[发明专利]紧凑型热效率牵引电机逆变器

说明书

一种紧凑型且热效率牵引驱动电机逆变器，特征为集成印刷电路板在分开的电隔离层上承载功率电路和信号电路二者，而没有显著的电磁干扰。通过使用电镀盲孔来保持与承载有信号电路的分布的电隔离层电连通。通过利用特征为具有内部流量平衡器以优化冷却剂流量的液体冷却隔绝栅双极晶体管模块来提高热效率。

技术领域

本公开总体上涉及电动车辆技术，并且更具体地说，涉及改进的牵引电机逆变器，其特征是紧凑和热效率设计，包括能够在电隔离层上承载功率电路和信号电路二者并具有低电磁干扰的集成印刷电路板，并且通过创新性冷却剂流量优化来实现优异的传热性能。

背景技术

在许多电动车辆中牵引驱动电机逆变器是必不可少的部件。该部件是必须的是因为大多数电动车辆由需要交流(AC)电的牵引驱动电机推进，然而通常可利用的便携式电源是一些提供稳定的直流(DC)电源的类型的电化学电池。牵引驱动电机逆变器将可利用的DC电转换成AC电以便可有效地利用这种动力。

将DC电转换成具有优选的波形和相位的AC电的过程相当复杂，其需要多个零部件，包括：控制器、X电容器和Y电容器、开关模式电源、隔绝栅双极晶体管和用于支撑高电压高电流的电路或“功率电路”、和低电压低电流的栅极驱动器电路或“信号电路”二者的一些印刷电路板。在传统方向上，将功率电路和信号电路支撑在分开的印刷电路板上以防止由与流经功率电路的电流相关联的电磁能量场引起的电磁感应或静电耦合导致信号电路劣化、发生故障或其他干扰。

然而，对于功率电路和信号电路来说使用分开的印刷电路板导致传统的牵引电机逆变器模块大于如果要使得这种印刷电路板能结合所需要的尺寸。如果能将牵引电机逆变器的功率电路和信号电路组合到具有足够电磁屏蔽的单个多层集成功率-信号印刷电路板上，则将防止功率电路对信号电路产生显著的干扰，此外能减小总牵引电机逆变器模块的尺寸，与传统设计相比提供竞争性优势。

与许多工业一样，电动车辆工业高速创新，并且在提高性能和/或减小这种部件的物理尺寸方面具有相当大的压力。在这种竞争激烈的市场上，即使在这方面进行逐步改善也能证明是有价值的优势。需要提供特征是多层印刷电路板的牵引电机逆变器，该多层印刷电路板能够将功率电路和信号电路二者支撑在分开的电隔离层上而不经受由电磁辐射所导致的过度干扰的问题。

牵引电机逆变器的另一个重要的设计问题是散热。由于对于驱动牵引电机来说高电压和高电流是必然的，所以牵引电机逆变器可产生相当大的热量。在无法有效地散热的情况下这可能成为问题，这是因为过多的热量积累可导致多种不期望的效果，诸如材料的过早劣化和/或电路的暂时性或永久性的故障。在许多情况下，这种散热问题可限制性能，这是因为故意将系统控制或约束成防止其产热的速度的能力超过传统设计的散热能力。在这种情况下，即使散热技术中不太显著的改进也可立即使得性能提升，因为这种改进允许该装置将功率增加到其能够操作的最高功率处。可替换地，该装置可再设计成较小、较节能或表现出增加的功率密度。

当前在液体冷却功率半导体装置中的创新性是通过优化穿过散热表面的流量分布来提高热效率。这种改善可集成到牵引电机逆变器中以有助于使降低操作温度、延长操作时间、增加功率效率、增加功率容量和/或允许将总设备物理上再设计成较小。在美国实用专利申请第15787711号(“‘711申请”)中详细描述了这种创新，该申请还是美国实用专利第9,443,786号(“‘786专利”)的改进。‘786专利和‘711申请由此将其全部内容(包括摘要、全部说明书、附图和权利要求书)通过引证结合于本说明书。对于牵引电机逆变器来说存在使其结合并利用‘786专利中所公开的创新性功率半导体冷却技术并且改进通过‘711申请所公开的创新性公开的文本中的牵引电机逆变器的需求。

本公开与现有技术的区别之处在于提供了迄今为止未知的优势，如下文的发明内容中所描述的。

发明内容