本實(shí)用新型涉及用于轉(zhuǎn)換電能的轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，尤其是用于高速和/或變速電機(jī)。

背景技術(shù)：

固態(tài)轉(zhuǎn)換器是能夠?qū)⒁环N電信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有不同特征的另一電信號(hào)的系統(tǒng)。例如，轉(zhuǎn)換器可以使交流電壓轉(zhuǎn)換成具有不同頻率和/或幅度的另一個(gè)交流電壓變得可能，該轉(zhuǎn)換器被稱為交/交或AC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器可以使交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓變得可能，該轉(zhuǎn)換器被稱為交/直或AC/DC轉(zhuǎn)換器。對(duì)于反向的直/交轉(zhuǎn)換，應(yīng)用DC/AC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)最終的實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器可以將直流電壓轉(zhuǎn)換成具有不同電壓的直流電壓，其隨之被稱為DC/DC轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器可以是可逆的或不可逆的。一般地，轉(zhuǎn)換是通過(guò)受控開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

為了用一個(gè)(或多個(gè))電能存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如，電池)來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，尤其是具有永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)，必須要將直流電能轉(zhuǎn)換成三相交流電能。這種轉(zhuǎn)換可以通過(guò)DC/AC轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。這樣的轉(zhuǎn)換器必須提供相對(duì)于彼此電氣相移120°的三個(gè)正弦電壓，其幅值直接取決于轉(zhuǎn)矩需求(也取決于旋轉(zhuǎn)速度)，并且其頻率只取決于連接到轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

通常，DC/AC轉(zhuǎn)換器包括三個(gè)開關(guān)臂。各開關(guān)臂包括兩個(gè)受控開關(guān)和與受控開關(guān)并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)二極管。根據(jù)負(fù)載電流需求，臂可以由多個(gè)并聯(lián)的“子臂”構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)的各相被連接到每個(gè)臂的中點(diǎn)。每個(gè)臂通過(guò)在斬波周期內(nèi)打開和閉合開關(guān)來(lái)分別進(jìn)行控制，從而形成三相信號(hào)。

圖1示出了這樣一種傳統(tǒng)的DC/AC轉(zhuǎn)換器。來(lái)自電能儲(chǔ)存裝置的直流電壓為指示的Udc。三相電機(jī)M由三個(gè)線圈示意性的表示，并且由電流Ia，Ib和Ic供電。轉(zhuǎn)換器包括三個(gè)開關(guān)臂A，B，C，每個(gè)開關(guān)臂A，B，C被分別連接到電動(dòng)機(jī)M的一個(gè)相。每個(gè)開關(guān)臂包括兩個(gè)開關(guān)1和兩個(gè)二極管2。開關(guān)臂A，B，C在電壓轉(zhuǎn)換器Udc的兩個(gè)直流輸入相之間并聯(lián)設(shè)置。開關(guān)臂A，B，C的輸出相被連接到開關(guān)臂的中點(diǎn)(兩個(gè)開關(guān)之間)。

圖2示出了用于傳統(tǒng)的DC/AC轉(zhuǎn)換器(如上面參照?qǐng)D1所描述的)中的，具有恒定的50％占空比的用于開關(guān)的控制信號(hào)COM，開關(guān)端子處的電壓Udc和電流Ic。對(duì)于控制信號(hào)COM，脈沖的低壓部分對(duì)應(yīng)于打開開關(guān)，并且該脈沖的高壓部分對(duì)應(yīng)于閉合所述開關(guān)。這種切換情況被稱為硬或《開/關(guān)》切換。需要注意的是，對(duì)于這種設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器，會(huì)發(fā)生過(guò)沖電壓Udc和過(guò)沖電流Io。電流Io對(duì)應(yīng)于Ic的永久值，并對(duì)應(yīng)于發(fā)送到電動(dòng)機(jī)的電流。

因此，該傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)如下：

·開關(guān)損耗：該設(shè)計(jì)表現(xiàn)出極大的開關(guān)損耗，這可能會(huì)使得它的使用與高開關(guān)頻率不兼容，并因此使其與在極高速度下使用的電動(dòng)機(jī)不相容，

·電流/電壓過(guò)沖：如圖2中所示，這種策略在開關(guān)的瞬時(shí)切換時(shí)表現(xiàn)出電壓和電流過(guò)沖。因此，這種類型的驅(qū)動(dòng)需要在轉(zhuǎn)換器(也被稱為逆變器)的設(shè)計(jì)上對(duì)于各不同部件的電壓和電流設(shè)計(jì)中有一定的余量。這涉及到所用部件的尺寸過(guò)大，(例如：對(duì)于300伏的DC總線電壓，要采用具有600伏標(biāo)稱電壓的IGBT開關(guān))，以及

