设置有冷却系统的轮内电动马达的制作方法

1.本发明涉及一种设置有冷却系统的轮内电动马达。并且，本发明涉及制造这种轮内电动马达的方法。此外，本发明涉及一种用于包括这种电动马达的车辆车轮的驱动组件。


背景技术：

2.us 2017-0110933描述了一种用于电动轮马达的牵引/制动装置，该电动轮马达包括定子组件、转子、制动盘与转子一起旋转的制动系统，该定子组件包括短轴支承件、定子本体和限定定子冷却室的盖，该短轴支承件包括旨在用于将牵引/制动装置连接至车辆的固定基座。短轴支承件包括用于两个流体管道和一个线缆通道的三个轴向通道，这三个通道通向固定基座的中心区域。
3.短轴支承件固定至定子本体，并从马达的车辆侧穿过定子本体内部延伸至马达的道路侧，使得定子本体内圆周表面处的中空空间基本上完全被短轴支承件填充。定子本体内未设置用于向轮内马达提供电力的控制电子装置。相反，附接至定子的多个线圈由计算机控制，该计算机容纳在车轮外部，并且旨在控制由定子和转子组件形成的电动马达产生的扭矩。
4.从wo 2013/025096中已知了一种控制电子装置布置在定子内的轮内电动马达。该文献描述了一种具有轮内电动马达的电动车辆，其中转子联接至承载一个或多个轮胎的车轮的轮辋。定子经由车轮悬架系统安装在车辆的车架上。已知的轮内马达是直接驱动轮的一部分，其中马达的电磁体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，并且最小化了驱动组件中的部件的数量。
5.由轮内马达产生的扭矩取决于转子与定子之间的磁通承载表面，并且其是转子半径的二次函数。转子磁体围绕定子尽可能地向外放置，以获得最大可能的转子半径，并优化马达设计以最小化转子与定子之间的间隙，以向轮胎传递最大动力和扭矩。另一方面，转子与定子之间的间隙宽度设计成大到足以吸收驱动状态期间车轮上的机械冲击。
6.定子的绕组由位于定子内的电力电子装置供电，该电力电子装置将来自车辆的电源系统(例如，电池组和/或发电机)的电能转换为适于由电动马达使用的ac电流。这种电力电子装置通常包括电力电子器件，例如igbt(绝缘栅双极晶体管)电流模块和电流调节器，诸如在ep 1252034中所描述的。通过使用电力电子装置来控制供应给定子绕组的电流和/或电压，由定子产生的磁通的磁场矢量被控制，并且电动马达以期望的扭矩和/或转速运行。通过将电力电子装置集成在定子内，从电力电子装置延伸到电磁体的母线的长度可保持较短，这对于最小化操作这种电动马达通常所需的高电流和电压的损耗是非常理想的，该损耗例如可在700v或更高的电压下达到300a。
7.轮内驱动组件可实施为基本上自包含的模块，而不需要将车辆的任何移动部件附接至和/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/或由道路释放的灰尘和/或磨损颗粒的外来颗粒进入所述内部。
8.轮内驱动组件可通过将驱动组件的车辆侧连接至车辆车架而以各种位置安装在
车辆上。用于安装轮胎的轮辋可附接至转子，优选地附接至转子的大致圆柱形外表面。
9.为了冷却电动马达和/或电力电子装置，已知的驱动组件设置有冷却系统，该冷却系统具有位于靠近定子绕组内表面的圆柱形壳体上的曲折冷却通道。液体冷却剂通过冷却通道流入和流出驱动组件。另外地，冷却系统的圆柱形壳体具有圆形端表面，在该端表面上安装有电力电子装置。曲折冷却通道沿着圆柱形表面延伸，并且在一半处穿过圆形端表面。
10.然而，在现有技术中，轮内电动马达对电力电子装置的有效冷却受到了妨碍，这导致在使用期间电力电子装置加热至相对较高的温度，并限制了可供应给定子绕组的电力。通过曲折冷却通道的冷却的效率不高。
11.本发明的目的是克服或减轻现有技术的一个或多个缺点。本发明的具体目的是提供一种轮内电动马达，该轮内电动马达具有可容易地组装和拆卸的有效冷却的电力电子装置。


