电动机驱动器和扼流圈组件的制作方法

专利名称：电动机驱动器和扼流圈组件的制作方法
技术领域：
本实用新型一般地涉及的电力电子装置的领域，所述电力电子装置诸如是在电力 转换中使用的那些或者用于向电动机和其他负载提供电力的那些。更具体地，本实用新型 涉及具有改进的扼流圈的诸如电动机驱动器的装置，所述改进的扼流圈提供了相对于环境 的改进的保护。
背景技术：
在电力电子装置的领域中，已知大量电路，并且该大量电路当前可用于转换、产生 和向负载提供电力。取决于应用，这样的电路可以将进入的电力从一种形式转换为负载所 需要的另一种形式。在通常的配置中，例如，恒频(或者变频)交流电力(诸如来自公用事 业电网或者发电机)被转换为受控频率交流电力，用于驱动电动机和其他负载。在这种类 型的应用中，可以调节输出电力的频率和电压以控制电动机或者其他装置的速度。但是， 存在用于电力电子电路的许多其他应用，用于将交流电力转换为直流电力或者反之，或者 用于操纵、滤波或者修改用于向负载供电的电信号。这种类型的电路一般包括整流器(转 换器)、逆变器和功率调节电路。例如，电动机驱动器通常包括将AC电压转换为DC的整流 器。逆变器电路然后将DC电压转换为所期望的特定频率的AC电压用于以特定速度驱动电 动机。经常地，诸如扼流圈和/或母线电容器的功率调节电路用于去除在内部DC母线上的 不需要的电压纹波。取决于电力负载，诸如扼流圈的功率调节电路可以传导很高水平的电 流，以及产生相当高水平的热。为了散逸由电动机驱动器的电路产生的热，电动机驱动单元通常包括冷却通道， 其通过热耦接到如上所述的半导体电路的热沉来传导冷却空气。为了有效地利用电动机驱 动单元中的空间，通常在这个冷却通道中部署扼流圈。而且，可以部署电动机驱动器以使得 冷却通道暴露在设备机壳外部。因此，扼流圈会受到灰尘和水的影响。因此，可能有益的是，提供具有改进的扼流圈的电动机驱动单元，该改进的扼流圈 被保护不受环境影响。特别地，有益的是，提供一种具有相对于水和灰尘的改进的保护的扼 流圈。
实用新型内容本实用新型一般地涉及用于满足这样的需要的扼流圈配置。本实用新型提供了 一种电动机驱动器，其包括整流器电路，其耦接到交流电源，并且被配置来向直流母线提供 电力；逆变器电路，其耦接到直流母线，并且被配置来产生用于驱动电动机的驱动信号；扼 流圈组件，包括电感器线圈；容器，其包括从容器的基座延伸的中空的突起，并且在容器 的壁和突起之间产生内部空间，空间被配置来容纳电感器线圈，突起形成通过容器的通道； 环形盖子，其被布置在容器之上，并且被配置来密封容器内部的电感器线圈；以及磁芯，其 与电感器线圈同轴地被布置在通道中。本实用新型还提供了一种扼流圈组件，其包括电感 器线圈；容器，其包括从容器的基座延伸的中空的突起，并且在容器的壁和突起之间产生内 部空间，空间被配置来容纳电感器线圈，突起形成通过容器的通道；环形盖子，其被布置在
4容器之上，并且被配置来密封容器内部的电感器线圈；以及磁芯，其与电感器线圈同轴地被 布置在通道中。本实用新型的一个实施例使用容器，该容器被配置来容纳电感器线圈，并且 将电感器线圈相对于外部环境密封，同时仍然允许围绕磁芯布置电感器线圈。虽然为了方 便结合电动机驱动器应用而描述了本实用新型，但是，可以理解，根据本技术制造的扼流圈 可以用于任何扼流圈相关的应用，诸如电力传输和电信。

通过参照附图阅读下面的详细描述，将更好地理解本实用新型的这些和其他特 征、方面和优点，其中，在各个附图中，类似的附图标记表示类似的部分，其中图1是使用根据本实用新型的一个实施例的改进的扼流圈的示例性电动机驱动 电路的图示；图2是使用根据本实用新型的一个实施例的改进的扼流圈的示例性电动机驱动 单元的透视分解图；图3是在图2中所示的改进的扼流圈的透视图；图4是在图2中所示的改进的扼流圈的透视分解图，用于提供关于改进的扼流圈 的结构的其他细节；图5是在图4中所示的示例性电感器线圈的横截面，用于提供关于改进的扼流圈 的结构的其他细节；以及图6是根据本实用新型的某些实施例的制造改进的扼流圈的示例性方法的流程 图。
