CN101919322A - 变换器电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变换器电动机,包括一电动机(2)和一变换器(4),其中,一变换器电子装置的复数个组件以某种方式布置在一印制电路板(14)上,使得复数个有损耗组件与一散热件(8)导热相连,所述散热件设计为一由隔热塑料构成的变换器外壳的护盖,所述由隔热材料构成的变换器外壳轴向固定在所述电动机(2)的一非驱动端。根据本发明,所述印制电路板(14)划分为复数个印制电路板段,所述复数个印制电路板段经相应的倒棱处理,使得包含低损耗组件的印制电路板段分别与一变换器外壳壁(6)的一个壁导热相连,一包含复数个有损耗组件的中央印制电路板段与一由导热塑料构成的散热件(8)导热相连,所述电动机(2)的非驱动端设有一由隔热材料构成的分隔壁(16),所述分隔壁上布置有一插塞式连接器(18)。借此可获得一种无需设置风扇的紧凑型变换器电动机。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的变换器电动机。
背景技术
分散驱动技术的一个重要特征是将变换器(特别是变频器)整合于电动机中。由于空间有限,而且为了实现紧凑性和出于成本压力,要求采用尽量减少组件或价格低廉的结构设计技术。市场上销售的变换器电动机所采用的结构不是轴流式就是径流式。这些电动机的几何形状并不符合相关要求。通常情况下所使用的电动机均来自制造商的标准产品范围。
DE 102005032971A1揭示一种变换器电动机,其变换器外壳轴向固定于转子的非驱动端端盖上。变换器电子装置的组件以分布于复数个印制电路板上的方式进行布置,这些印制电路板借助于复数个柔性电连接元件构成一导体串。对这个印制电路板串中的印制电路板进行相应的倒棱处理,使得该印制电路板串构成一立方形空心柱体的侧面,这个侧面的轴以径向于电动机轴的方式布置在变换器外壳中。当采用这种方法装配立方形空心柱体时,变换器电子装置的有损耗组件与电动机非驱动端端盖导热相连。在这个装配位置上,借助非驱动端端盖、电动机外壳和驱动端端盖来实现有损耗组件的散热。为了改善变换器外壳内腔的散热,变换器外壳壁和变换器外壳盖由导热材料构成。如果需要进一步改善散热,就将变换器外壳盖设计为散热件。在此情况下,立方形空心柱体布置在变换器外壳中,且其布置方式使得变换器电子装置的有损耗组件与设计为散热件的变换器外壳盖导热相连。优选采用永磁同步电动机。与相同功率的异步电动机相比,这种类型的同步电动机功率损耗更小。此外,这种同步电动机与相同功率的异步电动机相比体积更小。
在PHASE Motion Control公司名为“TorqueWire servo systems(TorqueWire伺服系统)”的产品说明书中揭示了一种同类型的变换器电动机。在这种变换器电动机中,变换器电子装置的组件布置于印制电路板的两面,其中,有损耗组件以一种与设计为散热件的变换器外壳盖导热相连的方式进行布置。变换器电子装置的有损耗组件通过对流冷却实现散热。围成一方形面的变换器外壳壁由隔热材料构成。借此可将电动机和变换器的功率元件这两个热源分离。变换器外壳壁所围成的空间可容纳变换器电子装置。由于设计为散热件的变换器外壳盖由金属材料构成,因而有损耗组件必须以电绝缘的方式与这个散热件相连。这个电绝缘导热中间层会影响向散热件传热的传热效果。
发明内容
因此,本发明的目的在于对同类型的变换器电动机进行改进以克服其缺陷。
根据本发明,这个目的通过权利要求1所述的特征而达成。
根据本发明,所述变换器电子装置的印制电路板划分为复数个印制电路板段,这些印制电路板段经相应的倒棱处理,以形成一用于容纳所述变换器电子装置的组件的空腔。这些组件在此以某种方式分布于各印制电路板段上,使得功率损耗较低的组件分别与所述变换器外壳壁的一个壁导热相连。此外,有损耗组件平面布置在分配给散热件的印制电路板段上,该散热件由导热塑料构成。所述变换器电子装置的非热临界组件则安装在所述印制电路板折叠后位于由此而形成的空腔内部的印制电路板段上。为了避免所述变换器电子装置的组件受到电动机热辐射的影响,所述电动机的非驱动端设有由隔热材料构成的分隔壁,该分隔壁上设有一插塞式连接器,所述变换器外壳可借助该插塞式连接器轴向插入所述电动机的非驱动端,从而使所述变换器电子装置与所述电动机导电相连。
