CN117280877A - 具有层叠导体结构的emc滤波器装置；和电力电子模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的电力电子器件的EMC滤波器装置(1)，包括：电导体结构(2)、耦接至导体结构(2)的至少一个电容器(3a，3b)、以及与导体结构(2)协作的至少一个电感器(4a，4b)，导体结构(2)具有至少两个彼此绝缘的单独的导电层(6a，6b)。本发明还涉及一种包括所述EMC滤波器装置(1)的电力电子模块(20)。

Description

具有层叠导体结构的EMC滤波器装置；和电力电子模块

技术领域

本发明涉及一种用于电机、优选地用作机动车辆中的驱动单元的电机的电力电子器件的EMC滤波器装置。

背景技术

目的是提供一种以用于电力电子器件的电源滤波器的方式尽可能可靠地工作的滤波器装置，其一方面具有尽可能紧凑、特别是尽可能浅的结构，并且另一方面配备有尽可能少的接合/接触部。

发明内容

该目的通过权利要求1的主题来实现。因此，根据本发明要求保护一种用于电机的电力电子器件的EMC滤波器装置，该EMC滤波器装置具有电导体结构、耦接至导体结构的至少一个电容器以及与导体结构相互作用的至少一个电感器。其中，导体结构具有至少两个彼此绝缘的单独的导电层，并且因此被构造为例如层叠母线或大电流电路板。

本文使用的缩写“EMC”代表“电磁兼容性”。因此，EMC滤波器装置是确保或改进该滤波器装置所耦接至的装置例如电力电子模块的电磁兼容性的滤波器装置。

由于其紧凑的设计，根据本发明的该EMC滤波器装置可以更容易地集成到现有的安装空间中，例如逆变器单元的壳体中，或者逆变器单元可以总体上更紧凑地构造。另外，通过将导体结构构造为层叠母线，可以更有效地实现冷却。此外，必要的接合/接触部的数量可以减少到最少。

其他有利的实施方式通过从属权利要求被要求保护，并且在下面更详细地解释。

因此，将绝缘膜/箔布置在导体结构的各个导电层之间也是有利的。因此，导体结构也被构造得尽可能紧凑。

就这一点而言，导体结构整体由绝缘膜/箔在外表面上/在外侧围绕/包围也是有利的。

至少一个电感器具有芯(优选地设计为环状芯)并且导体结构插入/突出穿过该芯也是有利的。这还得到尽可能紧凑的布置。

如果至少一个电容器连接至可以或进一步连接至电源，优选电池，的端子，则该结构进一步简化，该端子优选地继而直接形成在导体结构上。

此外，本发明涉及一种用于电机的电力电子模块，其具有电容器装置和根据本发明的EMC滤波器装置，该EMC滤波器装置根据前述实施方式中的至少一个被电连接至电容器装置。

还证明将导体结构安装到电容器装置的固定至壳体的区域是有利的。由此，电力电子模块的壳体区域/壳体优选地直接用于容纳EMC滤波器装置，由此进一步节省了安装空间。

为了使EMC滤波器装置尽可能有效地起作用，还有利的是，在导体结构和固定至壳体的区域之间设置优选地呈“间隙垫”/毯的形式的导热层/导热材料。这使得EMC滤波器装置在运行时具有最有效的冷却。

作为提供导热层的替选方案，在另一实施方式中有利的是使导体结构(至少部分地)直接平放在固定至壳体的区域上。以此方式，结构被进一步简化。

此外，在这方面，将EMC滤波器装置的电感器/芯粘合到固定至壳体的区域也是有利的。

此外，有利的是，电力电子模块的电流输入部直接由导体结构形成并且电力电子模块的电流输出部由电容器装置形成。

换言之，因此根据本发明实现了基于层叠“母线”(/层叠电母线/母线/导体结构)的EMC滤波器(EMC滤波器装置)。层叠母线包括至少两个彼此绝缘的导电叠层/层(导电层)。层叠母线穿过芯(电感器)。层叠母线上还设置有电容器；还提供进一步连接至电源的端子。优选地，端子进一步连接至电源，例如高压电池。

