專利名稱：相功率模塊裝置和變流器的制作方法
技術領域：
本實用新型實施例涉及電氣技術領域，尤其涉及一種相功率模塊裝置和變流器。
背景技術：
隨著軌道車輛設計的不斷更新，地鐵車輛作為一種軌道車輛，其牽引變流器的功 率通常較大，一般能達到800kW。因此，在這種情況下，地鐵車輛的牽引變流器的散熱性能要 求較高，在保證良好散熱性能的前提下要求其具有良好的電氣性能。在現有技術中，變流器的功率模塊通常采用鋁型材散熱器和水冷散熱器來進行散 熱，鋁型材散熱器的散熱效率較低，其對于SOOkW的功率等級來說散熱能力明顯不夠，只能 通過增大散熱器體積并加大通風風量來彌補散熱不足的問題，這使得功率模塊的體積增 大，從而變流器的體積也相應增大，不適合安裝在地鐵車輛上；而且鋁型材散熱器采用風機 強迫風冷 散熱，而風機的故障率較高，從而降低了變流器的可靠性，其需要設計良好的密閉 風道，一旦風道出現問題便會嚴重影響變流器的散熱效率，同時風機的應用和設計制造使 得變流器的成本增加；鋁型材散熱器的接線采用銅條或電纜，增大了雜散感，使得絕緣柵雙 極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor ；以下簡稱IGBT)的開通關斷的波形 質量下降，從而導致變流器輸出電能的質量不佳，容易導致IGBT的損壞；鋁型材散熱器將 逆變器的三相做成一個功率模塊，使得通用性減小，功率模塊的體積重量均增大，使更換等 維修操作困難。對于水冷散熱器來說，由于其需要加入水管、水泵等循環系統，使得變流器 的體積變大，同時也增加了成本，一旦循環系統密封不好則會出現水泄漏，容易引起電氣短 路、散熱失效等故障發生；同時，水冷散熱器的接線也采用銅條或電纜，則帶來了與鋁型材 散熱器類似的問題。
實用新型內容本實用新型實施例提供一種相功率模塊裝置和變流器，用以解決現有技術中采用 風機強迫風冷散熱等的缺陷，在功率較大的情況下，解決散熱問題，提高散熱能力，增強變 流器的可靠性。本實用新型實施例提供一種相功率模塊裝置，包括至少一個相功率模塊，所述相 功率模塊包括電氣部分和散熱結構，所述散熱結構包括熱管散熱器，所述電氣部分安裝在 所述相功率模塊內部，所述散熱結構裸露在所述相功率模塊外部，使得所述相功率模塊裝 置的散熱方式為熱管散熱器結合走行風冷；所述電氣部分包括安裝在所述熱管散熱器的基板平面上的溫度繼電器和絕緣柵 雙極型晶體管、安裝在所述熱管散熱器和所述絕緣柵雙極型晶體管上的驅動電路板，以及 突波吸收電容。進一步地，所述散熱結構還包括散熱器安裝板和散熱器護架，所述熱管散熱器的 散熱基板與所述散熱器安裝板和所述散熱器護架固定把接在一起，所述熱管散熱器的散熱 翅的支撐板與所述散熱器護架固定把接在一起。[0008]進一步地，所述電氣部分還包括復合母排，所述復合母排為所述電氣部分中的各 器件提供接線連接，所述復合母排垂直于所述熱管散熱器的散熱基板面安裝在絕緣柵雙極 型晶體管上，所述復合母排包括復合母排正極、復合母排負極、復合母排N極、位于所述復 合母排負極和所述復合母排N極之間的第一絕緣板，以及位于所述復合母排正極和所述復 合母排N極之間的第二絕緣板。 更進一步地，本實施例提供的相功率模塊裝置還包括安設在所述熱管散熱器外 部的散熱罩。具體地，所述至少一個相功率模塊具體被分為一組時，所述相功率模塊裝置具體 為直流制動單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為兩組時，所述相功率模塊裝置具體為單相逆 變器主電路功率單元或者單相整流器主電路功率單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為三組時，所述相功率模塊裝置具體為三相逆 變器主電路功率單元或者三相整流器主電路功率單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為四組時，所述相功率模塊裝置具體為由三相 逆變器主電路功率單元和直流制動單元集成的牽引制動單元；其中，每組相功率模塊由一個相功率模塊組成，或者由兩個或兩個以上并聯的相 功率模塊組成。本實施例還提供了一種變流器，包括上述相功率模塊裝置。