功率单元和高压变频器的制作方法

1.本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种功率单元和高压变频器。


背景技术：

2.常见的级联型高压变频器功率单元，通常采用独立封装的整流桥、igbt等功率器件来实现功率单元整流、逆变的功能，并通过铜铝排或线缆连接各个器件，便会导致级联型高压变频器功率单元存在体积较大、功率密度不高的问题，并且功率单元的装配工时较长。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种功率单元和高压变频器，旨在提高功率单元的功率密度和装配效率。
4.为实现上述目的，本发明提出的一种功率单元，所述功率单元包括：
5.控制板；
6.功率板，所述功率板与所述控制板连接；
7.单元框架，所述单元框架的外壁向内凹进设置，以形成电容插设座；
8.母线电容，所述母线电容部分插设于所述电容插设座内，并与所述功率板电连接；以及
9.功率器件，所述功率器件固定于所述功率板。
10.可选地，所述控制板和所述功率板设置在所述单元框架中；
11.所述功率器件设有若干，若干所述功率器件并排设置于所述功率板的一侧表面。
12.可选地，所述母线电容朝向所述电容插设座的一端形成有接线端子，所述电容插设座的底部对应形成有定位卡孔，所述接线端子穿设于所述定位卡孔，以连接所述母线铜排的远离所述功率板的一端。
13.可选地，所述功率单元还包括电容固定件，所述电容固定件罩设在所述母线电容的外侧，并与所述单元框架固定连接；
14.所述电容固定件朝向所述母线电容的顶壁设有固定爪，所述固定爪弹性抵接于所述母线电容的顶壁，以压紧固定所述母线电容。
15.可选地，所述单元框架开设有连通外界的铜排过孔，所述功率单元还包括穿墙铜排，所述穿墙铜排穿设于所述铜排过孔，并向所述单元框架中延伸，用于与所述功率板或所述控制板电连接；
16.所述穿墙铜排和所述铜排过孔的孔壁之间设置密封件。
17.可选地，所述铜排过孔的横截面自外界向所述单元框架的内部空间逐渐减小。
18.可选地，所述单元框架设有烧录口，所述烧录口处设有烧录口密封件，所述烧录口密封件包括：
19.烧录口盖板，所述烧录口盖板盖设于所述烧录口，并能够与所述烧录口过盈配合；和
20.烧录口固定脚，所述烧录口固定脚的一端固定连接所述烧录口盖板，另一端与所述单元框架卡扣连接，所述烧录口固定脚可弯折设置，以带动所述烧录口盖板开启或密封所述烧录口。
21.可选地，所述单元框架设有光纤口，所述光纤口处设有包括光纤口密封件，所述光纤口密封件包括：
22.光纤口盖板，所述光纤口盖板盖设于所述光纤口，所述光纤口盖板开设有光纤头过孔，用于插接所述光纤头，且所述光纤头过孔能够和所述光纤头过盈配合；和
23.光纤口固定脚，所述光纤口固定脚设于所述光纤口盖板朝向所述光纤口的一侧，所述光纤口固定脚与所述单元框架卡扣连接。
24.本发明还提出一种功率单元，所述功率单元包括：
25.一控制板；
26.一功率板，所述功率板通过对插端子与所述控制板连接；
27.母线电容，所述母线电容通过母线铜排与所述功率板电连接；以及
28.功率器件，所述功率器件内封装有整流模块和逆变模块，所述功率器件焊接于所述功率板，所述功率器件设有若干，若干所述功率器件并排设置于所述功率板的一侧表面。
29.本发明还提出一种高压变频器，包括前述任意一项所述的功率单元。
30.本发明的技术方案，通过设置功率器件，使整流模块和逆变模块集成在一个封装内，便无须使用连接铜铝排或线缆连接整流模块和逆变模块等功率器件，能够使功率单元的结构更加紧凑，从而，减少了功率单元的体积，由此即可提高功率单元的功率密度。进一步地，功率单元的控制板和功率板之间可以是通过对插端子连接，由此即可实现整个功率单元的无线缆化设计，使得功率单元能够进行自动化装配，从而，提高了功率单元的装配效率。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
