一种商用车用高功率密度电机控制器的制作方法

1.本发明涉及一种电机控制器，尤其是涉及一种商用车用高功率密度电机控制器。


背景技术：

2.随着新能源汽车行业的持续发展，电动汽车已经越来越普及，电动车的驱动需要一个专门的电机控制器来驱动电机提供所需要的转矩和转速，电机控制器的输出能力决定了整台电动汽车的性能和功率输出，传统的电机控制器的具体结构是使用一个封装模块固定在箱体底面，封装模块的输入端与薄膜电容的输出端用螺栓连接固定，薄膜电容输入端与控制器的正负插件采用螺栓锁紧固定，封装模块的三相输出端与控制器的三相输出插件采用螺栓连接固定。而且，通常这种封装模块本身的耐压比较低，一般实际使用最高只能达到420v的电压，电机控制器的薄膜电容与 igbt、驱动板横向排布，导致空间利用率较低，无法最大限度地增加薄膜电容的体积，也就无法最大限度地增加电容量，导致控制器不能承受很高的电压。而封装模块本身的载流大小被限定，封装模块的功率输出能力便受到了很大的限制，同等体积内无法输出更高的功率。而传统的商用车电机控制器要求有很大的功率输出，以保证能够拖动商用车电动大巴，因而传统的电机控制器无法在一台控制器输出这么大功率，只能采用双控制器来满足要求，这样不仅增加成本，还使得电机控制器体积过大，因此影响到了电机控制器功率密度的提升。
3.基于此，开发商用车高功率密度电机控制器已经迫在眉睫，在设计高功率密度电机控制器时，如何使控制器既可承受很高的电压又能使控制器的功率倍增是不容忽视的难点。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种商用车用高功率密度电机控制器。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种商用车用高功率密度电机控制器，包括箱体，所述箱体内设有碳化硅功率模块、散热器、pcba板、薄膜电容，所述碳化硅功率模块被夹紧固定在片状结构的多个散热器之间；所述碳化硅功率模块的信号输出端与所述pcba板连接，所述碳化硅功率模块的正、负输入端分别与所述薄膜电容的正、负输出端连接，所述碳化硅功率模块的三相输出端与第一三相输出极板连接，所述第一三相输出极板与第二三相输出极板连接，所述薄膜电容的正、负输入端分别连接正极板和负极板组件，所述正极板的输入端、负极板组件的输入端与整车端电气连接。
7.优选的，所述箱体内设有母线磁环支座和三相磁环支座，所述薄膜电容的正、负输出端穿过所述母线磁环支座与所述碳化硅功率模块的正、负输入端分别连接，所述第一三相输出极板的输出端固定在所述三相磁环支座上面。
8.优选的，所述三相磁环支座上设有电流传感器，所述第二三相输出极板通过三相
支座设置在箱体内，所述第二三相输出极板穿过电流传感器、三相磁环支座与所述第一三相输出极板连接。
9.优选的，所述三相磁环支座和母线磁环支座内均设有环形凹槽，且中心位置处设有腰形贯穿槽。
10.优选的，所述母线磁环支座和三相磁环支座内部均灌封有磁环，所述磁环安放在支座中心的环形凹槽里。
11.优选的，所述正极板的输入端通过母线支座固定在箱体内，所述正极板的输出端固定在母线磁环支座上。
12.优选的，所述负极板组件包括第一负极板、第二负极板、第一继电器、第二继电器和第三负极板，所述第一负极板和第二负极板的输入端分别与所述第一继电器和第二继电器的输出端电气连接，所述第一负极板和第二负极板的输出端均与所述薄膜电容的负输入端电气连接，所述第三负极板的输入端固定在母线支座上，所述第三负极板的输出端分别与第一继电器和第二继电器的输入端电气连接，所述第三负极板的输入端与整车端电气连接。
13.优选的，所述第三负极板的输出端呈分叉结构，分别与第一继电器和第二继电器的输入端电气连接。
14.优选的，所述箱体内部设置有水槽，所述碳化硅功率模块和散热器设置在所述水槽中，所述水槽接有伸出箱体的进水管和出水管，所述水槽的开口内侧周边设有台阶，所述台阶上通过搅拌摩擦焊固定设有盖板。
