具有集成功率电子器件和集成冷却剂回路的多相电机制造技术

具有n相的多相电机，n≥3，包括限定纵向轴线的壳体(24)、定子(26)和包括机械驱动轴的转子(28)，该电机配备有功率电子器件(32A1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成功率电子器件和集成冷却剂回路的多相电机

技术介绍

[0001]本专利技术涉及主要用于飞机和其他旋翼飞行器的推进的电气化/混合化领域，而且还涉及诸如机载网络生成之类的非推进应用，并且它尤其涉及一种用于将功率电子器件尽可能紧密地集成到用于空中或陆地交通工具的多相电机的新架构。
[0002]航空器的电气化，尤其是其推进的电气化，导致机载电气功率水平的增加(从数百千瓦转变为兆瓦)，这直接影响了专门用于发电的整个转换链。这既涉及机电转换器(电机)，也涉及电气转换器(功率电子器件)。因此，当前的主要关注点在于：增加体积功率密度，以便提高整个系统{电机+功率电子器件+关联命令}的紧凑性，同时旨在提高性能(提高能量效率，确保机械强度，管理热方面、可用性、可靠性等)。
[0003]以“集成式模块化马达驱动器”或“智能马达”为名的解决方案提出将功率电子器件集成得尽可能靠近电机——无论是在机壳的内部还是外部地位于该壳体的表面上或端部处。
[0004]但是，这些解决方案仍然遭遇许多缺点。未分布有功率电子器件的壳体外部的径向表面集成具有紧凑性低、未分布的半导体器件中的损耗以及与模块化功率电子器件的兼容性差的缺点。壳体外部的轴向表面集成需要在壳体的两个端部之一处可用的空间，该空间在航空应用中并不总是存在。然而，与模块化功率电子器件兼容的壳体内部的集成提出了与温度强度相关的热约束以及与DC总线的电容器的体积相关的集成约束。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术提出了用于具备混合的多相电机的新的集成变速驱动架构，也就是说，其功率电子器件既在壳体的内部又在壳体的外部，克服了上述缺点。
[0006]该目的通过具有n相的多相电机来实现，多相电机包括：限定纵向轴线的壳体、定子和包括机械驱动轴的转子，该电机配备有功率电子器件和冷却剂回路，所述功率电子器件由n个功率电子模块形成，该n个功率电子模块均匀地分布在所述壳体的纵向延伸部的内圆周上，该壳体的纵向延伸部的外圆周覆盖有单个环形DC总线去耦电容器，该单个环形DC总线去耦电容器电气连接到所述n个功率电子模块，电机的特征在于，所述冷却剂回路包括多个U形管，多个U形管具有在包括所述纵向壳体延伸部的壳体的整个长度上延伸的管状引出部分以及在不包括所述纵向壳体延伸部的壳体长度上延伸的较短的管状返回部分。
[0007]在壳体的延伸部中使用单个环形去耦电容器和功率电子器件的模块化布置显著增加了体积功率密度，同时解决了由这种类型的组件的大体积所引起的问题。
[0008]有利地，冷却剂在所述U形管的第一端部处通过布置在所述纵向壳体延伸部的自由端部处的径向入口孔被引入，并在所述U形管的第二端部处通过径向出口孔被抽出。
[0009]通过这样的安排确保在对电机进行冷却之前先对功率电子器件进行冷却，从而显著改善了散热效果，改善了机器的温度强度。
[0010]优选地，所述径向入口孔径向地通向环形流体分布凹槽中，该环形流体分布凹槽为所述多个U形管供应冷却剂。
[0011]有利地，所述冷却剂回路的所述U形管以较高数目被布置在所述功率电子模块处。
[0012]优选地，所述管状返回部分被布置在所述管状出口部分的外部，并且基本上在定子的一个端部处通向环形流体分布凹槽中，所述径向出口孔从环形流体分布凹槽中出现，用于将先前通过所述径向入口孔而被引入到所述管状引出部分中的冷却剂排出，所述径向入口孔径向地通向环形流体分布凹槽中。在该配置中，电机还包括在所述管状返回部分处围绕电机的外护套。
[0013]根据特定实施例，电机还可以包括在所述纵向延伸部的所述内圆周上与所述功率电子模块交替布置的n个滤波块。
[0014]优选地，电机还包括在其两个端部的每一个处的盖：第一盖，最靠近所述功率电子模块，被配置为在内表面上容纳所述功率电子模块的控制单元；和第二盖，在其中心处被穿孔以允许所述机械驱动轴通过。
[0015]有利地，所述单个环形去耦电容器是HT PTFE型薄膜电容器，该HT PTFE型薄膜电容器具有两个电气入口和与所述n个功率电子模块相对布置的n个相同的电气出口。
[0016]优选地，所述多相电机包括n个功率电子模块，每个功率电子模块包括两个切换元件，并且如果需要还包括n个滤波块，每个滤波块包括滤波电感器。
附图说明
[0017]通过参考以下附图阅读下文以指示而非限制的方式给出的描述，将更好地理解本专利技术，附图中：
