高壓電風扇系統的制作方法

本發明總體上涉及適用于冷卻應用的高壓電風扇系統及其部件，以及其制造和使用的相關方法。

背景技術：

1、目前正在采取措施限制溫室氣體排放和其他類型的排放，包括二氧化碳(co2)和氮氧化合物(nox)的排放。為了實現這些目標，正在開發可替代動力系統來取代內燃機。這些包括如重型卡車和非公路車輛等車輛的動力系統應用，如具有相對高扭矩能力的建筑和采礦設備(例如挖掘機、平地機、裝載機和采礦車輛)。需要為這些類型的設備和車輛上的各種系統提供冷卻。這種車輛上的電動動力系統通常由電動機、電子驅動裝置(通常稱為逆變器)和機械傳動裝置組成。這些設備由諸如電池或燃料電池的能源供電。這些能量源通常與電動動力系統一起攜帶在車輛上。在能量轉換過程中，電源存在能量損失。例如，在電池的情況下，在充電和放電期間，在電能轉化為化學能或從化學能轉化為電能的過程中，存在能量損失。在燃料電池的情況下，在氫和氧轉化為水的過程中存在能量損失。在這兩種情況下，熱量(熱能)形式的能量損失可能是巨大的，并且需要顯著的冷卻來保護受影響的系統免受熱損害。盡管特別是在電池驅動的車輛的情況下，即使當車輛空閑時，電池充電操作可能具有顯著的冷卻需求。諸如輔助制動機構(例如，用于山區的車輛操作)或各種其他車載系統的輔助系統的操作也可能具有超出基本動力系統和動力源冷卻需求的冷卻需求。

2、此外，此類動力傳動系統目前旨在高壓下運行，以限制電導體的尺寸，通常在約650至900伏直流電(volts?direct?current，vdc)的范圍內。雖然因為這些動力傳動系統的發展正在進行中，但是也可以使用其他相對高的電壓，例如甚至更高的電壓。車載冷卻系統通常由與電動動力系統相同的車載能源供電，因此將在相同的高電壓下運行。然而，被開發用作車載動力系統中的電動牽引電動機的設備并不容易適用于冷卻系統。車載牽引電動機具有相對高的扭矩要求，并且占據相當大的空間。相比之下，提供風扇驅動氣流的冷卻系統具有較低的扭矩要求，并且受到相當大的空間限制。因此，在主動力系統中使用的容積大且重的電動牽引電動機部件不適合風扇冷卻系統，因為風扇冷卻系統在本質上是輔助系統。另一方面，較低電壓系統不能直接適用于高電壓應用，尤其是在車輛應用中。事實上，目前普遍缺乏適用于風扇冷卻系統的扭矩、空間和質量約束的高壓部件，此外還缺乏適用于車輛應用的可用高壓電風扇系統(作為整體)。

3、希望提供一種使用高壓電源供電的冷卻系統，該系統占用相對小的空間，并以相對高的效率運行。這種高壓冷卻系統應該適用于車輛應用，以及類似的非車輛工業冷卻應用。液體冷卻和用于安裝和支撐各種部件的合適框架也是這種高壓冷卻系統的一部分。此外，需要在同一系統中容納高電壓和低電壓電氣部件，同時減少電磁干擾，并仍然提供相對緊湊的物理電子組件。此外，希望提供制造和使用這種高壓冷卻系統的方法。

技術實現思路

1、一方面，電冷卻風扇系統可包括框架、第一風扇、由框架支撐并可操作地連接到第一風扇的第一電動機組件、第二風扇、由框架支撐并可操作地連接到第二風扇的第二電動機組件以及液體冷卻路徑，該液體冷卻路徑經過第一電動機組件的第一定子和第二電動機組件的第二定子兩者附近，使得熱能可從第一電動機組件和第二電動機組件傳遞到存在于液體冷卻路徑中的液體冷卻劑。

2、另一方面，液冷式電風扇系統可包括電動機、風扇、電子外殼和液體冷卻通道。電動機可以包括具有轉子軸的轉子、定子和電動機殼體。轉子可以被定位在定子附近，并且電動機殼體可以至少部分圍繞轉子和定子。風扇可以可操作地連接到轉子軸，使得從電動機輸出的扭矩可以旋轉風扇。電子外殼可以附接到電動機殼體，電子外殼包括電連接到電動機的逆變器電路。液體冷卻通道可以被定位在逆變器電路和定子之間，并且液體冷卻通道可以包含能夠接受來自電動機和逆變器電路中的一個或兩個的熱能的液體冷卻劑。

