用于可电驱动的机动车的电的驱动单元的冷却装置、驱动单元和机动车的制作方法

本发明涉及一种用于可电驱动的机动车的电的驱动单元的冷却装置，该冷却装置用于冷却驱动单元的至少一个部件。本发明还涉及驱动单元和机动车。

背景技术：

在当前可电驱动的机动车、如电动车辆或混合动力车辆受到关注。这种机动车通常具有电驱动系统，该电驱动系统具有多个互连的驱动单元。驱动单元例如是电机、用于为电机提供电能的高压电池和功率电子器件、如连接在电机和高压电池之间的逆变器。为了在驱动系统运行时冷却这些驱动单元，由现有技术已知直接和间接的冷却方案。电机的直接冷却方案例如包括将油滴施加或喷射到电机的定子和/或转子的绕组的绕组头上以及与此相关地冷却定子和/或转子。但这种冷却方案通常需要直接耦联或连接至机动车的变速器并且需要其它部件、如油泵。

高压电池的间接冷却方案例如包括安装在高压电池的电池单体上的冷却板，该冷却板确保电池单体的对流冷却。功率电子器件的冷却方案与此类似。间接冷却一般来说基于套结构，该套结构围绕驱动单元的待冷却的部件并且具有被冷却介质或冷却流体穿流的冷却通道。在此，由部件散发的热量通过这些冷却通道对流地运走。在de102016225521a1和de102012205404a1中描述了用于电机定子的冷却壳体，该冷却壳体包括曲折的冷却几何结构。所述曲折的冷却几何结构通常用在一体的、借助砂模铸造方法或压铸方法制造而成的冷却壳体中。这种冷却几何结构虽然确保冷却流体持续的、保证足够冷却功率的偏转，但制造十分复杂。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种用于可电驱动的机动车的驱动单元的冷却方案，该冷却方案可特别简单地制造。

根据本发明，所述任务通过具有根据相应独立权利要求的特征的冷却装置、驱动单元和机动车来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求、说明书和附图的技术方案。

根据本发明的用于可电驱动的机动车的电的驱动单元的冷却装置用于冷却驱动单元的至少一个部件。所述冷却装置包括用于驱动单元的所述至少一个部件的壳体，该壳体为了冷却所述至少一个部件而至少局部地构造为用于所述至少一个部件的冷却套并且具有能被冷却流体穿流的至少一个冷却通道。冷却装置还包括至少一个冷却结构，该冷却结构构造为用于嵌入到所述至少一个冷却通道中的嵌入件并且该冷却结构设计用于通过产生冷却流体的湍流来增加冷却流体的流动阻力。

本发明还涉及一种用于可电驱动的机动车的驱动单元，该驱动单元包括至少一个部件和根据本发明的冷却装置。驱动单元优选构造为电机、高压电池或功率电子器件。所述至少一个部件在此尤其是电机的定子、高压电池的电池单体或功率电子器件的功率开关。

驱动单元的冷却装置具有壳体，该壳体至少局部地套状地包围驱动单元的所述至少一个部件并且该壳体形成用于所述至少一个部件的冷却套。但该壳体例如不仅可设计为用于冷却，而且也可设计为用于将所述至少一个部件保持或固定在按照规定的位置中和/或用于保护所述至少一个部件。例如壳体可保护所述至少一个部件免受环境影响、如水分或污物、或免受机械负荷影响，如在驱动单元受到由碰撞引起的冲击的情况下。壳体例如可以是用于电机定子的定子壳体、用于高压电池的多个互连的电池单体的电池壳体或用于功率电子器件的功率开关的开关壳体。

