CN113767556A - 具有用于直接电容器冷却的中空设计的汇流排的电力电子系统以及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆驱动的电动机(20)的电力电子系统(1)，该电力电子系统包括第一汇流排(2)、相对于第一汇流排(2)电绝缘的第二汇流排(3)以及至少一个电容器(4)，其中，至少一个电容器(4)通过该至少一个电容器的第一电极(5)与第一汇流排(2)的板状接收区域(6)接触，并且通过该至少一个电容器的第二电极(7)与第二汇流排(3)的板状接收区域(8)接触，其中，两个汇流排(2，3)中的至少一个为中空设计，其中直接形成冷却管道(9a，9b)。本发明另外涉及一种包括该电力电子系统(1)的电动机(20)。

Description

具有用于直接电容器冷却的中空设计的汇流排的电力电子系 统以及电动机

技术领域

本发明涉及用于机动车辆驱动——即，诸如小汽车、卡车、公共汽车或其他多用途车辆之类的机动车辆的传动系——的电动机的电力电子系统，该电力电子系统包括：第一汇流排、相对于第一汇流排电绝缘的第二汇流排以及至少一个电容器，其中，至少一个电容器通过其第一电极与第一汇流排的板状接收区域接触，并且通过其第二汇流排与第二汇流排的板状接收区域接触。本发明还涉及包括该电力电子系统的电动机，该电动机优选地用作纯电动机动车辆或混合动力机动车辆的传动系的驱动发动机。

背景技术

通用的电力电子系统已经在现有技术中充分已知。在这方面，DE 10 2016 218151 A1公开了包括至少一个汇流排的集成电子组件套件，该汇流排经由电绝缘层固定至冷却部件。

从DE 10 2016 219 213 A1已知其他现有技术。文中公开了一种电力电子系统，其中，冷却装置具有至少一个热管，该热管吸收部分量的废热。

因此，原则上，已知不同形式的电力电子系统，其有助于尽可能高效地冷却内置部件，并且因此增加电力密度。虽然原则上可以增加电容器的数目或使电容器的尺寸更大以传输更大的电力，但这又将涉及安装空间方面的显著缺点。

从现有技术已知的设计的另一缺点是所产生的用于实现最高可能电力密度的电力电子系统通常具有相对复杂的结构。另外，电力电子系统的可行性通常与某个最小尺寸有关。

发明内容

因此，本发明的目的是消除现有技术中已知的缺点，并且特别是实现具有进一步增加的电力密度的电力电子系统，其中，该电力电子系统包括最简单的可能结构和少量的部件。

根据本发明，这通过以下事实来实现：两个汇流排中的至少一个在设计上是中空的，其中直接形成冷却管道。

通过将至少一个汇流排设计为波导汇流排，将已经存在的汇流排直接用作冷却装置的一部分，而不会显著增加部件的总数目或安装空间需求。因此，可以再次显著地增加相应的电力电子系统的电力密度。

其他有利的实施方式通过从属权利要求来要求保护并且在下面更详细地说明。

因此，还有利的是，至少一个中空汇流排形成中空壁，该中空壁在其横向端部边缘处相对于其周围环境密封/封闭。因此，将汇流排实现为具有最大可能中空空间。

在该上下文中，另外有利的是，第一汇流排形成第一冷却管道，该第一冷却管道连接至第一汇流排的可以连接至冷却剂入口的入口连接部。因此，第一汇流排的冷却管道还可以在操作期间以特别简单的方式连接至冷却剂供应部。

如果两个汇流排(即，第一汇流排和第二汇流排二者)在设计上是(均)中空的，其中形成冷却管道，则在操作期间进一步提高了冷却装置的冷却能力。

因此，另外有利的是，如果第二汇流排具有第二冷却管道，该第二冷却管道连接至第二汇流排的可以连接至冷却剂回程的返回连接部。因此，也以特别简单的方式实现冷却剂供应部的返回侧上的连接。

此外，有利的是冷却管道彼此直接连接。在该上下文中，已经发现如果两个汇流排的冷却管道经由连接元件彼此液压连接，则这是特别有利的。

在这方面，还有利的是，将该连接元件设计为管。然后，该管在其第一端处连接至第一冷却管道并且在其第二端处连接至第二冷却管道。这使设计特别简单。优选地，将连接元件实现为电绝缘体。

关于连接元件的定位，为了在操作期间生成有效的冷却剂回路，有利的是将连接元件容纳在各个汇流排的背离返回连接部和/或入口连接部的端部区域上。换言之，这意味着在汇流排的轴向方向上观察时连接元件布置在接收区域的背离返回连接部和入口连接部的轴向侧上。

对于电力电子系统的连接，有利的是，两个汇流排形成朝向至少一个电容器的共同侧布置/突出的多个安装区域。优选地，将安装区域实现为突片。在该上下文中还有利的是，第一汇流排的(第一)安装区域和第二汇流排的(第二)安装区域二者位于共同的安装平面中。

