CN101491169B - 配置用于流过气流的电子模块和包括该电子模块的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子模块。该电子模块包括底架(10)、多个电容器(36)、多条母线(30)、以及散热器(38)。该底架包括第一端(14)和第二端(16)。该第一端与该第二端相对。该电容器位于该底架内，且该电容器中的至少一个邻近该第一端。该母线定位于底架内邻近第二端。该散热器定位于电容器与母线之间。电容器、散热器和母线定位成当气流在该第一端(14)进入底架时，该气流的一部分在从第二端处离开之前，依次与电容器、散热器和母线接触。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张在2006年6月30日提交的美国临时专利申请第60/818,064号的优先权权益。
技术领域
本申请公开了一种发明，其大体上且在不同的实施例中涉及一种电子模块，该电子模块被配置用于流过气流。
背景技术
电子模块具有多种形状、大小和配置，且被运用于范围广泛的应用中。例如，在某些应用中，电子模块形成电源部分，接受三相交流输入功率并输出单相交流电压。这样的电子模块包括产生可测量的热量的内部构件且这些热可能会影响到相应构件和电子模块本身的性能。
虽然移动空气经过电子模块外部部分往往耗散一些由内部构件所产生的热量，但是仅外部空气移动通常不能令人满意地降低许多产生热的内部构件处的温度。
发明内容
在一个一般方面，本申请公开了一种电子模块。根据各种实施例，该电子模块包括底架、多个电容器、多条母线、以及散热器。底架包括第一端和第二端。第二端与第一端相对。电容器定位于底架内，且电容器中的至少一个邻近第一端。母线定位于该底架内邻近第二端。散热器定位于电容器与母线之间。电容器、散热器和母线定位成当气流在第一端进入底架时，气流的一部分在第二端处离开之前，依次与电容器、散热器和母线接触。
在另一个一般方面，本申请公开了一种系统。根据各种实施例，该系统包括风扇和电子模块。该电子模块包括底架、多个电容器、多条母线、以及散热器。底架包括第一端和第二端。第二端与第一端相对。电容器定位于底架内，且电容器中的至少一个邻近第一端。该母线定位于该底架内邻近第二端。散热器定位于电容器与母线之间。电容器、散热器和母线定位成当风扇产生气流时，气流的一部分依次与电容器、散热器和母线接触。
附图说明
结合附图通过举例的方式在本文中描述了本发明的各种不同实施例。
图1图解了电子模块的不同实施例；
图2图解了图1的电子模块的不同实施例；
图3图解了图1的电子模块的不同实施例；
图4图解了图1的电子模块的不同实施例；以及
图5图解了包括图1的电子模块的系统的不同实施例。
具体实施方式
需要理解的是，至少一些本发明的附图和描述被简化以便将重点放在有助于清楚地理解本发明相关的元件上，同时为了清楚起见，删除了本领域技术人员将领会到的也可构成本发明的一部分的其它元件。但是因为这些元件在本领域中是众所周知的，并且因为其未必便于更好地理解本发明，将不在本文中提供对这些元件的描述。
图1和图2图解了电子模块10的不同实施例。电子模块10可作为任何类型的模块被实施，诸如，电池、电源、逆变器、驱动底架等。根据不同实施例，电子模块10作为电池被实施，其接受三相交流输入功率并输出单相交流电压。这样的电池在美国专利第5,625,545号(Hammond)中已描述且包括交流至直流整流器、平滑电路、输出直流至交流转换器以及控制电路。
电子模块10包括底架12，底架12具有第一端14和与第一端14相对的第二端16。第一端14可被认为是电子模块10的“前部”。第二端16与第一端14相对且可认为是电子模块10的“后部”。根据不同的实施例，底架12可由连接在一起的若干部分(例如，顶部、底部和四个侧面)组成且底架12的一个或多个部分可以是可移除的。底架12限定电子模块10的外部部分且包围电子模块10的各种构件(例如，下列构件中的任何构件或所有构件：电容器、印刷电路板、散热器、开关装置、电阻器等)。底架12可由任何合适的材料制成。例如，根据不同的实施例，底架12可由导电材料，诸如镀锌钢制成。对于这些实施例，底架12的导电材料可用来提供底架12内的用于电弧故障(arcingfault)的低阻抗路径以将由此造成的潜在损坏最小化。底架12的厚度可足以防止由电子模块10的内部构件故障造成的任何碎片离开底架12所包围的空间，从而防止对电子模块10附近的其它构件造成任何附带损坏。此外，底架12可用来保护电子模块10的内部构件在装运和处理期间不受损坏，且可以一个方式被配置成使得电子模块10能放置于底架12的任何侧面上而不会对电子模块10的构件造成任何损坏。而且，如在下文中更详细地描述，底架12还可限定空气室，该空气室用于辅助强制空气冷却底架12内的所有构件。