具体实施方式
图1是使用根据本实施例的改进的扼流圈配置的示例性电动机驱动电路10的图 示。电动机驱动电路10包括电耦接到一组输入端子12、14和16的三相电源，该三相电源向 整流器电路18提供恒频的三相AC电力。在整流器电路18中，一组6个二极管34提供三 相电压波形的全波整流。进入整流器电路18的每个输入端子耦接在两个二极管34之间， 两个二极管34阳极与阴极串联，从DC母线36的高端38跨到DC母线36的低端40。也耦 接到DC母线36的是扼流圈20，其具有用于相对于环境进行保护的改进的技术，下面将进一 步解释。扼流圈20可以包括电感器42，其耦接到DC母线36的高端38或者低端40，并且 用于平滑整流的DC电压波形。电容器44将DC母线36的高端38与DC母线36的低端40 链接，并且也被配置来平滑整流的DC电压波形。电感器42和电容器44 一起用于去除由整 流器电路18带来的大部分AC电压纹波，以便DC母线36承载非常近似于真实DC电压的波 形。应当注意，在此所述的三相实现方式不意欲是限定性的，并且本实用新型可以用于单相 电路以及被设计用于除了电动机驱动器之外的应用的电路上。逆变器24耦接到DC母线36，并且用于产生所期望的频率的三相输出波形以驱动 连接到输出端子26、28和30的电动机32。在逆变器24中，两个开关46集电极与发射极串 联地耦接在DC母线36的高端38和低端40之间。在总共6个开关46中，三个这样的开关 对然后与DC母线36并联耦接。每个开关46与回扫二极管48配对，使得集电极耦接到阳 极，并且发射极耦接到阴极。每个输出端子26、28和30耦接到在多对开关46中的一对之 间的开关输出之一。驱动器电路50向开关46发出信号以迅速地闭合和断开，产生在输出端子26、28和30上输出的三相波形。驱动器电路50被控制电路52控制，其通过网络56 而响应于遥控和监控电路54。转向图2，其示出了使用根据一个实施例的改进的扼流圈的示例性电动机驱动单 元58的透视图。包括扼流圈20的在图1中描述的许多电路部件通常产生相当大量的热， 这会导致由于过热而产生的部件故障。因此，电动机驱动电路10可以被封装在包括用于增 强电动机驱动电路10的散热属性的系统的单元中。因此，电动机驱动单元58可以包括框 架60，其限定冷却通道62，冷却通道62热耦接到在图1中所示的电子部件。电动机驱动单 元56也包括一组风扇64，用于通过冷却通道62提供冷却气流。开关46、二极管34、电容器 44、驱动器电路50和控制器电路52被定位以在挡板66的与冷却通道相对的一侧上接近冷 却通道62。挡板66保护电动机驱动电路以免暴露于有害的环境条件，同时允许来自电路的 热通过挡板进入冷却通道。以这种方式，被风扇64强制通过冷却通道62的冷却气流从电 路吸走热量。在电动机驱动单元58中也包括热沉68，其热耦接到在冷却通道62中的挡板66。 风扇64将冷却空气吹得通过热沉68，由此增强从电子部件到冷却空气的热传导。在一些实施例中，冷却通道可以受到苛刻的环境条件的影响。例如，电动机驱动单 元58可以被安装使得电动机驱动单元的前端位于机壳中，这使得可以探及电动机驱动单 元58的控件和电子输入和输出，同时电动机驱动单元的后侧位于机壳外部。在这种情况 下，虽然在电动机驱动单元前侧上的电路被挡板66保护不受到环境的影响，但是冷却通道 62暴露于环境。另外，为了有效地使用在冷却通道中的空间，扼流圈20也可以位于冷却通 道62中。因此，扼流圈也将暴露于环境。因此，为了防止扼流圈20的电故障，扼流圈20被 密封，以提供相对于灰尘和水的保护，如下所述。转向图3，其示出了提供了相对于环境的改善的保护的示例性扼流圈20。扼流圈 20可以包括E形芯元件70，其耦接到具有支架74的I形芯元件72。两个电感器线圈42被 安装到E形芯元件70的外臂。