專利名稱：微型驅動器的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明一般涉及功率變換器領域，更具體地說，本發(fā)明涉及中壓可變速交流驅動器，用于驅動交流電動機，并驅動要求600-15000V的各種其它的功率變換設備。
相關技術可調節(jié)的或者可變速交流驅動器通常用于驅動能夠進行速度控制的交流感應電動機。交流驅動一般具有節(jié)能的優(yōu)點，這是因為它們控制其輸出電壓和電流的特性，因而能夠由用戶控制電動機的速度(它們驅動的電動機的速度)，優(yōu)化電動機功率的使用以及其驅動的過程。交流驅動通過汲取輸入的交流或直流功率進行操作，它們具有固定的頻率和電壓，并將其轉換成具有可變幅值和頻率的電壓或電流。這使得能夠控制電動機的速度和功率，這是在許多應用中所要求的。
雖然交流驅動的使用大大增強了其驅動過程，并且提供了電能的節(jié)約，但是它們的使用不是沒有缺點的。當前的交流驅動系統(tǒng)的一個最大的缺點是它們的尺寸。這在中壓應用中尤其如此，中壓應用要求大量的場地或設備空間。此外，因為現有系統(tǒng)中的交流驅動元件暴露于空氣中(所述空氣用于冷卻系統(tǒng)元件)，要求所述元件位于清潔的、需要充分過濾的在環(huán)境上被控制的區(qū)域中，空氣還用于溫度和濕度控制，用于使有害的污染物和濕氣不致對系統(tǒng)操作帶來不利影響。在另一方面，感應電動機一般是皮實的，不需要沒有污染物的清潔的環(huán)境。這個在環(huán)境要求上的差別使得一般要求在驅動裝置和電動機之間具有大的距離。由于反射波現象，這個距離帶來了電動機的絕緣問題和電動機的動態(tài)控制問題。
現有技術的中壓功率變換裝置使用類似于低壓(0-600V)裝置中使用的絕緣方法。在不同的電位之間，電源開關和互連母線必須具有大的物理間距，以便避免因部分放電而使絕緣材料劣化。因為在所有的元件周圍具有環(huán)境空氣，這個距離便可能相當大。此外，進入驅動裝置的機殼內的空氣的質量需要在環(huán)境上被控制，這是因為污染物可能包圍著絕緣裝置，并且促使在導體周圍發(fā)生電離，因此產生電暈效應，甚至引起短路。為絕緣所需的大量的空間將導致在互連裝置中分布的雜散電感的增加?；ミB裝置可以是某種電纜或者母線。因為電源開關輸送大量電流，在關斷期間開關電流改變的負速率將引起電壓尖峰，其和電流的變化速率以及有關電路的雜散電感成正比(Vpk＝L*(di/dt)，其中L是電路的雜散電感，di/dt是開關電流的變化速率。)如果不把這些電壓瞬變限制到一個合適的值，將破壞功率半導體開關?，F有技術的中壓功率變換裝置的末端設置有電壓抑制裝置，其和雜散電感的數量成正比。增加這些瞬變電壓抑制器，由于需要絕緣，它們也要求合適的間隔，這導致物理體積的進一步增加，并且進一步增加復雜性和成本。
許多電力變換器裝置尤其是交流驅動器的另一個問題是元件的可替換性。因為當前的交流驅動器的內部結構一般是復雜的，當一個元件例如半導體電力開關故障時，通常的情況是，需要大量的時間替換被損壞的元件。
中壓交流驅動器的另一個問題是，它們對宇宙射線敏感。雖然這些現象的一切方面都是未知的，但是已知從各種天體發(fā)出的亞原子顆粒撞擊地球和在地球上的任何物體，包括電力變換系統(tǒng)的元件。這些高能粒子使半導體原子結構破壞，并因而破壞承受其額定電壓的能力。因此，宇宙射線在交流驅動裝置中的元件的電氣壽命期間，引起元件的劣化，例如半導體電力開關，如IGBT-絕緣柵雙極晶體管和IGCT-集成柵換向晶閘管。這種現象把功率半導體開關的電壓利用率限制在大約去直流值的60％。如果超過這個電壓值使用，則使得功率半導體開關的壽命大大縮短。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在解決電力變換設備中的上述問題，使得提供一種更緊湊的裝置，其可以被置于被驅動的機器或負載附近，或者和負載相鄰，而沒有上述的任何不利影響。本發(fā)明是可利用的現有技術和不同技術領域的前沿技術的獨特的組合。其能夠實現一種高效的、對環(huán)境皮實的、靈活的和緊湊的用于低、中、高壓應用的電力變換系統(tǒng)。本發(fā)明使得能夠設計電力變換構建模塊，其中使用氣體或液體作為冷卻劑，具有嶄新的特征。
本發(fā)明可以應用于任何電力變換裝置，尤其是中壓交流驅動器。在本發(fā)明中使用的電氣拓撲和現有技術的電力變換設備類似。在優(yōu)選實施方案中，實現了多級的交流驅動拓撲。多個逆變器和變換器通過電氣母線電連接，并在物理上通過其各自的模塊母線相連，并且可以共用一個和每個元件的散熱器相連的公共冷卻系統(tǒng)?；ミB母線和電力元件的新的布置、絕緣、冷卻系統(tǒng)、以及宇宙射線過濾消除了上述的當前交流驅動器中的問題，同時使得驅動器具有延長的有效操作壽命，占用小量的空間，容易維修，并能夠設置在被驅動的負載裝置附近。下面詳細說明本發(fā)明，從元件的簡要說明開始。
在本發(fā)明中，一種交流驅動器由多個逆變器模塊構成，所述逆變器模塊和變換器模塊相連，從而構成交流驅動器，其中上述的每個元件被封裝在具有冷卻裝置的相當小的單元內。每個逆變器由以下部分構成模塊基座，被連接在所述基座上的散熱器或熱交換器，所述基座具有和其熱連接的多個功率半導體開關，多個電容器，用于連接功率半導體開關和電容器的多個電氣母線，以及包封或覆蓋一些或全部帶電元件例如電氣母線的絕緣介質。變換器在結構上類似，即由以下部分構成模塊基座，多個功率半導體開關或二極管，電容器，電抗器，散熱器或熱交換器，多個連接部分，以及覆蓋帶電元件例如母線的絕緣材料。


本發(fā)明的優(yōu)點、性質和不同的附加特征結合在附圖中示意地表示的本發(fā)明的說明性的實施方案將會更加清楚地看出，其中圖1A，1B，1C示意地表示可以和本發(fā)明一起使用的熱交換器裝置的示例的實施方案；圖2A和2B示意地表示在圖1A，1B，1C中所示的熱交換器裝置的另一個示例的實施方案；
圖3A，3B，3C示意地表示可以和本發(fā)明一起使用的的熱交換器裝置的另一個示例的實施方案；圖4A，4B示意地表示在圖3A，3B，3C中所示的熱交換器裝置的另一個示例的實施方案；圖5A，5B，5C示意地表示按照本發(fā)明的逆變器裝置中使用的母線工件的示例的實施方案；圖6A，6B，6C示意地表示按照本發(fā)明的逆變器裝置的示例的實施方案；圖7A，7B，7C示意地表示相互連接的圖6A，6B，6C所示的兩個逆變器裝置；圖8示意地表示可以和本發(fā)明一起使用的的變換器裝置的一個示例的實施方案；圖9是圖8所示的變換器裝置的另一種示意的表示；圖10示意地表示按照本發(fā)明的交流微型驅動裝置的示例的實施方案；以及圖11示意地表示安裝有示例的冷卻系統(tǒng)的圖10所示的交流微型驅動裝置。
