CN100506003C - 用于安装功率电子模块的组件以及安装方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在设备箱、腔室或者其它类似设备空间中安装功率电子模块的方法和组件。根据本发明，所述功率电子模块在安装基座(3)的帮助下被安装到设备空间(1)中，因此所述安装基座(3)包括用于将所述安装基座固定在所述设备空间(1)中的固定装置(13，14)，以及由所述固定装置(13，14)支撑的安装板(16)，以致所述安装板的第一端部与所述安装板(3)的相对端部(11)和该相对端部的所述固定装置(13)之间的距离相比更接近所述第一端部的所述固定装置(14)，从而所述安装板(16)在所述设备空间内以倾斜的位置排列。

Description

用于安装功率电子模块的组件以及安装方法

技术领域

本发明涉及用于安装功率电子模块的组件，其用于简单有效地将功率电子模块可冷却的安装到设备箱、腔室或者其它类似的设备空间中。

本发明还涉及一种利用该组件的安装方法。

背景技术

频率变换器和逆变器的设计可分解为适应于实现电子设备的驱动系统的不同尺寸的模块。实际在工业安装和大型运输工具例如船中需要大量功率模块。通常，这种功率电子模块成组装配在设备箱或者其它类似的设备空间中，其能提供诸如模块单元的充分刚性安装之类的支持功能，以及它们的冷却，电子干扰过滤或抑制，以及要求的电子和通信连接。显然，功率模块必须制造为不同的尺寸幅度以满足不同的功率水平。最大的功率模块的重量超过20kg。通常，频率变换器和逆变器模块固定在与设备箱或者腔室的后壁连接的共用安装板上。因模块的内部功率损失产生的热量在单独的气流导向挡板的帮助下被通风到箱的后侧。模块由空气对流冷却，每个模块装配有风扇，其产生充分的气流。

这种现有技术中的布置需要使用功率模块装配其上的安装板，还需要对应于每一个单元的单独的气流导向挡板。因为安装板必须对应于每组模块单独制造，所以结构不能由小尺寸的单个模块装配而成，但是相反，系统设计被约束在使用标准化的布局中，以便将不同安装板的数目保持在最小值。因为气流导向挡板安装在模块之上，它指引冷却气流从箱后侧中的安装板后部通过，所以通风路径变得弯曲，造成交叉紊流，其引起气流中的压力损失。与模块的连接必须制造为深入箱内部，因而以后进入该连接变得很复杂。因此，安装以及尤其是系统维护变成棘手的操作.模块必须在深入箱内的完全垂直的位置被提起，这意味这种提起姿势不符合人类工程学，模块需要维持在令人厌烦的位置直到模块的支撑在安装固定装置的帮助下被固定。因此遇到了困难，尤其是在最重的模块安装时。要想接近模块的冷却风扇非常困难，因为冷却风扇位于安装完毕的模块的下部，而且，两个叠放的模块之间的间隙很狭窄，同时气流导向挡板也消耗单元之间的一些空间。但是，因为冷却风扇是系统的少数磨损部件之一，因而需要维护，因此风扇的维护和更换应该被做得很容易。既然模块之间必须留出充足的空间以便容易安装和维护，所以箱的封装密度保持较低，以及在装配有大量功率电子模块的位置，箱的空间要求变得较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种与现有技术相比能允许以更容易的方式将功率电子模块安装在设备空间中，同时促进更加有效地冷却模块的组件。

本发明的目的通过如下方式实现：在安装基座的帮助下将功率电子模块安装在设备空间中，所述安装基座包括用于将所述安装基座固定在所述设备空间中的固定装置，以及平面安装基座元件，其适应于由所述固定装置支撑，具有与其相对端部相比从所述第一端部固定装置延伸较短距离的第一端部，所述平面元件的第二端部从所述第二端部固定装置延伸，因而所述平面安装基座元件在所述设备空间内以倾斜的位置排列。

