一種集成於電機的逆變器的製作方法

2023-08-11 04:15:31 1

本實用新型涉及一種集成於電機的逆變器，是一種電動汽車內與電機高度集成的逆變器結構。

背景技術：

在電動汽車中，逆變器是實現電池的直流電供電與電機的交流電用電變換、實現電機的驅動運行的關鍵部件，屬於電動汽車的核心功率部件，它必須能夠持續可靠的運行。

目前，電動汽車上匹配的逆變器一般是獨立安裝於車架上，電機和逆變器一般通過高壓線束、低壓線束、水管進行交流電、控制信號、冷卻液的傳遞，造成了成本過高、能量損耗以及空間浪費等，因而電機、逆變器以及減速器的集成化設計成為電動汽車發展的方向。專利CN102267362A描述了一種電動車驅動集成化一體結構，其中逆變器徑向集成於電機的正上方，變速器通過聯軸器與電機連接，可以實現結構緊湊、體積小、重量輕和效率高的要求。但由於電機和逆變器仍然採用電纜連接，因而沒有實現最優的集成化設計，另外逆變器布置於電機的正上方，可能不便於進一步在上部布置DC/DC和充電機等。專利CN1819418A中描述了一種電機和逆變器軸向布置的結構，逆變器和電機共用殼體，實現了較高程度的集成；該逆變器通過電介質的冷卻流體對逆變器的功率模塊進行噴射冷卻，可以實現良好的熱交換。但這種設計需要複雜的外部冷卻泵和散熱器的支撐，造成動力系統結構複雜、成本升高、可靠性下降。專利CN205417150U描述了一種帶冷卻機構的電機、逆變器和變速器集成裝置，包括電機、逆變器、變速器和下部冷卻腔、上部冷卻腔和中部導流通道，可以對電機、逆變器、變速器進行很好的冷卻，也實現了較高程度的集成。但該集成裝置的水道設計過於複雜、造成密封困難、可靠性下降；該集成裝置並沒有進一步解決或闡述逆變器和變速器的集成方式；該集成裝置的逆變器的高、低壓線束的出線方向為電機的徑向方向，並沒有最優地利用電機的軸向空間，造成該集成裝置所需整車空間較大。

針對上述問題，需要設計一種適合電動汽車特別是純電動轎車，同時解決逆變器和電機甚至減速器集成度不高、空間浪費嚴重、成本較高、結構複雜、可靠性低的緊湊化逆變器。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種集成於電機的逆變器，是一種新能源車用逆變器，其可以很好地實現與電機、減速器進行集成，並使得整個集成裝置儘可能小地佔用整車空間，同時該逆變器具有結構緊湊、成本低、功率密度高、冷卻設計簡單可靠等特點。

基於上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種集成於電機的逆變器，包括主箱體和頂蓋及固定在主箱體內部的電機軸承、電機旋轉變壓器、IGBT模塊、驅動板、電流傳感器、電流傳感器支架、一體化注塑交流母排、放電電阻、直流母線電容、屏蔽板、控制板，其特徵在於：逆變器集成於電機後側，同時在逆變器上布置減速器輸出軸的軸承，以及布置於直流母線電容下方的接線座、直流母排、Y電容，接線座安裝於主箱體上，空調保險固定於接線座的嵌裝螺母上，空調保險一端與直流母排的負極伸出端相連，一端與空調接插件的負極線束相連；所述直流母排與直流接插件的端子電連接，同時在接線座上分別與空調保險的一端、以及空調接插件的正極線束相連；所述Y電容安裝於接線座的矩形卡槽內，每個Y電容的一條線束的線鼻子分別與其中一個直流母排相連，每個Y電容的另外一條線束的線鼻子通過螺栓與主箱體相連，固定在主箱體外部的直流接插件、空調接插件、低壓接插件和透氣塞；其中直流接插件、空調接插件、低壓接插件並排布置於電機的軸向，透氣塞布置於逆變器主箱體的側面，電機的徑向；電機軸承通過軸承鋼套固定在主箱體上；電機旋轉變壓器通過螺栓安裝於主箱體；IGBT模塊通過螺栓安裝於主箱體，並布置於電機旋轉變壓器上方；驅動板布置於IGBT模塊上方，並焊接於IGBT模塊上；

在IGBT模塊相對的兩側分別布置有直流母線電容和電流傳感器，一體化注塑交流母排布置於電流傳感器和IGBT模塊之間，直流母線電容上方依次布置屏蔽板和控制板；接線座布置於直流母線電容下方，並安裝於主箱體的局部凹槽內，Y電容卡接於接線座；直流接插件、空調接插件和低壓接插件出線方向均為電機軸向。

所述的主箱體內部布置有IGBT模塊的冷卻水道，冷卻水道的進水管安裝於主箱體的側面，冷卻水道的出水孔位於主箱體端面，與電機水道直接相連；IGBT模塊內部集成水道，主箱體內側有兩個水孔與IGBT模塊的水口相連。

所述電流傳感器採用三聯電流傳感器，通過電流傳感器支架安裝於主箱體的內部、IGBT模塊的三相交流端子側；電機交流端子通過定製的線鼻子穿過電流傳感器的開口與一體化注塑交流母排相連。

