逆变器驱动系统、汇流条和组件的制作方法

本发明的实施例总体上涉及逆变器驱动组件。其它的实施例涉及用于电动车辆的逆变器驱动组件的汇流条（busbar）。

背景技术：

牵引车辆（举例而言，例如机车以及其它非公路车辆（“ohv”））可采用电动牵引马达来驱动车辆的车轮。在这些车辆的一些中，马达为交流（ac）马达，其速度和功率通过改变供给至马达的ac电功率的频率和电流来控制。通常，电功率在车辆系统中的一些部位处作为直流功率供给且此后反接至受控频率和振幅的ac功率。电功率可来源于由内燃机驱动的机载交流发动机或者可获得自路旁电源例如第三轨道或架空悬链线。

在常规系统中，功率反接在结合多个二极管和电子切换装置的固态逆变器中。在机车、其它的大型ohv或者运输应用中，牵引马达可产生每马达超过1000的马力，从而要求通过相关联逆变器的非常高的功率处理能力。这继而要求使用半导体切换装置，例如gto（闸门关断可控硅整流器）或igbt，其能够控制此种高功率和能够散发因内部损耗产生特性在半导体装置中所形成的大量的热。

半导体装置典型地安装在热传递装置例如散热器上，其帮助传递热远离半导体装置并且因此防止装置的热故障。半导体装置位于其中的电路（或电线路）区域可包括各种控制和定时线路（包括低功率半导体），其用于控制功率半导体的切换。

在ohv中，用于大型ac马达应用的逆变器驱动系统典型地包括与每个牵引马达相关联的逆变器。用于功率逆变器的常规设计可包括分层的汇流条阵列，其互连半导体装置（例如，igbt）模块和若干dc链路电容器。具体地，多个dc链路电容器典型地经由汇流条的布置连接至逆变器，该布置包括水平的电容器汇流条，其接收多个dc链路电容器并且联接至竖直的互连汇流条。竖直的互连汇流条在远端联接至逆变器的igbt模块。

用于高功率应用的已知汇流条设计尽管通常适用于认为是常规性能的情形，但可受益于改良的设计。具体地，某些现有的设计可能易于在逆变器的竖直汇流条联接至水平汇流条的区域中电晕放电，这可导致绝缘退化且最终导致短路。

技术实现要素：

在一个实施例中，逆变器驱动组件包括第一汇流条、第二汇流条，以及逆变器。第一汇流条具有多个套管，包括至少第一套管和第二套管，并且构造成经由第二套管接收逆变器驱动组件的至少一个dc链路电容器。第二汇流条在第一套管处电性地连接至第一汇流条。逆变器电性地连接至第二汇流条，并且构造成经由第二汇流条接收电流。第一套管的高度限定在第一汇流条和第二汇流条之间大约5毫米的空气间隙。

在一个实施例中，用于车辆的逆变器驱动组件的汇流条包括第一层；层压至第一层的第二层；构造成接收电容器的至少一个第一套管；以及至少一个第二套管，其构造成接收连接至逆变器驱动组件的逆变器上的逆变器汇流条。该至少一个第二套管为大约5毫米高。此外，第一层和第二层基本上完全地叠盖。

在一个实施例中，一种方法（例如，用于逆变器驱动组件的方法）包括以下步骤：提供第一汇流条，以及将具有导体的第二汇流条连接至第一汇流条以限定在第一汇流条和第二汇流条之间的空气间隙。空气间隙为基本上5毫米。

一方面，本发明提供了如下技术方案。

技术方案1.一种逆变器驱动组件，包括：

第一汇流条，其具有多个套管，包括至少第一套管和第二套管，所述第一汇流条构造成经由所述第二套管接收所述逆变器驱动组件的至少一个dc链路电容器；

第二汇流条，其在所述第一套管处电性地连接至所述第一汇流条；以及

逆变器，其电性地连接至所述第二汇流条，所述逆变器构造成经由所述第二汇流条接收电流；

其中，所述第一套管的高度限定在所述第一汇流条和所述第二汇流条之间大约5毫米的空气间隙。

技术方案2.根据技术方案1所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一套管的高度为大约5毫米。

技术方案3.根据技术方案2所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第二套管的高度为大约1.8毫米。

技术方案4.根据技术方案2所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第二汇流条包括固定到所述第一汇流条的第一套管上的导体；以及

