CN109698628A

CN109698628A - 模块化的驱动逆变器装置

Info

Publication number: CN109698628A
Application number: CN201811183790.6A
Authority: CN
Inventors: 塞巴斯蒂安·阿派尔; 凯文·亨布格尔; 戴维·齐尔克; 迈克尔·里斯; 迈克尔·科尔; 托马斯·维蒂希; 乌多·霍雷特; 安东·比歇尔迈尔; 亚历山大·比尔克; 曼纽尔·施瓦布
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-04-30
Also published as: DE102017218753A1

Abstract

本发明涉及模块化的驱动逆变器装置。模块化的驱动逆变器装置(100)具有下列部件并且下列部件按序叠置：至少一个电容器(1)，冷却设备(2)，至少还有功率模块(3)以及驱控电路板(4)，其中，模块化的驱动逆变器装置(100)还具有至少一个布置在其外部区域上的接口(201；401)，接口用于使模块化的驱动逆变器装置(100)经由附属的连接器件(202；402)与至少一个外部的设备(200；300；400)接触。

Description

模块化的驱动逆变器装置

技术领域

本发明涉及一种模块化的驱动逆变器装置。

背景技术

为了驱控电机，另外还使用变流器，其中，电机虽然借助直流电源供电，但需要一个或多个交流电相位。这种变流器另外还具有驱动逆变器，该驱动逆变器将来自变流器的直流电压转化成具有期望的频率的交流电压。这种驱动逆变器有利地使用在电驱动的汽车中或带有混合动力驱动器的车辆中。

在汽车领域内的这种电驱动器中，以前取消了电机、变速器和驱动逆变器的整合体。这样做的结果是，驱动逆变器具有自己的例如由铝压铸件制成的金属壳体。在此合适的是，将冷却剂导引部整合到金属壳体中。但这样做的缺点是，驱动逆变器的设计，更准确地说部件的定位，受到了限制。此外，由此还限制了到外部的设备上的接口的定位。

此外，驱动逆变器的可扩展性是个难题。在此已知若干实施方案，它们已经通过功率模块的最少加装解决了所描述的问题。这意味着，例如取代三个半导体芯片的是针对每一个拓扑开关使用仅两个元件。这带来了简单的、但极为受限并且不利于节省成本的可扩展性。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是：提供一种模块化的驱动逆变器装置，其克服了上述的缺陷。该技术问题按照本发明通过独立权利要求的特征解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

建议一种模块化的驱动逆变器装置，其具有下列部件并且下列部件按所描述的顺序叠置：至少一个电容器、冷却设备、至少还有功率模块以及驱控电路板，其中，模块化的驱动逆变器装置还具有至少一个布置在其外部的区域上的接口，接口用于使该模块化的驱动逆变器装置经由附属的连接器件与至少一个外部的设备接触。

通过接口在驱动逆变器装置的外部区域上的，例如驱控电路板的、电容器的、车辆插头的或AC接头或DC接头的外部区域上的空间灵活的布置，连接器件也可以被空间灵活地布置，因而实现了优化的结构空间利用。

在一种实施方案中，装置具有至少一个连接器件，连接器件中的每一个都能与附属的接口连接以使模块化的驱动逆变器装置与至少一个外部的设备如下地接触，即，每一个接口都可以与附属的连接器件接驳，用于以伴有至少沿x方向或y方向的自由度的方式与至少一个外部的设备接触。因此保证了，没有接口安装成使得附属的连接器件必须遵守预定的位置或预定的走向以用于连接。

在一种实施方案中，接口中的至少一个是电接口或信号接口，并且将直流接头、交流接头和车辆插头中的至少一个设置为外部的设备。在另一个实施方案中，接口中的至少一个是冷却剂接头，其被形成为使得可以向冷却设备提供冷却介质。

在一种实施方案中，每一个接口都以如下方式布置在装置上，即，该接口能与每一个附属的连接器件接触，从而使该连接器件可以沿x方向或沿y方向或z方向或由这些方向构成的组合进行导引以接触至少一个外部的设备。通过沿z方向的另外的自由度还可以进一步优化结构空间利用。

在一种实施方案中，驱控电路板是组合的控制和驱动电路板。

此外，还建议了一种镜像(gespiegelt)的模块化的驱动逆变器装置，其中，所说明的装置以单次或多次进行镜像的方式以单元形式来制造。因此可以提供更高的效率。

此外还建议了一种用于在所说明的模块化的驱动逆变器装置与至少一个外部的设备之间建立接触的方法，其中，接口如下地灵活地布置在装置上，即，以伴有沿x方向或y方向或z方向中的至少一个方向的自由度或沿由这些方向构成的组合的自由度的方式实现接口与附属的连接器件的接触。