技术实现要素：

12.该目的通过轮内电动马达来实现，该轮内电动马达包括：定子，在车辆侧具有连接器短柱；圆柱形中空定子本体，连接至连接器短柱，并在外表面上装配有定子绕组；圆柱形转子本体，同轴地包围定子，并可围绕电动马达旋转轴线旋转；冷却套，位于圆柱形中空定子本体的周边处，并布置成用于冷却定子绕组；电力电子装置，布置在中空定子本体内并适于为定子绕组供电；其中，连接器短柱设置有用于液体冷却剂的供给通道的第一开口和用于液体冷却剂的返回通道的第二开口，供给通道和返回通道中的每个均基本上平行于连接器短柱的轴向方向；其中，电动马达包括内部冷却回路，该内部冷却回路具有用于液体冷却剂的供给连接器和返回连接器，供给连接器布置成用于液密地联接至供给通道的第一开口，以及返回连接器布置成用于液密地联接至返回通道的第二开口，以及其中，内部冷却回路包括冷却剂供应通道，该冷却剂供应通道从供给连接器延伸，首先穿过电力电子装置，并且随后穿过圆柱形中空定子本体内的冷却套，延伸至返回连接器。
13.优选地，供给连接器布置在冷却剂供应通道的进入电力电子装置的入口处，以及返回连接器布置在冷却剂供应通道的离开冷却套的出口上。根据本发明，液体冷却剂在经过车辆上的冷却单元或热交换器之后进入轮内马达，并且在经过定子本体的冷却通道之前首先与电力电子装置的电子部件进行热交换接触。以这种方式，与现有技术的冷却回路相比，在操作期间可达到比定子绕组更高的温度的电子部件被相对冷的液体冷却剂冷却，该液体冷却剂提供相对高的热传递，在现有技术的冷却回路中，电子部件被用于冷却定子绕组的液体冷却剂冷却。当电力电子装置平行于旋转轴线分别朝向和远离连接器构件滑动时，供给连接器和返回连接器优选地允许轴向联接和分离。
14.在实施方式中，内部冷却通道包括第一环路，该第一环路从供给连接器延伸，通过电力电子装置并返回至返回连接器，其中，第一环路完全布置在冷却套的上游。因此，冷却液可从连接器构件通过电力电子装置流向道路侧端，然后回到连接器构件，以这种方式形成第一环路。
15.在实施方式中，内部冷却通道包括完全布置在第一环路下游并与其连接的第二环路，其中，所述第二环路从连接器构件延伸，穿过冷却套并返回连接器构件中。已经通过第一环路的冷却液因此可随后从连接器构件通过冷却套流向道路侧并返回连接器构件，以这
种方式形成第二环路。优选地，凸缘包括连接在返回连接器下游并将第一环路连接至第二环路的通道。
16.在实施方式中，内部冷却回路的第一部分包括供给通道，内部冷却回路的第二部分包括在电力控制装置内的冷却管，其中，内部冷却回路还包括在冷却套中的通道，其中，第二部分完全在冷却套中的通道的上游并径向布置在由所述通道跨越的体积内。因此，第二部分布置在冷却套的通道的上游并位于通道的内侧。
17.在实施方式中，由第二部分跨越的体积完全布置在由冷却套的通道跨越的体积内。另外地或可替代地，由第二环路跨越的体积完全布置在由第一环路跨越的体积内。通过以这种方式将内部冷却回路的第二部分与冷却套的通道隔开，可确保冷却液首先冷却电力电子装置，随后冷却由电力电子装置供电的电磁体。
18.在实施方式中，第二部分形成用于电力电子装置内的冷却液的环路，和/或冷却套形成用于冷却液的环路。因此，第二部分可形成第一环路，以及冷却套的通道可形成第一环路下游的第二环路。
19.在实施方式中，连接器构件包括位于转子内的凸缘，其中凸缘设置有用于冷却套的入口通道，其中该入口通道布置在返回连接器的下游，以及其中凸缘设置有用于冷却来自冷却套的冷却液的出口通道。因此，已通过电力电子装置的冷却液可通过入口通道供应至冷却套。在循环通过冷却套之后，它可经由出口通道离开冷却套。出口通道通常连接至在轮内马达外部且在车辆内的冷却装置，例如散热器。
