通风装置及其应用
【专利说明】通风装置及其应用
[0001]本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的通风装置。此外本发明还涉及这种通风装置在电力电子学领域的应用，例如在通信技术、数据服务器和传输技术的领域中，其中对这种通风装置的通风功率具有较高的功率要求。
[0002]由现有技术普遍已知此类型的通风装置，典型地是电动机装置(作为具有被驱动的叶轮的单独通风机电机，更常见的是作为由两个或多个具有各自配属的叶轮的电机组成的装置)在支架单元上被保持在流体通道中；壳体或框架结构然后沿轴向(也就是沿通一个/多个风电机的旋转轴线)包围支架单元并且因此形成一个模块化的通风器，其可以被安装在(通常预设的)通风横截面中。
[0003]这种普遍已知和前述类型的通风装置尤其常常与所谓的高性能系统、也即高功率通风器所需的通风要求相结合。常见的是，这种通风模块在流体通道的横截面直径(相应地所配属的通风器壳体的边长)通常在9至15厘米之间、电功率为200瓦和更多的情况中应用，其中，在电动机装置借助多个电动机的技术方案中叶轮既可以实现同向、也可以实现反向的旋转原理。
[0004]这种电功率级常常与在安装标准方面(并且由此既在待实现的流体通道的最大直径也在装置的最大轴向延伸范围方面)有限的空间规定相结合，其要求既在流体技术方面、而且也在通常为各个单独的通风电机所分别配属的电力电子元件方面进行优化:为了最佳的流体(空气)导通，流体通道中的有效的流体横截面应该尽可能不被支杆、载体、其他结构或类似零件影响，其中中央布置的电机装置同样应该占用最小化的横截面。同时在所述电功率范围中为了控制或通信所用的功率半导体会引起在各自所述的电路载体上的不利的生热，这又产生优化的问题，即在热力学方面有利的、更大的电路载体自身对流体通道中有效的流体横截面产生不利的作用，与此相反地这种电路载体的紧凑的构造由于可实现的最大温度常常限制了可达到的电功率。此外不利的是，由现有技术已知的电路载体在轴向上接近分别配属的通风电机地布置并且被保持在支架单元上，通过这种布局不仅使得流体通道中的流体介质较差地通风(例如由于周围空气速度较小)，而且占用了轴向结构空间，其在与允许的轴向延伸的交互作用中附加地限制了有效构件的可能的结构长度。所述方面在高功率通风装置中是很关键的，因为相应的高功率的镇流电子元件除了合适的冷却还需要具有高轴向结构空间需求的电子结构元件、例如具有直至mF范围的电容的电解液电容器。
[0005]由现有技术潜在的容易想到的优化方案在于，在相同机械尺寸的情况下通过使用借助所谓稀土磁性材料形成的永磁体实现通风功率;这种材料实现了很高的磁场强度和有效构件的可能的更小的体积，但是也导致了明显升高的材料和制造成本，因此基于对这种类型的通风装置的成本低廉的大规模或批量制造方面的考虑而期望变形方案。
[0006]由DE10204830B4已知一种在通风框架内的此种类型的支架单元，其中支架单元这样散热地构成，使得尤其在轮毂区域(也就是在流体通道的中央)中产生的或吸收的热量通过支杆向侧面边缘区域排出，所述支杆横向于流体通道的横截面。当这种技术原理上也可能将电力电子元件-电路载体的产热导入到轮毂区域中时，同样存在这样的问题，即相应的支杆或肋片既要在材料方面具有优良的导热，而且为了尽可能有效的散热需要具有尽可能大的导热横截面。但是这又会损害流体通道中有效的流体空间，因此这种解决方案对于在此类型的通风装置的轮毂区域中散热来说被视为是不利的并且需要改良。
[0007]本发明所要解决的技术问题因此在于，既在其流动技术的通风属性方面也在其电功率消耗和功率输出属性方面优化前述通风装置。
[0008]在此，需要为此实现的前提在于，通过更好地冷却连接在电机装置之前的整流器或镇流器电子元件而提高的电功率可以顺利地被消耗，同时通风装置既在流体通道最大可实现的直径方面(对应空气通道的横截面)、也在装置的最小轴向长度方面实现最小的尺寸。
[0009]所述技术问题通过具有独立权利要求的特征的通风装置解决;本发明有利的扩展设计在从属权利要求中描述。在本发明的范畴中一个独立保护范围是要求保护按照本发明的通风装置的应用，该通风装置尤其用于开关柜、电力电子或高频传输电子的系统柜体或空间的通风，并且被证实特别有利于这种性能的功率要求。
[0010]以按照本发明有利的方式并且与已知的原理不同，即用于各个通风电机的整流器或镇流器电器的电路载体在轮毂侧接近通风电机地设置，则在本发明的范畴中将这种电路载体在横截面上看向流体通道的外部区域移动，其中以设计上特别适合和有效的方式，按照本发明的支架单元一方面使各个通风电机(电机装置)连同叶轮轮毂式地固定在流体通道的轴向中心处，并且同时通过优选环形的壁部段在外罩侧限定流体通道，并且借助该外罩段在外侧提供有效的用于电路载体的安装和冷却面，因此这些在电加载时产热的组件在与支架单元相互作用时能够被有效地冷却。这以流体技术上有利的方式在支架单元的外罩侧上进行，因此在流体通道外部并且从而不会对流动特性产生不利的影响。同时不仅通过支架单元在外侧部段上的大面积构造而且还通过与流体流相连的内侧冷却实现了电路支架的降温，因此在与前述的从轮毂区域热量导出的技术直接比对中，明显更好的散热相应地实现了有利的电功率。在此，在本发明的框架中，在电路载体和所属的支架单元的外侧部段之间的散热的相互作用中包含有适用的电绝缘，因此(通常由金属材料制成的)支架单元不会使电路载体上功率电器短路。这种效果在本发明有利的扩展设计中能够通过导热的(例如陶瓷的)绝缘膜或其他已知形式的部件实现，其安置在电路载体和支架单元的冷却面之间。