本发明提出了一种组件，其用于在设备空间中安装功率电子模块，所述组件包括安装基座，所述安装基座包括：第一固定装置，其用于在支撑表面上固定所述安装基座，以及第二固定装置，其用于在所述安装基座上固定功率电子模块，其中所述第二固定装置与所述第一固定装置相隔一定距离布置，以致待固定在所述安装基座上的所述模块的上端部比相对所述上端部的所述模块的下端部)位置更接近所述支撑表面，其特征在于，所述安装基座上制造的开口用于适应其中的功率电子模块，以致所述电子模块的冷却部分在所述安装基座的下侧变得凹入。

本发明还提出了一种用于安装组件到设备空间的方法，所述方法包括以下步骤：将安装板固定就位；提升所述模块的上端部到达由安装板的支撑支架支撑的位置；以如下方式向上推动所述模块：在所述模块侧面处制造的凹槽沿着设置在安装板的安装开口中的导轨滑动，进一步向上推动所述模块，直到它接触安装开口的边缘，以及所述模块下端部的角越过支撑支架的弯曲边缘，降低所述模块，以便依靠弯曲边缘，以及将所述模块固定在安装板上；其中所述安装板包括第一倾斜平面、第二倾斜平面，第二倾斜平面以倾斜的方式从所述第一固定装置所在的平面朝着所述第一倾斜平面延伸，以及垂直平面，其连接所述第一和第二倾斜平面，平行于所述第一固定装置所在的平面安装。

本发明提供非常重要的益处。

除了作为安装基座，安装板描绘出通风管，其将因已安装模块的内部功率损失产生的热量带出设备空间。安装板形成自我约束、单模块支撑结构，因而允许不同的模块以希望的布局安装在同一个箱中，即彼此堆叠直到其数目充满整个可利用的安装空间。因为其倾斜的安装位置，与现有技术中的安装布局相比，更多数量的模块可彼此堆叠在指定的设备箱中，从而改善了设备空间的封装密度。由于连接器终端更容易进入，所以模块连接更容易制造。模块的提升也大致减轻。在模块安装到腔室或箱的过程中，模块的上端部首先被放置在安装板的下方固定点，同时模块上端部排列在设置在安装板的相对边缘处的导轨上，从而模块被安全支撑，可沿着导轨推到其正确位置。可从箱的外部完成提升模块，在其被推到原位之后模块不需要被保持。

因为模块以倾斜位置依靠在箱的支撑表面上，同时其下端部向外延伸，所以进入位于模块下端部的风扇很容易，因而帮助其快速维护或更换。因此，设备的停工期因风扇的维护保持较短，冷却空气管是直的，来自模块的空气子流动被定向为与主流动一致的方向，因而将冷却空气管中的压力损失降低到最小值。这个优势增加了整体的冷却能力，或者相反的，允许使用更小的风扇。因为模块的最佳位置，所以热风不能在设备箱/腔室的元件侧空间内上升，而是，每个模块以大致相同的进气温度接收其冷却空气。

附图说明

下面参考附图更加详细地解释本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的具有安装板的设备箱的侧视图；

图2是图1的设备箱的前视图；

图3是根据本发明的一个实施例具有安装板的设备箱的侧视图，功率电子模块安装其中；

图4是图3的设备箱的前视图；

图5是安装板的实施例的侧视图；以及

图6是安装板的实施例的前视图。

具体实施方式

在下面所描述的附图中，设备箱仅作为框架结构画出外形轮廓。通常，箱也包括壁板，其为框架结构提供所希望程度的保护以免遭受环境造成的损坏。但是，本发明也适应于在开阔空间内安装，例如在墙壁上安装设备。

