Блок привода мотора с жидкостным охлаждением
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в упрощении конструкции. Блок привода мотора для встроенного в колесо мотора содержит кожух и один или более конденсаторов и твердотельных переключающих устройств, размещенных в кожухе. Кожух содержит нижний и верхний отсеки, содержащие донную и верхнюю пластины, боковые стенки, которые протягиваются от донной пластины, и торцевые стороны на поперечных торцах боковых стенок и донной пластины. Донная пластина снабжается охлаждающими каналами для приема жидкого хладагента. Кожух также содержит разделительную пластину, закрывающую нижний отсек. Разделительная пластина находится в тепловом контакте с боковыми стенками и с конденсаторами. Блок привода мотора дополнительно содержит DC-шины. DC-шины электрически соединены с одним или более конденсаторами и прикреплены к разделительной пластине и теплопроводящим образом соединены с ней. Твердотельные переключающие устройства размещаются в нижнем отсеке между донной пластиной и разделительной пластиной и в тепловом контакте с донной пластиной. Конденсаторы размещаются на стороне разделительной пластины, которая обращена от нижнего отсека. Конденсаторы размещены в верхнем отсеке между верхней пластиной и разделительной пластиной. Верхний отсек, разделительная пластина и нижний отсек вместе окружают один или более конденсаторов и твердотельных переключающих устройств. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к блоку привода мотора для встроенного в колесо мотора (мотор-колесо), блок привода мотора содержит электрические компоненты, содержащие один или более конденсаторов и твердотельных переключающих элементов, таких как множество IGBT, для преобразования электрического тока, который типично существует при относительно высоком напряжении, в форму, подходящую для использования электромагнитами встроенного в колесо мотора, при этом электрические компоненты охлаждаются посредством жидкого хладагента.
Уровень техники
Из документа WO 2013/025096 известно электрическое транспортное средство со встроенным в колесо электромотором, в котором ротор электромотора соединяется с ободом колеса, несущим одну или более шин. Статор устанавливается на раме транспортного средства через систему подвески колеса. Известный встроенный в колесо мотор является частью колеса с непосредственным приводом, в котором электромагниты мотора непосредственно приводят в движение обод и шину без каких-либо промежуточных передач. Таким образом, вес и пространство экономятся, и число компонентов в узле привода минимизируется.
Крутящий момент, который формируется посредством встроенного в колесо мотора, зависит от переносящей магнитный поток поверхности между ротором и статором и является квадратичной функцией радиуса ротора. Магниты ротора размещаются настолько далеко во внешнюю сторону, насколько возможно, вокруг статора, чтобы получать наибольший возможный радиус ротора, и конструкция мотора оптимизируется, чтобы минимизировать зазор между ротором и статором для доставки максимальной мощности и крутящего момента шине. Ширина зазора между ротором и статором, с другой стороны, проектируется достаточно большой, чтобы поглощать механические удары по колесу во время условий движения.
Обмотки статора питаются посредством электронных схем управления, которые располагаются в статоре, причем эти электронные схемы управления преобразуют электрическую энергию из системы подачи мощности транспортного средства, например, аккумуляторной батареи и/или электрогенератора, в переменный ток (AC), который подходит для использования электромотором. Такие электронные схемы управления типично содержат силовые электронные схемы управления, например, IGBT-токовые модули и регулятор тока, такой как описанный в документе EP 1252034. С помощью электронных схем управления для управления током и/или напряжением, подаваемым к обмоткам статора, регулируется вектор магнитного поля магнитного потока, формируемого статором, и электромотор работает с желаемым крутящим моментом и/или скоростью вращения. Посредством интеграции электронных схем управления в статоре длина электрических шин, которые проходят от электронных схем управления к электромагнитам, может оставаться короткой, что является очень желательным в виду минимизации потерь высоких электрических токов и напряжений, как правило, требуемых для работы такого электромотора, которые могут, например, иметь величину до 300 А при 700 В или более.
Для того чтобы охлаждать электромотор и/или электронные схемы управления, известный узел привода снабжается системой охлаждения, имеющей один или более охлаждающих каналов, которые находятся рядом с внешней поверхностью статора и/или электронными схемами управления, по которым жидкий хладагент может протекать внутрь и из узла привода.
Встроенный в колесо узел привода может быть осуществлен как по существу автономный модуль, без каких-либо движущихся частей транспортного средства, присоединенных к и/или протягивающихся внутрь ротора. Внутреннее пространство, определенное ротором, предпочтительно является по существу замкнутым, чтобы предотвращать проникновение посторонних частиц, таких как пыль и/или частицы продуктов износа, высвобождаемые тормозной системой транспортного средства и/или дорогой, в упомянутое внутреннее пространство.
Встроенный в колесо узел привода может быть установлен на транспортном средстве во множестве позиций посредством соединения стороны узла привода, обращенной к транспортному средству, с рамой транспортного средства.
