CN110138144B - 一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及其控制方法，包括冷却组件、动力组件、进出水管组件和传动组件四个部分。其中，冷却组件，包括第一冷却箱和第二冷却箱，所述第一冷却箱背面开设有两个左右对称的圆孔，圆孔内部均设有若干个进风扇，所述第一冷却箱上的前侧壁与两个进风扇的对应处开设有矩形孔。本发明通过在第一冷却箱和第二冷却箱内对水进行分段冷却，增加了散热效率，提高了散热效果，从而确保永磁同步电机的运行平稳。

Description

一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体为一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及其控制方法。

背景技术

电机取代原来的内燃机作为汽车的动力源，具有零排放，便于控制，噪声小等优点。由于永磁同步电动具有启动转矩大、抗过载能力强、能量转化效率高等优点，电动汽车一般采用永磁同步电机作为驱动电机。

永磁同步电机容易产生高热，同时多数采用全封闭式结构，此时散热条件更为恶劣，单单靠电机外部空气的自然对流冷却已经满足不了电机的散热需要。永磁同步电机对温度十分敏感，可能使永磁体产生不可逆性退磁，同时温度过高会导致电机中的绝缘材料加速老化，这些影响直接或间接的影响电机的效率和使用寿命。永磁同步电机在长时间大功率运行情况下散热性能差，目前较为常用的车用永磁同步电机采用水冷式散热方式。但是水冷式散热效率不高，散热效果不理想而且永磁同步电机的运行可靠性也不理想。

因此需要一个良好的电机冷却系统保证电机能够长时间运行在高效区，这与当前节能环保的主题是紧密结合的。

发明内容

发明目的：提供一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及其控制方法，解决了现有的水冷式散热效率低，散热效果不理想而且永磁同步电机的运行可靠性不理想的问题。

技术方案：一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，包括冷却组件、动力组件、进出水管组件、传动组件四个部分。

其中，冷却组件，包括第一冷却箱和第二冷却箱，所述第一冷却箱背面开设有两个左右对称的圆孔，圆孔内部均设有若干个进风扇，所述第一冷却箱上的前侧壁与两个进风扇的对应处开设有矩形孔；

动力组件，包括电机本体，固定在所述第一冷却箱底部的电机箱，安装在所述电机箱内部中心处的电机，安装在所述第一冷却箱内底部的第一水泵；

进出水管组件，包括设置在所述第一冷却箱内腔顶部且两端固定连接在第一冷却箱内侧壁上的分散管，一端连通在所述分散管管壁上侧中心处且另一端贯穿所述第一冷却箱并向外延伸的进水管，以及一端固定在所述第一水泵输出端，另一端贯穿所述第一冷却箱右侧壁底部并向外延伸的出水管，所述分散管管壁下侧沿其长度方向设有若干个均匀分布的出水孔；

传动组件，包括一端通过联轴器固定在所述电机输出轴上，另一端贯穿第一冷却箱和电机箱的连接处并延伸至第一冷却箱内的转轴，固定在所述转轴轴壁上侧的第一锥齿轮，两个分别横向设置在第一锥齿轮左右两侧且转动连接在所述第一冷却箱内壁上的传动杆，固定在两个传动杆相对的一端设有第二锥齿轮，以及若干个均匀分布在所述传动杆杆壁上的第一搅拌杆，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合。

在进一步的实施例中，所述第二冷却箱内部中心安装有散热板，所述散热板的四周侧壁分别水平固定在第二冷却箱内的四周侧壁上，能够使进入冷却箱内的水流至散热板上进行进一步的冷却。

在进一步的实施例中，所述转轴轴壁的下方固定设有两个对称的第二搅拌杆，所述第二搅拌杆上均匀分布有若干个第三搅拌杆，当转轴转动时能够带动第二搅拌杆以及第三搅拌杆对第一冷却箱底部的水进行搅拌冷却。

