CN103081304A - 用于容纳电驱动装置的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于容纳电驱动装置的、具有能由冷却流体流过的冷却通道的壳体。根据本发明的壳体（1）包括两个同心的壳体部分（10，20），在该壳体部分中，内部的壳体部分（10）容纳电驱动装置（30），并且外部的壳体部分（20）布置在内部的壳体部分（10）的上方。冷却通道（12）设计在内部的和/或外部的壳体部分（10，20）的相互面对的面中并且在壳体部分（10，20）的圆周方向上沿着壳体部分（10，20）的轴的至少一个部段延伸。

Description

用于容纳电驱动装置的壳体

技术领域

本发明涉及一种用于容纳电驱动装置的、具有能由冷却流体流过的冷却通道的壳体。

背景技术

如果在以下描述中提及电驱动装置，那么应该从广义上去理解它。特别是应该将电驱动装置除了理解为驱动机器和发电机之外还理解为表现为多个设备或机器的功能统一体的动力总成。

功率密度高的电驱动装置需要强制冷却，该强制冷却利用空气或者利用冷却流体实现。为了有效地导出在电驱动装置中产生的损耗热，利用空气进行强制冷却需要占用很大的面积，因此，壳体必须具有相应的尺寸。然而，为了优化提供的构造空间，例如在机动车或轨道车辆中使得它们利用电能行驶的电驱动装置必须尽可能紧凑地设计。因此，空气冷却通常被排除在外。

电驱动装置的（冷却）壳体的、冷却流体流过的冷却通道典型地设置在一体形成的壳体中。作为冷却流体通常使用水和乙二醇的混合物。冷却通道平行于壳体的纵向轴线延伸，该纵向轴线平行于由电驱动装置驱动的轴。在大多数情况下是环形的、设计为钻孔的冷却通道可以分布地布置在壳体的周边的上方，其中，由此在冷却面很小的情况下仍然必须提供相应大的壳体。在大多数情况下，使得冷却流体从一个冷却通道向另一个冷却通道偏转是在其单独的、与壳体相连的壳体部分中的位于壳体外部的端面上实现的。设置这个额外的壳体部分导致进一步增大了壳体体积。为了减小这种壳体的壳体体积，因此经常仅在壳体的角落中设置冷却钻孔。然而，这样减小壳体却导致冷却面进一步减小。

在至少一个端面上设置壳体部分用于使得冷却流体从一个冷却通道向另一个（相邻的）冷却通道偏转的另一个缺点在于，必须在壳体部分和冷却壳体之间耗时耗力地进行密封。特别是当以高功率运行电驱动装置时，密封十分重要。用在机动车或者轨道车辆中的电驱动装置经常以直至800V的电压在直至400A的电流的情况下运行。因此，由于冷却流体导致的短路可能会导致损坏电驱动装置。

建立与电驱动装置的线圈以及配属于该驱动装置的控制器的电连接通常是在所谓的接线盒中实现的，该接线盒布置在壳体的外部并且固定在其上。在接线盒的内部，电驱动装置的、在其中中止的导线端部通过夹持连接与电缆的相应的、剥去绝缘层的触点相连。所述的连接虽然能够以很小的接触电阻实现，然而要耗时耗力地用手进行。此外还必须耗时耗力地密封接线盒，以抵御入侵的水分和可能入侵的冷却流体。在接线盒的内部形成的热量、例如夹持连接的损耗热或者布置在接线盒的内部的控制器的损耗热，通常不能够通过壳体的冷却通道被导出。因此，高的热负荷会导致位于接线盒中的组件过早地失效。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种用于容纳电驱动装置的壳体，该壳体在具有紧凑的外部尺寸的情况下能够有效地对电驱动装置进行冷却，并且备选地能够有效地对其它的组件进行冷却。

该目的通过一种根据权利要求1所述特征的壳体来实现。有利的设计方案由从属权利要求中给出。

本发明实现一种用于容纳电驱动装置的壳体，该壳体具有能由冷却流体流过的冷却通道。该壳体包括两个同心的壳体部分，在壳体部分中，内部的壳体部分容纳电驱动装置，并且外部的壳体部分布置在内部的壳体部分的上方。冷却通道设计在内部的和/或外部的壳体部分的相互面对的面中并且在壳体部分的圆周方向上沿着壳体部分的轴的至少一个部段延伸。

