电机组件、组件、设备和变频驱动器单元制造技术

本发明专利技术公开了一种电机组件，包括：电机壳体；电机，电机位于电机壳体内并且具有转子；中板，中板设置成与电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近电机壳体的所述至少一部分；端板，端板设置成与中板的至少一部分成一直线并且靠近中板的所述至少一部分，使得中板位于电机壳体与端板之间，端板具有周缘壁和端壁，周缘壁和端壁一起至少部分地限定腔体；以及变频驱动器电子器件单元，变频驱动器电子器件单元设置在腔体内并配置成向电机提供功率。变频驱动器电子器件单元包括：电路板、安装至电路板的多个功率开关部件以及安装至电路板的多个功率控制部件。率控制部件。率控制部件。

【技术实现步骤摘要】
电机组件、组件、设备和变频驱动器单元
[0001]本申请是国际申请日为2017年3月13日、中国国家申请号为 201780015441.0(国际申请号为PCT/US2017/022019)且专利技术名称为“包 括具有多层功率和控制印刷电路板组件的功率平面的用于驱动泵或旋转 装置的电机组件”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2016年3月11日提交的临时专利申请62/307,037的权 益，该临时专利申请据此以引用方式并入。

技术介绍
1.

[0004]本申请涉及用于增加变频驱动器的电子器件的功率密度并降低变频驱 动器的电子器件对高温的敏感度以便将变速电子器件安装在电机组件内部 的技术；并且更具体地涉及例如使用独特设计的中板和端板来降低变频驱 动器的电子器件对高温的敏感度的技术。
[0005]2.相关技术简述
[0006]在现有技术中，已知的是变频驱动器的电子器件通常对高温敏感，且 当与电机组件组合时，若在其最大额定值下操作，则可操作不当或过早失 效，并且已知的是电子器件需要容纳在电机封套内的密封外壳，该密封外 壳保护电子器件免受恶劣环境和过多热两者的影响。电机通常在比安全电 子操作高得多的温度下操作。当组合这两种装置时，从电机操作产生的损 失(热)将引起高温条件，这对变频驱动器的操作是不健康的。
[0007]从一些角度来看，优级效率电机可达到94
‑
95％的效率。因此，因热损 失(相对于瓦损失或热所测得)而浪费了其额定值的5/>‑
6％。对于变频驱动 器而言，其可能达到96
‑
97％的效率。因此，在50HP系统中，热损失计算 可采取以下形式：50HP
×
746瓦/HP＝37,300瓦，并且37,300瓦
×
10％＝ 3,730瓦的废热。具体地讲，4％总驱动损失将分成如下几部分：
[0008]端板中所容纳的功率模块中损失大约85％，功率质量滤波器中损失 10％，以及电机的其余部分中损失6％。
[0009]有鉴于此，本领域需要提供降低变频驱动器的电子器件对高温的敏感 度的更好方式，以便在其最大额定值下操作时基本上消除或减少此类变频 驱动器的此类电子器件的不当操作或过早失效。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是将电子变频驱动器安装在与相同功率额定值的标准美 国电气制造商协会(NEMA)或国际电工委员会(IEC)额定电机相同尺寸的封 套内，从而允许电机及其控制的任何泵或旋转装置的变速操作。
[0011]基本设备
[0012]根据一些实施方案，本专利技术可采取设备的形式，例如，诸如用于驱动 泵或旋转装
置的电机组件，该电机组件包括具有两个侧面的至少一个板， 一个侧面具有中心部分、中间部分和周边部分。
[0013]中心部分可包括或被配置有开口以接收所述至少一个板并相对于(例 如用于驱动泵或旋转装置的电机的)转子布置所述至少一个板。
[0014]中间部分可被配置在中心部分的内圆周与周边部分之间，并且可包括 多个内部径向冷却翅片，这些内部径向冷却翅片从中心部分的内圆周延伸 并朝周边部分向外发散以将热从中心部分传递到周边部分，从而实现内部 热传导能力。
[0015]周边部分可包括具有多个外部径向冷却翅片的外圆周表面，这些外部 径向冷却翅片远离该板向外发散以将热传递到周围空气，从而实现外部热 对流能力。
[0016]所述至少一个板可为中板、端板或它们的组合或者采取中板、端板或 它们的组合的形式，所述中板、端板或它们的组合形成泵或旋转装置的一 部分，这与本文所阐述的相符。
[0017]中板实施方案
[0018]例如，所述至少一个板可包括中板或者采取中板的形式，该中板具有 轴承壳体凸缘部分，该轴承壳体凸缘部分被配置为接收电机轴承组件，并 且还被配置有开口以接收电机转子轴。
[0019]中板实施方案还可包括下列一个或多个特征：
[0020]该设备可为用于驱动泵或旋转装置的电机组件或者采取该电机组件的 形式，该电机组件例如包括转子与具有被布置在转子上的轴承组件的电机 轴承组件的组合。
[0021]这两个侧面中的另一个侧面可为对应中间部分没有内部或外部冷却翅 片的平滑侧面。
[0022]电机组件可包括绝缘层，该绝缘层相对于中板布置，并且被配置为降 低热传递速率，包括来自传导、对流和辐射的所有热传递形式。以举例的 方式，绝缘层可由云母制成。
[0023]电机组件可包括具有电部件(包括变频驱动器的电子器件)的功率平 面，并且中板可被配置为使得平滑侧面面向功率平面