·顯著的電磁輻射(EMC)。

從“硬開關(guān)”策略的弊端(損耗，與高速電機(jī)不兼容)入手，發(fā)展出了所謂的軟開關(guān)(soft switching)設(shè)計(jì)。因此，為了限制開關(guān)上的電流和電壓的過(guò)沖，線圈和電容器被添加到前面的電路中。線圈調(diào)制電流di/dt的變化(打開)，以及電容調(diào)制電壓dv/dt的變化(關(guān)斷)。此外，為了確保該電路的操作，并因此確保零能量平衡，在所使用的電源的電壓和電容電路之間的電路中加入電阻器。此電阻能夠確保該電路的操作，并將電容電路的端子處的電壓降回來(lái)。在專利申請(qǐng)WO 11016854中特別描述了這樣的DC/AC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。

圖3表示了一個(gè)具有用于軟開關(guān)的電容器Cs、線圈Ls、電阻器R和電容器Cov的開關(guān)臂(具有兩個(gè)開關(guān)1)的簡(jiǎn)化圖。該電路被稱為“緩沖電路(UndelandSnubber)”。電壓Udc對(duì)應(yīng)于直流電能儲(chǔ)存裝置的端子處的電壓。線圈Ls被設(shè)置在直流輸入相Udc和開關(guān)臂A之間。一個(gè)支路從線圈Ls和開關(guān)臂A之間的接點(diǎn)處開始，這個(gè)支路包括兩個(gè)二極管D，并且到達(dá)電阻器R和電容器Cov之間的接點(diǎn)處。電阻器R的另一端連接到轉(zhuǎn)換器的直流輸入相。電容器Cs的另一端連接到開關(guān)臂A的交流輸出相。電容器Cov的另一端連接到接地端。電容器Cs能夠?qū)﹂_關(guān)端子處電壓的變化進(jìn)行調(diào)制。由于開關(guān)的軟開關(guān)，該電容器存儲(chǔ)能量的一部分。該能量的另一部分存儲(chǔ)在較高值的電容器Cov中。接著，存儲(chǔ)在該電容器中的能量通過(guò)電阻器返回到所使用的儲(chǔ)存系統(tǒng)(電池)中。線圈Ls能夠調(diào)制開關(guān)端子處的電流的改變。事實(shí)上，線圈Ls產(chǎn)生的能量不會(huì)完全存儲(chǔ)在電容器Cs中，因而需要使用具有比Cs值更高的值的第二電容器Cov。電阻器保證了系統(tǒng)的操作，并能夠?qū)㈦妷篤rec降低回來(lái)。

通過(guò)與圖2類似的方式，圖4表示了在所謂的“軟”開關(guān)情況下開關(guān)信號(hào)COM、電壓Udc的變化和開關(guān)的電流Ic。對(duì)于控制信號(hào)COM，脈沖的低壓部分對(duì)應(yīng)于開關(guān)打開，并且該脈沖的高壓部分對(duì)應(yīng)于開關(guān)閉合。在該圖中，應(yīng)當(dāng)被注意的是，與稱作“硬”開關(guān)的策略相比，電壓Udc和電流Ic的過(guò)沖已經(jīng)被減少。

軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是：

·更低的開關(guān)損耗，轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)與高開關(guān)頻率兼容，因此，這種設(shè)計(jì)可用于驅(qū)動(dòng)高速電動(dòng)機(jī)，

·極小的開關(guān)上的電壓和電流過(guò)沖，因此不再需要過(guò)超尺寸的器件，并且

·在切換時(shí)開關(guān)端子處的電壓和電流的變化是由Ls和Cs的選擇分別調(diào)制的。

轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)需要針對(duì)不同電子部件的特定布置，這使得它們的安裝耗時(shí)長(zhǎng)并且復(fù)雜。此外，轉(zhuǎn)換器的這種設(shè)計(jì)呈現(xiàn)的主要缺點(diǎn)在于其需要在電阻器上耗散能量，其目的是使無(wú)源元件的能量平衡為零，因此，將電壓Vrec降低回來(lái)，這意味著能量損失，并因此降低了轉(zhuǎn)換器的效率。

