CN104186028A - 变频器和用于此的弹簧元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变频器(10a,10b,10c)，其带有壳体(30)、布置在壳体中的电路板(12a)以及布置在壳体(30)外部的用于电联结电路板(12a)与邻近地布置的第二变频器(10b,10c)的联结装置(20)，其中，联结装置(20)或者具有基础区段(22)和可相对于基础区段(22)沿着所限定的运动路径运动的联结元件(26)，或者构造为刚性的汇流排，汇流排构造成用于同时安装在变频器和第二变频器处，并且联结装置(22)与电路板(12a)电联结。根据本发明设置成联结装置(22)借助于弹簧元件(40)与电路板(12a)相连接，其中，弹簧元件(40)具有电路板侧的固定区段(44)和联结装置侧的固定区段(42)，其通过弹性的弹簧区段(46)相互连接。

Description

变频器和用于此的弹簧元件
技术领域
本发明涉及变频器以及用于此的弹簧元件。这种类型的变频器具有壳体、布置在壳体中的用于容纳功率电子构件的电路板和布置在壳体外部的用于电联结电路板与邻近地布置的第二变频器的联结装置。在此，联结装置或者具有基础区段和可相对于该基础区段沿着所限定的运动路径运动的联结元件，或者构造为刚性的汇流排，该汇流排构造成用于同时安装在变频器和邻近地布置的第二变频器处。联结装置与变频器的电路板电联结。
背景技术
这种类型的变频器用于在电流的频率方面转换电流，尤其为了给机器(例如机器人、加工机械、输送机械等)的三相交流电动机(Drehstrommotor)供电的目的。
多个负载(例如多个三相交流电动机)常常需要使用多于一个的这种类型的变频器。为此，已知在这些多个变频器之间建立有引导电流的电联结部，例如以便获得共同的中间回路。因为在变频器的有问题的区域中以很高的电功率工作，所以极为重要的是以可靠的方式实现多个变频器相互的电联结。
对此，从现有技术中已知不同的***。因此，例如已知利用刚性的金属的汇流排，其安装在变频器外侧并且在机械和电方面联结该变频器。从文献DE 102 30 393 A1中同样已知使用已经提及的类型的联结装置，其带有金属的基础区段和可相对于该基础区段沿着所限定的运动路径摆动运动的联结元件。文献DE 102 30 393 A1说明了摆动杆，其可摆动地安装在变频器处并且可如此摆动，即，其可借助于邻近的变频器的固定螺栓来固定。
变频器彼此的这种刚性的连接的问题是，所提及的联结装置不同于柔性的连接线缆以恰好所限定的位置和取向安装在变频器处，其中，取向与联结装置连接在两个或多个彼此邻近的变频器处相关。因为单个的联结装置的精确的位置和取向还与其连接到邻近的变频器处相关，所以设置在联结装置和电路板之间的刚性的连接元件可引起变频器的电路板的持久的力加载。然而，对电路板的这种长期的力作用可例如由于在此使用的焊接连接部的断裂而导致电路板或者在联结装置和电路板之间的电联结的严重失效。由于需传递的高的电功率，例如在电路板上的导体电路断裂可导致变频器的直接的且完全的破坏，并且可能还可导致邻近的变频器的破坏。在变频器自身处的加工公差同样可导致在其联结装置和其电路板之间的刚性连接可引起电路板的严重的力加载。
备选地，在联结装置和变频器的相应的电路板之间实现的电联结可借助于布置在变频器的壳体中的连接线缆来实现，其中，这在实践中导致提高的装配花费。
发明内容
本发明的目的在于如下改进这种类型的变频器，即，尽管变频器可刚性地联结在一个或多个邻近的变频器处，但减小了导致对电路板的高的力作用的风险。该改进方案应带来简单的可装配性。
根据本发明，该目的由此实现，即，联结装置借助于弹簧元件与电路板相连接，其中，弹簧元件具有电路板侧的固定区段和联结装置侧的固定区段，其通过弹性的弹簧区段相互连接。
相应地，根据本发明设置成在在变频器的壳体的外侧处的联结装置(其实际位置和取向还与邻接的变频器的布置方案和在壳体方面的加工公差相关)(一方面)和变频器的电路板(另一方面)之间设置有所提及的弹簧元件，其防止联结装置的位置与预定的理论位置的偏差以电路板或焊接部位的过强的力加载的方式表现出来。在此，弹簧元件优选如此构造，即，联结装置相对于理论位置的1mm的移位引起在相应的方向上不大于1牛顿的作用到电路板上的力加载。