所述空气间隙由所述导体的下表面和所述第一汇流条的上表面限定。

技术方案5.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一汇流条和第二汇流条定向成基本上彼此垂直。

技术方案6.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述逆变器驱动组件安装在非公路车辆上。

技术方案7.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述至少一个第一套管为一对第一套管。

技术方案8.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一汇流条为具有第一层和第二层的层压汇流条；

其中，所述第一层和所述第二层基本上完全地叠盖。

技术方案9.一种用于车辆的逆变器驱动组件的汇流条，包括：

第一层；

层压至所述第一层的第二层；

构造成接收电容器的至少一个第一套管；以及

至少一个第二套管，其构造成接收连接到所述逆变器驱动组件的逆变器上的逆变器汇流条；

其中，所述至少一个第二套管为大约5毫米高；以及

其中，所述第一层和所述第二层基本上完全地叠盖。

技术方案10.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述第二套管的高度限定在所述第一层和所述逆变器汇流条的导体之间的空气间隙。

技术方案11.根据技术方案10所述的汇流条，其特征在于：

所述空气间隙为大约5毫米高。

技术方案12.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述至少一个第一套管为大约1.8毫米高。

技术方案13.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述汇流条安装在所述车辆中，并且所述车辆为非公路车辆。

技术方案14.根据技术方案13所述的汇流条，其特征在于：

所述非公路车辆为机车。

技术方案15.根据技术方案10所述的汇流条，其特征在于：

所述至少一个第二套管构造成以相对于所述汇流条基本上垂直的定向接收所述逆变器汇流条。

技术方案16.一种方法，包括：

提供第一汇流条；以及

将具有导体的第二汇流条连接至所述第一汇流条以限定在所述第一汇流条和所述第二汇流条之间的空气间隙；

其中，所述空气间隙为基本上5毫米。

技术方案17.根据技术方案16所述的方法，其特征在于：

所述第一汇流条包括具有基本上5毫米高的第一套管；以及

所述第二汇流条包括电性地连接至所述第一套管的导体；

其中，所述空气间隙为在所述第一汇流条和所述导体之间的空间。

技术方案18.根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述第二汇流条连接至逆变器；以及

将所述第一汇流条连接至电容器。

技术方案19.根据技术方案16所述的方法，其特征在于：

所述第一汇流条包括具有大约1.8毫米高的第二套管。

另一方面，本发明还提供了如下技术方案。

技术方案1.一种逆变器驱动组件，包括：

第一汇流条，其具有多个套管，包括至少第一套管和第二套管，所述第一汇流条构造成经由所述第二套管接收所述逆变器驱动组件的至少一个dc链路电容器；

第二汇流条，其在所述第一套管处电性地连接至所述第一汇流条；以及

逆变器，其电性地连接至所述第二汇流条，所述逆变器构造成经由所述第二汇流条接收电流；

其中，所述第一套管的高度限定在所述第一汇流条和所述第二汇流条之间大约5毫米的空气间隙。

技术方案2.根据技术方案1所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一套管的高度为大约5毫米。

技术方案3.根据技术方案2所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第二套管的高度为大约1.8毫米。

技术方案4.根据技术方案2所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第二汇流条包括固定到所述第一汇流条的第一套管上的导体；以及

所述空气间隙由所述导体的下表面和所述第一汇流条的上表面限定。

技术方案5.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一汇流条和第二汇流条定向成基本上彼此垂直。

技术方案6.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述逆变器驱动组件安装在非公路车辆上。

技术方案7.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述至少一个第一套管为一对第一套管。

技术方案8.根据技术方案4所述的逆变器驱动组件，其特征在于：

所述第一汇流条为具有第一层和第二层的层压汇流条；

其中，所述第一层和所述第二层基本上完全地叠盖。

技术方案9.一种用于车辆的逆变器驱动组件的汇流条，包括：

第一层；

层压至所述第一层的第二层；

构造成接收电容器的至少一个第一套管；以及

至少一个第二套管，其构造成接收连接到所述逆变器驱动组件的逆变器上的逆变器汇流条；

其中，所述至少一个第二套管为大约5毫米高；以及

其中，所述第一层和所述第二层基本上完全地叠盖。

技术方案10.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述第二套管的高度限定在所述第一层和所述逆变器汇流条的导体之间的空气间隙。