為了減輕這些缺點(diǎn)，本實(shí)用新型涉及一種系統(tǒng)，其用于將直流電功率轉(zhuǎn)換成交流電功率。該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括在印刷電路板上的多個(gè)功率模塊、電能收集模塊和線圈的組裝件。因此，在印刷電路板上的不同模塊的組裝件允許簡(jiǎn)單和快速的安裝轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的電源模塊通過(guò)線圈的存在適用于軟切換，這使得它可以最小化開關(guān)損耗，并限制電壓和電流過(guò)沖。此外，該電能收集模塊使得其能夠減少能量損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型涉及一種用于將直流電功率轉(zhuǎn)換成三相交流電功率的系統(tǒng)，包括三個(gè)開關(guān)臂。所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括在印刷電路板上的每個(gè)開關(guān)臂至少一個(gè)的功率模塊、電能收集模塊以及用于軟開關(guān)的線圈組裝件。

有利的是，所述組件被布置在殼體中。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施，所述電源模塊包括兩個(gè)開關(guān)，兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器。

根據(jù)本實(shí)用新型的一種設(shè)計(jì)，所述電能收集模塊包括連接在一個(gè)接點(diǎn)處的三個(gè)支路，具有：

-第一支路，包括開關(guān)，

-第二支路，包括二極管，

-第三支路，包括電感，以及

-電容器。

根據(jù)一個(gè)變型實(shí)施例，每個(gè)開關(guān)臂包含多個(gè)相關(guān)聯(lián)的功率模塊，優(yōu)選為在兩個(gè)和四個(gè)模塊之間。

有利的是，所述功率模塊，所述線圈和所述電能收集模塊被安裝在所述印刷電路板的一側(cè)上，并且電容器被安裝在所述印刷電路板的另一側(cè)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個(gè)冷卻系統(tǒng)，優(yōu)選的液體冷卻回路。

優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)被置于所述印刷電路板和所述電力和電能收集模塊之間。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括用于測(cè)量電壓和/或電流的電路。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)特征，所述線圈包括通過(guò)化學(xué)蝕刻獲得并且通過(guò)絕緣涂覆進(jìn)行絕緣的多個(gè)銅層。

此外，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括一個(gè)控制板。

根據(jù)一種設(shè)計(jì)，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個(gè)電源板。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案，所述印刷電路板是一個(gè)高密度銅多層電路板。

此外，本實(shí)用新型涉及一種用于根據(jù)前述特征中的一個(gè)來(lái)安裝轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法。對(duì)于這種方法，執(zhí)行以下步驟：

a)定位每個(gè)開關(guān)臂的至少一個(gè)功率模塊和一個(gè)電能收集模塊；

b)所述功率模塊組裝在印刷電路板上；

c)所述的電能收集模塊被組裝在所述印刷電路板上；和

d)線圈組裝在所述印刷電路板上。

有利的是，所述功率和電能收集模塊被定位在一個(gè)殼體中。

優(yōu)選地，所述功率和電能收集模塊和線圈通過(guò)焊接、螺釘緊固和/或卡扣配合被組裝在所述印刷電路板上。

根據(jù)變型實(shí)施例，所述方法包括將電容器組裝在所述印刷電路板上的與所述印刷電路板上組裝了所述功率模塊和所述收集模塊的一側(cè)相對(duì)的另一側(cè)上的步驟。

根據(jù)本實(shí)用新型的一種設(shè)計(jì)，所述方法包括將冷卻系統(tǒng)組裝在所述印刷電路板和所述功率和電能收集模塊之間的步驟。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)特征，所述方法包括用于安裝檢測(cè)電路和/或控制電路板和/或電源板的至少一個(gè)步驟。

本實(shí)用新型還涉及包含至少一個(gè)電能儲(chǔ)存裝置和一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)。電機(jī)系統(tǒng)包括根據(jù)前述特征中的一個(gè)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于將來(lái)自所述電能儲(chǔ)存裝置的直流電能轉(zhuǎn)換為三相交流電能以用于所述電動(dòng)機(jī)。

附圖說(shuō)明

參考附加的并且如下描述的附圖，根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)閱讀非限制性的示例性實(shí)施例的下列描述將變得顯而易見。

圖1如已經(jīng)描述地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)的采用硬開關(guān)的DC/AC轉(zhuǎn)換器。

圖2如已經(jīng)描述地示出了用于根據(jù)圖1的設(shè)計(jì)的DC/AC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)信號(hào)，電壓和一相中的電流。

圖3如已經(jīng)描述如示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采用軟開關(guān)的DC/AC轉(zhuǎn)換器。

圖4如已經(jīng)描述如示出了用于根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)的DC/AC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)信號(hào)，電壓和一相中的電流。

