CN111684870A - 具有共用冷却组件的多隔室电气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装置，诸如电力引导装置，该装置包括壳体，该壳体具有第一隔室和第二隔室，该第一隔室和该第二隔室具有相应的相反的第一壁和第二壁。冷却结构设置在第一隔室与第二隔室之间，并且具有限定于其中的冷却剂通道，该冷却剂通道被构造用于在平行于相反的第一壁和第二壁的方向上承载冷却剂流。第一半导体开关和第二半导体开关(例如，静态开关)被设置在冷却剂通道的相反侧上的第一壁和第二壁上，并且被构造用于被冷却剂流冷却。

Description

具有共用冷却组件的多隔室电气装置

背景技术

本发明主题涉及电气设备，并且更具体地讲，涉及包括发热半导体器件的电气设备。

电气设备，诸如转换器、静态开关和在配电应用中使用的其他装置，通常包括功率半导体器件(诸如晶体管(例如，IGBT、功率MOSFET)或半导体闸流管(例如，SCR))。在操作期间，此类设备会产生大量的热量。为了防止此类设备和附近其他电子器件劣化，通常使用散热器、对流、风扇、液体冷却剂系统、散热管和其他热传递结构将热量从设备传递出去。在机柜或其他壳体中的有限空间内提供此类热传递结构可能产生问题，原因在于热传递结构会占据过多的空间并且可能受到因需要向壳体的外部提供热传递路径而引起的形状因素约束。因此，在此类应用中对改进的热传递结构有持续的需要。

发明内容

根据本发明主题的一些实施方案，装置(诸如电力引导装置)包括壳体，该壳体具有第一隔室和第二隔室，该第一隔室和第二隔室具有相应的相反的第一壁和第二壁。冷却结构设置在第一隔室与第二隔室之间，并且具有限定于其中的冷却剂通道，该冷却剂通道被构造用于在平行于相反的第一壁和第二壁的方向上承载冷却剂流。第一半导体开关和第二半导体开关设置在冷却剂通道的相反侧上的第一壁和第二壁上并且被构造用于被冷却剂流冷却。

在一些实施方案中，冷却结构包括至少一个散热器，该至少一个散热器具有设置于冷却剂通道中的至少一个热传递表面，其中第一半导体开关和第二半导体开关热联接到至少一个散热器。冷却结构还可以包括至少一个风扇，该风扇设置在第一壁与第二壁之间并且被构造用于生成冷却剂流。至少一个散热器可以定位在冷却剂通道中，使得至少一个热传递表面接收来自至少一个风扇的冷却剂流。冷却结构还可以包括管道，该管道被构造用于排出从散热器接收的冷却剂。冷却结构还可以包括至少一个通气孔，至少一个通气孔在第一壁和第二壁中的至少一者上并且被构造用于将冷却剂从第一内部隔室和第二内部隔室中的至少一者提供到冷却剂通道。

在一些实施方案中，壳体还包括在第一隔室和第二隔室的相应的第一侧面和第二侧面上的第三隔室和第四隔室。该装置可以包括至少一个输入总线组件，该至少一个输入总线组件从第一隔室和第二隔室中的至少一者通入到第三隔室和第四隔室中的至少一者中并且电连接至第一接触器和第二接触器中的至少一者。装置还可以包括第一输出总线组件和第二输出总线组件，该第一输出总线组件和该第二输出总线组件电联接到第一半导体开关和第二半导体开关中的相应一者并且从第一隔室和第二隔室中的相应一者通入到第三隔室和第四隔室中的相应一者。

根据本发明主题的一些实施方案，装置包括立方体壳体，该立方体壳体具有第一外部隔室和第二外部隔室以及第一内部隔室和第二内部隔室，该第一内部隔室和该第二内部隔室设置在第一外部隔室与第二外部隔室之间，使得第一内部隔室和第二内部隔室具有相应的相反的第一竖直壁和第二竖直壁。装置还包括冷却结构，该冷却结构位于第一竖直壁与第二竖直壁之间，冷却结构包括冷却剂进口结构，该冷却剂进口结构被构造用于从第一内部隔室和第二内部隔室的下部部分接收空气；风扇组件，风扇组件位于冷却剂进口结构上方并且包括至少一个风扇，至少一个风扇设置在第一竖直壁与第二竖直壁之间并且被构造用于通过冷却剂进口结构抽吸空气；散热器组件，该散热器组件位于风扇组件上方并且具有从风扇组件接收空气的多个热传递表面，以及管道，该管道位于散热器组件上方，管道将空气从散热器组件竖直排出壳体。

