專利名稱：用于安裝功率電子模塊的組件以及安裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如權利要求1前序部分所述的組件，其用于簡單有效地將功率電子模塊可冷卻的安裝到設備箱、腔室或者其它類似的設備空間中。
本發(fā)明還涉及一種利用該組件的安裝方法。
頻率變換器和逆變器的設計可分解為適應于實現(xiàn)電子設備的驅動系統(tǒng)的不同尺寸的模塊。實際在工業(yè)安裝和大型運輸工具例如船中需要大量功率模塊。通常，這種功率電子模塊成組裝配在設備箱或者其它類似的設備空間中，其能提供諸如模塊單元的充分剛性安裝之類的支持功能，以及它們的冷卻，電子干擾過濾或抑制，以及要求的電子和通信連接。顯然，功率模塊必須制造為不同的尺寸幅度以滿足不同的功率水平。最大的功率模塊的重量超過20kg。通常，頻率變換器和逆變器模塊固定在與設備箱或者腔室的后壁連接的共用安裝板上。因模塊的內部功率損失產生的熱量在單獨的氣流導向擋板的幫助下被通風到箱的后側。模塊由空氣對流冷卻，每個模塊裝配有風扇，其產生充分的氣流。
這種現(xiàn)有技術中的布置需要使用功率模塊裝配其上的安裝板，還需要對應于每一個單元的單獨的氣流導向擋板。因為安裝板必須對應于每組模塊單獨制造，所以結構不能由小尺寸的單個模塊裝配而成，但是相反，系統(tǒng)設計被約束在使用標準化的布局中，以便將不同安裝板的數(shù)目保持在最小值。因為氣流導向擋板安裝在模塊之上，它指引冷卻氣流從箱后側中的安裝板后部通過，所以通風路徑變得彎曲，造成交叉紊流，其引起氣流中的壓力損失。與模塊的連接必須制造為深入箱內部，因而以后進入該連接變得很復雜。因此，安裝以及尤其是系統(tǒng)維護變成棘手的操作。模塊必須在深入箱內的完全垂直的位置被提起，這意味這種提起姿勢不符合人類工程學，模塊需要維持在令人厭煩的位置直到模塊的支撐在安裝固定裝置的幫助下被固定。因此遇到了困難，尤其是在最重的模塊安裝時。要想接近模塊的冷卻風扇非常困難，因為冷卻風扇位于安裝完畢的模塊的下部，而且，兩個疊放的模塊之間的間隙很狹窄，同時氣流導向擋板也消耗單元之間的一些空間。但是，因為冷卻風扇是系統(tǒng)的少數(shù)磨損部件之一，因而需要維護，因此風扇的維護和更換應該被做得很容易。既然模塊之間必須留出充足的空間以便容易安裝和維護，所以箱的封裝密度保持較低，以及在裝配有大量功率電子模塊的位置，箱的空間要求變得較大。
本發(fā)明的目的是提供一種與現(xiàn)有技術相比能允許以更容易的方式將功率電子模塊安裝在設備空間中，同時促進更加有效地冷卻模塊的組件。
本發(fā)明的目的通過如下方式實現(xiàn)在安裝基座的幫助下將功率電子模塊安裝在設備空間中，所述安裝基座包括用于將所述安裝基座固定在所述設備空間中的固定裝置，以及平面安裝基座元件，其適應于由所述固定裝置支撐，具有與其相對端部相比從所述第一端部固定裝置延伸較短距離的第一端部，所述平面元件的第二端部從所述第二端部固定裝置延伸，因而所述平面安裝基座元件在所述設備空間內以傾斜的位置排列。
更為特殊的是，根據(jù)本發(fā)明的組件的特征如權利要求1的特征部分所述。
而且，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征如權利要求9的特征部分所述。
本發(fā)明提供非常重要的益處。
