CN206349929U - 一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，涉及交流传动领域。所述模块包括功率电路和辅助电路；功率电路和辅助电路均固定在散热器上；功率电路包括驱动板和与驱动板连接的两个开关元件；功率电路的输入端与直流母线的正负极相连、输出端连接负载；辅助电路包括电压指示模块、电源模块及温度传感器；本实用新型有效的解决了逆变功率模块出现故障时维修困难问题，降低了维修时间，增加了整车的出勤率和平均无故障时间，带来更多的经济效益；采用拔插式结构，单人便可完成模块的更换工作，节约了人力成本；模块小型化，单体化，便于不同功率等级系统集成；模块提供了温度接口及故障反馈，为MCU发出相应的指令提供基准。

Description

一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块

技术领域

本实用新型涉及交流传动领域，尤其涉及一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块。

背景技术

电传动矿用自卸车目前广泛应用于国内外大型矿山，担负着矿石运输的工作。作为电传动系统核心部件的逆变功率模块负责将直流电转换为电压、频率可调的交流电。当模块中的某些元器件出现问题时，需将逆变功率模块整体拆下，大的载重吨位使得逆变功率单元体积重量都较大，给现场维护维修带来了不便，同时，因逆变功率模块均为专用设计，通用性、扩展性较差。为了解决这个问题，开发研制了电传动矿用自卸车拔插式功率模块。

现有电传动矿用自卸车中的逆变功率模块均为三相全桥结构，六个IGBT安装在一块大的散热器上，IGBT顶部为复合母排，中间电容也安装在模块上，模块与电缆/铜排间通过多条螺栓连接，不同的散热功率，模块重量也不同，范围在150-300kg之间。

现有逆变功率模块体积大、重量重，当模块中的某一个元器件出现故障时需将模块整体拆下维修或者更换，而，逆变功率模块体积大和质量过重造成拆装不便，需借助专用的拆装工具、工装，多人共同协作才能完成拆装。由于模块的专用性及高度集成性，维护维修需专业人员进行检测及故障点确认，耗时长，运营成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，包括功率电路和辅助电路；所述功率电路和所述辅助电路均固定在散热器上；所述功率电路包括驱动板和两个开关元件，第一开关元件和第二开关元件分别与驱动板连接；所述功率电路的输入端与直流母线的正负极相连，所述功率电路的输出端连接负载；所述辅助电路包括电压指示模块、电源模块及温度传感器。

优选地，所述功率电路还包括电容，通过复合母排，所述电容分别与第一开关元件和第二开关元件连接。

优选地，所述第一开关元件和所述第二开关元件并排固定在所述散热器上；所述驱动板固定在所述第一开关元件和所述第二开关元件上。

优选地，散热器表面设置有固定座，所述固定座上设置电容、定位销和电连接接插件，所述定位销和所述电连接接插件与所述接线盒对称设置，所述电容、复合母排、所述开关元件和所述散热器从上至下层叠设置；所述电连接接插件的一端连接复合母排，另一端作为所述模块的对外电连接点。

更优选地，所述固定座上还设置接线盒，所述电压指示模块和所述电源模块设置在所述接线盒内，所述温度传感器设置于散热器上。

优选地，复合母排是C型结构，所述第一开关元件和所述第二开关元件设置在C型结构的底部，中间电容在C型结构的A侧面，电连接接插件在C型结构的B侧面。

优选地，所述散热器为热管散热器，所述散热器上集成滑轨。

优选地，所述第一开关元件和所述第二开关元件均为IGBT，控制IGBT通断的信号通过光纤传输。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述模块的体积小，重量轻，整个重量小于40Kg，单人便可完成拆装。

