CN105756725B - 用于使热能从可旋转轴中的电子构件消散走的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使热能从可旋转轴中的电子构件消散走的系统和方法。具体而言，一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的系统包括环形承载轴，该承载轴具有形成为连接于转子轴端部的一端。该系统还包括变送器组件。变送器包括外壳体、子板和电路板，该电路板在该变送器外壳的内腔内电子地联接于该子板。电路板包括导热材料条。变送器组件还包括盖，该盖至少部分地密封内腔。盖的接触表面与电路板的导热材料热连通，且盖的顶表面的至少一部分在承载轴的旋转期间热联接于承载轴的内表面。还提供一种用于使热能从电路板消散走的方法。

Description

用于使热能从可旋转轴中的电子构件消散走的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及用于涡轮机的滑环组件。更具体而言，本发明涉及一种用于使热能从封装在可旋转轴中的电子构件消散走的系统和方法。
背景技术
诸如风力涡轮、燃气涡轮、蒸汽涡轮的涡轮机、泵、风扇、发电机、马达和其他形式的商用设备通常包括轴、叶片、和其他旋转构件。在本领域中已知，将一个或更多个传感器安装在旋转构件上以测量那些组件的不同特性，以便控制、监测、和/或改善旋转构件的操作。例如，测量旋转构件的温度、速度、应力、应变、振动、和/或其他特性的传感器允许较早地检测异常、调整修理或维护计划、和/或改善操作的其他措施。
在本领域中，已知各种滑环和遥测系统将来自旋转构件的模拟传感器数据发送到定子构件以用于进一步的分析。来自传感器的模拟和数字信号通过导线发送到沿滑环组件的可旋转中心开孔或轴部分轴向地定位的单独的滑环或接触环。静止的接触臂或电刷然后提供信号路径，以用于将信号从旋转的接触环或滑环传送到控制器、数据处理器等。
为了适应用于涡轮机的测试和操作的不断增加的数据需求，在将模拟信号传递到滑环或接触环之前，需要数字化或压缩来自传感器的模拟信号中的一些。这需要各种电子构件诸如电路板安装在诸如承载轴中，该承载轴在一端处联接于涡轮机的转子轴。在操作期间，各种电子构件生成相当大量的热，该热必须消散，以避免对其的热疲劳。然而，电子器件可密封在承载轴内。因此，用来使热能从配置在其中的电子构件消散走的系统或方法将是有用的。
发明内容
下面在说明书中阐述本发明的方面和优势，可能根据说明而是显而易见的，或者可能通过本发明的实践而习得。
本发明的一个实施例是一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的系统。该系统包括环形承载轴，该承载轴具有从外表面径向地间隔的内表面，和形成为联接于转子轴的端部的一端。变送器组件被径向地支撑在该承载轴内。该变送器组件包括变送器外壳，该变送器外壳在其中限定内腔。子板跨过变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸。电路板电子地联接于子板，且在内腔内基本上垂直于子板而延伸。导热材料条沿电路板的顶部部分配置。盖连接至变送器外壳的顶部部分，且至少部分地密封内腔。盖的接触表面与电路板的导热材料热联接。盖的顶表面的至少一部分与承载轴的内表面在其旋转期间热连通。
本发明的另一实施例是涡轮机。该涡轮机包括环形转子轴、从转子轴的内通道向外延伸的多个传感器导线束、形成为在一端处连接于转子轴端部部分的环形承载轴。该承载轴包括与第一端轴向地间隔的第二端和与外表面径向地间隔的内表面。该涡轮机还包括在承载轴内周向地间隔的多个变送器组件。各变送器组件包括变送器外壳，该变送器外壳在其中限定内腔。子板跨过变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸，且在一端处电子地联接于多个导线束中的一个导线束。电路板电子地联接于子板。电路板在内腔内基本上垂直于子板而延伸，且包括沿电路板的顶部部分配置的导热材料条。变送器组件还包括盖，该盖联接于变送器外壳的顶部部分，至少部分地密封内腔。盖的接触表面与电路板的导热材料热连通。盖的顶表面的至少一部分与承载轴的内表面在其旋转期间热连通。
