具有h橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)。它包括散熱器、控制元器件和安裝于散熱器頂部的殼體，控制元器件包括控制板、電容板、驅(qū)動(dòng)板、銅排和功率驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)板貼合散熱器安裝，電容板位于驅(qū)動(dòng)板上方；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括與外接電機(jī)勵(lì)磁繞組之間通過銅排和驅(qū)動(dòng)板連接形成H橋電路的四組MOSFET管和與電機(jī)電樞繞組并聯(lián)的續(xù)流二極管，控制板控制四組MOSFET管的開啟和關(guān)閉。本發(fā)明采用MOSFET管組成H橋來實(shí)現(xiàn)換向，可完全替代直流換向接觸器，實(shí)現(xiàn)換向意圖，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，線路布局合理、寄生電感低，散熱性能好，系統(tǒng)可靠性高。
【專利說明】具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率I吳塊組結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)觀光車是屬于區(qū)域用電動(dòng)車的一種，是種專為旅游景區(qū)、公園、大型游樂園、封閉社區(qū)、校園、花園式酒店、度假村、別墅區(qū)、城市步行街、港口等區(qū)域開發(fā)的自駕游、區(qū)域巡邏、代步專用的環(huán)保型電動(dòng)乘用車輛。電動(dòng)觀光車一般采用蓄電池供電方式，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用串勵(lì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或他勵(lì)驅(qū)動(dòng)、交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0003]串勵(lì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有啟動(dòng)扭矩大、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，故一般是作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選，串勵(lì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電樞和勵(lì)磁采用串聯(lián)方式連接，電流大小和方向相同，因此需要采用換向器來改變電流方向?qū)崿F(xiàn)換向。現(xiàn)有改變電流方向都是通過直流換向接觸器實(shí)現(xiàn)的，但直流換向接觸器造價(jià)比較貴，而且體積大、重量大；同時(shí)因其防護(hù)性能差、觸點(diǎn)易氧化，而導(dǎo)致故障率高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述【背景技術(shù)】存在的不足，提供一種成本低、可靠性聞的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率I旲塊組結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，包括散熱器、固定在散熱器上的控制元器件和覆蓋在控制元器件上的殼體，所述控制元器件包括控制板、電容板、驅(qū)動(dòng)板、銅排和功率驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)板貼合散熱器安裝，所述電容板位于驅(qū)動(dòng)板上方；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括與外接電機(jī)勵(lì)磁繞組之間通過銅排和驅(qū)動(dòng)板連接形成H橋電路的四組MOSFET管和與電機(jī)電樞繞組并聯(lián)的續(xù)流二極管，所述控制板控制四組MOSFET管的開啟和關(guān)閉。
