CN112470372A - 用于电机风扇单元的冷却散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却散热器(1)，其用于并入机动车辆的机动风扇单元(70)中，该冷却散热器包括横向壁(10)，该横向壁在其周边处通过外围壁(11)垂直地延伸以限定内部容积部(14)。冷却散热器(1)的至少一个壁形成用于冷却回路的至少一部分(40)的支撑，冷却流体在该冷却回路中流通。一种应用于机动车辆的用途。

Description

用于电机风扇单元的冷却散热器

技术领域

本发明的领域是用于机动车辆的机动风扇单元。更具体地，本发明涉及一种特定类型的冷却散热器，所述冷却散热器被构造成并入机动风扇单元的电马达中。本发明还涉及一种包括这种特定的冷却散热器的机动风扇单元。

背景技术

特别地，已知将机动风扇单元与机动车辆的热交换器相关联，该机动风扇单元确保通过相关联的(多个)热交换器的空气的流量足以进行适当的热交换操作，例如，消散各种外围部件(例如内燃机或电路)产生的热能。

已知的机动风扇单元包括风扇和用于使风扇旋转的电马达。当前，有必要开发越来越强大的机动风扇单元，以便能够确保通过热交换器的足够的空气流量。在这种情况下，现在普遍使用无刷电马达。其较高的能量效率使得可以在消耗相同量的能量的同时产生更大的空气流量。

在机动风扇单元中使用无刷电马达使得必须使用构造成控制电马达的控制模块。这种控制模块包括也需要被冷却以便能够正确运行的电子部件。这是因为确保这些部件被冷却使得可以增加其寿命，并因此提高包括这种无刷电马达的机动风扇单元的可靠性。已知通过例如通过由机动风扇单元的风扇产生的空气流进行冷却来消散由控制模块产生的热能，冷却散热器包括延伸通过新鲜空气流的翅片，从而使得可以最大化冷却散热器与空气流之间的接触面积。

然而，这种涉及空气和翅片之间交换的冷却器件并不完全令人满意，并且具有许多缺点。为实现冷却而设置的翅片的数量和尺寸涉及用于获得冷却散热器和相关联的机动风扇单元的部件的高成本。此外，现代机动风扇单元所需的功率增加要求越来越高的功率消耗，并且因此在机动风扇单元的无刷电马达的控制模块处产生越来越大量的待以消散的热能，空气冷却不足以满足现代机动风扇单元不断增长的散热需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种新颖的特殊的冷却散热器，该冷却散热器能够至少部分地应对上述缺点并且还带来其他优点。

本发明的另一个目的是增加机动风扇单元的可靠性以及寿命。

根据第一方面，本发明通过一种旨在结合在机动车辆的机动风扇单元中的冷却散热器来实现这些目的，该冷却散热器包括横向壁，该横向壁在其周边处通过外围壁被垂直地延伸，从而限定用于容纳控制模块的内部容积部，该控制模块旨在控制机动风扇单元的电马达，冷却散热器的至少一个壁形成用于冷却回路的至少一部分的支撑，冷却流体在该冷却回路中流通。

冷却散热器的横向壁垂直于机动风扇单元的风扇所产生的气流延伸。换句话说，冷却散热器的横向壁垂直于电马达的转子的旋转轴线延伸。

因此，根据本发明的第一方面的这种构造使得可以提供具有更大的散热能力的冷却散热器，因为现在可以将通过掠过冷却散热器的外表面的空气进行的冷却与通过在与冷却散热器的壁之一接触的回路部分中流通的冷却流体进行的冷却相结合。

根据本发明的第一方面的冷却散热器可以包括可以被单独地或组合地考虑的以下特征中的至少一个，其中：

-冷却散热器的内部容积部用于容纳电马达的控制模块；该构造在使用无刷电马达的情况下特别有效，然后控制模块用于控制无刷电马达的打开和关闭以及旋转速度；

-冷却回路的所述部分具有在冷却散热器的一个壁的厚度中形成的管道；换句话说，形成冷却回路的一部分并在其中流通有冷却流体的管道形成在制成冷却散热器的材料中；更具体地，所述管道形成在横壁中，所述横壁设置为通过空气流；

