可扩展功率逆变器的制作方法

1.本公开涉及功率逆变器，并且具体地涉及可扩展功率逆变器。


背景技术：

2.逆变器利用电力电子器件向多个应用和负载供应变化的交流电输出。在变速发电机组系统中，内燃发动机或其它变速机械动力源以机械方式驱动发电机以提供可变ac电输出。这些发电机组系统通常使用电力电子器件来管理和施加所述ac输出。
3.逆变器具有某些最大功率输出，例如150kw。然而，不同的应用需要不同的功率量。例如，非公路机器应用通常需要150kw至1,200kw范围内的功率。找到足以满足给定功率需求的逆变器，收集共同满足功率需求的逆变器的组合，或构建定制逆变器来处理特定应用可能是困难的和/或昂贵的。
4.已经开发了扩展逆变器功率的解决方案。例如，美国专利号9,722,510(―’510专利”)描述了具有―模块化”印刷电路板的逆变器平台。安装到印刷电路板的部件可以在不同的物理配置之间切换以提供期望的功率输出量和类型。例如，电路板具有电容器组占用空间，电容器的不同组合可以填充在电路板中且连接到整流器或逆变器桥。
5.尽管’510专利的解决方案在一定程度上提供了逆变器可配置性和可扩展性，但它可能具有某些缺点。例如，最终，可扩展性和可配置性受到印刷电路板的占用空间和可以被填充到该占用空间中的特定部件的限制。
6.本公开涉及现有技术的一个或多个改进。


技术实现要素：

7.一个方面涉及一种功率逆变器。所述功率逆变器可具有逆变器单元，所述逆变器单元具有限定主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室的壳体。所述主隔室可包含：逆变器功率模块，所述逆变器功率模块被配置成将直流(dc)功率转换成交流(ac)功率输出；逆变器驱动模块，所述逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；逆变器控制模块，所述逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出；以及电容器，所述电容器用于耦合到所述dc功率。所述电容器可以布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方。另外，所述功率逆变器可具有底座，所述壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。
8.另一个方面涉及一种机器，其具有：动力源；发电机，所述发电机机械耦合到所述动力源并且被配置成产生交流(ac)功率；整流器，所述整流器被耦合以从所述发电机接收交流(ac)功率并且提供整流输出；直流(dc)链路，所述直流(dc)链路被配置成接收所述整流输出并且提供dc功率输出。所述机器可以具有逆变器单元，所述逆变器单元具有壳体，所述壳体限定主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室。所述主隔室可包含：逆变器功率模
块，所述逆变器功率模块被配置成将所述dc功率输出转换成ac功率输出以及反之亦然；逆变器驱动模块，所述逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；以及逆变器控制模块，所述逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出。另外，所述主隔室可具有电容器，所述电容器用于耦合到所述dc功率，所述电容器布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方。所述逆变器单元可具有底座，所述壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。
9.另一方面涉及一种功率逆变器。所述功率逆变器可包括第一逆变器单元，所述第一逆变器单元具有第一壳体部分，所述第一壳体部分限定第一主隔室和邻近所述第一主隔室的第一侧向隔室。所述第一主隔室可包含：第一逆变器功率模块，所述第一逆变器功率模块被配置成将直流(dc)功率转换成交流(ac)功率输出；第一逆变器驱动模块，所述第一逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；第一逆变器控制模块，所述第一逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出；以及第一电容器，所述第一电容器用于耦合到所述dc功率，所述电容器布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方。