[0024]在操作中，热可经由从转子穿过中板和内部径向冷却翅片到外部径向 冷却翅片的传导来传递，然后还可经由从外部径向冷却翅片到周围空气的 对流来传递。中板可被配置为不仅经由从转子穿过轴承组件的传导，还经 由穿过位于电机的空气室中的外部径向冷却翅片的对流来吸收热，包括因 电和机械损耗而从电机产生的热，包括从电机端部绕组、阻性电流或涡电 流、或两者产生的热，从而引起转子直接传导热以及将热释放到电机的空 气室中。
[0025]中板可被配置为提供从电机端部绕组到定子外面的空气流的热路径、 或从转子穿过轴承组件到达周围环境的热路径、或两者兼有。
[0026]电机组件可包括配置在电机轴承壳体的每一侧面上的前护脂圈和后护 脂圈。
[0027]电机组件可包括配置在中板上的绝缘垫圈组件以使中板与端板之间的 热接触最小化。
[0028]以举例的方式，中板可由铜、铝或铸铁制成。
[0029]中板可包括外部绝缘层，该外部绝缘层限制从中板散热器到具有功率 平面的功率转换器区域的热流，并且限制进入形成端板一部分的端板电子 器件区域中的热。
[0030]中板的内部径向冷却翅片可被配置在中间部分之上和周围，并且彼此 基本上均匀且等距地隔开。
[0031]中板的外部径向冷却翅片可被配置在周边部分之上和周围，并且彼此 均匀且等距地隔开。
[0032]以举例的方式，中板可具有多于内部径向冷却翅片的外部径向冷却翅 片，包括超过两倍那么多。
[0033]端板实施方案
[0034]以进一步举例的方式，所述至少一个板可包括端板或者采取端板的形 式，其中中心部分的开口被配置为接收并接合电机转子轴。
[0035]端板实施方案还可包括下列一个或多个特征：
[0036]这两个侧面中的另一个侧面可为对应中间部分没有内部或外部冷却翅 片的平滑侧面。
[0037]该设备可包括电机组件，该电机组件包括具有电部件(包括变频驱动 器的电子器件)的功率平面，端板可被配置有电子器件壳体室，并且功率 平面可被配置在电子器件壳体室内，使得平滑侧面面向功率平面。
[0038]电机组件可包括电子器件模块，该电子器件模块被布置在电子器件壳 体室内的端板的功率平面与平滑侧面之间。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机组件，包括：电机壳体；电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；中板，所述中板设置成与所述电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近所述电机壳体的所述至少一部分；端板，所述端板设置成与所述中板的至少一部分成一直线并且靠近所述中板的所述至少一部分，使得所述中板位于所述电机壳体与所述端板之间，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；安装至所述电路板的多个功率开关部件；以及安装至所述电路板的多个功率控制部件。2.根据权利要求1所述的电机组件，还包括置于所述中板与所述端板之间的热绝缘体。3.根据权利要求1所述的电机组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。4.根据权利要求1所述的电机组件，其中，所述多个功率控制部件包括围绕所述电路板的中心安装至所述电路板的多个功率质量滤波器部件。5.根据权利要求1所述的电机组件，其中，所述周缘壁和所述端壁中的一者或两者包括散热器翅片，所述散热器翅片构造成耗散掉由所述多个功率开关部件和所述多个功率控制部件产生的热量。6.根据权利要求1所述的电机组件，其中，所述电机组件驱动泵或旋转装置。7.根据权利要求1所述的电机组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。8.根据权利要求7所述的电机组件，其中，所述中板还包括位于所述中板的周边部分上和所述周边部分周围的外部散热器翅片，所述外部散热器翅片构造成从所述中板耗散热量。9.根据权利要求8所述的电机组件，其中，所述中板具有开口，所述开口构造成接收至少部分地穿过其中的所述转子，所述转子延伸穿过与所述中板联接的轴承组件，所述内部散热器翅片构造成将热量从所述转子定向到所述中板的所述周缘。10.一种电机组件，包括：电机壳体；电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；中板，所述中板设置成与所述电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近所述电机壳体的所述至少一部分；端板，所述端板设置成与所述中板的至少一部分成一直线并且靠近所述中板的所述至少一部分，使得所述中板位于所述电机壳体与所述端板之间，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体；以及
