CN104684353B - 电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气设备(1)，该设备包括用于产生第一气流(3)的风扇(2)、包含次要电气部件(8)的部件空间(7)以及外壳(19)。为了获得有效的冷却解决方案，一个或多个壁(9)将包含次要电气部件(8)的部件空间(7)和第一冷却元件(4)分隔开，用于防止第一气流(3)进入到部件空间(7)，并且该设备(1)包括具有在部件空间(7)中的第一端(12)和位于部件空间(7)的外部的第二端(13)的第二冷却元件(11)，用于将从次要电气部件(8)所接收的热耗散到第一气流(3)。

Description

电气设备
技术领域
本发明涉及一种电气设备，并且具体地涉及保证电气设备的部件得到充分冷却的解决方案。
背景技术
市场上的持续需求是获得比相应的上一代设备小的电气设备。然而，由于各种部件所产生的热，小尺寸通常有难度。当设备的尺寸变小时，可用于各种冷却解决方案的空间量就变小了。
先前存在已知的强制对流的解决方案，该方案使用风扇以产生通过电气设备外壳的气流。需要冷却的电气部件全部处于所产生的气流中。因此，使用过程中由电气部件所耗散的热被传递到气流，并且进一步传递到周围环境。对风扇和通过电气设备外壳的空气量的合适的计算可以保证外壳内部的温度不会上升太多。
这种已知解决方案的问题在于随着气流进入到电气设备外壳的污物和灰尘。进入外壳的污物和灰尘的量随着气流中的空气量的增加而增加。这是个问题，特别是在肮脏的环境中，因为当过多的灰尘在外壳内部堆积时，电气设备的某些电气部件可能失灵。有效的过滤并不总是一个选择，因为这需要服务人员的维修和增加了电气设备尺寸的额外的空间。
发明内容
本发明的目的是解决上述缺陷，并且提供具有有效的冷却解决方案的电气设备。这个目的利用根据本发明的电气设备来实现。将部件空间和由风扇所产生的气流分隔开，结合以冷却元件在气流和部件空间之间延伸的可能性，还可以有效地冷却部件空间中的部件。
根据本发明的一方面，提供了一种电气设备，该电气设备包括：入口和出口，用于将由风扇所产生的第一气流传递通过所述设备；第一冷却元件，用于接收由主要电气部件所产生的热，并且用于将热耗散到所述第一气流中；部件空间，其包含次要电气部件；以及外壳，其包围所述第一冷却元件、所述次要电气部件和所述部件空间，其特征在于，一个或多个壁将包含所述次要电气部件的所述部件空间和所述第一冷却元件分隔开，用于防止所述第一气流进入所述部件空间，并且所述设备包括第二冷却元件，所述第二冷却元件具有：在所述部件空间中的第一端，所述第一端热连接到所述次要电气部件，用于接收所述次要电气部件所产生的热；以及位于所述部件空间的外部的第二端，用于将来自所述次要电气部件的热耗散到所述第一气流。
在从属权利要求中公开了优选实施例。
附图说明
在下文中将通过示例的方式和参考附图对本发明进行更详细的描述，其中，
图1图示了电气设备的部分横截面，以及
图2图示了图1中的电气设备的细节。
具体实施方式
图1图示了电气设备的部分横截面，并且图2图示了图1中的电气设备的细节。在下文中，将通过示例的方式假定图1和2所图示的电气设备1是电机驱动器如频率控制器，用于控制对电动机的电力供应。然而，应注意，本发明也可以在其它电气设备中实现。
图1是设备的部分横截面，其中前壁或门已被去除以图示设备的内部部分。盖的左上部和右侧壁的一段也已被去除。两块电路板已被图示为透明的，并且具有阴影以便澄清电路板的位置，并且也为示出位于电路板后面的部件。图2完全没有图示外壳，而仅图示了通常被外壳所包围的电气设备的内部部件。
电气设备1包括用于产生通过电气设备1的第一气流3的风扇2。在图示的实施例中，风扇作为例子布置在外壳19底部的第一入口处，尽管实际上风扇2可以位于与第一入口有一段距离的外壳内，或者位于外壳19的出口20处，以便通过将空气从外壳19吸出来以产生第一气流3。风扇的位置离外壳19有一段距离也是可能的，例如风扇位于将空气向外壳的入口传递或者将空气传递离开外壳的出口的空气管道中。
