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CN107516979A - 电气装置和这种电气装置的组装方法 - Google Patents

电气装置和这种电气装置的组装方法 Download PDF

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CN107516979A CN201611273161.3A CN201611273161A CN107516979A CN 107516979 A CN107516979 A CN 107516979A CN 201611273161 A CN201611273161 A CN 201611273161A CN 107516979 A CN107516979 A CN 107516979A
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Abstract

本发明涉及一种电气装置(10)，特别是旨在控制电机的电气装置，包括：第一区域，充满绝缘材料(A)并且包括嵌入在绝缘材料(A)中的第一电子单元(12)；第二区域，充满绝缘材料(B)并且包括嵌入在绝缘材料(B)中的第二电子单元(18)；第三区域，充满绝缘材料(B)并且包括嵌入在绝缘材料(B)中的至少一个电连接元件(22)，该至少一个电连接元件(22)连接第一电子单元(12)和第二电子单元(18)；其中该第一和第二区域每个都与该第三区域接触，从而使得该电气装置包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。

Description

电气装置和这种电气装置的组装方法
技术领域
本发明的主题是一种旨在控制电机的电气装置以及这种电气装置的组装方法。
背景技术
通常，一种旨在控制电机的电气装置，例如电压转换器，包括电子单元，其需要对灰尘、液体、气体或者其他湿气的有效绝缘。因此，绝缘可以借助于沉积绝缘材料而实现。
然而，通常，为了保证电气装置的有效绝缘，电气装置的绝缘需要大量的绝缘材料。因此，这些电气装置具有高生产成本。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种电气装置来弥补这些缺点，其能够减少为了绝缘该电气装置所需要的绝缘材料的数量，同时保证所述电气装置的有效绝缘。
为了这个目的，本发明的主题是一种电气装置，特别是旨在控制电机的电气装置，包括：
-第一区域，其充满绝缘材料，并且包括嵌入在该绝缘材料中的第一电子单元，特别是一种电子功率单元；
-第二区域，其充满绝缘材料，并且包括嵌入在该绝缘材料中的第二电子单元，特别是一种电子控制单元；以及
-第三区域，其充满绝缘材料，并且包括嵌入在该绝缘材料中的至少一个电连接元件，该至少一个电连接元件连接第一电子单元和第二电子单元；
其中该第一和第二区域每个都与该第三区域接触，从而使得该电气装置包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。
特别的，该空间是没有物质的，特别是没有绝缘材料的。
特别的，这些功率电子单元旨在在电压源的帮助下传输电流到电机。
有利地，在根据本发明的电气装置中，通过减少有效绝缘电子控制和功率单元所需要的绝缘材料的数量，该第一和该第二区域之间的空间使得能够降低这种电气装置的生产成本。此外，该空间允许在该第一和该第二区域之间和环绕该第三区域的空气循环，并且通过对流而因此更好地冷却该电气装置。
根据本发明的该电气装置还可以包括一个或多个以下特征，单独地考虑或者依照所有可能的组合：
-该第一、第二和第三区域是叠置的，该第一和第二区域基本沿着平行平面延伸；
-该第三区域至少部分地由空心柱限定，该至少一个电连接元件旨在被插入到空心柱中，该空心柱在该第一和第二区域之间延伸；
-该空心柱被绝缘材料充满；
-根据本发明的电气装置还包括电子单元的支座，布置在该第一电子单元和该第二电子单元之间，并且包括一个用于接收该第二电子单元的开口腔；
-该空心柱从该开口腔延伸，并且被配置以与开口腔在该空心柱的第一端相通；
