CN101523684B - 集成有emi过滤功能的卡扣式大功率、大电流连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包括法拉第笼式接口的过滤器组件。电气噪声通过该法拉第笼式接口而过滤。该法拉第笼式接口构造成能够防止电磁波的通过。

Description

集成有EMI过滤功能的卡扣式大功率、大电流连接器
技术领域
本发明大致涉及电动机领域，更具体地说涉及用于逆变器(inverter)模块的连接器。
发明背景
电动和混合动力车辆通常包括由直流(DC)电源、例如蓄电池驱动的交流(AC)电动机。交流电动机具有通常大约为几十万瓦的相对较大的功率。交流电动机的电动机绕组可联接在逆变器模块上，其将直流功率转换成驱动交流电动机的交流功率。
图1是传统的逆变器***的简图。该***包括逆变器模块20和互连***35。互连***35包括电磁干扰(EMI)铁芯30和EMI过滤装置25。
逆变器模块20通过一对母线(bus bar)32而联接在互连***35上。EMI铁芯(core)30定位在EMI过滤装置25之间，并且设置在母线32周围。
EMI过滤装置25包括EMI过滤卡40和一对螺栓50，52，其包括用于联接到直流电源上的正极端子(+)螺栓50和负极端子(-)螺栓52。EMI铁芯30通过母线32而联接在螺栓50上。EMI过滤卡40还通过一对导线34而联接在地和母线32之间。
逆变器模块20包括许多的晶体管(未显示)。逆变器模块20中的晶体管相对较快地(例如5kHz至20kHz)接通和断开。这种切换会产生电气开关噪声。这种电气开关噪声理想地应被包含在逆变器模块20的内部，并应被防止进入到***的其余部分中，以防止对车辆的其它电气构件造成干扰。这需要减少由***产生的EMI噪声。
这种构造需要大量的构件，并且制造可能相对较为昂贵。EMI过滤装置25消耗了有用的空间，因为EMI过滤卡40是一种相对较大的独立的构件。这种构造还易于受到电气噪声或EMI噪声的影响，因为其通过导线34而使用至母线32的单独连接。
尽管有这些影响，但是仍存在对大电流/大功率、低EMI噪声的逆变器***的需求。需要提供用于减少逆变器***中的EMI噪声的技术。还需要减少这种逆变器***的成本和尺寸，以提供一种利用较少部件的廉价紧凑的逆变器***。也需要减少和尽可能地消除在逆变器***构件之间所需要的互连部件的数量。另外，还存在对于大电流低EMI噪声的连接***的需求，这种***可用于例如将母线联接到逆变器***上。还需要减少EMI过滤装置的尺寸和用于过滤所需要的电容器的数量。从后续详细说明和附属权利要求中，结合附图和前面的技术领域及背景中的内容将明晰本发明的其它所需的特征和特性。
发明概要
本发明提供了一种低噪声的逆变器***，其包括逆变器模块，母线和用于将母线联接到逆变器模块上的连接器。连接器包括过滤器组件(filter assembly)，其可接收具有噪声成分的输入，并可过滤该输入的噪声成分，以产生过滤后的输入。在一个实施例中，过滤器组件包括连接销(connector pin)和法拉第笼式接口(Faraday cage interface)。连接销可联接在母线上，并可接收具有噪声成分的输入。法拉第笼式接口可至少部分地设置在围绕连接销周围，以减少与该输入相关联的噪声成分。
附图简述
本发明将结合附图进行描述，其中相似的标号表示相似的元件，
图1是常规逆变器***的方框图；
图2是根据一个典型实施例的逆变器***的方框图，其实现了用于将母线联接到逆变器模块上的低EMI噪声连接***；
图3是图2的EMI过滤器组件的一个典型实施例的截面图；而
图4是图2的EMI过滤器组件的一个典型实施例的透视图。
发明详述
以下详细描述在性质上仅仅是示例性的，而并不意图限制本发明或本发明的应用或用途。此外，并没有意图通过前面的技术领域、背景、简要总结或以下详细描述中所展示的任何明确或暗示的理论来限制本发明。
定义
本文所用词语“典型的”意味着“用作示例，例证或举例说明”。此处描述为“典型的”任何实施例都不是必然被认为比其它实施例更为优选或有利。在本详细说明中所描述的所有实施例都是典型的实施例，其可使本领域中的技术人员制作或使用本发明，而非限制由权利要求限定的本发明的范围。
本文所用词语“绕组”指采用线圈形式缠绕的一匝或多匝导体。绕组可指缠绕在导体(铁芯)上的线圈，其如果在磁场中移动会产生电能。在交流感应电动机中，初级绕组是***到钢叠片结构的凹槽中的定子或导线圈。交流感应电动机的次级绕组通常根本不是绕组，而是铸造转子组件。
