CN105932810A - 电机结构组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机结构组件(2)，其带有包括电机壳体(24)的电动机(12)以及带有电子单元(8)，电子单元包括构造为电机基座(14)的第一壳体罩，电机壳体(24)紧固在该第一壳体罩上，电子单元还包括构造为冷却盖(16)的第二壳体罩以及三明治状地布置在电机基座(14)和冷却盖(16)之间的电子器件基座(18)，其中，冷却盖(16)和电机基座(14)与电子器件基座(18)相比具有更大的导热能力，并且其中，冷却盖(16)和电机基座(14)在导热技术上在至少一个贴靠面(72a)上相互联接。本发明还涉及具有上述电机结构组件的执行器(4)以及具有上述执行器的机动车变速器(6)。

Description

电机结构组件
技术领域
本发明涉及具有包括电机壳体的电动机以及电子单元的电机结构组件。本发明此外还涉及执行器，尤其是用于机动车的具有这种电机结构组件的变速器执行器，以及设有这种执行器的机动车变速器。
背景技术
WO 2013/037454 A2公开了一种电动机，该电动机可以是针对机动车变速器，尤其是直接换挡变速器(DSG)的执行器的组成部分。在液压执行器的情况下，电动机可以用于驱动液压泵。
公知的电动机为此具有柱体形的电机或定子壳体，具有旋转磁场绕组的定子结构组件壳体固定地支承在电机或定子壳体上，并且转子与相对转子固定的转子轴一起以能转动运动的方式支承在电机或定子壳体上。为了例如与执行器的液压泵联接，电机轴在形成轴颈的情况下在电动机的壳体侧面伸出。对置的壳体侧面具有联接法兰，例如用以将执行器紧固到具有电子器件壳体和电力或电机电子器件的电子单元上。
在这种电动机运行时，尤其是在其用作机动车DSG的变速器执行器时，该电动机通常与变速器壳体的油底壳内的液压油泵以驱动技术联接。为了冷却旋转磁场绕组的目的而在此公知的是，电动机至少部分位于油底壳中的(液压)油内。由此，旋转磁场绕组的通过通电产生的热量至少部分排出到油处。
在此，针对比较大的温度范围设计或在结构上设计执行器的电动机或者所配属的电机结构组件。油底壳中的待控制或待考虑的温度范围通常在例如-40℃至+130℃之间。将电子单元适当地安装在电动机附近，其中，在运行时出现的较高温度尤其是会损害电子器件和电子单元的功能。
US 2009/0078489 A1公开了一种用于变速器执行器的电机结构组件，其中，电动机的电机壳体以能导热的方式连接到机动车变速器的变速器壳体上。变速器壳体的大的热质量在此作用为给电动机散热的高效的热沉。所配属的电子单元借助隔热层在导热技术上与电动机隔开，并且与作为独立热沉的冷却盖以能导热的方式接触。由此形成电机结构组件的两个分开的温度区域。
为了这个目的，公知的电机结构组件具有电子器件壳体，其中，一个壳体罩构造为冷却盖。第二壳体罩由导热性差的塑料材料制成，并且构造为用于紧固电动机的电机基座。具有电机电子器件的电子器件基座布置在通过冷却盖和电机基座形成的壳体内。电机基座因此将电子器件基座在导热技术上相对于电动机和变速器壳体隔离，从而使得布置在电子器件基座上的电机电子器件基本上只能通过冷却盖进行散热。
在电机结构组件，尤其是冷却盖靠近另一放热器件布置的安装情况下，在此出现如下问题，即，冷却盖不能够利用热对流向周围散热。由此妨碍电机电子器件的排热，由此，其可能在运行时变热或过热，这有时会造成电子器件的不可修复的损坏。
发明内容
本发明的任务在于说明一种电机结构组件，其中，即使在靠近放热器件的安装情况下也应该确保电子单元的高效散热。此外，还应该说明一种用于机动车的具有这种电机结构组件的执行器以及具有这种执行器的机动车变速器。
根据本发明，在电机结构组件方面，所提到的任务利用权利要求1的特征解决；在包括电机结构组件的执行器方面，所提到的任务利用权利要求9的特征解决；在具有这种执行器的机动车变速器方面，所提到的任务利用权利要求10的特征解决。有利的设计方案和改进方案是各个从属权利要求的主题。
