用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制模塊，尤其提供一種用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊，其具有包括第一表面的定子，其中冷卻液體布置為在定子內(nèi)流動(dòng)從而為第一表面提供冷卻，控制模塊包括：電源裝置，其具有開關(guān)元件，用于控制在安裝在定子上的線圈繞組中的電流流動(dòng)；控制裝置，用于控制開關(guān)元件的操作；殼體，其具有安裝于定子的第一表面的第一側(cè)，其中殼體的第一側(cè)包括一孔，用于當(dāng)殼體安裝于第一表面時(shí)，允許電源裝置的一部分與定子的第一表面接觸從而為開關(guān)元件提供冷卻，其中控制裝置布置為安裝在殼體中、電源裝置的與殼體的第一側(cè)相反的一側(cè)，并且彈性體位于電源裝置和控制裝置之上，用于為電源裝置上的開關(guān)和控制裝置上的電氣部件提供電絕緣屏障。
【專利說明】用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通常包括電動(dòng)機(jī)和布置為控制電動(dòng)機(jī)的功率的控制單元。已知類型的 電動(dòng)機(jī)的示例包括感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步無刷永磁電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和線性電動(dòng)機(jī)。在市 面上，三相電動(dòng)機(jī)是最常見的一種可用電動(dòng)機(jī)。
[0003] 三相電動(dòng)機(jī)通常包括三個(gè)線圈組，其中每個(gè)線圈組布置為生成與交流電壓的三個(gè) 相中的一個(gè)相關(guān)的磁場(chǎng)。
[0004] 為了增加形成在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的磁極的數(shù)量，每個(gè)線圈組通常具有圍繞電動(dòng)機(jī)的外周 分布的多個(gè)線圈子組，這些線圈子組被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
[0005] 通過圖示的方式，圖1示出了典型的三相電動(dòng)機(jī)10,其具有三個(gè)線圈組14、16、18。 每個(gè)線圈組由串聯(lián)連接的四個(gè)線圈子組構(gòu)成，其中，對(duì)于給定的線圈組，由各個(gè)線圈子組生 成的磁場(chǎng)將具有公共相。
[0006] 三相電動(dòng)機(jī)的三個(gè)線圈組通常被配置為三角形或Y形構(gòu)造。
[0007] 用于具有DC電源的三相電動(dòng)機(jī)的控制單元通常包括三相橋式逆變器，該三相橋 式逆變器生成三相電壓饋送以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。各個(gè)電壓相中的每一個(gè)被施加至電動(dòng)機(jī)的相應(yīng) 的線圈組。
[0008] 三相橋式逆變器包括多個(gè)開關(guān)裝置，例如，諸如絕緣柵雙極晶體管（IGBT)開關(guān)的 電力電子開關(guān)，這些開關(guān)裝置用于從DC電壓饋送生成交流電壓。
[0009] 然而，控制單元與電動(dòng)機(jī)的距離越大，對(duì)于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的電流，相關(guān)的電流環(huán)將 越大，其中電流環(huán)尺寸的增加具有增加電動(dòng)機(jī)的電感的效果。
[0010] 隨著整個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電感的增加，當(dāng)電流發(fā)生變化時(shí)，例如，在生成交流電壓饋 送時(shí)逆變器開關(guān)運(yùn)行時(shí)，電壓瞬時(shí)值將變大。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的電壓瞬時(shí)值越高，需要電動(dòng)機(jī) 逆變器內(nèi)的逆變器開關(guān)的額定功率越大，其中，與相應(yīng)較小的開關(guān)裝置相比，更高額定功率 的開關(guān)具有更慢的開關(guān)速度以及更大的開關(guān)損耗。
[0011] 然而，如果相關(guān)的控制單元安裝在電動(dòng)機(jī)上或鄰近電動(dòng)機(jī)安裝，則與安裝在車輛 的車輪內(nèi)的用于提供驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的操作相關(guān)的環(huán)境條件可能施加了顯著的操作限制。
[0012] 期望改善這一情形。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種根據(jù)隨附權(quán)利要求所述的控制模塊和方法。
