CN113271021A - 一种电机控制器功率模组及电动车 - Google Patents

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赵慧超
王宇
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Abstract

本发明公开了一种电机控制器功率模组及电动车，涉及电动车电机控制器技术领域。该功率模组包括：驱动与控制集成电路板；功率电路板，包括电路基板和集成设于电路基板的功率开关器件、正输入铜柱、负输入铜柱、正输入铜排、负输入铜排、电容、三相输出铜柱、三相输出铜排、驱动信号端子、电流传感器和信号检测端子；电容与正输入铜排和负输入铜排均电连接，功率开关器件设于电容与三相输出铜排之间，正输入铜柱、负输入铜柱和三相输出铜柱分别与埋设于电路基板内且相互绝缘的正输入铜排、负输入铜排和三相输出铜排电连接；驱动信号端子、电流传感器和检测端子均与驱动与控制集成电路板连接；冷却器，与功率电路板连接。本发明集成度高，散热性好。

Description

一种电机控制器功率模组及电动车
技术领域
本发明涉及电动车电机控制器技术领域，尤其涉及一种电机控制器功率模组及电动车。
背景技术
电动车因其不燃烧汽油产生动力，具有环保、污染小的特点，在旅游景区等对环境要求较高的地方得到广泛的应用。现有的电动车设有交流电机控制器，以将蓄电池输出的直流电源转换成三相交流电源并驱动电机转动。
电机控制器内的功率单元接收蓄电池输出的直流电，并将直流电经电容逆变转换成三相交流电(U、V、W)向电机输出。此过程中，每一功率模块设有两个接收直流电源的端子(正极端子和负极端子)，分别用于接收正极电源及负极电源，并设有一个三相电流输出端子，以向电机的一相输出电流信号，并且，两个直流电源端子与三相电流输出端子之间还需要设置功率开关器件，如功率管或IGBT等，用于对直流电进行控制，功率开关器件在工作时会产生废热，故一般需要额外散热件对其进行散热处理，由此使得整个电机控制器功率模组结构复杂、集成度低。
基于此，亟需一种电机控制器功率模组及电动车，用以解决如上提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机控制器功率模组及电动车，能够简化装配工艺、集成度高、减小系统的体积，还能够有效增强电流导通能力，增强控制电路的集成性，散热性好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种电机控制器功率模组，包括：
驱动与控制集成电路板；
功率电路板，包括电路基板和集成设置于所述电路基板上的母线正输入铜柱、母线负输入铜柱、母线正输入铜排、母线负输入铜排、母线电容、功率开关器件、三相输出铜柱、三相输出铜排、驱动信号端子、电流传感器和信号检测端子；
所述母线正输入铜柱、所述母线负输入铜柱和所述三相输出铜柱分别与所述母线正输入铜排、所述母线负输入铜排和所述三相输出铜排电连接，所述母线正输入铜排、所述母线负输入铜排和所述三相输出铜排均埋设于所述电路基板内且相互绝缘；所述母线电容与所述母线正输入铜排和所述母线负输入铜排均电连接，所述功率开关器件与所述三相输出铜排和位于所述母线电容输出端部分的所述母线正输入铜排和所述母线负输入铜排均连接，所述驱动信号端子、所述电流传感器和所述信号检测端子均与所述驱动与控制集成电路板信号连接；
冷却器，与所述功率电路板连接。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述冷却器上设有安装凹槽，所述母线电容插接固定于所述安装凹槽内。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述安装凹槽内填充有导热胶，所述母线电容通过所述导热胶固定于所述安装凹槽内。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述功率开关器件焊接于所述电路基板上，且所述功率开关器件设置于所述母线正输入铜排、所述母线负输入铜排和所述三相输出铜排的正上方。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述电路基板与所述冷却器固定连接，且所述电路基板与所述冷却器之间涂有散热绝缘材料。