CN111819914B - 具有能固定在支承元件、特别是壁上的电气设备的电气设备布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能固定在支承元件、特别是壁上的电气设备，其中，电气设备具有散热器、电路板和壳体，其中，电路板分别固定在散热器上，散热器固定在或能固定在支承元件上，特别是其中，壳体以形成壳体的方式包围电路板并且固定在散热器上。

Description

具有能固定在支承元件、特别是壁上的电气设备的电气设备 布置结构

技术领域

本发明涉及一种电气设备布置结构/电气设备组件，其具有能固定在支承元件、特别是壁上的电气设备。

背景技术

通常已知的是，设置用于使产生热量的构件散热的散热器。

发明内容

因此，本发明的目的在于，改进一种电气设备，其中，应该能实现特别简单的制造。

根据本发明，该目的通过根据下述特征的电气设备布置结构来实现。

在具有能固定在支承元件、特别是壁上的电气设备的电气设备布置结构中，本发明的重要特征是，电气设备具有散热器、电路板和壳体，

其中，电路板分别固定在散热器上，散热器固定在或能固定在支承元件上，

特别是其中，壳体以形成壳体的方式包围电路板并且固定在散热器上。

在此有利的是，散热器支承电路板和壳体并且因此用作设备的中央的支承元件。散热器能固定在机器或设备的支承元件上，例如固定在壁上。通过固定在该支承元件上也使电路板和壳体得到保持。相应的电路板的重力因此通过散热器传导到壁上。同样地，壳体的重力通过散热器传导到壁上。

此外，散热器也具有用于电接地的接口并且因此用作通向电接地的接地电容/引线。

在一个有利的设计方案中，电气设备具有功率模块，该功率模块具有以脉宽调制的方式被驱控的半导体开关，

特别是其中，功率模块布置在所述电路板中的第一电路板上。在此有利的是，以高电流和/或高电压以时钟/脉冲方式运行的构件布置在第一电路板上，该第一电路板因此仅布置在散热器的一侧上。因此，在散热器的背离第一电路板的一侧上可以设置第三电路板，该第三电路板具有电子电路。该电子电路能够不受第一电路板的干扰信号干扰地运行，这是因为散热器由金属、特别是由铝制成，并且因此用作为屏蔽件。

在一个有利的设计方案中，功率模块在散热器的接触面上与散热器连接，特别是用于散热。在此有利的是，散热器将流入的热流散开。因此，峰值温度能保持得尽可能低。

在一个有利的设计方案中，接触面布置在散热器的底板上。在此有利的是，接触面布置在散热器的具有较大壁厚的区域上。

在一个有利的设计方案中，在散热器上，在底板的与接触面相对置的侧上构造有散热片。在此有利的是，在接触面上引入的热量能尽可能直接地从底板通过散热片导出，由通风机输送的空气流沿着所述散热片运动，其中，通风机固定在散热器上。

在一个有利的设计方案中，在所述散热片中的第一散热片上形成有片状的、平行于底板布置的支承部段，

其中，在底板上形成有片状的、垂直于底板布置的壁部段，

其中，底板布置在支承部段与壁部段之间，

特别是其中，电气设备借助于壁部段固定和/或能固定在壁上。在此有利的是，支承部段不是底板的直接延伸，而是虽然平行地、但是以偏错开的方式实施。因此，除了占据直至底板上的接触面的第一结构高度的功率模块之外，在第一电路板上还可以装配其它构件，所述其它构件允许占据第二结构高度，特别是即直至借助于偏错进一步远离第一电路板的支承部段。因为偏错也就是如下方式，即，支承部段比底板距第一电路板更远，所以在第一电路板的被支承部段覆盖的区域中，与第一电路板的被底板覆盖的区域相比，可以在第一电路板的面向支承部段的一侧上布置更大的构件。