与主要电气部件5接触的第一冷却元件4布置于第一气流3中。主要电气部件5例如可以包括具有半导体的功率模块，所述半导体在使用过程中产生显著的热量。主要电气部件5例如可以使用螺钉直接安装到第一冷却元件4的第一表面14上。在主要电气部件5和第一冷却元件4的第一表面14之间应获得良好的热连接。这可以利用热界面材料来获得。经由第一冷却元件4的第一表面14所接收的热经由布置于冷却元件的第二表面的散热片6被耗散到第一气流3中，该第二表面可以是与第一表面14相比的相对表面。
电气设备1也包括包含次要电气部件8的部件空间7。在图示的示例中，通过示例的方式假定部件空间包含四个电容器。一个或多个壁9将部件空间7和第一冷却元件4分隔开，以使得第一气流3被防止进入到部件空间7。在图示的示例中，壁9是电路板如PCB(印刷电路板)，该电路板可以载有多个也位于部件空间7中的电气部件。另外，第二电路板10布置于部件空间中，以便有助于与次要电气部件8的电气连接。
因为由风扇2所产生的第一气流3被防止进入到部件空间中，所以随着第一气流3的污物和灰尘也被防止到达部件空间7。为了保证对次要电气部件8的冷却，设备1包括第二冷却元件11。第二冷却元件具有部件空间中的第一端12和位于部件空间7之外而在来自风扇2的第一气流3中的第二端13。第一端12热连接到次要电气部件8，用于接收来自次要部件的热，并且用于经由第二端13向第一气流3传递热。在次要电气部件8和第一端12之间的热连接可以通过将这些部件彼此之间足够紧密地布置以使得它们相互接触来实现。可以在次要电气部件8和第二冷却元件的第一端12之间使用热界面材料(TIM)来保证充分的热连接。为了有效地将热从第二冷却元件11耗散到第一气流3，优选地第二冷却元件11的第二端13设置有散热片。
第二冷却元件11可以被实现为例如铝的合适的金属材料的单一固体部分，该金属材料通过导热将热从次要电气部件8传递到第一气流3。可选择地，第二冷却元件11可以包含一种或多种用于在第一端12和第二端13之间传递流体的流体管道。这样的解决方案可以通过以下来获得：在第二电气元件中包括热导管，或者设计两阶段冷却解决方案，该冷却解决方案将第一端12作为用来蒸发液体的蒸发器，并且将第二端13作为在将流体返回到第一端12之前将其冷凝成液体的冷凝器。还可以实现第二冷却元件11以使得第一端12和第二端13被制成热连接和机械连接到彼此的分开部分。
为了避免来自主要电气部件5或者第一冷却元件4的热到达第二冷却元件11的第二端13，优选地在第二端13和第一冷却元件4之间布置绝缘空气间隙15。由于生产原因，可能有益的是第一冷却元件4机械附接到第二冷却元件11的第二端13。然而，还在这样的解决方案中，优选地是以使尽可能少的热可以从第一冷却元件4传递到第二冷却元件11的第二端13的这种方式来实现附接。
尽管不是在所有的实施例中必需的，部件空间7可以设置有在其下部的第二入口17和在其上部的出口18。部件空间7之内受热的空气因此被允许经由出口18离开部件空间，而来自周围的替代空气可以经由到部件空间7的第二入口17进入部件空间。这种未使用风扇的自然对流将产生通过部件空间的第二气流21。自然对流指流体(比如空气)运动，该运动并不通过任何外部资源(如泵、风扇、抽吸装置等)产生，而仅通过由于温度差而出现的流体中的密度差来产生，因为热气比冷气轻。第二气流21比由风扇2所产生的第一气流3弱得多，并且因此由于第二气流而进入部件空间7的污物和灰尘量也是最小的。为了增加可以通过第二气流所耗散的来自部件空间7的热量，优选地第二冷却元件11的第一端12设置有位于第二气流21中的散热片。
如果次要电气部件8是电容器如电解电容器，则优选地这个电容器以及部件空间7中的其它电容器被布置为在部件空间7中基本上垂直于第二气流21。这使得可以用一种非常牢固和稳定的布局机械地附接电容器，该布局将电容器的第一端附接到第二冷却元件11的第一端12，并且将电容器的第二端附接到用于提供到电容器的电气连接的PCB 10。以这样的位置并且以小的相互间隙允许电容器之间的气流的方式，电容器通过第二气流21有效地被冷却，并且可以避免由于电容器的位置或者电路板的位置而造成的第二气流的阻塞。