在进一步的实施例中，所述传动杆与第一冷却箱内壁的连接处设有第一滚动轴承，所述转轴与第一冷却箱的贯穿处设有第二滚动轴承，所述第一滚动轴承和所述第二滚动轴承均选用旋转密封轴承，能够确保传动杆和转轴只能沿其径向进行旋转，选用旋转密封轴承能防止轴承内的润滑油流出，也能防止第一冷却箱内的水进入轴承内，发生氧化致使轴承生锈从而旋转时卡死的现象发生。

在进一步的实施例中，所述第一冷却箱后内壁在两个所述传动杆的相对应位置处均设有支撑板，两个支撑板的侧壁与两个传动杆的杆壁之间均设有第三滚动轴承，支撑板通过第三滚动轴承与传动杆转动连接，增加传动杆的接触面积，防止传动杆在旋转时因无法承受水压而发生断裂，也能确保传动杆只能沿一个方向进行旋转。

在进一步的实施例中，所述第一水箱与所述电机本体之间设有第二水泵，第二水泵的一端与进水管相连，另一端通过连接管与电机本体相连，第二水箱的一端连接在出水管上，另一端通过连接管与电机本体相连，能够确保水从第一冷却箱流至第二冷却箱，再流至电机本体内，再通过第二水泵重新流入第一冷却箱内，完成整个冷却循环，带走电机本体内的热量。

在进一步的实施例中，第二滚动轴承与第一冷却箱的接触面之间设有密封圈，防止第一冷却箱内的水进入电机箱中。

在进一步的实施例中，所述第二冷却箱内下方安装有固定杆，固定杆上安装有摇动板，所述摇动板中间凸起，两侧向下凹陷形成两个对称的斜坡，水落在摇动板上对其进行再一次冷却降温，又因其两侧凹陷形成斜坡，水通过其自身的重力可下落，流至电机本体内。

一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、第一水泵工作，通过出水管将第一冷却箱内的水排入至第二冷却箱内，第二冷却箱内的水通过连接管流入至电机本体内，带走电机本体内的热量，使得水对电机本体进行快速冷却，第二水泵工作，将电机本体内的水抽至第一冷却箱内；

第二步、第一冷却箱上的进风扇工作，吹风冷却从分散管上流下是水；

第三步、电机箱内的电机工作，固定在电机轴联器中的转轴旋转，安装在转轴上的第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合从而带动传动杆上下旋转，使得第一搅拌杆对第一冷却箱中中间部分的水进行搅拌冷却，同时转轴带动安装在转轴轴壁下方的第二搅拌杆左右旋转，第二搅拌杆以及安装在第二搅拌杆上的第三搅拌杆对第一水箱底部的水进行左右搅拌冷却，进一步提高水的散热效果；

第四步、第一水泵工作，将第一水箱内的水通过出水管排入至第二水箱内，水流入散热板的表面，再流经摇动板，从而对水进行降温，已经冷却的水再次流入电机本体内，带走电机本体内的热量，再由第二水泵将电机本体的水送至第一冷却箱内；

第五步、重复第二步到第四步，直至电机本体停止工作。

有益效果：本发明涉及一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统及控制方法，与现有技术相比，有以下优点：（1）通过第一水泵将第一冷却箱内部的水排入至第二冷却箱中，使得第二冷却箱内的水流入至电机本体的内部，使得水对电机本体进行快速冷却，通过第二水泵将电机本体内的水抽入至第一冷却箱的内部，从而完成整个循环冷却过程；（2）通过第一冷却箱内的进风扇对从分散管流下的水进行吹风冷却，通过转轴带动传动杆和第二搅拌杆以及第三搅拌杆对第一冷却箱中中间部分和底部的水进行搅拌冷却，提高散热效果；（3）通过安装在第二冷却箱内的散热板和摇动板对水进行进一步的降温，使之能够带走电机本体中更多的热量。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中第一冷却箱的结构示意图；

