專利名稱：微型逆變器及其與電機一體化驅動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種由直流供電驅動三相交流異步電機的微型逆變器，及其和三相交流異步電機相結合的一體化驅動裝置，本裝置可以直接運用于鐵路內燃機車輔助風機以及由風力發電提供電源的小型電動設備。
背景技術：
目前，鐵路內燃機車的輔助風機基本都是使用直流電機，由機車上的原直流電源供電。以及許多由風力發電提供電源的小型電動設備也基本都是使用直流電機。由于直流電機的機械整流器的固有缺點，這種方式存在的問題是檢修工作量大，檢修任務繁重。
雖然曾經發現在國外有類似的電機和逆變器結合在一起的裝置，但是由于其逆變器體積較大(約占電機體積的1/4)，逆變器必須安裝在電機的非驅動端，占據較大的安裝空間。其結果是不能夠靈活地直接取代原直流電機，需要在安裝結構和安裝空間上重新調整。
隨著電力電子技術和變流技術的發展，目前涌現出很多微型器件和先進的控制技術。現在我們可以設計出體積很微型的逆變器，使得在現場只需要簡單拆除原先的直流電機，就可以在原位置直接安裝一體化設計的微型逆變器和三相交流異步電動機。這種替換概念簡單、經濟、實用，其核心是微型逆變器的制造技術。采用多層PCB(印刷電路板)、大量表貼微型電子元器件、IPM(智能功率模塊)和目前最先進的微型DSP(數字信號處理器)，代表著目前變流技術發展的新水平。
發明內容
本實用新型的目的是設計一種只有電機的接線盒那樣大小的微型逆變器，直接安裝在三相異步電機原先的接線盒所在的位置并實現電連接，使得電機和逆變器一體化后的裝置在外形尺寸上能夠不超出原直流電機的外形尺寸。
本實用新型的技術解決方案是這樣實現的一種微型逆變器，其結構為包括一塊具有大量表貼微型電子元器件的多層PCB(印刷電路板)，一塊面積大小與其相等的集成了全部所需電路的IPM(智能功率模塊)且通過螺釘組件將多層PCB固定在IPM模塊上，并使之實現電連接。所述的微型逆變器被裝在三相異步電動機的接線盒位置上，并與三相異步電機實現電連接，構成一種由直流電源驅動的微型逆變器與三相異步電動機一體化的驅動裝置。所述的微型逆變器中的IPM模塊集成了兩點式主電路，包含所有用于控制該驅動裝置的開關器件及驅動和保護電路。所述的微型逆變器中的PCB多層印刷電路板，具有五路隔離電源、信號處理電路、主控DSP及其外圍電路，脈沖隔離和一個突波電容，輸入接口P、N兩個端子分別接入直流電源DC+、DC-，輸出接口U、V、W三個端子直接接入三相異步電機，控制電路則通過1～19個端子直接控制IPM。
與現有技術相比較，本實用新型的有益效果是可以有效地解決目前使用直流電機存在的檢修工作量大，檢修任務繁重的問題，具有很大的經濟實用性。
本實用新型提供了五幅附圖，其中圖1是本實用新型的總體構造圖。
圖2是本實用新型的接線圖。
圖3是微型逆變器的構造圖。
圖4是微型逆變器主電路原理圖。
圖5是微型逆變器的PCB制版圖。
圖4為本實用新型的說明書附圖。
圖中1、三相異步電動機 2、微形逆變器 3、三相異步電機的接線盒4、螺釘組件 5、PCB多層印刷電路板 6、IPM智能功率模塊具體實施方式
如圖所示，在圖1中，微型逆變器2安裝在三相異步電動機1的接線座位置，直接安裝在電機機殼上并利用電機的機殼散熱。一體化的微型逆變器和三相異步電動機可以直接取代原直流電機使用，由原直流電源供電，DC+、DC-兩個接線端子布置在3處。
