一種非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊的製作方法

2023-12-03 20:46:46 1

本實用新型涉及交流傳動領域，尤其涉及一種非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊。

背景技術：

電傳動礦用自卸車目前廣泛應用於國內外大型礦山，擔負著礦石運輸的工作。作為電傳動系統核心部件的逆變功率模塊負責將直流電轉換為電壓、頻率可調的交流電。當模塊中的某些元器件出現問題時，需將逆變功率模塊整體拆下，大的載重噸位使得逆變功率單元體積重量都較大，給現場維護維修帶來了不便，同時，因逆變功率模塊均為專用設計，通用性、擴展性較差。為了解決這個問題，開發研製了電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊。

現有電傳動礦用自卸車中的逆變功率模塊均為三相全橋結構，六個IGBT安裝在一塊大的散熱器上，IGBT頂部為複合母排，中間電容也安裝在模塊上，模塊與電纜/銅排間通過多條螺栓連接，不同的散熱功率，模塊重量也不同，範圍在150-300kg之間。

現有逆變功率模塊體積大、重量重，當模塊中的某一個元器件出現故障時需將模塊整體拆下維修或者更換，而，逆變功率模塊體積大和質量過重造成拆裝不便，需藉助專用的拆裝工具、工裝，多人共同協作才能完成拆裝。由於模塊的專用性及高度集成性，維護維修需專業人員進行檢測及故障點確認，耗時長，運營成本較高。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本實用新型所述非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，包括功率電路和輔助電路；所述功率電路和所述輔助電路均固定在散熱器上；所述功率電路包括驅動板和兩個開關元件，第一開關元件和第二開關元件分別與驅動板連接；所述功率電路的輸入端與直流母線的正負極相連，所述功率電路的輸出端連接負載；所述輔助電路包括電壓指示模塊、電源模塊及溫度傳感器。

優選地，所述功率電路還包括電容，通過複合母排，所述電容分別與第一開關元件和第二開關元件連接。

優選地，所述第一開關元件和所述第二開關元件並排固定在所述散熱器上；所述驅動板固定在所述第一開關元件和所述第二開關元件上。

優選地，散熱器表面設置有固定座，所述固定座上設置電容、定位銷和電連接接插件，所述定位銷和所述電連接接插件與所述接線盒對稱設置，所述電容、複合母排、所述開關元件和所述散熱器從上至下層疊設置；所述電連接接插件的一端連接複合母排，另一端作為所述模塊的對外電連接點。

更優選地，所述固定座上還設置接線盒，所述電壓指示模塊和所述電源模塊設置在所述接線盒內，所述溫度傳感器設置於散熱器上。

優選地，複合母排是C型結構，所述第一開關元件和所述第二開關元件設置在C型結構的底部，中間電容在C型結構的A側面，電連接接插件在C型結構的B側面。

優選地，所述散熱器為熱管散熱器，所述散熱器上集成滑軌。

優選地，所述第一開關元件和所述第二開關元件均為IGBT，控制IGBT通斷的信號通過光纖傳輸。

本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型所述模塊的體積小，重量輕，整個重量小於40Kg，單人便可完成拆裝。

2.本實用新型所述模塊採用拔插式電連接，模塊的拆裝不需要專用的拆裝工具、工裝。

3.本實用新型所述模塊寬範圍供電，工業用光纖接口，適用於同電壓等級下的各種場合。

4.本實用新型所述模塊一致性好，同電壓等級下可通過模塊並聯實現不同功率等級的模塊。

5.本實用新型所述模塊散熱性好，設計選用熱管散熱器，溫升低。

6.本實用新型所述模塊自帶電壓指示模塊，任何情況下只要模塊電容電壓高於安全電壓，電壓指示燈即點亮。

7.本實用新型所述模塊集成溫度傳感器，向MCU提供模塊的實時溫度。

8.本實用新型所述模塊特殊的固定座設計，有良好的EMC性能，同時能夠有效的防止異物掉入模塊引起短路。

9.採用特殊的散熱器結構，使本實用新型所述模塊無需額外安裝滑軌便可實現滑軌的功能。

10.採用定位銷和散熱器上的溝槽進行定位，使本實用新型所述模塊定位準確，拔插方便。

11.本實用新型所述模塊抗震設計，滿足礦山複雜路況。

本實用新型有效的解決了逆變功率模塊出現故障時維修困難問題，降低了維修時間，增加了整車的出勤率和平均無故障時間，帶來更多的經濟效益；採用拔插式結構，單人便可完成模塊的更換工作，節約了人力成本；模塊小型化，單體化，便於不同功率等級系統集成；模塊提供了溫度接口及故障反饋，為MCU發出相應的指令提供基準。

附圖說明

圖1非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊的結構的主視圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是本實用新型實例提供的模塊原理框圖；

圖4是本實用新型實例提供的散熱器滑軌示意圖；在散熱器周圍加工深度相同的淺槽，淺槽可卡在風道上，防止在推拉模塊時發生偏離；

圖5模塊的安裝示意圖；

圖中，各符號的含義如下：

1散熱器，2固定座，3接線盒，4中間電容，5定位銷，6複合母排，7電連接接插件，8驅動板，9半導體開關元件，10溫度傳感器，11電壓指示模塊，12電源模塊。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

