专利名称：防爆变频器机芯以及防爆变频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气传动领域，尤其涉及一种防爆变频器机芯以及防爆变频器。
背景技术：
目前，防爆变频器在煤矿井下、粉尘环境等易燃易爆性场所的应用越来越普遍。如图I所示为现有的ー种四象限防爆变频器机芯，主要由整流単元12、逆变单元13和两个由若干个电容整体装配在一起形成的电容模块11组成。整流単元12与设置在机芯一端的电容模块11连接；逆变单元13与设置在机芯另一端的另ー个电容模块11连接。由图I可见，电容模块11为整体结构件，且体积较大，两个电容模块11分别安装在整流单元12的左侧和逆变单元13的右侧，该布局方式使得防爆变频器机芯整体体积偏大。机芯 体积大将使得防爆壳体内部需要有较大的容纳空间，由于防爆壳体一般为一体成型制造，且要保证防爆壳体内壁的平整度以便于器件安装，这将提高防爆壳体的制造难度。若为了克服防爆壳体的制造难题而设计成防爆壳体内有多个防爆腔，则整流単元、逆变单元等器件会位于不同的防爆腔内，不便于直流母线连接，维护和安装就会变得很困难。
发明内容
本发明实施例提供了一种防爆变频器机芯以及防爆变频器，用于减小防爆变频器机芯的体积。为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案本发明一方面提供了一种防爆变频器机芯，包括一背板；安装在上述背板上，用于将输入的三相交流电转化为直流电的一整流単元；安装在上述背板上，用于将输入的直流电转化为三相交流电的ー逆变单元；安装在上述背板上，主要用于滤波储能的一电容组件；其中，上述电容组件位于上述整流単元和逆变单元之间，上述整流単元、逆变单元和电容组件排列在上述背板的同一面上并紧密相连。本发明另一方面提供了ー种防爆变频器，包括防爆壳体；设置于上述防爆壳体内的如上述的防爆变频器机芯。由上可见，本发明实施例将与整流单元连接的电容模块和与逆变单元连接的电容模块整合为ー个电容组件，并将电容组件安装在整流単元与逆变单元之间，使得防爆变频器机芯的整体结构更为紧凑，有效减小了防爆变频器机芯的体积。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有的ー种四象限变频器机芯结构示意图；图2为本发明实施例提供的防爆变频器机芯爆炸图；图3为本发明实施例提供的防爆变频器机芯底部布局主视图；图4为本发明实施例提供的防爆变频器机芯中的ー个电容模块爆炸图；图5为本发明实施例提供的电容模块与背板安装的一个实施例示意图；图6为本发明实施例提供的电容模块与背板安装的另ー个实施例示意图；图7为本发明实施例提供的电容固定支架的一种设计示意图； 图8为本发明实施例提供的防爆变频器机芯底部布局侧视图；图9_a为本发明实施例提供的整流単元和逆变单元的一种进出线布局方式示意图；图9_b为本发明实施例提供的整流単元和逆变单元的另ー种进出线布局方式示意图；图9-c为本发明实施例提供的整流単元和逆变单元的再一种进出线布局方式示意图；图9-d为本发明实施例提供的整流単元和逆变单元的再一种进出线布局方式示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种防爆变频器机芯以及防爆变频器。为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面对本发明实施例的一种防爆变频器机芯进行描述。如图2所示为本发明实施例中的防爆变频器机芯爆炸图，包括一背板 200 ；安装在背板200上，用于将输入的三相交流电转化为直流电的一整流単元201 ；安装在背板200上，用于将输入的直流电转化为三相交流电的ー逆变单元202 ；安装在背板200上，主要用于滤波储能的一电容组件203 (用于整流电路滤波，以及用于逆变电路储能等);其中，电容组件位于整流単元201和逆变单元202之间，整流単元201、逆变单元202和电容组件203排列在背板200的同一面上并紧密相连。由上可见，本发明实施例将与整流单元连接的电容模块和与逆变单元连接的电容模块整合为ー个电容组件，并将电容组件安装在整流単元与逆变单元之间，使得防爆变频器机芯的整体结构更为紧凑，有效减小了防爆变频器机芯的体积。考虑到对于传统的防爆变频器机芯中电容模块为整体结构件(可以參见图I所示的电容模块11)，因为，当电容模块中的某ー个电容出现故障或损坏时，则需要从机芯上整体取出电容模块进行维护，需进行拆卸或整体更换，造成维护不方便或维护成本高。