CN111697846B - 一种电机控制器及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电机控制器及车辆。该电机控制器包括功率电路板，功率电路板包括线路板以及多个桥臂；线路板包括相对设置的安装面和非安装面，桥臂设置在安装面所在平面上；桥臂包括上桥臂和下桥臂，每个上桥臂和每个下桥臂中均包括多个分立的功率管；功率电路板还包括埋设于线路板内的多个第一铜排以及多个第二铜排；第一铜排和上桥臂一一对应，第一铜排将同一上桥臂中的多个功率管并联；第二铜排和下桥臂一一对应，第二铜排将同一下桥臂中的多个功率管并联；功率电路板还包括埋设于线路板内的U相铜排、V相铜排以及W相铜排，用于输出三相交流电。本发明实施例提供的技术方案可以节约成本、合理利用空间，减小体积。

Description

一种电机控制器及车辆
技术领域
本发明实施例涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种电机控制器及车辆。
背景技术
电机控制器中通常包括功率电路板，能够将直流电逆变为交流电，实现对电机转速及转矩的控制。
在大功率电机控制器中，电流通常较大，常常达到数百安培，小电流功率器件已经不能满足，因此，常常选用功率器件模组，功率器件模组中包含多个并联的小电流功率器件。但是，每个功率器件模组中功率器件的个数是固定的，较难根据系统功率等级选取刚好合适的功率器件模组，不利于控制成本。而且功率器件模组的形状固定，功率电路板上对功率模块组的布局受限，不利于合理布局，减小体积。
发明内容
本发明提供一种电机控制器及车辆，以控制成本、合理布局，减小体积。
第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制器，包括：
功率电路板，所述功率电路板包括线路板以及多个桥臂；所述线路板包括相对设置的安装面和非安装面，所述桥臂设置在所述安装面所在平面上；
所述桥臂包括上桥臂和下桥臂，每个所述上桥臂和每个所述下桥臂中均包括多个分立的功率管；
所述功率电路板还包括埋设于所述线路板内的多个第一铜排以及多个第二铜排；所述第一铜排和所述上桥臂一一对应，所述第一铜排与同一所述上桥臂中的各所述功率管的第一极电连接；所述第二铜排和所述下桥臂一一对应，所述第二铜排与同一所述下桥臂中的各所述功率管的第二极电连接；
所述功率电路板还包括埋设于所述线路板内的U相铜排、V相铜排以及W相铜排，用于输出三相交流电。
可选的，所述U相铜排、所述V相铜排以及所述W相铜排均包括一体成型的第一导电结构和第二导电结构，所述第一导电结构和所述第二导电结构相互垂直；
所述第一导电结构至少部分埋设于所述线路板内，所述第二导电结构裸露于所述线路板外；所述第二导电结构上设置有第一螺纹孔，所述第二导电结构通过所述第一螺纹孔与电机的螺栓电连接。
可选的，所述功率电路板还包括电流传感器，所述电流传感器套设在所述第二导电结构上。
可选的，所述电机控制器还包括散热器，所述散热器设置在所述线路板背离所述桥臂的一侧；
所述第一铜排的下表面、所述第二铜排的下表面、所述U相铜排的下表面、所述V相铜排的下表面以及所述W相铜排的下表面均朝向所述散热器，且与所述线路板的非安装面位于同一平面内。
可选的，所述电机控制器还包括第一导热绝缘垫，所述第一导热绝缘垫位于所述散热器和所述功率电路板之间。
可选的，所述电机控制器还包括电容，所述电容设置在所述散热器背离所述功率电路板的一侧。
可选的，所述电容为集成式薄膜电容。
可选的，所述集成式薄膜电容的封装壳的一个侧边设置有多个突出的第一耳部和多个突出的第二耳部，所述第一耳部与所述集成式薄膜电容的第一端电连接，所述第二耳部与所述集成式薄膜电容的第二端电连接；
所述第一铜排以及所述第二铜排均包括一体成型的第三导电结构和第四导电结构；所述第三导电结构中的至少部分埋设于所述线路板内，所述第四导电结构裸露于所述线路板外；
所述第一铜排和所述第一耳部一一对应，所述第一铜排的所述第四导电结构中的至少部分与所述第一耳部抵接；
所述第二铜排和所述第二耳部一一对应，所述第二铜排的所述第四导电结构中的至少部分与所述第二耳部抵接。
可选的，所述第一耳部上设置有第一固定孔，所述第二耳部上设置有第二固定孔；所述第四导电结构上设置有第三固定孔；