-冷却回路的管道布置成与冷却散热器的对应壁的内部面或外部面等距，其中壁的内部面是所述壁的朝向冷却散热器的内部容积部取向的面，并且壁的外部面是所述壁的背离该相同壁的内部面的面；这种布置尤其在由此形成的散热器的刚性方面是有利的。

-替代地或附加地，冷却回路的所述部分包括与壁中的或另一个分开、并且在壁中的至少一个的外部在其内部面上或其外部面上与其接触地附接的管；将理解的是，如果空间需求较少地被优化，这种布置使得可以通过简化的实施方式，来将与和冷却散热器的至少一个壁接触的冷却流体进行的热交换和与流通空气进行的热交换结合；特别地，当冷却回路设置成与冷却散热器的壁的外部面接触时，也就是说，远离容纳在由该冷却散热器的壁限定的内部容积部中的控制模块，冷却回路暴露于机动风扇单元的风扇所产生的空气流中，使得可以促进从冷却散热器进行的热能消散；当冷却回路设置成与冷却散热器的内部面接触时，促进了控制模块与冷却回路之间的热交换；

-冷却回路具有两个导管，用于与管道流体连通的冷却流体的供给和排出，这些管道布置成在管道的两端的横向延续部中从外围壁突出；因此，这些导管使得可以将冷却回路的管道连接到冷却散热器内部，并将形成冷却回路的其余部分的环路连接到冷却散热器的外部；供应导管允许冷却流体进入冷却散热器中，排出导管允许载有热能的冷却流体从冷却散热器中排出；

-导管的平均截面大于冷却回路的管道的平均截面；在垂直于形成冷却回路的导管和管道中的冷却流体的流动方向线的方向上测量截得的尺寸；这种构造使得可以增加冷却流体在冷却回路的管道中的流通速度，从而促进冷却散热器处的热交换；

-横向壁的内部面包括至少一个腔，用于接收机动风扇单元的电子部件，特别是电马达的控制单元，和/或包括窗口，用于使来自机动风扇单元的风扇的空气流穿过，冷却回路设计成尽可能靠近所述至少一个腔或窗口；更具体地，当腔旨在接收电子部件时，该腔可以不是贯穿腔，而当腔旨在允许由机动风扇单元的风扇产生的空气流通过时，该腔是贯穿腔，从而可以改善冷却散热器处的热能消散；应当理解，当腔从横向壁的内部面延伸到横向壁的外部面时，该腔是贯穿腔；

-横向壁和/或外围壁可具有构造成促进冷却散热器处的热能消散的翅片，翅片使得可以增加冷却散热器的热交换面积，而对所述冷却散热器的空间尺寸的影响较小；与冷却散热器接触的冷却流体回路的存在可以减小翅片的尺寸，以实现同等的热交换性能，结果，尤其是可以减小散热器和相关的机动风扇单元的尺寸；替代地，当冷却回路允许足够的冷却时，冷却散热器可具有光滑的表面，即没有翅片的表面；

-翅片形成在壁之一的外部面上，并且它们既可以形成在横向壁的外部面上，也可以形成在外围壁的外部面上；

-冷却回路的管道包含水或包含乙二醇的水溶液，以形成冷却流体；使用包含乙二醇的水溶液允许在用于在负大气压下使用或存储的机动车辆中使用包含这种冷却流体的冷却回路，乙二醇使得可以降低水溶液的固化温度；替代地，冷却流体可以是超临界流体；更特别地，超临界流体有利地是CO2，也称为R744；

