專利名稱：變換器電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的變換器電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
分散驅(qū)動(dòng)技術(shù)的一個(gè)重要特征是將變換器(特別是變頻器)整合于電動(dòng)機(jī)中。由 于空間有限，而且為了實(shí)現(xiàn)緊湊性和出于成本壓力，要求采用盡量減少組件或價(jià)格低廉的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。市場(chǎng)上銷售的變換器電動(dòng)機(jī)所采用的結(jié)構(gòu)不是軸流式就是徑流式。這些電 動(dòng)機(jī)的幾何形狀并不符合相關(guān)要求。通常情況下所使用的電動(dòng)機(jī)均來(lái)自制造商的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 范圍。DE 102005032971A1揭示一種變換器電動(dòng)機(jī)，其變換器外殼軸向固定于轉(zhuǎn)子的非 驅(qū)動(dòng)端端蓋上。變換器電子裝置的組件以分布于復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板上的方式進(jìn)行布置，這 些印制電路板借助于復(fù)數(shù)個(gè)柔性電連接元件構(gòu)成一導(dǎo)體串。對(duì)這個(gè)印制電路板串中的印制 電路板進(jìn)行相應(yīng)的倒棱處理，使得該印制電路板串構(gòu)成一立方形空心柱體的側(cè)面，這個(gè)側(cè) 面的軸以徑向于電動(dòng)機(jī)軸的方式布置在變換器外殼中。當(dāng)采用這種方法裝配立方形空心柱 體時(shí)，變換器電子裝置的有損耗組件與電動(dòng)機(jī)非驅(qū)動(dòng)端端蓋導(dǎo)熱相連。在這個(gè)裝配位置上， 借助非驅(qū)動(dòng)端端蓋、電動(dòng)機(jī)外殼和驅(qū)動(dòng)端端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)有損耗組件的散熱。為了改善變換器 外殼內(nèi)腔的散熱，變換器外殼壁和變換器外殼蓋由導(dǎo)熱材料構(gòu)成。如果需要進(jìn)一步改善散 熱，就將變換器外殼蓋設(shè)計(jì)為散熱件。在此情況下，立方形空心柱體布置在變換器外殼中， 且其布置方式使得變換器電子裝置的有損耗組件與設(shè)計(jì)為散熱件的變換器外殼蓋導(dǎo)熱相 連。優(yōu)選采用永磁同步電動(dòng)機(jī)。與相同功率的異步電動(dòng)機(jī)相比，這種類型的同步電動(dòng)機(jī)功 率損耗更小。此外，這種同步電動(dòng)機(jī)與相同功率的異步電動(dòng)機(jī)相比體積更小。在 PHASE Motion Control 公司名為"TorqueWire servo systems (TorqueWire 伺 服系統(tǒng))”的產(chǎn)品說(shuō)明書中揭示了一種同類型的變換器電動(dòng)機(jī)。在這種變換器電動(dòng)機(jī)中，變 換器電子裝置的組件布置于印制電路板的兩面，其中，有損耗組件以一種與設(shè)計(jì)為散熱件 的變換器外殼蓋導(dǎo)熱相連的方式進(jìn)行布置。變換器電子裝置的有損耗組件通過(guò)對(duì)流冷卻實(shí) 現(xiàn)散熱。圍成一方形面的變換器外殼壁由隔熱材料構(gòu)成。借此可將電動(dòng)機(jī)和變換器的功率 元件這兩個(gè)熱源分離。變換器外殼壁所圍成的空間可容納變換器電子裝置。由于設(shè)計(jì)為散 熱件的變換器外殼蓋由金屬材料構(gòu)成，因而有損耗組件必須以電絕緣的方式與這個(gè)散熱件 相連。這個(gè)電絕緣導(dǎo)熱中間層會(huì)影響向散熱件傳熱的傳熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于對(duì)同類型的變換器電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)以克服其缺陷。