本實用新型實施例的相功率模塊裝置和變流器，通過采用熱管散熱器進行散熱， 解決了鋁型材散熱器散熱效率不高的缺點，在SOOkW功率等級時仍然具備較高的散熱能 力，而無需對散熱器體積進行增大，而且當地鐵車輛在行走時由于相對運動而產生的風吹 過相功率模塊中散熱結構的散熱翅，形成了走行風冷的熱管散熱器的散熱方式，這種散熱 方式等同于熱管散熱器外加風機強迫風冷散熱，可以得到最佳的散熱效果，同時還避免了 風機強迫風冷散熱帶來的問題，而且無需設置密閉風道，提高了變流器的可靠性，提高了散 熱效率，也節省了由于設置風機和風道所帶來的不必要的成本。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是 本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型相功率模塊裝置實施例的一立體圖；圖2為本實用新型相功率模塊裝置實施例的另一立體圖；圖3為本實用新型相功率模塊裝置實施例的正視圖；圖4為本實用新型相功率模塊裝置實施例的俯視圖；圖5為本實用新型相功率模塊裝置實施例的側視圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施 例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于 本實用新型保護的范圍。圖1為本實用新型相功率模塊裝置實施例的一立體圖，如圖1所示，本實施例提 供了一種相功率模塊裝置，該相功率模塊裝置可以包括至少一個相功率模塊，本實施例中 以包括一個相功率模塊為例進行說明。其中，相功率模塊包括電氣部分和對電氣部分進行 散熱的散熱結構，散熱結構包括熱管散熱器1，即采用熱管散熱器進行散熱，電氣部分包括 安裝在熱管散熱器1的基板平面上的溫度繼電器2和兩個IGBT 3、安裝在熱管散熱器1和 IGBT 3上的驅動電路板4，以及突波吸收電容5。其中，散熱結構還可以包括散熱器安裝板6 和散熱器護架7，熱管散熱器1的散熱基板與散熱器安裝板6和散熱器護架7通過四個MlO 的螺栓在熱管散熱器1的散熱基板基礎面處固定把接在一起，熱管散熱器1的散熱翅的支 撐板與散熱器護架7通過兩個M6的螺栓固定把接在一起。其中，散熱器安裝板6為采用鋼 板折彎造型后焊接在一起的組件，該組件上焊接有兩個環形鋼板，該環形鋼板用來安裝密 封膠條13，該密封膠條13設置在兩個環形鋼板之間，用于實現相功率模塊與變流器柜體安 裝后的密封效果，在實現密封的同時實現了相功率模塊電氣部分與散熱部分的隔離。散熱 器護架7也是采用鋼板折彎造型后焊接在一起的組件，整體呈長方體框架型。本實施例中 相功率模塊裝置的電氣部分可以包括兩個驅動電路板4，一個驅動電路板4安裝在熱管散 熱器1的散熱基板和IGBT 3上，另一個驅動電路板4也安裝在熱管散熱器1的散熱基板和 另一個IGBT 3上，可以實現驅動電路板4對IGBT 3的驅動控制。本實施例通過采用熱管 散熱器進行散熱，解決了鋁型材散熱器散熱效率不高的缺點，在SOOkW功率等級時仍然具 備較高的散熱能力，而無需對散熱器體積進行增大。具體地，本實施例將電氣部分安裝在相 功率模塊內部，而散熱結構裸露在相功率模塊外部，即只將相功率模塊裝置中的電氣部分 進行封裝，這樣實現了電氣部分與散熱結構的隔離，同時，將散熱結構裸露在外部空氣中， 使得所述相功率模塊裝置的散熱方式為熱管散熱器結合走行風冷，當地鐵車輛在行走時由 于相對運動而產生的風吹過相功率模塊中散熱結構的散熱翅，形成了走行風冷的熱管散熱 器的散熱方式，這種散熱方式等同于熱管散熱器外加風機強迫風冷散熱，可以得到最佳的 散熱效果，同時還避免了風機強迫風冷散熱帶來的問題，而且無需設置密閉風道，提高了變 流器的可靠性，提高了散熱效率，也節省了由于設置風機和風道所帶來的不必要的成本。進一步地，本實施例中的相功率模塊裝置的電氣部分還可以包括復合母排，該復 合母排為電氣部分中的各器件提供接線連接，可以克服現有技術中采用銅條或電纜接線而 導致的種種缺陷，提高了電氣性能。其中，復合母排垂直于熱管散熱器1的散熱基板面安裝 在IGBT 3上，該復合母排可以具體包括復合母排正極81、復合母排負極82、復合母排N極 83、位于復合母排負極82和復合母排N極83之間的第一絕緣板84，以及位于復合母排正 極81和復合母排N極83之間的第二絕緣板85。