CN106849697A - 交流电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交流电机控制器，包括散热底板、安装在散热底板上的三个功率模块和设置在功率模块上方的功率板，其中，每一个功率模块包括第一PCB基板、第一正极铜排、第一负极铜排、电流输出铜排和两组IGBT模块组，第一PCB基板上设置有多个第一通孔、多个第二通孔以及多个焊盘，一个第一通孔与一个第二通孔位于一个焊盘内，第一正极铜排上设置有第一引脚，第一负极铜排上设置有第二引脚，电流输出铜排上设置有第三引脚，第一引脚、第二引脚和第三引脚分别与一个第一通孔间隙配合，每一组IGBT模块组包括两个以上并联的IGBT模块，每一个IGBT模块设置有第四引脚，第四引脚与一个第二通孔间隙配合。该交流电机控制器具有结构简单、组装方便和免焊接的优点。

Description

交流电机控制器

技术领域

本发明涉及车用配件技术领域，具体地说，是涉及一种用于电动车的交流电机控制器。

背景技术

电动车因其不燃烧汽油产生动力，具有环保、污染小的特点，在旅游景区等对环境要求较高的地方得到广泛的应用。现有的电动车设有一个交流控制器，用于将蓄电池输出的直流电源转换成三相交流电源并驱动电机转动。

现有的交流控制器包括具有一个壳体，壳体通常包括一块散热底板以及位于散热底板上的面盖，壳体围成一个腔体，交流控制器的电路板安装在该腔体内。交流控制器通常包括功率板、三个功率模块以及交流接触器，三个功率模块通常固定在散热底板上，而功率板通常安装在功率模块上。

交流控制器接收蓄电池输出的直流电，并将直流电逆变转换成交流电输出，因此每一个功率模块对应于三相电机的一相，用于向电机输出U、V、W三相电源中的一相电源。每一功率模块设有两个接收直流电源的端子，分别用于接收正极电源及负极电源，并设有一个电流输出端子，向电机的一相输出电流信号。并且，两个直流电源端子与电流输出端子之间需要设置可控开关器件，即功率管，如晶闸管或IGBT等，用于对直流电进行控制。

由于现在的电动车使用的功率较大，交流电机控制器内形成的电压较高、电流较大，因此诸如IGBT等器件需要承受较高的电压以及较大的电流。然而，如果使用大功率的IGBT将导致交流电机控制器的生产成本过高，且功率扩展不灵活，不利于电动车的推广。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种结构简单、组装方便功率扩展灵活的交流电机控制器。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种交流电机控制器，包括散热底板、三个功率模块和功率板，三个功率模块均安装在散热底板上，功率板设置在三个功率模块的上方，功率板分别与三个功率模块电连接，其中，每一个功率模块包括第一PCB基板、第一正极铜排、第一负极铜排、电流输出铜排和两组IGBT模块组，第一PCB基板上设置有多个第一通孔以及多个第二通孔，第一正极铜排上设置有第一引脚，第一引脚与一个第一通孔间隙配合，第一负极铜排上设置有第二引脚，第二引脚与另一个第一通孔间隙配合，电流输出铜排上设置有第三引脚，且电流输出铜排的一端还设置有电流输出端子，第三引脚与再一个第一通孔间隙配合，两组IGBT模块组分别与第一正极铜排、第一负极铜排电连接，且两组IGBT模块组还与电流输出铜排电连接，每一组IGBT模块组包括两个以上并联的IGBT模块，每一个IGBT模块设置有第四引脚，第四引脚与一个第二通孔间隙配合，第一PCB基板上设有多个焊盘，其中第一通孔与一个第二通孔位于一个焊盘内，第一引脚、第二引脚、第三引脚均与第一通孔波峰焊接，第四引脚与第二通孔波峰焊接。