[0018]-图1是根据本专利技术的具有集成功率电子器件的多相电机的第一示例性实施例的立体图，
[0019]-图2是图1的多相电机的纵向截面，
[0020]-图3是根据本专利技术的具有集成功率电子器件的多相电机的第二示例性实施例的立体图，
[0021]-图4是图3的多相电机的纵向截面，以及
[0022]-图5是图示出多相电机及其关联的功率电子器件的电气图。
具体实施方式
[0023]图5是逆变器12对多相电机10的命令的框图，其例如在两个级别上由直流电源14供应。为了简化附图，以例示而非限制的方式给出的示例示出了供应4相电机的4臂逆变器。但是，“多相电机”应被理解是定子中的相数大于或等于3的电机。众所周知，布置在电源和逆变器的入口之间的去耦电容器16允许平滑电源的电压的任何变化(特别是当它包括整流器时)，并且布置在逆变器的出口与电机之间的滤波电感器18允许在电机中限制由逆变器的切换所导致的电磁干扰。然而，应注意，当电磁兼容性不是期望的特性并且将逆变器链接到电机的定子的电缆的长度相对较短时，可以省略这些滤波电感器。
[0024]在经典的两级桥架构中，逆变器12包括与电机的相1，2，...，n一样多的功率臂12A1，12A2，...，12An，并且每个功率臂包括两个切换元件(例如22A、22B)。同一功率臂的一对切换元件的中点被链接到电机的定子的相绕组。切换元件(晶闸管、IGBT、MOSFET等)由实现正弦或矢量脉冲宽度调制(PWM)方法等的控制单元20以已知的方式进行掌控。
[0025]图1和图2以外部视图和纵向截面示出了这种多相电机22的基本圆柱形结构的第一示例，该多相电机22包括管状壳体24、环形定子26和圆柱形转子28。壳体24围绕定子26，定子26自身围绕转子28，转子28被机械驱动轴30所穿过，该机械驱动轴30限定了电机的旋转纵向轴线。
[0026]根据本专利技术，壳体24在定子26的两个端部的一个端部26A处具有纵向延伸部24A，以便也围绕允许电机命令的不同组件，即集成了切换元件的功率电子模块32和集成了滤波电感器的滤波块34。模块和块在该延伸部24A处被交替地布置在壳体24的内圆周上。在当然是以示例而非限制的方式给出的例示示例中，多相电机是六相电机，并且因此包括六个功率电子模块32A1-32A6，每个功率电子模块包括两个切换元件22A、22B，并在必要时包括六个滤波块34A1-34A6，其每一个均包括滤波电感器18。
[0027]将这些不同的电子组件集成在壳体的延伸部中允许使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有n相的多相电机，n≥3，包括：限定纵向轴线的壳体(24)、定子(26)和包括机械驱动轴(30)的转子(28)，所述电机配备有功率电子器件(32)和冷却剂回路，所述功率电子器件由n个功率电子模块(32)形成，所述n个功率电子模块(32)均匀地分布在所述壳体的纵向延伸部(24A)的内圆周上，所述壳体的纵向延伸部(24A)的外圆周覆盖有单个环形DC总线去耦电容器(16)，所述单个环形DC总线去耦电容器(16)电气连接到所述n个功率电子模块，所述电机的特征在于，所述冷却剂回路包括多个U形管，所述多个U形管具有在包括所述纵向壳体延伸部的所述壳体的整个长度上延伸的管状引出部分(38A)以及在不包括所述纵向壳体延伸部的壳体长度上延伸的较短的管状返回部分(38B)。2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，冷却剂在所述U形管的第一端部处通过布置在所述纵向壳体延伸部的自由端部处的径向入口孔(40A)被引入，并在所述U形管的第二端部处通过径向出口孔(46)被抽出。3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述径向入口孔径向地通向环形流体分布凹槽(42A)中，所述环形流体分布凹槽(42A)为所述多个U形管供应冷却剂。4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述冷却剂回路的所述U形管以较高数目被布置在所述功率电子模块处。5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述管状返回部分被布置在所述管状引出部分的外部，并且基本上在所述定...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯特尔，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：