图3为本发明中第一冷却箱的正视图；

图4为本发明中第二冷却箱的结构示意图；

图5为本发明中第二冷却箱内散热板的结构示意图。

图6为本发明在打开车内热空调时的整体结构示意图。

图中各附图标记为：电机本体1、第二冷却箱2、第二冷却箱3、分散管4、进水管5、进风扇6、矩形孔7、电机箱8、电机9、转轴10、第一锥齿轮11、传动杆12、第二锥齿轮13、第一搅拌杆14、第二搅拌杆15、第三搅拌杆16、第一水泵17、散热板18、第二水泵19、出水管20、支撑板21、摇动板22、第一电磁阀23、车内供暖系统24、第二电磁阀25。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图5所示，一种电动汽车用永磁同步电机9冷却系统，以下简称“该装置”。该装置包括冷却组件、动力组件、进出水管20组件、传动组件四个部分组成。其中冷却组件包括第一冷却箱2和第二冷却箱3，第一冷却箱2位于第二冷却箱3上方，所述第一冷却箱2背面开设有两个左右对称的圆形孔，圆形孔内安装有进风扇6，在第一冷却箱2与两个圆型孔的对应处设有矩形孔7，所述第二冷却箱3内设有散热板18，散热板18表面设有若干个通孔，散热板18的四周侧壁与第二冷却箱3四周内壁分别固定连接，第二冷却箱3内安装有固定杆且位于散热板18下方，固定板上安装有摇动板22，摇动板22贯穿所述固定板，摇动板22中间凸起，两侧凹陷呈两个相对称的斜坡；所述动力组件包括电机本体1、电机箱8、电机9、第一水泵17以及第二水泵19，所述电机本体1位于第一冷却箱2下方，所述电机箱8固定在第一冷却箱2底部，所述电机9安装在电机箱8内部中心处，所述第一水泵17安装在第一冷却箱2内底部，所述第二水泵19通过连接管一端与电机本体1相连且另一端与第一冷却箱2相连；所述进出水管20组件包括分散管4、进水管5和出水管20，所述分散管4安装在第一冷却箱2内腔顶部，分散管4的两端分别固定在第一冷却箱2的内壁上且在管壁下侧沿其长度方向均匀设有若干个出水孔，分散管4位于进风扇6上方，所述进水管5一端连通在分散管4管壁上侧中心处，另一端贯穿第一冷却箱2箱并向外延伸与第二水泵19相连，所述出水管20一端与第一水泵17的输出端相连，另一端贯穿第一冷却箱2右侧壁底部并向外延伸与第二冷却箱3相连；所述传动组件包括转轴10、第一锥齿轮11、第二锥齿轮13、第一搅拌杆14、第二搅拌杆15和第三搅拌杆16，所述转轴10一端通过联轴器固定在电机9输出轴上，另一端贯穿电机9箱8和第一冷却箱2并延伸至第一冷却箱2内部，且在第一冷却箱2和电机9箱8连接处设有第二滚动轴承，第二滚动轴承与第一冷却箱2接触处设有密封圈，所述第一锥齿轮11固定在转轴10轴壁上方，所述传动杆12有两个，分别横向设置在第一锥齿轮11左右两侧，一端转动连接在第一冷却箱2的内壁上，且在连接处设有第一滚动轴承，第一冷却箱2后内壁在传动杆12相对应位置设有支撑板21，支撑板21的侧壁与传动杆12的杆壁之间设有第三滚动轴承，所述第二锥齿轮13安装在传动杆12的另一端并与第一锥齿轮11相啮合，所述第一搅拌杆14有若干个，均匀安装在传动杆12的杆壁上侧和下侧，所述第二搅拌杆15有两个，对称固定在转轴10轴壁下方，第三搅拌杆16有若干个，均匀分布在第二搅拌杆15上方，第一滚动轴承、第二滚动轴承和第三滚动轴承均为密封旋转轴10承。

更为具体的，电机9启动，电机9的输出轴旋转带动固定在联轴器内的转轴10旋转，从而带动安装在转轴10轴壁下侧的第二搅拌杆15，以及安装在第二搅拌杆15上的第三搅拌杆16进行左右旋转，同时带动安装在转轴10轴壁上方的第一锥齿轮11旋转，从而带动与第一锥齿轮11想啮合的第二锥齿轮13以及安装有第二锥齿轮13的传动杆12进行上下旋转，对第一冷却箱2内的水进行多次搅拌冷却。

