专利名称：矩阵变换器的低电感载流条组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于一矩阵变换器(Matrixumrichter)的低电感载流条组件(Verschienung)，该矩阵变换器包括多个以3X3矩阵排列的开关元件，尤其是半导体开关，其中该矩阵变换器在电源侧与多个电容元件相连接，经这多个电容元件可将三个输入电压电位输送给该矩阵变换器。
一个矩阵变换器如公知的那样是指一个自行操作(selbstgefuehrt)的直接变换器。该变换器有可能在一带有可变电压和频率的系统中实现一刚性(starr)三相电网的转变。公知的矩阵变换器具有多个设置在一开关矩阵中的电子开关元件，特别是半导体开关，例如隔离栅双极晶体管。该功率电子开关布置成3X3矩阵，从而三个输出相的每一个能够与一个输入相电连接。该矩阵变换器在电源侧，即该输入侧的接头与用于使开关元件的电压特性稳定的电容元件相连接。因为三个输入相或者输入电压相邻，还设置了三个对应的电容元件。该连接借助低电感载流条组件来实现。首先通过已有的电容元件和低电感载流条组件有可能使矩阵变换器中的半导体开关不必对超大过电压进行换向，从而能够驱动一欧姆电感负载，如一个马达。在矩阵变换器中三个输入电压的电位从输入电容元件到半导体组件必须采用低电感连接方式，其中的半导体组件为3X3开关矩阵(或者其结构为每相各包括三个开关的组件实现的三相矩阵)。
公知的载流条组件具有多个布置在三个平面上、并相互绝缘的载流条(Verschienungsabschnitte)，为此在载流条组件的各个平面间设置相应的绝缘层。总体上由一个三层载流条组件来实现。该低电感是通过使载流条组件的平面尽可能彼此靠近和载流条相当大的面积来达到的。
然而就这方面来说，由于两个外侧的载流条之间的距离确定了最大控制电感，该公知的三层载流条组件的形式对于电感是有缺点的。另外，内部导体的冷却是非常困难的，因为该内部导体深深地插入在另两个载流条之间。此外制作上也耗费不小。
本发明要解决的技术问题是，提供一种具有尽可能小的漏电感、且结构简单的载流条组件。
上述技术问题是这样解决的对于本说明书开始部分所述的由多个载流条组成的低电感载流条组件，将其多个载流条彼此绝缘地设置在两个平面中。
本发明从迄今为止的三层载流条组件出发，有利地规定其为一仅有两层的载流条组件。带有不同载流条的两平面相互可设置得相当接近(在它们之间仅仅是一个绝缘层)，从而能够进一步降低漏电感。这些根据各个开关矩阵的开关状态进行换向所要求的、用来形成各个层对(Schienenparre)所必需的载流条，相应地进行了设计和成形，且将它们分布地设置在该平面之内。
因为仅仅设置两个可以毫无困难地从外面冷却的导体表面，就不会产生冷却问题。另一值得注意的优点就是本发明的这种载流条组件可以简化制作。因为作为平面金属导电层的载流条可以以简单的方式敷设在一个具有相应形状和尺寸的绝缘层上。特别优选的是导电层被涂覆到一板坯(Platine)上。将导体涂覆到板坯上是一种公知的方法，具有优点的是能够使用这种可靠的手工操作技术来制作本发明的低电感载流条组件。
根据本发明对每一个输入电位至少设置一个载流条。取决于载流条在两个平面中的定位以及鉴于该载流条组件总体上应当有尽可能低的电感，关于载流条分布可以想到各种布置其或者对每一个输入电位仅要求一个载流条，或者对其中有的输入电位要求多个载流条，这在下文还会说明。
根据本发明第一种实施方式，在第一平面对第一输入电位设置一个第一大面积载流条，而在第二平面对第二和第三输入电位设置与该第一载流条至少部分覆盖的第二载流条和第三载流条。在该实施方式中，两个在其间进行电压换向的载流条对并排行进，其中参予到一个载流条对上的电位位于彼此上下相叠的两层。在本实施方式中，位于第二平面的第三电压对的低电感换向，也就是，在两个并排设置的载流条之间的电压换向，是通过在第一平面上的大面积第一载流条的布线(Leitungsfuerung)中形成的涡流实现的。在本实施方式中对于该换向引入一第三载流条。
考虑到为实现尽可能最低的漏电感，第一载流条至少分别覆盖另两个载流条表面的75％是十分有利的，优选覆盖度应当尽可能地大。
本发明的另一实施方式是这样设计的，在第一和第二平面中分别对每一个输入电位设置了一相应的载流条。在本发明的这一实施方式中所有三个可能在其中进行电压换向的载流条对并排行进，其中，一个载流条设置在第一平面，而另一个载流条则设置在位于其下的第二平面。载流条在此应当这样设置，使得第一和第二平面中形成换向电压对的各个载流条相互直接对置并且相互覆盖尽可能大的面积。