3、另一方面，電冷卻風扇系統可包括框架、第一電動機和第一風扇。該框架可以包括基本平行布置的彼此間隔開的一對橫桿和多個支腿，每個支腿連接到兩個橫桿上。多個支腿中的至少一個支腿可以包括具有非線性形狀的管，并且框架的所有管狀部分可以被封閉以防止液體侵入。第一電動機可以附接到兩個橫桿上。第一風扇可以可操作地連接到第一電動機，使得從第一電動機輸出的扭矩可以旋轉第一風扇。

4、另一方面，電風扇系統可包括電動機、風扇和電子組件。電動機可以包括轉子、定子和電動機殼體。轉子可以被定位在定子附近，并且電動機殼體可以至少部分圍繞轉子和定子。風扇可以可操作地連接到電動機，使得從電動機輸出的扭矩可以旋轉風扇。電子組件可以包括基座、附接到基座的蓋子、高壓電連接器、低壓電連接器、逆變器電路和通信電路。基座和蓋子可以封閉內部容積，并且電風扇系統可以被配置為使得內部容積被密封以防止液體侵入。高壓電連接器可以穿過基座或蓋子，低壓電連接器可以穿過基座或蓋子。逆變器電路可以位于內部容積中，并且電連接到電動機和高壓電連接器，并且逆變器電路可以被配置為產生大于或等于850伏dc的功率輸出。通信電路可以位于內部容積中，并且電連接到逆變器電路和低壓電連接器兩者，并且通信電路可以被配置為在小于500伏dc下運行。

5、電子組件可包括具有內部容積且液密的外殼、位于內部容積內的逆變器電路、位于內部容積內的通信電路、位于內部容積內并電連接在高壓功率輸入和逆變器電路之間的高壓電磁干擾(electromagnetic?interference，emi)濾波器電路、以及位于內部容積內并電連接在低壓功率輸入和通信電路之間的低壓emi濾波器電路，逆變器電路的至少一部分被配置為在大于600vdc的高壓下運行，通信電路被配置為在小于500vdc的低壓下運行。高壓emi濾波器電路可以包括至少一個共模扼流圈電感線圈(common?mode?choke?inductorcoil)、至少一個差模x電容器和至少一個共模y電容器。低壓emi濾波器電路可以包括至少一個共模扼流圈電感線圈和至少一個共模y電容器。低壓emi濾波器電路可以具有與高壓emi濾波器電路不同的配置。

6、另一方面，一種制造電冷卻風扇系統的方法，可包括彎曲金屬管以形成具有非線性形狀的多個支腿，以基本平行的布置將彼此間隔開的一對橫桿固定到多個支腿中的每個上，在將一對橫桿固定到多個支腿上后，將端部件焊接到多個支腿的開口端以創建框架，使得框架的所有管狀部分都被封閉以防液體侵入；在創建框架后，將第一電動機組件附接到每個橫桿上；以及將第一風扇可操作地連接到第一電動機組件上。每個端部件可以具有緊固件開口，以容納適于將框架安裝在安裝位置的機械緊固件。

7、本概述僅以示例的方式提供，而非限制。鑒于本公開的整體，包括整個文本、權利要求和附圖，將理解本發明的其他方面。

技術特征：

1.一種電冷卻風扇系統，包括：

2.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，還包括：

3.根據權利要求2所述的電冷卻風扇系統，其中，所述軟管包括彎曲部分，在所述彎曲部分中所述軟管的材料被硬化，以保持所述彎曲部分的彎曲形狀。

4.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述液體冷卻路徑以流動串聯方式經過所述第一電動機組件，隨后經過所述第二電動機組件。

5.根據權利要求4所述的電冷卻風扇系統，還包括：

6.根據權利要求5所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一通道使穿過所述第一電動機組件的所述液體冷卻劑轉向至少約180°的角度。

7.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述液體冷卻路徑具有第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支平行地經過所述第一電動機組件和所述第二電動機組件。