本發(fā)明的詳細說明下面參照附圖詳細說明本發(fā)明，這些說明不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。此外，應當注意，雖然下面的詳細說明涉及在600-1500V范圍內的中壓交流驅動裝置，但是下面的精神可以應用于任何電壓等級的電力變換器裝置。為了便于進行說明，并且不作為限制，下面討論的本發(fā)明的實施方案是一種3級，4160V，2500HP，12脈沖交流輸入驅動裝置。因此，下面所述的任何特定的或優(yōu)選的尺寸或參數都是對于這種裝置而言的，并且對于具有不同操作特性的裝置，這種裝置不是最佳的或優(yōu)選的，不過這種尺寸和參數從下面的討論來看可以最佳化。
現在參看圖1A，1B，1C，其中示出了熱交換器裝置20的一個示例的實施方案，上面連接有晶體管30，32和二極管31。在這些圖所示的實施方案中，熱交換器是空氣冷卻型的，其利用空氣或者其它氣體對熱交換器提供冷卻。熱交換器裝置20具有熱交換器冷凝器塊21，其和蒸發(fā)器板22熱連接，在這個實施方案中，所述蒸發(fā)器板保持著晶體管30和32以及二極管31。熱交換器冷凝器塊21是這樣一種結構，其使得由晶體管30，32和二極管31產生的熱量能夠被傳遞到冷卻介質例如空氣，冷卻介質通過冷凝器塊21。
冷凝器塊21可以由任何具有好的導熱特性的材料制成，例如鋁、銅等。此外，在附圖中所示的熱交換器裝置20具有一系列熱導管或熱管23，使得所述熱能夠傳遞進入冷凝器塊21，然后進入冷卻介質。應當理解，熱交換器冷凝器塊20的結構不限于這種結構，可以用任何形式或方式進行修改，使得向冷卻介質的熱傳遞具有最佳的效率。根據使用的冷卻介質，這尤其可以被應用。雖然優(yōu)選以空氣作為冷卻介質(對于圖中所示的裝置)，但是也可以使用其它的介質，例如其它的氣體、水、防凍劑或油，使這些冷卻介質通過冷凝器塊21。還應當注意，如果不使用空氣作為冷卻介質，則必須采取預防措施，防止冷卻介質進入交流驅動器的元件中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在熱交換器裝置20中，除去熱導管23之外，還有散熱片組28，它們構成冷凝器塊21(圖1B)，用于提供附加的熱表面，以便提高熱交換器裝置20的效率。優(yōu)選熱導管23，散熱片28由導熱材料例如鋁、銅等制成。此外，優(yōu)選每個散熱片28具有提供在其間的穩(wěn)定的分離器29，用于阻止相鄰的散熱片28被破壞或彎曲，使得影響散熱片28的熱特性。這可以通過任何已知的或者通常使用的方法來實現，例如使散熱器褶皺，使得所述皺紋作為隔片或者作為穩(wěn)定器29。如果沒有這些穩(wěn)定器29，散熱片28便可能彎曲，因而使得沒有空氣，或者使其它冷卻介質通過兩個相鄰的散熱片28，因而降低熱交換器裝置20的冷卻效率。這些隔離器29的使用一般由交流驅動器所在的或其所暴露于的機械條件與/或熱條件決定。如果具有大的冷卻裕度(margin)，或者如果冷凝器塊部分由其它的機械裝置保護，則使得彎曲和破壞的危險不大，則可以不用隔離器29。
此外，散熱片28可以利用任何已知的或通用的方法被連附到熱導管23上，例如利用摩擦配合，焊接，鍛接、粘合劑連接，緊固件等。散熱片28之間的間隔和散熱片28的厚度應當對于特定的用途以及交流驅動器的結構優(yōu)化，其中要考慮到所用的材料，使用的冷卻介質，所需的熱傳遞的量以及使用交流驅動器的環(huán)境。在本發(fā)明的示例的實施方案中，散熱片材料優(yōu)選使用鋁，散熱片28的厚度為0.020英寸，寬度為9.0英寸，而長度則由晶體管和二極管的尺寸確定，并且在散熱片28之間的間距是0.125英寸，熱導管一般具有0.75英寸的直徑，使得6個熱導管在最大環(huán)境溫度40℃升為50℃時可以冷卻3000瓦的熱能。較小的熱導管直徑則使每個管具有較低的冷卻能力，而較大的直徑則具有較高的冷卻能力。在當前的工業(yè)標準下，可以使用的熱導管的直徑范圍為0.250到1.50英寸。不過，本發(fā)明不限于使用這些尺寸。
如上所述，冷凝器塊21和用于安裝晶體管和二極管30，31，32的蒸發(fā)器板熱連接。蒸發(fā)器板22優(yōu)選用和冷凝器塊21相同的導熱材料制成，其可被單獨地制成，并且通過熱導管23被連接到冷凝器塊21上，或者和冷凝器塊21形成一個整體。如果使用熱導管23，優(yōu)選通過焊接把熱導管固定到蒸發(fā)器板22上，其中在蒸發(fā)器板22中的插入孔中涂覆焊料，并把熱導管23插入，使得焊料在熱導管23周圍升高并把熱導管23密封在蒸發(fā)器板22中。還應當注意，為了確保正確地使用熱導管23，用于把結構或元件固定到蒸發(fā)器板22上的任何緊固件孔不應當和熱導管的位置一致，否則將降低熱導管23的效率。使用的熱導管23的精確的數量、形狀、結構和尺寸應當根據交流驅動器的特性和設計參數確定。如果不使用熱導管23，則可以將蒸發(fā)器板22利用任何已知的或者已用的方法固定到冷凝器塊21上。不過，冷凝器塊21和蒸發(fā)器板22之間的連接應當使得在它們之間的熱傳遞最佳，從而對熱交換器20提供最大的冷卻效率。
蒸發(fā)器板22可以是簡單的平板，如圖1A，1B和1C所示，或者被制成各種其它的結構和形狀，例如矩形、圓柱形和其它的構型。晶體管和二極管30，31和32被安裝在蒸發(fā)器板22上的使交流驅動器的性能最佳的任何位置。這種結構有助于構成易于制造的交流驅動器，其中可以在具有不同的晶體管位置、尺寸和結構的不同的交流驅動器中使用相同的熱交換器裝置20。此外，使用大的平的蒸發(fā)器板22具有和系統(tǒng)的熱管理有關的附加的優(yōu)點，這將在后面詳細說明。
晶體管和二極管30，31，32可以是用于交流驅動裝置的特定應用的任何已知的或任何已經使用的晶體管和二極管。在圖1A，1B和1C中的晶體管一般是IGBT晶體管，雖然本發(fā)明不限于使用這些類型的電氣元件，不改變本發(fā)明的范圍和精神，可以使用任何其它類型的已知或者已用的用于交流驅動裝置的元件。
