一种碳化硅集成电机控制器的制作方法

1.本实用新型涉及电机控制器技术领域，具体涉及一种碳化硅集成电机控制器。


背景技术：

2.现有市场上的电机控制器基本上都是基于硅基igbt模块的电机控制器，且多为单电机控制器、三合一、四合一控制器等产品，集成度较低，相互之间的冷却水道、进出水嘴都需要单独设计，冷却回路复杂，需要大量的冷却水管串行连接。
3.对此，授权公告号为cn211909519u的中国实用新型专利公开了一种新型集成电机控制器，包括箱体，箱体内部设置有环形水道，环形水道的正面设置电容安装面、igbt组件安装面和配电模块安装面，分别安装有电容模块、igbt组件以及配电模块。环形水道的反面是暴露的，与水道盖板焊接固定，水道盖板上设有dcdc电源安装面和辅驱组件安装面，分别安装有dcdc电源以及辅驱功率板。
4.上述igbt组件属于硅基电机控制器，受制于igbt器件本身性能限制，效率提升空间很小，开关频率基本上也只能在10khz以下，nvh性能提升空间有限。另外，igbt模块受制于平面型封装结构，现有硅基集成控制器均为间接冷却方式，igbt模块通过水冷板贴在水道箱体表面上，igbt模块散热器不直接接触冷却液，冷却效率较低，不利于模块极限能力释放。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种碳化硅集成电机控制器，以解决现有的硅基igbt电机控制器效率低、开关频率低导致车辆nvh性能有限的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型中的碳化硅集成电机控制器采用如下技术方案：
7.一种碳化硅集成电机控制器，包括：
8.箱体，箱体为上下敞口的框式结构；
9.冷却板，水平设置在箱体内的上下方向上的中部，冷却板内设置有供冷却液流通的冷却腔；
10.主驱电机控制器模块，主驱电机控制器模块为碳化硅模块，碳化硅模块固定安装在冷却板的上下表面的其中一个表面上；
11.辅驱电机控制器模块，固定安装在冷却板的上下表面的另外一个表面上，辅驱电机控制器模块和碳化硅模块分别位于冷却板的上下两侧，以使冷却板同时对辅驱电机控制器模块和碳化硅模块进行散热。
12.上述技术方案的有益效果在于：主驱电机控制器模块为碳化硅模块，在同等体积下，相比现有硅基igbt电机控制器，碳化硅模块的开关损耗更低，可使得驱动系统效率更高，同时碳化硅模块的开关频率理论上可达20khz以上，高开关频率可降低电机系统电磁噪声，对整车动力性与经济性改善明显，提高整车舒适性。
13.此外，辅驱电机控制器模块和碳化硅模块分别固定在冷却板的上下表面上，使得
冷却板可以同时对辅驱电机控制器模块和碳化硅模块进行散热，不但结构紧凑，而且解决了碳化硅集成电机控制器的散热问题。
14.进一步的，为了方便冷却板的制造以及冷却腔的形成，所述冷却板包括与箱体内壁相连并将箱体内腔分隔为上下两部分的中隔板，中隔板上设置有凹槽，凹槽内设置有冷却流道，冷却板还包括与中隔板固定连接以共同围成冷却腔的盖板，辅驱电机控制器模块和碳化硅模块中的其中一个安装在中隔板上、另一个安装在盖板上。
15.进一步的，为了提高对碳化硅模块的散热效果，碳化硅模块安装在所述的中隔板上，碳化硅模块具有多个针状散热翅片，中隔板上设置有供针状散热翅片穿过以插入所述冷却腔中的穿孔，碳化硅模块与中隔板密封固定。
16.进一步的，为了使针状散热翅片与盖板之间保证一定间隙，从而使冷却液充分对针状散热翅片接触散热，盖板上设置有与所述穿孔对应的凸台，针状散热翅片的端部与凸台的表面之间具有设定的间隙。
17.进一步的，为了减轻凸台的重量，同时使凸台也能够容纳冷却液，提高散热效果，凸台上设置有多条垂直布置的横筋和纵筋，横筋和纵筋围成多个网格槽，针状散热翅片与横筋或纵筋正对布置。
18.进一步的，为了方便冷却液进出，增大冷却流道的长度以及冷却用面积，同时增大换热系数，增大与冷却液的接触面积，提高散热效率，中隔板上设置有与所述凹槽连通的进水口和出水口，凹槽内设置有用于隔开进水口和出水口的第一隔板和第二隔板，第一隔板呈u型，第一隔板的一端与凹槽的槽壁相连，第一隔板的另一端与凹槽的槽壁不接触，第二隔板呈一字型，第二隔板的一端与凹槽的槽壁相连，第二隔板的另一端位于第一隔板围成的空间内，且第二隔板的另一端与第一隔板不接触，第一隔板和第二隔板之间设置有多个断续分布的扰流条。
19.进一步的，为了增大冷却腔内的冷却液流道及冷却用面积，提高冷却液在冷却流道内的热交换效率，凹槽内的拐角处设置有弧形隔板。
20.进一步的，为了方便冷却液进出，同时保证盖板和中隔板之间的固定效果，中隔板上设置有与所述凹槽连通的进水口和出水口，凹槽内设置有用于隔开进水口和出水口的第一隔板和第二隔板；盖板的四周边缘通过搅拌摩擦焊与凹槽的四周槽口焊接固定，第一隔板和/或第二隔板上设置有凸筋，盖板上设置有与凸筋配合的卡槽，卡槽和凸筋的配合位置也通过搅拌摩擦焊进行焊接固定。
