DE102005032964A1

DE102005032964A1 - Inverter motor for use as commercial motor, has strand of printed circuit boards formed by flexible connecting units, where hollow cylinder is formed in radial space that is provided between active part of motor and motor housing

Info

Publication number: DE102005032964A1
Application number: DE102005032964A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Heining; Carsten Dr. Rebbereh; Hubert Dr. Schierling
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-01-18

Abstract

The motor has a strand (36) of printed circuit boards formed using flexible electrical connecting units (38,40,42). The circuit boards of the strand are folded against one another so that the folded strand forms a core surface of a hollow cylinder. The folded strand is axially arranged in a radial space provided between an active part of the motor and a motor housing. The hollow cylinder is provided in the space.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichtermotor, umfassend einen Motor und einen Umrichter, wobei Bauelemente einer Umrichterelektronik auf mehrere Leiterplatten verteilt angeordnet sind.The The invention relates to an inverter motor comprising a Motor and a converter, wherein components of a converter electronics arranged distributed on several circuit boards.

Die Integration eines Umrichters, insbesondere eines Frequenzumrichters, in einem Motor ist ein wesentliches Merkmal der dezentralen Antriebstechnik. Wegen des Platzbedarfs und der Forderung nach Kompaktheit sowie des Kostendrucks ist dabei gefordert, möglichst wenig oder preisgünstige Aufbautechniken zu generieren. Bei im Handel erhältlichen Umrichtermotoren wird entweder die axiale oder die radiale Aufbauweise umgesetzt. Dabei wird die Geometrie des Motors nicht speziell auf die Anforderungen angepasst. Es werden in der Regel Motoren aus dem Standardsortiment des jeweiligen Herstellers verwendet.The Integration of an inverter, in particular a frequency converter, in a motor is an essential feature of decentralized drive technology. Because of the space requirements and the demand for compactness as well Cost pressure is required, as little or inexpensive construction techniques to generate. In commercially available Inverter motors become either the axial or the radial construction way implemented. At the same time, the geometry of the engine does not become special adapted the requirements. There are usually engines out used in the standard range of the respective manufacturer.

Bei im Handel erhältlichen Umrichtermotoren ist der Umrichter entweder radial oder axial am Motorgehäuse angeordnet. Bei der axialen Aufbauweise des Umrichtermotors ist aufgrund der begrenzten Raumverhältnisse eine Umrichterelektronik auf wenigstens zwei Leiterplatten aufgeteilt, wobei diese Leiterplatten aufeinander gestapelt sind. Damit diese in parallelen Ebenen angeordneten Leiterplatten miteinander elektrisch leitend verbunden sind, werden Steckverbindungen jeweils zwischen zwei räumlich benachbarten Leiterplatten verwendet. Für diese Bestandteile einer jeden Steckverbindung müssten auf den beiden zu verbindenden Leiterplatten jeweils ein Platz vorgesehen werden. Derartige Steckverbindungen sind ebenfalls nicht preiswert. Ein weiterer Nachteil eines Leiterplattenstapels ist der, dass der Montageaufwand kostenintensiv ist. Außerdem ist eine gleichmäßige Entwärmung aller Ebenen eines Leiterplattenstapels schwierig, da der Abstand zum Umrichtergehäuse, über dessen Außenoberflächen eine anfallende Ver lustleistung an die Umgebung abgeführt wird, meist groß und ungleichmäßig ist und nur durch aufwendige Zusatzmaßnahmen, wie z.B. einen Lüfter, zu realisieren ist.at commercially available Inverter motors, the inverter is either radial or axial on motor housing arranged. In the axial structure of the inverter motor is due to limited space a converter electronics divided on at least two circuit boards, these printed circuit boards are stacked on top of each other. So this in parallel planes arranged printed circuit boards electrically to each other are conductively connected, plug connections between each two spatially adjacent Printed circuit boards used. For These components of each connector would need to be connected to the two Printed circuit boards are each provided a place. Such connectors are also not cheap. Another disadvantage of a printed circuit board stack is that the installation effort is costly. Besides that is a uniform cooling of all Layers of a printed circuit board stack difficult because the distance to the Inverter housing, over whose Exterior surfaces an accruing Loss of power is dissipated to the environment, usually large and uneven and only by expensive additional measures, such. a fan, too realize is.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Umrichtermotor anzugeben, bei dem der Umrichter im Motorgehäuse des Motors integriert ist.Of the Invention is an object of the invention to provide an inverter motor, in which the inverter is integrated in the motor housing of the motor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is according to the invention with the Characteristics of claim 1 solved.