在一种实施方案中，所说明的装置以单次或多次进行镜像的方式以单元形式制造。

在一种实施方案中，可以通过在预定的线上的从结构上或真正地切断镜像的模块化的驱动逆变器装置而将单元分成所说明的装置。对于这种从结构上的切断，尤其从一开始就从结构上设置用于驱动逆变器装置的两个单独的单元，这两个单元必要时彼此独立地制造。对于这种真正的切断，则尤其规定，驱动逆变器装置先是作为单元提供并且然后在制造方法的范围内真正(例如用机器)在线上被切断，以便获得两个独立的单元。

本发明的其它的特征和优势由借助示出了按本发明的细节的附图的图示对本发明的实施例的下列说明以及权利要求得出。单独的特征可以单独地或成多个任意组合地在本发明的变型方案中实现。

附图说明

接下来借助附图详细阐述本发明的优选的实施方式。其中

图1示出按照本发明的一个实施方案的装置的简略的图示；

图2示出按照本发明的不同的实施方案的装置和两个变型方案的细节图；

图3a和图3b示出了按本发明的一个实施方案的装置的可扩展性的图示。

具体实施方式

在图1中示出了按本发明的结构方案，亦即模块化的驱动逆变器装置100的基本实施方案。装置100具有在这个实施方案中构造为冷却板的冷却设备2，该冷却设备作为中央的元件设置在一个或多个半导体模块或功率模块3与电容器1之间。这个冷却板2用于在其一侧上冷却功率模块或半导体模块3以及需要时在其另一侧上冷却电容器1。可以在功率模块3本身上方安装组合的驱动和控制电路板4。

通过这个基础方案可以以具有与外部的设备(如车辆插头、AC接头或DC接头、冷却剂接头等)的灵活的(也就是说可与可用结构空间匹配的)接触的方式实现变速器壳体中的集成。需要时可以添加用于密封(防尘、防潮等)和/或用于接触防护的塑料壳体。

此外，通过简单的几何形状得到了极为良好的成本/效用比，其中，通过简单的几何形状可以实现从冷却板的两侧的冷却，即在电容器1的一侧和带有功率模块3的一侧的冷却。冷却板2的中央布置还实现了更为简单的公差计算，因为冷却板2用作用于定位的中央的元件。

通过部件的堆叠的布置，实现了这些部件在x方向或y方向以及在另一些实施方案中在z方向上的定位的自由度或者说自由。因此可以视要求而定将车辆插头300、直流(DC)接头200、交流(AC)接头400和冷却剂接头灵活地定位在装置100或附属的接口201、401上。在z方向上，所描述的接口201和401同样可以分别在至少一个方向上被灵活地调整。使用用于电接触的接头件(即，例如直流(DC)接头201和/或交流(AC)接头401)以及使用用于向冷却设备2提供例如作为冷却剂提供的冷却介质的冷却接头(未示出)和(未示出的)用于车辆插头300的接头(其可以实施为信号接头或母线)作为接口201、401。通过在图2中示出的布置在这些接口201、401上的连接器件202或402，可以将例如提供直流电或交流电200或400或者冷却介质的外部的设备，或者将车辆插头300与装置100连接起来。

图2示出了一个有利的实施方案，在这个实施方案中，所说明的装置100构造成核心模块并且布置在支承板101上。此外，在此借助两个接触变型方案V1和V2表明，该方案可以灵活地与最为不同的要求和可用的结构空间相匹配，这是因为通过接口201、401的基于部件1～4的堆叠的布置获得的灵活的定位可能性，也可以灵活地定位附属的连接器件202、402。

如在图2中的两个变型方案V1和V2所示，不同的接口201、401视要求而定可以以最为不同的方式安放，优选安放在装置的外侧上。所示的变型方案V1和V2仅被视作例子，因为接口201、401可以(尽可能)没有限制地定位成在x、y和z方向上都能接近，因而视可用的结构空间和连接器件202、402的导引的方式而定，可以使用优化的布线或优化的接连路径。

为了在所说明的模块化的驱动逆变器装置100与至少一个外部的设备(其可以是直流接头200、交流接头400、车辆插头300或冷却剂接头)之间建立起接触，连接器件202、402被固定在接口201、401上，接口用于相应的接触或供电。

