CN117940672A - 带有风扇的冷却装置和带有这种冷却装置的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却装置(14)，用于冷却布置在壳体(15)中的电力电子部件，冷却装置(14)包括散热器(16)和风扇(1)，风扇(1)具有电动马达(2)，马达(2)带有转子(3)以及与转子(3)连接以联合旋转的转子叶片(3')，其中，马达(2)布置在马达外壳(4)中并且连接至电缆(5)，散热器(16)具有多个散热片(17)以及用于接纳风扇(1)的空腔(18)，设计用于接纳风扇(1)的马达外壳(4)的凹部(19)布置在散热器(16)的空腔(18)中。根据本发明，风扇(1)的马达外壳(4)具有外围密封件(6)，电缆(5)和紧固元件(7)设置在马达外壳(4)的远离转子叶片(3')的一侧，用于紧固元件(7)的容纳部(20)和用于电缆(5)的馈通部(21)设置在凹部(19)中。

Description

带有风扇的冷却装置和带有这种冷却装置的壳体

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，用于冷却布置在壳体中的电力电子部件，所述冷却装置包括散热器和风扇，所述风扇具有电动马达，马达带有转子以及以防扭转方式与转子连接的转子叶片，其中，马达布置在马达外壳中并且连接至用于提供电能的电缆，所述散热器具有多个散热片以及用于接纳风扇的空腔，其中，在所述散热器的空腔中布置凹部，所述凹部被设计成用于接纳风扇的马达外壳。

最后，本发明涉及一种用于接纳电力电子部件的壳体，特别是逆变器壳体，其具有壳体前部和至少一个壳体后部。

背景技术

特别是，各种电子设备的电力电子部件都会产生散逸热量。这些设备的例子是：用于光伏系统的逆变器、焊接电源、甚至电池充电器。为了确保这些设备的无故障运行和较长的使用寿命，必须有效地带走散逸热量。这通常是通过散热器与风扇相结合来实现的。

例如，AT 515 828B1描述了一种用于冷却布置在壳体中的电力电子部件的冷却装置，以及带有这种冷却装置的逆变器壳体，由于在散热器的空腔中特殊布置的轴流风扇以及特殊布置的散热片，能够改善冷却效果、节省空间并且设计紧凑。

US2018/0103559A1也描述了一种所述类型的冷却装置。

通常，风扇(必要时连同用于引导冷却空气的空气引导环)通过多个横梁借助螺钉固定在散热器或壳体部件上。此外，为风扇的马达提供电能的电缆通常沿着其中一根横梁铺设。例如，US2010/0051232A1中显示了这种构造。除了装配工作量大之外，当风扇旋转时，横梁以及可能还有电缆会产生声发射。与直升机转子在掠过直升机尾部结构时会产生典型的直升机噪声类似，传统的风扇在掠过横梁时也会产生所谓的扫频噪声。为了避免或至少减少这些噪声发射的干扰，需要采取额外的隔音措施，这反过来又会对电力电子部件的冷却产生负面影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种带有风扇的上述冷却装置以及带有这种冷却装置的壳体，藉此能够减少源自风扇的声发射。同时，风扇的组装工作量应尽可能的小。应当避免或至少减少已知冷却装置的缺点。