В известном встроенном в колесо узле привода конденсаторы и множество IGBT, которые формируют часть привода мотора, и которые могут быть размещены на PCB, охлаждаются посредством системы охлаждения с каналами, которые протягиваются в круговом кожухе, который по существу окружает эти электронные компоненты. Известная система охлаждения имеет в качестве преимущества то, что ее можно также использовать для охлаждения электромагнитов встроенного в колесо мотора, которые размещаются на внешней поверхности кругового кожуха. Однако большая часть ее способности охлаждения типично используется для охлаждения электромагнитов, приводя в результате к тому, что лишь небольшая доля способности охлаждения остается для охлаждения электронных компонентов. Это может приводить в результате к уменьшенному сроку службы электронных компонентов. Например, для некоторых конденсаторов срок службы конденсаторов уменьшается наполовину для каждых 10°C повышения рабочей температуры.
Документ EP 1713169 описывает полупроводниковое устройство, например, инвертор для электромотора, содержащий кожух, который снабжается стенкой, через которую хладагент может проходить. Конденсаторы и силовые устройства устанавливаются непосредственно на стенки, через которые хладагент проходит. Крепежный зажим может быть предусмотрен, чтобы прикреплять конденсаторы к такой стенке. Так как и конденсаторы, и силовые устройства устанавливаются непосредственно на стенку, через которую хладагент проходит, особое внимание должно быть уделено при сборке или разборке кожуха, чтобы избегать разлива хладагента.
Задачей изобретения является предоставление блока привода мотора для встроенного в колесо мотора транспортного средства, с системой охлаждения для электронных компонентов, имеющей более простую конструкцию. Дополнительной задачей является предоставление встроенного в колесо мотора, содержащего такой блок привода мотора.
Сущность изобретения
Для этого, согласно первому аспекту, настоящее изобретение предоставляет блок привода мотора для встроенного в колесо мотора, содержащий кожух и один или более конденсаторов и твердотельных переключающих устройств, размещенных в кожухе, кожух содержит: нижний отсек, содержащий донную пластину, боковые стенки, которые протягиваются от донной пластины, и торцевые стороны на поперечных торцах боковых стенок и донной пластины, при этом донная пластина снабжается охлаждающими каналами для приема жидкого хладагента; при этом кожух дополнительно содержит разделительную пластину, закрывающую нижний отсек, при этом разделительная пластина находится в тепловом контакте с боковыми стенками и с одним или более конденсаторами, и при этом твердотельные переключающие устройства размещаются в нижнем отсеке между донной пластиной и разделительной пластиной и в тепловом контакте с донной пластиной, при этом один или более конденсаторов размещаются на стороне разделительной пластины, которая обращена от нижнего отсека, и устанавливаются на и в значительной степени поддерживаются посредством DC-шин. Настоящее изобретение, таким образом, предоставляет специализированную систему охлаждения, в которой разделительная пластина действует как теплоотвод для одного или более конденсаторов, в то время как твердотельные переключающие устройства охлаждаются посредством более непосредственно теплового контакта с донной пластиной. Даже если конденсаторы располагаются отделенными от каналов в донной пластине по меньшей мере высотой боковых стенок, эффективное охлаждение конденсаторов все еще достигается, тогда как в то же время гарантируется, что способность охлаждения, обеспечиваемая посредством жидкого хладагента, является доступной сначала там, где это наиболее необходимо, т.е. рядом с твердотельными переключающими устройствами. Так как DC-шины механически прикрепляются к разделительной пластине, шины и разделительная пластина могут быть помещены внутрь или вне кожуха целиком. Кроме того, DC-шины помогают в переносе тепла от одного или более конденсаторов, через разделительную пластину и боковые стенки, на донную пластину.
Разделительная пластина предпочтительно по существу полностью поддерживается на боковых стенках и/или на торцевых сторонах, и, в свою очередь, один или более конденсаторов предпочтительно по существу полностью поддерживаются на разделительной пластине. Эти компоненты могут, таким образом, быть прикреплены к разделительной пластине и, во время технического обслуживания, быть отодвинуты от нижнего отсека посредством удаления разделительной пластины из нижнего отсека.
Один или более конденсаторов, таким образом, могут быть охлаждены посредством соприкосновения с соответствующими DC-шинами, которые, в свою очередь, охлаждаются посредством разделительной пластины. Каждая из DC-шин предпочтительно содержит фрагмент, который протягивается по существу параллельно разделительной пластине таким образом, что, когда рассматривается в проекции на разделительной пластине, по существу вся поверхность каждого из конденсаторов, которая обращена к разделительной пластине, перекрывается одной из шин. Предпочтительно по меньшей мере 90% упомянутой поверхности перекрывается одной из шин, более предпочтительно по меньшей мере 95%. Для того, чтобы улучшать тепловой контакт между одним или более конденсаторами и DC-шинами и/или разделительной пластиной, термопаста или смазка или т.п. может быть нанесена на поверхности конденсаторов, которые направлены в сторону разделительной пластины.
Когда один или более конденсаторов устанавливаются на DC-шины, предпочтительно по существу полностью поддерживаются ими, прокладки или т.п. для обеспечения дополнительной опоры для этих компонентов и/или DC-шин могут не требоваться.
В варианте осуществления блок привода мотора дополнительно содержит AC-шины, которые электрически соединяются с твердотельными переключающими устройствами, при этом каждая из AC-шин механически прикрепляется к разделительной пластине и теплопроводным образом соединяется с ней. AC-шины, таким образом, также получают пользу от охлаждения, обеспечиваемого посредством разделительной пластины.
