母排的散热结构及电机控制器的制作方法

1.本实用新型属于新能源汽车散热结构的技术领域，尤其涉及一种母排的散热结构及电机控制器。


背景技术：

2.电机控制器是新能源汽车的核心子部件，可以通过来自电动汽车的各种指令，实现电机的主动控制，将电池的直流电转换为交流电供电机使用，电机再驱动轮胎转动，完成整个过程。电机控制器在将直流电转换为交流电的过程中，内部功率模块本身的高频开关会使得其发热严重，一般位于功率模块下侧会有一个散热的冷源，冷源例如水道，能够帮助其散热。现有技术中的散热原理如图1，其中，包括控制器101、功率模块102、冷源103,和其他部件104，其他部件，例如，与功率模块2共享一个电机控制器的内腔，其包含电容和母排。
3.现有的电机控制器的散热方案，是功率模块的散热，对子部件散热关注较少(例如，母排或电容)，水道设计也是基于功率模块或者 mosfet等功率转换器件的散热进行设计的，在有限元仿真设置发热热源时，只对功率模块或者mosfet进行热源注入。
4.现有技术的缺陷：
5.1.忽略了电容芯子在发热时容易失效，甚至爆炸，以及母排等过高压大电流时的发热情况。母排发热时会降低载流子通过能力，导致电流导通能力下降，进而加剧发热状况；
6.2.母排表面若有镀层，会在140℃以后，逐步氧化变黑，失去对母排的保护能力。电机控制器内部往往结构紧凑，母排表面的高温会烘烤电路板、注塑件、线束等不耐高温的子零件，子零件的失效将会带来不可估量的后果，严重时甚至会导致生命危险。
7.3.现有电机控制器的少部分方案会关注母排以及电容，例如，电容底部涂刷硅脂，增加金属片，母排侧增加凸台和垫片、垫片或者翅片等方案。
8.以上的技术方案殊途同归，均是通过导热连接材料(如导热硅脂、导热垫等)，将子零件的热量带到电机控制器的金属壳体上，再通过电机控制器的金属壳体进行散热。这种传导加自然对流的散热方案确实会起到一定的散热效果，但是忽略了电机控制器的金属壳体处于新能源汽车内腔中，对于纯电动汽车，内腔环温主要受到电机、电控以及外界环境等影响，一般高于室温几十度，范围大约为50
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85℃。对于混动汽车，则环境温度更为恶劣，发动机温度极高，环境温度甚至会达到105℃及以上。在如此高热的环境中，即使是将热量传导到电机控制器主壳体，再传导到其余低温区域，其散热效果也很是很不理想的。
9.因此，当前的散热方案在满足功率模块或者mosfet主热源的散热后，很难兼顾母排、电容等发热零件的散热需要，甚至是没有对其进行散热设计。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于提供一种母排的散热结构，解决现有技术的产品的母排散热效率较低的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
11.本案一方面提供一种母排的散热结构，包括以高导热系数的材料制成的主壳体，所述主壳体内有主热源和冷源并且所述主壳体顶面安装有母排和压紧组件，其中：
12.所述压紧组件，能够在竖直方向压紧所述母排以增大所述母排与所述主壳体的接触面积。
13.另一方面提供一种电机控制器，安装有以上部分或全部所述的散热结构。
14.与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案包括以下有益效果：
15.本案通过设置压紧组件，从而能够压紧母排，并排除母排与主壳体间隙的空气，主壳体是由高导热系数的材料制成，其间隙之间存在少量的空气，由于空气导热系数极低，为0.023w/m
·
k，会降低二者之间的换热效率。通过压紧组件实现母排与主壳体的传导和强迫对流散热，能够利用冷源进行主动散热，摈弃传统的增加导热垫、翅片的被动散热方案，散热效率极大提升，空气自然对流被动散热的换热系数一般为5w/m2·