通过使所述变换器电子装置的有损耗组件在空间上分布于一个与所述塑料散热件导热相连的印制电路板段的整个表面,可产生一种几何式的热扩展效应,借此可利用该散热件的整个表面来进行散热。由于这个散热件是由导热的电绝缘材料构成,因而不必再对包含有损耗组件的印制电路板段采取电绝缘措施,这样就不会影响印制电路板段与散热件之间的传热。
根据所述变换器电动机的一种有利实施方式,所述变换器外壳壁的壁上设有复数个散热片,散热片沿径向延伸,并在轴向上彼此间隔一定距离。由此可改善向周围空气的传热效果,从而一方面改善所述变换器电子装置的散热,另一方面改善所述电动机和所述变换器电子装置之间的隔热效果。
根据所述变换器电动机的另一有利设计方案,所述散热件由电绝缘导热材料构成,散热件直接模铸在所述印制电路板段远离所述变换器电子装置的有损耗组件的一面。由此可大幅提高该印制电路板段的传热性能。
根据所述变换器电动机的另一有利设计方案,所述变换器电子装置的印制电路板浇注在所述变换器外壳中,所述印制电路板具有复数个倒棱印制电路板段。这种浇注处理可为所述变换器电子装置提供有效的防摇动保护和/或防振动保护。
根据所述变换器电动机的另一有利设计方案,采用永磁同步电动机,特别是应用谐波技术的同步电动机,以便将所述变换器电动机的功率损耗尽可能保持在较低水平。所述永磁同步电动机与功率相同的异步电动机相比功率损耗更小。同时,这种同步电动机与功率相同的异步电动机相比所需安装空间更小,因而采用永磁同步电动机的变换器电动机的空间需求也更小。
附图说明
下面借助附图所示的本发明变换器电动机的示意图对本发明作进一步说明,其中:
图1为本发明变换器电动机的原理图;
图2为一变换器电子装置的内部结构图,该变换器电子装置位于图1所示变换器电动机的变换器外壳中;
图3为一电动机的侧视图,该电动机通过法兰与图1所示的变换器电动机的变换器外壳相连;
图4为图1所示变换器电动机的电动机非驱动端分隔壁的视图;
图5为图1所示变换器电动机的变换器外壳壁中的一中央印制电路板段;
图6为图1所示变换器电动机的变换器电子装置的印制电路板装配侧视图,该印制电路板划分为复数个印制电路板段;以及
图7为图6所示印制电路板折叠后的状态图。
具体实施方式
在图1所示的原理图中,2表示电动机,特别是永磁同步电动机,4表示变换器。变换器4实施为两部分。其中一部分是变换器外壳壁6,另一部分是设计为护盖的散热件8。在本图中,变换器外壳壁6上设有复数个沿轴向彼此间隔一定距离的轴向延伸散热片10。在变换器电动机中,电动机2和变换器4的功率电子装置各构成一个主热源P1和P2。由于变换器电子装置(功率电子装置)的有损耗组件与散热件8间接导热相连,因而主热源P2就是可为这部分损耗功率散热的散热件8。这两个主热源P1和P2通过由隔热材料构成的变换器外壳壁6彼此热绝缘。其结果是,热流Q1只有通过电动机2的电动机法兰12和该电动机2的表面才能散发到周围环境中。所述功率电子装置的热流Q2通过散热件8以自然对流的方式散发到周围空气中。第三热源P3(即变换器电子装置的电子信号装置)的热流Q3则通过变换器外壳壁6散发到周围空气中,一定数量的散热片10增大了该变换器外壳壁的表面面积。尽管变换器外壳壁6的隔热材料具有热阻,但由于该变换器外壳壁6面积相当大,因而仍可将足量的热流3散发到周围环境中。由于变换器外壳壁6的截面面积相当小,并且平行于变换器外壳壁6的热流动距离很长,因而P1和P2这两个热源之间实际不存在热流Q1-2。
图2是图1以原理图形式加以展示的变换器电动机的变换器电子装置的内部结构图。从这个图中可以看到变换器外壳壁6和所述变换器电子装置的一个折叠印制电路板14。图7在不显示变换器外壳壁6的情况下对该折叠印制电路板14进行了进一步展示,图6则对尚未折叠的已装配印制电路板进行了展示。这个折叠印制电路板14构成一个可容纳变换器电子装置的组件的空腔。在该情况下,所述变换器电子装置中必须保持较低温度水平的组件(如微处理器),或自身仅产生少量损耗的组件,均布置在印制电路板14的印制电路板段上,印制电路板段通过与变换器外壳壁6的壁进行直接平面接触来实现散热,而所述壁则用隔热材料制成。印制电路板14折叠后可形成一空腔,而所述变换器电子装置的非热临界组件则布置在位于所述空腔内部的印制电路板段上。通过以这种方式将所述变换器电子装置的电子信号装置的组件分布在印制电路板14的规定印制电路板段上,可使可用空间得到充分利用。
图3中的变换器电动机侧视图展示了电动机2(特别是永磁同步电动机)和变换器4的变换器外壳壁6,该变换器通过法兰连接在电动机2的非驱动端。
