CN114694921A - 电抗器单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电抗器单元。电抗器单元配备有电抗器和冷却器。冷却剂流过冷却器的内部。冷却器通过向冷却剂散热来冷却电抗器。电抗器安装在冷却器的上板的上表面上。电抗器的下表面面向冷却器的上板。电抗器的上表面覆盖有金属板。金属板与冷却器的上板的上表面热接触。

Description

电抗器单元

技术领域

本公开涉及一种电抗器单元。

背景技术

例如，在日本未审查专利申请公报第2017-153269号(JP2017-153269A)中公开了一种常规的电抗器单元。

发明内容

在上述文献中描述的电抗器单元中，电抗器布置在作为冷却器的外表面中的一个外表面的电抗器冷却表面上。热从面向冷却器的电抗器的表面散发到冷却器，并且从另一个表面仅可能通过大气进行散热。

本公开提出了一种可增强冷却电抗器的能力的电抗器单元。

根据本公开的电抗器单元配备有电抗器和冷却器。冷却剂流过冷却器的内部。冷却器通过向冷却剂散热来冷却电抗器。冷却器具有电抗器冷却表面，该电抗器冷却表面是冷却器的外表面中的一个外表面。电抗器安装在电抗器冷却表面上。电抗器具有面向电抗器冷却表面的第一表面和作为与第一表面相反定位的表面的第二表面。电抗器单元还配备有覆盖第二表面并与电抗器冷却表面热接触的金属板。

通过将热从电抗器的第一表面散发到冷却器来冷却电抗器。通过由金属板形成从电抗器的第二表面到冷却器的散热路径来冷却电抗器。热从第一表面和第二表面两者散发到冷却器。因此，可以增强冷却电抗器的能力。

电抗器的第一表面和第二表面的温度之间的差异可以通过使热能够从第二表面散发到冷却器并促进第二表面的冷却来减小，其中，常规地来自第二表面的热仅可能通过大气散发。因此，可以降低在电抗器的中心处的芯的温度，从而可以增加电抗器的输出。

电抗器单元可以进一步配备有具有弹力的散热构件。散热构件可以至少布置在第一表面和电抗器冷却表面之间或者在第二表面和金属板之间。通过在电抗器和冷却器之间和/或在电抗器和金属板之间插置散热构件，可以提高从电抗器到冷却器的热传导效率，并且可以提高冷却电抗器的性能。通过采用弹性体作为电抗器和冷却器之间和/或电抗器和金属板之间的散热构件，可以使散热构件用作阻尼动能的阻尼器。因此，电抗器的振动可以被阻尼。结果，有可能抑制电抗器的振动的传递，并且降低噪声和振动。

在电抗器单元中，散热构件可以包括凝胶材料。散热构件可以形成为片的形状。然而，散热构件与电抗器、冷却器和金属板的接触面积可以通过应用包括凝胶材料的散热构件来增加。可以提高从电抗器到冷却器的热传导效率，因此可以进一步提高冷却电抗器的性能。

根据本公开，可以增强冷却电抗器的能力。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是配备有根据实施例中的一个实施例的电抗器的车辆的总体配置视图；

图2是电抗器的透视图；

图3是沿着图2中的线III-III的电抗器的横截面图；

图4是电抗器单元的平面图；以及

图5是电抗器单元的局部横截面图。

具体实施方式

下面将基于附图描述实施例中的一个实施例。在下面的描述中，相同的部件由相同的附图标记表示。那些部件在名称和功能上也是相同的。因此，将不重复对那些部件的详细描述。

总体配置

图1是配备有根据实施例的电抗器L的车辆1000的总体配置视图。车辆1000是电动汽车。车辆1000可以是混合动力汽车或燃料电池驱动的汽车。

如图1所示，车辆1000配备有马达驱动系统100、驱动轮310和车辆速度传感器320。马达驱动系统100配备有电动发电机110、电力控制单元(PCU)120、电池130、监测单元135、系统主继电器SR1和SR2、控制装置140、电流传感器160、旋转角度传感器(旋转变压器)165和温度传感器167。