實施例

參照圖1，定義圖1的右側為模塊的前側，左側為模塊的後側。

本實用新型所述模塊的電連接摒棄了已有方案的螺栓連接方式，設計並採用了新型的拔插式接插件，增大了電接觸面積，同時增強了抗振性能，由於未使用螺栓進行電連接，維護人員不需要接觸高壓電即可把模塊拆下；模塊在拔插時採用定位銷和散熱器溝槽進行定位；模塊集成了IGBT驅動、溫度傳感器，同時集成了中間電壓指示模塊，最大程度的降低了由於中間電容殘餘電荷導致的觸電危險。

本實施例所述非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊，包括功率電路和輔助電路，其中功率電路為全橋電路中的一個橋臂，包括兩個半導體開關元件和驅動板，兩個半導體開關元件構成了橋臂的上開關管和下開關管，驅動板控制兩個半導體開關元件的開通與關斷，功率電路的輸入端與直流母線的正負極相連，功率電路的輸出端連接負載；輔助電路包括電壓指示模塊、電源模塊及溫度傳感器。電壓指示模塊用來指示中間電容的端電壓，低於36V時指示燈熄滅，36～2200V時指示燈點亮。

更詳細的解釋說明：

(一)功率電路還包括散熱器，半導體開關元件設置於散熱器上。

(二)功率電路還包括電容，電容和半導體開關元件之間通過複合母排連接，電容起到電壓支撐作用，防止直流母線電壓突變。

複合母排採用特殊設計的無感層疊式母排，減小半導體開關元件和電容間的線路電感，抑制了半導體開關元件關斷時的電壓尖峰和開通時的電流尖峰。

其中，複合母排的特殊設計說明：主要是根據半導體開關元件的位置，中間電容的位置以及電連接接插件的安裝位置進行複合母排結構設計，同時根據軟體仿真對母排的結構、開孔位置及開孔大小進行了優化。同時，由於複合母排是C型結構，三個端面都有器件連接，為了減少母排的受力對母排中間的絕緣層粘接進行了充分優化，開關元件在C型結構的底部，中間電容在C型結構的A側面，電連接接插件在C型結構的B側面。

所述電連接接插件通過四顆螺釘固定在散熱器表面設置的固定座上，其一端連接母排，另一端通過拔插的方式作為非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊對外的電連接點。

(三)散熱器表面設置有固定座，電容、定位銷和電連接接插件固定在固定座上。

設置有三個特殊設計的電連接接插件，電連接接插件一端連接複合母排，另一端通過拔插的方式作為非公路電傳動礦用自卸車拔插式功率模塊對外的電連接點。

其中，特殊設計的電連接接插件說明：本實施例考慮接插件的額定工作電流高達800安培，額定工作電壓為2000V AC/DC，且滿足IEC61373I類B級震動時仍能可靠的連接，聯合接插件生產廠家對此接插件結構進行了設計。

(四)溫度傳感器設置於散熱器上，用來檢測模塊的溫度，為MCU提供溫度參考。

說明：溫度傳感器為附圖1中的項10，嵌入在散熱器上，為PT100溫度傳感器，其輸出直接接到了接線盒的對外插座上，是模塊的重要組成部分，其為MCU提供溫度參考，當MCU採集到的模塊溫度達到過溫保護限值時執行相應的操作，保護模塊不受損壞。

(五)固定座上設置有一個接線盒，接線盒內設置有電源模塊和電壓指示模塊。

所述電壓指示模塊設置於接線盒內，用來指示中間電容的電壓，其輸入端連接到了電容的兩端，輸出端為一個高壓指示燈。所述電源模塊也設置於接線盒內，為半導體開關元件提供穩定的直流電源。所述電壓指示模塊與所述電源模塊在接線盒中的位置如圖2中11和12所示。所述溫度傳感器設置於散熱器上，如圖1中的10，所述溫度傳感器的接線連接到了接線盒的接線端子上。

散熱器、半導體開關元件、複合母排和電容為從下至上層疊設置；電連接接插件和定位銷設置於模塊的前側；接線盒設置於模塊的後側；散熱器上集成滑軌。

說明：散熱器選用熱管散熱器；半導體開關元件選用IGBT；IGBT型號為5SNA1500E330305，驅動板型號為1SP0635V2M1，溫度傳感器採用PT100。

本實施例中，MCU為主控制單元，負責牽引傳動控制。MCU與驅動板通過工業用光纖相連，提高抗幹擾能力。

模塊驅動板接收MCU發出的光脈衝控制信號，控制半導體開關元件的通斷，從而改變輸出電壓。同時當半導體開關元件出現故障時驅動板也可將故障信號傳送給MCU。

半導體開關元件在工作過程中會產生大量的熱，普通風冷散熱器單位體積散熱量小，不能滿足本實例要求，設計選用了熱管式散熱器，並對散熱器的結構進行了優化，達到了設計要求。

通過採用本實用新型公開的上述技術方案，得到了如下有益的效果：

本實用新型有效的解決了逆變功率模塊出現故障時維修困難問題，降低了維修時間，增加了整車的出勤率和平均無故障時間，帶來更多的經濟效益；採用拔插式結構，單人便可完成模塊的更換工作，節約了人力成本。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本實用新型的保護範圍。