CN115699539A - 集成电绝缘散热片的电动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动化装置(1)，其包括：电动机(30)、包括电力电子元件的电子系统(20)以及用于冷却电子系统(20)的散热片(40)。散热片(40)包括第一壳体(42)和第二壳体(44)，第一壳体被配置成允许冷却剂流体和电子系统(20)之间的热交换，第二壳体被配置成防止冷却剂流体和电动机(30)之间的热交换。第一壳体(42)和第二壳体(44)一起限定空腔(48)，该空腔被配置成允许冷却剂流体通过。第一壳体(42)和第二壳体(44)各自由被配置成确保电绝缘的材料制成，特别是在电子系统(20)、冷却剂流体和电动机(30)之间的电绝缘。

Description

集成电绝缘散热片的电动化装置

技术领域

本发明涉及一种包括电动机的电动化装置。

背景技术

一般来说，当前的电动机包括固定到轴上的转子和围绕转子的定子。定子安装在外壳中，该外壳包括用于轴的旋转安装的轴承。转子包括由成捆的叠片或极轮(爪极)形成的主体，这些叠片或极轮借助合适的紧固系统以堆叠的形式被保持。转子的主体包括容纳永磁体的内部空腔。定子包括由形成冠部的成捆的叠片构成的主体，该主体的内面设置有齿，这些齿两两界定朝向定子主体的内部开口并且旨在接收相绕组的多个狭槽。

在转子过热的情况下，电动机可能会损坏甚至毁坏，通常有必要为电动机配备冷却系统，以降低电机的总体温度，尤其是当电动机过热时。

此外，电动机的供电及其驱动需要电子系统的集成。通常，这些电子系统包括可以改变电流强度的调节器以及可以将直流电转变成交流电的电力转换器(比如逆变器)。然而，依据所用的电动机的类型并且依据电子系统中所用的电子部件，所用的机载电压可能不同。因此，在电动机的组装及其运行期间，如果各种系统的质量体没有被分隔开，则可能会发生故障。此外，为了获得电动化装置的持久且最佳的运行，保证电子系统的冷却也是重要的。

已知在电动机的冷却回路中使用乙二醇水和/或使用铝散热片。这种解决方案是令人满意的，因为它允许电机被冷却。但是，乙二醇水具有导电性，因此无法集成电子系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种对上述问题的全部或部分做出响应的解决方案：

这个目标可以通过实施一种电动化装置来实现，该电动化装置包括：

-电动机，其包括：旨在被设定为运动的转子、定子和被配置成冷却电动机的冷却室；

-包括电力电子元件的电子系统，所述电力电子元件被配置成驱动电动机；

-置于电动机和电子系统之间的散热片，所述散热片用于冷却电子系统并且包括：

o第一壳体，其用于与电子系统协作并且被配置成允许冷却流体和电子系统之间的热交换；

o第二壳体，其一方面用于与电动机协作，且另一方面用于与第一壳体协作，所述第二壳体被配置成防止冷却流体和电动机之间的热交换。

第一壳体和第二壳体在它们之间限定空腔，所述空腔被配置成允许冷却流体通过。

第一壳体和第二壳体各自由被配置成保证电绝缘(特别是在电子系统、冷却流体和电动机之间)的材料构成。

先前描述的措施使得可以保证车辆(电动力的、混合动力的或源自燃料电池)的电力电子元件(可以包括逆变器)和电动机之间的电绝缘。以这种方式，不同电子系统的质量体彼此隔离，并且避免了不同电压的每个网络之间的过电压。此外，冷却流体在空腔中通过使得可以冷却电子系统。

电动化装置还可以具有以下特征中的一个或更多个，这些特征被单独采用或组合采用。

根据一个实施例，第一壳体由被配置成电绝缘且热传导的复合材料形成，所述复合材料包括热传导填料，该热传导填料选自包括氧化铝、铝硅酸盐、氢氧化铝或氢氧化镁、氮化硼的组。

