CN205986644U - 电容器直接冷却方式的逆变器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电容器直接冷却方式的逆变器，用于提供紧凑结构的冷却手段，其包括：直流电容器，具有环形盖体部和外置壳，环形盖体部用于保持冷却水的气密性，外置壳通过嵌入式注塑方式结合于环形盖体部，并且上部开放；端子块部，以支承在环形盖体部上的方式，配置于直流电容器的上部；热交换壳体，结合于环形盖体部的底表面，且具备供外置壳沿竖直方向贯通的腔室；下部盖体部，包围直流电容器的底部及热交换壳体的底部；多个电源模块，设置于热交换壳体的外侧部，进行面接触；以及印刷电路基板部，配置于下部盖体部的底表面，与电源模块相连接，通过在腔室及冷却装置之间流动的冷却水进行热交换，从而冷却电源模块及直流电容器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电容器(capacitor)直接冷却方式的逆变器(invertor)，更为详细地涉及一种同时对作为电动汽车的电动机控制装置的逆变器的电源模块与直流(DC，Direct Current)电容器进行冷却的电容器直接冷却方式的逆变器。
背景技术
近来，适用于电动汽车或汽车的逆变器为了实现小型化、轻量化而正在吸收各种技术。
尤其，在逆变器的开发中，需要实现各种内部部件的散热结构，确保逆变器的耐久性。
在直接影响逆变器的耐久性的直流电容器中，温度和耐久性直接相关。直流电容器的温度通过气冷式或水冷式的冷却方式得到管理。根据情况的不同而不进行冷却的情况下，提高电容器的容量，也能解决温度相关的问题。
但是，大部分基于现有技术的逆变器利用直流电容器间接冷却方式，此时，直流电容器搭载于逆变器外壳(casing)的内部一侧，冷却装置搭载于逆变器外壳的内部另一侧。
现有技术的冷却装置构成为自然气冷方式或冷却水循环方式。在此，热量经过外壳而传递或进行交换，因此现有技术的自然气冷方式及冷却水循环方式也全部相当于间接冷却方式。
在现有技术中，为了直流电容器的冷却，电容器具有与外壳紧贴的构造，但因此具有整体上逆变器的外壳尺寸变大的缺点。例如，电源模块及直流电容器采用叠层封装方式，在外壳的内部依次叠层及安放。由此，为了同时冷却电源模块及直流电容器，外壳的冷却流路需具有电源模块及直流电容器的截面积以上的面积，最终引发外壳尺寸增大的问题。
此外，为了电绝缘，直流电容器的盖体(cover)应用塑料树脂材质。这种材质热阻高，导热性低，因此冷却效果下降。
冷却效果越下降，直流电容器的耐久性越下降。最终，逆变器的使用耐久年限会与直流电容器的耐久性成比例降低。
此外，从通电时容许范围温度的角度来讲，间接冷却方式的温度裕度(margin)相对小于直接冷却方式。虽然应将温度裕度设计为较高，但是由此引发逆变器的整体尺寸变大的问题。
实用新型内容
(要解决的课题)
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电容器直接冷却方式的逆变器，即使采用对电源模块和直流电容器同时进行冷却的构造，也能够具有比叠层封装方式相对较小的体积，能够发挥有效的立体冷却效果。
(解决课题的手段)
为了实现上述目的，本本实用新型提供一种电容器直接冷却方式的逆变器，其包括：直流电容器，具有环形盖体部和外置壳，所述环形盖体部用于保持冷却水的气密性，所述外置壳通过嵌入式注塑方式结合于所述环形盖体部，并且上部开放；端子块部，以支承在所述环形盖体部上的方式，配置于所述直流电容器的上部；热交换壳体，结合于所述环形盖体部的底表面，且具备供所述外置壳沿竖直方向贯通的腔室；下部盖体部，包围所述直流电容器的底部及所述热交换壳体的底部；多个电源模块，设置于所述热交换壳体的外侧部，进行面接触；以及印刷电路基板部，配置于所述下部盖体部的底表面，与所述电源模块相连接，通过在所述腔室及冷却装置之间流动的冷却水进行热交换，从而冷却所述电源模块及所述直流电容器。
也可以是，所述直流电容器包括：阶梯下部，分别形成于所述环形盖体部的四个角位置；阶梯上部，具有在所述阶梯下部之间凸出成比所述阶梯下部的底表面更高的上表面；环氧树脂模件，填充于所述外置壳，以便保护所述外置壳的内部的电容器元件；电源模块紧固端子，从所述电容器元件延伸，并从所述环氧树脂模件凸出并弯折，从而配置于所述阶梯下部或所述阶梯上部；以及一对输入端子，以与所述电源模块紧固端子不重合的方式，从所述电容器元件延伸，并从所述环氧树脂模件凸出并弯折，从而配置于所述阶梯上部。