20.在实施方式中，连接器构件包括位于转子内的凸缘，其中供给连接器和返回连接器基本上平行于旋转轴线延伸，并且至少部分地在电力电子装置与凸缘面向电力电子装置的一侧之间延伸。在将电力电子装置安装在中空定子本体内期间，电力电子装置可平行于旋转轴线朝向凸缘的面对侧滑动，以便允许供给连接器和返回连接器提供与凸缘和电力电子装置的流体连接。
21.在实施方式中，冷却剂供应通道与电力电子装置的电子部件进行热交换接触。例如，冷却剂供应通道可靠近igbt和/或电容器或电力电子装置的其它部件，其中，当电力电子装置将来自车辆的ac电力转换为适合由轮内电动马达使用的电力时，这些其它部件产生热量。
22.在实施方式中，电力电子装置内的冷却剂供应通道设置有一个或多个附接至电子部件中的一个或多个的热交换器。这种热交换器例如可包括金属管道，该金属管道的外表面附接至电子部件，并且其中冷却液在管道内流动。当与冷却剂供应通道和电力电子装置两者热接触时可使用的其它公知类型的热交换器包括热管和冷却翅片。
23.在实施方式中，第一密封件布置在供给通道的第一开口与供给连接器之间，第二密封件布置在返回通道的第二开口与返回连接器之间。密封件优选地适于一方面提供供给连接器与返回连接器之间的液密连接，以及另一方面提供电力电子装置和/或面对电力电子装置的凸缘侧之间的液密连接。例如在将电力电子装置安装在中空定子本体内期间，密封件通常适于允许供给连接器和返回连接器沿着平行于旋转轴线的方向插入其中。
24.在实施方式中，供给连接器和返回连接器布置在凸缘上面对电力电子装置的一侧；或者供给连接器布置在凸缘上面对电力电子装置的一侧，以及返回连接器布置在电力电子装置上面对凸缘的一侧；或者供给连接器布置在电力电子装置上面对凸缘的一侧，以
及返回连接器布置在凸缘上面对电力电子装置的一侧；或者供给连接器和返回连接器布置在电力电子装置上面对凸缘的一侧。在所有这些情况下，供给连接器和返回连接器可通过沿着旋转轴线朝向凸缘滑动电力电子装置而滑入优选地设置有密封件的开口中。
25.在实施方式中，互连管布置在电力电子装置内的冷却剂供应通道与冷却套内的冷却剂供应通道之间。优选地，互连管从返回连接器穿过凸缘延伸到凸缘的周向边缘，在该周向边缘处凸缘连接至冷却套。
26.在实施方式中，连接器构件包括凸缘，该凸缘位于转子内并且具有面对电力电子装置的侧部，其中，凸缘和/或中空定子本体的内圆周表面设置有一个或多个支承件，该一个或多个支承件平行于旋转轴线延伸并且适于支承电力电子装置沿着旋转轴线进入和离开中空定子本体的滑动运动。支承件有助于电力电子装置定位和滑动到中空定子本体中。支承件可从凸缘的面对电力电子装置的一侧延伸和/或可包括中空定子本体的内圆周上的边缘，以支承电力电子装置。
27.根据一方面，本发明提供了一种用于组装轮内电动马达的方法；该电动马达包括：定子，在车辆侧具有连接器短柱；圆柱形中空定子本体，连接至连接器短柱且在外表面上配备有定子绕组，以及还包括圆柱形转子本体，圆柱形转子本体同轴地包围定子并且可围绕电动马达旋转轴线旋转；电动马达还包括用于给定子绕组供电的电力电子装置；其中，连接器构件包括用于液体冷却剂的供给通道的第一开口和用于液体冷却剂的返回通道开口的第二开口，供给通道和返回通道中的每个均基本上平行于连接器短柱的轴向方向，其中，该方法包括提供包括控制电子装置的壳体，该壳体具有带第一阳连接器的输出冷却通道和返回冷却通道，其中，第二阳连接器位于第一连接器附近，以及将壳体的第一阳连接器和第二阳连接器滑入第一开口和第二开口中。
28.该方法优选地还包括：在轮内电动马达内提供内部冷却回路，该内部冷却回路具有用于液体冷却剂的供给连接器和返回连接器，其中，供给连接器布置成用于液密地联接至供给通道的第一开口，以及返回连接器布置成用于液密地联接至返回通道的第二开口；以及将电力电子装置连接至供给通道，并且在冷却回路中提供冷却剂供应通道，该冷却剂供应通道从供给连接器延伸，穿过电力电子装置且随后穿过圆柱形中空定子本体内的冷却套，到达返回连接器。
