带有电气组件的电气模块的制作方法

本实用新型涉及一种电气模块，所述电气模块配设有至少一个安装于模块壳体中的电气组件。

该种电气模块被应用于例如变流器、尤其是多级变流器中，在所述变流器中非常紧密地相邻布置有多个所述类型的电气模块。所述电气模块在所述变流器中通常通过构成模块串联电路串联。

背景技术：

文献WO 2012/156261 A2描述了多级变流器的实施例，在所述实施例中可应用如下文所述的电气模块。

尤其在输电技术领域中，所述电气模块被加载非常强的电流，因此在组件失灵的情况下，或在由转化的电功率造成的故障可造成位于模块壳体内部的一个或多个电气模块的爆炸式的损坏情况下；爆炸烟气(例如金属灰尘、含碳的灰尘、碎屑等)向模块壳体外部逸出，因为这使得电气间隙由于污物而不足，所以使相邻的、原先正常工作的电气模块被爆炸烟气削弱或损坏，因此会出现连锁反应，通过所述连锁反应可造成多个相邻的电气模块损坏。这在上文描述的变流器(尤其是高电压范围中)可造成严重的后果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种电气模块，所述电气模块在模块壳体内部空间中产生故障或爆炸的情况下阻止向外的烟气流或爆炸烟气向外逸出，至少比现有技术更好地阻止。

按照本实用新型，该技术问题通过带有至少一个安装在模块壳体中的电气组件的电气模块解决，按照本实用新型规定，模块壳体具有至少两个壳体构件，所述两个壳体构件相互重叠并且单独地或与模块壳体的一个或多个其他壳体构件共同地限定了模块壳体的内部空间，并且为了密封这两个壳体构件之间的支承面设置有至少一个密封元件。

按本实用新型的电气模块的根本优点在于，通过按本实用新型规定的至少一个密封元件实现了相互重叠的壳体构件之间附加的密封，因此在故障情况下可在此处至少阻止爆炸烟气的排出。本实用新型考虑到的情况是，即使两者由于例如是螺纹固定或者借助夹紧装置压合而在正常运行中机械式充分地合在一起，在模块壳体内部空间高压时也会出现相互叠放的壳体构件的一定的受压分离。

在特别好的密封效果方面视为有利的是，密封元件或者密封元件的至少一个密封区段，尤其是密封元件的密封唇口，相对于这两个壳体构件在其中相互叠放的支承面呈倾角地延伸。通过密封区段相对于支承面呈倾角式的布置能够实现的是，甚至在相互叠放的模块壳体之间产生间隙的情况下也能实现爆炸烟气的阻挡或者说阻留。

特别有利的是，两个壳体构件中的至少一个壳体构件具有凹部、尤其是槽，密封元件或密封区段向所述凹部、尤其槽中伸入或处于所述凹部、尤其槽中。通过凹部或槽为逸出的烟气强制实现气流偏转，通过所述气流偏转实现了冷却、减压以及排出颗粒物的动能的降低。

通过有利的方式可实现良好的密封效果，即密封元件具有至少一个密封面，所述密封面贴靠在两个壳体构件中的其中一个壳体构件或另一个壳体构件的倾斜于、尤其是垂直于支承面延伸的凹部壁区段上，或者贴靠在两个壳体构件的倾斜于、尤其是垂直于支承面延伸的凹部壁区段上。

在密封方案的优选变型方案中规定，两个壳体构件各自具有凹部，尤其是槽，密封元件以一个密封区段伸入一个壳体构件的凹部中，以另一个密封区段伸入另一个壳体构件的凹部中。在所述变型方案中实现了密封件特别可靠的配合，从而实现了非常可靠的密封效果。

有利的是，所述凹部相互重叠或者说(垂直于两壳体构件之间的支承面观察)对齐。

在另一种同样可视为非常有利的密封方式中规定，两个壳体构件中的其中一个壳体构件具有凹部、尤其是槽，另一个壳体构件的凸出部啮合入所述凹部中，并且在所述凹部中，在凹部壁和凸出部之间安置有密封元件。通过所述凸出部能实现回形结构，所述回形结构为排出的烟气强制实现多次的气流偏转，因此(正如所提到的)实现了冷却、减压以及排出的颗粒物的动能降低。

