一种高功率密度的电机控制器
阅读说明：本技术 一种高功率密度的电机控制器 (Motor controller with high power density ) 是由 周阳 姜耀伟 杨大成 康国良 徐光照 李杰培 梁玉 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高功率密度的电机控制器,包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧,以及用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧,以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现电机控制的电机控制电路,电机控制电路包括并联的多组IGBT模块、支撑电容以及放电电阻；交流输出侧连接线上还设有电流传感器；还包括盒体,盒体内设置有截面为横向的T型的屏蔽托板,T型的屏蔽托板将盒体内腔分割为设置于T型的短板外侧的直流强电区,设置于T型的长板下方的交流强电区以及设置于T型的长板上方的弱电控制区；弱电控制区内设置有主控板,直流输入侧设置在直流强电区内,交流输出侧、多组IGBT模块设置在交流强电区。本发明的电磁兼容性设计合理。(The invention discloses a motor controller with high power density, which comprises: the motor control circuit comprises a direct current input side connected with a direct current bus of a high-voltage distribution system, an alternating current output side used for being respectively connected with a U/V/W phase of a motor, and a motor control circuit connected between the direct current input side and the alternating current output side and used for realizing motor control, wherein the motor control circuit comprises a plurality of groups of IGBT modules, a supporting capacitor and a discharging resistor which are connected in parallel; a current sensor is also arranged on the connecting line of the alternating current output side; the box body is internally provided with a T-shaped shielding supporting plate with a transverse section, the T-shaped shielding supporting plate divides the inner cavity of the box body into a direct current strong current area arranged outside the short plate of the T-shaped shielding supporting plate, an alternating current strong current area arranged below the long plate of the T-shaped shielding supporting plate and a weak current control area arranged above the long plate of the T-shaped shielding supporting plate; the weak current control area is internally provided with a main control board, the direct current input side is arranged in the direct current strong current area, and the alternating current output side and the multiple groups of IGBT modules are arranged in the alternating current strong current area. The electromagnetic compatibility of the invention is reasonable in design.)