电动发电机110例如是驱动电动马达，该驱动电动马达生成用于驱动车辆1000的驱动轮310的扭矩。电动发电机110是交流旋转电机，并且被配置为例如配备有转子的永磁型同步电动马达，永磁体嵌入转子中。电动发电机110可以进一步用作发电机，并且可以被配置成用作电动马达和发电机两者。

电池130被配置为二次电池，诸如镍氢电池或锂离子电池。二次电池可以是在正电极和负电极之间具有液体电解质的二次电池，或者是具有固体电解质的二次电池(全固体电池)。电池130可以被配置为双电层电容器等。

监测单元135检测电池130的电压(电池电压)VB、电池130的输入/输出电流(电池电流)IB和电池130的温度(电池温度)TB，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。

系统主继电器SR1连接在电池130的正电极端子和电力线PL1之间。系统主继电器SR2连接在电池130的负电极端子和电力线NL之间。系统主继电器SR1和SR2的打开/关闭状态根据来自控制装置140的控制信号来切换。

PCU 120将从电池130供应的直流(DC)电力升压，将DC电力转换成交流(AC)电力，并将AC电力供应到电动发电机110。此外，PCU 120将由电动发电机110生成的AC电力转换成DC电力，并将DC电力供应到电池130。也就是说，电池130可以经由PCU 120与电动发电机110交换电力。

PCU 120包括电容器C1、升压/降压转换器121、电容器C2、逆变器122和电压传感器123。

电容器C1连接在电力线PL1和电力线NL之间。电容器C1将电池电压VB平滑化，并将平滑的电池电压供应到升压/降压转换器121。顺便提及，可以提供检测电容器C1的两个端部之间的电压的电压传感器，并且电压传感器的检测值可以用作电池电压VB。

升压/降压转换器121根据来自控制装置140的控制信号S1和S2升高电池电压VB，并将升高的电压供应到电力线PL2和NL。此外，升压/降压转换器121根据来自控制装置140的控制信号S1和S2降低从逆变器122供应的在电力线PL2和NL之间的DC电压，并且对电池130充电。

具体而言，升压/降压转换器121包括电抗器L、开关元件Q1和Q2以及二极管D1和D2。电抗器L连接在开关元件Q1和Q2的连接节点与电力线PL1之间。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、双极晶体管等可以用作将在后面描述的开关元件Q1和Q2以及开关元件Q3至Q8中的每一个。二极管D1和D2分别以反向并联的方式连接在开关元件Q1和Q2的集电极和发射极之间。

电容器C2连接在电力线PL2和电力线NL之间。电容器C2将从升压/降压转换器121供应的DC电压平滑化，并将平滑的DC电压供应到逆变器122。电压传感器123检测电容器C2的两个端部之间的电压，即将升压/降压转换器121和逆变器122彼此连结的电力线PL2和NL之间的电压(以下也称为“系统电压”)VH，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。

逆变器122包括U相臂221、V相臂222和W相臂223。相应的相的臂并联连接在电力线PL2和电力线NL之间。U相臂具有彼此串联连接的开关元件Q3和Q4。V相臂222具有彼此串联连接的开关元件Q5和Q6。W相臂223具有彼此串联连接的开关元件Q7和Q8。二极管D3至D8分别以反向并联的方式连接在开关元件Q3至Q8的集电极和发射极之间。

相应的相臂之间的中点连接到电动发电机110的相线圈中的每一个相线圈的相端部。开关元件Q3和Q4之间的中点连接到电动发电机110的U相线圈的一个端部。开关元件Q5和Q6之间的中点连接到电动发电机110的V相线圈的一个端部。开关元件Q7和Q8之间的中点连接到电动发电机110的W相线圈的一个端部。电动发电机110的三个线圈(即，U相线圈、V相线圈和W相线圈)的其它端部共同连接到中性点。

