CN111322151A - 用于涡轮增压器功率模块的液冷式外壳 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器包括轴承箱，在轴承箱的内部部分内包含马达。液冷式功率模块紧固到轴承箱的外部部分。该功率模块具有外壳并且包含向马达供电并控制其速度的电气部件，该外壳包括由公共壁隔开的密封的第一和第二容积。第一容积是用于去除从电气部件产生的热的液冷式隔室，第二容积是包含电力部件的无液体隔室。电力部件固定到由导热材料形成的公共壁上，该公共壁可以包括延伸到第一容积中的散热翅片，以优化从公共壁到液冷式隔室中的热传递。最后，液冷式功率模块直接通过轴承箱与马达连通。

Description

用于涡轮增压器功率模块的液冷式外壳

技术领域

本发明总体上涉及包括轴承箱的涡轮增压器，该轴承箱包含电动马达，其经配置提高涡轮增压器速度响应于发动机性能要求，并且更具体地涉及经配置控制这类电动马达的功率模块的液体冷却。

背景技术

通常采用混合动力涡轮增压器来避免与“标准”涡轮增压器相关联的所谓“涡轮增压器滞后”，该“标准”涡轮增压器仅依赖于排气压力来运行。当仅依赖于排气压力时，涡轮增压器涡轮机通常需要近一秒钟的时间才能加速到指令速度。近年来，特别是在高性能车辆中，已经使用包括在涡轮增压器轴承箱内的电动马达以提高加速时间，从而改善按需发动机性能。

涡轮增压器环境对于提供马达控制的电气部件的物理布置具有挑战性，这是由于在容纳这种马达的涡轮增压器轴承箱内部和外部会产生大量的热量。因此，相关的马达控制通常放置在涡轮增压器压缩机壳体上或附近，其相对于涡轮增压器涡轮机和轴承箱附近的区域更冷。然而，电子控制与涡轮增压器马达物理间隔的距离越大，潜在电磁干扰(EMI)的问题越大。

理想地，包含马达控制的功率模块将安装到轴承箱以减少EMI特征，并且允许通过轴承箱将来自模块的相位超前直接连接到其相关联的马达。

发明内容

在本发明的一个描述的实施例中，涡轮增压器轴承包括包含在轴承箱内的马达。包括用于控制马达的电力部件的液冷式功率模块紧固到轴承箱的外部部分。该功率模块具有外壳，该外壳包括由公共壁隔开的密封的第一和第二容积；第一容积限定液冷式隔室，第二容积限定用于固定到公共壁上的电力部件的无液体隔室。来自功率部件的热量通过公共壁传递到液冷式隔室中。液冷式功率模块直接通过轴承箱与马达连通。

在本发明的另一个描述的实施例中，混合动力涡轮增压器包括包含在轴承箱内的马达的涡轮增压器轴承箱。包括用于控制马达的电力部件的液冷式功率模块紧固到轴承箱的外部部分。该功率模块具有外壳，该外壳包括由公共壁隔开的密封的第一和第二容积；第一容积限定液冷式隔室，第二容积限定用于固定到公共壁上的电力部件的无液体隔室。来自功率部件的热量通过公共壁传递到液冷式隔室中。液冷式功率模块直接通过轴承箱与马达连通。

在本发明的又一个描述的实施例中，制造涡轮增压器轴承箱的方法包括以下步骤：将电动马达安装在轴承箱的内部内并且提供包括用于控制该电动马达的电力部件的液冷式功率模块。该方法还包括将电力模块固定到轴承箱的外部，并且形成用于电力模块的外壳，以包括由公共壁隔开的第一和第二密封容积。该方法进一步提供：第一容积限定液冷式隔室；第二容积限定用于这些电力部件的无液体隔室，这些电力部件固定到公共壁上，使得来自功率部件的热量通过公共壁传递到液冷式隔室中。最后，该方法还提供了液冷式功率模块直接通过轴承箱与马达连通。

附图说明

以下将结合附图描述本发明的一个或多个实施例，其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1是包括根据本发明的一个实施例构造的功率模块的涡轮增压器的透视图；

图2是沿图1的线2-2截取的图1的实施例的放大横截面图；

图3是沿图1的线3-3截取的图1的相同实施例的另一个视图；并且

图4是功率模块的透视图，但是部分经移除和/或切除以显示根据本发明的一个实施例构造的内部细节。

图5是图4的相同实施例的功率模块的横截面正视图。

具体实施方式

首先参照图1，涡轮增压器10包括位于一端的涡轮机壳体12和位于另一端的压缩机壳体14。轴承箱16位于涡轮机壳体12和压缩机壳体14之间。本领域技术人员应当理解，涡轮增压器的内部部件通常包括涡轮机壳体12内的涡轮机单元(虽然未示出)和压缩机壳体14内的压缩机单元(未示出)。涡轴(也未示出)在轴承箱16内的轴承(未示出)内旋转，并且物理地连接涡轮机和压缩机单元。