[0006]進(jìn)一步地，所述銅排包括間隔布置在驅(qū)動(dòng)板上的第一銅排、第二銅排、第三銅排、第四銅排、第五銅排、第六銅排和第七銅排，所述第六銅排連接在第四銅排和第七銅排之間，銅排和驅(qū)動(dòng)板一起通絕緣套和螺釘鎖緊在散熱器上。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一銅排和第二銅排長度相同且平行間隔布置，所述第三銅排和第四銅排在第二銅排同一側(cè)間隔布置，第三銅排(28)和第四銅排(29)的長度均小于第二銅排的長度，所述第五銅排位于第七銅排下方疊層布置，所述第五銅排與第七銅排之間通過絕緣條隔開，所述第一銅排與第二銅排之間的距離、第三銅排與第二銅排之間的距離、第四銅排與第二銅排之間的距離以及第三銅排與第五銅排之間的距離均相同。
[0008]進(jìn)一步地，所述四組MOSFET管分別為MOSFET管Q1、M0SFET管Q2、M0SFET管Q3和MOSFET管Q4，所述MOSFET管Ql和MOSFET管Q2間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板上分別位于第二銅排和第三銅排之間以及第二銅排和第四銅排之間，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板上分別位于第三銅排和第五銅排之間以及第四銅排和第五銅排之間。
[0009]進(jìn)一步地，所述第二銅排與MOSFET管Ql和MOSFET管Q2的漏極連接，所述第三銅排與MOSFET管Ql的源極和MOSFET管Q3的漏極連接，所述第四銅排與MOSFET管Q2的源極和MOSFET管Q4的漏極連接，所述第七銅排與MOSFET管Q3和MOSFET管Q4的源極連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述續(xù)流二極管焊接在驅(qū)動(dòng)板上位于第一銅排和第二銅排之間，其陰陽兩極分別與第一銅排和第二銅排電連接，所述第一銅排和第二銅排端部分別引出端子作為連接電機(jī)電樞繞組兩端的輸出端，所述第三銅排和第七銅排端部分別引出端子作為連接電機(jī)勵(lì)磁繞組兩端的輸出端。
[0011]進(jìn)一步地，所述第一銅排和第五銅排分別作為正極和負(fù)極，其頂部分別固定有第一銅箔和第二銅箔，所述電容板兩端分別與第一銅箔和第二銅箔固定連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述電容板一端插有第一塑料塊，第一塑料塊內(nèi)鎖入螺釘將電容板、第一銅箔、第一銅排、驅(qū)動(dòng)板與散熱器壓緊；電容板另一端插有絕緣套，絕緣套內(nèi)鎖入螺釘將電容板、第二銅箔、第五銅排、驅(qū)動(dòng)板與散熱器壓緊。
[0013]更進(jìn)一步地，所示第一銅箔和第二銅箔均為槽型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部分別夾有第二塑料塊和第三塑料塊。
[0014]本發(fā)明采用MOSFET管組成H橋來實(shí)現(xiàn)換向，可完全替代直流換向接觸器，實(shí)現(xiàn)換向意圖。采用銅排連接MOSFET管及續(xù)流二極管，線路連接簡單，成本低，也降低了線路寄生電感；銅排與MOSFET管之間采用平行放置方式，保證每個(gè)MOSFET管與銅排之間等距離，每個(gè)MOSFET管流過電流相同，線路布局合理；M0SFET管與驅(qū)動(dòng)板之間采用貼片焊接工藝，銅排貼近MOSFET管和續(xù)流二極管，電流從MOSFET管直接到銅排，提高了系統(tǒng)的過大電流能力；同時(shí)鋁基板散熱器性能好，系統(tǒng)可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明殼體打開后的內(nèi)部立體圖。
[0017]圖3為本發(fā)明內(nèi)部各功率模塊的連接圖。
[0018]圖4為本發(fā)明功率驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
[0019]圖5為本發(fā)明功率電子元器件與銅排的連接圖。
[0020]圖6為本發(fā)明支撐電容板一端的銅箔加塑料塊的立體圖。
[0021]圖7為本發(fā)明支撐電容板另一端的銅箔加塑料塊的立體圖。
[0022]圖8為本發(fā)明銅排的一種立體圖。
[0023]圖9為本發(fā)明銅排的另一種立體圖。
[0024]圖10為本發(fā)明銅排的再一種立體圖。
