用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体的制作方法

用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体
1.本发明的技术领域
2.本发明总体上涉及电动或混合动力交通工具的领域。
3.更具体地说，本发明涉及一种用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体。
现有技术
4.现代电动或混合动力交通工具使用三相异步电动马达，该三相异步电动马达由三个逆变器驱动，每个逆变器执行直流电压(dc)到交流电压(ac)的转换，以便适当地驱动电动马达的三相；直流电压由安装在电动或混合动力交通工具中的电池组产生。
5.已知，逆变器包括若干电子功率部件，诸如例如功率开关和转换器，以执行直流电压到交流电压的所述转换。
6.因此，有必要提供能够容纳印刷电路板的合适的壳体，逆变器的电子功率部件安装在印刷电路板上，并且印刷电路板设置有用于连接到电动马达的绕组的合适的连接器。
7.还已知的是，通过使用合适的电流传感器来对电动马达的绕组中流动的电流实施监测。
8.申请人已经观察到，已知的电动马达的电流传感器不够精确和可靠。
9.此外，申请人已经观察到，根据现有技术的电子功率装置的壳体需要过于复杂的部件组装。
10.发明概述
11.本发明涉及如所附权利要求1及从属权利要求2至10中描述的其优选实施例中限定的、用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体。
12.申请人已经意识到，根据本发明的用于电子控制装置的壳体具有以下优点：
13.‑
它允许对电动马达的绕组中流动的电流进行更精确和更可靠的测量；
14.‑
它简化了壳体的组装；
15.‑
在其使用期间，它使壳体中金属元件的密封更加可靠。
16.本发明的另一个目的是如所附权利要求11中以及从属权利要求12和13中描述的其优选实施例中限定的、电动或混合动力交通工具的电力供应系统。
17.附图简述
18.本发明的附加特征和优点将从下面参考附图以示例方式提供的优选实施例及其变型的描述中变得更加明显，其中：
19.‑
图1和图2示出了根据本发明的用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体的两个透视图；
20.‑
图3和图4示出了根据本发明的电子功率装置的所述壳体的两个透视透明视图。
21.发明的详细描述
22.应该注意的是，在以下描述中，相同或类似的块、部件或模块在附图中用相同的附
图标记表示，即使它们在本发明的不同实施例中示出。
23.参考图1、图2、图3和图4，其示出了用于驱动电动或混合动力交通工具的电动马达的电子功率装置的壳体1的四个透视图。
24.该交通工具例如是具有四个车轮的机动交通工具。
25.壳体1包括周边元件2，该周边元件2适于容纳用于多个电子功率装置(诸如例如高功率开关(igbt)、转换器和电容器)的支撑件(例如平坦的)。
26.换句话说，周边元件2是外壳，电子功率装置放置在该外壳内。
27.用于电子功率装置的支撑件例如是：
28.‑
印刷电路板20，其上安装有多个电子功率装置，如图4所示；
29.‑
具有两层铜的陶瓷基板，称为“直接敷铜法”(dbc)。
30.图2和图4与图1和图3的不同之处在于壳体1旋转了大约180度。
31.更具体地，所述电子功率装置实现了具有以下功能的逆变器：将由可充电电池组产生的直流电压转换成用于驱动作为电动马达运行的电机的交流电压。
32.周边元件2由电绝缘材料制成，特别是由塑料材料制成。
33.为了本发明的目的，术语“塑料材料”(或“聚合材料”)是指具有高分子量的各种合成或半合成聚合有机化合物，其是可延展的，并因此可以被模制成固体物体。
34.所述聚合有机化合物可以是纯(共)聚合物或包含旨在改善性能和降低成本的其它物质，诸如例如有机和/或无机添加剂。
35.为了本发明的目的，术语“(共)聚合物”用于表示两种聚合物，也称为均聚物和共聚物，均聚物即其聚合物链包含由单一类型的单体结合获得的重复单元的大分子，共聚物即其聚合物链包含由两种或更多种不同类型的两种单体结合获得的重复单元的大分子。
