CN112787550A - 一种高功率密度集成的电机控制器 - Google Patents

一种高功率密度集成的电机控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高功率密度集成的电机控制器，包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧，以及两组以上并联输出的用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现两组以上的电机控制的电机控制电路，每组电机控制电路包括并联的多组IGBT模块；两组以上的电机控制电路共用一组支撑电容以及放电电阻；交流输出侧的U/V相连接线上还设有电流传感器；还包括盒体，盒体内设置有截面为U型的屏蔽托板，屏蔽托板内设置有主控板，直流输入侧、交流输出侧、多组IGBT模块、以及支撑电容围绕U型的屏蔽托板也呈U型布置并将屏蔽托板同向嵌入。本发明对电机控制器内部强电与弱电区域进行了划分与隔离，电磁兼容性好。

Description

一种高功率密度集成的电机控制器
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种高功率密度集成的电机控制器。
背景技术
电机控制器作为动力电源与电机之间的电能转换单元，是电传动系统的核心功能部件。在新能源汽车领域，电机控制器得到了广泛地应用。随着新能源汽车不断向着轻量化方向发展，对电机控制器的功率密度与集成度也提出了更高的要求。本发明专利的技术背景聚焦于一种高功率密度集成电机控制器的结构设计方案。
在一台新能源汽车中，往往存在多台电机，比如：用于驱动车轮的驱动电机、用于散热的风扇电机、用于制冷或制热的空调压缩机等。为了使这些电机各司其职，正常工作，一般需要为它们匹配相应的电机控制器。根据整车结构的布置要求，某些场合下，非常适合采用集成化的电机控制器以节省整车空间，比如成对布置的轮边驱动电机，就可以采用一台集成化的电机控制器进行匹配。集成化的电机控制器不仅可以实现控制多台电机的功能，并且更容易实现电机控制器的紧凑化和轻量化。
发明内容
本发明提供了一种高功率密度集成的电机控制器，用以解决多台电机需集中控制的电磁干扰的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高功率密度集成电机控制器，包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧，以及两组以上并联输出的用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现两组以上的电机控制的电机控制电路，每组电机控制电路包括并联的多组IGBT模块；两组以上的电机控制电路共用一组支撑电容以及放电电阻；交流输出侧的U/V相连接线上还设有电流传感器；
还包括盒体，盒体内设置有截面为U型的屏蔽托板，屏蔽托板内设置有主控板，直流输入侧、交流输出侧、多组IGBT模块、以及支撑电容围绕U型的屏蔽托板也呈U型布置并将屏蔽托板同向嵌入。
优选地，直流输入侧，包括：直流母排、复合母排以及直流连接器，直流母排一端从复合母排上引出，另一端与直流连接器相连，复合母排用于连接支撑电容、放电电阻以及多组IGBT模块，直流母排和复合母排的连接处设有绝缘片。
交流输出侧，包括交流连接器以及交流母排，交流母排一端从IGBT模块交流端引出，另一端与交流连接器相连。
优选地，盒体包括前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、底板和盖板，直流连接器和交流连接器设置于前侧壁上，多组IGBT模块通过复合母排在底板上呈阵列排布，支撑电容连接于复合母排上并布置于底板上，直流母排和复合母排相对布置以形成U型布置。
优选地，直流母排设置于交流母排的同一侧，且直流母排和交流母排的局部表面喷涂绝缘粉末和/或缠绕绝缘胶带。
优选地，IGBT模块固定在散热器上，驱动板直接固定在IGBT模块上，且支撑电容以及放电电阻均装设于散热器上，散热器装设于底板上。
优选地，还包括预充电单元，预充电单元包括：充电电阻、熔断器、短接接触器和充电接触器，熔断器一端与直流连接器相连，另一端固定在短接接触器的一端上，短接接触器的另一端通过直流母排固定在复合母排上；充电接触器通过导线与充电电阻串联，再整体通过导线与短接接触器并联。
优选地，充电电阻、短接接触器和充电接触器均固定在散热器上。
本发明具有以下有益效果：
本发明的高功率密度集成的电机控制器，通过集成化的设计，具备同时控制多台电机的能力，且结构紧凑，功率密度高，不仅空间利用率高，利于电机控制器的小型化与轻量化，而且对电机控制器内部强电与弱电区域进行了明显的划分与隔离，电磁兼容性设计合理。适用于同时控制多台、多种类的电机(包括发电机以及电动机)，尤其在纯电动汽车或是混合动力汽车领域可以得到广泛应用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例1的高功率密度集成电机控制器实施例1的剖视图结构示意图；