在两个壳体构件间的接合位的区域中可以双倍或多倍地设置所述槽和啮合入槽中的凸出部，从而加倍形成回形结构或烟气偏转的程度。

在最后提到的、带有一个或多个凹部以及与之相对应的一个或多个凸出部的变型密封方案中，对于密封元件的设计有利的是，密封元件的截面为U 形或至少区段性地为U形，并且具有两个侧壁和连接两个侧壁的底壁，每个侧壁各自构成密封区段，所述密封区段相对于两个壳体构件在其中相互叠置的支承面呈倾角地布置，并且密封元件的底壁贴靠在尤其是平行于支承面设置的凹部底部、尤其是槽底部上。

在没有布置用于一个或多个电气组件的触点接通的电路的区域中可视为有利的是，凹部是环形的并且环形地在外部围绕模块壳体的内部空间地延伸，并且密封元件由密封环构成，所述密封环在外部环形地密封模块壳体的内部空间。

在带有从模块壳体引出的、用于一个或多个电气组件的触点接通的触点的区域中可视为有利的是，凹部是半环形的或由于电触点贯通而近似是半环形，并且围绕模块壳体的内部空间的一半或者近似一半在外部围绕延伸。依此，在所述实施形式中密封元件优选地同样是半环形的或近似半环形的。

在最后提到的变型方案中尤其有利的是，两个壳体构件的其中一个壳体构件，或两个壳体构件分别具有两个半环形环绕的槽，在所述槽中分别置入半环形的密封元件，一个密封元件的第一密封元件端部与另一个密封元件的第一密封元件端部在构成端部对的情况下对置，一个密封元件的第二密封元件端部与另一个密封元件的第二密封元件端部在构成端部对的情况下对置，在成对地对置的密封元件端部之间分别布置电接触轨，所述电接触轨与至少一个安装在模块壳体中的电气组件是电连接的。

为了密封接触轨，有利的是，在接触轨的上方和下方分别贴靠有平板密封元件，所述平板密封元件向模块壳体内部空间的方向(垂直于支承面)加厚或加宽。

备选地或附加地可以规定，在两个壳体构件之间的接合位棱边处在内部空间侧安置环形地围绕的密封元件，所述密封元件平面地紧贴在两个壳体构件上，并且对于所述密封元件而言一个密封区段或一个密封面相对于支承平面呈倾角地、尤其是呈直角地延伸，另一个密封区段或另一个密封面处于支承平面中。

优选地，布置于密封元件前的或者集成在密封元件中的保护元件可在安装在模块壳体中的电气组件的爆炸式故障的情况中保护密封元件免受颗粒物轰击造成的损坏。所述保护元件出于稳固性的原因优选由金属、尤其由钢制成。

在一种变型设计方案中密封元件在横截面中是L形。

对于待密封的壳体构件而言视为有利的是，两个壳体构件的其中一个壳体构件构成承载电气组件的冷却板并且两个壳体构件的另一个壳体构件是环形的框架元件。备选地，两个壳体构件可分别构成环形的框架元件。

考虑到在变流器中、尤其用于高压设备的变流器中的应用可视为有利的是，模块壳体包括下列的模块壳体构件：

-下部冷却板，所述下部冷却板承载下部电气组件、优选半导体开关元件，尤其是具有晶体管的半导体开关元件，

-下部环形框架元件，所述下部环形框架元件贴靠在下部冷却板上，

-中部环形框架元件，所述中部环形框架元件贴靠在下部框架元件上，其中，在下部环形框架元件和中部环形框架元件之间从模块壳体中引出至少两个用于下部电气组件的触点接通的接触轨，

-上部环形框架元件，所述上部环形框架元件贴靠在中部环形框架元件上，其中，在中部环形框架元件和上部环形框架元件之间从模块壳体中引出至少两个用于上部电气组件的触点接通的接触轨，所述上部电气组件优选为半导体开关元件，尤其是具有晶体管的半导体开关元件，

-上部冷却板，所述上部冷却板贴靠在上部环形框架元件上，并且承载上部电气组件。

至少两个所述模块壳体构件、即至少两个直接相互叠置的模块壳体构件，优选地通过至少一个密封元件密封。

壳体构件或者说模块壳体构件优选相互连接，例如螺纹连接，或通过外部的夹紧装置保持合在一起，尤其是相互压紧。

附图说明

下面将根据实施例进一步阐述本实用新型；在附图中，

图1示出了用于概括阐述的、不带有密封元件的电气模块的实施例，

图2在放大视图中示出在模块壳体内部空间中发生爆炸的情况中的按照图1的模块的局部，

图3-7示出了带有密封元件的电气模块的第一实施例，

图8-12示出了带有密封元件的电气模块的第二实施例，

图13示出了带有密封元件的电气模块的第三实施例，

图14示出了带有密封元件的电气模块的第四实施例的区段。

为清楚表示，在附图中对相同的或对应的组件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

附图1示出了电气模块1，所述电气模块包括对外封闭的模块壳体2。图1中的下部半导体开关元件3和图1中的上部半导体开关元件4位于所述模块壳体2内。半导体开关元件3和4例如是带有绝缘的栅电极的双极型晶体管。设置有接触轨5用于两个半导体开关元件的触点接通，所述接触轨在侧向从模块壳体2中导出。