所述壳体为了形成冷却套而具有至少一个冷却通道。冷却通道设计用于沿所述至少一个部件的至少一个侧面引导冷却流体、如冷却液，并且由此在驱动单元运行时排出由所述至少一个部件散发的热量。为了提供所述至少一个冷却通道，壳体例如可至少局部地构造成双壁的。冷却流体例如可由机动车的冷却回路提供。壳体可具有与所述至少一个冷却通道流体耦联的冷却流体接口，该冷却流体接口例如可与冷却回路的冷却流体管路耦联。冷却流体接口可具有流体入口以及流体出口，通过该流体入口可将冷却流体引入到所述至少一个冷却通道中，通过该流体出口可将冷却流体从所述至少一个冷却通道中排出。例如构造为管接头的流体入口和流体出口例如可沿轴向方向彼此相对置，该轴向方向相应于待冷却的部件的侧面的延伸方向以及冷却流体的流动方向。冷却通道例如可构造成间隙状的并且沿轴向方向从流体入口延伸到流体出口并且因此提供冷却流体从流体入口到流体出口的沿待冷却的部件的侧面的大致层流。

由冷却装置提供的冷却功率在此还尤其取决于所述至少一个冷却通道的几何结构，所述几何结构影响冷却流体的流动方式并因此影响冷却流体的流动阻力。曲折的、但制造起来耗费的冷却通道基于所产生的冷却流体的湍流提供了高的冷却功率，而在简单的、引起冷却流体的大致层流的冷却通道中冷却功率较低或甚至不足。这种具有简单几何结构的冷却通道如上所述可以是间隙状的并且具有大的自由流动横截面，这种冷却通道尤其是主要沿部件轴向地引导冷却流体，即冷却流体不偏转或者几乎不偏转。

为了在冷却流体的流动中产生湍流以提高冷却功率，使用构造为嵌入件的冷却结构。通过将冷却结构设计为嵌入件，该冷却结构是与壳体分开的构件。因此，嵌入件可插入或嵌入到冷却通道中并且例如也可在不损坏的情况下再次从冷却通道中取出。在嵌入件设置在冷却通道内的状态中，冷却结构沿冷却流体的流动方向使冷却流体流动持久地偏转并且因此产生冷却流体的湍流。由此，增加了冷却流体的流动阻力。通过该增加的流动阻力也提高了冷却装置的冷却功率。因此，与冷却流体的层流相比，湍流——也基于冷却流体流动分布的均匀化——实现对所述至少一种部件的更好的冷却。

通过这种嵌入件能够以结构上简单的方式在冷却通道内提供冷却几何结构，而无需在生产技术上使冷却通道本身配备冷却几何结构、如曲折形的交织结构。通过使用例如可批量生产的嵌入件，可在冷却装置的生产和制造中降低成本，因为冷却通道本身可制造成具有简化的几何结构的、如制造成间隙状的，该几何结构带有大的自由流动横截面。

证明为有利的是，冷却结构在嵌入冷却通道内的状态中沿冷却流体的流动方向在冷却通道的预定长度上、尤其是在冷却通道的整个长度上延伸，以便沿冷却结构引导冷却流体。因此，冷却结构在沿部件的轴向方向定向的流动方向上具有尤其是与冷却通道长度相对应的长度。因此，冷却结构平行于冷却通道的两个彼此相对置、沿流动方向延伸的壁延伸。由此，冷却流体沿冷却结构穿流所述至少一个冷却通道，冷却结构在此产生冷却流体的湍流。

此外可规定，嵌入件的横截面形状和/或横截面尺寸相应于由冷却通道提供的流动横截面。因此，嵌入件横向于冷却流体流动方向的尺寸相应于所述至少一个冷却通道横向于流动方向的尺寸。例如嵌入件的宽度和/或厚度相应于所述至少一个冷却通道的直径。嵌入件因此贴靠在沿流动方向延伸的冷却通道壁上并且与所述至少一个冷却通道的横截面相匹配。由此，嵌入件在冷却通道中完全在冷却流体的流动横截面上延伸。因此，有利地在嵌入件与冷却通道壁之间不存在冷却流体可不受阻碍地穿流的自由流动横截面。

