CN111355386A

CN111355386A - 电气设备与组装其的方法、电气系统及电气总成

Info

Publication number: CN111355386A
Application number: CN201911301903.2A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·雷恩德; 欧格里央·普依
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive France SAS
Current assignee: Valeo eAutomotive France SAS
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-06-30
Also published as: EP3672381A1; FR3091137A1; EP3672381B1; FR3091137B1

Abstract

本发明涉及一种电气设备与组装其的方法、电气系统及电气总成，所述电气总成包括：第一子总成(1)，包括第一支撑件(11)、有效部件(12)及第一导电杆(14)；第二子总成(2)，包括第二支撑件(21)及电子板(22)，所述第二支撑件(21)特别是板体(21)，所述电子板(22)被配置成控制所述有效部件(12)；以及第三子总成(3)，包括第三支撑件(35)及第二导电杆(30)，所述第二子总成(2)附装到所述第三子总成(3)且所述第一子总成(1)附装到所述第二子总成(2)，以形成一体式电气总成(100)，所述第三支撑件(35)形成电气设备的壳体的盖。

Description

电气设备与组装其的方法、电气系统及电气总成

技术领域

本发明涉及电气设备领域，特别是高压电气设备领域。更具体来说，本发明涉及一种电气设备与组装其的方法、电气系统及电气总成。

背景技术

根据现有技术，已知需要对电气设备、尤其是用于车辆马达系统的电力逆变器进行组装。因此，将尤其是在为电力逆变器的情况下包括电子电力模块的有效部件(例如导电杆及电子板)引入到壳体中。还可在壳体中安装滤波器件以及支撑板体，滤波器件特别是电容元件(例如连结电容元件，也被称为“直流连结电容器”)，支撑板体也被称为“支架”，在支撑板体上还可安装电子板。接着通过盖来封闭壳体。

众所周知，“DC-连结电容器”型滤波器件的功能特别是用来稳定被提供到有效器件的电压。支撑板体(也被称为“支架”)尤其是提供防止电磁干扰的保护功能，也就是说提供电磁屏蔽功能。因此，支撑板体有利于电气设备的电磁兼容性(electromagneticcompatibility)(在英语中通常缩写为EMC)。电磁兼容性旨在一方面确保电气设备能够在其电磁环境中在不具有干扰的情况下发挥作用，另一方面确保电气设备也能够在运行时不引入可能对附近第三方电气设备的正常运行不利的电磁干扰。

然而，特别是在电动或混合动力机动车辆的应用中，可将多个电气设备一同布置在电气系统内的单个壳体中。因此，这些电气设备的壳体被合并在一起，这会改善在车辆中的集成。举例来说，此种电气系统包括被容纳在单个壳体中的第一电气设备(例如电力逆变器)以及第二电气设备(例如电动马达)。一般来说，壳体包括分别用于每一电气设备的相应的罩壳。然而，由于此种壳体的体积比单独采用的多个电气设备的通常壳体的体积大，因此此种壳体的体积使这些电气设备的组装操作变得复杂。

因此，需要提供使电气设备的组装几乎不受壳体的体积影响的电气系统，且还需要对应的组装方法。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于安装到电气设备中的电气总成，所述电气总成包括：

第一子总成，包括第一支撑件、有效部件及用于将所述有效部件连接到所述电气设备的至少一个第一端子的第一导电杆，所述有效部件及所述第一导电杆安装在所述第一支撑件上，

第二子总成，包括第二支撑件及电子板，所述第二支撑件特别是板体，所述电子板被配置成控制所述有效部件，所述电子板安装在所述第二支撑件上，

第三子总成，包括第三支撑件及第二导电杆，所述第二导电杆安装在所述第三支撑件上，

所述第二子总成附装到所述第三子总成且所述第一子总成附装到所述第二子总成，以形成一体式电气总成，所述第三支撑件形成所述电气设备的壳体的盖。

因此，电气总成的组件安装在电气设备的壳体的盖上。借助根据本发明的电气总成，电气设备的组件因此可首先布置在一起，且接着被立刻安装到电气设备的壳体中。因此，不需要使用于电气设备的电组件的组装生产线适用于所述电气设备的壳体的体积。如在前面阐述的电气系统的情形中一样，当壳体包括两个电气设备时，本发明尤其有利。

