专利名称：电气设备和提高电气设备防护等级的方法
技术领域：
本发明涉及一种电气设备，并尤其是逆变器，并涉及提高该电气设备防止人体接 近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备防护等级的方法。
背景技术：
逆变器通常安装在机柜中，并由于通常需要在逆变器之上安装其他电气设备，要 对机柜进行加工处理，如钻孔，这样，就有可能存在这样的风险，即，异物，例如钻孔产生的 金属碎屑，通过逆变器壳体顶部上的散热孔掉落到逆变器中，造成电路故障。另外，在机柜 中进行施工时，也存在将小型工具或螺钉等异物掉落到逆变器壳体中的风险。由于在逆变器壳体顶部具有散热孔，也会存在这样的风险，即操作者或其他人员 不注意使得手指或人体其他部位进入到散热孔中，而造成触电的事故。因此，为了避免发生上述危险，指定了相应的关于防护等级的标准，如IEC60529 标准。为了克服上面提及的问题，提供了一种解决方案，即，在现有的逆变器壳体上，在 逆变器壳体顶部的散热孔上安装一块可拆卸的保护盖板，从而防止异物或者手指等不慎进 入到散热孔中。通过这种方法，可以使得逆变器的顶部达到IEC 60529标准中的IP41防护 等级，即可以防止导线触及危险部件。但是这种方法带来的问题是逆变器中的电气元件， 如变压器、电容器组等需要散热的电气元件得不到有效散热，而这些需要散热的电气元件 受温度的影响很大，如果不能有效散热，则会影响电器元器件的使用寿命。因此，在使用过程中，用户通常可以自行拆下保护盖板，来提高逆变器的散热性 能，但是这又使逆变器顶部无法满足上面提到的IP41标准，而只能满足IP20防护标准，并 且使得设备不能防止人体接近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种提高电气设备防止人体接近壳内危险部件和防 止固体异物进入壳内设备防护等级的方法，利用该方法，可以同时满足逆变器的散热条件， 保证散热器件的工作寿命。另外，本发明还提供了一种利用该方法提高防止人体接近壳内 危险部件和防止固体异物进入壳内设备防护等级的电气设备。根据本发明的一个方面，提供了一种提高电气设备防止人体接近壳内危险部件和 防止固体异物进入壳内设备防护等级的方法，所述电气设备包括散热器、安装在散热器 外侧的壳体、和电气元件，所述电气元件包括需要散热的元件和主要电气元件，所述方法包 括将所述需要散热的元件和所述主要电气元件分别设置于互相分隔开的第一空间和第 二空间内；仅在第一空间的顶部设置散热孔；以及所述需要散热的元件安装在印刷电路板 上，该印刷电路板安装在所述第一空间上，且在该印刷电路板面向第一空间的一侧上不形 成布线层。优选的是，利用隔板将所述壳体内的空间分隔成所述第一空间和第二空间，所述隔板与所述壳体一体形成。替代地，所述第一空间可以设置在散热器主体中，而所述第二空间设置在所述壳 体中。优选的是，所述需要散热的元件靠近所述印刷电路板安装，使得所述需要散热的 元件与所述印刷电路板之间的间隙小于1毫米。作为替代方案，在所述需要散热的元件与 所述印刷电路板之间设置密封垫圈。所述需要散热的元件外表面绝缘，且为电容器、继电器、电阻器、电感器、功率模块 中的任一个或它们的组合。为了进一步改善防止人体接近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备防护 等级，还可以在所述第一空间中形成子空间。另外，可以在所述第一空间的底部形成散热孔，以进一步改善第一空间内的空气 流动。所述电气设备可以为逆变器或其他具有这种防护等级要求的电气设备。根据本发明的另一方面，提供了一种电气设备，所述电气设备包括散热器、安装在 散热器外侧的壳体、和电气元件，所述电气元件包括需要散热的元件和主要电气元件，所述 需要散热的元件和所述主要电气元件分别设置在相互分隔开的第一空间和第二空间内；散 热孔仅形成在所述第一空间的顶部；以及还包括安装所述需要散热的元件的印刷电路板， 所述印刷电路板安装在所述第一空间上，以封闭该第一空间，且在该印刷电路板面向第一 空间的一侧上不形成布线层。优选的是，所述壳体还包括隔板，所述隔板将所述壳体内的空间分隔成所述第一 空间和第二空间。所述隔板可以与所述壳体一体形成。另外，所述第一空间可以设置在散热器主体中，而所述第二空间设置在所述壳体 中。优选的，所述需要散热的元件靠近所述印刷电路板安装，使得所述需要散热的元 件与所述印刷电路板之间的间隙小于1毫米。另外，可以在所述需要散热的元件与所述印 刷电路板之间设置密封垫圈。