36.优选地，制成周边元件2的塑料材料是热塑性聚苯硫醚聚合物(pps)；特别地，聚合物基质在其内部具有约50％百分比的玻璃纤维，用“玻璃填充聚合物50”(缩写为gf50)表示，即pps gf50。
37.周边元件2包括壁，该壁具有一定厚度和高度(限定在相应壁的上边缘和下边缘之间)，从而至少部分地嵌入了一对电金属连接器(electrical metallic connectors)7a、7b、一对电金属连接器8a、8b、一对金属导体10、11、多个金属端子5；此外，周边元件包括嵌入一对集中器3、4的相应部分。
38.这是通过使用周边元件2与电金属连接器7a、7b、周边元件2与一对电金属连接器8a、8b、周边元件2与一对金属导体10、11、周边元件2与金属端子5以及周边元件2与一对集中器3和4的共同模制来实现的。
39.换句话说，一对电金属连接器7a、7b、一对电金属连接器8a、8b、一对金属导体10、11、多个金属端子5和一对集中器3和4都被至少部分地嵌入周边元件2的相应部分内。
40.图3和图4与图1和2的不同之处在于，周边元件2是透明的，以便更好地显示其至少部分地嵌入的金属部件。
41.周边元件2嵌入了第一对电金属连接器7a、7b的一部分，第一对电金属连接器7a、7b分别适于接收由电池组产生的正电池电压和负电池电压。
42.优选地，周边元件2嵌入了另外的第一对电金属连接器8a、8b，该另外的第一对电金属连接器8a、8b分别适于接收由附加电池组产生的正电池电压和负电池电压。
43.周边元件2例如具有大体上矩形的形状。
44.周边元件2还嵌入了一对金属导体10、11(即端子)的一部分，当电机作为电动马达运行时，这对金属导体10、11适于承载用于驱动电机的交流电压。
45.金属导体10、11例如是铜棒。
46.特别地，这对金属导体10、11电连接到电机的定子绕组。
47.周边元件2还嵌入了多个金属端子5的一部分，金属端子5具有将电子功率装置(安装在印刷电路板20上)与位于壳体1之外的控制逻辑电路连接的功能。
48.周边元件2还嵌入了一对集中器3和4的一部分，集中器3和4具有增加相应磁场的穿过(至少部分地)一对金属导体10、11的磁通量密度的功能。
49.周边元件2具有在其下边缘(用于与电子功率装置的支撑件连接)和其上边缘之间限定的高度；周边元件2包括多个大体上平坦的、相互邻近的壁，其中：
50.‑
第一壁至少部分地嵌入了金属导体10；
51.‑
第二壁至少部分地嵌入了金属导体11；
52.‑
第三壁至少部分地嵌入了一对电金属连接器7a、7b和一对电金属连接器8a、8b；
53.‑
第四壁至少部分地嵌入了多个金属端子5；
54.优选地，周边元件2具有大体上矩形的形状，并且包括大体上平坦的壁，该壁具有一定的厚度和高度(限定为垂直于支撑平面的方向)，从而嵌入了：
55.‑
一对电金属连接器7a、7b的中间部分；
56.‑
一对电金属连接器8a、8b的中间部分；
57.‑
一对金属导体10、11的中间部分；
58.‑
多个金属端子5的中间部分；
59.‑
一对集中器3和4的至少一部分
60.例如，周边元件2的壁的厚度包括在1毫米和5毫米之间，而壁的高度包括在10毫米和30毫米之间。
61.磁通量集中器3适于产生至少部分地穿过金属导体10的第一磁场，而磁通量集中器4适于产生至少部分地穿过金属导体11的第二磁场。
62.因此，金属导体10包括穿过磁通量集中器3的部分，并且类似地，金属导体11包括穿过磁通量集中器4的部分，这将在下面更详细地解释。
63.磁通量集中器3包括适于容纳第一霍尔传感器的空气开口3c，第一霍尔传感器具有测量流经金属导体10的电流从而测量流经电机的定子的绕组的电流的功能。
64.类似地，磁通量集中器4包括适于容纳第二霍尔传感器的空气开口4c，该第二霍尔传感器具有测量流经金属导体11的电流从而测量流经电机的定子的绕组的电流的功能。
65.根据本发明的优选实施例，磁通量集中器3由铁磁元件制成，该铁磁元件具有环绕金属导体10的部分环形形状，并且磁通量集中器3包括磁性空气间隙3c，在该空气间隙3c中放置第一霍尔传感器；在这种情况下，壳体1包括由塑料材料制成的第一座，该第一座具有部分圆形的轮廓，并且适于通过将环形铁磁元件3卡扣配合在其中来容纳环形铁磁元件3。