8.根據權利要求7所述的電冷卻風扇系統，還包括：

9.根據權利要求8所述的電冷卻風扇系統，其中，所述液體冷卻劑入口歧管和所述液體冷卻劑出口歧管均位于所述框架附近，并且均被定位成在所述第一電動機組件和所述第二電動機組件相應旋轉軸線之間的區域中。

10.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，還包括：

11.根據權利要求10所述的電冷卻風扇系統，其中，所述電子組件的電子電路包括一個或更多個電路板上的逆變器電路，所述逆變器電路為所述第一電動機組件和所述第二電動機組件供電。

12.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一電動機組件和所述第二電動機組件均被配置為由大于或等于850伏dc的電流供電。

13.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述液體冷卻路徑穿過所述第一電動機組件的第一殼體蓋子中的第一通道，所述第一通道被軸向地定位成鄰近所述第一電動機組件的第一定子和第一轉子。

14.根據權利要求13所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一殼體蓋子具有線腔，并且其中，所述第一通道繞過所述線腔的周邊的至少一部分而不與所述線腔相交。

15.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，還包括：

16.根據權利要求15所述的電冷卻風扇系統，其中，軸承能夠旋轉地支撐所述第一電子外殼上的所述第一電動機組件的第一轉子。

17.根據權利要求15所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一電子外殼包括與所述液體冷卻路徑流體連接的第一電子冷卻通道，其中，所述第一電子冷卻通道的至少一部分被定位在所述第一電動機組件的第一定子和包含在所述第一電子外殼中的電力電子電路之間，使得熱能能夠從所述第一電動機組件和包含在所述第一電子外殼中的電力電子電路兩者傳遞到所述液體冷卻劑，所述液體冷卻劑存在于所述第一電子冷卻通道中。

18.根據權利要求15所述的電冷卻風扇系統，還包括：

19.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述框架包括彼此間隔開的一對橫桿和連接到所述橫桿的多個支腿，其中，所述第一電動機組件和所述第二電動機組件都附接到所述橫桿，其中，所述多個支腿中的至少一個支腿包括具有非線性形狀的管，并且其中，所述框架的所有管狀部分都被封閉，以防液體侵入。

20.根據權利要求19所述的電冷卻風扇系統，其中，包括所述管的多個支腿中的至少一個支腿還包括連接到所述管的實心端部，其中，所述管和所述實心端部之間的界面被封閉，以防止液體侵入，并且其中，緊固件開口穿過所述實心端部。

21.根據權利要求19所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一風扇和所述第二風扇以平行的旋轉軸線并排布置，并且其中，所述第一電動機組件和所述第二電動機組件相應的第一殼體和第二殼體至少部分地定位在所述框架的橫桿之間。

22.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，其中，所述第一風扇包括杯形輪轂和多個葉片，其中，所述杯形輪轂能夠旋轉地固定到所述第一電動機組件的第一轉子軸上，并且其中，所述多個葉片的前緣定位成在軸向上不比所述第一轉子軸的前端更向前。

23.根據權利要求1所述的電冷卻風扇系統，還包括：

24.一種液冷式電風扇系統，包括：

25.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，其中，所述電動機殼體具有開口，其中，所述電子外殼覆蓋所述電動機殼體的開口。

26.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，其中，所述轉子軸的后端通過軸承能夠旋轉地支撐在所述電子外殼上，并且其中，所述轉子軸的前端通過附加的軸承能夠旋轉地支撐在所述電動機殼體上。

27.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，還包括：

28.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，還包括：

29.根據權利要求28所述的液冷式電風扇系統，還包括：

30.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，其中，所述液體冷卻通道位于所述電子外殼的壁上。

31.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，其中，當所述電子外殼和所述電動機殼體附接在一起時，所述電子外殼和所述電動機殼體被密封，以防液體侵入。

32.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，還包括：

33.根據權利要求24所述的液冷式電風扇系統，其中，所述逆變器電路包括多個逆變器電路板。

34.一種電冷卻風扇系統，包括：

35.根據權利要求34所述的電冷卻風扇系統，其中，包括所述管的多個支腿中的至少一個支腿還包括連接到所述管的實心端部，其中，所述管和所述實心端部之間的界面被封閉，以防止液體侵入，并且其中，緊固件開口穿過所述實心端部。