不同于可备选于弹簧元件设置在相同部位处的缆线连接，根据本发明待使用的弹簧元件在没有其他的需设置在壳体侧的中间元件的情况下允许在壳体封闭时例如利用螺栓将联结装置固定在弹簧元件的联结装置侧的固定区段处。为此，弹簧元件刚性足够，从而弹簧元件的联结装置侧的固定区段在壳体封闭之后位于直接在壳体的壁之后的区域中。这允许在封闭壳体后从外部连接联结装置与至少几乎布置在所限定的位置中的联结装置侧的固定区段。因为由此取消首先连接电路板与固定在壳体侧的中间元件的需要，所以可非常简单地进行装配。将电路板推入到壳体中或者将壳体推到电路板上。在此刻已经与电路板相连接的弹簧元件在此与电路板一起被推入到壳体中，并且在电路板的最终位置中已经占据至少几乎可重现的理论位置。理论位置如此选择，即，紧接着可从外部优选直接连接联结装置与弹簧元件的固定区段。
弹簧元件自身可为由金属板材制成的简单的部件，其单次或多次弯曲，以便以灵活的方式桥接在电路板和联结装置侧的固定区段的理论位置之间的区段。该弹簧元件的设计方案已经证实为一种特别有利的设计方案，在其中，弹簧元件由弯曲的板材制成并且具有至少两个彼此平行的理论弯曲线，板材区段可沿着该理论弯曲线在相应的理论弯曲线两侧彼此受限地摆动运动。通过带有两个彼此平行的理论弯曲线的设计方案实现板材区段的至少三元的设计方案，其例如允许端侧的板材区段相对于另一端侧的板材区段的平行移位。带有三个彼此平行的理论弯曲线的设计方案被认为还要更好。对此可实现四元的设计方案，在其中，两个中间区段设置在电路板侧的和联结装置侧的固定区段之间。在这种设计方案中，在纯几何方面，通过理论弯曲线给出固定区段彼此的不受限的可运动性。由此还可实现固定区段可在垂直于理论弯曲线的延伸部的平面中彼此相对自由地平移运动。固定区段彼此在第一方向上的运动由于四元性并未引起垂直于第一方向的由几何条件决定的强制运动。
优选地，理论弯曲线由已经设置在弹簧元件的未受载的基体中的弯曲线形成，其比面状的板材区段当然更少地抵抗摆动。
弹簧元件的联结装置侧的固定区段和/或电路板侧的固定区段优选是同样形成弹簧区段的相同的弯曲的板材的一件式的部分。然而原则上还可使用单独的固定区段，其例如借助于焊接连接与弹簧元件相连接。
为了使联结装置和联结装置侧的固定区段彼此连接，优选设置有螺纹连接部。因此，联结装置侧的固定区段优选具有螺纹孔或者具有带有螺纹孔的抗扭地安装的螺母。于是，螺栓可将联结装置面压紧到固定区段的对应的面处并且由此实现非常低阻抗的电气连接。
虽然原则上还可考虑将螺栓自身用作在固定区段和联结装置之间的唯一的电连接部。然而，联结装置和固定区段彼此的所提及的面压紧也是优选的。然而，因为固定区段设置在壳体中，而联结装置设置在壳体的外侧处，所以进一步优选地设置成壳体在联结装置的区域中具有穿孔(Durchbrechung)，联结装置侧的固定区段和联结装置彼此通过该穿孔且优选直接地相互连接。
在此，优选地设置成穿孔如此与联结装置侧的固定区段和联结装置相匹配，即，联结装置侧的固定区段和联结装置彼此固定在其相应的位置中。这种固定可理解成不仅在壳体之外的联结装置而且在壳体之内的固定区段都至少部分地超过穿孔的尺寸，从而在联结装置和固定区段彼此固定之后，该复合结构既不可被继续压入到壳体中，也不可从壳体中向外拉出。
联结装置优选布置在壳体的外侧上的凹部中，该凹部至少粗略地预定联结装置的位置。然而，凹部在此应具有足够的间隙，以便允许联结装置与邻近的和可能未精确定位的变频器的联结。
在此，联结装置的连接优选仅在联结装置侧的固定区段处以仅可借助于工具松开的方式来实现。可放弃联结装置直接旋接在壳体处。一旦通过松开螺栓或其他的固定器件松开联结装置与联结装置侧的固定区段，同样就得到联结装置与壳体的可分离性。
此外，视为有利的是在壳体处且在联结装置侧的固定区段处和/或在壳体处且在联结装置处设置有取向器件，尤其一者为取向凹部且另一者为取向销。因为优选未给出在联结装置和壳体之间和/或在联结装置侧的固定区段和壳体之间的固定的借助于工具或例如卡锁连接实现的连接，所以相应的取向器件是有利的。在联结装置侧的固定区段的情况下，取向器件引起该固定区段通过将壳体推到电路板上已经足够精确地占据理论位置，其紧接着允许从外部旋紧联结装置。在联结装置自身的情况下，相应的取向器件不是那么重要，然而同样可是有利的，因为由此通过将联结装置旋紧在联结装置侧的固定区段处已经可实现很大程度上协调的相对定位。
