CN105099084B - 将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统 - Google Patents

将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了将牵引电机和逆变器集成的方法及一体化动力系统，其特征在于：将逆变器用单独的逆变器壳体独立安装并形成接口，接口包括机械接口和高电压电源接口，其中：利用机械接口将逆变器壳体安装在牵引电机的电机壳体上形成一体；利用高电压电源接口提供牵引电机的线圈绕组和逆变器的IGBT之间的高压电连接，该系统结构简单、连接方便可靠，降低整个系统的体积、重量和成本，提高系统的整体性能和效率，散热性能好，可靠性高。

Description

将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统
技术领域：
本发明涉及将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统。
背景技术：
如图1、图2和图3所示，现有电动汽车的集成动力系统包括独立的牵引电机101和逆变器102，牵引电机101和逆变器102独立分离设置，它们之间通过高压电力电缆、低电压信号线束和若干连接器103电连接在一起，所述的逆变器102包括控制盒1021和安装在控制盒1021里面的IGBT模块1022、驱动板1023和控制板(MCU)1024，牵引电机101的电机壳体1011上设置有第一冷却水道，控制盒1021的底面设置有第二冷却水道1025，第一冷却水道和第二冷却水道1025之间通过水管104串联在一起，但是该集成动力系统存在如下几个问题：1)牵引电机和逆变器分离独立设置，接线过多，连接麻烦、成本较高，体积较大；2)牵引电机和逆变器采用高压电缆连接，高压电力电缆和IGBT模块产生的高压信号将会影响驱动板、控制板的正常运行，存在严重的干扰，降低电机控制器的可靠性和运行效率；3)逆变器内部的零部件相对较多，各个零件之间的连接相当麻烦、连接线束多，成本高，而且连接容易出错，可靠性低；4)牵引电机和电机控制器各自独立通过冷却水道散热，散热性能相对低下，影响系统的整体性能和效率，降低了系统的使用寿命和可靠性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，该系统结构简单、连接方便可靠，降低整个系统的体积、重量和成本，提高系统的整体性能和效率，可靠性高。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：将逆变器用单独的逆变器壳体独立安装并形成接口，接口包括机械接口和高电压电源接口，其中：
利用机械接口将逆变器壳体安装在牵引电机的电机壳体上形成一体；
利用高电压电源接口提供牵引电机的线圈绕组和逆变器的IGBT之间的高压电连接。
上述所述的接口还包括低电压信号接口，利用低电压信号接口提供牵引电机和逆变器之间的低压电气连接，将牵引电机内部的检测信号通过低电压信号接口引到逆变器。
上述所述的接口还包括冷却系统接口，利用冷却系统接口提供冷却介质在逆变器壳体和电机壳体之间流动。
一种牵引电机和逆变器的集成一体化动力系统，包括逆变器和牵引电机，所述的牵引电机包括定子组件、转子组件和电机壳体，定子组件上设置线圈绕组；所述的逆变器包括控制板、驱动板、IGBT模块，其特征在于：逆变器还包括逆变器壳体，逆变器壳体里面安装控制板、驱动板、IGBT模块；逆变器壳体通过机械接口安装在电机壳体上，牵引电机和逆变器之间通过高电压电源接口连接，使线圈绕组和逆变器的IGBT模块实现通高压电。
上述所述的牵引电机和逆变器之间还通过低电压信号接口连接，低电压信号接口将牵引电机的运行状态反馈至逆变器。
上述所述的牵引电机和逆变器之间还通过冷却系统接口连接，逆变器壳体的底部带有冷却水道并形成第一进水口和第一出水口，电机壳体也有冷却水道并形成第二进水口和第二出水口，第一出水口与第二进水口通过冷却系统接口连接以便将逆变器壳体的冷却水道与电机壳体的冷却水道串联。
上述所述的所述的冷却系统接口是水管接口。
上述所述的机械接口包括从逆变器壳体伸出的若干个安装脚，电机壳体顶部伸出支承座，逆变器壳体位于电机壳体顶部，若干个安装脚支承在支承座上并用螺钉锁紧在一起。
上述所述的高电压电源接口包括来自内部的IGBT模块扩展到逆变器的底面的高电压电源端子、电机壳体端部的安装座和安装座下面的接线腔，牵引电机的线圈绕组连接到电机壳体的接线腔里面的线圈端子，高电压电源端子穿过安装座伸入到接线腔里面并与线圈端子电连接。