此外，在本发明的第三种实施方式中，在第一平面设置了与第一和第二输入电位相应的载流条，而在第二平面设置了与第二和第三输入电位相应的载流条，其中所述载流条这样设置和设计，使得形成一换向电压对的载流条彼此相对设置或者至少相互部分覆盖。在该实施方式中对每一平面设置两个分别对应不同输入电位的载流条，其中这些载流条之一设计成具有大得多的面积。由此，这些位于不同平面的、分别对应不同电位并因此同样形成换向电压对的大面积载流条能够达到相互覆盖。这些载流条分别覆盖的表面基本上应当同样大。
最后，在本发明的第四种实施方式中，在第一平面分别对每一个输入电位设置了一对应的载流条，且在第二平面设置了一个大面积的、可形成一对置表面的载流条，该载流条不必位于这三个电位上，且与第一平面的载流条相覆盖。在本发明这个实施方式中使用了未处于一确定电位的载流条，且其被接入各换向电路中。在此，该换向是通过在形成对置表面的载流条中产生涡流来完成的，优选该载流条接地。各个载流条的尺寸这样确定，使得导引电位的载流条被对置的载流条完全覆盖。作为一种替换，可以想到使形成对置表面的载流条处于三个电位之一上。
本发明除涉及低电感载流条组件外，还涉及由一个矩阵变换器和至少三个电容元件形成的线路，这三个电容元件经一前述低电感载流条组件相互连接。
此外可以这样设计，该矩阵变换器由多个独立设置的、经载流条组件与电容元件相连接的输入相组件构成。在该实施方式中矩阵变换器不是一个单部件的构件，而更确切地说其由独立相组件构成，优选由三个、且其中每一个通往一个单独的输入相的相组件构成。载流条组件在此是这样设计的，使电容元件和相应的相组件接触连接。在此，根据本发明线路的第一实施方式，为这些相组件配置一个由多个电容元件构成的公用电容组件，该电容组件经该载流条组件与各个相组件接触连接。另外作为一种替换方式，为每一个相组件各自分别配置一个由多个电容元件形成的电容组件。
下面结合附图及所述实施方式对本发明的优点、特征和细节作进一步说明
图1以原理示意方式示出说明本发明第一种分布方式的载流条配置的断面图；图2作为原理示意给出说明图1载流条组件布局情况的俯视图；图3以原理示意方式示出说明本发明第二种分布方式的载流条配置的断面图；图4作为原理示意给出说明图3载流条组件布局情况的俯视图；图5以原理示意方式示出说明本发明第三种分布方式的载流条配置的断面图；图6作为原理示意给出说明图5载流条组件布局情况的俯视图；图7以原理示意方式示出说明本发明第四种分布方式的载流条配置的断面图；图8作为原理示意给出说明图7载流条组件布局情况的俯视图；图9和图10为两种本发明线路布置的实施方式。
图1以原理示意图方式示出本发明第一种实施方式的载流条组件的断面图。图中示出一绝缘层1，在所示实施方式中为一板坯，在其上侧和下侧敷设了、尤其是涂覆上作为大面积金属导电表面(例如由铝制成)的载流条V1、V2、V3。在本实施方式中的每一个载流条对应一确定的、经图2作详细说明的电容元件提供的输入电压电位。在所示实施方式中上载流条V1的电位为P1，下载流条V2和V3的电位分别为P2和P3。在这里需指出的是，对于各载流条的输入电位的配置是随意的，也就是说，电位可以以任意的方式互换。这同样适合于后面所有要描述的实施方式。
很明显上载流条V1远宽于下载流条V2和V3。这些下载流条V2和V3的尺寸和定位这样设计，使得它们被上载流条V1最大限度地覆盖。覆盖度应该尽可能地大，并且至少占75％。这一点可以从图2给出的俯视图中所示的布局情况很明显地看出。
用虚线表示的各载流条面位于上平面，而用实线同样表示的载流条面位于下平面。显然，载流条V1大面积地覆盖两载流条V2和V3。
总体上形成三个换向电压对(Kommutierungsspannungspaar)，也就是在其中进行电流和电压换向的载流条对。第一换向电压对由载流条V1和V2形成，第二换向电压对由载流条V1和V3形成。很明显这两换向电压对相互并排设置，其中这些分别参予换向的载流条彼此相对设置，并被绝缘层隔开。第三换向电压对V2-V3相互并排布置。该电压对的换向是通过在载流条V1中产生的涡流实现的。
