DE102017215720A1

DE102017215720A1 - Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017215720A1
Application number: DE102017215720.8A
Authority: DE
Inventors: Sang Chan Jeong
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: DE102017215720B4; US10091898B2; CN108616220A; US20180168056A1; KR20180068017A; CN108616220B

Abstract

Eine Leistungswandlungseinrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem ein Leistungsmodul angebracht ist, und eine mehrphasige Ausgangssammelschiene. Die mehrphasige Ausgangssammelschiene besitzt ein Ende, das mit dem Leistungsmodul elektrisch verbunden ist, und ein verbleibendes Ende, das das Gehäuse so durchdringt, dass es unmittelbar nach außen freiliegt.

Description

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, und insbesondere eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die ein Gehäuse durch die Verbesserung der Struktur eines Verbinders vereinfachen kann.
Beschreibung des Standes der Technik
In jüngster Zeit ziehen aufgrund des Interesses an grüner Energie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge als Next-Generation-Fahrzeuge (Fahrzeuge der nächsten Generation), die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ersetzen sollen, Aufmerksamkeit auf sich.
Diese Hybridfahrzeuge und Elektro-/Brennstoffzellenfahrzeuge verwenden als Energiequelle eine Antriebsmaschine und einen Hochleistungsmotor.
Die Hybridfahrzeuge und Elektro-/Brennstoffzellenfahrzeuge verwenden ein Wechselrichtersystem als Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Hochspannungs-Gleichstrom, der in einer Batterie oder einer Brennstoffzelle erzeugt wird, in einen dreiphasigen Wechselstrom mit U-, V- und W-Phasen umwandelt.
Ein herkömmliches Wechselrichtersystem umfasst beispielsweise ein Leistungsmodul mit einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Kondensatormodul zur Aufnahme von durch Schalten des IGBT verursachtem Rippelstrom, und einen Induktor, der bewirkt, dass ein Motor als Antriebsleistungserzeugungsquelle betrieben wird oder eine Ausgangsspannung filtert. Die Bestandteile des Systems werden beim Gebrauch in ein Gehäuse verpackt.
Bei dem oben beschriebenen Wechselrichtersystem ist ein Hochspannungs-Dreiphasenverbinder vom Hebelkupplungstyp vorgesehen, der einen männlichen Teil und einen weiblichen Teil zur elektrischen Verbindung mit anderen Bestandteilen aufweist. Beispielsweise wird der männliche Teil des Verbinders in dem Gehäuse angebracht, in dem das Wechselrichtersystem verpackt ist, und der weibliche Teil des Verbinders, der mit einem Hochspannungs-Drahtring verbunden ist, wird bei der Fahrzeugmontage angebracht. Der weibliche Teil des Verbinders ist von dem Typ, der mit dem männlichen Teil unter Verwendung eines Hebels zusammengebaut wird.
Bei einer herkömmlichen Gehäusestruktur ist der männliche Teil des Verbinders, der mit dem Gehäuse verschraubt und zusammengebaut ist, über eine Ausgangssammelschiene mit dem Leistungsmodul verbunden. Die Ausgangssammelschiene ist sowohl mit dem Leistungsmodul als auch mit dem männlichen Teil des Verbinders verschraubt und zusammengebaut. Zudem ist eine dreiphasige Ausgangssammelschiene, die drei Sammelschienen, nämlich eine U-, eine V- und eine W-Phasen-Sammelschiene umfasst, so ausgebildet, dass sie es ermöglicht, dass zwei von drei Phasen einen Stromsensor durchlaufen.
Die vorliegende Erfindung reduziert die Anzahl der Fahrzeugteile und die damit verbundenen Kosten durch Integrieren des männlichen Teils des Verbinders in das Gehäuse. In der vorliegenden Offenbarung hat der männliche Teil des Verbinders die gleiche Funktion wie die dreiphasige Ausgangssammelschiene mit der Ausnahme, dass er mit dem weiblichen Teil verbunden ist.
