CN219555282U - 离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离心泵(1)、特别是一种供热循环泵，该离心泵包括泵电子系统(2)，该泵电子系统具有由热塑性塑料注塑而成的且利用、封盖(7)封闭的壳体(3)，所述泵电子系统(2)的构成变频器的电气和电子结构元件(6a，6b)设置在该壳体中。在塑料上构造有利用模塑互连器件技术制作的导体电路(5)，该导体电路将所述结构元件(6a，6b)在无电路板的情况下相互电连接，其中所述结构元件(6a，6b)与导体电路(5)接触地直接布置在壳体(3)上，并且所述塑料是可导热的。通过这种方式改善了所述结构元件(6a，6b)的冷却。

Description

离心泵

技术领域

本实用新型涉及一种离心泵、特别是一种供热循环泵，该离心泵包括一个泵电子系统，该泵电子系统具有一个由热塑性塑料注塑而成的且利用一个封盖封闭的壳体，所述泵电子系统的构成变频器的电气和电子结构元件设置在该壳体中。

背景技术

变频器用于通过提供具有一定频率的一定电压以调节到驱动离心泵的电动机的任何转速。它们通常包括一个用于将交流电压转换为直流电压的整流器、一个电压中间回路(形式上为一个或者多个被加载已整流的电压的电容器)、一个用于将直流电压转换为交流电压的逆变器和一个控制系统，其至少控制，更确切地说，周期性地接通和断开所述逆变器的切换元件，以获得一定频率和幅度的近似正弦形的输出电压，然后将该输出电压提供给电动机的线圈。所述控制系统包括至少一个处理器和一个非易失性存储器，在该存储器中存储有执行一种控制方法诸如PWM调制或者磁场定向调节的程序。此外，新式变频器还包括用于测量电压和电流、特别是用于测量中间电路中的功率和/或用于监测温度的传感器。为了将对供电网的反作用降低到最小程度，变频器此外可以具有一个所谓的功率因数调节(PFC-Power Factor Control)。变频器因此由许多在电气和功能上配合作用的功能单元构成，因此由许多电气和电子结构元件构成。

这些功能单元或者结构元件以传统的方式布置在一个印刷电路板(PCB-PrintedCircuit Board)上，该印刷电路板又配置在泵电子系统的壳体中。因此，所述印刷电路板一方面用作电气结构元件的载体，另一方面用于通过如下方式实现变频器的电气功能，即构造在所述印刷电路板上的导体电路将结构元件相互电连接。而所述壳体具有机械的、热的和安全功能(绝缘、电磁屏蔽)。这导致了一个复杂的结构，其中必须制作多个单独的组件并使它们在机电上相互协调。

电气结构元件产生的损耗热必须被排出到外部，以保护电气结构元件或者电子系统防止过热。在变频器中，逆变器产生大部分的损耗热。为了有效地排出该损耗热，必须在所述产生热的相应结构元件与壳体之间建立一个热接口。然而这样的热接口导致额外的费用，并且再次增加了泵电子系统的复杂性。

实用新型内容

在这个背景下，本实用新型的目的是提供一种具有泵电子系统的离心泵，其具有更加简单的设计结构。

这个目的通过根据本实用新型的离心泵得以实现。

根据本实用新型的一种离心泵、特别是一种供热循环泵包括一个泵电子系统，该泵电子系统具有由热塑性塑料注塑而成的且利用封盖封闭的壳体，所述泵电子系统的构成变频器的电气和电子结构元件设置在该壳体中，其中在所述塑料上构造有利用模塑互连器件技术制作的导体电路，该导体电路将所述结构元件在无电路板的情况下相互电连接，其中所述结构元件与导体电路接触地直接布置在壳体上，并且所述塑料是可导热的。

所提出的解决方案采用了所谓的模塑互连器件(Molded Interconnect Device(MID))技术，其中由金属构成的电导体电路直接构造在塑料面上。在此，所述导体电路嵌入塑料中，然而具有一个裸露的表面，该表面可以与结构元件的电气端子(也称为引脚)接触，特别是通过焊接接触。通过这种方式，在变频器的产生热量的结构元件与壳体之间建立直接连接，所述热量经由结构元件的电触点被排出到壳体上，该壳体是可导热的，用以更好地吸收、分散热量并且传输到周围环境中。通过这种方式可以优化泵电子系统的热效能，或者变频器和特别是逆变器更好地被冷却，从而可以在更小的运行温度下运行。这个更小的温度负荷又导致了变频器的使用寿命延长。

另外，所提出的解决方案的一个重要方面是：在实现变频器的过程中，通过将电气组件直接布置在塑料壳体上，省略了印刷电路板。另外，本实用新型的特别优点是组件减少，能够将变频器并且从而也将泵电子系统设计得更加紧凑以及持久地保护环境，因为不需要印刷电路板材料。

变频器通常构成在印刷电路板的两侧(上侧面和下侧面)上，就是说，其结构元件实际上位于两层中或者两个平面中，而本实用新型的配置组件原则上只是单层的，因为只有壳体壁的内侧面或者壳体底部的内表面用于设置结构单元和用于构成模塑互连器件导体电路。