本发明的实施例还可包括一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的方法。该方法包括通过使承载轴旋转来通过离心力使变送器组件的盖的外表面靠着环形承载轴的内表面热联接，其中，该盖连接于变送器组件的变送器外壳的顶部部分且至少部分地密封在变送器外壳内形成的内腔。该方法还包括使电流行进通过在安装在所述内腔内的电路板上配置的至少一个电构件，其中，该构件在电流流过其时生成热能，且其中，该电路板包括导热材料条，该导热材料条沿电路板的顶部部分配置。该导热材料条热联接于该电子构件。该方法还包括将由该电子构件生成的热能的至少一部分从电路板经由导热材料条和盖的接触表面传导地传递至盖，和将热能从盖传导地传递至承载轴。
技术方案1：一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的系统，包括：
环形承载轴，其具有与外表面径向地间隔的内表面，且一端形成为联接到转子轴的端部；和
变送器组件，其被径向地支撑在所述承载轴内，所述变送器组件包括：
变送器外壳，其在其中限定内腔；
子板，其跨过所述变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸；
电路板，其电子地联接于所述子板，所述电路板在所述内腔内基本上垂直于所述子板而延伸，其中，所述电路板包括沿所述电路板的顶部部分配置的导热材料条；和
盖，其连接于所述变送器外壳的顶部部分，至少部分地密封所述内腔，其中，所述盖的接触表面与所述电路板的导热材料热连通，其中，所述盖的顶表面的至少一部分在所述承载轴的旋转期间与所述承载轴的内表面热连通。
技术方案2：根据技术方案1所述的系统，还包括导热垫片，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间，其中，所述垫片在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
技术方案3：根据技术方案1所述的系统，还包括接触部件，所述接触部件联接于所述电路板的顶部部分，其中，所述接触部件在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
技术方案4：根据技术方案1所述的系统，其中，所述盖的顶表面是弧形的。
技术方案5：根据技术方案1所述的系统，其中，所述盖的顶表面和所述承载轴的内表面具有基本上相同的轮廓。
技术方案6：根据技术方案1所述的系统，其中，所述电路板包括多个电子构件，所述多个电子构件靠近顶部部分连接于所述电路板且热联接至所述导热材料条。
技术方案7：根据技术方案1所述的系统，还包括隔板，其中，所述电路板的顶部部分至少部分地延伸穿过该隔板。
技术方案8：根据技术方案1所述的系统，其中，所述变送器外壳包括配置在所述内腔内的竖直地定向的槽道。
技术方案9：根据技术方案8所述的系统，其中，所述电路板承座在所述竖直地定向的槽道内。
技术方案10：一种涡轮机，包括：
环形转子轴；
多个传感器导线束，其从所述转子轴的内通道向外延伸；
环形承载轴，其形成为在第一端处联接到所述转子轴的端部部分，所述承载轴具有与所述第一端轴向地间隔的第二端和与外表面径向地间隔的内表面；
多个变送器组件，其在所述承载轴内环状地布置且周向地间隔，各变送器组件包括：
变送器外壳，其在其中限定内腔；
子板，其跨过所述变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸，其中，所述子板在一端处电子地联接至该多个导线束中的一个导线束；
电路板，其电子地联接于所述子板，所述电路板在所述内腔内基本上垂直于所述子板而延伸，其中，所述电路板包括沿所述电路板的顶部部分配置的导热材料条；和
盖，其连接于所述变送器外壳的顶部部分，至少部分地密封所述内腔，其中，所述盖的接触表面与所述电路板的导热材料条热连通，其中，所述盖的顶表面的至少一部分在所述承载轴的旋转期间与所述承载轴的内表面热连通。
技术方案11：根据技术方案10所述的涡轮机，还包括导热垫片，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间，其中，所述垫片在所述导热材料条与所述接触表面之间限定导热路径。
技术方案12：根据技术方案10所述的涡轮机，还包括接触部件，所述接触部件联接于所述电路板的顶部部分，其中，所述接触部件在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
技术方案13：根据技术方案10所述的涡轮机，其中，所述盖的顶表面和所述承载轴的内表面具有基本上相同的轮廓。
技术方案14：根据技术方案10所述的涡轮机，其中，所述电路板包括多个集成的电路构件，所述多个集成的电路构件靠近顶部部分连接于所述电路板且热联接于所述导热材料条。
技术方案15：根据技术方案10所述的涡轮机，还包括隔板，其中，所述电路板的顶部部分至少部分地延伸穿过该隔板。
