带有控制装置和冷却体的发动机的制作方法

本发明涉及一种发动机系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相较于现有技术带有经优化的热特征的发动机系统。

本发明通过根据权利要求1的发动机系统来实现该目的。

发动机系统首先具有定子、转子且典型地还具有发动机轴。发动机轴与转子机械抗扭地相联接。发动机轴限定发动机系统的径向方向和轴向方向。轴向方向是在其中发动机轴的旋转轴线延伸的那个方向，径向方向是径向于发动机轴的旋转轴线的方向。

定子传统地可用于产生旋转磁场。定子可具有定子极，其设有单线圈。定子与转子组合地称为主动件。

发动机系统此外具有多个、例如2个与20个之间数量的功率模块，它们相应地具有用于导出热的平的接触面。功率模块例如可以是igbt模块。功率模块可具有功率半导体，其在其运行中产生热。就此而言还应参照有关专业文献。

发动机系统此外具有控制装置，例如以微控制器、dsp或fpga形式的控制装置。控制装置构造用于操控功率模块，例如如此来操控，即，使得产生用于定子的一个或多个线圈和/或转子的一个或多个线圈的合适的操控电压和/或合适的操控电流。控制装置可与功率模块(和另外的部件)相接合地提供变频器的功能。

发动机系统另外具有壳体，其中，定子和转子布置在壳体以内。

发动机系统此外具有至少一个冷却体。冷却体具有多个平的、尤其矩形的接触面，其传导热地与功率模块的相应对应的接触面尤其直接地相连接。接触面的数量尤其与功率模块的数量相同。冷却体具有用于将热导出到冷却介质、例如空气处的区域，其中，用于导出热的区域被冷却介质环流。冷却介质优选地在轴向方向上穿流壳体。

由功率模块、冷却体以及控制装置构成的联合也可布置在壳体以内。

至少一个冷却体可与壳体分开地构造(设置，制造)，其中，冷却体可与壳体机械联接、尤其旋接。由此，冷却体形成嵌入式冷却体(inlay-kuehlkoerper)。发动机系统可另外具有端侧的封闭件(abschlusstuecke)、例如以a-轴承盖和b-轴承盖形式的封闭件。对于该情况而言，至少一个冷却体可与壳体分开地构造(设置、制造)，其中，于是冷却体可与封闭件、例如a轴承盖或b轴承盖机械地相联接、例如旋接并且可置入到其中。

定子和转子可布置在壳体的第一轴向区段中，并且至少一个冷却体可通过如下方式布置或置入在壳体内与第一轴向区段不同的第二轴向区段中，即，使冷却体例如从壳体的一侧推入到壳体中且紧接着与壳体旋接。

发动机系统另外可具有热绝缘(难以导热的)中间件，其中，中间件在轴向上布置在第一轴向区段与第二轴向区段之间。中间件例如可由塑料构成。中间件转接在两个轴向区段之间。中间件例如提供用于在轴向方向上流动的冷却介质的持续的(不分级)的过渡。中间件可另外具有相对于邻接的轴向区域被密封的功能区域，例如以用于容纳弹性体密封部的环形槽的形式。

冷却体可构造成环形的，其中，冷却体的接触面布置在环的内侧上并且冷却体的热导出区域作为表面放大地构型的区域、尤其作为轴向延伸的冷却鳍(kuehlfin)或冷却肋布置在环的外侧上。

冷却体可由多个(例如两个)环形部段形成。环形部段可例如作为半壳形成。

壳体可具有第一、中央(内部的)、轴向延伸的通道，其中，定子和转子布置在第一通道以内。第一通道可以是(圆)柱形通道。第一通道可轴向地分割成多个部分通道，它们例如可借助于热阻挡层彼此热绝缘。壳体可另外具有多个(例如四个)轴向延伸的尤其柱形的第二通道，其中，第二通道部分地或完全地径向在外地包围第一通道，并且其中，第二通道形成用于尤其轴向地引导冷却介质的封闭的通道。换而言之，第二通道外侧地包围第一通道。第二通道例如通过以下方式尤其传导热地与第一通道的外壁相连接，即，使第一通道和第二通道具有部分共同的壁区段。第二通道形成用于引导尤其以冷却空气形式的冷却介质的封闭的轴向伸延的通道。可例如从外部、例如借助于鼓风机将冷却空气吹入到这些通道中。

用于引导冷却介质的第二通道可在端侧的封闭件、例如a轴承盖和/或b轴承盖中被继续引导或例如在空气冷却的情况中将冷却介质向外引导且由此排出到周围环境中。在a侧或在b侧可设置鼓风机，其将空气作为冷却介质挤压穿过第二通道或从第二通道拉出，其中，在与鼓风机相对而置的侧上，空气又从相应的封闭件离开或被吸入穿过该封闭件。