也可以是，所述外置壳及所述热交换壳体由金属材质或铝合金材质形成。
也可以是，所述端子块部包括：块主体，配置在所述环氧树脂模件上；腿部，从所述块主体的四个侧面分别以一体式凸出，并且支承在相当于与所述输入端子之间位置或与所述电源模块紧固端子不重合的位置的、所述阶梯上部的上表面；以及上部接触板，在所述块主体的上表面分离配置。
也可以是所述上部接触板包括：三相汇流条，与电动机连接；以及单相汇流条，与电池连接。
也可以是，所述端子块部包括：Y电容，配置于所述端子块部的底表面，以便与所述单相汇流条通电而降低噪音；以及多个汇流条末端部，与所述三相汇流条或所述单相汇流条相连接，从所述块主体的外缘侧底表面凸出并弯折，从而水平延伸，所述汇流条末端部与所述直流电容器的输入端子或所述电源模块的模块端子进行面接触。
也可以是，所述热交换壳体包括：三个槽部，形成于所述热交换壳体的角部之间；散热片，从所述槽部的内侧表面凸出有多个；以及冷却水出口，形成在所述热交换壳体的不存在所述散热片的侧壁部。
(实用新型的效果)
根据本实用新型的电容器直接冷却方式的逆变器，在具有四边环形截面的热交换壳体的内部插入直流电容器，在热交换壳体的外部结合电源模块，由此，能够同时对电源模块和直流电容器进行冷却，能够使得冷却流路尺寸最小化，因此具有能够实现小型化逆变器的优点。
根据本实用新型的电容器直接冷却方式的逆变器，直流电容器的底表面及侧面由外置壳构成，所述外置壳由金属材质或铝合金材质形成，从而热交换壳体的冷热能够有效地传递至直流电容器，因此与塑料材质相比热阻相对较低，导热性相对较高，从而具有能够提高冷却性能的效果。
根据本实用新型的电容器直接冷却方式的逆变器，通过实现使得热交换壳体的内部的冷却水直接与由外置壳所构成的直流电容器的底表面及侧面相接触的直接冷却方式，优点在于，与间接冷却方式相比，能够减少30％水平的热阻容量，同时能够减少制造成本，并且与现有间接冷却方式相比能够相对缩小直流电容器尺寸，能够提高逆变器输出密度，能够延长逆变器的发热元件即直流电容器或电源模块的寿命。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的电容器直接冷却方式的逆变器的立体图。
图2是图1所示的电容器直接冷却方式的逆变器的分解立体图。
图3是图2所示的直流电容器的立体图。
图4是图2所示的直流电容器与热交换壳体处结合状态的立体图。
附图标记说明
100：直流电容器；200：端子块部；300：热交换壳体；400：下部盖体部；500：电源模块；600：印刷电路基板部。
具体实施方式
参照附图以及详细后述的实施例，可明确本实用新型的优点、特征以及实现其的方法。但是，本实用新型并非限定于以下所公开的实施例，能够以互不相同的各种形态实现，本实施例只是为了使本实用新型的公开完整，并且向本实用新型所属技术领域内具有通常知识的人完整地告知实用新型的范畴，本实用新型由权利要求书的范围来定义。
另一方面，本说明书中所使用的术语是用于说明实施例的，并非用于限定本实用新型。在本说明书中，单数型只要在文章中没有特别提及，即表示包含复数型。在说明书中所使用的“包括(comprises)”及/或“包含(comprising)”并不排除所提及的构成要素、步骤、动作及/或元件中存在或额外具有一个以上的其他构成要素、步骤、动作及/或元件。以下，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
图1是本实用新型的一个实施例的电容器直接冷却方式的逆变器的立体图。
参照图1，本实施例包括直流(DC，Direct Current；)电容器100、端子块部200、热交换壳体300、下部盖体部400、电源模块(power module)500、印刷电路基板部600。根据本实施例，冷却水在热交换壳体300的腔室及冷却装置(未示出)之间流动。通过这种冷却水的热交换，能够使得电源模块500及直流电容器100冷却。
换句话说，直流电容器100通过与冷却水的直接冷却方式进行热交换。此时，实现充分的温度管理。出于温度管理的原因，不需要将电容器容量变大。相对地，电容器容量得到降低，能够使得整体逆变器轻量化。
图2是图1所示的电容器直接冷却方式的逆变器的分解立体图。
参照图2，直流电容器100包括环形盖体部110和外置壳120。
