CN111959260A - 电动或混合动力车辆的推进模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合动力车辆或电动车辆的推进模块(1)，包括：具有转子和定子的电动推进机(2)，电压转换器(3)，允许定子由电能存储单元提供的电能供电，以及减速系统(5)，接收转子提供的扭矩，模块(1)包括：第一壳体部分(10)，接收电动推进机(2)和电压转换器(3)；以及第二壳体部分(11)，接收减速系统(5)并容纳油，该模块(1)还包括：用于电动推进机(2)和电压转换器(3)的冷却回路(15)，以及热交换器，允许将通过在冷却回路(15)中流通的液体回收的全部或部分热量传递到第二壳体部分中的油。

Description

电动或混合动力车辆的推进模块
技术领域
本发明涉及电动或混合动力车辆的推进模块。
背景技术
该模块包括：电压转换器，用于转换车辆上的车载电能存储单元的电能；电动推进机；以及减速系统，允许使电动推进机的旋转速度适应车辆所需的速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电动或混合动力车辆的推进模块，其电动推进机和电压转换器被有效地冷却，却不产生过多空间。
根据本发明的一方面，本发明借助于混合动力或电动车辆的推进模块来响应该需求，该推进模块包括：
-具有转子和定子的电动推进机，
-电压转换器，允许定子由电能存储单元提供的电能供电，以及
-减速系统，接收转子提供的扭矩，
该模块包括：第一壳体部分，接收电动推进机和电压转换器；以及第二壳体部分，接收减速系统并容纳油，
该模块还包括：
-用于电动推进机和电压转换器的冷却回路，以及
-热交换器，允许将通过在冷却回路中流通的液体回收的全部或部分热量传递到第二壳体部分中的油。
根据本发明，因此使用存在于减速系统中的油来消散由在冷却回路中流通的液体从电压转换器和电力推进机回收的全部或部分热量。此外，通过由冷却回路回收的热量对油进行的这种加热可以提高布置在第二壳体部分中的减速系统的效率。减速系统包括例如几个小齿轮，并且油允许润滑这些小齿轮。
根据本发明的该方面，油不用于直接冷却电机和/或电压转换器。油可能不会与电机和/或电压转换器接触。油可能不会在接收电动推进机和电压转换器的第一壳体部分中流通。例如，油仅容纳在接收减速系统的第二壳体部分中。
由电机的和逆变器的液体直接进行的冷却只能经由冷却液进行，然后冷却液与油协作。
在冷却回路中流通的液体例如是水，例如乙二醇水(l’eau glycolée)。
第二壳体部分的全部或部分外表面可以承载有冷却凸起，从而可以将从电压转换器和电动推进机回收并通过冷却回路中流通的液体传递到油中的热量散发到模块的外部。在这种情况下，接收回收系统的壳体部分的外表面用于承载凸起，以便将从冷却回路接收的全部或部分热量散发到模块的外部。第二壳体部分装备有冷却凸起使得可以增加模块与空气的交换表面，并因此向模块外部散发热量，从而改善了由空气进行的冷却。因此，第二壳体部分单独地或与其他部分组合地起到散热器的作用。这些凸起可以不同于该第二壳体部分的加强肋。
同样在这种情况下，也可以在第一壳体部分的外表面上承载散热凸起。整个第一壳体部分例如承载冷却凸起，而整个第二壳体部分例如承载其他散热凸起。无论它们是由第一壳体部分还是由第二壳体部分承载，冷却凸起都可以是翅片。这些翅片可以布置成行，并且在相邻的两行之间可以存在恒定的间距或不恒定的间距。这些行可能都具有相同的取向，也可以不具有相同的取向。在适当的情况下，相同的翅片一方面可以在第一壳体部分上延伸，另一方面可以在第二壳体部分上延伸。
冷却凸起可以与承载它们的壳体部分支承单件。作为变型，这些散热凸起被附接在该壳体部分上。