[0025]其中:1-散熱器；2-殼體；3_外殼；4_9_電極；10-控制板；11_電容板；12_驅(qū)動(dòng)板；13-第一銅箔；14-第二銅箔；15-第一塑料塊；16-第二塑料塊；17-第一絕緣套；18_第三塑料塊；19_ 第二絕緣套；20_ 絕緣帽；21-M0SFET 管 Ql ;22_M0SFET 管 Q2 ;23_M0SFET 管Q3 ；24-M0SFET管Q4 ;25_續(xù)流二極管；26_第一銅排；27_第二銅排；28_第三銅排；29_第四銅排；30_第五銅排；31_第六銅排；32_第七銅排；33_絕緣條。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0027]如圖1-5所示，本發(fā)明的包括散熱器1、控制元器件和安裝于散熱器頂部的殼體2，所述控制元器件位于殼體2內(nèi)部，所述控制元器件包括控制板10、電容板11、驅(qū)動(dòng)板12、銅排和功率驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)板12貼合散熱器I安裝，所述電容板11位于驅(qū)動(dòng)板12上方通過銅箔與驅(qū)動(dòng)板連接，電容板11用于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)補(bǔ)償電流和吸收電源電壓尖峰。所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括四組MOSFET管和續(xù)流二極管25 (Dl)，所述四組MOSFET管與外接的電機(jī)勵(lì)磁繞組LI通過銅排和驅(qū)動(dòng)板12連接形成H橋電路，外接的電機(jī)勵(lì)磁繞組LI與電機(jī)電樞繞組M以串勵(lì)方式連接，所述控制板10控制四組MOSFET管的開啟和關(guān)閉，續(xù)流二極管25 (Dl)與電機(jī)電樞繞組M并聯(lián)。銅排和驅(qū)動(dòng)板12 —起通絕緣套和螺釘鎖緊在散熱器上，螺釘加絕緣套組合保證銅排與驅(qū)動(dòng)板12接觸導(dǎo)電，同時(shí)絕緣套將螺釘和銅排等隔開，保證螺釘與內(nèi)部電氣件絕緣。銅排包括間隔布置在驅(qū)動(dòng)板12上的第一銅排26、第二銅排27、第三銅排28、第四銅排29、第五銅排30、第六銅排31和第七銅排32，第六銅排31連接在第四銅排29和第七銅排32之間。具體的排列方式為:第一銅排26和第二銅排27長度相同且平行間隔布置，所述第三銅排28和第四銅排29長度小于第二銅排27長度且在第二銅排27同一側(cè)間隔同軸布置，第五銅排30位于第七銅排32下方疊層平行布置，所述第五銅排30與第七銅排32之間通過絕緣條33隔開，所述第一銅排26與第二銅排27之間的距離、第三銅排28與第二銅排27之間的距離、第四銅排29與第二銅排27之間的距離以及第三銅排28與第五銅排30之間的距離均相同。
[0028]如圖1所示為本發(fā)明的外形示意圖，散熱器I在底部，控制器功率件及控制元器件在控制器殼體2內(nèi)部，散熱器上還可以在外殼3內(nèi)設(shè)置其它的外圍器件。電極4和5分別連接外部電池的正極和負(fù)極，電極6、7、8、9分別連接電機(jī)的四個(gè)接線端子(A1、A2、D1、D2)。
[0029]圖2為殼體2打開后的內(nèi)部連接圖，驅(qū)動(dòng)板12在最下層，材質(zhì)為鋁基板，涂覆導(dǎo)熱硅脂后與散熱器I緊密貼合，電容板11在驅(qū)動(dòng)板12上方，與驅(qū)動(dòng)板12通過銅箔加塑料塊方式固定，同時(shí)又保證電氣連接，控制板10在驅(qū)動(dòng)板12的一側(cè)上方，通過絕緣塊墊高固定。
[0030]圖3為內(nèi)部各功率模塊的連接圖，電容板11兩端底部分別設(shè)置第一銅箔13和第二銅箔14，第一銅箔13下方與第一銅排26接觸，可以將第一銅排26上的正極電源連接到電容板11上，在電容板11上插入第一塑料塊15，然后鎖入螺釘將第一塑料塊15、第一銅箔13、第一銅排26、驅(qū)動(dòng)板12與散熱器I壓緊,保證第一銅箔13與第一銅排26和電容板11導(dǎo)電接觸良好；第二銅箔14下方與第五銅排30連接，將第五銅排30上的負(fù)極電源連接到電容板11上，然后通過兩個(gè)第一絕緣套17加螺釘將電容板11、第二銅箔14、第五銅排30、驅(qū)動(dòng)板12與散熱器I壓緊，保證負(fù)極電源接觸導(dǎo)電性良好。第一銅箔13和第二銅箔14均為槽型結(jié)構(gòu)，其開口朝向一側(cè)水平放置，內(nèi)部分別夾有第二塑料塊16和第三塑料塊18，將電容板11墊高，以拉開電容板11與其它銅排之間的距離，防止電容板11距離其它銅排過近影響銅排導(dǎo)電。電容板11底部的第二銅排27、第三銅排28、第四銅排29與驅(qū)動(dòng)板12分別通過第二絕緣套19和螺釘鎖緊在散熱器I上，然后將絕緣帽20蓋在第二絕緣套19內(nèi)的螺釘上防止螺釘與電容板的弓I腳短路。
