CN101119626B - 用于汽车、尤其是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车、尤其是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的驱动装置，它具有至少一个消耗电能的器件(8、9)和至少一个用于相应地提供电能的功率电子器件(功率电子装置)，功率电子装置(26)可以以沸腾冷却的方法通过流体来冷却。

Description

用于汽车、尤其是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于根据权利要求1的特征的汽车、尤其是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的驱动装置。

背景技术

在DE3728171C2中公开了一种用于全履带式汽车的、电子机械的驱动装置。内燃机的功率通过发生器来转化为电能，并且通过电马达又用作机械驱动功率。因此提供了一种电行驶马达，该马达驱动中心轴，该每个中心轴通过差速传动装置与两个履带驱动轮相连。为了使履带式汽车进行转向，因此设置了电转向马达，该电转向马达沿着相反方向通过标准轴(Nullwelle)嵌入到差速传动装置中。

在DE102004009030中公开了一种用于履带式汽车的平行混合驱动装置，在该装置中，例如形成为起动器/发生器的电马达还可以在需要用来进行行驶驱动。常常地，在这种装置中，电马达的功率基本上小于内燃机的功率。它们也称为“软混合布置”(Mild Hybrid Layout)。

在一个没有提前公开的申请DE102005035824中公开了一种用于履带式汽车的、功率分支的混合驱动装置。因此，初始能量发生器(柴油机或者燃气轮机)和两个电机通过行星齿轮传动装置连接起来，使初始能量发生器的转速与传动装置的转速相分开，尽管如此，但仍保留了机械连接，从而可以实现较高的效率。两个电机的集成允许一个电机作为发电机进行工作而另一个作为电动机进行工作。因此可取消牵引用蓄电池—蓄能器在汽车中的安装，该牵引用蓄电池—蓄能器被布置来特别地提供驱动能量。在汽车处于静止状态的时间期间，初始能量发生器可以被关掉。为了快速起动，可以采用电的方法来起动，其中可以借助一个也安装在汽车中的APU(辅助电流装置(Zusatzstromaggregat))来提供电能。

一般的公知功率电子器件(功率电子装置)安装在一个冷却水通过的板中，从而带走废热，该器件今天安装在履带式汽车的功率单元(驱动装置包括马达和传动装置)中。空气绕着器件的上侧流动，该空气通过通风设备来循环，从而可以消除热点。由于从许多壳体壁上的冷却水到器件中的废热的产生具有许多热过渡，因此在冷却水和器件之间需要相对较大的温差。一般地，需要最大70度的冷却水始流温度。

在G9309428U1中公开了一种通过沸腾冷却方法来进行冷却的电子器件。

发明内容

本发明的目的是改善用在汽车中、尤其用在履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车中的功率电子装置的冷却。

根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征来实现。

用于(混合)驱动装置电马达的功率和控制电子装置、传动控制装置、初始能量发生器控制装置和用于APU的发电机的控制装置有利地成一体地集成在由初始能量发生器、负荷控制变速器和转向传动机构和冷却装置所形成的功率单元中。

根据本发明，功率电子器件(功率电子装置)设置在独立的、密封封闭的壳体中，该壳体有利地成一体形成在变速器外壳内。功率电子装置特别有利地通过沸腾冷却来进行冷却，如在G9309428.0中所公开的那样。没有壳体的电子器件浸入在具有这样的沸点的流体中，即该沸点低于器件的临界工作温度。在沸腾过程期间，流体温度保持不变。蒸汽在壳体壁内进行冷凝，及因此通过液化又供沸腾过程使用。蒸汽可以有选择地被引导到冷凝器中，该冷凝器被大气流过并且因此被冷却。大气可以带走冷却装置的空气质量流，并且可以同时用来给马达室进行通风。

由于根据本发明不依赖于冷却水来冷却功率电子器件(功率电子装置)，因此没有冷却水温度的限制。在高外部温度(＞50度)时也可以确保，该电子装置不会过热。因此，根据本发明所布置的功率电子装置可以有利地集成在马达室或者变速器外壳内，在那里，温度远远超过100度。

汽车的总驱动功率根据汽车的需要以相应比率分配在初始能量发生器和APU中。然后，APU有利地可以集成在功率单元中，因为混合驱动装置的初始能量发生器设计得相应较小。APU的电功率通过混合单元还供给到驱动装置中(助力)，以用于短时间的最大功率需要量。在APU持久地运转期间，初始能量发生器可以在较长的静止状态时间有利地关掉。