上述所述的一个端盖的外端面上凸出有环形裙边，环形裙边围成接线腔，环形裙边上设置有安装盖板。
上述所述的低电压信号接口包括旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子，信号线从旋转变压器和电机温度传感器引出并连接在旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子，在高电压电源接口旁边、逆变器的底面上伸出引线插座，引线插座穿过安装座伸入到接线腔里面，旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子插入到引线插座里面。
上述所述的逆变器壳体上还设置高压直流母线电压输入接口和外界低压信号接口。
上述所述的接线腔和安装盖板之间有高压互锁机构。
上述所述的高压互锁机构包括安装在接线腔里面的第一接插件和安装在安装盖板上的第二接插件，当安装盖板安装在环形裙边的顶面上时第一接插件和第二接插件对插电连接在一起，所述的低电压信号接口还包括高压互锁端子，从第一接插件引出的信号线与高压互锁端子连接，高压互锁端子插入到引线插座里。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1)将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，逆变器用单独的逆变器壳体独立安装并形成接口，接口包括机械接口和高电压电源接口，利用机械接口将逆变器壳体安装在牵引电机的电机壳体上形成一体，用高电压电源接口提供牵引电机的线圈绕组和逆变器的IGBT之间的高压电连接，利用低电压信号接口提供牵引电机和逆变器之间的低压电气连接，将牵引电机内部的检测信号通过低电压信号接口引到逆变器，该一体化动力系统简单，连接简单方便，可提高系统的整体性能和效率，减少连接线速，可靠性高，成本低；另外利用冷却系统接口提供冷却介质在逆变器壳体和电机壳体之间流动，散热更加好，体积更紧凑；
2)本发明一体化动力系统，包括逆变器和牵引电机，逆变器还包括逆变器壳体，逆变器壳体里面安装控制板、驱动板、IGBT模块；逆变器壳体通过机械接口安装在电机壳体上，牵引电机和逆变器之间通过高电压电源接口连接，使线圈绕组和逆变器的IGBT模块实现通高压电，连接简单方便，可提高系统的整体性能和效率，减少连接线速，可靠性高，成本低，并且使体积更加紧凑。
3)一体化动力系统牵引电机和逆变器之间还通过低电压信号接口连接，低电压信号接口将牵引电机的运行参数送到逆变器，连接方便可靠，可靠性高；
4)一体化动力系统的第一出水口与第二进水口通过冷却系统接口连接以便将逆变器壳体的冷却水道与电机壳体的冷却水道串联，结构简单，连接方便可靠，可提高系统的散热性能和效率，降低生产成本；
5)一体化动力系统的机械接口包括从逆变器壳体伸出的若干个安装脚，电机壳体顶部伸出支承座，逆变器壳体位于电机壳体顶部，若干个安装脚支承在支承座上并用螺钉锁紧在一起，结构简单，安装方便牢固、可靠性高，体积较小；
6)高电压电源接口包括来自内部的IGBT模块扩展到逆变器的底面的高电压电源端子和电机壳体端部的安装座，牵引电机的线圈绕组连接到电机壳体的接线腔里面的线圈端子，高电压电源端子穿过安装座伸入到接线腔里面并与线圈端子电连接，低电压信号接口包括旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子，信号线从旋转变压器和电机温度传感器引出并连接在旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子，在高电压电源接口旁边、逆变器的底面上伸出引线插座，引线插座穿过安装座伸入到接线腔里面，旋转变压器信号端子和电机温度传感器端子插入到引线插座里面，接线方便，结构简单，集成程度高，连接线束小，提高产品的可靠性；
7)在一个端盖的外端面上凸出有环形裙边，环形裙边围成接线腔，环形裙边上设置有安装盖板，当接线完成后，盖上安装盖板，这样防尘防水性能和安全性得到提高，方便可靠；
8)接线腔和安装盖板之间有高压互锁机构，当打开安装盖板，高压互锁机构断开逆变器的高压供电，保证操作的安全性。
附图说明：
图1是现有电动汽车的集成动力系统的示意图；
图2是现有电机控制器的一个分解图；
图3是现有电机控制器的另一个分解图；
图4是本发明一个角度的立体图；
图5是本发明另一个角度的立体图；
图6是本发明的一个分解图；
图7是本发明的俯视图；
图8是图7中A－A剖视图；
图9是图7中B－B剖视图；
图10是本发明逆变器(inverter)的立体图；
图11是本发明的另一个分解图；
图12是图11中C－C局部放大图；
图13是本发明安装盖板的立体图；