-冷却流体来自机动车辆的主冷却回路，或者来自低温回路，或者来自独立的冷却回路；机动车辆的主冷却回路是可以冷却机动车辆的内燃发动机的回路，或者在使用电马达到处行驶的车辆的上下文中，主冷却回路是用于冷却电池和/或所述电马达的回路；低温回路可以是例如机动车辆的空调回路；因此，使用机动车辆的主冷却回路或低温回路来使冷却流体在机动风扇单元的冷却散热器的冷却回路中流通使得可以限制机动风扇单元的冷却回路需要的空间尺寸；替代地，使用专用于机动风扇单元的独立冷却回路允许机动风扇单元的所述冷却回路独立于主冷却回路的操作和状态，然后即使在冷却回路停止运行时，或在主冷却回路已饱和且无法散发其吸收的热量的量时，也确保对机动风扇单元的冷却；

-冷却散热器由具有高散热能力的材料制成；特别地，冷却散热器可以由铝或铜制成。

根据第二方面，本发明涉及一种旨在结合在机动车辆的机动风扇单元中的电马达，该电马达包括根据本发明第一方面的冷却散热器，该电马达和该冷却散热器布置成使得散热器的内部容积部背离电马达。

该构造使得可以具有具有上述冷却散热器所提供的优点的电马达。

有利地，根据本发明的第二方面的电马达有利地包括以下改进方案中的至少一项，形成这些改进方案的技术特征可以被单独地或组合地考虑：

-电马达具有转子和定子，并且转子包括垂直于旋转轴线的主壁和围绕主壁的周边垂直延伸的侧壁，转子的主壁和侧壁限定了容纳定子的内部容积部，定子位于如上所述的转子的主壁和冷却散热器之间；

-冷却散热器的横向壁的外部面沿电马达的旋转轴线在转子和定子的方向上取向；

-电马达为无刷电马达类型；无刷电马达比有刷电马达具有更高的能量效率，因此与有刷电马达相比，无刷电马达在等效功率下可以在电马达上产生更大量的热能；定子具有电动线圈，转子具有永磁体，由此产生的磁场的构造允许转子绕定子或在定子内部旋转。

-电马达具有控制模块，该控制模块被构造为控制转子的旋转并发送用于定子的线圈的电力供应指令；

-转子、定子和冷却散热器是呈旋转对称或基本上呈旋转对称的部件，它们以同轴方式布置。优选地，转子、定子和冷却散热器具有共同的轴线，即电马达的旋转轴线。

根据第三方面，本发明涉及一种机动风扇单元，其包括根据本发明第二方面的电马达和可旋转风扇。

根据本发明的第三方面的机动风扇单元有利地包括以下改进中的至少一项，形成这些改进的技术特征可以被单独地或组合地考虑：

-通过电马达使风扇旋转；换句话说，转子、定子和风扇是同轴的；

-机动风扇单元的风扇包括多个叶片，用于在风扇旋转时产生空气流；更具体地，在与风扇的旋转轴线平行的方向上产生空气流；

-冷却散热器的横向壁的外部面沿旋转轴线朝向风扇取向；换句话说，横向壁的外部面暴露于由风扇产生并穿过电马达的转子/定子组件的空气流；因此，该构造使得可以促进来自冷却散热器的热能的消散。

附图说明

通过阅读下面的描述，以及通过以非限制性的方式给出的多个示例性实施例，并参考所附的示意图，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明的第一方面的冷却散热器的透视图，其特别地揭示了该散热器的外部，即外部面；

图2是图1所示的冷却散热器在不同视角的视图，显示了该散热器的内部，即内部面；

图3是与图1相似的视角示出的冷却散热器的透视图，其中以横截面示出了横向壁，以便显示在该横向壁的厚度上形成的冷却回路管道；

图4是图1、图2和图3所示的冷却散热器的轴向剖切图；

图5以透视图示出了图4中的轴向剖切图；

图6是图1至图5所示的冷却散热器的内部以及旨在控制电马达的控制模块的分解透视图；

图7是示出了根据本发明的第二方面的电马达的示例性实施例和根据本发明的第三方面的并且具有电马达的机动风扇单元的示例性实施例的分解透视图。

图1示出了根据本发明的第一方面的冷却散热器1的示例性实施例的透视图。

具体实施方式

冷却散热器1包括横向壁10和垂直延伸横向壁10的外围壁11，外围壁11位于该横向壁10的周边。横向壁10和外围壁11限定内部容积部14，其在图2中可见。横向壁10垂直于轴线O延伸，轴线O是机动风扇单元的电马达的旋转轴线，冷却散热器1将被并入该电马达中。