技术方案11.根据技术方案10所述的汇流条，其特征在于：

所述空气间隙为大约5毫米高。

技术方案12.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述至少一个第一套管为大约1.8毫米高。

技术方案13.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述车辆为非公路车辆。

技术方案14.根据技术方案9所述的汇流条，其特征在于：

所述车辆为机车。

技术方案15.根据技术方案10所述的汇流条，其特征在于：

所述逆变器汇流条定向成基本上垂直于所述汇流条。

附图说明

参照附图阅读下文对非限制性实例的描述，本发明将得到更好地理解，在以下图中：

图1为机车的简化的局部示意图。

图2为用于车辆的功率线路的简化的示意图。

图3为根据本发明的一个实施例的汇流条的底部透视图。

图4为图3的汇流条的顶部透视图。

图5为图3的汇流条的底部平面视图。

图6为图3的汇流条的顶部平面视图。

图7为图3的汇流条的右侧正视图。

图8为图3的汇流条的前正视图。

图9为图3的汇流条的左侧透视图，示出有联接至其上的竖直汇流条。

图10为图3的汇流条的右侧透视图，示出有联接至其上的竖直汇流条。

图11为图3的汇流条的左侧正视图，示出有联接至其上的竖直汇流条。

图12为图3的汇流条的顶部平面视图，示出有联接至其上的竖直汇流条。

图13为图3的汇流条的后正视图，示出有联接至其上的竖直汇流条。

图14为详细视图，显示在图3的汇流条和联接至其上的竖直汇流条之间的空气间隙。

具体实施方式

在下文将详细地参照本发明的示例性实施例，其实例在附图中例示。只要有可能，贯穿附图使用的相同参考标号表示相同或同样的部件而无需重复性的描述。尽管本发明的示例性实施例关于用于机车或ohv的逆变器驱动组件来描述，但本发明的实施例也可适用于结合电动机械和车辆来使用，一般而言，例如采用电动马达如ac或dc马达的机械。如文中所用，“电接触”、“电连通”和“电性地联接”是指所引用元件直接地或间接地连接，使得电流可从一个元件流动至另一元件。连接可包括直接导电性连接（也即，没有居间电容的感应或有源元件）、感应连接、电容性连接，和/或任何其它适合的电连接。可存在居间构件。

在转到本发明之前，首先参看图1，其显示示为机车的电动牵引车辆10的简化的局部截面视图。尽管机车在图1和图2中示出，但本发明也适用于在其中从外部发电源接收电力并经由悬链线或第三轨道分配的牵引系统，以及更一般而言采用电动马达的电动机械。

图1的机车10包括多个牵引马达，这些马达在图中不可见，只是定位在驱动轮12之后并且成驱动关系地联接至轮轴（axle）14。马达优选为交流（ac）电动马达并且机车包括用于控制通向马达的电功率的多个电性逆变器线路。

图2显示用于机车10的电牵引系统的简化示意图，该机车包括由机载内燃机例如柴油发动机（未示出）驱动的交流发电机16。交流发电机16的功率输出通过由块18表示的场激励控制以众所周知的方式予以调节。来自交流发电机16的电功率经整流（块20）并且联接至逆变器22。逆变器22使用高功率半导体切换装置例如igbt或gto来将整流的功率转换成可变频率、可变振幅的功率以便应用于ac马达24。

再次参看图1，电功率线路至少部分地位于逆变器驱动组件隔室或封壳（envelope）26中。在封壳26内，高功率半导体装置（图1中未示出）安装至空气冷却的散热器。用于逆变器22和场控制18的控制电子器件以及其它电子构件以常规方式包装在保持于封壳26内的机架（rack）中的线路板上。安装在隔室26外的是一个或更多个吹风器（未示出），其提供对于电隔室和散热器的空气冷却。

一般来讲，在操作期间，交流电流经由ac汇流条从交流发电机（未示出）馈送至逆变器驱动组件。整流器构造成将交流电流转换成直流电流，该直流电流然后馈送直至水平的电容器汇流条，并且最终到达连接至水平汇流条的dc链路电容器。电容器构造成将直流电流供给至逆变器模块（未示出），该逆变器模块安装至自身以本领域迄今已知的方式连接到水平的电容器汇流条上的竖直汇流条。直流电流然后转换成具有受控频率和振幅的ac功率并且供给至车辆10的牵引马达。（如文中所用，在一个方面，“竖直”和“水平”是指彼此垂直的部件/元件。在另一方面，它们是指这样的部件，也即当安装在车辆中并且车辆操作地设置在水平面路径表面上时这些部件（例如，由部件的长轴线所限定）分别地垂直于该表面和平行于该表面。）