Dadurch, dass die mehreren Leiterplatten der Umrichterelektronik mittels flexibler elektrischer Verbindungselemente einen Leiterplattenstrang bilden, entfallen zunächst die kostenintensiven Steckverbindungen, wodurch damit auch der Montageaufwand geringer wird. Durch die Abkantungen der Leiterplatten dieses Leiterplattenstranges gegeneinander erhält man eine hohlzylindrisch ausgebildete Umrichterelektronik. Diese hohlzylindrisch ausgebildete Umrichterelektronik kann dadurch nun in einem Motorgehäuse axial integriert werden. Dazu wird der aktive Teil des Motors des Umrichtermotors derart im Motorgehäuse angeordnet, dass ein radial verlaufender Raum zwischen aktivem Teil des Motors und des Motorgehäuses vorhanden ist. In diesem radial verlaufenden Raum wird nun die hohlzylindrisch ausgebildete Umrichterelektronik axial angeordnet. Somit verringert sich einerseits die axiale Länge eines axial aufgebauten Umrichtermotors und andererseits wird kein Umrichtergehäuse für die Umrichterelektronik mehr benötigt. Durch die Integration des Umrichters als Ganzes in das Motorgehäuse des Motors des Umrichtermotors steht das B-seitige Lagerschild für Kühlzwecke des Umrichtermotors wieder zur Verfügung. Außerdem können wieder weitere elektromechanische Komponenten wie beispielsweise Bremse oder Tacho wie bei einem handelsüblichen Motor angebaut werden. Ebenfalls erhöht sich die Steifigkeit durch die Integration des Umrichters in das Motorgehäuse erheblich, da die axiale Länge des Umrichtermotors sich um die axiale Länge des Umrichters verkürzt hat.Thereby, that the several circuit boards of the converter electronics means flexible electrical connectors a circuit board strand form, initially accounts the costly connectors, thereby eliminating the installation effort becomes smaller. Due to the bends of the printed circuit boards of this circuit board strand receives against each other a hollow-cylindrical converter electronics. These hollow cylindrical trained converter electronics can now in a motor housing be integrated axially. For this purpose, the active part of the engine of the Inverter motor arranged in the motor housing such that a radial extending space between the active part of the engine and the motor housing exists is. In this radially extending space is now the hollow cylindrical trained converter electronics arranged axially. Thus reduced on the one hand, the axial length an axially constructed inverter motor and on the other hand no inverter housing for the Converter electronics needed more. By integrating the inverter as a whole in the motor housing of the The motor of the converter motor is the B-side end shield for cooling purposes the inverter motor available again. In addition, again more electromechanical Components such as brake or speedometer as in a commercial Engine to be grown. Also, the stiffness increases through the integration of the inverter in the motor housing considerably, as the axial Length of the Inverter motor has shortened by the axial length of the inverter.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Umrichterelektronik in Verbindung mit der Ausgestaltung des Motors kann diese Umrichterelektronik als Ganzes im Motorgehäuse um den aktiven Teil des Motors angeordnet werden. Dadurch kann dieser erfindungsgemäße Umrichtermotor wie ein handelsüblicher Motor bei einem dezentralen Antriebssystem verwendet werden.By the embodiment of the invention Converter electronics in conjunction with the design of the engine This inverter electronics as a whole in the motor housing to the active part of the engine can be arranged. As a result, this converter motor according to the invention like a commercial one Motor to be used in a decentralized drive system.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors nach der Erfindung ist die Umrichterelektronik auf vier Leiterplatten verteilt angeordnet, wobei diese Leiterplatten mittels flexibler elektrischer Verbindungselemente einen Leiterplattenstrang bilden und wobei diese Leiterplatten derart gegeneinander abgekantet werden, dass der gefaltete Leiterplattenstrang einen quadratförmigen Hohlzylinder bilden. Dadurch entspricht die Querschnittsfläche dieser Umrichterelektronik dem üblichen Querschnitt eines permanenterregten Synchronmotors für Werkzeugmaschinen. Dieser für Haupt- und Vorschubantrieb verwendete Motortyp weist wegen des Platzbedarfes in Werkzeugmaschinen einen quadratischen Querschnitt auf. Durch die erfindungsgemäße Integration der Umrichterelektronik in das Motorgehäuse eines derartigen Synchronmotors wird dieser gegenüber einem handelsüblichen permanenterregten Synchronmotor im Querschnitt etwas größer, wobei jedoch kein axialer Raum für einen speisenden Umrichter mehr benötigt wird.at an advantageous embodiment the converter motor according to the invention is the converter electronics arranged distributed on four circuit boards, these circuit boards by means of flexible electrical connecting elements a circuit board strand form and wherein these circuit boards so folded against each other be that the folded circuit board strand a square-shaped hollow cylinder form. As a result, the cross-sectional area of this converter electronics corresponds the usual Cross section of a permanent magnet synchronous motor for machine tools. This one for Main and feed drive used motor type indicates because of space requirements in machine tools a square cross section. By the integration of the invention the converter electronics in the motor housing of such a synchronous motor is this opposite a commercial one permanent magnet synchronous motor in cross-section slightly larger, but with no axial space for a feeding inverter is needed more.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors nach der Erfindung ist der gefaltete Leiterplattenstrang derart im Motorgehäuse angeordnet, dass verlustbehaftete Bauelemente der Umrichterelektronik thermisch mit dem Motorgehäuse des Motors verbunden sind. Dadurch wird die anfallende Verlustleistung dieser Bauelemente über das Motorgehäuse mit abgeführt. Somit wird für die Entwärmung der Umrichterelektronik kein Fremdlüfter mehr benötigt.In a further advantageous Ausfüh tion form of the converter motor according to the invention, the folded circuit board strand is arranged in the motor housing such that lossy components of the converter electronics are thermally connected to the motor housing of the motor. As a result, the resulting power loss of these components is removed via the motor housing. Thus, no external fan is needed for the cooling of the converter electronics.

Da in unmittelbarer Nähe des aktiven Teils des Motors die Temperatur höher ist als in den am aktiven Teil des Motors angrenzenden Teilen des Motors, ist es vorteilhaft, für die verlustbehafteten Bauelemente, beispielsweise abschaltbare Halbleiterschalter, Siliziumkarbid zu verwenden.There close Active part of the engine temperature is higher than in the active Part of the engine adjacent parts of the engine, it is advantageous for the lossy one Components, such as turn-off semiconductor switch, silicon carbide to use.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Umrichtermotors nach der Erfindung ist zwischen Innenwand des Motorgehäuses und Lötseite des gefalteten Leiterplattenstranges eine Vergussmasse eingebracht. Dadurch ist diese Umrichterelektronik lagefixiert im Motorgehäuse untergebracht.at a further advantageous embodiment of the inverter motor According to the invention is between the inner wall of the motor housing and solder side the folded circuit board strand introduced a potting compound. As a result, this converter electronics is fixed in position housed in the motor housing.