环形盖体部110起到保持冷却水的气密性的作用。
外置壳120通过嵌入式注塑方式结合于所述环形盖体部110。外置壳120的上部为开放。
所述外置壳120可由金属材质或铝合金材质形成，或者由具有相对高于塑料材质的导热性的材质制造而成。
环形盖体部110由与外置壳120的材质不同的材质形成。例如，环形盖体部110可由如聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)那样在300℃熔点温度下不熔化且难燃性上优异的具有高耐热性的工程塑料(Engineering Plastics)材质形成。
环形盖体部110结合(例：熔接)于热交换壳体300的上部，执行以下作用：对热交换壳体的上部开放部位进行封闭；作为各种端子类的支承台；以及作为端子块部200的支承台。
端子块部200以在环形盖体110上得到支承的方式配置于直流电容器100的上部。
热交换壳体300具有四边环形截面。热交换壳体300结合于环形盖体部110的底表面，且具备供所述外置壳120沿竖直方向插入或贯通的腔室310。
关于腔室310，以竖直方向为基准，腔室310的上部及底部开放，以便供直流电容器100的外置壳120贯通。
在直流电容器100的外置壳120插入于位于四边环形截面内侧的腔室310时，热交换壳体300形成供冷却水流动的冷却流路。
换句话说，由于供冷却水流动的冷却流路沿着直流电容器100的外置壳120的周围形成，所以能够使冷却流路尺寸最小化，由此可实现小型化的逆变器。
这种腔室310具有能够在外置壳120和腔室310的内侧表面之间充填冷却水程度的体积。
腔室310的外侧壁以被热交换壳体300分离的状态包裹，腔室310的顶面被直流电容器100的环形盖体部110封闭，腔室310的底表面被下部盖体部400封闭。
向腔室310供给的冷却水与直流电容器100的外置壳120直接接触，能够执行直接冷却方式的热交换。
热交换壳体300由金属材质或铝合金材质形成，或者由具有相对高于塑料材质的导热性的材质或与外置壳120的材质相同的材质形成。
热交换壳体300可通过挤压成型制造方式来大量生产。
下部盖体部400起到包裹直流电容器100的底部(例：外置壳120的底侧端部)及所述热交换壳体300的底部的作用。
下部壳体400的上部外缘可以以熔接或粘贴的方式结合于热交换壳体300的底表面外缘。
下部壳体400的外部及内部形成有多个流路(未示出)。冷却水可通过流路而流入或流出。流路还起到在以下将要说明的热交换壳体300的冷却水入口或冷却水出口对冷却水进行供给或回收的作用。
电源模块500可形成多个(例：三个)。
各个电源模块500可以是传递模塑(Transfer Mold)式的绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)。
电源模块500设置于热交换壳体300的外侧部，与热交换壳体300的三个侧面进行面接触。
电源模块500包括：模块主体510、模块端子520、引线(lead wire)530。
模块主体510具有电力变换开关(switching)元件，以便将直流电转换为交流电。
模块端子520形成为多个。模块端子520从模块主体510的上部凸出，向直流电容器100或端子块部200侧延伸并弯折。
引线530形成为多个。从模块主体510的底部凸出，向印刷电路基板部600侧延伸。各个引线530的末端可以以锡焊方式接触于印刷电路基板部600。
电源模块500形成有一对螺栓孔(bolt hole)540。螺栓孔540向模块主体510的厚度方向贯通，在模块主体510的长度方向上分离配置。
螺栓孔540中插入有设置螺栓。设置螺栓分别结合于在热交换壳体300的三个侧面分别形成的设置孔301。其结果，电源模块500的模块主体510的表面直接接触于热交换壳体300的外表面。通过直接面接触，能够在模块主体510和热交换壳体300之间形成有效的热交换。
在电源模块500的模块主体510的表面和热交换壳体300的外表面之间可进一步设置有导热垫或导热膏(thermal grease)层550。导热垫或导热膏层550起到消除模块主体510的表面与热交换壳体300的外表面之间的空隙而提高热传导率的作用。
印刷电路基板部600配置于下部盖体部400的底表面，与所述电源模块500相接，起到处理内部信号的作用。