用于弹簧元件相对于壳体的取向的取向器件同时可用作力矩支撑部(Momentenstütze)。其防止弹簧元件在其整体方面在拧紧固定螺栓以用于固定联结装置时旋转。
原则上，有意义的是根据本发明的变频器的设计方案与以下无关，即，共同由两个或多个变频器借此使用怎样的电势。然而，如果联结装置与变频器的中间回路电势电联结，这被视为特别有利。此外，如果设置有两个这种类型的联结装置，其相应借助于自己的弹簧元件与主电路板相连接，这是有利的。因此，共同的中间回路电压可用于多个变频器。
除了变频器自身之外，本发明还涉及为此所使用的弹簧元件，其设置并为此构造成用于与变频器的电路板的电联结。根据本发明的弹簧元件的特征在于电路板侧的固定区段和联结装置侧的固定区段。它们通过弹性的弹簧区段相互连接。在此，弹簧元件由弯曲的板材制成并且具有至少两个彼此平行的理论弯曲线，板材区段可沿着该理论弯曲线在相应的理论弯曲线两侧彼此受限地摆动运动。
附图说明
此外，由权利要求、还由本发明的优选的实施例的随后的说明得到本发明的其他的方面和优点，下面借助附图阐述该实施例。其中：
图1a和1b显示了带有三个根据本发明的变频器的组件，其中间回路相互电联结，
图2以分解图示显示了这些变频器中的一个，由图2分离地得到与本发明相关的重要的构件，
图3显示了变频器的主电路板的部分区域与安装在其处的弹簧元件，
图4以剖视图示显示了图3的部分区域，
图5以细节图示显示了之前显示的变频器的弹簧元件，以及
图6a至6c相应显示了设置在弹簧元件两侧的固定区段彼此的可运动性。
具体实施方式
图1a和1b显示了带有三个变频器10a、10b、10c的组件。这些变频器用在所示出的复合结构中，以便例如控制用于机械的执行器的不同的自由度所使用的三相交流电动机。
本身同样相应单独地具有功能性的变频器10a、10b、10c在其中间回路方面相互电联结。为此，其具有联结装置20，该联结装置相应成对地设置在变频器的外侧处。联结装置20相应包括：金属的基础区段22，其用于基本上位置固定地安装在变频器的相应的壳体30的外侧处；以及同样金属的联结区段26，其在变频器10a、10b的情况下可相对于基础区段22围绕轴线24摆动。联结区段26以可在图1b中识别出的方式设置成用于摆动到邻近的变频器10b、10c的基础区段20的区域中，以便借助于固定螺栓28b固定在该处。
为了保证无问题的和尽可能低阻抗的电流流动，可摆动的联结区段26在相应的基础区段22处尽可能无间隙地来引导。出于相同的原因，还根据规定固定地拧紧螺栓28，以便保证在例如变频器10a的联结区段26与邻近的变频器10b的基础区段22之间的低阻抗的面连接。该刚性的连接的缺点是，上排或下排的联结装置20的相应的基础区段22彼此刚性地位置固定并且因此例如由于相应的变频器10a、20b、10c作为整体的不完全精确的定位而相对于设置在变频器中的电路板12a占据以很小的、然而决定性的程度变化的位置。在变频器处的加工公差同样可导致联结装置20相对于电路板12a的变化性。
如果在这种情况下与本发明相反在相应的基础区段22与在变频器10a、10b、10c的壳体30之内的相应的电路板之间建立完全刚性的连接，则在基础区段22的准确的布置和取向方面的难以避免的不精确性导致在电路板中出现高的力引入。带来的严重后果是担心焊接部位或导体电路的失效。
图2说明了解决该问题的根据本发明的变频器的基础结构。在此，图2为分解图示。在此示出的构件包括主电路板12a与固定在该处的冷却体12b，冷却体12b同时还用于将变频器10b安装在开关柜的壁处。由塑料制成的罩式壳体30可被推到电路板上。为了容纳联结装置20的基础区段22，在壳体的外侧处设置有凹部32。
为了接触相应的基础区段22，固定地与电路板焊接在一起地设置有两个弹簧元件40，其布置方案设置成对应于凹部32的布置方案。弹簧元件在电路板上相应与中间回路导体电连接。
现在，根据规定的装配设置成将壳体30在箭头2的方向上推到电路板12a上。由此，弹簧元件40到达到直接在凹部32之下的位置中。并未设置成将设置在相应的弹簧元件40的远端处的相应的固定区段42完全固定在壳体12处。仅将取向器件设置在固定区段的侧部上和壳体的侧部上，以便保证弹簧元件40的联结装置侧的固定区段42的正确的定位并且用作力矩支撑部。这还将继续阐述。
