一种紧凑型一体化功率单元的制作方法

1.本实用新型属于变频器领域，涉及一种紧凑型一体化功率单元。


背景技术：

2.目前市场上的高压变频装置中，经常会使用功率单元，高压大功率变频器功率单元主回路由整流、滤波、逆变三部分电路组成。现在高压变频器中存在功率单元内部的空间利用率低、体积大、成本高的问题，这也是大多高压变频器的研究者致力于解决的问题。目前现有技术大多采用集成的方式将部分主电路模块化，然后将其与旁通电路连接到一块电路板上，从而减少布线占用的空间。
3.公布号为cn113612368a的中国专利提供了一种功率单元组件、功率单元装置及高压变频器，所述功率单元组件包括绝缘壳体和多个功率单元，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；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。该本发明通过进行有效集成，可提高空间利用率，缩减了体积，降低了制造成本。然而，该结构主要是解决高压变频器含有多个功率单元时体积过大的问题，而没有解决单一功率单元体积仍然较大的问题。
4.公布号为cn 110492758 a的中国专利提供了一种高压功率单元及高压变频器，包括通过铜排或pcb端子相互连接的功率板、电容板和控制板；其中功率板具体包括：分布有多个电路引脚接口、驱动电路、电源检测电路的pcb基板；包括紧密分布的整流电路和逆变电路、通过与电路引脚接口适配的引脚焊接于pcb基板上的一体式功率模块。该方案中整流电路和逆变电路紧密分布，pcb基板与一体式功率模块通过对应的引脚焊接在一起，功率板与电容板、控制板通过铜排或pcb端子相互连接，在保证emc和电气可靠性的同时连接紧密，使总体积大幅减小，从而降低生产、运输与维修替换的成本。然而，该方案忽视了不同功能模块占用的空隙空间的利用，无法避免因为各功能模块本身的体积造成整个功率单元的体积较大的问题。
5.综上所述，现有技术虽然通过集成和模块化的方法减小了体积，但是仍然存在体积较大的问题，特别是功率单元中模块分散，空间利用率低；且不同单元组件结构不同，都有独立的固定方式，无法统一，导致不同位置使用的功率单元不同，不同功率单元之间很难进行互换，功率单元的普适性差。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种更简单、优化、合理的功率单元结构设计，减小功率单元体积；同时，在满足电气性能的前提下，提高功率单元的普适性，使得不同位置均能采用同样结构的功率单元。
7.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种紧凑型一体化功率单元，包括单元框架组件、控制板组件、单元旁路组件、散热器组件和主体单元板组件；所述主体单元板组件设置在所述单元框架组件内；所述控制板组件和所述单元旁路组件设置在主体单元板组件上，分别与主体单元板组件电性连接；所述散热器组件设置在单元框架组件和主体单元板组件之间；所述主体单元板组件包括电路板主体；所述电路板主体包括互相对立的第一板面和第二板面，所述第一板面上设有电容模块和igbt模块，所述第二板面上设有吸收电容模块、出线模块和进线模块；所述单元框架组件包括呈矩形盒状结构的外壳，所述外壳包括三块侧板、一块底板和一块前面板组件，相邻侧板之间固定连接，所述侧板与底板固定连接，所述前面板组件分别与所述侧板和所述底板可拆卸连接；所述底板上设有定位板，定位板的四角设有垂直于定位板的隔离柱，隔离柱的下端与定位板固定连接，隔离柱的上端固定连接有安装板。
9.进一步，所述电容模块具有呈矩阵分布的多个圆柱电容，所述定位板上设有呈矩阵分布的多个定位槽；所述定位槽的口径大于电容模块的电容直径。本方案能够在拆卸更换时快速完成对位和安装；同时，安装好后，电容的下端一部分位于定位槽内，节省了定位板和主体单元板组件之间的空间，功率单元整体更加紧凑。
10.进一步，所述定位板和单元框架组件之间设有海绵阻燃条。本方案能够减少电容模块因为单元冲击造成的损坏。