21.进一步的，为了提高对碳化硅模块的三相输出铜排的散热效果，碳化硅模块具有三相输出铜排，冷却板上还设置有用于分别与三相输出铜排接触的散热凸起。
22.进一步的，为了提高碳化硅集成电机控制器的功能性，定义冷却板的安装有碳化硅模块的表面为第一表面、安装有辅驱电机控制器模块的表面为第二表面，所述第一表面上还安装有电容模块和配电模块，辅驱电机控制器模块包括空压机电机控制器和转向电机控制器，所述第二表面上还安装有dcdc电源模块。
附图说明
23.图1为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的正面视角的立体图；
24.图2为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的背面视角的立体图；
25.图3为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的中隔板上表面的立体图；
26.图4为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的中隔板下表面的立体图；
27.图5为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的箱体与盖板的爆炸图；
28.图6为图5中盖板的立体图；
29.图7为图5中盖板的主视图；
30.图8为图5中盖板的俯视图；
31.图9为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的盖板下表面的立体图；
32.图10为本实用新型中碳化硅集成电机控制器的碳化硅模块的结构图。
33.图中：1
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电容模块；2
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出水管；3
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进水管；4
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碳化硅模块；41
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针状散热翅片；5
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输出铜排；6
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箱体；7
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安装底座；8
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配电模块；9
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辅驱电机控制器模块；10
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dcdc电源模块；11
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中隔板；12
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散热凸起；13
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碳化硅模块安装面；14
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凹槽；15
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第二凸筋；16
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第一隔板；17
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第二隔板；18
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第一凸筋；19
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扰流块；20
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弧形隔板；21
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凹陷；22
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扰流条；23