因此，结合图2，在本发明实施例的一种实施方式中，通过模块化设计并组装形成电容组件203，如图3所示，电容组件203包括第一电容模块301、第二电容模块302、第三电容模块303、第四电容模块304、第五电容模块305和第六电容模块306 ;第一电容模块301、第二电容模块302和第三电容模块303分别——与整流单元201的三个相(即R相、S相和T相)的输出端连接，即，整流单元201每相的输出端对应连接ー个电容模块；第四电容模块304、第五电容模块305和第六电容模块306分别一一与逆变单元202的三个相(即U相、V相和W相)的输入端连接，即，逆变单兀202姆相的输入端对应连接一个电容模块。其中，第一电容模块301与第二电容模块302相连接，第二电容模块302与第三电容模块303相连接；第四电容模块304与第五电容模块305相连接，第五电容模块305与第六电容模块306相连接，且这六个电容模块相邻或者相互贴靠在一起形成ー个组合体。 结合图4所示的一个电容模块爆炸图，电容组件203中包含的每个电容模块具体可以为如下结构，每个电容模块包括电容底座401，电容402，以及叠层母排403 ;电容402安装在电容底座401的电容安装位4011上；叠层母排403包含有第一板体4031和第二板体4032，第一板体4031用于固定电容402，且与电容402的正极、负极相连并形成有电容模块的正极端和负极端(针对于三电平防爆变频器机芯，还可形成有中点端)；第二板体4032用干与该电容模块的对应相上的功率模块相连接，根据前述内容易得知，该功率模块为整流単元或逆变单元的某一相的功率模块。需要说明的是，图4所示的电容模块是以包含6个电容402进行描述说明，在实际应用中，电容402的数量可能根据不同需求有所变化，相应地，电容安装位4011的数量也会有所变化，此处不作限定。在上述实施方式中，上述电容组件是由六个相邻近的、有电气连接关系的小电容模块组合形成的ー个整体，且整流単元的输出端的三相和逆变单元的输入端的三相中的每相均对应连接ー个电容模块，使得在检测到某相电容出现故障时，只需要将该电容所在的电容模块拆出维护即可，极大降低了维修难度。 需要说明的是，在装配电容组件时，使第一电容模块的电容底座与第四电容模块的电容底座背靠背，使第二电容模块的电容底座与第五电容模块的电容底座背靠背，使第三电容模块的电容底座与第六电容模块的电容底座背靠背。此种电容组件结构，其六个电容模块紧密贴靠在一起，使得电容组件整体更加小巧。在本发明的一种实施方式中，电容组件203还包括设置在背板200上的电容模块固定槽，下面结合图4、图5、图6和图7，对单个电容模块在背板上的一种安装方式进行描述。如图5和图6所不，将电容底座401竖直插入到设置在背板上的电容固定槽501中。各个电容模块的叠层母排403均位于电容模块固定槽501的外側。进ー步，为了保证电容模块的固定更为牢固，还可分别在电容底座401和电容固定槽501的接触位设置螺孔502，通过螺丝将电容底座401固定在电容固定槽501上。如图7所示，通过在背板200上设置3组相邻的电容固定支架701，每组电容固定支架包含两套电容固定槽501，使每组电容固定支架701可以背靠背地固定两个电容模块，从而实现上述6个电容模块紧密组合成上述电容组件，并在背板上安装固定。在上述实施方式中，每个电容模块的电容底座401均是垂直固定安装在背板200上的，且电容模块的叠层母排403均位于电容模块固定槽501的外側。如图5、图6和图8所示，每个电容模块的叠层母排403包含有相互垂直的第一板体4031和第二板体4032，其中第一板体4031垂直于背板200而设置，第二板体4032平行于背板200。电容组件203的其中ー边的三个第二板体4032整齐排列，与整流单兀三个相的功率模块分别紧密连接；电容组件203的另外ー边的三个第二板体4032整齐排列，与逆变单元三个相的功率模块分别紧密连接。在本发明实施例中，如图8所示的防爆变频器机芯底部布局侧视图，第一电容模块与第二电容模块之间、第二电容模块与第三电容模块之间、第四电容模块与第五电容模块之间、第五电容模块与第六电容模块之间均采用铜排801连接。逆变流单元的U相上的功率模块2011与逆变单元的V相上的功率模块2012之间、逆变单元的V相上的功率模块2012与逆变单元的W相上的功率模块2013之间采用铜排802连接，相应地，整流单元的R相上的功率模块与整流単元的S相上的功率模块之间、整流単元的S相上的功率模块与整流単元的T相上的功率模块也采用铜排802连接。