一种直流支撑电容器以及一种电机控制器的制作方法

1.本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种直流支撑电容器以及一种包括所述直流支撑电容器的电机控制器。


背景技术：

2.电机控制器作为动力电源与电机之间的电能转换单元，在新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域得到了广泛地应用。在电传动系统中，动力电源通过直流母线与电机控制器连接，这种方式通常称之为直流支撑。由于动力电源输出给电机控制器的直流电流无法避免存在脉动，这将会在直流支撑上产生很高的脉冲电压，使得电机控制器难以承受。所以，现有技术的常规解决方法是在正、负直流母线间设置直流支撑电容器，起到平滑直流母线电压、吸收高脉冲电流等作用。
3.目前，直流支撑电容器的体积和重量大约占电机控制器的总体积和总重量的15％～25％。如图1所示，大多数情况下，直流支撑电容器110需要通过额外设置的复合母排120实现与igbt开关器件130的连接。其中，igbt开关器件130已在业内形成了统一的标准封装结构，比如：英飞凌primepack3封装与中车h1封装具有同样的外形接口。而直流支撑电容器和复合母排往往需要根据电机控制器的结构需求定制开发，存在集成化和小型化的发展空间。现有的直流支撑电容器的结构难以直接布置在标准封装的igbt模块的上方，如图1所示，现有技术的常规设置是将直流支撑电容器110与标准封装的igbt模块布置在同一平面(比如散热器)上。因此，直流支撑电容器会在电机控制器的长度或宽度方向上占用一定的空间。同时，如图1所示的采用复合母排120来实现直流支撑电容器110与igbt模块130的电气连接的方式不仅固定螺钉数目众多，而且对加工精度有较高的要求。
4.可以看出，直流支撑电容器不仅是电机控制器的关键功能部件之一，还是电机控制器小型化和轻量化的关键突破点之一。
5.为解决上述问题，本发明旨在提供一种直流支撑电容器，可直接布置在igbt模块的上方，从而实现了电机控制器的小型化和轻量化。


技术实现要素：

6.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
7.根据本发明的一方面，提供了一种直流支撑电容器，用于吸收动力电源与igbt开关器件之间的高脉冲电流，所述直流支撑电容器包括：电芯以及母排，所述电芯安装于所述母排上，所述母排包括依次层叠且相互绝缘的发射极母排和集电极母排，所述电芯包括相互绝缘的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层通过所述发射极母排与所述igbt开关器件的发射极接口连接，所述第二金属层通过所述集电极母排与所述igbt开关器件的集电
极接口连接。
8.进一步地，所述发射极母排上设置有多排间隔排列的发射极连接孔与集电极绝缘孔，所述集电极母排上设置有多排间隔排列的发射极绝缘孔和集电极连接孔，所述发射极母排通过插入所述发射极连接孔和所述发射极绝缘孔的发射极连接件与所述igbt开关器件的发射极接口连接，所述集电极母排通过插入所述集电极绝缘孔和所述集电极连接孔的集电极连接件与所述igbt开关器件的集电极接口连接。
9.进一步地，所述母排还包括绝缘层，所述发射极母排和所述集电极母排通过所述绝缘层相互绝缘，所述绝缘层上设置有多排间隔排列的发射极绝缘孔和集电极绝缘孔。
10.进一步地，所述母排包括三层绝缘层，分别位于所述母排的第一层、第三层和第五层，所述发射极母排和所述集电极母排分别位于所述母排的第二层和第四层的其中一层和另一层。
11.进一步地，所述发射极绝缘孔大于所述发射极连接孔的孔径以便于所述发射极连接件与所述发射极连接孔接触而不与所述发射极绝缘孔接触，所述集电极绝缘孔的孔径大于所述集电极连接孔的孔径以便于所述集电极连接件与所述集电极连接孔接触而不与所述集电极绝缘孔接触。
12.进一步地，所述发射极母排的其中一侧具有弯折的发射极引出端，所述集电极母排的其中一侧具有弯折的集电极引出端，所述电芯的第一金属层在所述母排的第一侧边与所述发射极引出端连接，所述电芯的第二金属层在所述母排的第二侧边与所述集电极引出端连接，所述第一侧边和所述第二侧边相对。
13.进一步地，所述电芯的两端分别为突出的第一金属层和第二金属层，每一电芯夹在相对的一发射极引出端和集电极引出端之间以便于所述第一金属层和所述第二金属层分别与所述发射极引出端和所述集电极引出端连接。
