具有h桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于电动汽车【技术领域】，具体涉及一种具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构。它包括散热器、控制元器件和安装于散热器顶部的壳体，控制元器件包括控制板、电容板、驱动板、铜排和功率驱动模块，驱动板贴合散热器安装，电容板位于驱动板上方；所述功率驱动模块包括与外接电机励磁绕组之间通过铜排和驱动板连接形成H桥电路的四组MOSFET管和与电机电枢绕组并联的续流二极管，控制板控制四组MOSFET管的开启和关闭。本实用新型采用MOSFET管组成H桥来实现换向，可完全替代直流换向接触器，实现换向意图，结构简单、成本低，线路布局合理、寄生电感低，散热性能好，系统可靠性高。
【专利说明】具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电动汽车【技术领域】，具体涉及一种具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构。
【背景技术】
[0002]电动观光车是属于区域用电动车的一种，是种专为旅游景区、公园、大型游乐园、封闭社区、校园、花园式酒店、度假村、别墅区、城市步行街、港口等区域开发的自驾游、区域巡逻、代步专用的环保型电动乘用车辆。电动观光车一般采用蓄电池供电方式，电机驱动系统一般采用串励电机驱动系统或他励驱动、交流驱动系统。
[0003]串励电机驱动系统具有启动扭矩大、过载能力强的特点，故一般是作为电机驱动系统的首选，串励电机驱动系统的电枢和励磁采用串联方式连接，电流大小和方向相同，因此需要采用换向器来改变电流方向实现换向。现有改变电流方向都是通过直流换向接触器实现的，但直流换向接触器造价比较贵，而且体积大、重量大；同时因其防护性能差、触点易氧化，而导致故障率高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的就是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提供一种成本低、可罪性闻的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率I旲块组结构。
[0005]本实用新型采用的技术方案是:一种具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，包括散热器、固定在散热器上的控制元器件和覆盖在控制元器件上的壳体，所述控制元器件包括控制板、电容板、驱动板、铜排和功率驱动模块，所述驱动板贴合散热器安装，所述电容板位于驱动板上方；所述功率驱动模块包括与外接电机励磁绕组之间通过铜排和驱动板连接形成H桥电路的四组MOSFET管和与电机电枢绕组并联的续流二极管，所述控制板控制四组MOSFET管的开启和关闭。
[0006]进一步地，所述铜排包括间隔布置在驱动板上的第一铜排、第二铜排、第三铜排、第四铜排、第五铜排、第六铜排和第七铜排，所述第六铜排连接在第四铜排和第七铜排之间，铜排和驱动板一起通绝缘套和螺钉锁紧在散热器上。
[0007]进一步地，所述第一铜排和第二铜排长度相同且平行间隔布置，所述第三铜排和第四铜排在第二铜排同一侧间隔布置，第三铜排(28)和第四铜排(29)的长度均小于第二铜排的长度，所述第五铜排位于第七铜排下方叠层布置，所述第五铜排与第七铜排之间通过绝缘条隔开，所述第一铜排与第二铜排之间的距离、第三铜排与第二铜排之间的距离、第四铜排与第二铜排之间的距离以及第三铜排与第五铜排之间的距离均相同。
[0008]进一步地，所述四组MOSFET管分别为MOSFET管Q1、M0SFET管Q2、M0SFET管Q3和MOSFET管Q4，所述MOSFET管Ql和MOSFET管Q2间隔焊接在驱动板上分别位于第二铜排和第三铜排之间以及第二铜排和第四铜排之间，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4间隔焊接在驱动板上分别位于第三铜排和第五铜排之间以及第四铜排和第五铜排之间。
[0009]进一步地，所述第二铜排与MOSFET管Ql和MOSFET管Q2的漏极连接，所述第三铜排与MOSFET管Ql的源极和MOSFET管Q3的漏极连接，所述第四铜排与MOSFET管Q2的源极和MOSFET管Q4的漏极连接，所述第七铜排与MOSFET管Q3和MOSFET管Q4的源极连接。