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述母线正输入铜排和所述母线负输入铜排上下叠层设置，所述母线正输入铜排和所述母线负输入铜排上均设有镶嵌槽，所述三相输出铜排嵌设于所述镶嵌槽内。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述功率电路板还包括散热焊盘，所述功率开关器件通过所述散热焊盘焊接于所述母线正输入铜排、所述母线负输入铜排和所述三相输出铜排上。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述电流传感器焊接于所述电路基板上，所述三相输出铜柱穿过所述电流传感器与所述三相输出铜排连接。
作为一种电机控制器功率模组的优选的技术方案，所述电路基板内设有信号铜层，所述信号铜层与所述驱动信号端子、所述电流传感器和所述信号检测端子均电连接，且所述信号铜层与所述驱动与控制集成电路板信号连接；
所述母线正输入铜排、所述母线负输入铜排和所述三相输出铜排均与所述信号铜层叠层固定。
本发明还提供了一种电动车，包括蓄电池和电机，所述电动车还包括如上所述的电机控制器功率模组，所述母线正输入铜柱和所述母线负输入铜柱分别与所述蓄电池的正极和负极电连接，所述三相输出铜柱与所述电机电连接。
本发明的有益效果：
1、通过将功率开关器件、母线正输入铜柱、母线负输入铜柱、母线正输入铜排、母线负输入铜排等零部件均集成设置于电路基板上，既能够最大限度地简化装配工艺、提高生产效率，又能减小和易控制各器件间隙的设计余量，进而减小系统的体积，减少高低压器件的爬电。
2、通过将母线正输入铜排、母线负输入铜排和三相输出铜排均埋设于电路基板内，能够有效增强三相输出电流导通能力和母线输入与输出电流的导通能力，同时铜排结构既能通过功率开关器件导通电流又能为功率开关器件散热，无需额外散热部件的设置，实用性强。
3、通过将驱动信号端子、电流传感器和信号检测端子均与驱动与控制集成电路板信号连接，实现驱动与控制集成电路板统一接收处理电信号，从而进一步增强控制电路的集成性。
4、设置冷却器与功率电路板连接，从而实现对功率电路板以及铜排结构的散热降温，确保功率电路板的使用性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电机控制器功率模组的整体拆分结构示意图一；
图2是本发明实施例提供的电机控制器功率模组的整体拆分结构示意图二。
图中：
1、驱动与控制集成电路板；
2、功率电路板；21、电路基板；22、散热绝缘材料；23、母线正输入铜柱；24、母线负输入铜柱；25、母线正输入铜排；26、母线负输入铜排；261、镶嵌槽；27、母线电容；28、功率开关器件；29、三相输出铜排；291、三相输出铜柱；20、驱动信号端子；210、电流传感器；220、信号检测端子；
3、冷却器；31、安装凹槽。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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，可以根据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。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明实施例公开了一种电机控制器功率模组，如图1-图2所示，该电机控制器功率模组包括驱动与控制集成电路板1、功率电路板2和冷却器3，驱动与控制集成电路板1与功率电路板2连接，功率电路板2和冷却器3连接。
可选地，功率电路板2包括电路基板21和集成设置于电路基板21上的功率开关器件28、母线正输入铜柱23、母线负输入铜柱24、母线正输入铜排25、母线负输入铜排26、母线电容27、三相输出铜柱291、三相输出铜排29、驱动信号端子20、电流传感器210和信号检测端子220。
