CN113114053B - 一种高电磁兼容等级的逆变器总成 - Google Patents

一种高电磁兼容等级的逆变器总成 Download PDF

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Abstract

本发明属于逆变器技术领域，具体涉及一种高电磁兼容等级的逆变器总成，包括主箱体、直流滤波器、屏蔽板、控制板、功率模块、交流接线座总成、交流磁环和母线电容。主箱体上设置有直流高压连接器、低压连接器和直流接线座总成；直流滤波器一侧贴合主箱体底部内侧，另一端连接直流接线座总成；屏蔽板与主箱体底部形成包覆直流滤波器的屏蔽腔；控制板设置于屏蔽板远离直流滤波器的上方；交流接线座总成包括用于连接电机汇流排的交流输出三相排；交流磁环环绕交流输出三相排；母线电容密封连接主箱体的底部，并贴近直流滤波器。本发明的逆变器总成，充分利用三合一电驱系统的布置空间，结构合理，体积小巧，具有较高的输出功率和电磁兼容等级。

Description

一种高电磁兼容等级的逆变器总成
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种高电磁兼容等级的逆变器总成。
背景技术
随着石化能源的日益枯竭，全球环境污染日益加重，低碳、绿色、环保的新能源汽车已成为全球汽车行业的发展方向。而纯电动汽车是目前新能源汽车的代表，其中三电系统作为新能源汽车的核心部件，技术创新是重中之重，对电驱系统的要求则是大功率、大扭矩、高转速；逆变器作为驱动电机的核心部件，也越来越受到重视。为满足市场需求，大功率逆变器一般都采用双模块集成式方案，但为此又增加了许多成本。对于智能驾驶的高速发展，要求整车信号传输更加宽带、稳定、准确且快速，意味着电驱系统必须达到更高的电磁兼容性，而目前市场的逆变器仍不满足高EMC性能要求。现有的400V平台的单电机逆变器大多采用双模块控制以达到大功率要求，空间大且成本高，三合一电驱系统(逆变器总成、减速器总成、电机总成)的空间往往难以布置；散热需求也对整车冷却系统要求较高；且同体积下很难集成多级滤波器，也没有充分考虑三相均流问题，不能达到高电磁兼容性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电磁兼容等级的逆变器总成,充分利用三合一电驱系统的布置空间，结构合理，体积小巧，具有较高等级的电磁兼容性，输出功率大幅提升，适用于纯电动汽车。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高电磁兼容等级的逆变器总成，包括：
主箱体，所述主箱体上设置有直流高压连接器、低压连接器和直流接线座总成；
直流滤波器，设置于所述主箱体内，所述直流滤波器的一侧贴合所述主箱体的底部内侧，所述直流滤波器一端连接所述直流高压连接器，另一端连接所述直流接线座总成；
屏蔽板，固定连接于所述主箱体内，所述屏蔽板与所述主箱体的底部形成屏蔽腔，所述直流滤波器位于所述屏蔽腔内；
控制板，所述控制板设置于所述屏蔽板远离所述直流滤波器的上方；
功率模块，所述功率模块固定连接于所述主箱体内；
交流接线座总成，所述交流接线座总成一端连接所述功率模块，另一端用于连接电机接线座，所述交流接线座总成包括交流输出三相排，所述交流输出三相排用于连接电机汇流排；
交流磁环，固定连接于所述主箱体上，所述交流磁环环绕所述交流输出三相排；以及
母线电容，所述母线电容为壳体电容，所述母线电容密封连接所述主箱体的底部，并贴近所述直流滤波器，所述母线电容电连接所述直流滤波器。
作为本发明的一种优选结构，还包括：
驱动板，所述驱动板通过排线线束连接所述控制板；
电流传感器，所述电流传感器连接所述交流输出三相排；
放电电阻，所述放电电阻固定连接于所述主箱体内；以及
上盖，所述上盖可拆卸连接于所述主箱体上。
作为本发明的一种优选结构，所述屏蔽板包括：
屏蔽板一，所述屏蔽板一为L型板，所述屏蔽板一与所述主箱体的底部形成屏蔽腔，所述屏蔽板一包括折弯边，所述折弯边被配置为屏蔽所述低压连接器的线束；
屏蔽板二，所述屏蔽板二固定连接所述屏蔽板一，所述排线线束位于所述屏蔽板二远离所述直流滤波器的一侧。
作为本发明的一种优选结构，所述交流输出三相排采用变截面连接排。
作为本发明的一种优选结构，所述主箱体的底部外侧设置有密封卡槽，所述密封卡槽设置有密封圈，所述密封卡槽内形成电容腔，所述母线电容抵接所述电容腔。
作为本发明的一种优选结构，所述主箱体还包括进水口和出水口，所述进水口和所述出水口之间连通有水道，所述水道经过所述电容腔。
作为本发明的一种优选结构，还包括散热胶层，所述散热胶层覆盖所述电容腔、所述母线电容和所述直流滤波器。
作为本发明的一种优选结构，所述母线电容包括叠层正负母排。
作为本发明的一种优选结构，所述交流接线座总成还包括密封装置，所述密封装置固定连接于所述主箱体上。
