CN112977048A - 用于电动车辆的传动系统和冷却该传动系统的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于电动车辆的传动系统，包括：电动机，包括转子、定子和第一传动轴；逆变器，用于为所述定子提供电能；减速器，用于接收来自所述转子的扭矩，所述减速器包括第二传动轴；其中，所述电动机、逆变器和减速器集成为传动系统组件。所述传动系统还包括：冷却回路，用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；以及热交换器，于所述传动系统组件之外部与所述冷却回路连接用以去除所述传动系统组件的热量。所述传动系统还包括：风扇，其机械地为所述第一或第二传动轴所驱动或者电动地为附加电动机所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。本申请还涉及一种冷却用于电动车辆的传动系统的方法。

Description

用于电动车辆的传动系统和冷却该传动系统的方法

技术领域

本申请之各实施方式大体地涉及一种用于电动车辆的传动系统和冷却该传动系统的方法。

背景技术

设计和制造省油、低排放车辆的趋势已经大大增加，这一趋势是由于对环境的关注以及燃料成本的增加而必然导致的。这种趋势的最前沿是电动车的发展，例如纯电动车(BEV，Battery Electric Vehicle)、混合动力车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力车(PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、增程式电动车(Range extendedEV)、燃料电池车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)等，这些电动车结合了相对高效的内燃机和电动马达。电动车可以包括产生热量的组件，尤其是传动系统，而热量积聚过多会导致性能下降或组件损坏。

由此，亟需至少以高效率、低成本以及简单的结构提供对用于电动车辆的传动系统的冷却设计的改善。

发明内容

本申请的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本申请的实践而得知。

在一个示例性方面中，提供了一种用于电动车辆的传动系统。所述传动系统包括：电动机，包括转子、定子和第一传动轴；逆变器，用于为所述定子提供电能；减速器，用于接收来自所述转子的扭矩，所述减速器包括第二传动轴；其中，所述电动机、逆变器和减速器集成为传动系统组件。所述传动系统还包括：冷却回路，用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；以及热交换器，于所述传动系统组件之外部与所述冷却回路连接用以去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，所述传动系统还包括风扇。所述风扇机械地为所述第一或第二传动轴所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，所述风扇位于所述第一或第二传动轴之一端末。

在一些实施例中，所述风扇电动地为附加电动机所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，所述热交换器位于所述风扇之附近，以使所述风扇提升所述热交换器之周遭的空气循环从而去除所述热交换器的热量

在一些实施例中，所述热交换器进一步地位于所述电动机的背面侧，或者位于所述减速器之相对于所述电动机的另一侧。

在一些实施例中，所述传动系统还包括冷却部，其位于所述传动系统组件上且朝着所述风扇布置。所述冷却部可以是布置在用于容纳传动系统组件地壳体上的散热片，该散热片构造成以增加用于热交换的表面。

在一些实施例中，所述冷却回路包括第一冷却段，用于将来自所述传动系统组件的冷却剂传送至所述热交换器；以及第二冷却段，用于接收来自所述热交换器的冷却剂且将所接收的冷却剂传送至所述热交换器；其中，所述热交换器与所述减速器、电动机或逆变器经由所述第一冷却段流体连接以接收所述冷却剂，所述热交换器与所述逆变器、减速器或电动机经由所述第二冷却段流体连接以排出所述冷却剂。

在一些实施例中，所述传动系统还包括至少一个壳体，用于容纳所述传动系统组件，所述至少一个壳体的外表面上布置有散热片。

在另一个示例性方面中，提供了一种冷却用于电动车辆的传动系统的方法，所述传动系统包括由电动机、逆变器和减速器集成的传动系统组件，所述方法包括：提供冷却回路用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；以及于所述传动系统组件之外部提供与所述冷却回路连接的热交换器用以去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，还包括提供风扇，所述风扇机械地为所述第一或第二传动轴所驱动用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，将所述风扇定位于所述第一或第二传动轴之端末。

在一些实施例中，还包括提供风扇，所述风扇电动地为附加电动机所驱动用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

