CN113746269A - 一种轮毂电机双冷却散热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂电机双冷却散热系统，包括风冷装置和油冷装置，风冷装置包括设置在轮毂电机冷却腔中的风扇以及设置在汽车底盘上，风向朝向轮毂电机外壳的风轮，油冷装置的喷油泵出口连接有导油通道，冷却油经导油通道流向主要散热部件后汇总冷却腔，继而经外部冷却装置通向冷却油缸；由温度传感器监测气温，第一压力传感器和第二压力传感器分别监测汽车的加速和制动状态，加速时开启冷却腔内风扇，制动时开启外部风轮，温度到达设定阈值时开启油冷系统。散热效果好，能够根据汽车实际状态调整散热方式，系统能耗低，冷却腔内设置的风扇可加快冷却油的下落，提升油冷装置的冷却效率，能够避免电机内部积累灰尘杂物，且对簧下质量影响小。

Description

一种轮毂电机双冷却散热系统及方法

技术领域

本发明涉及一种轮毂电机散热系统，尤其涉及一种适用于带机械制动的轮毂电机的散热系统。

背景技术

近年来，在化石燃料的逐渐消耗与发动机燃烧带来可见的空气污染以及目前为止还未能有替代品被研发出来可供使用的刺激下，新能源汽车的热度日益增加，其中尤以轮毂电机驱动的纯电动汽车被全世界的研究学者开发设计。相较于传统汽车，轮毂电机不依靠石油燃烧提供动力，纯电驱动且省略了大量的传动部件，结构紧凑，优势巨大。然而在结构紧凑的条件下也带来空间狭小、散热困难这一技术难题。这些电机内外部所产生的废热能如不能及时的排除，在高温下会使轮毂电机的永磁体磁钢出现不可逆转的退磁现象，大大降低电机的使用寿命，进而影响汽车的安全性。

此前有申请号CN201621267780.7的中国发明专利对轮毂电机采取强制油冷的措施使发热电机零部件直接暴露在导热油的介质中，这一方法确实可以有效散热，降低电机温度，但由于是在电机工作状态下直接喷洒在各需要散热的零件上，附着在各部件上的冷却油极易导致电机短路，发生故障。其次，由于轮毂电机系统的电制动容量较小，不能满足整车制动性能的要求，都需要附加机械制动系统。附加的机械制动系统也就意味着更大的能量消耗，产生更多废热能，故仅采用油冷方式散热效果不够理想。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用于带机械制动的轮毂电机的散热系统。

技术方案：本发明所述的轮毂电机双散热系统包括风冷装置和油冷装置，风冷装置包括轮毂电机的冷却腔中设置的内部电动机和安装在内部电动机输出轴上的风扇，风扇旋转所产生的气流方向与轮毂电机转子旋转产生的气流方向一致。

风冷装置还包括轮毂结构外部平行安装的外部电动机以及外部电动机输出轴上安装的合金风轮，风轮的安装位置正对于轮毂电机。

所述油冷装置包括温度传感器、冷却油缸、循环泵、喷油泵和冷却装置，所述喷油泵出口连接有用于输送冷却油并使其与发热部件进行换热的导油通道，所述发热部件包括定子绕组和转子，所述冷却油导油通道只经过定子绕组和转子两处主要发热部件，随后冷却油后自主下落由冷却腔出油口经外部冷却装置通向冷却油缸。散热系统还包括控制器和安装在汽车底盘上用于测量气温的温度传感器、与汽车加速踏板的第一压力传感器和与制动踏板电连接的第二压力传感器，所述温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器与控制器通讯连接，前述压力传感器为霍尔传感器。

本发明所述的轮毂电机散热方法包括如下步骤：

(1)当控制器接收到加速踏板受力信号时，驱动轮毂电机带动冷却腔内风扇转动；

(2)当控制器接收到制动踏板受力信号时，驱动外部电动机带动合金风轮转动；

(3)当控制器接收到温度到达设定阈值信号时，启动循环泵，驱动油冷系统为发热部件降温。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：散热效果好，能够根据汽车实际状态调整系统的工作状态，系统能耗低，冷却腔内设置的风扇可加快冷却油的下落，提升油冷装置的冷却效率，能够避免电机内部积累灰尘杂物，且对簧下质量影响小。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的风轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的散热系统包括风冷装置和油冷装置，

风冷装置包括轮毂电机的冷却腔中设置的内部电动机和安装在内部电动机输出轴上的风扇，风扇大小和数量基于内部冷却腔体积大小设置，风扇旋转所产生的气流方向与轮毂电机转子旋转产生的气流方向一致。