Ist diese Vergussmasse aus thermisch leitenden jedoch elektrisch isolierenden Kunststoff, so wird ebenfalls die Entwärmung der integrierten Umrichterelektronik derart vorgenommen, dass diese auf den gesamten Umfang des Motorgehäuses geführt wird, und anschließend von diesem durch Konvektion abgeführt wird.is this potting compound of thermally conductive but electrically insulating Plastic, so is the cooling of the integrated converter electronics made so that it is guided over the entire circumference of the motor housing, and subsequently is dissipated by this by convection.

Zur Verbesserung der Entwärmung der integrierten Umrichterelektronik und/oder Motor sind den Unteransprüchen 5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen entnehmbar.to Improvement of heat dissipation the integrated converter electronics and / or motor are the dependent claims 5 to 7 different embodiments removable.

Ausführungsformen der flexiblen elektrischen Verbindungselemente sind den Unteransprüchen 9 bis 11 entnehmbar. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für den Leiterplattenstrang besteht darin, dass dieses eine durchgehende Leiterplatte ist, die mittels flexibler Leiterplattenbereiche in mehrere, insbesondere vier, gleiche Leiterplattenbereich unterteilt sind. Ein solcher Leiterplattenstrang kann, wie jede handelsübliche Leiterplatte automatisch bestückt und verlötet werden.embodiments the flexible electrical connection elements are the dependent claims 9 to 11 removable. A particularly advantageous embodiment for the printed circuit board strand is that this is a continuous circuit board, the by means of flexible printed circuit board areas in several, in particular four, same board area are divided. Such a Circuit board strand can, like any standard circuit board automatically stocked and soldered become.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen des Umrichtermotors nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.to further explanation The invention is referred to the drawing, in which several embodiments the inverter motor according to the invention schematically illustrated are.

1 zeigt einen Längsschnitt durch einen im Handelerhältichen Umrichtermotor, in der 1 shows a longitudinal section through a commercially available inverter motor, in the

2 ist ein gebildeter Leiterplattenstrang eines Umrichtermotors nach der Erfindung dargestellt, die 2 an educated circuit board strand of an inverter motor according to the invention is shown, the

3 zeigt einen Umrichtermotor nach der Erfindung von der Seite, wobei in der 3 shows an inverter motor according to the invention from the side, wherein in the

4 ein Schnitt IV-IV des Motors nach 3 dargestellt ist, die 4 a section IV-IV of the engine after 3 is shown, the

5 bis 7 zeigen jeweils eine Seitenansicht einer vorteilhaften Ausführungsform des Motors des Umrichtermotors nach der Erfindung, in der 5 to 7 each show a side view of an advantageous embodiment of the motor of the converter motor according to the invention, in which

8 ist eine Schnittdarstellung entlang des Schnittes VIII-VIII des Motors nach 7 dargestellt und die 8th is a sectional view along the section VIII-VIII of the engine according to 7 represented and the

9 zeigt eine axiale Ansicht von einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Motors des Umrichtermotors nach der Erfindung. 9 shows an axial view of a further advantageous embodiment of the motor of the converter motor according to the invention.

In der 1 ist ein Längsschnitt eines axial aufgebauten Umrichtermotors näher dargestellt. In dieser Ansicht sind mit 2 der Motor, mit 4 der Umrichter, mit 6 der Stator des Motors 2, mit 8 der Läufer des Motors 2 und mit 10 die Motorwelle bezeichnet. An beiden Stirnseiten des Motors 2 ist jeweils ein Lagerschild 12 und 14 vorgesehen. Diese beiden Lagerschilde 12 und 14 stützen sich jeweils mittels eines Lagers 16 und 18 auf der Motorwelle 10 ab. Das Lagerschild 12, das einem Wellenende der Motorwelle 10 zugewandt ist, wird auch als A-seitiges Lagerschild bzw. als AS-Lagerschild bezeichnet, wobei das gegenüberliegende Lagerschild 14 als B-seitiges Lagerschild bzw. als BS-Lagerschild bezeichnet wird. Mit dem Kennzeichen "A" wird bei Motoren immer die Antriebsseite bezeichnet, d.h., die Seite des Motors 2, an der eine Arbeitsmaschine angeschlossen wird. Der Teil, in dem der Stator 6 des Motors 2 angeordnet ist, bildet das Motorgehäuse 20, das mittels der beiden Lagerschilde 12 und 14 verschlossen ist.In the 1 is a longitudinal section of an axially constructed inverter motor shown in more detail. In this view are with 2 the engine, with 4 the inverter, with 6 the stator of the motor 2 , With 8th the runner of the engine 2 and with 10 designates the motor shaft. At both ends of the engine 2 is each a bearing plate 12 and 14 intended. These two bearing shields 12 and 14 each supported by a camp 16 and 18 on the motor shaft 10 from. The bearing plate 12 , which is a shaft end of the motor shaft 10 is facing, is also referred to as A-side end plate or AS bearing plate, wherein the opposite end plate 14 is referred to as B-side end shield or BS bearing plate. The indicator "A" always refers to the drive side of motors, ie the side of the motor 2 to which a work machine is connected. The part in which the stator 6 of the motor 2 is arranged, forms the motor housing 20 , by means of the two end shields 12 and 14 is closed.

Bei diesem axial aufgebauten Umrichtermotor ist der Umrichter 4 axial am B-seitigen Lagerschild 14 des Motors 2 angeordnet.In this axially constructed inverter motor is the inverter 4 axially on the B-side end shield 14 of the motor 2 arranged.