[0014] 本發(fā)明提供了以下優(yōu)點(diǎn)：允許對(duì)控制模塊提供冷卻，同時(shí)還為安裝在控制模塊內(nèi) 的電氣部件提供環(huán)境保護(hù)。另外，本發(fā)明為印刷電路板和安裝在印刷電路板上的容納在控 制模塊內(nèi)的部件提供了結(jié)構(gòu)支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 現(xiàn)將結(jié)合附圖、通過示例的方式來描述本發(fā)明，其中：
[0016] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的三相電動(dòng)機(jī)；
[0017] 圖2示出了實(shí)施本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的分解視圖；
[0018] 圖3從另一角度示出了圖1所示的電動(dòng)機(jī)的分解視圖；
[0019] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)；
[0020] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)；
[0021] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的局部視圖；
[0022] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊；
[0023] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的控制模塊殼體的局部視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 所描述的本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)一種用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊，其中，電動(dòng)機(jī)用于車 輛的車輪。然而，電動(dòng)機(jī)可以位于車輛內(nèi)的任何位置。該電動(dòng)機(jī)是這樣一種類型：其具有一 組線圈，作為附接至車輛的定子的一部分，并且定子由轉(zhuǎn)子徑向環(huán)繞，該轉(zhuǎn)子承載一組附接 至車輪的磁體。為免存疑，本發(fā)明的各個(gè)方面同樣可應(yīng)用于具有相同布置的發(fā)電機(jī)。因而， 電動(dòng)機(jī)的定義旨在包括發(fā)電機(jī)。另外，本發(fā)明的一些方面可應(yīng)用于具有中心方式安裝在徑 向環(huán)繞的線圈內(nèi)的轉(zhuǎn)子的布置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明可應(yīng)用于其它類型的 電動(dòng)機(jī)。
[0025] 為了本實(shí)施例的目的，如圖2和3所示，輪轂電動(dòng)機(jī)包括定子252,定子252包括： 熱沉253 ;多個(gè)線圈254 ;兩個(gè)控制模塊400,其安裝在定子的后部上的熱沉253上，用于驅(qū) 動(dòng)線圈；以及環(huán)形電容器，其安裝在定子上并在兩個(gè)控制模塊400的內(nèi)徑之內(nèi)。線圈254形 成在定子齒疊層上以形成線圈繞組，其中，定子齒疊層安裝在熱沉253上。熱沉253包括至 少一個(gè)冷卻通道，用于允許冷卻液在熱沉253內(nèi)流動(dòng)以提供冷卻，從而允許熱沉253從附接 至熱沉253的部件例如線圈繞組和控制模塊汲取熱量。定子蓋256安裝在定子252的后 部，封閉控制模塊400以形成定子252,定子252可隨后固定至車輛并且在使用時(shí)不會(huì)相對(duì) 于車輛旋轉(zhuǎn)。
[0026] 每個(gè)控制模塊400包括控制邏輯420和兩個(gè)逆變器410,控制邏輯420在本實(shí)施例 中包括處理器，用于控制逆變器410的操作，其在圖4中被示意性地示出。
[0027] 環(huán)形電容器耦合在逆變器410兩端，用于將DC電源分配給逆變器410以及用于降 低在電動(dòng)機(jī)的操作期間電動(dòng)機(jī)的供電線（也被稱為DC母線）上的電壓紋波。為了降低電 感，電容器鄰近控制模塊400安裝。
[0028] 轉(zhuǎn)子240包括前部220和筒形部221，形成基本圍繞定子252的蓋。該轉(zhuǎn)子包括圍 繞筒形部221的內(nèi)部布置的多個(gè)永磁體242。為了本實(shí)施例的目的，在筒形部221的內(nèi)部安 裝有32個(gè)磁體對(duì)。然而，可以使用任何數(shù)量的磁體對(duì)。
[0029] 磁體緊靠定子252上的線圈繞組，以使得線圈所生成的磁場(chǎng)與圍繞轉(zhuǎn)子240的筒 形部221的內(nèi)部布置的磁體242相互作用，從而使轉(zhuǎn)子240旋轉(zhuǎn)。由于永磁體242用于生 成用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，永磁體通常被稱為驅(qū)動(dòng)磁體。