根据本发明的电机结构组件具有带有电机壳体的电动机以及电子单元。电子单元包括构造为电机基座的第一壳体罩，电机壳体紧固在第一壳体罩上。电子单元此外还包括构造为冷却盖的第二壳体罩以及电子器件基座，其中，电子器件基座三明治状地布置在电机基座和冷却盖之间。冷却盖、电子器件基座和电机基座因此形成基本上封闭的电子器件壳体，其中，电子器件基座至少部分形成在外周边上延伸的壳体壁。冷却盖和电机基座具有与电子器件基座相比更大的导热能力，其中，冷却盖和电机基座在导热技术上在至少一个贴靠面上相互联接。为了形成贴靠面，电子器件基座在其外周边上因此被冷却盖和/或者电机基座至少以区段形式包围，其中，针对壳体罩之间的热传递的目的，冷却盖和电机基座相互贴靠。在该情况下，热传递尤其是理解为从冷却盖至电机基座的热传导。
因此，与现有技术不同的是，没有提供在电动机和电子单元之间的两个分开的温度区域，而是通过一个或多个贴靠面使得电动机和电子单元在热沉上共同散热。由此，在优选的安装情况下可能的是，电机和电子单元通过共同的热沉，例如变速器壳体散热。也就是说，电子器件基座的在电机结构组件运行时产生的(废)热排放到冷却盖上，其中，冷却盖将吸收的热量经由一个或多个贴靠面排出到电机基座上，电机基座为了冷却或散热优选与作为热沉的大的热质量在导热技术上联接。换句话说，冷却盖因此适合且安装用于一方面通过对流向其周围散热，另一方面通过一个或多个贴靠面向电机基座散热。由此，即使在冷却盖靠近另一放热器件布置的安装情况下尤其是也确保电子单元的运行可靠的散热。
针对尽可能高的导热能力的目的，电机基座和冷却盖适宜地由金属材料制成。在一个优选的设计方案中，电机基座和冷却盖尤其是制造为由铝材料构成的压铸件，其中，电子器件基座优选制造为由导热性差的塑料材料构成的注塑件。由此能够实现电机结构组件的特别简单的、节省重量的并且成本低廉的制造。此外，还通过铝材料与铝材料的直接结合的贴靠面实现了特别高效的热接触面，用以进行热传递。
在一个有利的改进方案中，电机基座和冷却盖相互螺接。优选地，电机基座和冷却盖在贴靠面的区域内相互以螺接方式紧固，其中优选的是，在周边方向上分布地布置有多个贴靠面。通过在贴靠面的区域内的螺接确保冷却盖在电机基座上(或者反过来)的特别大面积的贴靠，这是因为在螺接区域内，压紧力直接作用在冷却盖和电机基座之间。由此，改进的贴靠面或支撑面有利地影响壳体罩之间的热传导，从而确保电子器件基座或者由其承载的(电机)电子器件的特别运行可靠的散热。
针对特别高效的导热联接的目的，在一个优选的改进方案中，尤其是利用由铝材料制成的紧固螺丝将电机基座和冷却盖相互螺接。
在一个合适的构造方案中，电子器件基座承载具有中间电路电容器的电子变换器电路，其中，中间电路电容器布置在电机基座的盆形的凹槽内。优选将变换器电路的其他的无源构件、例如配属的扼流线圈布置在凹槽内。由此，中间电路电容器以及例如扼流线圈在合适的安装情况下向电机基以及与其在导热技术上联接的热沉直接散热。
此外，通过将比较大的电子器件布置在凹槽内还能够实现用于电子器件基座的特别平坦的并且因此结构空间紧凑的冷却盖。此外，变换器电路的开关或电力电子器件例如布置在与中间电路电容器对置的电子器件基座侧面上，从而使得有源和无源电子构件在运行时不会直接相互加热，这有利地影响变换器电路的寿命。
在一个适宜的构造方案中，利用减震的塑料材料在凹槽内部浇注中间电路电容器以及必要时另外的无源构件、例如扼流线圈，以防振动。由此，有利地并且在结构上简单地提高无源构件以及进而变换器电路的寿命。
在一个优选的实施方案中，利用导热层将变换器电路在导热技术上与冷却盖联接。由此改进热量至冷却盖的排出，这有利地影响电子器件的寿命。例如可以使用导热胶或者导热聚合物材料、例如树脂或环氧树脂作为导热层。
