CN105940595A - 功率电子模块、这种模块的制造方法以及包括该模块的机动车辆多相旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率电子模块(14)，该功率电子模块(14)用于被集成到多相旋转电机中，并且其类型是包括被布置在壳体(23)中的电子构件和包括外部连接元件(16、17、20)的功率电子模块，所述外部连接元件包括能够分别被电连接到电机的至少一个相端子的至少一个第一电源路径(16、17)。根据本发明，外部连接元件(16、17、20)包括等于电机的相数量的约数的、而不同于一或相数量(Np)的额定数量的第一电源路径(16、17)的个体。根据另一特征，外部连接元件(16、17、20)还包括能够被电连接到转换器的具有预定极性(B+)的极的第二电源路径(20)。

Description

功率电子模块、这种模块的制造方法以及包括该模块的机动车辆多相旋转电 机

技术领域

本发明涉及一种功率电子模块及其制造方法。本发明还涉及包括该功率电子模块的机动车辆的多相旋转电机。

背景技术

当前，功率电子设备已代替过去的机电装置，以用于现代旋转电机的供电和控制。

无论旋转电机是单相还是多相的、同步还是异步的、是作为马达还是作为发电机而运行的，一个或多个功率电子模块控制所施加的电流和电压。

驱动机动车辆运转的设备由可逆的旋转电机构成，即，当该旋转电机被联接至车辆的热机时，其能够作为发电机运行并给电池充电，以及当该旋转电机由车载电网供电时，其能够作为用于起动器的马达运行或提供额外的机械功率。

该称为“交流发电机-起动器”的机器最经常性地包括：

-转子，包括永磁体和/或电感器，在电感器中供有激励电流；

-定子，包括相绕组，相电流在所述相绕组中流通。

法雷奥电机设备(VALEO EQUIPMENTS ELECTRIQUES MOTEUR)公司的专利申请FR2886506以极其详细的方式描述了一种三相交流发电机-起动器的机电装置：

-构成控制激励电流的电刷支架调节器的激励模块；

-交流-直流转换器的三个功率模块，在马达模式中产生相电流或在交流发电机模式中整流相电流；

-用于控制激励模块和功率模块的控制模块。

这些呈壳体形状的、每个相一个的、在外部设有连接元件的模块设置于交流发电机-起动器的后部轴承上。

壳体包含电子构件，尤其是、最经常地，包括通过由被切割的板材(尤其是铜板材)构成的电源路径(traces de puissance)或汇流条而彼此连接的MOSFET类型的功率晶体管。

在该功率模块的示例中，电源路径包括全部都被布置在壳体的第一面附近的端部。

相路径的端部位于壳体外部，并被成形为适合相绕组的端部。

同样为法雷奥电机设备的专利申请EP2536261描述了功率模块的另一个非常新近的示例，其实施该相同的、以缩写IML(在英文中为“InsulatedMolded Leadframe”，即绝缘模制引线架)而已知的电源路径技术，该技术允许高强度的电流的流通。

电源路径的以直角弯折的片形式的端部在壳体外部凸出，以用于这些端部与模块外部的电连接。

填充材料，例如环氧树脂或硅胶或类似物，围绕功率构件填充壳体的空着的内部空间。

由本创造性实体所实现的新研发旨在将交流发电机-起动器的运行电压增大到直至48V并旨在使用具有的相数量多于三个的、尤其是六相的、具体地为“双三相”类型的的多相电机。

体积约束不允许增加现有技术的已知类型的功率电子模块的数量以适合更大的相数。

发明内容

因此，本发明旨在设计一种用于被集成到多相旋转电机中的交流-直流转换器的功率电子模块，从而针对上述体积问题提供解决方案。

该模块的类型是包括被布置在壳体中的电气构件和包括外部连接元件的模块，所述外部连接元件包括能够分别被电连接到该机器的至少一个相端子的至少一个第一电源路径。

在本发明的一个一般性实施例中，该功率电子模块的显著之处在于，外部连接元件包括与电机的相数的约数相等的、不同于一和该相位数的额定数量的第一电源路径个体。

很有利地，外部连接元件还包括能够被电连接到转换器的具有预定极性的极的第二电源路径。

该第二电源路径有利地具有于壳体外部大致在第一平面中延伸的第一部分以及于壳体外部大致在第二平面中延伸的第二部分，所述第二平面在大于或等于第一预定值的第一距离处与该第一平面平行，该第一预定值大致等于该第二电源路径的厚度。