技术方案16：根据技术方案10所述的涡轮机，其中，所述变送器外壳包括配置在所述内腔内的竖直地定向的槽道。
技术方案17：根据技术方案10所述的涡轮机，其中，所述电路板承座在所述竖直地定向的槽道内。
技术方案18：一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的方法，包括：
通过使承载轴旋转来通过离心力使变送器组件的盖的外表面靠着环形承载轴的内表面热联接，其中，所述盖连接于所述变送器组件的变送器外壳的顶部部分且至少部分地密封在所述变送器外壳内形成的内腔；
使电流行进通过在安装在所述内腔内的电路板上配置的至少一个电构件，其中，所述构件在电流流过其时生成热能，且其中，所述电路板包括导热材料条，所述导热材料条沿所述电路板的顶部部分配置且其热联接于所述电子构件；
将由所述电子构件生成的热能的至少一部分从所述电路板经由所述盖的接触表面传导地传递至所述盖；和
将热能从所述盖传导地传递至所述承载轴。
技术方案19：根据技术方案18所述的方法，其中，热能中的至少一部分经由接触部件和导热垫片中的至少一者从所述电路板传导地传递到所述盖的接触表面，所述接触部件热联接至所述导热材料条，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间。
技术方案20：根据技术方案18所述的方法，还包括将冷却剂引导跨过所述承载轴的外表面。
在阅读本说明书之后，本领域技术人员将更好地理解此种实施例的特征和方面等。
附图说明
本发明的完整且能实现的公开，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施方式，在说明书的其余部分(包括对附图的参考)中更具体地阐述，在附图中：
图1是示范涡轮机的功能框图，该示范涡轮机具有转子轴，该转子轴沿涡轮机的轴向中心线延伸，其可并入本发明的各种实施例中；
图2是根据本发明的各种实施例的用于使热能从安装在可旋转轴内的电子构件消散走的系统的分解透视图；
图3是根据本发明的各种实施例的示范变送器组件的分解透视图；
图4是根据本发明的至少一个实施例的图3中示出的变送器组件的一部分的分解透视图；
图5是根据至少一个实施例的图4中示出的变送器组件的透视图；
图6是根据本发明的各种实施例的图5中示出的示范电路板的放大截面图；
图7是根据本发明的一个实施例的包含导热材料条的示范电路板的顶部部分的侧视图；
图8是根据本发明的一个或更多个实施例的处于组装状态的示范变送器组件截面前视图；
图9是根据本发明的各种实施例的部分地组装的图2中示出的系统的后视图；
图10提供根据本发明的一个实施例的用于使热能从安装在可旋转轴内的电子构件消散走系统的截面侧视图；且
图11提供根据本发明的一个实施例的框图，该框图例示用于使热量从安装在可旋转的承载轴内的电子构件消散走的示范方法的不同步骤。
构件列表
10 涡轮机
12 转子轴
14 燃气涡轮
16 进口区段
18 空气
20 压缩机区段
22 压缩机
24 燃烧区段
26 燃烧器
28 外壳体
30 涡轮区段
34 排气区段
36 排气管
38 压缩机叶片
40 压缩机盘
42 涡轮叶片
44 转子盘
46 发电机/马达
48 内通道
50 压缩空气
52 燃烧气体
54 传感器
56 数据处理器
58 导线
60 电子器件
62 滑环
64 转子轴端部
66 延长轴
67-99 未使用
100 系统
102 承载轴
104 变送器组件
106 轨道部件
108 前母板
110 前端-承载轴
112 后母板
114 后端-承载轴
116 内表面/内侧
118 外侧/外侧
120 凸缘
126 凸缘部分
128 孔
130 异形短节密封件(swage seal)
132 内衬套
134 连接器
136 终端
138 固持套环
140 对准销
142 孔
144 端部-异形短节密封件
146 外表面
148 机械紧固件
150 滑环组件
152 数字滑环
154 内表面
200 变送器组件
202 变送器外壳
204 子板
206 电路板
208 内腔
210 隔板
212 垫片
214 盖
216 侧向地
218 纵向地
220 顶部部分-变送器外壳
222 内表面/接触表面-盖
224 外表面/顶表面-盖
226 底部部分-变送器外壳
228 前壁
230 后壁
232 侧壁
234 侧壁
236 中间壁
238 第一内腔
240 第二内腔
242 槽道
244 槽道
246 槽道
248 槽道
250 内表面
252 内表面
254 内表面
256 内表面
