CN105406791A - 一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式 - Google Patents

Abstract

一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，特点是控制器总成壳体内分两部分，一部分功率半导体模块和矩形方块状电容器模组在散热器底板上并列安装，从半导体模块引出U、V、W三相到电机控制器输出端子，内盖将电机控制器部分空间封闭，只露出电机控制器U、V、W三相输出端子和电容器模组“+”极、“-”极输入端子；另一部分为主接触器、熔断器和分流器等功率保护器件空间，主接触器和熔断器分流器底座安装散热器底板上，底座上的熔断器通过主接触器和电容器模组“+”极输入端子及控制器总成B+极连接，分流器连接电容器模组“-”极输入端子和控制器总成B-极输入端子，外盖再将以上端子和功率保护器件空间密闭保护。

Description

一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式

技术领域：

本发明涉及驱动电动车辆行驶的电机控制器结构布局以及电机控制器和主接触器、熔断器等功率保护器件构成的电机控制器总成的结构布局方式。

背景技术：

通常电动车辆电机控制器包括：平滑蓄电池电压的电容器；输入直流电压，输出三相交流电压的功率半导体模块；控制功率半导体模块开关的驱动和电子控制板(ECU)；测量电流的传感器；为功率半导体模块散热的散热器；密闭的壳体以及连接各部的导电排和接线端子等等。为限制电机控制器过电流冲击，一般还需要在控制器与蓄电池之间设置直流接触器和熔断器等保护器件，电机控制器和接触器、熔断器等功率保护器件构成电机控制器总成。

一般将输入直流电压，输出三相交流电压的功率半导体模块和控制功率半导体模块开关的驱动及电子控制板成为一体的装置称作逆变器，将逆变器与平滑电容器等附加部件成为一体的装置称作逆变器单元。

在以往有众多专利文献公布逆变器或逆变器单元的布局结构方式。

发明内容：

本发明提供一种新型电机控制器内部各零件布局结构以及电机控制器和直流接触器、熔断器一起构成电机控制器总成的结构布局方式。其目的在于提供可以实现部件数目的消减、组装工时的减少、小型化、低成本的电机控制器总成产品。

采用的技术方案如下：

电机控制器及电机控制器总成安装在整块散热器1底板平面上。

采用三只(U、V、W三相)功率半导体模块2a、2b、2c和矩形方块状电容器模组3在散热器1底板平面上并列安装，再分别从三只功率半导体模块2a、2b、2c引出U、V、W三相到电机控制器输出端子4a、4b、4c，构成逆变器单元主回路。

矩形方块状铝电解电容器模组3使功率半导体模块与通常圆柱状的铝电解电容器实现了小型化简易连接(“矩形方块状有散热面的铝电解电容器功率模组”技术，中国专利申请号：201310009423.5)。

电容器模组采用铝电解电容器集束散热方式，通过“一种电动车控制器功率单元的铝电解电容器集束散热方式”技术(中国专利申请号：201310059092.6)，利用电容器模组底面的散热面与散热器底板平面贴合安装，将电容器热量传导出电机控制器总成密闭壳体外，降低了功率半导体模块的热负荷，提高了可靠性。

电机控制器总成壳体7内分为两个部分，壳体7内除电机控制器部分外，另一部分为主接触器11、熔断器12和分流器10等功率保护器件以及驱动电机U、V、W相电缆和蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间即电缆接线盒空间。

壳体内盖8将电机控制器核心驱动控制部分空间封闭，只露出电机控制器U、V、W三相输出端子4a、4b、4c，和电容器模组“+”极、“-”极输入端子3a、3b。对电机控制器总成装配主接触器11、熔断器12等功率保护器件及后期检查更换功率保护器件工作带来很大的方便。

主接触器11和熔断器分流器底座13与矩形方块状电容器模组3横向并列安装散热器1底板上，熔断器分流器底座13上的分流器与熔断器分隔板13d将底座分为正极熔断器12和负极分流器10两个电路。其中熔断器12通过主接触器11和电容器模组3顶部“+”极输入端子3a及电机控制器总成B+极输入端子13e连接；分流器10连接电容器模组3顶部“-”极输入端子3b和电机控制器总成B-极输入端子13f，用于输入电流量的显示。