由上可见，使第一引脚、第二引脚和第三引脚分别与一个第一通孔间隙配合，并通过波峰焊接分别对一个第一通孔与相对设置的一个第一引脚、第二引脚或第三引脚进行焊接。并且，使第四引脚与一个第二通孔间隙配合，并通过波峰焊接对第二通孔与第四引脚进行焊接，使得交流电机控制器的组装更加方便。此外，将第一PCB基板上的一个第一通孔与一个第二通孔设置在一个焊盘内，使得一个第一通孔与相对应的一个第二通孔能够是实现电连接。而设置IGBT模块组，可以直接通过该改变IGBT模块组的IGBT模块的数量，使得交流电机控制器的扩展更加灵活，简化了交流电机控制器的加工工艺，同时，使得交流电机控制器的结构更加简单、安装更加方便。

一个优选的方案是，第一正极铜排包括正极接线柱，正极接线柱与功率板电连接，第一负极铜排包括负极接线柱，负极接线柱与功率板电连接。

进一步的方案是，功率板包括第二PCB基板、第二正极铜排和第二负极铜排，第二正极铜排与第二PCB基板、正极接线柱电连接，得让负极铜排分别与第二PCB基板、负极接线柱电连接。

由上可见，功率板通过第二正极铜排和功率模块的正极接线柱进行电连接，通过第二负极铜排与功率模块的负极接线柱进行电连接，使得功率板输入的电流能够分别传导到功率模块的第一正极铜排、第一负极铜排上。

更进一步的方案是，第二正极铜排和第二负极铜排之间设置有绝缘层。

由上可见，绝缘层对第二正极铜排、第二负极铜排进行隔离，防止第二正极铜排和第二负极铜排之间产生电连接，进而防止功率板发生短路。

另一个优选的方案是，每一个功率模块还包括两组弹性压片组，两组弹性压片组分别与散热底板固定连接，且一组弹性压片组压合在一组IGBT模块组上。

进一步的方案是，每一组IGBT模块组的IGBT模块的数量为四个，每一组弹性压片组包括两个弹性压片，一个弹性压片的两端分别压合在两个相邻的IGBT模块上。

由上可见，设置弹性压片组，并使弹性压片组对IGBT模块组进行压合，进而对IGBT模块组进行固定，保证IGBT模块与散热底板连接的稳固性。

更进一步的方案是，每一个弹性压片的两端朝向第一PCB基板的一侧分别延伸地设置有限位块，第一PCB基板在位于每一个弹性压片的上方相对地设置有限位槽，每一个弹性压片的两端的限位块位于相对设置的限位槽内。

由上可见，在第一PCB基板上设置限位槽并对弹性压片起到限位作用，便于安装，能够防止压合在IGBT模块上的弹性压片由于发生偏转而脱离IGBT模块的情况发生，使得IGBT模块能够与第一PCB基板稳固连接。

更进一步的方案是，每一个功率模块还包括绝缘导热板，绝缘导热板连接在两组IGBT模块组和散热底板之间。

由上可见，在IGBT模块组和散热底板之间设置绝缘导热板能够加快对IGBT模块产生的热量进行疏导，对IGBT模块起到保护作用。

更进一步的方案是，交流电机控制器还包括温度传感器，温度传感器设置在绝缘导热板与散热底板之间。

由上可见，设置温度传感器对三个功率模块的当前温度进行实时监测，并在当功率模块的工作温度超过安全阈值时进行报警，对交流电机控制器起保护作用，防止IGBT模块由于温度过高而烧毁。

更进一步的方案是，每一个第一PCB基板上设有一个驱动接口，驱动接口设置在第一PCB基板的一端。

由上可见，在功率模块上设置用于监测IGBT模块电流的电流传感器，使得交流电机控制器能够实时监测IGBT模块的当前工作电流，并在当电流超出安全阈值时进行报警，对交流电机控制器起保护作用。

附图说明

图1是本发明交流电机控制器实施例的结构图。

图2是本发明交流电机控制器实施例的功率模块的结构图。

图3是本发明交流电机控制器实施例的功率模块的分解图。

图4是本发明交流电机控制器实施例的功率模块的第一PCB基板的结构图。

图5是图4中A处的放大图。

图6是本发明交流电机控制器实施例的功率板的结构图。

图7是本发明交流电机控制器实施例的功率板的分解图。

图8是本发明交流电机控制器实施例的第一省略部分组件后的结构图。

图9是本发明交流电机控制器实施例的第二省略部分组件后的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，交流电机控制器1包括散热底板10、功率模块2、功率模块200、功率模块201和功率板3。其中，功率模块2、功率模块200和功率模块201均安装在散热底板10上，并通过散热底板10上的相应的连接柱销101对功率模块2、功率模块200和功率模块201进行定位。功率板3设置在功率模块2、功率模块200和功率模块201的上方，并且，功率板3分别与功率模块2、功率模块200、功率模块201电连接。

