КОНСТРУКЦИЯ КОНТРОЛЛЕРА И УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ
CONTROLLER DESIGN AND CONNECTION UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к конструкции системы управления, по меньшей мере, одного двигателя, преимущественно двигателя транспортного средства. Устройство также может применяться в различных областях техники, где требуется управление электродвигателями. Узел соединения относится к части конструкции системы управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При создании конструкции контроллера электродвигателя большой мощности необходимо решить несколько задач. В частности, обеспечить надежность работы контроллера и его интенсивное охлаждение, минимизировать контур тока между устройством управления и шинами контроллера, снизить электрическое сопротивление в силовых цепях. Решение подобных задач обеспечивается не только выбором элементов схемы управления и решением схемотехнических задач, а также конструктивным выполнением устройства контроллера.
Известно техническое решение по заявке US 2012130576, публ. 24.05.2012, МПК B60K 11/02; B60L 15/00, в котором управление электрическими двигателями строительной машины осуществляется контроллерами с водяным охлаждением, и включает подводящие и отводящие электрические шины.
Наиболее близким является решение по патенту на полезную модель RU 158664, публ. 20.01.2016, МПК B60L 11/08, B60L 15/00 и относится к устройствам управления комплектом тягового электрооборудования. Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности работы устройства управления и одновременном повышении его эффективности при использовании на транспортных средствах. Контроллеры каждого силового преобразователя содержат силовые ключи инверторов, выполненных на силовых интегрированных интеллектуальных IGBT модулях полуприжимной конструкции без паяного основания, в едином конструктиве.
Несмотря на наличие различных разработок конструктива контроллеров электрических двигателей остается актуальной разработка конструкции контроллера, по меньшей мере, одного двигателя.
Одной из важных задач создания конструкции контроллера является создание надежного узла соединения плоских шин, установленных параллельно, между собой.
В патенте US 4008365, публ. 15.02.1977, МПК Н02С 5/06, приведена конструкция соединителя электрических шин, ответвления которых расположены в перпендикулярной плоскости. Для лучшего контакта в соединителе применяется несколько пластин, прижимаемых одна к другой.
Известно техническое решение соединителя по патенту DE 3841821, публ. 22.02.1990, МПК H01K 4/66, в котором для соединения торцов шин применяется устройство, в котором для соединения шин используются гибкие пластины, охватывающие шины. Соединители по патентам US 4008365 и DE 3841821 имеют достаточно сложную конструкцию.
Известна конструкция соединителя электрических шин по патенту CN 204156247, публ. 11.02.2015, МПК H01R 24/00. Конструкция соединителя содержит гибкую сборную шину из пластичных элементов, которая прикрепляется путем установки концов шины в выемки, выполненные на концах плоских шин, и прижатия концов сборной шины планками с помощью винта. Сборный узел прост в изготовлении, но надежность конструкции недостаточна.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ
Техническим результатом, достигаемым в изобретениях, относящихся к конструкции контроллера и конструкции узла соединения, является повышение надежности работы при больших токах коммутации и снижение габаритов.
Конструкция контроллера электродвигателя включает основание, выполняющее функцию земли, на котором установлены блоки управления фазами, по меньшей мере одного электродвигателя. Каждый блок управления содержит земляную шину, фазовую шину, положительную шину и ряд электронных элементов управления током, расположенных между шинами и стягиваемых в единый пакет вместе с упомянутыми шинами. Упомянутые шины установлены параллельно на основании, при этом фазовая шина и положительная шина установлены на корпусе через непроводящие элементы, а на шинах установлена печатная плата схемы управления электронными элементами управления, а также коммутационными соединениями между электронными элементами управления и областями прижима шин к плате. Положительные шины блоков управления связаны с положительным вводом источника питания посредством сборной шины, прижимаемой к торцу положительных шин и состоящей из пластин.
Такое выполнение конструкции контроллера позволяет минимизировать контуры силовых токов благодаря параллельному расположению шин на основании и расположению электронных элементов управления между ними. Благодаря стягиванию шин и электронных элементов управления в единый пакет, увеличивается надежность крепления всех элементов, а также возникает возможность точно обработать посадочные поверхности шин на основание. Это позволяет снизить контактное сопротивление между земляными шинами и основанием, а также обеспечить хороший теплоотвод с шин, в том числе с фазовой шины и положительной шины, через непроводящие изолирующие элементы. Благодаря сборной шине, состоящей из пластичных пластин, обеспечивается надежный контакт между всеми положительными шинами, что обеспечивает малое переходное сопротивление и хороший теплоотвод.
Таким образом, благодаря компактной конструкции снижаются габариты устройства и улучшается теплоотвод со всех элементов на основание, что позволяет обойтись воздушным охлаждением контроллера и при больших токах коммутации. Кроме того, снижаются электрические потери в коммутаторе вследствие снижения контактных сопротивлений и минимизации контуров силовых токов.
В частности, единый пакет блока управления фазой включает электронные элементы управления, размещенные между фазовой шиной и земляной шиной, между фазовой шиной и положительной шиной и стянутые посредством штифтов в единый пакет вместе с упомянутыми шинами. При этом непроводящие штифты могут быть выполнены из теплопроводящего материала.
Кроме того, упомянутые земляная шина, фазовая шина и положительная шина выполнены в виде плоских шин.
Помимо этого, непроводящие элементы могут быть выполнены из теплопроводящего материала.
В частности, для хорошего прижима проводящих областей к шинам и укрепления всей конструкции, сверху, на печатной плате над шинами могут быть установлены прижимные элементы, прижимающие плату к шинам.