10.所述功率逆变器还可以包括第二逆变器单元，所述第二逆变器单元具有第二壳体部分，所述第二壳体部分限定第二主隔室和邻近所述第二主隔室的第二侧向隔室。所述第二主隔室可包含：第二逆变器功率模块，所述第二逆变器功率模块被配置成将所述dc功率转换成所述ac功率以及反之亦然；第二逆变器驱动模块，所述第二逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述第二逆变器功率模块；第二逆变器控制模块，所述第二逆变器控制模块被配置成将控制信号提供到所述第二逆变器驱动模块；以及第二电容器，所述第二电容器用于耦合到所述dc功率，所述第二电容器布置在所述第二逆变器功率模块、所述第二逆变器驱动模块或所述第二逆变器控制模块中的至少一者上或上方。另外，所述功率逆变器可以具有底座，所述第一壳体部分和所述第二壳体部分位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从所述第一功率模块和所述第二功率模块、所述第一逆变器驱动模块和所述第二逆变器驱动模块或所述第一逆变器控制模块和所述第二逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。
附图说明
11.图1是示出机器的示例性电驱动系统的框图。
12.图2示出与图1的电驱动系统相关联的逆变器的框图表示。
13.图3示出了根据所公开的实施例的图2的逆变器的逆变器单元的实施例。
14.图4示出了以序列方式组合的图3的两个逆变器单元。
15.图5示出了以堆叠方式组合的图3的两个逆变器单元。
16.图6示出了以序列方式和堆叠方式两者组合的图3的四个逆变器单元。
17.图7是图3的逆变器单元的分解图。
18.图8示出了逆变器单元的第二实施例。
19.图9是图8的逆变器单元的分解图。
20.图10是示出图8中所示的逆变器单元的某些部件的部分透视图。
具体实施方式
21.现在将详细参考具体实施例或特征，其示例在附图中示出。在尽可能的情况下，在整个附图中将使用相应或相似的附图标记来表示相同或相应的部分。
22.图1是示出机器(未示出)的示例性电驱动系统100的框图。例如，所述机器可以是用于工业操作(例如采矿、施工、农业、运输、林业、材料搬运或任何其他工业操作)的公路或非公路车辆。机器可包括用于支撑电驱动系统100的框架(未示出)。电驱动系统100还可以被配置成驱动机器的地面接合装置(未示出)，例如轮子、履带、胎面或用于推进机器的其它装置。所述机器还可以包括操作员站(未示出)，所述操作员站包括各种操作员输入装置和用于控制所述机器的一个或多个操作的接口。
23.如图所示，电驱动系统100可包括具有动力源104(例如内燃发动机)的发电机组103。在发电机组103内，动力源104可以机械耦合到发电机106，以驱动发电机106。发电机106可以被配置成将从动力源104接收的机械功率输入转换成可变频率交流(ac)输出。
24.如图1中所示，发电机106例如经由电耦合将ac输出提供到整流器108。整流器108可以将ac输出转换成直流(dc)功率输出。整流器108还可以经由dc链路112耦合到逆变器110，以将dc功率输出供应到逆变器110。逆变器110可以被配置成将从整流器108接收的dc功率输出转换成ac功率输出。逆变器110还可以电耦合到一个或多个电动机114，并且还被配置成基于机器的操作需求将可变频率ac功率输出供应到电动机114。
25.电动机114可以耦合到地面接合装置以使用来自逆变器110的ac输出驱动地面接合装置。还设想了电动机114可在功率再生事件期间通过dc链路112供应功率，例如当重力或动量作用于地面接合装置时供应功率以驱动电动机114。在实施例中，还可以提供例如电池等能量储存装置(未示出)，以储存从发电机106或功率再生产生的至少部分电能。
26.在一些实施例中，所述机器可具有辅助功率转换器单元(未示出)，所述辅助功率转换器单元被配置成向一个或多个外部电气装置(未示出)供电。辅助功率转换器单元可电连接到dc链路112以从整流器108接收dc输出。辅助功率转换器单元可包括被配置成电连接到dc链路112的辅助逆变器(未示出)。辅助逆变器还可以被配置成将从整流器108接收的dc输出转换成ac输出。该ac输出还可以传送到滤波器单元(未示出)，所述滤波器单元被配置成通过减少ac输出中的不合需要的谐波内容来增强ac输出的质量，以满足例如电力工具、焊接设备等外部电气装置的功率质量要求。
27.图2示出逆变器110的框图表示。逆变器110可包括逆变器功率模块200、逆变器驱动模块202、逆变器控制模块204和传感器模块206。
28.逆变器功率模块200可以被配置成取决于配置将dc功率转换成ac功率，或反之亦然。逆变器功率模块200可能通过滤波器或其它部件可以耦合到dc链路112和一个或多个电动机114(或其它负载)。逆变器功率模块200可以从dc链路112接收dc功率，基于来自逆变器驱动模块202的驱动信号将其转换成ac功率，并且将ac功率输出提供到一个或多个电动机114(或其它负载)。另外，逆变器功率模块200可以从一个或多个电动机114(或其它源)接收ac功率，例如在其中电动机114充当发电机的功率再生事件期间，将ac功率转换成dc功率，并且将dc功率耦合到dc链路112。