母线正输入铜柱23、母线负输入铜柱24和三相输出铜柱291分别与母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29电连接，母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29均埋设于电路基板21内且相互绝缘。母线电容27与母线正输入铜排25、母线负输入铜排26均电连接。功率开关器件28与三相输出铜排29和位于母线电容27输出端部分的母线正输入铜排25和母线负输入铜排26均连接。驱动信号端子20、电流传感器210和信号检测端子220均与驱动与控制集成电路板1信号连接。
本发明通过将功率开关器件28、母线正输入铜柱23、母线负输入铜柱24、母线正输入铜排25、母线负输入铜排26等零部件集成设置于电路基板21上，既能够最大限度地简化装配工艺、提高生产效率，又能减小和易控制各器件间隙的设计余量，进而减小系统的体积，减少高低压器件的爬电。
通过将母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29均埋设于电路基板21内，能够有效增强三相输出电流导通能力和母线输入与输出电流的导通能力，同时铜排结构既能通过功率开关器件28导通电流又能为功率开关器件28散热，无需额外散热部件的设置，实用性强。
通过将驱动信号端子20、电流传感器210和信号检测端子220均与驱动与控制集成电路板1信号连接，实现驱动与控制集成电路板1统一接收处理电信号，从而进一步增强控制电路的集成性。
设置冷却器3与功率电路板2连接，从而实现对功率电路板2的散热降温，确保功率电路板2的使用性能。
可选地，驱动与控制集成电路板1上集成有控制单元、驱动单元、检测单元、保护单元等电子电路，以便于接收和传递电信号，集成度高。
电路基板21与驱动与控制集成电路板1固定连接，以便于两者间传递驱动、检测等信号。于本实施例中，电路基板21的底部(即电路基板21朝向冷却器3的一面)涂有散热绝缘材料22，保证整个电路基板21底面绝缘，可方便与冷却器3连接，无需额外设置散热绝缘垫片，降低成本的同时减小热阻、耐磨损、不易老化。本发明采用散热绝缘材料22涂敷代替后期安装使用的散热绝缘垫片，简化安装，同时增强导热能力。
母线正输入铜柱23和母线负输入铜柱24通过压接或焊接的方式分别连接于母线正输入铜排25与母线负输入铜排26上，确保结构稳定性，提高耐震能力。母线正输入铜柱23和母线负输入铜柱24分别与外部电源的正负极连接，以为功率电路板2输入高压电流。具体地，母线正输入铜柱23和母线负输入铜柱24均内带螺纹，通过焊接或压接的方式与电路基板21内的铜排连接。
母线正输入铜排25与母线负输入铜排26用于传输正负电流。本实施例中，母线正输入铜排25和母线负输入铜排26上下叠层设置，以提高电感集中度，降低系统电压变化率，提升系统性能。进一步地，母线正输入铜排25和母线负输入铜排26上均设有镶嵌槽261，以便于三相输出铜排29的安装。
不难理解的是，母线正输入铜排25与母线负输入铜排26均可以根据需求加工成任意形状、足够厚度去承载近千安培的大电流。通过电路板压接技术可靠粘结，将其埋入电路基板21中并采用电路板FR4等绝缘材料多层绝缘，此种铜排的实现方式加工简单、节省空间，易于安装。进一步地，铜排埋入电路基板21且上下贯穿整个电路基板21，无绿油覆盖、降低热阻、提高性能。
母线电容27焊接在电路基板21上，能够平滑母线正输入铜排25和母线负输入铜排26的电压，使电机控制器功率模组的母线电压在功率开关器件28开关时仍比较平滑，还能吸收高脉冲电流，防止母线端电压过充和瞬时电压对电机控制器功率模组的影响。于本实施例中，母线电容27设有多个，多个母线电容27等间隔并联在电路基板21上，以此获得更好的滤波效果。由于母线电容27为现有技术，在此不再赘述。
功率开关器件28用于导通或断开母线正输入铜排25和母线负输入铜排26与三相输出铜排29间的电流。功率开关器件28焊接于电路基板21上，且功率开关器件28设置于母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29的正上方，从而能够保证三相输出铜排29和母线正输入铜排25与母线负输入铜排26间的输入路径最短，便于电流和热量的及时流通。
可选地，功率开关器件28设有多个，多个功率开关器件28等间隔成排并联在电路基板21上，从而使得整个电机控制器功率模组的功率可扩展性好。由于功率开关器件28及并联方式为现有技术，此处不再赘述。