所述需要散热的元件外表面绝缘，优选为电容器、继电器、电阻器、电感器、功率模 块中的任一个或它们的组合。所述电气设备还包括在所述第一空间中形成的子空间，以进一步提高防护等级。 为了利于第一空间中的空气流动，优选的，在所述第一空间的底部形成散热孔。所述电气设备可以为逆变器或其他具有这种防止人体接近壳内危险部件和防止 固体异物进入壳内设备防护等级要求的电气设备。通过本发明，一方面，由于第二空间在顶部没有散热孔，因此，可以防止异物或人 体进入到该空间内，造成电路故障或触电危险；另一方面，在容纳需要散热的元件的第一空 间内，由于需要散热的元件具有绝缘外壳，且安装需要散热的元件的印刷电路板在面对第 一空间的一侧未设置布线层，因此，在第一空间内没有外露的带电部分，因此，即使异物，如 金属屑或手指不慎进入到第一空间内，也不会造成电路故障和触电的危险。在需要散热的 元件与电路板之间设置密封垫圈的情况下，可以进一步防止水进入到第一空间中而造成电 路故障的风险。
通过下面参照附图对本发明优选实施方式的详细描述中，本发明的原理和益处将 被更好地理解到，图中图1是示出带有保护盖板的传统逆变器的局部视图；图2是示出逆变器的示意性透视图；图3A和3B示出根据本发明第一优选实施例的逆变器中的壳体，其中图3A示出在 没有安装电容器组时的壳体的透视图，而图3B示出安装了电容器组之后的壳体的透视图；图4A和4B示出根据本发明另一优选实施例的逆变器中的散热器，其中，图4A是 示出没有将电容器组安装在散热器中的视图；而图4B示出将电容器组设置在散热器中的 视图；图5是示出电容器组的透视图；图6是示意性示出电容器组的剖视图；以及图7是示意性示出电容器组的另一示例的剖视图。
具体实施例方式下面，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。在所有图中，相同或相似的元件 用相同的附图标记来表示。要指出的是，在本申请中，出现的方位性术语，如顶部，是指在逆 变器安装在机柜中时，朝向上的部分。为了更好地理解本发明的目的，首先参照附图1描述传统的逆变器。如图1所示， 传统的逆变器10包括散热器1和壳体2。在壳体2内安装有逆变器的电气元件(未示出)， 如直流电容器组、继电器等，在壳体2的顶部设置有散热孔3，出于防护的目的，在散热孔3 上覆盖有保护盖板4。但是，为了更好地对逆变器10内的电气元件散热，用户通常自行拆下 该保护盖板4，但是，在拆下防护盖板4之后，散热孔3外露，从而异物、如加工机柜时产生的 碎屑，容易通过该散热孔3掉落到逆变器壳体2中，造成电路故障。另外，操作者或者其他 人员不慎使得手指或者身体其它部位进入到散热孔3中，造成触电事故。为了克服上述问题并兼顾逆变器的散热性能，提出了本发明。下面，参照图3至图 8描述本发明的优选实施方式。第一实施方式参照图2、图3A和3B，其中示出根据本发明第一优选实施方式的逆变器10。如图2所示，在散热器1的外侧设置有壳体2，在该壳体2内容纳逆变器的电气元 件，这些电气元件中，有一些电气元件，如电容器组、继电器等受热影响较大，因此，需要对 这些元件充分散热，并且在权利要求书中将这些元件称为需要散热的元件，而在下面的描 述中，仅以直流电容器组作为例子，而对于除需要散热的元件之外的其他电气元件，以下称 之为主要电气元件。如图3A所示，壳体2内部被隔板5总地分成两个空间51和52，其中第一空间51 用于容纳直流电容器组6(参见图3B)，而第二空间52用于主要电气元件(未示出)。该隔 板5与壳体一体注模成型，并且也可以通过其他公知的方法形成，并且也可以分别形成隔 板和壳体，然后将隔板组装到壳体上。在壳体的顶部、对应于容纳电容器组6的第一空间的
6部分，设置有散热孔3’，而在壳体顶部、对应于容纳其他电气元件的第二空间的部分，未设 置散热孔。也就是说，散热孔3’仅设置在逆变器壳体2的顶部的一部分中(参见图3A)。同样，在壳体2的底部、在第一空间51内的部分中，也可以设置散热孔3，如图3A 所示。如图3B、图5和图6所示，电容器61安装在印刷电路板(PCB) 62，而构成电容器组 6上，优选为采用四层PCB，但是本发明不局限于此，而是可以按照设计要求和用途，采用各 种PCB。PCB 62以及其上的电容器61按照第一空间51的轮廓设置，以便在将PCB 62安装 在第一空间51内时，PCB 62与壳体2以及隔板5—起封闭第一空间，在该空间内容纳电容 器61，如图3B所示。另外，如图6所示，在PCB 62的面向该第一空间51的一侧上，也就是， 在安装有电容器61的一侧上，未设置布线层。而布线层8设置在PCB 62的另一侧上。并 且电容器61具有绝缘外壳611。