CN115940520A

CN115940520A - 电驱动器的模块化构造的接口方案

Info

Publication number: CN115940520A
Application number: CN202210939142.9A
Authority: CN
Inventors: M·布尔克特; G·哈斯; T·拉普; D·柯尼希; A·巴德
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-04-07
Also published as: EP4135490A1; DE102021120679A1; US20230044384A1

Abstract

本发明涉及一种模块化构造的控制单元(100)，所述控制单元能够针对从预先确定的数量i的电动机，尤其是相同功率等级的电动机中选出的电动机，具体地在接口功能方面进行适配，其中，所述控制单元(100)具有至少两个电路板(L1，L2)，所述电路板从由N个不同的电路板(L1，L2，...，LN)组成的组中选出，所述电路板上存在用于运行所述电动机的接口功能、电气元件、电子部件或控制单元。

Description

电驱动器的模块化构造的接口方案

技术领域

本发明涉及一种用于电驱动器，尤其用于电动机的模块化构造的接口方案。

背景技术

今天，电力驱动技术存在于各种领域，如家庭、商业，特别是工业生产的许多领域。特别是在这种情况下，其重要性随着生产自动化程度的提高而增加。电力工业驱动的核心一方面是电动机作为电网和需要机械能的工作机器之间的能量转换器，另一方面是马达控制器。功率电子器件是每个电驱动器的三个中心部件之一。其任务是控制电机，与控制器通信以及诊断驱动器。

术语“功率电子器件”是指与借助电子元件控制、转换或切换电能有关的一切。这已经从几个100mA和几伏特开始，但延伸到几个100kV和几个1000A。在较小的电压和电流时，挑战不在于绝对值本身，而在于以特别高的效率和尽可能低的EMV辐射的转换。

功率电子器件或功率电子系统总是至少由控制或调节部件和功率部件本身以及必要时用于与其他电子部件连接和通信的接口构成。通常也被直接称为“功率电子器件”的这种功率部件本身又由多个部件组成，这些部件总是必须相互协调并且与应用相协调。

由于应用的多样性和各自的特定要求，用于特定的电动机或特定的电驱动器的所需的接口在单个功率电子器件上实现。这意味着，功率电子器件在已知的应用中集成地具有所有所需的接口。就此而言，即使在相同功率等级中，也存在功率电子器件的高方差。

然而，除了减少变型的数量之外，还期望获得用于应用的完整功能，并且尤其是还实现用于多个马达和功率等级的功率电子器件的设计的灵活性。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，克服现有技术中的上述缺点并且提供一种用于马达控制器及其功率电子器件的改进的、可成本有利地制造的方案。

该任务通过根据权利要求1的特征组合来实现。

根据本发明，设置模块化构造的控制单元，控制单元能够具体地在接口功能方面进行适配，更确切地说是针对从预先确定的数量i的电动机，尤其是(尤其是结构尺寸和跨功率的)相同的功率等级的电动机中选出的电动机，其中，控制单元具有至少两个电路板，电路板从由N个不同的电路板(L1，L2，...，LN)组成的组中选出，电路板上存在用于运行电动机的接口功能、电气元件、电子部件或控制单元，其中，作为基础电路板的电路板配备有用于电动机的功率电子器件并且安置在控制单元的第一壳体中，并且其中，在另外的电路板上，尤其功率电子器件的另外的接口功能与功率电子器件分开地设置，并且第二电路板设置在与第一壳体分开的第二壳体中，并且其中，第一壳体具有包围第一电路板的壳体壁，在壳体壁上，第二壳体装配在第一壳体之外。

进一步有利的是，第二壳体是接线盒，并且第二电路板被其周向封闭的壁包围。因此，补充电路板可以单独地安装在接线盒中。

同样有利的是一种设计方案，其中，第二壳体在一壳体区段上支承或安装在第一壳体的外置的且阶梯状的留空部上，并且由此补充第一壳体的形状，尤其以如下设计方案，即，两个壳体的形状分别形成为基本上圆柱形本体的部段并且在装配在一起的状态下基本上补充成共同的圆柱形本体或者共同限定相应的圆柱形包络曲线。

