ES2833439T3 - Aparato eléctrico construido de manera modular - Google Patents
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Abstract
Aparato eléctrico construido de manera modular (10a, 10b), que presenta un módulo de potencia eléctrico (1a, 1b) y un módulo de control eléctrico (2) para el control eléctrico del módulo de potencia (1a, 1b), presentando el módulo de potencia (1a, 1b) y el módulo de control (2) carcasas (3a, 3b, 4) unidas entre sí o que se pueden unir entre sí, presentando el aparato eléctrico construido de manera modular (10a, 10b) superficies de carcasa exteriores de metal y de plástico, presentando la carcasa (4) del módulo de control (2) un lado abierto, que está cerrado por una placa de metal (8), estando configurada la carcasa (3a, 3b) del módulo de potencia (1a, 1b) como un cuerpo hueco de metal, que presenta un lado abierto, y la placa de metal (8), dispuesta en el módulo de control (2), cerrando, después del ensamblaje de las carcasas (4, 3a, 3b) del módulo de control (2) y del módulo de potencia (1a, 1b), el lado abierto de la carcasa (3a, 3b) del módulo de potencia (1a, 1b), caracterizado por que el aparato (10a, 10b) es un aparato eléctrico de carga y por que la carcasa (4) del módulo de control (2) está configurada como un cuerpo hueco de plástico.
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato eléctrico construido de manera modular
La invención se refiere a un aparato eléctrico construido de manera modular, que presenta un módulo de potencia eléctrico y un módulo de control eléctrico para el control eléctrico del módulo de potencia, presentando el módulo de potencia y el módulo de control carcasas unidas entre sí o que se pueden unir entre sí, las cuales presentan superficies de carcasa exteriores de metal y de plástico, presentando la carcasa del módulo de control un lado abierto, que está cerrado por una placa de metal, estando configurada la carcasa del módulo de potencia como un cuerpo hueco a partir de un metal, que presenta un lado abierto, y cerrando después del ensamblaje de las carcasas del módulo de control y del módulo de potencia la placa de metal dispuesta en el módulo de control el lado abierto de la carcasa del módulo de potencia.
Un aparato eléctrico construido de manera modular se conoce por el documento de solicitud de patente de los Estados Unidos US2003/0133257.
Para muchos casos de aplicación es conveniente y ventajoso construir aparatos eléctricos de manera modular. En este sentido, un aparato se compone de varios componentes de aparato (módulos) elaborados de manera independiente. Una de las ventajas de una construcción modular consiste en que los componentes de aparato individuales pueden estar diseñados en varias variantes, que se pueden combinar entonces entre sí de manera distinta.
Asimismo, es ventajoso que los aparatos eléctricos que presentan constituyentes con propiedades eléctricas claramente diferentes (por ejemplo, una parte de alta frecuencia y una parte de baja frecuencia o una parte de potencia y una parte de control), que pueden influirse de manera perturbadora unas con otras, se puedan dividir en unidades constructivas separadas, que en cada caso se pueden proteger bien contra interferencias.
Por el modelo de utilidad alemán DE 20 2005 014 761 U1 se conoce un aparato de carga eléctrico construido de manera modular para baterías, que presenta al menos un módulo de potencia, que se puede unir con otros módulos de potencia o con otros componentes de aparato de carga. De este documento se desprenden, no obstante, solo pocos detalles sobre el diseño concreto y constructivo de un aparato de este tipo.
Los módulos de potencia procesan y conmutan habitualmente intensidades de corriente y/o potencias eléctricas relativamente altas, pudiendo originarse impulsos parásitos potentes y de banda ancha.
Típicas para módulos de control son, en cambio, tensiones e intensidades de corriente relativamente pequeñas y circuitos de conmutación construidos de manera comparativamente compleja. Los impulsos parásitos de módulos de potencia pueden perturbar en dichos módulos de control tensiones que perjudican las funciones del módulo de control. Tanto la propagación como la dispersión de impulsos parásitos se pueden evitar mediante el uso de carcasas metálicas. No obstante, un encapsulamiento completo de todos los módulos de un aparato eléctrico en una carcasa de metal cerrada conduce a conformaciones costosas y pesadas.