印刷电路基板部600的外缘上表面还形成有附着孔(未示出)，以与其附着孔一致的位置为基准，在下部盖体部400的底表面还形成固定孔(未示出)。印刷电路基板部600利用附着孔、固定孔及附着用螺栓(未示出)，能够固定于下部盖体部400的底表面。
图3是图2所示的直流电容器的立体图。
参照图3，直流电容器100包括：阶梯下部111，分别形成于环形盖体部110的四个角(corner)位置；阶梯上部112，具有在所述阶梯下部111之间凸出成比所述阶梯下部111的底表面更高的上表面。
环形盖体部110和外置壳120通过嵌入式注塑相互合体，形成有所述阶梯下部111及阶梯上部112。
直流电容器100在外置壳120的内部具有电容器元件(未示出)。
直流电容器100包括用于保护所述电容器元件的环氧树脂模件(Epoxy Mold)130。环氧树脂模件130填充于外置壳120的内部。
直流电容器100包括电源模块紧固端子140，所述电源模块紧固端子140从所述电容器元件延伸，从环氧树脂模件130凸出并弯折，从而配置于阶梯下部111或阶梯上部112。
电源模块紧固端子140具有相同极性或互不相同的极性，通过使极性一致，能够与图2所示的电源模块500的所属模块端子520相连接。
直流电容器100包括一对输入端子150，所述输入端子150以与电源模块紧固端子140不重合的形式，从所述电容器元件延伸，从环氧树脂模件130凸出并弯折而配置于所述阶梯上部112。
电源模块紧固端子140及输入端子150形成有结合口141、151，所述结合口141、151向端子厚度方向贯通，以便用于锡焊结合。
参照图1，端子块部200包括一体式的块主体210和腿部220。块主体210配置于环氧树脂模件130上。腿部220从块主体210的四个侧面分别以一体式凸出。一部分腿部220以所述输入端子150之间位置为基准被阶梯上部112的上表面支承。其他腿部220以与电源模块紧固端子140不重合的位置为基准，被阶梯上部112的上表面支承。
腿部220的底表面通过粘着剂或熔接而结合于直流电容器100的阶梯上部112的上表面。
此外，端子块部200包括上部接触板230，所述上部接触板230在块主体210的上表面分离配置。
上部接触板230由三相汇流条(Busbar)232和单相汇流条231构成，所述三相汇流条232与电动机(未示出)连接或接触，所述单相汇流条231与电池(未示出)侧连接或接触。
端子块部200还包括Y电容(Y-cap)240，所述Y电容240配置于所述端子块部200的底表面，例如端子块部200的块主体210的底表面，以便与单相汇流条231通电而降低噪音。
Y电容240设置于端子块部200和直流电容器100之间。
端子块部200包括多个汇流条末端部250、251，所述汇流条末端部250、251与三相汇流条232或单相汇流条231相连接，从所述块主体210的外缘侧底表面凸出并弯折，水平延伸。在此，一侧汇流条末端部250与所述直流电容器100的输入端子150进行面接触，另一侧汇流条末端部251与电源模块500的模块端子520进行面接触，在此，进行面接触的部位能够通过锡焊而相互结合，从而实现可通电的状态。
图4是图2所示的直流电容器与热交换壳体结合的立体图。
参照图4，热交换壳体300包括：三个槽部330，形成于热交换壳体300的角(corner)部320之间；散热片(cooling fin)331，从所述槽部330的内侧表面凸出有多个。
换句话说，热交换壳体300的腔室310具有与多个槽部330及散热片331的形状相对应的构造。槽部330及散热片331起到增大表面积的作用。换句话说，腔室310与具有单纯内侧表面或平滑面的结构相比能够具有相对较大的热交换面积。
槽部330及散热片331周围的空间可以是供冷却水W流动的冷却流路。
腔室310的内部充填有可循环(例：供给及回收)的冷却水W，其冷却水W能够与直流电容器100的外置壳120直接接触。更为具体地，腔室310内部的冷却水W与外置壳120的除环氧树脂模件之外的所有表面(例：四个侧面及底表面)直接接触，从而能够执行直接冷却方式的热传递或热交换。
此外，在热交换壳体300的不存在散热片331的侧壁部340形成有冷却水出口341及排出通路。冷却水出口341与上文所提及的下部盖体部400的用于供冷却水流出的流路410相连接。
冷却水出口341的相反一侧排出通路的末端与腔室310的内部空间相连接。
此外，冷却水W经过下部盖体部400的用于供冷却水流入的流路420，并经过各个散热片331所在位置，能够向腔室310的内部流入。
