CN106402039B - 电动压缩机以及用于生产电动压缩机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于压缩气体的、特别是用于机动车辆的电动压缩机(1)，该电动压缩机(1)包括控制单元(2)、电动马达(3)、压缩机叶轮(4)以及壳体(6)，其中，该电动马达(3)能够由控制单元(2)控制，该压缩机叶轮(4)能够由电动马达(3)驱动，该壳体(6)至少部分地包围电动马达(3)，其中，该壳体(6)借助于封装方法以如下方式被生产：冷却结构(7)与壳体(6)一体地形成，特别地形成在所述壳体(6)中，从而确保电动马达(3)和控制单元(2)的冷却，并且本发明提供了一种用于生产这种电动压缩机(1)的方法。

Description

电动压缩机以及用于生产电动压缩机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于压缩气体的、特别是用于机动车辆的电动压缩机，并且涉及一种用于生产电动压缩机的方法。
背景技术
一般地，在汽车领域中，压缩机尤其与提高机动车辆的内燃发动机的功率和效率的需求相关联。
压缩机的可能最熟知的实施方式中的一个实施方式是废气涡轮增压器。废气涡轮增压器用于通过压缩环境空气或环境空气/废气混合物并且因而以超压对气缸供给燃烧空气，以确保内燃发动机的气缸中有足够量的燃烧空气。
一般地，废气涡轮增压器由废气涡轮和压缩机叶轮构成，其中，该废气涡轮机和压缩机叶轮布置在共同的轴上。废气涡轮将来自内燃发动机的废气的热能和动能转换成旋转能。该旋转能经由共同的轴被传递至压缩机叶轮。借助于压缩机叶轮，环境空气或环境空气与废气的混合物被抽吸且被压缩。由此，在内燃发动机的气缸中，在相同温度下，能够实现较高的工作压力。
只要在内燃发动机的一侧有足够的废气流入并且驱动废气涡轮，则旋转速度足以在进气侧产生超压。然而，例如，当使机动车辆加速时，在相对较高的旋转速度下，涡轮的响应可能是延迟的(平稳)，该情形通常被称为“涡轮迟滞”。
存在许多方法来防止发生涡轮迟滞。例如，可以通过使废气涡轮变小而使废气涡轮的惯性减小。尽管这降低了涡轮的效率，但废气涡轮甚至可以通过微弱的废气流被驱动。
关于这点，另一种方法是使用一种(附加的)电驱动压缩机(电动压缩机)，例如，所述压缩机独立于内燃发动机的废气流而操作。电驱动压缩机通常同样具有压缩机叶轮，然而该压缩机叶轮可以由电动马达驱动。
公开WO 99/10654描述了一种电驱动压缩机，例如，其中，压缩机与电驱动马达彼此同轴地布置在轴上并且被容纳在共同的壳体中。特别地，该公开的主要目的是具体说明一种压缩机，该压缩机具有尽可能小的结构。
在设计电动压缩机的过程中，压缩机整体的实施方式是主要考虑的问题，其中，压缩机整体特别是在部件和紧凑性方面得到了优化。
在高速发动机部件比如电动压缩机的情形下，存在由于高的旋转速度导致的高感应电压。在操作期间，这些高电压和所施加的电流导致发热，这些热必须通过外部冷却来消散以能够确保在预定功率水平下进行连续操作。
例如，公开DE 10 2008 003 784 A1描述了一种装置以及一种用于对具有内转子的电动马达的定子进行完全封装的方法。在所描述的方法中，在引入流体浇铸化合物期间和/或在引入流体浇铸化合物之后使定子旋转，其中，在旋转过程期间，浇铸化合物被从内部径向向外引导，使得浇铸化合物分布成填充型腔并且是以均匀的方式。由于旋转所施加在浇铸化合物上的离心力，浇铸化合物被迫进入到所有型腔和定子的绕组中。在这个过程中，定子被完全地封装。通过对定子的完全封装以及特别是对定子绕组的完全封装，能够使电动马达非常紧凑，并且根据所使用的完全封装的材料，可以以积极的方式影响从定子或定子绕组至壳体的热传递——壳体在此处充当散热器。
发明内容
一方面，本发明的目的是具体说明一种电动压缩机，该电动压缩机既具有紧凑的结构又可以在高功率下操作，另一方面，本发明的目的是具体说明一种用于生产这种压缩机的简单方法。
