带液体冷却的电动机驱动单元的制作方法

本发明涉及一种用于轮内电动机的电动机驱动单元，电动机驱动单元包括电气组件，电气组件包括一个或多个电容器和固态开关装置，诸如igbt，用于将通常处于相对较高电压的电流转换为适于由轮内电动机的电磁体使用的形式，其中电气组件通过液体冷却剂进行冷却。

背景技术：

在wo2013/025096中，已知一种具有轮内电动机的电动车辆，其中电动机的转子联接至承载一个或多个轮胎的车轮的轮辋。其中转子联接至承载一个或多个轮胎的车轮的轮辋。定子通过车轮悬架系统安装在车辆的车架上。已知的轮内电动机是直接驱动轮的部分，其中电动机的电磁铁在没有任何中间齿轮的情况下直接驱动轮辋和轮胎。以这种方式，节省了重量和空间，并且使驱动组件中的部件的数量最小化。

由轮内电动机产生的转矩取决于转子与定子之间的磁通承载表面，并且是转子半径的二次函数。转子磁体尽可能地向外放置在定子周围，以获得尽可能最大的转子半径，以及电动机设计进行优化，以使转子与定子之间的间隙最小化，从而用于向轮胎传递最大的功率和扭矩。另一方面，转子与定子之间的间隙宽度设计成大到足以在驱动条件下吸收车轮上的机械冲击。

定子的绕组由控制电子装置供电，该控制电子装置位于定子内，并且该控制电子装置将来自车辆的例如电池组和/或发电机的电源系统的电能转换为适于由电动机使用的ac电流。这种控制电子装置通常包括功率控制电子装置，例如igbt电流模块和诸如ep1252034中所述的电流调节器。通过使用控制电子装置来控制提供给定子的绕组的电流和/或电压，控制由定子产生的磁通的磁场矢量，并且电动机以期望的转矩和/或转速运行。通过将控制电子装置集成在定子内，从控制电子装置延伸至电磁铁的汇流条的长度可保持较短，这对于使通常操作这种电动机所需的高电流和电压的损耗最小化是非常理想的，该高电流和电压例如可以在700v或更高的电压下达到300a。

为了冷却电动机和/或控制电子装置，已知的驱动组件设置有冷却系统，该冷却系统具有一个或多个冷却通道，该冷却通道靠近控制电子装置和/或定子的外表面定位，液体冷却剂可通过该冷却系统流入和流出驱动组件。

轮内驱动组件可实施为基本上自包含的模块，而没有车辆的任何移动部件附接至转子和/或延伸至转子中。由转子限定的内部空间优选地基本上封闭，以防止诸如由车辆的制动系统和/或道路释放的灰尘或磨损颗粒的异物颗粒进入所述内部。

轮内驱动组件可通过将驱动组件的车辆侧连接至车架而在各种位置安装在车辆上。

在公知的轮内驱动组件中，形成电动机驱动的部分并可布置在pcb上的电容器和igbt通过具有在圆周壳体中延伸的通道的冷却系统来冷却，圆周壳体基本上围绕这些电子组件。已知的冷却系统的优点在于，还可用于冷却设置在圆周壳体外表面上的轮内电动机的电磁铁。然而，其大部分冷却能力通常用于冷却电磁体，从而仅留下相对较小部分的冷却能力用于冷却电子组件。因而，可导致电子组件的工作寿命缩短。例如，对于一些电容器，操作温度每升高10℃，电容器寿命减半。

ep1713169描述了一种半导体装置，例如用于电动机的逆变器，该半导体装置包括设有壁的壳体，制冷剂可穿过该壁运行。电容器和动力装置直接安装到制冷剂通过其流动的壁上。可设置固定夹具以将电容器固定至这样的壁上。由于电容器和动力装置都直接安装至制冷剂通过其流动的壁上，因而在组装或拆卸壳体时必须特别小心，以避免制冷剂溢出。