模块壳体2包括图1中示出的、用于冷却下部半导体开关元件3的下部冷却板21，图1中示出的下部环形框架元件22贴靠在所述下部冷却板上。中部环形框架元件23位于所述下部环形框架元件22上，在所述中部环形框架元件上又贴靠有图1中示出的上部环形框架元件24。模块壳体2向上由上部冷却板25封闭，所述上部冷却板贴靠在上部环形框架元件24上并用于冷却半导体开关元件4。接触轨5在中部环形框架元件23和下部环形框架元件 22之间以及在中部环形框架元件23和上部环形框架元件24之间侧向地导出。

为了合住由模块壳体2的壳体构件构成的三明治式结构优选使用螺栓或外部夹紧装置，所述螺栓或外部夹紧装置出于简洁的原因未在图1中进一步示出。例如也可以将多个电气模块连同其冷却板(相互间电绝缘)相互叠放安置；在这种实施形式中，夹紧装置优选地紧束由三明治式结构构成的堆垛。

在电路故障的情况下或者在模块壳体2的内部空间2a中发生爆炸的情况下会产生非常高的气压，模块壳体构件被所述气压向外推；由内部空间2a 中的内部压力产生的力的作用在图1中通过带有附图标记F的箭头标示。

图2以放大的视图详细示出了图1中虚线标记的模块壳体2区域，在模块壳体2的内部空间2a中发生爆炸的情况下，(即使有螺栓或者夹紧装置的与此相反地作用的保持力)下部冷却板21仍被从下部环形框架元件22上推开。可以看出的是，在两个模块壳体构件21和22之间产生了间隙S，烟气流G通过所述间隙从内部空间2a中逸出。所述的热烟气向外逸出是不期望的，因为所述热烟气可以使直接相邻布置的其他电气模块同样损坏或者也受到损害。

为了避免在内部空间2a中发生爆炸的情况下不期望的向外烟气流G的问题，在后续描述的实施例中配设有密封元件，所述密封元件实现了模块壳体2的内部空间2a的密封。所述密封元件优选地由可变形的或柔性的、例如弹性的材料(例如橡胶)构成。

图3示出了电气模块1的实施例，所述实施例(基本)与按照图1的电气模块1的构造一致。因此按照图3的电气模块1也具有下部冷却板21，三个环形框架元件22、23、24以及上部冷却板25，所述下部冷却板、三个环形框架元件以及上部冷却板将模块壳体对外封闭并且确定内部空间2a，在所述内部空间中安装有两个半导体开关元件3、4。

为了避免结合图2所述的问题，即在发生爆炸的情况下不期望的烟气流 G通过下部冷却板21和下部环形框架元件22之间的间隙S的问题(也可参照图4)，在按照图3的电气模块1中设置了密封环110，所述密封环环形地围绕模块壳体2的内部空间2a延伸。

为了实现密封环110的在图3中示出的定位，下部冷却板21具有环形地环绕内部空间2a延伸的凹部101，(垂直于在两个壳体构件21和22之间的支承面观察)凹部101与下部环形框架元件22中的环形延伸的凹部102 对齐。通过所述两个也可被称为槽的环形的凹部101和102，图1中的密封环110的下部密封区段111能够垂直于两个壳体构件21和22在其中叠置的支承平面A地向冷却板21中延伸。通过相应的方法，图3中的密封环110 的上部密封区段112能够(垂直于两个壳体构件21和22之间的支承面或支承平面A观察)向位于上方的下部环形框架元件22中延伸。因此密封环110 具有密封面，所述密封面贴靠在两个壳体构件21和22的垂直于支承平面A 的凹部壁区段上。

图4示出了在模块壳体2的内部空间2a中发生爆炸，并且以此对于两个模块壳体构件21和22被内部空间2a中的气压相互推开的情况下密封环 110的作用。可以看出的是，在两个壳体构件21和22之间产生了间隙S，然而所述间隙S无法造成向外的烟气流G，因为密封环110阻止了、或至少阻碍或减少了烟气流G。所述对烟气流G的阻止所基于的是，两个密封区段 111和112相对于两个壳体构件21和22之间的支承平面A呈倾角地或者说垂直地向环形的凹部101和102中伸入，从而使可能逸出的残余烟气流必须绕着密封元件转向。