Por el documento DE 101 62 600 A1 se conoce una disposición de carcasa para un aparato eléctrico, que presenta dos partes de carcasa unidas entre sí, de las cuales una se compone de un plástico y la otra de un metal. Entre estas partes de carcasa está sujeta una placa de circuito impreso, que presenta una superficie metálica. La superficie metálica configura junto con la parte de carcasa metálica una jaula de Faraday, que protege elementos constructivos dispuestos en su interior contra radiación parásita exterior. Dentro de la carcasa de metal cerrada así formada están dispuestos componentes sensibles a radiación parásita. Los componentes de potencia están emplazados sobre el otro lado de la placa de circuito impreso, que está encerrado por una carcasa de plástico. Una radiación posible de impulsos parásitos por los componentes de potencia no se aborda en este documento.
El lado de carcasa a partir de plástico posibilita ampliar el volumen de la carcasa de aparato sin que aumente demasiado, a este respecto, el peso del aparato. La disposición de carcasa descrita presenta con ello partes de carcasa de materiales distintos, aunque en lo que respecta a las unidades de funcionamiento no muestra una estructura modular, dado que todos los componentes eléctricos están dispuestos sobre la placa de circuito impreso sostenida por ambas partes de carcasa.
Se planteó el objetivo de crear un aparato construido de manera modular con una conductividad mejorada, que se caracterizara por una buena compatibilidad electromagnética y un peso relativamente bajo y que presentara una construcción comparativamente sencilla y económica.
Este objetivo se soluciona de acuerdo con la invención mediante el aparato según la reivindicación 1.
El aparato eléctrico realizado de acuerdo con la invención como aparato eléctrico de carga presenta como componentes de módulo diferenciables un módulo de potencia y un módulo de control, estando dispuestos los componentes del módulo de control en una carcasa de plástico, que está cerrada por una placa de metal. Los
componentes de conmutación de manera habitual altamente complejos del módulo de control están protegidos por la carcasa cerrada ya bien en esta fase de montaje contra influencias ambientales.
Los elementos constructivos que pertenecen al módulo de potencia están montados en una carcasa configurada como cuerpo hueco metálico y conmutados entre sí de manera eléctrica. Un lado de carcasa del módulo de potencia permanece después del montaje de los elementos constructivos en primer lugar abierto. Solo con el ensamblaje del módulo de potencia con el módulo de control se cierra el lado de carcasa abierto del módulo de potencia por la placa de metal dispuesta en la carcasa del módulo de control. La forma y el tamaño de la placa de metal están seleccionadas, a este respecto, con preferencia de tal modo que, cuando se une al módulo de potencia, cierra al ras el lado de carcasa abierto del módulo de potencia.
Dos ejemplos de realización de la invención se representan a modo de esbozo en el dibujo y se explican en más detalle a continuación mediante el dibujo. Las Figuras 1 y 2 representan en cada caso una realización de un aparato construido de manera modular. La Figura 3 muestra un módulo de control como parte individual.
La Figura 1 muestra un primer ejemplo de realización de un aparato 10a construido de manera modular de acuerdo con la invención. El aparato 10a se compone de un módulo de potencia 1a y un módulo de control 2, cuyas carcasas 3a, 4 están fijas una a otra a través de varias uniones atornilladas 9. La carcasa 4 del módulo de control 2 se representa, al contrario que la carcasa 3a del módulo de potencia 1a, de manera transparente, de modo que se puede reconocer una placa de circuito impreso 15 dispuesta en el interior de la carcasa de módulo de control 4 con elementos constructivos electrónicos 16 -en este caso no representados- que configuran juntos una electrónica de control 11.
La electrónica de control 11 sirve para el control eléctrico de una electrónica de potencia instalada en la carcasa de módulo de potencia 3a, que no se representa de manera gráfica en el dibujo. La unión eléctrica entre el módulo de control 2 y el módulo de potencia 1a se efectúa a través de un conector de enchufe 7 representado en la Figura 3, que está dispuesto en el lado inferior del módulo de control 2. Con instalaciones eléctricas de su entorno, el módulo de potencia 1a se puede unir a través de un enchufe de conexión 5 colocado en un lado exterior de la carcasa de módulo de potencia 3a.