这些第一和第二部分优选地与以大于第二预定值的第二距离而面对转换器的散热器的面平行地延伸地。

第二电源路径优选地具有分别垂直于第一和第二部分的第一和第二端部，所述第一和第二端部在壳体外部延伸在距壳体的大于第三预定值的第三距离处延伸。

所述第一和第二部分有利地在距壳体的第四距离处分别具有第一和第二弯拐部，所述第四距离被包括在第四和第五预定值之间。

在根据本发明的功率电子模块中，第一电源路径的每个个体优选地包括与壳体的互补的第二锚固元件相配合的至少一个第一锚固元件。

根据本发明的功率电子模块的显著之处还在于，电子构件包括半导体型的第一和第二开关元件，所述第一和第二开关元件形成转换器的电桥的额定数量的臂，每个第一开关元件由第一电源路径的每个个体支撑，第二开关元件则由第二电源路径支撑。

这些臂的控制电路有利地设置于在所述第一和第二开关元件之间第一电源路径个体上和第二电源路径上。

优选地，该控制电路包括构成去耦过滤器的电容器单元。

功率电子模块还包括传输该控制电路的运行所必需的信号的单个信号连接器。

根据本发明的功率电子模块的壳体优选地具有矩形长方体形的整体形状，并且第二电源路径的第一和第二部分每个垂直于该壳体的两个相对的面而延伸。

由此，这些相对的面中的每个有利地包括垂直于这些相对的面而延伸的第一电源路径的个体中至少一个。

在根据本发明的功率电子模块中，受益于第一电源路径的个体的额定数量等于二。

本发明还涉及一种用于制造具有上述特征的功率电子模块的制造方法，其显著之处在于，所述壳体通过包覆模制而制成。

显而易见地，机动车辆的旋转电机将受益于集成这种功率电子模块的多个个体。

有利地，功率电子模块的这些个体被设置于机器的后部轴承上，该功率电子模块的个体中的一个个体的、具有预定极性的第一汇流条的第一端部与该功率电子模块的个体中的一个相邻个体的、具有相同预定极性的第二汇流条的第二端部交叠，以构成能够被连接到机器的具有该极性的连接端子的连接链。