11.进一步，所述前面板组件上设有出线端子和进线端子，所述出线端子和进线端子在前后两面均设有连接点。本方案采用转接端子的方式，提高了单元的安全性能，与出线模块和进线模块的连接更加方便，从而减少接线不当产生的电气风险。
12.进一步，所述散热器组件上预留有单元旁路组件的安装孔。本方案对单元旁路组件的散热效果更好。
13.进一步，所述侧板上设有拉手，所述拉手为向内侧板内凹陷的弧形结构。本方案能够使拆卸和更换功率单元时，握持和拿取更方便，且贴合手指受力的人体工学，拿取更加舒适。
14.本实用新型的有益效果在于：
15.本方案功率单元结构设计更简单、优化、合理，考虑到了不同模块本身占用空间大的问题，使不同模块在空间之中堆叠，进而使不同模块之间占用额外空间得到有效利用，整体占用空间小。同时，在满足电气性能的前提下，提高了功率单元的普适性，不需要针对不同位置提供不同结构的功率单元，因此不需要准备不同的替用功率单元，省去了辨认不同位置所需功率单元结构的过程，能够更加快速地完成功率单元的替换。同时，本方案的结构提高了散热效率，便于装配制作，节约了原材料，降低了装置成本，提高了加工维护效率，增强了装置的整体美观程度。
16.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
17.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用
新型作优选的详细描述，其中：
18.图1为本实用新型实施例的立体正等侧视图；
19.图2为实施例中去除前面板的立体正等侧视图；
20.图3为实施例的主体单元组件的立体正等侧图；
21.图4为实施例的前面板组件正面图。
22.附图标记：1-单元框架组、2-控制板组件、3-单元旁路组件、4-散热器组件、5-主体单元板组件、6-前面板组件、101-安装板、102-定位板、103-隔离柱、501-电路板主体、502-电容模块、503-吸收电容模块、504-igbt模块、505-出线模块、506-进线模块、601-进线端子、602-出线端子、603-预留孔。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
25.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，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的具体含义。
26.请参阅图1～图4，为一种紧凑型一体化功率单元，包括单元框架组件、控制板组件、单元旁路组件、散热器组件和主体单元板组件5。
27.所述主体单元板组件5放置在所述单元框架组1件内，被单元框架组1件包围在其中，达到周向限位的效果。所述单元框架组1件包括呈盒体状结构的外壳，外壳包括三块侧板、一块底板和一块前面板，相邻侧板之间以及侧板与底板之间均固定连接，外壳的底板(即盒体的内部底面)设有定位板102，定位板102通过外壳底板的压钉与外壳底板固定连接。
28.如图2所示，所述控制板组件2和所述单元旁路组件3设置在主体单元板组件5上，且两者分别与主体单元板组件5电性连接。所述散热器组件4设置在单元框架组1件的外壳底板和主体单元板组件5之间，散热器固定在外壳底板且与主体单元板组件5隔开一定距离，以保证散热效果，散热器可与主体单元板组件5电性连接，通过主体单元板组件5连接的电源获得驱动能源。如图3所示，所述主体单元板组件5包括电路板主体501。所述电路板主