底架12还包括第一侧面18、第二侧面20、第三侧面22(参看图3)以及第四侧面24。第一侧面18可认为是底架12的“右”侧。第二侧面20与第一侧面18相对且可认为是底架12的“左”侧。第三侧面22可认为是底架12的“顶部”。为了清楚起见，在图1和图2中示出已经移除了第三侧面22的电子模块10。第四侧面24与第三侧面22相对且认为是底架12的“底部”。如图1所示，第一端14限定了与第四侧面24邻近的开口26，且还限定了与开口26邻近的一个或多个开口28。共同地，底架12的第一端14和第二端16以及第一侧面18、第二侧面20、第三侧面22和第四侧面24基本上包围整个电子模块10。
如图2所示，电子模块10包括定位于底架12内邻近第二端16的多条母线30、邻近第二端16定位的多个电源插头连接器32以及邻近第二端16定位的多个电阻器34。电阻器34电连接至电子模块10的电容器且在电子模块10的电力中断或关停时用于放出来自电容器的电流。
母线30可由任何合适的导电材料制成且共同地被配置成将电力导引至电子模块10和从电子模块10导引出电力。对于此实施例，至少两条母线30被配置为输入母线且母线30中的至少两条被配置为输出母线。母线30的数目、大小和形状可因应用而异。一般而言，各个母线30的大小符合与特定应用相关联的要求。
根据不同的实施例，每个电源插头连接器32包括导电材料和包围该导电材料的外壳。导电材料可由任何合适的导体制成，诸如，铜。外壳可由任何合适的绝缘材料制成，诸如，塑料。外壳限定开口，该开口被配置成在电子模块10连接到系统总线时接收系统总线的一部分。开口包围导电材料且导电材料限定更小的开口，这个更小的开口被配置成在电子模块10连接到系统总线时接收系统总线的该部分。因此，外壳和传导性材料共同地限定一开口，其大小构造成在电子模块10连接到系统总线时接纳系统总线的所述一部分。
如图2所示，电源插头连接器32连接到对应的母线30。给定电源插头连接器32可以任何适当方式连接到相应母线30。例如，根据不同实施例，电源插头连接器32经由紧固件(例如，螺钉或者螺母和螺栓)以导电材料被放置成与母线30直接接触的方式机械连接到母线30。因此，母线30也可作为连接至其的电源插头连接器32的散热器。电源插头连接器32配置成使其能以允许电源插头连接器32进行某些移动的方式连接至母线30。
根据其它实施例，电源插头连接器可以不同的方式来配置。例如，根据不同的实施例，给定电源插头连接器可包括凸部(maleportion)和分开的凹部(femaleportion)，其共同地用于将电子模块10连接到系统总线。对于某些实施例，凸部连接到对应的母线且凹部连接到系统总线。在其它实施例中，凸部连接到系统总线，凹部连接到对应的母线。一般而言，对于给定应用，选择电源插头连接器的特定配置来符合与特定应用相关联的要求。
图3示出根据不同实施例的电子模块10的截面图。如图3所示，电子模块10还包括多个电容器36、散热器38、第一开关装置40、第二开关装置42、一个或多个电容器托盘44、控制板46以及偏转器48。如在下文中更详细地解释，电子模块10的各个构件以限定空气流动通过底架12的不同路径的方式被定位。为了清楚起见，路径在图3中以单线格式示出且包括第一路径50、第二路径52和第三路径54。
电容器36定位于底架12内且电容器36中的至少一个邻近底架12的第一端14。根据不同的实施例，电容器36是电解电容器。散热器38定位于电容器36与母线30之间。散热器38可由任何合适的导热材料形成。例如，根据不同的实施例，散热器38由轻质铝制成且具体体现为机械式摇摆中空翅片设计(mechanicallyswaggedhollowfindesign)。第一开关装置40定位为介于散热器38与底架12的第三侧面22之间。第二开关装置42定位为介于散热器38与底架12的第三侧面22之间以及介于第一开关装置40与底架12的第二端16之间。根据不同的实施例，第一开关装置40和第二开关装置42被实施为绝缘栅双极型晶体管模块且被配置成作为一个装置并行地操作。