横向壁10包括朝向内部容积部取向的内部面12和相对于内部面12位于横向壁10的相对侧上的外部面13。以类似的方式，外围壁11包括在图1中不可见的内部面15，其朝向内部容积部14取向，以及相对于内部面15位于外围壁11的相对侧上的外部面16。内部容积部14在形状和尺寸方面被构造为容纳控制模块，这可以在图6中看到。

冷却散热器1包括以从横向壁10的外部面13突出的方式布置的多个翅片20，翅片20相对于旋转轴线O径向地延伸。这样形成的散热片20可以增加冷却散热器1的横向壁10的外部面13的面积，从而可以提高冷却散热器1的散热能力。

冷却散热器1包括从外围壁11的外部面16径向向外延伸的三个紧固构件25。紧固构件25被构造成允许冷却散热器1被紧固到支撑件。

根据本发明，冷却散热器1的特定之处在于，它具有冷却回路的一部分40。更具体地，冷却回路的部分40包括管道、与管道流体连通的第一导管41和第二导管42，管道在此处不可见，因为其被容纳在散热器的壁的厚度中并且冷却流体在该管道的内部流通。

两个导管41、42以从冷却散热器的壁10、11突出的方式布置，在这种情况下为外围壁11，在远离内部容积部14的方向上延伸。第一导管包括用于供应冷却流体的导管，第二导管包括用于冷却流体的排出的导管，这两个导管布置在管道43的两端的横向延续部中。

更特别地，在这种情况下，导管从外围壁11的相同部分并排延伸，即，与横向壁10形成连接的近侧部分110。

冷却散热器在其横向壁10中包括基本布置在横向壁10的中心处的中央筒102和围绕该中心筒同心地布置的三个定位筒104。中心筒102形成用于接收电马达的驱动轴的壳体，并且定位筒104构造成接收与冷却散热器相关联的电马达的定子/转子组件的定子的定位销。

冷却散热器1包括贯穿窗口17，在这种情况下有三个。在所示的示例中，窗口17围绕中央筒102设置，与定位筒104交替。每个窗口17形成从横向壁10的内部面12到外部面13的通道。窗口17使得可以将冷却散热器1的内部容积部14暴露于由机动风扇单元的风扇产生的空气流，从而促进冷却散热器1处的热量消散。

冷却散热器1还包括开口18，其外围地设置在横向壁10与外围壁11的连接处。开口18允许容纳在冷却散热器1的内部容积部14中的控制模块(在图5中可见)与该控制模块所控制的电马达的定子/转子组件之间的电连接元件的通过。

图2示出了图1所示的冷却散热器1的透视图，其示出了冷却散热器1的横向壁10的内部面12。

在横向壁10的内部面12上设有多个腔19。更具体地，腔19由从内部面12朝向横向壁10的内部延伸的离散变形部形成。这些腔在旋转轴线O的方向上的深度小于在横向壁10的相同方向上的厚度。

这些腔19在横向壁的厚度上形成压痕，如图3所示。该图是在冷却散热器1的横向壁10的内部面12和外部面13之间截取的横截面图，以便特别显示冷却回路的部分40的管道43。更特别地，管道43设置在内部面12和外部面13之间的横向壁10的主体中。管道43凹入形成横向壁10的材料中，并且应当理解，该管道43是使用设置在冷却散热器的注射模具中的插入件制成的。

管道43流体地连接第一导管41和第二导管42，从而允许冷却流体在第一导管41和第二导管42之间流通。管道43被布置为靠近腔19、窗口17和开口18通过，从而使得可以最大化冷却散热器1的冷却效率。

