CN110800385B

CN110800385B - 电压转换器、用于制造这种电压转换器的方法以及用于形成这种电压转换器的主模块和端子块模块的组件

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Publication number: CN110800385B
Application number: CN201880042661.7A
Authority: CN
Inventors: M.法尔盖尔; R.亨尼盖特; L.博丁; M.伯特兰
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: WO2019002710A1; EP3646681A1; JP2020526172A; FR3068544A1; JP6929976B2; CN110800385A; FR3068544B1

Abstract

本发明涉及一种电压转换器(104)，包括：主模块(202)，其包括：主正母线(206)，主负母线(208)，至少一个相母线(122)，其旨在连接到电机(130)的相应相，对于每个相母线(122)：顶侧开关(112)，其连接在主正母线(206)和相母线(122)之间，和底侧开关(114)，其连接在相母线(122)和主负母线(208)之间，电接地，第一电容器，其连接在主正母线(206)和电接地之间，和第二电容器，其连接在主负母线(208)和电接地之间；以及端子块模块(204)，其包括：副正母线(210)，其具有正端子(212)，副正母线(210)固定到主正母线(206)，和副负母线(214)，其具有负端子(216)，副负母线(214)固定到主负母线(208)。

Description

电压转换器、用于制造这种电压转换器的方法以及用于形成这种电压转换器的主模块和端子块模块的组件

技术领域

本发明涉及电压转换器、用于制造这种电压转换器的方法以及用于形成这种电压转换器的主模块和端子块模块的组件。

背景技术

现有技术描述了一种电压转换器，包括：

-主正母线，

-主负母线，

-至少一个相母线，其旨在连接到电机的相应相，

-对于每个相母线：

-高侧开关，其连接在主正母线和相母线之间，

-低侧开关，其连接在相母线和主负母线之间，

-电接地，

-第一电容器，其连接在主正母线和电接地之间，

-第二电容器，其连接在主负母线和电接地之间，

主正母线具有正端子，主负母线具有负端子。

正负端子旨在连接到电源。然而，取决于电压转换器的环境，即特别是电源的配置和电磁兼容性的要求，正负端子的形状和/或位置可以变化。因此，对于每个新环境，都需要重新设计主正负母线，这会产生大量的研发和配置制造工具的成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种简化其对环境的适应性的电压转换器。

为此，提出了一种电压转换器，包括：

-主模块，其包括：

-主正母线，

-主负母线，

-至少一个相母线，其旨在连接到电机的相应相，

-对于每个相母线：

-高侧开关，其连接在主正母线和相母线之间，

-低侧开关，其连接在相母线和主负母线之间，

-电接地，

-第一电容器，其连接在主正母线和电接地之间，

-第二电容器，其连接在主负母线和电接地之间，

-端子块模块，其与主模块结合并且包括：

-副正母线，其具有正端子，副正母线连接到主正母线，

-副负母线，其具有负端子，副负母线连接到主负母线。

由于本发明，仅需要针对每个新环境重新设计端子块模块，这降低了制造电压转换器的成本。

此外，第一和第二电容器的存在使得可以提供最小的电磁兼容性，即例如0/1级(根据CISPR25标准)，通过在端子块模块中添加电磁滤波部件，可以在不更改主模块的情况下对其进行补充。