优选地，第一和第二汇流条沿着后轴承的弦延伸至距电机的轴线的相等距离处。

很有利地，根据本发明的机动车辆旋转电机是双三相类型的，并且该旋转电机包括具有上述特征的功率电子模块的三个个体。

这几项基本说明已经使得由该功率电子模块相对于现有技术而提供的优点对本领域的技术人员是显而易见的。

对本发明的详细说明在以下结合附图的描述中给出。需要注意的是，这些附图没有其它目的而仅在于描述说明书文本，且其绝不构成任何对本发明范围的限制。

附图说明

图1示出了包括从现有技术已知的三个功率电子模块的三相旋转电机的后部轴承；

图2a和图2b详细地示出从现有技术已知的功率电子模块的两个示例；

图3示出了包括根据本发明的三个功率电子模块的六相旋转电机的另一后部轴承；

图4是一个根据本发明的功率电子模块的整体立体图；

图5是一个根据本发明的功率电子模块的整体侧视图；

图6a和图6b分别示出根据本发明的功率电子模块在图3中示出的后部轴承上的设置细节及两个相邻功率电子模块的设置细节；

图7a、图7b、图7c和图7d示出根据本发明的功率电子模块的外部连接元件的细节；

图8a和图8b分别示出根据本发明的功率电子模块的另一外部连接元件、以及该外部连接元件的第一锚固元件的细节；

图9a和图9b分别是根据本发明的功率电子模块的包覆模制部的整体立体图和俯视图，其示出了用于与在图8a和图8b中示出的第一锚固元件相配合的第二锚固元件的两个个体；

图10a和图10b分别是一个根据本发明的、打开的功率电子模块的整体立体图和俯视图。

具体实施方式

在本发明的范围内，功率电子模块包括被布置在壳体中的电子构件和可从外部接取的以用于其运行的连接元件，这些连接元件允许控制信号的传输和强电流的流通。

图1示出了该类型的功率电子模块1、2，这些功率电子模块设置于上述现有技术的三相交流发电机-起动器的后部轴承3上。

该后部轴承3包括管控相电流的交流-直流转换器的三个功率模块1和控制电机的激励电流的激励模块2。

每个功率电子模块1、2都包括：

-壳体4；

-电源连接器5(其允许电连接到车载电池的正极和负极)；

-信号连接器6(其允许与控制模块的电连接)；

-在机器的框架上的固定点7。

图2a详细地示出了图1的后部轴承的功率模块1，其壳体4是打开的，同时内部电子构件8通过路径电路9而彼此连接。

在该第一示例中，在壳体4的外部延伸的电源路径10包括呈钩状的第一端部11，该第一端部允许通过焊接、钎焊或其它任何合适的方法连接来自于电机定子的相线。

在图2b中示出了从现有技术已知的功率电子模块1、2的第二示例。

在该第二示例中，在功率模块1的整体壳罩之外延伸的电源路径10包括第二端部12，该第二端部12的形式为垂直于路径电路9的凸片，其允许通过焊接、钎焊或其他任何合适的方法连接来自于电机定子的相舌件13。

为了解决在前文中陈述的由电机相数Np的增大导致的体积问题，本发明实体设计了一种集成多个相的功率电子模块14。

被集成到每个模块14中的相的额定数量N被选择以适合电机的不同构造、以及以对模块14的外部连接元件进行分布、，从而最小化电机的连接长度。

平衡的分布和规模经济的考虑使得选择为机器的相数量Np的约数的额定相数量N。

图3在本发明的一个优选实施例中示出了六相(Np＝6)电机的后部轴承15。

在该实施例中，每个模块14集成了两个相(N＝2)，并且其外部连接元件16、17、20包括第一电源路径的两个个体16、17，该两个个体16、17分别连接到定子的对应的两个相端子18、19。

每个模块14的外部连接元件16、17、20还包括连接到转换器正极B+的第二电源路径20，所述转换器正极也是电机的用于连接到车载电池正极的正极。

图4清楚地示出这些垂直于壳体23的两个相对的面21、22而延伸的不同的外部连接元件16、17、20，所述壳体具有长方体形的整体形状。

第一电源路径的两个个体16、17每个包括允许容易地与相端子18、19焊接的弯折凸片24、25。

第一电源路径的每个个体16、17在从壳体23出来之处包括由磁路26和霍尔效应传感器构成的相电流测量设备。

如图5清楚地示出，第二电源路径20具有第一部分27和第二部分28，该第一部分27于壳体14的面21的外部在第一平面P1中延伸，该第二部分28于壳体14的另一相对面22外部在第二平面P2中延伸，第二平面与第一平面P1平行。

如参照图6a和图6b将理解的是，该布置允许链接根据本发明的功率电子模块14的两个相邻个体29、30，以将三个模块14分布在如图3所示的后部轴承15上。

通过沿着后部轴承的弦对齐个体29、30中的每个的第二电源路径20，模块14的大致方形的基部允许将个体29、30角抵着角地并置为等距地尽可能接近机器的轴线。

两个相邻个体29、30中的一个个体29的第一端部27与另一个体30的第二端部28处于不同的、平行的第一和第二平面P1、P2中，这些端部交叠以使得组件紧凑。

如图5及图7a和图7b的细节图所清楚地示出的，只有当第一和第二平面P1、P2的第一距离d1大于或等于第一预定值时，该交叠才是可行的，该第一预定值大致等于第二电源路径20的厚度e。

然而，该允许使模块14彼此链接而无需额外的汇流条的布置要求遵循在机器的后部轴承15上安装的安装顺序。必须通过从这样的个体开始来依次安装两个相邻个体29、30：该个体具有的待焊接的、第二电力轨线20的第一部分27是最低的。

第二电源路径20的第一和第二部分27、28在恒定的第二距离d2处面对着散热器31的面平行地延伸，这允许限制干扰性自感并通过焊接来整合所有功率电子模块14。

对自感的限制允许限制所需的电容器32并因此节省空间。

为了避免第二电源路径20的第一和第二部分27、28与散热器31之间产生盐桥，第二距离d2大于第二预定值。

由于根据本发明的功率电子模块14的壳体23由塑料构成，对于外部连接元件16、17、20存在尺寸限制，以避免壳体23在焊接时受损。

如图5和图7c所示，第二电源路径20尤其具有分别垂直于第一和第二部分27、28的第一和第二端部33、34，该第一和第二端部33、34在距壳体23的第三距离d3处延伸，该第三距离d3足以避免在焊接所述第一和第二端部33、34时损坏壳体23的壁21、22的塑料。