[0010]进一步地，所述续流二极管焊接在驱动板上位于第一铜排和第二铜排之间，其阴阳两极分别与第一铜排和第二铜排电连接，所述第一铜排和第二铜排端部分别引出端子作为连接电机电枢绕组两端的输出端，所述第三铜排和第七铜排端部分别引出端子作为连接电机励磁绕组两端的输出端。
[0011]进一步地，所述第一铜排和第五铜排分别作为正极和负极，其顶部分别固定有第一铜箔和第二铜箔，所述电容板两端分别与第一铜箔和第二铜箔固定连接。
[0012]进一步地，所述电容板一端插有第一塑料块，第一塑料块内锁入螺钉将电容板、第一铜箔、第一铜排、驱动板与散热器压紧；电容板另一端插有绝缘套，绝缘套内锁入螺钉将电容板、第二铜箔、第五铜排、驱动板与散热器压紧。
[0013]更进一步地，所示第一铜箔和第二铜箔均为槽型结构，其内部分别夹有第二塑料块和第三塑料块。
[0014]本实用新型采用MOSFET管组成H桥来实现换向，可完全替代直流换向接触器，实现换向意图。采用铜排连接MOSFET管及续流二极管，线路连接简单，成本低，也降低了线路寄生电感；铜排与MOSFET管之间采用平行放置方式，保证每个MOSFET管与铜排之间等距离，每个MOSFET管流过电流相同，线路布局合理；M0SFET管与驱动板之间采用贴片焊接工艺，铜排贴近MOSFET管和续流二极管，电流从MOSFET管直接到铜排，提高了系统的过大电流能力；同时铝基板散热器性能好，系统可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的外形结构示意图。
[0016]图2为本实用新型壳体打开后的内部立体图。
[0017]图3为本实用新型内部各功率模块的连接图。
[0018]图4为本实用新型功率驱动电路的原理图。
[0019]图5为本实用新型功率电子元器件与铜排的连接图。
[0020]图6为本实用新型支撑电容板一端的铜箔加塑料块的立体图。
[0021]图7为本实用新型支撑电容板另一端的铜箔加塑料块的立体图。
[0022]图8为本实用新型铜排的一种立体图。
[0023]图9为本实用新型铜排的另一种立体图。
[0024]图10为本实用新型铜排的再一种立体图。
[0025]其中:1-散热器；2-壳体；3_外壳；4一9-电极；10-控制板；11_电容板；12_驱动板；13-第一铜箔；14-第二铜箔；15-第一塑料块；16-第二塑料块；17-第一绝缘套；18_第三塑料块；19_ 第二绝缘套；20_ 绝缘帽；21-M0SFET 管 Ql ;22_M0SFET 管 Q2 ;23_M0SFET 管Q3 ；24-M0SFET管Q4 ;25_续流二极管；26_第一铜排；27_第二铜排；28_第三铜排；29_第四铜排；30_第五铜排；31_第六铜排；32_第七铜排；33_绝缘条。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。
[0027]如图1-5所示，本实用新型的包括散热器1、控制元器件和安装于散热器顶部的壳体2，所述控制元器件位于壳体2内部，所述控制元器件包括控制板10、电容板11、驱动板
12、铜排和功率驱动模块，所述驱动板12贴合散热器I安装，所述电容板11位于驱动板12上方通过铜箔与驱动板连接，电容板11用于电机启动时补偿电流和吸收电源电压尖峰。所述功率驱动模块包括四组MOSFET管和续流二极管25 (Dl)，所述四组MOSFET管与外接的电机励磁绕组LI通过铜排和驱动板12连接形成H桥电路，外接的电机励磁绕组LI与电机电枢绕组M以串励方式连接，所述控制板10控制四组MOSFET管的开启和关闭，续流二极管25 (Dl)与电机电枢绕组M并联。铜排和驱动板12 —起通绝缘套和螺钉锁紧在散热器上，螺钉加绝缘套组合保证铜排与驱动板12接触导电，同时绝缘套将螺钉和铜排等隔开，保证螺钉与内部电气件绝缘。铜排包括间隔布置在驱动板12上的第一铜排26、第二铜排27、第三铜排28、第四铜排29、第五铜排30、第六铜排31和第七铜排32，第六铜排31连接在第四铜排29和第七铜排32之间。具体的排列方式为:第一铜排26和第二铜排27长度相同且平行间隔布置，所述第三铜排28和第四铜排29长度小于第二铜排27长度且在第二铜排27同一侧间隔同轴布置，第五铜排30位于第七铜排32下方叠层平行布置，所述第五铜排30与第七铜排32之间通过绝缘条33隔开，所述第一铜排26与第二铜排27之间的距离、第三铜排28与第二铜排27之间的距离、第四铜排29与第二铜排27之间的距离以及第三铜排28与第五铜排30之间的距离均相同。