在一些实施例中，还包括将所述热交换器定位于所述风扇之附近以使所述风扇提升所述热交换器之周遭的空气循环从而去除所述热交换器的热量。

在一些实施例中，还包括将所述热交换器定位于所述电动机的背面侧或者定位于所述减速器之相对于所述电动机的另一侧。

在一些实施例中，还包括于所述传动系统组件上提供冷却部，所述冷却部进一步地朝着所述风扇布置。

在一些实施例中，还包括在所述冷却回路中提供第一冷却段用于将来自所述传动系统组件的冷却剂传送至所述热交换器；以及在所述冷却回路中提供第二冷却段用于接收来自所述热交换器的冷却剂且将所接收的冷却剂传送至所述热交换器；其中，所述热交换器与所述减速器、电动机或逆变器经由所述第一冷却段流体连接以接收所述冷却剂，所述热交换器与所述逆变器、减速器或电动机经由所述第二冷却段流体连接以排出所述冷却剂。

在一些实施例中，还包括提供至少一个壳体用于容纳所述传动系统组件，其中所述至少一个壳体的外表面上布置有散热片。

参考以下描述，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本申请的实施例，且连同所述描述一起用于解释本申请的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本申请的完整和启发性公开内容，包括其最佳实施方式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1是根据本申请的一示例性实施例的传动系统的示意图；

图2是根据本申请的另一示例性实施例的传动系统的示意图；

图3是根据本申请的又一示例性实施例的传动系统的示意图；

图4是根据本申请的再一示例性实施例的传动系统的示意图；以及

图5是根据本申请的示例性实施例的冷却方法的示例性流程图。

具体实施方式

现将详细参考本申请的实施例，在图中说明本申请的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本申请而提供，而非限制本申请。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下可在本申请中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本申请涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。如说明书中所使用，除非上下文另外明确指出，否则术语“一”，“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。

现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，图1至图4示出了本申请的多个示例性传动系统101，102，103，104。具体而言，如图1所示的实施例中，传动系统101包括传动系统组件1，该传动系统组件1大体由逆变器(未示出)、电动机2和减速器4集合而成。所示出的传动系统组件1由此形成一独立的模块。

电动机2可以是一同步电动机，或者是一异步电动机。当电动机2是同步电动机时，其可包括绕线转子或永磁转子。对于48V至350V的标称电源电压，或者对于可以高达800V的更高的功率，由电动机提供的标称功率可以在10KW至60KW之间，例如15KW的量级。在电动机适用于高压电源的情况下，由该电动机提供的标称功率可以是60KW。在所示的实施例中，电动机2是具有永磁体的同步电动机，其提供在10KW至60KW之间的额定功率。电动机2可以包括具有三相绕组的定子，或者包括两个三相绕组或五相绕组的组合。此外，电动机2可以包括第一传动轴21，该第一传动轴21为从包括在电动机2中的转子和定子的电磁效应产生的电力所驱动。

逆变器借由电线连接至电动机2上。逆变器将由提供有标称电压的电能的电能存储单元(未示出)供应的直流电(DC)转换为用于电动机2交流电(AC)。逆变器可以是但不限于场效应晶体管(FET)，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在标称电源电压为48V的情况下，逆变器可以是MOSFET。在电源电压对应于高电压的情况下，功率逆变器可以是IGBT。

减速器4与电动机2相联。减速器4可以将电动机的高速、低转矩转换成低速、高转矩。减速器4可包括两个或更多个齿轮，其中一个齿轮由，例如电动机2，所驱动，从而通过减速来增加扭矩。减速器4还可以包括第二传动轴41，即中间轴，该第二传动轴41连接为所述第一传动轴21所驱动的驱动齿轮和另一具有较大直径的齿轮，该具有较大直径的齿轮与一被驱动的机械负载(未示出，例如车轮轴)相联。

如图所示，电动机2容纳于第一壳体11中，减速器4容纳于第二壳体12中。第一壳体11、第二壳体12可以是一体成型，也是可以是由多个壳体组件组装而成。第一组件11和第二组件12可以通过例如螺钉刚性地固定在一起。在此，在第一壳体11和第二壳体12之间设有密封壁。

进一步地，在所示出的实施例中，还提供散热片91，92以用于朝传动系统组件1之外部散热。散热片91，92由第一壳体11、第二壳体12之外表面所承载。这些散热片91，92可以与第一壳体11、第二壳体12一体地形成。这些散热片91，92增加了第一壳体11、第二壳体12地外表面之面积，从而提升了借由第一壳体11、第二壳体12对传动系统组件11进行散热的效果。第一壳体11的整个外表面和第二壳体12的整个外表面可以设置有散热片91，92。散热片91，92可以成排地布置，且相邻各排之间可以存在有恒定的或非恒定的间距。各个排可以具有相同的方向，也可以不具有相同的方向。在适当的情况下，相同的散热片可以先延伸至第一壳体11，再延伸至第二壳体12。