29.逆变器功率模块200可包括半导体桥电路系统(未示出)。例如，取决于实施方案，电路系统可包括硅绝缘栅双极晶体管(igbt)或场效应晶体管(fet)的组合。替代地，电路系统可包括宽带隙晶体管的组合，例如碳化硅或氮化镓晶体管。另外，在示例中，晶体管可被配置为多电平逆变器桥，其在桥的每个支腿处提供中间电压电平以允许对输出进行电压控制或在输入/输出上的较高电压利用率。
30.逆变器驱动模块202可以生成驱动信号以驱动逆变器功率模块200。特别地，逆变器驱动模块202可以从逆变器控制模块204接收控制信号，并且基于这些信号生成信号以驱动逆变器功率模块200的栅极端子。在一个实施例中，逆变器驱动模块202可包括具有驱动电路系统的印刷电路板模块。
31.逆变器控制模块204可以从传感器模块206接收信号，所述信号包含关于逆变器功率模块200的ac功率输出(或输入)的感测电压和/或电流的信息。并且，基于这些信号，逆变器控制模块204可以生成信号以控制逆变器驱动模块202以针对给定逆变器配置生成或修改期望ac功率输出(或输入)。例如，逆变器功率模块200可以被配置成用于单相输出、两相输出、三相输出、分相输出或另一类型的输出。逆变器控制模块204还可以根据配置逆变器功率模块200所用于的特定类型的功率输出来生成控制信号。在一个实施例中，逆变器控制模块204可以包含具有计算硬件和/或软件的印刷电路板，所述计算硬件和/或软件被配置成分析从传感器模块206接收的信号，并生成控制信号作为输出。
32.在一些实施例中，逆变器控制模块204可以提供多个可选功率输出模式，每个模式对应于逆变器功率模块200被配置成产生的不同类型的功率输出。逆变器控制模块204可以自动选择所需输出模式，或者该模式可以由操作员通过接口或现场诊断/配置工具来选择。
33.传感器模块206可具有被配置成感测ac输出(或输入)的电流和/或电压的传感器。例如，传感器模块206可具有用于生成(或由逆变器功率模块200接收)的ac功率输出(或输入)的每一相的传感器。另外，传感器模块206可以向逆变器控制模块204提供关于所感测的ac功率输出(或输入)的电流和/或电压的信息。与逆变器的其它模块类似，传感器模块204可包括例如印刷电路板，所述印刷电路板具有适当的硬件、软件和/或传感器，以用于感测ac输出或输入的电特性，分析所感测的电特性，并且将关于所感测的电特性的信息提供给逆变器控制模块204。
34.图3示出逆变器110的单个逆变器单元300的一个实施例的表示。如下文所解释的，根据所公开的实施例，逆变器110可包括一个或多个逆变器单元300以允许通过将一个或多个逆变器单元300组合到单个封装中而在功率水平范围上进行扩展。
35.如图3中所示，逆变器单元300可包括壳体302，所述壳体具有第一侧向隔室304、第二侧向隔室306和主隔室308。壳体302可以位于底座309上并安装到底座，所述底座可以是散热器。在图3所示的实施例中，主隔室308可以具有在第一侧向隔室304与第二侧向隔室306之间的中心位置。第一侧向隔室304和第二侧向隔室306可相对于主隔室308彼此相对。
36.在一些示例中，壳体302可由挤压铝或铝合金制成，且向逆变器单元300提供应变释放。尽管图3将壳体302示出为开放框架，但壳体可具有盖(未示出)，所述盖在附接时根据设计目标或根据法规的要求将逆变器110与外部环境密封。在一个实施例中，壳体302可具有类立方形(即，箱形)形状。
37.第一侧向隔室304可以容纳和/或支撑逆变器单元300的ac连接部件。例如，如图3
中所示，ac电缆连接器310可以安装到第一侧向隔室304的顶表面312。当固定到顶表面312时，ac电缆连接器310可在第一侧向隔室304的内部与外部环境之间形成密封。在操作中，一组电缆(未示出)的第一端可连接到ac电缆连接器310，并且该组电缆的第二端可根据应用直接或间接地通过其它电路系统(例如，滤波器)连接到ac负载或源，例如电动机114。在图3中，ac电缆连接器310示出为盖开启。可以移除盖以附接电缆。
38.在第一侧向隔室304内，相应的ac电缆接线头314可以在第一端处连接到ac电缆连接器310，并且朝向第二端穿过将第一侧向隔室304与主隔室308分开的壁316。另外，第一侧向隔室304内的ac汇流条(未示出)可以并联耦合相应的ac电缆接线头314及其对应的ac电缆连接器310。ac电缆接线头314可用于从主隔室308中的功率模块200接收ac功率输出并且将其传递到ac电缆连接器310。替代地，当例如在功率再生期间在连接器310处接收ac功率时，ac电缆接线头314可将ac功率输入从ac电缆连接器310传输到主隔室308中的功率模块200。除了提供密封之外，第一侧向隔室304还可以提供应变释放，其防止施加到ac电缆连接器310上的力被传输到逆变器单元300的内部部件。