根据刚刚描述的变型，第二壳体部分的表面可以没有散热凸起。在这种情况下，仍然可以由第一壳体部分承载散热凸起。整个第一壳体部分例如承载有散热凸起。这些散热凸起可以是翅片。这些翅片可以布置成行，并且在相邻的两行之间可以存在恒定的间距或不恒定的间距。这些行可能都具有相同的取向，也可以不具有相同的取向。
仍然根据该变型，冷却凸起可以与第一壳体部分制成单件。作为变型，这些散热凸起被附接到该第一壳体部分。
在所有上文中：
-上述的每个壳体部分都可以是一个整体，也可以通过将子壳体部分组装在一起来形成，和/或
-第一壳体部分和第二壳体部分可以例如通过螺钉彼此刚性地固定，和/或
-第一壳体部分和第二壳体部分的结合可以完全限定电推进模块的外表面。
综上所述，热交换器可以布置在第二壳体部分中。第二壳体部分例如部分地填充有油，热交换器则浸入油中。例如在第一壳体部分和第二壳体部分之间形成密封壁，并且该壁被冷却回路的朝着热交换器的方向的去程导体和被该冷却回路的从热交换器返回的返回导体穿过。
替代地，热交换器可以布置在第一壳体部分中，在这种情况下，可以在第一壳体部分中形成通道，来自第二壳体部分的油可在该通道中流通。在后一种情况下，可以提供泵以迫使油在该通道中流通。该泵可以具有双重功能，即迫使油流通，但也迫使液体在冷却回路中流通。可以使用单个电马达实现这种双重功能。
在所有上述情况中，冷却回路可包括蛇形部分，该蛇形部分允许由在冷却回路中流通的液体回收的热量的额外散发。该蛇形部分可以布置在第一壳体部分的外部或第一壳体部分的内部。
作为蛇形部分的存在的变型，该模块可以包括散热器，该散热器允许通过在冷却回路中流通的液体所回收的热量的额外散发。该散热器可以放置在模块外部，可以与冷却回路直接接触，也可以不直接接触。散热器由模块承载，该模块例如与第一壳体部分联结，例如被拧在第一壳体部分的内部或外部。辐射器例如经由螺钉或任何其他固定器件附接在第一壳体部分的外部上。
蛇形部分或散热器的存在可以使由在冷却回路中流通的液体回收的部分热量在第一壳体部分处散发，而不通过热交换器传递给油。
在一个变型中，蛇形部分和散热器可以同时存在。
根据本发明的模块可以包括安装在冷却回路中的泵，以促进液体在该冷却回路中的流通。通过促进液体在冷却回路中的流通，该泵因此可以确保通过液体均匀地冷却电压转换器和电机。当将热交换器布置在第一壳体部分中并且在第一壳体部分中形成用于存在于第二壳体部分中的油的通道时，上述泵也可以确保油在该通道中的流通。因此，尽管该泵可以仅具有一个电马达，但是其可以具有双重功能。
当存在这种泵时，也可以存在用于该泵的控制系统，并且该控制系统可以全部或部分地安装在电压转换器的电子卡上。因此，向该电子卡添加了另一功能，从而可以减少与模块相关的体积。
结合或独立于前述泵，根据本发明的模块可以包括风扇，该风扇可以促进模块外部的空气在散热器上的流通。该风扇可由专用于该风扇的电马达驱动。当存在这种风扇时，可以存在用于该风扇的控制系统，并且该控制系统可以全部或部分地安装在电压转换器的电子卡上。
如上所述，当散热凸起(例如翅片)由第一壳体部件承载时，风扇也可相对于第一壳体部件定位，以促进空气在这些散热凸起上的流通。
作为上述泵和风扇的一种变型，模块可以包括安装在冷却回路中的泵和包括风扇，该泵允许：
-促进该冷却回路中液体的流通，以及
-驱动风扇，以使风扇促进散热器上的空气流通，并在必要时促进由第一壳体部分承载的散热凸起上的空气流通。在后一个示例中，用于泵的电马达也用于驱动风扇，从而降低了成本。如已经提到的，该泵的控制系统可以全部或部分地安装在电压转换器的电子卡上。
在以上所有方面中，模块可以包括用于在冷却回路中流通的液体的温度传感器，并且该传感器的电子器件可以安装在电压转换器的电子卡上。同样，向电子卡添加功能可以减少与模块相关的体积。作为变型，传感器的电子器件可以相对于电压转换器的电子卡偏置，并通过电缆连接至该电子卡。
在所有上述情况中，冷却回路可以仅与电动推进机的定子直接接触，而不与其转子直接接触，或者可以仅与电动推进机的转子直接接触，而不与定子接触。
