高低压转换电路的承载结构

技术领域

本案涉及一种承载结构，尤其涉及一种高低压转换电路的承载结构，以避免导体外周缘因高电场强度而发生尖端局部放电。

背景技术

随着经济的发展，用电需求急剧地增多，而对于用电的安全要求也越来越高。以常见应用于中压等级固态变压器的应用为例，多个电源转换模块架构于单一系统机柜中，而每一电源转换模块需先承载于一隔离载体上以整合至系统机柜内。由于此类电源转换模块包含有高低压转换电路，隔离载体在隔离高低转换电路中的高压电路与低压电路时，于空间上更对应着电压差所形成的高电场强度。因此承载用的隔离载体，在高电场强度作用下必须避免结构缺陷产生局部放电的重复击穿和熄灭的现象。

然而，在传统固态变压器的电源转换模块中，高压电路与低压电路分别对应设置有均匀电场的导体层，然而导体层的外周缘在高电场强度作用下会产生尖端局部放电的现象。

有鉴于此，实有必要提供一种承载结构，组配承载一产生高电场强度的高低压转换电路，通过沟槽设计导体层收边以解决绝缘载体上导体层的外周缘产生的电场强度过高问题，并避免尖端局部放电的发生，以解决现有技术的缺失。

发明内容

本案的目的在于提供一种承载结构，组配承载一产生高电场强度的高低压转换电路，通过沟槽设计导体层收边以解决绝缘载体上导体层的外周缘产生的电场强度过高问题，并避免尖端局部放电的发生。

本案的另一目的在于提供一种承载结构，配组承载并隔离高压电路与低压电路。承载结构以介电强度大于18kV/mm的绝缘材料构成，于隔离电压差介于10kV至30kV范围的高压电路与低压电路时，导体层的外周缘通过沟槽与绝缘材料收边，使导体层的外周缘与绝缘材料的外表面的距离维持0.6mm以上，则绝缘材料的外表面的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免导体层的外周缘以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。此外，当沟槽与绝缘材料设置于凸起部形成的周壁上时，承载结构可架构形成一例如上半壳体或下半壳体，两对称的半壳体对接形成的承载壳体，则可将高压电路夹设于其间，并将低压电路设置于承载壳体外，即可完成小体积电源转换模块的单元组装，有助于确保固态变压器应用的安全性，提升产品的竞争力。

本案的再一目的在于提供一种承载结构，组配承载具高电场强度的电源转换模块。通过沟槽设计导体层收边的承载结构可进一步应用于可拆离为两对称半壳体的承载壳体。其中绝缘材料通过流体点胶方式填充至沟槽，即可简易整合至两对称半壳体承载电源转换模块的制造流程，且毋需增设额外空间，有效提升承载壳体承载电源转换模块的安全规格以及便利性。

为达前述目的，本案提供一种承载结构，组配承载一高低压转换电路，承载结构包括绝缘载体、第一导体层、第二导体层、第一沟槽以及第一绝缘材料。绝缘载体具有彼此相对的第一表面以及第二表面。第一导体层以及第二导体层分别涂布于第一表面以及第二表面，且第一导体层以及第二导体层之间具有电压差。第一沟槽设置于第一表面上，且环绕第一导体层的外周缘，其中第一导体层自第一表面延伸至第一沟槽内，第一导体层的外周缘位于第一沟槽的底部。第一绝缘材料覆盖第一导体层的外周缘，且填充至第一沟槽内。