所述第一铜排和所述第一耳部通过穿过所述第一固定孔和所述第三固定孔的螺栓固定；
所述第二铜排和所述第二耳部通过穿过所述第一固定孔和所述第三固定孔的螺栓固定。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括本发明任意实施例所述的电机控制器。
本发明实施例提供的电机控制器，通过采用分立的功率开关器件并联实现一个大功率器件的功能，使得可根据系统功率等级灵活控制一个大功率器件中并联的功率开关器件的数量，从而控制成本，并且可根据电机控制器自身尺寸要求以及功率电路板上其它器件分布情况合理布局多个分立的开关器件，解决由于采用功率器件模组带来的难以控制成本、不利于合理布局的问题，实现根据系统功率等级控制成本、合理布局，减小体积的效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电机控制器的爆炸图；
图2是本发明实施例提供的一种功率电路板的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种功率电路板的爆炸图；
图4是本发明实施例提供的一种功率单元拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明实施例提供的一种电机控制器的结构示意图。图2是本发明实施例提供的一种功率电路板的结构示意图。图3是本发明实施例提供的一种功率电路板的爆炸图。参见图1-图3，该电机控制器包括功率电路板1，功率电路板1包括线路板11以及多个桥臂12；线路板11包括相对设置的安装面和非安装面，桥臂12设置在安装面所在平面上；桥臂12包括上桥臂121和下桥臂122，每个上桥臂121和每个下桥臂122中均包括多个分立的功率管；功率电路板1还包括埋设于线路板11内的多个第一铜排14A以及多个第二铜排14B；第一铜排14A和上桥臂121一一对应，第一铜排14A与同一上桥臂121中的各功率管的第一极电连接；第二铜排14B和下桥臂122一一对应，第二铜排14B与同一下桥臂122中的各功率管的第二极电连接；功率电路板1还包括埋设于线路板11内的U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W，用于输出三相交流电。
具体的，继续参见图1，电机控制器还包括控制电路板66、屏蔽板5以及驱动电路板44，它们的具体实现方式本领域技术人员可根据实际情况以及现有技术设置，此处不作限定。可选的，控制电路板66可以通过螺栓固定在屏蔽板5上，驱动电路板44可以通过螺栓固定在屏蔽板5的另一侧。如此，安装工艺简单，有利于提高安装效率。
具体的，图1中仅示例性示出了功率电路板1上设置有三个桥臂12，但并非对本申请的限定，本领域技术人员可根据实际情况设置桥臂12的数量。为详细说明U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W与功率管的详细连接情况，下面以功率电路板1上设置有三个桥臂12为例进行说明。示例性的，U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W各对应一个桥臂，U相铜排131U与其对应上桥臂中的各功率管的第二极电连接，且与其对应下桥臂的各功率管的第一极电连接；V相铜排131U与其对应上桥臂中的各功率管的第二极电连接，且与其对应下桥臂的各功率管的第一极电连接；W相铜排131U与其对应上桥臂中的各功率管的第二极电连接，且与其对应下桥臂的各功率管的第一极电连接。当功率电路板1上设置有其它数量的桥臂12时，本领域技术人员可根据实际情况设置U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W与功率管的连接，只要可实现三相交流电输出即可。