在所示出的实施例中，还提供用以使冷却剂流经其中的冷却回路5，冷却回路5与传动系统组件1相连，以便将冷却剂分配到整个传动系统组件1中。在冷却回路5中流动的冷却剂可以是油、水或者是水基冷却液。

仍然参考所示出的实施例中，还提供热交换器6，其设置成在传动系统组件1的外部且与冷却回路5相连，以便去除从传动系统组件1产生的热量。热交换器6可以是具有使冷却剂流经其中的冷却通道的散热器。

工作期间，热交换器6借由冷却回路5的第一冷却段51接收来自传动系统组件1的加热的冷却剂，并且借由冷却回路5的第二冷却段52向传动系统组件1注入经空气冷却的冷却剂。

在冷却剂从减速器流经散热器、逆变器直至电动机循环流动的情况下，散热器借由第一冷却段接收来自减速器的冷却剂，并且借由第二冷却段将冷却剂排放到逆变器。

在冷却剂从电动机流经散热器、减速器直至逆变器循环流动的情况下，散热器借由第一冷却段接收来自电动机的冷却剂，并且借由第二冷却段将冷却剂排放到减速器。

在冷却剂从流经散热器、直至减速器循环流动的情况下，散热器借由第一冷却段接收来自逆变器的冷却剂，并且借由第二冷却段将冷却剂排放到电动机。

在所示出的实施例中，还提供风扇7。风扇7被定位成与传动系统组件1内的一个轴，即第一传动轴21或第二传动轴41连接，并且进一步地为第一传动轴21或第二传动轴41所机械地驱动，从而使得由旋转轴(即第一、第二传动轴21、41)所产生的机械能可以得到充分地利用。请同时结合图1，风扇7与第一传动轴21的一端连接，具体地，风扇7位于第一传动轴21连接至减速器4的一端。

应当理解，本说明书描述的示例性系统101仅作为一个实施例。在其他示例性实施例中，风扇7可以机械地连接在第一传动轴21的另一端，也可以机械地连接在第二传动轴41的任意一端，也可以机械地连接在传动系统组件1内的其他驱动轴的可连接端。在一些示例性实施例中，风扇7可以与第一传动轴21的另一端机械地连接，具体地，风扇7位于第一传动轴21连接至电动机2的一端(例如，如图2所示的示例性系统102)。在一些示例性实施例中，风扇7可以与第二传动轴41的任一端机械地连接(例如，如图3所示的示例性系统103)。由此，传动系统组件1内的驱动轴所产生的旋转机械能可以得到充分的利用。可以理解的是，风扇7具体与哪个旋转轴相连且位于旋转轴的哪个位置取决于不同的组装条件和需求。

如图1至图3所示，热交换器6位于风扇7的周遭，具体而言，热交换器6可以位于电动机2的相对侧(如图1和图3所示)，或是在由减速器定义的中心线上的电动机2的背面侧(如图2所示)。风扇7的布置可以促进空气在传动系统组件1的外部和在热交换器6周围的循环，以便从热交换器6和传动系统组件1中去除热量，从而可以较低的成本实现较高的冷却性能。

可选择地，风扇7可以为一附加电动机(未示出)所电力地驱动。该附加电动机可以是一小型电动机，而仅仅用于驱动风扇7。风扇7的位置可以是邻近于传动系统组件1和热交换器6的任意位置。

请参考图4，图4根据本申请的再一示例性实施例的传动系统104。如图所示，在传动系统组件1上提供了冷却部8，具体而言，冷却部8可以是布置在壳体12上的散热片，进一步地，这些散热片朝着风扇7布置以便提升热交换性能。

请参考图5，图5提供了根据本申请的示例性方面的用于冷却传动系统的示例性方法200的流程图。示例性方法200可以用于冷却以上参考图1至图4描述的示例性传动系统101，102，103，104。

如图所示，示例性方法200包括步骤(201)之在传动系统中提供冷却回路用以使冷却剂流经包括有电动机、逆变器和减速器的传动系统组件且将所述冷却剂分配至整个传动系统组件中。在步骤(201)处，还包括于传动系统组件之外部提供与所述冷却回路连接的热交换器，以便去除所述传动系统组件的热量。

