用于减轻电源外壳中的电弧故障的电弧故障通路

摘要

提供了一种用于电源的外壳。一种方案包含：第一室；第二室，该第二室与第一室相邻布置。另一种方案包含：中间减压瓣，该中间减压瓣位于外壳内在第一室与第二室之间；以及顶减压瓣，该顶减压瓣位于第二室的外表面上。另一种方案包含：中间减压瓣和顶减压瓣，构造中间减压瓣和顶减压瓣，以在外壳内没有电弧故障时关闭，并且构造中间减压瓣和顶减压瓣，以根据外壳内存在电弧故障开启，使得电弧故障产生的等离子通过开启的中间减压瓣从第一室泄入第二室并且通过开启的顶减压瓣从第二室泄出。

说明书

相关专利申请的相互引用

本申请根据35U.S.C.§119(c)要求2012年11月6日提交的美国临时 专利申请No.61/722,974的权益，在此通过引用合并其全部内容和精神实质。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及电源外壳，并且更特别地涉及用于减轻电源 外壳中的电弧故障的电弧故障通路。

背景技术

在各种商业和工业应用中都使用配置为承受、重定向、减轻和/或者控制 第一交流电(AC)系统与第二交流电系统之间的压力热能流的电源。例如， 在交流电机控制与工作系统中，通常使用电源。各种电源将第一频率和电压 的能量转换为第二可变频率的能量，该第二可变频率的能量可以包含固定频 率或者可变频率的直流(DC)电和/或者交流功率。实现这种电源的一种方式 是包含一个或者多个电源单元(powercell)的驱动器，每个电源单元都包含 多个具有中间直流(DC)链路的固态转换器。授予Hammond的美国专利No. 5,625,545(’545专利)讨论了包含这种电源单元的一种示例性系统，通过引 用，在此合并该美国专利的全部公开内容，完全如同在此做描述。

在特定应用中，多单元电源利用模块电源单元处理能源与负荷之间的功 率。这种模块电源单元能够以各种冗余度应用于给定电源，以改善电源的可 用性。例如，图1示出具有9个这种电源单元的现有技术电源(例如，交流 电机驱动器)的各种实施例。图1中的电源单元由具有输入端子A、B和C 以及输出端子T1和T2的块表示。在图1中，变压器或者其他多绕组装置110 在其一次绕组112接收三相中等电压功率，而通过单相逆变器(也称为电源 单元)阵列对诸如三相交流电机的负荷130供电。电源输出的每相都由在此 称为“相组”的一组串联连接的电源单元反馈。

变压器110包含激励许多二次绕组114－122的一次绕组112。尽管所示 的一次绕组112具有星形接线，但是也可以是环形(mesh)接线。此外，尽 管所示的二次绕组114－122具有三角形接线或者延伸三角形接线，但是可以 采用其他绕组接线，如’545专利所述。在图1的例子中，每个电源单元都存 在独立二次绕组。然而，图1所示的电源单元和/或者二次绕组的数量仅是示 例性的，并且可以是其他数量。’545专利公开了关于这种电源的更多详情。

许多电源单元组连接在变压器110与负荷130之间。将图1所示情况中 的“组”看作三相套件，也可以看作建立于供电系统的三相的每一相之间的一 组三个电源单元，参考图1，组150包含电源单元151－153，组160包含电 源单元161－163，并且套件170包含电源单元171－173。主控系统195通过 光纤或者另一种有线或者无线通信介质190将命令信号发送到每个电源单元 中的本地控件。应当注意，图1所示的每相中的电源单元的数量是示例性的， 并且在各种实施例中，可多于或者少于三个套件。

诸如’545专利所述的电源容纳于外壳内。电弧故障可能发生在这种电源 外壳内；关于电源外壳内的电弧故障的检测的详述请见2007年5月18日提 交的授予Aiello等人的美国专利No.7,579,581，在此通过引用合并该美国专 利的全部内容，完全如同在此做描述。

发明内容

提供了一种用于电源的外壳。一种方案包含：第一室；第二室，该第二 室与第一室相邻布置。另一种方案包含电弧故障通路，该电弧故障通路包括： 中间减压瓣，该中间减压瓣位于外壳内在第一室与第二室之间；以及顶减压 瓣，该顶减压瓣位于第二室的外表面上。另一种方案包含：中间减压瓣和顶 减压瓣，构造中间减压瓣和顶减压瓣，以在外壳内没有电弧故障时关闭，并 且构造中间减压瓣和顶减压瓣，以根据外壳内存在电弧故障开启，使得电弧 故障产生的等离子通过开启的中间减压瓣从第一室泄入第二室并且通过开启 的顶减压瓣从第二室泄出。