附图说明

图1揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体的立体结构图；

图2揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体并组配承载高低压转换电路的截面示意图；

图3揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体呈上下半壳体拆离状态的示意图；

图4A以及图4B揭示本案较佳实施例的承载结构架构于上半壳体部分的结构爆炸图；

图5揭示图2中区域P1的局部放大图；

图6A以及图6B揭示本案较佳实施例的承载结构架构于下半壳体部分的结构爆炸图；

图7揭示图2中区域P2的局部放大图。

附图标号说明：

1：承载壳体

1a、1b：承载结构

10：容置空间

101：前开口

102：后开口

10a、10b：绝缘载体

11a、11b：第一表面

12a、12b：第二表面

13a、13b：第一凸起部

131a、131b：侧壁

132a、132b：顶面

14a、14b：第二凸起部

141a、141b：侧壁

142a、142b：顶面

21：第一铝板

22：第二铝板

31a、31b：第一导体层

32a、32b：外周缘

41a、41b：第二导体层

42a、42b：外周缘

51a、51b：第一沟槽

52a、52b：底部

61a、61b：第二沟槽

62a、62b：底部

71a、71b：第一绝缘材料

72a、72b：外表面

81a、81b：第二绝缘材料

82a、82b：外表面

D1、D2、D3、D4：距离

HV：高压电路

LV：低压电路

P1、P2：区域

X、Y、Z：轴向

具体实施方式

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用于限制本案。例如，若是本揭示以下的内容叙述了将一第一特征设置于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所设置的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的特征设置于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本揭示中不同实施例可能使用重复的参考符号和/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例和/或所述外观结构之间的关系。再者，为了方便描述附图中一组件或特征部件与另一(多)组件或(多)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”及类似的用语等。除了附图所示出的方位之外，空间相关用语用以涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。此外，当将一组件称为“连接到”或“耦合到”另一组件时，其可直接连接至或耦合至另一组件，或者可存在介入组件。尽管本揭示的广义范围的数值范围及参数为近似值，但尽可能精确地在具体实例中陈述数值。另外，可理解的是，虽然“第一”、“第二”等用词可被用于申请权利要求中以描述不同的组件，但这些组件并不应被这些用语所限制，在实施例中相应描述的这些组件是以不同的组件符号来表示。这些用语是为了分别不同组件。例如：第一组件可被称为第二组件，相似地，第二组件也可被称为第一组件而不会脱离实施例的范围。如此所使用的用语“和/或”包含了一或多个相关列出的项目的任何或全部组合。除在操作/工作实例中以外，或除非明确规定，否则本文中所揭示的所有数值范围、量、值及百分比(例如角度、时间持续、温度、操作条件、量比及其类似者的那些百分比等)应被理解为在所有实施例中由用语”大约”或”实质上”来修饰。相应地，除非相反地指示，否则本揭示及随附申请权利要求中陈述的数值参数为可视需要变化的近似值。例如，每一数值参数应至少根据所述的有效数字的数字且借由应用普通舍入原则来解释。范围可在本文中表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。本文中所揭示的所有范围包括端点，除非另有规定。

图1揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体的立体结构图。图2揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体并组配承载高低压转换电路的截面示意图。图3揭示本案较佳实施例的承载结构架构于承载壳体呈上下半壳体拆离状态的示意图。于本实施例中，高低压转换电路的承载结构(以下或简称承载结构)1a、1b例如是应用于固态变压器(Solid state transformer，SST)领域的承载壳体1，于简化固态变压器中电源转换模块的承载与组装程序的同时并可确保每一单元模块符合安全规格，避免因高电场强度而发生尖端局部放电的现象。当然，本案的应用并不以此为限。于本实施例中，承载结构1a例如为一上半壳体，承载结构1b例如为一下半壳体，上下半壳体彼此对称相接形成具有容置空间10的承载壳体1。于一实施例中，承载壳体1包含有前开口101与后开口102，通过容置空间10彼此连通，利于承载壳体1容置高压电路HV后提供通风散热效能，当然本案并不以此为限。需说明的是，承载壳体1承载电源转换模块单元时，高压电路HV夹设于例如上半壳体的承载结构1a与例如下半壳体的承载结构1b之间，而低压电路LV则设置于承载壳体1的外侧，例如上半壳体的承载结构1a的上方。当然，本案并不以此为限。于其他实施例中，多个承载壳体1分别承载多个电源转换模块单元后再堆栈设置时，承载壳体1内的高压电路HV与另一承载壳体1外的低压电路LV更于例如下半壳体的承载结构1b上形成电压差。换言之，本案承载结构1a、1b并不限于架构于上半壳体或下半壳体，在此先予述明。

