CN1285165C - 用于低压三相交流电动机的交流器控制的传动*** - Google Patents

用于低压三相交流电动机的交流器控制的传动*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压三相交流电动机的变流器控制的传动***，该传动***具有包括晶体管和电容器的功率部件，用于晶体管的起动部件，和控制部件，以及直流和三相电流的接线；其中，这些部件被设置在由导热材料制成的公共外壳内；所述功率部件具有第一印刷电路板，该第一印刷电路板以平面接触的方式设置在外壳的具有良好导热性的底部上；所述功率部件还具有包括起动部件的第二印刷电路板，该第二印刷电路板借助焊接在第一印刷电路板上的由金属材料制成的触针与该第一印刷电路板间隔开地电连接，以及，接线销钉与所述第一印刷电路板的接点连接，其特征在于，第一印刷电路板(24)由良好导热性的材料制成，触针(30)与第一和第二印刷电路板机械连接，以便在第一印刷电路板(24)上支承第二印刷电路板(26)；触针(30)至少部分地由弹性材料制成并且在接近安装时轴向变形；以及，接线销钉(22)穿过第二印刷电路板(26)内以及盖板(14)内的孔绝缘地引出。

Description

用于低压三相交流电动机的 变流器控制的传动***
技术领域
本发明涉及一种低压三相交流电动机变流器控制的传动***。
背景技术
在将三相交流电动机用于由蓄电池供电的电瓶车时，必然需要从电池电压为三相交流电动机产生三相交流电压的变流器。变流器一般包括三个半桥，其中各自设置两个例如MOSFETs或者IGBT大功率晶体管形式的半导体开关。变流器具有利用大功率晶体管产生三相输出交变电压的功率部件、平衡电容的电容器组和大功率晶体管的电子控制装置。此外具有控制部件，它具有带配属软件的计算部分。无论是功率部件还是控制部件，通常都设置在一块电路板上。大功率晶体管产生很高的热量，必然要借助相应的散热器等向周围散热。
DE 197 20 695公开了一种变流器，其中所有大功率晶体管三相电桥的并联半导体支路设置在第一接触轨上，每个相位电桥的各自其它半导体支路的大功率晶体管设置在取用各自相电压的单独接触轨上。大功率晶体管与接触轨直接热接触，它同时也是散热器部分。
DE 199 10 787公开了一种变流器，其中散热器具有三个平行隔开设置的纵向段，每个相位的晶体管交替并排绝缘安装在段上。在散热器段之间的两个格层中设置电路板段，晶体管和电容器组的电容与其连接，其中，设置在宽格层内的电路板段具有两排晶体管。在两排晶体管的附近分别设置三个平行且隔开分布的接触轨，其中第一接触轨用于一个相位，第二接触轨用于负电位，第三接触轨用于正电位。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于三相交流电动机的变流器控制的传动***，其中在相当低的制造成本下取得高的功率密度。
该目的通过按本发明的传动***得以实现，即，低压三相交流电动机的变流器控制的传动***，该传动***具有包括晶体管和电容器的功率部件，用于晶体管的起动部件，和控制部件，以及直流和三相电流的接线；其中，这些部件被设置在由导热材料制成的公共外壳内；所述功率部件具有第一印刷电路板，该第一印刷电路板以平面接触的方式设置在外壳的具有良好导热性的底部上；所述功率部件还具有包括起动部件的第二印刷电路板，该第二印刷电路板借助焊接在第一印刷电路板上的由金属材料制成的触针与该第一印刷电路板间隔开地电连接，以及，接线销钉与所述第一印刷电路板的接点连接，其特征在于，第一印刷电路板由良好导热性的材料制成，触针与第一和第二印刷电路板机械连接，以便在第一印刷电路板上支承第二印刷电路板；触针至少部分地由弹性材料制成并且在接近安装时轴向变形；以及，接线销钉穿过第二印刷电路板内以及盖板内的孔绝缘地引出。
在依据本发明的传动***中，功率部件具有第一印刷电路板，它由具有良好导热性的材料构成，以平面接触方式设置在外壳的具有良好导热性的底部。第一印刷电路板的材料虽然电绝缘，但是形成良好的导热性。因此，第一印刷电路板由塑料化合的铝粉组成，由此，平面接触中的热量可以散发到外壳的具有良好导热性的底部。第一印刷电路板上的印刷线路可以这样设置，使它们在其一侧与外壳的底部形成表面接触。在这种情况下，结构底部不得导电。外壳可以由具有良好导热性的材料例如铝压铸成型。