32.图1为本发明功率单元一实施例的整体结构图；
33.图2为图1中功率单元的部分结构示意图；
34.图3为图2中功率单元的另一部分结构示意图；
35.图4为图1中母线电容的装配示意图；
36.图5为图4中母线电容的另一装配示意图；
37.图6为图1中穿墙铜排的装配示意图；
38.图7为图6中穿墙铜排的结构示意图；
39.图8为图1中a处的放大图；
40.图9为图8中烧录口密封件的结构示意图；
41.图10为图8中光纤密封件的结构示意图。
42.附图标号说明：
[0043][0044][0045]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0048]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0049]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0050]
本发明提出一种功率单元100。
[0051]
请参照图1至图3，在发明功率单元100的一些实施例中，所述功率单元100包括：
[0052]
控制板10；
[0053]
功率板20，所述功率板20与所述控制板10连接；
[0054]
单元框架50，所述单元框架50的外壁向内凹进设置，以形成电容插设座51；
[0055]
母线电容30，所述母线电容30部分插设于所述电容插设座51内，并与所述功率板20电连接；以及
[0056]
功率器件40，所述功率器件40固定于所述功率板20。
[0057]
本实施例中，功率单元100包括控制板10、功率板20、母线电容30以及功率器件40，其中，功率板20和控制板10连接；母线电容30通过母线铜排31和功率板20电连接，母线电容30可以是但不限于设置为薄膜电容；功率器件40固定于功率板20上。进一步地，功率单元100还包括单元框架50，单元框架50的外壁向内凹进，以形成电容插设座51，母线电容30部分插设于电容插设座51内，并与功率板20电连接；如此设置，能够使母线电容30与功率板20连接的部分深入并密封于功率单元100的内部，有利于母线电容30的正常运行，还能够使母线电容30的其余部分暴露于外界风道中，以便于对母线电容30进行散热。
[0058]
需要说明的是，常见的级联型高压变频器功率单元100，通常采用独立封装的整流桥、igbt等功率器件40来实现功率单元100整流、逆变的功能，并通过铜铝排或线缆连接各个器件，便会导致级联型高压变频器功率单元100存在杂感大、体积占用多、功率密度不高的问题，并且功率单元100的装配工时较长。
[0059]
因此，可以理解的是，本发明的技术方案，通过设置使整流模块和逆变模块集成在一个封装内的一体化功率器件40，并使该一体化功率器件40共用一块功率板20和控制板10，便无须再使用连接铜铝排或线缆连接整流模块和逆变模块等功率器件，一方面能够有效减少杂散电感，另一方面可以一定程度上减少功率单元100的装配成本，并能够使功率单元100的结构更加紧凑，从而减少了功率单元100的占用体积、提高了功率单元100的功率密度。
[0060]
请参照图2，在发明功率单元100的一些实施例中，所述控制板10和所述功率板20设置在所述单元框架50中；
[0061]
所述功率器件40设有若干，若干所述功率器件40并排设置于所述功率板20的一侧表面。
[0062]