[0028]如图1所示为本实用新型的外形示意图，散热器I在底部，控制器功率件及控制元器件在控制器壳体2内部,散热器上还可以在外壳3内设置其它的外围器件。电极4和5分别连接外部电池的正极和负极，电极6、7、8、9分别连接电机的四个接线端子(A1、A2、D1、D2)。
[0029]图2为壳体2打开后的内部连接图，驱动板12在最下层，材质为铝基板，涂覆导热硅脂后与散热器I紧密贴合，电容板11在驱动板12上方，与驱动板12通过铜箔加塑料块方式固定，同时又保证电气连接，控制板10在驱动板12的一侧上方，通过绝缘块垫高固定。
[0030]图3为内部各功率模块的连接图，电容板11两端底部分别设置第一铜箔13和第二铜箔14，第一铜箔13下方与第一铜排26接触，可以将第一铜排26上的正极电源连接到电容板11上，在电容板11上插入第一塑料块15，然后锁入螺钉将第一塑料块15、第一铜箔
13、第一铜排26、驱动板12与散热器I压紧,保证第一铜箔13与第一铜排26和电容板11导电接触良好；第二铜箔14下方与第五铜排30连接，将第五铜排30上的负极电源连接到电容板11上，然后通过两个第一绝缘套17加螺钉将电容板11、第二铜箔14、第五铜排30、驱动板12与散热器I压紧，保证负极电源接触导电性良好。第一铜箔13和第二铜箔14均为槽型结构，其开口朝向一侧水平放置，内部分别夹有第二塑料块16和第三塑料块18，将电容板11垫高，以拉开电容板11与其它铜排之间的距离，防止电容板11距离其它铜排过近影响铜排导电。电容板11底部的第二铜排27、第三铜排28、第四铜排29与驱动板12分别通过第二绝缘套19和螺钉锁紧在散热器I上，然后将绝缘帽20盖在第二绝缘套19内的螺钉上防止螺钉与电容板的弓I脚短路。
[0031]图4为功率驱动电路的原理图，电机电枢绕组M与电机励磁绕组LI以串励方式连接，四组MOSFET管与电机励磁绕组LI组成H桥电路，通过控制板10给定的信号，控制开启H桥四组MOSFET管的开启和关断，达到可以切换励磁电流方向的作用，同时也可以续流励磁的电流。续流二极管Dl与电机电枢绕组M并联，可以在PWM关断时可以把电机电枢绕组M上的反电势续流到电机电枢绕组M中。
[0032]图5为功率电子元器件与铜排的连接图，续流二极管25 (Dl)通过贴片工艺焊接在驱动板12上位于第一铜排26和第二铜排27之间，其阴阳两极分别通过驱动板12上的铜箔与第一铜排26和第二铜排27连接，同时第一铜排26和第二铜排27的端部分别引出端子作为输出端(即图1中的电极6和7)与电机电枢绕组M的两端连接。四组MOSFET管别为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)间隔焊接在驱动板12上分别位于第二铜排27和第三铜排28之间以及第二铜排27和第四铜排29之间，MOSFET管23 (Q3)和MOSFET管24 (Q4)间隔焊接在驱动板12上分别位于第三铜排28和第五铜排30之间以及第四铜排29和第五铜排30之间；第二铜排27与MOSFET管21 (Ql)和MOSFET管22 (Q2)的漏极连接，第三铜排28与MOSFET管21 (Ql)的源极和MOSFET管23 (Q3)的漏极连接，第四铜排29与MOSFET管22 (Q2)的源极和MOSFET管24 (Q4)的漏极连接，第七铜排32与MOSFET管23 (Q3)和MOSFET管24(Q4)的源极连接。同时，第一铜排26引出端子(即图1中的电极4)与电池E正极连接，第五铜排30引出端子(即图1中的电极5)与电池负极连接。第六铜排31连接在第四铜排29与第七铜排32之间，第三铜排28和第七铜排32端部分别引出端子作为输出端(即图1中的电极8和9)与电机励磁绕组LI的两端相连接。
[0033]图6和图7为分别支撑电容板11两端的铜箔加塑料块的立体图，采用铜箔夹塑料块垫高电容板11，材料成本低，又可起导电作用。
[0034]图8-10为铜排示意图，铜排均采用紫铜型材，冲孔折弯后电镀处理，防止铜排表面氧化影响与驱动板表面接触导电。铜排底部螺钉孔周边均作了倒角，保证铜排与散热器有一定的电气间隙，保证绝缘耐压可达500V。其中第一铜排26、第二铜排27、第三铜排28和第五铜排30示意图均如图8所示，其端部折弯抬高引出作为电极；第四铜排29和第七铜排32示意图如图9所示；第六铜排31示意图如图9所示，用以连接处于不同高度的第四铜排29和第七铜排32。