圖5a示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的電能收集模塊的示例性實(shí)施例。

圖5b示出了圖5a的電能收集模塊的電阻等效模型。

圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的電路圖。

圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的設(shè)計(jì)。

圖8通過(guò)第一視圖示出了裝配有根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的印刷電路板。

圖9通過(guò)第二視圖示出了裝配有根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的印刷電路板。

圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的殼體。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型涉及一種能夠?qū)⒅绷麟娔苻D(zhuǎn)換成三相交流電能的DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(轉(zhuǎn)換器)。有利的是，根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以是雙向(可逆)的。因此，通過(guò)根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，三相交流電能可轉(zhuǎn)化成直流電能。

通常，根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括三個(gè)開關(guān)臂，一個(gè)直流輸入相和三個(gè)交流輸出相。每個(gè)轉(zhuǎn)換器臂可包括兩個(gè)受控開關(guān)和兩個(gè)二極管。如已知的，開關(guān)的控制使得其能夠產(chǎn)生交流電壓。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流輸出相連接到各開關(guān)臂的中點(diǎn)，即兩個(gè)開關(guān)之間。

根據(jù)本實(shí)用新型，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括在也被稱為PCB的印刷電路板上的組裝件：

-每個(gè)開關(guān)臂的至少一個(gè)功率模塊，該功率模塊包括至少兩個(gè)開關(guān)，以產(chǎn)生直流功率至交流功率的轉(zhuǎn)換，

-至少一個(gè)線圈，其保證了軟開關(guān)的電流變化的調(diào)制，以及

-電能收集模塊，通過(guò)收集軟開關(guān)時(shí)可獲得的能量，并通過(guò)將其發(fā)送到連接至轉(zhuǎn)換系統(tǒng)直流相的電能儲(chǔ)存裝置(例如電池)，其能夠收集在所謂的軟開關(guān)時(shí)可獲得或產(chǎn)生的能量。

印刷電路板尤其是能夠使得不同模塊(電力和電能收集)以及線圈在不使用電線的情況下電連接。優(yōu)選地，印刷電路板基本上為平面的，并且可以是基本上為矩形的形式。印刷電路板可以是高密度銅多層電路板型，以便優(yōu)化它的設(shè)計(jì)。在這種情況下，電流線被包括在印刷電路板的至少一個(gè)內(nèi)部層中。這種類型的多層板適合于大電流。印刷電路板可以包括用于連接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入和交流輸出的連接器。此外，印刷電路板可以包括固定裝置，用于組裝各種模塊和線圈。這些固定裝置可以是孔，槽和/或突起。

術(shù)語(yǔ)模塊是用來(lái)描述以塊為形式的獨(dú)立元件，其將所有用以確保一個(gè)功能的電子部件組合起來(lái)。因此，每個(gè)功率模塊是包括用于開關(guān)臂的開關(guān)裝置的塊，電能收集模塊是包括能夠收集電能的電子裝置的塊。這種模塊形式的實(shí)施方案能夠簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的裝配和模塊化。實(shí)際上，所述塊可以按照標(biāo)準(zhǔn)方式被分別制造，并且轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是由裝配在印刷電路板上的不同模塊(塊)構(gòu)成。因此，沒(méi)有必要將轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的所有電子部件都組裝在單個(gè)元件上。此外，模塊形式的實(shí)施例使得其能夠簡(jiǎn)化維護(hù)：可以只更換有缺陷的模塊，而無(wú)需更換整體的轉(zhuǎn)換器。該設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊，其可根據(jù)期望的應(yīng)用來(lái)選擇。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，不同的模塊(電力或電能收集)以及線圈通過(guò)焊接，螺釘緊固和/或卡扣配合(夾)，或任何類似的裝置組裝在印刷電路板上。這些組裝裝置意味著允許快速組裝。

在說(shuō)明書中描述的不同的實(shí)施例，特別是不同的模塊的構(gòu)成，可以被組合。

每個(gè)功率模塊用作轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開關(guān)臂。該功率模塊可包含：

-兩個(gè)輸入，其可連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入，第一輸入可連接到正電壓，而第二輸入可連接到地，

-串聯(lián)安裝在兩個(gè)輸入之間的兩個(gè)開關(guān)，開關(guān)可以被控制以便提供交流輸出電流，

-一個(gè)輸出，其可連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流輸出相，輸出被連接在兩個(gè)開關(guān)之間的一個(gè)點(diǎn)上，

-兩個(gè)二極管，其允許電流在一個(gè)方向上通過(guò)，以及

-兩個(gè)電容器，稱為電壓調(diào)制電容器的第一電容器(其允許用于軟開關(guān)的電壓變化的調(diào)制)和第二電容(其能夠存儲(chǔ)在電壓的調(diào)制中產(chǎn)生的卻沒(méi)有存儲(chǔ)在第一電容器中的能量)。