功率保护器件安装空间内还可以附属设置预充电电路或者控制电路熔断器等等。

附图说明：

图1：是三支(U、V、W三相)功率半导体模块2a、2b、2c在散热器1底板上安装效果图；

图2：是功率半导体模块2a、2b、2c、矩形方块状电容器模组3和电机控制器U、V、W三相输出端子4a、4b、4c在散热器1底板上安装效果图；

图3：是电机控制器总成壳体7和壳体内盖8、外盖9的示意图；

图4：是功率半导体模块2a、2b、2c、矩形方块状电容器模组3、电机控制器U、V、W三相输出端子4a、4b、4c和电机控制器总成壳体7在散热器1底板上安装效果图；

图5：是主接触器11、分流器熔断器底座13及分流器10、熔断器12在散热器1底板上安装示意图；

图6：是电流传感器5、半导体模块驱动和电子控制板6在电机控制器内安装示意图；

图7：是电机控制器和主接触器11、分流器熔断器底座13及分流器10、熔断器12构成电机控制器总成安装示意图；

图中数字代表：

1、散热器底板，

其中，1a电机控制器总成安装固定孔；

2、功率半导体模块，

其中，2aU相半导体模块；

2bV相半导体模块；

2cW相半导体模块；

3、矩形方块状电容器模组，

其中，3a电容器“+”极输入端子；

3b电容器“-”极输入端子；

3c电容器对应U相“+”极输出端子；

3d电容器对应U相“-”极输出端子；

3e电容器对应V相“+”极输出端子；

3f电容器对应V相“-”极输出端子；

3g电容器对应W相“+”极输出端子；

3h电容器对应W相“-”极输出端子；

4、电机控制器输出端子，

其中，4a电机控制器U相输出端子；

4b电机控制器V相输出端子；

4C电机控制器W相输出端子；

5、电流传感器，

其中，5a1号电流传感器；

5b2号电流传感器；

6、功率半导体模块驱动及电子控制板，

其中，6a电机控制信号线缆连接器；

7、壳体，

其中，7a电机控制器B+极输入端子孔或电缆固定头；

7b电机控制器B-极输入端子孔或电缆固定头；

7c电机控制器U极输出端子孔或电缆固定头；

7d电机控制器V极输出端子孔或电缆固定头；

7e电机控制器W极输出端子孔或电缆固定头；

7f电机控制信号线缆连接器端子孔；

7g壳体与散热器底板安装固定孔；

7h壳体内电机控制器与主接触器、熔断器间分隔板；

7i壳体上内盖安装固定孔；

7j壳体上外盖安装固定孔；

8、壳体内盖，

其中，8a壳体内盖安装固定孔；

9、壳体外盖，

其中，9a壳体外盖安装固定孔；

10、分流器，

11、主接触器，

其中，11a主接触器与散热器底板安装固定孔；

11b主接触器主回路连接端子；

11c主接触器控制端子；

12、熔断器，

13、熔断器分流器底座，

其中，13a熔断器分流器底座与散热器底板安装固定孔；

13b熔断器分流器底座中分流器固定座；

13c熔断器分流器底座中熔断器固定座；

13d熔断器分流器底座中分流器与熔断器分隔板；

13e熔断器分流器底座中电机控制器总成P极端子固定座；

13f熔断器分流器底座中电机控制器总成N极端子固定座；

具体实施例：

以下参考附图描述本发明具体实施例。

图1中，U、V、W三相功率半导体模块2a、2b、2c与散热器1底板平面紧密贴合安装，散热器1安装底板背面有散热翅片，使功率半导体损耗热量通过翅片向电机控制器总成以外的空气中散发。

图2中，矩形方块状电容器模组3在功率半导体模块2a、2b、2c直流输入侧与功率半导体模块2a、2b、2c平行并列且与散热器1底板平面紧密贴合安装。电容器模组3分别有3c、3d对应半导体模块U相2a；3e、3f对应半导体模块V相2b；3g、3h对应半导体模块W相2c。在矩形方块状电容器模组3的顶部有“+”极3a“-”极3b输入端子。

在功率半导体模块2a、2b、2c交流输出侧有电机控制器U、V、W三相输出端子4a、4b、4c，输出端子通过端子底座安装到散热器1底板上，电机控制器U、V、W三相输出端子4a、4b、4c与功率半导体模块2a、2b、2c用导电铜排连接。