在圖2中，整個一體化裝置只需要接入原先的直流電源。
在圖3中，采用了成熟的兩點式主電路結構。主電路的所有開關器件及其驅動和保護電路全部集成在一個IPM模塊內部。
在圖4中，所有必需的控制電路全部集成在一塊和IPM基本等同面積和形狀的PCB多層印刷電路板5上，通過螺釘組件4直接安裝在IPM6的表面。這樣，一個IPM模塊和一塊PCB控制電路板就組成了滿足需要的微逆變器。
圖5的PCB制版其外形尺寸和所使用的IPM的上表面尺寸一致，該PCB板上提供了五路隔離電源、信號處理電路、主控DSP及其外圍電路、脈沖隔離電路等和一個突波電容，直接安裝在IPM表面。輸入接口只有P、N兩個端子，分別接入直流電源DC+、DC-。輸出接口U、V、W三個端子直接連接在三相異步電動機上。控制電路通過“1，2，3，……19”端子直接控制IPM。
本實用新型的由微型逆變器和三相異步電機構成的一體化裝置，可以直接取代原直流電機使用，由原直流電源供電。微型逆變器安裝在電機的接線座位置，直接安裝在電機機殼上并利用電機的機殼散熱，具有極小的體積和極緊湊的設計。逆變器的主電路和控制電源取自同一直流電源，控制電源在空間非常有限的情況下提供了五路隔離電源。在智能控制方面，控制軟件具有自動啟停、故障自動恢復等智能運行功能，并有隨輸入直流電壓的降低自動進行變頻運行的功能。同時整個裝置還滿足了內燃機車的裝車環境要求或者風力發電場所的環境要求，具有良好的運行可靠性和安全性。對電源電壓適應范圍、電磁兼容、抗震、防塵、防潮等方面也能適應較高的要求。
權利要求1.一種微型逆變器，其特征在于包括一塊具有大量表貼微型電子元器件的多層PCB印刷電路板(5)，一塊面積大小與前者相等的集成了全部所需電路的IPM智能功率模塊(6)且通過螺釘組件(4)將多層PCB固定在IPM模塊上并使之電連接。
2.根據權利要求1所述的一種逆變器，其特征還在于將前述微型逆變器(2)裝在三相異步電動機的接線盒(3)位置上使之電連接，構成一種由直流電源驅動的微型逆變器與三相異步電動機(1)一體化的驅動裝置。
3.根據權利要求1所述的微型逆變器，其特征在于所述的IPM模塊集成了兩點式主電路，包含了所有用于控制該驅動裝置的開關器件及驅動和保護電路。
4.根據權利要求1所述的一種微型逆變器，其特征在于所述的PCB多層印刷電路板，具有五路隔離電源、信號處理電路，主控DSP及其外圍電路，脈沖隔離電路和一個突波電容，輸入接口P、N兩個端子分別接入直流電源DC+，DC-，輸出接口U、V、W三個端子直接接入三相異步電機，控制電路則通過1～19個端子直接控制IPM。
專利摘要一種微型逆變器及其和三相交流異步電機結合的一體化驅動裝置，其特征在于該微型逆變器由一塊具有大量表貼微型電子元器件的多層PCB(印刷電路板)和與其面積相等的集成了全部所需電路的IPM(智能功率模塊)組成，以及將該逆變器直接安裝在電機機殼的接線盒位置，由原直流電源供電，利用機殼散熱，使用IPM作為微型逆變器主電路的平臺，控制電路直接安裝在IPM表面，使該一體化驅動裝置可以直接取代原直流電機使用，可以直接運用于鐵路內燃機車輔助風機以及由風力提供電源的小型電動設備。
文檔編號H02M7/48GK2696197SQ20042004252
公開日2005年4月27日 申請日期2004年4月6日 優先權日2004年4月6日
發明者車向中, 耿標, 謝步明, 馬惠春, 曹建堂 申請人:謝步明