除了作為安裝基座，安裝板描繪出通風管，其將因已安裝模塊的內部功率損失產生的熱量帶出設備空間。安裝板形成自我約束、單模塊支撐結構，因而允許不同的模塊以希望的布局安裝在同一個箱中，即彼此堆疊直到其數(shù)目充滿整個可利用的安裝空間。因為其傾斜的安裝位置，與現(xiàn)有技術中的安裝布局相比，更多數(shù)量的模塊可彼此堆疊在指定的設備箱中，從而改善了設備空間的封裝密度。由于連接器終端更容易進入，所以模塊連接更容易制造。模塊的提升也大致減輕。在模塊安裝到腔室或箱的過程中，模塊的上端部首先被放置在安裝板的下方固定點，同時模塊上端部排列在設置在安裝板的相對邊緣處的導軌上，從而模塊被安全支撐，可沿著導軌推到其正確位置。可從箱的外部完成提升模塊，在其被推到原位之后模塊不需要被保持。
因為模塊以傾斜位置依靠在箱的支撐表面上，同時其下端部向外延伸，所以進入位于模塊下端部的風扇很容易，因而幫助其快速維護或更換。因此，設備的停工期因風扇的維護保持較短，冷卻空氣管是直的，來自模塊的空氣子流動被定向為與主流動一致的方向，因而將冷卻空氣管中的壓力損失降低到最小值。這個優(yōu)勢增加了整體的冷卻能力，或者相反的，允許使用更小的風扇。因為模塊的最佳位置，所以熱風不能在設備箱/腔室的元件側空間內上升，而是，每個模塊以大致相同的進氣溫度接收其冷卻空氣。
下面參考附圖更加詳細地解釋本發(fā)明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有安裝板的設備箱的側視圖；圖2是圖1的設備箱的前視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例具有安裝板的設備箱的側視圖，功率電子模塊安裝其中；圖4是圖3的設備箱的前視圖；圖5是安裝板的實施例的側視圖；以及圖6是安裝板的實施例的前視圖。
在下面所描述的附圖中，設備箱僅作為框架結構畫出外形輪廓。通常，箱也包括壁板，其為框架結構提供所希望程度的保護以免遭受環(huán)境造成的損壞。但是，本發(fā)明也適應于在開闊空間內安裝，例如在墻壁上安裝設備。
設備箱的框架包括開口框架1和支撐柱2，所述框架限定箱的尺寸，所述支撐柱適應于框架的兩側，并與框架1的后壁保持一定距離。安裝板3用螺釘4、5固定在支撐柱2上，所述螺釘4、5分別位于安裝板3的上、下端部。安裝板3以堆疊的方式裝配，盡管在該示例性實施例中它們被描述為同樣的尺寸，但是在安裝板需要被提供給不同尺寸的模塊的情況下，很明顯也可能配置具有不同尺寸的安裝板3的單個設備箱。圖3中，模塊7顯示為安裝完畢的狀態(tài)。功率電子模塊7安裝在每個安裝板上制造的開口9中。如圖3所示，模塊的電子部分位于箱的內部，同時包括較冷元件的冷卻部分在安裝板下側變得凹入以便面對未壓縮的冷卻空氣管10。安裝開口9的下部形成模塊特定的冷卻空氣通道的入口，所述冷卻空氣通道使冷卻空氣通過直接到達冷卻空氣管10。因為安裝板3的后側是敞開的，流動通道不會受到壓縮，以及因此空氣流動壓力損失保持很低。模塊7的冷卻風扇位于處于安裝位置的模塊的下端部，該有利位置使得風扇得維護很容易，因為每一個模塊的下部從模塊的后壁向外延伸得比下方緊鄰模塊的上端部更長，其接近后壁。圖3還顯示已經安裝在適當位置的模塊對其它模塊的安裝或更換沒有妨礙。一個模塊的冷卻空氣流也掠過下方緊鄰模塊的頂側，因而也執(zhí)行該模塊電子元件側的冷卻。
安裝板3在圖5和6中闡述。位于同一平面的兩個安裝凸起邊緣13、14結合在安裝板中。在安裝過程中，安裝凸起邊緣13、14靠著支撐柱或其它垂直的支撐表面固定。從下安裝凸起邊緣13開始，下傾斜平面15從安裝凸起邊緣所在的平面向外延伸，同時上傾斜平面16從上安裝凸起邊緣14開始沿著同樣的方向向外延伸。上傾斜平面16與安裝凸起邊緣所在的平面之間的夾角α有利地為20°。上和下傾斜平面的外邊緣通過平行于安裝凸起邊緣13、14所在的平面的直平面17彼此連接。