39.第二侧向隔室306可以容纳和/或支撑逆变器单元300的dc连接部件。例如，如图3所示，dc电缆连接器318可以例如在顶表面320上安装到第二侧向隔室306。当紧固到顶表面320时，dc电缆连接器318延伸穿过顶表面320进入第二侧向隔室306中，并且可以在第二侧向隔室306的内部与外部环境之间形成密封。在操作中，一组电缆(未示出)的第一端可连接到dc电缆连接器318，并且该组电缆的第二端可根据应用连接到dc负载或源，例如dc链路112。在图3中，dc电缆连接器318示出为盖打开，但盖可被移除以附接电缆。
40.在第二侧向隔室306内，dc电缆连接器318可以耦合到dc汇流条322。dc汇流条322可用于从dc电缆连接器318接收dc功率，并且将dc功率提供到主隔室308中的逆变器的内部电路系统。如图3中所示，dc汇流条322可安装到将第二侧向隔室306与主隔室308分开的壁324。dc汇流条322可以从逆变器单元300的前侧326延伸到逆变器单元300的后侧328，从而并联连接dc电缆连接器318。
41.当电在相反方向上流动时，dc汇流条322可用于从内部逆变器电路系统接收dc功率，并且将其传递到dc电缆连接器318以用于为附接的dc负载供电。除了提供密封之外，第二侧向隔室306，包括其顶表面320可以提供应变释放，所述应变释放防止施加到dc电缆连接器318的力被传输到逆变器单元300的内部部件。[eric/johnson
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我们可以补充任何关于应变释放的内容？请在此处填写详细信息，如果需要，我可以查看/修改。]
[0042]
在示例中，逆变器单元300的多个实例可以并排并且以序列方式封装在单个壳体302内以增加总可用功率输出。例如，假设单个逆变器单元300提供150kw的最大功率输出。为了将总可用功率输出加倍到300kw，两个逆变器单元300可以并排地封装在同一壳体302内，作为单个逆变器110。此构造未在图4中示出。
[0043]
如图4中所示，在此配置中，一个逆变器单元300的前侧326邻接相邻逆变器单元300的后侧328。相邻单元300的dc汇流条322可以并联耦合，例如，形成单个较长的汇流条。也就是说，一个逆变器单元300的dc汇流条322可以继续延伸超出该逆变器单元300的前侧326和/或后侧328，并且进入相邻逆变器单元300的第二侧向隔室306，其中dc汇流条322类似地耦合到相邻逆变器单元300的dc电缆连接器318。相邻逆变器单元300的ac汇流条可以类似地并联耦合，因此将相邻单元300的ac电缆连接器310并联耦合。
[0044]
此配置可提供若干优点。例如，由于它们是并联连接的，因此可以使用单组ac电缆连接器310和/或单组dc电缆连接器318来接入两个逆变器单元300的功率，并且剩余连接器310和/或318可以例如在其盖打开的情况下保持未使用。另一方面，为了处置较大量的功率和/或电流，可以使用多组连接器310和/或318。另外，附加组的连接器310和/或318可以允许多个源(例如，发电机)或多个负载(例如，电动机)分别连接到相同的电节点，而不需要附加硬件将多个源或负载电耦合到同一组连接器310和/或318。另外，如图所示，在这种并排配置中，多个逆变器单元300可以共享相同的底座309。
[0045]
在另一示例中，两个逆变器单元300可以堆叠(即，―背对背”)方式组合，使得它们共享相同的底座309。在此配置中，如图5所示，两个逆变器单元300可以共享共同dc汇流条322和共同ac汇流条。例如，一个单元300的dc汇流条322可以延伸穿过第二侧向隔室306的底部内表面330中的开口，穿过底座309中的开口，并且穿过下方邻接的逆变器单元300的第二侧向隔室306的底部内表面330中的开口。dc汇流条322可以继续延伸到邻接的逆变器单元300的第二侧向隔室306中，其中dc汇流条322类似地与第一单元300的dc电缆连接器并联耦合到相邻逆变器单元300的dc电缆连接器318。ac汇流条可具有类似的配置以并联连接两个堆叠逆变器单元300的ac电缆连接器310。
[0046]
在另外其它实施例中，两个逆变器单元300的倍数可以并排且背靠背地组合(即，以序列方式和以堆叠方式两者)。例如，并排且背对背配置多个逆变器单元300可以使得单元300有效地并联，同时适应不同应用的不同形状因子或占用空间。该配置在图6中示出，该图示出了以此方式组合的四个逆变器单元300。这些配置中的每一个允许在不同占用空间下扩大功率输出，同时共享共同底座309和共同汇流条。可基于各种因素选择特定配置，包括给定应用中逆变器的特定大小/形状约束。
[0047]
返回图3，主隔室308可以容纳逆变器单元300的电路系统。具体地说，主隔室308可以包含逆变器功率模块200、逆变器驱动模块202、逆变器控制模块204和传感器模块206。另外，主隔室308可含有电容器332，以及其它部件。
[0048]