現在參看圖2A和圖2B，其中示出了可以和本發(fā)明一起使用的熱交換器裝置110的另一個實施方案。和前一個實施方案不同，這個實施方案不使用熱交換器冷凝器塊21，而使用一個固定冷卻板，其工作類似于由返回塊35和冷卻板38構成的匯流管(具有類似于流體蛇形通路的金屬板)，其中通過冷卻介質，例如空氣、氣體、油、防凍劑、水等，用于提供電氣元件30，31和32的熱管理。在圖2A和2B所示的實施方案中，電氣元件被固定到冷卻板38上，冷卻介質通過冷卻板38，同時返回塊35用于溝通通過冷卻板38的冷卻介質，從而形成蛇形通路，并提供冷卻介質的入口和出口。冷卻介質一般通過入口36進入返回塊35，并通過出口37到達一個泵系統(tǒng)(未示出)，從而確保通過冷凝器塊35的恒定的流動。返回塊35和冷卻板38的的內部的精確構型一般根據需要和所需的操作標準確定，不過優(yōu)選在冷凝器塊35上的任何固定孔不干擾冷卻板38內的冷卻介質的通路。
應當注意，因為本實施方案沒有如圖1A-1C所示的大的熱交換器冷凝器塊21，返回塊35上方的空間可用于冷卻系統(tǒng)的冷卻劑過濾器、散熱器、泵、容器等，而不增加交流驅動裝置的任何顯著的附加尺寸。實際上，這種結構使得只需在交流驅動裝置的總體結構和操作上進行相當少的改變，便能夠在空氣冷卻的熱交換器附近使用自含的液體冷卻熱交換器裝置。這個能力在現有技術中是沒有的。
圖3A，3B和3C表示按照本發(fā)明的熱交換裝置的另一個示例的實施方案。這些圖表示使用非絕緣的功率半導體開關221的熱交換器裝置220，這種半導體開關是可被使用的另一類電器件(它們通常被稱為“曲棍球圓盤”開關)。這種器件221一般可以比IGBT處理更高的功率，但是其非絕緣的冷卻處理要求和器件221相連的固定板222(也稱為蒸發(fā)器板)相互絕緣并和冷卻系統(tǒng)的其余部分絕緣，如圖所示。因此，如果使用熱導管23，則和固定板222(也稱為蒸發(fā)器板)相連的熱導管23通過使用陶瓷(或者其它絕緣材料)隔離物224和與熱交換器冷凝器塊225連接的熱導管電氣絕緣。這些絕緣的隔離物224提供保護，使得電流不會從器件221流到裝置220。器件221可用任何已知的或已用的方法被固定到固定板222上，雖然器件的制造者推薦利用緊固件226(通常稱為盒形夾)。
圖4A和圖4B表示可以和本發(fā)明一起使用的熱交換器裝置220A的另一個示例的實施方案。除去使用敞開的冷凝器塊225和封閉的匯流管塊235之外，本實施方案和圖3A，3B以及3C所示的實施方案類似，其中，代替經過冷凝器塊225的散熱片通過冷卻介質，使冷卻介質通過匯流管塊235，其以和圖2A，2B所示的冷卻匯流管板38以及返回塊35相同的方式工作。在這種結構中，固定板(也稱為蒸發(fā)器板)222不和冷卻匯流管塊235電連接，而是通過利用熱導管223和絕緣的隔離物224被隔離。當使用液體冷卻劑并且電器件是非絕緣類型的或者是所謂的“曲棍球圓盤”器件時，一般優(yōu)選選擇這種結構。這是因為，在保持和冷卻匯流管235保持熱連接的同時，固定板222保持獨立。
這些圖中還示出了電母線229和絕緣體230，它們用于和器件221互連。
用于本發(fā)明的的熱交換器的各個實施方案這樣進行工作使電器件(IGBT或者非IGBT)產生的熱量通過一個固定結構(當使用熱管時也叫蒸發(fā)器板)，并進入熱交換器匯流管(當使用熱導管時也稱為冷凝器塊)，或進入冷卻液源(無論什么結構)且然后進入冷卻介質(無論選擇什么)。此外，上面討論的各種熱交換器裝置的結構是緊湊的，并且相當容易管理，這使得交流驅動裝置(即逆變器，變換器)的每個模塊能夠具有其自身的獨立且分離的冷卻方法和系統(tǒng)，并且這樣將使得在同一個交流驅動裝置中使用的模塊能夠采用不同的冷卻方法。例如，可以這樣制成一種交流驅動器，其中在圖1A-1C所示的實施方案中使用的所有的逆變器使用空氣冷卻，而變換器使用圖2A-2B所示的實施方案。
圖5A，5B和5C表示按照本發(fā)明的逆變器100的局部結構。雖然所示的逆變器使用如圖1A，1B和1C所示的熱交換器裝置20，但是本發(fā)明不限于這種結構，不改變本發(fā)明的精神，可以使用上面任何一個實施方案所述的熱交換器。
應當注意，本發(fā)明的交流驅動器可以包括多個逆變器100，一般為3個，但是，根據交流驅動器的應用類型，所述數量可以改變。本發(fā)明的逆變器100被設置在模塊基座10中，所述基座使得逆變器的所有元件能夠被用機械方式固定在基座10上。此外，所述基座被這樣設計，使得其可被容易地被固定到交流驅動器的另一個元件上(或者被拆下)，例如另一個逆變器100，或者變換器200。相鄰的元件(即逆變器/變換器)的基座10可以利用已知的或者已用的方法例如螺栓、螺絲、鉚釘等相互固定。如前所述，優(yōu)選使用這樣的固定方法，其使得逆變器100或者變換器200能夠相當容易地從交流驅動器上被除去。例如，通過簡單地除去和熱交換器裝置20的冷凝器塊有關的空氣導管和在模塊基座10的4個拐角上的4個螺栓(如果使用螺栓)，根據模塊基座10的連接特征，可以從頂部或者側部除去逆變器100。這將大大減少用于更換元件所需的時間和勞動。
熱交換器裝置20可以利用任何已知或已用的方法被固定到托盤10上。例如，可以使用固定支架25，把裝置20固定到托盤10上，而托盤25則利用螺栓、螺絲、鉚釘等固定。
在每個托盤10上連附有電容器底座15，其可以用機械方式固定到托盤上或者和托盤10制成一個整體。托盤15對電容器組60提供支撐，電容器組內具有若干個電容器61，62。在本發(fā)明中可以包括任何已知的或已用的功率電容器61，62，而不影響本發(fā)明的操作。所用的電容器必須是低電感型的，(在優(yōu)選實施方案中使用的電容器具有小于30納亨的電感)且能經受高脈動電流。優(yōu)選實施方案使用油或氣體填充的聚乙烯膜非極化電容器，額定值為4000V，550微法，用于4160V的操作，例如Montena直流功率電容器。在電容器底座15上還連附有連接區(qū)域80，其被構成用于連接任何所需的應用和用途的逆變器100。
電氣母線50，55，70，75，50A，55A，70A和75A用于連接所有的晶體管與/或二極管30，31和32(以及其它主要電元件)。母線在所有的主要電氣元件之間輸送電流(包括鄰近的逆變器和變換器)。用于本發(fā)明的母線最精確地稱為平衡低電感母線，并且所示示例的實施方案的逆變器的是多級逆變器橋。
