本實用新型涉及電力電子技術領域，特別是關于一種壓裝串底部墊塊結構及集成門極換流晶閘管相模塊。

背景技術：

集成門極換流晶閘管（Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT）是一種高效率和高可靠性的電力半導體器件，具有絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的開關速度快、開關損耗低和晶閘管（Gate Turn-off Thyrisitor，GTO）導通損耗低、阻斷電壓高、輸出電流大的特點，因此被廣泛應用在中壓大功率變頻器中。

考慮到海上風電和船舶領域現(xiàn)場工況的惡劣性以及維護的困難性，中壓大功率變頻器必須具備較高的可靠性以適應現(xiàn)場需求，其中，IGCT相模塊壓裝串的壓裝載荷在器件接觸面上的分布均勻性是影響變頻器的可靠性的關鍵因素之一，將直接影響到IGCT和二極管運行的可靠穩(wěn)定性能。

圖1為一種IGCT相模塊的結構示意圖。如圖1所示，IGCT相模塊包括IGCT壓裝串21、續(xù)流二極管壓裝串22和吸收二極管壓裝串23，三者在壓裝框架10的上壓板11與下壓板12之間呈“品”字形分布，每個壓裝串包括壓裝組件20、絕緣墊塊211、散熱器212、功率開關元件213以及底部墊塊214，請結合圖2，每個壓裝串上端受到壓裝組件30施加的壓裝力F1，下端受到下壓板12的支撐力F2，兩者大小相等，施加到壓裝串上的壓裝力大小需符合指定值且壓裝力均勻分布在功率開關元件的接觸面上，從而保證功率開關元件的可靠穩(wěn)定運行，其中，壓裝串底部墊塊是影響壓裝力在功率開關元件接觸面上分布均勻性的關鍵因素之一。

如圖2所示，由于各零部件加工誤差以及裝配偏差，使得壓裝組件20的球頭螺栓201的軸線與壓裝串軸線之間存在平行偏移和角度偏移，同時，在IGCT壓裝串21中，因IGCT的門驅215懸空，門驅重力G對壓裝串將形成一個傾斜力矩M，而門驅重力矩不可避免地增加球頭螺栓201的軸線和壓裝串軸線之間的角度偏移程度，使得目前常用的平面底部墊塊（壓裝串底部和下壓板是平面接觸）在壓裝均勻性方面效果一般，尤其是靠近底部的兩個功率開關元件出現(xiàn)壓裝均勻性較差情況的概率比較大。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種壓裝串底部墊塊結構，可提高壓裝力在功率開關元件接觸面上的分布均勻性。

本實用新型提供一種壓裝串底部墊塊結構，所述壓裝串底部墊塊結構包括墊塊與定位銷，所述墊塊的底部在所述墊塊的軸線位置處設有外凸球面，所述定位銷穿設于所述墊塊的軸線上且凸出于所述外凸球面，所述定位銷凸出于所述外凸球面的部分以及所述外凸球面與壓裝串下方壓板上的定位部配合定位。

進一步的，所述墊塊沿軸線設有通孔，所述通孔包括第一通孔段與第二通孔段，所述第一通孔段貫穿所述墊塊的頂部，所述第二通孔段貫穿所述外凸球面，所述第二通孔段用于安裝所述定位銷，所述第一通孔段用于與所述壓裝串位于所述墊塊上方的部分配合定位。

進一步的，所述第二通孔段與所述定位銷之間過渡配合。

進一步的，所述外凸球面的球面區(qū)域小于半個球面。

進一步的，所述定位部包括定位孔與定位面，所述定位孔與所述定位銷配合，所述定位面與所述外凸球面面接觸。

進一步的，所述定位孔與所述定位銷之間過渡配合。

進一步的，所述定位面為一內凹球面，所述內凹球面形成于所述壓板的上端面且球心位于所述定位孔的軸線上，所述外凸球面與所述內凹球面之間面接觸。

進一步的，所述內凹球面的球心與所述外凸球面的球心重合，所述內凹球面的球面區(qū)域小于所述外凸球面的球面區(qū)域。

進一步的，所述墊塊為圓盤狀。

本實用新型還提供一種集成門極換流晶閘管相模塊，包括如上所述的壓裝串底部墊塊結構。

本實用新型的實施例中，壓裝串底部墊塊結構包括具有底部具有外凸球面的墊塊和定位銷，兩者分別與壓裝串下方壓板上的定位部作用，能有效補償球頭螺栓施加給壓裝串的壓裝力與壓裝串軸線間的偏移，從而在提高壓裝均勻性的同時，保持整個壓裝串的力系平衡，有助于提升集成門極換流晶閘管相模塊的可靠性。此外，壓裝串底部墊塊結構簡單，方便加工和操作，成本低且兼容性好。

附圖說明

圖1為一種IGCT相模塊的結構示意圖。

圖2為IGCT壓裝串的相關載荷示意圖。

圖3a為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構的結構示意圖。

圖3b為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構在另一視角上的結構示意圖。

圖4為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構的剖視示意圖。

圖5為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構在使用狀態(tài)下的配合結構剖視示意圖。

圖6為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構的工作原理示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本實用新型的具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。

圖3a為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構的結構示意圖。圖3b為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構在另一視角上的結構示意圖。圖4為本實用新型實施例提供的壓裝串底部墊塊結構的剖視示意圖。如圖3a、圖3b及圖4所示，本實用新型實施例的壓裝串底部墊塊結構30（以下稱“墊塊結構30”）包括墊塊31與定位銷32，墊塊31的底部在墊塊31的軸線位置處設有外凸球面311，定位銷32穿設于墊塊31的軸線上且凸出于外凸球面311的表面。