通过上述技术方案，本发明能够实现如下的工作过程：

首先，打开第一水泵17，将第一冷却箱2内的水通过出水管20排入至第二冷却箱3内，通过连接管第二冷却箱3内的水流入至电机9本体1内，带走电机9本体1内的热量，打开第二水泵19，将电机本体1内的水通过连接管以及连接在第二水泵19上的进水管5将水抽至第一冷却箱2内；

然后，打开进风扇6，将从分散管4上流下来的水进行吹风冷却；

随后，电机9工作，驱动固定在电机9轴联器中的转轴10旋转，使安装在转轴10上的第一锥齿轮11与第二锥齿轮13相啮合，从而带动传动杆12上下旋转，使得第一搅拌杆14对第一冷却箱2中中间部分的水进行搅拌冷却，同时转轴10带动安装在转轴10轴壁下方的第二搅拌杆15左右旋转，第二搅拌杆15以及安装在第二搅拌杆15上的第三搅拌杆16对第一水箱底部的水进行左右搅拌冷却，进一步提高水的散热效果；

打开第一水泵17，使搅拌冷却的水通过出水管20排入至第二冷却箱3内，水流入散热板18的表面，再流至摇动板22表面，水由于自身的重力作用使摇动板22摇动并掉落，从而对水进行降温，已经冷却的水再次流入电机本体1内，带走电机本体1内的热量，再由第二水泵19将电机本体1的水送至第一冷却箱2内；

重复上述工作过程，直至电机本体1停止工作。

如图6所示，电机本体1通过连接水管与车内供暖系统24中的水管相连，车内供暖系统24通过连接水管与第二水泵19相连，连接水管上分别安装有第一电磁阀23和第二电磁阀25，当打开车内空调制暖时，第一电磁阀23打开，,电机本体1中的水进入车内供暖系统24中的热交换器中，通过车内供暖系统24中的鼓风机将电机本体1中的水散发的热量送到车箱内或风窗玻璃上，提高车内的温度和除去风窗上的霜，打开第二电磁阀25，通过第二水泵19将在热交换器中散热的水抽回至第一冷却箱2内，此过程有效利用电机本体1散发的热量，也增加了散热效果，使流入第一冷却箱2内的水已经经过第一遍散热，增加散热效率。

下面，为了对本发明上述的工作过程做清楚的理解，下文针对第一冷却箱2和第二冷却箱3的冷却原理做详细阐述。

水从进水管5流入第一冷却箱2内的分散管4中，由于分散管4在其长度方向设有若干个出水孔，水从出水孔中流出，并且进风扇6对从分水管中流下的水进行吹风冷却，增加了水和空气以及吹出的冷风的接触面积，加快了水的冷却速度；第一冷却箱2内水再经过在安装在转轴10轴壁上方的传动杆12和安装在转轴10轴壁下方的第二搅拌杆15对水进行分段搅拌冷却，提高水的散热效果；水通过出水管20进入第二冷却箱3内，水流入至散热板18表面，增加了水与空气的接触面积，再流落至摇动板22，使水在摇动板22上因其自身重力以及两侧受力不均进行摇动并掉落，增加了水汇集在一起的时间，从而对水进行降温。

通过上述技术方案，本发明有效解决了现有技术中水冷式散热效率不高、散热效果不理想以及由此引起的永磁同步电机运行不可靠的问题。本发明通过安装第一冷却箱2和第二冷却箱3，并通过多重降温冷却，提高散热率和散热效果，保证永磁同步电机平稳运行。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征是包括：

冷却组件，包括第一冷却箱和第二冷却箱，所述第一冷却箱背面开设有两个左右对称的圆孔，圆孔内部均设有若干个进风扇，所述第一冷却箱上的前侧壁与两个进风扇的对应处开设有矩形孔；

动力组件，包括电机本体，固定在所述第一冷却箱底部的电机箱，安装在所述电机箱内部中心处的电机，安装在所述第一冷却箱内底部的第一水泵；

进出水管组件，包括设置在所述第一冷却箱的内腔顶部且两端固定连接在第一冷却箱内侧壁上的分散管，一端连通在所述分散管的管壁上侧中心处且另一端贯穿所述第一冷却箱并向外延伸的进水管，以及一端固定在所述第一水泵的输出端，另一端贯穿所述第一冷却箱右侧壁底部并向外延伸的出水管，所述分散管的管壁下侧沿其长度方向设有若干个均匀分布的出水孔；