多級逆變器橋比兩級逆變器橋具有更復雜的電流通路。半導體開關和二極管在給定的時間被限制于最大操作電壓。多級的拓撲結構用于實現電力變換裝置的更高的輸出電壓，其中通過使功率半導體開關有效地串聯(lián)，因此將其電壓能力擴大和串聯(lián)的開關數相同的倍數。在本發(fā)明中，設計開關和二極管的機械布局，以便防止電流環(huán)。在電氣上，導電母線用這種方式連接開關和二極管，使得由所述電路中的電流產生的每個電磁場在幅值上和相位上瞬時地且精確地被抵消。這就是所謂的平衡低電感母線。其使得電場均勻地分布，并且把電流回路的雜散電感減到最小，因而使在開關斷開時產生的電壓瞬變最小。這些特征在中壓裝置中尤其是重要的，以便把部分放電、絕緣老化的影響減到最小，并且使得不再需要電壓瞬變抑制器。在這種類型的系統(tǒng)中的電感可以由下式確定L＝[31.9*(D+SD)*(L)]/[(W)]其中L是導電母線的總電感，D是在平行母線之間的絕緣厚度，W是導電母線條的寬度，L是導電母線的長度，以及SD是由于在高頻時的集膚效應在導電母線內部的電流通路的集膚深度，并且由下式確定SD=1/[(πFMN)].]]>其中F是電流的頻率；M是金屬的導磁率，N是金屬的導電率。例如對于銅，SD=2.6/[F].]]>由此可見，電感和絕緣厚度成正比。在本發(fā)明中，減少絕緣厚度D是可能的，因為可以借助于真空排除空氣，并且/或者通過把母線部件浸入能夠排除空氣、濕氣和污染物的絕緣介質中。這將在下面更詳細地討論。
母線一般由任何導電材料制成，例如銅、鋁、鋼等。不過，在所示的示例的實施方案中，鋁是優(yōu)選的。使用鋁能夠提供每英寸較高的電阻值，例如比銅，這能夠幫助在電氣上抑制交流驅動系統(tǒng)。雖然母線的形狀和尺寸可以按照所需的各種預期的構型或另外的晶體管布置來改變，但是存在一些對于使本發(fā)明的操作為最佳的重要的幾何尺寸。在優(yōu)選實施方案中，母線的厚度是1/8英寸，雖然母線的寬度可以改變，但是優(yōu)選使母線的寬度遠大于母線的厚度(見上面的電感公式)。此外，在母線上應當沒有尖角或邊沿。母線一般具有圓的邊沿，以便幫助減少電場集中的副作用。此外，一般使母線盡量短，以便減少電感(見上面的電感公式)。并且改善母線的制造和裝配特性。
高壓電位的效應是熟知的，并且包括由于帶電端子和母線周圍的氣體電離而造成的電暈效應。暴露的帶電端子和母線的形狀可能加重電暈效應，所述電暈效應實際上把金屬端子的導電通路延伸到周圍的氣體例如空氣中，并逐漸破壞位于不同的電位的端子之間的絕緣屏障。電暈效應可以引起絕緣擊穿。在本發(fā)明中，絕緣的使用使得大大減少電暈效應。此外，在絕緣材料之間的氣囊中的空氣分子的電離可以引起被稱為部分放電的現象。這種現象使電荷在氣囊的內部放電，以電弧的形式釋放出大量的熱量。最后，在氣囊內部發(fā)生反復放電或跳火之后，碳跡將跨過氣囊而形成橋。跳火和產生碳跡將使母線和其它的帶電器件之間的絕緣隨時間的推移而劣化。電暈效應和部分放電被許多因素加劇，其中包括(1)有尖角的導體表面，特別是當暴露于空氣時，對于給定的絕緣厚度，部分放電使電荷的數量增加；(2)通過使用絕緣材料或導體至少部分地包圍著的充有空氣或氣體的空腔或裂縫；(3)在導體的平面表面和絕緣材料之間的充有空氣或氣體的空間；以及(4)具有比周圍區(qū)域低的表面電阻率的絕緣材料上的小的、暴露的區(qū)域。
在優(yōu)選實施方案中，母線在裝配之前被拋光，從而除去在母線表面可能存在的任何缺陷，這幫助優(yōu)化母線的性能，并盡量幫助減少電場集中。
圖5B和5C表示按照本發(fā)明實施的用于三級逆變器橋的平衡低電感互連母線。在這些圖中，示出了熱交換器20的每一側，雖然在本實施方案中這些側部是對稱的(但不必總是這樣)。在所示的實施方案中，橋柱被分成兩部分正半部分和負半部分。如圖5B和5C所示，一側用于正電流流動，而另一側用于負電流流動。在優(yōu)選實施方案中，功率半導體開關30，31，32的布局使得很好地確定瞬時電流通路。
下面的說明根據圖5B進行，其表示三級逆變器橋的三分之一的正部分，但是對于圖5C所示的三級逆變器橋的三分之一的負部分應當是相同的。在所示的結構中，系統(tǒng)包括IGBT開關32，二極管31，以及第二IGBT開關30。因為開關30的電流總是導通的，而不管二極管31或開關32是否導通，所以優(yōu)選使開關30遠離電容器組60。電容器組60由兩個并排設置的電容器構成，一個用于三級逆變器橋的三分之一的正部分，另一個用于負部分。(應當注意，可以按需要根據所需的配置改變這些元件的位置，這不改變本發(fā)明的范圍和精神。)二極管31和開關30相鄰，其流通中性電流(neutral current)，開關32和二極管31相鄰，其流通正電流(或者負電流，如圖5C所示)。開關32通過電氣母線55和電容器端子61相連，并通過母線50和二極管31以及開關30相連。如果開關32導通，并且二極管31截止，則電流通路從電容器端子61在端子63到達開關32，然后通過開關32出來經過端子64并通過二極管31到達開關30上的端子65。然后電流通過開關30并從端子36流出，經過返回母線70返回，其盡可能合理地(在母線50，55和75之間)返回電容器組60，以便減少整個系統(tǒng)的電感。在這種結構中，電流從電容器端子61流出，沿著母線50，55，沿著平行通路在母線70中返回電容器61。這個靠近的平行通路趨于在幅值和相位上消除(或者大大減少)由通過導電母線的電流產生的磁場，因此，減少整個系統(tǒng)中的電感。
當開關32截止時，二極管31導通，并使電流從電容器端子62經過母線75流到二極管31的端子67，通過二極管31，并在端子68流出二極管31，經過母線50到達開關30。然后電流通過開關30并在端子66流出端子30，沿著母線70向回流向電容器組60，再次形成靠近的平行電流通路，把母線的電感減到最小。使用母線70把電流輸送到電動機(未示出)，或者通過和所述母線的連接部分69由驅動器操作任何其它裝置。還應當注意，在這種結構中，在上述的兩個周期期間(開關32導通或截止)，系統(tǒng)的電感是非常類似的，這是因為返回母線70位于兩個驅動母線(分別是50，55，和75)的中間，因而確保在操作期間工作母線等距離。
應當注意，一般優(yōu)選的是，相互平行的母線部分在母線的平行部分中沒有連接孔或任何其它種類的缺陷，以便幫助優(yōu)化母線的性能。
在母線和電氣元件(二極管，電容器，開關)之間的電連接應當通過母線的法蘭51-54，56-59實現。這些法蘭51-54，56-59優(yōu)選和母線50，55，70，75的平行部分是一個整體，以便使從母線向二極管、晶體管和電容器的電流傳輸最佳化。此外，優(yōu)選是把母線以直角固定到電容器、晶體管和二極管上。這種結構能夠使母線與帶電裝置的連接點產生的電感的量最小。此外，為了使電感最小，母線和裝置連接的法蘭角應當盡可能尖銳。這能夠確保母線的平行部分在接近連接處時彼此盡可能靠近。