根据一个实施例，第二壳体由电绝缘且热绝缘的塑料材料形成，所述材料例如属于包括聚烯烃、苯乙烯材料、聚酰胺、聚苯硫醚、聚砜类和用非导电矿物填料(比如玻璃纤维)增强的复合材料的组。

根据一个实施例，散热片包括：与空腔流体地连接的至少一个流体入口，所述至少一个流体入口被配置成允许冷却流体进入到空腔中；以及至少一个流体出口，该至少一个流体出口一方面与空腔流体地连接，另一方面与冷却室流体地连接，并且该至少一个流体出口用于允许冷却流体从空腔流到冷却室。

根据一个实施例，流体出口与车辆的通用乙二醇回路流体地连接，特别是在电子系统与电动机隔离的情况下。

先前描述的措施使得可以在电动机和电子系统之间具有共用的冷却回路。

根据一个实施例，流体入口包括被配置成与在第二壳体中制成的入口孔口协作的管，所述入口孔口被配置成确保管和空腔之间的流体连接。

根据一个实施例，散热片包括固定到第一壳体和/或第二壳体的至少一个壁，所述至少一个壁突出到空腔中并且被配置成引导冷却流体进入到空腔中。

根据一个实施例，该至少一个壁被配置成在空腔中限定用于冷却流体通过的回路。

根据一个实施例，该至少一个壁包括具有弯曲形状的至少一个壁部段。

根据一个实施例，散热片包括多个壁，该多个壁在冷却流体和构成多个壁的材料之间提供热交换表面。

以这种方式，通过增加热交换表面，供冷却流体通过的回路可以更有效地冷却第一壳体。

根据一个实施例，电动机被配置成在基本上等于48V的电压下运行。

根据一个实施例，电子系统被配置成在基本上等于12V的电压下运行。

根据另一个实施例，电子系统被配置成在基本上等于24V的电压下运行。

根据另一个实施例，电子系统被配置成在12V和52V之间的电压下运行。

电力电子元件可以特别地包括一个或更多个元件，该一个或更多个元件包含在包括逆变器、整流器、升压装置或降压装置的组中。此外，电子系统可以包括晶体管(Mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT)，该晶体管被配置成通过允许定子绕组中的电流通过或替代地抑制定子绕组中的电流来驱动电动机。

根据一个实施例，第一壳体包括第一紧固器件，该第一紧固器件旨在可以将电子系统固定到第一壳体。

根据一个实施例，第一壳体包括非开口螺纹孔，使得将电子系统拧紧到第一壳体上。

根据一个实施例，第一壳体和第二壳体包括第二紧固器件，该第二紧固器件被配置成将所述第一壳体固定到所述第二壳体。

根据一个实施例，第一壳体可以通过胶合、通过螺纹连接、通过焊接或通过夹持而紧固到第二壳体。

根据一个实施例，第一壳体具有适于与电子系统协作的形状。

根据一个实施例，第一壳体包括例如具有盘形形状的板，该板被配置成允许将电子系统紧固到板上。

根据一个实施例，可以将电子系统的全部或部分拧紧、胶合、焊接或印刷在第一壳体上。

根据一个实施例，第二壳体具有适于电动机的形状。

一般来说，电动机是柱形形状的。在这种情况下，第二壳体可以具有柱形形状，以与电动机相互配合和协作。

附图说明

本发明的其它方面、目的、优点和特征将在阅读以下对其优选实施例的详细描述时更好地显现出来，所述优选实施例通过非限制性示例给出并且参考了附图，图中：

图1是根据特定实施例的电推进系统的横截面示意图。

图2是图1的散热片的透视图。

图3是图1的散热片的横截面视图。

图4是图1的散热片的透视图。

图5是图1的散热片的透视图。

图6是包括在图1的散热片中的第二壳体的透视图。

具体实施方式

在附图和说明书的其余部分中，相同的附图标记表示同样的或类似的元件。此外，为了有利于附图的清楚，各种元件没有按比例示出。此外，不同的实施例和变型并不相互排斥，并且可以彼此组合。