[0030] 轉(zhuǎn)子240通過軸承座223附接至定子252。軸承座223可以是在該電動(dòng)機(jī)組件將 裝配至的車輛中使用的標(biāo)準(zhǔn)軸承座。該軸承座包括兩個(gè)部分：固定至定子的第一部分和固 定至轉(zhuǎn)子的第二部分。該軸承座固定至定子252的壁的中央部253并且還固定至轉(zhuǎn)子240 的殼體壁220的中央部225。由此，轉(zhuǎn)子240被旋轉(zhuǎn)地固定至車輛，并且在其中央部225處 經(jīng)由軸承座223用于車輛。這具有如下的優(yōu)點(diǎn)：輪緣和輪胎可以隨后利用常規(guī)車輪螺栓在 中央部225處固定至轉(zhuǎn)子240,以使輪緣固定至轉(zhuǎn)子的中央部并且因此牢固地固定至軸承 座223的可旋轉(zhuǎn)側(cè)。車輪螺栓可以穿過轉(zhuǎn)子的中央部225裝配在軸承座本身中。在轉(zhuǎn)子 240和車輪均安裝至軸承座223的情況下，在轉(zhuǎn)子和車輪的旋轉(zhuǎn)角度之間具有一一對(duì)應(yīng)的 關(guān)系。
[0031] 圖3從相反側(cè)示出了圖2所示的同一電動(dòng)機(jī)組件的分解視圖。轉(zhuǎn)子240包括轉(zhuǎn)子 外壁220和周向壁221，磁體242周向地布置在周向壁221內(nèi)。如前所述，經(jīng)由軸承座，定子 252在轉(zhuǎn)子的中央部和定子壁處通過軸承座連接至轉(zhuǎn)子240。
[0032] 在轉(zhuǎn)子的周向壁221和定子的外邊緣之間設(shè)置有V形密封件。
[0033] 轉(zhuǎn)子還包括用于位置感測(cè)的一組磁體227 (也被稱為換向磁體），其與安裝在定子 上的傳感器結(jié)合，允許對(duì)轉(zhuǎn)子磁通角度進(jìn)行估算。轉(zhuǎn)子磁通角度限定了驅(qū)動(dòng)磁體與線圈繞 組的位置關(guān)系?？蛇x地，轉(zhuǎn)子可以包括具有用作一組獨(dú)立磁體的多個(gè)磁極的磁性材料環(huán)，以 代替一組獨(dú)立的磁體。
[0034] 為了允許換向磁體用于計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通角度，優(yōu)選地，每個(gè)驅(qū)動(dòng)磁體具有相關(guān)的換 向磁體，其中，通過校準(zhǔn)測(cè)量到的換向磁體磁通角度，根據(jù)與換向磁體組相關(guān)的磁通角度來 獲得轉(zhuǎn)子磁通角度。為了簡(jiǎn)化換向磁體磁通角度和轉(zhuǎn)子磁通角度之間的關(guān)聯(lián)性，優(yōu)選地，該 換向磁體組具有相同數(shù)量的磁體或磁極對(duì)，作為驅(qū)動(dòng)磁體對(duì)組，其中，換向磁體和相關(guān)的驅(qū) 動(dòng)磁體大致徑向地彼此對(duì)準(zhǔn)。因此，為了本實(shí)施例的目的，換向磁體組具有32個(gè)磁體對(duì)，其 中每個(gè)磁體對(duì)與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)磁體對(duì)大致徑向地對(duì)準(zhǔn)。
[0035] 傳感器在本實(shí)施例中為霍爾傳感器，并且該傳感器安裝在定子上。傳感器定位為 使得隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，形成換向磁體環(huán)的各個(gè)換向磁體分別旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傳感器。
[0036] 隨著轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)，換向磁體相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傳感器，并且該霍爾傳感器 輸出AC電壓信號(hào)，其中，對(duì)于經(jīng)過傳感器的每個(gè)磁體對(duì)該傳感器輸出360電角度的整個(gè)電 壓周期。
[0037] 為了改善位置檢測(cè)，優(yōu)選地，傳感器包括相關(guān)的第二傳感器，該第二傳感器從第一 傳感器移位90電角度。