作为本发明的一种优选结构，所述直流滤波器集成三级磁环，并包括共模电容和两级差模电容。
本发明的有益效果：本发明所提供的高电磁兼容等级的逆变器总成，直流滤波器从输入侧、交流磁环从输出侧对主回路进行滤波以达到更高的电磁兼容等级，保证输入端和输出端均有滤波效果，防止内部电磁器件对外部电气的干扰，提升系统电磁兼容等级；主箱体与母线电容分体设计，简化主箱体的同时也提升母线电容自身的散热能力；母线电容布置在输出半轴上方空间，没有扩大三合一电驱系统的空间，在原体积上增加比功率，提升输出功率；屏蔽板将直流滤波器和控制板、功率模块、母线电容等强电干扰器件隔离开来，提升逆变器内部电磁兼容性能；交流磁环避免高频交流电压下产生电机轴电流进而导致电机轴承的点蚀失效；交流输出三相排与电机汇流排直连，降低电驱控制难度，输出更高电磁性能。本发明的逆变器总成根据纯电动汽车油水混合冷却的电驱动力总成的特点，充分结合三合一电驱系统的现有空间，利用输出半轴上方的可用空间提升功率，整体结构合理，体积小巧，具有较高等级的电磁兼容性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的三合一电驱系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的逆变器总成的拆解示意图；
图3是本发明实施例提供的逆变器总成的部分结构示意图；
图4是本发明实施例提供的逆变器总成的部分结构俯视图；
图5是本发明实施例提供的逆变器总成的结构仰视图；
图6是本发明实施例提供的屏蔽板的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的母线电容的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的交流输出三相排的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的滤波器的结构示意图；
图10是图9的结构剖视图；
图11是本发明实施例提供的主箱体的结构示意图；
图12是图11的结构仰视图。
图中：
01、主箱体；011、进水口；012、出水口；013、引导销孔；014、电容腔；02、直流滤波器；021、磁环；022、共模电容；023、差模电容；03、屏蔽板；031、屏蔽板一；032、屏蔽板二；04、控制板；05、功率模块；06、交流接线座总成；061、交流输出三相排；07、交流磁环；08、母线电容；081、电容AC母排；082、电容DC母排；09、驱动板；10、直流高压连接器；11、低压连接器；12、直流接线座总成；13、电流传感器；14、放电电阻；15、上盖；
100、逆变器总成；200、电机总成；300、减速器总成；301、输出半轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-图12所示，本发明实施例提供一种高电磁兼容等级的逆变器总成，包括主箱体01、直流滤波器02、屏蔽板03、控制板04、功率模块05、交流接线座总成06、交流磁环07和母线电容08。主箱体01上设置有直流高压连接器10、低压连接器11和直流接线座总成12。直流滤波器02设置于主箱体01内，直流滤波器02的一侧贴合主箱体01的底部内侧，直流滤波器02一端连接直流高压连接器10，另一端连接直流接线座总成12。屏蔽板03固定连接于主箱体01内，屏蔽板03与主箱体01的底部形成屏蔽腔，直流滤波器02位于屏蔽腔内。控制板04设置于屏蔽板03远离直流滤波器02的上方，实现整板与高压电的隔离。功率模块05固定连接于主箱体01内，交流接线座总成06一端连接功率模块05，另一端用于连接电机接线座；交流接线座总成06包括交流输出三相排061，交流输出三相排061用于连接电机汇流排。交流磁环07固定连接于主箱体01上，交流磁环07环绕交流输出三相排061。优选地，交流磁环07由铁氧体一体研磨而成，外壳包胶使用耐油性塑料。交流磁环07自下而上通过两个固定点固定在主箱体01上，交流输出三相排061自上而下穿过交流磁环07引至电机腔内。母线电容08为壳体电容，母线电容08密封连接主箱体01的底部，并贴近直流滤波器02，母线电容08通过直流接线座总成12电连接直流滤波器02；优选地，母线电容08采用铝壳体，散热效果更好。优选地，直流高压连接器10采用大电流过孔进线式连接器，满足直流300A要求，与主箱体01之间采用螺栓连接，可避免快插式连接器脱落的风险；高度空间小，有利于减小壳体高度尺寸。