在一个实施例中，逆变器功率模块200、逆变器驱动模块202和逆变器控制模块204中的一者或多者可以在主隔室308内以堆叠334方式布置。为了另外清楚起见，图7在逆变器单元300的分解视图中识别堆叠334。如图7中所示，逆变器功率模块200可以位于主隔室308的底部内表面330上并安装到该底部内表面。逆变器驱动模块202可以位于逆变器功率模块200上或上方，且逆变器控制模块204可以位于逆变器驱动模块202上或上方。
[0049]
电容器332可以位于逆变器控制模块204上或上方，并且可以耦合在dc汇流条322的正极和负极之间。在一个实施例中，电容器332在其底侧338中可包括腔336，腔容纳例如至少部分地围绕下面堆叠的一个或多个模块200-204。为了形成腔336，电容器332可以具有侧向突起340，所述侧向突起朝向底部内表面330延伸并且侧向地包围堆叠的一个或多个模块200-204。侧向突起340可以是电容器的壳体的一部分，或者可以是单独的安装硬件元件，这取决于期望的组装和任一配置的成本效益。如图中所示，电容器332可以填充主隔室308的大部分体积。
[0050]
电容器332可以耦合在dc链路112的正端子与负端子之间。在操作中，当源和/或负载变化时，电容器332可以减小电压变化对dc链路112的影响。根据所公开的实施例，电容器332可以是高温和/或高密度电容器。例如，在一个实施例中，电容器332可以包含新型电容
器技术，所述新型电容器技术相对于通常在此类功率逆变器应用中使用的常规标准聚丙烯膜电容器具有高温功能。电容器332可以表现出这种常规电容器的能量密度的两倍。此配置可以允许有更大的自由度将电容器332放置在逆变器单元300内。例如，将电容器332直接放置在模块200-204中的一个或多个上方可以提高电性能并减小整体封装尺寸——使得能够对壳体302使用挤压工艺，从而进一步降低成本。常规膜电容器可能不允许直接放置在一个或多个模块200-204上方，因为它们具有大致115℃的操作温度限制，并且因为它们不会配合在壳体302的挤压型材尺寸限制内。
[0051]
主隔室308还可以包含传感器模块206。在一个实施例中，传感器模块206可以布置在将主隔室308与第一侧向隔室304分开的壁316上或壁处。穿过壁316的ac电缆接线头314可以具有与传感器模块206的相应连接。
[0052]
底座309可以充当逆变器单元300的结构支撑件。逆变器单元300的壳体302可以位于底座309的顶侧342上并安装到该顶侧。可以是散热器的底座309可以将热量从逆变器功率模块200排出并排出壳体302。底座309可具有一个或多个冷却剂管344，所述一个或多个冷却剂管纵向延伸穿过底座309，循环流体冷却剂(例如，水)以控制底座309的温度。当多个逆变器单元300并排封装时，冷却剂管344可以在共同底座309内延伸多个单元300的长度。
[0053]
当多个逆变器单元300背对背堆叠时，如图5所示，一个逆变器单元300可以位于并安装到底座309的顶侧342，而另一个逆变器单元300可以位于并安装到底座309的底侧346。因此，堆叠逆变器单元300可以共用相同的底座309。在一个实施例中，底座309可以由挤压铝或铝合金制成。
[0054]
图8示出了逆变器单元300(示出三个单元)的另一实施例，其中壳体302被分解，包括盖800。壳体302可由挤压铝或铝合金制成，具有立方形形状，并且提供逆变器单元300的应变释放和密封，类似于上文针对图3论述的。在此替代实施例中，壳体302可具有主隔室308，但仅具有一个侧向隔室802，且ac连接器和dc连接器可驻存在逆变器单元300的相同侧——侧向隔室802的一侧上。
[0055]
图8的实施例的多个逆变器单元300可以并排和/或背对背组合，共享共同底座309，如上文关于图4和5所论述。因此，可以通过以下各项来实现所公开的逆变器的可扩展性：在底座309的单一侧上在壳体302内扩展；在两个壳体302内扩展，在底座309的每侧上一个壳体；将多个逆变器单元300并排地布置在相同壳体302中，其dc汇流条322从外部互连；和/或关于底座309背靠背布置多个逆变器单元300，其中它们的dc汇流条322从外部互连连接。应当理解，图8示出了三个相同的逆变器单元300，其并排布置于具有相同横截面轮廓的扩展壳体302内且在共同底座309上，类似于图4中的两个逆变器单元300。
[0056]
侧向隔室802可以容纳和/或支撑逆变器单元300的ac连接部件。图8中所示的ac电缆连接器804，其盖被移除，可安装到侧向隔室802的顶表面806。当安装到顶表面806时，电缆连接器804可在侧向隔室802的内部与外部环境之间形成密封。在操作中，根据配置，一组电缆(未示出)的第一端可连接到电缆连接器804，且该组电缆的第二端可连接到ac负载或源。
[0057]
在侧向隔室802内，相应的电缆接线头808可以在一端连接到电缆连接器804，并且在另一端，紧固到ac端子块组件810。这在图9中可见，该图示出了替代实施例的逆变器单元300的分解视图。端子块组件810可以安装到将侧向隔室802与主隔室308分开的壁812。
[0058]