由此，在第一空间51内，没有外露的带电部分。另外，为了 进一步提高防护等级，优选的是，电容器61靠近PCB 62安装，优选的，电容器61与PCB 62 之间的间隙小于1毫米。由此，在将电容器组6组装到壳体2内，并且组装完成逆变器10之后，即使异物， 如金属碎屑，经散热孔3’掉落到第一空间51内，或者手指或者其他身体部位不慎进入第一 空间51内，由于如上所述在第一空间51内不存在带电部分，因此，不会造成电路故障或者 触电的危险。并且，由于电容器61与PCB 62之间的间隙很小，异物或手指不会落入到这个 间隙内，这也进一步降低了电路故障或触电的危险，将防护等级从IP20提高到IP20D，也就 是说，提高了电气设备防止人体接近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备的防护等 级。另外，在电容器61与电路板62之间的间隙大于1毫米的情况下，可以在电容器61 和电路板62之间增设密封垫圈63 (参见图7)，从而可以防止水进入到的第一空间51中而 接触到带电部分，造成电路故障，这样可以满足IP25D的防护要求。由于在第一空间51的底部和顶部设置有散热孔3和3’，因此，可以保证电容器组 6的散热要求，从而延长了电容器组6的寿命。第二实施方式下面参照附图2、图4A和4B描述根据本发明的第二优选实施方式。在该第二优选 实施方式中，电容器组6设置在散热器1内侧。类似的，逆变器包括散热器1和壳体2。与第一优选实施方式不同的是主要电气 元件容纳在壳体2中，在壳体2的顶部上未设置散热孔；而需要散热的元件，如电容器组6 设置在散热器1中。如图4A所示，在散热器1中，在散热器主体的一部分内提供用于容纳电容器组6 的第一空间51。在散热器主体的顶部、对应于第一空间51之内的部分，设置有散热孔3’。 并且，为了便于气流流动，在第一空间51之内、散热器主体的下侧壁，设置有散热孔(未示 出)，以便来自风扇7的气流可以通过下侧壁上的散热孔进入到第一空间51内，并经过设置 在散热器主体顶部的散热孔3’排出，从而改善了电容器组的散热性能。同时，如图4B、图5和图6所示，电容器组6按照与第一实施方式相同的方式设置， 即，电容器组6包括PCB 62和其上安装的电容器61，PCB 62按照第一空间51的轮廓设置， 以便封闭该第一空间51，如图4B所示。
另外，如图6所示，在PCB 62的面向第一空间51的一侧上未设置布线，而布线8设 置在相对的另一侧上。并且电容器61具有绝缘外壳611。优选的是，电容器61安装在PCB 62上，使得电容器61与PCB 62之间的间隙很小，优选的小于1毫米。另外，同样，也可以在 电容器61和电路板62之间增设密封垫圈63 (参见图7)，从而可以防止水进入到的第一空 间51中而接触到带电部分，造成电路故障。根据第二实施方式，与第一实施方式类似，由于容纳主要电气元件的壳体2在顶 部没有散热孔，因此，可以防止异物或者手指等其他人体部位进入到该壳体2的空间内，从 而防止造成电路故障或者触电的危险。同时，为容纳电容器组6的第一空间51提供了散热孔3’，改善了电容器组6的散 热条件，延长了电容器组6的寿命。另外，通过将布线不形成在PCB 62上面向第一空间的 一侧，在第一空间51中不具有外露的带电部分，因此即使异物或者手指等其他人体部位进 入容纳电容器组的第一空间51内，也不会带来电路故障或触电危险。在上面的描述中，以逆变器作为示例解释了本发明的原理，但是，本领域技术人员 可以理解到，本发明并不局限于逆变器这种特定的电气设备，而是可以应用到所有存在类 似防护要求的电气设备，如变频器中。另外，在容纳电容器组的第一空间内可以另外设置一 个子空间，用于容纳平衡电阻器等，以更好地满足防护要求。因此，本发明决不局限于在此描述的特定实施方式，而是可以在所附权利要求限 定的保护范围内作出各种修改和变型。
权利要求
一种提高电气设备防止人体接近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备防护等级的方法，所述电气设备包括散热器、安装在散热器外侧的壳体、和电气元件，所述电气元件包括需要散热的元件和主要电气元件，其特征在于，所述方法包括将所述需要散热的元件和所述主要电气元件分别设置于互相分隔开的第一空间和第二空间内；仅在第一空间的顶部设置散热孔；以及将所述需要散热的元件安装在印刷电路板上，将该印刷电路板安装在第一空间上以封闭该第一空间，且在该印刷电路板面向第一空间的一侧上不形成布线层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用隔板将所述壳体内的空间分隔成所述 第一空间和第二空间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述隔板与所述壳体一体形成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一空间设置在散热器主体中，而所述 第二空间设置在所述壳体中。