本发明实施例的逆变器总成100，根据纯电动汽车油水混合冷却的电驱动力总成的特点，充分结合逆变器总成100、减速器总成300、电机总成200的三合一电驱系统的现有空间，利用输出半轴301上方的可用空间增加逆变器总成100的本体体积。直流滤波器02从输入侧、交流磁环07从输出侧对主回路进行滤波以达到更高的电磁兼容等级，保证逆变器总成100的输入端和输出端均有滤波效果，防止内部电磁器件对外部电气的干扰，提升系统电磁兼容等级。主箱体01与母线电容08分体设计，简化主箱体01的同时也提升母线电容08自身的散热能力，容值可达750μF，且满足强度与碰撞需求；将母线电容08布置在输出半轴301上方空间，没有扩大三合一电驱系统的空间，实现动力总成空间的高度利用，在三合一电驱系统原体积上增加比功率，达到35.9KW/L，提升输出功率。相同空间内，同电压平台下(动力电池额定电压400V)，峰值功率可提升至200KW,持续功率达90KW，EMC等级由Level2提升至Level4。屏蔽板03将直流滤波器02和控制板04、功率模块05、母线电容08等强电干扰器件隔离开来，提升逆变器内部电磁兼容性能。利用逆变器总成100和电机总成200的结合空间布置输出端的交流磁环07，避免高频交流电压下产生电机轴电流进而导致电机轴承的点蚀失效；交流输出三相排061与电机汇流排直连，降低电驱控制难度，输出更高电磁性能。本实施例的逆变器总成100径向布置于三合一电驱系统的上方，整体结构合理，体积小巧，具有较高等级的电磁兼容性，输出功率高，适用于纯电动汽车。
进一步地，逆变器总成100还包括驱动板09、电流传感器13、放电电阻14和上盖15。驱动板09通过排线线束连接控制板04；电流传感器13连接交流输出三相排061；放电电阻14固定连接于主箱体01内；上盖15可拆卸连接于主箱体01上，用于逆变器总成100的密封。优选地，主箱体01的底面设置有电容AC母排081过孔和电容DC铜柱过孔，母线电容08的电容DC母排082上焊接铜柱，通过直流接线座总成12实现与直流滤波器02的电连接。优选地，驱动及控制回路增加功能安全要求，可达ASILC水平。放电电阻14采用大功率型独立器件，直接与主箱体01接触散热，放电时间保证在2min之内，远远高于标准要求的5min，性能更加优越。
进一步地，如图7所示，屏蔽板03包括屏蔽板一031和屏蔽板二032、屏蔽板一031为L型板，屏蔽板一031与主箱体01的底部形成屏蔽腔，屏蔽板一031包括折弯边，折弯边被配置为屏蔽低压连接器11的线束；屏蔽板二032固定连接屏蔽板一031，排线线束位于屏蔽板二032远离直流滤波器02的一侧。优选地，主箱体01上设置有起筋，配合屏蔽腔达到更好的密封屏蔽效果，将直流滤波器02与功率模块05、母线电容08等干扰性强的器件隔离；通过屏蔽板二032，将连接驱动板09和控制板04的排线线束进行隔离；折弯边接近低压连接器11，使低压线束位于折弯边的上方，将整车的低压线束与高压电进行隔离，实现总成内部较好的电磁兼容环境。
进一步地，交流输出三相排061采用变截面连接排，在节省成本的前提下确保电驱系统三相间电阻相等，保证三相电流均衡，提高电机输出功率。如图8所示，交流输出三相排061的三个排针的宽度截面均不相同，且同一个排针也采用变截面设计。优选地，交流接线座总成06采用嵌件注塑工艺，满足相电流285A的要求，既节省空间，又提高装配性；塑料件上设置扎线孔，便于电流传感器13的线束走线。交流输出三相排061直接引至电机腔，与电机接线排直连，节省使用连接器，降低成本。
进一步地，主箱体01的底部外侧设置有密封卡槽，密封卡槽设置有密封圈，密封卡槽内形成电容腔014，母线电容08抵接电容腔014，密封性能良好，如图12所示。
进一步地，如图11所示，主箱体01还包括进水口011和出水口012，进水口011和出水口012之间连通有水道，水道经过电容腔014。进水口011布置在直流侧，且经过直流滤波器02和母线电容08之间的主箱体01，增加这两个器件的散热效果。出水口012与电机的入水口采用直插方式，可减少外部管路，节省动力总成空间，提高总成装配性。优选地，主箱体01的安装点设置引导销孔013，与电机总成200的侧销配合起到导引作用，保证水管密封性能。功率模块05的进水口、出水口均采用下陷式结构，可有效降低逆变器总成100的高度，内凹圆孔与功率模块05的水道外壁形成销孔配合，具有一定的定位导向作用，同时内置密封卡槽，放置密封圈与功率模块05间压接密封。
进一步地，逆变器总成100还包括散热胶层，散热胶层覆盖电容腔014、母线电容08和直流滤波器02。优选地，在电容腔014表面、母线电容08靠近电容腔014的上表面、直流滤波器02靠近主箱体01的下侧面涂覆散热胶，共同利用母线电容08的铝壳体进行散热，具有良好的散热效果，实现大电流条件下无需主动散热。此外，母线电容08的外表面设置有多条散热翅片，进一步增加散热效果。如图5所示，优选地，散热翅片设置于母线电容08远离电容腔014的下表面。
进一步地，母线电容08包括叠层正负母排。母线电容08至功率模块05的连接采用内置母排方式，并在引出的电容AC母排081处设计正负母排叠层结构，使叠层面积最大化，有效降低回路寄生电感，提升逆变器总成100的输出功率，正负极引出铜排间使用粘贴绝缘纸的方式做绝缘隔离。电容DC母排082引出端布置塑料套管增加爬电距离。