该目的的第一方面的解决方案通过一种用于压缩气体的、特别是用于机动车辆的电动压缩机来实现，该电动压缩机包括：控制单元；电动马达，其中，电动马达可以由控制单元控制；压缩机叶轮，其中该压缩机叶轮可以由电动马达驱动；以及壳体，其中壳体至少部分地包围电动马达，其中，壳体借助于封装方法以如下方式被生产：冷却结构与壳体一体地形成、特别是形成在壳体中，从而确保电动马达和控制单元的冷却。
该目的的第二方面的解决方案通过一种用于生产这种电动压缩机的方法来实现，其中，壳体借助于封装方法由如下方式被生产：冷却结构与壳体一体地形成、特别是形成在壳体中。
根据本发明的电动压缩机具有控制单元、电动马达、压缩机叶轮和壳体。
根据本发明，电动马达可以由控制单元控制并且用于对压缩机叶轮进行选择性驱动。
控制单元代表用于电动马达的功率及信号电子器件，并且控制单元优选地包括电路板，在该电路板上可以布置有各种电子模块，例如，电容器、半导体芯片等。
然而，控制单元还可以指代插塞式连接器，在这种情况下，电路板——该电路板包括布置在其上的各种电子模块——被实施为外部控制模块。
优选地，压缩机叶轮和电动马达同轴地布置在共同的轴上，其中，所述轴沿着电动马达的旋转中心轴线形成。
电动马达具有转子和定子，该定子具有至少一个定子绕组，但是通常具有多个定子绕组。
控制单元沿着电动马达的旋转中心轴线布置，优选地与电动马达同轴地布置，并且控制单元通过至少一个连接元件被电连接至电动马达，更确切地说，被电连接至电动马达的定子的定子绕组。
根据本发明，电动马达用于驱动压缩机叶轮。
优选地，电动马达的转子布置在轴上用以与轴共同旋转和/或与轴一体地形成。
优选地，压缩机叶轮布置在轴上用以与轴共同旋转和/或与轴一体地形成。
由电动马达产生的旋转能经由共同的轴传递至压缩机叶轮。
根据本发明，根据本发明的电动压缩机的壳体用于至少部分地容纳电动马达，特别是容纳电动马达的定子。
优选地，根据本发明的电动压缩机的壳体用于至少部分地容纳控制单元。
根据本发明，壳体借助于封装方法被生产，其中，冷却结构与壳体一体地形成，特别是形成在壳体中。
优选地，封装方法为注射模制法或压铸法。
在此，例如聚合物材料——如热固性塑料、热塑性塑料等——被用作浇铸化合物。一般地，这些材料填充有无机材料，以提高特定的材料特性，比如导热性。
借助于根据本发明的电动压缩机的实施方式可以实现特别是电动马达和控制单元的有效冷却。以这种方式，只要在封装方法中适当地选择所使用的浇铸化合物，就能够以简单的方式实现兼具紧凑且简单的构造的电动马达的更高功率。此外，特别地，通过控制单元的有效冷却可以确保电动压缩机以在使用寿命方面最佳化的方式可靠操作。
壳体至少部分地执行对电动马达的保护以使其免受外部负面影响，例如污染物，并且此外，该壳体执行电动马达的冷却功能。
根据本发明的一种用于生产上文描述的电动压缩机的方法包括借助于封装方法生产壳体，其中，所述封装方法以如下方式执行：冷却结构与壳体一体地形成，特别是形成在壳体中。
通过根据本发明的具有用于对根据本发明的电动压缩机的电动马达和控制单元进行有效冷却的一体式冷却结构的壳体的生产，能够省去该区域中的额外的部件。
此外，根据本发明的电动压缩机的生产还使得能够优化和/或消除其它部件，例如，在安装有轴的区域中的其它部件。
同时，生产方法可以通过简单的方式被实施，并且壳体中的冷却结构可以根据电动马达和控制单元的冷却要求和设计构型被单独构造。
在本发明的有利实施方式中，冷却结构具有多个冷却管道。
以这种方式，对电动马达和控制单元的适当冷却可以通过简单的方式得以实现。
在根据本发明的电动压缩机的另一有利实施方式中，冷却结构至少部分地围绕电动马达的定子的外周形成。
定子具有至少一个定子绕组，优选地具有多个定子绕组。
至少部分地围绕定子的外周形成冷却结构允许有效的冷却，尤其是对电加载的定子绕组进行有效冷却。
优选地，定子具有大致环状设计，并且具有沿着定子的外周均匀间隔开的多个轴向延伸的凹部。
表示为“轴向”的方向指的是沿着电动马达的旋转中心轴线的方向。
如果冷却结构具有数量与定子的凹部的数量相对应的多个管道，则是有利的。
然而，可能还存在围绕定子的更多或更少的冷却管道。
此外，如果冷却管道沿着定子的凹部轴向地延伸，则是有利的。
通过定子的凹部的构型以及另外地通过在每个凹部中的冷却结构的一个冷却管道的布置构型，实现了兼具有效冷却——特别是对定子的有效冷却——的功能的非常紧凑的结构。