在本发明的另一优选的实施方式中，第二壳体一体地具有带有电缆螺纹套管接头的电缆入口，以便在其上连接电连接接头。

互补壳体的模块化分离同样是有利的，因为两个壳体于是分别彼此分开地具有自己的密封平面或密封功能。

如之前已经阐述的那样，可以从一组电路板中分别针对特定的电动机模块化地组装控制器，并且同时以简单且成本有利的方式巧妙地组合密封功能、装配和电气功能。为此设置有一组电路板，在电路板上存在用于运行电动机的所述接口功能、电气元件、电子部件或控制单元，尤其是电路板中的至少一个电路板配备有用于电动机的功率电子器件，并且其中，接口功能中的一些或多个，尤其是功率电子器件的原始接口功能与功率电子器件分开地设置或位于另外的电路板中的一个或多个电路板上。

电路板的数量N和电动机的数量i以及提到的其他数量或部分数量当然被理解为整数，因此被理解为选自自然数的组的正数。

功率部分具有以下重要部件，用于与其他补充电路板区别开来：

1.功率半导体(例如FET、Mosfet概述、IGBT、TRIAC)

2.中间电路电容

3.中间电路电容器与功率半导体之间的低电感结构

4.操控电路＝驱动器

5.驱动器的电源

6.监控及切断装置

这些构件也可以组合成组件。

根据本发明的解决方案是马达控制器的功能单元的特别巧妙的分离，由此可以显著减小马达控制器的数量的方差，而不缺少基础功能。另一方面，通过将功率电子器件的特定接口功能分离到一个或多个其他(与其分离的和独立的)电路板上，因此可以通过巧妙的组合为用户实现基础解决方案、改进解决方案和高级解决方案，而不必分别修改功率电子器件。

在本发明的另一优选的设计方案中规定，两个或更多个电路板在其拓扑结构方面仅通过分别另外的实施的功能组件和/或另外的元件而不同。这种特定的模块化结构可以说是针对上述阶段的实现，使得始终可以通过单个功率电子器件为用户实现基础解决方案和补充地不同的改进解决方案和高级解决方案。

进一步有利的是，多个接口功能组合成接口功能组并且作为这样的接口功能组集成在电路板中的至少两个或更多个上。

特别有利的是，电路板中的至少一个电路板(基础电路板)具有控制所选马达所需的基础功能构件。

进一步有利的是，另外的电路板中的至少一个(补充电路板)构造有另外的功能构件，用于用基础功能构件补充电路板的功能。

在本发明的另一优选的实施方式中规定，具有用于运行电动机的基础功能的电路板具有用于客户特定功能的至少一个接口。

同样有利的是，在基础电路板上存在用于与补充电路板连接的接口，并且尤其存在用于给相应的补充电路板供电的接口。

除了该组之外，本发明的另一方面还涉及一种从电路板组中用于特定功率等级的马达的马达控制器的组装方法，其中，根据要实现的功能，至少从该组中选择具有功率电子器件的电路板和至少一个或多个另外的电路板，并且这些电路板通过其接口彼此电连接，其中，有针对性地选择至少一个电路板，在该电路板上，功率电子器件的接口功能与具有功率电子器件的电路板分开地布置。

除了电路板组之外，本发明的另一个方面还涉及一种电动机，该电动机具有马达控制器，该马达控制器由分别选自电路板组的至少一个第一电路板和另一电路板组成，该第一电路板具有功率电子器件。

原则上，所有公开的特征可以任意组合，只要这在技术上是可能的和有意义的。

附图说明

本发明的其他有利的改进方案在从属权利要求中标明或者在下文中结合本发明的优选实施方案的描述借助附图更详细地示出。

示出：

图1示出模块化构造的控制单元的两个示例性图示；

图2示出分离的控制单元在其各个组件中的图示，以及

图3示出基础电路板和补充电路板的示例性组装。

具体实施方式

下面根据仅示例性的实施例参照图1至3详细阐述本发明，其中，在图中相同的附图标记表示结构上和/或功能上相同或类似的部件。

在图1和图2中分别示出模块化构造的控制单元100的两个示例性图示。

模块化构造的控制单元100分别具有第一基础壳体1和与第一基础壳体分开的壳体2。功率电子器件LE安装在控制单元100的第一壳体1中，而另外的电路板L2与功率电子器件LE分开地设置在接线盒2中。接线盒2安置在包围第一电路板1的壳体壁3上并且因此装配在壳体1上，更确切地说装配在第一壳体1之外。

第二电路板L2在接线盒中被其周向封闭的壁4包围，其中，可拆卸的盖4a形成壁4的一部分。基础壳体1具有罐状的盖7和底板8。第二壳体2安放在第一壳体1的外置的且阶梯式的留空部上的一壳体区段上并且由此补充第一壳体1的形状。