由于壳体划分成两个部分，并且冷却通道在圆周方向上延伸，所以壳体外周的大部分由于能够直接接触流体而被冷却。壳体外周面的绝大部分应理解为大于70%的、特别是大于80%的壳体外周面的面积。此外，将壳体划分成两个部分并且根据本发明来引导冷却通道，使得壳体的设计方案具有紧凑的尺寸。

如果内部的和外部的壳体部分是圆柱形的，就得到壳体的一种特别紧凑的构造方式。

如果冷却通道在壳体部分之间至少部分地盘绕，就得到一种特别有效的冷却。冷却通道在壳体部分之间至少部分地盘绕的另一个优点是能够特别简单地制造，因为能够将冷却通道例如通过旋转过程或铣削过程带入内部的和/或外部的部分中。如果冷却通道在壳体部分之间至少部分地以曲折的形式延伸，则同样能够实现有效的冷却。例如当需要比壳体的其它部段更强烈地冷却特定的部段时，这样设计引导冷却通道就是适宜的。在另一种设计方案中，根据本发明的壳体的冷却通道可以在一个部段中盘绕，并且在另一个部段中以曲折的形式延伸。

由于制造和由此导致的成本方面的原因适宜的是，冷却通道仅被放入内部的壳体部分中或者仅被放入外部的壳体部分中。在此特别优选的是，当冷却通道设计在内部的壳体部分中时，使得能够将外部的壳体部分制造成简单的、低成本的圆柱体。

在内部的和/或外部的壳体部分的相互面对的面中的冷却通道选择性地可以设计成单通道的或双通道的。将冷却通道设计成双通道提供了以下优点，即，使得相互配属的冷却通道能够在一个端部上短接，因此一个通道用于冷却流体的进流，和一个通道用于冷却流体的逆流。由于随后自调节的温度分布，使得在壳体的整个表面上实现特别均匀的冷却。在单通道的冷却通道中，在壳体的相反设置的端部上预设冷却流体的进流和排放结构，前提是，冷却通道是按照盘绕形式设计的。当冷却通道设计成曲折的形式时，入流和逆流也能够在单通道的冷却通道中在壳体的一个端部上实现。

优选地，这些冷却通道设计成具有至少为1:2的、特别为1:4的纵横比的平槽。平槽要理解成宽度大于深度的槽。平槽用作冷却通道具有以下优点，即，尽管冷却功率大，内部的和/或外部的壳体部分的直径与未被冷却的壳体相比不需要显著增大。此外，平槽具有横截面大的优点，并且因此具有小的流体阻力。由于冷却通道的表面积大，所以能够提供高的冷却功率。

根据另一种设计方案，内部的壳体部分包括集成的插接拱起部，电驱动装置的至少一部分电连接导线在该插接拱起部中中止并且与布置在插接拱起部中的插接触点连接元件相连接，这些插接触点连接元件能够通过互补的外部的插接元件进行接触。因为插接拱起部与内部的壳体部分设计为形成一个整体，所以对具有冷却通道的壳体部段形成良好的导热能力。由此和现有技术相比，布置在插接拱起部的内部的、产生损耗热的元件由于能够更好地传导热量而好得多地连接在冷却装置上。

特别地，插接拱起部通过导热件连接在外部的壳体部分的拱起部或环绕的环形隆起部上，其中，在拱起部或环绕的环形隆起部中布置有至少一个流体接口，用于输入和/或导出冷却流体，其中，至少一个流体接口通入内部的和/或外部的壳体部分的相互面对的面中的至少一个冷却通道中。在外部的壳体部分上平行设置拱起部或环绕的环形隆起部，使得一方面能够为冷却通道简单地导入和/或导出冷却介质。另一方面，通过连接拱起部或环绕的环形隆起部也能够使得插接拱起部在导出热量方面更好地连接到冷却通道上。由此能够有效地导出在插接拱起部中产生的损耗热。

可替换地，插接拱起部除了插接触点连接元件以外还额外地包括至少一个流体接口，用于输入和/或导出冷却流体，其中，该至少一个流体接口通入内部的和/或外部的壳体部分的相互面对的面中的至少一个冷却通道中。尽管因为设计方案的变化导致插接拱起部的结构更加复杂，但是在插接拱起部中直接导入并导出冷却介质提供了以下可能性，即，使得其中产生的损耗热能够最佳地输出到冷却介质。