芯元件70和72 —起提供了在电感器线圈42之间的电感耦 合。可以由可以通过支架74设置的、在E形芯元件70和I形芯元件72之间的空隙来确定 耦合水平。另外，支架74也可以包括安装孔76，用于将扼流圈附接到电动机驱动单元58。 扼流圈20也可以包括高端母线引线78和低端母线引线80，它们将每个相应的电感器42耦 接到DC母线36的高端38或者低端40。如下参照图4进一步所述，电感器线圈42被容纳 在保护容器82中，保护容器82将电感器线圈42相对于磁芯和外部环境密封。为了方便， 本申请描述了 E-I层叠的使用，但是，这不意欲是本实用新型的限制，可以明白，其他实施 例可以包括任何适当类型的层叠形状，诸如U-I层叠、E-E层叠和C-芯层叠。而且，在一些 实施例中，扼流圈20可以包括一个或多于两个电感器线圈42。例如，可以在三相输入或者 输出线电抗器中部署根据所公开的技术制造的扼流圈20。现在转向图4，其示出了根据实施例的改进的扼流圈20的分解透视图。如可以在 图4中更容易地看出的，E形芯元件70包括中央突起86和其上安装了电感器线圈42的两 个侧面突起88。容器82在顶部打开，并且包括侧壁92、基座94和中央构件96，中央构件96 从容器的基座向容器82的至少打开的顶部纵向突出，形成类似环形(donut-shaped)的容 器空间。容器82可以形成单一件，并且可以由任何适当的塑料或者其他非传导材料形成。 在实施例中，由诸如Rynite⑧的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene ter印hthalate)注
6模形成盖子102。可以以诸如铝或铜线或者铝或铜片的任何适当导体形成电感器线圈42。在一些实 施例中，可以通过围绕着线轴100缠绕导体来形成电感器线圈42。而且，可以使导体绝缘以 防止导体匝彼此短路。电感器线圈42的直径和导体的绕组数量将部分地确定扼流圈的电 感。导线的标准尺寸或者片的厚度将确定功率容量(power handling)。线轴100可以由任 何适当的塑料或者其他非导体构成，并且可以确定其尺寸以套在中央构件96上。高端母线 引线78和低端母线引线80电耦接到电感器线圈42的相应端，如下参照图5进一步所述。 装配的电感器线圈42位于容器82中围绕中央构件96。在容器82顶上是盖子102，其将电感器线圈42密封在容器82中。与容器82 —样， 盖子102可以由任何适当的塑料或者其他非导体形成。在实施例中，盖子102由聚对苯二 甲酸乙二酯注塑形成。盖子可以具有开口 104，其允许母线引线78和80通过盖子102。在 一些实施例中，开口 104可以是凸起的柱形开口，其被配置来提供相对于引线78、80的压力 密封，并且提供可以施加的其他保护的表面，如下参照图5进一步所述。在一些实施例中， 容器82可以被填充灌注材料，以提供另外的环境保护以及导热性。在盖子102上是I形芯元件72，其经由安装孔76耦接到E形芯元件70。I形芯元 件构成在电感器线圈42之间的磁路，提供了在电感器线圈42之间的期望水平的互感。而 且，可以通过控制在E形芯元件70和I形芯元件72之间的气隙来调整互感。通过支架74 的长度来控制气隙。与E形芯元件一样，I形芯元件可以包括任何形式的磁材料，诸如铁磁 性材料。现在转向图5，其示出了图4的装配的电感器线圈42的部分横截面。如图5中所 示，母线引线78和80包括由绝缘器110围绕的电导体108。母线引线78和80从容器82 通过凸起的圆柱开口 104突出，圆柱开口 104可以逐渐变细以提供相对于绝缘体110的压 力。在容器102中的导体108的端部，绝缘体110从导体108剥离，并且导体108通过诸如 焊接的任何适当方法电耦接到电感器线圈42。在所示的实施例中，电感器线圈引线114卷 曲并在连接点112焊接到导体108。另外，在绝缘体110从导体108剥离的位置，可以以电 工胶带116缠绕母线引线，以提供附加保护。