5.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述需要散热的元件靠近所述 印刷电路板安装，使得所述需要散热的元件与所述印刷电路板之间的间隙小于1毫米。
6.如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述需要散热的元件与所述 印刷电路板之间设置密封垫圈。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述需要散热的元件外表面绝缘。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述需要散热的元件为电容器、继电器、电阻器、电 感器、功率模块中的任一个或它们的组合。
9.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一空间中形成 子空间。
10.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一空间的底部形成 散热孔。
11.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述电气设备为逆变器。
12.一种电气设备，所述电气设备包括散热器、安装在散热器外侧的壳体、和电气元件， 所述电气元件包括需要散热的元件和主要电气元件，其特征在于所述需要散热的元件和所述主要电气元件分别设置在相互分隔开的第一空间和第二 空间内；散热孔仅形成在所述第一空间的顶部；以及还包括安装所述需要散热的元件的印刷电路板，该印刷电路板安装在所述第一空间上 以封闭所述第一空间，且在该印刷电路板面向第一空间的一侧上不形成布线层。
13.如权利要求12所述的电气设备，其特征在于，还包括隔板，所述隔板将所述壳体内 的空间分隔成所述第一空间和第二空间。
14.如权利要求13所述的电气设备，其特征在于，所述隔板与所述壳体一体形成。
15.如权利要求12所述的电气设备，其特征在于，所述第一空间设置在散热器主体中， 而所述第二空间设置在所述壳体中。
16.如权利要求12到15中任一项所述的电气设备，其特征在于，所述需要散热的元件靠近所述印刷电路板安装，使得所述需要散热的元件与所述印刷电路板之间的间隙小于1毫米。
17.如权利要求12到15中任一项所述的电气设备，其特征在于，在所述需要散热的元 件与所述印刷电路板之间设置密封垫圈。
18.如权利要求12至15中任一项所述的电气设备，其特征在于，所述需要散热的元件 外表面绝缘。
19.如权利要求18所述的电气设备，其特征在于，所述需要散热的元件为电容器、继电 器、电阻器、电感器、功率模块中的任一个或它们的组合。
20.如权利要求12至15中任一项所述的电气设备，其特征在于，还包括在所述第一空 间中形成的子空间。
21.如权利要求12至15中任一项所述的电气设备，其特征在于，还包括在所述第一空 间的底部形成的散热孔。
22.如权利要求12至15中任一项所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备为逆变o
全文摘要
本发明公开了一种提高电气设备防护等级的方法，所述电气设备包括散热器、安装在散热器外侧的壳体和电气元件，所述电气元件包括需要散热的元件和主要电气元件，所述方法包括将所述需要散热的元件和所述主要电气元件分别设置于互相分隔开的第一空间和第二空间内；仅在第一空间的顶部设置散热孔；将所述需要散热的元件安装在印刷电路板上，将该印刷电路板安装在第一空间上以封闭该第一空间，且在该印刷电路板面向第一空间的一侧上不形成布线层。本发明也提供了一种利用该方法获得的电气设备。通过本发明，可以在保证电气设备散热，延长电气设备的使用寿命的同时，提高电气设备防止人体接近壳内危险部件和防止固体异物进入壳内设备防护等级。
文档编号H02M1/00GK101931314SQ200910148128
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者菲利普·柏德松 申请人:施耐德电器工业公司