本发明的目的是通过上述类型的冷却装置实现的，其中，风扇的马达外壳具有外围密封件，并且电缆和紧固元件布置在马达外壳的背离转子叶片的一侧，其中，用于紧固元件的容纳部和用于电缆的馈通部布置在凹部中。因此，冷却装置的散热器在用于风扇的空腔中具有凹部，马达外壳装配在该凹部中。位于马达外壳上的紧固元件布置在所述凹部中的容纳部中，并确保风扇在散热器中的相应固定。最后，也布置在马达外壳底侧的用于向风扇马达供应电能的电缆可以穿过设置在散热器凹部中的馈通部，从而使电缆远离转子叶片，因为在转子叶片掠过电缆时可能会产生声响。因此，风扇可以快速并且容易地附接到冷却装置的散热器上，而无需可能导致扫频噪声的横梁或其他元件。当马达外壳布置在散热器的空腔的凹部中时，其通过设置在马达外壳上的密封件相对于散热器自动密封。因此，可以减少装配和拆卸的工作量。因此，可以有效地防止或减少由于转子叶片扫过横梁或电缆而产生的上述声发射，并且可以减少源自风扇的总的噪声发射。此外，风扇的电缆无需通过其自身密封件穿过其他部件(特别是散热器)进行布线和密封并到达相应的电子部件，而是在马达外壳的远离转子叶片的一侧进行布线和密封。通过布置在马达外壳中的外围密封件，进一步实现或促进了需要冷却的电力电子部件与周围环境的密封，根据所要求的保护等级，这种密封通常是必要的。本发明的带有风扇的冷却装置制造简单且成本低廉。

优选地，风扇的马达外壳大致是圆柱形设计。这有利于实现相对于风扇装配在其上的元件(例如散热器)的密封，也有利于将风扇布置在元件(例如散热器)的空腔中相应设计的凹部内，这是因为风扇或马达外壳相对于散热器中的凹部的取向在很大程度上是任意的。不过当然，除了这种圆柱形的设计之外，也可以设想风扇的马达外壳的其他不对称形状。

风扇的马达外壳的密封件可以由至少一个O形环形成，所述O形环布置在优选圆柱形的马达外壳上的相应凹槽中。所述O形环由合适的弹性材料形成，例如硅树脂。在装配风扇时，尤其是装配在冷却装置的散热器上时，所述密封件确保了电子元件与周围环境的密封。

同样地，风扇的马达外壳的密封件可以通过圆柱形马达外壳上的至少一个片状密封件形成。所述片状密封件由合适的弹性塑料制成。如果风扇的马达外壳由塑料制成，则还可以在马达外壳的制造过程中以特别合适的方式将片状密封件集成在一起，并且例如在单部件或多部件注射成型工艺中制造。

在风扇的马达外壳上的紧固元件优选地由闩锁元件形成，该闩锁元件优选地为弹性闩锁销。因此，可以实现风扇的无工具组装，优选是将风扇从待连接元件(优选是散热器)上拆卸。紧固元件优选地由具有相应倒钩的弹性闩锁销形成，通过将布置在马达外壳上的闩锁销拉过孔，直到倒钩相应闩锁住，该闩锁销可以容易且快速地布置和锚定在为此目的而设置的孔中，从而确保风扇在相应元件(优选散热器)中的牢固保持。通过沿马达外壳的方向按压闩锁销，可以优选地在不使用工具的情况下实现风扇从散热器上的释放。

同样地，紧固元件可以由紧固螺钉形成。与上述闩锁元件相比，这增加了装配和拆卸风扇所需的工作量，因为还需要相应的工具，例如螺丝刀。然而，与使用数个紧固螺钉的传统装配相比，由于只需附接或拆卸一个紧固螺钉，因此工作量有所减少。通过将紧固螺钉布置在马达外壳上，确保了风扇的装配不会在转子叶片的旋转过程中产生任何声发射。

当电缆布置在紧固元件旁边时，只需通过风扇所附接的元件(特别是散热器)上适当设计的、用于紧固元件的容纳部，就可简单地将电缆邻近紧固元件布置。在用于接纳紧固元件(特别是闩锁销)是孔的情况下，用于电缆的附加通道可以设置在所述孔的旁边，从而在散热器的凹部中形成用于紧固元件和电缆的容纳部，该容纳部呈钥匙孔的形式。

优选地，围绕转子叶片设置空气引导环。通过这种通常为圆柱形的空气引导环，由风扇(尤其是轴流风扇)吸入的冷却空气可以被有针对性地引导，并被引向散热器上需要显著冷却的区域。