258 连接器(子板)
260 连接器(电路板)
262 底部部分-电路板
264 第一/前连接器
266 前端部分-子板
268 第二/后连接器
270 后端部分
272 隔离层
274 传导层
276 电子构件
278 热能
280 条-导热材料
282 顶部部分-电路板
284 接触部件
286 弹簧/压缩部件
288 支撑轨道
290 支撑轨道
292 冷却剂。
具体实施方式
各示例是作为本发明的解释，而非本发明的限制而提供的。实际上，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可在不背离本发明的范围或精神的情况下在本发明中进行修改和变形。例如，作为一个实施例的一部分例示或描述的特征可用在另一实施例上，以形成又一其他实施例。因此，意图本发明覆盖在所附权利要求和它们的等同物的范围内的此种修改和变形。
尽管大体上在燃气涡轮的背景下描述了本发明的示范实施例以用于例示，但本领域技术人员将容易地理解，本发明的实施例可应用于任何涡轮机。例如，本发明可应用于蒸汽涡轮、风力涡轮、风扇等，它们包括连接至旋转轴的电子器件，诸如模拟数字转换器，且本发明不意图限于燃气涡轮涡轮机，除非在权利要求中另有说明。
现在参考附图，在附图中，相同的数字贯穿附图指示相同的元件。图1提供了示范涡轮机10的功能框图，该示范涡轮机10具有转子轴12，该转子轴12沿涡轮机10的轴向中心线延伸。在具体实施例中，如图1所示，涡轮机10是燃气涡轮14。燃气涡轮14大体上包括进口区段16，进口区段16可包括一系列过滤器、冷却盘管、水分分离器、和/或净化或以其他方式调节进入燃气涡轮14的空气18的其他装置(未示出)。包括压缩机22的压缩机区段20配置在进口区段的下游。燃烧区段24配置在压缩机区段20的下游，且可包括围绕外壳体28(诸如压缩机排放壳体)环状地布置的多个燃烧器26。
包括高压和/或低压涡轮32的涡轮区段30配置在燃烧区段24下游。燃气涡轮14还可包括排气区段34，排气区段34包含配置在涡轮32出口下游的排气管或扩散器36。在具体的实施例中，进口区段16、压缩机22、燃烧区段24、涡轮32和排气管36限定通过燃气涡轮机12的主流动通道。
压缩机20大体上包含多排或多级压缩机叶片38(仅示出一级)，其中各排压缩叶片38通过压缩机转子盘40联接于转子轴12。此外，涡轮32大体上包括多排或多级涡轮叶片42(仅示出一级)，其中各排涡轮叶片42可通过涡轮转子盘44联接于转子轴12。压缩机和涡轮叶片38、42大体上安装、成角度并且/或者形成为，使得转子轴12的旋转导致空气18被通过进口区段16吸引且吸引到压缩机22中。
在具体实施例中，转子轴12可连接于马达和/或发电机46，以便使转子轴12转动并且/或者生成电功率和/或机械功。转子轴12可以是单个轴，或者可包括多个轴，该多个轴联接以形成穿过涡轮机10或燃气涡轮14的单个轴。在具体实施例中，转子轴12环状地定形，以形成或限定在其中轴向地延伸的内通道48。
在操作时，空气18被通过进口区段16吸引且吸引到压缩机22中，在此，其被逐渐压缩，以对燃烧区段24提供压缩空气50。压缩空气50被传送至燃烧器26，在此，其与燃料混合。各燃烧器26中的燃料-空气混合物被点燃，因此在高速下生成高温燃烧气体52。燃烧气体52被传送通过涡轮32，在此，热能和动能被从燃烧气体52传递至涡轮叶片42，从而导致转子轴12旋转。燃烧气体52被通过排气管36排出。
在涡轮机10，诸如在本文中描述的燃气涡轮14的操作期间，各种可旋转构件，诸如压缩机叶片38、压缩机转子盘40、涡轮叶片42、涡轮转子盘44、转子轴12和各种其他可旋转涡轮机构件暴露于可能限制寿命的热环境和/或机械应力。结果，一般来说期望监测旋转构件的各种操作参数，诸如温度、速度、应力、应变、振动和/或其他特征，它们可允许异常的早期检测，允许调整修理或维护计划，和/或改善涡轮机10的操作和/或效率的其他措施。
为了监测各种可旋转构件处的各种操作参数，传感器54可在涡轮机10内联接至各种可旋转构件或配置为靠近各种可旋转构件。传感器54可包括压力检测器、应变计、和加速度计，它们生成反映由压缩机叶片38、涡轮叶片42、或其他旋转构件导致的振动或移动的一个或更多个信号。在其他实施例中，传感器54可包括热电偶或电阻温度检测器，其生成反映各种旋转构件温度的一个或更多个信号。本领域技术人员将容易理解，本发明的实施例不限于任何特定的传感器，除非在权利要求中特别声明。