如图1所示，本发明涉及一种包括电子系统20、电动机30和散热片40的电动化装置1。

电动机30包括：旨在被设定为运动的转子10、定子36和冷却室38，该冷却室设置在转子10的外围并且被配置成冷却电动机30。该电动机30特别地包括分为两部分的外壳，该外壳容纳旋转地固定到转子轴12上的转子10和与转子轴12同轴地围绕转子10的环形定子36。该外壳特别地由例如借助螺钉彼此连接的前支承件32和后支承件34构成。支承件32、34是中空的形状并且各自大致居中地承载用于转子轴12的旋转安装的轴承(例如球轴承33)。

如图1所示，绕组头部37在定子主体36的两侧在轴向上突出并且被容纳在将定子36与相应支承件32、34间隔开的中间空间中。

一般来说，电动机30被配置成在基本上等于48V的电压下运行。

电子系统20可以包括电力电子元件，所述电力电子元件被配置成驱动电动机30。

电力电子元件可以特别地包括一个或更多个元件，该一个或更多个元件包含在由逆变器、整流器、降压装置或升压装置构成的组中。此外，电子系统20可以包括晶体管(Mosfet、IGBT)，该晶体管被配置成通过允许定子绕组中的电流通过或替代地抑制定子绕组中的电流来驱动电动机30。

依据安装有电动化装置1的车辆，电子系统20可以被配置成在基本上等于12V的电压下运行或者在基本上等于24V的电压下运行或者在12V和52V之间的电压下运行。

散热片40被置于电动机30和电子系统20之间。

散热片40可以用于冷却电子系统20和/或电动机30。

根据图1所示的实施例，散热片40包括：至少一个流体入口45，该至少一个流体入口被配置成允许冷却流体进入到包括在散热片40中的空腔48中；和至少一个流体出口47，该至少一个流体出口一方面与空腔48流体地连接，另一方面与冷却室38流体地连接。以这种方式，冷却流体可以从空腔48循环到冷却室38。

所描述的措施使得可以在电动机30和电子系统20之间具有共用的冷却回路。

参考图2至图5，散热片40包括第一壳体42和第二壳体44，第一壳体用于与电子系统20协作，第二壳体用于一方面与电动机30协作，另一方面与第一壳体42协作。第一壳体42和第二壳体44在它们之间限定空腔48，该空腔被配置成允许冷却流体通过。

有利地，第一壳体42和第二壳体44各自由保证电绝缘(特别是在电子系统20、冷却流体和电动机30之间)的材料制成。

此外，第一壳体42可以被配置成允许冷却流体和电子系统20之间的热交换，并且第二壳体44可以被配置成防止冷却流体和电动机30之间的热交换。

换句话说，第一壳体42可以由被配置成电绝缘且热传导的复合材料制成，所述复合材料包括热传导填料，该热传导填料属于由氧化铝、铝硅酸盐、氢氧化铝或氢氧化镁、氮化硼组成的组，并且第二壳体44可以由电绝缘且热绝缘的塑料或复合材料制成，所述复合材料属于包括聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯等)、苯乙烯材料(聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯等)、聚酰胺(PA6、PA66、聚邻苯二甲酰胺等)、聚苯硫醚、聚砜类(聚醚砜、聚砜等)和用非导电矿物填料(比如玻璃纤维)增强的复合材料的组。

第一壳体42可以包括用于将电子系统20固定到第一壳体42的第一紧固器件。例如，第一壳体42可以通过粘合剂紧固到电子系统20。第一壳体42还包括例如具有盘形形状的板，该板被配置成允许将电子系统20紧固到板上。

第一壳体42和第二壳体44可以设置有第二紧固器件，该第二紧固器件被配置成将所述第一壳体42固定到所述第二壳体44。例如，第一壳体42可以通过胶合、通过螺纹连接、通过焊接或通过夹持而紧固到第二壳体44。

一般来说，电动机是柱形形状的。因此，第二壳体44具有适于电动机30的形状。例如，第二壳体44可以具有柱形形状，以与电动机30相互配合和协作。

根据图2至图6所示的非限制性变型，第二壳体44包括流体入口45和流体出口47。流体入口45可以具有被配置成与在第二壳体44中制成的入口孔口协作的管。入口孔口被配置成确保管和空腔48之间的流体连接。以这种方式，流体入口45与空腔48流体地连接。