14.进一步地，所述发射极母排上的多排发射极连接孔和集电极绝缘孔纵向成列，所述集电极母排上的发射极绝缘孔和集电极连接孔纵向成列，每一电芯安装于相邻的两列之间。
15.进一步地，每一电芯还包括电芯外壳，每一电芯外壳将所述电芯以及所述电芯两端的发射极引出端和集电极引出端罩于其内。
16.进一步地，所述电芯外壳内的剩余空间填充有灌封材料。
17.进一步地，所述电芯外壳上设置有用于安装其他功能部件的机械接口。
18.进一步地，所述发射极母排上的侧边设置有负极直流接口，用于通过负极直流母线与所述动力电源的负极连接；所述集电极母排的侧边设置有正极直流接口，用于通过正极直流母线与所述动力电源的正极连接。
19.进一步地，所述电芯为叠层式电芯，所述层叠式电芯由单层或多层所述第一金属层和所述第二金属层依次相间堆叠而成。
20.进一步地，所述叠层式电芯还包括多层介质薄膜层，相邻的第一金属层和第二金属层之间通过一所述介质薄膜层来实现相互绝缘。
21.进一步地，所述叠层式电芯的所述第一金属层和所述第二金属层为独立的金属箔或涂覆于所述介质薄膜层上的金属箔。
22.进一步地，所述电芯为卷绕式电芯，所述卷绕式电芯由单层或多层所述第一金属
层和所述第二金属层依次相间卷绕而成。
23.进一步地，所述卷绕式电芯还包括多层介质薄膜层，相邻的第一金属层和第二金属层之间通过一所述介质薄膜层来实现相互绝缘。
24.进一步地，所述卷绕式电芯的所述第一金属层和所述第二金属层为独立的金属箔或涂覆于所述介质薄膜层上的金属箔。
25.根据本发明的另一个方面，还提供了一种电机控制器，包括如上述任一项所述的直流支撑电容器和igbt开关器件，所述直流支撑电容器的母排固定安装在所述igbt开关器件上，所述母排的发射极母排与所述igbt开关器件的发射极接口连接，所述母排的集电极母排与所述igbt开关器件的集电极接口连接。
附图说明
26.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。
27.图1是现有技术绘示的直流支撑电容器与igbt开关器件安装结构示意图；
28.图2是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器与igbt开关器件安装结构立体示意图；
29.图3是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器的母排结构爆炸示意图；
30.图4是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器的层叠式电芯的结构示意图；
31.图5是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器的卷绕式电芯的结构示意图；
32.图6是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器的一层叠式电芯的侧视结构示意图；
33.图7是根据本发明的一个方面绘示的直流支撑电容器的一层叠式电芯的侧视结构示意图。
34.为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：
35.110直流支撑电容器
36.120复合母排
37.130开关器件
38.1igbt开关器件
39.210电芯
40.220母排
41.221发射极母排
42.222集电极母排
43.2211发射极连接孔
44.2212集电极绝缘孔
45.2221发射极绝缘孔
46.2222集电极连接孔
47.231发射极连接件
48.232集电极连接件
49.2213发射极引出端
50.2223集电极引出端
51.2214负极直流接口
52.2224正极直流接口
53.223绝缘层
54.2231凹口
55.411、511第一金属层
56.412、512第二金属层
57.413、513介质薄膜层
58.414、514电芯外壳
具体实施方式
59.给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
60.在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
61.请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
62.注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，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。
