电容器模块、功率转换装置和包括其的电机组件的制作方法

1.本发明涉及一种功率转换装置，并且更具体地涉及一种包括多个电容器模块和功率模块的功率转换装置。


背景技术：

2.近年来，随着对绿色能源的关注，混合动力汽车、电动汽车、燃料电池电动汽车等作为替代内燃机汽车的未来汽车受到关注。
3.这种混合动力汽车和电动/燃料电池电动汽车使用发动机和高输出电机作为动力源。
4.此外，混合动力汽车和电动/燃料电池电动汽车配备逆变器系统，用于将电池或燃料电池产生的高压直流电转换为三相(u、v、w)交流电，以对内部产生的电能进行充电/放电。
5.逆变器系统包括：功率模块，包括绝缘栅双极型晶体管(igbt)；以及电容器模块，用于吸收由功率模块的功率半导体开关元件的开关引起的纹波电流。
6.这种电容器模块通过汇流条与逆变器的输入端子(高压直流输入端子)和功率模块电连接。
7.同时，因为冷却性能可以决定输出性能，所以与逆变器功率模块设计相关的最关键因素是冷却结构。
8.因此，需要一种包括配置为单独封装的功率模块、电容器、汇流条和配置为单独封装的冷却水流路的逆变器单元，从而提高冷却效率，并且具有减小的尺寸，从而满足各种规格要求。
9.以上关于背景技术的描述仅用于帮助理解本发明的背景，并且本领域技术人员不应认为其与已知的现有技术相对应。


技术实现要素：

10.本发明是为了解决上述问题而提出的，并且本发明的一个方面提供一种模块化的包括多个电容器模块和功率模块的功率转换装置，从而提高冷却效率。
11.根据本发明的车辆功率转换装置包括：电容器；第一壳体，具有在其中放置电容器的内部空间，第一壳体包括：一对冷却部，从其外侧表面中的一对平行表面向内凹陷，从而使制冷剂流动，一对冷却通道，设置在垂直于一对冷却部的表面的相对侧表面内，从而使一对冷却部彼此连通；以及通孔，配置为将每一个冷却通道连接至外部，从而使制冷剂通过其引入或排出；以及冷却板，结合至第一壳体以密封冷却部。
12.第一壳体的内部空间可以具有开口上部，该开口上部配置为使电容器通过第一壳体的上部插入内部空间中。
13.电容器可以包括向上延伸并且配置为能够电连接的电极。
14.冷却板可以包括延伸到冷却部中以与制冷剂接触的一个或多个冷却片。
15.车辆功率转换装置可以进一步包括连接至通孔并且延伸至第一壳体的外部的接头，使得制冷剂从外部引入或排出到外部。
16.第一壳体可以具有六面体形状。
17.根据本发明的功率转换装置包括电容器模块和功率模块。电容器模块包括：电容器；第一壳体，具有在其中放置电容器的内部空间，第一壳体包括：一对第一冷却部，从其外侧表面中的一对平行表面向内凹陷，从而使制冷剂流动；一对冷却通道，设置在垂直于一对第一冷却部的表面的相对侧表面内，从而使一对第一冷却部彼此连通；以及第一通孔，配置为将每一个冷却通道连接至外部，从而使制冷剂通过其引入或排出；以及第一冷却板，结合至第一壳体以密封第一冷却部。功率模块具有与第一冷却板面接触的一侧表面。
18.电容器模块可以包括支架，该支架配置为将功率模块结合至其一侧表面，从而使功率模块与冷却板接触。
19.多个电容器模块和功率模块可以在其结合方向上彼此交替堆叠。
20.第一通孔可以设置为通过第一壳体的外侧表面，电容器模块可以进一步包括第一接头，第一接头连接至第一通孔，并且制冷剂通过第一接头注入，并且第一接头可以配置为连接两个相邻电容器模块的第一通孔。
21.功率转换装置可以进一步包括：虚设模块，包括：第二壳体，包括第二冷却部和第二通孔，其中第二冷却部使制冷剂流动，第二通孔配置为将第二冷却部连接至外部，从而使制冷剂通过其引入或排出；以及第二冷却板，配置为密封第二冷却部。虚设模块可以连接成使得第二冷却板与功率模块的另一侧表面面接触。
22.虚设模块可以包括连接至第二通孔的第二接头，并且第二接头可以连接至与其相邻的第一壳体的第一通孔，使得制冷剂通过第一壳体的第一通孔引入或排出。
23.功率转换装置可以进一步包括：正极直流汇流条，位于电容器模块和功率模块上，并且配置为将电容器模块和功率模块的正极连接至电池的正极；负极直流汇流条，堆叠在第一绝缘板上，并且配置为将电容器模块和功率模块的负极连接至电池的负极；控制板，位于负极直流汇流条上，并且连接至功率模块以控制功率模块；以及绝缘板，分别位于正极直流汇流条和负极直流汇流条的下方以将正极直流汇流条和负极直流汇流条互相绝缘。
