CN111918528B - 一种有叠层母排散热结构的电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有叠层母排散热结构的电机控制器，包括壳体以及安装于壳体内的IGBT模块以及叠层母排，所述壳体上设有顶部开口的冷却水槽，所述IGBT模块与冷却水槽槽口四周密封连接，所述壳体上还凸起形成水平投影为U型的安装部，所述安装部两臂之间设有绝缘导热垫且所述叠层母排设置于绝缘导热垫内贴合传热，所述壳体在叠层母排输出端对应处设有接口；所述安装部内部沿轮廓设有冷却水道，所述壳体上设有进水口通向冷却水槽并在冷却水槽上进水管相对处设置连接水道通向冷却水道临近的一端，所述冷却水道另一端设有出水口。本发明将IGBT冷却水槽和叠层母排冷却水道贯通形成一套冷却水路，形成完整的热传导，实现叠层母排的降温。

Description

一种有叠层母排散热结构的电机控制器

技术领域

本发明涉及汽车用电机控制器领域，具体地指一种有叠层母排散热结构的电机控制器。

背景技术

目前，市场对于高性能新能源汽车的需求逐渐增加，电驱动系统的功率需求也越来越高。电机控制器做为电驱动系统中电力传输与转换的关键器件，功率的提升会给电机控制器内部的相关器件带来更大的热负荷，铜排作为主要的发热器件则会达到更高的温度水平，这对铜排本身的寿命、绝缘，对电机控制器的效率和可靠性都有严重影响。

铜排是电机控制器内部主要的电力传输器件，也是主要的热源。电流流经铜排产生的高额电阻热会提升电机控制器内部腔体整体温度，而腔体温度过高会不利于其他电子器件的运行；同时，温度升高导致的铜电阻率增高也会带来了更高的损耗，降低电驱动系统的效率。随着电机控制器功率密度和电磁兼容性能要求的提升，将电机控制器输出三相铜排由分离式的铜排替换为整体封装的叠层母排是大势所趋，叠层母排一般由四层绝缘薄膜与三个铜排(UVW)交错叠放形成。叠层母排的使用一方面节省了布置空间，另一方面减少了铜排的杂散电感，提高了电磁兼容性能。但随之带来的问题是，绝缘薄膜的整体封装将热源集中并包裹住，降低了铜排自身的散热能力，会带来更高的温升，而温度则是影响绝缘薄膜性能的关键因素，传统的靠叠层母排自然散热的方式已无法满足高功率电机控制器对温度的要求。

专利号为CN201720273382.4的中国实用新型专利公开了一种用于电机控制器的IGBT冷却器，电机控制器壳体内设置冷却水道用于散热，但仅针对于IGBT模块散热，叠层母排散热问题仍无法解决。

因此，需要开发出一种结构简单、使用方便、能将IGBT模块和叠层母排共同散热的电机控制器。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、能将IGBT模块和叠层母排共同散热的电机控制器。

本发明的技术方案为：一种有叠层母排散热结构的电机控制器，包括壳体以及安装于壳体内的IGBT模块以及叠层母排，其特征在于：

所述壳体上设有顶部开口的冷却水槽，所述IGBT模块与冷却水槽槽口四周密封连接，所述壳体上还凸起形成水平投影为U型的安装部，所述安装部两臂之间设有绝缘导热垫且所述叠层母排设置于绝缘导热垫内贴合传热，所述壳体在叠层母排输出端对应处设有接口；

所述安装部内部沿轮廓设有冷却水道，所述壳体上设有进水口通向冷却水槽并在冷却水槽上进水口相对处设置连接水道通向冷却水道临近的一端，所述冷却水道另一端设有出水口。

优选的，所述叠层母排水平设置于IGBT模块前方，所述叠层母排由四层绝缘薄膜与三个铜排沿前后方向进行交错叠放形成，三个所述铜排的输入端朝后延伸与IGBT模块连接，三个所述铜排的输出端朝前延伸进入接口。

进一步的，所述安装部包括平行且前后设置的前臂段和后臂段以及将前臂段、后臂段进行连接的连接段；所述绝缘导热垫包括与前臂段贴合的前板、与后臂段贴合的后板、与壳体贴合的底板，所述前板、后板、底板连接形成U型整体，所述后板顶部向后延伸形成多个垫片与各铜排的输入端对应。