Die in diesem Abschnitt offenbarten Gegenstände dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Offenbarung und sind nicht als Anerkennung oder als Hinweis darauf zu verstehen, dass die Gegenstände den dem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik bilden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde daher im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die durch die Verwendung einer Struktur, die ein männliches Teil des Verbinders vermeidet und direkt eine Ausgangssammelschiene freigibt, ein Gehäuse mit einer vereinfachten Struktur und einer reduzierten Größe bereitstellt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können die oben genannten und weitere Aufgaben durch das Bereitstellen einer Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einem Gehäuse, in dem ein Leistungsmodul montiert ist, und einer mehrphasigen Ausgangssammelschiene, deren eines Ende elektrisch mit dem Leistungsmodul verbunden ist und deren anderes Ende das Gehäuse derart durchdringt, dass es direkt einer Außenumgebung ausgesetzt ist, gelöst werden.
Das Gehäuse kann einen Gehäusehauptkörper mit einem Aufnahmeraum mit einer offenen Oberseite aufweisen, wobei das Leistungsmodul in dem Aufnahmeraum bereitgestellt ist. Ferner kann das Gehäuse eine Abdeckung zum Abdecken der offenen Oberseite des Gehäusehauptkörpers aufweisen, wobei die mehrphasige Ausgangssammelschiene die Abdeckung durchdringt.
Die Leistungswandlungseinrichtung kann ferner eine innerhalb des Gehäusehauptkörpers aufgenommene Halterung umfassen, wobei die Halterung dazu dient, die mehrphasige Ausgangssammelschiene zu fixieren. Die Halterung kann ein oberes Ende aufweisen, das dazu eingerichtet ist, in eine untere Oberfläche der Abdeckung eingepresst und an dieser befestigt zu werden.
Die Halterung kann eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweisen, durch die die mehrphasige Ausgangssammelschiene geführt ist, und eine Mehrzahl von Fixiervorsprüngen, die von einem Rand jedes Durchgangslochs nach oben herausragen und so angeordnet sind, dass sie die Ausgangssammelschiene umgeben. Jeder Vorsprung weist eine innere Seitenfläche auf, um mit einer Seitenfläche der Ausgangssammelschiene in Berührung zu kommen.
Die Befestigungsvorsprünge, die so angeordnet sind, dass sie die Ausgangssammelschiene umgeben, können so angeordnet werden, dass sie mit der Ausgangssammelschiene eine vorbestimmte Lücke bilden. Jeder Befestigungsvorsprung kann eine geneigte äußere Seitenoberfläche aufweisen. Die Abdeckung kann in ihrer Unterseite mit Einführausnehmungen versehen sein, in die die jeweiligen Fixiervorsprünge eingebracht und fixiert sind. Die Fixiervorsprünge können während des Einbringens in die Einführausnehmungen elastisch in engen Kontakt mit der Ausgangssammelschiene gebracht werden.
Die Halterung kann aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung kann ferner einen Stromsensor umfassen, der innerhalb des Gehäusehauptkörpers untergebracht ist und so installiert ist, dass die mehrphasige Ausgangssammelschiene hindurchdringen kann, so dass der Stromsensor mit einer ausgewählten Ausgangssammelschiene der mehrphasigen Ausgangssammelschiene elektrisch verbunden ist. Die Halterung kann auf einer Oberseite des Stromsensors aufliegen.
Figurenliste
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 eine vergrößerte Seitenansicht wesentlicher Teile der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 eine perspektivische Ansicht einer Halterung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Montageprozesses der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verbindungsbeziehung eines weiteren Verbinders und der Leistungswandlungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen unterschiedlichen Formen implementiert werden. Die Ausführungsformen hierin sind lediglich dazu vorgesehen, die Offenbarung der vorliegenden Offenbarung zu vervollständigen und Fachleuten den Umfang der vorliegenden Offenbarung vollständig darzulegen. In sämtlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Wie in den Zeichnungen veranschaulicht ist, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Gehäuse 10, in dem ein Leistungsmodul 1 angebracht ist, und eine mehrphasige Ausgangssammelschiene 20, deren eines Ende mit dem Leistungsmodul 1 elektrisch verbunden ist und deren anderes Ende das Gehäuse 10 durchdringt, so dass es direkt nach außen freigelegt ist. Darüber hinaus umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung ferner eine Halterung 30, die in einem Gehäusehauptkörper 11 aufgenommen ist und zur Fixierung der mehrphasigen Ausgangssammelschiene 20 dient, und einen Stromsensor 40, der in dem Gehäusehauptkörper 11 aufgenommen ist. Der Stromsensor 40 ist so angebracht, dass die mehrphasige Ausgangssammelschiene 20 hindurchdringen kann, so dass der Stromsensor 40 mit einer ausgewählten Ausgangssammelschiene 20 der mehrphasigen Ausgangssammelschiene 20 elektrisch verbunden ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet eine dreiphasige Ausgangssammelschiene (im Folgenden zusammengefasst als „Ausgangssammelschiene“ bezeichnet), die drei U-, V- und W-Phasen-Stromschienen umfasst.