变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；安装至所述电路板的多个功率开关部件；以及多个功率控制部件，所述多个功率控制部件安装至所述电路板并且围绕所述电路板的中心周向分布。11.根据权利要求10所述的电机组件，还包括置于所述中板与所述端板之间的热绝缘体。12.根据权利要求10所述的电机组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。13.根据权利要求10所述的电机组件，其中，所述多个功率控制部件包括围绕所述电路板的所述中心安装至所述电路板的多个功率质量滤波器部件。14.根据权利要求10所述的电机组件，其中，所述周缘壁和所述端壁中的一者或两者包括散热器翅片，所述散热器翅片构造成耗散掉由所述多个功率开关部件和所述多个功率控制部件产生的热量。15.根据权利要求10所述的电机组件，其中，所述电机组件驱动泵或旋转装置。16.根据权利要求10所述的电机组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。17.一种组件，包括：中板，所述中板具有第一端部，所述第一端部构造成与电机的电机壳体的至少一部分成一直线且靠近所述电机壳体的所述至少一部分设置；端板，所述端板构造成与所述中板的同所述第一端部相反的第二端部成一直线并且靠近所述第二端部设置，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；安装至所述电路板的多个功率开关部件；以及安装至所述电路板的多个功率控制部件。18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述多个功率控制部件围绕所述电路板的中心周向分布。19.根据权利要求17所述的组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。20.根据权利要求19所述的组件，其中，所述中板还包括位于所述中板的周边部分上和所述周边部分周围的外部散热器翅片，所述外部散热器翅片构造成从所述中板耗散热量。21.根据权利要求20所述的组件，所述中板具有开口，所述开口构造成接收至少部分地穿过其中的所述电机的转子，所述转子延伸穿过与所述中板联接的轴承组件，所述内部散
热器翅片构造成将热量从所述转子定向到所述中板的所述周缘。22.根据权利要求17所述的组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。23.一种电机组件，包括：电机壳体；电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；接线盒，所述接线盒设置在所述电机壳体上；中板，所述中板设置成与所述电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近所述电机壳体的所述至少一部分，并且所述中板具有开口，所述开口构造成接收至少部分地穿过其中的所述转子，所述转子延伸穿过与所述中板联接的轴承组件；端板，所述端板设置成与所述中板的至少一部分成一直线并且靠近所述中板的所述至少一部分，使得所述中板位于所述电机壳体与所述端板之间，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体，所述端板包括与所述接线盒对准的一个或更多个电连接路径；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；以及安装至所述电路板的多个功率开关部件。24.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述一个或更多个电连接路径与限定所述腔体的所述周缘壁和所述端壁间隔开。25.根据权利要求24所述的电机组件，其中，所述一个或更多个电连接路径包括一对线通道。26.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。27.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述中板还包括位于所述中板的周边部分上和所述周边部分周围的外部散热器翅片，所述外部散热器翅片构造成从所述中板耗散热量。28.根据权利要求27所述的电机组件，其中，所述内部散热器翅片构造成将热量从所述转子定向到所述中板的所述周缘。29.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。30.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述多个功率控制部件包括围绕所述电路板的中心安装至所述电路板的多个功率质量滤波器部件。31.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述电机组件驱动泵或旋转装置。32.根据权利要求23所述的电机组件，还包括风扇，所述风扇设置成与所述端板成一直线，使得所述端板设置在所述风扇与所述中板之间。33.根据权利要求23所述的电机组件，其中，所述周缘壁和所述端壁中的一者或两者包括散热器翅片，所述散热器翅片构造成耗散掉由所述多个功率开关部件和所述多个功率控