在第一印刷电路板上设置大功率晶体管以及钎焊在印刷电路板上的一排触针或者接线销钉，并且它们将第一印刷电路板与在第一印刷电路板上面与其平行和隔开设置的第二印刷电路板机械或电连接。在第二印刷电路板上，有所述的用于大功率晶体管的起动部件(Ansteuerteil)以及需要的电容器组。在此方面涉及DE 199 10 787公开文本所述的变流器的桥式电路。第二印刷电路板由其它基板材料，例如由具有铜填料或者类似物的玻璃纤维强化塑料组成。触针通过第二印刷电路板的孔延伸，优选焊接在这些孔内，从而按照这种方式也形成机械固定连接。优选第一和第二印刷电路板设置为多层结构单元，最好可以借助于螺丝连接固定在外壳的底部。
在第一印刷电路板上还有三相交流和直流接线的接点，其中设有接线销钉，它们与这些接线连接并穿过第二印刷电路板和外壳盖板内的孔。
所述类型的变流器还需要所谓的控制部件，它优选同样设置在外壳的里面，而且在盖板的下面，其中，控制部件通过电缆，例如扁形电缆与第二印刷电路板的电路连接。利用后一种措施可以实现控制部件接口的标准化。功率部件通过装备变化可供不同级别的电压使用。
借助本发明，第一印刷电路板可以全自动化制造，特别是可以在所谓的SMD(服务安装设备)(Service Mounted Device)上进行。第二印刷电路板在相当程度上也可以自动装备。
带有变流器部分的传动***的依据本发明的结构可以使大功率晶体管具有特别良好的散热性，并由此具有很高的功率密度，从而减少占用面积并形成紧凑的结构。
根据本发明的结构，钎焊在第一印刷电路板上的触针可以由可弹性变形的材料组成，在下部区域内可以具有弯曲或者其它造型，从而触针在轴向负荷时弹性变形。因此，触针在下部区域内可以例如具有S形形状。
根据本发明的另一结构，触针在末端之间扩展，其上支承有第一和第二印刷电路板之间的框架，触针通过框架的孔向上延伸。框架具有稳定和定位作用，从而每当套装第二印刷电路板时，触针的上端处于尺寸相当精确的给定位置内。按照这种方式，可以全自动安装第二印刷电路板，触针的上端穿过第二印刷电路板内的孔并焊接在里面。
按照本发明的另一结构，第一印刷电路板上的接点由插座或者插头构成，它们例如采用SMD技术平面钎焊在第一印刷电路板上。接线销钉具有套管段，可插接在插座上。通过接线销钉插接在插座上，销钉既可以在转向上也可以在轴向上变形，从而接线销钉上作用的力不会传递到第一印刷电路板上。为改进盖板内接线销钉的机械固定，本发明的一种结构为，一段盖板由塑料构成，接线销钉的上端固定在其孔内。优选该塑料段注入盖板的开口或者凹槽内。接线销钉可具有径向凸缘，其防转动地嵌入盖板段的开口。螺纹环利用外螺纹与开口的内螺纹共同作用，将凸缘压紧到开口的底部上。为避免螺纹环反转，螺纹环装有外齿，最好是锯齿，与盖板段内开口的壁共同作用避免反转。
附图说明
下面，借助实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1示出按本发明的变流器单元的剖面透视图；
图2示出按图1单元相互分开的透视图；
图3示出图1和2的变流器单元的第一和第二印刷电路板的多层单元透视图；
图4示出图1或2单元盖板底面的透视图；
图5示出图3多层单元的第一印刷电路板的顶视图；
图6示出图5第一印刷电路板的透视图；
图7示出沿图5印刷电路板中的线7-7的一个剖面；
图8示出图3多层单元的第一和第二印刷电路板的部分剖面；
图9示出图1或2变流器单元的盖板一部分的顶视图；
图10示出沿图9中线10-10的一个剖面。
具体实施方式
在图1中，具有变流器的传动***均用10表示。该传动***具有一个外壳，该外壳具有外壳底部12和盖板14。盖板与外壳底部12共同具有密封作用，盖板14与底部12用螺丝拧紧，对此细节上不再探讨。
外壳底部12和盖板14例如由铝，特别是具有良好导热性的材料压铸成型。在盖板14的上部开口或者凹槽内，注入一塑料段16。该段16具有五个开口或者凹槽，其中18尤其容易看清。开口18的底部有孔，与盖板14下陷部20的孔对应。接线销钉22通过这些孔向上延伸。总计有五个接线销钉22。图1中设置在盖板14左边缘的两个接线销钉形成由蓄电池(未示出)供电的直流连接。三个成排与之平行设置的接线销钉22形成三相电流输出，它们与未示出的电瓶车的三相交流电动机连接。接线销钉22的固定情况下面还要介绍。标有参考符号22的接线销钉或其固定在安装阶段介绍，也就是说，为此使用的部件还未处于与其它接线销钉连接的最终位置。
图1中可以看到第一印刷电路板24和第二印刷电路板26，它平行并隔开设置在第一印刷电路板24的上面。