为了利用热对流进行特别高效的冷却的目的，在一个合适的改进方案中，冷却盖具有一定数量的冷却肋。
在一个优选的构造方案中，电机基座具有至少一个用于将电机结构组件以螺接方式紧固在热沉上的导热的紧固面。优选尽可能大面积的紧固面用作相对于热沉的热接触面，并且因此在安装情况下用于给电机结构组件散热。
至少一个紧固面优选同时是电机基座和冷却盖之间的法兰式的接触面，其中，优选将冷却盖和电机基座共同螺接地紧固在热沉上。由此，一方面改进冷却盖的热传导和散热。另一方面由此实现特别运行可靠的装配以及电机结构组件在所设置的结构空间中的可定向性。
在一个优选的应用方式中，电机结构组件安装在用于机动车的执行器，尤其是变速器执行器中。
在一个优选的安装情况下，执行器布置在机动车变速器中，例如用以开关直接换挡变速器或者双离合变速器。
在一个合适的改进方案中，为此电机结构组件的电机基座尤其是在变速器壳体处利用至少一个紧固面散热。在一种同样合适的改进方案中，电动机至少部分位于油底壳中。由此实现电机结构组件的结构上特别有利的散热方案。
在电机结构组件运行时基本上会出现两个热源，一方面，电动机的旋转磁场绕组由于流过的电流而发热，另一方面，变换器电路或电机电子器件的有源电子开关元件会发热。电机电子器件将运行热量释放到冷却盖。冷却盖一方面利用热对流冷却，其中，附加地通过贴靠面将热量从冷却盖传递到电机基座中，以及利用紧固面将热量传递到变速器壳体中。
在一种优选的设计方案中，电动机以驱动技术与优选位于油底壳中的油泵联接。电机壳体在油泵侧具有用于转子轴的滚动轴承以及一定数量的凹部。在油泵运行时，油从油底壳经由滚动轴承泵送到电机壳体的内部，其中，油由于重力而经由凹部流回到油底壳中。由此，在机动车变速器和电机结构组件之间出现主动的油交换。油底壳的油因此经由滚动轴承和凹部在电动机的旋转磁场绕组周围流过，由此在运行时冷却旋转磁场绕组。
附图说明
以下将借助附图对本发明的实施例进行详细阐述。其中：
图1以透视图示出用于机动车变速器的变速器执行器的电机结构组件，其包括电动机和电子单元，
图2以透视图示出电子单元和电动机的电机基座，
图3以透视分解图示出电机结构组件，
图4以透视图示出朝向冷却盖观察的电子单元，
图5以透视图示出朝向电机基座观察的电子单元，以及
图6以示意性的剖面图示出在机动车变速器的变速器壳体上的安装情况下的变速器执行器。
在所有图中，彼此相应的部分和参量总是设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出用于机动车变速器6，尤其是直接换挡变速器的执行器4的电机结构组件2。以下也称作变速器执行器的执行器4的电机结构组件2包括带有在窄侧凸出的插塞连接器10的长形的电子单元8以及紧固到电子单元8上的电动机12。
电子单元8包括构造为电机基座14的第一壳体罩、构造为冷却盖16的第二壳体罩以及以三明治形式布置在电机基座14和冷却盖16之间的电子器件基座18。插塞连接器10在此一体式地成形到电子器件基座18的端侧上。利用插塞连接器10将电子器件基座18的变换器电路20以能导电的方式联接到未详细示出的机动车电子器件上，或者联接到用来给电动机12通电并且使其运行的机动车线路(Kraftfahrzeugstrang)上。
利用六个分布在周边侧的紧固螺丝22将电机基座14和冷却盖16相互螺接，其中，电子器件基座18夹紧地保持或者夹紧地固定在电机基座14和冷却盖16之间。如尤其是图2所示那样，优选无刷电动机12的柱体形的电机壳体24以螺接方式紧固到电机基座14上。
图3借助分解图示出在拆解状态下的电机结构组件2。