此外，与冷却水出口341相关地，与腔室310贯通形成的排出通路的入口342形成于侧壁面340的内侧表面。
由此，所述流入的冷却水W执行与直流电容器100或电源模块的热交换，之后经由排出通路的入口342、冷却水出口341及下部盖体部400的用于供冷却水流出的流路410，能够向冷却装置(未示出)侧回收。
并且，为了避免与连接于冷却水出口341的管线(未示出)的干扰、或为了确保管线的入口、或为了确保插座(socket)连接用电线的进入空间，在如图1所示的印刷电路基板部600的侧壁还设置有长孔状的槽部610。
以上说明只是对本实用新型的技术构思的示例性说明，本实用新型所属技术领域内具有一般知识的技术人员能够在不脱离本实用新型的本质性特性的范围内进行多种修改及变形。由此，本实用新型中所示出的实施例是用于说明的，而并非用于限定本实用新型的技术构思，且并非通过这种实施例来限定本实用新型的权利范围。本实用新型的保护范围应通过权利要求书来解释，并且应解释为与其等同或均等范围内的全部技术构思包含于本实用新型的权利范围内。
Claims (7)
1.一种电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，包括：
直流电容器，具有环形盖体部和外置壳，所述环形盖体部用于保持冷却水的气密性，所述外置壳通过嵌入式注塑方式结合于所述环形盖体部，并且上部开放；
端子块部，以支承在所述环形盖体部上的方式，配置于所述直流电容器的上部；
热交换壳体，结合于所述环形盖体部的底表面，且具备供所述外置壳沿竖直方向贯通的腔室；
下部盖体部，包围所述直流电容器的底部及所述热交换壳体的底部；
多个电源模块，设置于所述热交换壳体的外侧部，进行面接触；
以及
印刷电路基板部，配置于所述下部盖体部的底表面，与所述电源模块相连接，
通过在所述腔室及冷却装置之间流动的冷却水进行热交换，从而冷却所述电源模块及所述直流电容器。
2.根据权利要求1所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，所述直流电容器包括：
阶梯下部，分别形成于所述环形盖体部的四个角位置；
阶梯上部，具有在所述阶梯下部之间凸出成比所述阶梯下部的底表面更高的上表面；
环氧树脂模件，填充于所述外置壳，以便保护所述外置壳的内部的电容器元件；
电源模块紧固端子，从所述电容器元件延伸，并从所述环氧树脂模件凸出并弯折，从而配置于所述阶梯下部或所述阶梯上部；以及
一对输入端子，以与所述电源模块紧固端子不重合的方式，从所述电容器元件延伸，并从所述环氧树脂模件凸出并弯折，从而配置于所述阶梯上部。
3.根据权利要求2所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，所述外置壳及所述热交换壳体由金属材质或铝合金材质形成。
4.根据权利要求2所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，所述端子块部包括：
块主体，配置在所述环氧树脂模件上；
腿部，从所述块主体的四个侧面分别以一体式凸出，并且支承在相当于与所述输入端子之间位置或与所述电源模块紧固端子不重合的位置的、所述阶梯上部的上表面；以及
上部接触板，在所述块主体的上表面分离配置。
5.根据权利要求4所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，所述上部接触板包括：三相汇流条，与电动机连接；以及单相汇流条，与电池连接。
6.根据权利要求5所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，所述端子块部包括：
Y电容，配置于所述端子块部的底表面，以便与所述单相汇流条通电而降低噪音；以及
多个汇流条末端部，与所述三相汇流条或所述单相汇流条相连接，从所述块主体的外缘侧底表面凸出并弯折，从而水平延伸，
所述汇流条末端部与所述直流电容器的输入端子或所述电源模块的模块端子进行面接触。
7.根据权利要求1所述的电容器直接冷却方式的逆变器，其特征在于，
所述热交换壳体包括：
三个槽部，形成于所述热交换壳体的角部之间；
散热片，从所述槽部的内侧表面凸出有多个；以及
冷却水出口，形成在所述热交换壳体的不存在所述散热片的侧壁部。
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