在一些实施方案中，第一发热设备和第二发热设备设置在第一内部隔室和第二内部隔室中的相应一者中并且热联接到散热器组件。第一发热设备和第二发热设备可以包括相应的第一半导体静态开关和第二半导体静态开关。装置还可以包括第一接触器和第二接触器，该第一接触器和该第二接触器电联接到第一半导体静态开关和第二半导体静态开关中的相应一者并且在第一内部隔室和第二内部隔室中的相应一者中设置在第一半导体静态开关和第二半导体静态开关中的相应一者下方。在一些实施方案中，该装置可以包括：至少一个输入总线组件，至少一个输入总线组件从第一外部隔室和第二外部隔室中的至少一者通入到第一内部隔室和第二内部隔室中的至少一者中并且电连接至第一接触器和第二接触器中的至少一者；以及第一输出总线组件和第二输出总线组件，该第一输出总线组件和该第二输出总线组件电联接到第一半导体静态开关和第二半导体静态开关中的相应一者并且从第一内部隔室和第二内部隔室中的相应一者通入到第一外部隔室和第二外部隔室中的相应一者。第一控制电路组件和第二控制电路组件可以在第一竖直壁和第二竖直壁中的相应一者上被安装在第一半导体静态开关和第二半导体静态开关上方。

附图说明

图1为示出根据一些实施方案的示出了电力引导器装置的示意图。

图2为根据一些实施方案的电力引导器装置的前透视图。

图3为图2的电力引导器装置的冷却结构的剖面透视图。

图4为图3的冷却结构的侧视图。

图5为图1的电力引导装置的冷却结构和总线组件的透视图。

图6为图3的冷却结构的下部部分的细节透视图。

图7为图3的冷却结构的风扇组件的透视图。

图8为图3的冷却结构的散热器的透视图。

图9为图3的冷却结构的排气管道的透视图。

图10为根据一些实施方案的图1的电力引导装置的接触器和输入总线组件的细节透视图。

图11为用于图1的电力引导装置的另选的接触器和输入总线布置的另一个细节透视图。

图12为示出根据其他实施方案的电力引导器装置的示例性应用的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明主题的具体示例性实施方案。然而，本发明主题可具体体现为许多不同形式，并且不应理解为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案使得本公开将是周密且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明主题的范围。在附图中，类似的标号表示类似的元件。应当理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，该元件可以直接连接或直接联接到另一个元件，或者可存在居间元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的项目的任何组合和所有组合。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施方案，而并非旨在限制本发明主题。除非另外明确规定，否则如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”指明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。

除非另有定义，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明主题所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。还应当理解，术语诸如常用词典中定义的那些术语应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不在理想化或过于形式化的意义上进行解释。

图1示出了根据一些实施方案的电力引导器装置100。装置100包括第一静态开关组件120a和第二静态开关组件120b，该第一静态开关组件和该第二静态开关组件中的每一者包括反向并联连接的可控硅整流器。应当理解，该布置表示静态开关的示例性实施方式，并且其他半导体开关(诸如功率MOSFET)可以用于提供类似的开关功能。相应的第一接触器110a和第二接触器110b联接到静态开关120a、120b，并且可以用于例如向静态开关120a、120b选择性地提供输入(如下文参考图12所述)。应当理解，可以使用其他电路中断设备(诸如断路器)来代替接触器110a、110b。

图2至图9示出了具有图1所示电气装置的电力引导器装置200。参见图2，装置200包括立方体柜状金属片壳体210，该立方体柜状金属片壳体具有限定在其中的四个隔室212、214、216、218。内部隔室214、216容纳静态开关230a、230b、接触器240a、240b和相关联的控制板270a、270b，它们以镜像布置的方式设置在内部隔室214、216之间的柱状冷却结构220的相应的侧面上。第一输出总线250a和第二输出总线250b连接到静态开关230a、230b中的相应一者并且从内部隔室214、216通入外部隔室212、218中，在该外部隔室中输出总线可以连接到电缆或其他导体。用于监测输出总线250a、250b中电流的电流互感器233可以被容纳在内部隔室214、216内。使用这种隔室布置，容纳在内部隔室214、216中的部件可以与发生在外部隔室212、218中的电弧闪光或其他潜在破坏性事件隔绝，并且可以将发生在装置200的一侧上的潜在破坏性事件与装置200的另一侧上的部件隔离。如进一步所示，用于内部隔室214、216中的组件的外部控制布线可以经由受保护的通道219穿过外部隔室212、218。