制部件产生的热量。34.一种电机组件，包括：电机壳体；电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；中板，所述中板设置成与所述电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近所述电机壳体的所述至少一部分，并且所述中板具有开口，所述开口构造成接收至少部分地穿过其中的所述转子，所述转子延伸穿过与所述中板联接的轴承组件；端板，所述端板设置成与所述中板的至少一部分成一直线并且靠近所述中板的所述至少一部分，使得所述中板位于所述电机壳体与所述端板之间，所述端板包括外壳；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述外壳内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；以及安装至所述电路板的多个功率开关部件。35.根据权利要求34所述的电机组件，还包括由所述电机壳体支撑的接线盒，其中，所述端板包括一个或更多个电连接路径，所述一个或更多个电连接路径配置为有利于所述变频驱动器电子器件单元与所述接线盒之间的电连接。36.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。37.根据权利要求36所述的电机组件，其中，所述中板还包括位于所述中板的周边部分上和所述周边部分周围的外部散热器翅片，所述外部散热器翅片构造成从所述中板耗散热量。38.根据权利要求37所述的电机组件，其中，所述内部散热器翅片构造成将热量从所述转子定向到所述中板的所述周缘。39.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。40.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述多个功率控制部件包括围绕所述电路板的中心安装至所述电路板的多个功率质量滤波器部件。41.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述电机组件驱动泵或旋转装置。42.根据权利要求34所述的电机组件，还包括风扇，所述风扇设置成与所述端板成一直线，使得所述端板设置在所述风扇与所述中板之间。43.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述周缘壁和所述端壁中的一者或两者包括散热器翅片，所述散热器翅片构造成耗散掉由所述多个功率开关部件和所述多个功率控制部件产生的热量。44.根据权利要求34所述的电机组件，还包括设置在所述中板与所述端板之间的热绝缘体。45.根据权利要求34所述的电机组件，其中，所述外壳是密封外壳。46.一种电机组件，包括：电机壳体；
电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；端板，所述端板设置成与所述电机壳体成一直线，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体，所述端板包括与所述电机壳体上的接线盒对准的一个或更多个连接器；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；以及安装至所述电路板的多个功率开关部件，其中，所述变频驱动器电子器件单元的一个或更多个线经由所述一个或更多个连接器被引至所述接线盒。47.根据权利要求46所述的电机组件，其中，所述一个或更多个连接器与限定所述腔体的所述周缘壁和所述端壁间隔开。48.根据权利要求47所述的电机组件，其中，所述一个或更多个连接器是一对连接器。49.根据权利要求46所述的电机组件，还包括中板，所述中板设置成与所述电机壳体的至少一部分成一直线并且靠近所述电机壳体的所述至少一部分，所述中板置于所述电机壳体与所述端板之间。50.根据权利要求49所述的组件，其中，所述中板包括位于所述中板的内表面上的多个内部散热器翅片，所述多个内部散热器翅片在所述中板的中心与所述中板的周缘之间径向延伸并且构造成将热量定向到所述中板的所述周缘。51.根据权利要求50所述的电机组件，其中，所述中板具有开口，所述开口构造成接收至少部分地穿过其中的所述转子，所述转子延伸穿过与所述中板联接的轴承组件，所述内部散热器翅片构造成将热量从所述转子定向到所述中板的所述周缘。52.根据权利要求46所述的电机组件，其中，所述变频驱动器电子器件单元实现了将AC输入信号转换为经转换的AC输出信号的矩阵转换器。53.根据权利要求46所述的电机组件，还包括围绕所述电路板的中心安装至所述电路板的多个功率控制部件。54.根据权利要求46所述的电机组件，其中，所述电机组件驱动泵或旋转装置。55.一种电机组件，包括：电机壳体；电机，所述电机位于所述电机壳体内并且具有转子；端板，所述端板设置成与所述电机壳体成一直线，所述端板具有周缘壁和端壁，所述周缘壁和所述端壁一起至少部分地限定腔体，所述端板包括用于与所述电机壳体上的接线盒连接的一对间隔开的连接器；以及变频驱动器电子器件单元，所述变频驱动器电子器件单元设置在所述腔体内并配置成向所述电机提供功率，所述变频驱动器电子器件单元包括：电路板；以及安装至所述电路板的多个功率开关部件，其中，所述变频驱动器电子器件单元的一个或更多个线经由一个或更多个所述连接器被引至所述接线盒。
56.根据权利要求55所述的电机组件，其中，所述连接器与限定所述腔体的所述周缘壁和所述端壁间隔开。57.根据权利要求55所述的电机组件，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪恩，
申请(专利权)人：ITT制造企业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：