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穿孔；24
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条形隔板；25
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盖板；26
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凸台；27
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第二卡槽；28
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第一卡槽；29
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网格槽；30
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纵筋；31
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横筋；32
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出水口；33
‑
进水口。
具体实施方式
34.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
38.本实用新型中碳化硅集成电机控制器的一个实施例如图1所示，包括箱体6，箱体6为上下敞口的框式结构，箱体6的底部设置有安装底座7。箱体6内的上下方向上的中部水平设置有冷却板，冷却板内设置有供冷却液流通的冷却腔，具体结合图3、图4以及图5所示，冷却板包括中隔板11和盖板25，中隔板11与箱体6内壁相连并将箱体6内腔分隔为上下两部分，中隔板11和箱体6通过铸造一体成型。
39.结合图1和图3所示，中隔板11的上表面为第一表面，第一表面上设置有碳化硅模
块安装面13，因此在中隔板11的上表面上安装有碳化硅模块4，碳化硅模块4为主驱电机控制器模块，此外在中隔板11的上表面上还安装有电容模块1和配电模块8，其中配电模块8包括电除霜/电加热/电空调等高压配电模块。
40.如图4所示，中隔板11的下表面上设置有凹槽14，凹槽14为矩形凹槽，凹槽14内设置有冷却流道，由于冷却流道在铸造成型后是暴露在外部的，因此中隔板11需要与盖板25固定连接以共同围成冷却腔。
41.结合图1和图2所示，箱体6上设置有进水管3和出水管2，如图4所示，中隔板11上设置有连通进水管3和凹槽14的进水口33、以及连通出水管2和凹槽14的出水口32，凹槽14内设置有用于隔开进水口33和出水口32的第一隔板16和第二隔板17，进水口33位于第一隔板16和第二隔板17之间。第一隔板16呈u型，第一隔板16的一端与凹槽14的槽壁相连，第一隔板16的另一端与凹槽14的槽壁不接触，第二隔板17呈一字型，第二隔板17的一端与凹槽14的槽壁相连，第二隔板17的另一端位于第一隔板16围成的空间内，且第二隔板17的另一端与第一隔板16不接触，这样就形成了s形的冷却流道，延长了冷却流道的路径。
42.如图4所示，在凹槽14内设置有条形隔板24，凹槽14内的拐角处设置有弧形隔板20，在第一隔板16和第二隔板17之间、第一隔板16与凹槽14的槽壁之间设置有多个断续分布的扰流条22以及多个间隔布置的扰流块19，增大了冷却腔内的冷却液流道及冷却用面积，增大了换热系数以及与冷却液的接触面积，提高了冷却液在冷却流道内的热交换效率。
43.在本实施例中，盖板25的四周边缘通过搅拌摩擦焊与凹槽14的四周槽口焊接固定，为了保证盖板25和中隔板11之间的固定效果，如图4所示，在第一隔板16上设置有第一凸筋18，在第二隔板17上设置有第二凸筋15，第一凸筋18和第二凸筋15垂直。如图6和图7所示，盖板25上设置有与第一凸筋18配合的第一卡槽28以及与第二凸筋15配合的第二卡槽27，第一卡槽28和第一凸筋18的配合位置、第二卡槽27和第二凸筋15的配合位置也通过搅拌摩擦焊进行焊接固定。
44.如图10所示，碳化硅模块4采用pin
‑
fin封装结构，具有多个针状散热翅片41，多个针状散热翅片41呈矩形布置。如图4所示，在中隔板11上设置有供针状散热翅片41穿过以插入上述冷却腔中的穿孔23，穿孔23为矩形穿孔，因此碳化硅模块4本身实际上也是围成冷却腔的一部分，所以碳化硅模块4需要与中隔板11密封固定。
45.按照碳化硅模块的推荐散热设计要求，针状散热翅片41正下方需保证约0.2mm左右的缝隙，以便于冷却液对针翅的充分接触散热，但是0.2mm的流动空间意味着冷却腔的容积非常小，冷却腔比较薄，这样冷却液的流动量根本无法满足其他模块的散热需求，因此如图6、图7以及图8所示，在盖板25的上表面上设置有与穿孔23对应的凸台26，凸台26为矩形凸台，大小与穿孔23匹配。由于凸台26的设置，保证了针状散热翅片41插入冷却腔后，针状散热翅片41的端部与凸台26的表面之间具有设定的间隙，例如0.2mm。