该第三距离d3大于约为5mm的第三预定值。

出于相同的原因，第二电源路径20的第一和第二部分27、28分别在距壳体23的壁21、22的第四距离d4处具有第一和第二弯拐部35、36。

该第四距离d4被包括在第四和第五预定值之间，所述第四和第五预定值分别约为2mm和5mm。

还由于根据本发明的功率电子模块14的壳体23是通过包覆模制而成型的，对于外部连接元件16、17、20存在形状限制，以允许优质的包覆模制并尤其确保平面度、抗振动强度和令人满意的锚固。

图8a示出了第一电源路径的个体16、17中的一个的第一锚固元件37，该第一锚固元件与壳体23的互补的第二锚固装置38相配合。

如图8b的细节图所清楚地示出的，该第一锚固元件37由棱柱形部39构成，该棱柱形部位于第一电源路径17的在壳体23内部的内部部分41的槽40中。

如图9a所清楚地示出的，壳体23的支撑该第一电源路径17的下部部分包括凸起42，该凸起具有凹槽43，棱柱形部39可接合在该凹槽中。

图9a和图9b示出，第二锚固装置38的两个个体38、44设置于壳体23的下部部分中，以确保保持第一电源路径的两个个体16、17。

还优化了电子构件在根据本发明的功率电子模块14的内部的布置，以缩短内部连接的长度并由此减小去耦电容器单元45的尺寸。

图10a和图10b的打开的模块14的视图示出，形成转换器的臂中的两个的MOSFET类型的第一和第二集成电路片46、47、48分别由第一电源路径的两个个体16、17和由第二电源路径20支撑。

第一电源路径的两个个体16、17每个留有通道，该通道用于将第一集成电路片46、47通至转换器的接地片51(负极)，这借助于为此目的而设置在两个个体16、17的内部部分41中的孔49、50实现。这些内部部分41于壳体23内部在两个相对的面21、22之间对称地延伸，同时与被第二电源路径20占据的第三面52之间留有空间。

这样，第二电源路径20交叠在所述第一路径的两个个体16、17的内部部分41上，这允许最小化第二集成电路片48与相位的电连接部53。

该布置在第一和第二集成电路片46、47、48之间留出了另一空着的空间，用于放置支撑两个臂46、47、48的控制电路构件和去耦电容器45的陶瓷部54。

根据本发明的功率电子模块14在第四面56上包括单个信号连接器55，该信号连接器55传输控制电路54的运行所必需的信号。

显而易见地，本发明不限于上述的单个优选实施例。

特别地，所述功率电子模块14的壳体的形状和材料仅为示例：具有其它特征的其它壳体可能会更好地满足具体的应用需求。

第一和第二电源路径16、17、20的与所述布置不同的其它布置也可能会更好地适于这些应用。

最后，相似的描述可应用于不同于六相电机的、包括不同于3个的数量的模块14的多相旋转电机。

因此，本发明包括所有可能的实施变型，只要这些变型在以下权利要求所限定的范围内。

Claims (19)

1.一种交流-直流转换器的功率电子模块(1、2、14)，其用于被集成到多相旋转电机中，且其类型是包括被布置在壳体(4、23)中的电子构件(8、45、46、47、48)和包括外部连接元件(10、11、12、16、17、20)的功率电子模块，所述外部连接元件包括能够分别被电连接到所述电机的至少一个相端子(18、19)的至少一个第一电源路径(10、16、17)，其特征在于，所述外部连接元件(16、17、20)包括与电机的相数量(Np)的约数相等的额定数量(N)的第一电源路径(16、17)的个体，该额定数量(N)不同于一或该相数量(Np)，以及在于，所述外部连接元件(16、17、20)还包括能够被电连接到所述转换器的具有给定极性(B+)的极的第二电源路径(20)。