如上所述，可以以诸如环氧树脂或者其他树脂的灌注材料118来填充容器82，灌 注材料118将电感器线圈42相对于外部环境密封和电绝缘。因为灌注材料118比空气更 导热，因此，灌注材料118增强从电感器线圈42出来的热传导。而且，因为容器82提供了 机械刚度，因此容器82使得能够使用灌注材料118的薄壁，其也用于增强从电感器线圈42 离开的热的传导。增强从电感器线圈42离开的热的传导使得能够使用更小标准尺寸的导 体，由此减小电感器线圈42的重量、尺寸和成本。另外，灌注材料118也通过减小电感器线 圈42的机械振动而减小了电感器线圈42的电故障的可能性。灌注材料118也将盖子102紧固到容器82。盖子102可以包括边缘120，其使得 盖子102可以适配到或者啮合到容器82中，保证在容器82和盖子102之间的适当对准，并 且提高了在容器82和盖子102之间的密封强度。另外，可以在圆柱开口 104处的母线引线 78周围布置一段缩管122。现在转向图6，其图解了一种用于制造在图4中图解的扼流圈组件的方法。处理 124在步骤126开始，其中，通过将导体整形为电感器线圈42的形状而形成电感器线圈42。在一些实施例中，可以通过将导体围绕线轴100缠绕而整形导体，但是，在其他实施例中， 可以不使用线轴而整形导体。接着，在步骤128，电感器引线114耦接到母线引线，即导体 108。可以通过诸如焊接、卷曲和/或者使用机械紧固件的任何适当方法来完成在电感器引 线114和导体108之间的耦接。接着，在步骤130，电感器线圈42被置于容器82中。在其 中围绕线轴100形成电感器线圈42的实施例中，可以在将电感器线圈42置于容器82中之 前去除线轴100。另外，在一些实施例中，线轴100可以保持在位并且在突起96之上滑动。 接着，在步骤132，容器82可以可选地被填充环氧树脂、树脂、清漆或者其他灌注材料。接 着，在步骤134，在环氧树脂硬化之前，将盖子102置于容器82上。在这个步骤期间，母线引 线78和80通过开口 104。接着，在步骤136，可选地，可以在母线引线78和80与开口 104 之间的界面处围绕母线引线78和80而布置缩管，并且可以加热缩管以形成在开口 104与 母线引线78和80之间的密封。接着，在步骤138，在容器94中的电感器线圈42可以被安 装在E形芯元件70的突起99和支架74上。接着，在步骤140，I形芯元件可以附接到E形 芯元件70。可以根据这样的扼流圈的已知电感特性来预定在I形芯元件72和E形芯元件 70之间的间隙。最后，在步骤142，在一些实施例中扼流圈组件可以被覆盖清漆层。清漆可 以提供相对于灰尘和水的另外的保护水平、相对于腐蚀的保护，并且也用于将电感器线圈 42紧固地固定到芯元件70上，由此最小化振动。扼流圈20可以然后被安装在电动机驱动 单元58中。使用如上所述的扼流圈配置，可以实现相对于环境条件的相当好的保护。杯和线 轴(cup-and-bobbin)形式的容器相对于水和灰尘密封电导体，保护以避免电故障并且提 高装置的整体安全性。而且，根据所公开技术制造的扼流圈容易装配，因此节省成本。使用 环氧树脂密封容器82提供了双层的保护和持久性，并且也增强了组件的导热性，允许热有 效地从电感器线圈42传递到外部环境。诸如柱形开口 104和缩管122的其他特征提供了 另外的保护措施。通过提供具有相对于灰尘和水的相当好的保护的扼流圈，电动机驱动单 元58可以被安装使得冷却通道62暴露于安装机壳外部的环境。虽然已经在此图解和描述了本实用新型的仅仅某些特征，但是本领域内的技术人 员可以进行许多修改和改变。因此，应当明白，所附的权利要求意欲涵盖在本实用新型的真 实精神中的所有这样的修改和改变。方案1. 