图14是本发明的电路原理图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：如图4至图14所示，本发明是一种牵引电机和逆变器的集成一体化动力系统，包括逆变器1(inverter)和牵引电机2，所述的牵引电机2包括定子组件21、转子组件22和电机壳体23，定子组件21上设置线圈绕组211；所述的逆变器1(inverter)包括控制板11、驱动板12、IGBT模块13，逆变器1(inverter)还包括逆变器壳体3，逆变器壳体3里面安装控制板11、驱动板12、IGBT模块13；逆变器壳体3通过机械接口4安装在电机壳体23上，牵引电机2和逆变器1(inverter)之间通过高电压电源接口5连接，使线圈绕组211和逆变器1(inverter)的IGBT模块13实现通高压电。所述的IGBT模块13包括开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5、开关管T6、二级管D1、二级管D2、二级管D3、二级管D4、二级管D5、二级管D6；上述零件组合成3个桥臂，开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、开关管T5、开关管T6的控制端与控制板11连接，控制板11是一微处理器MCU，控制板11通过驱动板12控制逆变器1(inverter)运行。
牵引电机2和逆变器1(inverter)之间还通过低电压信号接口6连接，低电压信号接口6将牵引电机2的运行状态反馈至逆变器1(inverter)。牵引电机2和逆变器1(inverter)之间还通过冷却系统接口7连接，逆变器壳体3的底部带有冷却水道30并形成第一进水口31和第一出水口32，电机壳体23也有冷却水道230并形成第二进水口231和第二出水口232，第一出水口32与第二进水口231通过冷却系统接口7连接以便将逆变器壳体3的冷却水道30与电机壳体23的冷却水道230串联。所述的冷却系统接口7是水管接口71。所述的机械接口4包括从逆变器壳体3伸出的若干个安装脚33，电机壳体23顶部伸出支承座233，逆变器壳体3位于电机壳体23顶部，若干个安装脚33支承在支承座233上并用螺钉锁紧在一起。高电压电源接口5包括来自内部的IGBT模块13扩展到逆变器1(inverter)的底面的高电压电源端子51、电机壳体23端部的安装座234和安装座234下面的接线腔235，牵引电机2的线圈绕组211连接到电机壳体23的接线腔235里面的线圈端子24，高电压电源端子51穿过安装座234伸入到接线腔235里面并与线圈端子24电连接。在一个端盖25的外端面上凸出有环形裙边251，环形裙边251围成接线腔235，环形裙边251上设置有安装盖板26。低电压信号接口6包括旋转变压器信号端子61和电机温度传感器端子62，信号线63从旋转变压器和电机温度传感器引出并连接在旋转变压器信号端子61和电机温度传感器端子62，在高电压电源接口5旁边、逆变器1(inverter)的底面上伸出引线插座14，引线插座14穿过安装座234伸入到接线腔235里面，旋转变压器信号端子61和电机温度传感器端子62插入到引线插座14里面。逆变器壳体3上还设置高压直流母线电压输入接口15和外界低压信号接口16，外界低压信号接口16用于与汽车控制系统连接。接线腔235和安装盖板26之间有高压互锁机构。所述的高压互锁机构包括安装在接线腔235里面的第一接插件27和安装在安装盖板26上的第二接插件28，当安装盖板26安装在环形裙边251的顶面上时第一接插件27和第二接插件28对插电连接在一起，所述的低电压信号接口6还包括高压互锁端子64，从第一接插件27引出的信号线63与高压互锁端子64连接，高压互锁端子64插入到引线插座14里。当打开安装盖板26时，第一接插件27和第二接插件28将被断开，第一接插件27通过信号线63的高压互锁端子64向逆变器1(inverter)输出控制信号切断高压供电。
所述的高压互锁机构还可以是一行程开关，当安装盖板26安装在环形裙边251的顶面上时，安装盖板26压紧行程开关使行程开关闭合。同理，当打开安装盖板26时，形程开关将会被断开，形程开关向逆变器1(inverter)输出控制信号切断高压供电。

Claims (11)