在将壳体30推到电路板12a上和由此引起的将联结装置侧的固定区段42几乎布置在其理论位置中之后，进行联结装置20的安装。将其基础区段22***到凹部32中。紧接着，穿过在基础区段22中的通过孔22a相应将螺栓28拧入到相应的弹簧元件40的螺纹孔42a中。
在隐没壳体30的情况下，由此得到如通过图3示出的组件。弹簧元件40的联结装置侧的固定区段42在此面贴靠在联结装置20的基础区段22处。由此可实现低阻抗的电流流动。两个螺栓28a、28b延伸穿过基础区段22，在两个螺栓中，第一螺栓28a用于可摆动地铰接联结区段26，并且第二螺栓28b用于固定邻近的变频器的联结区段26。它们的自由端接合到壳体30的在图3中未示出的无螺纹的凹部36中，从而由此提供了取向器件。
基础区段22和联结装置侧的固定区段42的位置固定通过其安装在彼此处来实现。在相应的凹部32的底部处的相应的穿孔34(弹簧元件40和基础区段22通过该穿孔相互连接)具有这样的大小和/或造型，即其既不允许基础区段22无意地继续侵入到壳体中，也不允许固定区段42从壳体中拉出。不仅固定区段42而且基础区段22至少部分地超过穿孔34。
关于固定区段42，位置固定的形式同样借助图4的截面图示变得显而易见。然而，穿孔34足够大，以便保证在固定区段42和基础区段22之间的直接的面接触。
此外，从以截面图示显示了图3的部分区域的图4中可看出，用于弹簧元件40相对于壳体30的定位的取向期器件包括在壳体的内侧处的取向销38和在弹簧元件40处的对应的取向孔42b。在壳体30接近弹簧元件40时，由于取向器件38、42b而出现期望的取向，其允许紧接着拧入螺栓28c以用于固定相应的基础区段22。从图4中还可看出弹簧元件40的贴靠在壳体处的固定区段42具有这样的尺寸，即，其不允许与基础区段22一起从壳体中拉出。
如果取向销38布置在取向孔42b中，取向销38同时还用作力矩支撑部，其防止由于弹簧元件40在拧紧螺栓28c期间的旋转而有太高的力作用到弹簧元件40在电路板12a处的焊接连接部上。
图5以单独的图示显示了使用在根据本发明的变频器中的弹簧元件40。弹簧元件40具有U形的电路板侧的固定区段44，其在四个焊接区段44a的区域中固定地焊接在电路板12a上。焊接区段44a的不对准的布置引起固定区段44稳定地固定在电路板12a处。在弹簧元件的另一端、联结装置侧的固定区段42处的力引入并未导致显著地力引入到在图5中左侧的焊接区段44a中，从而即使在不利的情况下也保持在弹簧元件40和电路板之间的连接。
在与电路板侧的固定区段44相对而置的端部处，弹簧元件40具有已经提及的联结装置侧的固定区段42。其以已经说明的形式具有螺纹孔42a和取向孔42b。螺纹孔可具有直接引入到弹簧元件40的板材中的螺纹。然而在此代替其，设置成将带有内螺纹的螺母48防旋转地固定在固定区段42处。联结装置侧的固定区段42在安装相关联的基础区段22之后不再可相对于该基础区段22运动。
在两个固定区段42、44之间设置有真实的弹簧区段46，其实现固定区段42、44彼此可变的相对定位，而并未出现到电路板12中的强的力引入。相应地，弹簧区段如此构造/连接，即，其在仅仅很小的力引入的情况下允许固定区段42相对于固定区段44的移位，而并未由此出现到固定区段44处的焊接连接部和/或电路板12a自身中的强的力引入。
为了该目的，弹簧区段具有第一板材区段46a，其尽可能不可相对于电路板侧的固定区段44运动。板材区段46a借助于两个链式地彼此联接的板材区段46b、46c与联结装置侧的固定区段42相连接。板材在区段46a、46b、46c、42之间沿着弯曲线52、54、56相应弯曲约90°。弯曲线允许固定区段42、44彼此的运动。
借助图6a至6c说明了可运动性。图6a示出了弹簧元件40的未受载的状态。图6b说明了由于两个板材区段46b、46c和三个弯曲线52、54、56而可在几何方面实现固定区段42的纯粹平移的水平移位。图6c显示出还可同时实现在高度方向上的移位和平移的移位。由于在固定区段42、44之间的两个板材区段46b、46c和三个弯曲线52、54、56，其在几何方面彼此独立地水平地和竖向地移位。因此，弹簧元件40可在箭头6和8的平面中很好地补偿关于联结装置20相对于电路板12a的相对布置的公差。在一定的范围中，还可通过弹簧区段46的扭曲实现横向于此的公差补偿。