一种电动机驱动器，包括整流器电路，其耦接到交流电源，并且被配置来向直流母线提供电力；逆变器电路，其耦接到所述直流母线，并且被配置来产生用于驱动电动机的驱动 信号；扼流圈组件，包括电感器线圈；容器，其包括从所述容器的基座延伸的中空的突起，并且在所述容器的壁和所述 突起之间产生内部空间，所述空间被配置来容纳所述电感器线圈，所述突起形成通过所述 容器的通道；环形盖子，其被布置在所述容器之上，并且被配置来密封所述容器内部的所述电 感器线圈；以及磁芯，其与所述电感器线圈同轴地被布置在所述通道中。[0039]方案2.根据方案1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括在所述容器的所 述内部空间中围绕所述电感器线圈布置的灌注材料。方案3.根据方案1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括布置在所述突起 之上并且被配置来保持所述电感器线圈的线轴。方案4.根据方案1的电动机驱动器，其中，所述盖子包括开口，所述开口被配置 来允许绝缘引线通过所述盖子；以及围绕所述开口的凸起部分，用于容纳在所述凸起部分 和所述绝缘弓I线之间的保护管道。方案5.根据方案4的电动机驱动器，其中，所述凸起部分逐渐变细以提供所述绝 缘引线的加压。方案6.根据方案1的电动机驱动器，包括围绕所述扼流圈组件并且填充所述磁芯 和所述容器之间的空隙的清漆层。方案7.根据方案1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件被布置在所述电动机 驱动器中形成的冷却通道中。方案8.根据方案1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括至少两个电感器 线圈，所述电感器线圈的一个耦接到所述直流母线的高端，所述电感器线圈的另一个耦接 到所述直流母线的低端。方案9.根据方案8的电动机驱动器，其中，所述磁芯包括E形磁材料，所述E形磁 材料包括中央突起和两个侧面突起，其中，所述至少两个电感器线圈的两个被围绕所述两 个侧面突起而布置。方案10. —种扼流圈组件，包括绝缘电导体，其围绕磁芯而缠绕，所述电导体被配置来在所述磁芯中感应磁场；电绝缘容器，其围绕所述电导体，并且将所述电导体与所述磁芯分离。方案11.根据方案10的扼流圈组件，包括灌注材料，所述灌注材料被布置在所述 电绝缘容器内部，并且围绕所述绝缘电导体。方案12.根据方案10的扼流圈组件，其中，所述灌注材料被配置来增强从所述绝 缘电导体的热传导。方案13.根据方案10的扼流圈组件，包括在所述电绝缘容器之上布置的盖子，所 述盖子包括用于电耦接到所述绝缘电导体的引线的开口。方案14.根据方案10的扼流圈组件，其中，所述磁芯被配置来提供E-I层叠、U-I 层叠、E-E层叠或者C-芯层叠。方案15. —种用于制造扼流圈组件的方法，包括形成电导体的绕组，以形成电感器线圈，使得所述电导体的两端从所述电感器线 圈向外延伸；将所述电导体的两端的每个电耦接到绝缘引线；将所述电感器线圈置于容器中，所述容器包括外侧壁、基座和由从所述容器的基 座向所述容器的至少一个开口端延伸的突起形成内侧壁，所述电感器线圈围绕所述突起； 以及将磁芯插入通过由所述突起形成的开口。方案16.根据方案15的方法，包括向所述容器填充灌注材料，使得所述电感器线圈被密封在所述灌注材料中，并且通过所述灌注材料将环形盖子密封在所述容器之上。方案17.根据方案15的方法，包括使用清漆来涂敷所述扼流圈组件。方案18.根据方案15的方法，包括将所述电导体的两端耦接到两条引线，将每条 所述弓I线插入通过在所述盖子中的至少一个开口，并且密封在所述至少一个开口和所述弓I 线之间的界面。方案19.根据方案15的方法，其中，所述磁芯包括两件，第一件被插入通过由所述 突起形成的开口，在将所述第一件插入通过由所述突起形成的开口后，第二件磁耦合到第一件。方案20.根据方案15的方法，其中，所述导体围绕线轴而缠绕，并且所述线轴被插 入在所述容器中，并且被留在所述容器中。方案21.根据方案15的方法，包括将环形盖子置于所述容器之上，所述盖子的外 部尺寸被配置来适配所述容器的外壁，并且所述容器的内部尺寸被配置来适配所述容器的 内侧壁。