本發(fā)明的母線50，55，70和75被夾在絕緣體40和41的一側。絕緣體40和41可以由任何不導電的材料制成，例如壓制的云母，聚四氟乙烯，聚酯板，芳香尼龍纖維或板，以及其它類似的合成絕緣材料。不過，優(yōu)選使用層疊云母用于交流電壓母線，這是因為其具有能夠阻止在母線之間的部分放電的最佳特性，而芳香纖維材料，例如Nomex，一般對于直流電壓母線是優(yōu)選的。
關于本發(fā)明的交流電壓母線50，55，70和75，雖然在現有的交流驅動器中，絕緣體的厚度可以高達2英寸，以便因為本發(fā)明的新的特征(這在下面詳細說明)而避免電暈效應(即跳火)的問題，但是絕緣體40，41的厚度可以低至0.02英寸(不過對于中壓范圍的較高的一端應當更高)。對于給定的電壓水平，所用的絕緣材料的類型將決定所需的厚度。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，厚度一般大約是0.060英寸，以便提供附加的保護和耐久性。這個減少的厚度大大減少了平行母線之間的電感，并且，在優(yōu)選實施方案中，利用4英寸寬×1/8英寸厚的鋁母線，在母線之間具有0.06英寸厚的云母絕緣層，達到了每米30納亨的電感。因為具有相反電場的兩個扁平母線的電感直接和母線之間的空間距離有關，所以使用非常薄的絕緣體能使總電感大大減少，并且能夠大大減少交流驅動器的總的尺寸。
此外，在當前的交流驅動器中，需要使絕緣體延伸顯著超過母線的邊緣，以便母線之間的絕緣最大，這是因為它們被暴露在空氣中。由于本發(fā)明的新結構，這從下面的說明中將更加清楚地看出，則不需要使絕緣體延伸大大超過母線邊緣。不過，應當注意，優(yōu)選絕緣體40，41從母線的邊緣至少延伸一個距離，以便提供足夠的保護和附加的破壞耐受特性。使絕緣體延伸比所需的多是為了確保絕緣體的現場維修容易，這不是關鍵，但因此使得當絕緣體的小的邊沿部分被擊穿或除去時，不必更換整個的絕緣體。
現在參看圖6A，6B和6C，其中示出了按照本發(fā)明的基本上完整的逆變器100。在這些圖中，可以看出逆變器100的帶電元件通過絕緣材料90以及保護殼體95被和外部大氣隔離。絕緣材料90一般覆蓋所有的或基本上所有的帶電器件(即開關，二極管，電容器，連接部分和母線)，使得隔離有害的大氣或空氣。雖然可以使用任何不導電的絕緣材料，例如不導電的氣體，油，或膠體，一般優(yōu)選使用封裝化合物。
封裝化合物90可以是任何已知的或已用的非導電絕緣體，但是優(yōu)選是基于RTV硅樹脂的化合物。至少具有一些下面的物理特性的化合物也是優(yōu)選的被灌注時樹脂的粘度-20000cps，硬度，肖氏A-28，張力強度-1014psi，斷裂時的伸長率-600％，抗撕裂性170lbs/inch，以及線性收縮率小于1％。
可以使用的絕緣體的一個例子是Elastocil M4601，由WackerChemie GmbH制造，其具有優(yōu)良的可恢復特性。任何其它的具有類似或相當特性的硅樹脂基化合物也是可取的。在上述元件周圍的封裝化合物的使用能夠阻止全部的或者幾乎全部的空氣或其它有害氣體接觸這些元件，否則這些元件將暴露于這些氣體中。除去空氣或氣體能夠阻止它們作為導體起作用，因而阻止發(fā)生電暈效應和部分放電。因為所有這些帶電元件彼此距離可被設置得很近，而在現有技術中它們必須相互保持相當大的距離，因而增加了驅動器的尺寸。
絕緣體90可以用這種方式，使用已知的工藝在元件上方或者周圍噴射、灌注或者別的方法，使得基本上滲透帶電元件內與/或周圍所有的或幾乎所有的氣囊或氣隙。任何相當數量的空氣或大氣的存在都會引起彼此靠近的高壓器件副作用被本發(fā)明大大減小或消除的。上述化合物及其等同物90的另一個有利的方面是當需要修理時，其具有可從電氣元件中可除去性，這是因為在固化之后，硅樹脂絕緣體化合物可以從液體變?yōu)榫哂胁煌膱怨绦缘念愃朴谀z的物質。當進行修理而除去化合物時，需要在化合物90和元件之間具有盡可能小的粘附作用。這將減少修理的時間和成本。
還應當注意，優(yōu)選的硅樹脂化合物對在中壓交流驅動器中可能發(fā)生的許多問題不敏感。例如，硅樹脂化合物能夠耐受高電壓瞬變和在其中出現的應力、磁力、溫度改變和溫度變化和多水平的、高壓電介質應力而不會疲勞或失效。此外，硅樹脂化合物能夠在任何環(huán)境條件下保持其整體性，而和高度、溫度、濕度、空氣質量等無關。此外，因為從接觸的電氣元件中除去了空氣，不需要為阻止與母線以及其它元件接觸的空氣的副作用而調節(jié)或過濾空氣。當前的交流驅動器借助于使空氣在暴露的電氣元件上方通過來冷卻，因而需要過濾和對冷卻系統(tǒng)進行環(huán)境控制。這使得在某些苛刻的應用中禁止使用當前的驅動裝置。
此外，封裝化合物90傳遞和吸收熱量的能力和空氣一樣，甚至比空氣好，使得熱從母線和別的電氣元件傳輸到化合物，然后熱量或者被傳輸到散熱器裝置20的蒸發(fā)器板22中，或者通過封裝化合物90本身的表面發(fā)送到殼體95，然后傳輸到空氣中。因此，交流驅動器的熱管理特性沒有損失。如圖6A-6C所示，封裝化合物90填充逆變器100的空間的主要部分，在這些部分中，母線50，55，70和75接觸二極管31，晶體管30，32和電容器61，62。事實上，雖然這不是必須的，優(yōu)選封裝化合物90至少覆蓋所有這些元件，從而阻止空氣接觸這些元件。當使用所述化合物蓋住電容器61，62的端子時，可以使端子的高度減小，因而使電容器具有更低的內部電感。不過，如果不用化合物90蓋住這些接觸點，則應當保持制造商對電容器61，62具有一定清潔度的要求。
封裝化合物90一般這樣使用，使其幾乎蓋住蒸發(fā)器板22的整個表面，從而在化合物90和熱交換器裝置20之間提供盡可能大的熱傳遞表面。此外，封裝化合物90優(yōu)選作為一體被設置在逆變器100上，而不是分成幾部分，以便確保其整體性，并且化合物90優(yōu)選具有這樣的厚度，使得小的破壞不會降低其保護特性。除去提供足夠的保護之外，使用較厚的化合物還能夠使得對母線50，55，70和75提供機械支撐，用于阻尼機械振動，因而不再需要在現有技術的交流驅動器中具有的用于使母線保持定位的許多附加的結構元件。
