WO2022227631A1 - 电机控制器功率装置及电机控制器 - Google Patents

电机控制器功率装置及电机控制器 Download PDF

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cavity
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motor controller
power
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钟华
刘志强
赵慧超
王宇
文彦东
侯毅鹏
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中国第一汽车股份有限公司
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor

Definitions

  • the motor controller is an integrated circuit used to control the motor to work according to the set direction, speed, angle and response time.
  • the function of the motor controller is to convert the electrical energy stored in the power battery into the electrical energy required to drive the motor according to the gear, accelerator, brake and other commands to control the starting operation, forward and backward speed, and climbing of the electric vehicle. strength and other driving conditions, or help electric vehicles to brake, and store part of the braking energy in the power battery.
  • the upper cavity power module and the lower cavity power module are respectively arranged in the heat dissipation area of the upper cavity and the lower cavity, and are disposed in the partition plate within the range of the heat dissipation area There is a cooling medium flow channel to dissipate heat to the upper cavity power module and the lower cavity power module;
  • the present application also provides a motor controller, which includes the above-mentioned motor controller power device. Since the motor controller of the present application includes the above-mentioned motor controller power device, it has at least the beneficial effects of the above-mentioned motor controller power device, which will not be repeated here.

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Abstract

本申请公开了一种电机控制器功率装置及电机控制器。电机控制器功率装置包括：主箱体，主箱体由隔板分隔成上腔体和下腔体，上腔体和下腔体均包括电容安装区、散热区以及铜排引出区；上腔体电容及下腔体电容，分别设于上腔体和下腔体的电容安装区内；上腔体功率模组及下腔体功率模组，分别设于上腔体和下腔体的散热区内，位于散热区范围内的隔板中设置有冷却介质流道，以对上腔体功率模组及下腔体功率模组进行散热；正负输入铜排，分为上下两部分，上下两部分分别连接上腔体电容及下腔体电容；第一三相输出铜排，分为上下两部分，上下两部分分别连接上腔体功率模组及下腔体功率模组。