根据一个实施例，所述第三子总成的所述第三支撑件包括附装区，在所述第二子总成的所述第二支撑件附装在所述附装区中，且所述第二支撑件包括附装区，所述第一支撑件附装在所述附装区中。

根据一个实施例，所述第二子总成的第一面面对第一子总成的面，且所述第三子总成的面面对所述第二子总成的第二面，所述第二面与所述第一面相对，使得所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成在所述第三子总成的所述面上形成堆叠。

根据一个实施例，所述第三子总成的所述第三支撑件包括电气连接件。

根据一个实施例，所述电气连接件安装在所述第三支撑件的与上面附装有所述第二子总成的所述面相对的面上。

根据一个实施例，所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成被堆叠成使得所述第三支撑件包括具有第一部分及第二部分的底板，所述第一部分支撑所述第一子总成的所述有效部件，所述第二部分与所述第一部分互补且支撑所述第二导电杆。

根据一个实施例，所述第一子总成包括安装在所述第一支撑件上的滤波器件。

根据一个实施例，所述有效部件包括电开关，特别是包括电子开关的电子电力模块。

本发明还涉及一种电气设备，所述电气设备包括电气总成(例如以上所简要阐述的电气总成)且包括壳体，所述壳体界定罩壳且包括开孔，包括所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成的所述电气总成被设置到所述罩壳中，使得所述第三支撑件封闭所述壳体的所述开孔，从而形成所述电气设备的盖。

根据一个实施例，所述电气总成的所有组件均包括在所述电气总成中。

根据一个实施例，所述电气设备的所述壳体包括用于容置另一电气设备的另一罩壳。

根据一个实施例，所述电气设备形成电力逆变器且所述另一电气设备形成由所述电力逆变器进行控制的电动马达。

本发明还涉及一种组装电气设备的方法，包括：

制作第一子总成，所述第一子总成包括第一支撑件、有效部件及用于将所述有效部件连接到所述电气设备的至少一个第一端子的第一导电杆，

制作第二子总成，所述第二子总成包括第二支撑件及电子板，所述电子板被配置成控制所述有效部件，

制作第三子总成，所述第三子总成包括第三支撑件及第二导电杆，所述第三支撑件形成所述电气设备的壳体的盖，

进行组装步骤，包括将所述第二子总成附装到所述第三子总成，以及将所述第一子总成附装到所述第二子总成。

根据一个实施例，所述方法还包括：

提供壳体，所述壳体界定罩壳且包括开孔，

在组装所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成的总成之后，将所述总成通过所述开孔引入到所述罩壳中，使得所述第三支撑件执行所述开孔的封闭。

根据一个实施例，所述第二子总成的第一面安装在所述第一子总成的面上，且所述第三子总成的面安装在所述第二子总成的第二面上，所述第二面与所述第一面相对，使得所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成在所述第三子总成的所述面上形成堆叠。

根据一个实施例，执行将所述第二子总成附装到所述第三子总成以及将所述第一子总成附装到所述第二子总成的操作，使得所述电子板及所述有效部件位于所述第三支撑件的任一侧上，所述第三支撑件提供电磁屏蔽。

根据一个实施例，电磁屏蔽支撑板体包括底板及与所述平面底板垂直地延伸的至少一个第一分隔壁，所述第一子总成、所述第二子总成及所述第三子总成被布置成使得所述至少一个第一分隔壁插置在有效器件与滤波导电元件之间。