进一步地，交流接线座总成06还包括密封装置，密封装置固定连接于主箱体01上。密封装置设置于交流接线座总成06的穿缸处，优选地，使用耐油性密封圈，实现逆变器腔与电机腔的隔离，可防止电机总成200内的油液喷溅至逆变器总成100内。
进一步地，如图9、图10所示，直流滤波器02集成三级磁环021，并包括共模电容022和两级差模电容023。差模电容023的正负端与共模电容022的正负端通过六角铜柱与正负极铜排进行连接。共模电容022接地端利用内置的接地铜排引至直流滤波器02的安装点，通过螺钉和钢套保证与主箱体01安装柱贴合来实现接地。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，包括：
主箱体(01)，所述主箱体(01)上设置有直流高压连接器(10)、低压连接器(11)和直流接线座总成(12)；
直流滤波器(02)，设置于所述主箱体(01)内，所述直流滤波器(02)的一侧贴合所述主箱体(01)的底部内侧，所述直流滤波器(02)一端连接所述直流高压连接器(10)，另一端连接所述直流接线座总成(12)；
屏蔽板(03)，固定连接于所述主箱体(01)内，所述屏蔽板(03)与所述主箱体(01)的底部形成屏蔽腔，所述直流滤波器(02)位于所述屏蔽腔内，所述屏蔽板(03)包括：
屏蔽板一(031)，所述屏蔽板一(031)为L型板，所述屏蔽板一(031)与所述主箱体(01)的底部形成屏蔽腔，所述屏蔽板一(031)包括折弯边，所述折弯边被配置为屏蔽所述低压连接器(11)的线束；
屏蔽板二(032)，所述屏蔽板二(032)固定连接所述屏蔽板一(031)，排线线束位于所述屏蔽板二(032)远离所述直流滤波器(02)的一侧；
控制板(04)，所述控制板(04)设置于所述屏蔽板(03)远离所述直流滤波器(02)的上方；
功率模块(05)，所述功率模块(05)固定连接于所述主箱体(01)内；
交流接线座总成(06)，所述交流接线座总成(06)一端连接所述功率模块(05)，另一端用于连接电机接线座，所述交流接线座总成(06)包括交流输出三相排(061)，所述交流输出三相排(061)用于连接电机汇流排；
交流磁环(07)，固定连接于所述主箱体(01)上，所述交流磁环(07)环绕所述交流输出三相排(061)；以及
母线电容(08)，所述母线电容(08)为壳体电容，所述母线电容(08)密封连接所述主箱体(01)的底部，并贴近所述直流滤波器(02)，所述母线电容(08)电连接所述直流滤波器(02)。
2.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，还包括：
驱动板(09)，所述驱动板(09)通过排线线束连接所述控制板(04)；
电流传感器(13)，所述电流传感器(13)连接所述交流输出三相排(061)；
放电电阻(14)，所述放电电阻(14)固定连接于所述主箱体(01)内；以及
上盖(15)，所述上盖(15)可拆卸连接于所述主箱体(01)上。
3.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述交流输出三相排(061)采用变截面连接排。
4.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述主箱体(01)的底部外侧设置有密封卡槽，所述密封卡槽设置有密封圈，所述密封卡槽内形成电容腔(014)，所述母线电容(08)抵接所述电容腔(014)。
5.根据权利要求4所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述主箱体(01)还包括进水口(011)和出水口(012)，所述进水口(011)和所述出水口(012)之间连通有水道，所述水道经过所述电容腔(014)。
6.根据权利要求5所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，还包括散热胶层，所述散热胶层覆盖所述电容腔(014)、所述母线电容(08)和所述直流滤波器(02)。
7.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述母线电容(08)包括叠层正负母排。
8.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述交流接线座总成(06)还包括密封装置，所述密封装置固定连接于所述主箱体(01)上。
9.根据权利要求1所述的一种高电磁兼容等级的逆变器总成，其特征在于，所述直流滤波器(02)集成三级磁环(021)，并包括共模电容(022)和两级差模电容(023)。
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