В варианте осуществления AC-шины протягиваются сквозь разделительную пластину к твердотельным переключающим устройствам, при этом уплотнения предусматриваются вокруг фрагментов AC-шин, которые протягиваются сквозь разделительную пластину, для электрической изоляции AC-шин от разделительной пластины.
В варианте осуществления разделительная пластина создает непосредственное соприкосновение с боковыми стенками или создает соприкосновение с боковыми стенками через термопасту или смазку или т.п., нанесенную между разделительной пластиной и боковыми стенками. Предпочтительно такое соприкосновение, т.е. непосредственное соприкосновение или соприкосновение через термопасту или смазку или т.п. разделительной пластины с боковыми стенками существует по всей длине противостоящих поверхностей боковых стенок. Более предпочтительно, разделительная пластина также касается обеих торцевых пластин.
В варианте осуществления множество конденсаторов содержатся в узле конденсаторов.
В варианте осуществления твердотельное переключающее устройство содержит биполярные транзисторы с изолированным затвором, полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник и/или биполярные плоскостные транзисторы.
В варианте осуществления блок привода мотора дополнительно содержит первую торцевую пластину, размещенную на поперечном торце донной пластины и формирующую поперечную стенку нижнего отсека, упомянутая первая торцевая пластина содержит соединитель для подачи охлаждающей жидкости для подачи текучей среды снаружи блока привода мотора в каналы, и соединитель для возврата охлаждающей жидкости для возврата охлаждающей жидкости из блока привода мотора. Соединители, которые протягиваются сквозь первую торцевую пластину и/или выходят через отверстие сквозь первую торцевую пластину, являются, таким образом, легкодоступными с одной и той же поперечной стороны блока привода мотора.
В варианте осуществления привод мотора дополнительно содержит вторую торцевую пластину, размещенную на поперечном торце донной пластины, противоположном тому, где первая торцевая пластина размещается, и формирует поперечную стенку нижнего отсека, при этом первая и/или вторая торцевая пластина снабжается соединительными трубопроводами, приспособленными для соединения с возможностью обмена текучей средой охлаждающих каналов друг с другом. Сама донная пластина может, таким образом, оставаться свободной от соединений между каналами, предоставляя возможность каналам быть предусмотренными в донной пластине очень простым способом.
В варианте осуществления кожух дополнительно содержит вдоль внешней стороны боковых стенок паз или ребро для скользящей вставки вдоль опоры встроенного в колесо мотора в установочную позицию для зацепления соединителя для подачи охлаждающей жидкости и соединителя для возврата охлаждающей жидкости с сопрягаемыми соединителями для охлаждающей жидкости встроенного в колесо мотора. Блок привода мотора может, таким образом, легко скользить во внутреннее пространство встроенного в колесо мотора таким образом, что создается герметичное соединение между соединителями для охлаждающей жидкости встроенного в колесо мотора и соединителями для подачи и возврата охлаждающей жидкости блока привода мотора.
В варианте осуществления донная пластина формируется как выдавленная часть с охлаждающими каналами, протягивающимися в направлении выдавливания. Донная пластина предпочтительно выдавливается из металла, такого как алюминий, или из металлического сплава. Было обнаружено, что такая выдавленная донная пластина проводит тепло лучше донной пластины, которая создана из отдельных частей. Вследствие этого является очень предпочтительным, что боковые стенки формируются как одно целое с донной пластиной во время выдавливания донной пластины.
В варианте осуществления охлаждающие каналы протягиваются по существу параллельно друг другу от одного из поперечных торцов донной пластины к противоположному из поперечных торцов донной пластины.
В варианте осуществления донная пластина содержит сквозные отверстия, которые протягиваются между поперечными торцами донной пластины, при этом вставки предусматриваются в упомянутых отверстиях, каждая вставка задает два или более охлаждающих каналов в продольном направлении донной пластины. Донная пластина может, таким образом, быть произведена со сквозными отверстиями, имеющими более крупные диаметры по сравнению с каналами, облегчая производственный процесс, в частности, когда донная пластина производится посредством выдавливания.
В варианте осуществления один или более конденсаторов соединяются с твердотельными переключающими устройствами посредством проводников, которые протягиваются сквозь разделительную пластину в нижний отсек. Предпочтительно эти проводники снабжаются на своих концах, которые протягиваются в нижний отсек, штепселями, которые размещаются в соответствующих гнездах в нижнем отсеке, чтобы обеспечивать легко соединяемое/разъединяемое электрическое соединение между выходами одного или более конденсаторов и входами твердотельных переключающих устройств.
В варианте осуществления кожух дополнительно содержит верхний отсек, имеющий верхнюю пластину и боковые стенки, при этом один или более конденсаторов размещаются в верхнем отсеке между верхней пластиной и разделительной пластиной, при этом верхний отсек, разделительная пластина и нижний отсек вместе окружают один или более конденсаторов и твердотельных переключающих устройств. Так как кожух по существу полностью окружает электрические компоненты, предпочтительно по существу непроницаемым для воды образом, пыль и влага предотвращаются от прохождения снаружи кожуха к электрическим компонентам.