附图说明

下面参照附图对本发明进行更详细地说明。

其中：

图1示出了作为被配置为逆变器单元的电力电子模块的一部分的根据本发明的EMC滤波器装置的优选示例性实施方式的平面图，

图2示出了根据图1的EMC滤波器装置的截面表示，使得可以清楚地看到布置在导体结构和固定至壳体的区域之间的导热材料，

图3示出了EMC滤波器装置的另一截面图，其中，与图2相比，可以看到另外的部件，包括电流传感器和用于屏蔽的两个侧壁，

图4示出了导电结构的替选实施方式，

图5示出了导体结构的另一替选实施方式，

图6示出了导体结构的另一替选实施方式，

图7示出了导体结构的另一替选实施方式，

图8示出了导体结构的又一替选实施方式，以及

图9a至图9c示出了导体结构的另一替选实施方式。

附图本质上仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件被设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1清楚地示出了根据本发明的EMC滤波器装置1。在该实施方式中，EMC滤波器装置1被实现为独立模块，但是在根据本发明的另外的实施方式中，它还被直接实现为电力电子模块20/逆变器单元11的部件。逆变器单元11进而形成图1中大体指示的电力电子模块20/用于电机的电力电子器件的部件。因此，EMC滤波器装置1用在机动车辆的优选地配置为驱动单元的电机的电力电子器件中。

EMC滤波器装置1，也可以在图2和图3中更详细地看到，具有层叠导体结构2，其在此实施为层叠母线5。在另外的实施方式中，导体结构2还被实现为印刷电路板，即大电流电路板。也被替选地称为(电)母线的导体结构2具有多个导电层6a、6b，其在图2和图3中示出并且彼此绝缘。导电层6a、6b上下平放/共面放置并且作为整体形成导体结构2/母线5。也如图2和图3所示，在导电层6a、6b之间插入有绝缘膜/箔7，其直接用于使两个导电层6a、6b彼此绝缘。导体结构2，即整个导电层6a、6b，也通过这样的绝缘膜/箔7与其外部隔离。在另外的实施方式中，导体结构2还由多于两个、例如三个或四个导电层6a、6b组成。

导体结构2具有大致板状的结构。根据作为EMC滤波器装置1的构造，导体结构2具有两个电感器4a、4b。第一电感器4a具有第一芯8a，第二电感器4b具有第二芯8b。每个芯8a、8b被实施为环状芯/环形。导体结构2的一部分居中延伸穿过彼此相邻布置的这些芯8a、8b。

两个端子10a、10b在两个电感器4a、4b的相同侧上被实现在导体结构2上，并且在操作期间形成电流输入端。如还指出的，在操作期间，两个端子10a、10b连接至电源9，优选地高压电池。两个端子10a、10b不仅形成EMC滤波器装置1的电流输入端，而且形成逆变器单元11和电力电子模块20的电流输入端16。

此外，两个电容器3a、3b被布置/施加至导体结构2上。两个电容器3a、3b因此形成容纳/安装在导体结构2上的两个第一电子部件21。

容纳/安装在导体结构2上的另外的第二电子部件22采用电流传感器24的形式，并且因此用于检测电流(图1和图3)。电流传感器24经由焊点36附接至导体结构2。

此外，放电电阻器25形式的第三电子部件23容纳/安装在导体结构2上(图1)。

图1还示出了导体结构2连接至逆变器单元11的电容器装置12。例如，在分界线33的区域中进行相应的连接。然而，在另一优选示例性实施方式中，导体结构2也与电容器装置12的条35形成为一体，使得电容器装置12的多个电容器26也布置在导体结构2上。因此，EMC滤波器装置1是具有电容器装置12的逆变器单元11的直接部件。例如，电容器26被实现为分立电容器26并且被布置成两个平行的行。

逆变器单元11具有壳体13，也称为逆变器壳体。该壳体13用导体结构2包围电容器装置12和EMC滤波器装置1二者。然而，应当再次指出，在另外的实施方式中，EMC滤波器装置1具有其自身的壳体，该壳体则被固定地安装至壳体13，并且因此可以被称为壳体13的固定至该壳体的区域14。

在这方面，在图2中可以看出，导体结构2及其电子部件21、22、23和电感器4a、4b被布置在壳体13的固定至壳体的区域14上。固定至壳体的区域14在此直接实施为壳体13的板形区域。在另外的实施方式中，固定至壳体的区域14也以不同的方式配置为散热器，其进一步连接至壳体13。

从图2和图3也可以看出，设置有盖29，其与固定至壳体的区域14一起容纳EMC滤波器装置1。当在图的平面中观察时，导体结构2以其下侧19(此处间接地)搁置在固定至壳体的区域14上。电子部件21、22、23附接至其上侧18。

此外，两个芯8a、8b经由粘合剂连接34连接至固定至壳体的区域14。这里还可以看出，两个端子10a、10b采用“销”的形式并且至少突出穿过盖29。

还应当指出的是，在另一优选实施方式中，形成屏蔽的覆盖物27也由盖29形成。覆盖物27由盖29和紧固至盖29的侧壁30形成。因此，盖29和侧壁30形成屏蔽罩，其布置在导体结构2上并且经由侧壁30被支承在导体结构上。

在这方面，在图3中还可以看出，EMC密封件28插置在侧壁30的端面31和导体结构2/导体结构2的上侧18之间。该EMC密封件28具有密封条32或者被实现为这样的密封条32。EMC密封件28在侧壁30的整个周向上延伸并且因此将覆盖物27的内部相对于环境封闭。这种屏蔽可以防止干扰信号耦合。