电缆接线头808可以从主隔室308中的内部逆变器电路系统接收ac功率输出并且将其传递到ac电缆连接器804。并且，当电在另一方向上流动时，ac电缆接线头808可以从ac电缆连接器804接收ac功率输入并且将其传递到主隔室308中的逆变器电路系统。除了提供密封之外，侧向隔室802还可以提供应变释放，其防止施加到ac电缆连接器804上的力被传输到逆变器单元300的内部部件。将端子块组件810安装在壁812上另外提供结构支撑以防止施加到电缆连接器804上的力传递到容纳在主隔室308内的逆变器的部件。
[0059]
主隔室308可以容纳逆变器单元300的电路系统。具体地说，主隔室308可以包含逆变器功率模块200、逆变器驱动模块202、逆变器控制模块204和传感器模块206。另外，主隔室308可以包含电容器332。
[0060]
类似于图3的实施例，逆变器功率模块200、逆变器驱动模块202和逆变器控制模块204中的一者或多者可以堆叠334方式布置，其中电容器332在主隔室308内部。逆变器功率模块200可以位于主隔室308的底部内表面330上并安装到该底部内表面。逆变器驱动模块202可以位于逆变器功率模块200上或上方，且逆变器控制模块204可以位于逆变器驱动模块202上或上方。
[0061]
电容器332可以位于逆变器控制模块204上或上方，并且可以耦合在dc汇流条322的正极和负极之间。图10示出用于第二实施例的逆变器单元的dc汇流条322的配置。在侧向隔室802的一侧，dc汇流条322的第一端可耦合到对应于电缆连接器804中的两个的子集1000的端子块810。dc汇流条322可以沿着壳体302的底部内表面330从侧向隔室810的一侧延伸到主隔室308的相对端，在那里它们连接到dc链路112。如图中所示，电容器332可以填充主隔室308的大部分体积。根据所公开的实施例，电容器332可以是高温和/或高密度电容器。
[0062]
主隔室308还可以包含传感器模块206。在一个实施例中，传感器模块206可以布置在将主隔室308与侧向隔室802分开的壁812上或壁处。穿过壁812的端子块组件810的后部部分可以具有与传感器模块206以及与ac汇流条1002的相应连接。
[0063]
工业适用性
[0064]
所公开的实施例可以应用在期望在功率水平范围上扩展逆变器的环境中。可以单独或与附加的逆变器单元300组合使用所公开的逆变器单元300，以实现更高的功率水平。这可以允许在功率和成本之间具有线性关系而不是对于具有更大功率的逆变器越来越昂贵的非线性关系的定制解决方案。此益处可部分地归因于将壳体302和/或底座309挤压到对应于给定功率应用所需的逆变器单元数目的期望大小的能力。
[0065]
例如，一个客户可能具有需要150kw的应用，单个逆变器单元300可能能够产生。在这种情况下，壳体302和底座309可被挤压以提供用于单个逆变器单元300的封装。但另一个客户可能具有需要1,200kw的应用，这需要八个逆变器单元300(1,200/150＝8)。在这种情况下，客户可以根据空间限制或其他因素，为八个逆变器单元300选择两个封装选项(或堆叠)中的一个。例如，客户可以选择其中八个单元300布置成以序列方式(如图4中)的封装，其将具有一定长度。或者，客户可以选择其中八个单元300被布置为堆叠的两个四个单元300(如图6中)的封装，这将具有该长度的大约一半，但高度更大。可以通过相应地挤压共享壳体302和底座309来容纳这些类型的封装中的任一个。
[0066]
另外，逆变器单元300内的堆叠334，包括电容器332以及模块200-204中的一者或
多者使得能够对壳体302内的逆变器部件进行高效的物理封装，从而允许可扩展性。在常规逆变器中，以此方式在逆变器模块上堆叠电容器将导致电容器以及可能的一个或多个电子模块过热，从而导致逆变器故障。因此，传统智慧导致偏离本文所述的逆变器封装的类型。然而，如本文所公开的，使用高能量、高密度电容器332使得能够通过使其具有热可行性来物理高效地堆叠所述部件。
[0067]
尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

技术特征：
1.一种功率逆变器，包括：逆变器单元，所述逆变器单元包括：壳体，所述壳体限定主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室，其中所述主隔室包含：逆变器功率模块，所述逆变器功率模块被配置成将直流(dc)功率转换成交流(ac)功率输出；逆变器驱动模块，所述逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；逆变器控制模块，所述逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出；以及电容器，所述电容器用于耦合到所述dc功率，所述电容器布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方；以及底座，所述壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。