具体的，在线路板11的制备过程中，第一铜排14A、第二铜排14B、U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W预埋入线路板11中，即上述各铜排和线路板11一体成型，如此，又可省去上述各铜排与线路板11的装配步骤。并且，相较于铜排和线路板11通过螺栓连接，铜排预埋的方式可使铜排和线路板11的连接方式更可靠，进而确保震动环境下上述各铜排和线路板11的良性电连接，提高耐震性能。其中，第一铜排14A用于连接正直流母线，第二铜排14B用于连接负直流母线，U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W用于输出三相交流电。可以理解的是，埋设于线路板11中的第一铜排14A、第二铜排14B、U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W可以承载大电流，有利于增强功率电路板1的载流能力。
具体的，功率管可以选用金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)、或者其它本领域技术人员可知的其它类型的功率管，此处不作限定。可选的，功率管可以通过焊接的方式设置在线路板11上，连接方式更可靠。可选的，继续参见图2，多个功率管成排设置在线路板11上，使得布局合理，且功率可扩展性好。
具体的，继续参见图3，功率电路板1还可以包括保护电路18、信号端子17以及吸收回路，其中，保护电路18用于保护功率管的安全可靠工作，信号端子17用于与驱动板信号4交互，吸收回路用于吸收功率回路中的杂散电感引起的电压尖峰与电流尖峰，可提高系统性能，增强系统的电磁兼容能级。
本发明实施例提供的电机控制器，通过采用分立的功率开关器件并联实现一个大功率器件的功能，使得可根据系统功率等级灵活控制一个大功率器件中并联的功率开关器件的数量，从而控制成本，并且可根据电机控制器自身尺寸要求以及功率电路板上其它器件分布情况合理布局多个分立的开关器件，解决由于采用功率器件模组带来的难以控制成本、不利于合理布局的问题，实现根据系统功率等级控制成本、合理布局，减小体积的效果。
在上述技术方案的基础上，继续参见图2和图3，可选的，U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W均包括一体成型的第一导电结构131和第二导电结构132，或U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W均包括焊接于一体的第一导电结构131和第二导电结构132，第一导电结构131和第二导电结构132相互垂直；第一导电结构131至少部分埋设于线路板11内，第二导电结构132裸露于线路板11外；第二导电结构132上设置有第一螺纹孔，第二导电结构132通过第一螺纹孔与电机的螺栓电连接。
具体的，线路板11上可以设置第一通孔112，第二导电结构132通过第一通孔112穿出线路板11，裸露在线路板11外。
具体的，当将电机控制器与电机电连接时，可将电极的U相电流输入端连接的螺栓与U相铜排131U上的第一螺纹孔1321配合、将电极的V相电流输入端连接的螺栓与V相铜排131V上的第一螺纹孔1321配合、以及电极的W相电流输入端连接的螺栓与W相铜排131W上的第一螺纹孔1321配合。
可以理解的是，相比于第一导电结构131和第二导电结构132通过螺栓连接，第一导电结构131和第二导电结构132一体成型或焊接于一体，有利于减少装配步骤，还可确保震动环境下第一导电结构131和第二导电结构132的良性电连接，提高耐震性能。
继续参见图2和图3，可选的，功率电路板1还包括电流传感器15，电流传感器15套设在第二导电结构132上。
具体的，电流传感器15可以为霍尔电流传感器15、或者其它本领域技术人员可知的电流传感器15。U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜中，每个铜排上均套设至少一个电流传感器15。可以理解的是，通过套设的方式实现电流传感器15与U相铜排131U、V相铜排131V或W相铜排131W的配合，装配方式简单，有利于提高装配效率。
继续参见图1，可选的，电机控制器还包括散热器2，散热器2设置在线路板11背离桥臂12的一侧；第一铜排14A的下表面、第二铜排14B的下表面、U相铜排131U的下表面、V相铜排131V的下表面以及W相铜排131W的下表面均朝向散热器2，且与线路板11的非安装面位于同一平面内。