本发明的一个目的是提供一种用于车辆的轮内电动机的电动机驱动单元，其具有用于电子组件的结构更简单的冷却系统。本发明的另一目的是提供一种包括这种电动机驱动单元的轮内电动机。

技术实现要素：

为此，根据第一方面，本发明提供了一种用于轮内电动机的电动机驱动单元，其包括壳体和布置在壳体固态开关装置内的固态开关装置和一个或多个电容器，壳体包括：下隔室，包括底板、从底板延伸的侧壁以及在侧壁和底板的横向端部处的端侧，其中，底板设置有用于接收液体冷却剂的冷却通道；其中，壳体还包括覆盖下隔室的分离板，其中，分离板与侧壁和该一个或多个电容器热接触，并且其中，固态开关装置布置在下隔室中底板与分离板之间，并且与底板热接触，其中，该一个或多个电容器布置在分离板的背离下隔室的侧部处，并且安装在dc汇流条上并且基本上由dc汇流条支承。因而，本发明提供了一种专用冷却系统，其中分离板用作该一个或多个电容器的散热器，同时固态开关装置通过与底板的更直接的热接触而进行冷却。即使电容器至少通过侧壁的高度而与底板中的通道间隔开，仍然实现电容器的有效冷却，同时首先确保由液体冷却剂提供的冷却能力在最需要的地方可用，即在固态开关装置附近。由于dc汇流条机械地固定至分离板，因而汇流条和分离板可整体地放入壳体中或从壳体中取出。另外，dc汇流条有助于将热量从该一个或多个电容器经由分离板和侧壁传递至底板。

分离板优选地基本上完全支承在侧壁和/或端侧上，并且依次地，该一个或多个电容器优选地基本上完全支承在分离板上。因而，这些部件可固定至分离板上，并且在维护期间，通过将分离板从下隔室中取出而将这些部件从下隔室中移开。

以这种方式，可通过与相应的dc汇流条接触而冷却该一个或多个电容器，该dc汇流条又由分离板冷却。dc汇流条中的每个均优选地包括基本上平行于分离板延伸的部分，使得当投影到分离板上观察时，面对分离板的电容器中的每个的基本上整个表面由汇流条中的一个重叠。优选地，所述表面的至少90％与汇流条中的一个重叠，更优选地至少95％与汇流条中的一个重叠。为了改善该一个或多个电容器与dc汇流条和/或分离板之间的热接触，可将热膏或油脂等施加至电容器的朝向分离板定向的表面。

由于该一个或多个电容器安装在dc汇流条上，优选地基本上完全由其支承，因而可不需要用于为这些组件和/或dc汇流条提供进一步支承的间隔件等。

在一个实施方式中，电动机驱动单元还包括与固态开关装置电连接的ac汇流条，其中，ac汇流条中的每个均机械地固定至分离板并与其导热连接。以这种方式，ac汇流条同样受益于由分离板提供的冷却。

在一个实施方式中，ac汇流条穿过分离板延伸至固态开关装置，其中，围绕ac汇流条的延伸穿过分离板的部分设置有密封件，用于使ac汇流条与分离板电绝缘。

在一个实施方式中，分离板通过施加在分离板与侧壁之间的热膏或油脂等与侧壁直接接触或与侧壁接触。优选地，分离板与侧壁的这种接触，即直接接触或通过热膏或油脂等的接触，沿着侧壁的面对表面的整个长度。更优选地，分离板还接触两个端板。

在一个实施方式中，多个电容器包括于电容器组件中。

在一个实施方式中，固态开关装置包括绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管和/或双极结型晶体管。

在一个实施方式中，电动机驱动单元还包括第一端板，该第一端板布置在底板的横向端，并形成下隔室的横向壁，所述第一端板包括用于将流体从电动机驱动单元的外部供给至通道的冷却液供给连接器、以及用于将冷却液从电动机驱动单元返回的冷却液返回连接器。因而，延伸穿过第一端板和/或在穿过第一端板的通孔中开设的连接器容易从电动机驱动单元的同一横向侧接近。