有利地，散热片40可以包括固定到第一壳体42和/或第二壳体44的至少一个壁46。根据图6所示的实施例，散热片包括多个壁46，这些壁包括在第二壳体44上并且突出到空腔48中。多个壁46中的每个壁46都包括具有弯曲形状的至少一个壁部段46，以便引导冷却流体进入到空腔48中。

先前描述的措施允许壁46在空腔48中限定用于冷却流体通过的回路并且在冷却流体和构成多个壁46的材料之间提供更大的热交换表面。

以这种方式，通过增加热交换表面，供冷却流体通过的回路可以更有效地冷却第一壳体42。

Claims (10)

1.一种电动化装置(1)，包括：

-电动机(30)，其包括：旨在被设定为运动的转子(10)、定子(36)和被配置成冷却所述电动机(30)的冷却室(38)；

-电子系统(20)，其包括电力电子元件，所述电力电子元件被配置成驱动所述电动机(30)；

-散热片(40)，其被置于所述电动机(30)和所述电子系统(20)之间，所述散热片(40)用于冷却所述电子系统(20)并且包括：

第一壳体(42)，其用于与所述电子系统(20)协作并且被配置成允许冷却流体和所述电子系统(20)之间的热交换；

第二壳体(44)，其一方面用于与所述电动机(30)协作，另一方面用于与所述第一壳体(42)协作，所述第二壳体(44)被配置成防止所述冷却流体和所述电动机(30)之间的热交换；

所述第一壳体(42)和所述第二壳体(44)在它们之间限定空腔(48)，所述空腔(48)被配置成允许冷却流体通过；并且

所述第一壳体(42)和所述第二壳体(44)各自由被配置成保证电绝缘的材料构成，特别是在所述电子系统(20)、所述冷却流体和所述电动机(30)之间保证电绝缘。

2.根据权利要求1所述的电动化装置(1)，其中，所述第一壳体(42)包括第一紧固器件，所述第一紧固器件旨在能够将所述电子系统(20)固定到所述第一壳体(42)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述第一壳体(42)和所述第二壳体(44)包括第二紧固器件，所述第二紧固器件被配置成将所述第一壳体(42)固定到所述第二壳体(44)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述第一壳体(42)由被配置成热传导的复合材料形成，所述复合材料包括选自包括氧化铝、铝硅酸盐、氢氧化铝或氢氧化镁、氮化硼的组的热传导填料。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述第二壳体(44)由热绝缘的塑料材料形成，所述热绝缘的塑料材料例如属于包括聚烯烃、苯乙烯材料、聚酰胺、聚苯硫醚、聚砜类和用比如玻璃纤维等非导电矿物填料增强的复合材料的组。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述散热片(40)包括：与所述空腔(48)流体地连接的至少一个流体入口(45)，所述至少一个流体入口(45)被配置成允许冷却流体进入到所述空腔(48)中；以及至少一个流体出口(47)，所述至少一个流体出口一方面与所述空腔(48)流体地连接，另一方面与所述冷却室(38)流体地连接，并且所述至少一个流体出口用于允许冷却流体从所述空腔(48)流到所述冷却室(38)。

7.根据权利要求6所述的电动化装置(1)，其中，所述散热片(40)包括固定到所述第一壳体(42)和/或所述第二壳体(44)的至少一个壁(46)，所述至少一个壁(46)突出到所述空腔(48)中并且被配置成引导冷却流体进入到所述空腔(48)中。

8.根据权利要求7所述的电动化装置(1)，其中，所述至少一个壁(46)被配置成在所述空腔(48)中限定用于所述冷却流体通过的回路。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述至少一个壁(46)包括具有弯曲形状的至少一个壁部段(46)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电动化装置(1)，其中，所述散热片(40)包括多个壁(46)，所述多个壁在冷却流体和构成所述多个壁(46)的材料之间提供热交换表面。

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