每个电容器托盘44定位于底架12内电容器36与底架12的第四侧面24之间，且可由任何合适的材料(例如，塑料)制成。电容器托盘44用于帮助支持在远离底架12的第四侧面24的位置处的电容器36。根据各种实施例，给定电容器托盘44限定与对应的电容器36对准的一个或多个开口56(参看图4)，其中每个开口56的大小小于对应的电容器36的周长。
控制板46定位于电容器托盘44与底架12的第四侧面24之间，包括多个构件且被配置成监控和/或控制电子模块10的操作。例如，根据不同的实施例，控制板46被配置成控制第一开关装置40和第二开关装置42的操作，控制来自电子模块10的光纤通信等。如图4所示，根据不同的实施例，控制板46所连接到的底架12的第四侧面24的部分可铰接地连接到底架12以允许容易地通往控制板46。
转至图3，偏转器48定位为介于电容器36与底架12的第二端16之间以及介于散热器34与底架12的第四侧面24之间。偏转器48被配置成将接近偏转器48的空气的一部分改变方向朝向散热器38。尽管偏转器48在图3中被示为具有明显弯曲，但也可利用其它的配置来实现偏转器48的功能。如图3所示，偏转器48限定穿过它的开口58。开口58允许朝向偏转器48流动的空气穿过开口58朝向电阻器34。根据不同的实施例，开口58与电阻器34对准。
图5示出系统60的不同实施例。系统60可运用于多种应用中。例如，系统60可用作电源。系统60包括图1的电子模块10。根据不同的实施例，系统60可包括任意数目的电子模块10。例如，根据不同的实施例，系统60可包括一个至二十四个之间的电子模块10。为了清楚起见，在图5中仅示出了三个电子模块10。
系统60还包括风扇62。风扇62可为适于移动空气的任何类型的风扇。例如，根据不同的实施例，风扇62是向后倾斜的离心式风扇。此外，风扇62可相对于电子模块10以任何适当的配置来布置。例如，风扇62可被布置为抽吸式(draw-thru)配置，如图5所示。根据其它实施例，风扇62可布置为不同的配置(例如，吹扫式(blow-thru))。系统60可包括任意数目的风扇62。例如，根据不同的实施例，系统60包括两个风扇62。对于这样的实施例，两个风扇62之一用作冗余风扇。
在操作中，风扇62用来产生穿过系统60的各个电子模块10的气流64。气流的第一部分在由第一端14所限定的一个或多个开口28处进入底架12并沿着第一路径50继续前行。随着气流的第一部分沿着第一路径50朝向第二端16前进，气流绕着电容器36周围循环并与电容器36接触，从而用来冷却电容器36。在经过邻近电容器36的容积之后，气流的第一部分与散热器38接触同时绕其翅片周围和在其翅片之间循环，从而用来从散热器38散热。与此同时，气流的第一部分也依次与第一开关装置40和第二开关装置42接触，从而用来冷却开关装置40、42。在经过由散热器38和第一开关装置40及第二开关装置42所占据的容积之后，气流的第一部分在离开底架12的第二端16之前绕母线30和电源插头连接器32周围循环并与母线30和电源插头连接器32接触，从而用来冷却母线30和电源插头连接器32。
与穿过底架12的气流的第一部分的流动同时发生地，气流的第二部分在第一端14所限定的开口26处进入底架12并沿着第二路径52继续前行。在气流的第二部分沿着第二路径52朝向第二端16前进时，气流绕电容器托盘44周围循环并与电容器托盘44接触，并且经由电容器托盘44所限定的开口56也与电容器36的部分接触，从而用来冷却电容器36和电容器托盘44。与此同时，气流的第二部分也绕控制板46周围循环并且与控制板46接触，从而用来冷却控制板46。
在经过由电容器托盘44和控制板46所占据的容积之后，气流的第二部分接近偏转器48。气流的第二部分的一部分流经由偏转器48所限定的开口58，然后绕电阻器34周围循环并且与电阻器34接触，从而用来冷却电阻器34。在经过由电阻器34所占据的容积之后，气流的第二部分的该部分也可在离开底架12的第二端16之前绕母线30和电源插头连接器32周围循环并且与母线30和电源插头连接器32接触，从而用来冷却母线30和电源插头连接器32。