当按之前所说明的那样被构造时，适合于在具有大约50℃温度的环境中使用的具有2.2kW(400V)额定功率的电机驱动器在实践中可以被制成小到130×130×60mm。
在图示的实施例中，通过示例的方式已假定到外壳的第二入口17和第一入口位于外壳的底部，并且从外壳的出口18和20位于外壳的上壁或者顶部。然而，这自然仅仅是作为例子。为了获得适合在室外条件下或者特别是例如在肮脏的条件下使用的外壳，可能有必要以某种其它方式布置入口和出口。一个选择是将保护帽布置于外壳的顶部以防止水(例如冷凝水或者滴水)到达外壳顶部处的出口。在那样的情况下，经由出口流出的空气并未从出口直线向上流出，而是保护帽可以将其导向侧方或者甚至使气流在向周围释放之前沿外壳外侧向下。
将要理解的是，上述说明和附图仅旨在对本发明进行说明。将对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不背离本发明的范围的情况下对本发明进行改变和修改。

Claims (9)

1.一种电气设备(1)，包括：
第一入口和第一出口(20)，用于将由风扇(2)所产生的第一气流传递通过所述设备；
第一冷却元件(4)，用于接收由主要电气部件(5)所产生的热，并且用于将热耗散到所述第一气流(3)中；
部件空间(7)，其包含次要电气部件(8)；以及
外壳(19)，其包围所述第一冷却元件(4)、所述次要电气部件(8)和所述部件空间(7)，其特征在于
一个或多个壁(9)将包含所述次要电气部件(8)的所述部件空间(7)和所述第一冷却元件(4)分隔开，用于防止所述第一气流(3)进入所述部件空间(7)，并且
所述设备(1)包括第二冷却元件(11)，所述第二冷却元件(11)具有：在所述部件空间(7)中的第一端(12)，所述第一端(12)热连接到所述次要电气部件(8)，用于接收所述次要电气部件(8)所产生的热；以及位于所述部件空间(7)的外部的第二端(13)，用于将来自所述次要电气部件(8)的热耗散到所述第一气流(3)，
其中，所述部件空间(7)的下部设置有第二入口(17)，并且所述部件空间的上部设置有第二出口(18)，以便由于未使用风扇的自然对流，允许所述部件空间(7)之内加热的空气经由所述第二出口(18)流出，并且被经由所述第二入口(17)来自所述外壳(19)的外部的空气代替。
2.根据权利要求1的电气设备，其中，所述第二冷却元件(11)的所述第一端(12)设置有散热片，并且所述第二冷却元件(11)的所述第二端(13)设置有散热片。
3.根据权利要求1的电气设备，其中，所述第二冷却元件(11)包括用于在所述第二冷却元件的所述第一端和所述第二端之间传递流体的流动管道。
4.根据权利要求1的电气设备，其中，所述第二冷却元件(11)包括两个分开的部分，所述两个分开的部分热连接到彼此，用于将热从所述第二冷却元件的所述第一端(12)传递到所述第二冷却元件的所述第二端(13)。
5.根据权利要求1的电气设备，其中，所述一个或多个壁(9)中的至少一个将所述部件空间(7)和包含至少部分电路板的所述第一冷却元件(4)分隔开。
6.根据权利要求1的电气设备，其中，所述次要电气部件(8)是布置为基本上垂直于第二气流(21)的电容器，所述第二气流(21)从所述部件空间(7)的第二入口(17)流向所述部件空间的第二出口(18)，并且所述电容器的第一端附接到所述第二冷却元件(11)的第一端(12)，并且所述电容器的第二端附接到所述部件空间(7)中的印刷电路板(10)。
7.根据权利要求1的电气设备，其中，所述主要电气部件(5)包括一个或者多个附接到所述第一冷却元件(4)的半导体部件。
8.根据权利要求1的电气设备，其中，所述第一冷却元件(4)通过空气间隙(15)与所述第二冷却元件(11)的第二端(13)分隔开。
9.根据权利要求1的电气设备，其中，所述电气设备(1)是用于控制对电动机的电力供应的电机驱动器。
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