风冷装置还包括轮毂结构外部平行安装的外部电动机以及外部电动机输出轴上安装的合金风轮，风轮的安装位置正对于轮毂电机，外部电动机安装在汽车底盘，用于驱动合金风轮旋转散热，合金风轮安装在电动机转轴上(非刚性连接)正对于轮毂电机。

油冷装置包括温度传感器、冷却油缸、循环泵、喷油泵和冷却装置，所述喷油泵出口连接有导油通道，所述导油通道用于将冷却油输送至发热部件处并与发热部件进行换热，主要发热部件包括定子绕组和转子，冷却油依次经过定子绕组和转子通向冷却腔后自由下落，再由冷却腔出油口经外部冷却装置通向冷却油缸。

散热系统还包括控制器和安装在汽车底盘上用于测量气温的温度传感器、与汽车加速踏板的第一压力传感器和与制动踏板电连接的第二压力传感器，所述温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器与控制器通讯连接，前述压力传感器为霍尔传感器，霍尔传感器分别安装在加速踏板和制动踏板的电缆连接头处用于检测压力。

上述系统的工作过程如下：

(1)当汽车开始启动时，加速踏板被施力，霍尔传感器发出信号给控制器，电信号输入轮毂电机，冷却腔内风扇转动，注意设置风扇旋转所产生的气流方向应与转子旋转产生的气流方向一致，此时风扇旋转所带动的气流一方面可以清除电机内灰尘且降低电机内部温度，另一方面即依靠气流流动将油冷时在离心力和重力作用下还未能下落的冷却油吹散也可加快冷却油的下落，起到防止因为直接油冷时冷却油在线路中因接触点不闭合或者绕组漆包线破皮而渗漏导致电机短路的作用。

(2)当汽车开始制动而轮毂电机电制动力不足时，机械制动开始，制动踏板被施力，霍尔传感器测得制动压力并发出信号给控制器，外部电动机通电工作合金大风轮开始旋转，将轮毂电机外部机械制动产生的废热能吹散(主要为制动蹄片摩擦所产生的热量)，防止电机外壳过热。由于大风轮安装在轮毂电机外部且平行于轮毂电机，在行驶时因风力作用自行旋转也能有效防止异物进入电机，起保护电机的作用，合金材料制造对簧下质量影响甚微。

(3)电机持续运行，温度逐渐升高至设定的油冷系统启动阈值温度，该阈值可设定为室外温度(非临界温度)，温度传感器发出信号给控制器，控制单元控制循环泵打开，冷却油从冷却油缸中流出经循环泵流向喷油泵，喷油泵在进油口处将冷却油喷出，其沿着导油通道流向定子绕组、转子等主要散热部件，与发热部件直接接触，吸热降温，接着在旋转离心力和重力以及风扇旋转产生气流的辅助带动下，冷却油快速下落流向冷却腔进行第一步降温，然后经出油口流出，进入外部冷却装置进行第二步降温，最后回归冷却油缸进行循环。

Claims (8)

1.一种轮毂电机双冷却散热系统，其特征在于，所述散热系统包括风冷装置和油冷装置，所述风冷装置包括轮毂电机的冷却腔中设置直流风扇，所述风扇旋转所产生的气流方向与轮毂电机转子旋转产生的气流方向一致。

2.根据权利要求1所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，所述风冷装置还包括轮毂结构外部平行安装的外部电动机以及外部电动机输出轴上安装的风轮，所述风轮的安装位置正对于轮毂电机。

3.根据权利要求1所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，所述油冷装置包括温度传感器、冷却油缸、循环泵、喷油泵和冷却装置，所述喷油泵出口连接有用于输送冷却油并使其与发热部件进行换热的导油通道，所述发热部件包括定子绕组和转子，所述冷却油经过定子绕组和转子后自主下落由冷却腔出油口经外部冷却装置通向冷却油缸。

4.根据权利要求1所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，还包括控制器和安装在汽车底盘上用于测量气温的温度传感器，所述温度传感器与控制器通讯连接。

5.根据权利要求4所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，还包括与汽车加速踏板的第一压力传感器和与制动踏板电连接的第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器与控制器通讯连接。

6.根据权利要求2所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，所述风轮为合金制成。

7.根据权利要求5所述的轮毂电机双冷却散热结构，其特征在于，所述压力传感器为霍尔传感器。

8.一种使用如权利要求1所述的轮毂电机双冷却散热结构的散热方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当控制器接收到加速踏板受力信号时，驱动轮毂电机带动冷却腔内风扇转动；

(2)当控制器接收到制动踏板受力信号时，驱动外部电动机带动合金风轮转动；

(3)当控制器接收到温度到达设定阈值信号时，启动循环泵，驱动油冷系统为发热部件降温。

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