本实施例中，控制板10和功率板20设于单元框架50中，单元框架50能够对内部的功率板20和控制板10起到防护作用，以避免外界灰尘或其他异物进入单元框架50内，干扰功率板20和控制板10的正常运行；功能器件设有若干，若干功率器件40并排设置于功率板20的一侧表面，其中，每一功率器件40内均封装有整流模块和逆变模块；如此设置，由于无须使用连接铜铝排或线缆连接整流模块和逆变模块等功率器件，因此有利于使功率单元100的结构更加紧凑，从而能够提高功率单元100的功率密度。
[0063]
在一些实施例中，功率单元100设有两个功率器件40，每一功率器件40背离功率板20的一侧设有一个散热器，以便于对功率单元100起到更好的散热效果；当然，本发明的技术方案不限于此，散热器也可以依据实际需要设置为一个，该散热器设于两功率器件40之间，以便于两功率器件40共用一散热器进行散热，如此设置，能够进一步减小功率单元100的整体体积。具体实施方式可以依照实际需求自行设置，在此不做限定。
[0064]
请参照图4，在发明功率单元100的一些实施例中，所述母线电容30朝向所述电容插设座51的一端形成有接线端子，所述电容插设座51的底部对应形成有定位卡孔511，所述
接线端子穿设于所述定位卡孔511，以连接所述母线铜排31的远离所述功率板20的一端。
[0065]
本实施例中，母线电容30朝向电容插设座51的一端形成有接线端子，电容插设座51的底部对应开设有定位卡孔511，接线端子能够穿设于定位卡孔511，以与母线铜排31的远离所述功率板20的一端相连接，从而实现使母线电容30和功率板20电连接；如此设置，有利于在装配时对母线电容30进行快速定位，提高了母线电容30的装配便捷度，并且，定位卡孔511还能够对接线端子起到限位作用，以使母线电容30不会因受到外界冲击而发生偏位或滑动，从而，提高了母线电容30的结构稳定性。
[0066]
请参照图5，在发明功率单元100的一些实施例中，所述功率单元100还包括电容固定件52，所述电容固定件52罩设在所述母线电容30的外侧，并与所述单元框架50固定连接；
[0067]
所述电容固定件52朝向所述母线电容30的顶壁设有固定爪521，所述固定爪521弹性抵接于所述母线电容30的顶壁，以压紧固定所述母线电容30。
[0068]
本实施例中，功率单元100还包括电容固定件52，电容固定件52罩设在母线电容30的外侧，并与单元框架50固定连接，通过电容固定件52和电容插设座51的配合作用，能够将母线电容30更好地固定在单元框架50上。具体地，电容固定件52朝向母线电容30的顶壁设有固定爪521，且固定爪521设置为弹性件，当电容固定件52罩设在母线电容30的外侧，并与单元框架50固定连接时，固定爪521能够弹性抵接在母线电容30的顶壁上，此时固定爪521发生弹性变形并因此具有弹性势能，固定爪521便能够向母线电容30的顶壁施加一个压紧力，从而，能够将母线电容30压紧固定在单元框架50上。
[0069]
需要说明的是，由于不同电容固定件52的材料的弹性系数不同，因此发生弹性形变时向母线电容30的顶壁施加的压紧力大小也不同，便可通过将电容固定件52设置为不同的弹性材料，来调节电容固定件52所施加的压紧力的大小；当然，也可以是通过调整固定爪521的数量和尺寸来调节压紧力的大小，具体实施方式可以依照实际需求自行设置，在此不做限定。
[0070]
请参照图6或图7，在发明功率单元100的一些实施例中，所述单元框架50开设有连通外界的铜排过孔53，所述功率单元100还包括穿墙铜排60，所述穿墙铜排60穿设于所述铜排过孔53，并向所述单元框架50中延伸，用于与所述功率板20或所述控制板10电连接；
[0071]
所述穿墙铜排60和所述铜排过孔53的孔壁之间设置密封件61。
[0072]