根据另一种设计方案，内部的和外部的壳体部分不可分离地相互连接。这种不可分离的连接特别可以是以材料连接方式、例如通过熔焊或钎焊建立。

可替换地，内部的和外部的壳体部分能够可分离地相互连接。在这种情况下设计为，内部的和外部的壳体部分至少在在轴向方向上相对设置的端部上通过密封件相对密封。作为密封件特别是能够使用O形密封环（O-Ring）。作为选择可以额外地设计使得分别相邻的冷却通道之间密封。如果内部的和外部的壳体部分通过压配合的方式相互连接，那么可以在没有功能缺陷的情况下允许在相邻的冷却通道之间可能出现的冷却流体的交换。

以适宜的方式，外部的壳体部分由至少一个模制件制成。只要内部的壳体构件的构造允许，适宜的是，外部的壳体部分设计成唯一的构件。如果不能通过内部的和外部的壳体部分的轴向运动进行装配，那么外部的壳体部分也能够由多个模制件制成，它们只有在将这些模制件安放到内部的壳体部分上时才相互连接，并且可能与内部的壳体部分相连接。

外部的壳体部分例如由金属、特别是铝制成，或者由纤维复合材料制成。使用铝带来的优点是重量轻并且导热能力强，使得从壳体的内部吸收的热量也能够通过外部的壳体部分排放到周围环境中。纤维复合材料同样具有重量轻和强度高的优点。此外，纤维复合材料的特点是导热能力差，所以冷却流体不通过外部的壳体部分吸走热量。优选地使用哪种材料是由专业技术人员决定的。

附图说明

下面更详尽地借助一个实施例在附图中阐述本发明。图中示出：

图1用于电驱动装置的根据本发明的壳体的透视分解图，

图2根据图1所示的根据本发明的壳体的横剖面示图，

图3在透视图中示出根据本发明的壳体的一部分，它是根据本发明设计的插接拱起部的第一实施例，以及

图4可替换的根据本发明的壳体的一部分的横剖面示图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的壳体1的分解图，电驱动装置（未示出）容纳在该壳体中并且被冷却。分为两部分的壳体1包括内部的、圆柱形的壳体部分10和外部的、同样是圆柱形的壳体部分20。内部的壳体部分10容纳了在图1中看不到的驱动装置，并且作为选择容纳了驱动装置的其它组件。

在内部的壳体部分10的外侧上设计有冷却通道12，该冷却通道在圆周方向上围绕壳体部分10的纵轴线盘绕。冷却通道12通过外部的壳体部分20相对彼此划定界限并封闭，该外部的壳体部分在壳体的完成状态下被经过内部的壳体部分10推移。通过冷却通道12输送冷却流体、例如水和乙二醇的混合物。冷却通道12沿着壳体1的纵轴线以盘绕的形式引导，这使得大部分的壳体外周面具有直接的流体接触，以便对布置在壳体部分10内部的电驱动装置进行冷却。

冷却通道优选地设计成平槽，该平槽能够以简单的方式通过切屑加工进入内部的壳体部分10中。平槽具有至少为1:2的、特别为1:4的纵横比，由此不仅提供大的传热面积，而且还导致小的液压阻力。在冷却功率相同的情况下，平槽的纵横比选择得越大，内部的壳体部分10的直径就可以越小。

冷却通道12选择性地可以设计成单通道或双通道的。后一种变化方案具有以下优点，即，能够通过支路简单地使盘绕部分的端部上的冷却流体转向。由于在双通道的冷却通道中，冷的入流和热的逆流相互位于对方旁边，所以在壳体的整个轴向长度上实现为布置在内部的电驱动装置均匀地冷却。

与图示相反，冷却通道12也可以设计成曲折的，然而也是沿着壳体的轴线。由此通过线路的引导使得能够特别地为壳体的特定区域冷却。

在另一种、未示出的实施变化方案中，冷却通道12除了可以设计在内部的壳体部分10的外表面上，同样也可以设计在外部的壳体部分20的内表面上。同样地，可以考虑混合变化方案，其中，冷却通道12的部分部段设计在内部的壳体部分中以及外部的壳体部分20中。