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過(guò)權(quán)利要求1所述的特征而達(dá)成。根據(jù)本發(fā)明，所述變換器電子裝置的印制電路板劃分為復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段，這 些印制電路板段經(jīng)相應(yīng)的倒棱處理，以形成一用于容納所述變換器電子裝置的組件的空 腔。這些組件在此以某種方式分布于各印制電路板段上，使得功率損耗較低的組件分別與所述變換器外殼壁的一個(gè)壁導(dǎo)熱相連。此外，有損耗組件平面布置在分配給散熱件的印制 電路板段上，該散熱件由導(dǎo)熱塑料構(gòu)成。所述變換器電子裝置的非熱臨界組件則安裝在所 述印制電路板折疊后位于由此而形成的空腔內(nèi)部的印制電路板段上。為了避免所述變換器 電子裝置的組件受到電動(dòng)機(jī)熱輻射的影響，所述電動(dòng)機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端設(shè)有由隔熱材料構(gòu)成的 分隔壁，該分隔壁上設(shè)有一插塞式連接器，所述變換器外殼可借助該插塞式連接器軸向插 入所述電動(dòng)機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端，從而使所述變換器電子裝置與所述電動(dòng)機(jī)導(dǎo)電相連。通過(guò)使所述變換器電子裝置的有損耗組件在空間上分布于一個(gè)與所述塑料散熱 件導(dǎo)熱相連的印制電路板段的整個(gè)表面，可產(chǎn)生一種幾何式的熱擴(kuò)展效應(yīng)，借此可利用該 散熱件的整個(gè)表面來(lái)進(jìn)行散熱。由于這個(gè)散熱件是由導(dǎo)熱的電絕緣材料構(gòu)成，因而不必再 對(duì)包含有損耗組件的印制電路板段采取電絕緣措施，這樣就不會(huì)影響印制電路板段與散熱 件之間的傳熱。根據(jù)所述變換器電動(dòng)機(jī)的一種有利實(shí)施方式，所述變換器外殼壁的壁上設(shè)有復(fù)數(shù) 個(gè)散熱片，散熱片沿徑向延伸，并在軸向上彼此間隔一定距離。由此可改善向周圍空氣的傳 熱效果，從而一方面改善所述變換器電子裝置的散熱，另一方面改善所述電動(dòng)機(jī)和所述變 換器電子裝置之間的隔熱效果。根據(jù)所述變換器電動(dòng)機(jī)的另一有利設(shè)計(jì)方案，所述散熱件由電絕緣導(dǎo)熱材料構(gòu) 成，散熱件直接模鑄在所述印制電路板段遠(yuǎn)離所述變換器電子裝置的有損耗組件的一面。 由此可大幅提高該印制電路板段的傳熱性能。根據(jù)所述變換器電動(dòng)機(jī)的另一有利設(shè)計(jì)方案，所述變換器電子裝置的印制電路板 澆注在所述變換器外殼中，所述印制電路板具有復(fù)數(shù)個(gè)倒棱印制電路板段。這種澆注處理 可為所述變換器電子裝置提供有效的防搖動(dòng)保護(hù)和/或防振動(dòng)保護(hù)。根據(jù)所述變換器電動(dòng)機(jī)的另一有利設(shè)計(jì)方案，采用永磁同步電動(dòng)機(jī)，特別是應(yīng)用 諧波技術(shù)的同步電動(dòng)機(jī)，以便將所述變換器電動(dòng)機(jī)的功率損耗盡可能保持在較低水平。所 述永磁同步電動(dòng)機(jī)與功率相同的異步電動(dòng)機(jī)相比功率損耗更小。同時(shí)，這種同步電動(dòng)機(jī)與 功率相同的異步電動(dòng)機(jī)相比所需安裝空間更小，因而采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的變換器電動(dòng)機(jī) 的空間需求也更小。


