一种功率组件及变频器的制作方法

本实用新型属于电机控制设备技术领域，尤其涉及一种功率组件，以及应用该功率组件的变频器。

背景技术：

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，而功率单元是构成高压变频器主回路的主要部分。

现有的功率单元多用在低压(例如6000V以下)变频器中，其采用级联结构，各级间电压绝缘要求较小。通常，现有的功率单元若要满足高压(例如6000V 以上)变频器的需要，则需更换绝缘等级更高的功率元件以适应高压的环境。

然而，由于绝缘等级更高的功率元件相对于原有的功率元件具有体积大且成本高昂的特点，因此采用更换绝缘等级更高的功率元件的方式会造成整个功率单元及变频器结构复杂、占用空间大且造价昂贵；此外，若不采用更换绝缘等级更高的功率元件的方式，会使功率单元因级间电压过高而受到严重损伤。因此，如何在不更换功率元件的前提下，提高功率单元在高压环境下正常工作的能力，以适应高压变频器的需要，是目前急需解决的技术问题。

技术实现要素：

如何在不更换功率元件的前提下，提高功率单元在高压环境下正常工作的能力的技术问题，提出一种绝缘等级高、结构简单、占用空间小且成本低廉的功率组件，以及应用该功率组件的变频器。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种功率组件，包括功率单元，以及可支撑所述功率单元的支撑板，所述功率单元沿垂向设置，所述支撑板位于所述功率单元的下方，所述支撑板与所述功率单元之间设置有绝缘槽轨，所述绝缘槽轨的截面为U形，所述绝缘槽轨沿纵向设置，所述绝缘槽轨套设于所述功率单元外，所述绝缘槽轨与所述率单元固定连接，所述绝缘槽轨与所述支撑板之间设置有绝缘胶层，所述绝缘槽轨的底部与所述绝缘胶层的顶部贴合，所述支撑板的顶部与所述绝缘胶层的底部贴合。

作为优选，所述绝缘槽轨沿横向的尺寸小于所述绝缘胶层沿横向的尺寸。

作为优选，所述绝缘槽轨沿纵向的两端均设置有绝缘板，所述绝缘板沿横向设置，所述绝缘板与所述绝缘槽轨固定连接，所述绝缘板与所述绝缘槽轨围成一腔室，所述功率单元设置于所述腔室内。

作为优选，所述绝缘槽轨的侧壁顶部开设有凹槽，所述凹槽沿纵向延伸。

作为优选，所述绝缘槽轨的两个侧壁顶部开设有固定孔，所述绝缘槽轨与所述支撑板之间连接有第一螺栓，所述第一螺栓的杆部顺次穿过所述绝缘槽轨及所述绝缘胶层后与所述支撑板螺纹连接，所述第一螺栓的头部位于所述绝缘槽轨的固定孔内并与所述绝缘槽轨压接。

作为优选，绝缘槽轨的固定孔内灌封有绝缘胶。

作为优选，所述支撑板内开设有可输送散热介质的散热通道，所述散热通道的一端为输入所述散热介质的入口，所述散热通道的另一端为输出所述散热介质的出口，所述散热通道自入口至出口往复弯折延伸。

作为优选，所述绝缘槽轨为氧化铝陶瓷绝缘轨。

作为优选，所述绝缘胶层为环氧树脂层。

一种变频器，包括上述功率组件，所述功率组件的数量设置为多个。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本实用新型功率组件通过设置所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，能够显著提高变频器内各个功率单元之间的电气间隙及爬电距离，即提高了绝缘等级，从而在不更换功率元件的前提下，提高了所述功率单元1在高压环境下正常工作的能力；此外，由于无需更换功率元件，并且仅增加了所述绝缘槽轨3 及所述绝缘胶层4，因此保证了结构的简单化以及低成本化；因此，本实用新型功率组件绝缘等级高、结构简单、占用空间小且成本低廉，进而适用于快速产业化。

2、本实用新型变频器通过设置所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，能够显著提高变频器内各个功率单元之间的电气间隙及爬电距离，即提高了绝缘等级，从而在不更换功率元件的前提下，提高了所述功率单元1在高压环境下正常工作的能力；此外，由于无需更换功率元件，并且仅增加了所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，因此保证了结构的简单化以及低成本化；因此，本实用新型变频器绝缘等级高、结构简单、占用空间小且成本低廉，进而适用于快速产业化。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为图1中沿A-A截面方向的剖视结构示意图；

图3为图2中B部分的局部放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例中绝缘槽轨与支撑板连接关系示意图；