Dieser Umrichter 4 weist ein Umrichtergehäuse 22 und eine aus mehreren Leiterplatten 24, 26 und 28 bestehende Umrichterelektronik 30 auf, die im Inneren des Umrichtergehäuses 22 aufeinander gestapelt sind. Diese aufeinander gestapelten Leiterplatten 24, 26 und 28 sind mittels Steckverbindungen 32 untereinander elektrisch leitend verbunden. Wie bereits eingangsseitig genannt, weist diese Art der Aufbau- und Verbindungstechnik mehrere Nachteile auf. Zu diesen Nachteilen gehört die nicht gleichmäßige Entwärmung aller Ebenen des Leiterplattenstapels und die kostenintensive elektrische Verbindungstechnik der Leiterplatten 24, 26 und 28 untereinander.This inverter 4 has an inverter housing 22 and one of several printed circuit boards 24 . 26 and 28 existing converter electronics 30 on that inside the inverter housing 22 stacked on top of each other. These stacked circuit boards 24 . 26 and 28 are by means of plug connections 32 electrically connected to each other. As already mentioned on the input side, this type of construction and connection technology has several disadvantages. These disadvantages include the non-uniform cooling of all levels of the printed circuit board stack and the costly electrical connection technology of printed circuit boards 24 . 26 and 28 among themselves.

Um diese Nachteile zu beheben, sind die Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 der Umrichterelektronik 30 des axial im Motorgehäuse 22 angeordneten Umrichters 4 zu einem Leiterplattenstrang 36 zusammengefasst, der in der 2 näher dargestellt ist. Diese Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 sind jeweils mit einem flexiblen elektrischen Verbindungselement zu diesem Leiterplattenstrang 36 zusammengefügt. Die beiden Leiterplatten 24 und 26 sind mittels eines Power Strips 38, die beiden Leiterplatten 26 und 28 mittels eines PCB-Jumpers 40 und die Leiterplatten 28 und 34 mittels einer Flex-Leiterplatte 42 miteinander leitend verbunden. Diese genannten Verbindungsstellen sind mit ➀, ➁ und ➂ bezeichnet. Die Verbindungsstelle der Leiterplatte 24 und 34, die nach Abkantungen der Leiterplatten 34, 28, 26 und 24 aufeinander treffen, werden erst dann miteinander elektrisch leitend verbunden. An diesen Verbindungsstellen ➀, ➁ und ➂ wird die Leiterplatte 34 bzw. 28 bzw. 26 gegenüber der Leiterplatte 28 bzw. 26 bzw. 24 abgekantet. Jeder dieser Abkantungen erfolgt solange, bis die beiden Leiterplatten 34, 28 bzw. 28, 26 bzw. 26, 24 einen rechten Winkel einschließen. Dadurch erhält man einen quadratförmigen Hohlzylinder 60, dessen Mantelfläche von diesen Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 gebildet wird.To fix these drawbacks are the circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 the converter electronics 30 of the axial in the motor housing 22 arranged inverter 4 to a circuit board strand 36 summarized in the 2 is shown in more detail. These circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 are each with a flexible electrical connection element to this circuit board strand 36 together. The two circuit boards 24 and 26 are by means of a power strip 38 , the two circuit boards 26 and 28 by means of a PCB-jumper 40 and the circuit boards 28 and 34 by means of a flex circuit board 42 connected to each other conductively. These named connection points are denoted by ➀, ➁ and ➂. The connection point of the circuit board 24 and 34 after bending the printed circuit boards 34 . 28 . 26 and 24 meet each other, only then electrically connected to each other. At these joints ➀, ➁ and ➂ is the circuit board 34 respectively. 28 respectively. 26 opposite the circuit board 28 respectively. 26 respectively. 24 folded. Each of these folds takes place until the two printed circuit boards 34 . 28 respectively. 28 . 26 respectively. 26 . 24 include a right angle. This gives a square-shaped hollow cylinder 60 , whose lateral surface of these circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 is formed.

Die Bauelemente Ansteuerung 44, abschaltbare Leistungshalbleiter 46, 48, Potentialtrenneinrichtung 50, Pulsmustermodulator 52, Kondensatoren 54, Spannungsmesseinrichtung 56, Gate treiberschaltung 58 mit Strommessung und weitere nicht näher bezeichnete Bauelemente der Umrichterelektronik 30 sind auf diesen vier, insbesondere flächenmäßig gleichen, Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 des erstellten Leiterplattenstranges 36 verteilt angeordnet. Dabei sind diese Bauelemente 44 bis 58 derart auf diese Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 des Leiterplattenstranges 36 verteilt angeordnet, dass die Fläche einer jeden Leiterplatte 24, 26, 28 und 34 optimal ausgenutzt werden kann. Dabei wird auch darauf geachtet, dass das Durchschleifen von elektrischen Verbindungsleitungen durch eine Leiterplatte nach Möglichkeit vermieden werden soll. Somit können die Bauelemente 44 bis 58 der Umrichterelektronik 30 in einer Anordnung, die von der Anordnung gemäß 2 abweicht, angeordnet sein. Diese Bauelemente 44 bis 58 sind überwiegend auf der einen Seite der Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 des Leiterplattenstranges 36, der sogenannten Bestückungsseite, angeordnet. In der Darstellung gemäß 2 ist die sogenannte Bestückungsseite dargestellt. Die Bauelemente abschaltbarer Leistungshalbleiter 46 und 48 sind, da es sich hierbei um verlustbehaftete Bauelemente handelt, auf einer der Bestückungsseite gegenüber liegenden Lötseite dieses Leiterplattenstranges 36 angeordnet.The components control 44 , switchable power semiconductors 46 . 48 , Potential isolation device 50 , Pulse pattern modulator 52 , Capacitors 54 , Voltage measuring device 56 , Gate driver circuit 58 with current measurement and other unspecified components of the converter electronics 30 are on these four, in particular the same area, printed circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 of the created circuit board strand 36 arranged distributed. These are these components 44 to 58 so on these circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 of the PCB strand 36 arranged distributed that the area of each circuit board 24 . 26 . 28 and 34 can be optimally utilized. It is also ensured that the looping of electrical connection lines through a printed circuit board should be avoided if possible. Thus, the components 44 to 58 the converter electronics 30 in an arrangement corresponding to the arrangement according to 2 deviates, be arranged. These components 44 to 58 are predominantly on one side of the circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 of the PCB strand 36 , the so-called assembly side, arranged. In the illustration according to 2 the so-called component side is shown. The components of turn-off power semiconductors 46 and 48 are, since this is lossy components, on one of the assembly side opposite Lötseite this circuit board strand 36 arranged.