在被供应系统电压VH时，逆变器122根据来自控制装置140的控制信号S3至S8将DC电压转换成AC电压并驱动电动发电机110。因此，电动发电机110由逆变器122以生成对应于扭矩命令值Trqcom的扭矩的方式控制。

当电动发电机110的扭矩命令值为正(Trqcom>0)时，逆变器122通过根据来自控制装置140的控制信号S3至S8的开关元件Q3至Q8的开关操作将DC电压转换成AC电压，并以输出正扭矩的方式驱动电动发电机110。因此，电动发电机110以生成正扭矩的方式被驱动。

当电动发电机110的扭矩命令值为零(Trqcom＝0)时，逆变器122通过根据来自控制装置140的控制信号S3至S8的开关元件Q3至Q8的开关操作将DC电压转换成AC电压并驱动电动发电机110，使得扭矩变得等于零。因此，电动发电机110以生成等于零的扭矩的方式被驱动。

当电动发电机110的扭矩命令值为负(Trqcom<0)时，逆变器122通过根据来自控制装置140的控制信号S3至S8的开关元件Q3至Q8的开关操作将DC电压转换成AC电压，并以输出负扭矩的方式驱动电动发电机110。因此，电动发电机110以生成负扭矩的方式被驱动。

电流传感器160检测流过电动发电机110的三相电流(马达电流)iu、iv和iw，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。

旋转角度传感器(旋转变压器)165检测电动发电机110的旋转角度θ，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。控制装置140可以根据由旋转角度传感器165检测到的旋转角度θ的变化速度来检测电动发电机110的转数(旋转速度)Nm。

温度传感器167检测电动发电机110的温度TM，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。

车辆速度传感器320检测车辆1000的速度(车辆速度)V，并将指示检测结果的信号输出到控制装置140。

控制装置140基于从外部提供的电子控制单元(上级ECU)(未示出)输入的扭矩命令值Trqcom、由监测单元135检测的电池电压VB、由电压传感器123检测的系统电压VH、来自电流传感器160的马达电流iu、iv和iw以及来自旋转角度传感器165的旋转角度θ来控制升压/降压转换器121和逆变器122的操作，使得电动发电机110输出对应于扭矩命令值Trqcom的扭矩。控制装置140生成用于控制升压/降压转换器121和逆变器122的控制信号S1至S8，并将生成的控制信号输出到升压/降压转换器121和逆变器122。

当升压/降压转换器121执行升压操作时，控制装置140执行电容器C2的输出电压VH的反馈控制，并且生成控制信号S1和S2，使得输出电压VH变得等于电压命令VHr。

此外，在从上级ECU接收到指示车辆1000已经进入再生制动模式的信号RGE时，控制装置140以将由电动发电机110生成的AC电压转换成DC电压的方式生成控制信号S3至S8，并将生成的控制信号输出到逆变器122。因此，逆变器122将由电动发电机110生成的AC电压转换成DC电压，并将DC电压供应到升压/降压转换器121。控制装置140以降低从逆变器122供应的DC电压的方式生成控制信号S1和S2，并将生成的控制信号输出到升压/降压转换器121。因此，由电动发电机110生成的AC电压被转换成DC电压，被降压，并被供应到电池130。

此外，控制装置140生成用于切换系统主继电器SR1和SR2的打开/关闭状态的控制信号，并将生成的控制信号输出到系统主继电器SR1和SR2。

电抗器L的配置

将描述图1所示的车辆1000配备的电抗器L。图2是电抗器L的透视图。图3是沿着图2中的线III-III的电抗器L的横截面图。

图2和图3所示的电抗器L是接收元件，其具有环形芯4和在两个位置处缠绕在芯4周围的线圈3a和3b。当两个线圈3a和3b之间没有区别时，它们将被称为线圈3。

芯4具有两个U形芯4a和4b、两个I形芯4c和四个间隔件6。两个U形芯4a和4b布置成使得其U形臂的顶端分别彼此面对，并且布置成使得I形芯4c分别插置在顶端之间。间隔件6分别插置在U形芯4a和4b的顶端与I形芯4c之间。U形芯4a和4b以及I形芯4c分别通过间隔件6彼此接合，并且芯4整体上成形为环状。