设备箱的框架包括开口框架1和支撑柱2，所述框架限定箱的尺寸，所述支撑柱适应于框架的两侧，并与框架1的后壁保持一定距离。安装板3用螺钉4、5固定在支撑柱2上，所述螺钉4、5分别位于安装板3的上、下端部。安装板3以堆叠的方式装配，尽管在该示例性实施例中它们被描述为同样的尺寸，但是在安装板需要被提供给不同尺寸的模块的情况下，很明显也可能配置具有不同尺寸的安装板3的单个设备箱。图3中，模块7显示为安装完毕的状态。功率电子模块7安装在每个安装板上制造的开口9中。如图3所示，模块的电子部分位于箱的内部，同时包括较冷元件的冷却部分在安装板下侧变得凹入以便面对未压缩的冷却空气管10。安装开口9的下部形成模块特定的冷却空气通道的入口，所述冷却空气通道使冷却空气通过直接到达冷却空气管10。因为安装板3的后侧是敞开的，流动通道不会受到压缩，以及因此空气流动压力损失保持很低。模块7的冷却风扇位于处于安装位置的模块的下端部，该有利位置使得风扇得维护很容易，因为每一个模块的下部从模块的后壁向外延伸得比下方紧邻模块的上端部更长，其接近后壁。图3还显示已经安装在适当位置的模块对其它模块的安装或更换没有妨碍。一个模块的冷却空气流也掠过下方紧邻模块的顶侧，因而也执行该模块电子元件侧的冷却。

安装板3在图5和6中阐述。位于同一平面的两个安装凸起边缘13、14结合在安装板中。在安装过程中，安装凸起边缘13、14靠着支撑柱或其它垂直的支撑表面固定。从下安装凸起边缘13开始，下倾斜平面15从安装凸起边缘所在的平面向外延伸，同时上倾斜平面16从上安装凸起边缘14开始沿着同样的方向向外延伸。上倾斜平面16与安装凸起边缘所在的平面之间的夹角α有利地为20°。上和下倾斜平面的外边缘通过平行于安装凸起边缘13、14所在的平面的直平面17彼此连接。

安装开口9制造在垂直平面17和上倾斜平面16上，以致它从下倾斜平面15和垂直平面17之间的弯角延伸，所述弯角几乎与上倾斜平面16和上安装凸起边缘14之间的弯角一样高。安装开口9从下倾斜平面15和垂直平面17之间的弯角朝着上倾斜平面16延伸，具有恒定的宽度，适应于待安装的模块的宽度。上倾斜平面16上制造的开口的内边缘的一部分设置有导轨21，其沿着开口延伸指定的长度。在垂直平面17与下倾斜平面15之间的弯角处，支撑支架18从安装开口9的边缘伸出，与上倾斜平面16平行排列。在支撑支架18的端部边缘19被弯曲。从支撑支架弯曲边缘19到安装开口另一端的相对边缘22的距离等于待安装的模块的长度。支撑支架18与上倾斜平面之间的垂直距离适应于模块的冷却元件8的高度。支撑支架包括用于模块7的安装凸起的安装孔20。

安装板由侧壁12补足成底部敞开的封套。在安装板固定到箱的支撑柱2上、且兼容的模块7安装其上之后，侧壁限定朝向冷却空气管10的封套开口。因而形成的封套为连接模块提供充足的空间。

模块的安装通过在固定螺钉4、5的帮助下首先将安装板3固定就位而进行。接着，模块7的上端部被提升得较高，被放置依靠在支撑支架18上，同时模块7被向上推以便模块7的侧面与凹槽配合，从而与导轨21紧密配合。随着进一步向上推动模块7，它与安装开口的上边缘22接触，从而模块下端部11的角已经越过支撑支架18的弯曲边缘19。现在模块7可被释放以便依靠支撑支架弯曲边缘19，在该位置模块保持由导轨21和支撑支架19牢固地支撑。接着，模块可在安装孔20处由螺钉固定，从而如果需要可使用更大量的安装孔。因为在固定螺钉的插入过程中模块不需要人力支撑，所以模块很容易固定就位。