图2是本发明优选实施例1的高功率密度集成电机控制器的主电路原理示意图；
图3是本发明优选实施例1的高功率密度集成电机控制器的立体结构示意图；
图4是本发明优选实施例1的高功率密度集成电机控制器的结构分解示意图；
图5是本发明优选实施例1的盒盖隐藏后的俯视图；
图6是本发明优选实施例1的盒盖、主控板、屏蔽托板隐藏后的俯视图；
图7是本发明优选实施例2的结构分解示意图；
图8是本发明优选实施例2的主电路原理示意图。
图中各标号表示：
1、盒体；101、前侧壁；102、右侧壁；103、左侧壁；104、支架；105、拉手；2、盒盖；3、散热器；301、水嘴；302、；4、交流连接器；5、直流连接器；6、信号连接器；7、IGBT模块；8、驱动板；9、支撑电容；10、复合母排；1001、绝缘片；11、放电电阻；12、屏蔽托板；13、主控板；1301、控制主板；1302、控制电源板；14、密封条；15、直流母排；16、交流母排；17、电流传感器；18、充电电阻；19、熔断器；20、短接接触器；21、充电接触器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1，图2，本发明的一种高功率密度集成的电机控制器，包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧，以及两组以上并联输出的用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现两组以上的电机控制的电机控制电路，每组电机控制电路包括并联的多组IGBT模块7；两组以上的电机控制电路共用一组支撑电容9以及放电电阻11；交流输出侧的U/V相连接线上还设有电流传感器17。还包括盒体1，盒体1内设置有截面为U型的屏蔽托板12，屏蔽托板12内设置有主控板13，直流输入侧、交流输出侧、多组IGBT模块7、以及支撑电容9围绕U型的屏蔽托板12也呈U型布置并将屏蔽托板12同向嵌入。屏蔽托板12连同盒体1、盒盖2、散热器3一起，将电机控制器强电部分和弱电部分在空间上形成隔离，减小了两个部分彼此之间的电磁干扰。不仅空间利用率高，利于电机控制器的小型化与轻量化，而且对电机控制器内部强电与弱电区域进行了明显的划分与隔离，电磁兼容性设计合理。
本实施例中，主控板13用于转换外部输入控制电源，为控制电路与所述驱动板8供电，同时具有电机控制器的逻辑控制、数据采样与分析、IGBT模块7的脉冲信号生成、状态监测、故障保护和对外通讯的功能。驱动板8用于接收主控板13的脉冲信号驱动IGBT模块7工作，同时具有采集IGBT模块7温度信号、故障反馈与保护等功能。
参见图3，图4，图5，图6，本实施例中，直流输入侧，包括：直流母排15、复合母排10以及直流连接器5，直流母排15一端从复合母排10上引出，另一端与直流连接器5相连，复合母排10用于连接支撑电容9、放电电阻11以及多组IGBT模块7，直流母排15和复合母排10的连接处设有绝缘片1001，绝缘片1001用于保证正、负直流母排间彼此绝缘。交流输出侧，包括交流连接器4以及交流母排16，交流母排16一端从IGBT模块7交流端引出，另一端与交流连接器4相连。
本实施例中，盒体1上、下两端开口，包括由前侧壁101、后侧壁、左侧壁103、右侧壁102围合而成，盒体1的上端面设有盒盖2，盒盖2通过周边设置的螺栓与盒体1的上端面之间可拆卸连接，且盒盖2与盒体1的接触面之间设有密封条14。盒体1上还设置有用于吊装或搬运的拉手105和用于电机控制器安装固定的支架104。盒体1的下端面设有散热器3，散热器3通过周边设置的螺栓与盒体1的下端面之间可拆卸链接，且散热器3与盒体1的接触面之间设有密封条14，本实施例中散热器3属于液冷散热器(在盒体外侧设置水嘴301，水嘴301用于与外部冷却液管路相连)，也可采用风冷散热器。
直流连接器5和交流连接器4设置于前侧壁101上，多组IGBT模块7通过复合母排10在散热器3上呈阵列排布，支撑电容9连接于复合母排10上并布置于散热器3上，直流母排15和复合母排10相对布置以形成U型布置。屏蔽托板12的一端固定在盒体1右侧壁102上，另一端固定在盒体1左侧壁103上。主控板13包括控制主板1301与控制电源板1302两个部分，均安装在屏蔽托板12上，主控板13通过导线与信号连接器6相连。
电流传感器17安装在交流母排16上；直流母排15包括直流母排正极连接条与直流母排负极连接条两个部分，直流母排正极连接条、直流母排负极连接条的两端分别连接复合母排10与直流连接器5，由于部分直流母排15、交流母排16与其他不同电势体(如：盒体1、驱动板8)之间的距离较近，为了保证彼此间可靠绝缘，需要采取绝缘保护措施，如喷涂绝缘粉末或粘贴绝缘膜。直流母排15优选设置于交流母排16的同一侧，且直流母排15和交流母排16的局部表面喷涂绝缘粉末和/或缠绕绝缘胶带。驱动板8直接固定在IGBT模块7上，放电电阻11装设于散热器3上。支撑电容9与IGBT模块7的直流端通过复合母排10电连接，支撑电容9置于所述IGBT模块7与所述盒体1后侧壁之间(在散热器3上)。