接线盒2具有带有电缆螺纹套管接头6的电缆入口5。

在图3中示出仅示例性的第一功能实施例，更确切地说，示出由两个电路板构成的组，即分别具有接口功能SF的第一电路板L1和补充电路板L2。

在电路板L1上，除了马达控制器10之外，还有DC/DC转换器20、电源30、PWM模块40以及各种其他未详细提及的接口和接口功能SF以及客户接口的接口功能。

在电路板L2上存在MOD总线、控制器和用于从第一电路板L1开始供电的接头50以及其他接口功能SF。

因此，图1示出由至少两个电路板L1，L2构成的组的一部分，在该电路板上存在接口功能、电气元件、电子部件或用于运行电动机的控制单元，该接口功能、电气元件或控制单元选自预先确定的数量的电动机，尤其是相同功率等级的电动机。两个所选择的电路板的这种组合在此例如构成具有用于控制相应的电动机的不同功能的基础控制器，其中，例如电路板L2可以由扩展的另一电路板替代，以便为相同的马达或相同功率等级的马达提供另外的功能。在此，电路板L1设有用于可配备有其的电动机的功率电子器件LE，其中，然而功率电子器件LE的接口功能中的一些与功率电子器件LE分开地安装在第二电路板L2上。

Claims

1.一种模块化构造的控制单元(100)，所述控制单元能够针对从预先确定的数量i的电动机，尤其是相同功率等级的电动机中选出的电动机，具体地在接口功能方面进行适配，其中，所述控制单元(100)具有至少两个电路板(L1，L2)，所述电路板从由N个不同的电路板(L1，L2，...，LN)组成的组中选出，所述电路板上存在用于运行所述电动机的接口功能、电气元件、电子部件或控制单元，其中，作为基础电路板的电路板(L1)配备有用于所述电动机的功率电子器件(LE)并且安置在所述控制单元(100)的第一壳体(1)中，并且其中，在所述另外的电路板(L2)上，尤其所述功率电子器件(LE)的另外的接口功能与所述功率电子器件(LE)分开地设置，并且所述第二电路板(L2)设置在与所述第一壳体(1)分开的壳体(2)中，并且其中，所述第一壳体(1)具有包围所述第一电路板(1)的壳体壁(3)，在所述壳体壁上，所述第二壳体(2)装配在所述第一壳体(1)之外。

2.根据权利要求1所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，所述第二壳体(2)是接线盒，并且所述第二电路板(L2)被其周向封闭的壁(4)包围。

3.根据权利要求1或2所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，所述第二壳体(2)在一壳体区段上支承在所述第一壳体的外置的且阶梯式的留空部上，并且由此补充所述第一壳体的形状。

4.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，所述第二壳体(2)一体地具有带有电缆螺纹套管接头(6)的电缆入口(5)，和/或所述第二壳体(2)一体地具有插接接头/插接连接器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，两个壳体(1，2)构造为彼此分开地构造的独立壳体，所述独立壳体分别具有自己的密封平面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，所述两个壳体(1，2)的形状分别形成为基本上圆柱形本体的部段并且在装配状态下基本上补充成圆柱形本体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，多个接口功能组合成接口功能组并且作为这样的接口功能组集成在所述电路板(L1，L2，...，LN)中的至少两个或更多个上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，所述电路板(L2，L3，...，LN)中的至少一个电路板(补充电路板)构造有另外的功能构件，用于用基础功能构件补充所述电路板的功能。

9.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，具有用于运行所述电动机的基础功能的所述电路板具有用于客户特定功能的至少一个接口。

10.根据前述权利要求中任一项所述的模块化构造的控制单元(100)，其特征在于，在所述基础电路板(L1)上存在用于与所述补充电路板(L2，L3，...，LN)连接的接口，并且尤其存在用于给所述补充电路板(L2，L3，...，LN)供电的接口。

11.用于特定功率等级的马达的根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(100)的组装方法，其中，根据要实现的功能，至少选择具有功率电子器件的基础电路板(L1)和至少一个或多个另外的电路板(L2，L3，...，LN)，并且电路板通过其接口彼此电连接，其中，选择至少一个电路板(L2，L3，...，LN)，在所述至少一个电路板上，所述功率电子器件的接口功能与具有所述功率电子器件的所述电路板(L1)分开地布置，并且所述电路板优选安装在所述控制单元(100)的接线盒中。