CN106452207A - 直流无刷电机高温驱动模块 - Google Patents

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周军
周一军
李泽田
涂煊
张怀锁
史文
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Abstract

本发明涉及一种直流无刷电机高温驱动模块，包括上盖、核心控制电路、PCB电路板、功率器件、底板和螺丝，功率器件阵列排列放置在底板上，功率器件的散热面贴在底板上，功率器件管脚向上弯折焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件、PCB电路板、功率器件和底板从上到下固定放置，螺丝从底板底部穿出底板，再穿过PCB电路板与上盖上孔锁紧后成一体式模块，底板为铝板，上盖为金属外壳，电机接线从上盖一端的引线孔引出，电源和控制线从上盖另一端的引线孔引出。体积小、大功率、高耐温，适用于驱动高温环境下使用的油井测井仪器用无刷直流电机。

Description

直流无刷电机高温驱动模块
技术领域
本发明涉及一种电子模块，特别涉及一种直流无刷电机高温驱动模块。
背景技术
随着技术进步，无刷直流电机在测井仪器中的使用越来越广泛，油井测井仪器中使用的无刷直流电机工作特点为“三高一小”，高电压、高功率、高耐温和小体积，工作电压最高超过600V，电机功率最大超过2000W，工作温度超过150℃，体积要求越小越好，直径通常不超过50mm。这种情况下，迫切需要一种小体积高耐温大功率的无刷直流电机驱动模块来驱动油井测井仪器中的无刷直流电机工作。
无刷直流电机分为有传感器的无刷直流电机和无传感器的无刷直流电机两种，这两种电机需要不同的电路来驱动。有感无刷通过三只霍尔位置传感器来获取电机转子的位置信号，无感无刷通过检测转子绕组中感应的反电动势来计算位置信号。所以如何可靠的取得位置信号是无刷电机驱动电路要解决的难题。
传统的无刷直流电机驱动电路由功率器件和驱动电路构成，功率器件通常需要专门的散热片来散热，对减小驱动电路的体积非常不利，怎样可靠散热是无刷电机驱动电路缩小体积要解决的难题。
发明内容
本发明是针对现在直流无刷电机驱动模块存在的问题，提出了一种直流无刷电机高温驱动模块，设计一种小体积、大功率、高耐温并且能够适应多种电机的驱动电路，实现驱动测井无刷电机可靠工作。
本发明的技术方案为：一种直流无刷电机高温驱动模块，包括上盖、核心控制电路、PCB电路板、功率器件、底板和螺丝，功率器件阵列排列放置在底板上，功率器件的散热面贴在底板上，功率器件管脚向上弯折焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件、PCB电路板、功率器件和底板从上到下固定放置，螺丝从底板底部穿出底板，再穿过PCB电路板与上盖上孔锁紧后成一体式模块，底板为铝板，上盖为金属外壳，电机接线从上盖一端的引线孔引出，电源和控制线从上盖另一端的引线孔引出。
所述直流无刷电机高温驱动模块，还包括自紧螺母和沉头螺丝，每个IGBT功率器件都通过沉头螺丝和自紧螺母与底板固定，通过锁紧自紧螺母使每个IGBT功率器件与底板更压合，保证IGBT功率器件通过底板散热。所述PCB电路板上对应下方的每一个自紧螺母位置有一通孔，自紧螺母嵌入PCB电路板上对应的通孔，节省空间。
所述直流无刷电机高温驱动模块，还包括底板与PCB电路板之间的铜柱，螺丝固定时穿过同高的铜柱，铜柱高度保证底板与PCB电路板之间的上下距离。
所述核心控制电路内部集成霍尔传感器信号处理电路和反电动势检测电路，自适应各种有传感器无刷电机和无传感器无刷电机。
本发明的有益效果在于：本发明直流无刷电机高温驱动模块，体积小、大功率、高耐温，适用于驱动高温环境下使用的油井测井仪器用无刷直流电机，核心控制电路芯片采用定制的soc芯片，内部集成霍尔传感器信号处理电路和反电动势检测电路，能够自动适应各种有传感器无刷电机和无传感器无刷电机。
附图说明
图1为本发明直流无刷电机高温驱动模块电路原理框图；
图2为本发明直流无刷电机高温驱动模块装配一图；
图3为本发明直流无刷电机高温驱动模块装配二图；
图4为本发明直流无刷电机高温驱动模块装配三图；
图5为本发明直流无刷电机高温驱动模块装配完后图。
具体实施方式
如图1所示直流无刷电机高温驱动模块电路原理框图，核心控制电路芯片采用定制的soc芯片，内部集成霍尔传感器信号处理电路和反电动势检测电路，能够自动适应各种有传感器无刷电机和无传感器无刷电机。尤其当电机的传感器因故障产生错误信号时，该电路能够自动转换工作模式到无传感器模式。功率器件的工作电流约5安培（4000W/800V），选择耐压1200V、电流24A的IGBT器件做为功率开关管。三相无刷驱动所需的六个桥臂中，每个桥臂使用一只IGBT，六只IGBT组成IGBT功率器件阵列，简化功率驱动电路设计，同时有利于缩小模块的体积。输入控制引线输入核心控制电路，输出电机引线从IGBT功率器件阵列出。
如图2所示直流无刷电机高温驱动模块装配一图，模块包括，上盖1、核心控制电路2、PCB电路板3、自紧螺母4、功率器件5、铜柱6、底板7、沉头长螺丝8和沉头短螺丝9，如图3所示直流无刷电机高温驱动模块装配二图，六只IGBT功率器件5并排放置，功率器件5的散热面贴在底板上，底板7为长方形铝板，功率器件5管脚向上弯折焊接在PCB电路板3上，核心控制电路2元器件焊接在PCB电路板3上，PCB电路板3在并排放置的IGBT功率器件5上方，每个IGBT功率器件5由沉头短螺丝9和自紧螺母4固定在长方形铝底板7上，通过紧固自紧螺母4使IGBT功率器件5与底板7更压合，保证IGBT器件5通过长方形铝底板7散热。同时PCB电路板3上对应下方的每一个自紧螺母4位置有一通孔，自紧螺母4嵌入PCB电路板3上对应的通孔，充分利用纵向的空间使模块更紧凑。底板7与PCB电路板3之间的上下距离靠四个角放置的4个同高的铜柱6来保证，4根沉头长螺丝8从底板7底部穿出底板，通过铜柱6再穿过PCB电路板3与上盖1连接，铜柱6同时可使上盖1和底板7连成一金属散热体，如图4所示直流无刷电机高温驱动模块装配三图，4个沉头长螺丝8与上盖1上的孔锁紧后成一体式模块，如图5所示直流无刷电机高温驱动模块装配完后图。上盖1通过螺丝与底板连接，在内部固定PCB，同时在外部对电路提供保护。电机接线从上盖1一端的引线孔引出，电源和控制线从上盖1另一端的引线孔引出，引线选用耐高温的氟胶高温镀银线。
PCB电路板3上的元器件全部采用高温贴片元件，充分利用IGBT上方的空间，减小模块的体积。
模块体积为35*140*16mm，设计最大工作电压800V，设计最大驱动功率4000W，设计最高环境工作温度150℃。
上盖1为一个长条形金属外壳，功率器件和控制电路全部集成在外壳内，外露的底板7和上盖1均为金属，功率器件的散热面安装在底板上，通过底板的安装面散热，控制电路PCB电路板安装在功率器件上方的上盖内，可通过上盖1散热，底板7和上盖1通过螺丝连接，接线由上盖1两端的引线孔引出。整个模块体积小、大功率、耐温高。