-与该第一端相对的该空心柱的第二端与绝缘材料接触，该第一电子单元被嵌入在该绝缘材料中；
-该开口腔的底部包括引导元件，所述引导元件用于引导至少一个电连接元件，并且旨在引导该至少一个电连接元件朝向该第二电子单元，该引导元件被特别布置在该空心柱的该第一端；
-根据本发明的电气装置还包括一个电连接器，其被配置以电连接该第一电子元件到由该电气装置控制的电机和/或电源的电气元件(相B+，B-) 中的至少一个，并且至少部分地包括在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的所述空间中；
-该电连接器被布置在该第一电子单元和该第二电子单元的支座之间，该电连接器包括一个孔，该空心柱将被插入该孔中。
本发明还涉及一种组装电气装置，特别是旨在控制电机的电气装置的方法，包括：
-一个步骤，其中第一电子单元(特别是电子功率单元)嵌入绝缘材料中形成第一区域，第二电子单元(特别是电子控制单元)以及至少一个电连接元件的一端被连接到所述的第一电子单元；
-连接至少一个电连接元件的步骤，其中与连接到所述第一电子单元的端相对的一端被连接到该第二电子单元；以及
-沉积绝缘材料的步骤，其中第二电子单元被嵌入绝缘材料中形成第二区域，并且至少一个电连接元件被嵌入绝缘材料中形成第三区域，从而使得该第一和第二区域每个都与该第三区域接触，并且该电气装置包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。
换句话说，通过该第一区域、该所述空间和该第二区域的直线包括包含在该第一区域中的一部分、包含在所述空间中的一部分和包含在该第二区域中的一部分，这些所述部分是连接的。
特别的，该空间是没有物质的，特别是没有绝缘材料的。
特别的，这些功率电子单元旨在在电压源的帮助下传输电流到电机。例如，该电机是起动器、起动交流发电机或车载的另一电机。
有利地，组装该电气装置的方法允许这些电子单元的有效绝缘，同时保证生产成本的降低，特别是通过减少用于电气装置的绝缘所需的材料数量。此外，在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的该空间允许在该第一和该第二区域之间和环绕该第三区域的空气循环，并且通过对流而因此更好地冷却该电气装置。
根据本发明的电气装置的组装方法还可以包括一个或多个以下特征，单独地考虑或者依照所有可能的组合：
-根据本发明的电气装置的组装方法进一步包括，在连接至少一个电连接元件的步骤之前：
提供电子单元的支座的步骤，该电子单元的该支座被布置在该第一电子单元和该第二电子单元之间，并且包括一个用于接收该第二电子单元的开口腔，并且一个空心柱从该开口腔延伸，并且在该空心柱的第一端与该开口腔相通；
将该至少一个电连接元件插入到该空心柱中的步骤，其中该至少一个电连接元件被插入到该空心柱中目的是与该第二电子单元连接，从而使得相对于第一端的该空心柱的第二端与绝缘材料接触，该第一电子单元嵌入在该绝缘材料中；
-根据本发明的电气装置的组装方法包括引导至少一个电连接元件的步骤，其中该至少一个电连接元件被引导朝向该第二电子单元，目的是通过布置在该空心柱的该第一端的引导元件与该第二电子单元连接；
-沉积绝缘材料的步骤包括充满空心柱的步骤，其中在将该第二电子单元嵌入绝缘材料之前将该空心柱充满绝缘材料。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在阅读说明书和以下附图后变得显而易见：
-图1是根据本发明的电气装置的一个优选实施例的分解图，
-图2示出了根据图1的优选实施例的电气装置的剖视图，
-图3和4示出了图1的电气装置在所述电气装置组装方法的各步骤的剖视图，以及
-图5是根据本发明的一个优选实施例的电气装置的组装方法的步骤流程图。
应当注意的是这些附图除了示出说明书的主题外没有其他目的，并且不应以任何方式构成对本发明范围的限制。
在各附图中，类似的元件由相同附图标记标示。
具体实施方式
根据本发明的电气装置是例如旨在控制电机，特别是集成在机动车辆中的电机，例如旋转电机。