在例示的实施方案中，右侧外部隔室218还容纳公共输入总线260，该公共输入总线为接触器240a、接触器240b馈电，并且提供用于将电缆或其他导体连接到公共输入总线260的壳体。然而，应当理解，可以提供其他输入总线布置，诸如下文参考图10和图11所述的那些。

参见图3，冷却结构220包括散热器组件280，静态开关230a、230b的半导体封装232(例如，单独封装的SCR)安装在该散热器组件上。参见图6和图8，散热器组件280包括三个块形散热器282，三个块形散热器中的每个块形散热器包括平行的矩形板281a、281b，半导体器件封装232安装在该矩形板上。矩形板281a、281b通过限定板281a、281b之间的多个空气通道的薄板283互连。

参见图2至图9所示，由冷却结构220的风扇箱290抽吸的空气通过进气结构进入，该进气结构包括下部通气孔310a、310b。空气向上穿过风扇箱290并穿过散热器282中的空气通道。在穿过散热器282之后，受热空气经由设置在控制板270a、270b之间的管道320通过壳体210顶部中的通气孔322排出。

这种共用的冷却装置可以有效地利用用于冷却的空间。在一些实施方案中，例如，静态开关230a、230b可以不同时使用，这使得此种共用的冷却装置特别有利，原因在于可以将装置的尺寸定为在给定时间内仅为静态开关230a、230b中的一者提供其运行所需的冷却能力。这可以进一步节省冷却系统所需的空间量。

参见图5，右侧公共输入总线260可以连接到右侧接触器240a和左侧接触器240b两者。然而，在图10所示的一些实施方案中，左侧输入总线260′可以连接到接触器240a、240b以提供左侧连接。在图11所示的另外的实施方案中，右侧输入总线260a和左侧输入总线260b可以分别连接到右侧接触器240a和左侧接触器240b中的对应一者。

图12示出了如本文所述的电力引导器装置100的示例性应用。转换器模块140a、140b(例如，逆变器模块)由电池150馈电并且具有共同连接到接触器110a、110b的输出。静态开关120a、120b中的相应一者控制相应的输出130a、130b。还可以提供无开关的第三输出130c。

本说明书已公开了本发明主题的实施方案，并且虽然采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而非用于限制性目的。提供如下权利要求书以确保本申请满足作为所有司法管辖地区内的优先权申请的所有法定要求并且不应理解为限制本发明主题的范围。

Claims (20)

1.一种装置，所述装置包括：

壳体，所述壳体具有第一隔室和第二隔室，所述第一隔室和所述第二隔室具有相应的相反的第一壁和第二壁；

冷却结构，所述冷却结构在所述第一隔室与所述第二隔室之间并且具有限定于所述冷却结构中的冷却剂通道，所述冷却剂通道被构造用于在平行于所述相反的第一壁和第二壁的方向上承载冷却剂流；和

第一半导体开关和第二半导体开关，所述第一半导体开关和所述第二半导体开关在所述冷却剂通道的相反侧上的所述第一壁和所述第二壁上并且被构造用于被所述冷却剂流冷却。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却结构包括至少一个散热器，所述至少一个散热器在设置于所述冷却剂通道中的至少一个热传递表面处具有热量，并且其中所述第一半导体开关和所述第二半导体开关热联接到至少一个散热器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述冷却结构还包括至少一个风扇，所述至少一个风扇设置在所述第一壁与所述第二壁之间并且被构造用于生成所述冷却剂流。

4.根据权利要求3所述的装置，其中至少一个散热器定位在所述冷却剂通道中，使得至少一个热传递表面接收来自至少一个风扇的所述冷却剂流。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述冷却结构还包括管道，所述管道被构造用于排出从至少一个散热器接收的冷却剂。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述冷却结构还包括至少一个通气孔，所述至少一个通气孔在所述第一壁和所述第二壁中的至少一者上并且被构造用于将冷却剂从所述第一隔室和所述第二隔室中的至少一者提供到所述冷却剂通道。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却结构包括至少一个风扇，所述至少一个风扇设置在所述第一壁与所述第二壁之间并且被构造用于生成所述冷却剂流。