下面借助附圖所示的本發(fā)明變換器電動(dòng)機(jī)的示意圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其 中圖1為本發(fā)明變換器電動(dòng)機(jī)的原理圖；圖2為一變換器電子裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，該變換器電子裝置位于圖1所示變換器 電動(dòng)機(jī)的變換器外殼中；圖3為一電動(dòng)機(jī)的側(cè)視圖，該電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭與圖1所示的變換器電動(dòng)機(jī)的變換 器外殼相連；圖4為圖1所示變換器電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)非驅(qū)動(dòng)端分隔壁的視圖；圖5為圖1所示變換器電動(dòng)機(jī)的變換器外殼壁中的一中央印制電路板段；圖6為圖1所示變換器電動(dòng)機(jī)的變換器電子裝置的印制電路板裝配側(cè)視圖，該印 制電路板劃分為復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段；以及
圖7為圖6所示印制電路板折疊后的狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的原理圖中，2表示電動(dòng)機(jī)，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，4表示變換器。變 換器4實(shí)施為兩部分。其中一部分是變換器外殼壁6，另一部分是設(shè)計(jì)為護(hù)蓋的散熱件8。 在本圖中，變換器外殼壁6上設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)沿軸向彼此間隔一定距離的軸向延伸散熱片10。 在變換器電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)機(jī)2和變換器4的功率電子裝置各構(gòu)成一個(gè)主熱源Pl和P2。由于 變換器電子裝置(功率電子裝置)的有損耗組件與散熱件8間接導(dǎo)熱相連，因而主熱源P2 就是可為這部分損耗功率散熱的散熱件8。這兩個(gè)主熱源Pl和P2通過(guò)由隔熱材料構(gòu)成的 變換器外殼壁6彼此熱絕緣。其結(jié)果是，熱流Ql只有通過(guò)電動(dòng)機(jī)2的電動(dòng)機(jī)法蘭12和該 電動(dòng)機(jī)2的表面才能散發(fā)到周圍環(huán)境中。所述功率電子裝置的熱流Q2通過(guò)散熱件8以自 然對(duì)流的方式散發(fā)到周圍空氣中。第三熱源P3(即變換器電子裝置的電子信號(hào)裝置)的熱 流Q3則通過(guò)變換器外殼壁6散發(fā)到周圍空氣中，一定數(shù)量的散熱片10增大了該變換器外 殼壁的表面面積。盡管變換器外殼壁6的隔熱材料具有熱阻，但由于該變換器外殼壁6面 積相當(dāng)大，因而仍可將足量的熱流3散發(fā)到周圍環(huán)境中。由于變換器外殼壁6的截面面積 相當(dāng)小，并且平行于變換器外殼壁6的熱流動(dòng)距離很長(zhǎng)，因而Pl和P2這兩個(gè)熱源之間實(shí)際 不存在熱流Q1-2。圖2是圖1以原理圖形式加以展示的變換器電動(dòng)機(jī)的變換器電子裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖。從這個(gè)圖中可以看到變換器外殼壁6和所述變換器電子裝置的一個(gè)折疊印制電路板 14。圖7在不顯示變換器外殼壁6的情況下對(duì)該折疊印制電路板14進(jìn)行了進(jìn)一步展示，圖 6則對(duì)尚未折疊的已裝配印制電路板進(jìn)行了展示。這個(gè)折疊印制電路板14構(gòu)成一個(gè)可容納 變換器電子裝置的組件的空腔。在該情況下，所述變換器電子裝置中必須保持較低溫度水 平的組件(如微處理器)，或自身僅產(chǎn)生少量損耗的組件，均布置在印制電路板14的印制電 路板段上，印制電路板段通過(guò)與變換器外殼壁6的壁進(jìn)行直接平面接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱，而所 述壁則用隔熱材料制成。印制電路板14折疊后可形成一空腔，而所述變換器電子裝置的非 熱臨界組件則布置在位于所述空腔內(nèi)部的印制電路板段上。通過(guò)以這種方式將所述變換器 電子裝置的電子信號(hào)裝置的組件分布在印制電路板14的規(guī)定印制電路板段上，可使可用 空間得到充分利用。圖3中的變換器電動(dòng)機(jī)側(cè)視圖展示了電動(dòng)機(jī)2(特別是永磁同步電動(dòng)機(jī))和變換 器4的變換器外殼壁6，該變換器通過(guò)法蘭連接在電動(dòng)機(jī)2的非驅(qū)動(dòng)端。