在本實施例中，墊塊31為圓盤狀，外凸球面311的球面區(qū)域小于半個球面。在墊塊31的底部設置外凸球面311可減小墊塊31與壓板40的接觸面積，同時，外凸球面311的球面區(qū)域小于半個球面可降低外凸球面311的高度，從而提高墊塊結構30的支撐穩(wěn)定性。

請繼續(xù)參考圖3b與圖4，墊塊31沿軸線設有通孔312，通孔312包括相互連通的第一通孔段312a與第二通孔段312b，第一通孔段312a貫穿墊塊31的頂部33，第二通孔段312b貫穿外凸球面311的表面，第二通孔段312b用于安裝定位銷32，第一通孔段312a用于與壓裝串位于墊塊21上方的部分（請參圖1）配合定位。在本實施例中，第二通孔段312b與定位銷32之間過渡配合，且在保證定位銷32與墊塊31可裝配性的同時盡量減小兩者之間的配合間隙。

請參圖5，位于壓裝串下方的壓板40設有定位部，所述定位部包括定位面與定位孔（圖未標號），在本實施例中，定位面為一內凹球面41，該內凹球面41形成于壓板40的上端面42且球心位于所述定位孔的軸線上，也即，內凹球面41形成于壓板40上設有定位孔的位置處。定位銷32凸出于外凸球面311的部分與所述定位孔之間過渡配合，外凸球面311與內凹球面41（也即壓板40的上端面42）之間面接觸，使墊塊結構30與壓板40之間構成球面副結構，有利于壓裝力的分布均勻性與力系平衡。

具體的，內凹球面41的球心與外凸球面311的球心重合，并且，內凹球面41的球面區(qū)域小于外凸球面311的球面區(qū)域。如此，由于外凸球面311的球面區(qū)域小于半個球面，且內凹球面41的球面區(qū)域小于外凸球面311的球面區(qū)域，使得在減小墊塊31與壓板40之間的接觸面積的同時，進一步提高墊塊結構30的支撐穩(wěn)定性，并且，該球面區(qū)域不相等的配合結構使得墊塊31的下端面34與壓板40的上端面42之間留有間隙，可保證墊塊結構30的正常工作。

接下來結合圖6對本實用新型的壓裝串底部墊塊結構的工作原理詳細說明如下。

如圖6所示，方框等效為壓裝串，L2為器件直徑，球頭螺栓施加到壓裝串中心點A的壓裝力F與壓裝串軸線c1c2有一定角度偏移（圖中偏移為偏移的放大結果，實際要?。，F(xiàn)通過對比底部為平面的墊塊和底部設有外凸球面的墊塊的工作過程說明采用本實用新型的壓裝串底部墊塊結構提升壓裝均勻性的原理。

如果壓裝串通過底部為平面的墊塊與壓板接觸，壓裝力F沿著自身方向向壓裝串底部傳遞，相應地，B點為壓板對壓裝串底部的支撐點，此處有兩個分力，分別為平行于軸線c1c2的分力F_v2和垂直于軸線c1c2的分力F_h2，因為F_v2與軸線c1c2有一定偏移，所以底部器件接觸面上的受力是不均勻的，并且偏移越大，不均勻程度越大，對器件越不利。而當壓裝串通過底部設有外凸球面的墊塊和壓板接觸時，接觸區(qū)域被限制在外凸球面311的球面區(qū)域L1范圍內，因而在圖6所示的F和軸線c1c2之間存在偏移的情況下，壓板對壓裝串底部的支撐點不可能在B點，最遠只能是在距離軸線c1c2的L1/2處的D點，并且，由于外凸球面311的球面區(qū)域大于壓板上內凹球面41的球面區(qū)域，可進一步使支撐點向壓裝串的軸線c1c2靠近。如此，壓板對壓裝串底部的支撐點向軸線c1c2靠近，縮短了壓板對壓裝串底部的平行于軸線c1c2的分力F_v2與軸線c1c2的距離，使得壓裝串底部器件的壓裝均勻性得到了提升。同時，由于F_v2向軸線c1c2靠近，在D點處的分力F_v2和在A點處的分力F_v1形成的力矩不足以平衡A點處的分力F_h1對壓裝串底部的力矩，此時，定位銷32與壓板作用產生的力F_h3和力F_h4，可平衡分力F_h1及其對壓裝串底部形成的力矩。至此，通過墊塊31、定位銷32分別與壓板作用，在縮短壓板對壓裝串底部支撐點和壓裝串軸線之間的距離的同時，也保持了整個壓裝串的力系平衡。

本實用新型實施例還提供一種集成門極換流晶閘管相模塊，包括如上所述的壓裝串底部墊塊結構。

綜上，在本實用新型實施例的壓裝串底部墊塊結構中，通過底部具有外凸球面的墊塊和定位銷與壓裝串下方的壓板作用，能有效補償球頭螺栓施加給壓裝串的壓裝力與壓裝串軸線間的偏移，從而在提高壓裝均勻性的同時，保持整個壓裝串的力系平衡，有助于提升集成門極換流晶閘管相模塊的可靠性。此外，壓裝串底部墊塊結構的結構簡單，能很好地融入到現(xiàn)有相模塊的整體結構中，對已經開發(fā)出來的相模塊具有很好的兼容性，方便加工和操作，成本低。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。