本實(shí)用新型屬于水下推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

電力推進(jìn)裝置是現(xiàn)代水下航行器的重要組成部分，目前絕大部分電力推進(jìn)裝置的電機(jī)和控制器都是分體式結(jié)構(gòu)，即控制電路均置于推進(jìn)器的外部，這樣做的好處可以減少推進(jìn)器的體積，但系統(tǒng)組件和控制復(fù)雜，增加了系統(tǒng)崩潰的概率?，F(xiàn)有的推進(jìn)器極少數(shù)采用了控制器與推進(jìn)器一體化的方案，但其功率較小，散熱效果較差，無法滿足長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下水下推進(jìn)器的壽命要求。

以往的大功率控制驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用場(chǎng)合中，往往通過水冷或風(fēng)冷進(jìn)行功率模塊的散熱，而針對(duì)水下推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，其密閉的空間無法進(jìn)行水冷或風(fēng)冷的散熱，唯一的散熱方式是通過結(jié)構(gòu)快速地將模塊產(chǎn)生的熱量利用周圍流動(dòng)水帶走，傳統(tǒng)的推進(jìn)器由于功率較小，發(fā)熱量不大，不需要考慮控制驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的異型設(shè)計(jì)。在以往小功率控制驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，由于電流不大，功率模塊發(fā)熱量有限，往往采用全橋式功率模塊設(shè)計(jì)，而且電流較小，功率模塊關(guān)斷所產(chǎn)生的電壓變化率(du/dt)不大，可以不用考慮額外的吸收回路，但對(duì)于大功率控制驅(qū)動(dòng)器而言，由于其電流較大，其所產(chǎn)生的發(fā)熱量與高du/dt必須單獨(dú)考慮，在水下應(yīng)用環(huán)境中，緊湊而密閉的空間給上述問題的解決帶來困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題：提供一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，通過采用特殊的異型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了水下高效散熱的問題，通過合理布局，并加入支撐電容、吸收電容、疊層母排等多種方式提高了控制驅(qū)動(dòng)器本身的電磁兼容性，滿足了水下長(zhǎng)時(shí)大功率運(yùn)行的需要。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案：

一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，包括控制驅(qū)動(dòng)器殼體、吸收電容、電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔、電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔、電路板安裝塊、驅(qū)動(dòng)模塊、疊層母排、支撐電容、電容安裝塊、電流傳感器、控制板、轉(zhuǎn)接板、緊固環(huán)；控制驅(qū)動(dòng)器殼體內(nèi)部設(shè)有凸起平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)模塊安裝在凸起平臺(tái)上；控制驅(qū)動(dòng)器殼體底部開有電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔和電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔；驅(qū)動(dòng)模塊包括固定連接的IGBT驅(qū)動(dòng)板和IGBT；疊層母排背面與3個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊連接，正面安裝有3個(gè)吸收電容，每個(gè)吸收電容分別與驅(qū)動(dòng)模塊上的IGBT的直流端和疊層母排連接；轉(zhuǎn)接板固定安裝在電路板安裝塊上，控制板與轉(zhuǎn)接板通過控制線纜進(jìn)行相連，電流傳感器與轉(zhuǎn)接板之間通過焊接連接，電容安裝塊安裝在控制驅(qū)動(dòng)器殼體的內(nèi)壁上，支撐電容與電容安裝塊連接；疊層母排與支撐電容之間通過線纜進(jìn)行連接；轉(zhuǎn)接板與驅(qū)動(dòng)模板之間通過屏蔽排線進(jìn)行連接；緊固環(huán)封蓋在控制驅(qū)動(dòng)器殼體上。

為充分利用外界水流對(duì)控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行散熱，提高控制驅(qū)動(dòng)器的散熱效率，所述控制驅(qū)動(dòng)器殼體采用柱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，殼體外的相應(yīng)位置開有散熱槽，提高整體散熱效率。

所述3個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊上的IGBT分別固定安裝在控制驅(qū)動(dòng)器殼體的內(nèi)壁的凸臺(tái)上，接觸面涂有導(dǎo)熱材料。

所述控制驅(qū)動(dòng)器殼體、電路板安裝塊和電容安裝塊上設(shè)有螺孔，緊固環(huán)通過螺釘與控制驅(qū)動(dòng)器殼體、電路板安裝塊和電容安裝塊連接。

電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔的開孔位置分別與電流傳感器和驅(qū)動(dòng)模塊的位置相對(duì)應(yīng)；電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)通過線纜穿過電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔與控制板相連。

所述電流傳感器，用于檢測(cè)電機(jī)的三相電流。

所述疊層母排能夠減少母線上的雜散電感，吸收電容消除控制器中雜散電感引起的尖峰電壓，支撐電容加速時(shí)瞬間提供母線能量，進(jìn)一步減少雜散電感產(chǎn)生的電壓變化率，從而提高控制驅(qū)動(dòng)器的電磁兼容性；控制板，用于接受控制指令，運(yùn)行控制算法，產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。轉(zhuǎn)接板，用于提供驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電源及驅(qū)動(dòng)故障檢測(cè)。

所述控制板接受控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，并通過電流傳感器采集電機(jī)相電流，通過電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過轉(zhuǎn)接板的放大作用輸出至驅(qū)動(dòng)模塊，將直流電壓逆變成可變的交流信號(hào)，通過電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔輸出至電機(jī)三相端，完成最終的控制。

本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，對(duì)控制驅(qū)動(dòng)器殼體采用特殊的異型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)能充分利用外界水流對(duì)控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行散熱，大大的提高了控制驅(qū)動(dòng)器的散熱效率；

