CN219555487U - 逆变器设备和包括该逆变器设备的汽车牵引电机设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种逆变器设备，所述逆变器设备包括壳体以及封装在壳体内的功率模块和电路板，所述壳体包括彼此密封连接的第一壳体部分和第二壳体部分；由所述第一壳体部分和所述第二壳体部分共同限定有用于绝缘冷却液在其中流动的第一流道；其中，所述第一流道包括截面缩窄部段，所述功率模块被布置在所述第一流道的该截面缩窄部段中。本实用新型还涉及一种包括上述逆变器设备的汽车牵引电机设备。根据本实用新型的结构允许逆变器设备中的所有器件浸没在作为冷却剂的绝缘冷却液中，使发热器件与绝缘冷却液直接接触，从而大幅提升逆变器设备的散热效率。

Description

逆变器设备和包括该逆变器设备的汽车牵引电机设备

技术领域

本实用新型涉及逆变器技术领域、具体地涉及一种逆变器设备以及包括该逆变器设备的汽车牵引电机设备。

背景技术

逆变器设备、尤其是汽车牵引电机用的逆变器设备主要作用是把来自于动力蓄电池的直流电转变为电机驱动所需要的交流电。通常，逆变器设备由功率模块、直流母线电容、主控及驱动电路板、传感器、EMC滤波器以及必要的机械部件等组成。由于汽车内部布置空间受限和高功率需求，逆变器设备通常被设计成具有高功率和小体积，这使得自然冷却通常无法满足逆变器设备的散热需求。

现有技术中广泛采用的水冷式逆变器设备存在因冷却水泄漏而引起绝缘失效故障等问题。另外，目前的水冷方案中会导致逆变器设备中的一部分发热器件无法得到冷却水的快速降温，而导致这些器件仅能通过增加成本的方式来实现所期望的散热。

实用新型内容

有鉴于此，根据本实用新型的一个方面，其提出了一种逆变器设备，所述逆变器设备包括壳体以及封装在壳体内的功率模块和电路板，所述壳体包括彼此密封连接的第一壳体部分和第二壳体部分；由所述第一壳体部分和所述第二壳体部分共同限定有用于绝缘冷却液在其中流动的第一流道；其中，所述第一流道包括截面缩窄部段，所述功率模块被布置在所述第一流道的该截面缩窄部段中。

有利地，在所述第二壳体部分的内侧设置有朝向所述第一壳体部分伸出的凸起部，以在该凸起部处界定所述第一流道的所述截面缩窄部段。

有利地，在所述第二壳体部分中形成有用于绝缘冷却液在其中流动的第二流道，所述电路板被布置在所述第二流道中。

有利地，所述逆变器设备还包括滤波器和直流母线电容，所述滤波器和直流母线电容均被布置在所述第一流道中。

有利地，所述功率模块、所述滤波器和/或所述直流母线电容的电容芯子被直接固定至所述第一壳体部分的内壁上。

有利地，在所述第一壳体部分中设置有供冷却液进入的进液口和供冷却液流出的出液口。

有利地，所述壳体由塑料材料制成，其中在所述壳体的壁中或者围绕所述壳体的外周设置有金属屏蔽层，以形成完整的金属笼状结构。

有利地，在所述壳体中设置有与所述金属屏蔽层接触的一个或多个接地点。

根据本实用新型的另一方面，还提出了一种汽车牵引电机设备，其包括电机，所述汽车牵引电机设备还包括上述逆变器设备。

有利地，所述电机的冷却液系统中用于循环绝缘冷却液的管道与所述逆变器设备中的流道流体连接。

与现有技术相比，采用根据本实用新型的设备结构，能够至少实现以下技术效果之一：允许逆变器设备中的所有电子器件浸没在绝缘冷却液中，使发热器件与绝缘冷却液直接接触，大幅增加发热器件与冷却液的热传导系数，从而提升逆变器的散热效率，同时还从根本上杜绝了由于冷却水泄漏而引起的绝缘失效故障；针对核心发热部件(如功率模块中的半导体芯片)设置截面缩窄的流道部段以在该部段处形成较大的流速，从而允许迅速带走热量；采用注塑壳体，降低了成本和重量，同时通过在注塑壳体内嵌入或在注塑壳体外设置金属屏蔽层，提升了逆变器设备的电磁屏蔽性能。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的上述和其它特征和优点将变得更加容易理解，其中：

图1示出了现有技术中的用于逆变器设备的冷却系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的逆变器设备的截面示意图；以及

图3示出了根据本实用新型的另一个实施例的逆变器设备的截面示意图。

所有附图都只是示意性的，而且并不一定按比例绘制，附图中所示的各设备部件的相对位置关系也是示意性的而非旨在限制本实用新型的保护范围。

此外附图中仅示出为了阐明本实用新型而必需的那些部分，其他部分被省略或仅仅提及。例如，为了清楚性，图2和图3中省去了逆变器设备中包括一些连接器以及部件之间的连接线等。即，除附图中所示出的部件外，本实用新型还可以包括其他部件。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而无欲限制这些元件的本质、序列、顺序或数目。另外，需指出，在本说明书中，相同的和/或功能相同的技术特征采用相同或相似的附图标记。