[0038] 如圖4所示，在本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)包括四個(gè)線圈組60，每個(gè)線圈組60具有三個(gè)線 圈子組61、62、63,這些線圈子組以Y形構(gòu)造耦合以形成三相子電動(dòng)機(jī)，結(jié)果得到具有四個(gè) 三相子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。如下所述，各個(gè)子電動(dòng)機(jī)的操作經(jīng)由兩個(gè)控制裝置400中的一個(gè) 控制。然而，雖然本實(shí)施例描述了具有四個(gè)線圈組60(S卩，四個(gè)子電動(dòng)機(jī)）的電動(dòng)機(jī)，但電 動(dòng)機(jī)同樣可以具有帶有相關(guān)控制裝置的一個(gè)或多個(gè)線圈組。在優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)40包 括八個(gè)線圈組60,每個(gè)線圈組60具有三個(gè)線圈子組61、62、63,這些線圈子組以Y形構(gòu)造耦 合以形成三相子電動(dòng)機(jī)，結(jié)果得到具有八個(gè)三相子電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。類似地，每個(gè)線圈組可 以具有任何數(shù)量的線圈子組，從而允許每個(gè)子電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)或更多個(gè)相。
[0039] 圖5示出了各個(gè)線圈組60和控制模塊400之間的連接，其中，相應(yīng)的線圈組60連 接至包括在控制模塊400中的相應(yīng)的三相逆變器410。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，三相逆變 器包含六個(gè)開關(guān)，其中，三相交流電壓可以通過六個(gè)開關(guān)的受控操作來生成。然而，開關(guān)的 數(shù)量將取決于要應(yīng)用于相應(yīng)的子電動(dòng)機(jī)的電壓相的數(shù)量，其中，子電動(dòng)機(jī)可以被構(gòu)造為具 有任何數(shù)量的相。
[0040] 四個(gè)線圈組中的相應(yīng)線圈纏繞在形成定子的一部分的各個(gè)定子齒上。線圈繞組的 端部501穿過定子熱沉的平坦后部502突出，如圖6所示。圖6示出了定子的局部透視圖， 其中，四個(gè)線圈組60中的兩個(gè)的線圈繞組的端部501延伸離開定子熱沉253的平坦部。
[0041] 控制模塊400鄰近定子熱沉253的平坦部定位，用于安裝于定子熱沉253的平坦 部，如下所述。為了說明性目的，在圖6中示出了與定子熱沉253分離的單個(gè)控制模塊400 的視圖。
[0042] 為了本實(shí)施例的目的，熱沉253的平坦部位于定子的旨在安裝于車輛的一側(cè)。
[0043] 優(yōu)選地，為了便于將相應(yīng)的控制模塊400安裝于定子熱沉253,相應(yīng)線圈組的線圈 繞組的端部501布置為沿著相對(duì)于定子的熱沉部的表面基本垂直的方向延伸離開定子的 熱沉部。
[0044] 圖7以控制模塊400的優(yōu)選實(shí)施例的分解視圖示出了控制模塊400的模塊化構(gòu) 造，其中，每個(gè)控制裝置400 (也被稱為功率模塊）包括安裝有兩個(gè)功率襯底組件510的功 率用印刷電路板500、控制用印刷電路板520、用于連接至DC電池的四個(gè)電源母線（未示 出）、用于連接至相應(yīng)線圈繞組的六個(gè)相繞組母線（未示出）、兩個(gè)插入模塊560以及六個(gè) 電流傳感器。每個(gè)電流傳感器包括霍爾傳感器、以及軟鐵磁材料530的布置為鄰近該霍爾 傳感器安裝的一部分，其中優(yōu)選地，每個(gè)霍爾傳感器布置為安裝在以環(huán)狀成形的一塊軟鐵 磁材料的切除部中。
[0045] 控制模塊部件中的每一個(gè)安裝在控制模塊殼體550內(nèi)，其中，四個(gè)電源母線和六 個(gè)相繞組母線經(jīng)由相應(yīng)的插入模塊安裝在功率用印刷電路板500上、控制模塊殼體550的 相對(duì)側(cè)。
[0046] 每個(gè)功率襯底510布置為安裝在形成于功率用印刷電路板500中的相應(yīng)的孔中， 其中，每個(gè)功率襯底510具有3mm的銅基板600,三相逆變器410形成在銅基板600上。在 控制模塊殼體550中還形成有相應(yīng)的孔511，以使得當(dāng)控制模塊殼體550安裝于定子時(shí)，用 于每個(gè)功率襯底510的銅基板與定子熱沉253直接接觸地放置，從而允許對(duì)每個(gè)功率襯底 510的基部直接施加冷卻。
[0047] 另外，六個(gè)霍爾傳感器（未示出）安裝在功率用印刷電路板500的下側(cè)，鄰近功率 襯底組件510的銅基板，用于測(cè)量與四個(gè)線圈組中的兩個(gè)相關(guān)的相應(yīng)線圈繞組中的電流。 霍爾傳感器讀數(shù)被提供給控制用印刷電路板520。
[0048] 功率用印刷電路板500包括具有用于形成在功率襯底組件510上的逆變器開關(guān)的 驅(qū)動(dòng)器的各種其它部件，其中，所述驅(qū)動(dòng)器用于將來自控制用印刷電路板520的控制信號(hào) 轉(zhuǎn)換為合適的形式以操作安裝在功率用印刷電路板500上的開關(guān)，但將不會(huì)對(duì)這些部件進(jìn) 行任何更詳細(xì)的討論。