该电气装置包括至少一个第一电子单元(例如电子功率单元)、至少一个第二电子单元(例如电子控制单元)，以及至少一个旨在电连接所述电子单元的电连接元件。
该电气装置例如是如图所示的电压转换器。当然，本发明决不是限制为电压转换器，相反该电气装置可为任意其他旨在控制电机的电气装置。
同样，该第一电子单元将由电子功率单元示出，例如一个或多个电子功率模块，并且该第二电子单元将由电子控制单元示出，例如电子控制板。当然，这些电子单元可各自为任意其他电子元件。
特别地，图1示出了电压转换器10的分解图，电压转换器10包括电子功率模块12(在这个例子中数量为三)、电子模块的支座14、电连接器16、电子控制板18和电子板支座20。
有利地，电压转换器10是AC/DC转换器。优选地，电压转换器10被集成在电机的壳中。
电子控制板18特别用来控制电子功率模块12。特别地，电子板18被用来与电子功率模块12通过至少一个电连接元件22电连接。
电连接器16被布置在电子功率模块12和电子板的支座20之间。电连接器16被配置以电连接电子模块12到电机的至少一个电气元件(相)和/ 或电源的至少一个电气元件(B+、B-)。电机的电气元件是例如相电源的电气元件例如是正DC端B+、负DC端B-或地。优选地是每个相一个电子功率模块12。此外，如图1所示，电连接器16包括孔24，其被设计以允许电子模块12的电连接元件22接近电子控制板18。
电子功率单元的支座14有利地为盒体，包括具有底部的至少一个开口腔26，底部安装有电子功率模块12。有利地，该盒体允许热和电传导，特别是用于接地和热扩散。开口空腔26充满绝缘材料，从而使得电子功率单元12被嵌入绝缘材料中。特别地，这种结构允许电子模块12的有效绝缘。有利地，功率模块14是热消散器(heat dissipator)，也称作热量消散器(thermal dissipator)。功率模块12被固定到热量消散器以便允许热量在功率模块12 和冷却电路(未示出)之间传递，从而耗散由电子模块12产生的热量。此外，用于接收电子模块的开口腔26可包括定位元件(未示出)，以将支座14 上的电子模块12定位在预定位置。这些定位元件能够便利于并且保证电子模块12在支座14上的正确和快速定位，其目的是它们与电子板18的电连接。
电子控制板的支座20被布置在电子功率模块12和电子控制板18之间。电子控制板的支座20优选地由绝缘物质制成，例如由塑料模制而成。
支座20包括具有底部30的开口腔28，底部30用于将电子板18接收在其上。
支座20还包括至少一个空心柱32，电子板18与电子模块12的至少一个电连接元件22将被插入其中。图2中可明显看到的空心柱32从开口腔28 延伸，并被配置以在空心柱32的第一端34与开口空腔28相通。特别地，在图1中，电子板18的支座20包括三个空心柱，每个空心柱将接收用于连接每个电子模块12与电子控制板18的电连接元件22。开口腔28将被充满绝缘材料，从而使得电子控制板18被嵌入在绝缘材料中。电子控制板18因此以一种有效的方式被绝缘。
有利地，电子控制板支座20可包括用于空心柱32的填充元件38。该填充元件38，也称为填充通道，可具有通常的斜坡形状，优选为螺旋形。填充元件38的一端与开口腔28的底部30连接，并且填充元件38的另一端与空心柱32的侧壁相通。优选地，空心柱32的第二端36与其中嵌入有电子模块12的绝缘材料接触。这种结构能够保证空心柱32被充满绝缘材料，并因而确保电连接元件22的有效绝缘。
电子控制板18可有利地包括孔48，其被布置在与开口腔28的底部30 连通的通道38的相对端。电子板18的该孔48特别允许空心柱32通过通道 38充满绝缘材料B。
此外，开口腔28的底部30优选地包括定位元件40，其用来将电子板 18定位在支座20的预定位置中。换句话说，布置在电子板的支座20上的定位元件40将与电子板18的互补定位元件42相配合。例如，在图1中，六个定位元件40被示出，每个定位元件包括一个从开口腔28的底部30以与底部30垂直的方式突出的接线柱。定位元件40可为如图1所示的圆柱形。电子板的六个互补定位元件42为定位孔，其优选地展示形状和尺寸与定位元件40的形状和尺寸互补的横截面。例如，如图1中所示，互补定位元件 42显示为圆形横截面。这些定位元件40能够将电子板18正确地和快速地定位在支座20上，并且因此得到电子板18与电子功率模块12的有效电连接。