这样，在一个变型实施方案中，结构元件可以布置在壳体的底部上。然而，模塑互连器件技术也允许实现三维的电气结构。这样，所述产生热量的结构元件中的至少一个例如也可以布置在壳体的侧壁的内侧上，而其余的结构元件则布置在底部上。利用模塑互连器件技术制作的导体电路于是也沿着侧壁内侧延伸。另外，两个或者更多个外壁也可以具有利用模塑互连器件技术实施的导体电路并承载结构元件。另外，还具有可能性，所述结构元件仅仅布置在壳体的外壁内侧上，就是说，没有结构元件布置在底部上和/或没有模塑互连器件导体电路构造在底部上。

优选规定，所述产生热量的结构元件中的至少一个设置在壳体的背离驱动离心泵的电动机的外壁上。这是因为向着背离电动机的方向散热比向着电动机的方向更加合理，原因是所述电动机本身也产生废热。

为了扩大用于结构元件的原则上小的装配面，在所述壳体中可以设置隔壁(其优选与底部和/或侧壁一体地构成)，该隔壁提供一个前侧和一个背侧，该前侧和背侧中的至少一者、优选两者同样设置有模塑互连器件导体电路并且配备有结构元件。这个隔壁的模塑互连器件导体电路可以材料锁合地过渡至壳体的、特别是底部的和/或侧壁的其余的模塑互连器件导体电路。

所述塑料例如可以具有至少1W/(m·K)的导热能力。为了实现这个导热能力，可以在塑料中掺入具有导热性能的添加物，诸如碳纤维和/或陶瓷颗粒如氮化硼。

所述构成变频器的电气和电子构件适宜地仅为SMD(surface-mounted device)构件、即表面贴装器件构件。这确保了结构元件在模塑互连器件导体电路上的统一和因此简单的装配过程，例如可以在260℃下焊接所述结构元件。

优选规定，所述壳体装配在电动机的电动机壳体上、特别是装配在该电动机壳体的轴向端面上。

附图说明

下面参照附图对本实用新型的进一部的特征、性能和优点进行说明。在附图中，图与图之间的相同或者功能相同的元件保持相同的附图标记。

需要指出的是，在本说明书的范围内，术语“具有”、“包括”或者“包含”决不排除另外的特征的存在。另外，对一个物体使用不定冠词并不排除其复数。

附图示出：

图1是现有技术的供热循环泵；

图2是本实用新型的泵电子系统的横截面；

图3a是现有技术的结构元件配置组件；

图3b是本实用新型的结构元件配置组件。

具体实施方式

图1示出了现有技术的形式上为供热循环泵的离心泵1，在专业术语中也称为Small Circulator(小型循环器)。该离心泵1包括一个泵单元、一个驱动该泵单元的电动机(二者均未标出附图标记)和一个泵电子系统2。该泵电子系统2装配在所述电动机的一个轴向端面上，并且包括一个壳体3，在该壳体中安装一个变频器，以调节所述离心泵1的转速。所述壳体3由一个封盖7覆盖，其中在该封盖7中设置有一个显示和操作区8。

图2示出了本实用新型的变型实施方案的泵电子系统2，其中壳体3由导热的热塑性塑料注塑制成。在壳体2的底部，利用模塑互连器件(MID)技术构造有导体电路5，从而该导体电路5是壳体3的组成部分。在图2中纯示例性地示出了构成所述变频器的结构元件6a、6b，所述结构元件以其电触点9焊接在导体电路5上，从而所述结构元件6a、6b直接布置在壳体上。所述导体电路5因此将结构元件6a、6b相互电连接，而为此不需要印刷电路板(PCB)。图3a和3b借助构件6b图示出了由此产生的优点。

在图3a中示出了现有技术的用于结构元件6b的冷却配置组件。例如，这个结构元件6b是一个构成逆变器的变频器的结构元件，即，具有在灌封体/封装体中的可操控的电子开关、例如MOSFET或者IGBT，以将直流电压转换为交流电压。这个结构元件在运行中与其他的结构元件相比产生大量的热量并且因此必须被冷却，其中为此使用一个金属壳体4a或者壳体的一个金属部段、例如散热体，其为了散热而暴露在外。为了实现用于气隙和爬电距离的充分距离，在结构元件6b或者其灌封体与金属壳体4a之间存在绝缘体11。在这个变型方案中，通过结构元件6b的灌封体进行散热，该灌封体具有一个热接触电阻R_th_Mold，而绝缘体11具有一个热接触电阻R_th_Insulator并且金属壳体4a具有一个热接触电阻R_th_Metal_housing，它们的总和对于传热能力来说是决定性的。