66.有利的是，铁磁元件3包括一对布置在磁性空气间隙附近的楔形元件3a、3b，这允许进一步提高磁通量密度。
67.类似地，磁通量集中器4由铁磁元件制成，该铁磁元件具有环绕金属导体11的部分
环形形状，并且磁通量集中器4包括磁性空气间隙4c，在该空气间隙4c中放置第二霍尔传感器；在这种情况下，壳体1包括由塑料材料制成的第二座，该第二座具有部分圆形的轮廓，并且适于通过将环形铁磁元件4卡扣配合在其中来容纳环形铁磁元件4。
68.有利地，铁磁元件4包括一对布置在磁性空气间隙附近的楔形元件4a、4b，这允许进一步提高磁通量密度。
69.参考图4，可以观察到，用于电子功率装置的支撑件由具有平坦上表面的印刷电路板20制成，电子功率装置(诸如例如高功率开关(igbt)、转换器和电容器)安装在印刷电路板20的平坦上表面上。
70.板20例如由具有两层铜的陶瓷基板制成，称为“直接敷铜法”(dbc)。
71.周边元件2限定了开口，该开口具有上边缘和下边缘，保护盖21固定在上边缘中，印刷电路板20固定在下边缘中。
72.有利地，金属导体10包括嵌入周边元件2的一部分内的中间部分，金属导体10包括位于周边元件2之外的端部部分(即，其没有嵌入其中)，并且包括位于周边元件2内的另一个端部部分，并且该另一个端部部分具有延伸部，该延伸部到达周边元件2的开口的下边缘，以便与印刷电路板20接触。
73.特别地，金属导体10是与周边元件2共同模制的金属棒(例如铜)，并且金属棒10延伸穿过周边元件2的邻近集中器3的壁，其中金属棒10包括：
74.‑
位于周边元件2之外的部分10a，以便允许外部电连接器的接合；
75.‑
嵌入壁中的中间部分10b，其穿过该壁并与该壁成一体；
76.‑
位于周边元件内的具有“l”形轮廓的另一部分，该“l”形轮廓由在嵌入部分10b和壁的下边缘之间延伸的第一大体上直线长度段10c和大体上横向于第一长度段10c并在周边元件2的壁内突出的第二长度段10d构成，其中第二长度段10d限定了到印刷电路板20的电连接。
77.外部分10a具有例如“l”形形状，并且包括远离邻近集中器3的壁延伸的部分和沿着壁本身延伸的另一交叠部分。
78.优选地，第一长度段10c沿着壁本身的高度在嵌入部分10b和壁的下边缘之间延伸。
79.更一般地，金属棒10的内部部分具有由两个部分构成的开放的、折线(broken line)的形状。
80.金属棒10的第二长度段10d例如通过焊接、压配合、连接器固定到印刷电路板20的上表面。
81.由于金属棒10与由塑料材料制成的周边元件2共同模制，因此金属棒10在周边元件2中的密封得到改善，即金属棒10在其使用期间不能从壳体1释放。
82.关于金属导体10的形式和共同模制的上述考虑以类似方式也适用于金属导体11，金属导体11因此与周边元件2共同模制，并且可以是延伸以穿过周边元件2的另一壁的金属棒(例如铜)，其中金属棒11包括位于周边元件2之外的端部部分、嵌入周边元件2的另一个壁中的中间部分和位于周边元件内的另一个端部部分，该另一个端部部分具有“l”形轮廓，以便电连接到板20。
83.有利地，磁通量集中器与周边元件2共同模制，并且周边元件2嵌入了磁通量集中
器；换句话说，通量集中器固定在周边元件的一部分上，并且它嵌入周边元件2内。
84.电连接器7a与周边元件2共同模制，并且周边元件2至少部分地嵌入了电连接器7a；具体而言，电连接器7a包括完全嵌入周边元件的一部分(例如，壁)内并与之成一体的部分，并且包括位于周边元件的所述部分(壁)之外和在所述周边元件2内突出的端部部分，所述端部部分限定了与所述支撑件的电连接。
85.更具体地，电连接器7a由部分地嵌入周边元件2中的第一大体上直线的金属部分和位于周边元件2内的第二金属部分构成，其中：
86.‑
第一金属部分包括在周边元件2之外并且从周边元件2的壁的上边缘突出的第一长度段；
87.‑
第一金属部分还包括嵌入周边元件2的壁中并与壁成一体的第二长度段，其中第一部分的第二长度段在壁的上边缘和下边缘之间延伸；
88.‑
第二部分在周边元件2内，并且包括大体上直线的长度段，该长度段限定了到板20的电连接。
89.由于金属棒7a与由塑料材料制成的周边元件2共同模制，金属棒7a在周边元件2中的密封得到改善，即金属棒7a在其使用期间不能从壳体1释放。