圖4展示的是電動(dòng)機(jī)2的非驅(qū)動(dòng)端視圖。這個(gè)非驅(qū)動(dòng)端被一由隔熱材料構(gòu)成的分 隔壁16封閉。如此就可使所述變換器電子裝置的由折疊印制電路板14構(gòu)成的空腔與電動(dòng) 機(jī)2的熱輻射實(shí)現(xiàn)熱絕緣。為了實(shí)現(xiàn)變換器4與電動(dòng)機(jī)2的電接觸，這個(gè)具有隔熱作用的 分隔壁具有一插塞式連接器18，從圖2中可看到該插塞式連接器的對(duì)應(yīng)件20。在借助法蘭 將裝配后的變換器外殼壁6連接到電動(dòng)機(jī)2的非驅(qū)動(dòng)端時(shí)，插塞式連接器18和其對(duì)應(yīng)件20 彼此卡合，從而使變換器4的輸出端子與電動(dòng)機(jī)2的終端連接件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接。圖5展示的是印制電路板14的中央印制電路板段的焊接面視圖，該印制電路板段 具有所述變換器電子裝置的功率電子裝置的有損耗組件。亦即，這個(gè)視圖展示的是圖2所 示變換器外殼壁6中折疊印制電路板14的背面。所述變換器電子裝置的功率電子裝置的組件布置在這個(gè)中央印制電路板段的另一面(組件面)。這個(gè)中央印制電路板段如圖所示 的這一面上直接粘著塑料散熱件8。特別有利的做法是，將塑料散熱件8直接模鑄在中央印 制電路板段的焊接面上，而所述中央印制電路板段具有所述變換器電子裝置的功率電子裝 置的有損耗組件。由此可大幅改善有損耗組件和塑料散熱件8之間的傳熱。例如，塑料散 熱件8以可拆卸的方式與變換器外殼壁6固定在一起。如前所述，圖6展示的是各印制電路板段已裝配完畢的印制電路板14。圖7則對(duì) 處于折疊狀態(tài)的相應(yīng)印制電路板14進(jìn)行了詳細(xì)展示。從這個(gè)折疊印制電路板14上可以看 到因折疊而形成的空腔的外壁，該外壁在裝入變換器外殼壁6后與變換器外殼壁6的內(nèi)壁 面產(chǎn)生平面接觸。這種將折疊式印制電路板14設(shè)計(jì)為三維電路結(jié)構(gòu)的方案基于熱力學(xué)原 理。其中，包含有平面分布式功率電子裝置組件的印制電路板段被分配給變換器外殼中包 含導(dǎo)熱塑料散熱件8的外殼部分。所述變換器電子裝置的電子信號(hào)裝置中有些組件必須保 持較低溫度水平或者僅產(chǎn)生少量損耗，包含這些組件的電路部分布置在印制電路板14通 過(guò)與用隔熱材料制成的變換器外殼壁6的壁進(jìn)行直接平面接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱的印制電路板 段上。所述變換器電子裝置的電子信號(hào)裝置的非熱臨界組件，則布置在印制電路板14折疊 后位于由此而形成的空腔內(nèi)部的印制電路板段上。所述變換器電子裝置的電子信號(hào)裝置及功率電子裝置的組件突入上述空腔中，如 果所述變換器電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于一個(gè)會(huì)受到搖動(dòng)和/或振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，就可在該空腔中澆注 澆注材料。本發(fā)明關(guān)于變換器電動(dòng)機(jī)的變換器設(shè)計(jì)方案提供了一種無(wú)需設(shè)置風(fēng)扇的緊湊型 變換器電動(dòng)機(jī)，這種變換器電動(dòng)機(jī)在散熱和機(jī)械構(gòu)造方面都得到了優(yōu)化。
權(quán)利要求