提供了一种通过包括中间减压瓣和顶减压瓣的电弧故障通路从电源的外 壳排泄电弧故障的方法。一种方案包含：根据电弧故障，开启中间减压瓣， 中间减压瓣位于外壳内在外壳的第一室与第二室之间，第二室与第一室相邻 布置。另一种方案包含电弧故障产生的等离子通过开启的中间减压瓣从外壳 的第一室泄入第二室。另一种方案包含根据等离子泄入第二室，开启顶减压 瓣，顶减压瓣位于第二室的外表面上。另一种方案包含通过开启的顶减压瓣， 从第二室泄出等离子。

根据本示例性实施例的技术，实现附加特征。在此详细描述其他实施例， 并且认为其他实施例是要求保护的一部分。为了更好地理解示例性实施例的 特征，请参考说明书和附图。

附图说明

现在参考附图，在这些附图中，利用同样的参考编号表示同样的单元：

图1示出根据现有技术的多单元电源的实施例。

图2是示出具有用于减轻电弧故障的电弧故障通路的电源外壳的实施例 的方框图。

图3示出具有电弧故障通路的电源外壳的进气窗的实施例。

图4A－B示出具有电弧故障通路的电源外壳的包含中间减压瓣的第一 室的实施例。

图5A示出具有电弧故障通路的电源外壳的包含顶减压瓣的第二室的实 施例。

图5B示出顶减压瓣的实施例的侧视图。

图6示出用于减轻具有电弧故障通路的电源外壳内的电弧故障的方法的 流程图。

图7是示出具有用于减轻电弧故障的电弧故障通路的电源外壳的另一个 实施例的方框图。

具体实施方式

提供了一种具有用于减轻电弧故障的电弧故障通路的电源外壳的实施 例，下面详细讨论示例性实施例。电源内的内部短路可以导致电弧故障。电 弧故障使得电源内的两个或者更多个电位之间的空气电离，导致包括迅速膨 胀的气化金属材料的等离子云的闪光电弧。在电源外壳内，等离子在几分之 一秒内导致压力和温度迅速升高。电弧故障条件或者必须容纳在电源外壳内， 或者必须泄放到电源外壳的外部。电源的冷却系统可以包含位于电源外壳的 前面、背面和/或者侧面上的进气口，并且等离子可以通过这些进气口从电源 外壳排出。然而，从进气口排出等离子可能对电源的可能接近位于电源外壳 的前面、背面或者侧面的用户产生危险。为了在电弧故障期间改善电源用户 的安全性，包括中间和外部减压瓣的内部电弧故障通路使等离子从电源外壳 的顶部泄出(在一些实施例中，在2米或者更高的高度处，要求的高度可以 由安全规范要求规定)。还可以构造电源的进气口，以在正常工作中，阻挡或 者减少等离子通过进气口从外壳排出，而允许冷空气流进入电源外壳。

图2是示出具有用于减轻电弧故障的电弧故障通路的电源外壳200的实 施例的截面的方框图。诸如’545专利所公开的，电源外壳200可以容纳电源。 电源外壳200包括第一室201和相邻第二室202；电源的许多部分可以位于 第一室201或者第二室202内。第一室201和第二室202可以包括金属。第 一室201包括：进气窗203，该进气窗203位于电源外壳200的外表面上； 以及电源外壳200的冷却系统的弧形部。在电源外壳200内的电源正常工作 时，气流206通过进气窗203进入第一室201内。(下面将参考图3进一步详 细讨论进气窗203)。与气流206的方向相比，进气窗203在等离子208的方 向上具有较高的压降(即，从电源外壳200的内到外)，使得气流206通过进 气窗203进入电源外壳200，从而冷却电源，并且在发生电弧故障207时， 减少等离子208从进气窗203排出。第一室201还包含中间减压瓣204，该 中间减压瓣204是电弧故障通路的一部分，并且位于电源外壳200的内部， 在第一室201与第二室202之间。下面将参考附图4A－B进一步详细讨论中 间减压瓣204。第二室202包含顶减压瓣205，该顶减压瓣205位于电源外壳 200的外表面上。下面将参考图5A－B进一步详细讨论顶减压瓣205。当第 一室201内发生电弧故障207时，电弧故障207产生的等离子208通过中间 减压瓣204从第一室201泄入第二室202，并且然后，通过顶减压瓣205，泄 到电源外壳200的外部。在一些实施例中，在电源工作时，顶减压瓣205可 以位于约2米或者更高的高度，以避免等离子208排泄到电源的用户。排泄 高度可以由安全规范要求规定。