附图说明

下面借助实施例来详细地解释本发明。

图1是本发明的汽车的驱动元件的示意性布置；及

图2示出了本发明汽车马达室内的驱动元件的示意性布置。

具体实施方式

在图1中示意性所示出的、例如车辆的驱动装置具有混合动力装置，该混合动力装置由主能量发生器7、优选为柴油机或者燃气轮机构成，该主能量发生器7通过混合单元12与两个电机8、9连接起来。电机8、9不仅可以作为发电机进行工作，而且还可以作为电动机来进行工作。

所述一个电机9直接与一个示例性的负荷控制变速器10相连，差速机构3和制动器4各自布置在负荷控制变速器的输出器2、5中。借助转向马达11，可以通过该差速机构3把驱动功率从一个输出器2输送到另一个输出器5中。因此，在输出器中产生了不同的旋转速度，该不同旋转速度可以导致车辆进行转弯。如果输出器2、5与履带轮相连，那么不同的行驶速度通过滑动履带传递到路面上。但是，驱动汽车的轮也是可能的，该汽车通过轮侧转向装置来进行转向。混合驱动力装置及履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的转向的更加详细的细节从DE102005035824.1中可以得知。

此外，在图1中清楚地示出了辅助电源装置1，该辅助电流装置1通过另一个原始能量发生器和一个发电机来产生电流。该辅助电流装置1也可以被称为辅助电源装置APU。由APU所产生的电流也可以用作行驶动力，并且因此供给到电动机8、9中。

此外，可以设置蓄电池6，在电机以发电机方式工作时，该蓄电池可借助电机8、9来充电。如果它作为行驶马达进行工作时，在需要时，来自蓄电池6的电能可以又返回到电机8、9中。

需要电子器件来变换、控制和接通电流和电压，这些电子器件被称为功率电子器件或者功率电子装置。

在图2中示出了一种为示例性的、所描述的汽车所设置的功率电子装置。在图2中，示出了一种汽车27的马达室20的示意性侧视图。原始能量发生器7和传动机构10紧凑地、直接地、并排地被布置。在传动机构10上方设置冷却装置23，该冷却装置用于冷却传动机构10和原始能量发生器7。通过没有示出的风扇叶轮，从汽车27的环境中抽吸空气22，并且通过冷却装置23。该空气的一部分也被用来给马达室20通风。该加热过的空气部分地作为来自马达室的废气21和来自冷却装置的废气24被排出。

功率电子装置特别有利地布置在电机8、9附近的传动机构10中，这些电机8、9也优选地安装在变速器外壳10内。由于靠近电机8、9，因此较大的电驱动功率一定得只通过一个较短的线被引导到一个电的高压中间电路中。

负荷电子器件26优选地布置在独立的、密封封闭的壳体内，并且以沸腾冷却的方法通过流体来冷却。因此，功率电子器件26直接浸入在优选为高绝缘性的流体中，并且被加热直到沸腾。在沸腾过程期间，该流体保持它的沸点不变，并且使该流体中的一部分被汽化。该蒸汽可以在壳体壁内进行冷凝，并且因此又准备好通过液化来进行冷却。

优选地，选择流体，从而与空气相比它能够更好地进行绝缘，并且电子器件因此可以布置成相互更加紧凑。沸腾冷却的功率电子装置因此需要结构空间更小，并且例如可以有利地集成在汽车、尤其是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的变速器外壳中。

流体/空气热交换器或者冷凝器被设置用来再冷却和/或冷凝蒸汽。流体/空气热交换器/冷凝器通过一个或者多个连接管与功率电子装置的壳体相连，并且优选地从环境空气来流过并且进行冷却，该环境空气优选地采用冷却装置的空气质量流。该空气同时被用来给马达室通风。

通过相应的方法，可以实现冷凝器或者流体/空气热交换器内的压力不同于功率电子装置的壳体内的压力。由于沸点与压力有关，因此冷凝器和功率电子装置的壳体各自可以选择相应的温度水平。

沸腾冷却方法的详细描述例如记载在DE-G9309428U1中。

由于功率电子装置的冷却与汽车冷却系统23的冷却水无关，因此没有冷却水温度的限制。例如如果电子器件最多可以承受100度到120度，那么冷却水温度由于多重热交换而一定被限制在70度到80度的范围内。由于在沸腾冷却时没有该限制，因此，在温度较高时汽车冷却系统23进行工作并且因此对于马达、传动机构等等具有一个有利的较高冷却效率，因为冷却空气和水的初始温度之间的温差ΔT增大了。通过沸腾冷却，即使在环境温度较高时也可以确保，功率电子装置不会过热。因此，使功率电子装置例如集成在马达室/功率单元内或者在汽车的变速器外壳内是有利的。它在履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车中是特别有利的，在那里，在马达室/功率单元或者在变速器外壳内，最高温度可以远高于100度。