三相输出铜排29嵌设于母线正输入铜排25和母线负输入铜排26上的镶嵌槽261内以形成厚铜排结构，集成度高，同时由于在电路基板21上增加了三相输出铜排29和母线正输入铜排25、母线负输入铜排26，从而能够有效增强三相输出电流导通能力和母线输入与输出电流的导通能力。三相输出铜排29的加工工艺参照上述的母线正输入铜排25和母线负输入铜排26，此处不在赘述。
进一步地，功率电路板2还包括散热焊盘，功率开关器件28通过散热焊盘焊接于母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29上，以此增大焊接面积，提高耐震能力以及散热强度。
相应地，三相输出铜柱291压接或焊接于三相输出铜排29上，且三相输出铜柱291与电机的三相接口连接，以将电流输出给电机。由于母线正输入铜柱23、母线负输入铜柱24和三相输出铜柱291均通过压接或焊接的方式与埋入电路基板21的铜排连接，无需螺栓结构，耐震更强，易于安装。
驱动信号端子20压接或焊接在电路基板21上，与驱动与控制集成电路板1进行驱动信号交互，用于驱动和控制功率开关器件28的启闭。
电流传感器210焊接于电路基板21上，无需线束引出，节省成本的同时提高电磁抗扰能力。进一步地，三相输出铜柱291穿过电流传感器210与三相输出铜排29连接，以此电流传感器210能够将检测到的三相输出铜柱291的电流信号传递给驱动与控制集成电路板1。本实施例中，电流传感器210采用板载焊接，电流检测电路布置于电流传感器210周边的电路基板21上，无需额外使用线束，提高了电磁抗扰能力，同时节省线束成本，节省安装空间，便于布置。
信号检测端子220焊接在电路基板21上，传递检测信号。
具体地，电路基板21内设有信号铜层，信号铜层与驱动信号端子20、电流传感器210和信号检测端子220均电连接，且信号铜层与驱动与控制集成电路板1信号连接，以接收和传递驱动信号、电流信号和检测信号等。
进一步地，母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29均与信号铜层叠层固定。具体地，通过电路基板21中的FR4绝缘，功率开关器件28通过散热焊盘直接焊接在铜排上，焊接方式可以是焊片、锡膏或银烧结，以最大程度的降低热阻，保证功率开关器件28可靠散热。
可选地，冷却器3与电路基板21固定连接，散热绝缘材料22涂覆于电路基板21与冷却器3之间，以为电路基板21散热，降低各零部件(功率开关器件28、铜排等)工作产生的温度。本实施例中，冷却器3内设有冷却腔，冷却腔内布置有水道，冷却腔的外壁上设有安装凹槽31，母线电容27插接固定于安装凹槽31内，一方面起到固定母线电容27的作用，增强母线电容27的耐震能力，另一方面还能对母线电容27散热。进一步地，安装凹槽31内填充有导热胶，母线电容27通过导热胶固定于安装凹槽31内，起到绝缘固定的作用。在其他实施例中，冷却器3可采用其他冷却介质，不局限于本实施例的水冷方案。
本实施例还公开了一种电动车，包括蓄电池和电机，该电动车还包括如上所述的电机控制器功率模组，母线正输入铜柱23和母线负输入铜柱24分别与蓄电池的正极和负极电连接，三相输出铜柱291与电机电连接。
综上，本发明实施例提供了一种电机控制器功率模组及电动车，具备如下优势：
1、通过将功率开关器件28、母线正输入铜柱23、母线负输入铜柱24、母线正输入铜排25、母线负输入铜排26等零部件均集成设置于电路基板21上，既能够最大限度地简化装配工艺、提高生产效率，又能减小和易控制各器件间隙的设计余量，进而减小系统的体积，减少高低压器件的爬电。
2、通过将母线正输入铜排25、母线负输入铜排26和三相输出铜排29均埋设于电路基板21内，能够有效增强三相输出电流导通能力和母线输入与输出电流的导通能力，同时铜排结构既能通过功率开关器件28导通电流又能为功率开关器件28散热，无需额外散热部件的设置，实用性强。
3、通过将驱动信号端子20、电流传感器210和信号检测端子220均与驱动与控制集成电路板1信号连接，实现驱动与控制集成电路板1统一接收处理电信号，从而进一步增强控制电路的集成性。
4、设置冷却器3与功率电路板2连接，从而实现对功率电路板2以及铜排结构的散热降温，确保功率电路板2的使用性能。
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，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。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 (10)