2.本实用新型所述模块采用拔插式电连接，模块的拆装不需要专用的拆装工具、工装。

3.本实用新型所述模块宽范围供电，工业用光纤接口，适用于同电压等级下的各种场合。

4.本实用新型所述模块一致性好，同电压等级下可通过模块并联实现不同功率等级的模块。

5.本实用新型所述模块散热性好，设计选用热管散热器，温升低。

6.本实用新型所述模块自带电压指示模块，任何情况下只要模块电容电压高于安全电压，电压指示灯即点亮。

7.本实用新型所述模块集成温度传感器，向MCU提供模块的实时温度。

8.本实用新型所述模块特殊的固定座设计，有良好的EMC性能，同时能够有效的防止异物掉入模块引起短路。

9.采用特殊的散热器结构，使本实用新型所述模块无需额外安装滑轨便可实现滑轨的功能。

10.采用定位销和散热器上的沟槽进行定位，使本实用新型所述模块定位准确，拔插方便。

11.本实用新型所述模块抗震设计，满足矿山复杂路况。

本实用新型有效的解决了逆变功率模块出现故障时维修困难问题，降低了维修时间，增加了整车的出勤率和平均无故障时间，带来更多的经济效益；采用拔插式结构，单人便可完成模块的更换工作，节约了人力成本；模块小型化，单体化，便于不同功率等级系统集成；模块提供了温度接口及故障反馈，为MCU发出相应的指令提供基准。

附图说明

图1非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块的结构的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是本实用新型实例提供的模块原理框图；

图4是本实用新型实例提供的散热器滑轨示意图；在散热器周围加工深度相同的浅槽，浅槽可卡在风道上，防止在推拉模块时发生偏离；

图5模块的安装示意图；

图中，各符号的含义如下：

1散热器，2固定座，3接线盒，4中间电容，5定位销，6复合母排，7电连接接插件，8驱动板，9半导体开关元件，10温度传感器，11电压指示模块，12电源模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

参照图1，定义图1的右侧为模块的前侧，左侧为模块的后侧。

本实用新型所述模块的电连接摒弃了已有方案的螺栓连接方式，设计并采用了新型的拔插式接插件，增大了电接触面积，同时增强了抗振性能，由于未使用螺栓进行电连接，维护人员不需要接触高压电即可把模块拆下；模块在拔插时采用定位销和散热器沟槽进行定位；模块集成了IGBT驱动、温度传感器，同时集成了中间电压指示模块，最大程度的降低了由于中间电容残余电荷导致的触电危险。

本实施例所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，包括功率电路和辅助电路，其中功率电路为全桥电路中的一个桥臂，包括两个半导体开关元件和驱动板，两个半导体开关元件构成了桥臂的上开关管和下开关管，驱动板控制两个半导体开关元件的开通与关断，功率电路的输入端与直流母线的正负极相连，功率电路的输出端连接负载；辅助电路包括电压指示模块、电源模块及温度传感器。电压指示模块用来指示中间电容的端电压，低于36V时指示灯熄灭，36～2200V时指示灯点亮。

更详细的解释说明：

(一)功率电路还包括散热器，半导体开关元件设置于散热器上。

(二)功率电路还包括电容，电容和半导体开关元件之间通过复合母排连接，电容起到电压支撑作用，防止直流母线电压突变。

复合母排采用特殊设计的无感层叠式母排，减小半导体开关元件和电容间的线路电感，抑制了半导体开关元件关断时的电压尖峰和开通时的电流尖峰。

其中，复合母排的特殊设计说明：主要是根据半导体开关元件的位置，中间电容的位置以及电连接接插件的安装位置进行复合母排结构设计，同时根据软件仿真对母排的结构、开孔位置及开孔大小进行了优化。同时，由于复合母排是C型结构，三个端面都有器件连接，为了减少母排的受力对母排中间的绝缘层粘接进行了充分优化，开关元件在C型结构的底部，中间电容在C型结构的A侧面，电连接接插件在C型结构的B侧面。

所述电连接接插件通过四颗螺钉固定在散热器表面设置的固定座上，其一端连接母排，另一端通过拔插的方式作为非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块对外的电连接点。

(三)散热器表面设置有固定座，电容、定位销和电连接接插件固定在固定座上。

设置有三个特殊设计的电连接接插件，电连接接插件一端连接复合母排，另一端通过拔插的方式作为非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块对外的电连接点。