安裝開口9制造在垂直平面17和上傾斜平面16上，以致它從下傾斜平面15和垂直平面17之間的彎角延伸，所述彎角幾乎與上傾斜平面16和上安裝凸起邊緣14之間的彎角一樣高。安裝開口9從下傾斜平面15和垂直平面17之間的彎角朝著上傾斜平面16延伸，具有恒定的寬度，適應于待安裝的模塊的寬度。上傾斜平面16上制造的開口的內邊緣的一部分設置有導軌21，其沿著開口延伸指定的長度。在垂直平面17與下傾斜平面15之間的彎角處，支撐支架18從安裝開口9的邊緣伸出，與上傾斜平面16平行排列。在支撐支架18的端部邊緣19被彎曲。從支撐支架彎曲邊緣19到安裝開口另一端的相對邊緣22的距離等于待安裝的模塊的長度。支撐支架18與上傾斜平面之間的垂直距離適應于模塊的冷卻元件8的高度。支撐支架包括用于模塊7的安裝凸起的安裝孔20。
安裝板由側壁12補足成底部敞開的封套。在安裝板固定到箱的支撐柱2上、且兼容的模塊7安裝其上之后，側壁限定朝向冷卻空氣管10的封套開口。因而形成的封套為連接模塊提供充足的空間。
模塊的安裝通過在固定螺釘4、5的幫助下首先將安裝板3固定就位而進行。接著，模塊7的上端部被提升得較高，被放置依靠在支撐支架18上，同時模塊7被向上推以便模塊7的側面與凹槽配合，從而與導軌21緊密配合。隨著進一步向上推動模塊7，它與安裝開口的上邊緣22接觸，從而模塊下端部11的角已經越過支撐支架18的彎曲邊緣19?，F(xiàn)在模塊7可被釋放以便依靠支撐支架彎曲邊緣19，在該位置模塊保持由導軌21和支撐支架19牢固地支撐。接著，模塊可在安裝孔20處由螺釘固定，從而如果需要可使用更大量的安裝孔。因為在固定螺釘?shù)牟迦脒^程中模塊不需要人力支撐，所以模塊很容易固定就位。
除以上所述之外，本發(fā)明還有可作為選擇的實施例。
本發(fā)明最簡單的實現(xiàn)包括具有安裝開口的板，所述板適當成形，以便以如下方式固定在箱中已選定的位置安裝板的第一邊緣保持比板的相對端部處的板的第二邊緣更靠近板的支撐表面。例如，模塊自身接著可固定在常規(guī)的安裝凸起上。該實施例有需求，因為在其固定螺釘已經插入/固緊在適當?shù)奈恢弥靶枰S持對模塊的支撐。盡管上述實施例也被實現(xiàn)以致支撐支架18和其彎曲邊緣被省略，但是該布置使安裝更為復雜?？勺鳛檫x擇地，如果模塊單獨設置有導軌，則導軌21可由凹槽或其它導向裝置替代。但是，導軌最容易在由片材料制造的安裝板上形成。雖然安裝板可由金屬片通過彎曲/擠壓方便地制成，但是在制造安裝板中使用的制造技術在本發(fā)明的實現(xiàn)中并不重要。進一步考慮，尤其是對于輕型模塊，安裝板可僅在其上端部固定，但是僅僅當安裝板結構的剛性足夠支撐模塊的重量時這種布置才可能。顯然，此處沒有創(chuàng)建鄰近的冷卻空氣管。更進一步考慮，開口框架型安裝框架在安裝板的場所使用，但是如果不訴諸單獨的氣流導向擋板這種布置也不能提供冷空氣循環(huán)。
權利要求
1.一種組件，其用于在設備箱、腔室或者其它類似設備空間中安裝功率電子模塊，所述組件包括安裝基座(3)，所述安裝基座包括第一固定裝置(13，14)，其用于在支撐表面(2)上固定所述安裝基座(3)，以及第二固定裝置(18，19，20，21)，其用于在所述安裝基座(3)上固定功率電子模塊(7)，其中所述第二固定裝置(18，19，20，21)與所述第一固定裝置(13，14)相隔一定距離布置，以致待固定在所述安裝基座(3)上的所述模塊(7)的第一端部比相對所述第一端部的所述模塊的相對端部(11)位置更接近所述支撐表面(2)，其特征在于，所述安裝基座上制造的開口(9)用于適應其中的功率電子模塊，以致所述電子模塊的冷卻部分在所述安裝板的下側變得凹入。