本发明还涉及用于一种用于机动车辆的电动机，该电动机包括根据本发明的根据前述实施方式中的至少一个的电力电子系统。该电力电子系统是以典型的方式用于控制电动机，即，用于转发供应给电动机的定子或由所述定子产生的电能。

换言之，根据本发明，实现了具有多个波导汇流排(汇流排)的直接主动电容器冷却。波导(汇流排)用作与多个电容器接触的汇流排。非传导冷却流体(液体)流过汇流排以从关键区域散热。通常，大部分损耗是由汇流排内的高电流密度引起的。通过冷却汇流排，有效地避免了这些损耗并且可以使电容器更小。

附图说明

在下文中，现在将参照附图对本发明进行更详细地说明。

在附图中：

图1示出了根据本发明的根据优选的示例性实施方式的电力电子系统的纵向截面图，其中，可以清楚地看出将多个电容器彼此耦接的两个汇流排的形成，

图2示出了根据图1的电力电子系统的立体全视图，以及

图3示出了包括根据图1和图2的电力电子系统的电动机的可能设计的简化表示。

附图在本质上仅是示意性的并且仅用于理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。

具体实施方式

参照图1和图2，可以详细地看出根据本发明的电力电子系统1的实施方式。在这些表示中，电力电子系统1被示出在电容器单元的一部分上，并且因此电力电子系统也替选地被称为电容器单元。在操作期间，电力电子系统1用于控制电动机20，如结合图3示意性示出的。电动机20包括例如固定至壳体的定子18以及相对于定子18可旋转地布置的转子19。在其优选的应用领域中，将电动机20用作混合驱动机动车辆或纯电驱动机动车辆的驱动发动机。因此，当在操作中时，将电动机20用于相应的机动车辆的传动系中。电力电子系统1通常电耦接至定子18以控制电动机20。因此，电能原则上可以由电力电子系统1供应给定子18或由定子18接收。

在图1和图2中，可以看出根据本发明的电力电子系统1的基本结构。电力电子系统1具有相对于彼此电绝缘的两个汇流排2和汇流排3。第一汇流排2具有第一板状接收区域6，如图2中可以清楚地看出的。第二汇流排3具有第二板状接收区域8。两个接收区域6、8彼此平行地对准。两个接收区域6、8基本上是矩形的。两个接收区域6、8还被布置成彼此相距一定距离，使得在两个接收区域6、8之间形成容纳空间21。多个电容器4布置在容纳空间21中。替选地，也可以将这些电容器4各自实现为电容器绕组并且因此形成公共电容器4。

各个电容器4具有两个电极5、7。电容器4的第一电极5与第一接收区域6接触并且因此与第一汇流排2接触。电容器4的第二电极7与第二接收区域8接触并且因此与第二汇流排3接触。电容器4牢固地固定在两个汇流排2、3之间并且通过它们的电极5、7附接至相应的汇流排2、3。

根据本发明，每个汇流排2、3形成中空壁10，如在图1中可以清楚地看出的。这意味着各个汇流排2、3被设计为中空的。各个汇流排2、3的内部中空空间25形成冷却管道9a、9b。因此，第一汇流排2形成冷却装置22的第一冷却管道9a。因此，第二汇流排3形成冷却装置22的第二冷却管道9b。在图1中，还可以清楚地看出，汇流排2、3的接收区域6、8在设计上是中空的，使得相应的冷却管道9a、9b延伸较长使得冷却管道在汇流排2、3的纵向方向上突出超过电力电子系统1的所有电容器4。第一冷却管道9a在电容器的第一电极5的部分上突出超过所有电容器4；第二冷却管道9b在电容器的第二电极7的部分上突出超过所有电容器4。

如结合图2可见，每个汇流排2、3设置有连接部12、13，汇流排经由连接部在操作期间连接至冷却装置22的冷却剂供应部。第一冷却管道9a设置有(以钻孔的形式)直接形成在第一汇流排2上的入口连接部12，而第二汇流排3具有(以钻孔的形式)直接形成在第二汇流排3上的返回连接部13，其中，返回连接部13连接至第二冷却管道9b。

入口连接部12和返回连接部13也附接在形成冷却管道9a、9b的相应汇流排2、3的中空突出区域23中。在汇流排2、3的纵向方向上观察，入口连接部12和返回连接部13布置在电容器4的在相应汇流排2、3的轴向端部的一侧。特别地，将入口连接部12和返回连接部13二者朝向汇流排2、3的共同第一轴向端部区域15a布置。

两个冷却管道9a、9b在汇流排2、3的轴向背离第一端部区域15a的第二端部区域15b处彼此液压连接。为此，存在以电绝缘方式实现的连接元件14。在该实施方式中将连接元件14实现为管。连接元件14以其第一端部26a连接至第一冷却管道9a；连接元件14以其第二端部26b连接至第二冷却管道9b。因此，可以在操作期间生成冷却剂回路，其中，冷却剂(优选地为非导电流体(优选地为液体))初始通过入口连接部12进入第一汇流排2的第一冷却管道9a，轴向地流过第一汇流排2并且流经连接元件14的区域进入第二汇流排3的第二冷却管道9b。然后，冷却剂流过第二汇流排3的第二冷却管道9b到达返回连接部13。