图2仅出于说明性目的示出例如诸如电源外壳200的电源外壳可以包含 任何适当数量和构造的进气窗、中间减压瓣以及顶减压瓣。在各种实施例中， 可以存在附加进气窗，诸如位于电源外壳200的诸如前面和背面的任何一个 外表面上和/或者第一室201和/或者第二室202的各侧上的进气窗203。在电 源外壳200内的电源包括水冷变频功率驱动器的其他实施例中，可以省略进 气窗203。此外，包括中间减压瓣204的第一室201可以相对于包括顶减压 瓣205的第二室202位于任何适当地方。例如，在一些实施例中，第一室201 可以位于第二室202的下面或者附近。在一些实施例中，电源外壳200可以 包含一个或者多个与第一室201相同的附加第一室，并且可以包括相应中间 减压瓣204。在各种实施例中，这些附加第一室可以位于第一室201、第二室 202的下面或者互相相邻。电弧故障207产生的等离子208可以经过个中间 减压瓣204通过任何适当数量的第一室泄入第二室202，并且从顶减压瓣205 泄出；下面将参考图7讨论这种构造的例子。此外，在一些实施例中，包括 相应顶减压瓣205的多个第二室202可以包含在电源外壳200内。

2012年6月28日提交的美国专利申请No.13/535,655(Wissner等人的 美国专利公布No.2013/0003299)(Wissner的申请)讨论了诸如’545专利描 述的可以结合电源使用的外壳的各种例子，在此通过引用合并该美国专利申 请的全部内容。可以修改诸如Wissner的申请描述的外壳，以包含：诸如进 气窗203的进气窗；以及电弧故障通路，该电弧故障通路包含中间减压瓣204 和顶减压瓣205，如图2所示。在一些实施例中，第一室201可以包括变压 器室，如Wissner的申请所述，并且第二室202可以包括电源单元室，如Wissner 的申请所述。在各种实施例中，电源外壳200可以包含任何适当数量的对应 于变压器室、电源单元室、功率输入室、功率输出室、冷却室和/或者控制室 中的任何一个的第一室和第二室。

图3示出具有电弧故障通路的电源外壳的进气窗300的实施例。进气窗 300可以包括图2所示的进气窗203。进气窗300未设置通向电源外壳的内部 的视距进入孔，并且构造该进气窗300，以在正常工作时，允许足够的冷却 气流进入电源外壳200，而在发生电弧故障的情况下，减少等离子通过进气 窗300排出。进气窗300的每个进气窗都包括底部件301和顶部件302，构 造该底部件301和顶部件302，以使气流处于一个方向上，如气流303所示； 这样使得空气进入电源外壳200实现冷却目的，对应于图2的气流206。进 一步构造进气窗300，以减小另一个方向上的气流，如风力304所示；这样 减少电弧故障207产生的而从进气窗300排出的等离子208的数量。如图3 中的风力304所示，顶部件302导致一部分等离子208返回，而非继续通过 进气窗300。仅出于说明性目的示出进气窗300；图2的进气窗203可以包括 其构造使得在一个方向上具有较高压降的任何适当进气窗。此外，诸如进气 窗300的进气窗可以包含在电源外壳200的任何适当外表面上，诸如第一室 201和/或者第二室202的前面、背面和/或者侧面，如图2所示。

图4A－B示出具有电弧故障通路的电源外壳的包含进气窗402和中间减 压瓣405的第一室400的实施例。图4A示出在没有电弧故障的情况下电源 正常工作时的第一室400，而图4B示出在操作电弧故障207时，在从第一室 400泄出等离子208时的第一室400。第一室400对应于上面参考图2讨论的 第一室201；进气窗402对应于进气窗203/300；并且中间减压瓣405对应于 中间减压瓣204。进气窗402位于第一室400的外表面401中，并且构造该 进气窗402，以第一室400内的电弧故障产生的等离子通过进气窗402泄出， 如参考图3的进气窗300所做的讨论。如图4A所示，中间减压瓣405是位 于第一室400的表面403上的平板404的一部分。外表面401和表面403包 括金属，并且板404可以包括非金属材料。在一些实施例中，板404可以包 括复合材料，诸如，例如，Glastic^TM。板404位于电源外壳200的内部，并 且使第一室400与电源外壳200的另一个室(例如，第二室202)分离。在 电源正常工作时，包含中间减压瓣405的板404是固态板，如图4A所示。 在一些实施例中，在板404中刻划(score)或者冲切中间减压瓣405的边缘 406。在一些实施例中，从板404切下中间减压瓣405，并且因为例如重力或 者位于中间减压瓣405的边缘406周围的垫圈而在正常工作时保持在适当位 置。