可选地，端子块模块还包括围绕副正母线和副正母线的磁芯。

再次可选地，端子块模块还包括连接在副正母线和副负母线之间的第三电容器。

再次可选地，端子块模块还包括：

-第四电容器，其连接在副正母线和电接地之间，

-第五电容器，其连接在副负母线和电接地之间。

有利地，可选地添加磁芯和/或第三、第四或第五电容器使得对于端子块的相同结构可以获得各种级别的电磁兼容性。

还提出了一种根据本发明的电压转换器的制造方法，该方法包括：

-获得主模块，该主模块包括：

-主正母线，

-主负母线，

-至少一个相母线，其旨在连接到电机的相应相，

-对于每个相母线：

-高侧开关，其连接在主正母线和相母线之间，

-低侧开关，其连接在相母线和主负母线之间，

-电接地，

-第一电容器，其连接在主正母线和电接地之间，

-第二电容器，其连接在主负母线和电接地之间，

-获得副模块，该副模块包括：

-副正母线，其具有正端子，

-副负母线，其具有负端子，

-将副模块与主模块结合，该结合包括将副正母线连接到主正母线和将副负母线连接到主负母线。

还提出了一种旨在相互结合的主模块和端子块模块的组件，该主模块包括：

-主正母线，

-主负母线，

-至少一个相母线，其旨在连接到电机的相应相，

-对于每个相母线：

-高侧开关，其连接在主正母线和相母线之间，

-低侧开关，其连接在相母线和主负母线之间，

-电接地，

-第一电容器，其连接在主正母线和电接地之间，

-第二电容器，其连接在主负母线和电接地之间，

并且，所述端子块模块包括：

-副正母线，其具有正端子，当端子块模块与主模块结合时，副正母线旨在连接到主正母线，

-副负母线，其具有负端子，当端子块模块与主模块结合时，副负母线旨在连接到主负母线。

再次可选地，端子块模块还包括：

-第四电容器，其连接在副正母线和旨在连接到电接地的导电部分之间，

-第五电容器，其连接在副负母线和旨在连接到电接地的导电部分之间。

再次可选地，导电部分是旨在固定到电接地的固定导电凸耳。

还提出了一种电压转换器，该电压转换器包括根据本发明的主模块和端子块模块的组件，通过将副正母线连接到主正母线并且通过将副负母线连接到主负母线，将端子块模块与主模块结合。

换句话说，电压转换器包括形成根据本发明的组件的主模块和端子块模块，通过将副正母线连接到主正母线并且通过将副负母线连接到主负母线，将所述端子块模块与所述主模块结合。

可选地，该电压转换器的端子块模块还包括：

-第四电容器，其连接在副正母线和连接至电接地的导电部分之间，

-第五电容器，其连接在副负母线和连接至电接地的导电部分之间。

再次可选地，所述导电部分是固定到电接地(302)的固定凸耳。

本发明还提出了一种用于制造包括根据本发明的主模块和端子块模块的组件的电压转换器的方法，该方法包括：

-获得主模块，该主模块包括：

-主正母线，

-主负母线，

-至少一个相母线，其旨在连接到电机的相应相，

-对于每个相母线：

-高侧开关，其连接在主正母线和相母线之间，

-低侧开关，其连接在相母线和主负母线之间，

-电接地，

-第一电容器，其连接在主正母线和电接地之间，

-第二电容器，其连接在主负母线和电接地之间，

-获得端子块模块，该端子块模块包括：

-副正母线，其具有正端子，

-副负母线，其具有负端子，

-将端子块模块与主模块结合，该结合包括将副正母线连接到主正母线和将副负母线连接到主负母线。

附图说明

图1是包括实现本发明并且通过将主模块和端子块模块结合而获得的电压转换器的电气系统的接线图。

图2是图1的电压转换器的三维视图，其中省略了主模块的散热器和滤波电容器。

图3是类似于图2的视图，包括主模块的散热器和滤波电容器。

图4是图1至3的电压转换器的端子块模块的三维视图。

图5示出了用于制造电压转换器的方法的步骤。

具体实施方式

现在将参考图1描述实现本发明的电气系统100。

电气系统100例如旨在安装在机动车辆中。

电气系统100首先包括电源102，其设计为输送例如在20V和100V之间的直流电压U，例如为48V。电源102包括例如电池。

电气系统100还包括电机130，电机130包括旨在具有相应相电压的多个相(未示出)。

电气系统100还包括连接在电源102和电机130之间的电压转换器104，以便执行直流电压U和相电压之间的转换。

电压转换器104首先包括正母线106和负母线108，其旨在连接到电源102以便接收直流电压U，正母线106接收高电势，而负母线108接收低电势。

电压转换器104还包括至少一个功率模块110，其包括一个或多个相母线122，相母线122旨在分别连接到电机130的一个或多个相，以便提供它们各自的相电压。

在所描述的示例中，电压转换器104包括三个功率模块110，每个功率模块包括连接到电机130的两个相的两个相母线122。

更精确地，在所描述的示例中，电机130包括两个三相系统，每个三相系统包括三相，并且该三相系统旨在彼此电相位差120°。优选地，功率模块110的第一相母线122分别连接至第一三相系统的三相，而功率模块110的第二相母线122分别连接至第二三相系统的三相。