传感器54可放置在压缩机叶片38、压缩机转子盘40、涡轮叶片42、和涡轮转子盘44上、在转子轴12的内流道48或在涡轮机的任何可旋转构件。信号被从可旋转的传感器54通过导线58和滑环组件发送至静止的数据处理器56，诸如控制器或计算装置。。在具体实施例中，传感器54中的至少一些是电联接于各种电子器件60，电子器件60可以处理、修改或其他操纵来自传感器54的信号。例如，电子器件60可包括模拟数字转换器等，以将滑环62和/或静止的数字处理器56上游的信号数字化。因此，在许多例子中，需要将电子器件60安装至转子轴12和/或转子轴12内，从而使电子器件60经受可能限制寿命的过载(g-load)和/或热应力。
图2提供根据本发明各种实施例的用于使热能从安装在可旋转轴100内的电子构件消散走系统的分解透视图，其在本文中称为“系统”。如图1所示，系统100可联接于转子轴12的一端64。在具体实施例中，系统100可通过延长轴66而联接于转子轴12。延长轴66可提供用于将导线58从转子轴12发送到系统100并且/或者用于例如通过联接到导线58的终端多个连接器(未示出)将导线58电子地联接到系统100的手段。
在如图2所示的实施例中，系统100包括环形承载轴102和至少一个变送器组件104。在一个实施例中，系统100包括围绕承载轴102的轴向中心线环状地布置的多个变送器组件104。在具体的实施例中，系统100可包括多个轨道部件106、前母板108和后母板112，前母板108配置在承载轴102的前端110处，并且/或者跨过其径向地且周向地延伸，后母板112配置在承载轴102的后端114处，并且/或者跨过其径向地且周向地延伸。
承载轴102包含内表面或侧面116和与内表面116径向分离的外表面或侧面118。承载轴102至少部分地由导热材料形成。例如，承载轴102可由铝、金属、金属合金或其他热导材料形成。承载轴102的前端部分110可制作成与转子轴12的端部64联接(图1)。例如，如图2所示，承载轴102的前端110可包括径向地延伸的凸缘120。
图3提供了示范变送器组件200的分解透视图，其代表根据本发明的各种实施例的多个变送器组件104中的至少一个变送器组件104。在具体实施例中，如图3所示，变送器组件200包括变送器外壳202、主电路或子板204和至少一个电路板206。在各种实施例中，电路板206竖直地安装在在变送器外壳202内形成的内腔208内。在具体实施例中，变送器组件200包括竖直地安装在内腔208内的多个电路板206。
在一个实施例中，变送器组件200包括隔板210。此外或备选地，变送器组件200可包括垫片212。在具体实施例中，垫片212至少部分地由导热材料形成，导热材料诸如如铜、铝或其他导热材料。在具体实施例中，隔板210的至少一部分可由导热材料形成，导热材料诸如铜、铝或其他导热材料。
在各种实施例中，变送器组件200包括盖214。盖214形成为跨过变送器外壳202的顶部部分220侧向地或沿侧向方向216和纵向地或沿纵向方向218延伸。在一个实施例中，盖214将电路板206至少部分地密封在内腔208中。盖214包括从外表面或顶表面224径向地分离的内表面或接触表面222。在各种实施例中，外表面224的至少一部分是弧形的。在特定实施例中，盖的外表面224具有与承载轴102内表面116的半径相同或基本上相同的半径。在特定实施例中，盖214的至少一部分由导热材料(诸如铜、铝或其他导热材料)形成，从而允许在接触表面222与外表面224之间的传导性热传递。
图4提供根据本发明的至少一个实施例的图3所示的变送器组件200的一部分的分解透视图。如图4所示，子板204跨过变送器外壳202的底部部分226侧向地216和纵向地218延伸。子板204可通过机械紧固件(未示出)、环氧树脂、焊料或适用于将子板204固定地连接于变送器外壳202的其他手段来固定地连接于变送器外壳202。
在各种实施例中，如图4所示，变送器外壳202包括前壁228、后壁230和一对侧向地相反的侧壁232、234，它们至少部分地形成其中的内腔208。在特定实施例中，变送器外壳202可包括中间壁236，该中间壁236在内腔208内在相对的侧壁232、234之间侧向地延伸。中间壁236可在变送器外壳202内至少部分地限定第一内腔238和第二内腔242。例如，在变送器外壳202内，前壁、中间壁和侧壁228、236、232、234可限定第一内腔238，且中间壁、后壁和侧壁236、230、232、234可限定第二内腔240。
在具体实施例中，大体上垂直于子板204的竖直地定向的槽道242、244、246、248沿前壁228、中间壁236和/或后壁230中的至少一个的内表面250、252、254、256中的至少一些或全部限定。在具体实施例中，子板204至少部分地密封内腔208。在一个实施例中，子板204至少部分地密封第一和第二内腔240、242。