I形芯4c的区域在环形芯4中形成一对平行区域。平行区域(I形芯4c)被具有两个筒部的线轴5覆盖，并且线圈3a和3b分别缠绕在线轴5的筒部周围。两个线圈3a和3b由单根矩形线制成，并且在电学上等同于单个线圈。在作为一对线圈的线圈3a和3b之间确保间隙。线圈3呈现矩形筒的形状，并且芯4的横截面也是矩形的。

电抗器单元1的配置

图4是电抗器单元1的平面图。如图4所示，电抗器单元1配备有多个(在实施例中为四个)电抗器L(La、Lb、Lc和Ld)。电抗器单元1用于多相升压转换器中。多相升压转换器是具有彼此并联连接的多个(四个)升压电路的装置，并且升压电路中的每一个配备有单个电抗器L。四个升压电路的四个电抗器L组装在电抗器单元1中。电抗器L中的每一个的线轴5未在图4和稍后描述的图5中描绘。

电抗器单元1配备有冷却电抗器L的冷却器10。冷却器10呈现具有低高度的扁平空心盒的形状，并且在平面图中是矩形的。四个电抗器L附接到冷却器10的一个侧板。四个电抗器L沿着冷却器10的纵向方向布置成一行。

电抗器单元1被保持在这样的姿态，即，电抗器L安装在多相升压转换器的盒的内部的冷却器10上。电抗器L位于冷却器10上，并且冷却器10位于电抗器L下方。因此，如图4所示，与电抗器L重叠的冷却器10的部分在俯视平面图中是不可见的。

用于冷却剂的流动通道13形成在冷却器10的内部。冷却剂是水或长寿命冷却剂(LLC)。冷却器10在其例如侧表面上具有冷却剂供应端口(未示出)和冷却剂排放端口(未示出)。在冷却剂供应端口和冷却剂排放端口处，流动通道13通向循环装置(未示出)。冷却剂通过冷却剂供应端口从循环装置供应到流动通道13。冷却剂在流过流动通道13时从电抗器L吸收热。冷却剂通过冷却剂排放端口返回到循环装置。冷却器10通过向流过流动通道13的冷却剂散热来冷却电抗器L。

图5是电抗器单元1的局部横截面图。冷却器10具有将流动通道13和外部彼此分隔的一对侧板。侧板由表现出高导热性的材料例如金属材料制成。电抗器L附接到的侧板将被称为上板15。面向上板15的侧板将被称为底板14。四个电抗器L安装在上板15的外表面(上板15的上表面)上。将由冷却器10冷却的其它装置(例如逆变器)可以附接到底板14。

上板15的上表面和底板14的下表面构成冷却器10的外表面。作为冷却器10的外表面中的一个外表面的上板15的上表面等同于安装有电抗器L的本发明的电抗器冷却表面。冷却器10致使冷却剂流过其内部，使电抗器L布置在其外部，并冷却电抗器L。冷却器10具有从上板15的上表面在上方突出的凸台18。凸台18由导热性优异的材料制成。凸台18可以由与上板15相同的材料形成。凸台18可以与上板15一体地形成。

流动通道13中所示的箭头F指示冷却剂流动的方向。四个电抗器L沿着冷却剂流动的方向对齐。上板15的内表面(上板15的下表面和在流动通道13侧上的表面)可以设置有翅片，以增强上板15的导热性并提高冷却电抗器L的性能。

电抗器L中的每一个电抗器具有面向冷却器10的上板15的下表面和作为与下表面相反定位的表面的上表面。电抗器L的下表面等同于本发明的第一表面，并且电抗器L的上表面等同于本发明的第二表面。

电抗器单元1还配备有金属板20。金属板20由表现出高导热性的金属材料形成。金属板20具有从上方覆盖电抗器L的盖部分21、侧向地覆盖电抗器L的侧壁部分22以及分别从侧壁部分22突出的边缘部分23。金属板20覆盖电抗器L的上表面。金属板20(盖部分21)从上方覆盖电抗器单元1中包括的所有(四个)电抗器L。