在一个有利的设计方案中，壁部段、底板、散热片和支承部段一体地——也就是说一件式地——被设计为散热器，特别是被设计为铝铸件。在此有利的是，能够实现稳定的固定。

在一个有利的设计方案中，支承部段相对于底板偏错，

特别也就是说，支承部段的平面与底板的平面虽然平行、但是间隔开。在此有利的是，与相邻于底板的区域相比，在第一电路板上的相邻于支承部段的区域中可装配有更大的构件。

在一个有利的设计方案中，在支承部段上布置有接纳凹口，其中，接纳凹口的一侧借助于第一散热片的一个区域形成，

其中，产生热量的构件——特别是功率构件、特别是半导体开关——布置在接纳凹口中，其中，在构件与接纳凹口之间布置有电绝缘的、导热的材料，特别是该材料的弹性大于铝并且大于所述电路板中的第一电路板的载体材料，该材料的比导热率至少为铝的十分之一。在此有利的是，功率构件在多个侧上被接纳凹口的材料、即散热器的材料包围，并且无间隙地被接纳在接纳凹口中。因此，防止了在构件与接纳凹口之间的相对的机械振动。

在一个有利的设计方案中，功率构件被插入到导热的塑料外套、特别是橡胶套管中，借助于该塑料外套将功率构件无间隙地接纳在接纳凹口中。在此有利的是，塑料外套电绝缘地起作用并且尽管如此仍能实现构件与散热器的良好导热的接触。特别在塑料中添加电绝缘的颗粒，但是这些颗粒是非常好的热导体。在此特别合适的是陶瓷颗粒，特别是粒度小于10微米的陶瓷颗粒。

在一个有利的设计方案中，在散热器的壁部段上布置有用于PE连接、特别是用于与电接地的连接的接口。在此有利的是，散热器不仅能用于散热和用于保持设备，而且还能用于电接地或用于电接地电容。这在与壁部段连接的壁或者支承件本身由金属制成并且电接地时是特别有利的。因此，当壁是开关柜的后壁或机器的支承件时，散热器与壁或支承件一起用作散热装置。

在一个有利的设计方案中，在支承部段的两侧构造有突起部段/凸台部段，并且在底板的与散热器相对置的侧上同样构造有突起部段，

其中，第一电路板——特别借助于螺钉——固定在第一突起部段和第二突起部段上，其中，第一突起部段从支承部段上突起，其中，第二突起部段从底板的与散热片相对置的侧上突起，

其中，第三电路板——特别借助于螺钉——固定在第三突起部段上，其中，第三突起部段从支承部段的与第一电路板相对置的侧上突起，

其中，第二电路板固定在第四突起部段上，其中，第四突起部段中的一个突起部段从所述第一突起部段中的一个突起部段上突起，也就是说在第一突起部段上形成，

其中，第一电路板平行于第三电路板取向，

其中，第一电路板与第三电路板间隔开，

特别是其中，支承部段布置在第一电路板与第三电路板之间，

其中，第二电路板垂直于第一电路板并且也垂直于第三电路板布置。在此有利的是，电路板能通过突起部段保持在散热器上。

在一个有利的设计方案中，为了将相应的电路板固定在相应的突起部段上，在相应的突起部段中布置有螺纹孔，

其中，被拧入到相应的螺纹孔中的相应的螺钉的螺钉头将相应的电路板压在相应的突起部段上。在此有利的是，能实施简单的固定方法。在此重要的是，第四突起部段的螺纹孔和第一突起部段的螺纹孔彼此间隔开，或者至少被拧入其中的相应螺钉彼此不接触，尽管这些螺纹孔彼此垂直地取向并且螺纹孔的孔轴线彼此相交。

在一个有利的设计方案中，支承部段在其背离第一电路板的侧上具有加强肋，特别是被设计为格栅状的加强肋。在此有利的是，可以实现提高的稳定性并且因此可以更好地实现保持功能以及散热功能。