In dem Gehäuse 10 sind das Leistungsmodul 1, die Ausgangssammelschiene 20, die Halterung 30 und der Stromsensor 40 angebracht. Das Gehäuse 10 definiert damit einen Aufnahmeraum, in dem die zuvor genannten Elemente angebracht sind. Selbstverständlich sind die Elemente in dem Aufnahmeraum des Gehäuses 10 nicht auf die zuvor genannten Elemente beschränkt, und verschiedene andere Elemente, wie etwa ein Kondensatormodul und eine Induktivität, können ebenso damit angebracht werden.
Das Gehäuse 10 umfasst den Gehäusehauptkörper 11 mit dem Aufnahmeraum mit der offenen Oberseite und eine Abdeckung 13 zum Abdecken der offenen Oberseite des Gehäusehauptkörpers 11.
Zu diesem Zeitpunkt durchdringt das Ende der Ausgangssammelschiene 20 die Abdeckung 13 und ist dadurch unmittelbar der Außenumgebung des Gehäuses 10 ausgesetzt.
Die Halterung 30 dient dazu, die Position der Ausgangssammelschiene 20 zu fixieren und eine Beabstandung der Ausgangssammelschiene 20 von dem Gehäusehauptkörper 11 und der Abdeckung 13 um einen vorbestimmten Abstand zur Isolierung dazwischen zu ermöglichen. Selbstverständlich kann zwischen der Ausgangssammelschiene 20, dem Gehäusehauptkörper 11 und der Abdeckung 13 ein Isolator zwischengeschaltet sein.
Die gesamte Halterung 30 ist eben ausgebildet und so konfiguriert, dass sie die Position der durch sie hindurchgehenden Ausgangssammelschiene 20 fixiert. In der Halterung 30 sind Durchgangslöcher 31, die die Ausgangssammelschienen 20 durchdringen, in der gleichen Anzahl wie die Anzahl der Ausgangssammelschienen 20 gebildet. Wie aus den Figuren hervorgeht, kann die Halterung 30 mit drei Durchgangslöchern 31 zur Aufnahme einer dreiphasigen Ausgangssammelschiene 20 versehen sein.
Dabei ist auch die Halterung 30 mit einer Mehrzahl von Fixiervorsprüngen 33 versehen. Jeder Vorsprung ragt von der Kante der Durchgangsloches 31 so nach oben, dass die Ausgangssammelschiene 20 umgeben wird, um die Ausgangssammelschiene 20 zu fixieren.
Die Fixiervorsprünge 33, die die Ausgangssammelschiene 20 umgeben, sind so angeordnet, dass sie mit der Ausgangssammelschiene 20 einen vorbestimmten Spalt D2 bilden. Zudem wird, wenn die Halterung 30 und die Abdeckung 13 zusammengefügt sind, die innere Seitenfläche jedes Befestigungsvorsprungs 33 in Kontakt mit der Seitenfläche der Ausgangssammelschiene 20 gebracht und an ihr fixiert.
Um den Befestigungsvorsprung 33 bei der Montage elastisch in engen Kontakt mit der Ausgangssammelschiene 20 zu bringen, kann die äußere Seitenfläche des Befestigungsvorsprungs 33 geneigt sein. Zu diesem Zeitpunkt kann die äußere Seitenfläche 33a eine gerade Form aufweisen, so dass sie eine konstante Steigung aufweist, oder sie kann eine gekrümmte Form mit einer konstanten Krümmung aufweisen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die äußere Seitenfläche des Befestigungsvorsprungs 33 eine gekrümmte Form auf.