此外，图2示出电容元件和矩阵变换器上各连接点的线路连接。总共设置了三个电容元件K1、K2和K3。在图示实施方式中这些电容元件从上面安装在图2所示的结构中。电容元件K1与载流条V1和V2相连接，其中为了与载流条V2接触连接，在载流条V1上设置一个合适的贯穿孔(Durchbrechung)2。相应地电容元件K2与载流条V1和载流条V3接触连接。利用该第二个接触点使两个电容元件K1和K2设置在载流条V1上的一个公用接触点上。最后电容元件K3与两个载流条V2和V3连接，其中在接触连接的接点处将其引导穿过载流条V1上相应的贯穿孔2。
此外，每个载流条V1、V2和V3分别与接点L1、L2和L3之一相连接。接点L1、L2和L3这里仅是示例描述的矩阵变换器3的一部分。
图3示出另一个实施方式。在此，载流条同样作为大面积金属导电表面被敷设在绝缘层1的两个平面上。这里总共使用了六个载流条，其中在每一平面都分别设置了载流条V1、V2和V3。每个载流条V1、V2和V3都相应于一个确定的输入电位P1、P2和P3。从图3的断面图很明显看到，在本实施方式中形成三个相互并排设置、且分别由绝缘层隔开的换向电压对，也就是V1-V2对、V2-V3对和V3-V1对。为了绝缘，位于一个平面的各载流条相互之间略留有间隔，也就是说，在水平平面内通过空气间隙形成绝缘。
图4示出图3所示载流条组件改型的俯视图。在此各个位于上平面的载流条也用虚线表示，而位于下平面的载流条是用实线表示。各个电容元件K1、K2和K3在此与每一个载流条接触连接，其中，为了能穿过去接触连接，在各自的载流条上设置了相应的贯穿孔。因为这里在每个平面上各有一个与一确定电位P1、P2和P3相对应的载流条，两个载流条必须被引到一个公共接点L1、L2和L3上。这就要求载流条有一个相应的结构。分布在下平面的载流条V1、V2和V3分别以直线方式导引到各自的导线接点L1、L2以及L3，而上平面的载流条V1、V2和V3的端部形成一个转角结构，并导引到各自的导线接头L1、L2和L3上。在图示实施方式中，两个载流条V1在导线接点L1形成接触连接、两个载流条V2在导线接点L2形成接触连接，而两个载流条V3在导线接点L3形成接触连接。
按照图3的改型设计总共示出七个绝缘部位，也就是在上载流条和下载流条之间的绝缘(三个绝缘部位)以及位于一个平面的载流条之间的绝缘间隙(总共四个绝缘部位)。图5示出一个具有较少绝缘部位的载流条组件。那里在每一平面各设置两个载流条，上平面是载流条V1和V2，下平面是载流条V2和V3。上平面的载流条V1和下平面的载流条V3分别被设计得很宽，从而它们在中间段彼此重叠。在本实施方式总共形成三个并排设置的换向电压对。绝缘部位的数目在此可被减到总共为五个，因为在每一平面仅设置了两个载流条。
图6示出此载流条组件的相应布置。载流条V1和载流条V3分别位于导线接点L1或L3，两个载流条V2在上侧和下侧位于该公用的导线接点L2。电容元件K1、K2和K3在此也以公知的方式对应连接。
最后图7示出本发明第四种实施方式。在下平面设置三个载流条V1、V2和V3，在上面设置一个单个的非常大面积的载流条4。当载流条V1、V2和V3位于其各自一相应的电位P1、P2和P3时，载流条V4未处于一个确定的电位，而优选为接地地线。本实施方式中，在引入了该上平面的、形成一个相对置的金属表面的载流条V4(该载流条V4最大程度地与位于其下的载流条相叠置)的情况下形成各个换向电压对。因为换向时在载流条V4中产生涡流，从而实现该换向。尽管不必向该载流条V4引入一个确定的电位，而合适的是，将它设置为接地地线，因为这样同时可用于抗干扰。
相应的布置在图8中示出。很明显，每个载流条V1、V2和V3和一个导线接点L1、L2和L3相连，并且这些载流条经相应的电容K1、K2和K3彼此连接。这些电容元件都从上方置于该改型设计上，因此在该载流条V4对应地设置了多个用作在其中穿过以进行接触连接的贯穿孔2。
总体上所有的改型设计能够在两个平面上实现一载流条组件结构，这样有利地可避免说明书开始部分所述的三层结构的缺点。此外利用此两层结构，能够以极低成本在平板上涂覆载流条来得到载流条组件。
最后图9示出本发明可分开实现矩阵变换器输出相的线路布置的第一实施方式原理示意图。图中示出三个分别对应各自确定相位的相组件(Phasenmodul)4、5和6。为这三个相组件配置了一个由三个单个的电容元件构成的公用电容组件7，其中电容元件通过图中所示载流条组件8与整体上形成的矩阵变换器的三个相组件4、5和6相连接(Verschienen)。