现在转到图3至图8，显示根据本发明的一个实施例的水平的电容器汇流条100的各种视图。如其中所示，电容器汇流条100为大致矩形形状并且为层压构成，具有包括第一层110和第二层112的多个层。第一层和第二层基本上完全地叠盖。如文中所用，“基本上完全地叠盖”意思是层与层具有基本上相同的表面面积并且层与层叠置对准成使得一个层仅狭窄区域未与另一层对准。在一个实施例中，一个层的未对准区域可大约小于该层的整个表面面积的大约0-10%（使得相应层的表面面积的大约90%至100%叠盖）并且更具体地小于该层的整个表面面积的大约0%至5%（使得相应层的表面面积的大约95%至100%叠盖）。在一个实施例中，层与层完全地叠盖，使得一个层没有从另一层突出的部分。

汇流条100包括多个通孔（via），这些通孔成列地布置，包括第一通孔114和第二通孔116。例如，通孔114、116构造为套管用于接收螺纹紧固件，例如帽螺钉（未示出）以便电性地连接汇流条100与电容器、其它汇流条和/或逆变器驱动系统的其它构件。如在图7和图8中最佳所示，第一通孔或套管114相比于第二通孔116在汇流条100的第一层110或表面上方延伸至更大程度。也就是说，第一套管114高于第二套管116。

现在参看图9至图13，在一个实施例中，第一套管114构造成有助于将竖直汇流条120联接至水平的电容器汇流条100。如上文所讨论，竖直汇流条120连接至驱动组件的逆变器用于将来自dc链路电容器的dc电功率传送至逆变器，在其中该dc电功率转换成ac电功率以便由牵引马达使用。如其中所示，竖直汇流条可采用本领域通常可知的任何汇流条的形式，并且包括通过螺纹紧固件124电性地和机械地联接至水平的电容器汇流条100的第一套管114上的裸导体122。

如图14中最佳所示，第一套管114的高度限定在水平汇流条100的第一层110的表面和竖直汇流条120的裸导体122之间的空气间隙126。在一个实施例中，第一套管114为大约5毫米高，从而在裸导体122和汇流条100之间限定5毫米的空气间隙126。如文中所用，在一个实施例中，“大约”意思是正负（±）10%。

在一个实施例中，第二套管116为大约1.8毫米高。套管114因此比套管116高大约3.2毫米。在一个实施例中，第一套管114基本上为刚好5毫米高，从而限定基本上为刚好5毫米宽的空气间隙126。

在竖直汇流条120的导体122和水平汇流条100的顶层110之间的这种5毫米的空气间隙与现有设计窄很多的间隙大不相同，后者通常可为大约1.8毫米左右（归因于1.8毫米的标准套管高度）。汇流条100的套管114因此相比于标准汇流条的套管差不多三倍高。

已发现，基本上5毫米的这种较大空气间隙通过降低汇流条100和裸导体122之间的电晕放电可能性而提高了汇流条100的可靠性，而同时也通过在汇流条100的第一层110和第二层112之间提供基本上完全的叠盖来保持电感低于不可取的水平。(该高度不能提高至随意高度，因为电感可升高至正常的电功能受折损的程度。)相比于现有设计，在两个dc层110、112之间增大的叠盖也用来减小电感，同时也降低了电晕放电的可能性。具体地，具有标准高度套管（也即，大约1.8毫米高）的现有的水平汇流条可具有增大的、在水平汇流条和竖直汇流条的裸铜导体之间发生电晕放电的可能性。在现有的设计中，这种电晕放电可最终降低汇流条的绝缘，潜在地导致短路。汇流条100通过提供具有增大高度的套管114、在两个层110、112之间大体上叠盖地联接，基本上消除了此种问题，同时保持期望的电性能。