1.一种电机控制器功率模组，其特征在于，包括：
驱动与控制集成电路板(1)；
功率电路板(2)，包括电路基板(21)和集成设置于所述电路基板(21)上的母线正输入铜柱(23)、母线负输入铜柱(24)、母线正输入铜排(25)、母线负输入铜排(26)、母线电容(27)、功率开关器件(28)、三相输出铜柱(291)、三相输出铜排(29)、驱动信号端子(20)、电流传感器(210)和信号检测端子(220)；
所述母线正输入铜柱(23)、所述母线负输入铜柱(24)和所述三相输出铜柱(291)分别与所述母线正输入铜排(25)、所述母线负输入铜排(26)和所述三相输出铜排(29)电连接，所述母线正输入铜排(25)、所述母线负输入铜排(26)和所述三相输出铜排(29)均埋设于所述电路基板(21)内且相互绝缘；所述母线电容(27)与所述母线正输入铜排(25)和所述母线负输入铜排(26)均电连接，所述功率开关器件(28)与所述三相输出铜排(29)和位于所述母线电容(27)输出端部分的所述母线正输入铜排(25)和所述母线负输入铜排(26)均连接，所述驱动信号端子(20)、所述电流传感器(210)和所述信号检测端子(220)均与所述驱动与控制集成电路板(1)信号连接；
冷却器(3)，与所述功率电路板(2)连接。
2.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述冷却器(3)上设有安装凹槽(31)，所述母线电容(27)插接固定于所述安装凹槽(31)内。
3.根据权利要求2所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述安装凹槽(31)内填充有导热胶，所述母线电容(27)通过所述导热胶固定于所述安装凹槽(31)内。
4.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述功率开关器件(28)焊接于所述电路基板(21)上，且所述功率开关器件(28)设置于所述母线正输入铜排(25)、所述母线负输入铜排(26)和所述三相输出铜排(29)的正上方。
5.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述电路基板(21)与所述冷却器(3)固定连接，且所述电路基板(21)与所述冷却器(3)之间涂有散热绝缘材料(22)。
6.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述母线正输入铜排(25)和所述母线负输入铜排(26)上下叠层设置，所述母线正输入铜排(25)和所述母线负输入铜排(26)上均设有镶嵌槽(261)，所述三相输出铜排(29)嵌设于所述镶嵌槽(261)内。
7.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述功率电路板(2)还包括散热焊盘，所述功率开关器件(28)通过所述散热焊盘焊接于所述母线正输入铜排(25)、所述母线负输入铜排(26)和所述三相输出铜排(29)上。
8.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述电流传感器(210)焊接于所述电路基板(21)上，所述三相输出铜柱(291)穿过所述电流传感器(210)与所述三相输出铜排(29)连接。
9.根据权利要求1所述的电机控制器功率模组，其特征在于，所述电路基板(21)内设有信号铜层，所述信号铜层与所述驱动信号端子(20)、所述电流传感器(210)和所述信号检测端子(220)均电连接，且所述信号铜层与所述驱动与控制集成电路板(1)信号连接；
所述母线正输入铜排(25)、所述母线负输入铜排(26)和所述三相输出铜排(29)均与所述信号铜层叠层固定。
10.一种电动车，包括蓄电池和电机，其特征在于，所述电动车还包括如权利要求1-9任一项所述的电机控制器功率模组，所述母线正输入铜柱(23)和所述母线负输入铜柱(24)分别与所述蓄电池的正极和负极电连接，所述三相输出铜柱(291)与所述电机电连接。
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