2.根据权利要求1所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第二电源路径(20)具有第一部分(27)和第二部分(28)，该第一部分(27)于所述壳体(23)的外部大致在第一平面(P1)中延伸，该第二部分(28)于所述壳体(23)的外部大致在第二平面(P2)中延伸，所述第二平面(P2)在大于或等于第一预定值的第一距离(d1)处与所述第一平面(P1)平行，所述第一预定值大致等于所述第二电源路径(20)的厚度(e)。

3.根据权利要求2所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第一和第二部分(27、28)与以大于第二预定值的第二距离(d2)而面对所述转换器的散热器(31)的面平行地延伸。

4.根据权利要求2或3所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第二电源路径(20)具有分别与所述第一和第二部分(27、28)垂直的第一和第二端部(33、34)，所述第一和第二端部(33、34)在所述壳体(23)外部在距所述壳体(23)的、大于第三预定值的第三距离(d3)处延伸。

5.根据权利要求2或3所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第一和第二部分(27、28)在距所述壳体(23)的第四距离(d4)处分别具有第一和第二弯拐部(35、36)，所述第四距离(d4)被包括在第四和第五预定值之间。

6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第一电源路径的每个所述个体(16、17)包括至少一个第一锚固元件(37)，所述至少一个第一锚固元件(37)与所述壳体(23)的互补的第二锚固元件(38)相配合。

7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述电子构件(45、46、47、48)包括半导体型的第一和第二开关元件(46、47、48)，所述第一和第二开关元件形成所述转换器的电桥的所述额定数量(N)的臂，每个所述第一开关元件(46、47)由所述第一电源路径的每个所述个体(16、17)支撑，及所述第二开关元件(48)则由所述第二电源路径(20)支撑。

8.根据前述权利要求7所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述臂的控制电路(54)设置于在所述第一和第二开关元件(46、47、48)之间的所述第一电源路径的所述个体(16、17)上和所述第二电源路径(20)上。

9.根据前述权利要求8所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述控制电路(54)包括构成去耦过滤器的电容器单元(45)。

10.根据前述权利要求8或9所述的功率电子模块(14)，其特征在于，该功率电子模块还包括传输所述控制电路(54)的运行所必需的信号的单个信号连接器(55)。

11.根据前述权利要求2至5中的任一项所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述壳体(23)具有长方体形的整体形状，以及在于，所述第二电源路径(20)的所述第一和第二部分(27、28)每个垂直于所述壳体的两个相对的面(21、22)而延伸。

12.根据前述权利要求11所述的功率电子模块(14)，其特征在于，每个所述相对的面(21、22)包括所述第一电源路径的所述个体(16、17)中的至少一个，所述第一电源路径的所述个体(16、17)垂直于所述相对的面(21、22)而延伸。

13.根据前述权利要求4和5所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述第三预定值等于5mm，所述第四和第五预定值分别等于2mm和5mm。

14.根据前述权利要求1至13中的任一项所述的功率电子模块(14)，其特征在于，所述额定数量(N)等于2。

15.一种用于制造根据前述权利要求1至14中的任一项所述的功率电子模块(14)的制造方法，其特征在于，所述壳体(23)通过包覆模制制成。

16.一种机动车辆旋转电机，其特征在于，该旋转电机包括根据上述权利要求1至14中的任一项所述的功率电子模块(14)的多个个体(29、30)。

17.根据权利要求16所述的机动车辆转动电机，其特征在于，所述功率电子模块(14)的所述个体(29、30)设置在所述电机的后部轴承(15)上，所述功率电子模块(14)的所述个体中的一个个体(29)的、具有预定极性(B+)的第一汇流条(27、33)的第一端部(33)与所述功率电子模块(14)的所述个体中的一个相邻个体(30)的、具有所述预定极性(B+)的第二汇流条(28、34)的第二端部(34)交叠，以构成能够被连接到所述电机的具有所述极性的连接端子(B+)的连接链。

18.根据权利要求17所述的机动车辆旋转电机，其特征在于，所述第一和第二汇流条(27、33；28、34)沿着所述后部轴承(15)的弦延伸至距所述电机的轴线相等的距离处。

19.根据上述权利要求16至18中的任一项所述的机动车辆旋转电机，其特征在于，该旋转电机属于双三相类型，以及在于，该旋转电机包括根据权利要求14所述的功率电子模块(14)的三个个体。