电容组件与功率模块采用复合叠层铜排 连接以及各电容模块、各功率模块相互之间的铜排连接，有效降低了杂散电感的产生，整体布局提高了机器EMC性能和电能质量，降低了机器的谐波，有利于延长电容模块和功率模块的使用寿命。在本发明实施例中，在电容组件203的其中ー侧设置有两根铜排803，分别用于将整流単元的正极母线与逆变单元的负极母线连接，将整流単元的负极母线与逆变单元的负极母线连接，特别地，针对于三电平防爆变频器机芯，还可增设ー根铜排803用于将整流单元的中点母线与逆变单元的中点母线排连接。本发明提供的防爆变频器机芯，电容组件位于整流単元与逆变单元之间，并紧密排列在一起，使得整流単元与逆变单元的母线连接装配非常简单，母线铜排可以固定安装在电容组件的ー侧，使用较短的铜排即可完成整流单元与逆变单元的母线连接，节省了空间。进ー步，本发明实施例中的电容组件中所使用的电容可以均采用薄膜电容，以使得电容组件迷你化，有利于提闻装配效率，进一步减小防揚变频器机芯的体积。此外，本发明实施例防爆变频器机芯的整流単元、电容组件和逆变单元的布局结构，可以如图9-a、9-b、9-c和9_d所示，使得整流单元201和逆变单元202在防爆壳体上或防爆壳体内的进出线布局方式可以为上进下出(即R相、S相和T相在上部输入进线，U相、V相和W相在下部输出出线)，或者下进上出(即R相、S相和T相在下部输入进线，U相、V相和W相在上部输出出线)的方式，也可以是左进右出(即R相、S相和T相在左部输入进线，U相、V相和W相在右部输出出线)，或者，右进左出(即R相、S相和T相在右部输入进线，U相、V相和W相在左部输出出线)的方式，上述布局结构非常灵活方便，满足变频器机芯在防爆壳体内部的电气连接装配需要，或者防爆变频器与其它机电设备的电气连接装配需要。上述几种进出线方式，使得输入端、输出端始終在一条直线上排开，有效提高了整机电磁兼容性(EMC, Electro Magnetic Compatibility)性能。由上可见，本发明实施例将与整流单元连接的电容模块和与逆变单元连接的电容模块整合为ー个电容组件，并将电容组件安装在整流単元与逆变单元之间，使得防爆变频器机芯的整体结构更为紧凑，有效减小了防爆变频器机芯的体积，一方面使得防爆变频器机芯的整流単元与逆变单元可以设置在同一防爆腔体内便于母线连接、便于维护；另一方面使得应用本发明实施例中的防爆变频器机芯的变频器更加适合如煤矿井下等狭窄的应用环境。进ー步，本发明的整流単元和逆变单元之间，各电容模块、各功率模块之间通过铜排连接，使得防爆变频器机芯的结构一目了然，更好地保证了机芯电气性能；进ー步，将电容模块通过叠层母排与对应相上的功率模块连接，使得电容模块与对应相上的功率模块之间的连接更为紧凑，有效降低了杂散电感的产生，減少了电压尖峰对机芯中的元器件的损害，延长了变频器机芯中元器件的使用寿命。本发明还提供了ー种防爆变频器，包括防爆壳体；设置于上述防爆壳体内的本发明上述实施例中的防爆变频器机芯；进ー步，在本发明防爆变频器实施例的一种实施方式中，上述防爆变频器机芯的背板的另一面上设置有至少用于对上述整流単元、上述逆变单元进行散热的散热器，上述防爆壳体表面上设有开ロ，上述背板密封设置在上述开ロ处，上述整流単元、上述逆变单元和上述电容组件位于防爆壳体内部，上述散热器位于防爆壳体外部，以提供一种结构紧凑、散热良好的防爆变频器。需要说明的是，本发明实施例中的防爆变频器机芯可以如图2 图9中任一所示实施例中的防爆变频器机芯，可以用于实现上述实施例中的全部技术方案，其具体实现过程可參照图2 图9所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以參见其它实施例的相关描述。以上对本发明所提供的防爆变频器机芯以及防爆变频器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施例方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种防爆变频器机芯，其特征在于，包括 一背板； 安装在所述背板上，用于将输入的三相交流电转化为直流电的一整流单元； 安装在所述背板上，用于将输入的直流电转化为三相交流电的一逆变单元； 安装在所述背板上，主要用于滤波储能的一电容组件； 其中，所述电容组件位于所述整流单元和逆变单元之间，所述整流单元、逆变单元和电容组件排列在所述背板的同一面上并紧密相连。