24.功率转换装置进一步包括连接至功率模块的底部以将外部电机连接至功率模块的汇流条组件。
25.根据本发明的电机组件包括：电机壳体，包括第一安装部，放置在电机壳体的下部，并且电机结合在其中；以及第二安装部，放置在电机壳体的上部，并且其中设置有功率转换装置。
26.电机组件可以进一步包括连接器，该连接器通过电机壳体朝向第二安装部延伸，并且连接至第一壳体的第一通孔，从而使制冷剂从外部注入。
27.电机壳体可以具有开口上侧以使车辆功率转换装置从上方插入第二安装部中，并且还可以包括放置在第二安装部中并且配置为支撑在第二安装部中安装的功率转换装置的支撑部。
28.第一壳体可以具有六面体形状。
29.根据本发明的功率转换装置的优点在于，在其两侧表面安装有冷却板的电容器模块与功率模块交替堆叠；虚设模块耦合于最后一部分；将电容器模块和虚设模块连接以彼
此连通，从而使制冷剂流动；因此，可以通过一次注入制冷剂来冷却多个电容器和功率模块；并且功率模块两侧的冷却板提高了功率模块的冷却性能。
附图说明
30.通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征以及优点将更加明显，其中：
31.图1示出根据本发明的一个实施方式的电容器模块的立体图；
32.图2示出根据本发明的一个实施方式的第一壳体的后视图；
33.图3示出根据本发明的一个实施方式的第一壳体的立体图；
34.图4示出根据本发明的一个实施方式的虚设模块的立体图；
35.图5示出根据本发明的一个实施方式在功率转换装置中的电容器模块、功率模块和虚设模块的立体图；
36.图6示出根据本发明在功率转换装置中的冷却水的流动；
37.图7示出根据本发明的一个实施方式的功率转换装置的立体图；
38.图8示出根据本发明的一个实施方式的电机组件的立体图；并且
39.图9示出沿图8的线b-b截取的剖视图。
具体实施方式
40.在说明书或申请中所公开的本发明的实施方式的具体结构或功能的描述仅用于描述根据本发明的实施方式。因此，根据本发明的实施方式可以以各种形式实施，并且本发明不应被解释为限制于说明书或申请中描述的实施方式。
41.根据本发明的实施方式可以进行各种改变和变形，并因此，具体的实施方式将在附图中示出并且在说明书或申请中进行描述。然而，应当理解的是，根据本发明的概念的实施方式不限于具体公开的实施方式，但是本发明包括所有落入本发明的精神和范围内的所有变形、等效物和替代物。
42.诸如“第一”和/或“第二”之类的术语可用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅旨在将一个元件与其它元件区分开来。例如，在不脱离本发明的保护范围的情况下，第一元件可以被命名为第二元件，并且类似地，第二元件可以被命名为第二元件。
43.在一个元件被称为“连接”或“接近”其它元件的情况下，应当理解的是，不仅该元件直接连接或接近其它元件，而且它们之间还可以存在另一个元件。相反，在一个元件被称为“直接连接”或“直接接近”任何其它元件的情况下，应当理解的是，它们之间不存在元件。描述结构元件之间关系的其它表达方式，例如“之间”和“仅在之间”或“相邻”和“直接相邻”，应与上述描述类似地解释。
44.本发明中使用的术语仅用于描述具体实施方式，并不旨在限制本发明。单数表达可以包括复数表达，除非它们在上下文中明确不同。如本文所用，表述“包括”或“具有”旨在指定所提及的特征、数量、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，并且应解释为不排除可能存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、组件或其组合。
45.除非另有定义，否则本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，与本发明所属领
域的技术人员通常理解的含义相同。通用词典中定义的这些术语可以被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义，并且除非在本发明中明确定义，否则不应被解释为具有理想或过于正式的含义。