如图4B所示，在发生电弧故障207的情况下，第一室400内的电弧故 障产生的压力导致板404中的中间减压瓣405给出路径，并且使等离子208 通过中间减压瓣405从第一室400泄入电源外壳200的另一个室(例如，诸 如第一室201的另一个第一室，或者第二室202)。

图4A－B仅出于说明性目的示出；例如，电源外壳的第一室可以包含任 何适当数量和构造的中间减压瓣或者进气窗，并且诸如板404的板可以具有 任何适当形状。在适合包含第一室400的电源外壳200的构造的情况下，包 含中间减压瓣405的板404可以位于第一室400的底部、侧面和/或者顶部上。 此外，在一些实施例中，包含中间减压瓣405的板404可以位于电源外壳的 单个室的内部。

图5A示出具有电弧故障通路的电源外壳的包含顶减压瓣504的第二室 500的实施例。第二室500对应于图2的第二室202，并且位于第一室201/400 的顶部上或者附近。第二室500包含位于电源外壳200的内部的表面501。 在各种实施例中，表面501可以是开启的，也可以包含一个或者多个对应于 中间减压瓣405的开口。第二室500还包含包括金属的外表面502和外表面 503。顶减压瓣504位于外表面503中，并且也可以包括金属。在正常工作时， 顶减压瓣504被关闭(下面参考图5B的侧视图508示出)。在各种实施例中， 在外表面503中，可以切割、刻划或者冲切顶减压瓣504，而在一些实施例 中，可以利用垫圈密封顶减压瓣504。此外，在各种实施例中，可以铰接顶 减压瓣504，或者顶减压瓣504具有接缝，可以栓接、焊接、铆接或者压接 该接缝。在第一室201内发生电弧故障207时，电弧故障207产生的等离子 208通过中间减压瓣204从第一室201泄入第二室500内，导致第二室500 内压力升高。该压力导致顶减压瓣504开启，如图5A所示，并且使等离子 208通过开口505从第二室500泄出。在一些实施例中，在电源工作时，顶 减压瓣504可以位于2米或者更高的高度，以避免等离子208泄向电源的用 户。作为电源外壳200的冷却系统的一部分的任选鼓风机总成511可以位于 第二室500的外表面503上，如图5A所示；在正常工作时，热空气通过鼓 风机总成511的排气口从电源外壳200泄出。

图5A仅出于说明性目的示出；例如，电源外壳200的第二室500可以 包含任何适当数量和构造的顶减压瓣504。在一些实施例中，第二室500可 以与多个诸如图4A－B的第一室400的第一室相邻；在这种实施例中，诸如 包含中间减压瓣405的板404的板位于第二室500与每个相邻第一室之间。 此外，在一些实施例中，在第二室500的任何一个外表面上，第二室500都 可以包含进气窗，诸如图3的进气窗300。

图5B示出顶减压瓣504的例子的侧视图508、509和510。侧视图508 示出正常工作时关闭的顶减压瓣504。顶减压瓣504包含连接件506和锁闩 507，连接件506和锁闩507与外表面503接合，以密封关闭的第二室500。 在各种实施例中，连接件506可以包括尼龙栓，或者焊接缝、铆接缝或者压 接缝。侧视图509和510示出发生电弧故障207时顶减压瓣504开启。如侧 视图509所示，电弧故障207产生的等离子208产生的压力导致顶减压瓣504 弯曲，缩短顶减压瓣504的长度，并且使得闩锁507从外表面503释放。这 样导致顶减压瓣504在连接件506处弯曲，形成开口505，通过该开口505， 等离子从第二室500泄出，如侧视图510所示。图5B仅出于说明性目的示出； 可以以适当方式将顶减压瓣固定到第二室的顶面上。