В варианте осуществления AC- и DC-шины содержат клеммы на внешней стороне кожуха для входного DC-тока и одного или более выходных AC-токов, соответственно. Предпочтительно, клеммы AC- и DC-шин размещаются на стороне кожуха, дальней от впускного и выпускного соединителей для охлаждающей жидкости, так что риск создаваемого короткого замыкания уменьшается, даже в случае, когда охлаждающая жидкость проливается, например, во время установки блока привода мотора в встроенном в колесо моторе.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставляется встроенный в колесо мотор, содержащий блок привода мотора согласно предыдущим пунктам формулы изобретения, дополнительно содержащий статор и ротор, при этом блок привода мотора полностью размещается во внутреннем пространстве статора. Предпочтительно множество электромагнитов присоединяются на внешней поверхности статора, и отдельная система охлаждения предусматривается во встроенном в колесо моторе для охлаждения электромагнитов.
Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение предоставляет блок привода мотора для встроенного в колесо мотора согласно по меньшей мере преамбуле пункта 1 формулы изобретения, содержащий отличительные признаки одного или более вариантов осуществления первого аспекта изобретения, например, которые заявлены в пунктах формулы, зависящих от пункта 1. Блок привода мотора согласно этому аспекту необязательно включает в себя отличительные признаки отличительного фрагмента пункта 1.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет обсуждено более подробно ниже со ссылкой на присоединенные чертежи, на которых
Фиг. 1A и 1B соответственно показывают вид в поперечном сечении и изометрический вид в разрезе узла привода, содержащего блок привода мотора согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 показывает схематично вид в поперечном сечении блока привода мотора согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3A, 3B и 3C соответственно показывают покомпонентный изометрический вид нижнего отсека блока привода мотора, поперечное сечение торцевой пластины нижнего отсека и вид сверху донной пластины нижнего отсека;
Фиг. 4A и 4B показывают различные изометрические виды разделительной пластины на фиг. 2.
Описание вариантов осуществления
Фиг. 1A показывает вид в поперечном сечении узла 1 привода для использования с настоящим изобретением. Узел привода содержит статор 30 с полым корпусом 31 статора, который имеет внешнюю поверхность 32, вокруг которой размещается ротор 60. Узел привода дополнительно содержит соединительный выступ 33, размещенный на стороне 2 узла 1, обращенной к транспортному средству, для присоединения узла привода к транспортному средству. Соединительный выступ 33 содержит вал 34 и фланец 35, которые неподвижно соединяются с корпусом 31 статора. Фланец 35 лежит в роторе 60 и имеет больший диаметр по сравнению с фрагментом 36 вала 34, который лежит снаружи периферийной поверхности 63 ротора 60. Для поддержки вращательного движения ротора 60 вокруг оси вращения R предусматриваются подшипники 52 на стороне, обращенной к транспортному средству, посредством которых ротор поддерживается на выступе 33 на стороне, обращенной к транспортному средству. На стороне 3, обращенной к дороге, ротор поддерживается с возможностью вращения на корпусе 31 статора через подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге.
Множество постоянных магнитов 61 присоединяется на внутренней круговой поверхности 62 ротора 60 и может вращаться вокруг электромагнитов 41 статора 30. Электромагниты 41 прикрепляются на корпусе 31 статора и приводят во вращение ротор посредством взаимодействия между постоянными магнитами 61 и магнитным потоком, формируемым посредством электромагнитов 41. Статор 30 и ротор 60 формируют электромотор, приспособленный для непосредственного приводящего вращения колеса вокруг оси вращения R. Для управления и электропитания электромагнитов 41 блок 100 привода мотора размещается в полом корпусе 31 статора, блок 100 привода мотора содержит силовые электронные схемы 42 управления, содержащие компоненты, такие как множество IGBT или другие виды твердотельных переключающих устройств, и конденсаторы, для преобразования электрической энергии от системы подачи мощности транспортного средства, например, аккумуляторной батареи и/или электрогенератора, в AC-форму, подходящую для использования электромотором. Резольвер (датчик положения) 81 предоставляет сигнал углового положения, указывающий угловое положение ротора силовым электронным схемам управления, так что переменный ток подается синфазно с магнитным полем ротора.
Чтобы предотвращать перегрев силовых электронных схем управления, когда электромотор находится в эксплуатации, охлаждающие трубопроводы предусматриваются в блоке 100 привода мотора рядом с силовыми электронными схемами 42 управления во внутреннем пространстве корпуса 31 статора и на расстоянии от корпуса 31. Хладагент подается в охлаждающие трубопроводы через канал 45 подачи хладагента, который проходит через соединительный выступ 33 с внешней стороны ротора в его внутреннее пространство. Путь F протекания для жидкого хладагента схематично указывается стрелками F. После охлаждения силовых электронных схем 42 управления хладагент протекает по каналу 46 в соединительном выступе 33, к рубашке 37 охлаждения, которая предусматривается на внешней поверхности 32 корпуса 31 статора. Рубашка 37 охлаждения снабжается каналами 38, которые формируют контур, который проходит вдоль полого цилиндрического корпуса 31 и предоставляет канал, по которому жидкий хладагент протекает, чтобы охлаждать электромагниты 41, которые размещаются на внешней стороне 40 рубашки 37 охлаждения. Относительно холодный хладагент может, таким образом, подаваться через канал 45 подачи хладагента, при этом хладагент нагревается во время своего прохождения через охлаждающие трубопроводы и поглощает тепловую энергию от силовых электронных схем 42 управления и затем проходит через каналы 38, чтобы поглощать тепловую энергию от электромагнитов 41 перед удалением из узла 1 привода и направлением назад к транспортному средству через канал выпуска хладагента (не показан), который протягивается через соединительный выступ 33. Нагретый хладагент предпочтительно охлаждается в теплообменнике на транспортном средстве, после которого он рециркулирует через канал 45 подачи хладагента.