图5再次示意性地在俯视图中示出了密封环110围绕模块壳体2的内部空间2a的环形走向。

此外在图3中可以看出的是可与密封环110相同的另外的密封环120。所述密封环120插入上部环形框架元件24以及上部冷却板25中环形围绕的凹部中，并且将上部冷却板25和上部环形围绕的框架元件24彼此密封，确切而言通过与结合密封环110所述的一样的方式将上部冷却板25和上部环形围绕的框架元件24彼此密封。

此外在图3中可以看出的是平板密封元件130，所述平板密封元件用于环形框架元件22、23和24之间在接触轨5区域中的密封。可以看出的是，所述平板密封元件130分别贴靠在对应的接触轨5上，并向模块壳体2的内部空间2a的方向(垂直于各框架元件之间的支承面)加厚或者说加宽。平板密封元件130相应的成形通过环形的框架元件22、23和24中适配的凹部对应的或者说互补的成形实现。

通过平板密封元件130向内部空间2a方向的加厚或者说加宽可以确保的是，在发生爆炸的情况下，内部空间2a中的气压P使平板密封元件130 的加厚区段以栓塞(或插塞结构)的方式继续加厚或者说扩宽，因此使得平板密封元件130的密封效果在内部空间2a内气压P升高时甚至有利地提升。

图6在另一横截面，即在接触轨5区域之外的横截面中示出了按照图3 至5的电气模块1或者说其模块壳体2。可以看出是，在接触轨5的区域之外，三个环形框架元件22、23、24直接相互叠置。

为实现例如下部环形框架元件22和位于其上的中部环形框架元件23之间的密封，在所述两个壳体构件之间设置了两个半环形的密封元件140，所述半环形密封元件分别以图6所示的下部密封区段141伸入下部环形框架元件22并且以图6所示的上部密封区段142伸入中部环形框架元件23中对应的凹部。

图7在俯视图中详细示出了半环形围绕的密封元件140的布置。可以看出的是，两个半环形密封元件140相互以这种方法对置，即一个密封元件140 的第一密封元件端部140a与另一个密封元件140的第一密封元件端部140a 在构成第一终端对的情况下对置，一个密封元件140的第二密封元件端部 140b与另一个密封元件140的第二密封元件端部140b在构成第二终端对的情况下对置。在成对地对置的密封元件端部之间分别布置了电接触轨，所述电接触轨与下部半导体开关元件3是电接通的。

为了中部环形框架元件23和上部环形框架元件24之间的密封，设置了半环形密封元件150，所述半环形密封元件150如图6所示可与半环形密封元件140相同。与此相关的可参照上述实施形式。

图8示出了电气模块1的另一种实施例，在所述实施例中配设有用于密封模块壳体构件的密封元件。

在根据图8的所述实施例中，设置了用于密封图8所示的下部冷却板21 和位于其上的下部环形框架元件22的密封元件310，所述密封元件在横截面中是U形的，并且环形围绕模块壳体2的内部空间2a延伸。所述密封元件 310具有两个侧壁311和312，两个侧壁311和312通过底壁313连接。所述侧壁311和312分别相对于两个壳体构件21在其中叠置的支承面A或者说支承平面呈倾角。密封元件310的底壁313优选地平行于支承平面或者说支承面A布置。

在横截面中U形的密封元件310布置在下部冷却板21的环形环绕的凹部101中。下部环形框架元件22的凸出部103嵌入由密封元件310的两个侧壁311和312确定的内槽中；所述凸出部103相对于两个壳体构件21和 22之间的支承平面A或支承面呈倾角地或者说垂直地延伸。

通过所述凸出部103在U形密封元件310中的啮合，在壳体构件21和 22之间的接合处或支承面的区域中实现了回形化或者说回形结构，在爆炸后壳体构件之间产生间隙的情况下，通过所述回形化或回形结构使得烟气G在到达外部前必须经过多次的偏转；这些在图9中详细示出。可以看出的是，在形成间隙S的情况下烟气流G不能与支承面A平行地或与支承平面平行地到达外部，而是到达外部之前首先被凸出部103和槽形的凹部101总共偏转四次。这导致了烟气路径的延长，并且与此相关地显著降低了尽管设置了密封元件但仍有可能逸出的残余烟气流的压力和温度。