在一个有利的设计方案中，所述散热片中的每个散热片都具有加厚部，特别是具有彼此均匀地间隔开的加厚部。在此有利的是，散热片的稳定性和其散热功能可更好地实现。

在一个有利的设计方案中，第三电路板布置在散热器的、特别是底板的和支承部段的背离接触面的一侧上，

其中，第一电路板布置在散热器的、特别是底板的和支承部段的面向接触面的一侧上，其中，第一电路板装配有以脉宽调制的方式操控的构件、特别是装配有以脉宽调制的方式操控的功率模块。在此有利的是，散热器用作屏蔽件。因此，布置在第三电路板上的电子电路不受第一电路板的以时钟方式运行的结构元件的干扰。

本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员，特别是从提出的目的和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

现在根据示意图详细说明本发明：

在图1中示出在移除壳体的情况下电气设备的侧视图，其中，电路板(3、4、5)固定在散热器1上。

在图2中示出在壳体被移除时的电气设备。

在图3中以斜视图示出从第一视向看去的散热器1。

在图4中以斜视图示出从第二视向看去的散热器1。

在图5中以斜视图示出从第三视向看去的散热器1。

具体实施方式

如在图中所示，电气设备、特别是设置为用于给电机供电的变流器具有散热器1，在该散热器的侧面上固定有电路板(3、4、5)。在此，三个电路板中的第一电路板3垂直于三个电路板中的第二电路板4取向，其中，三个电路板中的第二电路板4垂直于三个电路板中的第三电路板5取向。在此，第一电路板3平行于第三电路板5取向。因此，电路板(3、4、5)形成不连续的U。

第三电路板5装配有功率模块6或与其电连接，该功率模块被弹簧元件压向构造在散热器1上的接触面30。

在散热器1上布置有通风机，其中，由该通风机输送的冷却空气流沿着平行地构造在散热器1上的散热片流动。

在散热器1上构造有侧向突出的突起部段(32、33、34、35、41)。在此，突起部段(32、33、34、35、41)的厚度这样选择，使得在相应的突起部段(32、33、34、35、41)的外端部区域上形成螺纹孔，螺钉能被拧入到该螺纹孔中，该螺钉的加宽的螺钉头将相应的电路板(2、4、5)压向相应的突起部段(32、33、34、35、41)。

在此，突起部段(36、37)在前侧上突出，并且其它突起部段(32、33、34、35、41)在两侧上突出。由此，突起部段(36、37)垂直于其它突起部段(32、33、34、35、41)延伸。

散热器1被一体地、也就是说一件式地设计，其中，散热片7从散热器1的底板的第一侧上突起。散热片7平行地取向并且优选彼此均匀地间隔开。

突起部段34和35从底板的另一侧上突起。此外，在该另一侧上设计有精细加工的、特别是被磨削的表面零件，该表面零件用作用于功率模块6的接触面30。因此，在电气设备的运行中，强烈的热流从功率模块6输入到底板中并且从底板输入到散热片7中。借助于沿着散热片7输送空气流的通风机2能够实现散热。

在接触面30中居中地将螺纹孔引入到底板中，从而功率模块6借助于穿过功率模块6引导的并且被拧入到螺纹孔中的螺钉、特别是借助于螺钉的螺钉头能够压靠到接触面上。

因此，底板用作用于三个电路板(3、4、5)中的电路板5和用于散热片7以及用于功率模块6的保持件。

在底板上平行于散热片7、也就是说垂直于底板构造有片状的壁部段9。在该支承部段上也设有用于PE连接的接口10。

借助于壁部段9，电气设备能固定在安装轨上或开关柜的壁上。为此，也就通过壁部段9来引入保持力。

在图中未示出的保护壳体也固定在散热器1上。因此，电气设备的所有部件都被散热器1保持，该散热器又借助于其壁部段9保持在壁或机器上。

散热片7布置在底板的仅一侧上。壁部段9包围散热器1的整个其余部分在壁部段9上的垂直投影。因此，壁部段9也就比垂直的投影延伸得更多，特别是其中，壁部段9为此被设计为片状的、即平坦的部件。