本文所用词语“母线”指用于连接两个或多个电路的导体。母线可由传导材料，例如铜或铝制成。
本文所用词语“绕线式电动机”指转子绕在明确磁极中的电动机。
本文所用词语“逆变器”指将直流(DC)功率转换成交流(AC)功率、通常还会增加电压的电路或其它器件。例如，逆变器可将由燃料电池(或其它来源)产生的低电压的直流电转换成电动机使用的高压交流功率。
本文所用词语“螺栓”指用于将事物紧固、连接、夹紧、支撑或压缩在一起的器件。例如，螺栓可实现为带螺纹的紧固件，其带有头部，设计成可结合螺母而用于将某些事物紧固在一起。或者，螺栓可以是带卡锁和平垫圈的帽螺钉，或者是带有sems类型弹簧垫圈的盘头螺钉。
本文所用词语“Y电容器”指一种带有增强的电气和机械可靠度和有限电容的电容器。增强的电气和机械可靠度可减少电容器短路的可能性。电容的限制可降低当施加交流电压时的流过电容器的电流，并可将电容器的能量含量降低到当施加直流电压时较少危险的限值。
本文所用词语“弹簧夹”指一种自保持的紧固件，其滑动到安装孔中或凸缘上。弹簧夹由弹簧张力保持住。在一个实施例中，弹簧夹用于将蓄电池电连接到EMI过滤卡组件上，以消除对其它紧固件的需求。在这个实施例中，弹簧夹通过弹簧张力在蓄电池输入和EMI过滤卡上的过滤构件之间提供了低阻抗的电连接。EMI过滤卡接地并使电路最终接地。
本文所用词语“法拉第笼”指一种设计成可通过将电磁波包含在里面或从其内部空间排除电磁波，从而防止电磁波通过的装置。在一个实施例中，法拉第笼可以是使静电场衰减并屏蔽无线电波干扰的传导壳体。在一个实施例中，法拉第笼可提供静电屏蔽，而不影响电磁波。“法拉第笼”有时也被称为法拉第屏蔽罩或法拉第屏蔽网。
此外，根据上下文，用于描述不同元件之间的关系的词语例如“连接”或“联接”，其并不意味着在这些元件之间必须形成直接的物理连接。例如，两个元件可物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式，通过一个或多个额外元件而彼此连接在一起。
概述
本发明提供了一种低噪声的逆变器***，其包括逆变器模块，母线和用于将母线联接到逆变器模块上的连接器。连接器包括过滤器组件，其可接收具有噪声成分的输入，并可过滤该输入的噪声成分，以产生过滤后的输入。该输入通常是来自直流电源例如蓄电池的直流输入，并且具有EMI噪声成分。母线可联接在连接器上，并可接收过滤后的输入。逆变器模块可通过母线而联接在连接器上。逆变器模块可接收来自母线的过滤器输入信号，并可产生交流输出信号。在一个实施例中，逆变器模块包括框架(chassis)，并且母线可通过过滤器组件而联接在框架上。连接器可选地包括感应铁芯，其可通过母线而联接在逆变器模块上。在一个实施例中，感应铁芯设置在至少母线的一部分周围，并通过母线而联接在过滤器组件上。
在一个实施例中，过滤器组件包括连接销和法拉第笼式接口。连接销可联接在母线上，并可接收具有噪声成分的输入。法拉第笼式接口可设置在至少部分地围绕连接销，以减少与输入相关联的噪声成分，并减少自连接销辐射至逆变器模块的噪声成分。在另一实施例中，法拉第笼式接口还包括弹簧夹和过滤卡。弹簧夹至少部分地包围连接销的至少一部分，并且过滤卡可固定在框架和母线之间。弹簧夹和过滤卡设置在母线和框架之间，并且母线可联接在框架的至少一部分上。过滤卡可包括其上安装有多个电容器的电路板。在这种情况下，弹簧夹将连接销电联接到电容器上。
因而，可提供一种紧凑的逆变器模块，其包括一种集成的EMI过滤器组件，该组件包括法拉第笼式接口。法拉第笼式接口构造成可防止电磁波的通过，并过滤电气噪声或EMI噪声。这个模块可使用在例如大功率大电流应用中。
典型***
图2是逆变器***的方框图，其实现了用于将母线32联接到逆变器模块20上的低EMI噪声连接***85。逆变器模块20通过母线32而联接在低EMI噪声连接***85上。
低EMI噪声连接***85包括EMI铁芯30和集成的EMI过滤器组件90。逆变器模块20通过母线32而联接在EMI铁芯30上。EMI铁芯30是集成在母线32上或位于母线32周围，并且还通过母线32而联接在EMI过滤器组件90上。EMI铁芯30包括感应器，其可用于吸收或过滤电气开关噪声，并因此减少其它部件对电气开关噪声的易感性。EMI铁芯30可包括，例如，铁氧体或其它相似的材料。
集成的EMI过滤器组件90可通过“+”、“-”端子(例如直流导线)而接收来自蓄电池(未显示)的直流输入。这种直流输入经母线32传递给逆变器模块20。逆变器模块20将直流输入转换成交流信号。如现在将描述的那样，集成的EMI过滤器组件90可减少从蓄电池到逆变器模块20的直流输入上的EMI噪声。