弹簧元件如此成型，即，板材区段46a还用作用于固定区段42的支撑部。因此，板材区段46a可在拧紧联结装置20时仅仅受限地向下偏移。

Claims (12)

1. 一种变频器(10a,10b,10c)，带有
－ 壳体(30)，
－ 布置在所述壳体中的电路板(12a)，以及
－ 布置在所述壳体(30)外部的联结装置(20)，其用于电联结所述电路板(12a)与邻近地布置的第二变频器(10b,10c)，
其中，
－ 所述联结装置(20)
－ 或者具有基础区段(22)和可相对于所述基础区段(22)沿着所限定的运动路径运动的联结元件(26)，
－ 或者构造为刚性的汇流排，其构造成用于同时安装在所述变频器和所述第二变频器处，
并且，
－ 所述联结装置(22)与所述电路板(12a)电联结，
其特征在于，
所述联结装置(22)借助于弹簧元件(40)与所述电路板(12a)相连接，其中，该弹簧元件(40)具有电路板侧的固定区段(44)和联结装置侧的固定区段(42)，它们通过弹性的弹簧区段(46)相互连接。
2. 根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述弹簧元件(40)由弯曲的板材制成并且具有至少两个彼此平行的理论弯曲线(52,54,56)，板材区段(46a,46b,46c,42)可沿着该理论弯曲线在相应的理论弯曲线两侧彼此受限地运动。
3. 根据权利要求1或2所述的变频器，其特征在于，所述联结装置(20)和所述联结装置侧的固定区段(42)通过螺纹连接部(28)相互连接。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，所述壳体(30)在所述联结装置(20)的区域中具有穿孔(34)，所述联结装置侧的固定区段(42)和所述联结装置(20)通过该穿孔相互连接，其中，所述穿孔(34)优选地如此与所述联结装置侧的固定区段(42)和所述联结装置(20)相匹配，即，所述联结装置侧的固定区段(42)和所述联结装置(20)互相固定在其相应的位置中。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，所述壳体(30)在其外侧处具有凹部(32)，所述联结装置(20)至少部分地布置在该凹部中。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，所述联结装置(20)通过仅可借助于工具松开的固定仅与所述联结装置侧的固定区段(42)相连接。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，在所述壳体(30)处且在所述联结装置侧的固定区段(42)处和/或在所述壳体(30)处且在所述联结装置(20)的基础区段(22)处设置有取向器件(28a,28b,38,42b)，尤其一者为取向凹部(42b)且另一者为取向销(38,28a,28b)。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，所述弹簧元件(40)借助于焊接连接与所述电路板(12a)相连接。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，所述联结装置(20)与所述变频器(10a,10b,10c)的中间回路的中间回路电势电联结。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的变频器，其特征在于，设置有两个联结装置(20)，其相应借助于自己的弹簧元件(40)与所述电路板(12a)相连接。
11. 一种用于电联结电路板和联结装置的弹簧元件，其特征在于，所述弹簧元件(40)具有电路板侧的固定区段(44)和联结装置侧的固定区段(42)，其通过弹性的弹簧区段(46)相互连接，其中，所述弹簧元件(40)由弯曲的板材制成并且具有至少两个彼此平行的理论弯曲线(52,54,56)，板材区段(46a,46b,36c,42)可沿着该理论弯曲线在相应的理论弯曲线两侧彼此受限地摆动运动。
12. 根据权利要求11所述的弹簧元件，其特征在于，设置有至少三个彼此平行的理论弯曲线(52,54,56)。
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