Die Abdeckung 13 weist in seiner Unterseite ausgebildete Einführausnehmungen 13a auf, so dass die Befestigungsvorsprünge 33 in die jeweiligen Einführausnehmungen 13a eingeführt und fixiert werden. Somit ist das obere Ende der Halterung 30, d. h. die Befestigungsvorsprünge 33, in die in der Unterseite der Abdeckung 13 ausgebildeten Einführausnehmungen 13a eingepresst und fixiert.
Da jeder Befestigungsvorsprung 33 in die Einführausnehmung 13a in der Abdeckung 13 eingeführt ist, wird der Befestigungsvorsprung 33 durch die Neigung seiner äußeren Seitenfläche elastisch in engen Kontakt mit der Ausgangssammelschiene 20 gebracht. Zu diesem Zweck können die Befestigungsvorsprünge 33 in gegenüberliegenden Paaren um die Ausgangssammelschiene 20 herum ausgebildet sein.
Dabei werden die Befestigungsvorsprünge 33 so verformt, dass sie bei der Montage in engen Kontakt mit der Ausgangssammelschiene 20 kommen. Die mit den Fixiervorsprüngen 33 versehene Halterung 30 kann unter Verwendung eines hochelastischen Kunststoffmaterials hergestellt werden. Beispielsweise kann die Halterung 30 durch Spritzgießen unter Verwendung eines Kunststoffmaterials gebildet werden.
Der Montageprozess der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit der oben beschriebenen Konfiguration wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst werden, wie in 2 dargestellt, das Leistungsmodul 1 und die mit diesem elektrisch verbundene Ausgangssammelschiene 20 innerhalb des Gehäusehauptkörpers 11 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgangssammelschiene 20 derart angeordnet, dass ein Ende der Ausgangssammelschiene 20 durch die offene Oberseite des Gehäusegrundkörpers 11 läuft und dadurch aus dem Gehäusehauptkörper 11 herausragt.
Anschließend wird der Stromsensor 40 mit dem Ende der Ausgangssammelschiene 20 verbunden, und die Halterung 30 wird auf die Oberseite des Stromsensors 40 aufgesetzt, um die Position der Ausgangssammelschiene 20 zu fixieren.
Der Zustand, in dem die Ausgangssammelschiene 20 fixiert ist, ist in 5(a) dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt bleiben die Ausgangssammelschiene 20 und die Fixiervorsprünge 33 der Halterung 30 durch einen vorbestimmten Spalt D2 voneinander beabstandet. Der vorbestimmte Abstand zwischen der Ausgangssammelschiene 20 und den Fixiervorsprüngen 33 der Halterung 30 kann eine einfache Montage der Halterung 30 gewährleisten und kann Beschädigungen, wie etwa Kratzer, an der Seitenfläche der Ausgangssammelschiene 20 verhindern.
Wie in 5(b) dargestellt, ist die offene Oberseite des Gehäusehauptkörpers 11 mit der Abdeckung 13 abgedeckt. Dadurch ist die Abdeckung 13 entlang der geneigten äußeren Seitenflächen der Fixiervorsprünge 33 angebracht, wodurch die Fixiervorsprünge 33 in engen Kontakt mit der Ausgangssammelschiene 20 gelangen. Infolgedessen sind die Orientierung und die Position der Ausgangssammelschiene 20 festgelegt. Zu diesem Zeitpunkt durchdringt das Ende der Ausgangssammelschiene 20 die Abdeckung 13 und wird dadurch nach außen freigelegt.
Wie in 3 dargestellt, kann dann, wenn das Ende der Ausgangssammelschiene 20 fixiert wurde, während es der Außenseite der Abdeckung 13 unmittelbar ausgesetzt ist, ein Verbinder 2 mit einer weiblichen Teilstruktur direkt mit der freigelegten Ausgangssammelschiene 20 verbunden sein.
Dementsprechend vereinfacht die vorliegende Offenbarung den Aufbau des Gehäuses 10 und reduziert die Abmessung des Gehäuses 10 aufgrund des Entfernens eines Verbinders mit einer männlichen Teilstruktur aus dem Gehäuse 10.