内部的壳体部分10在图1中所示的实施例中设计成盆形的，并且在朝向观察者的一端上具有底部14，该底部具有用于与电驱动装置连接的轴的中央的套管15。在圆柱形的壳体部分10的另一个敞开的端部上设有插接拱起部11，该插接拱起部是内部的壳体部分10的集成的组成部分。这意味着，插接拱起部11被制造成与内部的壳体部分10的圆柱形部段形成一个整体。由于在插接拱起部11和内部的壳体部分10的冷却的、圆柱形部段之间不存在接合位置，所以插接拱起部11导热性良好地连接在圆柱形部段上并且进而连接在冷却装置上。

电驱动装置的至少一部分电连接导线在插接拱起部11中中止。特别是电驱动装置的绕组在插接拱起部中中止。这些绕组在插接拱起部中与相应的插接触点连接元件16相连接，这些插接触点连接元件能够通过互补的外部的插接元件进行接触。此外，在插接拱起部11中还能够设置其它的电组件，例如用于控制电驱动装置的电路，它们同样能够通过插接触点连接元件16进行电接触。

在插接拱起部11的内部积聚的损耗热（例如由于选择连接导线与插接触点连接元件进行电连接，还由于作为选择设计的电路产生损耗热）能够通过良好的导热连接排出到圆柱形部段和冷却通道12。

图2在横剖面图中示出联系图1描述的壳体14，其中，外部的壳体部分20被安放在内部的壳体部分10上。外部的壳体部分20通过在轴向方向上推移，也就是说在用50标识的纵轴线的方向上推移，被安放到内部的壳体部分10上。内部的壳体部分10的外直径和外部的壳体部分20的内直径以压配合的方式相互校准。优选地，在相对设置的外端部上设有O形密封环25，26作为密封件，用于防止冷却流体从冷却通道12和壳体1中溢出。不必强制使用特殊的密封件来密封彼此相邻的冷却通道12，因为由于进行了压配合，只可能有小部分的冷却介质以不期望的方式进行交换。

从横剖面图中还能很好地看出内部的壳体部分10的盆状构造，其中能够识别出在底部14中与轴线50对称设计的套管15。在内部的壳体部分10的敞开的另一端部上布置了用于封闭内部的壳体部分10的内部的轴承端盖17。轴承端盖17在此也封闭插接拱起部11，在其内部布置着仅示意性示出的插接触点连接元件16和同样仅示意性示出的电路35。轴承端盖例如能够-在使用最佳的密封件的情况下-与内部的壳体部分10通过螺栓连接。轴承端盖17的构造和固定也可以区别于说明内容以不同的其它的方式实现。

内部的壳体部分10优选地由铝制成，而外部的壳体部分20选择性地可以由金属或者纤维复合材料制成。优选地，外部的壳体部分20设计成一个整体，正如在图1中所示的那样。然而，外部的壳体部分20也可以由多个分段构成，它们在安放到内部的壳体部分10上以后才相互固定连接。这例如在以下情况下是必要的，即当内部的壳体部分10的底部14过渡到凸缘中，而该凸缘不再允许外部的壳体部分10相对于内部的壳体部分10轴向推移。

作为在图2中所示的、外部的壳体部分20和内部的壳体部分10的可分离的连接的代替，也可以在两个壳体部分之间设计不可分离的连接。这优选地通过材料连接的方式在图2中所示的密封件25，26的区域中实现。材料连接可以通过熔焊或钎焊实现。

根据图1和3中所示的一种变化方案，可以通过插接拱起部11实现为冷却通道12输入和/或导出冷却流体。为此，插接拱起部具有相应的流体接口，其中，在图1和3中仅示出一个唯一的流体接口23。流体接口23通过输送通道24示例性地与插接拱起部11的接下来的第一个冷却通道11相连接。

在图4中所示的、可替换的实施变化方案中，外部的壳体部分20同样具有拱起部或环绕的环形隆起部21，它在壳体1处于准备运行的状态时来到与插接拱起部11相邻的位置。插接拱起部11和拱起部或者环绕的环形隆起部21通过导热件22、例如导热膏或导热膜相互热耦合。相应的流体接口23布置在拱起部或环绕的环形隆起部21中，其中，在图4中所示的流体接口23通过输送通道24通入内部的壳体部分10的冷却通道12中。