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权利要求一种电动机驱动器，包括整流器电路，其耦接到交流电源，并且被配置来向直流母线提供电力；逆变器电路，其耦接到所述直流母线，并且被配置来产生用于驱动电动机的驱动信号；扼流圈组件，包括电感器线圈；容器，其包括从所述容器的基座延伸的中空的突起，并且在所述容器的壁和所述突起之间产生内部空间，所述空间被配置来容纳所述电感器线圈，所述突起形成通过所述容器的通道；环形盖子，其被布置在所述容器之上，并且被配置来密封所述容器内部的所述电感器线圈；以及磁芯，其与所述电感器线圈同轴地被布置在所述通道中。
2.根据权利要求1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括在所述容器的所述内 部空间中围绕所述电感器线圈布置的灌注材料。
3.根据权利要求1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括布置在所述突起之上 并且被配置来保持所述电感器线圈的线轴。
4.根据权利要求1的电动机驱动器，其中，所述盖子包括开口，所述开口被配置来允 许绝缘引线通过所述盖子；以及围绕所述开口的凸起部分，用于容纳在所述凸起部分和所 述绝缘引线之间的保护管道。
5.根据权利要求4的电动机驱动器，其中，所述凸起部分逐渐变细以提供所述绝缘引 线的加压。
6.根据权利要求1的电动机驱动器，包括围绕所述扼流圈组件并且填充所述磁芯和所 述容器之间的空隙的清漆层。
7.根据权利要求1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件被布置在所述电动机驱动 器中形成的冷却通道中。
8.根据权利要求1的电动机驱动器，其中，所述扼流圈组件包括至少两个电感器线圈， 所述电感器线圈的一个耦接到所述直流母线的高端，所述电感器线圈的另一个耦接到所述 直流母线的低端。
9.根据权利要求8的电动机驱动器，其中，所述磁芯包括E形磁材料，所述E形磁材料 包括中央突起和两个侧面突起，其中，所述至少两个电感器线圈的两个被围绕所述两个侧 面突起而布置。
10.一种扼流圈组件，包括电感器线圈；容器，其包括从所述容器的基座延伸的中空的突起，并且在所述容器的壁和所述突起 之间产生内部空间，所述空间被配置来容纳所述电感器线圈，所述突起形成通过所述容器 的通道；环形盖子，其被布置在所述容器之上，并且被配置来密封所述容器内部的所述电感器 线圈；以及磁芯，其与所述电感器线圈同轴地被布置在所述通道中。
11.根据权利要求10的扼流圈组件，包括灌注材料，所述灌注材料被布置在所述容器 内部，并且围绕所述电感器线圈。
12.根据权利要求10的扼流圈组件，其中，所述灌注材料被配置来增强从所述电感器 线圈的热传导。
13.根据权利要求10的扼流圈组件，所述盖子包括用于电耦接到所述电感器线圈的引 线的开口。
14.根据权利要求10的扼流圈组件，其中，所述磁芯被配置来提供E-I层叠、U-I层叠、 E-E层叠或者C-芯层叠。
专利摘要提供了一种用于电力电子装置的改进的扼流圈组件、具有改进的扼流圈的电力电子模块及其制造方法。更具体地，提供了一种具有相对于诸如灰尘和水的环境条件的改进的保护的扼流圈组件。一种改进的扼流圈组件可以包括用于电感器线圈的绝缘外壳，其将所述电感器线圈相对于环境密封。
文档编号H02P27/06GK201656910SQ20092017819
公开日2010年11月24日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者约翰·R·布鲁贝克, 韦立祥 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司