這樣的功率模塊與寬操作電壓范圍相兼容。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，功率模塊只包含這些電子部件：兩個(gè)開關(guān)，兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器。對(duì)于該實(shí)施例，只有第二電容器可以由多個(gè)并聯(lián)關(guān)聯(lián)的電容器(例如兩個(gè)或三個(gè)電容器)構(gòu)成。

此外，功率模塊適合于具有電能收集模塊的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。功率模塊可以包括可連接到電能收集模塊的第二輸出。該第二輸出可以被連接到二極管。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，功率模塊的二極管串聯(lián)安裝。所述二極管可以連接到功率模塊的第一輸入。例如，連接到正電壓的該輸入。在功率模塊包括用于電能收集模塊的第二輸出的情況下，二極管連接到該第二輸出。

此外，電壓調(diào)制電容器可以安裝在兩個(gè)二極管之間的點(diǎn)和該第一輸出之間。

此外，第二電容器可以安裝在功率模塊的第二輸出和第二輸入之間，即安裝到功率模塊的輸入上，并且其上未安裝二極管，例如該第二輸入可對(duì)應(yīng)于接地。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)特征，根據(jù)DC母線的輸入電壓，功率模塊的開關(guān)可以是MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和/或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)型的開關(guān)。對(duì)于高電壓，可以使用IGBT開關(guān)。對(duì)于低電壓，可以使用MOSFET開關(guān)。

優(yōu)選的是，開關(guān)可以由脈寬調(diào)制(PWM)方法來(lái)控制。該調(diào)制方法的一般原則是通過(guò)在適當(dāng)選擇的持續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)用連續(xù)的離散狀態(tài)，有可能獲得在一定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行平均的任何中間值。

為了電壓變化的調(diào)制，第一電壓調(diào)制電容器可具有4至15nF之間的值，優(yōu)選在4和10nF之間。

第二電容器優(yōu)選具有比第一電容器更高的電容值。第二電容器可具有500至5000nF之間的值，優(yōu)選為600至2500nF之間。根據(jù)本實(shí)用新型的變型實(shí)施例，第二電容器可以由并聯(lián)和/或串聯(lián)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)電容器來(lái)構(gòu)成。有利的是，為了限制體積，第二電容器可由并聯(lián)相關(guān)的三個(gè)相同的電容器(具有相同電容值)形成。

有利的是，功率模塊采用塊的形式，從而便于其組裝、緊湊和標(biāo)準(zhǔn)化。該塊可包括支架，包括印刷電路的板，以及功率模塊的電子部件(開關(guān)，二極管，電容器)。該板可以是印刷電路的形式。電子部件安裝在板上。該板被安裝在支架上。塊可以被配置為安裝在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的印刷電路板上。該塊可具有大致為平行六面體的形式。

根據(jù)本實(shí)用新型的變型實(shí)施例，塊可包括多個(gè)用于固定到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的板上的裝置。固定裝置可特別為提供了螺釘通路的至少一個(gè)凹口。凹口可在支架和/或塊的板上提供。凹口可以基本上是長(zhǎng)橢圓的形式。該固定裝置還可以包括至少一個(gè)狹縫或一個(gè)突起，以便允許通過(guò)卡扣配合(夾)來(lái)進(jìn)行固定或允許該塊的定位。

該塊還可以包括用于將多個(gè)模塊固定在一起的固定裝置，以便能夠?qū)⒍鄠€(gè)模塊關(guān)聯(lián)在一起，特別是對(duì)于大電流的情況下，其能夠構(gòu)成轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開關(guān)臂而無(wú)需采用具有高特定特性和價(jià)格昂貴的部件。

圖6以非限制性的方式示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的電路圖。功率模塊包括兩個(gè)輸入E1和E2，其旨在被連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入。輸入E1可對(duì)應(yīng)于正電壓輸入，并且輸入E2可對(duì)應(yīng)于接地。兩個(gè)受控開關(guān)1被串聯(lián)安裝在兩個(gè)輸入E1和E2之間。輸出S連接在兩個(gè)開關(guān)1之間，該輸出S旨在連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出相。兩個(gè)二極管D串聯(lián)安裝在輸入E1和第二輸出Vrec之間，第二輸出Vrec可連接到電能收集模塊。用于電壓調(diào)制的第一電容器Cs連接至兩個(gè)二極管D之間的點(diǎn)和第一輸出S。第二電容器Cov連接在第二輸出Vrec和第二輸入E2之間。