在各种实施例中，电路板206在变送器外壳202内电联接至子板204，具体而言在内腔208或第一和第二内腔238、240内。例如，如图4所示，电路板206可通过联接于子板204的一个或更多个连接器238而电子地联接。在一个实施例中，电路板206中的至少一些通过沿各对应电路板206的底部部分262布置的连接器260而电子地联接于子板204。
在具体实施例中，前或第一连接器264靠近子板204前端部部分266电子地联接于子板204。在具体实施例中，第二或后连接器268靠近子板204后端部部分270电子地联接于子板204。在具体实施例中，第一和第二连接器264、268通过电路板206中的一个或更多个和/或配置在子板204上的一个或更多个其他电路(未示出)而电子地联接于彼此。
在具体实施例中，电路板206可构造成接收、处理和变送由传感器54或联接于转子轴12的其他构件提供的各种信号。例如，电路板206可包括各种电路、电子构件和或处理器，它们构造成并且/或者被编程为通过导线58、前母板108和第一或前连接器262从传感器54接收模拟信号，数字化或压缩并且/或者以其他方式处理信号且通过第二或后连接器268将处理的信号传送到滑环62。
图5提供根据至少一个实施例的图4所示的变送器组件200的透视图。在图5所示的一个实施例中，多个电路板206在第一和第二内腔238、240之间分配。在图5所示的各种实施例中，多个电路板206中的至少一些电路板206被通过槽道242、244或246、248竖直地支撑。以此方式，在转子轴12和/或承载轴102的旋转期间，槽道242、244或246、248可限制或减小电路板206上的切向过载，从而维持在电路板206与子板204之间的连接完整性。
图6提供根据各种实施例的图5中示出的一个示范电路板206和盖214的一部分的放大截面图。如图6所示，电路板206可以是众所周知的多层或印刷电路板(PCB)。例如，层可在聚酰亚胺或隔离层272与铜迹线或传导层274之间交替。
在操作中，在电流流过电子构件276时，诸如集成电路(IC)芯片、电阻、电容等的至少一个电子构件276可生成热量或热能278。通常，热能278通过空气(对流冷却)或其他冷却介质而消散。然而，该冷却方法不适用于冷却电子构件276或密封在变送器组件200内腔208、238、240内的构件。
在具体实施例中，如图6所示，电路板206包括沿电路板206或多个电路板206的顶部部分282的至少一部分配置或沉积的导热材料条280或“条280”。条280可包括铜、铝或适用于操作在本文中描述的环境的任何其他导热材料。在具体实施例中，条280通过传导层274中的至少一个与电子构件276热连通。在一个实施例中，条280与盖214的接触表面222接触和/或热连通。以此方式，导热路径限定在它们之间。
图7提供根据本发明的一个实施例的包括导热材料条280的电路板206顶部部分282的侧视图。如图7所示，至少一个接触部件284可联接于电路板206的顶部部分282。接触部件284热联接于条280和/或电子构件276。例如，接触部件284可焊接或以其他方式固定至电路板206。当安装到变送器外壳202中时，接触部件284与盖214的接触表面222热连通。在一个实施例中，接触部件284可通过垫片212与盖214的接触表面222热连通。
在一个实施例中，接触部件284可包括弹簧或压缩部件286。压缩部件286从电路板206顶部部分282朝盖214的内表面或接触表面222和/或垫片212径向地延伸。在操作期间和/或当被安装到变送器外壳202中时，压缩部件286靠着内表面或接触表面222并且/或者靠着垫片212压缩，从而在电路板206的导热材料条280与盖214的接触表面222之间限定导热路径。
图8提供根据本发明的一个或更多个实施例的处于组装状态的变送器组件200的截面前视图。在具体实施例中，如图8所示，电路板206基本上垂直于子板204朝盖214的内表面或接触表面222延伸。如图8所示，电路板206中的至少一些的顶部部分282靠着盖214的内表面或接触表面222接合或与其接触。结果，在转子轴12和/或承载轴102的旋转期间，盖214可限制径向移动并且/或者减小电路板上的径向过载，从而维持在电路板206与子板204之间的连接完整性。此外，该接合提供在导热材料条280(图7)与盖214之间的导热路径。在具体实施例中，电路板206的顶部部分282在承载轴102的旋转期间可靠着盖214的内表面222接合或变为与其接触。