如图所示，涡轮增压器10包括联接到致动控制杆20的增压控制致动器18，致动控制杆20又联接到致动器阀臂21。如本领域技术人员将理解的，后一元件控制旁通阀组件22，该旁通阀组件控制废气门装置(未示出)或其他阀装置以控制增压压力，并且避免涡轮机单元过压。油和冷却剂歧管24安装在轴承箱16上，其包含连接孔以适应后者流体进出轴承箱16的运动。

现参考图2的视图，功率模块30包括附接到轴承箱16的密封保护外壳31。为此，上和下支架32将矩形或箱形功率模块外壳31固定地支撑在通常为环形的轴承箱16的通常为圆形的外部部分48上的适当位置。电源插座26和通信插座28从外壳31延伸，用于分别适应功率模块30的功率和信号管理需要。

在图3的横截面图中，涡轮增压器马达40示出为同轴地位于环形轴承箱16内以根据需要驱动涡轴。为此，功率模块与马达40连通，马达40可以是三相马达，如在所示实施例中，具有连接到马达40的定子41的相位超前42、44和46。在所述实施例中，相位超前通过从轴承箱16的内部部分49延伸到其外部部分48的密封孔43直接进入功率模块30。

现参考图4，更详细地示出了功率模块30的内部部分。功率模块30控制马达40的功率和速度，马达40必须快速加速到高达40-50,000RPM的速度。为此目的，功率模块30的部件30a除了其他元件外还可以包括铁氧体缓冲器62；从缓冲器62延伸的主电源连接器70、母线组件66和印刷电路板(PCB)68。在所公开的实施例中，30a的附加元件包括各个相位超前端42’、44’和46’与功率模块30(见图5)的连接。如下所述，每个部件30a包含在密封外壳31内，其具有限定液体密封隔室的双容积。在图4的透视图中，外壳31的上板已经移除，显示了外壳31的一对侧板50和底板52。本领域技术人员将理解，缓冲器62经设计减小高功率和/或高频电子控制系统环境中的电磁干扰(EMI)。在所示配置中，塑料包覆模层64经配置以永久地迫使母线接触件抵靠PCB 68。

现还参考图5，外壳31包括具有入口和出口冷却剂喷嘴36和38(图1)的第一下部容积72。容积72限定液冷式隔室72a，用于去除和消散由功率模块30的上述电子部件30a产生的热量。第二上部容积74限定经配置包含电气部件30a的无液体隔室74a，所有电气部件30a安装和/或固定到位于隔室72a和74a之间的公共壁60上。为了最有效地将热量传递到公共壁60中，部件30a可以直接紧固到导热垫、粘合剂，或者甚至紧固到施加在部件30a和公共壁60的上表面之间的导电油灰。

在所述实施例中，包括公共壁60的外壳31可以由铝或其他导热材料形成，特别是确保热量从公共壁60有效地传递和消散到液冷式隔室72a中。公共壁60还可以包括从公共壁60延伸到隔室72a中的散热翅片80，如图所示，用于优化到液冷式隔室72a中的热传递。显然，散热翅片80将以使通过流动通道54(图4)的冷却流体流的阻抗最小的方式布置。

最后，为了提供对功率模块30(包括其电气部件30a)的有效保护，隔室72a和74a可以彼此密封，以及与外部涡轮增压器环境密封。

一种制造涡轮增压器轴承箱的方法可以包括以下步骤：将电动马达40安装在轴承箱16的内部49内并且提供包括用于控制电动马达的电力部件30a的液冷式功率模块30。该方法还可以包括将功率模块30紧固到轴承箱的外部48，并形成功率模块的外壳，该外壳包括由公共壁60隔开的第一和第二密封容积72、74。该方法可以进一步提供：第一容积72限定液冷式隔室72a，第二容积74限定用于电力部件30a的无液体隔室74a，后者的功率部件固定到公共壁上，使得热量通过公共壁从功率部件传递到密封的液冷式隔室中。最后，该方法还提供了液冷式功率模块30直接通过轴承箱16与马达40连通。

工业实用性

所描述的混合动力涡轮增压器的实施例能够用于可以受益于本发明的多种应用中。将功率模块30物理地放置在轴承箱上提供了一种使通常与涡轮增压器马达控制相关联的EMI特征最小化的有效方式。此外，尽管所描述的涡轮增压器10可以用于提高按需车辆发动机性能，但是涉及非车辆应用的其他环境和用途可以适用于所公开的技术。