此外，开口腔28的底部30有利地包括引导元件44，用于引导至少一个电连接元件22布置在空心柱32的第一端34上，并引导该至少一个电连接元件22朝向电子板18。例如，在图1中，开口腔28的底部30包括三组引导元件44。引导元件44包括引导孔46，优选地每个电连接元件22一个引导孔46。引导孔46能够将电连接元件22重新居中(recentre)，目的是电子模块12和电子板18的电连接，并且因而正确地连接电子模块12与电子板 18。优选地，为了允许更好地重新居中电连接元件22，引导孔46面向电子模块12的横截面大于引导孔46面向电子板18的横截面。例如，在图2中，两个引导元件44显示出圆形横截面并且包括跟随圆柱部分的截头圆锥部分。
此外，电气装置10将接收绝缘材料A、B以允许电子功率单元12，电子控制单元18和电连接元件22的绝缘。绝缘材料A、B允许对灰尘、液体、气体或者其他潮湿的绝缘。
例如，绝缘材料可为树脂(例如环氧树脂)或绝缘胶(例如硅凝胶)。
电气装置10的电子单元12、18可采用相同或不同的绝缘材料A、B绝缘。优选地，电子控制和功率单元采用相同绝缘材料绝缘，特别是采用绝缘胶。
更精确地，电气装置包括：
-充满绝缘材料A的第一区域，并且包括嵌入在绝缘材料中的电子功率单元12；
-充满绝缘材料B的第二区域，并且包括嵌入在绝缘材料B中的电子控制单元18；以及
-充满绝缘材料B的第三区域，并且包括嵌入在绝缘材料B中的至少一个电连接元件22。
该第一和第二区域每个都与该第三区域接触，从而使得该电气装置10 包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。
更精确地，如图2所示，电子功率模块的支座14的开口腔26被绝缘材料A的层充满以便限定第一区域。电子板18的支座20的开口腔28被绝缘材料B的层充满以便限定第二区域。空心柱32被充满，特别地优选充满绝缘材料B以便限定第三区域。绝缘材料A和B之间的接触面特别地位于空心柱32中，接近空心柱32的第二端36。这里，绝缘材料A和B是同一绝缘胶。
换句话说，绝缘材料A、B充满每个开口腔26、28的电子板18和/或电子功率模块12的组件周围的空闲内部空间。绝缘材料A、B能够真空密封电子板18和电子功率模块12，特别是对灰尘和液体的密封。绝缘材料因此能够消除在电子板18或功率模块12水平上的任何可能的短路风险。
此外，如图2所示，空心柱32的与第一端34相对的第二端36与电子功率模块12嵌入其中的绝缘材料A接触，从而使得电连接元件22嵌入绝缘材料A、B。这种结构能够消除在电子板18与功率模块12的互联水平上的任何可能的短路风险。
此外，位于电子板18和功率模块12之间的和环绕空心柱32的空间没有物质，特别是没有绝缘材料。在第一和第二区域之间的没有物质、特别是没有绝缘材料的空间尤其具有用于空气循环的空闲空间，因此允许通过对流来冷却的效果。此外，这种结构能够通过显著节省绝缘材料的优点降低电气装置10的生产成本。
此外，本发明还涉及一种根据本发明的这种电气装置的组装方法。组装方法的各步骤在图3至5中示出并将在下面的说明中更加详细地描述。
对于图5，该电气装置的组装方法包括步骤S10，其中电子控制单元18、电子功率单元12嵌入绝缘材料A形成第一区域，并且至少一个电连接元件 22的一端被连接到所述电子功率单元12。
例如，优选地，该电气装置的组装方法包括步骤S11，其中电子功率单元，这里是电子功率模块12的支座14被提供。如图3中所示，支座14的开口腔26将接收电子功率模块12并且将充满绝缘材料A，从而使得该电子功率单元12嵌入绝缘材料A中。
有利地，该电气装置的组装方法可包括步骤S12，其中电连接器16被提供。与电子模块12和电子模块支座14相关的电连接器16的布置例如在图4中可见。电连接器16至少部分地包括在第一和第二区域之间和环绕第三区域延伸的空间中。电连接器16包括孔24，其被设计以允许电子模块12 的电连接元件22接近电子控制板18。