圖7示意性的以及以非限制性的方式示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊。該模塊基本上是塊7的形式。塊7包括印刷電路形式的板8，在其上安裝了各電子部件。板8具有大致為矩形的形狀。板8被安裝在支架9上。支架9具有大致的長(zhǎng)方平行六面體狀的形式。板8和支架9包括若干固定裝置：提供了螺釘通道的凹口10，用于通過(guò)卡扣配合固定和/或用于該塊的定位的兩個(gè)縫隙11和12。電子部件(示意性表示)在與支架9相對(duì)的側(cè)被安裝在板8上。在電子部件中，第二電容器Cov是由并聯(lián)相關(guān)聯(lián)的三個(gè)電容器13構(gòu)成。

根據(jù)本實(shí)用新型，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括電壓和電流調(diào)制電路。電壓和電流調(diào)制電路允許軟切換，這使得其有可能限制開關(guān)損耗，從而限制開關(guān)上的電壓和電流過(guò)沖。調(diào)制電路包括調(diào)制電流變化的線圈，以及用于每個(gè)相的電容器以調(diào)制電壓的變化。線圈直接安裝在印刷電路板上。為了使線圈繞組的銅密度最大化，繞組可由銅層構(gòu)成，該銅層通過(guò)化學(xué)蝕刻獲得并且通過(guò)施加絕緣涂層來(lái)絕緣，以便最小化其對(duì)于高頻可能具有不利的影響的集膚效應(yīng)。被用于調(diào)制的每個(gè)電容器被包括在一個(gè)功率模塊中。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)制電路包括線圈，其連接開關(guān)系統(tǒng)的直流輸入相和開關(guān)臂。

根據(jù)本實(shí)用新型，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括電能收集模塊。有利的是，電能收集模塊不包括任何電阻器。因此，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不包括任何電阻器，而在現(xiàn)有技術(shù)中能量被電阻器所耗散。與此相反，取代了電阻器的電能收集模塊，通過(guò)在軟開關(guān)時(shí)收集可獲得的能量并且通過(guò)將該能量傳輸至連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)直流相的電能儲(chǔ)存裝置(例如電池)，從而使得其能夠收集所謂軟開關(guān)時(shí)可獲得或產(chǎn)生的能量。電能收集模塊的功能是對(duì)開關(guān)的保護(hù)電路進(jìn)行放電，并且使得該能量在DC母線上可用。由此，電損耗被大大降低。電能收集模塊連接到開關(guān)臂和調(diào)制電路。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)可能的設(shè)計(jì)，電能收集模塊可包含至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)二極管，至少一個(gè)電容器和至少一個(gè)開關(guān)?？刂崎_關(guān)以便允許能量的收集以及將其轉(zhuǎn)移到電能儲(chǔ)存裝置中。有利的是，可以用一個(gè)降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成收集電路。

根據(jù)本實(shí)用新型的變型實(shí)施例，電能收集模塊可包括三個(gè)連接于一個(gè)接點(diǎn)的支路，其中：

-第一支路，包括開關(guān)，

-第二支路，包括二極管，和

-第三支路，包括電感器。

由此，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的印刷電路板可以被特定的改變以使用與高切換頻率兼容的軟開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，同時(shí)由為確保調(diào)制電路的操作而加入的無(wú)源電路所造成的損耗被最小化。

電能收集模塊可以塊的形式構(gòu)成，塊包括用于固定到印刷電路板的裝置。固定可以通過(guò)焊接，螺釘緊固，卡扣配合或任何類似的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到該目的，用于固定到印刷電路板的裝置可以是至少一個(gè)孔，例如用于螺釘?shù)耐ǖ?，至少一個(gè)突起，至少一個(gè)縫隙等。

圖5a以示意性和非限制性的方式表示了這樣的電能收集模塊。電能收集模塊包括三個(gè)連接于一個(gè)接點(diǎn)P的支路，其中：

-第一支路，包括開關(guān)6，

-第二支路，包括二極管4(其中流過(guò)依賴于其端子上電壓的電流iL)，和

-第三支路，包括電感器Lrec。

在圖5a中，電容器5表示電能儲(chǔ)存裝置(電池)的電容值，其不屬于收集模塊的組件。電容器5被設(shè)置在電感Lrec和接地之間。

此外，電容器3表示電容值Crec，它是收集模塊的部件。電容器3被設(shè)置在開關(guān)和地之間。

二極管4被設(shè)置在三個(gè)支路的接點(diǎn)和接地之間。

通過(guò)驅(qū)動(dòng)開關(guān)(其占空比)，可以驅(qū)動(dòng)電流iL，其在Vrec和Udc之間流動(dòng)(電流被輸送到電池)。

因此，考慮到由收集模塊和電能儲(chǔ)存裝置的電容形成的組裝件，該組裝件由設(shè)置在點(diǎn)P和接地之間的三個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成，其中：