应知晓的是，逆变器设备通常由功率模块、直流母线电容、主控和驱动电路板、传感器、EMC滤波器以及必要的机械部件等组成。参见图1，其示出了现有技术中的用于逆变器设备10’的冷却系统的示意图。该冷却系统采用了部分液冷结构，以通过利用密闭腔体20’内的冷却液(如冷却水)来主要对逆变器设备10’中的发热量较大的直流母线电容13’和功率模块14’进行散热，从而经由冷却液将由这些部件产生的大部分热量从逆变器设备10’内部带走，而由其余部件(如滤波器12’和电路板15’)产生的热量通过空气或通过使这些部件紧贴逆变器设备10’的壳体11’的方式而最终由壳体11’将热量引至逆变器设备外部。

具体地，如图1中所示，冷却水可从进液口A进入至密闭腔体20’内并从出液口B流出。进入至密闭腔体20’内的冷却水与发热量较大的直流母线电容13’和功率模块14’之间通过金属隔板(其可以作为逆变器设备壳体的一部分)彼此间隔开，使得该逆变器设备10’包括包含有冷却水的湿腔(对应上述密闭腔体20’)和布置有电子器件的干腔(对应逆变器设备的壳体腔)。

为了避免由于振动或工艺原因而导致冷却水泄漏至干腔引起绝缘失效故障，在发热部位(如直流母线电容13’和功率模块14’)与金属隔板之间附加地设置有绝缘材料层21’。然而，这些绝缘层和金属隔层大大降低了核心发热部位(功率模块的半导体芯片等)和冷却介质之间的导热系数，限制了设备功率密度的提升。另外，逆变器设备中存在大部分器件无法通过冷却液来带走热量，导致只能通过增加成本的方式实现设备所需要的性能，例如，逆变器设备中的直流母排使用较大的散热表面积和截面积，功率模块的驱动电源变压器使用较粗的漆包线等等。如图1中所示的逆变器设备采用铝合金压铸外壳，其重量较大，成本较高。

为此，本实用新型提出了一种改进的技术方案，其允许逆变器设备中的所有器件浸没在绝缘冷却液中，使发热器件与绝缘冷却液直接接触，大幅增加发热器件与绝缘冷却液之间的热传导系数，并保证足够的冷却液流量以带走热量，从而大幅提升逆变器设备的散热效率。

参见图2，其示出了根据本实用新型实施例的逆变器设备的截面示意图。该逆变器设备10包括壳体11以及封装在壳体11内的滤波器12、直流母线电容13、功率模块14和电路板15等。所述壳体11由塑料材料制成，例如通过注塑成型，且包括第一壳体部分11a和第二壳体部分11b，其中第一壳体部分11a可形成有内部凹腔，第二壳体部分11b可用作封盖。第一壳体部分11a与第二壳体部分11b之间彼此密封连接(除供冷却液进出的进液口A和出液口B外)且两者共同限定了用于冷却剂在其中流过的第一流道16。冷却剂采用绝缘冷却液的形式，如此，逆变器设备10中的滤波器12、直流母线电容13和功率模块14可有利地均被直接布置在所述第一流道16中，从而允许这些部件与绝缘冷却液直接接触而大幅提升散热效率。

考虑到功率模块14中的半导体芯子发热量较大且要求高散热效率，第一流道16中可有利地设置有相比于流道的其余部段而言的截面缩窄部段16a。由于第一流道在该截面缩窄部段处的截面变化，使得在此处能实现局部较大的冷却液流速。如此，功率模块14可被布置在所述第一流道的该截面缩窄部段16a中，从而允许大量的热量被从逆变器设备内迅速带离。

根据图2中所示的具体实施例，在第二壳体部分11b的内侧可设置有朝向第一壳体部分11a伸出的凸起部111，以在该凸起部111处界定所述第一流道16的所述截面缩窄部段16a。当然，其他结构形式的截面缩窄部段的设置也是可行的，只要能够实现上文描述的功能即可，例如也可以选择在第一壳体部分中形成朝向第二壳体部分伸出的凸起部，以限定所述截面缩窄部段。

有利地，逆变器设备10中的滤波器12、直流母线电容13以及功率模块14等均可被直接固定至第一壳体部分11a的内壁如内侧底壁上。例如，可选择将直流母线电容13的电容芯子直接固定至所述第一壳体部分11a的内侧底壁上，如此可使得省去直流母线电容的注塑壳体，从而进一步减小了逆变器设备的体积和重量。

考虑到电路板15通常被布置在功率模块14上方，若将电路板15与功率模块14一同布置在第一流道16的截面缩窄部段16a中，电路板15上的电子器件会因在该截面缩窄部段16a处形成的快速冷却液流而导致部件损坏。为此，电路板15可被布置在第二壳体部分11b的凸起部111处，例如，可在该凸起部111中形成一凹腔以用于容纳该电路板(见图2)，如此一方面能够避免电路板与截面缩窄部段中快速流动的冷却液直接接触而造成不期望的损坏，另一方面允许电路板利用截面缩窄部段处的快速冷却液流通过热传导作用被带走热量。