如在图中所示，壁部段9在散热器1的底板的两侧延伸。

优选地，底板在接触面30的区域中被设计为具有更大的壁厚、即加厚。以这种方式，热容量在接触面30的区域中被提高并且流入的热量因此可被散出。

突起部段34和35在底板的背离散热片7的侧上突起。在此，相应的突起部段35以独自竖立的方式构造。

然而，突起部段34借助于连接壁与壁部段9连接，使得在此不仅改善了散热器1的稳定性、而且特别是也改善了突起部段34的稳定性，而且也增大了热容量。

散热器1的底板例如居中地通入到壁部段9中。

片状的支承部段8以相对于底板偏错开的方式构造在散热器1上。因此，支承部段8通入到被布置成距离壁部段9最远的那个散热片7中。

用于固定电路板5的突起部段32同样在支承部段8上突起。

在电路板5的面向支承部段8的侧上，该电路板装配有功率构件、特别是可控制的半导体开关、如开关电源晶体管。

功率构件以被导热的橡胶套管包围的方式插入到在散热器1上构造的接纳凹口31中。因此，功率构件与接纳凹口31电绝缘地且导热地连接。代替橡胶套管，也可以使用电绝缘的、但是良好导热的另外的材料，该另外的材料布置在接纳凹口31与功率构件之间。

在该支承部段8上布置有突起部段32，该突起部段布置在该支承部段8的与该接纳凹口31相同的一侧上。

在该突起部段32上，另一突起部段36在横向方向上突出，特别也就是说横向于基本上呈平面形式的支承部段8的法线方向。因此，在该另一突起部段36中形成的螺纹孔相对于在突起部段32中形成的螺纹孔垂直地取向。

因为该另外的突起部段36从突起部段32的侧面突出，所以实现了高稳定性。特别地，为此存在高的材料厚度。

接纳凹口31布置在支承部段8上。在此，该接纳凹口31被设计为具有从支承部段8上突起的侧壁。由于橡胶套管，功率构件无间隙地接纳在接纳凹口31中。

接纳凹口31的侧壁之一形成在下述的散热片上：支承部段8通入到该散热片中。

在支承部段8的背离接纳凹口31的侧上，在支承部段8上形成有加强肋40。

此外，在该侧上，两个彼此间隔开的突起部段41从支承部段8上突起，这些突起部段借助于连接壁42连接，其中，连接壁42同样从支承部段8上突起并且同样像突起部段41那样一体地构造在支承部段8上。

散热片7具有加厚部43，该加厚部在散热片7的延伸方向上、特别是在散热片之间流动的冷却气流的方向上彼此均匀地间隔开。

特别地，功率模块具有功率开关、如IGBT或MOSFET。这些功率开关布置在半桥中，来自由电网馈电的整流器的直流电压为该半桥供电。在输出侧，由功率模块提供用于给三相交流电机馈电的三相电压系统。优选地，功率开关以脉宽调制的方式运行。

因为散热器1由金属、特别是铝制成，所以散热器1的支承部段8也用作布置在电路板3上的电子电路的屏蔽件，以防止功率模块和功率模块的布置在电路板5上的操控装置的干扰。

因为支承部段8被设计为不中断的，所以能够实现在以时钟方式运行的结构元件与电路板3的、布置在支承部段8的另一侧上的结构元件之间的有效的HF屏蔽。

更有利的是，由塑料制成的、简单的罐形壳体能从支承部段8的与壁部段9相对置的一侧出发罩在散热器1和固定在散热器上的电路板(3、4、5)上。壳体能借助于螺钉固定在散热器上，其中，螺钉能被拧入到散热器的螺纹孔中。替代地，也能实现壳体卡锁在壁部段9上。

附图标记列表：

1散热器

2通风机

3第三电路板

4第二电路板

5第一电路板

6功率模块

7散热片

8支承部段

9壁部段

10用于PE连接的接口

30用于功率模块6的接触面

31接纳凹口

32突起部段

33突起部段

34突起部段

35突起部段

36突起部段

37突起部段

40加强肋

41突起部段

42连接壁

43加厚部。

Claims (20)