如图2和3所示，印刷电路板24、26形成多层单元。印刷电路板24的基体材料例如由塑料化合的铝构成，而印刷电路板26的基体材料由玻璃纤维强化的塑料构成。特别是第一印刷电路板24具有良好的导热性，如从图1可看到的那样，它们被平面置放在外壳部分12的底部上，从而取得良好的导热性，因为第一印刷电路板24包括变流器的功率部件，特别是大功率晶体管，正如小盒28所示那样，钎焊在印刷电路板24上。第一印刷电路板24上还焊有触针，而且如30所示，成组或者单独钎焊。触针的安装及其形状从图8看得更为清楚。由片材成形的平面触针30的下端弯成S形，其中S的下支通过更大段平面钎焊在印刷电路板24上。在S形的上面，触针30具有扩展部34，框架36支承在该扩展部的上面，触针30穿过其孔向上延伸。这种框架基本在图1、5和6中可以看出。这些框架的作用是将触针装置的大量触针保持在确定的方位上，因为上面的印刷电路板26这样设置，即，使触针30的上端穿过印刷电路板26相应的孔延伸，如从图8及图1可清楚看到的那样。触针30以公知的方式与上面的印刷电路板26焊接，其中，与第二印刷电路板26的印刷线路产生相应的连接。触针30与第一印刷电路板24的印刷线路连接，这些印刷线路在其一侧通向晶体管。按照这种方式，第二印刷电路板26不仅与第一印刷电路板24电连接，而且与第一印刷电路板24机械连接，从而形成图2和3的多层单元。触针30的特殊造型可以对第二印刷电路板26进行减振支承，从而振动不会直接作用于焊接处。
在第一印刷电路板24上设置有五个插座38。它们具有凸缘40，平面地与第一印刷电路板24焊接。插头42从凸缘40向上延伸。插座38形成直流和交流接线销钉22的连接。无论是晶体管还是插座38均可以采用可全自动进行的所谓SMD(服务安装设备)技术与第一印刷电路板24连接。第二印刷电路板26包括用于大功率半导体的所谓起动部件(Ansteuerteil)，其中，第二印刷电路板可以同样采用SMD法几乎全自动生产。对第二印刷电路板的装备不再探讨。但要指出的是电容器27。下部电容器安装在第二印刷电路板上，上部电容器安装在两个外板上，外板借助于螺丝连接与第二印刷电路板电和机械连接。
特别是从图10可看到的那样，接线销钉22的下端有套管部分44，它被构造成可以插接在插头42上，以便产生电连接。对此套管部分44可以相应成型，这里不再详细介绍。接线销钉22在套管部分44的上面为实心，并在末端之间具有凸缘46。凸缘46处于盖板段16开口18内孔的上面或盖板14内孔的上面。在该孔的上面，如已经介绍的那样，有近似环状的开口18，并在下部具有五个设置在相同圆周距离上的径向凸起部48，它们与凸缘46相应造型的开口50共同作用，以防止凸缘转动(特别参见图9)。接线销钉22在盖板段16内的固定借助螺纹夹紧环52完成，夹紧环具有外螺纹54，与开口18内的内螺纹56共同作用。由此，可以将凸缘46夹紧到开口的底部上，并固定在其旋转位置上。夹紧环52的上端具有径向向外的凸缘58，如从图9可看到的那样，凸缘具有锯齿60。锯齿与开口18的位于对面的壁共同作用，由此防止夹紧环52转动并不会自动松开。
从图9和10可以看出，所有作用于触针22上的力，如轴向力和弯曲力，还有例如像安装电缆终端时出现的扭矩，都不会传递到接线插座38上，从而不会危及到焊接部位。
从图4可以看出，通过与盖板14的底面用螺丝连接固定第三印刷电路板64。该第三印刷电路板64包括用于处于第二印刷电路板26上的起动部件的控制部件(steuerteil)。盖板14上也装有扁形电缆(未示出)的接线。该接线通过扁形电缆与第二印刷电路板26电连接(未详细示出)。在第二印刷电路板26上有模拟接线(未示出)，以便通过未示出的扁形电缆将第三印刷电路板64上的控制部件和第二印刷电路板26上的起动部件进行连接。66作为散热器用于对处于其下面的板26的电路部分进行散热。
盖板14在外壳部分12上的固定如已经介绍的那样借助于螺栓连接完成。按图3的由第一和第二印刷电路板组成的多层单元也借助于螺栓固定在外壳部分12的底部上。
采用所介绍的变流器***具有一系列优点。在IMS基础上制造的功率模块可以借助SMD工艺全自动进行装配。第二印刷电路板26绝大部分也可以借助于SMD进行装备。由第一和第二印刷电路板构成的多层可以最佳地充分利用空间。所述功率接线的连接在散热上最佳化。此外，多层单元的机械分离和适配通过所述插接***完成。所有水平的和垂直的误差均可获得补偿。接线销钉上出现的扭矩由盖板吸收，不会到达多层单元上。印刷电路板和控制印刷电路板之间进行减振和热去耦。此外，在本发明中，减少了所谓的EMV干扰发射并使EMV辐射强度最佳化。