然而，为了允许电路板15能够与绝缘冷却液直接接触而获得更佳的散热性能，如图3所示的优选实施例中，在第二壳体部分11b中可另外形成有用于绝缘冷却液在其中流过的第二流道17，逆变器设备的电路板15可被布置在所述第二流道17中。通过第一流道(对应主流道)和第二流道(对应副流道)的设计，使得既能够利用截面缩窄部段形成的大流速而将功率模块14的热量快速带走，还能够通过将电路板15布置在副流道中以允许电路板15通过与绝缘冷却液直接接触来散热，同时避免了电路板上的电子器件的任何损坏。

另外，为了提升逆变器设备整体的电磁兼容性(EMC,ElectromagneticCompatibility)水平，在第一壳体部分和第二壳体部分中设置有作为嵌件的金属屏蔽层18(见图2-3)。在第一壳体部分中的金属屏蔽层和第二壳体部分中的金属屏蔽层彼此可靠接触，以使得形成一个完整的金属笼状结构以起到电磁屏蔽的作用。当然，也可以选择直接在所述第一壳体部分和第二壳体部分外周设置连续的金属屏蔽层。此外，在逆变器设备的壳体中可设置有与金属屏蔽层接触的一个或多个接地点19，以保证电路系统能稳定工作，有利于抑制电磁辐射。

如上讨论的根据本实用新型的逆变器设备能够被有利地应用于汽车领域中，如用于汽车牵引电机设备中。尽管逆变器设备会由于汽车内部布置空间受限和高功率需求而设计成具有高功率和小体积，通过根据本实用新型的逆变器设备的冷却结构设计能满足所期望的散热效率。

此外，在现有技术中的水冷式逆变器设备与采用绝缘冷却液冷却定子的电机的共壳体设计中，由于两者所采用的冷却介质的不同，常常需要使用两套截然不同的冷却系统，导致较高的生产成本。然而，根据本实用新型的逆变器设备，由于逆变器设备与电机一样均采用绝缘冷却液进行冷却，电机的冷却液系统中用于循环绝缘冷却液的管道可与逆变器设备中的流道流体连接，因而允许仅采用一套冷却液系统即可，克服了现有技术中的上述不足。

应当指出，上面说明的实施例仅应被视为示例性的，本实用新型不限于这些实施例。例如，虽然本公开附图示出了相关部件的布置位置关系，通过考虑本说明书的内容，本领域技术人员可在不偏离本实用新型的范围或精神的情况下做出多种改变和变型。本实用新型的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。

Claims (10)

1.一种逆变器设备(10)，所述逆变器设备包括壳体(11)以及封装在壳体(11)内的功率模块(14)和电路板(15)，其特征在于，所述壳体包括彼此密封连接的第一壳体部分(11a)和第二壳体部分(11b)；由所述第一壳体部分和所述第二壳体部分共同限定有用于绝缘冷却液在其中流动的第一流道(16)；其中，所述第一流道包括截面缩窄部段(16a)，所述功率模块(14)被布置在所述第一流道的该截面缩窄部段(16a)中。

2.根据权利要求1所述的逆变器设备(10)，其特征在于，在所述第二壳体部分(11b)的内侧设置有朝向所述第一壳体部分(11a)伸出的凸起部(111)，以在该凸起部处界定所述第一流道的所述截面缩窄部段(16a)。

3.根据权利要求2所述的逆变器设备(10)，其特征在于，在所述第二壳体部分(11b)中形成有用于绝缘冷却液在其中流动的第二流道(17)，所述电路板(15)被布置在所述第二流道中。

4.根据权利要求1所述的逆变器设备(10)，其特征在于，所述逆变器设备还包括滤波器(12)和直流母线电容(13)，所述滤波器和直流母线电容均被布置在所述第一流道(16)中。

5.根据权利要求4所述的逆变器设备(10)，其特征在于，所述功率模块、所述滤波器和/或所述直流母线电容的电容芯子被直接固定至所述第一壳体部分(11a)的内壁上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的逆变器设备(10)，其特征在于，在所述第一壳体部分(11a)中设置有供冷却液进入的进液口(A)和供冷却液流出的出液口(B)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的逆变器设备(10)，其特征在于，所述壳体由塑料材料制成，其中在所述壳体(11)的壁中或者围绕所述壳体(11)的外周设置有金属屏蔽层(18)，以形成完整的金属笼状结构。

8.根据权利要求7所述的逆变器设备(10)，其特征在于，在所述壳体中设置有与所述金属屏蔽层(18)接触的一个或多个接地点(19)。

9.一种汽车牵引电机设备，其包括电机，其特征在于，所述汽车牵引电机设备还包括根据权利要求1至8中任一项所述的逆变器设备(10)。

10.根据权利要求9所述的汽车牵引电机设备，其特征在于，所述电机的冷却液系统中用于循环绝缘冷却液的管道与所述逆变器设备中的流道流体连接。