Кроме того, на печатной плате между соответствующими шинами введены и закреплены выводы, по меньшей мере, одного электронного элемента управления.
Электронные элементы управления могут быть выполнены, как электронные элементы управления током. При этом в качестве электронных элементов управления током, подающимся на токовые шины, применены канальные или IGBT транзисторы.
Пластины сборной шины могут быть выполнены пластичными.
Конструкция узла соединения используется как часть конструкции контроллера, но может использоваться и самостоятельно.
Конструкция узла соединения электрических шин включает ряд плоских шин, установленных параллельно. Упомянутые шины электрически соединены между собой посредством сборной шины, прижимаемой к торцу каждой из плоских шин, при этом сборная шина выполнена из отдельных пластин и снабжена устройствами прижима сборной шины к торцу соответствующей плоской шины.
В частности устройство прижима включает планку с отверстием по размеру поперечного сечения плоской шины и штифт, устанавливаемый в отверстии плоской шины и выходящий за габариты плоской шины, при этом штифт установлен между планкой и сборной шиной, а планка и сборная шина связаны между собой, по меньшей мере, одним стягивающим элементом.
Пластины упомянутой сборной шины могут быть выполнены пластичными.
Торцы упомянутого ряда плоских шин расположены примерно параллельно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показана конструкция контроллера на виде сверху.
На Фиг. 2 показана конструкция контроллера на виде сверху со снятой платой управления и без электронных элементов управления.
На Фиг. 3 показан разрез конструкции на виде сбоку.
На Фиг. 4 показан разрез контроллера по шинам на другом виде сбоку.
На Фиг. 5 представлена структура схемы управления.
На Фиг. 6 показано размещение выводов электронных элементов управления на печатной плате схемы управления.
На Фиг. 7 показан разрез прижима сборной шины к торцу положительных шин.
На Фиг. 8 - конструкция прижимной планки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Конструкция контроллера (Фиг. 1) содержит основание 1, которое выполняет функцию земли. На основании 1 установлены блоки управления фазами на разбираемом примере одного бесколлекторного электродвигателя постоянного тока. На Фиг. 2 видно, что таких блоков управления три, по числу фазовых обмоток электродвигателя. Каждый блок управления содержит ряд электронных элементов управления током 7 (Фиг. 4), в качестве которых могут использоваться канальные или IGВТ транзисторы, установленные между фазовой шиной 2 и земляной шиной 4, между фазовой шиной 2 и положительной шиной 3. Указанные шины выполнены в виде плоских шин, формой поперечного сечения шин является прямоугольник. Все элементы, электронные элементы управления током 7 и шины 4, 2, 3 стянуты в единый пакет посредством штифтов 10, при этом изоляция штифта от фазовой шины 2 и положительной шины 3 обеспечивается непроводящей втулкой 21. Фазовые шины 2 и положительные шины 3 крепятся к основанию через электроизолирующую прокладку 5, которая выполнена из теплопроводящего материала. В качестве электроизолирующего и теплопроводящего материала может быть использованы различные материалы, например слюда.
На Фиг. 2, Фиг. 3 и Фиг. 7 показана конструкция узла соединения электрических шин. Сборная шина 8, состоящая из отдельных пластичных пластин 9, которые могут быть выполнены, например, из алюминия, прикрепляется устройствами прижима сборной шины к торцу соответствующей плоской шины 3. Конструкция соединения состоит из штифта 15, вставляемого в отверстие шины 3, электроизолирующей планки 14 (Фиг. 8) с окном 20 и болтов 19.
Схема регулировки токов в фазовых обмотках 16 электродвигателя показана на Фиг. 5. Она состоит из схемы управления 18, драйверов 17, электронных элементов управления током 7 (в данном случае канальных транзисторов ТН и TL типов). Выводы канальных транзисторов (Фиг. 6) крепятся в печатной плате 6 и соответственно схеме на Фиг. 5 подводятся к полигонам 12, выполненных на печатной плате 6 соответствующих шин, земляной шины 4, положительной шины 3 и фазовой шины 2. Подводы 23 к полигонам 12, по которым осуществляется прохождение больших токов в данной конструкции, небольшой длины, что позволяет облегчить теплоотвод и снизить контурные токи. Прижимные элементы 11 (Фиг. 1) с крепежными элементами 22 плотно прижимают печатную плату 6 с полигонами 12 к соответствующим шинам (Фиг. 4), что обеспечивает малое контактное сопротивление при прохождении больших токов и хороший теплоотвод.
Данная конструкция контроллера и узла соединения обеспечивает точное выполнение размеров всех шин в плоскости прижатия их к основанию 1, что позволяет обеспечить хороший теплоотвод, при малых сопротивлениях в местах контактных соединений. Малое электрическое сопротивление в месте подвода к положительным шинам 3 обеспечивается плотным прижатием сборной шины 8, состоящей из отдельных пластичных пластин 9. От положительной шины 3 также обеспечивается надежный теплоотвод через электроизолирующую прокладку 5. Важным обстоятельством является то, что большие токи практически не протекают по печатной плате 6 ввиду того, что подводы 23 могут быть выполнены в данной конструкции минимальной длины.
Данная конструкция хорошо выдерживает вибрационные, ударные нагрузки, особенно при последующей, после сборки, заливки компаундом. Конструкция проста в изготовлении имеет малые габариты и может управлять токами до 700 ампер.
Предложенная конструкция контроллера может быть выполнена для управления как одним, так и несколькими электродвигателями. В данную конструкцию могут быть включены различные датчики, например датчики температуры. Она может быть дополнена и другими элементами управления.