在一个实施方式中，电动机驱动装置还包括第二端板，该第二端板布置在与布置第一端板的位置相对的底板的横向端部处，并形成下隔室的横向壁，其中，第一端板和/或第二端板设有适于使冷却通道彼此流体连接的连接管道。因而，底板本身可保持不与通道之间的连接，从而允许通道以特别简单的方式设置在底板中。

在一个实施方式中，壳体还包括沿着侧壁的外部的槽或脊状部，用于沿着轮内电动机的支承件滑动插入到安装位置中，该安装位置用于使冷却液供给连接器和冷却液返回连接器与轮内电动机的互补冷却液连接器接合。因而，电动机驱动单元可容易地滑入轮内电动机的内部，使得在轮内电动机的冷却液连接器与电动机驱动单元的冷却液供给连接器和返回连接器之间形成流体密封连接。

在一个实施方式中，底板形成为挤压件，其中冷却通道沿挤压方向延伸。底板优选由诸如铝的金属或金属合金挤压而成。已发现的是，这种挤压的底板比由单独部件构成的底板更好地传导热量。因此，高度优选的是，侧壁在底板的挤压过程中与底板整体形成。

在一个实施方式中，冷却通道基本上彼此平行地从底板的横向端中的一个延伸至底板的横向端的相对端。

在一个实施方式中，底板包括在底板的横向端之间延伸的通孔，其中，插入件设置在所述开口中，每个插入件均沿着底板的纵向方向限定两个或更多个冷却通道。因而，底板可制造成具有直径大于通道的通孔，从而便于制造过程，特别是当通过挤压制造底板时。

在一个实施方式中，该一个或多个电容器通过导体连接至固态开关装置，导体延伸穿过分离板进入下隔室。优选地，这些导体在其延伸至下隔室中的端部处设置有插头，插头容纳在下隔室中的相应插座中，从而在该一个或多个电容器的输出和固态开关装置的输入之间提供容易附接/拆卸的电连接。

在一个实施方式中，壳体还包括具有顶板和侧壁的上隔室，其中一个或多个电容器布置在顶板与分离板之间的上隔室中，其中上隔室、分离板和下隔室一起包围该一个或多个电容器和固态开关装置。由于壳体基本上完全包围电气组件，优选地以基本上水密的方式，因而防止灰尘和湿气从壳体的外部流至电气组件。

在一个实施方式中，ac汇流条和dc汇流条包括壳体外部上的端子，该端子分别用于dc输入电流和一个或多个ac输出电流。优选地，ac汇流条端子和dc汇流条端子设置在壳体远离冷却剂液体入口连接器和出口连接器的侧部，使得即使在冷却剂液体溢出的情况下，例如将电动机驱动单元安装在轮内电动机中期间，也降低了形成短路的风险。

根据第二方面，本发明提供了一种轮内电动机，其包括根据前述权利要求所述的电动机驱动单元，还包括定子和转子，其中，电动机驱动单元完全布置在定子的内部。优选地，多个电磁铁附接在定子的外表面上，以及在轮内电动机中提供单独的冷却系统，用于冷却电磁铁。

根据第三方面，本发明提供了一种用于根据权利要求1的至少前序部分的轮内电动机的电动机驱动单元，其包括本发明的第一方面的一个或多个实施方式的特征，例如如从属于权利要求1的权利要求的特征。根据该方面的电动机驱动单元不必包括权利要求1的特征部分的特征。