所述的一體化注塑交流母排另一側與IGBT模塊相連；一體化注塑母排的絕緣骨架還設有固定線束的卡槽結構。

所述放電電阻通過支架固定於主箱體，支架還設計有固定電機溫度傳感器線束、放電電阻線束和電流傳感器線束的綁紮帶開孔；電流傳感器線束和電機溫度傳感器線束通過8針接插件與控制板相連，放電電阻線束通過線鼻子與直流母線電容直流端子相連。

所述控制板固定於屏蔽板上，屏蔽板與直流母線電容通過螺栓固定於主箱體；控制板與驅動板通過排線進行信號傳遞。

所述Y電容卡接於接線座內部或採用電容單體灌裝於接線座內部。

所述直流接插件和空調接插件帶有高壓互鎖線束，高壓互鎖線束串聯後與控制板上的2針接插件相連。

所述的空調保險安裝於接線座上，其一端與負極直流母排相連，另一端與空調接插件的負極線束相連；空調接插件的正極線束與正極直流母排相連。

所述低壓接插件通過線束分別與控制板上的12針和16針接插件相連；所述電機旋變線束通過8針接插件與控制板相連；所述主箱體外側安裝兩個透氣塞，用於保證逆變器和電機內外氣壓平衡。

本實用新型的積極效果是通過主箱體集成電機軸承、電機旋轉變壓器、以及集成減速器輸出軸軸承等部件，實現與電機、減速器的高度集成；同時為了最大限度地實現集成裝置緊湊化，逆變器的直流接插件、空調接插件以及低壓接插件均採用電機軸向出線、逆變器水管採用軸向進水；另外逆變器的IGBT模塊及驅動板、電流傳感器、直流母線電容及控制板採用並排布置方式，接線座、直流母排和Y電容等布置於直流母線電容下方，不佔用集成裝置的徑向空間；逆變器內部集成直通水道，僅通過一個出水口與電機進水口相連，降低系統水阻，提高了IGBT模塊冷卻效果以及水道密封可靠性。據此實現了逆變器與電機、減速器的高度集成，同時使得逆變器具有結構緊湊、成本低、功率密度高、冷卻設計簡單可靠等特點。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的逆變器與電機、減速器集成示意圖。

圖2是本實用新型實施例的剖視示意圖。

圖3是本實用新型實施例的背面示意圖。

圖4是本實用新型實施例的取下頂蓋的正面示意圖。

圖5是本實用新型實施例的取下直流母線電容的接線座布置示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明做進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1-圖5所示，該實施例公開了一種與電機集成的逆變器100，該逆變器100集成於電機200的後側，同時該逆變器100還布置了減速器300輸出軸的軸承孔26，實現了逆變器100、電機200和減速器300形成一個緊湊的集成裝置，以便作為一個動力總成模塊在整車上靈活布置。同時，為了最大限度地實現集成裝置的緊湊度，該逆變器100的直流接插件16、空調接插件22、低壓接插件23以及逆變器進水管24的朝向均為電機200的軸向方向，進一步節省了整車空間，該空間可以方便DC/DC、充電機等總成的布置，也可以作為行李艙給用戶提供更佳的舒適性體驗。

該實施例所述逆變器100主要包括主箱體1和頂蓋2，所述逆變器的各功能型構件分別以特定的位置關係安裝在所述主箱體1和頂蓋2的內部或者外部。同時所述主箱體1還集成了用於安裝電機軸承3的軸承鋼套17，該軸承鋼套17與鋁合金壓鑄的主箱體1採用一體化鑄造的方式，用以提高軸承連接處殼體的強度；同時主箱體上還安裝了用於檢測電機200轉子位置的旋轉變壓器4，這種集成方式實現了所述逆變器100和電機200的高度耦合，極大地減小了集成裝置的軸向尺寸。

同時，一種集成於電機的逆變器100和電機200的集成還體現在冷卻迴路一體化和直接的電連接。冷卻液在通過所述逆變器100主箱體1的進水口24在對所述逆變器的IGBT模塊5冷卻後，通過所述主箱體1上的出水口25直接對電機200進行冷卻，從而降低了集成裝置系統水阻，提高了冷卻效果和水道密封的可靠性；另外，電機200的交流端子通過定製的線鼻子10直接與所述逆變器100的一體化注塑交流母排9相連，降低了電連接迴路由於電阻過大產生的熱損耗，提升了系統性能。

具體而言，在所述主箱體1內部固定有IGBT模塊5、驅動板6、電流傳感器7、電流傳感器支架8、一體化注塑交流母排9、放電電阻30、放電電阻支架31、直流母線電容11、屏蔽板12、控制板13。

在主箱體1內部，直流母線電容11下方還布置了接線座14、直流母排15、Y電容21；所述主箱體1的外側安裝有直流接插件16、空調接插件22、低壓接插件23和透氣塞28。