附图说明

通过阅读以下只是作为实例给出的说明且通过参照作为非限制性实例给出的附图，将会更好地理解本发明，其中对相似的物件赋予相同的参考编号，且其中：

图1A表示根据本发明一个实例的电气设备的第一子总成。

图1B表示根据本发明一个实例的电气设备的第二子总成。

图1C表示根据本发明一个实例的电气设备的第三子总成。

图2A示意性地示出根据本发明一个实例的第二子总成与第三子总成的组装。

图2B示意性地示出根据本发明一个实例的将第一子总成与第二子总成的组装及与第三子总成的组装。

图3示出根据本发明一个实例的已组装的电气设备。

应注意，这些图更详细地阐述本发明以便实施本发明，其中在必要时所述图当然可用来更好地定义本发明。

具体实施方式

在以下将进行的说明中，本发明将主要被阐述用于制作电力逆变器，特别是用于对电机(例如用于车辆的马达系统的旋转电机)供电的电力逆变器。然而，本发明还涉及具有以下阐述的三个子总成的结构的任何兼容的电气设备。

参照图1A到图1C，作为设计，本发明包括待组装的电气设备的三个子总成1、2、3。

图1A示出第一子总成1，第一子总成1包括第一支撑件11，在此种情形中第一支撑件11是用于附装电气设备的有效部件12的冷却模块11。冷却模块11可为包括冷却剂循环网络的有效模块，例如(举例来说)散热器水箱(radiator tank)。具体来说，有效部件12可包括电力逆变器的电子电力模块。

具体来说，电子电力模块是包括多个半导体芯片的总成，所述多个半导体芯片形成被封装到同一外壳(enclosure)中的电路。更确切地说，在本上下文中，电子电力模块是例如包括用于向电机(例如电动马达系统)供应能量的组件的总成，所述组件尤其用于将直流电转换成交流电或反之。此种电子电力模块被配置成允许控制电能在高压电力电池与电机之间的切换。

第一子总成1还可包括滤波器件13，以使信号(特别是提供到有效部件12的电压)稳定。滤波器件13尤其是连结电容元件，也被称为“DC连结电容器”。滤波器件13例如螺合在第一支撑件11(尤其是用于附装有效器件12的冷却模块11)上。

第一子总成1还可包括第一导电杆14(也被称为母线(busbar))。具体来说，电气设备可为对多相电动马达系统供电的电力逆变器。在此种情形中，有效部件12是如上所述的电子电力模块，且连接到所述电子电力模块的此种第一导电杆14被配置成接纳电动马达系统的各相连接件(phase connector)，以对所述电动马达系统供应能量。所述第一导电杆14通常被称为“交流母线”。

图1B示出第二子总成2，第二子总成2包括第二支撑件21，例如支撑板体21(也被称为“支架”)。具体来说，电子板22附装到(特别是螺合到)第二支撑件21。如果电气设备是电力逆变器，则电子板22是用于控制逆变器的电子板，且特别是电子电力模块。包括电子板22的第二子总成2的这个部件对应于例如电气设备的低电压区。

特别地，第二支撑件21提供电磁屏蔽，特别是保护有效部件12免受其电磁环境的影响，且反之亦然。第二支撑件21，特别是支撑板体21，是例如由能够对电磁干扰提供阻挡功能的材料制成的铸件(casting)。举例来说，第二支撑件21由铝制成。第二支撑件21包括例如平面底板，分隔壁211、212和/或脊(ridge)可从平面底板延伸出，所述分隔壁及所述脊被设置成在子总成被组装完毕之后改善电气设备的电磁屏蔽性能。

图1C示出第三子总成3，第三子总成3包括第三支撑件35，以例如为电气设备1提供盖功能。第三子总成3还包括第二导电杆30，第二导电杆30附装到(例如螺合到)第三支撑件350。

举例来说，第二导电杆30可包括电导体300(也被称为“引线框架”)，电力信号在电导体300中循环。信号(特别是电力信号，例如由高压电力电池递送的电压)在所述电导体300中循环。第二导电杆30将局部地环绕有效部件12。