附图说明

下面将参照附图来更详细地讨论本发明，在附图中：

图1a和图1b分别示出了根据本发明的包括电动机驱动单元的驱动组件的剖视图和剖视立体图；

图2示意性地示出了根据本发明的电动机驱动单元的剖视图；

图3a、图3b和图3c分别示出了电动机驱动单元的下隔室的分解立体图、下隔室的端板的剖视图以及下隔室的底板的俯视图；

图4a和图4b示出了图2的分离板的不同的等角视图。

具体实施方式

图1a示出了用于本发明的驱动组件1的剖视图。该驱动组件包括具有中空定子体31的定子30，该定子体31具有外表面32，转子60围绕该外表面布置。驱动组件还包括连接器短柱33，其布置在组件1的车辆侧2处，用于将驱动组件附接至车辆。连接器短柱33包括轴34和固定地连接至定子体31的凸缘35。凸缘35位于转子60内，并且具有比轴34的位于转子60的周边表面63外部的部分36更大的直径。为了支承转子60围绕旋转轴线r的旋转运动，设置有车辆侧轴承52，通过该车辆侧轴承52将转子支承在车辆侧上的短柱33上。在道路侧3上，转子通过道路侧轴承53可旋转地支承在定子体31上。

多个永磁体61附接在转子60的内圆周表面62上，并且可围绕定子30的电磁体41旋转。电磁铁41固定在定子体31上，并通过永磁体61与由电磁铁41产生的磁通量之间的相互作用来驱动转子旋转。定子30和转子60形成适于直接驱动车轮绕旋转轴线r旋转的电动机。为了控制电磁铁41和为电磁铁41供电，电动机驱动单元100设置在中空定子体31内，电动机驱动单元100包括功率控制电子装置42，该功率控制电子装置42包括诸如igbt或其它类型的固态开关装置的部件和电容器，用于将来自车辆的例如电池组和/或发电机的电源系统的电能转换为适合由电动机使用的ac形式。分解器81向功率控制电子设备提供指示转子的角位置的角位置信号，使得与转子的磁场同相地提供交流电流。

为了防止功率控制电子装置在电动机工作时过热，在定子体31内部靠近功率控制电子装置42在电动机驱动单元100中设置冷却管道，并且冷却管道与定子体31间隔开。冷却剂经由冷却剂供应通道45供应至冷却管道，冷却剂供应通道45从转子的外部穿过连接器短管33到达转子的内部。液体冷却剂的流动路径f由箭头f示意性地示出。在冷却功率控制电子装置42之后，冷却剂经由连接器短管33中的通道46流至设置在定子体31的外表面32上的冷却套37。冷却套37设置有通道38，该通道形成回路，该回路沿着中空圆柱形体部31延伸，并提供通道，液体冷却剂通过该通道流动以冷却布置在冷却套37的外侧40处的电磁体41。因而，相对较冷的冷却剂可通过冷却剂供应通道45供应，其中冷却剂在其通过冷却管道且从功率控制电子装置42吸收热能期间加热，随后通过通道38以在从驱动组件1移除之前从电磁铁41吸收热能，并通过延伸穿过连接器短柱33的冷却剂排放通道(未示出)引导回车辆。加热后的冷却剂优选地在车辆上的热交换器中冷却，然后，通过冷却剂供应通道45再循环。

用于向功率控制电子装置42供电的电源线43a、43b从转子60的外部通过连接器短柱33中的通道44延伸至功率控制电子装置。

转子60包括大致圆柱形的转子体71，该转子体71在其车辆侧2和道路侧3处分别具有横向端72、73。两个横向端72、73均基本上封闭，以防止诸如来自道路或由车辆的制动系统释放的灰尘和磨损颗粒之类的外来颗粒进入中空转子60的内部。转子的车辆侧基本上由侧板74和盖板75封闭，侧板74横向于旋转轴线r延伸。侧板74和盖板75每个均设有开口，连接器短柱33的部分34延伸穿过该开口。侧板74支承车辆侧轴承52，同时盖板75附接至侧板74以在其横向车辆侧2处覆盖轴承51，并且盖板75包括开口77，部分34延伸穿过开口77。盖板75与设置在开口77的内圆周边缘79与连接器短柱33的轴34的外圆周之间的轴密封件78一起防止异物颗粒损坏车辆侧轴承52。另外，盖板75和轴密封件78基本上防止这种颗粒从车辆侧2进入转子的内部5，在转子的内部颗粒会干扰电磁铁41。