90.关于电连接器7a的形状和共同模制的上述考虑也以类似的方式适用于连接器7b、8a、8b，因此每个连接器可以由部分地嵌入周边元件2中的第一大体上直线的金属部分和位于周边元件2内的第二金属部分构成。
91.应该注意的是，为了解释本发明，在图中示出了具有大致矩形形状的周边元件2，该周边元件2具有沿其周边延伸的壁，但是也可以使用其它形式的周边元件2，只要该周边元件2包括合适的部分，从而至少部分地嵌入了一对金属导体10、11、一对电金属连接器7a、7b、一对电金属连接器8a、8b、金属端子5以及一对集中器3和4。
92.壳体1用于设置有三相异步电动马达的电动或混合动力交通工具的电力供应系统中。
93.该电力供应系统包括：
94.‑
可充电电池组；
95.‑
三相电动马达；
96.‑
三个壳体1a、1b、1c(马达的每个相对应一个)，每个壳体类似于前面所示的壳体1来实施；
97.‑
三个逆变器电子装置，每个容纳到各自的壳体1a、1b、1c中；
98.‑
三个霍尔传感器，用于分别测量电动马达的三相的电流。
99.可充电电池组具有提供电能以驱动电机的功能，从而像电动马达一样运行，从而产生直流型电池电压。
100.三个逆变器电子装置中的每一个包括多个电子功率装置，并且每个逆变器电子装置被配置为接收直流型电池电压，并且从其产生用于驱动作为电动马达运行的电机的相应相的交流电压。
101.电动马达包括转动的转子，并且该转子又驱动电动或混合动力交通工具的车轮运动。
102.更具体地，第一逆变器电子装置借助于其上安装有多个电子功率装置的第一印刷
电路板制成，其中：
103.‑
所述第一板容纳在第一壳体1a中；
104.‑
第一逆变器电子装置在输入处电连接到第一壳体1a的连接器7a、7b、8a、8b，以便接收正电池电压和负电池电压，并且在其输出处与第一壳体1a的金属导体10、11连接，以便承载用于驱动作为电动马达运行的电机的第一相的第一交流电压；
105.‑
第一霍尔传感器具有位于第一壳体1a的第一磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第一壳体1a的金属导体10的第一环形铁磁元件的磁性空气间隙中；
106.‑
第二霍尔传感器具有位于第一壳体1a的第二磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第一壳体1a的金属导体11的第二环形铁磁元件的磁性空气间隙中。
107.类似地，第二逆变器电子装置借助于其上安装有多个电子功率装置的第二印刷电路板制成，其中：
108.‑
所述第二板容纳在第二壳体1b中；
109.‑
第二逆变器电子装置在输入处电连接到第二壳体1b的连接器7a、7b、8a、8b，以便接收正电池电压和负电池电压，并且在其输出处与第二壳体1b的金属导体10、11连接，以便承载用于驱动作为电动马达运行的电机的第二相的第二交流电压；
110.‑
第三霍尔传感器具有位于第二壳体1b的第一磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第二壳体1b的金属导体10的第一环形铁磁元件的磁性空气间隙中；
111.‑
第四霍尔传感器具有位于第二壳体1b的第二磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第二壳体1b的金属导体11的第二环形铁磁元件的磁性空气间隙中。
112.最后，第三逆变器电子装置借助于其上安装有多个电子功率装置的第三印刷电路板制成，其中：
113.‑
所述第三板容纳在第三壳体1c中；
114.‑
第三逆变器电子装置在输入处电连接到第三壳体1c的连接器7a、7b、8a、8b，以便接收正电池电压和负电池电压，并且在其输出处与第三壳体1c的金属导体10、11连接，以便承载用于驱动作为电动马达运行的电机的第三相的第三交流电压；
115.‑
第五霍尔传感器具有位于第三壳体1c的第一磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第三壳体1c的金属导体10的第一环形铁磁元件的磁性空气间隙中；
116.‑
第六霍尔传感器具有位于第三壳体1c的第二磁通量集中器的开口中的部分，该部分特别是位于环绕第三壳体1c的金属导体11的第二环形铁磁元件的磁性空气间隙中。