2.如權利要求1所述的組件，其特征在于，待固定的所述模塊(7)的上端部比所述模塊的下端部(11)更接近所述支撐表面(2)。
3.如權利要求1或2所述的組件，其特征在于，所述安裝基座為安裝板(3)，其至少包括第一傾斜平面(16)，其從所述第一固定裝置(13，14)所在的平面向外伸出，以便與由所述第一固定裝置(13，14)限定的平面形成夾角(α)。
4.如權利要求3所述的組件，其特征在于，用于適應其中的功率電子模塊的所述開口(9)制造在所述第一傾斜壁(16)上。
5.如權利要求3或4所述的組件，其特征在于，所述安裝板(3)包括第一傾斜平面(16)、第二傾斜平面(15)，第二傾斜平面(15)以傾斜的方式從所述第一固定裝置(13，14)所在的平面朝著所述第一傾斜平面(16)延伸，以及垂直平面(17)，其連接所述傾斜平面，平行于所述第一固定裝置(13，14)所在的平面安裝。
6.如權利要求4或5所述的組件，其特征在于，所述安裝開口(9)具有與所述第二傾斜平面(15)和所述垂直平面(17)之間的彎曲一致的第一邊緣，與所述第一邊緣相對的第二邊緣(22)位于所述第一傾斜平面(16)的區(qū)域之內。
7.如權利要求4-6中任一項所述的組件，其特征在于，導軌(21)適應于所述安裝開口(9)的相對兩側，在所述邊緣(22)的指定長度上延伸。
8.如權利要求4-7中任一項所述的組件，其特征在于，支撐支架(18)具有在其末梢邊緣制造的彎曲邊緣(19)，其位于所述安裝開口(9)處，在所述第二傾斜平面(15)和所述垂直平面(17)之間的彎曲處，所述支撐支架的平面平行于所述第一傾斜平面(16)，從所述安裝開口向外延伸。
9.一種用于將功率電子模塊安裝在設備箱、腔室或者其它設備空間中的方法，所述方法包括以下步驟將安裝板(3)固定就位，如權利要求(4-8)中任一項所限定，提升所述模塊(7)的上端部到達由所述安裝板的支撐支架(18)支撐的位置，以如下方式向上推動所述模塊(7)在所述模塊側面處制造的凹槽沿著設置在所述安裝板(3)的所述安裝開口(9)中的導軌(21)滑動，進一步向上推動所述模塊(7)，直到它接觸所述安裝開口的邊緣(22)，以及所述模塊下端部(11)的角越過所述支撐支架(18)的彎曲邊緣(19)，降低所述模塊(7)，以便依靠所述彎曲邊緣(19)，以及將所述模塊(7)固定在所述安裝板(3)上。
全文摘要
一種用于在設備箱、腔室或者其它類似設備空間中安裝功率電子模塊的方法和組件。根據(jù)本發(fā)明，所述功率電子模塊在安裝基座(3)的幫助下被安裝到設備空間(1)中，因此所述安裝基座(3)包括用于將所述安裝基座固定在所述設備空間(1)中的固定裝置(13，14)，以及由所述固定裝置(13，14)支撐的安裝板(16)，以致所述安裝板的第一端部與所述安裝板(3)的相對端部(11)和該相對端部的所述固定裝置(13)之間的距離相比更接近所述第一端部的所述固定裝置(14)，從而所述安裝板(16)在所述設備空間內以傾斜的位置排列。
文檔編號H05K7/14GK1765163SQ200480008346
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權日2003年3月27日
發(fā)明者P·塞維基維 申請人:Abb有限公司