在上面已经描述过的冷却通道的双通道式实施方式中，也能够在插接拱起部11的区域中或外部的壳体部分20的拱起部或环绕的环形隆起部21的区域中实现冷却流体的导出。如果冷却通道仅设计为单通道的，那么就能够例如在壳体的朝向底部14的端部的区域中实现冷却流体的导出。在曲折式引导冷却通道的情况下，又可以在空间上相互靠近的位置上实现冷却流体的输入和/或导出。

为插接拱起部或与之相邻地向外部的壳体部分20的拱起部或环绕的环形隆起部21输入和/或导出冷却流体，能够使得更好地为处于插接拱起部11中的电组件进行冷却。

根据本发明的壳体使得能够以有效的方式为布置在内部的电驱动装置或动力总成进行冷却，这是因为能够通过大部分提供的面积实现热传递。与此同时，根据本发明的壳体能够构造得非常紧凑。另一个优点在于，能够通过插接式连接实现建立与位于壳体中的电驱动装置（包括备选的其它组件）的所有电连接，其中，通过插接式连接以及其它的电子组件产生的热量同样能够通过冷却布置被导出。

Claims (14)

1.一种用于容纳电驱动装置的、具有能由冷却流体流过的冷却通道的壳体，其特征在于，所述壳体（1）包括两个同心的壳体部分（10，20），在所述壳体部分中，内部的壳体部分（10）容纳电驱动装置（30），并且外部的壳体部分（20）布置在所述内部的壳体部分（10）的上方，其中，所述冷却通道（12）设计在所述内部的壳体部分（10）和/或所述外部的壳体部分（20）的相互面对的面中并且在所述壳体部分（10，20）的圆周方向上沿着所述壳体部分（10，20）的轴的至少一个部段延伸。

2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于，所述内部的壳体部分（10）和所述外部的壳体部分（20）是圆柱形的。

3.根据权利要求1或2所述的壳体，其特征在于，所述冷却通道（12）在所述壳体部分（10，20）之间至少部分地盘绕。

4.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述冷却通道（12）在所述壳体部分（10，20）之间至少部分地以曲折的形式延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述冷却通道（12）设计成和/或布置成单通道的或双通道的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述冷却通道（12）设计成具有至少为1:2的、特别为1:4的纵横比的平槽。

7.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述内部的壳体部分（10）包括集成的插接拱起部（11），所述电驱动装置的至少一部分电连接导线在所述插接拱起部中中止并且与布置在所述插接拱起部（11）中的插接触点连接元件（16）相连接，所述插接触点连接元件能够通过互补的外部的插接元件进行接触。

8.根据权利要求7所述的壳体，其特征在于，所述插接拱起部（11）通过导热件（22）连接在所述外部的壳体部分（20）的拱起部或环绕的环形隆起部（21）上，其中，在所述拱起部或所述环绕的环形隆起部（21）中布置有至少一个流体接口（23），用于输入和/或导出所述冷却流体，其中，至少一个所述流体接口（23）通入所述内部的壳体部分（10）和/或所述外部的壳体部分（20）的所述相互面对的面中的至少一个所述冷却通道（12）中。

9.根据权利要求7所述的壳体，其特征在于，所述插接拱起部（11）额外地包括至少一个流体接口（23），用于输入和/或导出所述冷却流体，其中，至少一个所述流体接口（23）通入所述内部的壳体部分（10）和/或所述外部的壳体部分（20）的所述相互面对的面中的至少一个所述冷却通道（12）中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的壳体，其特征在于，所述内部的壳体部分（10）和所述外部的壳体部分（20）不可分离地、特别是以材料连接方式通过熔焊或钎焊相互连接。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的壳体，其特征在于，所述内部的壳体部分（10）和所述外部的壳体部分（20）可分离地相互连接。

12.根据权利要求11所述的壳体，其特征在于，所述内部的壳体部分（10）和所述外部的壳体部分（20）至少在在轴向方向上相对设置的端部上通过密封件（25，26）、特别是O形密封环相对密封。

13.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述外部的壳体部分（20）由至少一个模制件制成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的壳体，其特征在于，所述外部的壳体部分（20）由金属、特别是铝制成，或者由纤维复合材料制成。

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