在一个实施例中，汇流条100具有5毫米的套管高度，从而限定5毫米的空气间隙，尤其地适用于1200-1500伏标称dc链路电压。在一个实施例中，汇流条100尤其地适用于具有1200-1550伏标称链路电压的ohv的驱动系统。在测试期间，已发现的是，在由具有标准高度套管（例如，大约1.8毫米）的汇流条所限定的空气间隙中的平均电场（field）为大约800v/mm（对于在汇流条上具有0.5mm的绝缘为1000v/mm）。然而，在由本发明的汇流条100的增大套管高度所限定的空气间隙中的平均电场仅为300v/mm。

在一个实施例中，提供了逆变器驱动组件。该组件包括第一汇流条，其具有多个套管，包括至少第一套管和第二套管，第一汇流条构造成经由第二套管接收逆变器驱动组件的至少一个dc链路电容器；第二汇流条，其在第一套管处电性地连接至第一汇流条；以及逆变器，其电性地连接至第二汇流条，该逆变器构造成经由第二汇流条接收电流，其中，第一套管的高度限定在第一汇流条和第二汇流条之间大约5毫米的空气间隙。在一个实施例中，第一套管的高度为大约5毫米。在一个实施例中，第二套管的高度为大约1.8毫米。在一个实施例中，第二汇流条包括固定到第一汇流条的第一套管上的导体，以及空气间隙由导体的下表面和第一汇流条的上表面限定。在一个实施例中，第一汇流条和第二汇流条定向成基本上彼此垂直。在一个实施例中，逆变器驱动组件安装在非公路车辆上。在一个实施例中，该至少一个第一套管为一对第一套管。在一个实施例中，第一汇流条为具有第一层和第二层的层压汇流条。

在另一实施例中，提供的是用于车辆的逆变器驱动组件的汇流条。汇流条包括第一层；层压至第一层的第二层；构造成接收电容器的至少一个第一套管；以及至少一个第二套管，其构造成接收连接至逆变器驱动组件的逆变器上的逆变器汇流条，其中，该至少一个第二套管为大约5毫米高。在一个实施例中，第二套管的高度限定在第一层和逆变器汇流条的导体之间的空气间隙。在一个实施例中，空气间隙为大约5毫米高。在一个实施例中，该至少一个第一套管为大约1.8毫米高。在一个实施例中，车辆为非公路车辆。在另一实施例中，车辆为机车。在一个实施例中，逆变器汇流条定向成基本上垂直于该汇流条。

在又一实施例中，提供的是一种方法。该方法包括以下步骤：提供第一汇流条，将具有导体的第二汇流条连接至第一汇流条以限定在第一汇流条和第二汇流条之间的空气间隙，其中，空气间隙为基本上5毫米。在一个实施例中，第一汇流条包括具有基本上5毫米高度的第一套管，第二汇流条包括电性地连接至第一套管的导体，以及空气间隙为在第一汇流条和导体之间的空间。在一个实施例中，该方法还可包括以下步骤，也即将第二汇流条连接至逆变器以及将第一汇流条连接至电容器。在一个实施例中，第一汇流条包括具有大约1.8毫米高的第二套管。

应当理解，上述描述意图为例示性的，而非限制性的。例如，上述实施例（和/或其方面）可彼此相结合地使用。此外，在不脱离本发明的范围的情况下可作出许多修正以使具体情势或材料适应本发明的教导内容。尽管文中所述材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但它们绝非限制性的而是示例性的实施例。许多其它的实施例对于本领域技术人员而言在审阅上文描述后将是清楚的。用语“包括”和“在其中”用作相应用语“包含”和“其中”的易懂的同等表述。此外，用语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底”、“顶”等仅是用作标记，而不是意图对它们的对象施加数字或位置要求。

本书面描述使用实例来公开本发明的若干实施例（包括最佳方式），并且还使得本领域普通技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。

如文中所用，以单数形式记载并且冠以用词“一”或“一个”的元件或步骤应理解为不排除复数个元件或步骤，但明确地表明此种排除除外。此外，对本发明的“一个实施例”的提及并非意图解释为排除也结合所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反地说明，“包括”、“包含”或“具有”一个元件或具有具体特性的多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的此类元件。

由于在文中所述的实施例中可作出某些变化而不脱离文中所涉及的本发明的实质和范围，故认为上文描述或附图中所示的全部主题应解释为仅是例示文中的发明原理而不得理解为限制本发明。