在图4中，可以注意到，冷却回路的部分40的管道43具有矩形的流动横截面。管道43在内部面12和内部面13之间设置在横向壁10的材料中。更具体地，管道43设置成与横向壁10的内部面12和横向壁10的外部面13距离基本相等的距离。在内部面12和外部面13之间在横向壁10中设置管道43的这种构造使得可以促进来自冷却散热器、与产生热能的控制模块接触的横向壁10的内部面12以及暴露于并入冷却散热器1的机动风扇单元所产生的空气流的横向壁10的外部面的热能的消散。

图4使得可以看到冷却回路的部分40的管道43靠近腔19通过，从而促进了由容纳在冷却散热器1的腔19中的控制模块50的部件产生的热能的消散，如下面将描述的。

图5揭示了以下事实：设置在横向壁10中的管道43的流动横截面比冷却回路的部分40的导管(在这种情况下为第一导管41)的流动横截面窄。管道43的流动横截面和第一导管41或第二导管42的流动横截面在垂直于包含管道43的横向壁的平面中测量。管道43的流动横截面小于第一导管41和第二导管42处的冷却回路的流动横截面的这种构造使得可以在冷却散热器1处增加冷却流体在管道43中的流通速度，从而促进冷却流体与冷却散热器1之间的热交换。

在图6中，根据本发明第一方面的上述冷却散热器1与旨在控制机动风扇单元的电马达的控制模块50相关联，该冷却散热器1和该控制模块50被并入该电马达中。

控制模块50旨在容纳在冷却散热器1的内部容积部14中。更具体地，控制模块50支承抵靠冷却散热器1的横向壁10的内部面12。因此，控制模块50包括多个块55，块55分别旨在与位于冷却散热器1的横向壁10的内部面12上的突出部54配合，每个突出部54被插入到块55中，以便保持控制模块50相对于冷却散热器1的位置。

控制模块50使得可以控制并入该控制模块的电马达。更具体地，根据本发明的一方面，控制模块50使得可以控制形成在定子上的绕组的电力供应，以便控制在无刷电马达的转子和定子之间产生的磁场。

该控制模块尤其包括多个晶体管51。在这种情况下，晶体管51设置在控制模块50的中央部分中。因此，当控制模块50容纳在冷却散热器1的内部容积部14中时，至少一些晶体管51相对于旋转轴线O定位在冷却散热器1的窗口17的轴向延续部中，从而促进了晶体管51的冷却。

在示出的示例中，控制模块还包括两个线圈52和四个电容器53。线圈52和电容器53位于控制模块50的外围处，围绕晶体管51。当控制模块容纳在冷却散热器的内部容积部14中时，每个线圈52和每个电容器53旨在至少部分地容纳在冷却散热器的腔19中。因此，线圈52和电容器53与冷却散热器1的横向壁10的外部面13相距较小的距离，从而允许更有效地冷却线圈52和电容器53，外部面13意图暴露在由机动风扇单元的风扇产生的孔气流中。

图7更详细地示出了具有根据本发明的第一方面的冷却散热器的电马达60和相关联的机动风扇单元。

电马达60包括冷却散热器1、定子61和可绕旋转轴线O旋转的转子62，在这种情况下，该转子在外部，也就是说围绕定子61布置。在这种情况下，转子62是钟形的，其主壁65跨旋转轴线O延伸，侧壁66基本上垂直于主壁65的周边延伸。

多个磁体63在转子62的侧壁66的内径向表面上周向布置，并且电绕组围绕在定子的主体中形成的齿缠绕。绕组经由穿过如上所述的开口18的电连接元件与控制模块电连接，绕组的电力供应因此可以产生磁场，永磁体在该磁场中运动并产生转子62的旋转。