在本发明的另一有利的变型实施方式中，冷却结构至少部分地形成在控制单元的后侧。
以这种方式，能够确保以简单的方式对另外的高负载电子部件进行冷却。
优选地，壳体由具有良好导热性的电绝缘材料制造。
优选地，冷却结构借助于内压注射模制法和/或通过引入至少一个模制体来生产。
此外，在本发明的有利实施方式中，借助于内压注射模制法和/或通过引入至少一个开口模制体来形成至少一个开口。
通过例如在电动马达的定子内沿着电动马达的旋转中心轴线形成中央开口，能够以简单的方式构造用于轴和转子的安装空间。
通过示例的方式，模制体和开口模制体、连同根据本发明的电动压缩机的待封装的那部分、根据本发明的电动压缩机的电动马达的至少一部分一起布置在合适的封装装置中并且通过浇铸化合物来封装。
在封装过程之后，即，在浇铸化合物的固化之后，模制体和开口模制体优选地通过机械的方式被移除和/或通过化学反应和/或热反应被汽化。
在通过内压注射成型来形成冷却结构和/或开口的情况下，填充剂——例如水或诸如氮气的惰性气体——被引入至部分地填充有流体未固化的浇铸化合物的气密装置中。在该装置中，填充剂用作内部模制件并且使浇铸化合物从内部沿装置的内壁的方向径向地向外移位。以这种方式，在浇铸化合物内创建型腔。在浇铸化合物已经固化之后，填充剂可以从装置逸出并且所创建的型腔形成冷却结构。
附图说明
下面参照附图通过示例的方式对本发明进行说明。
图1示出了穿过根据本发明的电动压缩机的纵向截面。
图2示出了根据本发明的电动压缩机的控制单元和电动马达的定子的一个立体图。
图3示出了图2的立体局部详图。
图4示出了包括控制单元的壳体以及根据本发明的电动压缩机的电动马达的定子的立体图。
图5以纵向截面示出了图4。
图6以横向截面示出了图4。
图7以在电动马达与控制单元之间的接合面处的另一横向截面示出了图4。
图8示出了根据图4的控制单元的平面图。
图9以另一纵向截面示出了图4，其中包括已布置的模制零件。
图10示出了根据本发明的电动压缩机的立体图。
具体实施方式
在图1中示出的电动压缩机具有控制单元2、电动马达3、压缩机叶轮4和壳体6(图4)。
电动马达3可以由控制单元2控制，并且电动马达3用于对压缩机叶轮4进行选择性驱动。
压缩机叶轮4和电动马达3同轴地布置在共同的轴5上，其中，轴5沿着电动马达3的旋转中心轴线13形成。
压缩机叶轮4布置在压缩机叶轮壳体17中。
压缩机叶轮壳体17通过将第一压缩机叶轮壳体部分18和第二压缩机叶轮壳体部分19结合在一起而形成。
电动马达3被设计为内转子式电动马达并且电动马达3具有带有永磁体的转子14和带有六个定子绕组15的定子9。
电动马达3用于驱动压缩机叶轮4。
电动马达3的转子14被布置在轴5上以用于与轴5共同旋转。
压缩机叶轮4被布置在轴5上以用于与轴5共同旋转。
通过电动马达3产生的旋转能经由共同的轴5传递至压缩机叶轮4。
控制单元2与电动马达3沿着电动马达3的旋转中心轴线13被同轴地布置，并且控制单元2通过至少一个连接元件16电连接至电动马达3，更确切地，电连接至电动马达3的定子9的定子绕组15。
图2示出了根据本发明的电动压缩机1的电动马达3的定子9以及控制单元2的立体图。
控制单元2代表用于电动马达3的功率和信号电子器件，并且控制单元2包括电路板20，在电路板20上布置有各种电子模块21，在此情况下包括电容器22，并且在此情况下也包括两个插塞式连接器23。
两个插塞式连接器23一方面是电源连接器并且另一方面是信号连接器。
电动马达3的定子9包括六个单独的定子区段24、布置在定子区段24上的六个定子绕组15以及定子支架25。
定子支架25具有环状设计，并且定子支架25环绕定子区段24和定子绕组15。
因而，定子支架的外周形成电动马达3的定子9的外周10。
在外周10上，定子支架25具有多个均匀间隔开的轴向延伸的凹部11。
表示为“轴向”的方向指的是沿着电动马达3的旋转中心轴线13的方向。
在每个凹部11之间的区域中，定子支架25在背对控制单元2的一侧的区域中具有突出部26。
在两个凹部11之间的区域中，突出部26在定子支架25的外周10的一部分上沿径向延伸。