Линии 43a, 43b подачи мощности для подачи мощности к силовым электронным схемам 42 управления идут с внешней стороны ротора 60, через канал 44 в соединительном выступе 33, к силовым электронным схемам управления.
Ротор 60 содержит по существу цилиндрический корпус 71 ротора, который имеет поперечные торцы 72, 73 соответственно на своей стороне 2, обращенной к транспортному средству, и на своей стороне 3, обращенной к дороге. Оба поперечных торца 72, 73 являются по существу закрытыми для того, чтобы препятствовать проникновению посторонних частиц, таких как пыль и частицы продуктов износа от дороги или высвобожденные тормозной системой транспортного средства, во внутреннее пространство полого ротора 60. Сторона ротора, обращенная к транспортному средству, является по существу закрытой посредством боковой пластины 74, которая протягивается поперечно оси вращения R, и крышкой 75. Боковая пластина 74 и крышка 75, каждая, снабжаются отверстием, через которое протягивается фрагмент 34 соединительного выступа 33. Боковая пластина 74 поддерживает подшипники 52 на стороне, обращенной к транспортному средству, в то время как крышка 75 присоединяется к боковой пластине 74, чтобы закрывать подшипники 51 на их поперечной стороне 2, обращенной к транспортному средству, и содержит отверстие 77, через которое протягивается фрагмент 34. Крышка 75, вместе с уплотнением 78 вала, которое размещается между внутренней круговой кромкой 79 отверстия 77 и внешней окружностью вала 34 соединительного выступа 33, препятствует посторонним частицам в повреждении подшипников 52 на стороне, обращенной к транспортному средству. Дополнительно, крышка 75 и уплотнение 78 вала по существу предотвращают проникновение таких частиц во внутреннее пространство 5 ротора со стороны 2, обращенной к транспортному средству, где частицы могут сталкиваться с электромагнитами 41.
Подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге, которые размещаются на внутренней стороне корпуса 31 статора, закрываются на стороне 3, обращенной к дороге, второй крышкой 80. Резольвер 81 соединяет с возможностью вращения статор 30 со второй боковой пластиной 80 и выполнен с возможностью обнаружения углового положения ротора 60 относительно статора 30.
Фиг. 1B показывает изометрический вид в частичном разрезе узла привода на фиг. 1A, в котором вторая крышка 80 и подшипники 53 на стороне, обращенной к дороге, однако, не показаны, чтобы предоставлять возможность лучшего обзора полого корпуса 31 статора и резольвера 81.
Фиг. 2 показывает вид в поперечном сечении блока 100 привода мотора согласно настоящему изобретению, приспособленного для преобразования DC-тока при относительно высоком напряжении в форму, подходящую для питания электромагнитов встроенного в колесо мотора. Для этой цели блок привода снабжается узлом 103 конденсаторов с конденсаторами 103a-103c, имеющими входную сторону, которая должна соединяться с источником DC-тока, таким как аккумуляторная батарея электрически питаемого транспортного средства, и выходную сторону, которая электрически соединяется с твердотельными переключающими элементами 104a-104d, здесь в форме множества IGBT. Электрические компоненты 103a-103c, 104a-104c окружаются кожухом 101, при этом твердотельные переключающие устройства размещаются в нижнем отсеке 120 кожуха 101. Для охлаждения твердотельных переключающих устройств нижний отсек снабжается донной пластиной 121, через которую сквозные отверстия 124 протягиваются в продольном направлении донной пластины. Вставки 125, размещенные в отверстиях, и которые содержат разделительные стенки в продольном направлении, определяют параллельные каналы 122 для сквозного протекания жидкого хладагента для охлаждения донной пластины. Нижний отсек дополнительно содержит боковые стенки 123, которые протягиваются перпендикулярно от донной пластины 121 и формируются как единый блок с ней, например, во время процесса экструзии (выдавливания), из того же материала, предпочтительно металла, такого как алюминий. Таким образом, достигается хорошая теплопроводность между донной пластиной и боковыми стенками, так что поток жидкого хладагента через отверстия 124 охлаждает как донную пластину 121, так и боковые стенки 123. Кожух 101 дополнительно содержит разделительную пластину 130, которая поддерживается боковыми стенками 123 и покрывает нижний отсек 120, так что твердотельные переключающие устройства 104a-104d размещаются между донной пластиной 121 и разделительной пластиной 130. Конденсаторы 103a-103c поддерживаются посредством разделительной пластины 130 на стороне 131 разделительной пластины, обращенной от нижнего отсека 120. Разделительная пластина, таким образом, обеспечивает физическое разделение между твердотельными переключающими устройствами 103a-103c и конденсаторами 104a-104d. Кроме того, разделительная пластина 130 формирует теплопроводящую поверхность по направлению к охлажденным боковым стенкам 123, где тепловая энергия, сформированная конденсаторами, может быть поглощена.