图9提供了根据本发明的一个或更多个实施例的系统100的一部分的后视图，其包括插入承载轴102中的多个变送器组件104和200中的一个变送器组件104、200。在系统100的组装期间，变送器组件104、200被插入在多个轨道部件106中的两个相邻轨道部件106之间。相邻的轨道部件106沿承载轴102的内表面116周向地间隔开。轨道部件106中的各个可被固定地连接到承载轴102的内表面116和/或靠着其连接。在具体的实施例中，变送器外壳202和/或盖214可形成导引或支撑轨道288、290，它们与相邻的轨道部件106接合。在各种实施例中，轨道部件106和/或支撑轨道288、290在承载轴102内径向地支撑变送器组件104、200。支撑轨道288、290可通过轨道部件106在变送器外壳202与承载轴102间限定导热路径。
在承载轴102的旋转期间，离心力CF加载各变送器外壳202，尤其是靠着承载轴102的内表面116的各盖214的外表面224。流过各种电子构件276的电流(图6)生成热能278，热能278通过热传导经由导热材料条280和/或接触部件284传递到盖214的内表面或接触表面222。热能278然后从盖214的外表面224经由内表面116传递到承载轴102。热能278然后可从承载轴102的外表面118辐射，从而使热量或热能从与配置在变送器外壳202的内腔208或内腔240、242内的电路板206或多个电路板206联接的电子构件276或多个构件276消散走。在具体的实施例中，如图10所示，辐射的热能278可通过对流冷却而被从承载轴102带走，从而进一步提高系统100的整体冷却效率。例如，在一个实施例中，冷却剂292(例如空气)可被引导跨过承载轴102的外表面118。
在本文中描述和例示的系统100提供了一种方法300，方法300用于使热能278从配置在可旋转的承载轴102内的电子构件276或多个构件276消散。图11提供框图，其例示根据本发明的一个实施例的方法300的各种步骤。在302处，方法300包括通过使承载轴102旋转来通过离心力CF靠着环形承载轴102的内表面116热联接变送器组件104中的至少一个的盖214的外表面224，其中盖214连接于变送器外壳202的顶部部分220，使得盖214至少部分地密封内腔208。在304处，方法300包括使电流行进通过配置在电路板206上的至少一个电构件276，电路板206安装在内腔208、238、240内，其中电构件276在电流流过其时生成热能278。在306处，方法300包括使热能278的至少一部分从电路板206经由盖214的接触表面222传导地传递到盖214。在308处，方法300包括使热能278从盖214传导地传递到承载轴102。
在具体实施例中，热能278的至少一部分经由接触部件284和导热垫片212中的至少一者从电子构件276和/或电路板206传导地传递至盖214的接触表面222，导热垫片212配置在电路板206的顶部部分282与盖214的接触表面222之间。在其他实施例中，方法300可包括将冷却剂292引导跨过承载轴102外表面118，从而对流地冷却承载轴102。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的系统，包括：
环形承载轴，其具有与外表面径向地间隔的内表面，且一端形成为联接到转子轴的端部；和
变送器组件，其被径向地支撑在所述承载轴内，所述变送器组件包括：
变送器外壳，其在其中限定内腔；
子板，其跨过所述变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸；
电路板，其电子地联接于所述子板，所述电路板在所述内腔内垂直于所述子板而延伸，其中，所述电路板包括沿所述电路板的顶部部分配置的导热材料条；和
盖，其连接于所述变送器外壳的顶部部分，至少部分地密封所述内腔，其中，所述盖的接触表面与所述电路板的导热材料热连通，其中，所述盖的顶表面的至少一部分在所述承载轴的旋转期间与所述承载轴的内表面热连通。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括导热垫片，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间，其中，所述垫片在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括接触部件，所述接触部件联接于所述电路板的顶部部分，其中，所述接触部件在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述盖的顶表面是弧形的。