[0049] 插入模塊560布置為：當(dāng)功率用印刷電路板500安裝在控制模塊殼體550中時(shí)，插 入模塊560安裝在功率用印刷電路板500之上。
[0050] 每個(gè)插入模塊560布置為安裝在安置于功率用印刷電路板500上的相應(yīng)的功率襯 底組件510之上，其中，每個(gè)插入模塊560具有布置為圍繞形成在相應(yīng)的功率襯底組件510 上的逆變器開關(guān)延伸的孔。
[0051] 每個(gè)插入模塊560布置為承載兩個(gè)電源母線和三個(gè)相繞組母線，用于將形成在功 率襯底組件510上的、其上安裝插入模塊560的逆變器分別耦合至DC電源以及耦合至線圈 組的相繞組。
[0052] 插入模塊560還作為在功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板520安裝在控 制模塊殼體550中時(shí)，用于使控制用印刷電路板520與功率用印刷電路板500隔開的隔離 件。
[0053] 第一對(duì)電源母線用于為形成在一個(gè)功率襯底組件510上的逆變器410提供電壓 源。第二對(duì)電源母線用于為形成在另一個(gè)功率襯底組件510上的逆變器410提供電壓源。
[0054] 對(duì)于每一對(duì)電源母線，一個(gè)電源母線位于形成在功率用電路板500的平面之上的 第一平面內(nèi)。另一個(gè)電源母線位于第一平面之上的第二平面內(nèi)。優(yōu)選地，每一對(duì)電源母線 布置為是基本共面的。
[0055] 六個(gè)相繞組母線位于控制模塊殼體550中、相應(yīng)功率襯底組件510的與電源母線 的相對(duì)側(cè)。相繞組母線耦合至每個(gè)逆變器橋臂以耦合至相應(yīng)的線圈繞組，如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所公知的（即，相繞組母線耦合至形成在一個(gè)功率襯底組件510上的三相逆變器的每個(gè) 橋臂，并且相繞組母線耦合至形成在另一功率襯底組件510上的三相逆變器的每個(gè)橋臂）。
[0056] 控制用印刷電路板520布置為安裝在控制模塊殼體550中、功率用印刷電路板500 之上。
[0057] 控制用印刷電路板520包括處理器420,用于控制相應(yīng)逆變器開關(guān)的操作，以允許 利用相應(yīng)線圈子組61、62、63上的PWM電壓控制，對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)線圈組60供以三相電壓饋 送。對(duì)于給定的轉(zhuǎn)矩給定，在相應(yīng)線圈組上施加的三相電壓利用場(chǎng)定向控制F0C來確定，場(chǎng) 定向控制F0C由控制用印刷電路板上的處理器利用安裝在控制模塊殼體550內(nèi)的用于測(cè)量 所生成的電流的電流傳感器來執(zhí)行。
[0058] 三相電壓饋送引起相應(yīng)線圈子組中的電流以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的生成，以提供相 應(yīng)子電動(dòng)機(jī)的所需轉(zhuǎn)矩。
[0059] 另外，每個(gè)控制用印刷電路板520包括允許各個(gè)控制模塊400之間經(jīng)由通信總線 進(jìn)行通信的接口裝置，其中一個(gè)控制模塊400布置為與安裝于電動(dòng)機(jī)外部的車輛控制器進(jìn) 行通信，其中，安裝于外部的控制器通常向控制模塊400提供所需轉(zhuǎn)矩值。每個(gè)控制模塊 400上的處理器420布置為處理接口裝置上的通信。
[0060] 如上所述，雖然本實(shí)施例將每個(gè)線圈組60描述為具有三個(gè)線圈子組61、62、63,但 本發(fā)明不限于此，并且應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，每個(gè)線圈組60可以具有一個(gè)或多個(gè)線圈子組。
[0061] PWM控制通過利用電動(dòng)機(jī)電感平均化所施加的脈沖電壓以將所需電流驅(qū)動(dòng)至電動(dòng) 機(jī)線圈中來工作。利用PWM控制，在電動(dòng)機(jī)繞組上切換所施加的電壓。在電動(dòng)機(jī)線圈上切 換電壓的期間，電動(dòng)機(jī)線圈中的電流以由電動(dòng)機(jī)線圈的電感和所施加的電壓所規(guī)定的速率 增加。PWM電壓控制在電流增加至超過所需值之前被關(guān)斷，從而允許對(duì)要實(shí)現(xiàn)的電流的精確 控制。
[0062] 逆變器開關(guān)可以包括諸如M0SFET或IGBT的半導(dǎo)體裝置。在本示例中，開關(guān)包括 IGBT。然而，可以采用任何合適的已知開關(guān)電路來控制電流。這樣的開關(guān)電路的一個(gè)公知示 例是三相橋電路，其具有六個(gè)開關(guān)，配置為驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)。六個(gè)開關(guān)被配置為三組并聯(lián)的 兩個(gè)開關(guān)，其中，每對(duì)開關(guān)串聯(lián)以形成三相橋電路的橋臂。DC電源耦合在逆變器的橋臂上， 其中，電動(dòng)機(jī)的各個(gè)線圈繞組耦合在相應(yīng)的開關(guān)對(duì)之間，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。單相 逆變器將具有串聯(lián)布置以形成逆變器的兩個(gè)橋臂的兩對(duì)開關(guān)。