更进一步的，所述安装部的前臂段在与后臂段端部对应处形成避让缺口，所述接口设置于避让缺口前方，三个铜排的输出端从避让缺口处朝前伸出进入接口。

更进一步的，所述后板、底板均从连接段起开始设置至与后臂段端部对应或超过后臂段端部，所述前板从连接段起开始设置至与前臂段端部对应或超过前臂段端部。

更进一步的，所述叠层母排的前面、后面、底面分别与前板、后板、底板贴合传热，三个铜排的输入端贴合垫片顶面与IGBT模块连接。

优选的，还包括与壳体底部密封焊接的盖板，所述冷却水槽由壳体上开设的通槽与盖板配合形成。

进一步的，所述冷却水道由壳体底部在安装部处开设的冷却凹槽与盖板配合形成。

进一步的，所述连接水道由壳体底部开设的连接凹槽与盖板配合形成。

优选的，还包括设置于壳体内的驱动电路板、控制电路板、磁环、直流接插件、电流传感器和母线电容。

本发明的有益效果为：

1.在解决电机控制器内部IGBT冷却功能的基础上，同时解决了叠层母排的冷却问题。将IGBT冷却水槽和叠层母排冷却水道贯通形成一套冷却水路，通过壳体上的一个进水口和一个出水口与外界冷却系统相连，而无需两套冷却水路。

2.为叠层母排设计了专门的安装部，在安装到位后，叠层母排的主要散热面都通过绝缘导热垫与壳体紧贴，叠层母排冷却水道布置在安装部内部，叠层母排的热量经过绝缘导热垫将热量传递给壳体，壳体将热量传递给冷却液，带走热量，达到降低叠层母排温度的目的。

3.叠层母排本身包裹的绝缘薄膜和安装时附加的绝缘导热垫起到双重保险的作用，避免绝缘问题的出现。安装位的结构设计了实现与叠层母排表面接触面积的最大化，提升散热效果。

4.简化了冷却系统，并且采用母排与壳体固体传热的方式，加大传热效率，叠层母排冷却结构的布置并不影响其他元器件的布置，在节省空间和成本方面具有优势。

5.电机控制器设置三相连接接口，可与电机直接装配，无需线缆，形成集成式电驱动总成。此安装方式简单，快速，集成式的设计符合当前技术趋势，对提高功率密度具有优势。

附图说明

图1为本发明电机控制器正面示意图(安装IGBT模块和叠层母排)

图2为本发明电机控制器背面示意图(安装IGBT模块和叠层母排)

图3为壳体正面示意图

图4为壳体背面示意图(省略盖板)

图5为叠层母排示意图

图6为叠层母排截面图(沿铜排堆叠方向)

图7为绝缘导热垫示意图

图8为绝缘导热垫装配示意图

图9为叠层母排装配示意图

图10为叠层母排装配截面图(沿铜排堆叠方向)

图11为电机控制器内所有零件合装示意图

其中：1-壳体2-IGBT模块3-叠层母排(31-铜排32-绝缘薄膜)4-冷却水槽(41-密封圈)5-安装部(51-前臂段52-后臂段53-连接段54-避让缺口)6-绝缘导热垫(61-前板62-后板63-底板64-垫片)7-接口8-冷却水道9-进水口10-连接水道11-出水口12-盖板13-通槽14-冷却凹槽15-连接凹槽16-驱动电路板17-控制电路板18-磁环19-直流接插件20-电流传感器21-母线电容。

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-10所示，本发明提供的一种有叠层母排散热结构的电机控制器，包括壳体1以及安装于壳体1内的IGBT模块2以及叠层母排3，壳体1上设有顶部开口的冷却水槽4，IGBT模块2与冷却水槽4槽口四周密封连接，壳体1上还凸起形成水平投影为U型的安装部5，安装部5两臂之间设有绝缘导热垫6且叠层母排3设置于绝缘导热垫6内贴合传热，壳体1在叠层母排3输出端对应处设有接口7。安装部5内部沿轮廓设有冷却水道8，壳体1上设有进水口9通向冷却水槽4并在冷却水槽4上进水口9相对处设置连接水道10通向冷却水道8临近的一端，冷却水道8另一端设有出水口11。

叠层母排3水平设置于IGBT模块2前方，叠层母排3由四层绝缘薄膜32与三个铜排31沿前后方向进行交错叠放形成，三个铜排31的输入端朝后延伸与IGBT模块2连接，三个铜排31的输出端朝前延伸进入接口7。

安装部5包括前后设置的前臂段51和后臂段52以及将前臂段51、后臂段52进行连接的连接段53，前臂段51和后臂段52相互平行且长度方向均为左右向；绝缘导热垫6包括与前臂段51贴合的前板61、与后臂段52贴合的后板62、与壳体1贴合的底板63，前板61、后板62、底板63连接形成U型整体，后板62顶部向后延伸形成三个垫片64与各铜排31的输入端对应。

本实施例中，叠层母排3设置于壳体1前端，以铜排31的长度方向为左右向，冷却水槽4为长方形槽，长度方向同左右向，进水口9设置于壳体1左侧与冷却水槽4左侧连接。冷却水道8为沿安装部5轮廓设置的U型水道，连接水道10从冷却水槽4右侧起开始设置，连接冷却水道8后端。冷却水道8前端设置出水口11通向壳体1前端侧壁上。