参照图2和图3，功率模块2、功率模块200和功率模块201具有相同的结构、功能，其中，功率模块2包括第一PCB基板21、第一正极铜排22、第一负极铜排23、电流输出铜排24、两组IGBT模块组和绝缘导热板27。

本实施例中，功率模块2用于控制电机的一相的电流，如U相的电流，因此功率模块2将形成U相的上桥臂以及下桥臂。并且，上桥臂由四个并联的小功率IGBT模块构成，下桥臂也是由四个并联的小功率IGBT模块构成，从而使用多个小功率管的IGBT模块形成大功率的IGBT模块，满足电动车的工作要求。同理地，功率模块200、功率模块201分别用于控制电机的一相电流。

在功率模块2中，两组IGBT模块组包括IGBT模块组25和IGBT模块组250，并且，IGBT模块组250与IGBT模块组25具有相同的功能、结构。其中，IGBT模块组25包括两个以上的IGBT模块251，具体地，IGBT模块251的数量为四个，每一个IGBT模块251设置有第四引脚252。

第一正极铜排22上设置有多个第一引脚221，此外，第一正极铜排22还包括正极接线柱222。正极接线柱222与第一正极铜排22的本体电连接,正极接线柱222用于与功率板3的正极电连接。具体地，第一引脚221的数量为四个，一个第一引脚221与IGBT模块组25的一个IGBT模块251相对地设置，并且，第一引脚221与相对设置的一个IGBT模块251电连接。

第一负极铜排23上设置有多个第二引脚231，此外，第一负极铜排23还包括负极接线柱232。负极接线柱232与第一负极铜排23的本体电连接，负极接线柱232用于与功率板3的负极电连接。具体地，第二引脚231的数量为四个，一个第二引脚231与IGBT模块组250的一个IGBT模块相对地设置，并且，第二引脚231与相对设置的一个IGBT模块电连接。

电流输出铜排24上设置有多个第三引脚241和多个第三引脚242，且IGBT模块组25、IGBT模块组250分别与电流输出铜排24电连接。具体地，第三引脚241的数量为四个，一个第三引脚241与IGBT模块组25的一个IGBT模块251相对地设置；第三引脚242的数量为四个，一个第三引脚242与IGBT模块组250的一个IGBT模块相对地设置。

绝缘导热板27邻接在两组IGBT模块组和散热底板之间，由于陶瓷具有优良的导热性能，所以使用陶瓷制成绝缘导热板27能够加快对两组IGBT模块组的IGBT模块所产生的热量进行疏导，及时降低IGBT模块的热量，保证交流电机控制器1的使用安全性并提高交流电机控制器1的使用寿命。

参照图4，第一PCB基板21上设置有多个第一通孔，分别是第一通孔211、第一通孔212、第一通孔213和第一通孔2130，其中，第一通孔211、第一通孔212和第二通孔213的数量均为四个。此外，第一PCB基板21上还设置有第二通孔组，第二通孔组的数量为四组，每一组第二通孔组包括三个第二通孔214和三个第二通孔2140。

如图5所示，图5表示为一个第一通孔211、一个第一通孔212、第一通孔213、一个第一通孔2130和一组第二通孔组的相对位置示意图。并且，第一PCB基板21上还设有多个焊盘216，其中，一个第一通孔和一个第二通孔位于一个焊盘216内。

具体地，一个第一通孔211与相对设置的一个第二通孔214位于一个焊盘216内；一个第一通孔212与相对设置的一个第二通孔2140位于另一个焊盘216内；一个第一通孔213与相对设置的一个第二通孔214位于又一个焊盘216内；一个第一通孔2130与相对设置的一个第二通孔2140位于再一个焊盘216内。并且，第一通孔通过焊盘216与相对设置的一个第二通孔电连接。