以上各图中：1、功率单元；2、支撑板；3、绝缘槽轨；4、绝缘胶层；5、绝缘板；6、腔室；7、第一螺栓；8、散热通道；9、绝缘胶。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，本实用新型所述的横向为图1的水平方向，本实用新型所述的纵向为图1所示的竖直方向，本实用新型所述的垂向为垂直于图1的方向，同时术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1至图3，一种功率组件，包括功率单元1(所述功率单元1包括多个功率元件)，以及可支撑所述功率单元1的支撑板2，所述功率单元1沿垂向 (即垂至于图1的方向)设置，所述支撑板2位于所述功率单元1的下方，所述支撑板2与所述功率单元1之间设置有绝缘槽轨3，所述绝缘槽轨3的截面为 U形，所述绝缘槽轨3沿纵向(即图1所示的竖直方向)设置，所述绝缘槽轨3 套设于所述功率单元1外，所述绝缘槽轨3与所述功率单元1固定连接，所述绝缘槽轨3与所述支撑板2之间设置有绝缘胶层4，所述绝缘槽轨3的底部与所述绝缘胶层4的顶部贴合，所述支撑板2的顶部与所述绝缘胶层4的底部贴合。

本实用新型功率组件通过设置所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，能够显著提高变频器内各个功率单元之间的电气间隙及爬电距离，即提高了绝缘等级，从而在不更换功率元件的前提下，提高了所述功率单元1在高压环境下正常工作的能力；此外，由于无需更换功率元件，并且仅增加了所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，因此保证了结构的简单化以及低成本化；因此，本实用新型功率组件绝缘等级高、结构简单、占用空间小且成本低廉，进而适用于快速产业化。

作为本实用新型的一种实施方式，如图1至图3所示，所述绝缘槽轨3优选为氧化铝陶瓷(或其他硬质绝缘材质)绝缘轨，所述绝缘槽轨3沿横向(即图1所示的水平方向)的尺寸小于所述绝缘胶层4沿横向的尺寸，以此保证变频器内各个功率组件之间较高的电气间隙；所述绝缘槽轨3沿纵向的两端均设置有绝缘板5，所述绝缘板5沿横向设置，所述绝缘板5优选为氧化铝陶瓷(或其他硬质绝缘材质)板，所述绝缘板5与所述绝缘槽轨3一体化固定连接，所述绝缘板5与所述绝缘槽轨3围成一腔室6，所述腔室6呈矩形，所述功率单元 1设置于所述腔室6内，所述支撑板2优选为铝(或铜、铁等其他材质)板，所述绝缘槽轨3上对应于所述功率单元1的安装孔(所述功率单元1自带安装孔) 开设有螺纹孔，所述功率单元1的安装孔内设置有第二螺栓，所述第二螺栓的杆部穿过所述功率单元1的安装孔后与所述绝缘槽轨3的螺纹孔螺纹连接，所述第二螺栓的头部位于所述功率单元1的安装孔内并与所述功率单元1压接。

如图4所示，所述绝缘槽轨3的两个侧壁顶部均开设有固定孔，所述绝缘槽轨3与所述支撑板2之间连接有第一螺栓7，所述第一螺栓7的杆部顺次穿过所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4后与所述支撑板2螺纹连接，所述第一螺栓7 的头部位于所述绝缘槽轨3的固定孔内并与所述绝缘槽轨3压接，所述绝缘槽轨3的固定孔内灌封有绝缘胶9。

作为优选的，所述绝缘胶层4可以为环氧树脂(或其他绝缘胶材质)层。

基于上述，如图3所示，本实用新型功率组件使变频器内各个所述功率单元1间的电气间隙为a₁+a₄+a₇；本实用新型功率组件使变频器内各个所述功率单元1间的爬电距离为a₂+a₃+a₄+a₆。

进一步，为了提高功率组件的绝缘等级，所述绝缘槽轨3的侧壁顶部开设有凹槽，所述凹槽沿纵向延伸。

基于上述，设所述凹槽沿垂向的深度为a₈，则本实用新型功率组件使变频器内各个所述功率单元1间的电气间隙为a₁+a₄+a₇；本实用新型功率组件使变频器内各个所述功率单元1间的爬电距离为a₂+a₃+a₄+a₆₊2a₈。

本实用新型功率组件通过在所述绝缘槽轨3的顶部开设所述凹槽，能够进一步提高变频器内各个所述功率单元1之间的爬电距离，即能够提高功率组件的绝缘等级，进而提高了所述功率单元1在高压环境下正常工作的能力。

进一步，如图2所示，为了功率组件的散热性能，所述支撑板2可输送散热介质的散热通道8，所述散热通道8优选为输水通道，此时所述散热介质为冷却液，所述散热通道8的一端为输入所述散热介质的入口，所述散热通道8的另一端为输出所述散热介质的出口，所述散热通道8自入口至出口往复弯折延伸。本实用新型功率组件通过在所述支撑板2开设所述散热通道8，能够显著提高散热性能，同时在当所述支撑板2厚度降低的情况下仍能够具备良好的耐热性。

一种变频器，包括上述的功率组件，所述功率组件的数量设置为多个；由上述可知，本实用新型变频器通过设置所述绝缘槽轨3及所述绝缘胶层4，能够显著提高变频器内各个功率单元之间的电气间隙及爬电距离，即提高了绝缘等级，从而在不更换功率元件的前提下，提高了所述功率单元1在高压环境下正常工作的能力；此外，由于无需更换功率元件，并且仅增加了所述绝缘槽轨3 及所述绝缘胶层4，因此保证了结构的简单化以及低成本化；因此，本实用新型变频器绝缘等级高、结构简单、占用空间小且成本低廉，进而适用于快速产业化。