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种高功率密度的电机控制器。
背景技术
电机控制器作为动力电源与电机之间的电能转换单元，是电传动系统的核心功能部件。功率密度是衡量电机控制器最直观的技术指标之一，功率密度越高，意味着电机控制器在输出能力一定的情况下，其体积、重量越小。高功率密度电机控制器的结构方案，需要综合考虑以下几方面因素：
散热设计。电机控制器的功率密度越高，单位体积内的发热量也越大，若散热设计不合理，将影响电机控制器内部大量温度敏感电气元件的可靠性。
绝缘设计。紧凑的结构布置将缩减各带电体间的电气间隙与爬电距离，需要通过附加的绝缘设计确保用电安全。
电磁兼容设计。电机控制器结构越紧凑，内部各器件相互暴露在彼此的电磁场当中，电磁环境越恶劣，需要考虑强电与弱电的隔离、交流电与直流电的隔离、滤波设计等。
本发明专利的技术背景聚焦于一种用于实现电机控制器高功率密度的结构设计方案，不仅能够满足电机控制器的散热与绝缘需求，同时电磁兼容性优良。
发明内容
本发明提供了一种高功率密度电机控制器，用以解决高功率密度时的电磁干扰的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高功率密度的电机控制器，包括：与高压配电系统的直流母线相连的直流输入侧，以及用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现电机控制的电机控制电路，电机控制电路包括并联的多组IGBT模块、支撑电容以及放电电阻；交流输出侧的U/V/W相中至少两相的连接线上还设有电流传感器；
还包括盒体，盒体内设置有截面为横向的T型的屏蔽托板，T型的屏蔽托板将盒体内腔分割为设置于T型的短板外侧的直流强电区，设置于T型的长板下方的交流强电区以及设置于T型的长板上方的弱电控制区；
弱电控制区内设置有主控板，直流输入侧设置在直流强电区内，交流输出侧、多组IGBT模块设置在交流强电区。
优选地，直流输入侧，包括：直流母排以及直流连接器，直流母排包括相互呈叠层布置的直流母排正极连接条与直流母排负极连接条，直流母排正极连接条、直流母排负极连接条的两端分别连接支撑电容与直流连接器；直流母排正极连接条与直流母排负极连接条的表面喷涂绝缘粉末或者缠绕绝缘胶带以进行局部绝缘保护。
优选地，直流母排正极连接条与直流母排负极连接条上套设有两个磁环，放电电阻安装于两个磁环中间并位于直流母排的下方。
优选地，主控板通过导线与信号连接器相连；主控板包括相互叠层布置的主控板母板与主控板子板，其中主控板母板安装在屏蔽托板的T型的长板上方，主控子板安装在主控母板上。
优选地，交流输出侧，包括交流连接器以及交流母排，交流母排一端从IGBT模块交流端引出，另一端与交流连接器相连，IGBT模块固定在散热器上，驱动板直接固定在IGBT模块上。支撑电容与IGBT模块直流端相连，并安装在盒体底板或者散热器之上。
优选地，盒体包括前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁、底板和盖板，直流连接器和交流连接器设置于前侧壁上，多组IGBT模块通过散热器固定在底板上。
优选地，信号连接器设置于左侧壁或右侧壁上。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的高功率密度的电机控制器，不仅空间利用率高，利于电机控制器的小型化与轻量化，而且对电机控制器内部强电与弱电、交流与直流区域进行了明显的划分与隔离，电磁兼容性设计合理。
2、在优选方案中，本发明高功率密度的电机控制器，在直流端设置了磁环进行滤波，电磁兼容性更好，适用于控制多个种类的电机(包括发电机以及电动机)，尤其在纯电动汽车或是混合动力汽车领域可以得到广泛应用。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器剖视图。
图2是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器的主电路原理示意图。
图3是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器的立体结构示意图。
图4是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器的结构分解示意图。
图5是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器盖板隐藏后的俯视图。
图6是本发明优选实施例的高功率密度电机控制器盖板、主控板、屏蔽托板隐藏后的俯视图。
图中各标号表示：