优选地，用于紧固元件的容纳部由孔构成。能够特别快速且容易地制造这样的孔，并且所述孔用于在马达外壳上方便地接纳紧固元件，所述紧固元件由闩锁元件或者还有紧固螺钉形成。

用于电缆的馈通部也优选由孔形成，该孔可以特别快速且容易地制造。用于电缆的馈通部和用于紧固元件的容纳部也可以一起制造，从而获得例如用于紧固元件和电缆的钥匙孔形式的开口(见上文)。

最后，根据本发明的目的还可以通过如上所述的用于接纳电力电子部件的壳体(特别是逆变器壳体)来实现，其中，在壳体前部的后面设置有上述冷却装置，用于吸入环境空气的开口布置在壳体前部中。请参考上述关于风扇和冷却装置的说明，以了解由此产生的优点。

格栅或者其他防止与风扇接触的保护装置可以布置在壳体前部的开口中。代替格栅或类似物，冷却空气也可以在壳体的适当位置供应，从而可能根本不需要格栅或其他防止接触的保护装置。

当风扇的空气引导环布置在或集成在壳体前部时，在组装壳体时可以自动实现空气引导环的简单且快速装配。当然，空气引导环也可以由特定部件形成，该特定部件相应地布置在风扇周围，以便能够相应地引导冷却空气。

附图说明

参照附图进一步解释本发明，其中：

图1显示了用于接纳电力电子部件的壳体的示意图；

图2显示了根据现有技术用于冷却布置在壳体中的电力电子部件的带风扇的冷却装置的视图；

图3显示了冷却装置的散热器的视图，该散热器被设计成接纳风扇；

图4显示了根据本发明的冷却装置的第一实施例的截面图；

图5以两种不同的实施例变型显示了冷却装置的风扇的马达外壳在密封件区域中的详细视图；

图6显示了根据本发明的冷却装置的第二实施例的截面图；

图7显示了冷却装置的风扇的侧视图；和

图8显示了图7中的风扇的仰视图。

具体实施方式

图1显示了用于接纳电力电子部件的壳体15的示意性视图，例如，所述壳体15是用于光伏系统的逆变器的逆变器壳体。壳体15由前部(即壳体前部24)和壳体后部25组成。带有风扇1(见图5)的冷却装置14(见图2)布置在壳体前部24的后面。用于吸入环境空气的开口26布置在壳体前部24中。优选地，格栅27或其它防止接触的保护装置设置在开口26中。开口26的位置与布置在壳体前部24后面的冷却装置14相适应。特别地，冷却装置14的风扇1被布置在开口26的后面。在所示的示例中，开口26被居中地布置在壳体前部24上。代替以这种方式布置在冷却装置14的风扇1上方的开口26，也可以在壳体前部24的其它位置设置用于吸入环境空气的槽或类似物(未示出)。待冷却的电力电子部件布置在冷却装置14的散热器16后面(未示出或仅由虚线表示)。冷却空气经由壳体前部24或壳体后部25中适当布置的槽或类似物排出(未示出)。当然，壳体15也可以由多个壳体部件组成，并且可以具有与图中所示不同的立方体形状。

图2显示了根据现有技术的用于冷却电力电子部件的冷却装置14的视图，该电力电子部件布置在壳体15(见图1)中。冷却装置14包括散热器16与集成式风扇1的组合。风扇1被布置在散热器16中的空腔18中。散热器16包括一排散热片17，所述散热片在这里围绕风扇1的空腔18大致径向布置。除了增加表面积之外，这种布置还能产生冷却气流的分流，并因此带来改善的冷却效果。风扇1优选地布置在散热器16的中心位置，以便实现吸入的环境空气在散热器16整个表面上的均匀分布。通常，空气引导环13也围绕风扇布置，在其下边缘和散热器16的底表面之间形成一中间空间。该中间空间使得从上方吸入的气流能够在散热片17之间横向排出。通常，风扇1通过横梁并借助于相应的紧固螺钉紧固到散热器16上。如果风扇1的转子叶片3在风扇运行期间经过横梁，则产生干扰性的声发射，即所谓的扫频噪声。根据本发明，将避免或至少减少所述扫频噪声。