46.在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。附图中出现的相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。
47.图1示出根据本发明的一个实施方式的电容器模块100的立体图，图2示出根据本发明的一个实施方式的第一壳体20的后视图，图3示出根据本发明的一个实施方式的第一壳体20的立体图。
48.将参照图1至图3描述根据本发明的电容器模块100的优选实施方式。
49.根据本发明的车辆功率转换装置包括：电容器10；第一壳体20，具有六面体形状，并且具有将电容器10插入其中的内部空间21，第一壳体20包括：一对冷却部22，从其外侧表面中的一对平行表面向内凹陷，从而使制冷剂流动；一对冷却通道23，形成在垂直于一对冷却部22的表面的相对侧表面内，从而将一对冷却部22彼此连通；以及通孔24，配置为将冷却通道23连接至外部，从而将制冷剂通过其引入或排出；以及冷却板30，结合至第一壳体20以密封冷却部22。
50.如图1所示，电容器10可以连接至电池以将直流电转换为交流电，第一壳体20可以具有内部空间21，电容器10可以在该内部空间21中居中结合，并且内部空间21可以形成为与电容器10的尺寸对应。
51.在本发明的一个实施方式中，电容器10可以形成为长方体，并且内部空间21可以形成为长方体以对应于电容器10。
52.冷却部22可以与内部空间21分离，并且从第一壳体20的外侧表面中的平行表面向内凹陷以冷却电容器10，并且热量可以通过第一壳体20传递以冷却电容器10，而电容器10和制冷剂之间没有直接接触。此外，与内部空间21分离并且形成为使得相对冷却部22彼此连通以使制冷剂流动的冷却通道23可以设置在内部空间21的两侧上，从而使在两侧冷却部22中的制冷剂可以循环。此外，连接至每一个冷却通道23使得制冷剂从外部引入或排出到外部的通孔24可以形成在壳体中，并且可以分别形成在冷却通道23中。相应地，通过一侧通孔24引入的制冷剂可以通过冷却部22和冷却通道23循环以在另一侧通过通孔24排出。
53.即，第一壳体20可以包括在彼此垂直的方向上布置的冷却部21和冷却通道23。
54.冷却部22和冷却通道23可以通过使用例如钻头的工具从外部加工使得其互相连通，并且被加工的部分可以通过锥体(t)密封。
55.冷却板30可以结合至冷却部22以将其密封，从而防止冷却部22中的制冷剂排出到外部，并且功率模块200可以结合到冷却板30的外侧，从而使功率模块200可以通过制冷剂的热传递被冷却。
56.相应地，电容器10的两侧可以被冷却，并且与电容器模块100面接触的功率模块200可以同时被冷却。
57.第一壳体20的内部空间21可以具有打开的上部，从而使电容器10可以通过第一壳体20的上部插入以放置在内部空间21中。
58.内部空间21可以具有打开的上部，并且电容器10可以向下移动以插入内部空间21中。
59.相应地，电容器10和第一壳体20可以简单地彼此结合。
60.电容器10可以包括向上延伸并且形成为可电连接的电极11。
61.内部空间21的打开的上部可以使电容器10的电极11向上延伸，并且连接正极dc汇流条400(图7所示)和负极dc汇流条500(图7所示)以随后定位在第一壳体20上。
62.相应地，第一壳体20不需要包括用于电极11延伸的单独的空间。
63.冷却板30可以包括延伸进入冷却部22以与制冷剂接触的一个或多个冷却片31。
64.设置有朝冷却部22延伸的冷却片31的冷却板30可以增加与流入冷却部22的制冷剂的接触面积。
65.相应地，可以提高通过制冷剂的热传递效率，并且可以提高冷却功率模块200的效率。
66.电容器模块100还可以包括连接至通孔24并且延伸至第一壳体20的外部，从而将制冷剂从外部引入或排出到外部的接头40。
67.插入两侧通孔24的每一个以结合至第一壳体20的接头40可以具有管状形状，并且具有插入通孔24的一侧和突出到第一壳体20外部以连接至外部的另一侧。
68.接头40的一侧和另一侧形成为中空管的形式，并且接头40具有连接其一侧和另一侧的中间部并且形成为由具有弹性的材料制成的波纹管的形式，使得中间部可以在连接外部时减轻冲击，并因此可以防止接头40断裂。