根据图5中示出的优选实施例，该电气装置的组装方法优选包括步骤 S13，其中例如前述的电子控制单元18的支座20被提供。电子控制单元的支座20随后被布置在电子功率单元12和电子控制单元18之间。如图4中所示，电子板支座20被固定在电子模块支座14中以便与电子功率模块12 相对。支座20优选地包括接收电子控制单元18的开口腔28和如前所述的空心柱32。
因此，第一、第二和第三区域是叠置的，第一和第二区域基本沿平行平面延伸。
在步骤S13之后，组装方法可包括步骤S14，其将至少一个电连接元件 22插入空心柱32中。如图4中所示，电连接元件22随后被插入空心柱32 中，其目的是与电子控制单元18连接。空心柱32的与第一端34相对的第二端36接触电子功率单元12被嵌入其中的绝缘材料A。这种结构能够消除在电子板18与功率模块12的互联水平上的任何可能的短路风险，空心柱32 将被充满绝缘材料B。
有利地，该电气装置的组装方法可包括引导至少一个电连接元件22的步骤S15。如图4中所示，电子板支座20包括引导元件44，用于引导电连接元件22。电连接元件通过布置在空心柱32的第一端34上的引导元件44 被引导朝向电子控制单元18。
根据本发明的电气装置的组装方法进一步包括连接至少一个电连接元件22的步骤S20。如图4中所示，电连接元件22的一端被连接到电子模块 12，并且与被连接到所述电子功率模块12的端相对的端被连接到电子控制板18。
在步骤S20之后，根据本发明的电气装置的组装方法包括沉积绝缘材料的步骤S30。如图2中所示，电子模块12被嵌入绝缘材料A的层中，同时电子板18和电连接元件22被嵌入绝缘材料B的层中。在电连接元件22周围以及电子控制板的支座20与覆盖电子功率模块12的绝缘材料A之间可以看到没有绝缘材料的区域。该没有绝缘材料的区域允许电子模块的有效冷却，同时保证在电连接元件22水平上的绝缘。
此外，步骤S30可包括充满空心柱32的步骤S31，在该步骤中，在将电子控制单元18嵌入绝缘材料B之前，空心柱32被充满绝缘材料B。绝缘材料B在空心柱32中的沉积通过用于电子板支座20的填充元件38来实现。通过填充元件38来充满空心柱32能够将空心柱32全部充满。这获得电连接元件22的更好的绝缘，并且能够避免在电子板18与电子模块12的互联水平上的可能的短路风险。
如图5中所示，根据本发明的优选实施例，步骤S11至S15可被连续地执行，并且在步骤S20之前组合。当然，该实施例不是限制性的，步骤S11 至S15可以或者可以不连续地、单独地或者根据任何可能的组合执行。
该旨在控制电机的电气装置被以电压转换器的结构描述，电压转换器给电机供电，特别是给机动车辆供电。当然，本发明决不受限于描述的和示出的实施例，描述的和示出的实施例仅仅是通过举例的方式给出的。相反，根据本发明的电气装置的其他应用也可能不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.电气装置(10)，特别是旨在控制电机的电气装置，包括：
-第一区域，其充满绝缘材料(A)并且包括嵌入在所述绝缘材料(A)中的第一电子单元(12)；
-第二区域，其充满绝缘材料(B)并且包括嵌入在所述绝缘材料(B)中的第二电子单元(18)；
-第三区域，其充满绝缘材料(B)并且包括嵌入在所述绝缘材料(B)中的至少一个电连接元件(22)，该至少一个电连接元件(22)连接该第一电子单元(12)和该第二电子单元(18)；
其中，该第一和该第二区域每个都与该第三区域接触，从而使得该电气装置(10)包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。
2.根据权利要求1所述的电气装置，其中，该第一、第二和第三区域是叠置的，该第一和第二区域基本沿着平行平面延伸。
3.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中，该第三区域至少部分地由空心柱(32)限定，该至少一个电连接元件(22)将被插入到空心柱(32)中，该空心柱(32)在该第一和该第二区域之间延伸。