第一通道和第二通道可以只是(仅仅)在壳体的第一轴向区段上延伸。对此可修整壳体，从而在第二轴向区段中仅保留冷却体插入到其中的壳体外壁。

壳体可通过加工、例如铣削、割锯一个或多个挤压型材来制成。冷却体可例如借助于铝注塑来制成。

冷却体的(径向)横截面在其基本形状中可以是正则多边形。基于该正则多边形在冷却体的内侧形成平的接触面，功率模块的对应的接触面可简单地传导热地接触到该接触面上。

根据本发明，具有用于输出热的(宏观上)平的接触面或贴靠面的功率模块被热优化地集成到壳体中，其通常的设计方案在其内部不具有(宏观上)平的表面。

为此例如可改变壳体的基本形状。壳体例如可设计成内部轴向连续的多边形。备选地，可如此在壳体内部修整仅一个限定的轴向区段，即，使得该轴向区段设计成多边形的。为此，例如可将多边形铣入该壳体内部中。

此外，可在壳体内壁中设置带有用于功率模块的(平的)贴靠面的槽，其中，该槽不完全穿过壳体内壁，也就是说，在壳体外壁的方向上是封闭的。备选地，可在壳体壁中与附加的、可插穿槽的冷却体组合地设置连续的槽(窗口)，其中，冷却体具有用于功率模块的平的贴靠面。该冷却体可具有用于放大被冷却介质环流的面的元件，其从基本形状伸出或伸入到壳体的用于引导冷却介质的通道中，使得其不从壳体伸出。元件可例如为冷却肋或刺结构。

借助于本发明可使功率模块(在此决定性地是带有最差联接的功率模块)良好地热联接到冷却介质处(rth尽可能小)，也就是说，小的温差就已经足以将所有损失热输出到冷却介质中了。机械的带有转子和定子的主动件与功率模块脱开热联接，也就是说用于在主动件与功率模块之间运送热的能力被限制。此外可呈现足够高的保护等级(ip54或更高)，其实现在工业领域、车辆等中的使用。

附图说明

接下来参照附图详细说明本发明。其中：

图1以透视图显示了根据本发明的发动机系统

图2显示了根据本发明的发动机系统的壳体，在其中布置有转子、定子和发动机轴，

图3显示了冷却体和与冷却体传导热地相连接的功率模块，

图4显示了定子、中间件和冷却体在壳体内的轴向布置，

图5以透视的前视图显示了空的壳体，以及

图6显示了壳体连同被置入的冷却体。

具体实施方式

图1以透视图显示了根据本发明的发动机系统1。发动机系统1具有壳体5，在其中布置有转子2和定子3(参见图2)。转子3抗扭地与发动机轴14相连接。发动机轴限定发动机系统1的径向方向和轴向方向。轴向方向是在其中发动机轴14的旋转轴线延伸的那个方向，径向方向是径向于发动机轴14的旋转轴线的方向。

发动机系统1可实施成带有集成的功率电子设备和调节电子设备的pm同步电机。

参照图3，发动机系统1具有十个功率模块4，其相应传统地具有用于导出热的平的接触面。就此而言还参照有关专业文献。

发动机系统1此外具有环形的冷却体6，其由两个、尤其一件式的半壳6a和6b构成。冷却体6具有以带有十个平的接触面7的正则多边形形式的横截面，其传导热地与功率模块4的相应对应的接触面相连接。为此，接触面直接位于接触面上，其中，必要时还可将导热胶施用在碰触的接触面之间。可借助于未示出的器件将功率模块4压到接触面7上。

冷却体6在外侧具有用于导出热的以冷却鳍8形式的区域，其中，用于导出热的冷却鳍8被以空气形式的冷却介质环流。

发动机系统1此外具有未示出的控制装置，其构造用于操控功率模块4并且控制发动机系统1的运行。

冷却体6与壳体分开地构造，其中，将冷却体6置入壳体5中并且与其机械地相连接、例如旋接(还参见图6)。

图4显示了定子2、轴向转接的中间件11和冷却体6在壳体5中的轴向布置，其中壳体5出于清晰性原因而淡出。

定子2和转子3布置在壳体5的第一轴向区段9中，而冷却体6布置在在壳体5中的与第一轴向区段9不同的第二轴向区段10中。热绝缘的中间件11布置在第一轴向区段9与第二轴向区段11之间并且尤其用于轴向地引导冷却空气。