69.图5示出根据本发明的一个实施方式在功率转换装置中的电容器模块100、功率模块200和虚设模块300的立体图，图6示出根据本发明在功率转换装置中的冷却水的流动，图7示出根据本发明的一个实施方式的功率转换装置的立体图。
70.将参照上述图5至图7以及其它附图描述根据本发明的功率转换装置。
71.根据本发明的功率转换装置包括电容器模块100和功率模块200。电容器100包括：电容器10；第一壳体20，具有六面体形状，并且具有将电容器插入其中的内部空间21，第一壳体20包括：一对冷却部22，从其外侧表面中的一对平行表面向内凹陷，从而使制冷剂流动；一对冷却通道23，形成在垂直于一对冷却部22的表面的相对侧表面内，从而将一对冷却部22彼此连通；以及通孔24，配置为将冷却通道23连接至外部，从而将制冷剂通过其引入或排出；以及冷却板30，结合至第一壳体20以密封冷却部22。功率模块200具有与冷却板30面接触的一侧表面。
72.如图5所示，根据本发明的功率转换装置可以包括电容器模块100和与电容器模块100的冷却板30面接触的功率模块200。
73.由于功率模块200和冷却板30之间的面接触，电容器模块100和功率模块200可以通过注入第一壳体20的制冷剂同时被冷却。
74.功率模块200可以连接至电容器模块100并且连接至电机，从而可以将电池的直流电通过电容器转换为交流电，并且被转换的交流电可以输出到电机。
75.此时，功率模块200可以生热，并且冷却板30可以冷却功率模块200，从而提高功率模块200的工作效率并且延长其寿命。此外，不需要额外单独注入冷却水的装置来冷却功率模块200，从而降低了成本。
76.电容器模块100可以包括支架50，用于将功率模块200结合至其一侧表面，使其与冷却板接触。
77.支架50可以安装在将冷却板30结合至第一壳体20的一侧表面上，使得功率模块200结合至连接于第一壳体20的冷却板30，从而功率模块200可以结合至支架50以与冷却板30接触。
78.相应地，功率模块200可以固定至冷却板，并且即使受到外部冲击，功率模块200也不会与冷却板30分离。
79.功率转换装置还可以包括虚设模块300，虚设模块300包括：第二壳体310，具有从其一侧表面向内凹陷从而使制冷剂流动的冷却部311，以及配置为将冷却部311连接至外部从而将制冷剂通过其引入或排出的通孔312；以及冷却板320，配置为密封冷却部311。虚设模块300可以连接成使得使冷却板320与功率模块200的另一侧表面面接触。
80.虚设模块300可以具有电容器模块100的形状，其中，电容器10和内部空间21从电容器模块100中移除，并且可以设置为使得虚设模块300的冷却板320与功率模块200面接触，以冷却功率模块200的具有与冷却板320面接触的一侧表面的另一侧表面。相应地，功率模块200的两侧表面可以被冷却，从而提高冷却效率。
81.虚设模块300可以包括连接至通孔312的接头330，并且接头330可以连接至与其相邻的第一壳体20的通孔24，从而将制冷剂通过第一壳体20的通孔24引入或排出。
82.为了将电容器模块100结合至虚设模块300，接头330的一侧可以插入虚设模块300的通孔312中，并且其另一端可以插入电容器模块100的通孔24中，从而电容器模块100的冷却通道23可以连接至虚设模块300的冷却部311。
83.相应地，如图6所示，通过电容器模块100的通孔24引入的制冷剂可以通过电容器模块100的冷却部22和冷却通道23以及虚设模块300的冷却部311循环以与冷却板320进行热交换，之后，可以通过电容器模块100的通孔24排出。
84.因此，制冷剂可以通过其单独地流入和流出与所有冷却板30和320进行热交换。
85.多个电容器模块100和功率模块200可以在其结合方向上彼此交替堆叠。
86.如图5所示，电容器模块100和功率模块200可以彼此交替堆叠，从而使功率模块200的两侧表面与冷却板30和320接触。
87.相应地，功率模块200的两侧表面可以被冷却，并且多个电容器模块100和功率模块200可以彼此连接。