图4A以及图4B揭示本案较佳实施例的承载结构架构于上半壳体部分的结构爆炸图。图5揭示图2中区域P1的局部放大图。于本实施例中，承载结构1a例如架构形成一上半壳体。承载结构1a包括绝缘载体10a、第一导体层31a、第二导体层41a、第一沟槽51a以及一第一绝缘材料71a。绝缘载体10a具有彼此相对的第一表面11a以及第二表面12a。第一导体层31a以及第二导体层41a，例如为锌金属涂布层，分别涂布于第一表面11a以及第二表面12a，且第一导体层31a以及第二导体层41a之间具有一电压差。需说明的是，于本实施例中，高压电路HV例如设置于第一导体层31a上的第一铝板21，第一铝板21于空间上相对于第一导体层31a，因此高压电路HV产生的电场可通过第一导体层31a的作用而均匀化。同样地，低压电路LV例如设置于第二导体层41a上的第二铝板22，第二铝板22于空间上相对于第二导体层41a，因此低压电路LV产生的电场可通过第二导体层41a的作用而均匀化。换言之，第一导体层31a以及第二导体层41a之间具有高压电路HV与低压电路LV形成的电压差。当然，本案并不限制高压电路HV与低压电路LV分别设置于第一表面11a与第二表面12a上的形式。于本实施例中，高压电路HV与低压电路LV的电压差范围介于10kV至30kV，但不受限于此。

值得注意的是，于本实施例中，第一沟槽51a设置于第一表面11a上，且环绕第一导体层31a的外周缘32a，其中第一导体层31a的涂布自第一表面11a延伸至第一沟槽51a内，使第一导体层31a的外周缘32a位于第一沟槽51a的底部52a。第一绝缘材料71a覆盖第一导体层31a的外周缘32a，且填充至第一沟槽51a内。于本实施例中，高压电路HV与低压电路LV的电压差范围介于10kV至30kV。第一绝缘材料71a选自由环氧树脂、硅胶、有机硅树脂以及聚氨酯所构成群组中的一者，且第一绝缘材料的介电强度大于18kV/mm。于本实施例中，第一绝缘材料71a可例如通过一流体点胶方式填充至第一沟槽51a内，使第一绝缘材料71a的外表面72a与第一沟槽51a的开口齐平。藉此，第一导体层31a的外周缘32a即可利用第一沟槽51a与第一绝缘材料71a进行收边处理，使第一导体层31a的外周缘32a与第一绝缘材料71a的外表面72a的距离D1维持0.6mm以上，而经局部放电试测后可知，第一绝缘材料71a的外表面72a的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免第一导体层31a的外周缘32a以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。

于本实施例中，配合承载结构1a架构于承载壳体1的上半壳体，承载结构1a还包括一第一凸起部13a，自第一表面11a朝远离第二表面12a的方向(逆Z轴方向)凸起。其中第一沟槽51a更设置于第一凸起部13a上，第一导体层31a的涂布则自第一表面11a沿第一凸起部13a的侧壁131a及顶面132a延伸至第一沟槽51a内的底部52a。由于第一沟槽51a设置于第一凸起部13a上，当第一绝缘材料71a通过一流体点胶方式填充至第一沟槽51a内时，第一凸起部13a凸起的挡墙结构有利于流体点胶的进行，且可防止未固化为第一绝缘材料71a的流体四处溢流。于一实施例中，第一绝缘材料71a的外表面72a例如与第一凸起部13a的顶面132a齐平。当然，本案并不以此为限。

另外，于本实施例中，承载结构1a更包括第二沟槽61a以及第二绝缘材料81a。第二沟槽61a设置于第二表面12a上，且环绕第二导体层41a的外周缘42a，其中第二导体层41a涂布时自第二表面12a延伸至第二沟槽61a内，第二导体层41a的外周缘42a位于第二沟槽61a的底部62a。第二绝缘材料81a填具第二沟槽61a，且覆盖第二导体层41a的外周缘42a。同样地，承载结构1a还包括一第二凸起部14a，自第二表面12a朝远离第一表面11a的方向(Z轴方向)凸起。其中第二沟槽61a还设置于第二凸起部14a上，第二导体层41a的涂布则自第二表面12a沿第二凸起部14a的侧壁141a及顶面142a延伸至第二沟槽61a内的底部62a。由于第二沟槽61a设置于第二凸起部14a上，当第二绝缘材料81a通过一流体点胶方式填充至第二沟槽61a内时，第二凸起部14a凸起的挡墙结构有利于流体点胶的进行，且可防止未固化为第二绝缘材料81a的流体四处溢流。于本实施例中，第二绝缘材料81a的外表面82a例如与第二凸起部14a的顶面142a齐平。于本实施例中，高压电路HV与低压电路LV的电压差范围例如以10kV至30kV为例。第二绝缘材料81a选自由环氧树脂、硅胶、有机硅树脂以及聚氨酯所构成群组中的一者，且第二绝缘材料的介电强度大于18kV/mm。当第二导体层41a的外周缘42a利用第二沟槽61a与第二绝缘材料81a进行收边处理后，第二导体层41a的外周缘42a与第二绝缘材料81a的外表面82a的距离D2可维持0.6mm以上，则经局部放电试测后可知，第二绝缘材料81a的外表面82a的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免第二导体层41a的外周缘42a以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。