在主箱體1內部：IGBT模塊5通過螺栓安裝於的主箱體1上，並布置於旋轉變壓器4的上方。IGBT模塊5內部集成水道，僅留出兩個圓形水孔19與主箱體1的水道相連。相應地，所述主箱體1內部設計與水孔19同軸的水道18和水道垂直的水道41，所述同軸的水道18和垂直的水道41封閉於主箱體1內，可通過鑽孔成型，降低了加工成本；鑽孔的道具入口通過碗形塞27密封，與同軸的水道18垂直的電機200的軸向分別為逆變器100的進水管24和出水口25，該設計降低了水道水阻、提高了所述IGBT模塊5的散熱效果，同時提高了密封可靠性。

所述IGBT模塊5的上方布置有驅動板6，所述驅動板6通過螺栓和焊接針腳固定於IGBT模塊5上。

所述IGBT模塊5相對的兩側分別布置有直流母線電容11和電流傳感器7。所述直流母線電容11為薄膜電容。為了實現所述逆變器100和減速器300的集成，所述直流母線電容11在IGBT模塊5和軸承孔26中間處局部變窄，所述直流母線電容11的頂部分別伸出三對直流端子與IGBT模塊5電連接、伸出一對直流端子與直流母排15電連接。

所述電流傳感器7為一個三聯的電流傳感器，該結構形式可以更好地滿足逆變器內部緊湊化布置。為了滿足交流母排連接的要求，所述電流傳感器7的安裝面垂直於主箱體1的底面，該結構形式通過固定電流傳感器7的電流傳感器支架8實現。

為了保證所述逆變器100裝配方便，該逆變器使用了一體化注塑交流母排9。把U、V、W母排和絕緣支架一體化注塑，主要可以實現交流母排作為單件直接安裝於所述主箱體1，提高連接可靠性，同時所述一體化注塑交流母排9內部設計了一體化注塑的嵌裝螺母，便於所述電機交流端子10直接與一體化注塑交流母排9進行螺栓固定。所述一體化注塑交流母排9的另一側母排底面與IGBT模塊5通過螺栓連接，實現IGBT模塊5與電機交流端子10間的交流電傳輸。另外，所述一體化注塑交流母排9設計卡槽結構29，用以固定電流傳感器線束34。

為了實現所述逆變器100停機時直流母線電容11的電荷釋放，所述逆變器100採用獨立的放電電阻30，可以保證停機時直流母線電容11的電壓在規定時間內降到規定數值，該功能是通過放電電阻30的線束33與直流母線電容11上的直流端子進行電連接實現。所述放電電阻30通過支架31安裝於主箱體1，該支架還設計了使用綁紮帶固定電流傳感器線束34、電機溫度傳感器線束32以及放電電阻線束33的卡槽。

所述控制板13通過螺栓固定於屏蔽板12的壓鉚螺柱上，所述屏蔽板12與直流母線電容11通過螺栓同時固定於所述主箱體1。所述控制板13與驅動板6之間通過排線36進行信號傳輸，同時所述控制板13還布置了與電聯傳感器線束34和電機溫度傳感器線束32連接的8針接插件35、與旋轉變壓器4的信號線束連接的8針接插件40、與高壓互鎖線束連接的2針接插件37、與低壓接插件23的信號線束連接的12針接插件38和16針接插件39。

為了最大限度地利用電機200的軸向空間，所述逆變器100的接線座14布置於直流母線電容11的下方。所述接線座14設計矩形卡槽結構用以安裝所述Y電容21，所述的Y電容21也可以將薄膜電容的單體灌裝於所述接線座14的矩形卡槽內。

所述逆變器100的主箱體1外側、接線座14的接線座下方並排布置了直流接插件16、空調接插件22、低壓接插件23。所述直流接插件16在逆變器100內部與直流母排15通過螺栓連接，所述直流母排15上側與直流母線電容11的直流端子相連，實現所述逆變器100的直流輸入。

所述空調接插件22可以為空調壓縮機提供直流電，其供電迴路上使用了空調保險20。主要電連接關係為：所述直流母排15的正極母排151與空調接插件22的正極線束221通過線鼻子相連，所述直流母排15的負極母排152與空調保險20的一端相連，所述空調保險20的另一端與空調接插件22的負極線束222通過線鼻子相連。當空調接插件22的對配接插件安裝到位時，可以實現空調壓縮機的直流供電。

所述低壓接插件23通過低壓線束42與控制板13上的12針接插件38和16針接插件39相連，實現所述控制板13與整車控制器進行信號傳輸。

為了滿足高壓安全的要求，所述直流接插件16和空調接插件22分別帶有高壓互鎖線束，可以實現所述直流接插件16和空調接插件22的對配端子插接不良時整車控制器給逆變器下電，防止人員觸電。主要實現方式為：兩組高壓互鎖線束在接線座14內串聯後形成兩根信號線束41，該信號線束41通過2針接插件與控制板13相連，進而通過低壓線束42和低壓接插件23將高壓互鎖信號提供給整車控制器。

所述逆變器100和電機200在工作時溫度較高、內部氣壓較大，為了保證逆變器100和電機200內外氣壓平衡，在主箱體1的外側安裝了兩個透氣塞28。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。