專利名稱：一種隔爆變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊。
技術(shù)背景
目前，煤礦礦井下的機(jī)械設(shè)備的大功率電機(jī)一般采用變頻調(diào)速，這樣可以明顯的 提高機(jī)械設(shè)備對工況的適用性，從而提高生產(chǎn)率，節(jié)約大量電能。
但是，目前用于煤礦礦井下的變頻器設(shè)備，由于環(huán)境因素，對散熱技術(shù)有很多制 約。一方面為了安全，煤礦礦井下變頻器需要將電子元器件及電路設(shè)備全部密封在隔爆腔 體內(nèi)，另一方面變頻器中的電力電子器件工作時有功率損耗，會產(chǎn)生大量的熱量，因此需要 將熱量散發(fā)出去。因此，對于隔爆變頻器中的散熱技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)。
目前，隔爆變頻器一般采用較多的散熱方式為熱管散熱。
熱管散熱器體積大，需配外部冷卻風(fēng)機(jī)，因此噪聲大，散熱效率不高。
隔爆變頻電機(jī)一體機(jī)是將變頻器直接安裝在調(diào)速電機(jī)機(jī)殼上，使變頻器和電機(jī)共 用一個隔爆機(jī)殼。因此隔爆變頻電機(jī)一體機(jī)對變頻器機(jī)芯有更高的要求，需要變頻器機(jī)芯 體積小。這樣功率密度大，一般采用水冷散熱方式。
目前，礦用隔爆變頻電機(jī)一體機(jī)技術(shù)方案較少，其變頻功率模塊的特點(diǎn)為冷卻方 式為水冷，變頻器額外配置一套獨(dú)立的循環(huán)冷卻水裝置；隔爆腔內(nèi)變頻器機(jī)芯的各個器件 分散布置在腔體內(nèi)，水冷散熱器緊貼在電機(jī)水冷機(jī)殼，使散熱器流道與電機(jī)冷卻流道相連。
但是，礦井下的冷卻水一般來自地面，到達(dá)設(shè)備端的水壓已經(jīng)特別高，水質(zhì)也不能 保證特別好，所以對水冷功率模塊有更高的要求。
但是，上述的變頻器機(jī)芯的各個器件分散式布置在腔體內(nèi)，不便于井下維修和替換。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，能夠
本發(fā)明實施例提供一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，包括機(jī)架、IGBT元件、 直流電容器、整流二極管、低感復(fù)合母排、交流疊層母排、驅(qū)動電路組件、控制電路組件、水 冷散熱器、放電電阻、進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管；
所述水冷散熱器安裝于機(jī)架前側(cè)的支撐柱上；所述IGBT元件安裝于所述水冷散 熱器的上表面；所述整流二極管和放電電阻安裝于所述水冷散熱器的下表面；
所述直流電容器安裝于機(jī)架后側(cè)；
所述低感復(fù)合母排覆蓋安裝在IGBT元件的上表面；
所述交流疊層母排覆蓋安裝在整流二極管的表面；
所述驅(qū)動電路組件安裝在所述低感復(fù)合母排的上側(cè)；
所述三相輸入銅排和三相輸出銅排安裝于機(jī)架前側(cè)；
所述控制電路組件安裝于直流電容器的上表面；
所述進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管安裝于散熱器的進(jìn)出水口接口。
優(yōu)選地，所述水冷散熱器包括散熱器基板、直水流道、集水器；
所述集水器側(cè)面開孔，與所述直水流道焊接為一體，所述集水器上側(cè)焊接內(nèi)螺紋 進(jìn)出水接口，形成密閉水流道；
所述直水流道通過焊接埋在散熱器基板內(nèi)。
優(yōu)選地，所述散熱器基板為鋁基板；
所述直水流道為銅管直水流道；
所述集水器為銅質(zhì)集水器。
優(yōu)選地，所述散熱器基板上安裝有溫度繼電器，所述溫度繼電器用于在功率模塊 溫度超過預(yù)定溫度時，發(fā)送信號給控制器，控制器控制功率模塊停機(jī)或使功率模塊降額運(yùn) 行。
優(yōu)選地，
所述低感復(fù)合母排的側(cè)邊通過U型折彎與直流電容器連接；
所述低感復(fù)合母排由正負(fù)銅排層和絕緣層疊壓而成，所述絕緣層四周邊緣壓合密 封。
優(yōu)選地，所述低感復(fù)合母排在IGBT元件的適配板相應(yīng)位置上開有過線孔，以使驅(qū) 動電路組件的驅(qū)動線路通過所述過線孔連接到所述IGBT元件。
優(yōu)選地，所述驅(qū)動電路組件的上側(cè)安裝有蓋板。
優(yōu)選地，還包括電流傳感器，用于監(jiān)測交流側(cè)輸出電流的大??；
所述電流傳感器安裝于所述水冷散熱器的上表面的前側(cè)，所述電流傳感器上開有 通孔，所述三相輸出銅排穿過電流傳感器的通孔與前端絕緣接線柱連接。
優(yōu)選地，所述控制電路組件包括控制屏蔽鋁盒、控制電路板、開關(guān)電源、驅(qū)動電源 板和航空插頭；
所述航空插頭安裝在控制屏蔽鋁盒前側(cè)面，所述航空插頭用于對外的電信號連接 接口 ；
所述控制屏蔽鋁盒底面前側(cè)開有過線孔，控制電路組件與驅(qū)動電路組件的線路通 過所述過線孔連接。