特别优选地，所述冷却结构构造为纤维织物，该纤维织物具有由交叉的纤维构成的结构。嵌入件因此构造成纤维结构化的。纤维织物或纤维编织物或纤维针织物在此应理解为具有网眼的、通过纤维交织制成的形成物。例如纤维织物可制造成双层的，其包括至少两个纤维系统。将这些纤维系统交叉以形成网眼。如果一个纤维系统内的纤维例如设置成彼此平行延伸的并且各所述纤维系统垂直交叉，则产生矩形网眼。但纤维也可交织成任何其它编织物、如六边形编织物。

织物状的嵌入件在此这样嵌入到冷却通道中，使得织物结构沿流动方向延伸。流动因此不是经过了从流体入口朝向流体出口方向的最短直接路径，而是在其路径上沿织物结构偏转。由此，流动更均匀地分布在冷却套上。另外，纤维织物甚至比例如具有冷却通道曲折结构的冷却通道更好地确保驱动单元的冷却。通过纤维织物的结构、如通过纤维直径、层数、网眼的宽度或尺寸等能够以简单的方式调节期望的流动阻力，以实现优化的冷却效果。

纤维在此可由任意材料制成。尤其是，嵌入件的纤维由金属、陶瓷和/或塑料制成。金属纤维或线材是特别有利的，因为所述金属纤维或所述线材可特别简单且低成本地绞合或交织成线材织物或线材针织物。这种纤维织物能够以有利的方式特别低成本地大批量生产。

在本发明的一种扩展方案中，所述壳体构造为多件式的并且具有至少一个朝向所述部件的内部壳体部件和至少一个与内部壳体部件在形成间隙的情况下间隔开设置的外部壳体部件。所述至少一个冷却结构可嵌入到形成所述至少一个冷却通道的间隙中。通过壳体的多件式、如两件式的设计，可特别简单地制造冷却通道。因此，不需要在壳体的壳体壁中例如通过铣削、砂模铸造方法或压铸方法制造耗费的几何结构。相反地，足够的是，将各壳体部件、即内部壳体部件和外部壳体部件在形成间隙或中间空间的情况下彼此间隔开设置。所述壳体部件可以是简单的板材或塑料部件，所述板材或塑料部件例如只需与部件的形状相匹配。由于这种间隙冷却(在间隙冷却中，冷却流体沿轴向穿流间隙)引起层流并因此提供低的冷却功率，因此将冷却结构嵌入或引入到间隙中。该冷却结构在流动的冷却流体中产生湍流并且因此确保增加的流动阻力，该增加的流动阻力提高冷却功率。嵌入件的横截面形状在此与间隙的横截面形状相匹配。例如嵌入件和间隙可具有环形的横截面、矩形的横截面或任意其它横截面。

在本发明的一种实施方式中，所述冷却装置构造用于冷却电机的定子，内部壳体部件和外部壳体部件分别构造为中空柱形的套壁元件以便设置在定子的中空柱形的叠片组上并且在内部壳体部件和外部壳体部件之间形成提供环形流动横截面的间隙的情况下所述内部壳体部件和外部壳体部件基本上彼此同心地设置。尤其是，冷却结构构造为中空柱形的嵌入件以用于推入到该间隙中。驱动单元因此是电机，该电极包括用于冷却构造为定子的部件的冷却装置。定子包括中空柱形的叠片组，该叠片组具有朝向空腔的内侧和与内侧径向相对置的外侧。在叠片组的内侧中可构造绕组槽，这些绕组槽沿叠片组的高度轴向延伸并且在这些绕组槽中设置有定子绕组。