上述復合母排正極81、復合母排負極82、 復合母排N極83、第一絕緣板84以及第二絕緣板85做成一個整體構成復合母排，這樣使得 安裝拆卸更加方便，上述復合母排的各組件均垂直于熱管散熱器1的散熱基板面進行立式 安裝，且從左到右的順序可以依次為復合母排負極82、第一絕緣板84、復合母排N極83、第 二絕緣板85、復合母排正極81。其中，復合母排正極81、復合母排負極82和復合母排N極83均采用銅排并根據接線與結構特點剪裁折彎而成，并經過電鍍處理。第一絕緣板84和第 二絕緣板85則采用環氧樹脂板剪裁加工而成，其具有絕緣性。本實施例中相功率模塊裝置 中電氣部分可以包括三個突波吸收電容5，將三個突波吸收電容5安設在復合母排正極81 和復合母排負極82之間，并在突波吸收電容5的兩側各安裝一個支撐絕緣板9來對突波吸 收電容5進行固定。本實施例中相功率模塊裝置中電氣部分還可以包括單點支撐架10和 雙點支撐架11，其中，單點支撐架10固定安裝在熱管散熱器1的散熱基板和一個支撐絕緣 板9上，將雙點支撐架11固定安裝在熱管散熱器1的散熱基板和另一個支撐絕緣板9上， 其中，單點支撐架10和雙點支撐架11對復合母排正極81、復合母排負極82、復合母排N極 83、第一絕緣板84以及第二絕緣板85起支撐作用，而且由于支撐絕緣板9為絕緣的，可以 確保單點支撐架10和雙點支撐架11不連接在電氣回路中。其中，單點支撐架10和雙點支 撐架11均采用鋼板裁剪折彎而成。本實施例通過在相功率模塊中設置復合母排，解決了現 有技術中電氣性能不佳的問題，降低了雜散電感，有效抑制了 IGBT關斷過電壓，使得相功 率模塊裝置運行可靠，同時結構布局也相對比較緊湊。更進一步地，如圖2所示為本實用新型相功率模塊裝置實施例的另一立體圖，圖 3 圖5所示分別為本實用新型相功率模塊裝置實施例的正視圖、俯視圖和側視圖，同時結 合圖1，本實施例提供的相功率模塊裝置還可以包括散熱罩12，該散熱罩12安設在熱管散 熱器1外部，該散熱罩12可以采用鋼板打孔、彎折、焊接制造而成，通過該散熱罩可以防止 較大體積的異物進入熱管散熱器中，避免熱管散熱器遭受外界物體等的損傷，保證相功率 模塊裝置的可靠性，同時又不影響相功率模塊裝置的走行風冷散熱。具體地，本實施例提供的相功率模塊裝置可以包括至少一個相功率模塊，可以根 據不同的變流器的需要安裝若干個相功率模塊。具體可以對至少一個相功率模塊進行分 組，當至少一個相功率模塊具體被分為一組時，相功率模塊裝置可以具體為直流制動單元。 即可以將一個相功率模塊裝置用作一個IMW的直流制動單元，也可以將多個相功率模塊分 成一組，每組可以包括兩個或兩個以上并聯的相功率模塊，將一組相功率模塊用作為一個 IMW以上功率的直流制動單元。當至少一個相功率模塊具體被分為兩組時，相功率模塊裝 置可以具體為單相逆變器主電路功率單元或者單相整流器主電路功率單元。即可以將兩個 相功率模塊組裝在一起用作一個500kW的單相逆變器主電路功率單元或者用作一個500kW 的單相整流器主電路功率單元；也可以將多個相功率模塊分成兩組，每組可以包括兩個或 兩個以上并聯的相功率模塊，將兩組相功率模塊組裝在一起用作一個500kW以上功率的單 相逆變器主電路功率單元或者用作一個500kW以上功率的單相整流器主電路功率單元。當 至少一個相功率模塊具體被分為三組時，相功率模塊裝置可以具體為三相逆變器主電路功 率單元或者三相整流器主電路功率單元。即可以將三個相功率模塊組裝在一起用作一個 SOOkff的三相逆變器主電路功率單元或者用作一個SOOkW的三相整流器主電路功率單元； 也可以將多個相功率模塊分成三組，每組可以包括兩個或兩個以上并聯的相功率模塊，將 三組相功率模塊組裝在一起用作一個SOOkW以上功率的三相逆變器主電路功率單元或者 用作一個SOOkW以上功率的三相整流器主電路功率單元。當至少一個相功率模塊體被分為 四組時，相功率模塊裝置可以具體為由三相逆變器主電路功率單元和直流制動單元集成的 牽引制動單元。即可以將四個相功率模塊組裝在一起用作一個由一個SOOkW的三相逆變器 主電路功率單元和一個IMW的直流制動單元集成在一起的牽引制動單元；也可以將多個相功率模塊分成四組，每組可以包括兩個或兩個以上并聯的相功率模塊，將四組相功率模塊組裝在一起用作一個由一個SOOkW以上功率的三相逆變器主電路功率單元和一個IMW以上 功率的直流制動單元集成在一起的牽引制動單元。