本实施例中，单元框架50上开设有连通外界的铜排过孔53，功率单元100还包括穿墙铜排60，穿墙铜排60穿设于铜排过孔53，并向单元框架50中延伸，用于与单元框架50内的控制板10或功率板20电连接，且穿墙铜排60与铜排过孔53的孔壁之间设置有密封件61，其中，密封件61可以设置为密封胶等，密封胶具有流动性，不仅能够较好地填充穿墙铜排60和铜排过孔53的孔壁之间的间隙，还可以提高穿墙铜排60和铜排过孔53之间的连接强度；密封件61也可以是由弹性材料制成，能够受压形变以密封穿墙铜排60和铜排过孔53的孔壁之间的间隙，相对于将密封件61设置为密封胶，由弹性材料制成的密封件61在提高功率单元100的密封性能的同时，还能够使功率单元100具备较好的可装配性和可维护性；具体实施方式可以依照实际需求自行设置，在此不做限定。
[0073]
需要说明的是，功率单元100通常设置在高压变频器的整机风道内，因此有必要提高功率单元100的密封性能，以免灰尘及腐蚀性气体直接进入功率单元100内部而导致功率单元100不能正常运行；而在实际生产中，出于对加工和装配误差的考虑，设计时通常会使
铜排过孔53的截面尺寸略大于穿墙铜排60的截面尺寸，以致于功率单元100上存在装配间隙，便会存在外界灰尘或其他异物进入功率单元100内的风险。因此，可以理解的是，本发明的技术方案，通过在穿墙铜排60和铜排过孔53的孔壁之间设置密封件61，可以提高单元框架50的密封性能，从而提高了功率单元100的安全性和可靠性。
[0074]
在一些实施例中，密封件61可以是但不限于设置为密封圈，密封圈的材质可以是但不限于橡胶材质，穿墙铜排60上开设有沿铜排过孔53的周向环绕设置的密封槽，密封圈设于密封槽内，并能够部分凸出密封槽设置；如此设置，密封槽能够对密封圈起到限位作用，能够提高密封件61的位置稳定性，并且，密封圈还能够因挤压变形而紧贴穿墙铜排60和铜排过孔53的孔壁设置，由此即可保证密封件61的密封效果。
[0075]
在发明功率单元100的一些实施例中，所述铜排过孔53的横截面自外界向所述单元框架50的内部空间逐渐减小。
[0076]
本实施例中，铜排过孔53的横截面自外界向单元框架50的内部空间逐渐减小，由于铜排过孔53朝向外界的一端的横截面积较大，因此有利于穿墙铜排60的穿设和密封件61的卡入；由于铜排过孔53远离外界的一端的横截面积较小，因此有利于铜排过孔53的孔壁压紧固定密封件61，从而便可提高穿墙铜排60和铜排过孔53之间的连接强度和密封性能。
[0077]
请参照图8或图9，在发明功率单元100的一些实施例中，所述单元框架50设有烧录口，所述烧录口处设有烧录口密封件70，所述烧录口密封件70包括：
[0078]
烧录口盖板71，所述烧录口盖板71盖设于所述烧录口，并能够与所述烧录口过盈配合；和
[0079]
烧录口固定脚72，所述烧录口固定脚72的一端固定连接所述烧录口盖板71，另一端与所述单元框架50卡扣连接，所述烧录口固定脚72可弯折设置，以带动所述烧录口盖板71开启或密封所述烧录口。
[0080]
本实施例中，单元框架50设有烧录口，烧录口处盖设有烧录口密封件70，且烧录口密封件70可开合设置，用于开启以便于功率单元100间进行烧录操作，或是闭合烧录口以降低外界灰尘或其他异物进入烧录口的风险。
[0081]
具体地，烧录口密封件70包括烧录口盖板71和烧录口固定脚72，其材质可以是但不限于具有弹性的材料，例如硅胶材料。当烧录口盖板71盖设于烧录口时，烧录口盖板71能够与烧录口发生过盈配合，有利于烧录卡盖板更好地密封烧录口；烧录口固定脚72的一端固定连接所述烧录口盖板71，另一端通过拉拔结构与所述单元框架50卡扣连接，且烧录口固定脚72可弯折设置，当烧录口密封件70关闭时，烧录口固定脚72弯折以使烧录口盖板71能够盖设烧录卡，当烧录口密封件70开启时，烧录口固定脚72能够释放弹性势能并带动烧录口盖板71向烧录口的侧方回弹，用于开启烧录口，以使功率单元100间能够进行烧录操作。