La electrónica de control 11 está en unión eléctrica, además, con los elementos de contacto de una conexión de interfaz 6 dispuestas en la carcasa de módulo de control 4. A través de esta conexión de interfaz 6, la electrónica de control 11 puede intercambiar señales o datos con el entorno y/o se puede abastecer desde el exterior con una tensión eléctrica.
La unión mecánica entre las carcasas 3a, 4 del módulo de potencia 1a y del módulo de control 2 discurre de manera oblicua a la superficie de base 17 del módulo de potencia 1a. Para conseguir una construcción en conjunto aproximadamente en forma de cuadrado del aparato 10a, la carcasa de módulo de control 4 presenta un perfil longitudinal en forma de cuña. Esta conformación posibilita proporcionar en una superficie lateral del módulo de control 2 suficiente espacio para la colocación de la conexión de interfaz 6 y, a este respecto, mantener relativamente pequeño, al mismo tiempo, el volumen de la carcasa de módulo de control 4.
La forma constructiva en forma de cuña de la carcasa de módulo de control 4 favorece, además, un montaje sencillo de la placa de circuito impreso 15, y en concreto especialmente cuando los contactos de la conexión de interfaz 6 están unidos directamente en la placa de circuito impreso 15. A este respecto, la pared trasera baja de la carcasa de módulo de control 4 facilita la inserción de la placa de circuito impreso 15 en la carcasa de módulo de control 4.
Por tanto, un diseño en forma de cuña de este tipo del módulo de control 2 es ventajoso, pero evidentemente no es obligatorio preverlo para la realización de la invención.
Como ya se mencionó, la carcasa de módulo de potencia 3a contiene una electrónica de potencia no representada gráficamente en este caso. Esta puede presentar, aparte de los semiconductores de potencia, también estranguladores, transformadores o componentes similares, así como cuerpos de refrigeración para la evacuación del calor de pérdida eléctrico de estos componentes. Las dimensiones de estos componentes dependen esencialmente del tamaño de una potencia útil y también de la potencia de pérdida que se va a convertir, de modo que la conversión de potencia prevista del módulo de potencia determina las dimensiones de la carcasa de módulo de potencia 3a.
La Figura 2 muestra en consecuencia un aparato eléctrico 10b construido de manera modular adicional, que está diseñado para una conversión de potencia mayor y, por tanto, presenta una carcasa de módulo de potencia 3b más grande en comparación con el aparato 10a ilustrado en la Figura 1.
De manera ventajosa, para ambos módulos de potencia 1a y 1b representados en las Figuras 1 y 2 se usan en cada caso módulos de control 2 realizados de manera idéntica. En este sentido, las adaptaciones del aparato eléctrico 10a, 10b a diferentes conversiones de potencia en cada caso solo afectan a la realización de los módulos de potencia 1a, 1b, mientras que la realización de los módulos de control 2 puede permanecer inalterada. Los módulos de control 2 se pueden elaborar así en una realización uniforme en elevados números de piezas de manera especialmente económica.
Una unión mecánica uniforme entre módulos de control 2 diseñados de manera idéntica y módulos de potencia 1a, 1b de diferente tamaño se consigue de manera sencilla de tal modo que las carcasas 3a, 3b de los módulos de potencia 1a, 1b se diferencian únicamente en sus dimensiones en dirección vertical, de modo que la construcción total de los aparatos 10a y 10b es igual en el exterior, excepto por una altura de construcción diferente.
La Figura 3 muestra el lado inferior de un módulo de control 2 representado de manera individual. Se puede reconocer una placa de metal 8, de la que sobresalen las secciones finales de varios tornillos 12. Estos tornillos 12 están guiados en cada caso a través de una solapa de atornillado 14 en la carcasa de módulo de control 4 y después a través de orificios en la placa de metal 8. En el ensamblaje del aparato eléctrico 10a o 10b se atornillan las secciones finales de los tornillos 12 en casquillos de tornillo 13 conformados en la carcasa de módulo de potencia 3a o 3b. Antes de la unión a la carcasa de módulo de potencia 3a, 3b, la placa de metal 8 puede estar premontada ya en la carcasa de módulo de control 4, por ejemplo a través de una unión de encaje a presión no representada en las figuras.