在步骤(202)处，示例性方法200还包括提供风扇，所述风扇机械地为传动系统组件的旋转传动轴所驱动，或者电动地为附加电动机所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

在步骤(203)处，示例性方法200还包括将所述热交换器定位于所述风扇之附近以使所述风扇提升所述热交换器之周遭的空气循环从而去除所述热交换器的热量。进一步地，可以将所述热交换器定位在电动机的相对侧，或者定位在由减速器限定的中心线上的电动机的背面侧。

在步骤(204)处，示例性方法200还包括于所述传动系统组件上提供冷却部，所述冷却部进一步地朝着所述风扇布置。具体地，所述冷却部可以是布置在壳体上的散热片用以提升热交换的表面积。

在步骤(204)处，示例性方法200还包括提供至少一个壳体用于容纳所述传动系统组件，其中所述至少一个壳体的外表面上布置有散热片以便向传动系统组件的外部提供额外的散热。

本说明书使用示例来公开本申请，包括最佳实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本申请，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本申请的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (15)

1.用于电动车辆的传动系统，包括：

电动机，包括转子、定子和第一传动轴；

逆变器，用于为所述定子提供电能；

减速器，用于接收来自所述转子的扭矩，所述减速器包括第二传动轴；

其中，所述电动机、逆变器和减速器集成为传动系统组件；

所述传动系统还包括：

冷却回路，用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；

热交换器，于所述传动系统组件之外部与所述冷却回路连接用以去除所述传动系统组件的热量；以及

风扇，所述热交换器位于所述风扇之附近，以使所述风扇提升所述热交换器之周遭的空气循环从而去除所述热交换器的热量。

2.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，其特征在于，

所述风扇机械地为所述第一或第二传动轴所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

3.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，其特征在于，所述风扇位于所述第一或第二传动轴之一端末。

4.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，其特征在于，所述风扇电动地为附加电动机所驱动，用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

5.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，其特征在于，所述热交换器位于所述电动机的背面侧，或者位于所述减速器之相对于所述电动机的另一侧。

6.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，还包括：

冷却部，位于所述传动系统组件上且朝着所述风扇布置。

7.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，其特征在于，所述冷却回路包括：

第一冷却段，用于将来自所述传动系统组件的冷却剂传送至所述热交换器；以及

第二冷却段，用于接收来自所述热交换器的冷却剂且将所接收的冷却剂传送至所述热交换器；

其中，所述热交换器与所述减速器、电动机或逆变器经由所述第一冷却段流体连接以接收所述冷却剂，所述热交换器与所述逆变器、减速器或电动机经由所述第二冷却段流体连接以排出所述冷却剂。

8.根据权利要求1所述的用于电动车辆的传动系统，还包括：

至少一个壳体，用于容纳所述传动系统组件，所述至少一个壳体的外表面上布置有散热片。

9.一种冷却用于电动车辆的传动系统的方法，所述传动系统包括由电动机、逆变器和减速器集成的传动系统组件，所述方法包括：

提供冷却回路用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；

于所述传动系统组件之外部提供与所述冷却回路连接的热交换器用以去除所述传动系统组件的热量；以及

提供风扇且将所述热交换器定位于所述风扇之附近以使所述风扇提升所述热交换器之周遭的空气循环从而去除所述热交换器的热量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述风扇定位于所述第一或第二传动轴之一端末且使所述风扇机械地为所述第一或第二传动轴所驱动用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述风扇电动地为附加电动机所驱动用于提升所述传动系统组件之外部的空气循环且去除所述传动系统组件的热量。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述热交换器定位于所述电动机的背面侧或者定位于所述减速器之相对于所述电动机的另一侧。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括：

于所述传动系统组件上提供冷却部，所述冷却部进一步地朝着所述风扇布置。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：

在所述冷却回路中提供第一冷却段用于将来自所述传动系统组件的冷却剂传送至所述热交换器；以及

在所述冷却回路中提供第二冷却段用于接收来自所述热交换器的冷却剂且将所接收的冷却剂传送至所述热交换器；

其中，所述热交换器与所述减速器、电动机或逆变器经由所述第一冷却段流体连接以接收所述冷却剂，所述热交换器与所述逆变器、减速器或电动机经由所述第二冷却段流体连接以排出所述冷却剂。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：

提供至少一个壳体用于容纳所述传动系统组件，其中所述至少一个壳体的外表面上布置有散热片。

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