優(yōu)選地，所述進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管通過高壓水管轉(zhuǎn)接頭與所述水冷散熱 器兩側(cè)的集水器進(jìn)出水口連接，形成密閉的冷卻流體通道。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，將變頻器機(jī)芯的核心部件即變 頻功率模塊集成為一個水冷功率模塊，功率密度高，可以整體拆卸，便于礦井下維修替換， 不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，功率模塊中的各個器件是分散式布置的當(dāng)功率模塊出現(xiàn)故障時，不便 于檢修和替換。本發(fā)明提供的水冷散熱器，能夠直接應(yīng)用地面引來的高壓水進(jìn)行水冷散熱， 不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣在礦井里單獨(dú)準(zhǔn)備一套循環(huán)冷卻水裝置。這樣一方面降低了成本， 同時也節(jié)約了礦井下設(shè)備的面積和體積。并且本發(fā)明提供的功率模塊采用集成模塊式，便 于維修和替換。


圖1是本發(fā)明實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊主視圖2是本發(fā)明實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊側(cè)視圖3是本發(fā)明實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊后視圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。
本發(fā)明實施例提供一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，包括機(jī)架、IGBT元件、 直流電容器、整流二極管、低感復(fù)合母排、交流疊層母排、驅(qū)動電路組件、控制電路組件、水 冷散熱器、放電電阻、進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管；
所述水冷散熱器安裝于機(jī)架前側(cè)的支撐柱上；所述IGBT元件安裝于所述水冷散 熱器的上表面；所述整流二極管和放電電阻安裝于所述水冷散熱器的下表面；
所述直流電容器安裝于機(jī)架后側(cè)；
所述低感復(fù)合母排覆蓋安裝在IGBT元件的上表面；
所述交流疊層母排覆蓋安裝在整流二極管的表面；
所述驅(qū)動電路組件安裝在所述低感復(fù)合母排的上側(cè)；
所述三相輸入銅排和三相輸出銅排安裝于機(jī)架前側(cè)；
所述控制電路組件安裝于直流電容器的上表面；
所述進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管安裝于散熱器的進(jìn)出水口接口。
本實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，將變頻器機(jī)芯的核心部件即變 頻功率模塊集成為一個水冷功率模塊，功率密度高，可以整體拆卸，便于礦井下維修替換， 不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，功率模塊中的各個器件是分散式布置的當(dāng)功率模塊出現(xiàn)故障時，不便 于檢修和替換。本發(fā)明提供的水冷散熱器，能夠直接應(yīng)用地面引來的高壓水進(jìn)行水冷散熱， 不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣在礦井里單獨(dú)準(zhǔn)備一套循環(huán)冷卻水裝置。這樣一方面降低了成本， 同時也節(jié)約了礦井下設(shè)備的面積和體積。并且本發(fā)明提供的功率模塊采用集成模塊式，便 于維修和替換。
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解和實施本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖 詳細(xì)介紹。
參見圖1-圖3，分別為本發(fā)明實施例提供的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊的主 視圖、側(cè)視圖和后視圖。
1:機(jī)架；2 :拉桿；3 :電流傳感器；4 :航空插頭；5 :三相輸出銅排；6 :三相輸入銅 排；7 :控制電路組件；8 :驅(qū)動電路組件；9 =IGBT元件；10 :水冷散熱器；11 :整流二極管； 12 :放點(diǎn)電阻；13 :交流疊層母排；14 :低感復(fù)合母排；15 :進(jìn)水高壓軟管；16 :直流電容器； 17 :出水高壓軟管；18 :蓋板；19 :高壓水管轉(zhuǎn)接頭。
本發(fā)明實施例提供的變頻功率模塊集成了 IGBT元件9、直流電容器16、整流二極 管11、低感復(fù)合母排14、交流疊層母排13、驅(qū)動電路組件8、控制電路組件7、水冷散熱器 10、放電電阻12、、進(jìn)出水高壓軟管15和出水高壓軟管17，各部件安裝在機(jī)架I上，形成一 個長方體的功率模塊。