在功率电子器件的一个示例性温度极限为80度时，选择具有相应沸点的冷却流体。

在除了主驱动装置之外还需要辅助电流装置来给电消耗装置供电的汽车中，在混合式主传动装置的情况下有利的是，所需要的总驱动率通过混合驱动装置的原始能量发生器和辅助电流装置一起来施加。在这种情况下，原始能量发生器设计成小得多，因此被定尺寸成相应较大的辅助电流装置可以安装在汽车的马达室/功率单元的剩余结构空间内。因此，对于其它(使用)目的，辅助电流装置的以前的安装地点变得自由了。

可以提供用来给这种汽车进行加速的最大行驶驱动功率，方式是混合驱动装置的原始能量发生器(柴油机、燃气涡轮或者其它热力机)直接驱动汽车，电行驶输出器(一个或者多个电机)—通过辅助电流装置来供给电能—同样有助于汽车的加速。

有利的是，在混合驱动装置的初始能量发生器和辅助电流装置之间的总传动功率被分开，使辅助电流装置的电能或者功率就足以在预定的时间内使汽车加速到预定速度及同时起动混合驱动装置的初始能量发生器。

总传动功率的一种分配是特别有利的，其中混合驱动装置的初始能量发生器施加2/3的功率及辅助电流装置施加1/3的功率。

从具有500kW功率的初始能量发生器(V8柴油机)和40KW功率的APU(V2柴油机)的示例性传统汽车开始，可以给相应混合动力汽车配备具有375KW功率的初始能量发生器(V6柴油机)和125kW功率的APU(如V4柴油机)。

辅助电流装置集成在履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车的马达室(功率单元)内是特别有利的。

沸腾冷却的功率电子装置26集成在变速器外壳10内，可以实现特别有利的驱动装置装置。除了初始能量发生器、电机(可发生器或者电动机式工作)、辅助电流装置及具有变速箱控制器的负荷控制变速器/转向器传动机构之外，也可以把功率电子装置安装在马达室内。该结构组一起形成了成一体的紧凑型的驱动单元/功率单元。如果放弃传动机构，那么功率电子装置可以不依赖于变速器外壳地布置在马达室内的另一个位置上。

1辅助电流装置，Auxilliary Power Unit 2输出器 3转向装置差速器 4制动器 5输出器 6蓄电池 7初始能量发生器：柴油机或者燃气轮机 8电机：电动机/发电机 9电机：电动机/发电机 10负荷控制变速器 11转向马达 12混合单元 20马达室 21废气，马达室 22大气 23冷却装置 24冷却装置的废气 25流体/空气热交换器/冷凝器 26功率电子装置 27汽车

Claims (7)

1. 用于汽车的驱动装置，它具有至少一个消耗电能的器件（8、9）和至少一个用于相应地提供电能的功率电子装置，其中所述功率电子装置（26）可以以沸腾冷却的方法通过流体来冷却，其特征在于，所述功率电子装置（26）布置在汽车（27）的马达室（20）或变速器外壳（10）内，所述功率电子装置（26）布置在独立的、密封封闭的壳体内，并且直接浸入到冷却流体中。

2. 根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，设置有流体/空气热交换器或者冷凝器（25），用于循环冷却和冷凝在冷却时所产生的蒸汽。

3. 根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述流体/空气热交换器或者冷凝器（25）可以通过汽车的环境空气来进行冷却。

4. 根据权利要求2或者3所述的驱动装置，其特征在于，所述功率电子装置（26）的壳体和用来交换流体或者蒸汽的流体/空气热交换器或者冷凝器（25）相互连通并且采取相应的措施，使得流体/空气热交换器或者冷凝器（25）内的压力和功率电子装置（26）的壳体内的压力具有不同的水平。

5. 用于汽车的根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，它具有：初始能量发生器（7），它与电机共同作用，该电机作为发电机或者行驶马达进行工作；所述驱动装置还具有相应的功率电子装置和控制电子装置和辅助电流装置（1），其特征在于，所述辅助电流装置（1）布置在汽车的马达室/功率单元（20）内。

6. 根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，还设置了负载控制变速器和转向传动机构（10）以及传动器控制装置。

7. 根据权利要求5或者6所述的驱动装置，其特征在于，该汽车是履带式汽车或者具有轮侧转向装置的汽车。