作为变型，在所有上述情况中，冷却回路可包括直接与定子接触的第一分支和平行于第一分支并与转子直接接触的第二分支。因此，根据该变型，冷却回路经由其第一分支直接与定子接触，并且还经由其第二分支直接与转子接触。
在所有上述情况中，冷却回路可以只设置在模块内部。
根据本发明的另一方面，本发明的另一个主题是用于混合动力或电动车辆的推进模块，其包括：
-具有转子和定子的电动推进机，
-电压转换器，允许定子从由电能存储单元提供的电能供电，以及
-减速系统，接收转子提供的扭矩，
该模块包括：第一壳体部分，其接收电动推进机和减速系统并容纳油；第二壳体部分，其接收电压转换器；该模块还包括用于电压转换器的冷却回路。
根据该另一方面，冷却回路可以不与电动推进机接触。冷却回路例如仅布置在第二壳体部分中。
如果需要，可以设置热交换器，以便将由与电动推进机接触的油回收的热量传递到在冷却回路中流通的液体。
替代地，并且根据该另一方面，不提供任何热交换器。
散热凸起、特别是翅片在第一壳体部分和/或第二壳体部分的外表面上的存在也适用于本发明的该另一方面。
可以设置一个或多个泵，例如用于使液体在冷却回路中流通的泵，以及用于使油在第一壳体部分中流通的泵。
作为变型，并且与已经描述的类似，同一个泵可以用于冷却回路中的液体流通以及第一壳体部分中的油流通。
根据此另一方面，类似于先前描述的内容：
上述的每个壳体部分可以是一体的，或者可以由子壳体部分的组装形成；和/或第一壳体部分和第二壳体部分可以例如通过螺钉彼此刚性地固定；和/或第一壳体部分和第二壳体部分的结合可以完全限定电动推进模块的外表面，和/或
冷却回路可包括蛇形部分，该蛇形部分允许由在冷却回路中流通的液体回收的热量的额外散发，和/或
-该模块可以包括散热器，其允许冷却回路中流通的液体所回收的热量的额外散发。该散热器可以放置在模块外部，可以与冷却回路直接接触，也可以不直接接触。散热器优选地由模块承载，该模块例如与第二壳体部分联结，例如被拧在或通过任何方式附接到第一壳体部分的内部或外部。
和/或
该模块可以包括风扇，其允许模块外部的空气在散热器上流通。该风扇可由专用于该风扇的电马达驱动。当存在这种风扇时，可以存在用于该风扇的控制系统，并且该控制系统可以全部或部分地安装在电压转换器的电子卡上。作为变型，该风扇由用于泵的电马达驱动，这不仅允许油在第一壳体部分中流通，而且使冷却剂在冷却回路中流通，
和/或
模块可以包括用于在冷却回路中流通的液体的温度传感器，并且该传感器的电子器件可以安装在电压转换器的电子卡上。同样，向电子卡添加功能可以减少与模块相关的体积。作为变型，传感器的电子器件可以相对于电压转换器的电子卡偏置，并通过电缆连接至该电子卡。
在所有上述内容中，模块可以仅包括与外部对接的三个接口，即用于从电能存储单元向模块供应电能的第一接口，用于传递由模块产生的扭矩的第二接口，以及用于交换信息以命令模块的第三接口。
在所有上述内容中，第一壳体部分和第二壳体部分可以例如通过螺钉彼此刚性地固定。
该模块可以通过螺钉固定至车辆的其余部分，例如固定至其底盘和/或车轮。
在以上所有方面中，电动推进机可以是同步机或异步机。当它是同步机时，它可以具有绕线转子或永磁转子。对于48V的额定电源电压，由电动推进机提供的额定功率可以在10至35kW的范围内，例如大约15kW。在适用于高压电源的电机的情况下，由该电机提供的额定功率可以是几百千瓦，例如400千瓦。
减速系统可包括多个小齿轮，例如2个或更多个小齿轮。减速系统可以定义一个单一比，该单一比的值例如在2至50的范围内。可替代地，减速系统可以被配置为定义两个或三个单独的比。
电压转换器可以是逆变器/整流器，例如施用场效应晶体管，诸如MOSFET晶体管或IGBT。在标称值为48V的电源电压的情况下，例如将优先选择MOSFET晶体管，而在对应于高压的电源电压的情况下，例如将优先选择IGBT。