Description

电机控制器功率装置及电机控制器
本申请要求在2021年4月28日提交中国专利局、申请号为202110467632.9的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及电机控制器技术领域，例如涉及一种电机控制器功率装置及电机控制器。
背景技术
电机控制器是用来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。
电机控制器需要进行功率控制，相关技术中的电机控制器功率装置要么不能实现较大功率等级的逆变器，能实现大功率等级的逆变器的电机控制器功率装置又存在结构复杂，体积较大，不便于安装，且成本较高、散热性能不好的问题。
发明内容
本申请提供一种能实现大功率逆变器，且布局合理，体积较小，散热能力强，集成度高，易于安装的电机控制器功率装置及电机控制器。
本申请采用以下技术方案：
一种电机控制器功率装置，包括：
主箱体，所述主箱体由隔板分隔成上腔体和下腔体，所述上腔体和所述下腔体均包括沿第一方向依次设置的电容安装区、散热区以及铜排引出区；
上腔体电容及下腔体电容，分别设于所述上腔体及所述下腔体的所述电容安装区内；
上腔体功率模组及下腔体功率模组，分别设于所述上腔体及所述下腔体的所述散热区内，位于所述散热区的范围内的所述隔板中设置有冷却介质流道，以对所述上腔体功率模组及所述下腔体功率模组进行散热；
正负输入铜排，分为上下两部分，上下两部分分别连接所述上腔体电容及所述下腔体电容；
第一三相输出铜排，分为上下两部分，上下两部分分别连接所述上腔体功率模组及所述下腔体功率模组。
一种电机控制器，包括如上所述的电机控制器功率装置。
附图说明
图1是本申请中电机控制器功率装置实施例的分解结构示意图；
图2是本申请中电机控制器功率装置去掉主箱体的结构示意图；
图3是本申请中上腔体功率模组的结构示意图；
图4是本申请中功率单元的分解结构示意图；
图5是本申请中母排总成的分解结构示意图；
图6是本申请中电机控制器功率装置的部分结构的分解结构示意图；
图7是本申请中主箱体与功率单元的分解结构示意图；
图8是本申请中主箱体、上腔体功率模组及下腔体功率模组的分解结构示意图；
图9是本申请中主箱体的结构示意图。
图中：
1、上腔体功率模组；101、驱动单元；102、母排总成；1021、负输入铜排；1022、正输入铜排；1023、第二三相输出铜排；1024、绝缘孔洞；103、功率单元；1031、功率器件；1032、绝缘板；1033、冷却底板；1034、功率开关器件； 2、上腔体电容；3、主箱体；31、隔板；301、铜排引出区；3011、铜排避让孔；302、散热区；303、电容安装区；4、第一三相输出铜排；5、正负输入铜排；6、下腔体电容；7、下腔体功率模组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作详细说明。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本申请提供了一种电机控制器功率装置，图1是本申请中电机控制器功率装置实施例的分解结构示意图，图2是本申请中电机控制器功率装置去掉主箱 体的结构示意图。如图1及图2所示，电机控制器功率装置包括主箱体3、上腔体电容2、下腔体电容6、上腔体功率模组1、下腔体功率模组7、正负输入铜排5以及第一三相输出铜排4。为了便于描述，定义图1所示的第一方向、第二方向及第三方向，第一方向、第二方向及第三方向两两垂直，可以理解成空间坐标系中的X向、Y向和Z向，也可以理解成电机控制器功率装置的前后方向(即第一方向)、上下方向(即第二方向)及左右方向(即第三方向)。
如图1所示，主箱体3由隔板31分隔成上腔体和下腔体，结合图1及图9所示，上腔体和下腔体均包括沿第一方向依次设置的电容安装区303、散热区302以及铜排引出区301。上腔体中的电容安装区303、散热区302、铜排引出区301与下腔体中的电容安装区303、散热区302、铜排引出区301一一对应。
参考图1及图9，上腔体电容2设于上腔体的电容安装区303内，下腔体电容6设于下腔体的电容安装区303内。上腔体电容2和下腔体电容6贴在主箱体3上，例如贴在隔板31上，以借助主箱体3进行散热。
上腔体功率模组1设于上腔体的散热区302内，下腔体功率模组7设于下腔体的散热区302内。位于散热区302范围内的隔板31中设置有冷却介质流道，冷却介质(例如水)流过冷却介质流道，即可对上腔体功率模组1及下腔体功率模组7进行散热。由于上腔体功率模组1和下腔体功率模组7分别设置在隔板31的上下两侧，所以可以共用隔板31中的冷却介质流道来散热，这样可以节省空间，使整体结构更紧凑，便于安装。上腔体功率模组1及下腔体功率模组7紧贴隔板31，与隔板31紧密压合，提升散热效果。本申请中，设置上腔体功率模组1和下腔体功率模组7两个功率模组，将两个功率模组并联，使功率等级提升，实现大功率逆变器，解决单模块或器件功率电流能力不足的问题。如图1及图2所示，正负输入铜排5(即正输入铜排和负输入铜排)分为上下两部分，上下两部分通过螺栓连接，上下两部分分别连接上腔体电容2及下腔体电容6，也就是说，上腔体电容2与正负输入铜排5的上部分结构连接，下腔体电容6与正负输入铜排5的下部分结构连接，将上腔体电容2和下腔体电容6 的正负输入电流汇集，最终分别与高压电池的正负端子连接。正负输入铜排5的上下两部分等长对称。电容与正负输入铜排5之间的连接方式可采用螺栓连接。正负输入铜排5连接在电容沿第三方向的一侧。