图3显示了设计用于接纳风扇1(见图7)的冷却装置14的散热器16的视图。所述散热器16具有多个散热片17以及用于接纳风扇1的空腔18(见图2)。凹部19布置在散热器16的空腔18中，所述凹部19被设计成接纳风扇1的马达外壳4。在马达外壳4是圆柱形的情况下，凹部19也相应地为圆柱形设计，使得风扇1的马达外壳4可以被接纳并紧固在其中。为了将风扇1紧固在散热器16中，在凹部19中设置了用于风扇1的紧固元件7的容纳部20，并且还布置了用于风扇1的电缆5的馈通部21。优选地，用于紧固元件7的容纳部20通过圆柱形凹陷22形成，并且用于电缆5的馈通部21通过孔23形成。如果圆柱形凹陷22和孔23布置成彼此直接相邻或者过渡，则会形成一个钥匙孔形式的开口，用于风扇1的紧固元件7和电缆5两者。由于风扇1的附接和电缆5的行进都是通过散热器16向下进行的，所以不需要另外的紧固元件来将风扇1紧固到散热器16上，并且电缆5也不会在风扇1的转子叶片3附近行进。因此，可以避免风扇1运行期间的扫频噪声，并且可以减少风扇的声发射。此外，风扇1和散热器16的设计使得风扇1在散热器16上的装配和拆卸快速且简单，优选不使用工具。

图4提供了根据本发明的冷却装置14的第一实施例的截面图。风扇1的马达外壳4具有两个O形环9形式的外围密封件6，在马达外壳4上的凹槽8中延伸(见图5左侧图像)。在马达外壳4的背离转子叶片3'的一侧上，设有紧固元件7以及用于向风扇1的马达2提供电能的电缆5。电缆5穿过散热器16的凹部19中的馈通部21。该馈通部21优选地由散热器16中的孔23形成。在该示例性实施例中，马达外壳4具有圆柱形设计。因此，冷却装置14的散热器16的空腔18中的凹部19也具有圆柱形设计。因此，当风扇1的马达外壳4插入凹部19中时，风扇1会自动地居中。在风扇的该示例性实施例中，紧固元件7通过闩锁元件10(优选为弹性闩锁销11)形式的紧固元件7实现。在散热器16的凹部19中，用于紧固元件7的容纳部20以圆柱形凹陷22的形式设置，通过该圆柱形凹陷22拉动弹性闩锁销11，以将风扇1固定到散热器16上。这使得能够将风扇1简单、快速且无需工具地附接到散热器16上。拆卸时，通过圆柱形凹陷22沿风扇1的马达外壳4的方向移动弹性闩锁销11，从而将风扇1从散热器16上释放。

围绕风扇1的转子叶片3'的空气引导环13被用来引导冷却气流。空气引导环13可以被设计为单独的部件，并且可以以适当的方式(例如，卡扣)紧固到散热器16上，或者可以连接到壳体15的壳体前部24上，或者可以与壳体前部24集成为一体或共同制造。在后一种情况下，当壳体15闭合时空气引导环13会自动地围绕风扇1布置，从而能够相应地引导冷却气流。

图5以两个不同的实施例显示了在与图4中区域V相对应的密封件6区域中风扇1的马达外壳4的详细视图。在左侧视图中，风扇的马达外壳4的密封件6通过在马达外壳4的外围凹槽8中延伸的O形环9形成。也可以是多个O形环9彼此相邻或彼此上下地布置在风扇1的马达外壳4上的多个凹槽8中。在图5右侧所示的实施例中，密封件6通过马达外壳4上的至少一个片状密封件9'形成。所述片状密封件9'可以布置在马达外壳4中的凹槽8或类似物中，或者也可以直接与马达外壳一起制造，例如在单部件或多部件注射成型工艺中。