[0011]按照扩展设计，在本发明的范畴中，(金属制)支架单元优选通过铸造或挤压工艺制成(作为补充或备选由精密的制造方法)，其中进一步优选地，该支架单元的一体式构造在中央的轮毂部段、外部或外罩部段和位于其间的支杆之间也可以在流体技术上被优化，例如通过(根据在流体通道中各个流动曲线)构造的支杆横截面的弧形、圆形或类似造型实现。其他材料也可以被用于制造支架单元，例如陶瓷，其中在按照本发明的作为冷却面的外部部段的区域中要求有利的散热性质，但是不能在轮毂部段和支架单元的外部或外罩区域之间的连接(支杆)中发生。反而在此，除了各个流体横截面被支杆优化之外，还可以限制支杆数量，其中在本发明的实践中证明在气体动力学方面有利的是不多于4至8个支杆。
[0012]本发明考虑到外观上的缺点，即由于电力电子构件连同所属的电路载体移动到通风装置的横截面上的流体通道外部的边缘，在电路载体和各自配属的(轮毂侧)的通风电机之间需要电子线路装置(具有所需的线路横截面)。然而这在设计上和有利的改进方面通过特别巧妙的方式这样解决，即支架单元的支杆被用作这种电导线的线路引导装置，例如通过夹子或类似引导元件，其能够将导线从在边缘侧被固持和冷却的电路支架引导至中间的通风电机(其中进一步优选，支架单元在外罩区域中具有适用的、相对导电部件绝缘的开口或孔用于使导线经过并且因此满足标准方面要求的空气和爬电距离规定)。
[0013]在本发明有利的扩展设计中，按照本发明的在支架单元的外部部段上的装配和冷却面通过适用的整平结构、优选是支架单元的在横截面中多边形(例如八角形的)外部轮廓实现(其中用于流体通道的内部轮廓通常是空心圆柱形或环形的)。这种角状外轮廓不仅实现了紧凑的和容易安装的外部形状，而且这种组件可以特别简单地集成在按照本发明改进的框架或壳体结构中，其在与(金属)支架单元配合作用时使得通风装置作为支架或壳体模块紧凑地形成。具体地按照扩展设计并且有利地规定，这种框架或壳体单元合适地容纳支架单元，例如沿轴向在一侧或两侧集成支架单元。这种框架或壳体单元在本发明的范畴中以特别简单的方式由塑料材料实现。这不仅在制造技术上是有利的并且适合大批量，而且之前讨论的支架单元的散热和冷却属性还实现了本发明有利的属性，即不必令整个壳体由(导热的)金属材料和类似材料制成。这种壳罩形的壳体元件构成了通风装置的外部轮廓，其中常常设置或实施正方形的外部轮廓，并且其中这种正方形横截面轮廓以理想的紧凑方式具有对应流体通道的直径(连同支架单元或壳罩的壁厚在内)的棱边长度。
[0014]若这种框架或壳体结构然后与支架单元的按照本发明的整平的外部轮廓组装，则以按照本发明的有利的方式在角区域中形成用于容纳电路载体的内部空间，其向内被支架单元的外罩部段或外部部段限定并且向外以及沿轴向被壳罩的壁部段或角-壁部段限定；本发明因此有利的实现了对于流体通道的优选空心圆柱形的结构而在壳体的各个角部没有使用的空间能够有效地用于容纳和冷却电路载体。
[0015]在本发明优选实施形式的范畴中进一步的改进基于这样的发明构思，S卩，通过在框架或壳体单元的优选的端侧壁区域中合适尺寸的通孔，使得这种内部空间被附加地通风:不仅通过这种扩展设计的通孔(对应所选择的开口横截面)获得附加的空气，用于在各个电路载体的支承部位中进行热交换，而且这种通孔的布局可以这样设置，使得在通风装置的进口和出口之间形成(在横截面方面与开口宽度相应地受限地)空气旁路，其用于有效地冷却(当然是通过具有支架单元的热端冷却的)电路载体，并且因此附加地改进了电功率性质(同时通过空气旁路会略微削减原来的通风效率)。
[0016]相较而言，本发明原则上还能够借助单个转子电机实现(其中按照本发明的电机装置具有带有配属的叶轮的单个的通风电机)，本发明被证实是特别有效率的是，一对通风电机(进一步优选地分别实施为具有无电刷整流器的外转子)沿轴向相互在轮毂侧被支架单元固持，并且配属的通风叶轮要么同向要么反向地按照各自通风机原理被驱动。与通风电机的各个数量相对应地，所属的控制电器和电力电子元件位于配属的电路载体上，其中在热技术上有利的是，多个电路载体适当地围绕支架单元的外周分散地布置，例如在有一对电路载体(例如一对通风电机)时它们相互对置地布置，进一步优选地是布置在各个内部空间或在支架单元和靠外的壳罩之间的腔室中。由本发明的基础构思可知，本发明也不局限于两个电机，反而也可以按照本发明的方式设置和安装多个对应各自的通风机原理和通风目的对徐的单元，其中，本发明并不局限于按照本发明的电路载体(或设置其上的具有各个构件的功率电器)设置在唯一一个单独的支架单元上，例如导线板上。反而本发明在变型中还可以规定，为单个电机(或者为多个电机)设置的整流器或镇流器电器分布在多个电路载体上，它们然后再次适宜于沿着