化合物90的精確的構型和外部尺寸可以根據所用的驅動器和元件的構型和特性來改變。在圖6A-6C所示的實施方案中，化合物90一般具有至少1英寸的厚度，其包封著所有被覆蓋的高壓元件，使得操作電壓能夠高達4160 VAC RMS。厚度應當主要根據施加的電壓的數量、并考慮空間、成本和重量來優(yōu)化。為了幫助減少化合物90的成本，還設想在化合物90中可以使用絕緣填充物(例如小球的或其它形狀的，使得減少所用化合物的總的體積，而不降低其有益的特性。雖然圖中所示的化合物90基本上跟隨元件和母線的輪廓(在母線的位置有一個凸出的部分)，但可以使用具有平側面的實心塊。對于需要硅樹脂的附加保護的應用，例如高于15000V的電壓，這種構型是必須的。在圖1C，2B，3A-3C和圖4A中，使用虛線表示對于熱交換器裝置的帶電元件周圍的化合物90的示例的封裝。
在圖6A-6C中還示出了化合物殼體95。附加殼體95是為了對元件和化合物90提供附加的保護，并且?guī)椭衔?0定型。在某些應用中，并且在利用某些化合物時，可以不使用殼體95，不過優(yōu)選使用。殼體95可以利用任何已知或者已用的材料制成，例如塑料，金屬，碳復合物等。然而，殼體95優(yōu)選利用能夠對內部元件提供附加的靜電和電磁屏蔽的材料制成。
此外，殼體95的結構的整體性應當和所用的絕緣體或化合物90的類型匹配。本發(fā)明設想使用任何在電氣上與環(huán)境上都絕緣的材料，以保護電氣元件，并防止空氣和高壓電氣元件接觸而產生的副作用(例如電暈效應)。例子包括使用純氣體，例如氮氣，油，膠體，硅樹脂封裝化合物，甚至真空。所有這些絕緣方法基本上排除了空氣，和/或使高壓元件和大氣隔離，并且浸滿元件周圍的任何敞開的空間，因而使得這些元件彼此能夠靠近設置。當使用其中的某些，例如氮氣，油或者真空時，必須制造殼體95，以便能夠保持絕緣的完整性(例如能夠保持真空)。因為在制造這種殼體中涉及的困難和成本，優(yōu)選使用不需要苛刻的密封要求的絕緣體，例如具有上述的優(yōu)選的材料特性的化合物，它們能夠保持其自身的整體性。
關于使用的電介質絕緣化合物90，雖然可以使用一種成分的、兩種成分的、三種成分的硅樹脂或類似的絕緣化合物90，但優(yōu)選使用在往逆變器100上安裝之前被“脫氣”的絕緣化合物90。當化合物被混合時，通常會引入氣泡，因而在混合物中引入氣體，如果當絕緣化合物90被置于逆變器100上時其中留有氣泡，因為空氣將和元件以及母線接觸，將對系統(tǒng)的操作具有不利影響，因而引起和當前的交流驅動器類似的問題。
此外，當本發(fā)明的交流驅動器被用于中壓范圍內的高壓段時，優(yōu)選在施加絕緣化合物90之后對其“抽真空”。基本上，這個工藝需要把絕緣化合物90施加在逆變器100上(或任何其它元件上)，在絕緣化合物90正在定型時，把整個元件置于某種真空室內。然后在絕緣化合物90正在定型的同時，使室內的氣壓減小，因而使在混合物中或者在元件和絕緣化合物90之間殘余的任何空氣從絕緣化合物90和/或逆變器中被排除。這將確保消除空氣的副作用，因而大大增加交流驅動器的操作壽命和效率，并使得逆變器100的元件能夠靠得更近，且減少產生的電感，因而減少交流驅動器本身的總的尺寸。還應當注意，在交流驅動器在低電壓范圍內操作的應用中，將不需要所述的“抽真空”工藝，因為此時的電負荷和電場力不嚴重。
此外，優(yōu)選在絕緣化合物90還處于液態(tài)時被施加在逆變器裝置100上。在液態(tài)下，在固化之前，硅樹脂混合物具有非常低的表面張力，因而使得化合物90能夠浸漬絕緣體40，和/或在母線周圍以及母線內的任何其它小間隙，因而除去在任何空隙中存在的空氣，而以絕緣化合物90代之。在優(yōu)選實施方案中，通過預先對整個逆變器模塊100抽真空來增強這種浸漬。
當制造按照本發(fā)明的逆變器100(或者任何其它的相當的元件)時，優(yōu)選是首先提供某種夾持力，以便盡可能緊地夾住母線50，55，70和75以及絕緣體40，41，同時使上下母線之間保持真正的平行關系。一旦母線裝配完成，母線組件便被插入逆變器100內，并被測試，以便確保沒有電壓絕緣問題。然后，通過利用一種被加熱的真空室從電氣母線和電氣元件中清除空氣、氣體、濕氣、污物等等，以便從元件中除去所有有害的污物。此后(或在清潔階段期間)，按照上述(根據使用的化合物和方法)，利用絕緣化合物90封裝所得的單元。封裝的數量和尺寸應當使得能夠提供足夠的保護，避免空氣和其它有害元素進入，并且提供從元件的表面到散熱器組件20，并通過絕緣化合物到殼體95的一水平的熱導率。因為絕緣化合物以液體形式被應用的，所以能夠比較容易地把絕緣化合物90施加到電氣元件的小的區(qū)域內，從而排除所有的空氣或氣體。為此，一般優(yōu)選使用的絕緣化合物90處于液態(tài)時具有低的表面張力，從而使絕緣化合物能夠滲透進入所有要求的空間內。
此外，為了使絕緣化合物90更多地浸入絕緣體40和其它的元件，可以在對絕緣化合物90抽真空之后對其增加壓力(通過機械壓力或者大氣壓力)，以便強制更多的化合物材料進入任何剩余的空氣囊中。然后，可以使化合物90在環(huán)境溫度或者對于所用的特定的化合物推薦的任何溫度下固化。一旦這個工藝完成，元件(例如逆變器100)應當再次進行測試。此時，全部或者幾乎全部空氣都已經從接觸的重要元件中被除去，例如母線，這使得母線可以彼此非?？拷乇辉O置，因而減少電感，并因而使交流驅動器的總的尺寸大大減少。而且，不必擔心在特定位置的空氣質量和大氣條件會不利地影響交流驅動器，因為沒有空氣和高壓元件接觸。這大大減少了用于過濾和調節(jié)空氣的成本，并且使得交流驅動器能夠直接被置于其控制的機器附近，而不用占據太多的空間，并且不需要大量的電氣布線。此外，不再需要目前的交流驅動器所需的一些元件，例如緩沖器。
圖7A，7B和7C表示本發(fā)明的兩個逆變器模塊，它們相互連接，如同在按照本發(fā)明的交流驅動器的示例的實施方案中那樣。如上所述，模塊100的托盤10利用任何已知或已用的方法相互連接，這使得能夠容易地把一個模塊從另一個上拆下，以便維修。在圖中還示出了安裝在殼體95的外部上的宇宙射線過濾裝置96。如這些圖所示，封裝的化合物或絕緣體90和殼體95用這種方式構成或應用，以便有效地沿著元件的輪廓，因而提供設置母線的邊沿部分97，在其上可以安置宇宙射線過濾器96。