Zudem kann der Effekt der festen Fixierung der Ausgangssammelschiene 20 durch das Montieren der Abdeckung 13 mit dem Gehäusehauptkörper 11 erreicht werden, in dem die Halterung 30 vorgesehen ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Gehäuse aufgrund des Entfernens eines männlichen Verbinderteils durch direktes Freilegen einer Ausgangssammelschiene, die mit einem Leistungsmodul elektrisch verbunden ist, zu der Außenseite eines Gehäuses einen vereinfachten Aufbau und eine reduzierte Abmessung erreichen.
Somit können die Kosten eines männlichen Verbinderteils und die Kosten eines Befestigungsbolzens eingespart werden.
Zudem kann durch das Ersetzen eines männlichen Verbinderteils, das zur Fixierung der Position der Ausgangssammelschiene verwendet wurde, durch eine Halterung, die ein spritzgegossener Kunststoffartikel ist, die Ausgabesammelschiene in einer vereinfachten Weise angebracht werden und kann durch Montage mit einer Abdeckung fixiert werden, was das Gehäuse darstellt. Dadurch entfällt vorteilhafterweise ein Befestigen mittels eines separaten Bolzens.
Zudem kann die Halterung einen ausreichenden Isolierungsabstand zwischen der Ausgangssammelschiene einem Gehäusehauptkörper und der Abdeckung gewährleisten.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen, dass die vorliegende Offenbarung in verschiedenen anderen Ausführungsformen implementiert werden kann, ohne ihre technischen Grundgedanken oder Merkmale zu verändern.

Claims

Leisungsumwandlungsvorrichtung, umfassend: ein Gehäuse, in dem ein Leistungsmodul angebracht ist; und eine mehrphasige Ausgangssammelschiene, dessen eines Ende, das mit dem Leistungsmodul elektrisch verbunden ist, und dessen anderes Ende das Gehäuse derart durchdringt, dass es nach außen freiliegt.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse umfasst: einen Gehäusehauptkörper mit einem Aufnahmeraum mit einer offenen Oberseite, wobei das Leistungsmodul in dem Aufnahmeraum vorgesehen ist; und eine Abdeckung zum Abdecken der offenen Oberseite des Gehäusehauptkörpers, wobei die mehrphasige Ausgangssammelschiene die Abdeckung durchdringt.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine Halterung umfasst, die in dem Gehäusehauptkörper aufgenommen ist, wobei die Halterung zur Fixierung der mehrphasigen Ausgangssammelschiene dient, wobei die Halterung ein oberes Ende aufweist, das so ausgestaltet ist, dass es in eine untere Oberfläche der Abdeckung eingepresst und an dieser befestigt werden kann.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Halterung eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, durch die die mehrphasige Ausgangssammelschiene verläuft, und wobei die Halterung ferner eine Mehrzahl von Fixiervorsprüngen aufweist, die von einer Kante jedes Durchgangslochs nach oben vorstehen und so angeordnet sind, dass sie die Ausgangssammelschiene umgeben, wobei jeder Vorsprung eine innere Seitenfläche aufweist, um mit einer Seitenfläche der Ausgangssammelschiene in Kontakt zu kommen.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Fixiervorsprünge, die so angeordnet sind, dass sie die Ausgangssammelschiene umgeben, so angeordnet sind, dass sie mit der Ausgangssammelschiene einen vorbestimmten Spalt bilden, wobei jeder Fixiervorsprung eine geneigte äußere Seitenfläche aufweist, wobei die Abdeckung in ihrer Unterseite mit Einführungsausnehmungen versehen ist, in die die jeweiligen Fixiervorsprünge eingeführt und fixiert sind, und wobei die Fixiervorsprünge während des Einführens in die Einführausnehmungen elastisch in Kontakt mit der Ausgangssammelschiene gebracht werden.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Halterung aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Stromsensor, der innerhalb des Gehäusehauptkörpers untergebracht ist und so installiert ist, dass die mehrphasige Ausgangssammelschiene hindurchdringen kann, so dass der Stromsensor mit einer ausgewählten Ausgangssammelschiene der mehrphasigen Ausgangssammelschiene elektrisch verbunden ist, wobei die Halterung auf einer Oberseite des Stromsensors aufliegt.