Для защиты конденсаторов 103a-c от внешних воздействий, таких как пыль и влага, кожух 101 дополнительно содержит верхний отсек 140, имеющий верхнюю пластину 141, по существу параллельную донной пластине 121, при этом боковые стенки 143 протягиваются от верхней пластины по направлению к разделительной пластине 130. Верхний отсек предпочтительно также выполняется из материала, имеющего высокий коэффициент теплопереноса, например, алюминия, и находится в тепловом контакте с боковыми стенками 143 через разделительную пластину. Таким образом, некоторое охлаждение конденсаторов на их сторонах, обращенных от разделительной пластины 130, может быть достигнуто.
Фиг. 3A показывает покомпонентный вид нижнего отсека 120 на фиг. 2. Донная пластина 121 снабжается сквозными отверстиями 124, которые идут параллельно продольному направлению L донной пластины. Как может быть видно на фиг. 1, когда блок 100 привода мотора устанавливается во встроенном в колесо моторе, донная пластина ориентируется своим продольным направлением параллельно оси вращения R ротора 60. Обращаясь обратно к фиг. 3A, по существу плоские вставки 125 предусматриваются в сквозных отверстиях 124.
Фиг. 3B показывает боковой вид вставок, когда размещены в сквозных отверстиях 124. Сквозные отверстия 124 снабжаются боковыми фрагментами 124a, которые определяют каналы 122 для сквозного протекания жидкого хладагента, когда вставки 125 вставлены в отверстия 124 с верхней поверхностью вставки вплотную к или упирающейся в фрагменты 124a стенок. Использование вставок предоставляет возможность производства донной пластины и боковых стенок 123 как единого блока в процессе экструзии. После того как донная пластина была произведена, вставки 125 вставляются в сквозные отверстия 124, чтобы определять характерную форму и/или габариты каналов 122 для жидкого хладагента. Будет понятно, что в альтернативном варианте осуществления вставки могут быть предусмотрены с фрагментами стенок, и сквозные отверстия могут иметь по существу постоянное прямоугольное поперечное сечение.
Боковые стенки 123 имеют высоту H от верхней поверхности 127 донной пластины 120 и проходят по всей длине донной пластины. Минимальная ширина W боковых стенок 123 равна одной трети толщины T донной пластины, чтобы гарантировать достаточную емкость теплопроводности между донной пластиной и боковыми стенками. Боковые стенки имеют верхние поверхности 126 шириной по меньшей мере в 1,5 раза больше минимальной ширины W, чтобы предоставлять укрупненную поверхность для касания разделительной пластины. Пазы 128 в боковых стенках 123, протягивающиеся продольно в продольном направлении L донной пластины, облегчают установку блока привода мотора на соответствующей опоре встроенного в колесо мотора.
Для по существу перекрытия своих поперечных сторон нижний отсек снабжается первой торцевой пластиной 170 на первой поперечной стороне донной пластины 120 и второй торцевой пластиной 180 на противоположной поперечной стороне донной пластины. Первая торцевая пластина 170 содержит трубопроводы 171 и 172 сквозь нее, которые соединяют с возможностью обмена текучей средой соответственно соединитель для подачи жидкого хладагента с каналами 122 и соединитель для возврата жидкого хладагента с другим фрагментом каналов 122. Таким образом, каналы донной пластины 120 могут быть легко соединены с возможностью обмена текучей средой с внешней подачей и возвратом жидкого хладагента посредством скольжения блока привода мотора в своем продольном направлении к соответствующим соединителям встроенного в колесо мотора. Вторая торцевая пластина 180 снабжается сквозными отверстиями 184a, 185a, которые закрываются пробками 184b, 185b. Посредством вынимания пробок из их сквозных отверстий жидкий хладагент может сливаться из местоположения во второй торцевой пластине, которое является доступным с открытого торца полого корпуса статора. Уплотнения 173, 183 размещаются между донной пластиной 121 и соответствующими поперечными торцевыми пластинами 170, 180 для предотвращения.
Фиг. 3C схематично показывает вид сверху донной пластины 121, первой торцевой пластины 170 и второй торцевой пластины 180, в котором сквозные отверстия 124 под поверхностью 127 указываются с помощью пунктирных линий. Торцевые пластины 170, 180 снабжаются U-образно изогнутыми соединительными трубками 176, 186 для соединения с возможностью обмена текучей средой сквозных отверстий 124 друг с другом. Таким образом, достигается предоставление возможности протекания жидкости в направлении стрелок C.
Фиг. 4A и 4B, каждая, показывают изометрический вид разделительной пластины 130 с конденсаторами 103, установленными на ней. Фиг. 4A показывает DC-шины 151, 152 с клеммами 151a, 152a для соединения с источником DC-мощности относительно высокого напряжения, таким как аккумуляторная батарея или электрогенератор электрического транспортного средства. Клеммы 151a, 151b протягиваются под углом около 90 градусов от соответствующих фрагментов шин 151, 152, которые протягиваются по существу параллельно разделительной пластине 130. Разделительная пластина 130 обеспечивает охлаждение для узла 103 конденсаторов на их сторонах, обращенных к разделительной пластине, так как по существу параллельные фрагменты DC-шин 151, 152 находятся в тепловом контакте с разделительной пластиной, и конденсаторы 103a-103c, в свою очередь, находятся в тепловом контакте с DC-шинами. Будет понятно, что хотя тепловой контакт может содержать непосредственно примыкающий контакт, предпочтительно непроводящая термопаста или т.п. предусматривается для улучшения теплового контакта между DC-шинами 151, 152 и разделительной пластиной 130 и/или между конденсаторами 103 и DC-шинами 151, 152.