[0031]圖4為功率驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，電機(jī)電樞繞組M與電機(jī)勵(lì)磁繞組LI以串勵(lì)方式連接，四組MOSFET管與電機(jī)勵(lì)磁繞組LI組成H橋電路，通過控制板10給定的信號(hào)，控制開啟H橋四組MOSFET管的開啟和關(guān)斷，達(dá)到可以切換勵(lì)磁電流方向的作用，同時(shí)也可以續(xù)流勵(lì)磁的電流。續(xù)流二極管Dl與電機(jī)電樞繞組M并聯(lián)，可以在PWM關(guān)斷時(shí)可以把電機(jī)電樞繞組M上的反電勢續(xù)流到電機(jī)電樞繞組M中。
[0032]圖5為功率電子元器件與銅排的連接圖，續(xù)流二極管25 (Dl)通過貼片工藝焊接在驅(qū)動(dòng)板12上位于第一銅排26和第二銅排27之間，其陰陽兩極分別通過驅(qū)動(dòng)板12上的銅箔與第一銅排26和第二銅排27連接，同時(shí)第一銅排26和第二銅排27的端部分別引出端子作為輸出端(即圖1中的電極6和7)與電機(jī)電樞繞組M的兩端連接。四組MOSFET管別為MOSFET 管 21 (Ql)、MOSFET 管 22 (Q2)、MOSFET 管 23 (Q3)和 MOSFET 管 24 (Q4)，其中，MOSFET管21 (Ql)和MOSFET管22 (Q2)間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板12上分別位于第二銅排27和第三銅排28之間以及第二銅排27和第四銅排29之間，MOSFET管23 (Q3)和MOSFET管24 (Q4)間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板12上分別位于第三銅排28和第五銅排30之間以及第四銅排29和第五銅排30之間；第二銅排27與MOSFET管21 (Ql)和MOSFET管22 (Q2)的漏極連接，第三銅排28與MOSFET管21 (Ql)的源極和MOSFET管23 (Q3)的漏極連接，第四銅排29與MOSFET管22 (Q2)的源極和MOSFET管24 (Q4)的漏極連接，第七銅排32與MOSFET管23 (Q3)和MOSFET管24(Q4)的源極連接。同時(shí)，第一銅排26引出端子(即圖1中的電極4)與電池E正極連接，第五銅排30引出端子(即圖1中的電極5)與電池負(fù)極連接。第六銅排31連接在第四銅排29與第七銅排32之間，第三銅排28和第七銅排32端部分別引出端子作為輸出端(即圖1中的電極8和9)與電機(jī)勵(lì)磁繞組LI的兩端相連接。
[0033]圖6和圖7為分別支撐電容板11兩端的銅箔加塑料塊的立體圖，采用銅箔夾塑料塊墊高電容板11，材料成本低，又可起導(dǎo)電作用。
[0034]圖8-10為銅排示意圖，銅排均采用紫銅型材，沖孔折彎后電鍍處理，防止銅排表面氧化影響與驅(qū)動(dòng)板表面接觸導(dǎo)電。銅排底部螺釘孔周邊均作了倒角，保證銅排與散熱器有一定的電氣間隙，保證絕緣耐壓可達(dá)500V。其中第一銅排26、第二銅排27、第三銅排28和第五銅排30示意圖均如圖8所示，其端部折彎抬高引出作為電極；第四銅排29和第七銅排32示意圖如圖9所示；第六銅排31示意圖如圖9所示，用以連接處于不同高度的第四銅排29和第七銅排32。
[0035]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu),其特征在于:包括散熱器(I)、固定在散熱器上的控制元器件和覆蓋在控制元器件上的殼體(2)，所述控制元器件包括控制板(10)、電容板(11)、驅(qū)動(dòng)板(12)、銅排和功率驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)板(12)貼合散熱器(I)安裝，所述電容板(11)位于驅(qū)動(dòng)板(12)上方；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括與外接電機(jī)勵(lì)磁繞組LI之間通過銅排和驅(qū)動(dòng)板連接形成H橋電路的四組MOSFET管和與電機(jī)電樞繞組M并聯(lián)的續(xù)流二極管D1，所述控制板控制四組MOSFET管的開啟和關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述銅排包括間隔布置在驅(qū)動(dòng)板(12)上的第一銅排(26)、第二銅排(27)、第三銅排(28)、第四銅排(29)、第五銅排(30)、第六銅排(31)和第七銅排(32)，所述第六銅排(31)連接在第四銅排(29)和第七銅排(32)之間，銅排和驅(qū)動(dòng)板(12) —起通絕緣套和螺釘鎖緊在散熱器⑴上。