29.另外地，本发明涉及一种用于车辆车轮的驱动组件，该驱动组件包括如上所述的轮内电动马达或者通过如上所述的方法制造的轮内电动马达，其中，转子部分和定子部分都适于至少部分地布置在车轮内。
30.有利的实施方式由从属权利要求进一步限定。
附图说明
31.下面将参考附图更详细地解释本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。附图仅仅是为了说明的目的，而不是对本发明构思的限制。
32.在附图中：
33.图1a、图1b、图1c分别示出了用于本发明的驱动组件的剖视图、剖视等距视图和驱动组件的剖面；
34.图2示出了根据本发明的实施方式的连接器短柱的详细视图；
35.图3示出了根据本发明的实施方式的冷却回路的示意性布局；以及
36.图4示出了图3的细节。
具体实施方式
37.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本体31的定子30，该定子本体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，连接器短柱33布置在组件1的车辆侧2处，用于将驱动组件附接至车辆的车轴。连接器短柱33经由凸缘35固定地连接至定子本体34，凸缘35位于转子60内并且直径大于短柱33的位于转子60的外围外表面63外部的部分36。为了支承转子60围绕旋转轴线r的旋转运动，设置了轴承52，经由该轴承52将转子支承在车辆侧的短柱33上。在道路侧3，转子经由道路侧轴承54旋转地支承在定子本体31上。
38.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。电磁体41固定在定子本体31上，并通过永磁体61与由电磁体41产生的磁通量之间的相互作用来驱动转子的旋转。定子30和转子60形成适于直接驱动车轮围绕旋转轴线r旋转的电动马达。
39.转子60包括大致圆柱形的转子本体71，该转子本体71在其车辆侧2和其道路侧3处分别具有横向端72、横向端73。两个横向端72、73基本上封闭，以防止诸如来自道路的灰尘和磨损颗粒或由车辆的制动系统释放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各自设置有开口，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，而盖板75附接至侧板74以覆盖其横向车辆侧2处的轴承51，并且盖板75包括开口77，部分34延伸穿过该开口77。盖板75与布置在开口77的内圆周边缘79与轴34的外圆周之间的轴密封件78一起防止外来颗粒损坏车辆侧轴承52。另外地，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，在那里颗粒可干扰电磁体41。
40.布置在定子本体31内侧的道路侧轴承54由可拆卸的第二盖板80覆盖在道路侧3上。分解器81将定子30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。在第二盖板80中设置有圆形开口，其中分解器81附接至第二盖板80以旋转连接至转子部分。
41.为了控制电磁体41并为其供电，在中空定子本体31内布置有容纳电力电子装置42的壳体或外壳100。电力电子装置42包括用于将来自车辆的电源系统(例如，电池组和/或发电机)的电能转换成适于电动马达使用的ac形式的部件，诸如igbt。分解器81向电力电子装置提供指示转子的角位置的角位置信号，使得交流电流与转子的磁场同相地供应。
42.用于向电力电子装置42供电的电源线43a、电源线43b从转子60的外部延伸，通过连接器短柱33中的包括通孔的通道44，延伸至电力电子装置。