2.根据权利要求I所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述电容组件包括与所述整流单元相连接的第一电容模块、第二电容模块和第三电容模块，所述第一电容模块、所述第二电容模块和所述第三电容模块分别一一与所述整流单元的三个相的输出端连接，所述第一电容模块与所述第二电容模块相连接，所述第二电容模块与所述第三电容模块相连接； 所述电容组件还包括与所述逆变单元相连接的第四电容模块、第五电容模块和第六电容模块，所述第四电容模块、所述第五电容模块和所述第六电容模块分别一一与所述逆变单元的三个相的输入端连接，所述第四电容模块与所述第五电容模块相连接，所述第五电容模块与所述第六电容模块相连接。
3.根据权利要求2所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述电容组件中的每个电容模块包括 电容底座，电容，以及叠层母排； 所述电容安装在所述电容底座的电容安装位上； 所述叠层母排包含有第一板体和第二板体，所述第一板体用于固定所述电容，且与所述电容的正极、负极相连并形成有电容模块的正极端和负极端； 所述叠层母排的第二板体与该电容模块的对应相上的功率模块相连接。
4.根据权利要求2或3所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述相连接的电容模块之间是通过铜排连接的。
5.根据权利要求3所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述电容组件的六个电容模块紧密贴靠在一起，具体方式为 所述第一电容模块的电容底座与所述第四电容模块的电容底座背靠背； 所述第二电容模块的电容底座与所述第五电容模块的电容底座背靠背； 所述第三电容模块的电容底座与所述第六电容模块的电容底座背靠背。
6.根据权利要求3或5所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述电容组件包括设置在所述背板上的电容模块固定槽，各个电容模块通过其电容底座竖直插入到所述电容模块固定槽中，各个电容模块的叠层母排均位于电容模块固定槽的外侧，所述叠层母排的第二板体平行于所述背板。
7.根据权利要求3所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述整流单元的R相上的功率模块与S相上的功率模块通过铜排连接； 所述整流单元的S相上的功率模块与T相上的功率模块通过铜排连接； 所述逆变单元的U相上的功率模块与V相上的功率模块通过铜排连接； 所述逆变单元的V相上的功率模块与W相上的功率模块通过铜排连接。
8.根据权利要求I至3任一项所述的防爆变频器机芯，其特征在于， 所述电容组件的侧面设置有 连接所述整流单元的正极母线与所述逆变单元的正极母线的铜排； 连接所述整流单元的负极母线与所述逆变单元的负极母线的铜排。
9.一种防爆变频器，其特征在于，包括 防爆壳体； 设置于所述防爆壳体内的如权利要求I至8任一项所述的防爆变频器机芯。
10.根据权利要求9所述的防爆变频器，其特征在于， 所述防爆变频器机芯的背板的另一面上设置有至少用于对所述整流单元、所述逆变单元进行散热的散热器，所述防爆壳体表面上设有开口，所述背板密封设置在所述开口处，所述整流单元、逆变单元和电容组件位于防爆壳体内部，所述散热器位于防爆壳体外部。
全文摘要
本发明实施例公开了一种防爆变频器机芯以及防爆变频器，其中，一种防爆变频器机芯，包括一背板；安装在所述背板上，用于将输入的三相交流电转化为直流电的一整流单元；安装在所述背板上，用于将输入的直流电转化为三相交流电的一逆变单元；安装在所述背板上，主要用于滤波储能的一电容组件；其中，所述电容组件位于所述整流单元和逆变单元之间，所述整流单元、逆变单元和电容组件排列在所述背板的同一面上并紧密相连。本发明提供的技术方案能够有效减小防爆变频器机芯的体积。
文档编号H02M7/00GK102857080SQ20121035531
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者谭海鸥, 万明亮, 王勇, 徐良伟 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司