需说明的是，于本实施例中，第一凸起部13a和/或第二凸起部14a的高度可视实际应用需求而调变。于其他实施例中，第一凸起部13a和/或第二凸起部14a可省略。于一实施例中，第一沟槽51a直接自第一表面11a朝第二表面12a的方向(Z轴方向)凹设，第一导体层31a的涂布自第一表面11a直接延伸至第一沟槽51a的底部52a，使第一绝缘材料71a覆盖第一导体层31a的外周缘32a，达成第一导体层31a的外周缘32a收边。于一实施例中，第一绝缘材料71a的外表面72a例如与第一表面11a大致齐平。于另一实施例中，第二沟槽61a直接自第二表面12a朝第一表面11a的方向(逆Z轴方向)凹设，第二导体层41a的涂布自第二表面12a直接延伸至第二沟槽61a的底部62a，使第二绝缘材料81a覆盖第二导体层41a的外周缘42a，达成第二导体层41a的外周缘42a收边。于一实施例中，第二绝缘材料81a的外表面82a例如与第二表面12a大致齐平。当然，本案并不受限于此，且不再赘述。

图6A以及图6B揭示本案较佳实施例的承载结构架构于下半壳体部分的结构爆炸图。图7揭示图2中区域P2的局部放大图。于本实施例中，承载结构1b例如架构形成一下半壳体。承载结构1b包括绝缘载体10b、第一导体层31b、第二导体层41b、第一沟槽51b以及一第一绝缘材料71b。绝缘载体10b具有彼此相对的第一表面11b以及第二表面12b。第一导体层31b以及第二导体层41b分别涂布于第一表面11b以及第二表面12b，且第一导体层31b以及第二导体层41b之间具有一电压差。需说明的是，于本实施例中，高压电路HV容置于承载壳体1内，于空间上相对于绝缘载体10b的第一表面11b上所涂布的第一导体层31b，因此高压电路HV产生的电场可通过第一导体层31b的作用而均匀化。另外，承载电源转换模块的两个承载壳体1上下堆栈时，上方承载壳体1的绝缘载体10b的第二表面12b上所涂布的第二导体层41b于空间上则相对于下方承载壳体1外侧的低压电路LV，因此下方承载壳体1外侧的低压电路LV产生的电场可通过上方承载壳体1的第二导体层41b的作用而均匀化。换言之，第一导体层31b以及第二导体层41b之间亦形成有高压电路HV与低压电路LV的电压差。

于本实施例中，承载结构1b包括一第一凸起部13b，自第一表面11b朝远离第二表面12b的方向(Z轴方向)凸起。其中第一沟槽51b设置于第一凸起部13b上，第一导体层31b的涂布则自第一表面11b沿第一凸起部13b的侧壁131b及顶面132b延伸至第一沟槽51b内的底部52b。第一绝缘材料71b覆盖第一导体层31b的外周缘32b，且填充至第一沟槽51b内。于本实施例中，高压电路HV与低压电路LV的电压差范围介于10kV至30kV。第一绝缘材料71b选自由环氧树脂、硅胶、有机硅树脂以及聚氨酯所构成群组中的一者，且第一绝缘材料的介电强度大于18kV/mm。于本实施例中，第一绝缘材料71b可例如通过一流体点胶方式填充至第一沟槽51b内，使第一绝缘材料71b的外表面72b与第一凸起部13b的顶面132b齐平。藉此，第一导体层31b的外周缘32b与第一绝缘材料71b的外表面72b的距离D3维持0.6mm以上，经局部放电试测后可知，第一绝缘材料71b的外表面72b的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免第一导体层31b的外周缘32b以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。