Клеммы 161a, 162a, 163a соответствующих AC-шин предусматриваются для вывода тока, который был преобразован посредством компонентов 103a-103c и компонентов 104a-104d в напряжения, подходящие для питания электромагнитов встроенного в колесо мотора. Хотя AC-шины 161, 162, 163, главным образом, являются скрытыми из вида посредством конденсаторов, эти шины также, каждая, содержат фрагмент, который протягивается параллельно разделительной пластине 130.
И AC-, и DC-шины термически и механически соединяются с разделительной пластиной 130.
Фиг. 4B показывает, что разделительная пластина снабжается множеством сквозных отверстий, через которые проводники 191, 192, 193, 194 протягиваются от конденсаторов 103 в нижний отсек для соединения с множеством IGBT 104a-104d в нем. Проводники 191-194, на стороне 132 разделительной пластины 130, которая обращена к нижнему отсеку, имеют концы, которые вставляются аналогично штепселям в соответствующие гнезда в нижнем отсеке, причем эти гнезда электрически соединятся с множеством IGBT 104a-104d.
Разделительная пластина 130 имеет периферийную кромку, выполненную для создания соприкосновения с лицевыми поверхностями 126 боковых стенок 123, а предпочтительно также с обращенными вверх поверхностями 178, 188 торцевых пластин 170 и 180, чтобы обеспечивать хороший тепловой контакт между нижней пластиной 120 и разделительной пластиной 130.
Блок мотора может скользящим образом перемещаться целиком внутрь встроенного в колесо мотора, имеющего полый корпус статора, например, встроенного в колесо мотора на фиг. 1A и 1B, при этом полый корпус статора снабжается опорами на своей внутренней поверхности для зацепления пазов 128 на внешней стороне боковых стенок блока. Пазы 128 в боковых стенках 123 во взаимодействии с опорами статора предоставляют возможность легкого совмещения трубок 171, 172 с соответствующими соединителями в поперечном фланце статора. Является предпочтительным, что соединители 171, 172 для жидкого хладагента размещаются на стороне блока привода мотора, обращенной к транспортному средству, и что клеммы 151a, 152a, 161a, 162a, 163a шин размещаются на стороне блока привода мотора, обращенной к дороге, так что риск проливания хладагента на клеммы уменьшается.
В общих словах, изобретение относится к блоку привода мотора для встроенного в колесо мотора, содержащему кожух, конденсаторы и твердотельные переключающие устройства, размещенные в кожухе, кожух содержит: нижний отсек, содержащий донную пластину, боковые стенки, которые протягиваются от донной пластины, и торцевые стороны на поперечных концах боковых стенок и донной пластины, при этом донная пластина снабжается охлаждающими каналами для приема жидкого хладагента. Конденсаторы могут быть относительно высоковольтными компонентами, а твердотельные переключающие устройства могут быть относительно низковольтными компонентами. Твердотельные переключающие устройства могут быть размещены в нижнем отсеке между донной пластиной и разделительной пластиной и в тепловом контакте с донной пластиной, и один или более конденсаторов могут быть соединены с DC-шинами и размещаются на стороне разделительной пластины, которая обращена от нижнего отсека.
Настоящее изобретение было описано выше со ссылкой на множество примерных вариантов осуществления, как показано на чертежах. Модификации и альтернативные реализации некоторых частей или элементов являются возможными и включены в объем защиты, который определен в прилагаемой формуле изобретения.
1. Блок (100) привода мотора для встроенного в колесо мотора, содержащий кожух (101) и один или более конденсаторов (103) и твердотельных переключающих устройств (104), размещенных в кожухе, причем кожух содержит:
нижний отсек (120), содержащий донную пластину (121), боковые стенки (123), которые протягиваются от донной пластины (121), и торцевые стороны (125) на поперечных торцах боковых стенок (123) и донной пластины (121), при этом донная пластина снабжена охлаждающими каналами (122) для приема жидкого хладагента;
характеризующийся тем, что кожух дополнительно содержит разделительную пластину (130), закрывающую нижний отсек (120), при этом разделительная пластина находится в тепловом контакте с боковыми стенками и с одним или более конденсаторами;
при этом разделительная пластина создает непосредственное соприкосновение с боковыми стенками или создает соприкосновение с боковыми стенками через термопасту или смазку или т.п., нанесенную между разделительной пластиной и боковыми стенками;
при этом блок привода мотора дополнительно содержит DC-шины (151, 152), которые электрически соединены с одним или более конденсаторами (103), при этом DC-шины механически прикреплены к разделительной пластине и теплопроводящим образом соединены с ней;
при этом твердотельные переключающие устройства (104) размещены в нижнем отсеке (120) между донной пластиной (121) и разделительной пластиной (130) и в тепловом контакте с донной пластиной (121), при этом конденсаторы (103) размещены на стороне разделительной пластины (130), которая обращена от нижнего отсека (120), и установлены на и по существу поддерживаются посредством DC-шин (151, 152);
при этом кожух (101) дополнительно содержит верхний отсек (140), имеющий верхнюю пластину (141) и боковые стенки (143), при этом конденсаторы (103) размещены в верхнем отсеке (140) между верхней пластиной (141) и разделительной пластиной (130), при этом верхний отсек, разделительная пластина и нижний отсек вместе окружают один или более конденсаторов и твердотельных переключающих устройств.
