一种集成于电机的逆变器的制作方法

本发明涉及一种集成于电机的逆变器，是一种电动汽车内与电机高度集成的逆变器结构。

背景技术：

在电动汽车中，逆变器是实现电池的直流电供电与电机的交流电用电变换、实现电机的驱动运行的关键部件，属于电动汽车的核心功率部件，它必须能够持续可靠的运行。

目前，电动汽车上匹配的逆变器一般是独立安装于车架上，电机和逆变器一般通过高压线束、低压线束、水管进行交流电、控制信号、冷却液的传递，造成了成本过高、能量损耗以及空间浪费等，因而电机、逆变器以及减速器的集成化设计成为电动汽车发展的方向。专利CN102267362A描述了一种电动车驱动集成化一体结构，其中逆变器径向集成于电机的正上方，变速器通过联轴器与电机连接，可以实现结构紧凑、体积小、重量轻和效率高的要求。但由于电机和逆变器仍然采用电缆连接，因而没有实现最优的集成化设计，另外逆变器布置于电机的正上方，可能不便于进一步在上部布置DC/DC和充电机等。专利CN1819418A中描述了一种电机和逆变器轴向布置的结构，逆变器和电机共用壳体，实现了较高程度的集成；该逆变器通过电介质的冷却流体对逆变器的功率模块进行喷射冷却，可以实现良好的热交换。但这种设计需要复杂的外部冷却泵和散热器的支撑，造成动力系统结构复杂、成本升高、可靠性下降。专利CN205417150U描述了一种带冷却机构的电机、逆变器和变速器集成装置，包括电机、逆变器、变速器和下部冷却腔、上部冷却腔和中部导流通道，可以对电机、逆变器、变速器进行很好的冷却，也实现了较高程度的集成。但该集成装置的水道设计过于复杂、造成密封困难、可靠性下降；该集成装置并没有进一步解决或阐述逆变器和变速器的集成方式；该集成装置的逆变器的高、低压线束的出线方向为电机的径向方向，并没有最优地利用电机的轴向空间，造成该集成装置所需整车空间较大。

针对上述问题，需要设计一种适合电动汽车特别是纯电动轿车，同时解决逆变器和电机甚至减速器集成度不高、空间浪费严重、成本较高、结构复杂、可靠性低的紧凑化逆变器。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集成于电机的逆变器，是一种新能源车用逆变器，其可以很好地实现与电机、减速器进行集成，并使得整个集成装置尽可能小地占用整车空间，同时该逆变器具有结构紧凑、成本低、功率密度高、冷却设计简单可靠等特点。

基于上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种集成于电机的逆变器，包括主箱体和顶盖及固定在主箱体内部的电机轴承、电机旋转变压器、IGBT模块、驱动板、电流传感器、电流传感器支架、一体化注塑交流母排、放电电阻、直流母线电容、屏蔽板、控制板，其特征在于：逆变器集成于电机后侧，同时在逆变器上布置减速器输出轴的轴承，以及布置于直流母线电容下方的接线座、直流母排、Y电容，接线座安装于主箱体上，空调保险固定于接线座的嵌装螺母上，空调保险一端与直流母排的负极伸出端相连，一端与空调接插件的负极线束相连；所述直流母排与直流接插件的端子电连接，同时在接线座上分别与空调保险的一端、以及空调接插件的正极线束相连；所述Y电容安装于接线座的矩形卡槽内，每个Y电容的一条线束的线鼻子分别与其中一个直流母排相连，每个Y电容的另外一条线束的线鼻子通过螺栓与主箱体相连，固定在主箱体外部的直流接插件、空调接插件、低压接插件和透气塞；其中直流接插件、空调接插件、低压接插件并排布置于电机的轴向，透气塞布置于逆变器主箱体的侧面，电机的径向；电机轴承通过轴承钢套固定在主箱体上；电机旋转变压器通过螺栓安装于主箱体；IGBT模块通过螺栓安装于主箱体，并布置于电机旋转变压器上方；驱动板布置于IGBT模块上方，并焊接于IGBT模块上；

在IGBT模块相对的两侧分别布置有直流母线电容和电流传感器，一体化注塑交流母排布置于电流传感器和IGBT模块之间，直流母线电容上方依次布置屏蔽板和控制板；接线座布置于直流母线电容下方，并安装于主箱体的局部凹槽内，Y电容卡接于接线座；直流接插件、空调接插件和低压接插件出线方向均为电机轴向。

所述的主箱体内部布置有IGBT模块的冷却水道，冷却水道的进水管安装于主箱体的侧面，冷却水道的出水孔位于主箱体端面，与电机水道直接相连；IGBT模块内部集成水道，主箱体内侧有两个水孔与IGBT模块的水口相连。

所述电流传感器采用三联电流传感器，通过电流传感器支架安装于主箱体的内部、IGBT模块的三相交流端子侧；电机交流端子通过定制的线鼻子穿过电流传感器的开口与一体化注塑交流母排相连。