2.根据权利要求1所述的功率逆变器，其中所述电容器限定腔，所述逆变器控制模块、所述逆变器驱动模块和所述逆变器功率模块中的一者或多者的至少一部分设置在所述腔中。3.根据权利要求1所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元还包括：多个ac电缆连接器，所述多个ac电缆连接器安装到所述第一侧向隔室的外表面，所述多个ac电缆连接器被配置成连接到ac负载或源；以及设置在所述第一侧向隔室内的多个ac电缆接线头，所述多个ac电缆接线头分别连接到所述多个ac电缆连接器，其中所述多个ac电缆接线头电连接到所述逆变器功率模块。4.根据权利要求3所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元还包括布置在所述第一侧向隔室内的多个端子块，并且多个电缆接线头连接到所述多个端子块。5.根据权利要求3所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元还包括：安装到所述第一侧向隔室的外表面的一组dc电缆连接器，多个dc电缆连接器被配置成连接到dc链路；以及设置在所述第一侧向隔室内的一组dc电缆接线头，所述一组dc电缆接线头分别连接到所述一组dc电缆连接器。6.根据权利要求5所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元还包括布置在所述第一侧向隔室内的dc汇流条，所述dc汇流条将所述dc电缆接线头电耦合到所述逆变器功率模块，其中所述电容器耦合到所述dc汇流条。7.根据权利要求6所述的功率逆变器，其中所述dc汇流条在所述逆变器单元的前侧处从所述dc电缆接线头延伸到所述逆变器的后侧，其中所述dc汇流条在所述后侧处电耦合到所述逆变器功率模块。8.根据权利要求3所述的功率逆变器，所述壳体还限定邻近所述主隔室并且与所述第一侧向隔室相对的第二侧向隔室，所述第二侧向隔室具有安装到所述第二侧向隔室的外表面的多个dc电缆连接器，其中所述逆变器单元还包括dc汇流条，所述dc汇流条布置在所述第二侧向隔室内并且
耦合所述dc电缆连接器，并且所述电容器耦合到所述dc汇流条。9.根据权利要求1所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元还包括布置在所述主隔室内的传感器模块，所述传感器模块被配置成感测所述逆变器模块的功率输出，并且将关于所感测的功率输出的信息提供到所述逆变器控制模块。10.根据权利要求9所述的功率逆变器，其中所述壳体还包括将所述主隔室与所述第一侧向隔室分开的壁，其中所述传感器模块布置在所述壁处或所述壁上。11.根据权利要求1所述的功率逆变器，还包括第二逆变器单元，所述第二逆变器单元包括：第二壳体，所述第二壳体限定第二主隔室和邻近所述第二主隔室的第二侧向隔室，其中所述第二壳体的第二主隔室包含：第二逆变器功率模块，所述第二逆变器功率模块被配置成将直流(dc)功率转换成交流(ac)功率；第二逆变器驱动模块，所述第二逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述第二逆变器功率模块；第二逆变器控制模块，所述第二逆变器控制模块被配置成将控制信号提供到所述第二逆变器驱动模块；以及第二电容器，所述第二电容器布置在所述第二逆变器功率模块、所述第二逆变器驱动模块或所述第二逆变器控制模块中的至少一者上或上方。12.根据权利要求11所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元是第一逆变器单元，所述第一逆变器单元位于所述底座的第一表面上，所述第二逆变器单元位于所述底座的与所述第一表面相对的第二表面上，并且所述底座还被配置成从所述第二逆变器功率模块、所述第二逆变器驱动模块或所述第二逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。13.根据权利要求11所述的功率逆变器，其中所述逆变器单元是第一逆变器单元，所述第一逆变器单元邻近所述第二逆变器单元，所述第一逆变器单元和所述第二逆变器单元位于所述底座的第一表面上，并且底座还被配置成从所述第二逆变器功率模块、所述第二逆变器驱动模块或所述第二逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。14.根据权利要求1所述的功率逆变器，还包括延伸穿过所述底座的一个或多个冷却通路。15.一种机器，包括：动力源；发电机，所述发电机机械耦合到所述动力源并且被配置成产生交流(ac)功率；整流器，所述整流器被耦合以从所述发电机接收交流(ac)功率并且提供整流输出；直流(dc)链路，所述直流链路被配置成接收所述整流输出并且提供dc功率输出；以及逆变器单元，所述逆变器单元包括：壳体，所述壳体限定主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室，其中所述主隔室包含：逆变器功率模块，所述逆变器功率模块被配置成将所述dc功率输出转换成ac功率输出；逆变器驱动模块，所述逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；