侧壁30与盖29分开形成并且附接/安装到盖29上。例如，侧壁30焊接至盖29或以力锁合的方式例如经由紧固装置附接。然而，在另外的实施方式中，侧壁30也被构造为与盖29一体的部件。

在图2和图3中还可以看出，在优选变型中被实现为“间隙垫”的导热层15被插在导体结构2和固定至壳体的区域14之间。因此，被构造为毯的层15用于沿固定至壳体的区域14的方向消散来自导体结构2的废热。层15可弹性变形并且以压缩方式插在导体结构2和固定至壳体的区域14之间。层15由给定的导热材料组成，例如导热填充复合材料。在另外的实施方式中，层15替选地被实施为凝胶层或浇铸料。

虽然如已经提到的，端子10a、10b形成逆变器单元11/电力电子模块20的整个电流输入端16，但是电容器装置12的输出端通常形成逆变器单元11/电力电子模块20的电流输出端17，如图1示意性所示。

换句话说，根据本发明，EMC滤波器基于层叠电母线(母线5)构造。

叠层层叠电母线由至少两个导电层(例如由铜制成的导电层6a、6b)组成，它们通过绝缘膜/箔7彼此(电)绝缘。外表面在每种情况下均通过绝缘膜/箔7绝缘。因此，层叠电母线由在其间和外侧层叠有绝缘膜/箔7的两个或更多个共面的导电板(例如铜板；也称为导电层6a、6b)制成。

层压层叠电母线插入穿过芯8a、8b(电感器)。无源部件(例如，电容器)可以直接焊接到层叠电母线上。电流传感器24(DC侧)和放电电阻器25可以直接连接至层叠电母线(例如，通过激光焊接)。在一种变型实施方式中，DC连接电容器可以经由层叠电母线作为分立电容器(电容器3a、3b)的并联连接被连接。

电容器(电容器3a、3b)安置在层叠电母线上并连接至DC(+)和DC(-)接触(端子10a、10b)。层叠电母线经由DC(+)和DC(-)端子(端子10a、10b)连接至HV电池。

在一种变型实施方式中，电母线可以紧密地安装至逆变器壳体13或冷却表面，并且经由导热材料(例如，间隙垫)热连接至逆变器壳体13。芯8a、8b被布置在逆变器壳体13中并用粘合剂(例如环氧树脂粘合剂)或用密封剂固定并热连接至逆变器壳体13。

EMC屏蔽壁(侧壁30)集成到逆变器盖(盖27)中并设置有EMC密封件28。一旦盖29被关闭，EMC滤波器和DC输入端连接器就受到保护免受电磁辐射耦合影响。

下面描述可以用作上述导体结构2的替选的各种导体结构200至205。

图4示出了导体结构200的替选实施方式。

导体结构200是多层、大电流电路板或PCB 200。在该导体结构200中，多个厚导体层600a、600b(其中两个在图4中以示例的方式示出)被彼此绝缘地嵌入在绝缘印刷电路板材料700之间。这些导体层600a、600b可以包括铜。优选地，除了布置或嵌入在印刷电路板材料700内部的导体层600a、600b之外，还可以在其外表面上布置薄导体层800。这些薄导体层800可以包括铜。

图5示出了导体结构201的另一替选实施方式。

导体结构201具有两个或更多个单层印刷电路板。在该导体结构201中，在分别具有导体层601a和绝缘印刷电路板材料701a以及导体层601b和绝缘印刷电路板材料701b的单层印刷电路板之间设置一定距离，以保持空气间隙。该距离由间隔件803确保。印刷电路板601a、601b例如通过螺钉801彼此紧固，螺钉通过绝缘体802与导体层601a、601b中的至少一个电绝缘。

图6示出了导体结构202的另一替选实施方式。

导体结构202具有两个或更多个单层印刷电路板。为了将电路板彼此附接，在该导体结构202中，在分别具有导体层602a和绝缘电路板材料702a以及导体层602b和绝缘电路板材料702b的单层电路板之间布置有粘合剂层901。

图7示出了导体结构203的另一替选实施方式。

导体结构203具有上下堆叠的多个导体层603a、603b以及绝缘层703a、703b、703c。堆叠使得导体层603a、603b之一和绝缘层703a、703b、703c之一在每种情况下交替。导体层603a、603b和绝缘层703a、703b、703c的数目不限于图7所示的数目。彼此堆叠的导体层603a、603b和绝缘层703a、703b、703c没有彼此层叠并且彼此没有牢固地接合。