为了尽可能利用可用的结构空间，这些连接器件202、402沿所有的方向，亦即沿x方向、y方向和z方向基本上自由地、也就是说有特定的自由度地布置，如图2中针对两个变型方案V1和V2所示那样。在此可以看到，在变型方案V1中，一个或多个连接器件202为了使直流接口201与直流接头200接触而仅在一个平面中既沿x方向也沿y方向延伸。此外，在变型方案V1中，一个或多个连接器件402为了使交流接口401与交流接头400接触而沿着x方向、y方向和z方向延伸。在变型方案V2中，一个或多个连接器件202和一个或多个连接器件402沿x、y、z方向延伸，其中，在此可以看到，一个或多个连接器件202为了直流接头200的接触而直接在与接口202接触之后沿z方向向下弯折并且平行于装置100的外侧被导引，因此除了装置100外相比变型方案V1需要非常少的空间。也可以看到，无论在变型方案V1中还是变型方案V2中，车辆插头300和一个或多个连接器件402都布置在装置100的同一侧上，由此同样节省了空间。这是可行的，因为一个或多个连接器件402可以以如下方式接连在附属的接口201、401上，即，使得连接器件能灵活地在x、y和z方向上布置和导引，因为部件的堆叠的布置允许了这一点。

此外，既可以传统地通过加装半导体模块或功率模块3也可以通过提高模块的数量来实现功率可扩展性，这在图3a和3b中示出。图3a示出了一种装置，其被布置在支承板101上并且作为单元(其由一种由两乘三个相位构成的装置形成)具有六个相位。通过在合适的部位上的从结构上或真正的切断600(例如锯断或割断)，能分离出两个单独的、分别设计有三个相位的装置，而不会在此损害各个装置的所说明的有利的特性。这也就是说，通过所描述的方案实现了三相变型方案的简单的镜像，以便能制备更高的功率并且能将更多的模块排列成行，甚至在单独的单元中建立这些模块。

附图标记列表

100 模块化的驱动逆变器装置

100a；100b 镜像的模块化的驱动逆变器装置

1 电容器

2 冷却设备

3 功率模块

4 驱控电路板

200 外部的设备；直流接头

201 接口

202 连接器件

300 外部的设备；车辆插头

400 外部的设备；交流接头

401 接口

402 连接器件

600 切断

Claims

1.模块化的驱动逆变器装置(100)，所述模块化的驱动逆变器装置具有下列部件并且下列部件按序叠置：

-至少一个电容器(1)，

-冷却设备(2)，

-至少还有功率模块(3)以及

-驱控电路板(4)，其中

所述模块化的驱动逆变器装置(100)还具有至少一个布置在其外部区域上的接口(201；401)，所述接口用于使所述模块化的驱动逆变器装置(100)经由附属的连接器件(202；402)与至少一个外部的设备(200；300；400)接触。

2.按照权利要求1所述的装置(100)，所述装置还具有至少一个连接器件(202；402)，所述至少一个连接器件中的每一个连接器件都能与所述接口(201；401)中的附属的接口通过如下方式连接以使所述模块化的驱动逆变器装置(100)与至少一个外部的设备(200；300；400)接触，即，能进行所述接口(201；401)中的每个接口与附属的连接器件(202；402)的接驳，用于以伴有至少沿x方向或y方向的自由度的方式与所述至少一个外部的设备(200；300；400)接触。

3.按照权利要求2所述的装置(100)，其中，所述接口(201；401)中的至少一个接口是电接口或信号接口，并且将直流接头(200)、交流接头(400)和车辆插头(300)中的至少一个设置为外部的设备(200；300；400)。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其中，所述接口(201；401)中的至少一个接口是冷却剂接头，所述冷却剂接头被形成为能向所述冷却设备(2)提供冷却介质。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置(100)，其中，所述接口(201；401)中的每一个接口都以如下方式布置在所述装置(100)上，即，使所述接口能与每个附属的连接器件(202；402)接触，从而使得所述连接器件(202；402)能沿x方向或沿y方向或z方向或由这些方向构成的组合进行导引以接触所述至少一个外部的设备(200；300；400)。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的装置(100)，其中，所述驱控电路板(4)是组合的控制和驱动电路板。

7.镜像的模块化的驱动逆变器装置(100a；100b)，其中，按照前述权利要求中任一项所述的模块化的驱动逆变器装置(100)以单次或多次进行镜像的方式以单元形式制造。

8.用于在按权利要求1至6中任一项所述的模块化的驱动逆变器装置(100)与至少一个外部的设备(200；300；400)之间建立接触的方法，其中，

接口(201；401)以如下方式灵活地布置在所述装置(100)上，即，所述接口(201；401)与附属的连接器件(202；402)的接触能以伴有沿x方向或y方向或z方向中的至少一个方向的自由度或沿由这些方向构成的组合的自由度的方式来进行。

9.用于制造镜像的模块化的驱动逆变器装置(100a；100b)的方法，其中，

按照权利要求1至6中任一项所述的模块化的驱动逆变器装置(100)以单次或多次进行镜像的方式以单元形式来制造。

10.按照权利要求9所述的方法，其中，通过在预定的线上切断(600)所述镜像的模块化的驱动逆变器装置(100a；100b)能将所述单元分成按照权利要求1至6中任一项所述的模块化驱动逆变器装置(100)。