所示的电动机12的柱体形的电机壳体24基本上由锅状的第一壳体半部26a和锅状的第二壳体半部26b形成，其中，壳体半部26a可以相对于轴向方向A测定有大致两倍于壳体半部26b的壳体高度。在装配状态下，利用三个螺丝28将壳体半部26a紧固在电机基座14上，螺丝大致上相互均等错开120°地在端侧布置于面对电机基座14的表面上。在装配状态下，尤其如图2所示那样，从电机基座14的内侧分别利用六角螺母30将螺丝28在柱体形的凹槽32的区域内以螺接方式紧固在电机基座14上。
在装配状态下，电动机12的与转子轴以驱动技术联接的转子的转子轴34在中间穿过壳体半部26a向外伸出。作为磁偶极子发送器的磁帽36抗相对转动地安装在转子轴34的电机基座侧的端侧上。帽36具有一定数量的永磁体，并且在装配状态下位于电子器件基座18的未详细示出的容纳部之中。传感元件布置在容纳部的区域内，传感元件在电机结构组件2运行时通过旋转的帽36的交变磁场监测电动机12的电机转速。
电动机12在端侧具有三个从壳体半部26a凸出的夹紧接触端(刺破夹紧接触端)38，该夹紧接触端与定子结构组件的未详细示出的三相旋转磁场绕组的相绕组以能导电的方式联接。刺破夹紧接触端38在装配状态下分别与用来给旋转磁场绕组通电的电子器件基座18的电机侧的刀式接触端40接触。
电子器件基座18的电子变换器电路20包括具有一定数量的未详细示出的开关元件的印刷电路板42以及无源构件组44。器件组44基本上包括电路电容器(中间电路电容器)46、扼流线圈48以及保险装置50。印刷电路板42布置在电子器件基座18的面对冷却盖16的侧(以下也称作上侧)上。器件组44布置在电子器件基座18的对置的、面对电机基座14的平坦侧(以下相应也称作下侧)上。
为了让印刷电路板42与器件组44接触，电子器件基座18具有一体式的(注塑包封的)引线框架52，该引线框架利用一定数量的未详细示出的接触端将各个电子器件导电联接。引线框架52此外还适宜地与插塞连接器10以能导电的方式联接。
器件组44在装配状态下布置在电机基座14的盆状的凹槽54内。为了防止振动，利用由减震的塑料材料构成的铸件56将器件组44至少部分包封在凹槽54内。
利用例如导热胶形式的导热层58将印刷电路板42以能导热的方式联接到冷却盖16上。冷却盖16在其外表面上、也就是在背对电子器件基座18的冷却盖侧具有一定数量的成形的冷却肋60。示例性地，在图中只有一个冷却肋60设有附图标记。
凹部62布置在冷却肋60的区域内，凹部在装配状态下可以实现从印刷电路板42到冷却盖16之外的区域的空气交换。在装配状态下利用透气的半渗透性隔膜64防水地遮盖凹部62。因此，一方面可以通过隔膜64进行空气交换以达到冷却目的，另一方面可防止水或者湿气渗入，用以保护变换器电路20。冷却肋60和隔膜64在装配状态下被同一个遮盖件66所遮盖。
在电机结构组件2运行时，一方面会因为接通有源电子构件而导致印刷电路板42发热，另一方面也导致电动机12的通电旋转磁场绕组的发热。以下将借助图4至6阐述电机结构组件2的将所产生的热量排出到作为热沉的机动车变速器6中的散热方案。
在装配状态下，在电子器件基座18和冷却盖16之间形成上侧的壳体腔68。壳体腔68至少部分(尤其是如图6所示那样)填充有层58，并且利用电子器件基座18与电子器件基座18和电机基座14之间的下侧的壳体腔70流体密封地分离。壳体腔70基本上由通过凹槽32和54限定的局部区域70a、70b形成。以下也将凹槽32的局部区域70a称作联接区域70a，并且将凹槽54的局部区域70b称作电路区域70b。
印刷电路板42在运行时利用层58向冷却盖16散热。冷却盖16优选作为压铸件由铝材料制成。此外，空气至少局部流过层58和印刷电路板42。空气至少将印刷电路板42的产生的一部分热量经由凹部62从壳体腔68排出。受热的空气在有湿气凝结的情况下至少部分沉积在冷却肋60上，其中，隔膜64防止湿气进入壳体腔68。