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述盖的顶表面和所述承载轴的内表面具有相同的轮廓。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电路板包括多个电子构件，所述多个电子构件靠近顶部部分连接于所述电路板且热联接至所述导热材料条。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括隔板，其中，所述电路板的顶部部分至少部分地延伸穿过该隔板。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述变送器外壳包括配置在所述内腔内的竖直地定向的槽道。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电路板承座在所述竖直地定向的槽道内。
10.一种涡轮机，包括：
环形转子轴；
多个传感器导线束，其从所述转子轴的内通道向外延伸；
环形承载轴，其形成为在第一端处联接到所述转子轴的端部部分，所述承载轴具有与所述第一端轴向地间隔的第二端和与外表面径向地间隔的内表面；
多个变送器组件，其在所述承载轴内环状地布置且周向地间隔，各变送器组件包括：
变送器外壳，其在其中限定内腔；
子板，其跨过所述变送器外壳的底部部分侧向地且纵向地延伸，其中，所述子板在一端处电子地联接至该多个导线束中的一个导线束；
电路板，其电子地联接于所述子板，所述电路板在所述内腔内垂直于所述子板而延伸，其中，所述电路板包括沿所述电路板的顶部部分配置的导热材料条；和
盖，其连接于所述变送器外壳的顶部部分，至少部分地密封所述内腔，其中，所述盖的接触表面与所述电路板的导热材料条热连通，其中，所述盖的顶表面的至少一部分在所述承载轴的旋转期间与所述承载轴的内表面热连通。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，还包括导热垫片，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间，其中，所述垫片在所述导热材料条与所述接触表面之间限定导热路径。
12.根据权利要求10所述的涡轮机，还包括接触部件，所述接触部件联接于所述电路板的顶部部分，其中，所述接触部件在所述导热材料条与所述盖的接触表面之间限定导热路径。
13.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述盖的顶表面和所述承载轴的内表面具有相同的轮廓。
14.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述电路板包括多个集成的电路构件，所述多个集成的电路构件靠近顶部部分连接于所述电路板且热联接于所述导热材料条。
15.根据权利要求10所述的涡轮机，还包括隔板，其中，所述电路板的顶部部分至少部分地延伸穿过该隔板。
16.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述变送器外壳包括配置在所述内腔内的竖直地定向的槽道。
17.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述电路板承座在竖直地定向的槽道内。
18.一种用于使热能从配置在可旋转轴内的电子构件消散走的方法，包括：
通过使承载轴旋转来通过离心力使变送器组件的盖的外表面靠着环形承载轴的内表面热联接，其中，所述盖连接于所述变送器组件的变送器外壳的顶部部分且至少部分地密封在所述变送器外壳内形成的内腔；
使电流行进通过在安装在所述内腔内的电路板上配置的至少一个电构件，其中，所述构件在电流流过其时生成热能，且其中，所述电路板包括导热材料条，所述导热材料条沿所述电路板的顶部部分配置且其热联接于所述电子构件；
将由所述电子构件生成的热能的至少一部分从所述电路板经由所述盖的接触表面传导地传递至所述盖；和
将热能从所述盖传导地传递至所述承载轴。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，热能中的至少一部分经由接触部件和导热垫片中的至少一者从所述电路板传导地传递到所述盖的接触表面，所述接触部件热联接至所述导热材料条，所述导热垫片配置在所述电路板的顶部部分与所述盖的接触表面之间。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括将冷却剂引导跨过所述承载轴的外表面。
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