[0063] 為了允許四個(gè)線圈組60中的兩個(gè)的相應(yīng)線圈繞組耦合至控制模塊殼體550內(nèi)的 相應(yīng)相繞組母線，控制模塊殼體550布置為具有六個(gè)孔610。
[0064] 六個(gè)孔610形成在控制模塊殼體550的外邊緣上，在鄰近定子熱沉253的平坦部 安裝的殼體550的一側(cè)。
[0065] 形成在控制模塊殼體550中的六個(gè)孔610的大小和位置布置為與線圈繞組的從定 子熱沉253的平坦部延伸出的端部的位置和尺寸匹配，從而在控制模塊殼體550安裝在定 子熱沉253的平坦部上時(shí)，允許線圈繞組的相應(yīng)端部穿過孔610延伸。
[0066] 在圖8中示出了控制模塊殼體550的局部立體圖。凹部710圍繞形成在控制模塊 殼體550中的六個(gè)孔610中的每一個(gè)形成，其中，每個(gè)凹部710的尺寸被設(shè)計(jì)為允許由例如 鐵氧體元件的軟鐵磁材料制成的部分環(huán)530位于凹部710內(nèi)。部分環(huán)的頂部布置為：當(dāng)部 分環(huán)530安裝在凹部710內(nèi)時(shí)，與控制模塊殼體550的底部基本齊平。電工鋼的部分環(huán)530 具有從環(huán)中移除基本對(duì)應(yīng)于安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器的大小的部分。 為了便于當(dāng)線圈繞組通過孔610時(shí)引導(dǎo)線圈繞組，控制模塊殼體550布置為具有圍繞每個(gè) 孔610形成的管部。圍繞每個(gè)相應(yīng)孔形成的管部還防止置于控制模塊殼體550中的彈性體 在其固化過程中通過所述孔漏出。
[0067] 優(yōu)選地，形成在控制模塊殼體550的基部中的凹口 710適于確保軟鐵磁材料的部 分環(huán)530在凹口 710內(nèi)僅會(huì)定位在如下的位置：其中，當(dāng)功率用印刷電路板500安裝在控制 模塊殼體550內(nèi)時(shí)，環(huán)的移除部與霍爾傳感器在功率用印刷電路板500上安裝的位置對(duì)準(zhǔn)。
[0068] 一旦軟鐵磁材料的部分環(huán)530已安裝在形成于控制模塊殼體550的基部中的相應(yīng) 凹口 710內(nèi)，功率用印刷電路板500被降至控制模塊殼體中的位置。出于說明性目的，為允 許清楚地示出安裝在形成于控制模塊殼體550的基部中的凹口 710內(nèi)的軟鐵磁材料530,圖 8示出了在沒有首先安裝于功率用印刷電路板的情況下、安裝在形成于控制模塊殼體550 中的孔511內(nèi)的功率襯底510。然而，如上所述，在置于控制模塊殼體550中之前，功率襯底 將首先安裝于功率用印刷電路板。在功率用印刷電路板500被降至控制模塊殼體550中的 位置時(shí)，由于軟鐵磁材料的部分環(huán)530與安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器的 對(duì)準(zhǔn)，安裝在功率用印刷電路板500上的霍爾傳感器被插入到安裝在控制模塊殼體550中 的相應(yīng)部分環(huán)530的移除部中。
[0069] 一旦功率用印刷電路板500已被降至控制模塊殼體中的位置，則插入模塊被定位 在相應(yīng)的功率襯底組件之上，其中，形成在功率襯底上的相應(yīng)的逆變器耦合至相應(yīng)的電源 母線和相繞組母線。
[0070] 形成在相應(yīng)的插入模塊上的每個(gè)相繞組母線布置為包括用于將相繞組母線耦合 至一個(gè)線圈組的相繞組的耦合部。用于每個(gè)相繞組母線的耦合部布置為圍繞形成在控制模 塊殼體550的基部中的相應(yīng)孔610延伸。
[0071] 一旦功率用印刷電路板500和插入模塊560已安裝在控制模塊殼體550中，則 例如硅橡膠的彈性體以兩階段工藝被引入控制模塊殼體550中。合適彈性體的一個(gè)示例 為 Wacher Silgel?613,其是在室溫下硫化為極軟硅凝膠的可灌注加成固化（室溫硫化） RTV-2 硅。
[0072] 在將彈性體引入控制模塊殼體550中的第一階段中，將第一批呈液體形式的預(yù)定 量的彈性體與活化劑（即，固化劑）結(jié)合。
[0073] 彈性體和活化劑的混合物以液體形式被注入控制模塊殼體550中，以使得彈性體 和活化劑的混合物覆蓋功率用印刷電路板500、功率襯底組件510,以及安裝在功率用印刷 電路板500和功率襯底組件510上的部件。所選擇的彈性體的量允許彈性體和活化劑的混 合物以預(yù)定的量覆蓋功率用印刷電路板500、功率襯底組件510,以及安裝在功率用印刷電 路板500和功率襯底組件510上的部件。