宇宙射線對功率半導體開關的影響是偶然發(fā)現的，并且尚未被完全真正地理解。電力變換器制造商發(fā)現，當在半導體開關的額定電壓內使用半導體開關時，它們的產品過早地出現故障。這些半導體開關以半導體襯底絕緣層被擊穿而發(fā)生故障。因為用于大約300英尺深的地下的電力變換裝置沒有相同的故障率而發(fā)現了這種故障和宇宙射線的聯(lián)系。由離子加速器轟擊帶電的功率半導體開關進行的進一步實驗產生了和在地面上工作的產品相同的結果。由半導體制造商提供的解決辦法是把功率半導體開關例如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)的額定電壓降低到大約其額定值的60％。這個電壓限制由統(tǒng)計處理確定。此外，在載人飛船中使用聚乙烯來保護設備和人不受特別是在太陽風暴期間由太陽發(fā)出的粒子的影響。這些粒子比所謂的宇宙射線大。
宇宙射線是一種由天體發(fā)出的高能的亞原子顆粒。某些類型的粒子可以通過整個地球截面，而別的粒子在和地球上和地球內部的材料接觸時被耗散。這個耗散的能量以及亞原子的重新組合可以對生物(細胞)和電氣系統(tǒng)(半導體器件)產生不利的影響。
本發(fā)明包括宇宙射線過濾器96，其能夠提高半導體射線利用率。為了容納這些顆粒，或者很大程度上禁止其對本發(fā)明的電氣系統(tǒng)的不利影響，優(yōu)選鉛或類似材料制造過濾器96，其覆蓋半導體開關，例如IGBT。設計靜電或電磁屏蔽容器或殼體95，以緊密地包圍住功率半導體開關，并產生邊沿97，在所述邊沿上插入涂覆有聚乙烯的鉛塊，用于吸收來自宇宙射線的大小亞原子顆粒。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，鉛塊的截面至少有兩英寸厚，并且填充邊沿97上方的空間的聚乙烯涂層的厚度至少為半英寸。實際上，使用任何數量的材料例如鉛都能通過過濾而減少宇宙射線的影響，兩英寸的最小厚度是根據實驗得出的，用于當增加施加的電壓時功率半導體開關達到足夠的壽命，或者當在制造商建議的操作電壓下使用時增加其平均壽命。
應當注意，在這些圖中過濾器96的位置設置是假定交流驅動裝置設置在其安裝如圖所示的表面(地面)上的，因而在邊沿97的底側上不需要過濾器96的保護(因為宇宙射線來自天空而不通過地球)。然而，可以使交流驅動器直立地安裝(在其一側上)。在這種情況下，過濾器96將被設置在邊沿97的每一側上，和殼體95的頂側上，以便對驅動器的內部元件提供足夠的保護。另外，過濾器96可以在化合物90固化之前被封裝在封裝化合物中。
利用本發(fā)明，形成體積小的電力變換器裝置，例如逆變器100，其使得能夠使用合適尺寸的裝配在逆變器模塊100之間的開口內的包覆有聚乙烯的鉛塊，以便保護功率半導體開關不受宇宙射線的影響，并且還使得施加的電壓能夠大于推薦的等于開關額定電壓的60％的電壓，達到大約開關額定電壓的75％。例如，利用目前的交流驅動器結構，3300V的IGBT在地面上的操作電壓不能超過1900V。利用本發(fā)明，則操作電壓例如可以上升到2500V。
圖8和圖9表示使用在本發(fā)明的交流驅動器中的變換器組件200。變換器200用于把輸入的交流電壓變換成直流電壓，使得其可以在逆變器100中被控制和變換成可變幅值和可變頻率的交流電壓。變換器200的制造和上述的逆變器100的制造相似。變換器200一般包括具有電容器支架部件215的模塊基座210，其結構類似于逆變器100的基座10和電容器底座15?；?10一般由和基座10相同的材料制成，并且能夠容易地和逆變器基座10連接或拆卸。這確保本發(fā)明的模塊特點，因而使得交流驅動器的各個部分能夠容易地被拆除或安裝，而不需花費大的成本或操作時間。
變換器200還包括電容器組260，其和逆變器100類似。此外，變換器200包括電抗器280，高壓附屬部件240和連接器附屬部件230。
此外，非常例似于上述的逆變器100，變換器200具有熱交換器組件220。在這些圖中所示的熱交換器組件220和圖3A-3C所示的熱交換器組件類似，但是也可以是上述的任何構型，根據所需的冷卻方法和所用的電氣元件而定。
應當注意，按照本發(fā)明的交流驅動器一般使用模塊元件(例如逆變器100和變換器200)它們具有可兼容的或者類似的熱交換系統(tǒng)。通過能夠快速插入新的元件代替被除去的元件，使得能夠容易地更換和維修逆變器/變換器模塊。此外，設想在一個交流驅動裝置中可以使用不同的熱交換器系統(tǒng)。當使用這個結構時，優(yōu)選熱交換器裝置的總體尺寸和形狀是類似的，以便保持本發(fā)明的緊湊和可接近的特征。
和逆變器100一樣，變換器200也用封裝化合物90覆蓋在熱交換器系統(tǒng)上的和電容器組連接部分上的任何的所有高壓元件。如圖8和圖9所示，其中容納有熱交換器組件220的容器91基本上利用絕緣化合物90填充，以便提供借助于絕緣材料90提供的所需的保護。通常利用和所述的逆變器100相同的工藝提供絕緣化合物90。即在加熱的真空室內消除污垢、污物、濕氣和空氣，并在這個工藝期間或者在這個工藝之前施加液態(tài)形式下的絕緣化合物90。通常應用絕緣化合物90蓋住所有的高壓元件和母線。應當注意，上述的關于逆變器裝置100的方法同樣適用于變換器裝置200。此外，在這種情況下也應當采用圖7B中的宇宙射線過濾器96，以便保護變換器200的高壓半導體元件。
圖10和圖11示出按照本發(fā)明的裝配好的交流驅動器1000，其中具有3個逆變器100，一個變換器200和共用的冷卻系統(tǒng)1100。如前所述，并且可以從圖中看出，本發(fā)明的模塊特征提供了這樣的優(yōu)點，使得在交流驅動器1000中的一個逆變器100可被容易地除去和更換而不需大的費用或時間，即使本發(fā)明的元件用這種方式被用于非模塊型的的交流驅動器的情況下，3個逆變器模塊和變換器模塊的所有高壓元件和母線都可處于一個殼體中。此外，應當注意，因為不用空氣冷卻驅動器1000的母線和電氣元件，可以使用幾乎任何已知或已用的冷卻系統(tǒng)1100。在圖11中說明了一種強制空氣導管冷卻系統(tǒng)1100，不過，應當注意，也可以使用其它的冷卻介質例如油和水。如果使用油(或者任何其它的液體)，則油(或液體)在其滴在殼體95的頂上的情況下不應當使用于密封電氣元件的絕緣化合物90受到化學侵襲或劣化。
此外，因為使用絕緣化合物具有使高壓元件不暴露于空氣中的優(yōu)點，所以不需要精細的環(huán)境控制或過濾系統(tǒng)來控制用于冷卻交流驅動器的的空氣的質量。因為高壓元件是氣密的，使得含有大量污染物例如煤塵的氣流不會通過冷凝器塊，因而不會給驅動器的操作帶來不利影響。
當然應當理解，不脫離只由權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍，本領域技術人員可以由本發(fā)明的優(yōu)選實施方案作出各種變化和修改。