3.如權(quán)利要求2所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅排(26)和第二銅排(27)長度相同且平行間隔布置，所述第三銅排(28)和第四銅排(29)在第二銅排同一側(cè)間隔布置，第三銅排(28)和第四銅排(29)的長度均小于第二銅排的長度，所述第五銅排(30)位于第七銅排(32)下方疊層布置，所述第五銅排(30)與第七銅排(32)之間通過絕緣條(33)隔開，所述第一銅排與第二銅排之間的距離、第三銅排與第二銅排之間的距離、第四銅排與第二銅排之間的距離以及第三銅排與第五銅排之間的距離均相同。
4.如權(quán)利要求3所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述四組MOSFET管分別為MOSFET管Q1、M0SFET管Q2、M0SFET管Q3和MOSFET管Q4，所述MOSFET管Ql和MOSFET管Q2間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板上分別位于第二銅排(27)和第三銅排(28)之間以及第二銅排(27)和第四銅排(29)之間，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4間隔焊接在驅(qū)動(dòng)板上分別位于第三銅排(28)和第五銅排(30)之間以及第四銅排(29)和第五銅排(30)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二銅排(27)與MOSFET管Ql和MOSFET管Q2的漏極連接，所述第三銅排(28)與MOSFET管Ql的源極和MOSFET管Q3的漏極連接，所述第四銅排(29)與MOSFET管Q2的源極和MOSFET管Q4的漏極連接，所述第七銅排(32)與MOSFET管Q3和MOSFET管Q4的源極連接。
6.如權(quán)利要求2所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述續(xù)流二極管Dl焊接在驅(qū)動(dòng)板上位于第一銅排(26)和第二銅排(27)之間，其陰陽兩極分別與第一銅排(26)和第二銅排(27)連接，所述第一銅排(26)和第二銅排(27)端部分別引出端子作為連接電機(jī)電樞繞組M兩端的輸出端，所述第三銅排(28)和第七銅排(32)端部分別引出端子作為連接電機(jī)勵(lì)磁繞組LI兩端的輸出端。
7.如權(quán)利要求2所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅排(26)和第五銅排(30)分別作為正極和負(fù)極，其頂部分別固定有第一銅箔(13)和第二銅箔(14)，所述電容板(11)兩端分別通過第一銅箔(13)和第二銅箔(14)與第一銅排(26)和第五銅排(30)連接。
8.如權(quán)利要求6所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電容板(11) 一端插有第一塑料塊(15)，第一塑料塊(15)內(nèi)鎖入螺釘將電容板(11)、第一銅箔(13)、第一銅排(26)、驅(qū)動(dòng)板(12)與散熱器⑴壓緊；電容板(11)另一端插有第一絕緣套(17)，第一絕緣套(17)內(nèi)鎖入螺釘將電容板(11)、第二銅箔(14)、第五銅排(30)、驅(qū)動(dòng)板(12)與散熱器(I)壓緊。
9.如權(quán)利要求6所述的具有H橋換向功能的串勵(lì)電機(jī)控制器功率模塊組結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一銅箔(13)和第二銅箔(14)均為槽型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部分別夾有第二塑料塊(16)和第三塑料塊(18)。
【文檔編號(hào)】H02P7/28GK104300853SQ201410547021
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】王平, 余向東, 陳銀燭, 王亞泉, 雷剛, 曾易 申請人:東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司