安装部5的前臂段51在与后臂段52端部(右端)对应处形成避让缺口54，接口7设置于避让缺口54前方，三个铜排31的输出端从避让缺口54处朝前伸出进入接口7。后板62、底板63均从连接段53起开始设置至与后臂段52端部对应或超过后臂段52端部(本实施例为超过后臂段52右端)，前板61从连接段53起开始设置至与前臂段51端部对应或超过前臂段51端部(本实施例为超过前臂段51右端)。

叠层母排3整体的前面、后面、底面分别与前板61、后板62、底板63贴合传热，三个铜排31的输出端贴合垫片64顶面与IGBT模块2连接。

本实施例中，冷却水槽4槽口四周设置密封圈41，IGBT模块2与密封圈41密封连接。壳体1底部密封焊接盖板12，冷却水槽4由壳体1上开设的通槽13与盖板12配合形成；冷却水道8由壳体1底部在安装部5处开设的冷却凹槽14与盖板12配合形成；连接水道10由壳体1底部开设的连接凹槽15与盖板12配合形成。

如图11所示，电机控制器内还在壳体1内设置驱动电路板16、控制电路板17、磁环18、直流接插件19、电流传感器20和母线电容21，驱动电路板16位于控制电路板17的正下方。

本实施例的工作原理为：

冷却液从进水口9进入冷却水槽4后，经连接水道10进入冷却水道8，从出水口11流出。冷却液流经冷却水槽4时带走IGBT模块2上热量，流经冷却水道8时带走叠层母排3传至绝缘导热垫6、绝缘导热垫6再传至壳体上热量，形成完整的热传导。

本实施例对电机控制器内两大主要发热源进行散热，在完成对IGBT散热的基础上，增加对叠层母排的散热，降低绝缘薄膜的工作温度，提升绝缘可靠性，降低损耗，提升效率。

Claims (9)

1.一种有叠层母排散热结构的电机控制器，包括壳体（1）以及安装于壳体（1）内的IGBT模块（2）以及叠层母排（3），其特征在于：

所述壳体（1）上设有顶部开口的冷却水槽（4），所述IGBT模块（2）与冷却水槽（4）槽口四周密封连接，所述壳体（1）上还凸起形成水平投影为U型的安装部（5），所述安装部（5）两臂之间设有绝缘导热垫（6）且所述叠层母排（3）设置于绝缘导热垫（6）内与其贴合传热，所述壳体（1）在叠层母排（3）输出端对应处设有接口（7）；

所述安装部（5）内部沿轮廓设有冷却水道（8），所述壳体（1）上设有进水口（9）通向冷却水槽（4）并在冷却水槽（4）上与进水口（9）相对处设置连接水道（10），所述连接水道（10）连通冷却水道（8）临近的一端，所述冷却水道（8）另一端设有出水口（11）。

2.如权利要求1所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述叠层母排（3）水平设置于IGBT模块（2）前方，所述叠层母排（3）由四层绝缘薄膜（32）与三个铜排（31）沿前后方向交错叠放形成，三个所述铜排（31）的输入端朝后延伸与IGBT模块（2）连接，三个所述铜排（31）的输出端朝前延伸进入接口（7）。

3.如权利要求2所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述安装部（5）包括平行且前后设置的前臂段（51）和后臂段（52）以及将前臂段（51）、后臂段（52）进行连接的连接段（53）；所述绝缘导热垫（6）包括与前臂段（51）贴合的前板（61）、与后臂段（52）贴合的后板（62）、与壳体（1）贴合的底板（63），所述前板（61）、后板（62）、底板（63）连接形成U型整体，所述后板（62）顶部向后延伸形成多个垫片（64）与各铜排（31）的输入端对应。

4.如权利要求3所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述安装部（5）的前臂段（51）在与后臂段（52）端部对应处形成避让缺口（54），所述接口（7）设置于避让缺口（54）前方，三个铜排（31）的输出端从避让缺口（54）处朝前伸出进入接口（7）。

5.如权利要求3述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述后板（62）、底板（63）均从连接段（53）起开始设置至与后臂段（52）端部对应或超过后臂段（52）端部，所述前板（61）从连接段（53）起开始设置至与前臂段（51）端部对应或超过前臂段（51）端部。

6.如权利要求3述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述叠层母排（3）的前面、后面、底面分别与前板（61）、后板（62）、底板（63）贴合传热，三个铜排（31）的输入端贴合垫片（64）顶面与IGBT模块（2）连接。

7.如权利要求1所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，还包括与壳体（1）底部密封焊接的盖板（12），所述冷却水槽（4）由壳体（1）上开设的通槽（13）与盖板（12）配合形成。

8.如权利要求7所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述冷却水道（8）由壳体（1）底部在安装部（5）处开设的冷却凹槽（14）与盖板（12）配合形成。

9.如权利要求7所述的有叠层母排散热结构的电机控制器，其特征在于，所述连接水道（10）由壳体（1）底部开设的连接凹槽（15）与盖板（12）配合形成。

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