最后，图6显示了根据本发明的冷却装置14的第二实施例的截面图。与图4的实施例不同，在这种情况下，用于将风扇1的马达外壳4紧固到散热器16上的紧固元件7由紧固螺钉12形成，该紧固螺钉12通过散热器16的圆柱形凹陷22拧入。与图4中的变型不同，这里需要工具来将风扇1固定在散热器16上或者从散热器16上拆卸下来。

图7显示了冷却装置14的风扇1的侧视图。风扇1具有电动马达2(未示出)、转子3、以防扭转方式连接至转子3的转子叶片3'。风扇1还具有优选为圆柱形的马达外壳4以及用于向马达2供应电能的电缆5。马达外壳4具有外围密封件6，该外围密封件6在此由两个O形环9形成。在马达外壳4的背离转子叶片3'的一侧上，设置有电缆5和紧固元件7。在所示的风扇1的示例性实施例中，紧固元件7由弹性闩锁销11形成。

图8显示了从图7中风扇1的底部观察的视图。在这里，可以看到圆柱形的马达外壳4，并且显示了布置在底侧或者远离转子叶片3'一侧的电缆5以及形成为弹性闩锁元件11的紧固元件7。

在根据本发明设计的冷却装置14中(见图4)，风扇1可以特别简单且快速地装配在相应的散热器16上，并且避免或至少减少了由紧固元件或类似物引起的扫频噪声。

Claims (13)

1.一种冷却装置(14)，用于冷却布置在壳体(15)中的电力电子部件，所述冷却装置(14)包括散热器(16)和风扇(1)，所述风扇(1)具有电动马达(2)，马达(2)带有转子(3)以及以防扭转方式与转子(3)连接的转子叶片(3')，其中，马达(2)布置在马达外壳(4)中并且连接至用于提供电能的电缆(5)，所述散热器(16)具有多个散热片(17)以及用于接纳风扇(1)的空腔(18)，其中，在所述散热器(16)的空腔(18)中布置一凹部(19)，所述凹部(19)被设计成用于接纳风扇(1)的马达外壳(4)，其特征在于，所述风扇(1)的马达外壳(4)具有外围密封件(6)，并且在所述马达外壳(4)的背离转子叶片(3')的一侧布置所述电缆(5)以及一紧固元件(7)，其中，用于所述紧固元件(7)的容纳部(20)以及用于所述电缆(5)的馈通部(21)布置在所述凹部(19)中。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述风扇(1)的马达外壳(4)大致为圆柱形设计。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述风扇(1)的马达外壳(4)的密封件(6)由至少一个O形环(9)形成，所述O形环(9)布置在优选圆柱形的马达外壳(4)上的相应凹槽(8)中。

4.根据权利要求1或2所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述风扇(1)的马达外壳(4)的密封件(6)由所述马达外壳(4)上的至少一个片状密封件(9')形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述紧固元件(7)由闩锁元件(10)形成，优选为弹性闩锁销(11)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述紧固元件(7)由紧固螺钉(12)形成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，所述电缆(5)布置在所述紧固元件(7)旁边。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，设置有围绕所述转子叶片(3')的空气引导环(13)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，用于紧固元件(7)的容纳部(20)由圆柱形凹陷(22)形成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的冷却装置(14)，其特征在于，用于电缆(5)的馈通部(21)由孔(23)形成。

11.一种用于接纳电力电子部件的壳体(15)，特别是逆变器壳体，具有壳体前部(24)和至少一个壳体后部(25)，其特征在于，在所述壳体前部(24)的后面设置有根据权利要求1-10中任一项所述的冷却装置(14)，其中，在所述壳体前部(24)中布置有用于吸入环境空气的开口(26)。

12.根据权利要求11所述的壳体(15)，其特征在于，在所述壳体前部(24)的开口(26)中布置有格栅(27)。

13.根据权利要求11或12所述的壳体(15)，其特征在于，风扇(1)的空气引导环(13)布置在所述壳体前部(24)中。