根据本发明的另一个目的，本发明的另一个主题是一种组件，包括：
-上面定义的模块，以及
-电能存储单元，尤其是提供36V至56V范围内的额定电压、例如48V的额定电压的电能存储单元。
前述模块可以特别地适合于提供36V至56V(例如48V)范围内的额定电压的电能存储单元，然后，可以借助于在冷却回路中流通的液体并借助于油，必要时经由前述冷却凸起，而将电动推进机和电压转换器中发出的热量散发到模块的外部。在变型中，电能存储单元可以提供更高的额定电压，例如高达400V的值。
这种组件还可包括至少一个车轮，模块联接至该车轮，从而由模块产生的扭矩被施加到车轮以驱动该车轮。该模块可以直接联接到车轮，也可以安装在的前桥差速器或后桥差速器上。如有必要，可以在车辆上安装多个个类似的模块。
根据本发明的模块的其他应用是可能的。
附图说明
通过阅读以下对本发明的非限制性实施例的说明并通过研究附图，将能更好地理解本发明，在附图中：
图1表示根据本发明的实施例的模块；
图2至图4分别表示该第一实施例的三个变型；
图5表示本发明的另一实施例；和
图6表示图1至图5的模块的部件的具体示例。
具体实施方式
参考图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的模块1。该模块1用于推进电动或混合动力车辆。在此，该模块1包括具有转子和定子的电动推进机2，允许由电能存储单元提供的电能向定子供电的电压转换器3，以及接收由转子提供的扭矩以推进车辆的减速系统5。在图6中示出了电动推进机2、电压转换器3和减速系统5的结构的示例，为了清楚起见，电压转换器3被示出为与电机和减速系统5相距一定距离。
在所考虑的示例中，电动推进机2可以是具有永磁体转子的同步机，其提供在10kW至35kW范围内的额定功率。该同步机的定子可以包括电绕组，该电绕组由缠绕在定子的线圈架上的导体或彼此连接的销形成。定子的电绕组例如是三相绕组或由两个三相绕组形成的绕组或其他。
在所考虑的示例中，电压转换器3是逆变器/整流器，其使得可以将电能存储单元的直流电压转换成交流电压以用于在车辆推进模式中向电动推进机2的定子供电，并且使得可以在再生模式中整流在电动推进机2的定子的端子处感应的交流电压。
电压转换器3例如施用多个开关臂，每个臂包括可控开关，例如场效应晶体管或IGBT晶体管。
电压转换器3根据推进或再生模式接收或施加电压至电能存储单元，该电能存储单元具有例如36V至56V范围内的额定电压，例如48V的额定电压。
在所描述的示例中，减速系统5包括多个啮合小齿轮，用于将由电机2提供的扭矩传递至车辆的一个或多个车轮。减速系统5的小齿轮例如被构造成使得单个比是可行的，或者替代地使得两个单独的比或三个单独的比是可行的。
在所考虑的示例中，模块1安装在车辆桥上，即车辆的前桥或后桥，如图1至5所示。该模块1例如被拧在该桥上或通过减振器连接在该桥上。在该布局中，减速系统5的输出扭矩通过差速器分配在该桥的不同车轮35之间。
现在，根据第一实施例，将参照图1至图4更详细地描述模块1。如图1至图4清楚可见，该模块1包括接收电动推进机2和电压转换器3的第一壳体部分10。该第一壳体部分10可以是一体的，或者可以通过将子壳体部分组装在一起而形成。模块1还包括第二壳体部分11，该第二壳体部分11接收减速系统5并且部分地填充有油。第一壳体部分10和第二壳体部分11在此例如通过螺钉被牢固地固定。在此，在第一壳体部分10和第二壳体部分11之间设置密封壁。
根据第一实施例，模块1包括冷却回路15，其允许液体(这里是乙二醇水)的流通，以用于通过从电动推进机2和电压转换器3中获取热量来冷却它们。
根据该第一实施例，提供了热交换器20，用于将由在冷却回路15中流通的液体回收的全部或部分热量传递至第二壳体部分11中存在的油。在此可以看出，该热交换器20设置在第二壳体部分11的内部，则浸入油中。将第一壳体部分10与第二壳体部分11界定开的壁被冷却回路15的朝着热交换器20的方向的去程导体和被该冷却回路15的返回导体穿过。