图8示出了导体结构204的另一替选实施方式。

导体结构204具有彼此堆叠的多个导体层604a、604b以及绝缘层704a、704b、704c。堆叠使得导体层604a、604b之一和绝缘层704a、704b、704c之一在每种情况下交替。导体层604a、604b和绝缘层704a、704b、704c的数目不限于图8所示的数目。堆叠的导体层604a、604b和绝缘层704a、704b、704c通过相应的相互相邻的层之间的相应的粘合剂层904接合在一起。

图图9a至图9c示出了导体结构205的又一替选构造。更准确地，图9a和图9b示出了用于制造图9c所示的导体结构205的方法步骤。

如图9a所示，多个导体层605a、605b和至少一个绝缘层705上下堆叠。堆叠使得导体层605a、605b之一和至少一个绝缘层705在每种情况下交替。导体层605a、605b和绝缘层705的数目不限于图9a至图9c中所示的数目。将彼此堆叠的导体层605a、605b和绝缘层705被布置在模制模具1000中。

如图9b所示，用罩或盖封闭模制模具。将模制材料引入到模制模具1000中。在模制材料硬化之后，将导体结构205从模制模具中移除。

如图9c所示，得到由诸如环氧树脂材料的模制材料1100包围的导体结构205。

附图标记列表

1 EMC滤波器装置

2 导体结构

3a 第一电容器

3b 第二电容器

4a 第一电感器

4b 第二电感器

5 母线

6a 第一导电层

6b 第二导电层

7绝缘膜/箔

8a 第一芯

8b 第二芯

9 电源

10a 第一端子

10b 第二端子

11 逆变器单元

12 电容器装置

13 壳体

14 固定至壳体的区域

15 层

16 电流输入部

17 电流输出部

18 上侧

19 下侧

20 电力电子模块

21 第一电子部件

22 第二电子部件

23 第三电子部件

24 电流传感器

25 放电电阻器

26 电容器

27 覆盖物

28 EMC密封件

29 覆盖件

30 侧面板

31 端面

32 密封条

33 分界线

34 粘合剂连接

35 条

36 焊点

200 导体结构

600a 导体层

600b 导体层

700 电路板材料

800 薄导体层

201 导体结构

601a 导体层

601b导体层

701a 电路板材料

701b 电路板材料

801螺钉

802 绝缘件

803间隔件

202 导体结构

602a 导体层

602b 导体层

702a 电路板材料

702b 电路板材料

901 粘合剂层

203 导体结构

603a 导体层

603b 导体层

703a 电路板材料

703b 电路板材料

703c 电路板材料

204 导体结构

604a 导体层

604b 导体层

704a 电路板材料

704b 电路板材料

704c 电路板材料

904 粘合剂层

205 导体结构

605a 导体层

605b 导体层

705 绝缘层

1000 模制模具

1001 覆盖件

1100模制材料。

Claims (10)

1.一种用于电机的电力电子器件的EMC滤波器装置(1)，具有电导体结构(2)、耦接至所述导体结构(2)的至少一个电容器(3a，3b)以及与所述导体结构(2)相互作用的至少一个电感器(4a，4b)，所述导体结构(2)具有至少两个彼此绝缘的单独的导电层(6a，6b)。

2.根据权利要求1所述的EMC滤波器装置(1)，其特征在于，在所述单独的导电层(6a，6b)之间布置有绝缘膜/箔(7)。

3.根据权利要求1或2所述的EMC滤波器装置(1)，其特征在于，所述导体结构(2)整体由绝缘膜/箔(7)在外表面上包围。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的EMC滤波器装置(1)，其特征在于，所述至少一个电感器(4a，4b)具有芯(8a，8b)，并且所述导体结构(2)插入穿过所述芯(8a，8b)。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的EMC滤波器装置(1)，其特征在于，所述至少一个电容器(3a，3b)连接至能够进一步连接至或进一步连接至电源(9)的端子(10a，10b)。

6.一种用于电机的电力电子模块(20)，具有电容器装置(12)和电连接至所述电容器装置(12)的根据权利要求1至5中的一项所述的EMC滤波器装置(1)。

7.根据权利要求6所述的电力电子模块(20)，其特征在于，所述导体结构(2)安装至所述电容器装置(12)的固定至壳体的区域(14)。

8.根据权利要求6或7所述的电力电子模块(20)，其特征在于，导热层(15)被设置在所述导体结构(2)和固定至壳体的区域(14)之间。

9.根据权利要求6或7所述的电力电子模块(20)，其特征在于，所述导体结构(2)直接平放在固定至壳体的所述区域(14)上。

10.根据权利要求6至9中的一项所述的电力电子模块(20)，其特征在于，所述电力电子模块(20)的电流输入端(16)直接由所述导体结构(2)形成，并且所述电力电子模块(20)的电流输出端(17)由所述电容器装置(12)形成。