图4展示的是电动机2的非驱动端视图。这个非驱动端被一由隔热材料构成的分隔壁16封闭。如此就可使所述变换器电子装置的由折叠印制电路板14构成的空腔与电动机2的热辐射实现热绝缘。为了实现变换器4与电动机2的电接触,这个具有隔热作用的分隔壁具有一插塞式连接器18,从图2中可看到该插塞式连接器的对应件20。在借助法兰将装配后的变换器外壳壁6连接到电动机2的非驱动端时,插塞式连接器18和其对应件20彼此卡合,从而使变换器4的输出端子与电动机2的终端连接件实现导电连接。
图5展示的是印制电路板14的中央印制电路板段的焊接面视图,该印制电路板段具有所述变换器电子装置的功率电子装置的有损耗组件。亦即,这个视图展示的是图2所示变换器外壳壁6中折叠印制电路板14的背面。所述变换器电子装置的功率电子装置的组件布置在这个中央印制电路板段的另一面(组件面)。这个中央印制电路板段如图所示的这一面上直接粘着塑料散热件8。特别有利的做法是,将塑料散热件8直接模铸在中央印制电路板段的焊接面上,而所述中央印制电路板段具有所述变换器电子装置的功率电子装置的有损耗组件。由此可大幅改善有损耗组件和塑料散热件8之间的传热。例如,塑料散热件8以可拆卸的方式与变换器外壳壁6固定在一起。
如前所述,图6展示的是各印制电路板段已装配完毕的印制电路板14。图7则对处于折叠状态的相应印制电路板14进行了详细展示。从这个折叠印制电路板14上可以看到因折叠而形成的空腔的外壁,该外壁在装入变换器外壳壁6后与变换器外壳壁6的内壁面产生平面接触。这种将折叠式印制电路板14设计为三维电路结构的方案基于热力学原理。其中,包含有平面分布式功率电子装置组件的印制电路板段被分配给变换器外壳中包含导热塑料散热件8的外壳部分。所述变换器电子装置的电子信号装置中有些组件必须保持较低温度水平或者仅产生少量损耗,包含这些组件的电路部分布置在印制电路板14通过与用隔热材料制成的变换器外壳壁6的壁进行直接平面接触来实现散热的印制电路板段上。所述变换器电子装置的电子信号装置的非热临界组件,则布置在印制电路板14折叠后位于由此而形成的空腔内部的印制电路板段上。
所述变换器电子装置的电子信号装置及功率电子装置的组件突入上述空腔中,如果所述变换器电动机应用于一个会受到摇动和/或振动的驱动系统,就可在该空腔中浇注浇注材料。
本发明关于变换器电动机的变换器设计方案提供了一种无需设置风扇的紧凑型变换器电动机,这种变换器电动机在散热和机械构造方面都得到了优化。
Claims (8)
1.一种变换器电动机,包括一电动机(2)和一变换器(4),其中,一变换器电子装置的复数个组件以某种方式布置在一印制电路板(14)上,使得复数个有损耗组件与一散热件(8)导热相连,所述散热件设计为一由隔热塑料构成的变换器外壳的护盖,所述由隔热塑料构成的变换器外壳轴向固定在所述电动机(2)的一非驱动端,其特征在于,
所述印制电路板(14)划分为复数个印制电路板段,所述复数个印制电路板段经相应的倒棱处理,使得包含低损耗组件的印制电路板段分别与一变换器外壳壁(6)的一个壁导热相连,一包含复数个有损耗组件的中央印制电路板段与一由导热塑料构成的散热件(8)导热相连,所述电动机(2)的非驱动端设有一由隔热材料构成的分隔壁(16),所述分隔壁上布置有一插塞式连接器(18)。
2.根据权利要求1所述的变换器电动机,其特征在于,
所述变换器外壳壁(6)的每个壁上均设有复数个径向延伸散热片(10)。
3.根据权利要求1或2所述的变换器电动机,其特征在于,
所述由导热塑料构成的散热件(8)以导热方式粘贴在所述中央印制电路板段包含有损耗组件一面的背面。
4.根据权利要求1或2所述的变换器电动机,其特征在于,
所述由导热塑料构成的散热件(8)模铸在所述中央印制电路板段包含有损耗组件一面的背面。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的变换器电动机,其特征在于,
所述由复数个印制电路板段构成的印制电路板(14)浇注在所述变换器外壳中。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的变换器电动机,其特征在于,
所述电动机(2)采用的是永磁同步电动机。
7.根据权利要求5所述的变换器电动机,其特征在于,
将一导热塑料用作浇注材料。
8.根据权利要求5所述的变换器电动机,其特征在于,
将一隔热塑料用作浇注材料。
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