63.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
65.以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实
施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
66.根据本发明的一个方面，提供一种直流支撑电容器，用于吸收动力电源与电机控制器的igbt开关器件之间的高脉冲电流以实现平滑化直流母线电压的目的。
67.如图2所示，在一实施例中，该直流支撑电容器包括电芯210以及母排220。
68.电芯210直接安装于母排220上，母排220则直接安装于igbt开关器件1上。
69.图3示出了一具体实施例中的母排220的具体结构示意图。如图3所示，母排220的具体结构包括依次层叠且相互绝缘的发射极母排221和集电极母排222。
70.图4和图5分别示出了一具体实施例中的电芯210的具体结构示意图。如图4所示的电芯210包括相互绝缘的第一金属层411和第二金属层412。如图5所示的电芯210包括相互绝缘的第一金属层511和第二金属层512。
71.如图4(5)所示，当电芯安装在母排220上后，电芯210的第一金属层411(511)与发射极母排221连接，电芯210的第二金属层412(512)与集电极母排222连接；如图2所示，发射极母排221与igbt开关器件1的发射极接口连接，集电极母排222与igbt开关器件1的集电极接口连接。从而实现了电芯210的第一金属层通过发射极母排221与igbt开关器件1的发射极接口连接，电芯210的第二金属层通过集电极母排222与igbt开关器件1的集电极接口连接。
72.具体地，发射极母排221与igbt开关器件1的发射极接口的连接方式以及集电极母排222与igbt开关器件1的集电极接口的连接方式可采用如图2和图3所示的连接方式来实现。
73.如图3所示，发射极母排221上设置有多排间隔排列的发射极连接孔2211与集电极绝缘孔2212，集电极母排222上设置有多排间隔排列的发射极绝缘孔2221和集电极连接孔2222。其中，发射极母排221上的发射极连接孔2211和集电极绝缘孔2212以及集电极母排222上的发射极绝缘孔2221和集电极连接孔2222分别沿x方向成排。当发射极母排221与集电极母排222层叠后，发射极母排221上的发射极连接孔2211与集电极母排222上的发射极绝缘孔2221一一对应，发射极母排221上的集电极绝缘孔2212与集电极母排222上的集电极连接孔2222一一对应。
74.如图2所示，将母排220安装在igbt开关器件1上时，将每一发射极连接件231插入发射极母排221上的一发射极连接孔2211和对应的集电极母排222上的发射极绝缘孔2221与igbt开关器件1的发射极接口接触；将每一集电极连接件232插入发射极母排221上的一集电极绝缘孔2212和对应的集电极母排222上的集电极连接孔2222与igbt开关器件1的集电极接口接触。
75.可以理解，发射极连接孔2211与发射极连接件231之间导电接触，发射极绝缘孔2221与发射极连接件231之间绝缘，因此，发射极连接件231与发射极母排221导电连接，发射极连接件231与集电极母排222绝缘；对应地，集电极绝缘孔2212与集电极连接件232之间绝缘，集电极连接孔2222与集电极连接件232之间导电接触，因此，集电极连接件232与发射极母排221绝缘，集电极连接件232与集电极母排222导电连接。
76.从而，发射极母排221通过插入发射极连接孔2211和发射极绝缘孔2221的发射极连接件231与igbt开关器件1的发射极接口连接，集电极母排222通过插入集电极绝缘孔2212和集电极连接孔2222的集电极连接件与igbt开关器件1的集电极接口连接。
77.较优地，为实现发射极连接孔2211与发射极连接件231之间导电接触，可将发射极连接孔2211的孔径设置的与发射极连接件231的直径相同，则发射极连接件231插入发射极连接孔2211时可卡在发射极连接孔2211内以实现与发射极连接孔2211的导电接触；对应地，为实现集电极连接孔2222与集电极连接件232之间导电接触，可将集电极连接孔2222的孔径设置的与集电极连接件232的直径相同，则集电极连接件232插入集电极连接孔2222时可卡在集电极连接孔2222内以实现与集电极连接孔2222的导电接触。