除以上所述之外，本发明还有可作为选择的实施例。

本发明最简单的实现包括具有安装开口的板，所述板适当成形，以便以如下方式固定在箱中已选定的位置：安装板的第一边缘保持比板的相对端部处的板的第二边缘更靠近板的支撑表面。例如，模块自身接着可固定在常规的安装凸起上.该实施例有需求，因为在其固定螺钉已经插入/固紧在适当的位置之前需要维持对模块的支撑。尽管上述实施例也被实现以致支撑支架18和其弯曲边缘被省略，但是该布置使安装更为复杂。可作为选择地，如果模块单独设置有导轨，则导轨21可由凹槽或其它导向装置替代。但是，导轨最容易在由片材料制造的安装板上形成。虽然安装板可由金属片通过弯曲/挤压方便地制成，但是在制造安装板中使用的制造技术在本发明的实现中并不重要。进一步考虑，尤其是对于轻型模块，安装板可仅在其上端部固定，但是仅仅当安装板结构的刚性足够支撑模块的重量时这种布置才可能。显然，此处没有创建邻近的冷却空气管。更进一步考虑，开口框架型安装框架在安装板的场所使用，但是如果不诉诸单独的气流导向挡板这种布置也不能提供冷空气循环。

Claims (8)

1、一种组件，其用于在设备空间中安装功率电子模块，所述组件包括安装基座，所述安装基座包括：

第一固定装置(13，14)，其用于在支撑表面(2)上固定所述安装基座，以及

第二固定装置(18，19，20，21)，其用于在所述安装基座上固定功率电子模块(7)，

其中

所述第二固定装置(18，19，20，21)与所述第一固定装置(13，14)相隔一定距离布置，以致待固定在所述安装基座上的所述功率电子模块(7)的上端部比相对所述上端部的所述功率电子模块的下端部(11)位置更接近所述支撑表面(2)，

其特征在于，所述安装基座上制造的开口(9)用于适应其中的功率电子模块，以致所述功率电子模块的冷却部分在所述安装基座的下侧变得凹入。

2、如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述安装基座为安装板(3)，其至少包括第一倾斜平面(16)，其从所述第一固定装置(13，14)所在的平面向外伸出，以便与由所述第一固定装置(13，14)限定的平面形成夹角(α)。

3、如权利要求2所述的组件，其特征在于，用于适应其中的功率电子模块的所述开口(9)制造在所述第一倾斜平面(16)上。

4、如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述安装板(3)包括第一倾斜平面(16)、第二倾斜平面(15)，第二倾斜平面(15)以倾斜的方式从所述第一固定装置(13，14)所在的平面朝着所述第一倾斜平面(16)延伸，以及垂直平面(17)，其连接所述第一和第二倾斜平面，平行于所述第一固定装置(13，14)所在的平面安装。

5、如权利要求4所述的组件，其特征在于，所述开口(9)具有与所述第二倾斜平面(15)和所述垂直平面(17)之间的弯曲一致的第一边缘，与所述第一边缘相对的第二边缘(22)位于所述第一倾斜平面(16)的区域之内。

6、如权利要求5所述的组件，其特征在于，导轨(21)适应于所述开口(9)的相对两侧，沿所述开口(9)在指定长度上延伸。

7、如权利要求4-6中任一项所述的组件，其特征在于，支撑支架(18)具有在其末梢边缘制造的弯曲边缘(19)，其位于所述开口(9)处，在所述第二倾斜平面(15)和所述垂直平面(17)之间的弯曲处，所述支撑支架的平面平行于所述第一倾斜平面(16)，从所述开口向外延伸。

8、一种将权利要求4-7任一项所述的组件安装在设备空间中的方法，所述方法包括以下步骤：

将安装板(3)固定就位，

提升所述功率电子模块(7)的上端部到达由所述安装板的支撑支架(18)支撑的位置，

以如下方式向上推动所述功率电子模块(7)：在所述功率电子模块侧面处制造的凹槽沿着设置在所述安装板(3)的所述开口(9)中的导轨(21)滑动，

进一步向上推动所述功率电子模块(7)，直到它接触所述开口的第二边缘(22)，以及所述功率电子模块的下端部(11)的角越过所述支撑支架(18)的弯曲边缘(19)，

降低所述功率电子模块(7)，以便依靠所述弯曲边缘(19)，以及

将所述功率电子模块(7)固定在所述安装板(3)上。

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