Diese Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 werden bei der Bestückung mit den erwähnten flexiblen elektrischen Verbindungselementen 38, 40 bzw. 42 bestückt und beim anschließenden Lötprozess elektrisch leitend mit diesen Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 elektrisch leitend verbunden. Ein besonders vorteilhafter Leiterplattenstrang 36 besteht aus einem Leiterplattenstrang der mittels flexibler Leiterplattenbereiche in mehrere Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 unterteilt ist.These circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 be in the assembly with the aforementioned flexible electrical connecting elements 38 . 40 respectively. 42 fitted and electrically conductive during the subsequent soldering process with these circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 electrically connected. A particularly advantageous circuit board strand 36 consists of a circuit board strand by means of flexible printed circuit board areas in several circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 is divided.

Dem Bestückungsprozess und dem Lötprozess schließt sich ein Abkantungsprozess an. Bei diesem Abkantungsprozess werden die Leiterplatten 34, 28, 26 und 24 zur Leiterplatte 28, 26 und 24 derart abgekantet, dass jeweils ein rechter Winkel eingeschlossen wird. Am Ende dieses Abkantungsprozesses stoßen die beiden Leiterplatten 34 und 24 jeweils mit einer Kante anein ander, die mittels eines flexiblen elektrischen Verbindungselementes miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Durch diesen Abkantungsprozess erhält man aus einem gebildeten Leiterplattenstrang 36 mit vorbestimmten Abkantbereichen eine hohlzylindrische Umrichterelektronik 30.The assembly process and the soldering process is followed by a bending process. In this Abkantungsprozess the printed circuit boards 34 . 28 . 26 and 24 to the circuit board 28 . 26 and 24 folded so that in each case a right angle is included. At the end of this bending process, the two printed circuit boards collide 34 and 24 each with an edge anein other, which are electrically connected to each other by means of a flexible electrical connection element. By this Abkantungsprozess obtained from a formed PCB strand 36 with predetermined Abkantbereichen a hollow cylindrical converter electronics 30 ,

In der 3 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Umrichtermotors dargestellt. In dieser Ansicht ist insbesondere der aktive Teil 62 des Motors 2 dargestellt. Dieser aktive Teil 62 des Motors 2 ist stirnseitig mit dem A-seitigen Lagerschild 12 und dem B-seitigen Lagerschild 14 verbunden. Diese Lagerschilde 12 und 14 sind im Durchmesser größer als der Durchmesser des aktiven Teils 62 des Motors 2. Der aktive Teil 62 des Motors 2 ist derart mit dem Motorgehäuse 20 umgeben, dass dieser hermetisch eingeschlossen ist. Zwischen dem aktiven Teil 62 des Motors 2 und seinem Motorgehäuse 20 ist ein Raum 64 vorhanden, der radial den aktiven Teil 62 des Motors 2 umgibt. In diesem Raum 64 ist die erfindungsgemäß ausgebildete Umrichterelektronik 30 angeordnet. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist diese Umrichterelektronik 30 in dieser Darstellung jeweils nur durch eine unterbrochene Linie dargestellt.In the 3 is shown a side view of an inverter motor according to the invention. In this view, in particular, the active part 62 of the motor 2 shown. This active part 62 of the motor 2 is frontally with the A-side end shield 12 and the B-side end shield 14 connected. These bearing shields 12 and 14 are larger in diameter than the diameter of the active part 62 of the motor 2 , The active part 62 of the motor 2 is so with the motor housing 20 surrounded, that this is hermetically enclosed. Between the active part 62 of the motor 2 and its engine case 20 is a room 64 present, the radially the active part 62 of the motor 2 surrounds. In this room 64 is the converter electronics designed according to the invention 30 arranged. For clarity, this converter electronics 30 represented in this illustration only by a broken line.