此外，应当理解，前述内容可以是仅对本发明的一个实施例的描述。然而，本发明不限于所公开的特定实施例。例如，通过适当的修改，相位超前可以在本文未示出或未描述的其他配置中被定向和/或包含在轴承箱内。此外，说明书中包含的仅涉及特定实施例的陈述不应被解释为对本发明的范围或对权利要求中使用的特定术语的限制，除非术语或短语可能已另外明确定义。对所公开的实施例的各种其他实施例、改变和修改对本领域技术人员来说是显而易见的，并且旨在落入所附权利要求的精神和范围内。

如在本发明中使用的，当结合一个或多个部件或其他项目的列表使用时，各种术语“如”、“例如”、“比如”、“诸如”和“等”以及动词“包含”、“具有”、“包括”和其他动词形式被解释为开放式的，意味着列表不应被认为排除其他或附加部件或项目。除非在清楚地要求特定解释的上下文中使用，否则所有术语将被赋予其最广泛的合理含义。

Claims (15)

1.一种轴承箱，包括：

马达，所述马达包含在所述箱内；

功率模块，所述功率模块紧固到所述轴承箱的外部部分，所述功率模块包含电气部件，所述电气部件为所述马达供电并且控制所述马达的速度，所述功率模块具有外壳，所述外壳包括由公共壁隔开的密封的第一容积和第二容积；

所述第一容积限定液冷式隔室；

所述第二容积限定包含所述电气部件的无液体隔室，所述电气部件固定到所述公共壁上；

其中热量通过所述公共壁传递到所述液冷式隔室中；以及

其中所述液冷式功率模块直接通过所述轴承箱与所述马达连通。

2.根据权利要求1所述的轴承箱，其中所述马达具有至少一个相位超前，所述相位超前从所述马达直接延伸通过所述轴承箱并且进入所述功率模块中。

3.根据权利要求1所述的轴承箱，其中所述马达是三相马达。

4.根据权利要求3所述的轴承箱，其中至少三个相位超前附接到所述马达的定子上，所述相位超前从所述马达直接延伸通过所述轴承箱并且进入所述功率模块中。

5.根据权利要求1所述的轴承箱，其中所述功率模块通过支架紧固到所述轴承箱，其中所述功率模块的所限定的外壳由铝形成。

6.根据权利要求1所述的轴承箱，其中所述功率模块包括隔开的通信插座和电源插座，其中所述电源插座包括用于限制电磁干扰的铁氧体缓冲器。

7.根据权利要求1所述的轴承箱，其中所述功率模块包括印刷电路板(PCB)、隔开的母线接触件，以及在所述第二隔室中的塑料包覆模层，其中所述塑料包覆模层经配置用于永久地迫使所述母线接触件抵靠所述PCB。

8.一种涡轮增压器，包括：

涡轮增压器轴承箱，所述涡轮增压器轴承箱在所述轴承箱内包含马达：

功率模块，所述功率模块紧固到所述轴承箱的外部部分；

所述功率模块具有外壳并且包含向所述马达供电并控制所述马达速度的电气部件，所述外壳包括由公共壁隔开的密封的第一容积和第二容积，所述第一容积提供了液冷式隔室，所述第二容积提供了包含所述电力部件的无液体隔室，所述电气部件固定到所述公共壁上；

其中来自所述功率部件的热量通过所述公共壁传递到所述液冷式隔室中，并且

其中所述液冷式功率模块直接通过所述轴承箱与所述马达连通。

9.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述马达具有至少一个相位超前，所述相位超前从所述马达直接延伸通过所述轴承箱并且进入所述功率模块中。

10.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述马达是三相马达。

11.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其中至少三个相位超前附接到所述马达的定子上，所述相位超前从所述马达直接延伸通过所述轴承箱并且进入所述功率模块中。

12.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述功率模块通过支架紧固到所述轴承箱，其中所述功率模块的所限定的外壳由铝形成。

13.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述功率模块包括隔开的通信插座和电源插座，其中所述电源插座包括用于限制电磁干扰的铁氧体缓冲器。

14.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其中所述功率模块包括印刷电路板(PCB)、隔开的母线接触件，以及在所述第二隔室中的塑料包覆模层，其中所述塑料包覆模层经配置用于永久地迫使所述母线接触件抵靠所述PCB。

15.一种制造涡轮增压器轴承箱的方法，包括以下步骤：

将电动马达安装在轴承箱的内部；

提供液冷式功率模块，所述液冷式功率模块包括用于控制所述电动马达的电力部件，并且将所述电力模块固定到所述轴承箱的外部；

形成用于所述功率模块的外壳，以包括由公共壁隔开的第一密封容积和第二密封容积；

将所述电力部件固定到所述公共壁上；

其中所述第一容积限定用于冷却所述电力部件的液冷式隔室，所述第二容积限定包含所述电力部件的无液体隔室；

其中热量通过所述公共壁从所述电力部件传递到所述密封的液冷式隔室中；以及

其中所述液冷式功率模块直接通过所述轴承箱与所述马达连通。

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