[0074] 優(yōu)選地，為了加速固化過程，在固化過程中，控制模塊殼體550被置于預(yù)加熱爐 內(nèi)。
[0075] 為了幫助從控制模塊殼體550中去除空氣，優(yōu)選地，在真空或近真空環(huán)境中進(jìn)行 固化過程。
[0076] -旦彈性體已被固化，則將控制模塊殼體550從爐中移除并且允許進(jìn)行冷卻。
[0077] -旦控制模塊殼體550已被冷卻，則將控制用印刷電路板520安裝在控制模塊殼 體550中、功率用印刷電路板500之上，其中，控制用印刷電路板520電耦合至功率用印刷 電路板500,以允許控制用印刷電路板520控制形成在功率襯底組件510上的逆變器上的開 關(guān)的操作。
[0078] 在將彈性體引入控制模塊殼體550中的第二階段中，將第二批呈液體形式的預(yù)定 量的彈性體與活化劑（即，固化劑）結(jié)合。
[0079] 彈性體和活化劑的混合物以液體形式被注入控制模塊殼體550中，以使得彈性體 和活化劑的混合物填充功率用印刷電路板和控制用印刷電路板520之間的空氣間隙。另 夕卜，第二批彈性體和活化劑的混合物覆蓋控制用印刷電路板520以及安裝在控制用印刷電 路板520上的部件。為第二階段所選擇的彈性體的量允許彈性體和活化劑的混合物以預(yù)定 的量覆蓋控制用印刷電路板520以及安裝在控制用印刷電路板520上的部件。
[0080] 為了允許彈性體和活化劑的混合物進(jìn)入功率用印刷電路板500和控制用印刷電 路板520之間，優(yōu)選地，控制用印刷電路板520具有形成在其上的一個(gè)或多個(gè)孔，以允許彈 性體和活化劑的混合物經(jīng)由控制用印刷電路板520進(jìn)入形成在功率用印刷電路板500和控 制用印刷電路板520之間的間隙中。
[0081] 優(yōu)選地，為了加速固化過程，在第二批彈性體和活化劑的混合物的固化過程中，控 制模塊殼體550被置于預(yù)加熱爐內(nèi)。
[0082] 為了幫助去除被俘獲在控制模塊殼體550內(nèi)的任何空氣，優(yōu)選地，在真空或近真 空環(huán)境中進(jìn)行固化過程。
[0083] 一旦彈性體已被固化，則將控制模塊殼體550從爐中移除并且允許進(jìn)行冷卻。
[0084] -旦控制模塊殼體550已被冷卻，則將控制模塊400安裝于定子。
[0085] 形成在功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板520上的部件之上的固化后的 彈性體提供了電動(dòng)機(jī)操作可能需要處于的對(duì)污物和液體的環(huán)境屏障。
[0086] 由于固化后的彈性體封裝了功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板520 上的部件，固化后的彈性體還為這些部件及其相應(yīng)的電連接提供了結(jié)構(gòu)支撐。諸如 Wacher SilGil?61 3的軟彈性體的使用，允許對(duì)功率用印刷電路板500和控制用印刷電路 板520上的部件的束線以及其它形式的電連接由于熱膨脹而擴(kuò)展和移動(dòng)，同時(shí)還作為所述 部件及其相應(yīng)連接的緩沖，以免受由附接至可能在粗糙地面上運(yùn)行的輪轂電動(dòng)機(jī)的控制模 塊引起的沖擊和振動(dòng)的影響。
[0087] 彈性體還作為電絕緣子,從而允許功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板 520上的部件相比于可能不使用彈性體時(shí)的情形更彼此靠近安裝，由此允許功率用印刷電 路板500和控制用印刷電路板520的整體尺寸被減小。
[0088] 另外，形成在功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板520之間的彈性體層為 控制用印刷電路板520提供了結(jié)構(gòu)支撐，從而允許控制用印刷電路板520上的安裝位置的 數(shù)量被減少。這允許控制用印刷電路板520上的電氣部件的可用表面面積被減小。形成在 功率用印刷電路板500和控制用印刷電路板520之間的彈性體還作為控制用印刷電路板 520的沖擊吸收器，從而為控制用印刷電路板520及其部件提供進(jìn)一步的保護(hù)，以免受控制 模塊所附接的電動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生的或由該電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊。
[0089] 為了將控制模塊400安裝于定子，使得從定子熱沉253的平坦表面延伸離開的用 于兩個(gè)線圈組60的線圈繞組的相應(yīng)端部（S卩，六個(gè)線圈繞組端部）與形成在控制模塊殼體 550的基部中的相應(yīng)孔610對(duì)準(zhǔn)。然后推動(dòng)控制模塊400與定子的表面齊平，以使從定子熱 沉253的平坦表面延伸離開的用于兩個(gè)線圈組60的線圈繞組的相應(yīng)端部（即，六個(gè)線圈繞 組端部）穿過形成在控制模塊殼體550的基部中的相應(yīng)孔610延伸，其中，安裝在控制模塊 400中的每個(gè)電流傳感器鄰近線圈繞組的相應(yīng)端部安裝。