Después del atornillado se produce el estado de montaje representado en la Figura 1 o la Figura 2. El módulo de control 2 y el módulo de potencia 1a, 1b usado están unidos de manera fija entre sí por uniones atornilladas 9, en caso necesario también que se pueden volver a separar. La placa de metal 8 se encuentra ahora exactamente entre el módulo de control 2 y el módulo de potencia 1a, 1b y cierra, con ello, las aberturas de ambas carcasas de módulo 3a o 3b, 4 de manera segura en cuanto a la radiación parásita.
En este sentido es especialmente ventajoso que los componentes del módulo de potencia 1a, 1b estén rodeados ahora completamente por superficies de metal, por lo que se consigue un encapsulamiento seguro en cuanto a la radiación parásita de todos los componentes del módulo de potencia 1a, 1b. Se excluye de esto únicamente la pequeña zona en el lugar del conector de enchufe 7, que se requiere para establecer una unión eléctrica entre el módulo de control 2 y el módulo de potencia 1a, 1b. El conector de enchufe 7 se enchufa para ello antes del ensamblaje de las carcasas 3a o 3b, 4 con un conector de enchufe complementario configurado de manera complementaria en el módulo de potencia 1a, 1b o con un acoplamiento de enchufe correspondientemente conformado. Mediante una realización protegida de manera adecuada del conector de enchufe 7, se pueden mantener muy bajos los acoplamientos de radiación parásita también en la unión de enchufe entre los módulos 1a, 1b, 2.
El aparato eléctrico 10a, 10b representado en estos ejemplos de realización puede configurar, por ejemplo, un aparato de carga, que se usa a bordo de un vehículo accionado eléctricamente.
Signos de referencia
1a, 1b módulo de potencia
2 módulo de control
3a, 3b carcasa de módulo de potencia
4 carcasa de módulo de control
3a, 3b, 4 carcasa (colectivamente)
5 enchufe de conexión
6 conexión de interfaz
7 conector de enchufe
8 placa de metal
9 uniones atornilladas
10ci, 10b aparato
11 electrónica de control
12 tornillos
13 casquillos de tornillo
14 solapa de atornillado
15 placa de circuito impreso
16 elementos constructivos
17 superficie de base
Claims (4)
1. Aparato eléctrico construido de manera modular (10a, 10b), que presenta un módulo de potencia eléctrico (1a, 1b) y un módulo de control eléctrico (2) para el control eléctrico del módulo de potencia (1a, 1b), presentando el módulo de potencia (1a, 1b) y el módulo de control (2) carcasas (3a, 3b, 4) unidas entre sí o que se pueden unir entre sí, presentando el aparato eléctrico construido de manera modular (10a, 10b) superficies de carcasa exteriores de metal y de plástico,
presentando la carcasa (4) del módulo de control (2) un lado abierto, que está cerrado por una placa de metal (8), estando configurada la carcasa (3a, 3b) del módulo de potencia (1a, 1b) como un cuerpo hueco de metal, que presenta un lado abierto, y la placa de metal (8), dispuesta en el módulo de control (2), cerrando, después del ensamblaje de las carcasas (4, 3a, 3b) del módulo de control (2) y del módulo de potencia (1a, 1b), el lado abierto de la carcasa (3a, 3b) del módulo de potencia (1a, 1b),
caracterizado
por que el aparato (10a, 10b) es un aparato eléctrico de carga y por que la carcasa (4) del módulo de control (2) está configurada como un cuerpo hueco de plástico.
2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por que un conector de enchufe eléctrico (7) está guiado a través de la placa de metal (8).
3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por que módulos de potencia (1a, 1b) realizados de manera diferente se pueden ensamblar cada uno con un módulo de control (2) de manera uniforme para formar un aparato eléctrico (10a, 10b).
4. Aparato según la reivindicación 3, caracterizado por que módulos de potencia (1a, 1b) realizados de manera diferente se distinguen entre sí por su altura de construcción y su potencia de conexión eléctrica.
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