参考图1及图2，第一三相输出铜排4也分为上下两部分，上下两部分通过螺栓连接，上下两部分分别连接上腔体功率模组1及下腔体功率模组7，也就是说，上腔体功率模组1与第一三相输出铜排4的上部分结构连接，下腔体功率模组7与第一三相输出铜排4的下部分结构连接，通过第一三相输出铜排4将上腔体功率模组1和下腔体功率模组7的三相输出电流汇集，最终与电机相线连接。如图1所示，第一三相输出铜排4的上下两部分等长对称(即从电流传输路径来看，从上腔体功率模组1到电机相线的电流路径和从下腔体功率模组7到电机相线的电流路径等长对称)。功率模组与第一三相输出铜排4之间的连接方式可采用螺栓连接。电容位于功率模组沿第一方向的一端，第一三相输出铜排4位于功率模组沿第一方向的另一端，这样设计有利于整体结构的布置和安装。
本申请中的主箱体包括上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内分别设置了上腔体功率模组及下腔体功率模组，多个功率模组的设置使得本申请的电机控制器功率装置可实现较大功率的逆变器；同时，上腔体功率模组及下腔体功率模组共用隔板上的冷却介质流道进行散热，不仅能保证各个功率模组能较好的散热，还能缩小整个装置的体积；本申请的电机控制器功率装置布局合理，体积较小，散热能力强，集成度高，易于安装。
上腔体功率模组1与下腔体功率模组7结构相同，图8是本申请中主箱体、上腔体功率模组及下腔体功率模组的分解结构示意图，如图8所示，上腔体功率模组1与下腔体功率模组7上下对称的设于主箱体3的上下腔体中。由于上腔体功率模组1与下腔体功率模组7结构相同，本申请中，以上腔体功率模组1为例对结构进行介绍。图3是本申请中上腔体功率模组1的结构示意图，如图3所示，上腔体功率模组1包括沿第二方向依次叠设的功率单元103、母排总成 102、驱动单元101，下腔体功率模组7包括沿第二方向依次叠设的驱动单元101、母排总成102、功率单元103，功率单元103最靠近隔板31，与隔板31贴合，以利用隔板31中的冷却介质流道对功率单元103进行较好的散热。驱动单元101及母排总成102均与功率单元103连接。本申请中，驱动单元101、母排总成102、功率单元103依次叠设，将功率、信号、检测和散热分层，减小四者耦合干扰。
图4是本申请中功率单元的分解结构示意图。如图4所示，功率单元103包括沿第二方向依次叠设的功率器件1031、绝缘板1032以及冷却底板1033，冷却底板1033固定于隔板31上。参考图4，功率器件1031包括多个功率开关器件1034，功率开关器件1034的数量可根据实际需要进行设置，多个功率开关器件1034成排设置，从而使得功率可扩展性好。如图7所示，主箱体3上下两侧的功率单元103对称布置。
绝缘板1032上与功率器件1031的散热面对应位置开设有散热窗口。如图4所示，由于功率器件1031包括若干成排设置的功率开关器件1034，因此，绝缘板1032上也对应设置若干成排设置的散热窗口，功率器件1031的散热面通过散热窗口与冷却底板1033连接，连接方式可以为银烧结或锡焊接。最终，功率器件1031通过冷却底板1033固定并散热。
图5是本申请中母排总成的分解结构示意图。如图5所示，母排总成102包括沿第二方向依次叠设的第二三相输出铜排1023、正输入铜排1022及负输入铜排1021。功率器件1031的正极功率端子与正输入铜排1022连接，功率器件1031的负极功率端子与负输入铜排1021连接，功率器件1031的相线输出功率端子与第二三相输出铜排1023连接。另外，如图6所示，第二三相输出铜排1023及负输入铜排1021上均设置有绝缘孔洞1024，以供功率器件1031上的其它信号端子穿过，功率器件1031上的其它信号端子穿过绝缘孔洞1024后与驱动单元101连接。可以理解的是，如图2所示，第一三相输出铜排4与第二三相输出铜排1023连接，以使第一三相输出铜排4将上腔体功率模组1和下腔体功率 模组7的三相输出电流汇集，最终与电机相线连接。
一实施例中，第二三相输出铜排1023、正输入铜排1022及负输入铜排1021之间设置有绝缘垫片，第二三相输出铜排1023、正输入铜排1022及负输入铜排1021通过绝缘垫片支撑固定。在其它实施例中，也可以将第二三相输出铜排1023、正输入铜排1022及负输入铜排1021一体注塑成型。
结合图1及图9，铜排引出区301设置有铜排避让孔3011，第一三相输出铜排4穿过铜排避让孔3011与电机相线连接。
本申请提供的电机控制器功率装置封装合理，布局合理，体积较小，散热能力强，集成度高，易于安装，且更容易根据系统功率等级控制成本、降低成本。本申请的电机控制器功率装置结构简单方便、功率大、耐震好、散热性能好、集成度高及成本较低。
本申请还提供一种电机控制器，电机控制器包括上述电机控制器功率装置。由于本申请的电机控制器包括上述电机控制器功率装置，所以至少具有上述电机控制器功率装置所具有的有益效果，在此不再重复赘述。