權利要求
1.一種中壓交流驅動器，所述驅動器包括變換器，以及至少一個逆變器，其中所述至少一個逆變器包括熱交換器，和所述熱交換器熱連接的至少一個晶體管，至少一個電容器，多個電氣母線，用于在分別位于所述晶體管和所述電容器上的接點使所述晶體管和所述電容器相連，以及在所述電氣母線的至少一個上應用絕緣材料，其覆蓋在所述至少一個所述的電氣母線和所述晶體管之間的所有所述的接點，使得所述至少一個所述電氣母線和在所述晶體管和所述母線之間的所述接點基本上和大氣隔離。
2.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述電氣母線由鋁制成。
3.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中至少兩個所述電氣母線彼此基本上呈平行關系，并具有位于其間的絕緣體。
4.根據權利要求3所述的交流驅動器，其中所述每個平行母線具有從其中延伸的法蘭，用于使所述母線和所述晶體管電連接。
5.根據權利要求4所述的交流驅動器，其中每個所述平行母線和所述晶體管這樣相連，使得所述平行母線和所述晶體管成直角。
6.根據權利要求3所述的交流驅動器，其中所述絕緣體是層疊的云母。
7.根據權利要求3所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料浸透所述絕緣體的至少一些表面，使得從所述至少一些表面上除去空氣。
8.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料是基于硅樹脂基的絕緣材料。
9.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料是RTV硅樹脂。
10.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料具有大約為28的肖氏A硬度。
11.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料覆蓋所有的所述母線和在所述電氣母線和所述晶體管之間的所有的所述的接點，使得所有的所述母線和在所述母線和所述晶體管之間的所有所述的接點基本上和所述大氣隔離。
12.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述熱交換器包括平面部件，所述晶體管和所述平面部件熱連接，并且其中所述絕緣材料基本上覆蓋全部的所述平面部件。
13.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料處于脫氣狀態(tài)。
14.根據權利要求1所述的交流驅動器，還包括使冷卻介質通過所述熱交換器的冷卻系統(tǒng)。
15.根據權利要求1所述的交流驅動器，其中所述冷卻介質是空氣。
16.如權利要求1所述的交流驅動器，其中所述絕緣材料覆蓋所有所述母線和所有所述接點，使得所有所述母線和所有所述接點基本上和大氣隔離。
17.一種用于交流驅動器中的逆變器裝置，所述逆變器包括熱交換器，和所述熱交換器熱連接的多個晶體管，多個電容器，以及多個電母線，其將所述晶體管和所述電容器在分別位于所述每個晶體管和所述電容器上的接點電連接，其中基本上所有的所述電氣母線和在所述電氣母線和所述晶體管之間的所有的所述接點被絕緣材料覆蓋，使得基本上所有的所述電氣母線和在所述晶體管和所述母線之間的所述接點基本上和大氣隔離。
18.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述電氣母線由鋁制成。
19.根據權利要求1所述的逆變器，其中至少兩個所述電氣母線彼此基本上呈平行關系，并具有位于其間的絕緣體。
20.根據權利要求19所述的逆變器，其中所述每個平行母線具有從其中延伸的法蘭，用于使所述母線和所述晶體管電連接。
21.根據權利要求20所述的逆變器，其中每個所述平行母線和所述晶體管這樣相連，使得所述平行母線和所述晶體管成直角。
22.根據權利要求19所述的逆變器，其中所述絕緣體是層疊的云母。
23.根據權利要求19所述的逆變器，其中所述絕緣材料浸透所述絕緣體的至少一些表面，使得從所述至少一些表面中除去空氣。
24.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料是硅樹脂基的絕緣材料。
25.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料是RTV硅樹脂。
26.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料具有大約為28的肖氏A硬度。
27.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料覆蓋所有的所述母線和在所述電氣母線和所述晶體管之間的所有的所述的接點，使得所有的所述母線和在所述母線和所述晶體管之間的所有所述的接點基本上和所述大氣隔離。
28.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述熱交換器包括蒸發(fā)器板，所述晶體管和所述蒸發(fā)器板熱連接，并且其中所述絕緣材料基本上覆蓋全部的所述蒸發(fā)器板。
29.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料處于脫氣狀態(tài)。
30.根據權利要求17所述的逆變器，其中所述絕緣材料覆蓋所有所述母線和所有所述接點，使得所有所述母線和所有所述接點本質上和所述大氣隔離。
全文摘要
一種交流驅動器，其可以用于任何用電裝置，尤其是一種中壓交流驅動器。在優(yōu)選實施方案中，實行多級交流驅動拓撲，所述驅動器包括多個逆變器和變換器，它們通過電母線電連接，并通過其各自的模塊基座在物理上相連，并共用和每個元件的熱交換器相連的公共冷卻系統(tǒng)。所述交流驅動器一般由多個逆變器模塊構成，它們和變換器模塊相連，并且上述的每個元件被封裝在具有冷卻裝置的相對小的單元中。
文檔編號H02M7/00GK1473388SQ01818404
公開日2004年2月4日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權日2000年11月3日
發(fā)明者G·諾奇馬, O·費爾庸, L·T·凱斯特, G 諾奇馬, 凱斯特 申請人:Smc電氣產品公司