设置在定子体31内侧的道路侧轴承53在道路侧3上由第二盖板80覆盖。解角器81将定子30可旋转地连接至第二侧板80，并适于检测转子60相对于定子30的角位置。

图1b示出了图1a的驱动组件的局部剖开的立体图，然而，其中，第二盖板80和道路侧轴承53未示出，以允许更好地观察中空定子体31和解角器81；

图2示出了根据本发明的电动机驱动单元100的剖视图，该电动机驱动单元适于将处于相对高电压的dc电流转换为适于为轮内电动机的电磁体供电的形式。为此目的，驱动单元设有电容器组件103，电容器组件103具有电容器103a-103c，电容器组件具有连接至诸如电动车辆的电池组的dc电流源的输入侧以及电连接至固态开关装置104a-104d的输出侧，固态开关装置104a-104d在这里是igbt的形式。电气部件103a-103c、104a-104c由壳体101封闭，其中固态开关装置布置在壳体101的下隔室120中。为了冷却固态开关装置，下隔室设置有底板121，贯穿开口124在底板的纵向方向上延伸穿过底板。设置在开口中并包括沿纵向方向的分隔壁的插入件125限定了平行通道122，用于使液体冷却剂流过以冷却底板。下隔室还包括侧壁123，侧壁123从底板121垂直地延伸，并且例如在挤压过程中，由相同的材料，优选为诸如铝的金属形成为与底板121一体的单个单元。以这种方式，在底板与侧壁之间获得了良好的导热性，使得通过开口124的液体冷却剂流冷却底板121和侧壁123二者。壳体101还包括分离板130，分离板130由侧壁123支承并覆盖下隔室120，使得固态开关装置104a-104d布置在底板121与分离板130之间。电容器103a-103c由分离板130支承在分离板的背离下隔室120的侧部131上。因而，分离板在固态开关装置103a-103c与电容器104a-104d之间提供物理分离。另外，分离板130形成朝向冷却侧壁123的热传导表面，其中可吸收由电容器产生的热能。

为了保护电容器103a-103c免受外部影响，诸如灰尘和湿气，壳体101还包括上隔室140，该上隔室140具有基本上平行于底板121的顶板141，其中侧壁143从顶板朝向分离板130延伸。上隔室优选地也由具有高传热系数的材料制成，例如铝，并且经由分离板与侧壁143热接触。以这种方式，可实现电容器在其背向分离板130的侧部的一些冷却。

图3a示出了图2的下隔室120的分解图。底板121设置有平行于底板的纵向方向l延伸的通孔124。如图1所示，当电动机驱动单元100安装在轮内电动机中时，底板定向为其纵向方向平行于转子60的旋转轴线r。再次参考图3a，在通孔124中提供了基本平坦的插入件125。

图3b示出了当插入件布置在通孔124内时的侧视图。通孔124设置有壁部分124a，该壁部分124a限定了通道122，当插入件125插入到开口124中且插入件的顶表面靠近或邻接壁部分124a时，液体冷却剂流过通道122。插入件的使用允许在挤压过程中将底板和侧壁123制造成单个单元。一旦已制造底板，则将插入件125插入至通孔124中，以限定用于液体冷却剂的通道122的具体形状和/或尺寸。可理解的是，在替代实施方式中，插入件可设置有壁部分，并且通孔可具有基本上恒定的矩形横截面。

侧壁123具有距底板120的顶表面127的高度h，高度h沿着底板的整个长度延伸。侧壁123的最小宽度w是底板厚度t的三分之一，以确保底板与侧壁之间具有足够的热传导能力。侧壁具有宽度至少比最小宽度w大1.5倍的顶表面126，以提供用于接触分离板的扩大表面。侧壁123中的槽128沿着底板的纵向方向l纵向延伸，便于将电动机驱动单元安装在轮内电动机的相应支承件上。