表示为“径向”的方向指的是垂直于电动马达3的旋转中心轴线13的方向。
突出部26以如下方式实施：控制单元2的电容器22可以沿着定子9轴向地延伸直到到达位于两个凹部11之间的区域中的突出部26。
以这种方式，电动马达3和控制单元2的紧凑且坚固的布置得以实现。
在图3中示出了在移除了定子支架的情况下的已经借助于图2描绘的控制单元2和电动马达3的定子9的立体图。
此处，可以观察到定子9的六个定子绕组15。
布置在轴5上的转子14(转子14在图3中未示出，示出在图1中)布置在定子9的中央开口27的区域中。
图4示出了已经借助于图2和图3描述的根据本发明的电动压缩机1的控制单元2和电动马达3的定子9的立体图，其中包括电动压缩机1的壳体6。图5示出了穿过图4的立体图的纵向截面。
根据本发明的电动压缩机1的电动马达3的定子9以及控制单元2布置在壳体6中。
壳体6通过封装方法生产，其中，冷却结构7形成在壳体6中，与壳体6一体地形成。
冷却结构7具有多个冷却管道8，其中，冷却管道8围绕电动马达3的定子的外周10形成，特别地，冷却管道8沿着定子9的凹部11(定子支架25的凹部11)轴向地延伸。
所描述的说明性的电动压缩机1的冷却结构7具有数量与定子9的凹部11的数量相对应的多个冷却管道8，即，六个冷却管道8。
冷却管道8各自从定子9的外周10上的凹部11径向地延伸至控制单元2的电容器22的区域中，在各个情况下，电容器22在两个凹部11之间沿着定子9的外周10轴向地延伸。在此，突出部26的径向范围比冷却管道8的径向范围短。
冷却管道8不仅用于冷却电动马达3，而且还用来冷却电容器22。经由冷却管道通道28，控制单元2的后侧34、即控制单元2背对电动马达3的那一侧也被冷却。
在图6中示出了穿过图4示出的根据本发明的电动压缩机1的控制单元2、以及电动马达3的定子9、连同壳体6的立体图的第一横向截面。
此处，特别地，能够观察到突出部26、电容器22以及冷却管道8沿着定子支架25的外周10的分布。
图7示出了在电动马达3与控制单元2之间的接合面处的穿过图4示出的根据本发明的电动压缩机1的控制单元连同壳体6的立体图的另一横向截面。
在此同样地，可以观察到电容器22和冷却管道8沿着定子支架25的外周10的分布。
此外，示出了三个电连接元件16中的一个电连接元件，其中，电动马达3借助于连接元件16电连接至控制单元2。
连接元件16表示电动马达3与控制单元2之间的、更确切地是定子绕组15与控制单元2之间的电气接合件。
在图8中示出了如在图4中示出的控制单元2的平面图。
在控制单元2的区域中，根据本发明的电动压缩机1的冷却结构7具有两个冷却管道通道28，所述两个冷却管道通道28用于对控制单元2的后侧34、即对控制单元2的背对电动马达3的那一侧进行冷却，其中，特别地，以这种方式，控制单元2的另外的高负载电子模块21的冷却得以实现。
冷却结构7经由冷却流体入口32和冷却流体出口33被供应冷却流体。
根据本发明的用于生产所描述的电动压缩机1的方法包括借助于封装方法生产壳体6，其中，该封装方法以如下方式执行：冷却结构7——此情况下即冷却管道8——在壳体6中与壳体6一体地形成。
在此，冷却结构7通过引入模制体12被生产。
图9示出了穿过图4中示出的立体图的纵向截面，其中具有已插入的模制体12和开口模制体29。
在封装过程之后，模制体12和开口模制体29被机械地移除。
如在图9中所示，模制体12用于形成冷却结构7的冷却管道8，并且根据所描述的说明性实施方式，模制体12呈不规则四边形横截面，使得在壳体中形成不规则四边形的冷却管道8。然而，模制体12以及因此形成的冷却管道8可以按照任意所需的形状被构造。
开口模制体29用于形成中央开口27并且具有大致圆形的横向截面，从而形成用于布置轴5和转子14的圆形中央开口27。
在该说明性实施方式中，定子9和控制单元2借助于封装方法被完全封装，仅模制体12和开口模制体所插入的那些位置处是不被封装的，由此形成冷却结构7并且还形成中央开口27。
图10以立体图的方式示出了在图1中以纵向截面示出的根据本发明的说明性电动压缩机1，其中，在这种情况下，在压缩机叶轮壳体17上形成有压缩机气体入口30和压缩机气体出口31。