结合图2和图3，当对功率模块2进行组装时，包括如下步骤：

首先，通过螺栓将正极接线柱222与第一正极铜排22的本体进行固定连接，通过螺栓将负极接线柱232与第一负极铜排23的本体进行固定连接。

接着，将第一正极铜排22、第一负极铜排23分别与第一PCB基板21电连接，具体地，使第一正极铜排22的四个第一引脚221分别与第一PCB基板21上的相匹配设置的四个第一通孔211间隙配合，并使正极接线柱222穿过孔组216；同理地，使第一负极铜排23的四个第二引脚231分别与第一PCB基板21上的相匹配设置的四个第一通孔212间隙配合，并使负极接线柱232穿过孔组217。

接着，将电流输出铜排24与第一PCB基板电连接，具体地，将电流输出铜排24上的四个第三引脚241分别与第一PCB基板21上相匹配设置的四个第一通孔213间隙配合，同时将电流输出铜排24上的四个第三引脚2410与分别第一PCB基板21上的相匹配设置的四个第一通孔2130间隙配合。

接着，将IGBT模块组25、IGBT模块组250分别与第一PCB基板21电连接，具体地，使IGBT模块组25的四个IGBT模块251的第四引脚252分别与第一PCB基板21上的相匹配设置的四组第二通孔组的第二通孔214间隙配合。同理地，使IGBT模块组250的四个IGBT模块的第四引脚分别与第一PCB基板21上的相匹配设置的四组第二通孔组的第二通孔2140间隙配合。

在完成上述组装后，通过波峰焊接一次性对第一引脚221和第一通孔211、第二引脚231和第一通孔212、第三引脚241和第一通孔213、第三引脚2410和第一通孔2130、第四引脚252和第二通孔214、IGBT模块组250的IGBT模块的第四引脚和第二通孔2140进行焊接。进而使第一PCB基板21分别与第一正极铜排22、第一负极铜排23、电流输出铜排24、IGBT模块组25以及IGBT模块组250进行电连接并进行固定。

可见，通过上述的连接方式和对第一PCB基板21的电路设计和焊盘216结构设计，实现IGBT模块组25与电流输出铜排24、第一正极铜排21的电连接，还实现IGBT模块组250与电流输出铜排24、第一负极铜排22的电连接。

参照图6和图7，功率板3包括第二PCB基板31、电容组32、第二正极铜排33、第二负极铜排34和绝缘层35。

其中，第二正极铜排33、第二负极铜排34设置在电容组32和第二PCB基板31之间。具体地，电容组32包括多个电容321，每一个电容321通过引脚322与第二PCB基板31电连接并进行固定。

第二正极铜排33上设置有多个第五引脚331，此外，第二正极铜排33上还设置有正极连接孔332和避让孔333。

第二负极铜排34上设置有多个第六引脚341，此外，第二负极铜排34上还设置有负极连接孔342和避让孔343。

绝缘层35邻接在第二正极铜排33和第二负极铜排34之间，绝缘层35用于防止第二正极铜排33和第二负极铜排34之间产生电连接，进而避免由于第二正极铜排33和第二负极铜排34之间由于存在电连接而导致的功率板3短路。

参照图8和图9，并结合图7，当对功率板3进行组装时，包括如下步骤：

首先，将第二PCB基板31通过螺栓固定安装在散热底板10的连接柱销101上，并使功率模块2上的正极接线柱222、负极接线柱232穿过第二PCB基板31上的避让孔318，防止功率模块2与第二PCB基板31产生电连接。

接着，使第二正极铜排33的多个第五引脚331分别与第二PCB基板31上的多个相匹配设置的第三通孔311电连接，并使正极电源端子313与第二正极铜排33电连接。此外，将功率模块2上的正极接线柱222与第二正极铜排33上的正极连接孔332电连接，并用螺栓对正极接线柱222与第二正极铜排33进行固定。同时，使功率模块2上的负极接线柱232穿过第二正极铜排33上的避让孔333，防止负极接线柱232与第二正极铜排33产生电连接。