图10示出带有独立相组件的线路布置的第二种可能的实施方式。在此同样设置三个独立的相组件4、5和6，在图示实施方式中为这些相组件分别配有一个带有多个电容元件的电容组件7。各个电容元件在此通过图中所示载流条组件也像图9所示实施方式一样以低电感方式相连接。图9所示实施方式一样实现低电感载流条组件。
权利要求
1.一种用于矩阵变换器的低电感载流条组件，该矩阵变换器包括多个以3X3矩阵排列的开关元件，尤其是半导体开关，其中所述矩阵变换器在电源侧与多个电容元件相连接，经这多个电容元件可将三个输入电压电位输送给该矩阵变换器，其特征在于所述载流条组件是由多个彼此绝缘地设置在两个平面上的载流条(V1，V2，V3，V4)构成。
2.按照权利要求1所述的低电感载流条组件，其特征在于对于每一个输入电位(P1，P2，P3)至少设置一个载流条(V1，V2，V3)。
3.按照权利要求1或2所述的低电感载流条组件，其特征在于在第一平面对第一输入电位(P1)设置一个第一大面积载流条(V1)，而在第二平面对第二和第三输入电位(P2，P3)设置与该第一载流条(V1)至少部分覆盖的第二和第三载流条(V2，V3)。
4.按照权利要求3所述的低电感载流条组件，其特征在于所述第一载流条(V1)至少分别覆盖另两个载流条(V2，V3)表面的75％。
5.按照权利要求1或2所述的低电感载流条组件，其特征在于在第一和第二平面中分别对每一个输入电位(P1，P2，P3)设置了一相应的载流条(V1，V2，V3)。
6.按照权利要求5所述的低电感载流条组件，其特征在于所述载流条(V1，V2，V3)这样设置，使得在第一和第二平面中分别形成一个换向电压对的各载流条(V1-V2，V1-V3，V2-V3)彼此相对设置。
7.按照权利要求1或2所述的低电感载流条组件，其特征在于，在第一平面设置了与第一和第二输入电位(P1，P2)相应的载流条(V1，V2)，而在第二平面设置了与第二和第三输入电位(P2，P3)相应的载流条(V2，V3)，其中，所述载流条(V1，V2，V3)这样设置和设计，使得形成一换向电压对的载流条(V1-V2，V1-V3，V2-V3)彼此相对设置或者至少相互部分覆盖。
8.按照权利要求7所述的低电感载流条组件，其特征在于所述载流条(V1-V2，V1-V3，V2-V3)相覆盖的表面尺寸大小应当基本上相同。
9.按照权利要求1或2所述的低电感载流条组件，其特征在于在第一平面分别对每一个输入电位(P1，P2，P3)设置了一相应的载流条(V1，V2，V3)，且在第二平面设置了一大面积的、形成一对置表面的载流条(V4)，该载流条与所述第一平面的载流条(V1，V2，V3)相覆盖。
10.按照权利要求9所述的低电感载流条组件，其特征在于所述形成对置表面的载流条(V4)未处于所述三个电位(P1，P2，P3)上或者处于所述三个电位(P1，P2，P3)之一上。
11.按照权利要求10所述的低电感载流条组件，其特征在于所述形成对置表面的载流条(V4)接地。
12.按照上述权利要求中任一项所述的低电感载流条组件，其特征在于所述载流条(V1，V2，V3，V4)为敷设在所述绝缘层(1)上的表面金属导电层。
13.按照权利要求12所述的低电感载流条组件，其特征在于所述导电层是涂覆在一个形成所述绝缘层(1)的板坯上。
14.一种由一个矩阵变换器和至少三个电容元件构成的线路，这三个电容元件经权利要求1至13中作一项所述的低电感载流条组件相互连接。
15.按照权利要求14所述的线路，其特征在于所述矩阵变换器由多个独立的、经所述载流条组件(8)与电容元件相连的相组件(4，5，6)构成。
16.按照权利要求15所述的线路，其特征在于为所述多个相组件(4，5，6)配置了一个由多个电容元件形成的公用电容组件(7)，或者为每一个电容组件(4，5，6)各自分别配置一个由多个电容元件形成的电容组件(7)。
全文摘要
本发明公开了一种用于一矩阵变换器的低电感载流条组件，该矩阵变换器包括多个以3×3矩阵排列的开关元件，尤其是半导体开关，其中所述矩阵变换器在电源侧与多个电容元件相连接，经这多个电容元件可将三个输入电压电位输送给该矩阵变换器，其中所述载流条组件是由多个彼此绝缘地设置在两个平面上的载流条(V1，V2，V3，V4)构成。
文档编号H02M7/00GK1437790SQ01811632
公开日2003年8月20日 申请日期2001年7月23日 优先权日2000年8月3日
发明者曼弗雷德·布鲁克曼, 奥拉夫·西蒙 申请人:西门子公司