注意到设置了冷却凸起31和32。冷却凸起31由第二壳体部分11的外表面承载。这些散热凸起例如是与第二壳体部分11一体制成的翅片。这些散热凸起31使得可以增加第二壳体部分11的外表面，从而在第二壳体部分处促进通过热交换器20而由油回收的热量向模块1的外部散发。
冷却凸起32(在所考虑的示例中也是翅片)由第一壳体部分10的外表面承载。与上述凸起31相似，这些冷却凸起32使得可以增加第一壳体部分10的外表面，因此，在第一壳体部分处促进冷却回路中流通的液体的热量向模块1外部散发。
第一壳体部分10的整个外表面和第二壳体部分11的整个外表面可以承载翅片。
在图1中还可以看出，冷却回路15可以包括泵27。该泵例如是电驱动的。该泵27的控制系统例如由电压转换器3的电子卡承载。该泵27迫使液体在冷却回路15中流通。
现在我们将参照图2至图4描述图1的实施例的变型。
在图2中，冷却回路15包括蛇形部分16，该蛇形部分16允许由在冷却回路15中流通的液体回收的热量的额外散发。该蛇形部分在此布置在第一壳体部分10的外部。
仍然在图2的变型中，提供了风扇18。该风扇在此由用于泵27的电马达驱动。在图2中可以看出，风扇18在此布置成在第一壳体部分10的表面所承载的翅片32上引导空气，从而进一步促进在冷却回路15中流通的液体的冷却。
在图3的变型中，风扇18是另一种风扇。它具有专用的电马达，并且不参与在翅片32上引导空气。
在图2和3的变型中，可以提供未示出的散热器。由模块1、例如由第一壳体部分10和/或由第二壳体部分11承载的散热器可以接收来自通过冷却回路15的液体的热量。
现在我们将参照图4描述根据刚刚描述的另一变型的模块1。根据该变型，热交换器20不布置在第二壳体部分11的内部，而是布置在第一壳体部分10的内部(尽管为清楚起见，在图4中将其显示在模块外部)。通道21形成在第一壳体部分10中，并且允许油经由该通道从第二壳体部分11流通到热交换器20。在该变型中，泵27被配置成使得其电马达既迫使油在通道21中的流通又迫使液体在冷却回路15中的流通。该电马达例如旋转地驱动布置在通道21中的一个或多个第一叶片，以及布置在冷却回路15中的一个或多个第二叶片。
在所有上述情况中，冷却回路15还可包括用于在冷却回路中流动的液体的温度传感器28。传感器28的电子器件可以安装在电压转换器的电子卡上。
现在将参照图5描述本发明的第二实施例。该第二实施例与刚刚描述的第一实施例基本上不同之处在于，第一壳体部分10接收电动推进机2和减速系统5，而第二壳体部分11接收电压转换器3。因此，根据该第二实施例，电动推进机2与第一壳体部分10中的油接触，而冷却回路15仅与电压转换器3接触。可以提供或可以不提供热交换器，以使由油回收的热量散发到在冷却回路中流通的液体。在图5中，并且为了附图的清楚起见，第一壳体部分10和第二壳体部分11被示出为彼此间隔一定距离。这些第一和第二壳体部分实际上被组装以形成模块1。
在图5的示例中，接收电压转换器3的第二壳体部分11没有翅片。
类似于第一实施例，可以提供泵27、蛇形部分16和风扇18。可以替代地或另外地提供散热器。
类似于已经参考第一实施例描述的内容，泵27可以确保双重功能，即，迫使油在第一壳体部分10中流通，并且迫使液体在第二壳体部分11处的冷却回路15中流通。如有必要，泵27的电马达仍可以确保风扇18旋转。
本发明不限于上述示例。

Claims (16)

1.一种用于混合动力车辆或电动车辆的推进模块(1)，包括：
具有转子和定子的电动推进机(2)，
电压转换器(3)，允许定子由电能存储单元提供的电能供电，以及
减速系统(5)，接收转子提供的扭矩，