接着，在第二正极铜排33上铺设绝缘层35。

接着，在绝缘层35上安装第二负极铜排34，并使第二负极铜排34的多个第六引脚341分别与第二PCB基板31上的多个相匹配设置的第四通孔312电连接，并使负极电源端子314与负极电源端子314电连接。此外，将功率模块2上的负极接线柱232与第二负极铜排34上的负极连接孔342电连接，并用螺栓对负极接线柱232与第二负极铜排34进行固定。同时，使功率模块2上的正极接线柱222穿过第二负极铜排34上的避让孔343，防止正极接线柱222与第二负极铜排34产生电连接。

最后，将电容组上的多个电容321分别与第二PCB基板31上的相匹配设置的多个第五通孔317进行电连接。

此外，如图2所示，功率模块2还包括两组弹性压片组26，两组弹性压片组26分别与散热底板10固定连接，且一组弹性压片组26压合在一组IGBT模块组上，对IGBT模块组进行固定。

具体地，每一组弹性压片组26包括两个弹性压片261，并且一个弹性压片261的两端压合在相邻的两个IGBT模块上。每一个弹性压片261的两端朝向第一PCB基板21的一侧分别延伸地设置有限位块262，第一PCB基板21在位于每一个弹性压片261的上方相对地设置有限位槽215，并且，每一个弹性压片261的两端的限位块262位于相对设置的限位槽215内。通过在弹性压片26上设置限位块262，并使限位块262位于相对设置的限位槽215内，能够有效的防止弹性压片26相对IGBT模块发生转动时，IGBT模块压合在IGBT模块上的端部不会完全脱离IGBT模块，进而使得弹性压片26对IGBT模块具有足够的压合力。

功率模块2还包括电流输出端子243和电流传感器，其中，电流输出端子243与电流输出铜排24电连接，电流传感器用于监测IGBT模块组的当前电流，当电流超出安全阈值时，功率模块2会进行报警，对交流电机控制器起到保护作用。此外，第一PCB基板21上还设置驱动接口217，驱动接口217设置在第一PCB基板21的一端，用于接收驱动信号。

交流电机控制器1还包括温度传感器4，温度传感器4设置在绝缘导热板27和散热底板10之间，温度控制器4用于监测功率模块2、功率模块200和功率模块201上的IGBT模块的当前温度，并在当功率模块的工作温度超过安全阈值时进行报警，对交流电机控制器起保护作用，防止IGBT模块由于温度过高而烧毁。

此外，由于功率模块200和功率模块201与功率模块2具有相同的结构、功能，所以功率模块200和功率模块201的安装方式、连接方式均与功率模块2相同，故不在此过多赘述。

需要说明的是，第二PCB基板31上的霍尔元件315、霍尔元件316分别与功率模块2的电流输出端子、功率模块201的输出端子电连接。

当交流电机控制器1进行工作时，功率板3的正极电源端子313、负极电源端子314分别与蓄电池的正极、负极连接，接收蓄电池输出的直流电。功率板3对蓄电池输出的直流电进行处理后，通过第二正极铜排33将直流电分别传送到功率模块2、功率模块200和功率模块201的正极接线柱上；第二负极铜排34将直流电分别传送到功率模块2、功率模块200和功率模块201的负极接线柱上。接着，功率模块2、功率模块200和功率模块201分别对功率板3传送的直流电进行逆变处理，将直流电转换成交流电，并从功率模块上的电流输出端子输出至电机。三个功率模块的电流输出端子分别与三相电机的一相连接，并且，每一个功率模块对应于三相电机的一相，用于向电机输出U、V、W三相电源中的一相电源。

由上述方案可见，通过对PCB基板上的焊盘的结构设计，使得PCB基板上的焊盘与各元器件的引脚进行间隙配合，使得各元器件能够完全固定在PCB基板上，免去常规加工中需要对连接后PCB基板与元器件的连接点进行焊接加工等复杂工序，有效的降低加工成本并简化加工工序。并且，交流电机控制器各部件之间的连接结构简单，使得各部件之间只需要通过简单、常规的安装方式即可完成对交流电机控制器的组装，具有安装牢固、可靠的优点。可见，本发明提供的交流电机控制器具有结构简单、组装方便和免焊接的优点。