体501具有互相对立的第一板面和第二板面(两个面均可电性连接元器件的电路板)，即图3中的下表面(第一板面)和上表面(第二板面)，所述第一板面上设有与之电性连接的电容模块502和igbt模块504，所述第二板面上设有与之电性连接的吸收电容模块503、出线模块505和进线模块506，这些模块均与电路板主体501电性连接；电容模块502和igbt模块504分别设置在第一板面的两侧(第一板面以长度方向的中线为界，分为左右两侧)，其中，电容模块502为呈矩阵形状分布的多个圆柱形电容；出线模块505和进线模块506设置在igbt模块504所在的一侧(第二板面同样以长度方向的中线为界，分为左右两侧，出线模块505和进线模块506在第二板面上与igbt模块504位于不同板面的相同侧)，图2中的r/s/t分为功率单元的三个接线端子，便于对应变频器接线。所述吸收电容模块503位于长度方向的分界线上，吸收电容模块503具体可位于第二板面靠近中心的位置，将igbt模块504和电容模块502隔开，如图1所示，控制板组件2上还开有一个适应吸收电容模块503安装位置的缺口，缺口的大小和形状根据吸收电容模块503的形状和大小而定，本方案中不作限定。
29.所述定位板102上开有多个定位槽，定位槽为圆形开口的柱状槽，定位槽开口的口径大于电容模块502的电容直径，能够使电容模块502的电容下端位于对应的定位槽中；定位板102的四周设有隔离柱103(可为圆柱，也可为四棱柱或六棱柱，隔离柱103的具体形状不做限定，对本方案基本无影响)，具体分布在定位板102的四角及边长的中点等位置；隔离柱103的下端与定位板102固定连接，例如通过压钉(现有技术，具体压钉的型号和固定结构不作限制，可根据实际需要选择压钉进行固定)同时穿过隔离柱103的下端面与定位板102将两者固定连接，隔离柱103的上端穿过安装板101上对应位置的孔，使安装板101卡接固定在隔离柱103的上端，这些孔的形状与隔离柱103的上端形状一致，孔的大小略大于隔离柱103的口径；可以将隔离柱103的上端设置为一个形状与隔离柱103相同，但口径限于隔离柱103的同心柱体作为卡接部，从而增强轴向限位的效果，例如隔离柱103为圆柱，则卡接部为与之一体且同轴心的小圆柱，该小圆柱的口径略小于隔离柱103的口径。安装板101上设有多个供电容穿过的圆形通孔，使得电容被安装板101周向限位；电路板主体501的四角同样设有与安装板101四角隔离柱103位置一一对应的小孔，小孔的口径小于隔离柱103的口径，电路板主体501上的小孔仅仅能够使压钉穿过并嵌入到隔离柱103中，使电路板主体501被抵固在隔离柱103上，例如，选用类似于平帽钉的压钉，将压钉穿过电路板主体501的小孔，使钉头进入隔离柱103，钉帽位于电路板主体501的上表面，从而使主体单元板组件5被固定在安装板101上。所述前面板组件6上设有出线端子602和进线端子601，所述出线端子602和进线端子601在前后两面均设有连接点，采用转接端子的方式，通过导线将出线模块505和进线模块506与外部电路连接，且导线以最短的距离走线，减少了导线占用的空间，能够有效防止不同线路之间相互纠缠，从而降低了接线不当产生的电气风险，提高了单元的安全性能。
30.所述定位板102和单元框架组1件之间填塞有海绵阻燃条，能够起到缓冲和减震作用，减少电容模块502因为单元冲击造成的损坏。所述散热器组件4上预留有单元旁路组件3的安装孔；如图1～3所示，主体单元板组件5的一角带有缺口，且缺口的位置位于散热器组件4预留的安装孔位置，使散热器不仅能够为主体单元板组件5上的igbt模块504散热，而且能够直接为单元旁路组件3散热，散热效果更好。同时，单元旁路为附加功能，可根据是否有附加功能需求来灵活选择是否增加单元旁路组件3，不需要为增加单元旁路组件3额外设计
不同的功率单元结构，提高了单元之间的互换性。
31.前面板组件6在电容模块502和散热器组件4对应的位置设有网状的预留孔603，增强散热的效果。
32.侧板上设有拉手，所述拉手为向内侧板内凹陷的弧形结构，在拆卸和更换功率单元或内部组件时，握持和拿取更方便，且贴合手指受力的人体工学，拿取更加舒适。
33.本方案的设计结构简单，安装方便，且内部空间利用率高，体积足够小，提高了单元之间的互换性，提高了功率单元利用率和普适性，不需要更换不同种类的功率单元来适用不同位置的安装结构。统一使用这种功率单元时，不需要为不同位置准备不同安装结构的替用功率单元，省去了辨认不同位置所需功率单元结构的过程，能够更加快速地完成功率单元的替换。
34.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。