-第一支路，包括開關(guān)6和電容器3，

-第二支路，包括二極管4，和

-第三支路，包括電感器Lrec和電能儲(chǔ)存裝置的電容器5。

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，二極管處于阻斷模式并且流過(guò)線圈Lrec(在圖5a示出)的電流iL等于

當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，二極管處于導(dǎo)通模式并且流過(guò)線圈Lrec(在圖5a示出)的電流iL等于

因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)該開關(guān)的打開和閉合時(shí)間，就可以控制電流iL的平均值，并且具有等同于電阻電路的操作。

圖5b以非限制性的方式表示了圖5a所示的電能收集模塊的等效電路圖。由此，電能收集模塊等效于一個(gè)等效電阻Req，電流iL通過(guò)其中，但沒(méi)有電能消耗。

對(duì)于這個(gè)變型實(shí)施例，在該電路中的平均電流可以通過(guò)以下形式來(lái)表示：

其中：

-T開關(guān)的切換周期，

-V_rec收集電壓，

-U_dc直流輸入相電壓，

-L_rec收集模塊電感，

-Req等效電阻，

-Fsw表示開關(guān)的開關(guān)頻率。

優(yōu)選地，這種能量收集模塊安裝在裝載有調(diào)制電路的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，以使得電能收集模塊被布置在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入相和開關(guān)臂與調(diào)制電路的電容器之間的接合之間。對(duì)于圖5a的實(shí)施例，可連接電能收集模塊以使得：

-連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的直流輸入相(具有電壓U_dc)的收集模塊的點(diǎn)對(duì)應(yīng)在電感器L_rec和第二電容器5(該電容器是電池的電容值)之間的收集模塊的第三支路的點(diǎn)，以及

-連接到調(diào)制電路的開關(guān)臂(具有電壓V_rec)和電容器之間的接合的收集模塊的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于在開關(guān)6和第一電容器3之間的收集模塊的第一支路的點(diǎn)。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括殼體，其中，所述組裝件被安裝在殼體中。殼體可以包括多個(gè)孔：特別是用于直流輸入的以允許與電能存儲(chǔ)系統(tǒng)連接的兩個(gè)孔，以及三個(gè)用于交流輸出的以允許與電動(dòng)機(jī)的相連接的孔。有利的是，殼體可具有大致平行六面體的形式。此外，殼體可以包括用于在各模塊組裝到印刷電路板之前對(duì)其進(jìn)行定位的裝置。該殼體還可包括構(gòu)成轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分的不同的電路和板的位置。

圖10以非限制性的方式示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的不帶蓋的殼體。殼體17具有平行六面體的形式。殼體17包括多個(gè)位置18，其旨在收納功率模塊。根據(jù)所示的示例，殼體17包括9個(gè)位置18以用于9個(gè)功率模塊(每個(gè)開關(guān)臂3個(gè))。殼體17包括旨在收納電能收集模塊的位置19。殼體17還包括旨在用于軟開關(guān)電路的線圈的位置20。此外，殼體17包括用于連接兩個(gè)直流輸入和三個(gè)交流輸出的5個(gè)孔21。在該圖中，表示出了各個(gè)孔和縫隙，它們被用于相對(duì)于印刷電路板的模塊的組裝，并且那些位于邊緣的孔和縫隙被用于固定殼體的蓋。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，印刷電路板還可以包括被稱為母線電容器的電容器。這些母線電容器使得解耦電纜的電感以及調(diào)制電路的線圈的電感成為可能。為了優(yōu)化印刷電路板的表面面積，母線電容器在與各模塊相對(duì)的一側(cè)被安裝在印刷電路板上：模塊被安裝在板的一側(cè)，并且母線電容器被安裝在另一側(cè)。

圖8和9以非限制性的方式從兩個(gè)不同的角度示出了在其上安裝了功率模塊7(這里為9個(gè)功率模塊)以及母線電容器16的印刷電路板14。根據(jù)圖8的視角，母線電容器16被組裝在印刷電路板14的下側(cè)，而電源模塊7被組裝在印刷電路板14的上側(cè)。印刷電路板包括用于將直流輸入連接到交流輸出的5個(gè)插頭15。在這些圖中，電能收集模塊和線圈中均未示出。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個(gè)冷卻系統(tǒng)。從而可以避免電子部件的任何過(guò)熱。優(yōu)選地，冷卻系統(tǒng)為液體冷卻系統(tǒng)，其包括在其中循環(huán)液體的回路。但是，該冷卻系統(tǒng)可以是空氣通風(fēng)或空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)。其中液體循環(huán)的回路可以具有蛇形形狀，從而優(yōu)化冷卻的表面積。液體回路可以被設(shè)置在板和電力和電能收集模塊之間，以便同時(shí)冷卻印刷電路板和各模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括一個(gè)控制板。根據(jù)一個(gè)示例，控制板可以基于來(lái)自德州儀器的DSP，并且可以執(zhí)行以下功能：