1.将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，包括逆变器(1)和牵引电机(2)，所述的牵引电机(2)包括定子组件(21)、转子组件(22)和电机壳体(23)，定子组件(21)上设置线圈绕组(211)；所述的逆变器(1)包括控制板(11)、驱动板(12)、IGBT模块(13)，其特征在于：逆变器(1)还包括逆变器壳体(3)，逆变器壳体(3)里面安装控制板(11)、驱动板(12)、IGBT模块(13)；逆变器壳体(3)通过机械接口(4)安装在电机壳体(23)上，牵引电机(2)和逆变器(1)之间通过高电压电源接口(5)连接，使线圈绕组(211)和逆变器(1)的IGBT模块(13)实现通高压电，所述的高电压电源接口(5)包括来自内部的IGBT模块(13)扩展到逆变器(1)的底面的高电压电源端子(51)和电机壳体(23)端部的接线腔(235)，牵引电机(2)的线圈绕组(211)连接到电机壳体(23)的接线腔(235)里面的线圈端子(24)，高电压电源端子(51)伸入到接线腔(235)里面并与线圈端子(24)电连接。
2.根据权利要求1所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：所述的高电压电源接口(5)还包括电机壳体(23)端部的安装座(234)，在安装座(234)下面是接线腔(235)。
3.根据权利要求1或2所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：牵引电机(2)和逆变器(1)之间还通过低电压信号接口(6)连接，低电压信号接口(6)将牵引电机(2)的运行状态反馈至逆变器(1)。
4.根据权利要求3所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：牵引电机(2)和逆变器(1)之间还通过冷却系统接口(7)连接，逆变器壳体(3)的底部带有冷却水道(30)并形成第一进水口(31)和第一出水口(32)，电机壳体(23)也有冷却水道(230)并形成第二进水口(231)和第二出水口(232)，第一出水口(32)与第二进水口(231)通过冷却系统接口(7)连接以便将逆变器壳体(3)的冷却水道(30)与电机壳体(23)的冷却水道(230)串联。
5.根据权利要求4所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：所述的冷却系统接口(7)是水管接口(71)。
6.根据权利要求4所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：所述的机械接口(4)包括从逆变器壳体(3)伸出的若干个安装脚(33)，电机壳体(23)顶部伸出支承座(233)，逆变器壳体(3)位于电机壳体(23)顶部，若干个安装脚(33)支承在支承座(233)上并用螺钉锁紧在一起。
7.根据权利要求6所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：在一个端盖(25)的外端面上凸出有环形裙边(251)，环形裙边(251)围成接线腔(235)，环形裙边(251)上设置有安装盖板(26)。
8.根据权利要求7所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：低电压信号接口(6)包括旋转变压器信号端子(61)和电机温度传感器端子(62)，信号线(63)从旋转变压器和电机温度传感器引出并连接在旋转变压器信号端子(61)和电机温度传感器端子(62)，在高电压电源接口(5)旁边、逆变器(1)的底面上伸出引线插座(14)，引线插座(14)穿过安装座(234)伸入到接线腔(235)里面，旋转变压器信号端子(61)和电机温度传感器端子(62)插入到引线插座(14)里面。
9.根据权利要求1或2或3所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：逆变器壳体(3)上还设置高压直流母线电压输入接口(15)和外界低压信号接口(16)。
10.根据权利要8所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：接线腔(235)和安装盖板(26)之间有高压互锁机构。
11.根据权利要求10所述的将牵引电机和逆变器集成的一体化动力系统，其特征在于：所述的高压互锁机构包括安装在接线腔(235)里面的第一接插件(27)和安装在安装盖板(26)上的第二接插件(28)，当安装盖板(26)安装在环形裙边(251)的顶面上时第一接插件(27)和第二接插件(28)对插电连接在一起，所述的低电压信号接口(6)还包括高压互锁端子(64)，从第一接插件(27)引出的信号线(63)与高压互锁端子(64)连接，高压互锁端子(64)插入到引线插座(14)里。
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