所述的一体化注塑交流母排另一侧与IGBT模块相连；一体化注塑母排的绝缘骨架还设有固定线束的卡槽结构。

所述放电电阻通过支架固定于主箱体，支架还设计有固定电机温度传感器线束、放电电阻线束和电流传感器线束的绑扎带开孔；电流传感器线束和电机温度传感器线束通过8针接插件与控制板相连，放电电阻线束通过线鼻子与直流母线电容直流端子相连。

所述控制板固定于屏蔽板上，屏蔽板与直流母线电容通过螺栓固定于主箱体；控制板与驱动板通过排线进行信号传递。

所述Y电容卡接于接线座内部或采用电容单体灌装于接线座内部。

所述直流接插件和空调接插件带有高压互锁线束，高压互锁线束串联后与控制板上的2针接插件相连。

所述的空调保险安装于接线座上，其一端与负极直流母排相连，另一端与空调接插件的负极线束相连；空调接插件的正极线束与正极直流母排相连。

所述低压接插件通过线束分别与控制板上的12针和16针接插件相连；所述电机旋变线束通过8针接插件与控制板相连；所述主箱体外侧安装两个透气塞，用于保证逆变器和电机内外气压平衡。

本发明的积极效果是通过主箱体集成电机轴承、电机旋转变压器、以及集成减速器输出轴轴承等部件，实现与电机、减速器的高度集成；同时为了最大限度地实现集成装置紧凑化，逆变器的直流接插件、空调接插件以及低压接插件均采用电机轴向出线、逆变器水管采用轴向进水；另外逆变器的IGBT模块及驱动板、电流传感器、直流母线电容及控制板采用并排布置方式，接线座、直流母排和Y电容等布置于直流母线电容下方，不占用集成装置的径向空间；逆变器内部集成直通水道，仅通过一个出水口与电机进水口相连，降低系统水阻，提高了IGBT模块冷却效果以及水道密封可靠性。据此实现了逆变器与电机、减速器的高度集成，同时使得逆变器具有结构紧凑、成本低、功率密度高、冷却设计简单可靠等特点。

附图说明

图1是本发明实施例的逆变器与电机、减速器集成示意图。

图2是本发明实施例的剖视示意图。

图3是本发明实施例的背面示意图。

图4是本发明实施例的取下顶盖的正面示意图。

图5是本发明实施例的取下直流母线电容的接线座布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，该实施例公开了一种与电机集成的逆变器100，该逆变器100集成于电机200的后侧，同时该逆变器100还布置了减速器300输出轴的轴承孔26，实现了逆变器100、电机200和减速器300形成一个紧凑的集成装置，以便作为一个动力总成模块在整车上灵活布置。同时，为了最大限度地实现集成装置的紧凑度，该逆变器100的直流接插件16、空调接插件22、低压接插件23以及逆变器进水管24的朝向均为电机200的轴向方向，进一步节省了整车空间，该空间可以方便DC/DC、充电机等总成的布置，也可以作为行李舱给用户提供更佳的舒适性体验。

该实施例所述逆变器100主要包括主箱体1和顶盖2，所述逆变器的各功能型构件分别以特定的位置关系安装在所述主箱体1和顶盖2的内部或者外部。同时所述主箱体1还集成了用于安装电机轴承3的轴承钢套17，该轴承钢套17与铝合金压铸的主箱体1采用一体化铸造的方式，用以提高轴承连接处壳体的强度；同时主箱体上还安装了用于检测电机200转子位置的旋转变压器4，这种集成方式实现了所述逆变器100和电机200的高度耦合，极大地减小了集成装置的轴向尺寸。

同时，一种集成于电机的逆变器100和电机200的集成还体现在冷却回路一体化和直接的电连接。冷却液在通过所述逆变器100主箱体1的进水口24在对所述逆变器的IGBT模块5冷却后，通过所述主箱体1上的出水口25直接对电机200进行冷却，从而降低了集成装置系统水阻，提高了冷却效果和水道密封的可靠性；另外，电机200的交流端子通过定制的线鼻子10直接与所述逆变器100的一体化注塑交流母排9相连，降低了电连接回路由于电阻过大产生的热损耗，提升了系统性能。

具体而言，在所述主箱体1内部固定有IGBT模块5、驱动板6、电流传感器7、电流传感器支架8、一体化注塑交流母排9、放电电阻30、放电电阻支架31、直流母线电容11、屏蔽板12、控制板13。

在主箱体1内部，直流母线电容11下方还布置了接线座14、直流母排15、Y电容21；所述主箱体1的外侧安装有直流接插件16、空调接插件22、低压接插件23和透气塞28。