为了基本上封闭其横向侧，下隔室在底板120的第一横向侧设置有第一端板170，在底板的相对横向侧设置有第二端板180。第一端板170包括穿过其中的管道171和172和液体冷却剂返回连接器，管道171和172分别将液体冷却剂供给连接器与通道122流体连接，液体冷却剂返回连接器与通道122的另一部分流体连接。以这种方式，通过使电动机驱动单元沿其纵向方向朝向轮内电动机的相应连接器滑动，底板120的通道可容易地与外部液体冷却剂供给部和返回部流体连接。第二端板180设置有通孔184a、185a，通孔184a、185a由塞子184b、185b封闭。通过从塞子的通孔中拔出塞子，液体冷却剂可从第二端板处的位置排出，该位置可从中空定子体的开口端接近。密封件173、183设置在底板121与相应的横向端板170,180之间以防止

图3c示意性地示出了底板121、第一端板170和第二端板180的俯视图，其中，表面127下方的通孔124用虚线表示。端板170、180设置有u形弯曲的连接管道176、186，用于使通孔124彼此流体连接。以这种方式，实现了允许在箭头c方向上的液体流动。

图4a和图4b分别示出了其上安装有电容器103的分离板130的立体图。图4a示出了具有端子151a、152a的dc汇流条151、152，端子151a、152a用于连接至相对高电压的dc电源，诸如电动车辆的电池组或发电机。端子151a、151b从汇流条151、152的基本平行于分离板130延伸的相应部分以大约90度的角度延伸。当dc汇流条151、152的大致平行的部分与分离板热接触，并且电容器103a-103c又与dc汇流条热接触时，分离板130在电容器组件103的面对分离板的一侧对电容器组件103提供冷却。应理解的是，尽管热接触可包括直接邻接接触，但优选地设置非导电热膏等来改善dc汇流条151、152与分离板130之间和/或电容器103与dc汇流条151、152之间的热接触。

设置相应ac汇流条的端子161a、162a、163a，用于输出电流，该电流已由部件103a-103c和部件104a-104d转换为适于向轮内电动机的电磁体供电的电压。尽管ac汇流条161、162、163大部分由电容器隐藏起来看不见，但是这些汇流条也各自包括平行于分离板130延伸的部分。

ac汇流条和dc汇流条二者都热连接和机械连接至分离板130。

图4b示出了分离板设有多个通孔，导体191、192、193、194通过这些通孔从电容器103延伸至下隔室中，以与其中的igbt104a-104d连接。在分离板130的面对下隔室的侧部132处的导体191-194具有端部，该端部类似插头装配到下隔室中的相应插座中，该插座电连接至igbt104a-104d。

分离板130具有设置成与侧壁123的面对表面126接触的周边边缘，并且优选地还与端板170和180的面向上的表面178、188接触，从而在底板120与分离板130之间提供良好的热接触。

电动机单元可作为整体可滑动地移动至具有中空定子体的轮内电动机中，例如图1a和图1b的轮内电动机，其中，中空定子体在其内表面上设置有支承件，用于接合单元侧壁外部上的槽128。侧壁123中的槽128与定子的支承件协作允许导管171、172容易地对准定子的横向凸缘中的相应连接器。优选的是，液体冷却剂连接器171、172设置在电动机驱动单元的车辆侧，并且汇流条端子151a、152a、161a、162a、163a设置在电动机驱动单元的道路侧，从而降低了冷却剂在端子上溢出的风险。

总之，本发明涉及一种用于轮内电动机的电动机驱动单元，电动机驱动单元包括壳体、电容器和布置在壳体内的固态开关装置，壳体包括：下隔室，包括底板、从底板延伸的侧壁、以及在底板和侧壁的横向端部处的端侧，其中，底板设置有用于接收液体冷却剂的冷却通道。电容器可为相对高电压的部件，以及固态开关装置可为相对低电压的部件。固态开关装置可布置在底板与分离板之间的下隔室中，并且与底板热接触，并且一个或多个电容器可连接至dc汇流条，并且布置在分离板背离下隔室的侧部。

上面已参照附图中所示的多个示例性实施方式描述了本发明。可对一些部件或元件进行修改和替换，并且包括在所附权利要求所限定的保护范围内。