图3是图2集成的EMI过滤器组件90的一个典型实施例的截面图。图4是图3集成的EMI过滤器组件90的一个典型实施例的透视图，其具有标号一致的相似特征。出于简洁目的，图2和3显示了单个母线32；然而，应当认识到，可将多个母线32联接到集成的EMI过滤器组件90的任一端上。
低EMI噪声连接***85通过母线32而联接在逆变器模块20上。低EMI噪声连接***85包括EMI铁芯30和集成的EMI过滤器组件90。
EMI铁芯30通过母线32而接合在卡扣式连接销62上。EMI铁芯30包围母线32的至少一部分，并且母线32穿过EMI铁芯30的至少一部分。母线32可通过集成的EMI过滤器组件90而联接在例如逆变器***的框架71上。
集成的EMI过滤器组件90包括一对卡扣式连接销62，64，螺栓(或其它紧固件)70，72和法拉第笼式接口73。集成的EMI过滤器组件90将母线32联接在逆变器***的框架71的至少一部分上。法拉第笼式接口73至少由框架71、弹簧夹75和EMI过滤卡80组成。
螺栓70，72用作正极和负极端子，其可连接在直流电源(未显示)例如蓄电池上。螺栓70，72联接到卡扣式连接销62，64上，并可用于将母线32固定在逆变器***的框架71的至少一部分。螺栓70，72提供了用于从蓄电池至卡扣式连接销62，64的直流功率的路径。螺栓70，72还将卡扣式连接销62，64固定在集成的EMI过滤器组件90中。在一个实施例中，螺栓70，72可拧入或扣入到卡扣式连接销62，64中。
卡扣式连接销62，64接收来自螺栓70，72的直流输入功率，并将直流输入功率携带至母线32，而母线32联接在EMI铁芯30和逆变器模块(未显示)上。卡扣式连接销62和螺栓70将母线32固定在框架71上。
弹簧夹75将卡扣式连接销62电连接到EMI过滤卡80上的Y电容器81上，并且将母线32连接到逆变器***的EMI过滤卡80上。弹簧夹75设置在母线32的下面，并使EMI过滤卡80保持紧贴在逆变器***的框架71上。
EMI过滤卡80可具有多个安装在其上的Y电容器81。在一个实施例中，可将EMI过滤卡80实现为一种其上安装有Y电容器81的电路板。Y电容器81联接在蓄电池端子和地之间。EMI过滤卡80可通过螺栓70(，和可能的其它紧固件)而直接固定在框架71上。通过将EMI过滤卡80集成在框架71上，可省去图1的导线34，并且在EMI过滤卡80和逆变器的框架71之间提供较短的低阻抗连接。
如上所述，EMI过滤卡81可通过螺栓70和可能的其它紧固件而直接固定在框架71和母线32之间。至少卡扣式连接销62，64的一部分也封闭在弹簧夹75中或被其包围。因为弹簧夹75和EMI过滤卡81设置在母线32和框架71之间，所以框架71，弹簧夹75和EMI过滤卡81在卡扣式连接销62周围形成了″法拉第笼式接口″73。实现这种法拉第笼式接口73的集成的EMI过滤器90(在切换源的输入上)可减少和/或防止与卡扣式连接销62，64相关联的EMI噪声的影响，并可减少自连接销辐射出来的EMI噪声。法拉第笼式接口73可直接过滤与卡扣式连接销62，64相关联的EMI噪声，并从而有助于减少或防止EMI噪声自卡扣式连接销62，64辐射到逆变器模块20中。
因而，提供了一种用于将母线32联接到逆变器模块20上的紧凑的、廉价的低EMI噪声连接***，其具有减少了的部件数量和提高了的可靠度。这将减少并/或最大程度地减小逆变器模块20的成本和尺寸。另外，在为逆变器模块20供电的大电压大电流的直流链路上，将减少EMl噪声，并减少自连接销辐射出来的EMI噪声。
之前所公开的实施例的细节描述被提供用于使本领域中的任何技术人员制作或使用本发明。对这些实施例的各种变型将易于为本领域中的技术人员所理解，并且在没有脱离本发明的精髓或范围内，本文所限定的一般原理可应用于其它实施例。虽然前面的详细描述中已经推荐了至少一个典型的实施例，但是应当认识到，其存在大量的变型。还应当认识到，该典型的实施例或这些典型的实施例只是示例，而并不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述将为本领域中的技术人员提供一种用于实现该典型实施例或这些典型实施例的便利的指南。