在主箱体1内部：IGBT模块5通过螺栓安装于的主箱体1上，并布置于旋转变压器4的上方。IGBT模块5内部集成水道，仅留出两个圆形水孔19与主箱体1的水道相连。相应地，所述主箱体1内部设计与水孔19同轴的水道18和水道垂直的水道41，所述同轴的水道18和垂直的水道41封闭于主箱体1内，可通过钻孔成型，降低了加工成本；钻孔的道具入口通过碗形塞27密封，与同轴的水道18垂直的电机200的轴向分别为逆变器100的进水管24和出水口25，该设计降低了水道水阻、提高了所述IGBT模块5的散热效果，同时提高了密封可靠性。

所述IGBT模块5的上方布置有驱动板6，所述驱动板6通过螺栓和焊接针脚固定于IGBT模块5上。

所述IGBT模块5相对的两侧分别布置有直流母线电容11和电流传感器7。所述直流母线电容11为薄膜电容。为了实现所述逆变器100和减速器300的集成，所述直流母线电容11在IGBT模块5和轴承孔26中间处局部变窄，所述直流母线电容11的顶部分别伸出三对直流端子与IGBT模块5电连接、伸出一对直流端子与直流母排15电连接。

所述电流传感器7为一个三联的电流传感器，该结构形式可以更好地满足逆变器内部紧凑化布置。为了满足交流母排连接的要求，所述电流传感器7的安装面垂直于主箱体1的底面，该结构形式通过固定电流传感器7的电流传感器支架8实现。

为了保证所述逆变器100装配方便，该逆变器使用了一体化注塑交流母排9。把U、V、W母排和绝缘支架一体化注塑，主要可以实现交流母排作为单件直接安装于所述主箱体1，提高连接可靠性，同时所述一体化注塑交流母排9内部设计了一体化注塑的嵌装螺母，便于所述电机交流端子10直接与一体化注塑交流母排9进行螺栓固定。所述一体化注塑交流母排9的另一侧母排底面与IGBT模块5通过螺栓连接，实现IGBT模块5与电机交流端子10间的交流电传输。另外，所述一体化注塑交流母排9设计卡槽结构29，用以固定电流传感器线束34。

为了实现所述逆变器100停机时直流母线电容11的电荷释放，所述逆变器100采用独立的放电电阻30，可以保证停机时直流母线电容11的电压在规定时间内降到规定数值，该功能是通过放电电阻30的线束33与直流母线电容11上的直流端子进行电连接实现。所述放电电阻30通过支架31安装于主箱体1，该支架还设计了使用绑扎带固定电流传感器线束34、电机温度传感器线束32以及放电电阻线束33的卡槽。

所述控制板13通过螺栓固定于屏蔽板12的压铆螺柱上，所述屏蔽板12与直流母线电容11通过螺栓同时固定于所述主箱体1。所述控制板13与驱动板6之间通过排线36进行信号传输，同时所述控制板13还布置了与电联传感器线束34和电机温度传感器线束32连接的8针接插件35、与旋转变压器4的信号线束连接的8针接插件40、与高压互锁线束连接的2针接插件37、与低压接插件23的信号线束连接的12针接插件38和16针接插件39。

为了最大限度地利用电机200的轴向空间，所述逆变器100的接线座14布置于直流母线电容11的下方。所述接线座14设计矩形卡槽结构用以安装所述Y电容21，所述的Y电容21也可以将薄膜电容的单体灌装于所述接线座14的矩形卡槽内。

所述逆变器100的主箱体1外侧、接线座14的接线座下方并排布置了直流接插件16、空调接插件22、低压接插件23。所述直流接插件16在逆变器100内部与直流母排15通过螺栓连接，所述直流母排15上侧与直流母线电容11的直流端子相连，实现所述逆变器100的直流输入。

所述空调接插件22可以为空调压缩机提供直流电，其供电回路上使用了空调保险20。主要电连接关系为：所述直流母排15的正极母排151与空调接插件22的正极线束221通过线鼻子相连，所述直流母排15的负极母排152与空调保险20的一端相连，所述空调保险20的另一端与空调接插件22的负极线束222通过线鼻子相连。当空调接插件22的对配接插件安装到位时，可以实现空调压缩机的直流供电。

所述低压接插件23通过低压线束42与控制板13上的12针接插件38和16针接插件39相连，实现所述控制板13与整车控制器进行信号传输。

为了满足高压安全的要求，所述直流接插件16和空调接插件22分别带有高压互锁线束，可以实现所述直流接插件16和空调接插件22的对配端子插接不良时整车控制器给逆变器下电，防止人员触电。主要实现方式为：两组高压互锁线束在接线座14内串联后形成两根信号线束41，该信号线束41通过2针接插件与控制板13相连，进而通过低压线束42和低压接插件23将高压互锁信号提供给整车控制器。

所述逆变器100和电机200在工作时温度较高、内部气压较大，为了保证逆变器100和电机200内外气压平衡，在主箱体1的外侧安装了两个透气塞28。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。