k，而强迫风冷，由风扇带动的主动散热换热系数达到几十甚至100w/m2·
k，可见不同换热方式会带来换热效率量级上的差异；
16.并且，考虑了母排以及电容的散热设计，能够防止电机控制器中的电容在较高温度下使用时芯子被击穿损坏，也能够预防母排在极高温度下，过电流能力降低，表面保护镀层氧化变黑进而失去保护母排的作用，母排周边零件(尤其一些不耐温的电子件，如pcb板卡) 及连接件也能避免受高温而破坏，导致整个电驱动系统失效。
17.本案所提供的电机控制器，利用电机控制器中的已有主动散热渠道，无需增加凸台、翅片等占用控制器内部安装空间，减少电机控制器整机体积和成本，更是减少汽车内部本就宝贵的空间，具有极大的应用价值和意义。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本现有技术中控制器散热原理的示意图；
20.图2为本实用新型母排散热结构的散热原理图；
21.图3为本实用新型母排散热结构以旋转方式进行压紧母排的示意图；
22.图4为本实用新型母排散热结构的立体图；
23.图5为本实用新型母排散热结构a点和b点散热的示意图；
24.图6为本实用新型母排散热结构爆炸图；
25.其中：
26.1、母排；2、电容壳体；21、电容；22、凸耳；3、主热源；4、转动件；5、导热垫；6、主壳体；61、第一台阶；62、第二台阶；7、冷源；8、负壳体；9、把手。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅
是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本实用新型，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
29.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.如图1所示的母排1的散热结构，包括以高导热系数材料制成的主壳体6，例如，以金属材质制成或其它高导热材料制成，主壳体6 内有主热源3和冷源7并且主壳体6顶面安装有母排1和压紧组件，主热源3，例如，是芯片，或场效应管或晶体管及其主要的电路控制功能的元器件，实际电机控制器中主要发热热源不一定是功率模块 (3)，也可以是mosfet或者任何功率变换器件。冷源7，使用现有技术中安装方式即可，例如，固定式，或可拆卸方式，本案不对冷源7进行改进，均可使用现有技术的冷源7作为散热部件，在此关于冷源7不再赘述。压紧组件，能够在竖直方向或水平方向上压紧母排 1以增大母排1与主壳体6的接触面积，需要指出的是以图3的方式方向作为参考，其是竖直方向上的压紧，不做为对本案所提出强迫换热的压紧组件的具体限定，为便于技术方案理解，以竖直方向为例进行说明。
32.压紧组件压紧母排1后，母排1与主壳体6之间的间隙所存在的空气被排出，从而增大母排1与主壳体6之间的接触面积，将将母排 1紧紧的贴合于主壳体6上，也可在母排1与主壳体6之前填充或安装高导热绝缘连接材料层或垫，将高导热绝缘材料以替换空气间隙， (高导热绝缘材料的热导率远高于空气)，从而提高热传导效率，在冷源7的作用下，能够对母排1进行换热，从而降低母排1的工作温度。
33.通过压紧组件的设置进行母排1与主壳体6的传导和强迫对流散热，能够利用冷源7进行主动散热，摈弃传统的增加导热垫5、翅片的被动散热方案，散热效率极大提升，空气
自然对流被动散热的换热系数一般为5w/m2k，而强迫风冷，由风扇带动的主动散热换热系数达到几十甚至100w/m2k，可见不同换热方式会带来换热效率量级上的差异，并且，考虑了母排1的散热设计，能够防止电机控制器中的电容21在较高温度下使用时芯子被击穿损坏，也能够预防母排1在极高温度下，过电流能力降低，表面保护镀层氧化变黑进而失去保护母排1的作用，母排1周边零件及连接件也能避免受高温而破坏，导致整个电驱动系统失效。
