[发明专利]无刷直流电机的电子器件的空气冷却

说明书

本发明提供了用于汽车中的冷却系统的风扇单元(10)，该风扇单元(10)包括：电动机(14)，该电动机(14)包括转子(30)和定子(16)，其中，定子(16)形成在电动机(14)的中央，并且转子(30)绕定子(16)径向向外布置；散热器(40)，散热器(40)邻近于定子轴，散热器(40)包括电子部件(42)且包括固定至散热器(40)的周向的散热翅片(44)；以及风扇毂(50)，风扇毂(50)固定地连接至电动机的转子(30)并位于转子(30)的径向外侧，风扇毂(50)沿散热器(40)的方向延伸并且风扇毂(50)包括用以产生空气流的风扇叶片(52)，其中，风扇毂(50)还包括径向叶轮(56)，该径向叶轮(56)邻近于叶轮的散热翅片(44)定位。

技术领域

本发明涉及用于对汽车中的冷却系统进行冷却的风扇单元。

背景技术

通常，用于对汽车中的冷却系统——比如发动机——进行冷却的风扇由无刷电动机驱动。该无刷电动机利用产生热量的一体式电力电子单元而进行换向。该热量需要从无刷电动机移除，否则电子部件会因过热而损坏。发动机舱中的环境温度非常高、高达120℃。然而，电子器件应当被保持在150°以下。由于电子器件还必须被密封以防止暴露于水并且电子器件因发动机限制而处于非常紧密的空间，因此必须确保电子器件的有效冷却。

电子器件的冷却可以以多种方式来实现。简单且最有效的方式中的一个方式是将电子控制单元(ECU)置于暴露在由风扇所产生的高速主流空气中的箱的外部。然而，这种系统的高电磁辐射增加了复杂性和成本，并且对风扇系统的气流效率和声学的影响是负面的。此外，如果ECU远离风扇定位，则风扇单元的构建变得不够紧凑并且安装该风扇单元更加复杂。

然而，在电机和ECU被构建在同一壳体中的一体式电子单元的情况下，冷却变得更具挑战性。现有的设计包含集成到电子器件壳体的形状中的大量的引脚或翅片。在该设计的情况中，在给定的可用体积内增大了热传递表面。热传递的机理主要是通过自然对流而进行，这是由于下述周围流体的局部升温而从表面进行能量传递：该周围流体在其升温时缓慢地开始运动。由于这些翅片通常位于空气流很少的地方中，因此热量传递非常有限，并且ECU壳体必须具有非常大的表面面积。

另外的解决方案是使用下述散热翅片：所述散热翅片从电机径向突出至由主发动机冷却风扇产生的空气中。缺点是非常庞大的设计通常不适合于需要紧凑型解决方案的大多数应用。此外，该设计很笨重。

例如，US6384494公开了一种电机驱动式风扇，该电机驱动式风扇包括：电动机，该电动机包括转子和定子，其中，该转子包括大致杯形的盖，该大致杯形的盖至少部分地绕该定子延伸并且该大致杯形的盖具有邻近底壁的多个侧向出口开口；以及叶轮或风扇，该叶轮或风扇包括中空毂，多个主外部风扇叶片从该中空毂延伸。该毂具有：前壁，该前壁固定至该转子的盖的后壁；以及侧向裙状部，该侧向裙状部以径向间隔开的关系围绕盖的侧壁。

发明内容

本发明的目的是在不大幅增加所需空间的情况下改善控制系统的电子部件的冷却。

根据本发明的用于汽车中的冷却系统的发明性风扇单元包括：电动机，该电动机包括转子部分和定子部分，其中，定子部分形成为轴，并且转子部分绕定子部分径向向外布置；散热器，该散热器邻近于定子轴，该散热器包括特别是用于控制电动机的电子部件，并且该散热器包括固定至散热器的周向的散热翅片；以及风扇单元毂，该风扇单元毂固定地连接至电机的转子部分并且该风扇单元毂位于转子部分的径向外侧，该风扇单元毂沿散热器的方向延伸，并且该风扇单元毂包括用以产生空气流的风扇叶片，其中，风扇单元毂还包括径向叶轮，该径向叶轮邻近于该叶轮的散热翅片定位。邻近于散热翅片的叶轮通过将空气径向向外推动使ECU的散热翅片处的空气流动增强，从而将空气从散热翅片吸出并且在散热器处产生适当的空气运动。

风扇单元还可以包括封围散热器的电机安装环。通过在散热翅片的周向上设置壁，安装环使散热翅片之间的空间能够用作流体通道，该流体通道用于由叶轮从散热翅片所吸出的空气的流动。