参照图5，壳体5具有第一轴向伸延的中央圆柱形通道12，其中，在第一通道12的外表面处布置有轴向伸延的冷却鳍。定子2和转子3布置在该第一通道12以内，其中，通道12可利用端侧的封闭元件来封闭，从而与冷却体形成用于容纳由转子和定子构成的主动件的(封闭的)腔，由此可实现高的保护等级(ip)。

壳体5此外具有四个轴向伸延的第二通道13，其中，第二通道13径向、更确切地说在外部包围第一通道12，并且其中，第二通道13形成用于轴向引导冷却介质的封闭的通道。封闭的通道13通过壳体5的外壁5a与周围环境分离。第一通道12和第二通道13仅在壳体5的第一轴向区段9上延伸，使得在第二轴向区段10中仅壳体5的外壁5a作为外套存在或在去除材料的加工、例如铣削之后“保留”。

冷却体6连同与冷却体相连接的功率模块4作为嵌入物一同置入到壳体5的第二轴向区段10中并且紧接着与壳体5旋接。冷却体6可在主动件与b轴承盖之间置入到壳体5中。冷却体6可在a轴承盖的方向上具有密封面而在b轴承盖的方向上具有用于容纳b轴承盖的凹入部，使得冷却体6还与其密封。备选地，冷却体6可在a轴承盖与主动件之间置入到壳体5中(旋转实施方案)。

通过加肋形成的用于每个功率模块的冷却面大致等大地设计尺寸。由此，在均匀的流入的情况中，对于所有安装的功率模块而言在功率模块4与冷却介质之间得到相同的热阻。在运行中，每个功率模块达到相同的中间温度。为了将冷却介质强制引导至表面放大的结构，可将挤出体(verdraengungskoerper)在合适的部位处带入到通道13中。

功率模块例如与控制单元的电气触点接通通过接合到对应的未示出的套筒中的插塞连接器16来实现。

嵌入式冷却体6的冷却肋8直接被冷却介质轴向溢流。壳体5例如由铝合金构成。冷却体6由可良好热传导的材料、例如铜构成。

就此而言尽可能地避免冷却体6的与壳体5的接触面。冷却体6在壳体5中的机械固定在在轴向上足够远离机械的主动件(定子和转子)的部位处实现。接触面可实施成密封面。在冷却体6与壳体5之间可存在间隙。该间隙可利用密封物或密封部来封闭。密封物/密封部是难以导热的。由此实现冷却体与主动件的进一步的脱开热联接。同时，平衡在以密封物填充的间隙中的机械应力(由于冷却体和壳体的不同加热)。

冷却介质的流动引导和冷却肋8如此来设计，即，相应的功率模块4与冷却介质之间的热阻几乎相等。在当冷却介质在机械的主动件处引导经过之前，冷却介质优选地首先溢流冷却体6的冷却肋8，也就是说，流动穿过通道13，并且使主动件降温。

冷却体6可利用内腔来密封，在内腔中布置有主动件和功率电子设备。冷却体6自身对于冷却介质、例如空气而言不可通过。

在不带有封闭的冷却通道13的壳体的情况中，可将“窗口”切割到壳体中。通过该窗口例如使冷却体被插穿。由此其将热直接输出到环境空气中。在此针对壳体利用密封部从内部密封冷却体。

壳体可两件式地来实施。两个壳体件可具有相同的外部尺寸。在一壳体件中布置有机械的主动件，而在另一壳体件中可布置功率模块和控制单元。两个壳体件例如安装在轴承盖之间。为了脱开热联接可在其间设置中间件，其由难以导热的塑料构成。

对于如下情况而言，即中央通道12在壳体5的整个轴向长度上延伸，冷却体可经由在通道12的外壁中切出的“窗口”从通道12的内腔插入到冷却通道13中。

可非常远地向前拉动b轴承盖。于是冷却体不被插塞穿过壳体，而是穿过b轴承盖的侧壁。冷却体于是在轴向上看位于壳体和b轴承盖的凹入部之后。

还存在的可能性是，冷却体不从内向外，而是反向地从外向内插塞穿过壳体。在该实施形式中，冷却体与壳体之间的密封面不是位于壳体的内侧上而是位于外侧上(“反向插塞实施方案”)。

在带有仅一个功率模块的高度集成的驱动部的情况中，整个冷却体可构造成一件式的。冷却体有利地可装配完成地(带有门控制部(gateansteuerung)和中间电路电容的功率模块)从外插塞到机械壳体中。在此，与主动件的触点接通“盲地”通过插塞接触来实现。

冷却介质可以是水、空气、油或其它合适的材料。