15.优选的，所述箱体的底侧设有ptc插件和多个金属电缆防水接头，所述金属电缆防水接头内部穿有电机端和整车端高压线束。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.(1)碳化硅功率模块选用封装体积更小的碳化硅功率模块来设计碳化硅控制器，采用三明治结构的散热器，通过将碳化硅功率模块夹紧固定在散热器三明治结构中间，可以实现碳化硅功率模块的双面散热，提高了散热效率，有助于提高控制器的电流，进而提升电机控制器的功率密度。
18.(2)选用的碳化硅功率模块可以满足1200v的耐压等级，实际使用过程中可以最大使用电压650v，相对于传统的封装模块420v使用电压得到了大幅度的提升，因此同等情况下功率得到了大幅度的提升，有助于提升电机控制器的功率密度。
19.(3)碳化硅电机控制器具有高压高频的特征，为了更好地满足整机的emc 性能，本电机控制器设计了母线磁环和三相磁环，分别灌封在母线磁环支座和三相磁环支座内部的环形槽里，可以减少内部高压的电磁干扰，提高系统的emc性能。
20.(4)箱体下腔体底面的水槽采用搅拌摩擦焊进行密封，周围设置的台阶可以提高焊接后水道密封性，有助于机械化生产，增加了装配效率，减小了搅拌摩擦焊所带来的变形。
21.(5)金属电缆防水接头均固定在箱体底部，其中电机的三相线束套在三相端的金属电缆防水接头里面，提高了使用的安全性。
附图说明
22.图1为本发明商用车用高功率密度电机控制器的正面爆炸图；
23.图2为本发明商用车用高功率密度电机控制器的底部爆炸图；
24.图3为本发明商用车用高功率密度电机控制器的箱体结构示意图；
25.图4为本发明商用车用高功率密度电机控制器的上箱盖结构示意图；
26.图5为本发明商用车用高功率密度电机控制器的下箱盖结构示意图；
27.图6为本发明商用车用高功率密度电机控制器的第一三相输出极板示意图；
28.图7为本发明商用车用高功率密度电机控制器的第三负极板结构示意图；
29.图8为本发明商用车用高功率密度电机控制器的母线磁环支座结构示意图；
30.图9为本发明商用车用高功率密度电机控制器的母线磁环支座另一个角度的结构示意图；
31.图10为本发明商用车用高功率密度电机控制器的三相磁环支座结构示意图；
32.图11为本发明商用车用高功率密度电机控制器的三相磁环支座另一个角度的结构示意图。
33.图中标注：1为箱体，2为薄膜电容，3为母线磁环支座，4为第一负极板，5 为第二负极板，6为第一继电器，7为第二继电器，8为第三负极板，9为正极板， 10为母线支座，11为侧盖板，12为放电电阻，13为三相支座，14为第二三相输出极板，15为电流传感器，16为三相磁环支座，17为低压插件，18为第一三相输出极板，19为碳化硅功率模块，20为散热器，21为上箱盖，22为下箱盖，23为进水管，24为pcba板，25为金属电缆防水接头，26为ptc插件，27为出水管， 1-1为水槽，1-2为支柱，1-3为圆孔，1-4为方孔。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.实施例
36.如图1、2所示，本技术提出一种商用车用高功率密度电机控制器，包括箱体 1，箱体1内的底部固定设有薄膜电容2、母线磁环支座3、第一继电器6、第二继电器7、母线支座10、三相支座13、三相磁环支座16和散热器20。在需要快速放电时箱体1中设置放电电阻12。
37.本实施例中，箱体1具有上下两个腔体，如图3所示，下腔体内部设置有水槽 1-1、支柱1-2、圆孔1-3和方孔1-4。上箱盖21和下箱盖22分别固定在箱体1上腔体和下腔体上面，侧盖板11固定在箱体1正前方侧面。本实施例中，如图4所示，上箱盖21内表面有圆形辐射结构，周围有筋条连接，可以提高上箱盖21的结构强度。如图5所示，下箱盖22上表面有月牙状的曲面造型结构，可以提高整个箱体1的结构强度。
38.箱体1内部设置有水槽1-1，本实施例中，水槽1-1呈长方体结构，碳化硅功率模块19和散热器20设置在水槽1-1中。水槽1-1接有伸出箱体1的进水管23 和出水管27，水槽1-1的开口内侧周边设有一宽mm深mm的台阶，台阶上通过搅拌摩擦焊固定设有盖板，实现对水槽1-1密封。方孔1-4将箱体1上腔体和下腔体连通。