侧壁部分22的上边缘通向盖部分21的外围边缘。边缘部分23分别通向侧壁部分22的下边缘。边缘部分23分别在远离电抗器L移动的方向上从侧壁部分22突出。盖部分21、侧壁部分22和边缘部分23可以通过弯曲单个平板而一体地形成。金属板20可以通过例如焊接将构成盖部分21、侧壁部分22和边缘部分23的独立构件彼此接合而形成。

在边缘部分23的厚度方向上穿透边缘部分23的通孔分别穿过边缘部分23形成。由螺栓表示的固定构件30在分别穿过这些通孔的同时固定到凸台18。固定构件30将金属板20分别固定到凸台18。因此，金属板20与冷却器10的上板15的上表面热接触。

电抗器单元1还配备有散热构件40。散热构件40具有弹力。散热构件40具有布置在电抗器L的上表面和金属板20的盖部分21之间的上部构件41，以及布置在电抗器L的下表面和冷却器10的上板15的上表面之间的下部构件42。上部构件41与电抗器L的上表面表面接触。上部构件41与盖部分21的下表面表面接触。下部构件42与电抗器L的下表面表面接触。下部构件42与上板15的上表面表面接触。

上部构件41和下部构件42中的至少一个可以被配置为散热片。硅树脂片可以用作散热片。

备选地，上部构件41和下部构件42中的至少一个可以被配置成包括凝胶材料。凝胶材料可以是合成树脂。例如，凝胶材料可以是氨基甲酸乙酯凝胶、硅凝胶等。上部构件41可以通过将凝胶材料施加到盖部分21的下表面来形成。下部构件42可以通过将凝胶材料施加到上板15的上表面来形成。上部构件41和下部构件42中的至少一个可以具有覆盖凝胶材料的覆盖层。该覆盖层可以由树脂材料制成。

上部构件41和下部构件42可以由相同的材料形成。上部构件41和下部构件42可以由表现出相同导热性的材料形成。上部构件41和下部构件42可以由不同的材料形成。上部构件41和下部构件42可以由表现出不同导热性的材料形成。

例如，上部构件41可以由表现出比下部构件42的导热性更高的导热性的材料形成。从电抗器L的上表面经由金属板20延伸到冷却器10的热传导路径比从电抗器L的下表面延伸到冷却器10的热传导路径长。通过调节上部构件41和下部构件42的导热性，可以增强经由上部构件41从电抗器L的上表面散热的量和经由下部构件42从电抗器L的下表面散热的量之间的均匀性。因此，可以减小电抗器L的上表面的温度和电抗器L的下表面的温度之间的差异。

作用和效果

本实施例特有的配置、作用和效果将总结如下，尽管该总结与前面的描述重叠。

如图5所示，电抗器单元1配备有金属板20。金属板20覆盖电抗器L的上表面。金属板20与冷却器10的上板15的上表面热接触。

由电抗器L生成的热从电抗器L的上表面传递到金属板20。热从金属板20传递到冷却器10，并且被耗散到在冷却器10内部流动的冷却剂。通过由金属板20形成从电抗器L的上表面到冷却器10的散热路径来冷却电抗器L。热从上表面和下表面两者散发到冷却器10，因此冷却电抗器L的能力可以增强。电抗器L的上表面的温度和电抗器L的下表面的温度之间的差异可以通过使热能够从电抗器L的上表面散发到冷却器10并促进上表面的冷却来减小，常规地来自电抗器L的上表面的热仅可能通过大气散发。因此，在电抗器L的中心处的芯4的温度可以降低，因此电抗器L的输出可以增加。

布置在电抗器L上方的金属板20也用作用于屏蔽电抗器L的屏蔽板。因此，可以抑制负载从外部输入到电抗器L，并且可以提高电抗器L的可靠性。此外，金属板20抑制电抗器L的振动传递到外部装置，因此也可以提高外部装置的可靠性。