图3中电机控制器总成密闭壳体分为壳体7、壳体内盖8、壳体外盖9三个部分。壳体7侧壁上分布有7a电机控制器总成B+极输入端子孔；7b电机控制器B-极输入端子孔；7c电机控制器U极输出端子孔；7d电机控制器V极输出端子孔；7e电机控制器W极输出端子孔；7f电机控制器信号连接器端子孔。

壳体7内部有电机控制器与主接触器11、熔断器12等保护器件分隔板7h，且在分隔板7h上有壳体内盖8安装固定孔7i。

壳体内盖8安装到壳体7后，可以将壳体7内部封闭为电机控制器单元和主接触器11、熔断器12等保护器件单元两个空间。

壳体7下侧有与散热器1底板安装的固定孔7g，壳体7上侧有与壳体外盖9安装固定孔7j。

图4是功率半导体模块2、矩形方块状电容器模组3、电机控制器U、V、W三相输出端子4和电机控制器总成壳体7在散热器1底板上依次安装后的示意效果，壳体7侧壁对应电机控制器总成U、V、W三相输出端子4的位置有电机控制器U极输出端子孔7c；电机控制器V极输出端子孔7d；电机控制器W极输出端子孔7e。

在U、V、W三相功率半导体模块2的两个侧面中其中一个侧面壳体7侧壁上设置有电机控制器信号连接器端子孔7f。

在电机控制器总成散热器1底板四角上有安装螺栓孔1a突出在壳体7外侧，用于控制器总成与电动车辆固定安装时使用。

图5中采用卧式安装方式的主接触器11和熔断器分流器底座13与矩形方块状电容器模组3横向并列安装在散热器1底板上，主接触器11的主回路端子11b及控制回路端子11c朝向熔断器分流器底座13方向。熔断器分流器底座13上的分流器与熔断器分隔板13d将底座分为正极熔断器12和负极分流器10两个电路，其中熔断器12连接电机控制器总成B+极输入端子13e和主接触器11两个主回路端子11b中与矩形方块状电容器模组3顶部“+”极输入端子3a较远的一个，主接触器11另一主回路端子11b与电容器模组3顶部“+”极输入端子3a用导电铜排连接；分流器10连接电机控制器总成B-极输入端子13f和电容器模组3顶部“-”极输入端子3b。

熔断器分流器底座13上分布有熔断器固定台13c、分流器固定台13b及电机控制器总成B+极13e、B-极13f固定台，用于熔断器12、分流器10和B+极13e、B-极13f接线端子的固定锁紧。

熔断器分流器底座13通过熔断器分流器底座13上安装固定孔13a与散热器1底板固定安装。

图6中1号和2号电流传感器5a、5b借助PCB板安装到电机控制器总成V相、W相输出端子4b、4c上，使圆柱状V相、W相输出端子4b、4c分别从1号和2号电流传感器5a、5b的内孔中穿过。

功率半导体模块驱动及电子控制板6的一端安装有电机控制器信号端子连接器6a，安装时使连接器端子6a通过电机控制器总成壳体7侧壁上的电机控制器信号连接器端子孔7f进行密封固定，安装完成后成为完整逆变器单元或电机控制器。

图7是电机控制器总成密闭安装示意图，壳体内盖8将电机控制器封闭起来，电机控制器U极输出端子4a；电机控制器V极输出端子4b；电机控制器W极输出端子4c；电容器“+”极输入端子3a；电容器“-”极输入端子3b露出壳体内盖8封闭空间。

驱动电机U、V、W相电缆分别通过壳体侧壁上电机控制器U极端子孔电缆固定头7c；电机控制器V极端子孔电缆固定头7d；电机控制器W极端子孔电缆固定头实现与控制器密闭连接7e。

蓄电池B+、B-极电缆分别通过壳体7侧壁上电机控制器总成B+极端子孔电缆固定头7a；电机控制器B-极端子孔电缆固定头7b与熔断器分流器底座13上电机控制器总成B+极13e、B-极13f输入端子实现与电机控制器总成密闭连接。

壳体外盖9与壳体7通过接触部位加装密封胶条等方式，利用壳体7与外盖安装固定孔7j和壳体外盖安装孔9a螺栓固定方式实现密闭。安装完成后成为完整的电机控制器总成。

Claims (10)