模块(1)包括：第一壳体部分(10)，接收电动推进机(2)和电压转换器(3)；以及第二壳体部分(11)，接收减速系统(5)并容纳油，
该模块(1)还包括：
用于电动推进机(2)和电压转换器(3)的冷却回路(15)，以及
热交换器(20)，允许将由在冷却回路(15)中流通的液体回收的全部或部分热量传递到第二壳体部分(11)中的油，而油不与电动推进机(2)且不与电压转换器(3)接触。
2.根据权利要求1所述的模块，
第二壳体部分(11)的全部或部分外表面承载有冷却凸起(31)，从而允许通过在冷却回路(15)中流通的液体传递到油的热量散发到模块(1)的外部，这些凸起不同于加强肋。
3.根据权利要求1所述的模块，
所述第二壳体部分的外表面没有冷却凸起。
4.根据前述权利要求中任一项所述的模块，
所述热交换器(20)布置在所述第二壳体部分(11)中，特别是浸入所述第二壳体部分中的油中。
5.根据权利要求4所述的模块，
所述油不在所述第一壳体部分(10)中流通。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的模块，
所述热交换器(20)布置在所述第一壳体部分(10)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的模块，
所述冷却回路(15)包括蛇形部分(16)，所述蛇形部分允许由在所述冷却回路(15)中流通的液体回收的热量的额外散发。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的模块，
包括散热器，所述散热器允许所述冷却回路(15)中流通的液体所回收的热量的额外散发。
9.根据权利要求8所述的模块，
包括安装在所述冷却回路(15)中的泵(17)，用于促进所述冷却回路中的液体流通。
10.根据权利要求8或9所述的模块，
包括风扇(18)，所述风扇允许促进模块外部的空气在所述散热器上流通，且在必要的情况下，促进空气在由所述第一壳体部分(10)承载的冷却凸起(32)上流通。
11.根据权利要求8所述的模块，
包括安装在所述冷却回路(15)中的泵(17)且包括风扇(18)，所述泵允许：
促进该冷却回路(15)中液体的流通，以及
驱动风扇(18)，以使所述风扇促进模块外部的空气在所述散热器上的流通，并在必要时促进由所述第一壳体部分(10)承载的散热凸起(32)上的空气流通。
12.一种用于混合动力车辆或电动车辆的推进模块(1)，包括：
具有转子和定子的电动推进机(3)，
电压转换器(2)，允许定子由电能存储单元提供的电能供电，以及
减速系统(5)，接收转子提供的扭矩，
该模块包括：第一壳体部分(10)，接收电动推进机(3)和减速系统(5)并容纳油；第二壳体部分(11)，接收电压转换器(2)；该模块(1)还包括用于电压转换器(2)的冷却回路(15)。
13.根据权利要求12所述的模块，
包括用于所述冷却回路(15)和用于所述第一壳体部分(10)中的油的流通的同一个泵(27)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的模块，
仅包括与外部对接的三个接口，即用于从电能存储单元向模块(1)供应电能的第一接口，用于传递由电动推进机(3)产生的扭矩的第二接口，以及用于交换信息以命令模块(1)的第三接口。
15.一种组件，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的模块(1)，以及
电能存储单元，尤其是提供36V至56V范围内的额定电压、例如48V的额定电压的电能存储单元。
16.根据权利要求15所述的组件，
还包括车轮，模块(1)联接至该车轮，使得由模块产生的扭矩被施加到车轮以驱动该车轮。
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