如结合图1和图2还可以看出的，汇流排2、3各自具有安装区域17a、17b，在操作期间，借助于安装区域将汇流排连接至壳体，为了清楚起见此处未示出壳体。第一汇流排2具有在纵向方向上彼此相距一定距离布置的多个突片形的第一安装区域17a；第二汇流排3具有在纵向方向上彼此相距一定距离布置的多个突片形的第二安装区域17b。此处可以看出，安装区域17a和17b位于共同的安装平面中。安装区域17a和17b也布置在共同侧。安装区域17a、17b配备有用于容纳安装装置的通孔形式的安装孔24。

此外，可以看出，在第一汇流排2和第二汇流排3的突出区域23中也形成有安装孔24，通过安装孔，突出区域23也可以用作安装区域。第一汇流排2的突出区域23的安装孔24布置在距入口连接部12和第一冷却管道9a一定距离处。第二汇流排3的突出区域23的安装孔24布置在距返回连接部13和第二冷却管道9b一定距离处。

换言之，利用本发明的解决方案，将波导用作汇流排2、3。非传导冷却液体流过汇流排，冷却液体传输从关键区域产生的热。在图1中，可以看到电容器(电容器单元1)的内部。这包括两个汇流排(DC汇流排正(第一汇流排2)；DC汇流排负(第二汇流排3))，以及非传导冷却剂输送(连接元件14)。没有详细讨论扁平绕组(电容器4)。如图2所示，汇流排2、3是中空的。非传导冷却液体在汇流排2、3内部流动。冷却剂经由冷却剂入口12流入，流过DC汇流排正2，并且然后流过冷却剂输送14进入DC汇流排负3。液体通过冷却剂出口13流回到冷却器。由于高电流密度，大部分损耗发生在汇流排2、3中。在该构思中，损耗正好在它们出现的地方被“冷却”。该有效的冷却使得可以将冷凝器4设计得更小。这对整个电力电子系统1的安装空间有影响，因为此处电容器4在体积方面代表最大的部件。因此，高效冷却实现更高的电力密度。

附图标记列表

1 电力电子系统 2 第一汇流排 3 第二汇流排 4 电容器 5 第一电极 6第一接收区域 7 第二电极 8 第二接收区域 9a 第一冷却管道 9b 第二冷却管道10 中空壁 11 端部边缘 12 入口连接部 13 返回连接部 14 连接元件 15a 第一端部区域 15b 第二端部区域 16 侧 17a 第一安装区域 17b 第二安装区域 18 定子19 转子 20 电动机 21 容纳空间 22 冷却装置 23 突出区域 24 安装孔 25 中空空间 26a 第一端部 26b 第二端部。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆驱动的电动机(20)的电力电子系统(1)，所述电力电子系统具有第一汇流排(2)、相对于所述第一汇流排(2)电绝缘的第二汇流排(3)以及至少一个电容器(4)，所述至少一个电容器(4)通过所述至少一个电容器的第一电极(5)与所述第一汇流排(2)的板状接收区域(6)接触，并且通过所述至少一个电容器的第二电极(7)与所述第二汇流排(3)的板状接收区域(8)接触，其特征在于，两个汇流排(2，3)中的至少一个为中空设计，其中直接形成冷却管道(9a，9b)。

2.根据权利要求1所述的电力电子系统(1)，其特征在于，至少一个中空汇流排(2，3)形成中空壁(10)，所述中空壁在其横向端部边缘(11)处相对于周围环境密封。

3.根据权利要求1或2所述的电力电子系统(1)，其特征在于，所述第一汇流排(2)形成第一冷却管道(9a)，所述第一冷却管道连接至所述第一汇流排(2)的能够连接至冷却剂入口的入口连接部(12)。

4.根据权利要求1至3之一所述的电力电子系统(1)，其特征在于，两个汇流排(2，3)为中空设计，其中形成冷却管道(9a，9b)。

5.根据权利要求1至4之一所述的电力电子系统(1)，其特征在于，所述第二汇流排(3)具有第二冷却管道(9b)，所述第二冷却管道连接至所述第二汇流排(3)的能够连接至冷却剂回程的返回连接部(13)。

6.根据权利要求4或5所述的电力电子系统(1)，其特征在于，所述两个汇流排(2，3)的冷却管道(9a，9b)经由连接元件(14)彼此液压连接。

7.根据权利要求6所述的电力电子系统(1)，其特征在于，将所述连接元件(14)设计为管。

8.根据权利要求6或7所述的电力电子系统(1)，其特征在于，将所述连接元件(14)容纳在各个汇流排(2，3)的背离所述返回连接部(13)和/或所述入口连接部(12)的端部区域(15b)上。

9.根据权利要求1至8之一所述的电力电子系统(1)，其特征在于，两个汇流排(2，3)形成多个安装区域(17a，17b)，所述多个安装区域朝向所述至少一个电容器(4)的共同侧(16)布置。

10.一种用于机动车辆的传动系的电动机(20)，所述电动机具有根据权利要求1至9之一所述的电力电子系统(1)。

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