其中，機(jī)架I相當(dāng)于一個底座，機(jī)架I的前后安裝有兩個拉手2，便于變頻功率模塊的移動。
變頻功率模塊的正面上部設(shè)有航空插頭4，用于變頻功率模塊對外的電信號的連 接接口 ；
變頻功率模塊的正面中部有三相輸出銅排5和三相輸入銅排6，作為變頻功率模 塊主電路的對外接口；
本實施例中，優(yōu)選水冷散熱器10安裝于機(jī)架I的前側(cè)四個支柱上，可以理解的是， 所述支柱的數(shù)目也可以為其他個數(shù)，主要用于支撐水冷散熱器。例如，六個或者八個等。
所述水冷散熱器10包括散熱器基板、直水流道、集水器；
所述集水器側(cè)面開孔，與所述直水流道焊接為一體，所述集水器上側(cè)焊接內(nèi)螺紋 進(jìn)出水接口，形成密閉水流道；這樣的密閉水流道可以承受很高的水壓。
所述直水流道通過焊接埋在散熱器基板內(nèi)。
鋁基板上下表面都可安裝大功率電力電子器件，即IGBT元件，充分利用基板的散 熱位置，提高散熱器的散熱效率。
散熱器基板上安裝有溫度繼電器，所述溫度繼電器用于在功率模塊溫度超過預(yù)定 溫度時，發(fā)送信號給控制器，控制器控制功率模塊停機(jī)或使功率模塊降額運(yùn)行。
所述低感復(fù)合母排14的側(cè)邊通過U型折彎與直流電容器16連接；
所述低感復(fù)合母排14由正負(fù)銅排層和絕緣層疊壓而成，所述絕緣層四周邊緣壓 合密封。
低感復(fù)合母排14覆蓋安裝在IGBT元件9上表面。
IGBT元件9安裝于水冷散熱器10的上表面，三個IGBT元件9均勻排列，構(gòu)成一個 三相逆變橋臂；
需要說明的是，上述的IGBT元件9為三個，是因為此處的IGBT元件9為雙管，因 此三個IGBT元件9就可形成三相逆變橋臂。可以理解的是，在其他實例中，IGBT元件9也 可選擇六個單管的IGBT元件來組成三相逆變橋臂。
整流二極管11安裝于水冷散熱器10的下表面，三個整流二極管11構(gòu)成三相整流 電路；
同理，上述的整流二極管11為三個，與IGBT元件9為三個的原理是相同的，此處 的一個整流二極管11實質(zhì)上可以展開為兩個二極管，因此，可以理解的是，在其他實施例 中，整流二極管可以選擇六個單管的IGBT元件來組成三相整流電路。
需要說明的是，變頻功率模塊既包括整流電路又包括逆變電路。
放電電阻12安裝于水冷散熱器10的下表面，和整流二極管11同一表面，用作直 流電容放電。
交流疊層母排13覆蓋安裝在整流二極管11表面，側(cè)邊通過L型折彎與直流電容 器16連接；
驅(qū)動電路組件8緊貼安裝在低感復(fù)合母排14上側(cè)，由四個支撐柱支撐；
可以理解的是，此處的支撐柱數(shù)目也可以為其他數(shù)目。
低感復(fù)合母排14在IGBT元件9的適配板相應(yīng)位置開有過線孔，這樣可以使驅(qū)動 電路組件8的驅(qū)動線路能以最短的距離連接到IGBT元件9，從而保證驅(qū)動信號的可靠性；
驅(qū)動電路組件8的上側(cè)安裝有蓋板18，蓋板18可以起到電磁屏蔽的作用；
電流傳感器3安裝于水冷散熱器10上表面的前側(cè)，電流傳感器3上開有通孔。
三相輸出銅排5穿過電流傳感器3上的通孔與前端絕緣接線柱連接，電流傳感器 3用于監(jiān)測交流側(cè)輸出電流的大?。?br> 直流電容器16安裝于機(jī)架I后側(cè)，電氣端子位于朝著水冷散熱器10的側(cè)面；
直流電容器16的電氣端子與低感復(fù)合母排14的U型端及交流疊層母排13的L 型端進(jìn)行電連接；
直流電容器16用于為中間直流回路儲能；
控制電路組件7安裝于直流電容器16的上表面；
控制電路組件7包括控制屏蔽鋁盒、控制電路板、開關(guān)電源、驅(qū)動電源板和航空插 頭4 ；
航空插頭4安裝在控制屏蔽鋁盒前側(cè)面，控制屏蔽鋁盒底面前側(cè)開有過線孔，便 于控制電路組件7與驅(qū)動電路組件8之間的線路連接；
進(jìn)水高壓軟管15和出水高壓軟管17通過高壓水管轉(zhuǎn)接頭19與水冷散熱器10兩 側(cè)的集水器進(jìn)出水口連接，從而形成密閉的冷卻流體通道；冷卻流體通道中的各部件采用 特定高壓器件，能夠滿足礦用井下高壓冷卻水的壓力要求；各個部件的通道的通徑在8mm 以上,這樣可以更好地滿足流體流量及流體中含有少量雜質(zhì)的要求。
本發(fā)明實施例中，將變頻器機(jī)芯的核心部件集成為一個水冷功率模塊，功率密度 高，可整體拆卸，便于井下維修替換；通過改進(jìn)水冷散熱器，使其能直接使用由地面引下來 的高壓水來進(jìn)行冷卻，完全不需要獨(dú)立的循環(huán)冷卻水裝置，可以大量節(jié)約成本及礦井下設(shè) 備占用面積。