-模擬讀數(shù)調(diào)節(jié)，

-輸入和輸出管理，

-保護(hù)規(guī)定的管理，例如在過(guò)壓或過(guò)流的情況下使用能夠切斷轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的裝置，和

-用于開關(guān)臂開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)的管理。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括測(cè)量電路。測(cè)量電路可由可能包括多個(gè)子板的板構(gòu)成。測(cè)量電路能夠測(cè)量控制所必須的量，特別是相電壓和/或電流，和/或母線電壓和電流，和/或電能收集模塊的電壓。

此外，根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可包括電源板，其可產(chǎn)生高頻方波(例如18V頻率為130kHz)，其可以被用于各個(gè)板(例如，控制板，測(cè)量電路的子板)以產(chǎn)生電壓電平。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能以非常高的逆變器(轉(zhuǎn)換器)效率驅(qū)動(dòng)所有類型應(yīng)用中的電動(dòng)機(jī)，尤其是以非常高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換器可以用于嵌入式應(yīng)用，特別是交通工具中，尤其是地上，航空或海軍。

根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還可以用于非嵌入式電能產(chǎn)生系統(tǒng)中，如渦輪機(jī)，微型渦輪機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)。

此外，本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)電能儲(chǔ)存裝置，例如電池，以及一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，例如永磁電動(dòng)機(jī)。電機(jī)系統(tǒng)包括根據(jù)上述實(shí)施例之一的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以將來(lái)自電能儲(chǔ)存裝置的直流電能轉(zhuǎn)換成用于電動(dòng)機(jī)的三相交流電能，并且反之亦可能。因而，借助于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)限制了電損耗。此外，如果轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是雙向(可逆)的，那么其也可以存儲(chǔ)(例如，在電池中)由電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能。

此外，本實(shí)用新型涉及一種用于組裝根據(jù)前述實(shí)施例之一的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的方法。該組裝方法包括以下步驟：

a)定位每個(gè)開關(guān)臂的至少一個(gè)功率模塊和一個(gè)電能收集模塊，特別是定位在一個(gè)殼體中；

b)相對(duì)于各模塊定位印刷電路板，并且功率模塊例如通過(guò)焊接、螺釘緊固、卡扣配合或任何類似的方式安裝到在印刷電路板上；

c)該電能收集模塊例如通過(guò)焊接、螺釘緊固、卡扣配合或任何類似的方式被定位在印刷電路板上；以及

d)線圈例如通過(guò)焊接、螺釘緊固、卡扣配合或任何類似的方式安裝在印刷電路板上。

步驟b)，c)和d)可以任何順序進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。

此外，該方法可以包括在印刷電路板上與組裝有各模塊的板的一側(cè)相對(duì)的側(cè)上組裝母線電容器的的步驟。

此外，該方法可包括安置和裝配冷卻系統(tǒng)的步驟。優(yōu)選地，冷卻系統(tǒng)，特別是液體循環(huán)回路形式的冷卻系統(tǒng)，可設(shè)置在印刷電路板和各個(gè)模塊之間。

此外，該方法可包括用于安裝的下列元件中的至少一個(gè)的至少一個(gè)步驟：測(cè)量電路，控制板，電源板。

比較示例：

提供了比較示例，以便對(duì)根據(jù)本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的損耗與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的損耗進(jìn)行比較。測(cè)試的根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖5的實(shí)施例的電路，其具有根據(jù)圖8和圖9的實(shí)施例的安裝。現(xiàn)有技術(shù)的DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)硬開關(guān)和軟開關(guān)，分別根據(jù)圖1和圖3的實(shí)施例。

對(duì)于這個(gè)示例，用于具有50kW的額定功率的逆變器的值如下：

-Ls～＝300微亨，

-Cs～＝6.8納法，

-Cov～＝1410納法，

-V_rec～＝1.5Vbus，

-Lrec＝56微亨，

-Crec＝20納法，

-開關(guān)類型：IGBT。

表1-比較示例

應(yīng)當(dāng)注意的是，相比于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠減少約42.5％的總損耗。這種減少是由于連接至軟開關(guān)的開關(guān)損耗的減少(相對(duì)于硬開關(guān)，開關(guān)損耗減少了50％)，以及在附加電路中耗散的損耗的減少(相對(duì)于軟開關(guān)，耗散損耗減少了85％)。