[0035]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构,其特征在于:包括散热器(I)、固定在散热器上的控制元器件和覆盖在控制元器件上的壳体(2)，所述控制元器件包括控制板(10)、电容板(11)、驱动板(12)、铜排和功率驱动模块，所述驱动板(12)贴合散热器(I)安装，所述电容板(11)位于驱动板(12)上方；所述功率驱动模块包括与外接电机励磁绕组LI之间通过铜排和驱动板连接形成H桥电路的四组MOSFET管和与电机电枢绕组M并联的续流二极管D1，所述控制板控制四组MOSFET管的开启和关闭。
2.如权利要求1所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述铜排包括间隔布置在驱动板(12)上的第一铜排(26)、第二铜排(27)、第三铜排(28)、第四铜排(29)、第五铜排(30)、第六铜排(31)和第七铜排(32)，所述第六铜排(31)连接在第四铜排(29)和第七铜排(32)之间，铜排和驱动板(12) —起通绝缘套和螺钉锁紧在散热器⑴上。
3.如权利要求2所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述第一铜排(26)和第二铜排(27)长度相同且平行间隔布置，所述第三铜排(28)和第四铜排(29)在第二铜排同一侧间隔布置，第三铜排(28)和第四铜排(29)的长度均小于第二铜排的长度，所述第五铜排(30)位于第七铜排(32)下方叠层布置，所述第五铜排(30)与第七铜排(32)之间通过绝缘条(33)隔开，所述第一铜排与第二铜排之间的距离、第三铜排与第二铜排之间的距离、第四铜排与第二铜排之间的距离以及第三铜排与第五铜排之间的距离均相同。
4.如权利要求3所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述四组MOSFET管分别为MOSFET管Q1、M0SFET管Q2、M0SFET管Q3和MOSFET管Q4，所述MOSFET管Ql和MOSFET管Q2间隔焊接在驱动板上分别位于第二铜排(27)和第三铜排(28)之间以及第二铜排(27)和第四铜排(29)之间，所述MOSFET管Q3和MOSFET管Q4间隔焊接在驱动板上分别位于第三铜排(28)和第五铜排(30)之间以及第四铜排(29)和第五铜排(30)之间。
5.如权利要求4所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述第二铜排(27)与MOSFET管Ql和MOSFET管Q2的漏极连接，所述第三铜排(28)与MOSFET管Ql的源极和MOSFET管Q3的漏极连接，所述第四铜排(29)与MOSFET管Q2的源极和MOSFET管Q4的漏极连接，所述第七铜排(32)与MOSFET管Q3和MOSFET管Q4的源极连接。
6.如权利要求2所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述续流二极管Dl焊接在驱动板上位于第一铜排(26)和第二铜排(27)之间，其阴阳两极分别与第一铜排(26)和第二铜排(27)连接，所述第一铜排(26)和第二铜排(27)端部分别引出端子作为连接电机电枢绕组M两端的输出端，所述第三铜排(28)和第七铜排(32)端部分别引出端子作为连接电机励磁绕组LI两端的输出端。
7.如权利要求2所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述第一铜排(26)和第五铜排(30)分别作为正极和负极，其顶部分别固定有第一铜箔(13)和第二铜箔(14)，所述电容板(11)两端分别通过第一铜箔(13)和第二铜箔(14)与第一铜排(26)和第五铜排(30)连接。
8.如权利要求6所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述电容板(11) 一端插有第一塑料块(15)，第一塑料块(15)内锁入螺钉将电容板(11)、第一铜箔(13)、第一铜排(26)、驱动板(12)与散热器⑴压紧；电容板(11)另一端插有第一绝缘套(17)，第一绝缘套(17)内锁入螺钉将电容板(11)、第二铜箔(14)、第五铜排(30)、驱动板(12)与散热器(I)压紧。
9.如权利要求6所述的具有H桥换向功能的串励电机控制器功率模块组结构，其特征在于:所述第一铜箔(13)和第二铜箔(14)均为槽型结构，其内部分别夹有第二塑料块(16)和第三塑料块(18)。
【文档编号】H02P7/28GK204216807SQ201420597944
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】王平, 余向东, 陈银烛, 王亚泉, 雷刚, 曾易 申请人:东风电动车辆股份有限公司