43.电力电子装置42的壳体或外壳100安装在头部上，即，连接器短柱33的凸缘35上。道路侧处的圆柱形转子本体71中的开口90的直径大于电力电子装置42的外壳的横截面。关闭道路侧处的圆柱形转子本体71中的开口的可拆卸的第二盖板80允许可通过将壳体插入通过道路侧3处的圆柱形转子本体71中的开口来安装电力电子装置42。此外，可拆卸的第二盖板80允许将电力电子装置的壳体锁定在适当位置，并且在需要时还允许相对容易地访问
电力电子装置42。
44.为了防止电力电子装置在电动马达运行时过热，提供了一种冷却系统，该冷却系统包括冷却泵(未示出)和冷却回路，冷却回路包括冷却剂供应通道45，该冷却剂供应通道45从冷却泵延伸通过连接器短柱33中的供给通道45a，通过电力电子装置42中的通道45b、通道45c、通道45d，然后通过设置在定子本体30的外表面32上的冷却套37，并最终通过连接器短柱33中的返回通道45e回到冷却泵。
45.供给通道和返回通道分别穿过连接器短柱33中的相应通孔朝向车辆内的热交换器或冷却单元(未示出)的出口和入口延伸。此外，冷却回路通常在冷却剂供应通道45中包括循环泵(未示出)，用于产生流经冷却剂供应通道45的液体冷却剂流。
46.冷却回路配置成使液体冷却剂流首先通过电力电子装置42的壳体，以便利用布置在壳体的底板中的返回导管来冷却电力电子装置的电子部件。返回导管进入连接器短柱，在该短柱处其连接至导管，该导管连接至冷却套37，从而使液体冷却剂流通过定子本体外表面上的冷却套37，返回至返回通道，并最终通过返回通道到达循环泵。
47.有利地，具有如上所述的冷却管布局的冷却剂供应通道的布置首先通过最冷的冷却剂流体提供对最热的内部部分的冷却。在冷却电力电子装置42的电子部件之后，冷却剂流体流过外围冷却通道以冷却电磁体。
48.在定子本体32内部的电力电子装置42的壳体100设置有与电力电子装置的电子部件热接触的一个或多个内部冷却管45b、45c(参见图3)。冷却剂经由冷却剂供应通道45供应至内部冷却管的入口导管45a(参见图3)。内部冷却管45b、内部冷却管45c的出口通过互连的冷却管45d连接至冷却套37的入口。在实施方式中，内部冷却管位于壳体100的底板中。在底板上，定位了具有相对高耗散的电子部件以获得对这些电子部件的充分冷却。
49.在穿过电力电子装置42之后，冷却剂流体流到设置在定子本体30的外表面32上的冷却套37。冷却套37设置有通道38，该通道38形成沿着中空圆柱体31延伸的回路，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(或定子绕组)。冷却套37的出口连接至连接器短柱33中的返回通道开口。
50.因此，相对较冷的冷却剂可通过冷却剂供应通道45供应，冷却剂在其通过冷却管并吸收来自电力电子装置42的热量期间被加热，并且随后通过通道38，以在返回车辆底盘内的泵之前吸收来自电磁体41的热量。加热的冷却剂优选地在车辆上的热交换器/冷却单元中冷却，之后其通过冷却剂供应通道45a至冷却剂供应通道45e再循环(参见图3)。
51.如将参考图2更详细地描述的，电力电子装置的外壳和连接器短柱33布置有插头和插座装置，以分别机械地连接、电连接和热连接电力电子装置，以便进行安装、供电和冷却。
52.图1b示出了图1a的驱动组件的局部剖视等距视图，其中第二盖板80和道路侧轴承54未示出，以允许更好的观察中空定子本体31和分解器81。
53.图1c示出了用于本发明的车轮驱动组件的剖面。车轮驱动组件包括轮内电动马达4、轮辋82和一个或多个轮胎84。
54.轮内电动马达4包括定子部分60和转子部分30。定子部分60联接至作为车辆底盘的一部分的连接器短柱33。
55.轮毂82布置在转子部分60的外圆周处。轮毂82可通过现有技术中已知的螺栓连接
而附接至转子部件。