46.如图7所示，凸台26上设置有多条垂直布置的横筋31和纵筋30，横筋31和纵筋30围成多个网格槽29，针状散热翅片41与横筋31或纵筋30正对布置，也即针状散热翅片41与网格槽29错开，以保证针状散热翅片41的端部与横筋31或纵筋30之间具有设定的间隙。网格槽29的存在一方面减轻了凸台26的重量，另一方面使凸台26也能够容纳冷却液，提高了散热效果。
47.结合图9和图2所示，盖板25和中隔板11固定之后，盖板25的下表面构成用于安装
辅驱电机控制器模块9的第二表面，辅驱电机控制器模块9包括空压机电机控制器和转向电机控制器，此外盖板25的下表面上还安装有dcdc电源模块10。
48.另外如图1所示，碳化硅模块4具有三相输出铜排5，为了提高对三相输出铜排5的散热效果，如图3所示，在中隔板11的上表面上设置有用于分别与三相输出铜排5接触的散热凸起12，实际上如图4所示，散热凸起12是通过在中隔板11上设置凹陷21形成的，凹陷21位于凹槽14内，方便冷却液进入，提高散热效果。
49.本实用新型的碳化硅集成电机控制器，通过在箱体6内设置由中隔板11和盖板25组成的冷却板，将碳化硅模块4、电容模块1、配电模块8安装在冷却板的上表面上，将辅驱电机控制器模块9和dcdc电源模块10安装在冷却板的下表面上，各个模块布置在冷却板的上下两侧，使得冷却板可以同时对各个模块进行散热。其中，碳化硅模块4的针状散热翅片41直接与冷却液接触，提高散热效率。其余模块均采用间接冷却方式，热量通过模块传导至中隔板11和盖板25上，冷却液将中隔板11和盖板25的热量带走。
50.此外，进水管3和出水管2分别与整车冷却系统进出水管路相连，经整车冷却后的冷却液从进水管3流进凹槽14内，吸收集成控制器产生的热量后将高温冷却液从集成控制器出水管2流出，通过整车冷却水循环与热交换系统实现对集成控制器的冷却散热，确保冷却板上下两侧安装的功率模块、电容等器件及箱体内部腔体温度在器件能力范围内，避免电子器件因温度过高输出能力受限或失效。
51.本实用新型的主驱电机控制器模块为碳化硅模块，在同等体积下，相比现有硅基igbt电机控制器，碳化硅模块的开关损耗更低，可使得驱动系统效率更高，同时碳化硅模块的开关频率理论上可达20khz以上，高开关频率可降低电机系统电磁噪声，对整车动力性与经济性改善明显，提高整车舒适性。
52.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，根据实际需求，碳化硅集成电机控制器也可以不包括电容模块、配电模块以及dcdc电源模块，而是配置有其他的模块，当然辅驱电机控制器模块也可以是其他部件的电机控制器。
53.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，冷却板上可以不设置散热凸起，三相输出铜排可以靠空冷散热。
54.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，可以仅在第一隔板上设置凸筋或者仅在第二隔板上设置凸筋，此时盖板上仅有一道卡槽；或者，也可以不设置凸筋和卡槽，盖板的四周边缘直接通过搅拌摩擦焊与凹槽的四周槽口焊接固定。
55.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，凹槽内可以不设置弧形隔板。
56.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，第一隔板和第二隔板之间可以不设置断续分布的扰流条，而是设置连续的条形隔板。
57.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，凸台上可以不设置网格槽，凸台的上表面是平面。
58.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，盖板上可以不设置凸台，盖板是平的。
59.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，当选用平面型封装结构的碳化硅模块时，由于碳化硅模块不具有针状散热翅片，因此中隔板上无需设置穿孔，此时碳化硅模块直接紧贴中隔板安装固定。
60.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，可以将辅驱电机控制器模块安装在中
隔板上，而将碳化硅模块安装在盖板上，也即辅驱电机控制器模块安装在冷却板的上表面上、碳化硅模块安装在冷却板的下表面上。
61.在碳化硅集成电机控制器的其他实施例中，冷却板与箱体内壁可以不是一体铸造成型，冷却板单独制造，另外固定在箱体内，此时可以在冷却板内直接成型出冷却腔。
62.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。