此外可从图9中看出的是，烟气流G还被布置在凹部101和凸出部103 之间的U形的密封元件310阻挡。

除此之外图8中还示出了另外的密封元件320，所述密封元件320布置在上部环形框架元件24和上部冷却板25之间，并用结合密封元件310阐述的相同方法密封这两个壳体构件。

平板密封元件130用于在接触轨5的区域中密封模块壳体2；关于平板密封元件130的设计可参照上述结合按照图3至7的实施例所述的实施方案。

图10在俯视图中示出了密封元件310。可以看出的是，所述密封元件 310环形地围绕内部空间2a。

图11在另一横截面，即在接触轨5之外的区域中示出了按照图8至10 的电气模块1。可以看出的是，在接触轨5之外的区域中，直接叠置的环形框架元件22和23的密封通过半环形的、在横截面中U形的密封元件340 实现。所述密封元件340在下部环形框架元件22的凹部中由位于下部环形框架元件22上的环形框架元件23的凸出部卡紧。

图12在俯视图中详细示出了设置用于密封两个框架元件22和23的半环形密封元件340。可以看出的是，密封元件340的密封元件端部340a和 340b分别成对地对置并且通过接触轨5彼此分开，通过所述接触轨实现下部半导体开关元件3的触点接通。

除此之外可在图11中可以看出另外的半环形密封元件350，所述半环形密封元件350在横截面中是U形，并且适用于密封中部环形框架元件23和位于其上的上部环形框架元件24。密封元件350可与密封元件340相同，因此与之相关的可参照上述的实施方案。

正如结合按照图3至12的实施例所阐述的，为了两个冷却板21和25 和与其贴靠的环形框架元件22或24的密封，设置按照图3至7的密封环110 或120和/或按照图8至12的具有U形横截面的密封元件310或320，所述密封环和/或密封元件分别至少区段式地向待密封的壳体构件中延伸。

备选地或附加地可规定，为了冷却板21、25和与其贴靠的框架元件22 和24之间区域的密封设置环形围绕的密封元件，所述密封元件布置于内部空间2a中。图13中示出了这种变型方案的实施例。

在图13中可看到在横截面中环形围绕延伸的和在横截面中L形的密封元件410和420。所述密封元件410和420分别包括密封区段430，所述密封区段相对于待密封的壳体构件的各支承平面或支承面A呈倾角、尤其是呈直角地布置，并且所述密封元件410和420分别包括另外的密封区段440，密封区段440平行于支承平面或者说位于支承平面A中。为了在半导体开关元件3或4或两个半导体开关元件3和4发生爆炸的情况下保护密封元件410 和420以防颗粒物轰击，设置有保护元件460，所述保护元件保护密封元件 410和420以防损坏。

在图14中示出了用于冷却板21和25和与之贴靠的框架元件22和24 之间的区域的有利的密封方案的另外的实施例。在冷却板21和框架元件22 之间的支承平面A的区域中可以看到环形围绕的密封元件500，所述密封元件通过垂直于支承平面A布置的密封面501贴靠在框架元件22上，通过平行于支承平面A布置的密封面502贴靠在冷却板21上，并且通过密封唇口 503啮合或者嵌入冷却板21的槽504中。密封元件500由螺栓600和垫片 610固定。在内部空间2a中发生爆炸的情况下，所述垫片610，尤其是垫片 610的位于内部的区段611将密封元件600压紧冷却板21和框架元件22，从而改善了密封效果。

尽管通过优选的实施例详细地说明和阐述了本实用新型，然而本实用新型并不局限于所公开的例子，本领域技术人员可在不脱离本实用新型保护范围的情况下推导出其他变型方案。

附图标记清单

1 模块

2 模块壳体

2a 内部空间

3 下部半导体开关元件

4 上部半导体开关元件

5 接触轨

21 下部冷却板

22 下部环形框架元件

23 中部环形框架元件

24 上部环形框架元件

25 上部冷却板

101 凹部

102 凹部

103 凸出部

110 密封环

111 下部密封区段

112 上部密封区段

120 密封环

130 平板密封元件

140 半环形密封元件

140a 密封元件端部

140b 密封元件端部

141 下部密封区段

142 上部密封区段

150 密封元件

200a 内部空间

310 密封元件

311 侧壁

312 侧壁

313 底壁

320 密封元件

340 密封元件

340a 密封元件端部

340b 密封元件端部

350 密封元件

410 密封元件

420 密封元件

430 密封区段

440 密封区段

460 保护元件

500 密封元件

501 密封面

502 密封面

503 密封唇口

504 槽

600 螺栓

610 垫片

611 位于内部的区段

A 支承面/支承平面

F 箭头

G 烟气流

P 气压

S 间隙