具体的，散热器2可以采用散热片、或者其它本领域技术人员可知的形式，此处不作限定。本领域技术人员可根据实际情况采用风冷和/或水冷的冷却方式，此处也不作限定。示例性的，图1中示例性示出了散热器上设置有水冷通道23，以便水冷散热。
可以理解的是，功率管布置在第一铜排14A、第二铜排14B、U相铜排131U、V相铜排131V以及W相铜排131W之上，则功率管损耗产生的热量可以传递至上述铜排上，而上述铜排的下表面裸露在外，靠近散热器2，使得功率管损耗产生的热量可以通过上述铜排传递到散热器2上进行散热，如此，便于热量的及时流通，增强功率电路板1的整体散热能力。
具体的，线路板11上还可以设置第四固定孔111，相应的，散热器2上可以设置第二螺纹孔21，功率电路板1和散热器2通过穿过第四固定孔111和第二螺纹孔21的固定螺栓16固定。需要说明的是，图1中仅示例性示出了第四固定孔111以及第二螺纹孔21的数量均为12个，但并非对本申请的限定，本领域技术人员可根据实际情况设置。
可选的，电机控制器还包括第一导热绝缘垫，第一导热绝缘垫位于散热器2和功率电路板1之间。
具体的，第一导热绝缘垫的上表面与功率电路板1的非安装面接触，第一导热绝缘垫的下表面与散热器2朝向功率电路板1的表面接触。可以理解的是，一方面，第一导热绝缘垫具有导热作用，有利于将功率电路板1上的热量传导至散热器2，进而增强散热能力；另一方面，第一导热绝缘垫具有绝缘作用，可保证功率电路板1绝缘耐压，使得功率电路板1的可靠性更高。
继续参见图1，可选的，电机控制器还包括电容3，电容3设置在散热器2背离功率电路板1的一侧。可选的，散热器2和电容3之间设置有第二导热绝缘垫(图)。具体的，第二导热绝缘垫的上表面与散热器2背离功率电路板1的表面接触，第二导热绝缘垫的下表面与电容3朝向散热器2的表面接触。
可以理解的是，将功率电路板1和电容3分设于散热器2两侧，使得散热器2不仅可以给功率电路板1散热，还可以给电容3散热，有利于提高电机控制器的整体散热能力。
可选的，电容3为集成式薄膜电容3。
可以理解的是，相比于采用多个分立的电容3，采用集成式薄膜电容3，可使电容3结构更紧凑，有更好的电气性能和抗震能力。
继续参见图1，可选的，集成式薄膜电容3的封装壳的一个侧边设置有多个突出的第一耳部31和多个突出的第二耳部32，第一耳部31与集成式薄膜电容3的第一端电连接，第二耳部32与集成式薄膜电容3的第二端电连接；第一铜排14A以及第二铜排14B均包括一体成型的第三导电结构141和第四导电结构142，或第一铜排14A以及第二铜排14B均包括焊接于一体的第三导电结构141和第四导电结构142；第三导电结构141中的至少部分埋设于线路板11内，第四导电结构142裸露于线路板11外；第一铜排14A和第一耳部31一一对应，第一铜排14A的第四导电结构142中的至少部分与第一耳部31抵接；第二铜排14B和第二耳部32一一对应，第二铜排14B的第四导电结构142中的至少部分与第二耳部32抵接。
示例性的，图4是本发明实施例提供的一种功率单元拓扑示意图，包括三相桥臂和电容3。具体的，电容3的第一端通过第一耳部31以及第一铜排14A实现与上桥臂121中功率管的电连接，电容3的第二端通过第二耳部32以及第二铜排14B实现与下桥臂122中功率管的电连接。
具体的，第四导电结构142的具体形状、第一耳部31以及第二耳部32的具体形状，本领域技术人员可根据实际情况设置，此处不作限定。示例性的，如图1所示，第四导电结构142可以呈“L”型，第一耳部31以及第二耳部32可以呈“台阶”状。
可以理解的是，相比于第三导电结构141和第四导电结构142通过螺栓连接，第三导电结构141和第四导电结构142一体成型或焊接于一体，不仅有利于减少装配步骤，还可确保震动环境下第三导电结构141和第四导电结构142的良性电连接，提高耐震性能。
需要说明的是，为划分第三导电结构141和第四导电结构142，图3在第三导电结构141和第四导电结构142的连接处画出一条虚线，但其并非实体结构。