Claims (5)

1.一种直流无刷电机高温驱动模块，其特征在于，包括上盖、核心控制电路、PCB电路板、功率器件、底板和螺丝，功率器件阵列排列放置在底板上，功率器件的散热面贴在底板上，功率器件管脚向上弯折焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件焊接在PCB电路板上，核心控制电路元器件、PCB电路板、功率器件和底板从上到下固定放置，螺丝从底板底部穿出底板，再穿过PCB电路板与上盖上孔锁紧后成一体式模块，底板为铝板，上盖为金属外壳，电机接线从上盖一端的引线孔引出，电源和控制线从上盖另一端的引线孔引出。
2.根据权利要求1所述直流无刷电机高温驱动模块，其特征在于，还包括自紧螺母和沉头螺丝，每个IGBT功率器件都通过沉头螺丝和自紧螺母与底板固定，通过锁紧自紧螺母使每个IGBT功率器件与底板更压合，保证IGBT功率器件通过底板散热。
3.根据权利要求2所述直流无刷电机高温驱动模块，其特征在于，所述PCB电路板上对应下方的每一个自紧螺母位置有一通孔，自紧螺母嵌入PCB电路板上对应的通孔，节省空间。
4.根据权利要求1所述直流无刷电机高温驱动模块，其特征在于，还包括底板与PCB电路板之间的铜柱，螺丝固定时穿过同高的铜柱，铜柱高度保证底板与PCB电路板之间的上下距离。
5.根据权利要求1至4任意一项所述直流无刷电机高温驱动模块，其特征在于，所述核心控制电路内部集成霍尔传感器信号处理电路和反电动势检测电路，自适应各种有传感器无刷电机和无传感器无刷电机。
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