第二导电杆30可包括用于对所述电力信号进行滤波的元件，即，在所示的实例中为至少一个电磁滤波芯体302、303及至少一个放电电容器X、Y。在第二导电杆30接收由高压电力电池递送的电力信号的情形中，滤波元件确保对所述电力信号进行滤波。

第二导电杆30还可包括熔丝301，以确保在故障情形中关断电力信号。

第三支撑件35可包括与所述第三支撑件35垂直地延伸的至少一个分隔壁311。因此在电气总成的电磁屏蔽中包含这至少一个第三分隔壁311。

第三支撑件35(特别是如果第三支撑件35为电气设备提供盖功能时)还可包括电气连接件351、352，电气连接件351、352被配置成使电气设备能够连接到第三方电气设备。

具体来说，如果电气设备是电力逆变器，则第三支撑件35可包括电气连接件351及信号连接件352，电气连接件351用于将逆变器连接到高压电力电池，所述高压电力电池对电力逆变器供应直流电压，信号连接件352用于与第三方电气设备(例如关于其中具有例如所述电力逆变器的车辆状态的信息管理系统)交换数据。

参照图2A，根据本发明，将第二子总成2与第三子总成3组装在一起。换句话说，将第二支撑件21(例如特别是装配有电子板22(例如用于控制电子电力模块的电子板)的支撑板体21)附装到装配有第二导电杆30的第三支撑件35，所述第三支撑件35例如用于为电气设备提供盖功能。

举例来说，将螺钉51接合到第二支撑件21的柄(shank)215中并螺合到第三支撑件35上的对应的柄355中。

根据一个实施例：

－因此将电子板22螺合到第二支撑件21(例如支撑板体21)，以形成第二子总成2；

－将可包括滤波元件的第二导电杆30螺合在第三支撑件35上，以形成第三子总成3；

－随后将第二支撑件21(例如支撑板体)螺合到第三支撑件35。

图2B表示将第一子总成1组装到由第二子总成2与第三子总成3形成的总成。换句话说，将第一支撑件11(例如冷却模块11，尤其是散热器水箱)附装到第二支撑件21(例如支撑板体21)，所述第一支撑件11特别装配有有效部件12(例如电子电力模块)且还可能装配有滤波器件13(例如连结电容元件)及第一母线14。

特别地，将螺钉52接合到第一支撑件11的柄中并螺合到设置在第二支撑件21上的对应的柄中。

根据一个实施例：

将有效部件12附装到第一支撑件11(例如冷却模块11)，且如果需要，将有效部件12附装到附装到滤波器件13及第一导电杆14，以形成第一子总成1；

随后将第一支撑件11螺合到第二支撑件21，第二支撑件21属于之前由第二子总成2与第三子总成3形成的总成。

参照图3，接着将根据图2A及图2B中所示的组装步骤形成的电气总成100安装到壳体60的罩壳61中，例如被布置到在另一专用开孔中还容纳有第二电气设备的底座(chassis)部件中。壳体60包括底部、侧壁及开孔63，所述电气总成100通过开孔63被引入到壳体60中，使得第三支撑件35封闭所述壳体60。举例来说，通过接合到所述电气总成100及所述壳体60的相应的柄中的螺钉53将电气总成100螺合在壳体中。

由本发明的实施产生的一个优点在于，制作三个独立的子总成1、2、3会使电气设备的制造工艺的灵活性增大。具有独立的子总成1、2、3还使得能够独立地测试每一子总成1、2、3的正确运行，且因此减少了可能的浪费量。

根据本发明的电气设备最终以分解图表示在图3中。所述电气设备(例如电力逆变器)具有有利的布置。因此，进行组装会使得过滤器件13(在本例中为连结电容元件)靠近第二导电杆30、与第二导电杆30实质上在同一平面内。第二导电杆30避开过滤器件13，这会提高电气设备的紧凑性。