36.根據權利要求34所述的電冷卻風扇系統，還包括：

37.一種電風扇系統，包括：

38.根據權利要求37所述的電風扇系統，還包括：

39.根據權利要求38所述的電風扇系統，其中，所述電動機殼體包括電動機液體冷卻通道，其中，所述電動機液體冷卻通道和所述電子液體冷卻通道通過液體冷卻路徑以流體連通的方式連接。

40.根據權利要求37所述的電風扇系統，其中，導熱膏被定位在所述逆變器電路和所述基座之間。

41.根據權利要求37所述的電風扇系統，其中，所述基座的至少壁由金屬材料制成，并且電接地。

42.根據權利要求41所述的電風扇系統，其中，通過連接到所述高壓電連接器的電纜提供到所述壁的電接地。

43.根據權利要求37所述的電風扇系統，其中，所述電動機具有三相無刷直流電動機配置。

44.根據權利要求37所述的電風扇系統，其中，所述高壓電連接器被配置為高壓輸入連接器，并且其中，所述電子組件定位成遠離所述電動機，所述電風扇系統還包括：

45.根據權利要求44所述的電風扇系統，還包括：

46.根據權利要求44所述的電風扇系統，其中，所述低壓電連接器穿過所述蓋子，并且其中，所述高壓電連接器和所述組合式電連接器均穿過所述基座。

47.根據權利要求37所述的電風扇系統，其中，所述逆變器電路包括多個分立的逆變器電路板。

48.根據權利要求37所述的電風扇系統，還包括：

49.根據權利要求48所述的電風扇系統，還包括：

50.根據權利要求37所述的電風扇系統，還包括：

51.根據權利要求50所述的電風扇系統，還包括：

52.一種電子組件，包括：

53.根據權利要求52所述的電子組件，還包括：

54.根據權利要求52所述的電子組件，其中，所述高壓emi濾波器電路和所述低壓emi濾波器電路都設置在單個第一電路板上。

55.根據權利要求54所述的電子組件，其中，所述外殼由金屬材料制成，并且其中，所述第一電路板電接地至所述外殼。

56.根據權利要求54所述的電子組件，其中，所述逆變器電路和所述通信電路都設置在第二電路板上，并且其中，所述第一電路板和所述第二電路板以基本平行的關系在所述內部容積內以堆疊方式布置。

57.根據權利要求56所述的電子組件，還包括：

58.根據權利要求56所述的電子組件，還包括：

59.根據權利要求58所述的電子組件，其中，所述第二電路板位于所述第一壁和所述第一電路板之間。

60.根據權利要求52所述的電子組件，還包括：

61.根據權利要求52所述的電子組件，其中，所述逆變器電路被配置為提供大于或等于850vdc的高壓功率輸出。

62.一種制造電冷卻風扇系統的方法，所述方法包括：

63.根據權利要求62所述的方法，還包括：

64.根據權利要求63所述的方法，還包括：

65.根據權利要求64所述的方法，其中，所述軟管將所述第一電動機組件和所述第二電動機組件的液體冷卻通道以流體串聯的方式流體連接至所述液體冷卻路徑。

66.根據權利要求64所述的方法，還包括：

67.根據權利要求62所述的方法，還包括：

技術總結
一種電冷卻風扇系統(30；30’；130；230；330)可包括：框架(32；132；232；332)、第一風扇(38?1；138?1；238?1，338?1)、由框架支撐并且可操作地連接至第一風扇的第一電動機組件(34?1；134?1；234?1；334?1)、第二風扇(38?2；238?2；338?2)、由框架支撐并可操作地連接至第二風扇的第二電動機組件(34?2；134?2；234?2；334?2)以及液體冷卻路徑，該液體冷卻路徑經過第一電動機組件的第一定子(272；372)和第二電動機組件的第二定子(272；372)兩者的附近，使得熱能可以從第一電動機組件和第二電動機組件傳遞到存在于液體冷卻路徑中的液體冷卻劑。還公開了電冷卻風扇系統和制造該電冷卻風扇系統的相關方法的其他方面。

技術研發人員：特里斯坦·卡爾森,楊夢,尼古拉斯·海默爾,邁克爾·史蒂文斯,安德魯·斯特朗,提摩西·格羅瑟,喬納森·阿克曼,德瑞克·薩瓦拉,布雷特·鮑曼
受保護的技術使用者：霍頓公司
技術研發日：
技術公布日：2024/11/4