其中，特殊设计的电连接接插件说明：本实施例考虑接插件的额定工作电流高达800安培，额定工作电压为2000V AC/DC，且满足IEC61373I类B级震动时仍能可靠的连接，联合接插件生产厂家对此接插件结构进行了设计。

(四)温度传感器设置于散热器上，用来检测模块的温度，为MCU提供温度参考。

说明：温度传感器为附图1中的项10，嵌入在散热器上，为PT100温度传感器，其输出直接接到了接线盒的对外插座上，是模块的重要组成部分，其为MCU提供温度参考，当MCU采集到的模块温度达到过温保护限值时执行相应的操作，保护模块不受损坏。

(五)固定座上设置有一个接线盒，接线盒内设置有电源模块和电压指示模块。

所述电压指示模块设置于接线盒内，用来指示中间电容的电压，其输入端连接到了电容的两端，输出端为一个高压指示灯。所述电源模块也设置于接线盒内，为半导体开关元件提供稳定的直流电源。所述电压指示模块与所述电源模块在接线盒中的位置如图2中11和12所示。所述温度传感器设置于散热器上，如图1中的10，所述温度传感器的接线连接到了接线盒的接线端子上。

散热器、半导体开关元件、复合母排和电容为从下至上层叠设置；电连接接插件和定位销设置于模块的前侧；接线盒设置于模块的后侧；散热器上集成滑轨。

说明：散热器选用热管散热器；半导体开关元件选用IGBT；IGBT型号为5SNA1500E330305，驱动板型号为1SP0635V2M1，温度传感器采用PT100。

本实施例中，MCU为主控制单元，负责牵引传动控制。MCU与驱动板通过工业用光纤相连，提高抗干扰能力。

模块驱动板接收MCU发出的光脉冲控制信号，控制半导体开关元件的通断，从而改变输出电压。同时当半导体开关元件出现故障时驱动板也可将故障信号传送给MCU。

半导体开关元件在工作过程中会产生大量的热，普通风冷散热器单位体积散热量小，不能满足本实例要求，设计选用了热管式散热器，并对散热器的结构进行了优化，达到了设计要求。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型有效的解决了逆变功率模块出现故障时维修困难问题，降低了维修时间，增加了整车的出勤率和平均无故障时间，带来更多的经济效益；采用拔插式结构，单人便可完成模块的更换工作，节约了人力成本。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，所述模块包括功率电路和辅助电路；所述功率电路和所述辅助电路均固定在散热器上；

所述功率电路包括驱动板和两个开关元件，第一开关元件和第二开关元件分别与驱动板连接；所述功率电路的输入端与直流母线的正负极相连，所述功率电路的输出端连接负载；

所述辅助电路包括电压指示模块、电源模块及温度传感器。

2.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，所述功率电路还包括电容，通过复合母排，所述电容分别与第一开关元件和第二开关元件连接。

3.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，所述第一开关元件和所述第二开关元件并排固定在所述散热器上；所述驱动板固定在所述第一开关元件和所述第二开关元件上。

4.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，散热器表面设置有固定座，所述固定座上设置接线盒、电容、定位销和电连接接插件，所述定位销和所述电连接接插件与所述接线盒对称设置，所述电容、复合母排、所述开关元件和所述散热器从上至下层叠设置；

所述电连接接插件的一端连接复合母排，另一端作为所述模块的对外电连接点；

所述电压指示模块和所述电源模块设置在所述接线盒内，所述温度传感器设置于散热器上。

5.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，复合母排是C型结构，所述第一开关元件和所述第二开关元件设置在C型结构的底部，中间电容在C型结构的A侧面，电连接接插件在C型结构的B侧面。

6.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，所述散热器为热管散热器，所述散热器上集成滑轨。

7.根据权利要求1所述非公路电传动矿用自卸车拔插式功率模块，其特征在于，所述第一开关元件和所述第二开关元件均为IGBT，控制IGBT通断的信号通过光纤传输。