冷却盖16一方面利用(热)对流将印刷电路板42的(废)热释放给周围区域，另一方面利用导热的热接触面72a、72b释放给电机基座14。为了改进热传导的目的，与冷却盖16类似地，电机基座14尤其是制造成由铝材料构成的压铸件。电子器件基座18构造成由导热性差的塑料材料构成的注塑件，从而基本上仅在热接触面72a、72b上发生热传导。为此，电子器件基座18在周边侧被热接触面72a、72b至少以区段形式包围。
热接触面72a随后也被称作冷却盖16在电机基座14上的贴靠面，并且可以基本上由三个间隔元件74形成，间隔元件基本上在电机基座14的联接区域70a中的紧固螺丝22的范围内包围电子器件基座18。间隔元件74在冷却盖16和电子器件基座18之间的接触边缘区域内成形在冷却盖16上，并且从冷却盖16沿电机基座14的方向凸出。间隔元件74在此测定为与电子器件基座18的厚度大致一样大。
主要在冷却盖16的四个在周边侧凸出的凸缘76a和电机基座14的四个互补的凸缘76b之间形成热接触面72b，其中，凸缘76a、76b在装配状态下相互对齐地布置。凸缘76a与凸缘76b相比可以具有更大的厚度，其中，凸缘76a(类似于间隔元件74)在装配状态下至少以区段形式包围电子器件基座18，用以形成热接触面72b。凸缘76a、76b在联接区域70a附近大致眼孔状地成形于电机基座14和冷却盖16上，其中，凸缘76a、76b围绕电路区域70b地设计为长形的接片。
凸缘76a、76b具有五个沿周边方向分布地布置的螺丝孔78。像尤其是如图6所示那样，在变速器执行器4安装在机动车变速器6上的状态下，在螺丝孔78内分别布置有用于将变速器执行器4以螺接方式紧固在机动车变速器6的变速器壳体82上的紧固螺丝80。以下也将热接触面72b称作紧固面。变速器壳体82具有大的热质量，并且在装配状态下用作针对电机结构组件2，尤其是电子器件组44的热沉。
冷却盖16因此通过贴靠面72a和紧固面72b经由电机基座14向变速器壳体82散热。针对特别高效的热传导的目的，紧固螺丝22和80优选由导热材料，尤其是铝材料制成。在图1和3所示的实施例中，冷却盖16在其中一个接片状的紧固面72b的区域中附加地还具有三个凹痕状的凹陷部84，其作为利用对流对凸缘76a进行附加散热的冷却肋。
在电机结构组件2运行时，器件组44的无源元器件经由电机基座14向变速器壳体82散热。电动机12在变速器执行器4的装配状态下以驱动技术联接到未详细示出的油泵86上，并且至少部分位于油底壳88的油之中。为了流体密封地密封油底壳88，密封圈90布置在凹槽32和变速器壳体82之间。壳体半部26b具有一定数量的圆形凹部92，从而油从油底壳88流入电机壳体24内部，用以对旋转磁场绕组进行冷却。示例性地，在图中只有一个凹部92设有附图标记。在电动机12运行时，通电的旋转磁场绕组因此通过油底壳88中的油以及至少部分通过电机基座14向变速器壳体82散热。
电动油泵86优选在电动机12的滚动轴承94前之前产生油的过压。由此，油从油底壳88的泵区域经由滚动轴承94进入电机壳体24的内部。油在重力作用下经由凹部92流回到油底壳88中。换句话说，油泵86在运行时将油泄漏输送到电动机12中，从而产生进入电动机12的附加的油流96。在图6中示意性地利用虚线示出油流96。
本发明并不局限于上述实施例。具体而言，本领域技术人员也可以从中推导出本发明的其他的变型方案，而不会离开本发明的主题。此外，尤其是也能以其他方式将所有结合实施例所描述的单个特征相互组合，而不会离开本发明的主题。
附图标记列表
2 电机结构组件
4 变速器执行器/执行器
6 机动车变速器
8 电子单元
10 插塞连接器
12 电动机
14 电机基座/壳体罩
16 冷却盖/壳体罩
18 电子器件基座
20 变换器电路
22 紧固螺丝
24 电机壳体
26a、26b 壳体半部
28 螺丝
30 六角螺母
32 凹槽
34 转子轴
36 帽
38 夹紧接触端/刺破夹紧接触端
40 刀式接触端
42 印刷电路板
44 器件组
46 电路电容器/中间电路电容器
48 扼流线圈