In der 4 ist die Ansicht des Schnittes IV-IV der 3 näher dargestellt. Dieser Ansicht ist zu entnehmen, dass das Motorgehäuse 20 und damit auch die Lagerschilde 12 und 14 jeweils einen quadratischen Querschnitt aufweist. Entsprechend dieser quadratischen Ausbildung des Motors 2 ist die Umrichterelektronik 30 als quadratförmiger Hohlzylinder ausgebildet. Dazu sind die Leiterplatten 24, 26, 28 und 34, die in dieser Ausführungsform flächenmäßig identisch sind, gegeneinander abgekantet, wodurch die flexiblen elektrischen Verbindungsstellen ➀, ➁, ➂ und ➃ die Kanten der quadratförmigen ausgebildeten hohlzylindrischen Umrichterelektronik 30 bilden. Dieser Darstellung ist ebenfalls zu entnehmen, dass die verlustbehafteten Bauelemente 46 und 48, beispielsweise abschaltbare Halbleiterschalter, die in einem Brücken-, einem Zweigpaar- oder einem Einzelmodul verpackt sind, derart auf der Leiterplatte 24 und 26 angeordnet sind, dass diese thermisch leitend mit dem Motorgehäuse 20 verbunden sind. Als abschaltbare Halbleiterschalter sind Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), insbesondere aus Siliziumkarbid (SiC), vorgesehen. Durch die Verwendung von Siliziumkarbid vertragen diese abschaltbaren Halbleiterschalter eine höhere Umgebungstemperatur. Zwischen einem verlustbehafteten Bauelement 46 bzw. 48 und einer Innenseite des Motorgehäuses kann, falls erforderlich, eine elektrisch isolierende thermisch leitende Schicht angeordnet sein.In the 4 is the view of section IV-IV of the 3 shown in more detail. This view shows that the motor housing 20 and thus also the bearing shields 12 and 14 each having a square cross-section. According to this square engine design 2 is the inverter electronics 30 designed as a square-shaped hollow cylinder. These are the printed circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 , which are identical in area in this embodiment, folded against each other, whereby the flexible electrical connection points ➀, ➁, ➂ and ➃ the edges of the square shaped hollow cylindrical converter electronics 30 form. This illustration also shows that the lossy components 46 and 48 For example, turn-off semiconductor switches that are packaged in a bridge, a branch pair or a single module, so on the ladder plate 24 and 26 are arranged, that these thermally conductive with the motor housing 20 are connected. Insulated gate bipolar transistors (IGBT), in particular made of silicon carbide (SiC), are provided as disconnectable semiconductor switches. Through the use of silicon carbide these turn-off semiconductor switch tolerate a higher ambient temperature. Between a lossy component 46 respectively. 48 and an inside of the motor housing may be arranged, if necessary, an electrically insulating thermally conductive layer.

Dieser Ansicht ist außerdem zu entnehmen, dass die Bauelemente 46 bis 58 der Umrichterelektronik 30 derart auf diese vier Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 verteilt angeordnet sind, damit der zwischen aktiven Teil 62 und hohlzylindrischer Umrichterelektronik 30 der Raum 66 optimal ausgenutzt werden kann. Aus diesem Grund sind räumlich große Bauelemente, wie z.B. die Kondensatoren 54 derart auf die Leiterplatte 34 angeordnet, dass diese bei der hohlzylindrisch ausgebildeten Umrichterelektronik 30 im Bereich einer Kante angeordnet sind. Im Bereich einer jeden Kante der hohlzylindrischen Umrichterelektronik 30 ist der Abstand dieser Kante zum aktiven Teil 62 des Motors 2 am größten, wobei der Abstand zwischen einer Leiterplatte 24, 26, 28 und 34 lotrecht zu einem aktiven Teil 62 des Motors 2 am kleinsten ist. Diese unterschiedlichen Platzverhältnisse im Raum 66 müssten bei der Bestückung der Leiterplatte 24, 26, 28 und 34 berücksichtigt werden.This view also shows that the components 46 to 58 the converter electronics 30 so on these four circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 are distributed so that the between active part 62 and hollow cylindrical converter electronics 30 the space 66 can be optimally exploited. For this reason are spatially large components, such as the capacitors 54 such on the circuit board 34 arranged that these in the hollow cylindrical converter electronics 30 are arranged in the region of an edge. In the area of each edge of the hollow cylindrical converter electronics 30 is the distance of this edge to the active part 62 of the motor 2 the largest, with the distance between a printed circuit board 24 . 26 . 28 and 34 perpendicular to an active part 62 of the motor 2 is the smallest. These different space conditions in the room 66 would have to in the assembly of the circuit board 24 . 26 . 28 and 34 be taken into account.

In der 5 ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform des Motors 2 des Umrichtermotors nach der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3 dadurch, dass ein Lüfter 68, insbesondere ein Innenlüfter, vorgesehen ist. Dieser Innenlüfter 68 weist einen Lüfterrad 70 und ein Lüftergehäuse 72 auf. Das Lüftergehäuse 72 ist zwischen einer B-seitigen Stirnfläche des Motors 2 und dem B-seitigen Lagerschild 14 am Motorgehäuse 20 angeordnet. Mittels diesen Innenlüfter 68 wird die Luft innerhalb des abgeschlossenen Motorgehäuses 20 in Bewegung gehalten, so dass kein Wärmestau entstehen kann. Dadurch werden auch sogenannte Hot-Spots vermieden.In the 5 is a first advantageous embodiment of the engine 2 the inverter motor according to the invention shown schematically. This embodiment differs from the embodiment according to FIG 3 in that a fan 68 , In particular, an indoor fan, is provided. This indoor fan 68 has a fan 70 and a fan housing 72 on. The fan housing 72 is between a B-side end face of the engine 2 and the B-side end shield 14 on the motor housing 20 arranged. By means of this interior fan 68 The air is inside the closed motor housing 20 kept in motion, so that no heat accumulation can arise. As a result, so-called hot spots are avoided.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umrichtermotors nach 6 ist das B-seitige Lagerschild 14 als Kühlkörper ausgebildet. Dieser Kühlkörper ist wärmetechnisch mit einer Anzahl von Heat-Pipes 74 verbunden, die jeweils axial zur Achse des aktiven Teils 62 des Motors 2 verlaufen. Da bei dieser Ausführungsform kein bestimmter Kühlkörper vorzusehen ist, ist dieser Kühlkörper hier schematisch als quadratförmiger Klotz dargestellt. Die Heat-Pipes 74 sind derart im Motorgehäuse 20 angeordnet, dass diese an unterschiedlichen Stellen im Inneren des Motorgehäuses 20 anfallende Verlustleistungen abführen können.In a further advantageous embodiment of the converter motor according to the invention 6 is the B-side end shield 14 designed as a heat sink. This heat sink is thermally with a number of heat pipes 74 connected, each axially to the axis of the active part 62 of the motor 2 run. Since no particular heat sink is to be provided in this embodiment, this heat sink is shown schematically here as a square-shaped block. The heat pipes 74 are so in the motor housing 20 arranged these at different locations inside the motor housing 20 can pay for incidental losses.