换句话说，进行第一子总成1、第二子总成2及第三子总成3的堆叠，使得第三支撑件35支撑第一子总成1、第二子总成2及第三子总成3。因此，第三支撑件35具有底板，所述底板具有第一部分及第二部分，第一部分支撑第一子总成的有效部件12，第二部分与第一部分互补且支撑第二导电杆30。具体来说，第三支撑件35的底板的第一部分支撑第一子总成1及第二子总成2。

因此，一旦第一子总成1、第二子总成2及第三子总成3被组装在一起，电子板22便夹置在第二支撑件21与第三支撑件35之间；且有效部件12夹置在第二支撑件21与第一支撑件11之间。滤波器件13相对于有效部件12位于第一支撑件11的另一侧上。此种布置能够减小所得到的电气总成的体积。

根据本发明的一个实施例，为改善电磁兼容性能，第三子总成3的第二导电杆30使所通过的电力信号位于一侧。这使得能够相对于总成的其余部分来容易地屏蔽此电力信号。第二导电杆可包括前面已论述的滤波元件。这些滤波元件特别包括电容器X 304、电容器Y 305、电磁滤波芯体302、303。在第二母线30上还可安装安全熔丝301。

电力信号会感应出磁场，必须保护电气设备的其它部件(尤其是电子板22)免受所述磁场影响。仍旧为了改善电磁兼容性能，还需要保护电气设备(尤其是电子板22)免受来自所述电气设备的环境的电磁干扰(尤其是由在附近运行的第三方电气设备引起的电磁干扰)。

为此，第二支撑件21(在本例中为支撑板体21)特别包括从底板朝第三支撑件35延伸的至少一个第一分隔壁211，如图1B、图2A及图2B中所示。将第二子总成2(第二子总成2尤其包括所述第二支撑件21)组装到包括第三支撑件35的第三子总成3，且接着将第一子总成1(第一子总成1尤其包括有效部件12)组装到由第二子总成2与第三子总成3形成的总成，使得所述至少一个第一分隔壁211在第二导电杆30与电子板22之间进行分离。相似地，至少一个第三分隔壁311可与第三支撑件35垂直地延伸到第二支撑件21，以提供电磁屏蔽，尤其也为电子板22提供电磁屏蔽。因此，减少了由在第二母线30中循环的信号对在电子板22中循环的信号产生的电磁干扰。

分隔壁可在第二支撑件21的底板的任一侧上延伸，以提供电磁屏蔽。特别地，至少一个第二分隔壁212可在与所述至少一个第一分隔壁211延伸的方向相反方向上从第二支撑件21的底板延伸，从而为有效部件12提供电磁屏蔽。借助第二支撑件21的底板，这有助于有效部件12与电子板22之间的电磁屏蔽。此外，通过与第一支撑件11一同发挥作用，这会限制有效部件12对电气设备的外部环境的电磁干扰。

如图2B中所示，将第一子总成1组装在由第二子总成2与第三子总成3形成的总成上，使得有效部件12夹置在第二支撑件21与第一支撑件11之间，继而夹置在有效部件12与滤波器件13之间。

仍旧为了改善电磁兼容性，根据一个实施例，优先地不具有连接所述三个子总成1、2、3的贯穿柄。因此，一方面，柄使得第二子总成2能够附装到第三子总成3，且另一方面，其他柄使得第一子总成1能够附装在第二子总成2上。不具有从第一子总成1到第二子总成2的贯穿柄(其穿过特别是属于第三子总成3的第二支撑件21)使得可将会产生电磁干扰的磁场从有效部件12向外围导电杆300的传播最小化，且反之亦然。

Claims

1.一种用于安装在电气设备中的电气总成，所述电气总成包括：

第一子总成(1)，包括第一支撑件(11)、有效部件(12)及用于将所述有效部件(12)连接到所述电气设备的至少一个第一端子的第一导电杆(14)，所述有效部件(12)及所述第一导电杆(14)安装在所述第一支撑件(11)上；

第二子总成(2)，包括第二支撑件(21)及电子板(22)，所述第二支撑件(21)特别是板体(21)，所述电子板(22)被配置成控制所述有效部件(12)，所述电子板(22)安装在所述第二支撑件(21)上；以及