34.作为本案所提供的部分实施例，压紧组件以旋转的方式对母排1 进行压紧，或，以转动的方式对母排1进行压紧，以下为旋转及其转动的方式进行压紧进行解释，见下文：
35.转动的方式对母排1进行压紧
36.压紧组件包括副壳体和以转动方式安装在副壳体上的转动件4，副壳体横跨母排1并与主壳体6连接，例如，采用焊接或螺栓的方式进行连接，外力驱动转动件4的转动从而压紧母排1，例如，如图3 所示，转动件4为螺栓，螺栓能够自由穿过副壳体，一端与母排1进行接触，另一端伸出副壳体并留有伸出段，外力作用与伸出段后，螺栓转动，并在竖直方向上进行引动，从而压紧母排1，使得母排1与主壳体6之间间隙所存在的空气被排出；
37.旋转的方式：
38.如图4所示，转动件4一端通过齿轮传动有旋转把手9，通过把手9的旋转，带动转动件4的在竖直方向的移动，从而压紧母排1。
39.上述提供的实施方式，可做进一步的改机，例如，转动件4与母排1接触的一端以塔型或锥形结构设置，以增大与母排1的接触面积，从而增加压紧力，避免空气的渗入。
40.作为本案所提供的部分实施例，作为本案所提供的第三种实施方式，压紧组件包括副壳体和安装在副壳体上的弹簧插销，弹簧插销采用现有技术的产品即可，弹簧插销的开或关关能够调节母排1和主壳体6之间的间隙，按下插销后，插销压紧母排1，不需要进行散热时，按下弹簧插销的开关，插销收回，母排1的压紧解除。
41.以上所提供部分或全部实施方式中，压紧组件还包括以柔性导热材质制成的导热垫5，例如，以柔软的硅胶填充金属颗粒制成，导热垫5设置在母排1与主壳体6之间，以增大母排1和主壳体6的换热效率。
42.作为本案所提供的部分实施例，对电容21进行散热，如，主壳体6以台阶结构设置，其包括第一台阶61和第二台阶62，母排1安装在第一台阶61上，第二台阶62安装有电容壳体2，电容壳体2内底面安装有多个电容21并在侧面安装有凸耳22，凸耳22安装压力结构件，压力结构件，例如，螺栓，压力结构件能够压紧电容壳体2，电容壳体2与第二台阶62之间的空气排出，其原理同母排1压紧组件，增大电容壳体2与第二台阶62的接触面积。
43.绝缘导热垫5位于母排1和薄膜电容21的下侧，处于压紧状态，设计压缩率为30％，厚度为1.5mm，压缩后厚度为1.05mm。单侧背胶，绝缘导热垫5背胶侧位于靠近主壳体6侧，另外一侧为耐磨材料，防止绝缘导热垫5被割伤后绝缘性能不足，进而导致器件失效。主壳体6为金属铝材，价格便宜导热性能较好，能够将热量快速高效的传导到冷却液中，一般为电机控制器的腔体，既能够安装固定保护各个子部件，同时通过厚度形状的改变，还可以提升散热效率。冷却液为强迫水冷的介质，通过主壳体6上的进水和出水口，实现与外界的热量交换。
44.上述的导热垫5，也可安装在该实施例中，其形状或尺寸与主壳体6相适配。
45.作为本案所提供的部分实施例，第二台阶62上设置有导热硅脂层，以提高电容壳
体2与第二台阶62换热效率，或是，第二台阶62 上设置有导热垫5。
46.另一方面提供一种电机控制器，安装有以上部分或全部的散热结构。利用电机控制器中的已有主动散热渠道，无需增加凸台、翅片等占用控制器内部安装空间，减少电机控制器整机体积和成本，更是减少汽车内部本就宝贵的空间，具有极大的应用价值和意义。
47.图6为新型母排散热结构爆炸图，通过一组模型为自然对流冷却，移除冷却介质，一组模型为强迫对流冷却，通过冷却介质散热。有限元仿真后所得温度差异见下表1：可见两种不同散热类型所带来的散热能力完全不一致，本实用新型所提出的利用主散热渠道进行强迫对流散热所提升的散热效果显著，而传统的散热效果远低于本实用新型的散热效果。
48.表一
[0049][0050]
以上对本实用新型所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型创造原理的前提下，还可以对实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入实用新型权利要求的保护范围。