室101内，例如通过设置导轨传动件、或者在安装腔室101内设置导向凸边，在功率单元2设置与该导向凸边相对应的导向凹槽，因此功率单元2能够通过导向凹槽与导向凸边相配合的方式装设到安装腔室101内，但这可能将会增大整体结构的复杂程度。
40.绝缘壳体1包括用于与外部设备连接的外接端子组11，为便于外接端子组11与外部设备的导电连接，外接端子组11设于安装腔室101外。
41.在本发明的实施例中，多个功率单元2分别设有第一输入端子组和第一输出端子组(即附图中的第一端子组件211)，而每一安装腔室101内分别设有第二输入端子组和第二输出端子组(即图中的第二端子组件12)。具体地，装设在安装腔室101内的功率单元2的第一输入端子组与对应的安装腔室101内的第二输入端子组导电连接，且各个安装腔室101内的第二输出端子组和各个功率单元2的第一输出端子组通过串联在一起的方式与外接端子组11导电连接，由此实现每一装设在安装腔室101内的功率单元2的直接/间接与外接端子组11的电性连接，以确保每一功率单元2的输出功能的完整性。
42.进一步地，第二端子组12包括位于安装腔室101的底壁(该底壁具体为与安装开口相对的内壁)的多个快插端子121，而第一端子组211包括分别位于印制电路板21的底边的多个导电触点，且多个导电触点的位置分别与多个快插端子121的位置相对应。
43.由于多个快插端子121位于两条导槽131的所在的平面内，因此在功率单元2通过印制电路板21的两条侧边配合到两条导槽131的方式装配到安装腔室101时，印制电路板21上的多个导电触点能够与安装腔室101的底壁的多个快插端子121电性连接，从而实现第一端子组211与第二端子组12的导电连接。
44.具体地，上述外接端子组11包括高压输出端子111，且每一安装腔室101内的多个快插端子121的输出端串联在一起，然后与高压输出端子111导电连接。
45.另外，每一安装腔室101的底壁的安装开口分别设有与印制电路板21的底边相对应的条形槽14，且安装腔室101内的多个快插端子121的输入端分别设于条形槽14内，并在功率单元2装配到安装腔室101时，印制电路板21的底边卡接限位在条形槽14内，且印制电路板21的底边的多个导电触点分别与多个快插端子121导电连接，从而使得每一功率单元2的印制电路板21均能通过安装腔室101内的第二端子组12与高压输出端子111电性连接。
46.上述安装腔室101通过设置条形槽14，并使条形槽14与印制电路板21的底边相对应，这样可有效固定印制电路板21的底边，提高印制电路板21的多个导电触点与快插端子121导电连接的稳定性和可靠性。此外，上述安装腔室101优选呈方形设置，有利于进行整体结构的布局设计。
47.在本发明的另一实施例中，多个功率单元2均包括设于封口板23上、且分别与印制电路板21电性连接的第一输入端子组和第一输出端子组。具体地，装设在安装腔室101内的功率单元2的第一输入端子组通过导线连接到外部变压器、而第一输出端子组通过导线串联的方式与外接端子组11导电连接，即是通过装配导线的方式实现电性连接，由此保证每一功率单元2的输出功能的完整性。
48.此外，绝缘壳体1上的多个安装腔室101沿直线排成一列。当然，在实际应用中，绝缘壳体1上的多个安装腔室101具体也可按其他排列方式进行排布设计，以调整功率单元组件的外形及尺寸，便于使用上述功率单元组件的相关产品的布局设计。例如，将绝缘壳体1上的多个安装腔室101沿直线排布成上下两列，且上下两列的安装腔室101的数量相同。
49.由于两条导槽131所在平面隔设在安装腔室101内，因此在功率单元2装设到安装腔室101内时，印制电路板21可将安装腔室101分隔形成两个相对独立的空腔。具体地，可使安装腔室101的散热风道形成于其中一个空腔内，保证另一空腔相对密封，这样，可将功率单元2的部分防尘要求较高的器件装设在印制电路板21朝向密封空腔的表面，以避开散热风道，进行有效的防尘处理，提高结构的实用性。
50.上述绝缘壳体1还包括至少一条设于多个安装腔室101外、用于装配线缆的线槽16，且该线槽16沿多个安装腔室101的排布方向设置，从而有利于将各个安装腔室101内的线缆统一装配在线槽16上，既能够避免线缆晃动影响可靠性，又能使外观更加美观。
51.另外，为提高功率单元组件的安全性，绝缘壳体1还包括设于安装腔室101外的中性点霍尔安装结构。
52.本发明实施例还提供一种功率单元装置，且该功率单元装置包括至少一个上述功率单元组件。当然，上述功率单元装置内的功率单元组件的数量可根据实际情况确定，优选将同相功率单元和异相功率单元设于两个不同的功率单元组件上。
53.如图4、5所示，本发明实施例还提供一种高压变频器，该高压变频器包括机壳3、以及设于机壳3内的变压器柜4、控制柜6和上述功率单元装置5，其中变压器柜4设置于机壳3的后半部，功率单元装置5和控制柜6分别设于机壳3的前半部，即是将功率单元装置5和控制柜6分别设于变压器柜4的前方，并以靠近机壳3的前门板的方式设置，这样方便进行对控制柜6和功率单元装置5的组装和维护操作。
54.特别地，控制柜6设于功率单元装置5的上方，且功率单元装置5外侧形成有用于功率单元装置5装配线缆的出线腔，以便于对功率单元装置5进行线缆的装配。上述布局方式可提高高压变频器的机壳3内部的空间利用率，且由于功率单元装置5通过设置上述功率单元组件，因此体积相对较小，能够有效缩减体积，使高压变频器具高集成度。
55.此外，由于功率单元装置5设于控制柜6的下方，因此将功率单元装置5内的多个功率单元组件的多个安装腔室101横向一字排列(即是沿机壳3的横向排成一行)，从而可缩减垂向上的体积，使空间利用率更加高。具体地，功率单元装置5包括三相，而每一相的功率单元组件包括八个安装腔室101，且每一功率单元组件上的八个安装腔室101沿机壳3的横向依次排列成一行。
56.结合图6、7所示，本发明实施例还提供另一种高压变频器，该高压变频器包括机壳7、以及设于机壳7内的变压器柜4、控制柜6和上述功率单元装置5，其中变压器柜设置于机壳7的后半部，功率单元装置5和控制柜6分别设于变压柜的前半部。
57.具体地，控制柜6位于功率单元装置5的右侧(或左侧)的上方，且功率单元装置5外侧、及位于控制柜6的下方形成有用于功率单元装置5装配线缆的出线腔。
58.为提高机壳3的空间利用率、以及结构设计的合理性，将功率单元装置5内的多个功率单元组件的多个安装腔室101沿机壳7的横向呈至少两行、多列的方式排列，然后沿机壳7的横向安装固定，这样可有效缩减功率单元组件在水平方向上的体积，避免在功率单元组件的垂向方向的外侧存在未利用的安装空间。
59.特别地，功率单元装置5包括三相(即具体可三个功率单元组件)，且每一相的功率单元组件包括八个安装腔室101。在实际应用中，优选将每一功率单元组件上的八个安装腔室101沿机壳7的横向呈四行两列的方式排布。当然，每一相的功率单元组件的安装腔室101的数量及其排列方式可根据实际情况进行调整。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。