第三子总成(3)，包括第三支撑件(35)及第二导电杆(30)，所述第二导电杆(30)安装在所述第三支撑件(35)上，

所述第二子总成(2)附装到所述第三子总成(3)且所述第一子总成(1)附装到所述第二子总成(2)，以形成一体式电气总成(100)，所述第三支撑件(35)形成所述电气设备的壳体的盖。

2.根据权利要求1所述的电气总成，其中，

所述第三子总成(3)的所述第三支撑件(35)包括附装区(355)，所述第二子总成(2)的所述第二支撑件(21)附装在所述附装区(355)中，

所述第二支撑件(21)包括附装区(215)，所述第一支撑件(11)附装在所述附装区(215)中。

3.根据权利要求2所述的电气总成，其中所述第二子总成(2)的第一面面对所述第一子总成(1)的面，且所述第三子总成(3)的面面对所述第二子总成(2)的第二面，所述第二面与所述第一面相对，使得所述第一子总成(1)、所述第二子总成(2)及所述第三子总成(3)在所述第三子总成(3)的所述面上形成堆叠。

4.根据权利要求1所述的电气总成，其中所述第一子总成(1)、所述第二子总成(2)及所述第三子总成(3)被堆叠成使得所述第三支撑件(35)包括具有第一部分及第二部分的底板，所述第一部分支撑所述第一子总成的所述有效部件(12)，所述第二部分与所述第一部分互补且支撑所述第二导电杆(30)。

5.一种电气设备，包括如权利要求1所述的电气总成(100)，且包括壳体(60)，所述壳体(60)界定罩壳(61)且包括开孔(63)，包括所述第一子总成(1)、所述第二子总成(2)及所述第三子总成(3)的所述电气总成(100)被设置到所述罩壳(61)中，使得所述第三支撑件(35)封闭所述壳体(60)的所述开孔(63)，从而形成所述电气设备的盖。

6.根据权利要求5所述的电气设备，其中所述电气总成的所有组件均包括在所述电气总成(100)中。

7.一种电气系统，包括如权利要求5或6所述的电气设备，所述电气设备的所述壳体包括用于容置另一电气设备的另一罩壳。

8.根据权利要求7所述的电气系统，其中所述电气设备形成电力逆变器且所述另一电气设备形成将由所述电力逆变器进行控制的电动马达。

9.一种组装电气设备的方法，包括：

制作第一子总成(1)，所述第一子总成(1)包括第一支撑件(11)、有效部件(12)及用于将所述有效部件(12)连接到所述电气设备的至少一个第一端子的第一导电杆(14)；

制作第二子总成(2)，所述第二子总成(2)包括第二支撑件(21)及电子板(22)，所述电子板(22)被配置成控制所述有效部件(12)；

制作第三子总成(3)，所述第三子总成(3)包括第三支撑件(35)及第二导电杆(30)，所述第三支撑件(35)形成所述电气设备的壳体的盖；以及

进行组装步骤，包括将所述第二子总成(2)附装到所述第三子总成(3)，且将所述第一子总成(1)附装到所述第二子总成(2)。

10.根据权利要求9所述的组装电气设备的方法，还包括：

提供壳体(60)，所述壳体(60)界定罩壳(61)且包括开孔(63)；以及

在组装所述第一子总成(1)、所述第二子总成(2)及所述第三子总成(3)的总成之后，将所述总成通过所述开孔(63)引入到所述罩壳(61)中，使得所述第三支撑件(35)执行所述开孔(63)的封闭。

11.根据权利要求9或10所述的组装电气设备的方法，其中所述第二子总成的第一面安装在所述第一子总成(1)的面上，且所述第三子总成(3)的面安装在所述第二子总成(2)的第二面上，所述第二面与所述第一面相对，使得所述第一子总成(1)、所述第二子总成(2)及所述第三子总成(3)在所述第三子总成(3)的所述面上形成堆叠。