78.较优地，为实现发射极绝缘孔2221与发射极连接件231之间的绝缘，可将发射极绝缘孔2221的孔径设置的大于发射极连接件231的直径，则发射极连接件231插入发射极绝缘孔2221时无法与发射极绝缘孔2221的周边接触以实现与发射极绝缘孔2221的绝缘；对应地，为实现集电极绝缘孔2212与集电极连接件232之间的绝缘，可将集电极绝缘孔2212的孔径设置的大于集电极连接件232的直径，则集电极连接件232插入集电极绝缘孔2212时无法与集电极绝缘孔2212的周边接触以实现与集电极绝缘孔2212的绝缘。
79.较优地，本发明中的发射极连接件231和集电极连接件232可采用螺钉来实现。即上述发射极连接孔2211和集电极连接孔2222一方面可分别便于发射极母排221和集电极母排222与发射极连接件231和集电极连接件232的导电接触，还可便于发射极连接件231和集电极连接件232将直流支撑电容器固定在igbt开关器件1上；发射极绝缘孔2221和集电极绝缘孔2212一方面可分别便于集电极母排222和发射极母排221与发射极连接件231和集电极连接件232的绝缘，还可便于发射极连接件231和集电极连接件232将直流支撑电容器固定在igbt开关器件1上。
80.可以理解，发射极母排221上的集电极绝缘孔2212和集电极母排222上的发射极绝缘孔2221还可通过其他绝缘方式来实现与集电极连接件231和发射极连接件232之间的绝缘，比如涂覆绝缘材料等现有或将有的绝缘方式。
81.更进一步地，发射极母排221和集电极母排222可通过绝缘层来实现相互绝缘。具体可如图3所示，母排220还包括绝缘层223。绝缘层223上设置有多排间隔排列的发射极绝缘孔2221和集电极绝缘孔2212。该绝缘层223上的发射极绝缘孔2221和集电极绝缘孔2212可分别与集电极母排222上的发射极绝缘孔2221和发射极母排221上的集电极绝缘孔2212进行相同的设置以便于发射极连接件231和集电极连接件232的插入和绝缘。
82.较优地，母排220可设置有三层绝缘层223，该三层绝缘层223将发射极母排221和集电极母排222间隔地夹在两层绝缘层223之间。即，母排220可分为五层结构，其中，三层绝缘层223分别位于母排220的第一层、第三层和第五层，发射极母排221和集电极母排222分别位于母排220的第二层和第四层，或发射极母排221和集电极母排222分别位于母排220的第四层和第二层。从而可实现发射极母排221和集电极母排222的绝缘、发射极母排221或集电极母排222与电芯210之间的绝缘以及集电极母排222或发射极母排221与igbt开关器件1之间的绝缘。
83.进一步地，本领域的技术人员可以理解，本发明中的电芯可以采用层叠式电芯、卷绕式电芯或其他现有或将有的可用作电容器的电芯结构。本发明以层叠式电芯和卷绕式电芯为例对电芯210和发射极母排221以及集电极母排222之间的连接方式进行简要举例说明。
84.发射极母排221的其中一侧可设置有弯折的发射极引出端2213，集电极母排222的
其中一侧可设置有弯折的集电极引出端2223。当发射极母排221和集电极母排222层叠成母排220时，该发射极引出端2213和集电极引出端2223分别位于母排220的相对的两侧。
85.如图4或5所示，发射极引出端2213和集电极引出端2223分别位于母排220的相对的两条长侧边上。则，电芯210的第一金属层411(511)和第二金属层412(512)分别在母排220的两条长侧边与发射极引出端2213和集电极引出端2223连接。
86.较优地，如图3所示，卡在发射极引出端2213和集电极引出端2223之间的绝缘层223可设置有便于发射极引出端2213和集电极引出端2223伸出的凹口2231。
87.图4示出了采用层叠式电芯的直流支撑电容器的结构示意图，层叠式电芯的结构如图4中的局部放大示意图i所示，包括单层或多层第一金属层411和第二金属层412。其侧视图如图6所示，层叠式电芯的第一金属层411和第二金属层412依次相间堆叠而成。为便于层叠式电芯的第一金属层411和第二金属层412分别在电芯的两端与发射极母排221和集电极母排222连接，层叠式电芯的第一金属层411和第二金属层412的堆叠位置相互错开，使得第一金属层411在电芯210的其中一端伸出，第二金属层412在电芯210的另一端伸出，以便于使得电芯210的一端突出的部分均为第一金属层411，另一端突出的部分均为第二金属层412。