50 保险装置
52 引线框架
54 凹槽
56 铸件
58 层
60 冷却肋
62 凹部
64 隔膜
66 遮盖件
68 壳体腔
70 壳体腔
70a 局部区域/联接区域
70b 局部区域/电路区域
72a 热接触面/贴靠面
72b 热接触面/紧固面
74 间隔元件
76a、76b 凸缘
78 螺丝孔
80 紧固螺丝
82 变速器壳体/热沉
84 凹陷部/冷却肋
86 油泵
88 油底壳
90 密封圈
92 凹部
94 滚动轴承
96 油流
A 轴向方向

Claims (13)

1.电机结构组件(2)，所述电机结构组件具有包括电机壳体(24)的电动机(12)以及具有电子单元(8)，所述电子单元包括
-构造为电机基座(14)的第一壳体罩，所述电机壳体(24)紧固在所述第一壳体罩上，
-构造为冷却盖(16)的第二壳体罩，
-三明治状地布置在所述电机基座(14)和所述冷却盖(16)之间的电子器件基座(18)，
其中，所述冷却盖(16)和所述电机基座(14)与所述电子器件基座(18)相比具有更大的导热能力，并且其中，所述冷却盖(16)和所述电机基座(14)在导热技术上在至少一个贴靠面(72a)上相互联接。
2.根据权利要求1所述的电机结构组件(2)，其中，所述电机基座(14)和所述冷却盖(16)由铝材料制成，并且其中，所述电子器件基座(18)由塑料材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的电机结构组件(2)，其中，所述电机基座(14)和所述冷却盖(16)相互螺接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机结构组件(2)，其中，所述电子器件基座(18)承载具有中间电路电容器(46)的电子变换器电路(20)，并且其中，所述中间电路电容器(46)布置在所述电机基座(14)的盆形的凹槽(54)内。
5.根据权利要求4所述的电机结构组件(2)，其中，所述中间电路电容器(46)浇注在所述凹槽(54)内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机结构组件(2)，其中，所述变换器电路(20)借助导热层(58)在导热技术上与冷却盖(16)联接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机结构组件(2)，其中，所述冷却盖(16)具有一定数量的冷却肋(60、84)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机结构组件(2)，其中，所述电机基座(14)具有至少一个导热的紧固面(72b)，用于将所述电机结构组件(2)以螺接方式紧固在热沉(82)上。
9.用于机动车的执行器(4)，尤其是变速器执行器，所述执行器包括根据权利要求1至8中任一项所述的电机结构组件(2)。
10.机动车变速器(6)，所述机动车变速器具有根据权利要求9所述的执行器(4)。
11.根据权利要求10所述的机动车变速器(6)，其中，所述电机基座(14)在变速器壳体(82)处借助至少一个紧固面(72b)散热。
12.根据权利要求10或11所述的机动车变速器(6)，其中，所述电动机(12)至少部分位于油底壳(88)中。
13.根据权利要求12所述的机动车变速器(6)，其中，所述电动机(12)在驱动技术上与油泵(86)联接，其中，所述电机壳体(24)在油泵侧具有用于转子轴(34)的滚动轴承(94)以及一定数量的凹部(92)，并且其中，所述油泵(86)在运行时将油从所述油底壳(88)通过所述滚动轴承(94)输送至所述电机壳体(24)的内部，所述油经由所述凹部(92)流回到所述油底壳(88)中。
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