逆变器控制模块，所述逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出；以及电容器，所述电容器用于耦合到所述dc功率，所述电容器布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方；以及底座，所述壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。16.根据权利要求15所述的机器，其中所述电容器限定腔，所述逆变器控制模块、所述逆变器驱动模块和所述逆变器功率模块中的一者或多者的至少一部分设置在所述腔中。17.根据权利要求15所述的机器，其中所述逆变器单元还包括：多个ac电缆连接器，所述多个ac电缆连接器安装到所述第一侧向隔室的外表面，所述多个ac电缆连接器被配置成连接到ac负载或源；以及设置在所述第一侧向隔室内的多个ac电缆接线头，所述多个ac电缆接线头分别连接到所述多个ac电缆连接器，其中所述多个ac电缆接线头电连接到所述逆变器功率模块。18.一种功率逆变器，包括：第一逆变器单元，所述第一逆变器单元包括：第一壳体部分，所述第一壳体部分限定第一主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室，其中所述第一主隔室包含：第一逆变器功率模块，所述第一逆变器功率模块被配置成将直流(dc)功率转换成交流(ac)功率输出；第一逆变器驱动模块，所述第一逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块；第一逆变器控制模块，所述第一逆变器控制模块被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述ac功率输出；以及第一电容器，所述第一电容器用于耦合到所述dc功率，所述电容器布置在所述逆变器功率模块、所述逆变器驱动模块或所述逆变器控制模块中的至少一者上或上方；以及第二逆变器单元，所述第二逆变器单元包括：第二壳体部分，所述第二壳体部分限定第二主隔室和邻近所述第二主隔室的第二侧向隔室，其中所述第二主隔室包含：第二逆变器功率模块，所述第二逆变器功率模块被配置成将所述dc功率转换成所述ac功率；第二逆变器驱动模块，所述第二逆变器驱动模块被配置成提供驱动信号以驱动所述第二逆变器功率模块；第二逆变器控制模块，所述第二逆变器控制模块被配置成将控制信号提供到所述第二逆变器驱动模块；以及第二电容器，所述第二电容器用于耦合到所述dc功率，所述第二电容器布置在所述第二逆变器功率模块、所述第二逆变器驱动模块或所述第二逆变器控制模块中的至少一者上或上方；以及底座，所述第一壳体和所述第二壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热
器被配置成从所述第一功率模块和所述第二功率模块、所述第一逆变器驱动模块和所述第二逆变器驱动模块或所述第一逆变器控制模块和所述第二逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。19.根据权利要求18所述的功率逆变器，其中：所述第一逆变器单元位于所述底座的第一表面上，所述第二逆变器单元位于所述底座的与所述第一表面相对的第二表面上，或者所述第一逆变器单元邻近所述第二逆变器单元，并且所述第一逆变器单元和所述第二逆变器单元位于所述第一表面上。20.根据权利要求18所述的功率逆变器，还包括：dc汇流条，所述dc汇流条将所述第一逆变器单元的dc连接器电耦合到所述第二逆变器单元的dc连接器；以及ac汇流条，所述ac汇流条将所述第一逆变器单元的ac连接器电耦合到所述第二逆变器单元的ac连接器。

技术总结
功率逆变器具有逆变器单元，所述逆变器单元具有限定主隔室和邻近所述主隔室的第一侧向隔室的壳体。所述主隔室包含被配置成将直流(DC)功率转换成交流(AC)功率输出的逆变器功率模块、被配置成提供驱动信号以驱动所述逆变器功率模块的逆变器驱动模块、被配置成向所述逆变器驱动模块提供控制信号以控制所述AC功率输出的逆变器控制模块以及用于耦合到所述DC功率的电容器。电容器布置在逆变器功率模块、逆变器驱动模块或逆变器控制模块中的至少一者上或上方。另外，功率逆变器具有底座，所述壳体位于所述底座上，所述底座包括散热器，所述散热器被配置成从逆变器功率模块、逆变器驱动模块或逆变器控制模块中的一者或多者排走热量。热量。热量。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2023/8/13