内部壳体部件可设置在叠片组的外侧上并且因此在叠片组的圆周方向上套状地围绕叠片组。外部壳体部件在形成中空柱形的间隙的情况下围绕内部壳体部件。壳体因此构造为中空的双壁的柱状套。流动方向在此沿叠片组的外侧在轴向方向上从壳体部件的第一端面向着壳体部件的第二端面延伸。在第一端面上例如可设置流体入口并且在第二端面上可设置流体出口。现在将冷却结构嵌入到中空柱形的间隙中，通过该间隙提供用于冷却流体的环形流动横截面。冷却结构也是中空柱形的并且因此具有与流动横截面相对应的横截面。例如冷却结构可轴向插入或引入到内部壳体部件与外部壳体部件之间的间隙中。叠片组、内部壳体部件、冷却结构和外部壳体部件因此彼此同心地设置。中空柱形的嵌入件沿轴向方向的高度尤其是相应于各壳体部件的高度。中空柱形的嵌入件沿径向方向的径向厚度相应于内部壳体部件和外部壳体部件之间的距离并且因此相应于间隙直径。

在本发明的另一种实施方式中，所述冷却装置构造用于冷却高压电池的至少一个电池单体，所述壳体构造成箱状的，以容纳高压电池的所述至少一个电池单体。内部壳体部件和外部壳体部件构造为壳体的至少一个壳体壁的板状的、彼此平面平行设置的壳体壁元件并且所述至少一个冷却通道构造为内部壳体部件和外部壳体部件之间的提供矩形流动横截面的间隙。尤其是冷却结构构造为板状的嵌入件以用于嵌入到该间隙中。因此，该驱动单元是具有多个呈电池单体形式的部件的高压电池。壳体例如可以是直角平形六面体形的，壳体壁包围用于容纳电池单体的容纳空间。壳体的至少一个壳体壁、如壳体底部构造成双壁的并且具有处于内部的壳体壁元件、即内部壳体部件以及处于外部的壳体壁元件、即外部壳体部件。通过平行设置的壳体壁元件形成间隙，该间隙例如是直角平形六面体形的并且由此提供矩形流动横截面。在该间隙中冷却流体沿电池单体的一侧被引导，所述电池单体可堆叠和互连以形成例如多个电池模块。扁平的板状的嵌入件可嵌入到该间隙中，所述嵌入件也具有矩形横截面。因此，壳体壁元件和嵌入件彼此平面平行地设置。嵌入件例如可构造为矩形的线材织物。

本发明还包括一种具有至少一个根据本发明的驱动单元的机动车。该机动车尤其是构造为电动车辆或混合动力车辆并且例如可具有多个不同设计的、呈电机、高压电池和功率电子器件形式的驱动单元。

关于根据本发明的冷却装置提出的实施方式及其优点相应地适用于根据本发明的驱动单元和根据本发明的机动车。

本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明给出。上文在说明中提到的特征和特征组合以及下文在附图说明中提到和/或仅在附图中显示的特征和特征组合不仅能够以相应给出的组合使用而且也能够以其它组合或单独使用。

附图说明

现在借助优选的实施例并参考附图详细阐述本发明。附图中：

图1示出机动车的驱动单元的部件的示意图；

图2示出驱动单元的根据本发明的冷却装置的一种实施方式的示意性分解图；

图3示出根据图2的经组装的冷却装置的横截面图；

图4示出冷却装置的冷却结构的示意性透视图；

图5示出根据图4的冷却结构的横截面图；和

图6示出根据图4的冷却结构的纤维编织物的放大图。

具体实施方式

在附图中相同和功能相同的元件设有相同的附图标记。

图1示出用于可电驱动的机动车的驱动单元的部件1。该部件1在此是电机形式的驱动单元的定子，在此仅示出定子的叠片组2。但驱动单元也可以是具有多个电池单体的高压电池或具有功率开关的功率电子器件。叠片组2构造成沿圆周方向u围绕定子1的纵轴线l环绕的并且构造成中空柱形的。纵轴线l也相应于如下旋转轴线，电机的可转动地支承在叠片组2的柱形空腔3中的、在此未示出的转子围绕该旋转轴线转动。叠片组2具有围绕空腔3的内侧4。另外，叠片组2具有沿径向方向r与内侧4相对置的外侧5。在叠片组2的内侧4中沿圆周方向u分布有多个绕组槽6。绕组槽6沿纵轴线l从叠片组2的第一端面7轴向延伸到叠片组2的与第一端面7轴向相对置的第二端面8。定子1的在此未示出的定子绕组设置在这些绕组槽6中。