一種變換器電動(dòng)機(jī)，包括一電動(dòng)機(jī)(2)和一變換器(4)，其中，一變換器電子裝置的復(fù)數(shù)個(gè)組件以某種方式布置在一印制電路板(14)上，使得復(fù)數(shù)個(gè)有損耗組件與一散熱件(8)導(dǎo)熱相連，所述散熱件設(shè)計(jì)為一由隔熱塑料構(gòu)成的變換器外殼的護(hù)蓋，所述由隔熱塑料構(gòu)成的變換器外殼軸向固定在所述電動(dòng)機(jī)(2)的一非驅(qū)動(dòng)端，其特征在于，所述印制電路板(14)劃分為復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段，所述復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段經(jīng)相應(yīng)的倒棱處理，使得包含低損耗組件的印制電路板段分別與一變換器外殼壁(6)的一個(gè)壁導(dǎo)熱相連，一包含復(fù)數(shù)個(gè)有損耗組件的中央印制電路板段與一由導(dǎo)熱塑料構(gòu)成的散熱件(8)導(dǎo)熱相連，所述電動(dòng)機(jī)(2)的非驅(qū)動(dòng)端設(shè)有一由隔熱材料構(gòu)成的分隔壁(16)，所述分隔壁上布置有一插塞式連接器(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述變換器外殼壁(6)的每個(gè)壁上均設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)徑向延伸散熱片(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述由導(dǎo)熱塑料構(gòu)成的散熱件(8)以導(dǎo)熱方式粘貼在所述中央印制電路板段包含有 損耗組件一面的背面。
4.根據(jù) 權(quán)利要求1或2所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述由導(dǎo)熱塑料構(gòu)成的散熱件(8)模鑄在所述中央印制電路板段包含有損耗組件一 面的背面。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述由復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段構(gòu)成的印制電路板(14)澆注在所述變換器外殼中。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)⑵采用的是永磁同步電動(dòng)機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，將一導(dǎo)熱塑料用作澆注材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器電動(dòng)機(jī)，其特征在于，將一隔熱塑料用作澆注材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變換器電動(dòng)機(jī)，包括一電動(dòng)機(jī)(2)和一變換器(4)，其中，一變換器電子裝置的復(fù)數(shù)個(gè)組件以某種方式布置在一印制電路板(14)上，使得復(fù)數(shù)個(gè)有損耗組件與一散熱件(8)導(dǎo)熱相連，所述散熱件設(shè)計(jì)為一由隔熱塑料構(gòu)成的變換器外殼的護(hù)蓋，所述由隔熱材料構(gòu)成的變換器外殼軸向固定在所述電動(dòng)機(jī)(2)的一非驅(qū)動(dòng)端。根據(jù)本發(fā)明，所述印制電路板(14)劃分為復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段，所述復(fù)數(shù)個(gè)印制電路板段經(jīng)相應(yīng)的倒棱處理，使得包含低損耗組件的印制電路板段分別與一變換器外殼壁(6)的一個(gè)壁導(dǎo)熱相連，一包含復(fù)數(shù)個(gè)有損耗組件的中央印制電路板段與一由導(dǎo)熱塑料構(gòu)成的散熱件(8)導(dǎo)熱相連，所述電動(dòng)機(jī)(2)的非驅(qū)動(dòng)端設(shè)有一由隔熱材料構(gòu)成的分隔壁(16)，所述分隔壁上布置有一插塞式連接器(18)。借此可獲得一種無(wú)需設(shè)置風(fēng)扇的緊湊型變換器電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H05K7/14GK101919322SQ200880125195
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者康拉德·多梅斯, 漢斯-迪特爾·海寧, 海因里?！氐鲜┞? 胡貝特·席爾林, 里夏德·施密特, 馬庫(kù)斯·比爾曼 申請(qǐng)人:西門子公司