对于每个相母线122，每个功率模块110包括连接在正母线106和相母线122之间的高侧开关112和连接在相母线122和负母线108之间的低侧开关114。因此，开关112、114布置为以形成斩波臂，其中相母线122形成中点。

每个开关112、114包括第一和第二主端子116、118以及控制端子120，控制端子120旨在根据施加到其上的控制信号选择性地在其两个主端子116、118之间断开和闭合开关112、114。开关112、114优选地是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其具有形成控制端子120的栅极以及分别形成主端子116、118的漏极和源极。

在所描述的示例中，开关112、114分别具有板的形式，例如大致矩形，该板具有上面和下面。第一主端子116在下面延伸，而第二主端子118在上面延伸。此外，下面形成散热器面。

对于每个功率模块110，电压转换器104还包括电容器124，该电容器具有分别连接到正母线106和负母线108的正端子126和负端子128。

应当理解，正母线106、负母线108和相母线122是设计成支撑至少1A的电流的刚性元件。它们优选地具有至少1mm的厚度。

此外，在所描述的示例中，电机130具有交流发电机和电动机功能。更精确地，机动车辆还包括内燃机(未示出)，其具有输出轴，电机130通过皮带(未示出)连接至该输出轴。内燃机旨在通过其输出轴来驱动机动车辆的车轮。因此，当作为交流发电机运行时，电机从输出轴的旋转向电源102提供电能。电压转换器104然后用作整流器。当作为电动机运行时，电机驱动输出轴(作为内燃机的补充或替代)。电压转换器104然后用作逆变器。

电机130例如位于机动车辆的变速器或离合器中或者代替交流发电机。

在说明书的其余部分中，将参照竖直方向T-B更详细地描述功率模块110的元件的结构和布置，“T”代表顶部，“B”代表底部。

参考图2，电压转换器104包括主模块202和端子块模块204。

主模块202包括三个功率模块110以及穿过功率模块110的主正母线206(其为正母线106的一部分)和主负母线208(其为负母线108的一部分)，以便连接到如图1所示的开关112、114。主母线206、208分别包括连接端206*、208*。

端子块模块204包括提供正端子212的副正母线210和具有负端子216的副负母线214。副母线210、214分别包括例如通过焊接、铜焊或旋拧分别连接到主母线206、208的连接端206*、208*的连接端210*、214*，以便分别在副母线210、214与主母线206、208之间建立导电。

主副正母线206、210是图1所示的正母线106的一部分，而主副负母线208、214是图1所示的负母线108的一部分。

端子块模块204还包括围绕副母线210、214的磁芯218。

端子块模块204还包括两个导电固定凸耳222、224。

端子块模块204还包括第一对Y型安装的滤波电容器226、228，即旨在分别连接在正母线106和负母线108和电接地之间。在所描述的示例中，滤波电容器226、228分别连接在首先副母线210、214和其次分别旨在连接到电接地的两个固定凸耳222、224之间，如将在下面描述。滤波电容器226、228沿着副母线210、214位于正负端子212、216与磁芯218之间。

参照图3，主模块202还包括散热器302，该散热器302特别设计为消散由开关112、114产生的热量。此外，散热器302用作电接地。

固定凸耳222、224设计为固定至散热器302，以便将副模块204机械地固定至主模块202，并且此外将滤波电容器226、228电连接至电接地。在所描述的示例中，固定凸耳222、224被提供有螺纹通道开口，以便旋拧到散热器302上。

主模块202还包括第二对Y型安装的滤波电容器304、306，它们分别连接在首先主母线206、208和其次散热器302之间。

参照图4，端子块模块204还包括X型安装的滤波电容器402，即旨在连接在正母线106和负母线108之间。在所描述的示例中，滤波电容器402连接在副母线210、214之间。