图6示出排泄具有电弧故障通路的电源外壳中的电弧故障的方法600的 实施例。参考图2－5B讨论图6。首先，在方框601，在电源外壳200内的电 源正常工作时，气流206通过进气窗203/300进入电源外壳200，用于冷却电 源。在正常工作时，中间减压瓣204/405和顶减压瓣205/504关闭。然后，在 方框602，在电源外壳200的第一室201内发生电弧故障207，发出等离子 208。在方框603，部分地防止电弧故障207产生的等离子208通过进气窗 203/300从电源外壳200泄出(例如，图3中的风力304所示)，并且电弧故 障207产生的压力在第一室201内升高，导致中间减压瓣204/405开启。中 间减压瓣204/405在板404中可以包括刻划区域或者冲切区域，或者在其他 实施例中，从板404切掉中间减压瓣204/405，并且在电源正常工作时，利用 例如重力、垫圈、部分切割的(各)接缝或者其他硬件，使中间减压瓣204/405 保持在适当位置。板404包括第一室201的表面403的一部分，并且位于电 源外壳200的内部。在一些实施例中，板404和中间减压瓣405可以包括复 合材料。接着，在方框604，等离子208通过开启的中间减压瓣204/405从第 一室201/400泄入第二室202/500。然后，在方框605，电弧故障207产生的 压力在第二室202/500内升高，导致顶减压瓣205打开。在一些实施例中， 电弧故障207产生的压力可以导致顶减压瓣504弯曲，从而导致闩锁507释 放，如图5B所示。最后，在方框606，等离子208通过开启的顶减压瓣205/504 从第二室202/500泄出。

图7是示出具有用于减轻电弧故障的电弧故障通路的电源外壳700的另 一个实施例的截面的方框图。电源外壳700包括：相邻第一室701A－B，该 相邻第一室701A－B对应于第一室201/400；以及第二室702，该第二室702 对应于第二室202/500，并且与第一室701B相邻。电源的任何适当部分都可 以位于第一室701A－B或者第二室702内。第一室701B和第二室702包括 进气窗703，诸如上面参考图3讨论的进气窗，这样使得气流706通过进气 窗703进入电源外壳700，以冷却电源，并且在发生电弧故障207时，减少 等离子708从进气窗703排出。第一室701A－B还包含中间减压瓣704A－B， 诸如上面参考图4A－B讨论的中间减压瓣，该中间减压瓣704A－B位于电 源外壳700的内部。中间减压瓣704A位于第一室701A与第一室701B之间， 并且中间减压瓣704B位于第一室701B与第二室702之间。第二室702包含 顶减压瓣705，诸如上面参考图5A－B讨论的顶减压瓣，该顶减压瓣705位 于电源外壳700的外表面上。当第一室701A内发生电弧故障707时，电弧 故障707产生的等离子708通过中间减压瓣704A从第一室701A泄入第一室 701B内，并且然后，通过中间减压瓣704B，泄入第二室702内。然后，等 离子708通过顶减压瓣705泄到电源外壳700的外部。在一些实施例中，在 电源工作时，顶减压瓣705可以位于2米或者更高的高度，以避免等离子708 泄向电源的用户。图7仅出于说明性目的示出，电源外壳可以包含通过中间 减压瓣连结的任何构造的室，并且诸如电弧故障707的电弧故障可能发生在 电源外壳的任何室内。

示例性实施例的技术效果和好处包含使电源内的电弧故障产生的等离子 排泄到电源外壳的顶部，离开可能位于电源外壳的前面、侧面或者背面的任 何用户。

在此使用的术语仅为了描述特定实施例，并且不旨在限制本发明。在此 使用的单数形式“一个”、“一”和“该”旨在也包含复数形式，除非上下文另外明 确指出。还应当明白，本说明书中使用的术语“包括”和/或者“含括”说明存在 陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或者部件，但是不排除存在或者附 加一个或者多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或者其组。

下面的权利要求中的相应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤加功 能要素的等同旨在包含具体要求保护的与要求保护的其他要素组合执行功能 的任何结构、材料或者动作。出于说明和描述的目的，提供对本发明的描述， 对本发明的描述不旨在穷尽的，也不旨局限于所公开型式的发明。在不脱离 本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本技术领域内的普通技 术人员显而易见。对于适合设想的特定用途、有各种修改的各种实施例，为 了最好地解释发明原理和实际应用并且使本技术领域内的其他普通技术人员 理解本发明，选择并且描述了实施例。