由此可見，本實施解決了現有技術中將 逆變器的三相做成一個功率模塊整體的技術缺陷，使得安裝、拆卸、維護檢修等操作方便， 多個相功率模塊組配靈活，可以根據不同的組合來實現不同的變流器主電路。本實施例還提供了一種變流器，可以包括上述實施例所述的相功率模塊裝置，具 體結構此處不再贅述，本實施例通過在變流器中設置上述相功率模塊裝置，整體布局結構 緊湊，在同功率情況下減小了主電路功率單元的外形尺寸，從而減小了變流器的外形尺寸， 實現了減重的效果。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等 同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術 方案的精神和范圍。
權利要求一種相功率模塊裝置，其特征在于，包括至少一個相功率模塊，所述相功率模塊包括電氣部分和散熱結構，所述散熱結構包括熱管散熱器，所述電氣部分安裝在所述相功率模塊內部，所述散熱結構裸露在所述相功率模塊外部，使得所述相功率模塊裝置的散熱方式為熱管散熱器結合走行風冷；所述電氣部分包括安裝在所述熱管散熱器的基板平面上的溫度繼電器和絕緣柵雙極型晶體管、安裝在所述熱管散熱器和所述絕緣柵雙極型晶體管上的驅動電路板，以及突波吸收電容。
2.根據權利要求1所述的相功率模塊裝置，其特征在于，所述散熱結構還包括散熱器 安裝板和散熱器護架，所述熱管散熱器的散熱基板與所述散熱器安裝板和所述散熱器護架 固定把接在一起，所述熱管散熱器的散熱翅的支撐板與所述散熱器護架固定把接在一起。
3.根據權利要求2所述的相功率模塊裝置，其特征在于，所述電氣部分還包括復合母 排，所述復合母排為所述電氣部分中的各器件提供接線連接，所述復合母排垂直于所述熱 管散熱器的散熱基板面安裝在絕緣柵雙極型晶體管的上，所述復合母排包括復合母排正 極、復合母排負極、復合母排N極、位于所述復合母排負極和所述復合母排N極之間的第一 絕緣板，以及位于所述復合母排正極和所述復合母排N極之間的第二絕緣板。
4.根據權利要求1所述的相功率模塊裝置，其特征在于，還包括安設在所述熱管散熱 器外部的散熱罩。
5.根據權利要求1所述的相功率模塊裝置，其特征在于，所述至少一個相功率模塊具 體被分為一組時，所述相功率模塊裝置具體為直流制動單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為兩組時，所述相功率模塊裝置具體為單相逆變器 主電路功率單元或者單相整流器主電路功率單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為三組時，所述相功率模塊裝置具體為三相逆變器 主電路功率單元或者三相整流器主電路功率單元；所述至少一個相功率模塊具體被分為四組時，所述相功率模塊裝置具體為由三相逆變 器主電路功率單元和直流制動單元集成的牽引制動單元；其中，每組相功率模塊由一個相功率模塊組成，或者由兩個或兩個以上并聯的相功率 模塊組成。
6.一種變流器，其特征在于，包括上述權利要求1-5任一項所述的相功率模塊裝置。
專利摘要本實用新型提供一種相功率模塊裝置和變流器，其中，相功率模塊裝置包括至少一個相功率模塊，相功率模塊包括電氣部分和散熱結構，散熱結構包括熱管散熱器，電氣部分安裝在所述相功率模塊內部，散熱結構裸露在所述相功率模塊外部，使得所述相功率模塊裝置的散熱方式為熱管散熱器結合走行風冷；所述電氣部分包括安裝在所述熱管散熱器的基板平面上的溫度繼電器和絕緣柵雙極型晶體管、安裝在所述熱管散熱器和所述絕緣柵雙極型晶體管上的驅動電路板，以及突波吸收電容。變流器包括上述相功率模塊裝置。本實施例解決了現有技術中采用風機強迫風冷散熱等的缺陷，在功率較大的情況下，解決了散熱問題，提高了散熱能力，增強了變流器的可靠性。
文檔編號H02M1/00GK201557042SQ20092026636
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月12日 優先權日2009年11月12日
發明者孔東曉, 張可飛, 李巖, 車向中 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心