Claims (10)

  1. 一种电机控制器功率装置，包括：
    主箱体(3)，所述主箱体(3)由隔板(31)分隔成上腔体和下腔体，所述上腔体和所述下腔体均包括沿第一方向依次设置的电容安装区(303)、散热区(302)以及铜排引出区(301)；
    上腔体电容(2)及下腔体电容(6)，分别设于所述上腔体及所述下腔体的所述电容安装区(303)内；
    上腔体功率模组(1)及下腔体功率模组(7)，分别设于所述上腔体及所述下腔体的所述散热区(302)内，位于所述散热区(302)的范围内的所述隔板(31)中设置有冷却介质流道，以对所述上腔体功率模组(1)及所述下腔体功率模组(7)进行散热；
    正负输入铜排(5)，分为上下两部分，上下两部分分别连接所述上腔体电容(2)及所述下腔体电容(6)；
    第一三相输出铜排(4)，分为上下两部分，上下两部分分别连接所述上腔体功率模组(1)及所述下腔体功率模组(7)。
  2. 根据权利要求1所述的电机控制器功率装置，其中，所述上腔体功率模组(1)包括沿第二方向依次叠设的功率单元(103)、母排总成(102)、驱动单元(101)，所述下腔体功率模组(7)包括沿第二方向依次叠设的驱动单元(101)、母排总成(102)、功率单元(103)，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述驱动单元(101)及所述母排总成(102)均与所述功率单元(103)连接，所述功率单元(103)与所述隔板(31)贴合。
  3. 根据权利要求2所述的电机控制器功率装置，其中，所述功率单元(103)包括沿所述第二方向依次叠设的功率器件(1031)、绝缘板(1032)以及冷却底板(1033)，所述冷却底板(1033)固定于所述隔板(31)上。
  4. 根据权利要求3所述的电机控制器功率装置，其中，所述绝缘板(1032)上与所述功率器件(1031)的散热面对应位置开设有散热窗口，所述功率器件(1031)的散热面通过所述散热窗口与所述冷却底板(1033)连接。
  5. 根据权利要求3所述的电机控制器功率装置，其中，所述功率器件(1031)包括多个功率开关器件(1034)，多个所述功率开关器件(1034)成排设置。
  6. 根据权利要求3所述的电机控制器功率装置，其中，所述母排总成(102)包括沿所述第二方向依次叠设的第二三相输出铜排(1023)、正输入铜排(1022)及负输入铜排(1021)；
    所述功率器件(1031)的正极功率端子与所述正输入铜排(1022)连接；所述功率器件(1031)的负极功率端子与所述负输入铜排(1021)连接；所述功率器件(1031)的相线输出功率端子与所述第二三相输出铜排(1023)连接。
  7. 根据权利要求6所述的电机控制器功率装置，其中，所述第二三相输出铜排(1023)及所述负输入铜排(1021)上均设置有绝缘孔洞(1024)，以供所述功率器件(1031)的信号端子穿过。
  8. 根据权利要求6所述的电机控制器功率装置，其中，所述第二三相输出铜排(1023)、所述正输入铜排(1022)及所述负输入铜排(1021)之间设置有绝缘垫片，所述第二三相输出铜排(1023)、所述正输入铜排(1022)及所述负输入铜排(1021)通过所述绝缘垫片支撑固定，或所述第二三相输出铜排(1023)、所述正输入铜排(1022)及所述负输入铜排(1021)一体注塑成型。
  9. 根据权利要求1所述的电机控制器功率装置，其中，所述铜排引出区(301)设置有铜排避让孔(3011)，以使所述第一三相输出铜排(4)穿过所述铜排避让孔(3011)与电机相线连接。
  10. 一种电机控制器，包括如权利要求1至9任一项所述的电机控制器功率装置。
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