优选地，滤波电容器226、228、304、306、402是陶瓷电容器或薄膜电容器。

滤波电容器226、228、304、306、402和磁芯218使得可以实现5级电磁兼容性(根据CISPR25标准)。

如果需要较低级别的磁兼容性，则从端子块模块中删除以下一个或多个元件就足够了：磁芯218、滤波电容器226、228和滤波电容器402。

即使没有前面的元件，保留在主模块202上的滤波电容器304、306也有可能获得最小的电气兼容性，例如0/1级(根据CISPR25标准)。

参照图5，现在将描述用于制造电压转换器104的方法500。

在步骤502期间，获得主模块202。

在步骤504期间，获得副模块204。

在步骤506期间，将副模块204定位在主模块202上，使得首先将副母线210、214的连接端210*、214*分别压靠在主母线206、208的连接端206*、208*上，其次将固定凸耳222、224压靠在散热器302上。

在步骤508期间，固定凸耳222、224机械地固定到散热器302，以便进一步建立电连接。在所描述的示例中，它们通过旋拧固定。

在步骤510期间，副母线210、214的连接端210*、214*例如通过焊接、铜焊或旋拧分别电连接到主母线206、208的连接端206*、208*。

本发明不限于上述实施例，相反，由所附权利要求书限定。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，可以对其进行修改。

此外，权利要求中使用的术语不应理解为限于上述实施例的要素，而应理解为涵盖本领域技术人员能够从其常识中推断出的所有等同要素。

Claims

1.一种旨在相互结合的主模块（202）和端子块模块（204）的组件，该主模块（202）包括：

- 主正母线（206），

- 主负母线（208），

- 至少一个相母线（122），其旨在连接到电机（130）的相应相，

- 对于每个相母线（122）：

- 高侧开关（112），其连接在主正母线（206）和相母线（122）之间，

- 低侧开关（114），其连接在相母线（122）和主负母线（208）之间，

- 电接地（302），

- 第一电容器（304），其连接在主正母线（206）和电接地（302）之间，

- 第二电容器（306），其连接在主负母线（208）和电接地（302）之间，

并且，所述端子块模块（204）包括：

- 副正母线（210），其具有正端子（212），当端子块模块（204）与主模块（202）结合时，副正母线（210）旨在连接到主正母线（206），

- 副负母线（214），其具有负端子（216），当端子块模块（204）与主模块（202）结合时，副负母线（214）旨在连接到主负母线（208）。

2.如权利要求1所述的组件，其中，所述端子块模块（204）还包括围绕副正母线（210）和副负母线（214）的磁芯（218）。

3.如权利要求1或2所述的组件，其中，所述端子块模块（204）还包括第三电容器（402），其连接在副正母线（210）和副负母线（214）之间。

4.如权利要求3所述的组件，其中，所述端子块模块（204）还包括：

- 第四电容器（226），其连接在副正母线（210）和旨在连接到电接地（302）的导电部分（222）之间，

- 第五电容器（228），其连接在副负母线（214）和旨在连接到电接地（302）的导电部分（224）之间。

5.如权利要求4所述的组件，其中，所述导电部分（222、224）是旨在固定到电接地（302）的固定凸耳（222、224）。

6.一种电压转换器（104），其包括如权利要求1至3中任一项所述的组件，通过将副正母线（210）连接到主正母线（206）并且通过将副负母线（214）连接到主负母线（208），将端子块模块（204）与主模块（202）结合。

7.如权利要求6所述的电压转换器（104），其中，所述端子块模块（204）还包括：

8.如权利要求7所述的电压转换器（104），其中，所述导电部分（222、224）是固定至电接地（302）的固定凸耳（222、224）。

9.一种用于制造如权利要求6至8中任一项所述的电压转换器（104）的方法，包括：

- 获得主模块（202），该主模块（202）包括：

- 主正母线（206），

- 主负母线（208），

- 对于每个相母线（122）：

- 电接地（302），

- 获得端子块模块（204），该端子块模块（204）包括：

- 副正母线（210），其具有正端子（212），

- 副负母线（214），其具有负端子（216），

- 将端子块模块（204）与主模块（202）结合，该结合包括将副正母线（210）连接到主正母线（206）和将副负母线（214）连接到主负母线（208）。