8.根据权利要求7所述的装置，其中至少一个风扇包括多个风扇。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括第一接触器和第二接触器，所述第一接触器和所述第二接触器电联接到所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的相应一者并且设置在所述第一隔室和所述第二隔室中的相应一者中。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述壳体还包括在所述第一隔室和所述第二隔室的相应的第一侧面和第二侧面上的第三隔室和第四隔室，并且其中所述装置还包括至少一个输入总线组件，所述至少一个输入总线组件从所述第一隔室和所述第二隔室中的至少一者通入到所述第三隔室和所述第四隔室中的至少一者中并且电连接至所述第一接触器和所述第二接触器中的至少一者。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体还包括在所述第一隔室和所述第二隔室的相应的第一侧面和第二侧面上的第三隔室和第四隔室，并且其中所述装置还包括第一输出总线组件和第二输出总线组件，所述第一输出总线组件和所述第二输出总线组件联接到所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的相应一者并且从所述第一隔室和所述第二隔室中的相应一者通入到所述第三隔室和所述第四隔室中的相应一者。

12.一种装置，所述装置包括：

立方体壳体，所述立方体壳体具有第一外部隔室和第二外部隔室以及第一内部隔室和第二内部隔室，所述第一内部隔室和所述第二内部隔室设置在所述第一外部隔室与所述第二外部隔室之间，使得所述第一内部隔室和所述第二内部隔室具有相应的相反的第一竖直壁和第二竖直壁；和

冷却结构，所述冷却结构在所述第一竖直壁与所述第二竖直壁之间并且包括：

冷却剂进口结构，所述冷却剂进口结构被构造用于从所述第一内部隔室和所述第二内部隔室的下部部分接收空气；

风扇组件，所述风扇组件位于所述冷却剂进口结构上方并且包括至少一个风扇，所述至少一个风扇设置在所述第一竖直壁与所述第二竖直壁之间并且被构造用于通过冷却剂进口结构抽吸空气；

散热器组件，所述散热器组件在所述风扇组件上方并且具有从所述风扇组件接收空气的多个热传递表面；和

管道，所述管道在所述散热器组件上方，所述管道将空气从所述散热器组件竖直排出所述壳体。

13.根据权利要求12所述的装置，还包括第一发热设备和第二发热设备，所述第一发热设备和所述第二发热设备设置在所述第一内部隔室和所述第二内部隔室中的相应一者中并且热联接到所述散热器组件。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一发热设备和所述第二发热设备包括相应的第一半导体静态开关和第二半导体静态开关。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括第一接触器和第二接触器，所述第一接触器和所述第二接触器电联接到所述第一半导体静态开关和所述第二半导体静态开关中的相应一者并且在所述第一内部隔室和所述第二内部隔室中的相应一者中设置在所述第一半导体静态开关和所述第二半导体静态开关中的相应一者下方。

16.根据权利要求15所述的装置，还包括至少一个输入总线组件，所述至少一个输入总线组件从所述第一外部隔室和所述第二外部隔室中的至少一者通入到所述第一内部隔室和所述第二内部隔室中的至少一者中并且电连接至所述第一接触器和所述第二接触器中的至少一者。

17.根据权利要求15所述的装置，还包括第一输出总线组件和第二输出总线组件，所述第一输出总线组件和所述第二输出总线组件电联接到所述第一半导体静态开关和所述第二半导体静态开关中的相应一者并且从所述第一内部隔室和所述第二内部隔室中的相应一者通入到所述第一外部隔室和所述第二外部隔室中的相应一者。

18.根据权利要求15所述的装置，还包括第一控制电路组件和第二控制电路组件，所述第一控制电路组件和所述第二控制电路组件在所述第一竖直壁和所述第二竖直壁中的相应一者上安装在所述第一半导体静态开关和所述第二半导体静态开关上方。

19.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一静态开关和所述第二静态开关部分地突出到所述第一竖直壁和所述第二竖直壁中的相应的开口中。

20.根据权利要求12所述的装置，其中所述冷却剂进口结构包括在所述第一竖直壁和所述第二竖直壁中的相应一者中的第一通气孔和第二通气孔。

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