88.通孔24可以在冷却通道23延伸的方向上通过第一壳体20的外侧表面形成，电容器模块100还可以包括接头40，其中，接头40连接至通孔24，并且制冷剂通过接头40注入，接头40可以配置为连接两个相邻的电容器模块100的通孔24。
89.电容器模块的通孔24可以位于沿冷却通道23延伸方向的电容器模块的两侧表面上，接头40可以插入到通过冷却板30结合到的一侧表面形成的每个通孔24中，并且接头40可以连接两个相邻的电容器模块100的通孔24以将多个电容器模块100互相连接。当将制冷剂通过连接至外部的接头40引入时，接头40可以连接各个冷却通道23以使制冷剂注入所有电容器模块100中，并且已经通过电容器模块100循环的制冷剂可以通过连接至外部的接头40排出。
90.功率转换装置还可以包括：正极直流汇流条400，位于电容器模块100和功率模块200上，并且配置为将电容器模块100和功率模块200的正极连接至电池的正极；负极直流汇流条500，堆叠在第一绝缘板700上，并且配置为将电容器模块100和功率模块200的负极连
接至电池的负极；控制板600，位于负极直流汇流条500上，并且连接至功率模块200以控制功率模块200；以及绝缘板700，分别位于正极直流汇流条400和负极直流汇流条500上以使其彼此绝缘。
91.配置为连接电容器模块100和功率模块200的负极的负极直流汇流条可以设置在电容器模块100和功率模块200上，并且配置为连接电容器模块100和功率模块200的正极的正极直流汇流条400可以设置在负极直流汇流条500的下方，从而将电容器模块100和功率模块200互相连接，并且一对绝缘板700可以分别设置在负极直流汇流条500上方和正极直流汇流条400下方以使其彼此绝缘。
92.连接至功率模块200以控制功率模块200的操作的控制板600可以放置在正极直流汇流条上。
93.功率转换装置还可以包括连接至功率模块200底部以将外部电机连接至功率模块200的汇流条组件800。
94.功率模块200可以通过汇流条组件800连接至电机，并且汇流条组件800可以从功率模块200向下延伸以连接至位于汇流条组件800下方的电机，从而将电流传输到电机。此外，当设置有多个功率模块200时，汇流条组件800可以连接至多个功率模块200以将其连接至电机。
95.电机可以设置为三相模块，并且功率模块200可以连接至每一相。
96.图8示出根据本发明的一个实施方式的电机组件的立体图；并且
97.图9示出沿图8的线b-b截取的剖视图。
98.将参照图8和图9描述根据本发明的电机组件900的优选实施方式。
99.根据本发明的电机组件900包括电机壳体910，电机壳体910包括：第一安装部911，第一安装部911形成在其下部并且其中设置有电机；以及第二安装部912，第二安装部912形成在其上部并且其中设置有功率转换装置。
100.第二安装部912可以具有打开的上侧以使功率转换装置向下插入，与第二安装部912分离的第一安装部911可以形成在电机壳体910的下部以使电机放置在其中，并且汇流条组件800可以向下延伸以将功率模块200连接至电机。
101.电机组件还可以包括连接器920，该连接器920通过电机壳体910朝向第二安装部912形成并且连接至第一壳体20的通孔24，从而将制冷剂从外部注入。
102.连接器920可以连接至插入第二安装部912中的电容器模块100的一对接头40中的每一个，使得制冷剂通过其引入或排出。
103.电机壳体910可以具有打开的上侧以使车辆功率转换装置从上方插入第二安装部912中，并且还可以包括放置在第二安装部912内并且配置为支撑插入第二安装部912中的功率转换装置的支撑部930。
104.支撑部930可以设置在第二安装部912的一侧以沿制冷剂注入的方向固定地挤压功率转换装置，使得插入第二安装部912中的功率转换装置不会在第二安装部912内移动。
105.支撑部930可以形成为沿第一方向突出的板簧的形状，从而功率转换装置可以方便地插入第二安装部912中或从第二安装部912拆卸到外部。
106.尽管已经结合其具体的实施方式描述和示出了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的技术精神的情况下，可以对本发
明进行各种改进和变形。