56.在轮辋82上安装有一个或多个轮胎84。转子部分60和定子部分30都至少部分地布置在车轮内。
57.图2示出了连接器短柱33的分解图，其具有面向车辆安装的第一侧33-1，并具有基本上垂直于旋转轴线r并面向由中空定子本体31限定的开口的第二侧33-2。当组装时，中空定子本体抵靠凸缘35的圆周边缘固定，其中用于冷却套37的冷却液的入口通道(未示出)和用于冷却液的出口通道从冷却套延伸穿过连接器短柱33和其凸缘35到达连接器套。因此，冷却液可从车辆经由凸缘35流入连接器套37的通道38，并且在冷却电磁体41之后，可经由凸缘35且随后通过短柱33再次流回车辆。由于适当地冷却电力电子装置42很重要，所以在液体进入冷却套的通道38之前，来自车辆的液体冷却剂循环通过电力电子装置。冷却套的冷却通道38完全布置在电力电子装置内的冷却通道的下游，并且冷却套基本上径向围绕电力电子装置。
58.为了容易地将电力电子装置安装在中空定子本体内，凸缘在其第二侧33-2处设置有两个支承件91，该支承件91平行于旋转轴线r突出，并且设置成用于至少部分地支承其上的电力电子装置42。两个支承件91还确保电力电子装置在抵靠凸缘的第二侧33-2安装时围绕旋转轴线旋转对准，使得电力电子装置42的连接器可轴向插入设置在凸缘的第二侧33-2上的相应开口中。尽管未示出，但是可在中空定子本体的内侧设置呈边缘或脊形式的另外的支承件，该边缘或脊沿着内表面平行于旋转轴线延伸，并且布置成用于支承其上的电力电子装置。
59.图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的冷却回路的布局，其中，示意性地示出了通过连接器短柱33、电力控制装置42以及随后通过冷却套37的冷却液的流动。
60.在马达组件内，冷却回路布置有冷却剂供应通道，该冷却剂供应通道穿过连接器短柱33中的供给通道45a，穿过电力电子装置42中的沿着如果电力电子装置的电子部件的通道45b、通道45c，然后穿过电力电子装置的底板中的返回通道45d到达连接器短柱33中的另一通道45d，以及然后进入设置在定子本体30的外表面32上的冷却套37。第二返回通道45e从冷却套37穿过连接器短柱33。
61.已经参考优选实施方式描述了本发明。在阅读和理解前面的详细描述后，其他人将会想到明显的修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们在所附权利要求的范围内。
62.图4更详细地示出了图3的剖视图的一部分，该图中具有供给连接器102、返回连接器103和密封件107、密封件108。供给连接器和返回连接器设置在壳体100上面对供给通道92和返回通道93的开口的一侧，从而通过沿着旋转轴线r朝向和远离凸缘35轴向地滑动具有电力电子装置42的壳体100，可将供给连接器和返回连接器插入到开口中和从开口中取出。供给通道92和返回通道93的开口设置有密封件107、密封件108，当连接器插入到开口中时，密封件107、密封件108围绕相应的连接器102、连接器103。因此，连接器和密封件一起提供用于电力控制电子装置的壳体内的冷却通道与定子的凸缘35之间的液密连接。
63.图4示出了安装在连接器短柱33的凸缘35上的电力电子装置42的壳体的冷却剂连接器。在该剖面中，示出了供给通道与供给流体连接器之间以及返回通道与返回流体连接器之间的相应连接。此外，示出了在连接器短柱33中的相应通孔内的端子43a中的一个。供
给通道与供给流体连接器之间以及返回通道与返回流体连接器之间的连接均设置有密封件107、密封件108，以防泄漏。
64.在实施方式中，供给通道92和返回通道93的开口设置有密封件107、密封件108和止回阀(未示出)。有利地，当电力电子装置42从连接器短柱33的凸缘移开时，在连接器短柱33的凸缘35处的连接打开的情况下，止回阀将关闭车辆侧2处的冷却剂回路。