39.碳化硅功率模块19被夹紧固定在片状结构的多个散热器20之间，可以实现碳化硅
功率模块的双面散热，提高了散热效率。碳化硅功率模块19的信号输出端与 pcba板24连接，碳化硅功率模块19的正、负输入端分别与薄膜电容2的正、负输出端连接。第一三相输出极板18的输出端固定在三相磁环支座16上面，并与碳化硅功率模块19的三相输出端连接，第一三相输出极板18的结构如图6所示，使箱体1内各部件连接紧凑。三相磁环支座16上设有电流传感器15。第二三相输出极板14穿过电流传感器15、三相磁环支座16，第二三相输出极板14的输入端与第一三相输出极板18的输出端电气连接并固定在三相磁环支座16上，第二三相输出极板14的输出端固定在三相支座13上。
40.薄膜电容2的正、负输出端穿过母线磁环支座3与碳化硅功率模块19的正、负输入端分别连接。薄膜电容2的正、负输入端分别连接正极板9和负极板组件。
41.正极板9的输入端通过母线支座10固定在箱体1内，正极板9的输出端固定在母线磁环支座3上。负极板组件包括第一负极板4、第二负极板5、第一继电器 6、第二继电器7和第三负极板8。第一负极板4和第二负极板5的输入端分别与第一继电器6和第二继电器7的输出端电气连接，第一负极板4和第二负极板5 的输出端均与薄膜电容2的负输入端电气连接。第三负极板8的输入端固定在母线支座10上，第三负极板8的输出端呈分叉结构，如图7所示，分别与第一继电器 6和第二继电器7的输入端电气连接。第二三相输出极板14的输出端、正极板9 的输入端、第三负极板8的输入端与整车端电气连接。
42.如图8～11所示，三相磁环支座16和母线磁环支座3内均设有环形凹槽，且中心位置处设有腰形贯穿槽。母线磁环支座3和三相磁环支座16内部均灌封有磁环，磁环安放在支座中心的环形凹槽里，确保输入和输出减少emc干扰产生。
43.如图2所示，箱体1的底侧设有ptc插件26和多个金属电缆防水接头25，金属电缆防水接头25内部穿有电机端和整车端高压线束。其中电机的三相线束套在三相端的金属电缆防水接头25里面，其输入端端子与第二三相输出极板14的输出端电气连接，整车电池端的高压线束套在母线短端的金属电缆防水接头25里面，输出端端子分别与正极板9和第三负极板8的输入端电气连接。
44.该电机控制器的组装过程如下：
45.首先将薄膜电容2、母线磁环支座3、第一继电器6、第二继电器7、母线支座 10、放电电阻12、三相支座13、电流传感器15、三相磁环支座16、低压插件17 和散热器20使用螺栓固定在箱体1的上腔体底面，接着再将碳化硅功率模块19 夹紧固定在散热器20中间，再将pcba板24固定在箱体1的下腔体底面的支柱 1-2上面，并采用波峰焊将碳化硅功率模块19的信号端子焊接在pcba板24上，接着将下箱盖22固定在箱体1的下腔体上；
46.再将正极板9的输入端和输出端分别固定在母线支座10和母线磁环支座3上，再将第一负极板4和第二负极板5的输入端分别固定在第一继电器6和第二继电器 7的输出端上，输出端固定在母线磁环支座3上，再将第三负极板8的输入端固定在母线支座10上，将输出端的分叉部分分别第一继电器6和第二继电器7的输入端上；
47.将薄膜电容2的正负输出端与碳化硅功率模块19的输入端贴紧并通过激光焊接固定，接着将第一三相输出极板18的输入端与碳化硅功率模块19的输出端贴紧并通过激光焊接固定，再将第一三相输出极板18的输出端固定在三相磁环支座16 上，再将电流传感器15固定在三相磁环支座16上，接着将第二三相输出极板14 穿过电流传感器15和三相磁环支座16，并将其输出端固定在三相支座13上，将其输入端固定在三相磁环支座16上，并与第一
三相输出极板18的输出端电气连接；
48.接着将进水管23和出水管27固定在箱体1的侧壁上，然后再将金属电缆防水接头25和ptc插件26固定在箱体1的底部，接着将上箱盖21和下箱盖22分别固定在箱体1的上腔体和下腔体上面，最后再将侧盖板11固定在箱体1前侧，至此完成整个碳化硅电机控制器的装配。