图7中的分解图还示出了电马达60包括驱动轴和滚动轴承64，该驱动轴和滚动轴承被装配到设置在冷却散热器的外部面中的中央筒中。

机动风扇单元70包括刚刚描述的电马达60，以及风扇71，风扇能够通过电马达60和相关联的驱动轴绕旋转轴线O旋转。定子/转子组件61、62沿着旋转轴线O位于冷却散热器1和风扇71之间。换句话说，风扇71相对于冷却散热器1位于机动风扇单元70的另一侧。机动风扇单元70的风扇71包括多个叶片72，当通过机动风扇单元70的电马达60使风扇旋转时，该多个叶片72产生空气流。可以看出，冷却散热器布置在该机动风扇单元中，使得横向壁10的外部面13面对电马达60和风扇，并且该外部面13接收来自风扇的空气流。

上面的描述清楚地阐明了本发明如何实现为此设定的目的，即，对机动风扇单元，尤其是对该机动风扇单元具有的电马达的控制模块进行的最佳冷却。这种最佳的冷却是通过风扇启动后通过在机动风扇单元中流通的空气进行的冷却与在冷却回路中流通的冷却剂进行的冷却相结合而实现的，冷却回路一部分与冷却散热器接触以促进热能的排放。在此有利的是，与散热器接触的部分容纳在散热器的厚度中，以便限制散热器的整体尺寸。当然，具有独立于散热器产生的然后附接至该散热器的壁之一的冷却回路的实施例在通过空气和冷却剂的组合冷却方面将具有等同的优点。

当然，本发明不限于刚刚描述的示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以对这些示例进行多种修改。特别地，本发明的各种特征，形式，变型和实施例可以以各种组合彼此组合，只要它们不相互不兼容或不相互排斥即可。特别地，上述所有变型和实施例能够彼此组合。

Claims (10)

1.一种冷却散热器(1)，用于并入机动车辆的机动风扇单元(70)中，所述冷却散热器包括横向壁(10)，外围壁(11)在所述横向壁在周边处垂直地延伸，以便限定内部容积部(14)，其特征在于，所述冷却散热器(1)的至少一个壁形成用于冷却回路的至少一个部分(40)的支撑，冷却流体在所述冷却回路中流通。

2.根据权利要求1所述的冷却散热器(1)，其中，所述冷却回路的所述部分具有在所述冷却散热器(1)的一个壁(10、11)的厚度中形成的管道(43)。

3.根据权利要求2所述的冷却散热器(1)，其中，所述冷却回路的所述管道(43)布置在与所述冷却散热器(1)的对应壁(10、11)的内部面或外部面相等距离处。

4.根据权利要求2或3所述的冷却散热器(2)，其中，所述冷却回路具有两个导管(41、42)，用于与所述管道(43)流体连通的冷却流体的供应和排出，导管被设置为在所述管道(43)的两端的横向延续部中从所述冷却散热器的一个壁(10、11)突出。

5.根据权利要求4所述的冷却散热器(1)，其中，导管(41、42)的平均截面大于所述冷却回路的管道(43)的平均截面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其中，所述横向壁(10)的内部面(12)包括：至少一个腔(19)，用于接收所述机动风扇单元(20)的电子部件，特别是电马达(60)的控制单元；和/或窗口(17)，用于使来自所述机动风扇单元(70)的风扇(71)的空气流通过，所述冷却回路设计为尽可能靠近所述至少一个腔(19)或窗口(17)通过。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其中，所述冷却回路的所述管道(43)包含水或包含乙二醇的水溶液，从而形成所述冷却流体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其中，所述横向壁(10)和/所述外围壁(11)具有翅片(20)，所述翅片被构造为促进在所述冷却散热器(1)处的热消散。

9.一种电马达(60)，用于并入机动车辆的机动风扇单元(70)中，所述电马达(60)包括根据前述权利要求中任一项所述冷却散热器(1)，所述电马达(60)和所述冷却散热器布置成使得所述冷却散热器的内部容积部(14)背离所述电马达。

10.一种机动风扇单元(70)，包括根据权利要求9所述的电马达(60)和由所述电马达(60)旋转的风扇(71)。

Images