1、盒体；101、前侧壁；102、右侧壁；103、底板；2、盖板；3、散热器；4、交流连接器；5、直流连接器；6、信号连接器；7、IGBT模块；8、驱动板；9、支撑电容；10、交流母排；11、直流母排；1101、直流母排正极连接条；1102、直流母排负极连接条；12、电流传感器；13、磁环；14、放电电阻；15、屏蔽托板；16、主控板；1601、主控板母板；1602、主控板子板；17、密封条。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，图2，本发明的高功率密度的电机控制器，包括：与高压配电系统的直流母排相连的直流输入侧，以及用于与电机的U/V/W相分别相连的交流输出侧，以及连接于直流输入侧和交流输出侧之间用于实现电机控制的电机控制电路，电机控制电路的包括并联的多组IGBT模块7、支撑电容9以及放电电阻14；交流输出侧的U/V/W中至少两相的相连接线上还设有电流传感器12(可以三相均设也可以只设置两相)；还包括盒体1，盒体1内设置有截面为横向的T型的屏蔽托板15，T型的屏蔽托板15将盒体1内腔分割为设置于T型的短板外侧的直流强电区，设置于T型的长板下方的交流强电区以及设置于T型的长板上方的弱电控制区；弱电控制区内设置有主控板16，直流输入侧设置在直流强电区内，交流输出侧、多组IGBT模块7设置在交流强电区。而且对电机控制器内部强电与弱电、交流与直流区域进行了明显的划分与隔离，电磁兼容性设计合理。不仅空间利用率高，利于电机控制器的小型化与轻量化。
本实施例中，主控板16用于转换外部输入控制电源，为控制电路与驱动板8供电，同时具有电机控制器的逻辑控制、数据采样与分析、IGBT模块7的脉冲信号生成、状态监测、故障保护、对外通讯的功能；驱动板8，用于接收主控板16的脉冲信号驱动IGBT模块7工作，同时具有采集IGBT模块7温度信号、故障反馈与保护等功能。
本实施例中，参见图3，图4，图5，图6，直流输入侧，包括：直流母排11以及直流连接器5，直流母排11包括相互呈叠层布置的直流母排正极连接条1101与直流母排负极连接条1102，直流母排正极连接条1101、直流母排负极连接条1102的两端分别连接支撑电容9与直流连接器5；直流母排正极连接条1101与直流母排负极连接条1102的上套设有两个磁环13，用于实现滤波功能。放电电阻14安装于两个磁环13中间并位于直流母排11的下方，安装在盒体1的底板103或者所述散热器3上。直流母排正极连接条1101与直流母排负极连接条1102的表面喷涂绝缘粉末或者缠绕绝缘胶带以进行局部绝缘保护。
本实施例中，盒体1包括前侧壁101、后侧壁、左侧壁、右侧壁102、底板103和盖板2(盒体上、下两端开口，由前、后、左、右四块侧壁，或者由前、后、左、右、下五块侧壁围合而成)，盒体1的上端面设有盖板2，盖板2通过周边设置的螺栓与盒体1的上端面之间可拆卸连接，且盖板2与盒体1的接触面之间设有密封条17，盒体1下侧壁上的开口用于安装散热器，散热器3通过周边设置的螺栓与盒体1下侧壁之间可拆卸链接，且散热器3与盒体1下侧壁的接触面之间设有密封条17，本实施例中散热器3属于液冷散热器，也可采用风冷散热器。直流连接器5和交流连接器4设置于前侧壁101上，多组IGBT模块7通过散热器3固定在底板103上。主控板16通过导线与信号连接器6相连，信号连接器6设置于左侧壁或右侧壁102上。主控板16包括相互叠层布置的主控板母板1601与主控板子板1602，其中主控板母板1601安装在屏蔽托板15的T型的长板上方，主控子板安装在主控母板上。主控板16采用上、下叠板的形式可满足结构紧凑性要求。
本实施例中，交流输出侧，包括交流连接器4以及交流母排10，交流母排10一端从IGBT模块7交流端引出，另一端与交流连接器4相连，IGBT模块7固定在散热器3上，驱动板8直接固定在IGBT模块7上。支撑电容9与IGBT模块7直流端相连，并就近安装在盒体的底板103或者散热器3之上。电流传感器12可以安装在部分或者全部所述交流母排10上，也可以安装在部分或者全部所述交流连接器4上，亦可安装在所述盒体1的侧壁上。
屏蔽托板15的长板置于驱动板8上方，并固定在散热器3或者盒体1上。参见图4，屏蔽托板15的一端固定在散热器3上，另一端固定在盒体1右侧壁102上。屏蔽托板15连同盒体1、盖板2、散热器3、支撑电容9一起，将电机控制器交流强电部分、直流强电部分和弱电控制部分在空间上形成隔离，减小了三个部分彼此之间的电磁干扰。本实施例中，支撑电容9设置在直流强电区与交流强电区之间，起到连接直流强电区与交流强电区的作用。
本实施例中，交流连接器4、直流连接器5和信号连接器6均为面板安装式连接器；交流连接器4和所述直流连接器5可以是单芯的，也可以是多芯的，也可以用电缆夹替代；优选的，所述交流母排10和所述直流母排11可以用电缆替代。
综上可知，本发明不仅空间利用率高，利于电机控制器的小型化与轻量化，而且对电机控制器内部强电与弱电、交流与直流区域进行了明显的划分与隔离，同时在直流端设置了磁环13进行滤波，电磁兼容性设计合理。
本发明所提出的高功率密度电机控制器，适用于控制多个种类的电机(包括发电机以及电动机)，尤其在纯电动汽车或是混合动力汽车领域可以得到广泛应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。