[0082]
可以理解的是，通过设置烧录口密封件70，能够提高功率单元100于烧录口处的密封性；通过使烧录口密封件70的烧录口固定脚72与单元框架50固定连接，能够降低烧录口密封件70遗失的风险，从而提高功率单元100的便捷使用性。
[0083]
请参照图8或图10，在发明功率单元100的一些实施例中，所述单元框架50设有光纤口，所述光纤口处设有包括光纤口密封件80，所述光纤口密封件80包括：
[0084]
光纤口盖板81，所述光纤口盖板81盖设于所述光纤口，所述光纤口盖板81开设有
光纤头过孔，用于插接所述光纤头，且所述光纤头过孔能够和所述光纤头过盈配合；和
[0085]
光纤口固定脚82，所述光纤口固定脚82设于所述光纤口盖板81朝向所述光纤口的一侧，所述光纤口固定脚82与所述单元框架50卡扣连接。
[0086]
本实施例中，单元框架50设有光迁口，光迁口处盖设有光迁口密封件61，光光迁密封件61上设置有光迁头过孔，且光纤头过孔的内径略小于光纤头的外径，便能够和长时间插设在光迁口处的光纤头过盈配合，以提高功率单元100于光迁口处的密封性。
[0087]
具体地，光纤口密封件80包括光纤盖板和光纤固定脚，其材质可以是但不限于具有弹性的材料，例如硅胶材料。其中，光纤口盖板81盖设于光纤口处，光纤口盖板81上开设有光纤头过孔，用于插接所述光纤头，并与光纤头过盈配合，以使光纤口密封件80具有更好的密封效果，进一步地，光纤口盖板81围绕光纤头过孔处设置为薄壁结构，如此设置，能够降低光纤头插拔时光纤口盖板81及光驱口固定脚受到的向外的拉力，从而能够一定程度上提高光纤口密封件80的连接稳定性，并有利于光纤头的拆装；光纤口固定脚82设于光纤口盖板81朝向光纤口的一侧，光纤口固定脚82通过拉拔结构与单元框架50卡扣连接，进一步地，光纤口固定脚82可以设置有多个，多个光纤口固定脚82沿光纤口盖板81的周向环绕设置，由此即可进一步提高光纤口密封件80与单元框架50的连接强度。
[0088]
本发明还提出一种功率单元100，所述功率单元100包括：
[0089]
一控制板10；
[0090]
一功率板20，所述功率板20通过对插端子与所述控制板连接；
[0091]
母线电容30，所述母线电容30通过母线铜排31与所述功率板20电连接；以及
[0092]
功率器件40，所述功率器件40内封装有整流模块和逆变模块，所述功率器件40焊接于所述功率板20，所述功率器件40设有若干，若干所述功率器件40并排设置于所述功率板20的一侧表面。
[0093]
本实施例中，功率单元100包括控制板10、功率板20、母线电容30以及功率器件40，其中，功率板20通过对插端子与控制板10连接；母线电容30可以是但不限于设置为薄膜电容，母线电容30通过母线铜排31与功率板20电连接；功率器件40设有若干，若干所述功率器件40并排设置于所述功率板20的一侧表面，并焊接于功率板20上，且每一所述功率器件40内均封装有整流模块和逆变模块；如此设置，能够实现功率单元100的无线缆化设计，由此可以提高功率单元100的装配便捷度，以便于功率单元100进行自动化装配，从而能够提高功率单元100的装配效率。
[0094]
本发明还提出一种高压变频器，该高压变频器包括前述任一实施例中所述的功率单元100，所述功率单元100的具体结构参照前述任一实施例。由于本技术提出的高压变频器可应用前述所有实施例中的全部技术方案，因此至少具有前述技术方案带来的全部有益效果，在此不一一赘述。
[0095]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。