还应当认识到，在没有脱离附属权利要求和其法定等效物所陈述的本发明的范围内可在元件的功能和设计上进行各种变化。因而，本发明并不意图局限于本文所显示的实施例，而是使其最广泛的范围与本文所公开的原理和新颖的特征相一致。除非由权利要求语言作了特别的限定，否则数字序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等只是简单地指示多个事物中的不同的单个事物，而不意味着任何顺序或次序。

Claims (18)

1.一种低噪声的逆变器***，其包括：
用于将母线联接到逆变器模块上的连接器，所述连接器包括：
构造成能够接收具有噪声成分的输入，并能够过滤所述输入的噪声成分以产生过滤后的输入的过滤器组件；
联接在所述连接器上，并构造成能够接收所述过滤后的输入的母线；和
通过所述母线而联接在所述连接器上的逆变器模块，其中，所述逆变器模块构造成能够从所述母线接收所述过滤后的输入信号，并产生交流输出信号。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述过滤器组件包括：
联接在所述母线上的连接销，其中，所述连接销构造成能够接收所述具有噪声成分的输入；和
至少部分地围绕所述连接销而设置的法拉第笼式接口，其用来减少与所述输入相关联的噪声成分。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述逆变器模块包括框架，并且所述母线通过所述过滤器组件而联接在所述框架上。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述法拉第笼式接口包括：
至少部分地包围所述连接销的至少一部分的弹簧夹；和
固定在所述框架和所述母线之间的过滤卡。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述弹簧夹和所述过滤卡设置在所述母线和所述框架之间，并且所述母线联接在所述框架的至少一部分上。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述过滤卡包括：
其上安装有多个电容器的电路板，其中，所述弹簧夹将所述连接销电联接在所述电路板上。
7.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述过滤器组件还包括：
构造成能够将所述输入联接到所述连接销上，并将所述母线固定在所述框架的至少一部分上的螺栓。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述弹簧夹和所述螺栓将所述过滤卡固定在所述框架上。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述输入是来自具有EMI噪声成分的直流电源的直流输入。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述连接器还包括：
通过所述母线而联接在所述逆变器模块上的感应铁芯，其中，所述感应铁芯设置在所述母线的至少一部分的周围，并且所述感应铁芯通过所述母线而联接在所述过滤器组件上。
11.一种用于前述权利要求中任一项所述的逆变器***的过滤器组件，包括：
连接销，其构造成能够接收具有噪声成分的输入；和
至少部分地围绕所述连接销而设置的法拉第笼式接口，其用以减少与所述输入相关联的噪声成分，并构造成能够产生过滤后的输入。
12.根据权利要求11所述的过滤器组件，其特征在于，所述法拉第笼式接口包括：
至少部分地包围所述连接销的至少一部分的弹簧夹；和
过滤卡。
13.根据权利要求12所述的过滤器组件，其特征在于，所述过滤卡包括：
其上安装有多个电容器的电路板，其中所述弹簧夹将所述连接销电联接在所述电路板上。
14.根据权利要求12所述的过滤器组件，其特征在于，所述过滤器组件还包括：
构造成能够将所述输入联接到所述连接销上的螺栓。
15.根据权利要求11所述的过滤器组件，其特征在于，所述输入是来自具有EMI噪声成分的直流电源的直流输入。
16.根据权利要求14所述的过滤器组件，其特征在于，所述过滤器组件适合于将母线联接到逆变器模块的框架的至少一部分上。
17.根据权利要求16所述的过滤器组件，其特征在于，所述过滤卡设置在所述框架和所述母线之间，并且所述过滤卡通过所述弹簧夹和所述螺栓而固定在所述框架上。
18.根据权利要求17所述的过滤器组件，其特征在于，所述螺栓构造成能够将所述母线固定在至少所述框架的一部分上。
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