在所述盒体1外部还固定有信号连接器6，信号连接器6安装在所述盒体1的左侧壁103或右侧壁102上，交流连接器4、直流连接器5、信号连接器6均为面板安装式连接器，其防护可靠。主控板13固定在所述屏蔽托板12之上。电流传感器17可以安装在部分或者全部所述交流母排16上，也可以安装在部分或者全部所述交流连接器4上，亦可安装在所述盒体1的侧壁上。
本实施例中，交流连接器4和所述直流连接器5可以是单芯的，也可以是多芯的；或者用电缆夹替代。
实施例2：
参见图7，图8，本实施例在实施例1的基础上，还包括预充电单元，预充电单元包括：充电电阻18、熔断器19、短接接触器20和充电接触器21，熔断器19一端与直流连接器5相连，另一端固定在短接接触器20的一端上，短接接触器20的另一端通过直流母排15固定在复合母排10上；充电接触器21通过导线与充电电阻18串联，再整体通过导线与短接接触器20并联。充电电阻18、短接接触器20和充电接触器21均优选固定在散热器3上。
以上所示的电机控制器含有两组三相交流接口与一组直流接口，能够同时控制两台电机。实际实施时，电机控制器还可拓展成为包含更多组三相交流接口和直流接口，满足同时控制更多台电机的应用场合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧，以及两组以上并联输出的用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于所述直流输入侧和交流输出侧之间用于实现两组以上的电机控制的电机控制电路，每组所述电机控制电路包括并联的多组IGBT模块(7)；两组以上的电机控制电路共用一组支撑电容(9)以及放电电阻(11)；所述交流输出侧的U/V相连接线上还设有电流传感器(17)；
还包括盒体(1)，所述盒体(1)内设置有截面为U型的屏蔽托板(12)，所述屏蔽托板(12)内设置有主控板(13)，所述直流输入侧、交流输出侧、所述多组IGBT模块(7)、以及所述支撑电容(9)围绕所述U型的屏蔽托板(12)也呈U型布置并将所述屏蔽托板(12)同向嵌入。
2.根据权利要求1所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，所述直流输入侧，包括：直流母排(15)、复合母排(10)以及直流连接器(5)，所述直流母排(15)一端从所述复合母排(10)上引出，另一端与所述直流连接器(5)相连，所述复合母排(10)用于连接所述支撑电容(9)、放电电阻(11)以及多组IGBT模块(7)，所述直流母排(15)和所述复合母排(10)的连接处设有绝缘片(1001)；
所述交流输出侧，包括交流连接器(4)以及交流母排(16)，所述交流母排(16)一端从所述IGBT模块(7)交流端引出，另一端与所述交流连接器(4)相连。
3.根据权利要求2所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，所述盒体(1)包括前侧壁(101)、后侧壁、左侧壁(103)、右侧壁(102)、底板和盖板，所述直流连接器(5)和所述交流连接器(4)设置于前侧壁(101)上，所述多组IGBT模块(7)通过复合母排(10)在底板上呈阵列排布，所述支撑电容(9)连接于复合母排(10)上并布置于底板上，所述直流母排(15)和所述复合母排(10)的相对布置以形成所述U型布置。
4.根据权利要求3所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，所述直流母排(15)设置于所述交流母排(16)的同一侧，且所述直流母排(15)和交流母排(16)的局部表面喷涂绝缘粉末和/或缠绕绝缘胶带。
5.根据权利要求2至4所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，所述IGBT模块(7)固定在散热器(3)上，驱动板(8)直接固定在IGBT模块(7)上，且所述支撑电容(9)以及放电电阻(11)均装设于散热器(3)上，所述散热器(3)装设于底板上。
6.根据权利要求2至4所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，还包括预充电单元，所述预充电单元包括：充电电阻(18)、熔断器(19)、短接接触器(20)和充电接触器(21)，熔断器(19)一端与直流连接器(5)相连，另一端固定在短接接触器(20)的一端上，短接接触器(20)的另一端通过直流母排(15)固定在复合母排(10)上；充电接触器(21)通过导线与充电电阻(18)串联，再整体通过导线与短接接触器(20)并联。
7.根据权利要求6所述的高功率密度集成的电机控制器，其特征在于，充电电阻(18)、短接接触器(20)和充电接触器(21)均固定在散热器(3)上。
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