4.根据权利要求3所述的电气装置，其中，该空心柱(32)被绝缘材料(B)充满。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电气装置，还包括布置在该第一电子单元(12)和该第二电子单元(18)之间的电子单元的支座(20)，并且包括用于接收该第二电子单元(18)的开口腔(28)。
6.根据权利要求5和权利要求3或4所述的电气装置，其中，该空心柱(32)从该开口腔(28)延伸，并且被配置为在该空心柱(32)的第一端(34)处与该开口腔(28)连通。
7.根据权利要求6所述的电气装置，其中，与该第一端(34)相对的该空心柱(32)的第二端(36)与该第一电子单元(12)被嵌入其中的绝缘材料(A)接触。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的电气装置，其中，该开口腔(28)的底部(30)包括引导元件(44)，所述引导元件(44)用于引导该至少一个电连接元件(22)，并且旨在引导该至少一个电连接元件(22)朝向该第二电子单元(18)。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的电气装置，还包括电连接器(16)，其被配置以电连接该第一电子单元(12)到由该电气装置控制的电机和/或电源的电气元件(相B+、B-)中的至少一个，并且至少部分地包括在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的所述空间中。
10.根据权利要求3、5和9所述的电气装置，其中，该电连接器(16)被布置在该第一电子单元(12)和该第二电子单元的该支座(20)之间，该电连接器(16)包括孔(24)，该空心柱(32)将被插入该孔(24)中。
11.组装电气装置(10)，特别是旨在控制电机的电气装置(10)的方法，包括：
-步骤(S10)，其中，第一电子单元(12)嵌入绝缘材料(A)中形成第一区域，第二电子单元(18)以及至少一个电连接元件(22)的一端被连接到所述第一电子单元(12)；
-连接至少一个电连接元件(22)的步骤(S20)，其中，与连接到所述第一电子单元(12)的端相对的一端被连接到该第二电子单元(18)；以及
-沉积绝缘材料(B)的步骤(S30)，其中，该第二电子单元(18)被嵌入绝缘材料(B)中形成第二区域，并且该至少一个电连接元件(22)被嵌入绝缘材料(B)中形成第三区域，从而使得该第一和第二区域每个都与该第三区域接触，并且该电气装置(10)包括至少一个在该第一和该第二区域之间的并且环绕该第三区域延伸的空间。
12.根据权利要求11所述的组装电气装置(10)的方法，还包括，在连接该至少一个电连接元件(22)的步骤之前：
-其中提供电子单元的支座(20)的步骤(S13)，该电子单元的该支座(20)被布置在该第一电子单元(12)和该第二电子单元(18)之间，并且包括用于接收该第二电子单元(18)的开口腔(28)以及从该开口腔(28)延伸的空心柱(32)，并且在该空心柱(32)的第一端(34)与该开口空腔(28)相通；
-将该至少一个电连接元件(22)插入到该空心柱(32)中的步骤(S14)，其中该至少一个电连接元件(22)被插入到该空心柱(32)中目的是与该第二电子单元(18)连接，从而使得与该第一端(34)相对的该空心柱(32)的第二端(36)与该第一电子单元(12)被嵌入其中的绝缘材料(A)接触。
13.根据权利要求12所述的组装电气装置的方法，包括引导该至少一个电连接元件(22)的步骤(S15)，其中该至少一个电连接元件(22)被引导朝向该第二电子单元(18)，目的是通过布置在该空心柱(32)的该第一端(34)处的引导元件(44)与该第二电子单元(18)连接。
14.根据权利要求12或13所述的组装电气装置的方法，其中，沉积绝缘材料(B)的步骤(S30)包括充满该空心柱(32)的步骤(S31)，其中在将该第二电子单元(18)嵌入绝缘材料(B)之前将该空心柱(32)充满绝缘材料(B)。
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