1.一种电气设备布置结构，其具有能固定在支承元件上的电气设备，

其中，电气设备具有散热器、壳体和多个电路板，

其特征在于，

电路板分别固定在散热器上，散热器固定在或能固定在支承元件上，

壳体以形成壳体的方式包围电路板并且固定在散热器上，

散热器具有底板，接触面布置在底板上，在散热器上在底板的与接触面相对置的侧上成型有散热片，在所述散热片中的第一散热片上形成有板状的支承部段，支承部段与底板平行错开，

在支承部段上布置有接纳凹口，接纳凹口的一侧借助于第一散热片的区域形成，产生热量的构件布置在接纳凹口中，在所述构件与接纳凹口之间布置有电绝缘的、导热的材料。

2.根据权利要求1所述的电气设备布置结构，其特征在于，支承元件是壁。

3.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

电气设备具有功率模块，该功率模块具有以脉宽调制的方式操控的半导体开关，

功率模块布置在所述电路板中的第一电路板上。

4.根据权利要求3所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

功率模块在散热器的接触面上与散热器连接，以用于散热。

5.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

在底板上形成有板状的、垂直于底板布置的壁部段，

底板布置在支承部段与壁部段之间，

电气设备借助于壁部段固定在和/或能固定在支承元件上。

6.根据权利要求5所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

壁部段、底板、散热片和支承部段一件式地被设计为散热器，

和/或，

第三电路板布置在底板和支承部段的背离接触面的侧上，

第一电路板布置在底板和支承部段的面向接触面的侧上，第一电路板装配有以脉宽调制的方式操控的功率模块。

7.根据权利要求6所述的电气设备布置结构，其特征在于，壁部段、底板、散热片和支承部段一件式地被设计为铝铸件。

8.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

产生热量的构件是功率构件。

9.根据权利要求8所述的电气设备布置结构，其特征在于，所述功率构件是半导体开关。

10.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，其特征在于，所述材料的弹性大于铝并且大于所述电路板中的第一电路板的载体材料，并且该材料的比导热率至少为铝的十分之一。

11.根据权利要求8所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

功率构件被插入到导热的塑料外套中，借助于该塑料外套将功率构件无间隙地接纳在接纳凹口中。

12.根据权利要求11所述的电气设备布置结构，其特征在于，所述塑料外套是橡胶套管。

13.根据权利要求5所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

在散热器的壁部段上布置有用于PE连接、即与电接地的连接的接口。

14.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

在支承部段的两侧上成型有突起部段，并且在底板的与散热器相对置的侧上同样成型有突起部段，

第一电路板(5)固定在第一突起部段上，第一突起部段(32)从支承部段上突起，第一电路板还固定在第二突起部段(35)上，第二突起部段(35)从底板的与散热片相对置的侧上突起，

第三电路板(3)固定在第三突起部段(41)上，第三突起部段(41)从支承部段的与第一电路板相对置的侧上突起，

第二电路板(4)固定在第四突起部段上，所述第四突起部段中的一个突起部段(36)从所述第一突起部段中的一个突起部段(32)上突起，也就是说形成在第一突起部段(32)上，

第一电路板(5)平行于第三电路板(3)取向，

第一电路板(5)与第三电路板(3)间隔开，

支承部段布置在第一电路板与第三电路板之间，

第二电路板垂直于第一电路板并且也垂直于第三电路板。

15.根据权利要求14所述的电气设备布置结构，其特征在于，第一电路板(5)借助于螺钉固定在第一突起部段上；第三电路板(3)借助于螺钉固定在第三突起部段(41)上。

16.根据权利要求14所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

为了将相应的电路板固定在相应的突起部段上，在相应的突起部段中布置有螺纹孔，

被拧入到相应的螺纹孔中的相应的螺钉的螺钉头将相应的电路板压在相应的突起部段上。

17.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

支承部段在其背离第一电路板(5)的侧上具有加强肋。

18.根据权利要求17所述的电气设备布置结构，其特征在于，加强肋被设计为格栅状。

19.根据权利要求1或2所述的电气设备布置结构，

其特征在于，

所述散热片中的每个散热片都具有加厚部(43)。

20.根据权利要求19所述的电气设备布置结构，其特征在于，加厚部(43)彼此均匀地间隔开。