为了能够冷却定子1，驱动单元具有冷却装置9，该冷却装置在图2中以分解图示出并且在图3中以处于组装状态中的横截面图示出。冷却装置9具有壳体10，该壳体在此构造成两件式的并且该壳体设置在叠片组2上。壳体10具有内部壳体部件11和外部壳体部件12，它们分别构造为中空柱形的套壁元件。内部壳体部件11例如贴靠地设置在叠片组2的外侧5上并且套状地围绕叠片组2。外部壳体部件12与内部壳体部件11同心地设置并且同时在内部壳体部件11和外部壳体部件12之间形成间隙13(参见图3)。因此，外部壳体部件12的内直径大于内部壳体部件11的外直径。即间隙13在此构造成中空柱形的并且形成具有环形流动横截面的冷却通道，冷却流体可沿流动方向穿流该冷却通道以冷却定子1。流动方向沿纵轴线l定向并且流动横截面位于r-u平面中。因此，壳体10形成用于部件1的冷却套，该部件在此为电机定子。

为了将冷却流体供应到至间隙13并再次排出，壳体10具有在此未示出的冷却流体接口，该冷却流体接口包括流体入口和流体出口。流体入口和流体出口可设置在壳体10的轴向相对置的端部上，使得在壳体10设置在叠片组2上的状态中流体入口例如设置在叠片组2的第一端面7的区域中并且流体出口设置在叠片组2的第二端面的区域中。沿流动方向无扭曲的轴向间隙13沿流动方向具有对于冷却流体而言小的流动阻力，由此冷却流体层状地沿叠片组2的外侧5流动穿过间隙13。这种层流导致对于部件1的冷却功率不足。

为了在冷却流体穿流间隙13期间产生湍流，冷却装置9具有冷却结构14。冷却结构14在图4中以透视图示出、在图5中以r-u平面的横截面图示出并且在图6中以放大图示出。冷却结构14在此尤其是具有与流动横截面相对应的横截面。因此，冷却结构14在此构造为中空柱形的嵌入件，该嵌入件可设置在间隙13中。例如内部壳体部件11、冷却结构14和外部壳体部件12可插套在一起，使得它们围绕纵轴线l彼此同心地设置。

冷却结构14在此具有由纤维16、17制成的织物15或针织物或编织物。纤维16、17例如可以是金属线材、陶瓷纤维、塑料纤维等。因此，织物15能够低成本地并且大批量制造。在此，织物15构造成两层的。纤维16形成第一纤维系统18，并且纤维17形成第二纤维系统19。在此，纤维16彼此平行延伸地设置在第一纤维系统18中，并且纤维17彼此平行延伸地设置在第二纤维系统19中。纤维系统18、19在此垂直交叉并且由此形成矩形的网眼20。然而，纤维16、17也可不平行延伸地设置在各自的纤维系统18、19内，从而网眼20具有任意其它形状、如梯形或六边形。在冷却结构14设置在间隙13内的状态中，网眼平面位于u-l平面中，从而冷却流体沿网眼平面流动并且因此沿冷却结构14流动。此外，冷却结构14的厚度也相应于间隙13的径向宽度21，从而冷却结构14填充整个流动横截面。因此，在冷却通道中不存在冷却流体可层状穿流的“自由”流动横截面。

附图标记列表

1部件

2叠片组

3空腔

4内侧

5外侧

6绕组槽

7第一端面

8第二端面

9冷却装置

10壳体

11内部壳体部件

12外部壳体部件

13间隙

14冷却结构

15织物

16纤维

17纤维

18纤维系统

19纤维系统

20网眼

21宽度

l纵轴线

r径向方向

u圆周方向