2. Блок привода мотора по п. 1, в котором DC-шины, каждая, содержат фрагмент, который протягивается по существу параллельно разделительной пластине таким образом, что когда рассматривается в проекции на разделительной пластине, по существу вся поверхность каждого из одного или более конденсаторов, которая обращена к разделительной пластине, перекрывается одной из шин.
3. Блок привода мотора по п. 2, в котором по меньшей мере 90% упомянутой поверхности перекрывается одной из шин, более предпочтительно по меньшей мере 95%.
4. Блок привода мотора по п. 1, в котором термопаста или термическая смазка нанесена на поверхности конденсаторов, которые направлены к разделительной пластине.
5. Блок привода мотора по п. 1, содержащий AC-шины (161, 162, 163), которые электрически соединены с твердотельными переключающими устройствами, при этом каждая из AC-шин механически прикреплена к разделительной пластине (130) и теплопроводным образом соединена с ней.
6. Блок привода мотора по п. 5, в котором AC-шины (161, 162, 163) протягиваются сквозь разделительную пластину к твердотельным переключающим устройствам (104), при этом уплотнения предусматриваются вокруг фрагментов AC-шин, которые протягиваются сквозь разделительную пластину, для электрической изоляции AC-шин от разделительной пластины (130).
7. Блок привода мотора по п. 1, в котором разделительная пластина по существу полностью поддерживается на боковых стенках и/или на торцевых сторонах, и конденсаторы по существу полностью поддерживаются на разделительной пластине.
8. Блок привода мотора по п. 1, в котором упомянутая разделительная пластина создает упомянутое соприкосновение по всей длине противостоящих поверхностей боковых стенок.
9. Блок привода мотора по п. 1, в котором один или более конденсаторов содержится в узле конденсаторов.
10. Блок привода мотора по п. 1, в котором твердотельные переключающие устройства содержат биполярные транзисторы с изолированным затвором, полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник и/или биполярные плоскостные транзисторы.
11. Блок привода мотора по п. 1, содержащий первую торцевую пластину, размещенную на поперечном торце донной пластины (121) и формирующую поперечную стенку нижнего отсека (120), причем упомянутая первая торцевая пластина содержит соединитель для подачи охлаждающей жидкости для подачи текучей среды с внешней стороны блока привода мотора в каналы, и соединитель для возврата охлаждающей жидкости для возврата охлаждающей жидкости из блока привода мотора.
12. Блок привода мотора по п. 11, дополнительно содержащий вторую торцевую пластину, размещенную на поперечном торце донной пластины, противоположном тому, где размещена первая торцевая пластина, и формирующую поперечную стенку нижнего отсека, при этом первая и/или вторая торцевая пластина снабжена соединительными трубопроводами, выполненными для соединения с возможностью обмена текучей средой охлаждающих каналов друг с другом.
13. Блок привода мотора по п. 11, причем кожух (101) содержит вдоль внешней стороны боковых стенок паз или ребро для скользящей вставки вдоль опоры встроенного в колесо мотора в установочную позицию для зацепления соединителя для подачи охлаждающей жидкости и соединителя для возврата охлаждающей жидкости с сопрягаемыми соединителями для охлаждающей жидкости встроенного в колесо мотора.
14. Блок привода мотора по п. 1, в котором донная пластина (121) сформирована как выдавленная деталь с охлаждающими каналами (122), протягивающимися в направлении выдавливания.
15. Блок привода мотора по п. 1, в котором охлаждающие каналы протягиваются по существу параллельно друг другу от одного из поперечных торцов донной пластины к противоположному из поперечных торцов донной пластины.
16. Блок привода мотора по п. 1, в котором донная пластина содержит сквозные отверстия (124), которые протягиваются между поперечными торцами донной пластины (121), при этом в упомянутых отверстиях предусматриваются вставки, причем каждая вставка задает два или более охлаждающих каналов в продольном направлении донной пластины.
17. Блок привода мотора по п. 1, в котором конденсаторы соединены с твердотельными переключающими устройствами посредством проводников, которые протягиваются сквозь разделительную пластину в нижний отсек.
18. Блок привода мотора по п. 17, в котором проводники снабжены на своих концах, которые протягиваются в нижний отсек, штепселями, которые размещаются в соответствующих гнездах в нижнем отсеке.
19. Блок привода мотора по любому из предшествующих пунктов, в котором конденсаторы (103) соединены с твердотельными переключающими устройствами (104) посредством проводников, которые протягиваются сквозь разделительную пластину в нижний отсек.
20. Встроенный в колесо мотор, содержащий блок (100) привода мотора по п. 1, дополнительно содержащий статор и ротор, при этом блок привода мотора полностью размещен во внутреннем пространстве статора.