In der 7 ist eine weitere Ausführungsform des Umrichtermotors nach der Erfindung dargestellt, bei der die Heat-Pipes 74 mit einem als Cold-Plate ausgebildeten B-seitigen Lagerschild 14 kombiniert sind. Das B-seitige Lagerschild 14 wird dann als Cold-Plate ausgebildet, wenn dieser Umrichtermotor wegen einer besonders effektiven Kühlung an einer bereits vorhandenen externen Wasserkühlung angebracht werden soll.In the 7 shows a further embodiment of the converter motor according to the invention, in which the heat pipes 74 with a designed as cold plate B-side end shield 14 combined. The B-side end shield 14 is then formed as a cold plate, if this inverter motor is to be mounted because of a particularly effective cooling of an existing external water cooling.

In der 8 ist die Ansicht VIII-VIII der 7 näher dargestellt. Mittels dieser Schnittdarstellung soll die räumliche Verteilung der Heat-Pipes 74 veranschaulicht werden. Diese Schnittdarstellung entspricht weitgehend der Schnittdarstellung gemäß 4 mit dem Unterschied, dass in der Darstellung gemäß 4 keine Heat-Pipes 74 vorhanden sind. Gemäß dieser Schnittdarstellung sind um den aktiven Teil 62 des Motors 2 des Umrichtermotors 4 Heat-Pipes 74 so angeordnet, dass diese thermisch mit dem aktiven Teil 62 verbunden sind. Jeweils zwei weitere Heat-Pipes 74 sind beidseitig des verlustbehafteten Bauelementes 46 und 48 verlegt, wodurch die anfallende Verlustleistung dieser Bauelemente 46 und 48 zum Lagerschild 14 abgeführt werden können. Die Anzahl der Heat-Pipes 74 und deren räumliche Anordnungen im Raum 64 des Motors 2 des Um richtermotors hängt davon ab, wie viel und wo Verlustleistungen anfallen.In the 8th is the view VIII-VIII of 7 shown in more detail. By means of this sectional view, the spatial distribution of the heat pipes 74 be illustrated. This sectional view largely corresponds to the sectional view according to 4 with the difference that in the presentation according to 4 no heat pipes 74 available. According to this sectional view are around the active part 62 of the motor 2 of the inverter motor 4 Heat-Pipes 74 arranged so that these are thermally connected to the active part 62 are connected. Two more heat pipes each 74 are on both sides of the lossy component 46 and 48 relocated, reducing the resulting power dissipation of these components 46 and 48 to the end shield 14 can be dissipated. The number of heat pipes 74 and their spatial arrangements in space 64 of the motor 2 The inverter motor depends on how much and where losses are incurred.

In der 9 ist eine Sicht in das Innere des Motors 2 des Umrichtermotors nach der Erfindung bei weglassendem B-seitigen Lagerschild 14 dargestellt. Diese Ausführungsform des Motors 2 entspricht weitgehend der Ausführungsform gemäß 4. Der Unterschied zur Ausführungsform gemäß der 4 besteht darin, dass in dem Raum zwischen Innenseite des Motorgehäuses 20 und den Lötseiten der Leiterplatten 24, 26, 28 und 34 des gefalteten Leiterplattenstranges 36 eine Vergussmasse 76 eingebracht ist. Insbesondere besteht diese Vergussmasse 76 aus einem gut thermisch leitenden aber elektrisch isolierenden Material. Dadurch wird die in der zylinderförmig ausgebildeten Umrichterelektronik 30 anfallende Verlustleistung direkt zum Motorgehäuse 20 abgeführt, wo diese durch Konvektionskühlung von der Oberfläche des Motorgehäuses 20 abgeführt wird. Da diese Vergussmasse auch elektrisch isolierend ist, kann der Abstand jeweils zwischen einer Leiterplatte 24, 26, 28 und 34 und einer Innenwand des quadratförmigen Motorgehäuses 20 verringert werden. Dies kann deshalb sein, da die Luft- und Kriechstrecken bei einer geeigneten lunkerfreien Vergussmasse 76 gegenüber Luft erheblich kleiner sind. Dadurch kann auch der Raum 64 zwischen Motorgehäuse 20 und aktiven Teil 62 geringer ausfallen, so dass der Motor 2 und damit der Umrichtermotor erheblich kompakter in seinem Aufbau ist. Durch das Vergießen der zylinderförmigen Umrichterelektronik 30 im Motorgehäuse 20 erhält man neben diesen genannten Vorteilen noch den Vorteil, dass diese zylinderförmig ausgebildete Umrichterelektronik 30 innerhalb dieses Motorgehäuses 20 in seiner Lage fixiert ist.In the 9 is a view into the interior of the engine 2 the inverter motor according to the invention at weglassendem B-side end plate 14 shown. This embodiment of the engine 2 largely corresponds to the embodiment according to 4 , The difference from the embodiment according to the 4 is that in the space between the inside of the motor housing 20 and the solder sides of the circuit boards 24 . 26 . 28 and 34 of the folded circuit board strand 36 a potting compound 76 is introduced. In particular, this casting compound 76 from a good thermally conductive but electrically insulating material. As a result, in the cylindrically shaped converter electronics 30 resulting power loss directly to the motor housing 20 dissipated where these by convection cooling from the surface of the motor housing 20 is dissipated. Since this potting compound is also electrically insulating, the distance between each one circuit board 24 . 26 . 28 and 34 and an inner wall of the square-shaped motor housing 20 be reduced. This may be because the air and creepage distances with a suitable void-free potting compound 76 are considerably smaller compared to air. This also allows the room 64 between motor housing 20 and active part 62 lower, so the engine 2 and thus the inverter motor he is considerably more compact in its construction. By casting the cylindrical converter electronics 30 in the motor housing 20 In addition to these advantages mentioned, one still obtains the advantage that this cylindrically shaped converter electronics 30 inside this motor housing 20 is fixed in its position.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung von Motor und Umrichter eines handelsüblichen axial aufgebauten Umrichtermotors erhält man in Verbindung mit dem Wechsel von Asynchronmotor zu einem permanenterregten Synchronmotor der gegenüber einem leistungsgleichen Asynchronmotor verlustarmer ist, einem Umrichtermotor mit den Hüllmassen eines Normmotors. Da durch kann jeder Festdrehzahlantrieb durch diesen erfindungsgemäßen drehzahlveränderbaren Umrichtermotor ersetzt werden, ohne dass zusätzlicher Platzbedarf für einen Umrichter oder einen Schaltschrank erforderlich werden. Da dieser Umrichtermotor keinen Eigenlüfter bzw. einen Fremdlüfter für die Kühlung des Motors und Umrichters benötigt, und zudem eine annähernd glatte Oberflächen aufweist, verschmutzt dieser weniger, wodurch er sich in nahezu beliebigen Anwendungen einsetzen lässt.By this embodiment of the invention of the motor and converter of a commercial axial converter motor receives one in connection with the change from asynchronous motor to a permanent-energized Synchronous motor opposite a low-power asynchronous motor is low-loss, an inverter motor with the enveloping masses a standard motor. Because through each fixed-speed drive through this variable speed according to the invention Inverter motor to be replaced without requiring additional space for a drive or a control cabinet may be required. Because this inverter motor no self-ventilator or a forced cooling fan for the cooling the motor and inverter needed, and also a nearly smooth one surfaces it pollutes less, causing it to almost can be used in any application.