需要说明的是，上述实施例中的IGBT模块组中的IGBT模块的数量可以根据实际的交流电机控制器的功率扩展需求进行灵活改变，且上述实施例中的IGBT模块组中的IGBT模块数量仅为本发明中的一个优选方案，并不能对本发明的发明构思进行限制。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.交流电机控制器，包括

散热底板；

三个功率模块，三个所述功率模块均安装在所述散热底板上；

功率板，所述功率板设置在三个所述功率模块的上方，所述功率板分别与三个所述功率模块电连接；

其特征在于：

每一个所述功率模块包括

第一PCB基板，所述第一PCB基板上设置有多个第一通孔以及多个第二通孔；

第一正极铜排，所述第一正极铜排上设置有第一引脚，所述第一引脚与一个所述第一通孔间隙配合；

第一负极铜排，所述第一负极铜排上设置有第二引脚，所述第二引脚与另一个所述第一通孔间隙配合；

电流输出铜排，所述电流输出铜排上设置有第三引脚，且所述电流输出铜排的一端还设置有电流输出端子，所述第三引脚与再一个所述第一通孔间隙配合；

两组IGBT模块组，两组所述IGBT模块组分别与所述第一正极铜排、所述第一负极铜排电连接，且两组所述IGBT模块组还与所述电流输出铜排电连接，每一组所述IGBT模块组包括两个以上并联的IGBT模块，每一个IGBT模块设置有第四引脚，所述第四引脚与一个所述第二通孔间隙配合；

所述第一PCB基板上还设有多个焊盘，其中所述第一通孔与一个所述第二通孔位于一个所述焊盘内；

所述第一引脚、所述第二引脚、所述第三引脚均所述第一通孔波峰焊接；

所述第四引脚与所述第二通孔波峰焊接。

2.根据权利要求1所述的交流电机控制器，其特征在于：

所述第一正极铜排包括正极接线柱，所述正极接线柱与所述功率板电连接；

所述第一负极铜排包括负极接线柱，所述负极接线柱与所述功率板电连接。

3.根据权利要求2所述的交流电机控制器，其特征在于：

所述功率板包括：

第二PCB基板；

第二正极铜排，所述第二正极铜排分别与所述第二PCB基板、所述正极接线柱电连接；

第二负极铜排，所述第二负极铜排分别与所述第二PCB基板、所述负极接线柱电连接。

4.根据权利要求3所述的交流电机控制器，其特征在于：

所述第二正极铜排和所述第二负极铜排之间设置有绝缘层。

5.根据权利要求1所述的交流电机控制器，其特征在于：

每一个所述功率模块还包括两组弹性压片组，两组所述弹性压片组分别与所述散热底板固定连接，且一组所述弹性压片组压合在一组所述IGBT模块组上。

6.根据权利要求5所述的交流电机控制器，其特征在于：

每一组所述IGBT模块组的IGBT模块的数量为四个；

每一组所述弹性压片组包括两个弹性压片，一个所述弹性压片的两端分别压合在两个相邻的IGBT模块上。

7.根据权利要求6所述的交流电机控制器，其特征在于：

每一个所述弹性压片的两端朝向所述第一PCB基板的一侧分别延伸地设置有限位块；

所述第一PCB基板在位于每一个所述弹性压片的上方相对地设置有限位槽，每一个所述弹性压片的两端的所述限位块位于相对设置的所述限位槽内。

8.根据权利要求1至7任一项所述的交流电机控制器，其特征在于：

每一个所述功率模块还包括绝缘导热板，所述绝缘导热板连接在两组所述IGBT模块组和所述散热底板之间。

9.根据权利要求8所述的交流电机控制器，其特征在于：

所述交流电机控制器还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述绝缘导热板与所述散热底板之间。

10.根据权利要求9所述的交流电机控制器，其特征在于：

每一个所述第一PCB基板上设有一个驱动接口，所述驱动接口设置在所述第一PCB基板的一端。