此外，压缩机叶轮壳体17与电动压缩机1的壳体6的组装是可见的。
根据本发明，压缩机叶轮壳体17还可以与电动压缩机1的壳体6一体地形成。
附图标记列表：
1.电动压缩机
2.控制单元
3.电动马达
4.压缩机叶轮
5.轴
6.壳体
7.冷却结构
8.冷却管道
9.定子
10.(定子/定子支架的)外周
11.凹部
12.模制体
13.旋转中心轴线
14.转子
15.定子绕组
16.连接元件
17.压缩机叶轮壳体
18.第一压缩机叶轮壳体部分
19.第二压缩机叶轮壳体部分
20.电路板
21.电子模块
22.电容器
23.插塞式连接器
24.定子区段
25.定子支架
26.突出部
27.开口
28.冷却管道通道
29.开口模制体
30.压缩机气体入口
31.压缩机气体出口
32.冷却流体入口
33.冷却流体出口
34.(控制单元的)后侧

Claims (11)

1.一种用于压缩气体的电动压缩机(1)，所述电动压缩机(1)包括
控制单元(2)，
电动马达(3)，其中，所述电动马达(3)能够由所述控制单元(2)控制，
压缩机叶轮(4)，其中，所述压缩机叶轮(4)能够由所述电动马达(3)驱动，以及
壳体(6)，其中，所述壳体(6)至少部分地包围所述电动马达(3)，其中，所述壳体(6)借助于封装过程以如下方式被生产：冷却结构(7)一体地形成在所述壳体(6)中，从而确保所述电动马达(3)和所述控制单元(2)的冷却，
其中，所述电动马达(3)具有定子(9)并且所述冷却结构(7)形成为至少部分地围绕所述定子(9)的外周(10)，所述定子(9)具有大致环状设计并且具有沿着所述定子(9)的外周(10)均匀间隔开的多个轴向延伸的凹部(11)，并且所述冷却结构(7)具有数量与所述定子(9)的所述凹部(11)的数量相对应的冷却管道(8)。
2.根据权利要求1所述的电动压缩机(1)，
其特征在于，所述压缩机叶轮(4)和所述电动马达(3)同轴地布置在轴(5)上。
3.根据权利要求1所述的电动压缩机，
其特征在于，所述壳体(6)至少部分地围绕所述控制单元(2)。
4.根据权利要求1所述的电动压缩机(1)，
其特征在于，所述冷却管道(8)沿着所述定子(9)的所述凹部(11)轴向地延伸。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动压缩机(1)，
其特征在于，所述冷却结构(7)至少部分地形成在所述控制单元(2)的后侧(34)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动压缩机(1)，
其特征在于，所述壳体(6)由具有良好导热性的材料制造。
7.根据权利要求1所述的电动压缩机(1)，所述电动压缩机(1)用于机动车辆。
8.一种用于生产根据权利要求1至7中的任一项所述的电动压缩机(1)的方法，其中，所述壳体(6)借助于封装过程以如下方式被生产：使冷却结构(7)一体地形成在所述壳体(6)中，并且其中，使所述冷却结构(7)形成为至少部分地围绕所述电动马达的定子(9)的外周(10)，使所述定子(9)具有大致环状设计并且具有沿着所述定子(9)的外周(10)均匀间隔开的多个轴向延伸的凹部(11)，并且使所述冷却结构(7)具有数量与所述定子(9)的所述凹部(11)的数量相对应的冷却管道(8)。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，所述冷却结构(7)是借助于内压注射模制法和/或通过引入至少一个模制体(12)而形成的。
10.根据权利要求8或9所述的方法，
其特征在于，包括借助于内压注射模制法和/或通过引入至少一个开口模制体(29)形成所述定子的中央开口(27)。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，在所述封装过程之后，所述模制体(12)和/或所述开口模制体(29)以机械的方式和/或借助于化学反应和/或借助于热反应被移除。
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