继续参见图1，可选的，第一耳部31上设置有第一固定孔311，第二耳部32上设置有第二固定孔321；第四导电结构142上设置有第三固定孔1421；第一铜排14A和第一耳部31通过穿过第一固定孔311和第三固定孔1421的螺栓固定；第二铜排14B和第二耳部32通过穿过第一固定孔311和第三固定孔1421的螺栓固定。如此，不仅实现了功率电路板1与电容3的装配，还可保证第一铜排14A与第一耳部31的可靠接触电连接，以及保证第二铜排14B与第二耳部32的可靠接触电连接，进而提高耐震动性。
具体的，集成式电容3的封装壳上还可以设置第五固定孔33，散热器2上还可以设置第三螺纹孔22，集成式电容3和散热器2通过穿过第五固定孔33和第三螺纹22的螺栓固定。
基于同上的发明构思，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述所述的任一种电机控制器，因而该车辆具备相应的功能和有益效果，此处不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种电机控制器，其特征在于，包括功率电路板，所述功率电路板包括线路板以及多个桥臂；所述线路板包括相对设置的安装面和非安装面，所述桥臂设置在所述安装面所在平面上；
所述桥臂包括上桥臂和下桥臂，每个所述上桥臂和每个所述下桥臂中均包括多个分立并联的功率管；
所述功率电路板还包括埋设于所述线路板内的多个第一铜排以及多个第二铜排；所述第一铜排和所述上桥臂一一对应，所述第一铜排与同一所述上桥臂中的各所述功率管的第一极电连接；所述第二铜排和所述下桥臂一一对应，所述第二铜排与同一所述下桥臂中的各所述功率管的第二极电连接；
所述功率电路板还包括埋设于所述线路板内的U相铜排、V相铜排以及W相铜排，用于输出三相交流电；
所述电机控制器还包括散热器，所述散热器设置在所述线路板背离所述桥臂的一侧；
所述第一铜排的下表面、所述第二铜排的下表面、所述U相铜排的下表面、所述V相铜排的下表面以及所述W相铜排的下表面均朝向所述散热器，且与所述线路板的非安装面位于同一平面内；
所述电机控制器还包括电容，所述电容设置在所述散热器背离所述功率电路板的一侧；
所述电容为集成式薄膜电容；
集成式薄膜电容的封装壳的一个侧边设置有多个突出的第一耳部和多个突出的第二耳部，所述第一耳部与所述集成式薄膜电容的第一端电连接，所述第二耳部与所述集成式薄膜电容的第二端电连接；
所述第一铜排以及所述第二铜排均包括一体成型的第三导电结构和第四导电结构；所述第三导电结构中的至少部分埋设于所述线路板内，所述第四导电结构裸露于所述线路板外；
所述第一铜排和所述第一耳部一一对应，所述第一铜排的所述第四导电结构中的至少部分与所述第一耳部抵接；
所述第二铜排和所述第二耳部一一对应，所述第二铜排的所述第四导电结构中的至少部分与所述第二耳部抵接。
2.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述U相铜排、所述V相铜排以及所述W相铜排均包括一体成型的第一导电结构和第二导电结构，所述第一导电结构和所述第二导电结构相互垂直；
所述第一导电结构至少部分埋设于所述线路板内，所述第二导电结构裸露于所述线路板外；所述第二导电结构上设置有第一螺纹孔，所述第二导电结构通过所述第一螺纹孔与电机的螺栓电连接。
3.根据权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述功率电路板还包括电流传感器，所述电流传感器套设在所述第二导电结构上。
4.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器还包括第一导热绝缘垫，所述第一导热绝缘垫位于所述散热器和所述功率电路板之间。
5.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述第一耳部上设置有第一固定孔，所述第二耳部上设置有第二固定孔；所述第四导电结构上设置有第三固定孔；
所述第一铜排和所述第一耳部通过穿过所述第一固定孔和所述第三固定孔的螺栓固定；
所述第二铜排和所述第二耳部通过穿过所述第一固定孔和所述第三固定孔的螺栓固定。
6.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的电机控制器。
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