同样地，于本实施例中，承载结构1b包括一第二凸起部14b，自第二表面12b朝远离第一表面11b的方向(逆Z轴方向)凸起。第二沟槽61b设置于第二凸起部14b上，第二导体层41b的涂布则自第二表面12b沿第二凸起部14b的侧壁141b及顶面142b延伸至第二沟槽61b内的底部62b。其中第二绝缘材料81b通过一流体点胶方式填充至第二沟槽61b内，且第二绝缘材料81b的外表面82b例如与第二凸起部14b的顶面142b齐平。于本实施例中，高压电路HV与低压电路LV的电压差范围例如以10kV至30kV为例。第二绝缘材料81b选自由环氧树脂、硅胶、有机硅树脂以及聚氨酯所构成群组中的一者，且第二绝缘材料的介电强度大于18kV/mm。当第二导体层41b的外周缘42b利用第二沟槽61b与第二绝缘材料81b进行收边处理后，第二导体层41b的外周缘42b与第二绝缘材料81b的外表面82b的距离D4可维持0.6mm以上，则经局部放电试测后可知，第二绝缘材料81b的外表面82b的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免第二导体层41b的外周缘42b以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。

于其他实施例中，本案承载结构1a、1b可应用于承载其他产生高电场强度的电路模块。通过沟槽设计导体层收边以解决绝缘载体上导体层的外周缘产生的电场强度过高问题，并避免尖端局部放电的发生。当然，通过沟槽设计导体层收边的承载结构1a、1b亦不限于架构在承载壳体1的两半壳体。惟当承载结构1a、1b架构在承载壳体1的两对称半壳体时，其中第一绝缘材料71a、71b与第二绝缘材料81a、81b可分别通过流体点胶方式填充至所对应的第一沟槽51a、51b与第二沟槽61a、61b，即可简易整合至承载壳体1的制造流程，且不影响承载壳体1与电源转换模块的组装。再者，第一绝缘材料71a、71b与第二绝缘材料81a、81b配合所对应的第一沟槽51a、51b与第二沟槽61a、61b架构于承载壳体1时，毋需增设额外空间，即可有效提升承载壳体1承载电源转换模块的安全规格以及便利性。承载结构1a、1b形成的承载壳体1，可简易地将高压电路HV夹设于其间的容置空间10，并将低压电路LV设置于承载壳体1外，即可完成小体积电源转换模块的单元组装，有助于确保固态变压器应用的安全性，提升产品的竞争力。另一方面，当承载结构1a、1b形成的承载壳体1用以承载固态变压器中电源转换模块的高低压转换电路时，承载结构1a、1b亦可视高低压转换电路所包括隔离变压器而调变。参考图1至图3并以承载结构1a为例，于一实施例中，第一表面11a于第一导体层31a范围内具有一第一凹陷区(未图式)，第二表面12a于第二导体层41a范围内具有一第二凹陷区(未图式)，第一凹陷区与第二凹陷区于空间上彼此相对，高低压转换电路包括的隔离变压器，即可对应设置于第一凹陷区以及第二凹陷区内。同样地，承载结构1b例如是承载结构1a的对称结构，具有相同的设计。惟其非属本案的必要技术特征，且不影响第一导体层31a、31b或第二导体层41a、41b的收边效果。于此便不再赘述。

综上所述，本案提供一种承载结构，组配承载一产生高电场强度的高低压转换电路，通过沟槽设计导体层收边以解决绝缘载体上导体层的外周缘产生的电场强度过高问题，并避免尖端局部放电的发生。其中承载结构以介电强度大于18kV/mm的绝缘材料构成，于隔离电压差介于10kV至30kV范围的高压电路与低压电路时，导体层的外周缘通过沟槽与绝缘材料收边，使导体层的外周缘与绝缘材料的外表面的距离维持0.6mm以上，则绝缘材料的外表面的空气电场强度可降至2.0kV/mm以下，有效避免导体层的外周缘以高电场强度与空气接触而发生尖端局部放电的现象。此外，当沟槽与绝缘材料设置于凸起部形成的周壁上时，承载结构可架构形成一例如上半壳体或下半壳体，两对称的半壳体对接形成的承载壳体，则可将高压电路夹设于其间，并将低压电路设置于承载壳体外，即可完成小体积电源转换模块的单元组装，有助于确保固态变压器应用的安全性，提升产品的竞争力。另一方面，承载结构组配承载具高电场强度的电源转换模块时，通过沟槽设计导体层收边的承载结构可进一步应用于可拆离为两对称半壳体的承载壳体。其中绝缘材料通过流体点胶方式填充至沟槽，即可简易整合至两对称半壳体承载电源转换模块的制造流程，且毋需增设额外空间，有效提升承载壳体承载电源转换模块的安全规格以及便利性。

本案得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护的。