Claims (17)

1.一种低压三相交流电动机的变流器控制的传动***，该传动***具有包括晶体管和电容器的功率部件，用于晶体管的起动部件，控制部件，以及直流和三相电流的接线；其中，这些部件被设置在由导热材料制成的公共外壳内；所述功率部件具有第一印刷电路板，该第一印刷电路板以平面接触的方式设置在外壳(12)的具有良好导热性的底部上；所述功率部件还具有包括起动部件的第二印刷电路板，该第二印刷电路板借助焊接在第一印刷电路板上的由金属材料制成的触针与该第一印刷电路板间隔开地电连接，以及，接线销钉与所述第一印刷电路板的接点连接，其特征在于，第一印刷电路板(24)由良好导热性的材料制成，触针(30)与第一和第二印刷电路板机械连接，以便在第一印刷电路板(24)上支承第二印刷电路板(26)；触针(30)至少部分地由弹性材料制成并且在接近安装时轴向变形；以及，接线销钉(22)穿过第二印刷电路板(26)内以及盖板(14)内的孔绝缘地引出。
2.如权利要求1所述的传动***，其特征在于，包括控制部件的第三印刷电路板(64)以及所述外壳(12)的盖板(14)的底部通过电缆与所述第二印刷电路板(26)机械连接且电连接。
3.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，第一印刷电路板(24)的印刷线路邻接外壳(12)的底部。
4.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，外壳(12)和盖板(14)由铝加工成形。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，触针(30)钎焊在第一印刷电路板(24)上，并且触针的上端焊牢在第二印刷电路板的孔内。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，触针(30)由弹性材料构成，在接近安装时通过弯曲轴向变形。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，触针在下部区域内具有S形的形状。
8.如权利要求6或7所述的***，其特征在于，触针(30)在两端之间具有扩展部(34)，在该扩展部上可支承第一和第二印刷电路板(24，26)之间的框架(36)，其中，触针(30)通过框架(36)的孔向上延伸。
9.如权利要求2所述的***，其特征在于，第二和第三印刷电路板(26，64)之间的电连接借助于扁形电缆实现。
10.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，第一和第二印刷电路板(24，26)形成多层结构单元。
11.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，接线销钉(22)可相对于接点(38)有限地移动，并且机械地固定在盖板(14)的孔内。
12.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，接点由插座(38)构成，这些插座平面地钎焊在第一印刷电路板(24)上，并且接线销钉(22)具有一个套管段(44)，该套管段可插接在一个插座(42)上。
13.如权利要求1所述的***，其特征在于，盖板(14)的一段(16)由塑料构成，在该段的孔内固定接线销钉(22)的上端。
14.如权利要求13所述的***，其特征在于，所述段(16)通过注塑方法设置在盖板(14)的开口内。
15.如权利要求13或14所述的***，其特征在于，接线销钉(22)具有径向凸缘(46)，该径向凸缘防转动地嵌入盖板的所述段(16)的一个开口(18)中，一个螺纹环(52)与开口(18)内的螺纹共同作用，并可与凸缘(46)形成接触。
16.如权利要求15所述的***，其特征在于，螺纹环(52)具有外部凸缘(58)，该外部凸缘在圆周上具有锯齿形状(60)，该锯齿形状与开口(18)的一个内段共同作用，以防止螺纹环(52)转动。
17.如权利要求15所述的***，其特征在于，盖板的所述段(16)内的开口(18)在该段(16)的向下的凸起部内形成，该凸起部本身嵌入盖板(14)的凹槽内。
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