Claims

Inverter motor comprising a motor ( 2 ) and a converter ( 4 ), where components ( 44 , ..., 58 ) of a converter electronics ( 30 ) on several printed circuit boards ( 24 . 26 . 28 . 34 ), these printed circuit boards ( 24 . 26 . 28 . 34 ) by means of flexible electrical connecting elements ( 38 . 40 . 42 ) a circuit board strand ( 36 ), the printed circuit boards ( 24 . 26 . 28 . 34 ) of this circuit board string ( 36 ) are folded against each other in such a way that this folded circuit board strand ( 36 ) forms a lateral surface of a hollow cylinder, and wherein said folded circuit board strand ( 36 ) in an intermediate active part ( 62 ) of the motor ( 2 ) and the motor housing ( 20 ) existing space ( 64 ) is arranged axially.

Inverter motor according to claim 1, characterized in that the converter electronics ( 30 ) on four circuit boards ( 24 . 26 . 28 . 34 ) are arranged distributed by means of flexible electrical connecting elements ( 38 . 40 . 42 ) a circuit board strand ( 36 ), the printed circuit boards ( 24 . 26 . 28 . 34 ) of this circuit board string ( 36 ) are folded against each other in such a way that this folded circuit board strand ( 36 ) forms a hollow cylinder.

Inverter motor according to claim 1 or 2, characterized in that the folded circuit board strand ( 36 ) in space ( 64 ) between active part ( 62 ) of the motor ( 2 ) and the motor housing ( 20 ) is arranged axially, that lossy components ( 46 . 48 ) of the converter electronics ( 30 ) thermally conductive with the motor housing ( 20 ) of the motor ( 2 ) are connected.

Inverter motor according to claim 1 or 2, characterized in that the axially in space ( 66 ) between active part ( 62 ) of the motor ( 2 ) and the motor housing ( 20 ) introduced folded circuit board strand ( 36 ) is potted so that a potting compound ( 76 ) in a room ( 66 ) between motor housing ( 20 ) and one soldering side of each printed circuit board ( 24 . 26 . 28 . 34 ) of the folded circuit board strand ( 36 ) is introduced.

Inverter motor according to one of the preceding claims, characterized in that in the motor housing ( 20 ) a fan ( 68 ) is provided.

Inverter motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that a B-side end shield ( 14 ) of the motor ( 2 ) is designed as a heat sink, the heat technically with a number of heat pipes ( 74 ) which is axially to the axis of the engine ( 2 ) are aligned.

Inverter motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that a B-side end shield ( 14 ) of the motor ( 2 ) is designed as a cold plate, the heat technically with a number of heat pipes ( 74 ) which is axially to the axis of the engine ( 2 ) are aligned.

Inverter motor according to claim 4, characterized in that as potting compound ( 76 ) A thermally conductive plastic is provided.

Inverter motor according to one of the preceding claims, characterized in that as a flexible electrical connecting element ( 38 . 40 . 42 ) a Power Strip ( 38 ) is provided.

Inverter motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that as a flexible electrical connecting element ( 38 . 40 . 42 ) a PCB jumper ( 40 ) is provided.

Inverter motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that as a flexible electrical connecting element ( 38 . 40 . 42 ) a flex circuit board ( 42 ) is provided.

Inverter motor according to one of claims 1 to 8, characterized in that a lossy component ( 46 . 48 ) of the converter electronics ( 30 ) is a turn-off semiconductor switch.

Inverter motor according to one of the preceding claims, characterized in that as a motor ( 2 ) A permanent-magnet synchronous motor is provided.

Inverter motor according to Claim 12, characterized that the turn-off semiconductor switches are made of silicon carbide.

Inverter motor according to Claim 2, characterized that the hollow cylinder has a square-shaped cross-section.

Inverter motor according to Claim 2, characterized that the hollow cylinder has a rectangular cross-section.

Inverter motor according to Claim 2, characterized that the hollow cylinder has a trapezoidal cross-section.