(2)本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，充分利用尺寸空間，并進(jìn)行合理布局，控制驅(qū)動(dòng)器的功率大、體積小、重量輕；

(3)本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，采用異型疊層母排設(shè)計(jì)，并加入支撐電容等多種措施在保證控制驅(qū)動(dòng)器具有良好電磁兼容性的同時(shí)，大大提高了控制驅(qū)動(dòng)器的長(zhǎng)時(shí)可靠性；

(4)本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，控制驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路板與電容模塊均采用特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，有效利用空間的同時(shí)，增加控制驅(qū)動(dòng)器的抗振性能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為緊固環(huán)安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為控制驅(qū)動(dòng)器殼體底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為疊層母排結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-控制驅(qū)動(dòng)器殼體；2-吸收電容；3-電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔；4-電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔；5-電路板安裝塊；6-驅(qū)動(dòng)模塊；7-疊層母排；8-支撐電容；9-電容安裝塊；10-電流傳感器；11-控制板；12-轉(zhuǎn)接板；13-緊固環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種基于一體化設(shè)計(jì)的大功率推進(jìn)控制驅(qū)動(dòng)器，包括控制驅(qū)動(dòng)器殼體1、吸收電容2、電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔3、電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔4、電路板安裝塊5、驅(qū)動(dòng)模塊6、疊層母排7、支撐電容8、電容安裝塊9、電流傳感器10、控制板11、轉(zhuǎn)接板12、緊固環(huán)13；

為充分利用外界水流對(duì)控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行散熱，提高控制驅(qū)動(dòng)器的散熱效率，控制驅(qū)動(dòng)器殼體1采用柱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在內(nèi)部驅(qū)動(dòng)部分的安裝位置建立凸起平臺(tái)方便驅(qū)動(dòng)模塊6的安裝，在殼體外的相應(yīng)位置進(jìn)行開槽散熱，提高整體散熱效率。與此同時(shí)，如圖3所示，控制驅(qū)動(dòng)器殼體1底部開有電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔4和電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔3。

為充分利用尺寸空間，保證控制驅(qū)動(dòng)器的長(zhǎng)時(shí)可靠性，電機(jī)的UVW三相強(qiáng)電穿艙孔3的開孔位置與驅(qū)動(dòng)模塊安裝位置相對(duì)應(yīng)，即UV相穿艙孔位置分別對(duì)應(yīng)于UV相電流傳感器，W相位置對(duì)應(yīng)于W相驅(qū)動(dòng)模塊的位置；電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)通過線纜穿過電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔4與控制板11相連。與此同時(shí)，利用疊層母排7減少母線上的雜散電感，吸收電容2消除控制器中雜散電感引起的尖峰電壓，支撐電容8加速時(shí)瞬間提供母線能量，進(jìn)一步減少雜散電感產(chǎn)生的DU/DT(電壓變化率)，從而提高控制驅(qū)動(dòng)器的電磁兼容性。

電流傳感器10，用于檢測(cè)電機(jī)的三相電流，具有一傳感器穿線孔，一三相電纜從所述傳感器穿線孔中穿過，并與所述對(duì)應(yīng)的強(qiáng)電穿艙孔相連接。控制板11，用于接受控制指令，運(yùn)行控制算法，產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。轉(zhuǎn)接板12，用于提供驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電源及驅(qū)動(dòng)故障檢測(cè)。

控制驅(qū)動(dòng)器中的連接方式為：驅(qū)動(dòng)模塊6包括IGBT驅(qū)動(dòng)板與IGBT，IGBT驅(qū)動(dòng)板與IGBT通過焊接連接，3個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊6上的IGBT分別通過螺釘固定安裝在控制驅(qū)動(dòng)器殼體1的內(nèi)壁的凸臺(tái)上，接觸面涂有導(dǎo)熱材料；疊層母排7，如圖4所示，背面通過螺釘與3個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊6連接，正面安裝有3個(gè)吸收電容2，每個(gè)吸收電容2分別與驅(qū)動(dòng)模塊6上的IGBT的直流端連接，吸收電容2與驅(qū)動(dòng)模塊6上的IGBT的直流端和疊層母排7通過螺釘連接；轉(zhuǎn)接板12通過螺釘固定安裝在電路板安裝塊5上，控制板11與轉(zhuǎn)接板12通過控制線纜進(jìn)行相連，電流傳感器10與轉(zhuǎn)接板12之間通過焊接連接，電容安裝塊9通過螺釘安裝在控制驅(qū)動(dòng)器殼體1的內(nèi)壁上，支撐電容8與電容安裝塊9之間通過螺釘連接；疊層母排7與支撐電容8之間通過線纜進(jìn)行連接；轉(zhuǎn)接板12與驅(qū)動(dòng)模板6之間通過屏蔽排線進(jìn)行連接；控制驅(qū)動(dòng)器殼體1、電路板安裝塊5和電容安裝塊9上設(shè)有螺孔，如圖2所示，緊固環(huán)13通過螺釘與控制驅(qū)動(dòng)器殼體1、電路板安裝塊5和電容安裝塊9進(jìn)行連接。

本實(shí)用新型工作原理為：控制板11接受控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，并通過電流傳感器10采集電機(jī)相電流，通過電機(jī)控制信號(hào)穿艙孔3采集轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過轉(zhuǎn)接板12的放大作用輸出至驅(qū)動(dòng)模塊6，將直流電壓逆變成可變的交流信號(hào)，通過電機(jī)強(qiáng)電穿艙孔3輸出至電機(jī)三相端，完成最終的控制。