传动组件，包括一端通过联轴器固定在所述电机的输出轴上，另一端贯穿第一冷却箱和电机箱的连接处并延伸至第一冷却箱内的转轴，固定在所述转轴的轴壁上侧的第一锥齿轮，两个分别横向设置在第一锥齿轮左右两侧且转动连接在所述第一冷却箱的内壁上的传动杆，固定在两个传动杆相对的一端设有第二锥齿轮，以及若干个均匀分布在所述传动杆的杆壁上的第一搅拌杆，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合；

所述第一冷却箱与所述电机本体之间设有第二水泵，第二水泵的一端与进水管相连，另一端通过连接管与电机本体相连，第二冷却箱的一端连接在出水管上，另一端通过连接管与电机本体相连；电机本体通过连接水管与车内供暖系统中的水管相连，车内供暖系统通过连接水管与第二水泵相连，连接水管上分别安装有第一电磁阀和第二电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：所述第二冷却箱内部中心安装有散热板，所述散热板的四周侧壁分别水平固定在第二冷却箱内的四周侧壁上。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：所述转轴的轴壁的下方固定设有两个对称的第二搅拌杆，所述第二搅拌杆上均匀分布有若干个第三搅拌杆。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：所述传动杆与第一冷却箱的内壁的连接处设有第一滚动轴承，所述转轴与第一冷却箱的贯穿处设有第二滚动轴承，所述第一滚动轴承和所述第二滚动轴承均选用旋转密封轴承。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：所述第一冷却箱后内壁在两个所述传动杆的相对应位置处均设有支撑板，两个支撑板的侧壁与两个传动杆的杆壁之间均设有第三滚动轴承，支撑板通过第三滚动轴承与传动杆转动连接。

6.根据权利要求4所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：第二滚动轴承与第一冷却箱的接触面之间设有密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统，其特征在于：所述第二冷却箱内下方安装有固定杆，固定杆上安装有摇动板，所述摇动板中间凸起，两侧向下凹陷形成两个对称的斜坡。

8.一种电动汽车用永磁同步电机冷却系统的控制方法，其特征在于：

S1、第一水泵工作，通过出水管将第一冷却箱内的水排入至第二冷却箱内，第二冷却箱内的水通过连接管流入至电机本体内，带走电机本体内的热量，使得水对电机本体进行快速冷却，第二水泵工作，将电机本体内的水抽至第一冷却箱内；

S2、第一冷却箱上的进风扇工作，吹风冷却从分散管上流下的水；

S3、电机箱内的电机工作，固定在电机轴联器中的转轴旋转，安装在转轴上的第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合从而带动传动杆上下旋转，使得第一搅拌杆对第一冷却箱中中间部分的水进行搅拌冷却，同时转轴带动安装在转轴的轴壁下方的第二搅拌杆左右旋转，第二搅拌杆以及安装在第二搅拌杆上的第三搅拌杆对第一冷却箱底部的水进行左右搅拌冷却，进一步提高水的散热效果；

S4、第一水泵工作，将第一冷却箱内的水通过出水管排入至第二冷却箱内，水流入散热板的表面，再流经摇动板，从而对水进行降温，已经冷却的水再次流入电机本体内，带走电机本体内的热量，再由第二水泵将电机本体的水送至第一冷却箱内；电机本体通过连接水管与车内供暖系统中的水管相连，车内供暖系统通过连接水管与第二水泵相连，连接水管上分别安装有第一电磁阀和第二电磁阀，当打开车内空调制暖时，第一电磁阀打开，电机本体中的水进入车内供暖系统中的热交换器中，通过车内供暖系统中的鼓风机将电机本体中的水散发的热量送到车箱内或风窗玻璃上，提高车内的温度和除去风窗上的霜，打开第二电磁阀，通过第二水泵将在热交换器中散热的水抽回至第一冷却箱内；

S5、重复S2至S4，直至电机本体停止工作。

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