在图3b中示出了根据本实用新型的冷却配置组件，其中结构元件6b通过该结构元件的电触点9直接将热量导出到壳体3中(散热)。通过焊接，存在结构元件6b与导体电路5和因此与壳体3的最佳热连接。因此，通过所述电触点9将损耗热从结构元件6b的灌封体中导出并传递到MID(模塑互连器件)导体电路5上，该导体电路再将损耗热传输给壳体3，该壳体由于其导热能力将损耗热分布在整个壳体3中并传输给环境空气。结构元件6b的灌封体的热接触电阻R_Mold并不起作用。更确切地说，应该考虑所述结构元件6b的电触点9的热接触电阻R_th_pin，该接触电阻比R_th_Mold小得多。图3a与3b之间的比较表明，节省了一个热接触电阻、即R_th_insulator，因为所述结构元件6b的灌封体可以直接抵靠在塑料壳体3(其具有热接触电阻R_th_plastic)上。总体上，这个配置组件的传热电阻因此比图3b所示的现有技术小得多。

图2和3b中示出的解决方案例如可以应用在图1所示出的离心泵1中，特别是应用在具有泵电子系统的离心泵1中，所述泵电子系统包括一个小于100W的变频器，如其例如用于Small Circulator(小型循环器)那样。

本实用新型的解决方案的进一步的优点是：

-沿各个方向利用所述壳体3的内部4中的结构空间。

-由于没有了印刷电路板，降低了成本。

-由于没有了印刷电路板，提高了可靠性。

-通过利用壳体3的内部4中的结构空间，能够更好地将运行中更热和更冷的结构元件6a、6b分离。

-由于没有了印刷电路板，改善了耐久性，因为不同的材料更少，因此易于回收。

-通过更加直接地连接结构元件6a、6b，电接触电阻更小和导体电路长度更短，从而总体上存在一个低阻抗的电气结构，由此干扰发射更少和受干扰耦合的影响更低，因此泵电子系统2的电磁兼容性(EMV)得到了改善。

需要指出的是，上述说明为了解释的目的仅仅是示例性的，决不限定本实用新型的保护范围。以“能够”、“例如”、“优选”、“可选”、“理想的”、“有利的”、“在必要时”、“适合的”等表示的本实用新型特征可以视为纯粹可选的，同样并不限定保护范围，该保护范围只通过权利要求确定。倘若在上述说明中列出的元件、组件、工艺步骤、数值或者信息拥有已知的、相近的或者可预见的等同体，这些等同体就包含在本实用新型内。同样本实用新型还包括实施例的任何改变、变更或者变型，它们涉及元件、组件、工艺步骤、数值或者信息的更换、添加、改变或者省略，只要本实用新型的基本构思保持不变，不管所述改变、变更或者变型是否导致一个实施方式的改进或者劣化。

虽然上述实用新型说明列举了许多关于一个或者多个具体实施例的有形的、无形的或者具体工艺的特征，然而这些特征也可以与所述具体的实施例分开独立地应用，至少在它们不需要另外的特征绝对存在的情况下。反之，这些有关一个或者多个具体实施例所列举的特征可以任意相互以及与所示出的或者未示出的实施例的另外公开的或者尚未公开的特征组合，只要这些特征不相互排斥或者不导致技术不协调。

附图标记列表

1 离心泵

2 泵电子系统

3 壳体

4 壳体内腔

4a 金属壳体

5 模塑互连器件导体电路

6a、6b 结构元件

7 封盖

8 显示和操作区

9 结构元件接头

10 电路板

11 绝缘体

Claims (10)

1.一种离心泵(1)，该离心泵包括泵电子系统(2)，该泵电子系统具有由热塑性塑料注塑而成的且利用封盖(7)封闭的壳体(3)，在该壳体中设置所述泵电子系统(2)的构成变频器的电气和电子的结构元件(6a，6b)，其特征在于：在所述塑料上构造有利用模塑互连器件技术制作的导体电路(5)，所述导体电路将所述结构元件(6a，6b)在无电路板的情况下相互电连接，其中所述结构元件(6a，6b)与导体电路(5)接触地直接布置在壳体(3)上，并且所述塑料是可导热的。

2.根据权利要求1所述的离心泵(1)，其特征在于：产生热量的所述结构元件(6a，6b)中的至少一个结构元件布置在壳体(3)的侧壁的内侧上。

3.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：产生热量的所述结构元件(6a，6b)中的至少一个结构元件设置在壳体(3)的外壁的内侧上，该外壁背离驱动离心泵的电动机。

4.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：在所述壳体(3)中存在隔壁，该隔壁提供前侧和背侧，该前侧和背侧中的至少一个侧同样设置有模塑互连器件导体电路(5)并且配备有结构元件(6a，6b)。

5.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：所述塑料具有至少为1W/(m·K)的导热能力。

6.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：所述电气和电子构件仅为表面贴装器件构件。

7.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：所述结构元件是在260℃时焊接的。

8.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：所述壳体(3)装配在电动机的电动机壳体上。

9.根据权利要求1或2所述的离心泵(1)，其特征在于：离心泵(1)是供热循环泵。

10.根据权利要求8所述的离心泵(1)，其特征在于：所述壳体(3)装配在该电动机壳体的轴向端面上。