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明 技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離 本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同 變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，包括機(jī)架、IGBT元件、直流電容器、整流二極管、低感復(fù)合母排、交流疊層母排、驅(qū)動電路組件、控制電路組件、水冷散熱器、放電電阻、進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管；所述水冷散熱器安裝于機(jī)架前側(cè)的支撐柱上；所述IGBT元件安裝于所述水冷散熱器的上表面；所述整流二極管和放電電阻安裝于所述水冷散熱器的下表面；所述直流電容器安裝于機(jī)架后側(cè)；所述低感復(fù)合母排覆蓋安裝在IGBT元件的上表面；所述交流疊層母排覆蓋安裝在整流二極管的表面；所述驅(qū)動電路組件安裝在所述低感復(fù)合母排的上側(cè)；所述三相輸入銅排和三相輸出銅排安裝于機(jī)架前側(cè)；所述控制電路組件安裝于直流電容器的上表面；所述進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管安裝于散熱器的進(jìn)出水口接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述水冷散熱器包括散熱器基板、直水流道、集水器；所述集水器側(cè)面開孔，與所述直水流道焊接為一體，所述集水器上側(cè)焊接內(nèi)螺紋進(jìn)出水接口，形成密閉水流道；所述直水流道通過焊接埋在散熱器基板內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述散熱器基板為招基板；所述直水流道為銅管直水流道；所述集水器為銅質(zhì)集水器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述散熱器基板上安裝有溫度繼電器，所述溫度繼電器用于在功率模塊溫度超過預(yù)定溫度時，發(fā)送信號給控制器，控制器控制功率模塊停機(jī)或使功率模塊降額運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述低感復(fù)合母排的側(cè)邊通過U型折彎與直流電容器連接；所述低感復(fù)合母排由正負(fù)銅排層和絕緣層疊壓而成，所述絕緣層四周邊緣壓合密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述低感復(fù)合母排在IGBT元件的適配板相應(yīng)位置上開有過線孔，以使驅(qū)動電路組件的驅(qū)動線路通過所述過線孔連接到所述IGBT元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述驅(qū)動電路組件的上側(cè)安裝有蓋板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，還包括電流傳感器，用于監(jiān)測交流側(cè)輸出電流的大小；所述電流傳感器安裝于所述水冷散熱器的上表面的前側(cè)，所述電流傳感器上開有通孔，所述三相輸出銅排穿過電流傳感器的通孔與前端絕緣接線柱連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述控制電路組件包括控制屏蔽鋁盒、控制電路板、開關(guān)電源、驅(qū)動電源板和航空插頭；所述航空插頭安裝在控制屏蔽鋁盒前側(cè)面，所述航空插頭用于對外的電信號連接接口；所述控制屏蔽鋁盒底面前側(cè)開有過線孔，控制電路組件與驅(qū)動電路組件的線路通過所述過線孔連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，其特征在于，所述進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管通過高壓水管轉(zhuǎn)接頭與所述水冷散熱器兩側(cè)的集水器進(jìn)出水口連接，形成密閉的冷卻流體通道。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變頻電機(jī)一體機(jī)的變頻功率模塊，包括機(jī)架、IGBT元件、直流電容器、整流二極管、低感復(fù)合母排、交流疊層母排、驅(qū)動電路組件、控制電路組件、水冷散熱器、放電電阻、進(jìn)水高壓軟管和出水高壓軟管；將變頻器機(jī)芯的核心部件即變頻功率模塊集成為一個水冷功率模塊，功率密度高，可以整體拆卸，便于礦井下維修替換，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，功率模塊中的各個器件是分散式布置的當(dāng)功率模塊出現(xiàn)故障時，不便于檢修和替換。該水冷散熱器，能夠直接應(yīng)用地面引來的高壓水進(jìn)行水冷散熱，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣在礦井里單獨(dú)準(zhǔn)備一套循環(huán)冷卻水裝置。降低了成本，也節(jié)約礦井下設(shè)備的面積和體積。本發(fā)明提供的功率模塊采用集成模塊式，便于維修和替換。
文檔編號H02M7/00GK103051208SQ201310033720
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者彭凱, 馬伯樂, 范偉, 王洪峰, 李雪榮, 陳鋒 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司