当气流的第二部分的其余部分靠近偏转器48或与偏转器48接触时，其余部分沿着第三路径54朝向散热器38和第二开关装置42偏转。气流的第二部分的其余部分与散热器38接触同时绕散热器的翅片周围和在散热器的翅片之间循环，从而用来从散热器38散热。气流的第二部分的其余部分也与第二开关装置42接触，从而用来进一步冷却开关装置42。由气流的第二部分的其余部分进行的对第二开关装置42的额外冷却用来将开关装置40、42二者保持在大约相同的温度。气流的第二部分的其余部分与气流的第一部分有效地融合(即，第一路径50与第三路径54彼此结合)且在离开底架12的第二端之前绕周围循环并且与母线30和电源插头连接器32接触。
上述气流和电子模块10的配置也用于控制在底架12内发生的任何故障。一般而言，公知的是电容器在缺乏足量的气流的情况下过热且会出现故障。一些这样的故障会导致电容器爆炸。由于底架12由足够厚的合适的强固材料(例如，镀锌钢)制成且基本上包围整个电子模块10，因此由于这种爆炸所造成的与底架12接触的任何碎片不太可能穿过底架12(例如，穿过底架的一个侧面)。同样，由于电子模块10的底架12内的其它构件(例如，控制板、开关装置、电阻器等)的故障所造成的与底架12接触的任何碎片也不太可能穿过底架12。因此，当给定电子模块10中出现故障时，底架12的构造操作以减少损坏任何相邻的电子模块10的机会。
在电容器36被定位成为与气流的第一部分接触的第一构件的情况下，电容器36被暴露到气流的第一部分的最冷的空气，从而减少过热的机会。而且，通过使每个电容器的一部分经由电容器托盘44中的开口56暴露到气流的第二部分，这些电容器部分也暴露到气流的第二部分的最冷的空气，从而减少在最可能会变得过热的各个部分处发生过热的机会。在电容器36之一爆炸的情况下，相对较高体积的气流将朝向散热器38携带电容器碎片，在此这些碎片中的相当数量部分将会被阻挡而不能进一步前进。未被散热器38阻挡的任何碎片相对较小且冷，但仍可被底架12的第二端16阻挡而不能离开底架12。
通过也将控制板46定位成接收气流的第二部分的最冷的空气，显著地降低了控制板46出现故障的可能性。在控制板46的一个构件爆炸的情况下，相对较高体积的气流将经由偏转器48而朝向散热器38携带电容器碎片，在此，这些碎片中的相当数量部分将被阻挡不能进一步前进。未被散热器38阻挡的任何碎片仍可被底架12的第二端16阻挡而不能离开底架12。
由于第一开关装置40和第二开关装置42可作为单个装置并行地操作，所以有利的是将两个开关装置40、42保持在大约相同的温度。在第一开关装置40沿着第一气流路径50定位于第二开关装置42之前的情况下，从第一开关装置40转移到气流的第一部分的热导致第二开关装置42与第一开关装置40相比暴露到来自气流的第一部分的略为温热的空气。为了促进第一开关装置40与第二开关装置42的类似的冷却，偏转器48定位成使得第二开关装置42也暴露到来自第三气流路径54的气流。
由于在底架12内的空气可能会被电离，因此穿过底架12的气流降低了这种电离发生的可能性，从而减小底架12内电弧的时间和电弧所造成的相关联的损害。
虽然本文以举例的方式描述了本发明的若干实施例，但本领域技术人员将领会到在不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范畴的情况下，可实现对所描述的实施例的各种改良、更改和调适。
Claims (18)
1.一种电子模块，包括：
底架，其具有第一端和与所述第一端相对的第二端；
多个电容器，其定位于所述底架内，其中所述电容器中的至少一个邻近所述第一端；
多条母线，其定位于所述底架内邻近所述第二端；
散热器，其定位于所述电容器与所述母线之间，其中所述电容器、所述散热器和所述母线定位成当气流在所述第一端进入所述底架时，所述气流的一部分在从所述第二端处离开之前，依次与所述电容器、所述散热器和所述母线接触；以及
电容器托盘，所述电容器托盘定位于所述电容器和所述底架之间，其中，所述电容器托盘被定位成将穿过所述第一端进入的所述气流分成穿过所述电容器的第一部分和与所述电容器托盘接触的第二部分。
2.根据权利要求1所述的电子模块，还包括连接到所述母线之一的电源插头连接器，其中所述电源插头连接器定位成所述气流的所述部分在从所述第二端处离开之前也与所述电源插头连接器接触。