[0090] 控制模塊可以通過任何合適的方式安裝于定子，所述合適的方式例如為穿過控制 模塊延伸至定子熱沉的表面中的一個(gè)或多個(gè)螺栓。
[0091] 一旦控制模塊已被安裝于定子，則安裝在功率用印刷電路板500上的相繞組母線 的相應(yīng)耦合部，耦合至線圈繞組的相應(yīng)端部，其中，任何合適的手段可以用于將相繞組母線 的耦合部耦合至線圈繞組的相應(yīng)端部，例如壓接或焊接。
[0092] 形成在經(jīng)由相應(yīng)的相繞組母線耦合至第一線圈組60的一個(gè)功率組件510上的逆 變器410,布置為控制第一線圈組中的電流。形成在控制模塊400中的另一功率組件510上 的另一逆變器410,布置為控制第二線圈組60中的電流，其中，由相應(yīng)的電流傳感器進(jìn)行的 電流測(cè)量通過控制用印刷電路板520上的處理器被用于控制相應(yīng)線圈組60中的電流。
[0093] 類似地，第二控制模塊400布置為控制第三和第四線圈組60中的電流。
[0094] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，所公開的主題可以采用多種方式進(jìn)行改 進(jìn)并且可以呈現(xiàn)不同于如上文描述那樣具體闡述的優(yōu)選形式的實(shí)施例，例如，代替將彈性 體以兩階段工藝引入控制模塊殼體550中，可以在控制模塊部件已被安裝在控制模塊殼體 550中之后將彈性體以單一工藝引入，或者以三階段或更多階段工藝引入。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊，具有包括第一表面的定子，其中，冷卻液體布置為在所 述定子內(nèi)流動(dòng)從而為所述第一表面提供冷卻，所述控制模塊包括：電源裝置，其具有開關(guān)元 件，用于控制在安裝在所述定子上的線圈繞組中的電流流動(dòng)；控制裝置，其用于控制所述開 關(guān)元件的操作；殼體，其具有安裝于所述定子的第一表面的第一側(cè)，其中，所述殼體的第一 側(cè)包括一孔，用于當(dāng)所述殼體安裝于所述第一表面時(shí)，允許所述電源裝置的一部分與所述 定子的第一表面接觸，從而為所述開關(guān)元件提供冷卻，其中，所述控制裝置布置為安裝在殼 體中、所述電源裝置的與所述殼體的第一側(cè)相反的一側(cè)，并且彈性體位于所述電源裝置和 控制裝置之上，用于為所述電源裝置上的開關(guān)和所述控制裝置上的電氣部件提供電絕緣屏 障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中，位于所述電源裝置之上的所述彈性體布置 成為所述控制裝置提供結(jié)構(gòu)支撐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制模塊，其中，所述彈性體是硅橡膠。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊，其中，所述電源裝置包括逆變器，用于 控制安裝在所述定子上的第一組線圈繞組中的電流流動(dòng)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊，其中，所述電源裝置包括：第一逆變 器，用于控制安裝在所述定子上的第一組線圈繞組中的電流流動(dòng)；以及第二逆變器，用于控 制安裝在所述定子上的第二組線圈繞組中的電流流動(dòng)。
6. -種電動(dòng)機(jī)，具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制模塊。
7. -種組裝用于電動(dòng)機(jī)的控制模塊的方法，所述電動(dòng)機(jī)具有包括第一表面的定子，其 中，冷卻液體布置為在所述定子內(nèi)流動(dòng)從而為所述第一表面提供冷卻，所述方法包括：將電 源裝置安裝在殼體中，所述電源裝置具有開關(guān)元件，用于控制在安裝在所述定子上的線圈 繞組中的電流流動(dòng)，所述殼體具有安裝于所述定子的第一表面的第一側(cè)，其中，所述電源裝 置的一部分穿過形成在所述殼體的第一側(cè)中的孔露出；將控制裝置安裝在所述殼體中、所 述電源裝置的與所述殼體的第一側(cè)相反的一側(cè)，所述控制裝置用于控制所述開關(guān)元件的操 作；以及將彈性體插入所述殼體中，用于為所述電源裝置上的開關(guān)和所述控制裝置上的電 氣部件提供電絕緣屏障。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述彈性體插入到所述電源裝置和控制裝置之 間，用于為所述控制裝置提供結(jié)構(gòu)支撐。
【文檔編號(hào)】H02K11/00GK104253512SQ201410299693
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】G·歐文 申請(qǐng)人:普羅蒂恩電子有限公司