如图5所示，电抗器单元1配备有散热构件40。散热构件40具有弹力。散热构件40具有布置在电抗器L的下表面和冷却器10的上板15之间的下部构件42，以及布置在电抗器L的上表面和金属板20的盖部分21之间的上部构件41。

通过在电抗器L和冷却器10之间插置下部构件42，并且在电抗器L和金属板20之间插置上部构件41，可以提高从电抗器L到冷却器10的热传导效率，并且可以提高冷却电抗器L的性能。通过采用弹性体作为散热构件40，可以使散热构件40用作阻尼动能的阻尼器。因此，有可能抑制电抗器L的振动的传递，并且降低噪声和振动。

图5所示的散热构件40包括凝胶材料。通过应用包括凝胶材料的散热构件40，可以增加散热构件40与电抗器L、冷却器10和金属板20的接触面积。可以提高从电抗器L到冷却器10的热传导效率，因此可以进一步提高冷却电抗器L的性能。

顺便提及，在前述实施例中，已经描述了散热构件40具有上部构件41和下部构件42并且电抗器L的上表面和下表面两者都设置有散热构件40的示例。电抗器L的上表面或下表面可以设置有散热构件40。设置散热构件40的区域可以适当地改变，以便对应于电抗器L的发热和由电抗器L引起的振动。电抗器L的下表面可以直接与冷却器10的上板15的上表面接触，而不需要散热构件40的中介。电抗器L的上表面可以直接与金属板20的盖部分21的下表面接触，而不需要散热构件40的中介。

金属板20并非绝对需要呈现具有盖部分21、侧壁部分22和边缘部分23的形状。金属板20可以呈现任何形状，只要可以经由金属板20实现从电抗器L的上表面到冷却器10的散热。金属板20到冷却器10的固定也是可选的。代替使用本实施例的固定构件30的示例，金属板20和凸台18的装配、金属板20通过例如焊接等与上板15的直接接合是适用的。

在该实施例中，已经描述了其中电抗器L位于冷却器10上方并且电抗器L的下表面面向冷却器10的上板15的上表面的示例。电抗器L可以布置在冷却器10的下方。在这种情况下，通过应用覆盖电抗器L的下表面并且与冷却器10的底板14热接触的金属板20，可以以相同的方式获得能够增强冷却电抗器L的性能的前述效果。

通过采用电抗器L的下表面面向冷却器10的上板15的上表面并且电抗器L的上表面被金属板20覆盖的实施例的配置，金属板20的重量可以相对自由地设计，并且具有弹力的散热构件40的弹簧常数也可以相对自由地选择。因此，可以在期望的区域中获得动态阻尼效果。

本文公开的实施例应该被解释为在所有方面都是示例性的和非限制性的。本发明的范围不是由前面的描述限定的，而是由权利要求书限定的，并且本发明旨在涵盖在意义和范围上等同于权利要求书的所有变型。

Claims (3)

1.一种电抗器单元，包括：

电抗器；

冷却器，所述冷却器具有冷却剂流过的内部，并且所述冷却器通过向所述冷却剂散热来冷却所述电抗器，所述冷却器具有电抗器冷却表面，所述电抗器冷却表面是所述冷却器的外表面中的一个外表面，所述电抗器被安装在所述电抗器冷却表面上，并且所述电抗器具有第一表面和第二表面，其中，所述第一表面面向所述电抗器冷却表面，而所述第二表面是与所述第一表面相反地定位的表面；和

金属板，所述金属板覆盖所述第二表面，并且所述金属板与所述电抗器冷却表面热接触。

2.根据权利要求1所述的电抗器单元，还包括：

散热构件，所述散热构件具有弹力，其中

所述散热构件被至少布置在所述第一表面和所述电抗器冷却表面之间或者在所述第二表面和所述金属板之间。

3.根据权利要求2所述的电抗器单元，其中

所述散热构件包括凝胶材料。

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