3.根据权利要求1所述的电子模块，还包括定位于所述散热器与所述底架之间的第一开关装置，其中所述第一开关装置定位成所述气流的所述部分在与所述母线接触之前也与所述第一开关装置接触。
4.根据权利要求3所述的电子模块，还包括定位于所述第一开关装置与所述第二端之间的第二开关装置，其中所述第二开关装置定位成所述气流的所述部分在与所述母线接触之前也与所述第二开关装置接触。
5.根据权利要求4所述的电子模块，其中，所述第二开关装置定位成所述气流的所述部分在与所述母线接触之前依次与所述第一开关装置和所述第二开关装置接触。
6.根据权利要求1所述的电子模块，其中，所述电容器托盘限定开口，所述开口与所述至少一个电容器对准，所述开口定位成所述气流的所述第二部分在从所述第二端处离开之前也与所述至少一个电容器接触。
7.根据权利要求1所述的电子模块，还包括定位于所述电容器托盘与所述底架之间的控制板，其中所述控制板定位成所述气流的所述第二部分在从所述第二端处离开之前也与所述控制板接触。
8.根据权利要求7所述的电子模块，还包括定位于所述电容器与所述第二端之间的斜面，其中所述斜面定位成所述气流的所述第二部分在与所述控制板和所述电容器托盘接触之后也与所述斜面接触。
9.根据权利要求1所述的电子模块，还包括定位于所述电容器与所述第二端之间的斜面，其中所述斜面定位成所述气流的所述第二部分在从所述第二端处离开之前，依次与所述电容器托盘和所述斜面接触。
10.根据权利要求9所述的电子模块，其中，所述斜面配置成使所述气流的所述第二部分的一部分朝向所述散热器偏转。
11.根据权利要求9所述的电子模块，还包括定位于所述斜面与所述第二端之间的电阻器，其中所述气流的所述第二部分的一部分穿过由所述斜面限定的开口并在从所述第二端处离开之前与所述电阻器接触。
12.根据权利要求1所述的电子模块，还包括定位于所述电容器与所述底架之间的控制板，其中所述控制板定位成当所述气流在所述第一端进入所述底架时，所述气流的第二部分在从所述第二端处离开之前与所述控制板接触。
13.一种系统，包括：
风扇；和
电子模块，其中所述电子模块包括：
底架，其具有第一端和与所述第一端相对的第二端；
多个电容器，其定位于所述底架内，其中所述电容器中的至少一个邻近所述第一端；
多条母线，其定位于所述底架内邻近所述第二端；
散热器，其定位于所述电容器与所述母线之间，其中所述电容器、所述散热器和所述母线定位成当所述风扇产生气流时，所述气流的一部分依次与所述电容器、所述散热器和所述母线接触；以及
电容器托盘，所述电容器托盘定位于所述电容器和所述底架之间，其中，所述电容器托盘被定位成将穿过所述第一端进入的所述气流分成穿过所述电容器的第一部分和与所述电容器托盘接触的第二部分。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括定位于所述散热器与所述底架之间的开关装置，其中所述开关装置定位成所述气流的所述部分在与所述母线接触之前也与所述开关装置接触。
15.根据权利要求13所述的系统，还包括连接到所述母线中的一条的电源插头连接器，其中所述电源插头连接器定位成所述气流的所述部分在从所述第二端处离开之前也与所述电源插头连接器接触。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子模块还包括：
定位于所述电容器与所述第二端之间的斜面，其中所述电容器托盘和所述斜面定位成当所述风扇产生气流时，所述气流的第二部分依次与所述电容器托盘和所述斜面接触。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电子模块还包括定位于所述电容器托盘与所述底架之间的控制板，其中所述控制板定位成所述气流的所述第二部分在与所述斜面接触之前也与所述控制板接触。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电子模块还包括定位于所述斜面与所述第二端之间的电阻器，其中所述电阻器定位成所述气流的所述第二部分的一部分穿过由所述斜面限定的开口并且在从所述第二端处离开之前与所述电阻器接触。
Applications Claiming Priority (5)
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