1.一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，包括功率半导体模块和矩形方块状电容器模组在散热器底板平面上并列安装，从功率半导体模块引出U、V、W三相到电机控制器输出端子，构成逆变器单元主回路；壳体内盖将电机控制器核心驱动控制部分空间封闭，露出电机控制器U、V、W三相输出端子，和电容器模组“+”极、“-”极输入端子，电机控制器总成壳体内分为电机控制器和主接触器、熔断器分流器等功率保护器件以及驱动电机U、V、W相电缆、蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间即电缆接线盒空间两个部分；主接触器和熔断器分流器底座与矩形方块状电容器模组横向并列安装散热器底板上，熔断器分流器底座上的分流器与熔断器分隔板将底座分为正极熔断器和负极分流器两个电路，其中熔断器通过主接触器和电容器模组顶部“+”极输入端子及电机控制器总成B+极输入端子连接，分流器连接电容器模组顶部“-”极输入端子和电机控制器总成B-极输入端子，用于输入电流量的显示；功率保护器件安装空间内还可以附属设置预充电电路或者控制电路熔断器等。

2.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：散热器底板的特征是：电机控制器及电机控制器总成装配在整块散热器底板平面上，散热器底板可以是内部分布水流通道的水冷散热板，也可以是背面分布散热翅片的空气冷却或强制空气冷却的铝材散热板。

3.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：壳体内盖将电机控制器核心驱动控制部分空间封闭，露出电机控制器U、V、W三相输出端子，和电容器模组“+’极、“-”极输入端子，电机控制器总成壳体内分为电机控制器和主接触器、熔断器分流器等功率保护器件以及驱动电机U、V、W相电缆、蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间即电缆接线盒空间两个部分，其中壳体的特征是：密闭壳体可以采用钣金方式或者铸造方式；壳体材料可以是金属也可以是塑胶材料。

4.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：功率半导体模块和矩形方块状电容器模组在散热器底板平面上并列安装的特征是：一支或三支U、V、W三相功率半导体模块和矩形方块状电容器模组在散热器底板上并列形成矩形布局安装。

5.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：电机控制器总成壳体内分为电机控制器和主接触器、熔断器分流器等功率保护器件以及驱动电机U、V、W相电缆、蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间即电缆接线盒空间两个部分，其中主接触器、熔断器分流器等功率保护器件以及驱动电机U、V、W相电缆、蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间即电缆接线盒空间的特征是：主接触器、熔断器分流器等功率保护器件和蓄电池B+、B-极连接电缆的安装空间位于电机控制器直流电容器输入一侧，与电机控制器并列安装在散热器底板上，而驱动电机U、V、W相电缆安装空间即电缆接线盒空间位于电机控制器交流输出侧上部，两部分空间可以是连通的，也可以是被功率半导体模块驱动及电子控制板安装部位凸起分隔开的，两部分空间都被外盖与外部封闭。

6.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：壳体内盖将电机控制器核心驱动控制部分空间封闭，露出电机控制器U、V、W三相输出端子，和电容器模组“+”极、“-”极输入端子，其中壳体内盖的特征是：壳体内盖与壳体内电机控制器与主接触器、熔断器间分隔板将壳体内电机控制器空间封闭，壳体内盖与壳体内电机控制器与主接触器、熔断器间分隔板之间具体方式没有限定。

7.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：主接触器和熔断器分流器底座与矩形方块状电容器模组横向并列安装散热器底板上，主接触器的特征是：卧式安装主接触器轴向与矩形方块状电容器模组平行安装在散热器底板上。

8.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：主接触器和熔断器分流器底座与矩形方块状电容器模组横向并列安装散热器底板上，熔断器分流器底座的特征是：大致呈长方形的熔断器分流器底座与矩形方块状电容器模组大致平行安装在散热器底板上。

9.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：熔断器分流器底座上的分流器与熔断器分隔板将底座分为正极熔断器和负极分流器两个电路，的特征是：两个电路具体的安装固定形式可以是并列直通形式也可以是转角并行形式。

10.根据权利要求1所述一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式，其中所述的：功率保护器件安装空间内还可以附属设置预充电电路或者控制电路熔断器等，的特征是：附属设置预充电电路或者控制电路熔断器在功率保护器件安装空间内有多种安装固定形式，都不会影响本发明一种电动车辆电机控制器及控制器总成的结构方式的总体特点。