88.进一步地，第一金属层411和第二金属层412可通过介质薄膜层413来实现相互绝缘。其侧视图可如图7所示，层叠式电芯的相邻的第一金属层411和第二金属层412之间还堆叠有一层介质薄膜层413。
89.在一些具体实施例中，层叠式电芯的第一金属层411和第二金属层412可以是独立的金属箔。在一些具体实施例中，层叠式电芯的第一金属层411和第二金属层412还可以是涂覆于介质薄膜层413上的金属箔。
90.图5示出了采用卷绕式电芯的直流支撑电容器的结构示意图，卷绕式电芯的结构如图5中的局部放大示意图ⅱ所示，包括单层或多层第一金属层511和第二金属层512。卷绕式电芯的第一金属层511和第二金属层512依次相间卷绕而成。为便于卷绕式电芯的第一金属层511和第二金属层512分别在电芯的两端与发射极母排221和集电极母排222连接，卷绕式电芯的第一金属层511和第二金属层512的卷绕位置相互错开，使得第一金属层511在电芯210的其中一端伸出，第二金属层512在电芯210的另一端伸出，以便于使得电芯210的一端突出的部分均为第一金属层511，另一端突出的部分均为第二金属层512。
91.进一步地，第一金属层511和第二金属层512可通过介质薄膜层513来实现相互绝缘。卷绕式电芯的相邻的第一金属层511和第二金属层512之间还卷绕有一层介质薄膜层513。
92.在一些具体实施例中，卷绕式电芯的第一金属层511和第二金属层512可以是独立的金属箔。在一些具体实施例中，卷绕式电芯的第一金属层511和第二金属层512还可以是涂覆于介质薄膜层513上的金属箔。
93.电芯210安装在母排220上时，如图4或5所示，电芯210夹在相对的一发射极引出端2213和集电极引出端2223之间，因而，在电芯210的一端突出的第一金属层411(511)与发射极引出端2213连接，在电芯210的另一端突出的第二金属层412(512)与集电极引出端2223连接。
94.进一步较优地，如图3所示，发射极母排221上的发射极连接孔2211与集电极绝缘
孔2212沿y方向成列，集电极母排222上的发射极绝缘孔2221和集电极连接孔2222纵向成列，因而，各列孔之间的区域可用于安装电芯210。
95.对应地，对于设置有绝缘层的母排而言，其绝缘层223上的集电极绝缘孔2212和发射极绝缘孔2221也沿y方向成列，以便于将电芯210安装在相邻的两列之间。
96.较优地，如图4(5)所示，每一电芯210还可配置有电芯外壳414(514)。安装时，先将层叠式电芯(卷绕式电芯)安装于两列孔之间且层叠式电芯(卷绕式电芯)的两端分别与母排220的发射极引出端2213和集电极引出端2223连接，再将电芯外壳414(514)套接于发射极引出端2213和集电极引出端2223上以将该层叠式电芯(卷绕式电芯)以及所述两端的发射极引出端2213和集电极引出端2223罩于其内。
97.较优地，电芯外壳414(514)内的剩余空间还可填充有灌封材料。该灌封材料可以是环氧树脂等现有或将有的可用于灌封的材料。
98.更进一步地，为更方便地固定本发明所述的直流支撑电容器，或为便于安装诸如pcb等电机控制器的其他功能部件，可在电芯外壳414(514)上设置对应的机械接口。
99.进一步可选地，如图3所示，发射极母排221的其他侧边可设置有负极直流接口2214，用于与负极直流母线连接以通过负极直流母线与动力电源的负极连接；对应地，集电极母排222的其他侧边还还可设置有正极直流接口2224，用于与正极直流母线连接以通过正极直流母线与动力电源的正极连接。可以理解，该其他侧边是指与发射极引出端和集电极引出端所在的侧边不同的其他侧边。如图3所示的母排210的发射极引出端2211和集电极引出端2222分别设置在两条长边上，而负极直流接口2214和正极直流接口2224则设置在两条短边上。
100.根据本发明的另一个方面，还提供一种电机控制器，该电机控制器包括上述任一实施例中的直流支撑电容器以及igbt开关器件。直流支撑电容器的母排固定安装在igbt开关器件上，所述母排的发射极母排与所述igbt开关器件的发射极接口连接，所述母排的集电极母排与所述igbt开关器件的集电极接口连接。
101.可以理解，本发明所述的直流支撑电容器可适用的igbt开关器件可以是标准封装的igbt模块，也可以是根据需求特殊设计的igbt开关器件，仅需将本发明所述的直流支撑电容器进行对应的尺寸设计即可。
102.提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。