CN113794332A - 集成电驱系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成电驱系统，包括风扇总成、导风罩和电机总成，电机总成内置水路循环进行水冷；导风罩与电机控制器的外壳形成楔形导风结构的散热风道；风扇总成，安装在导风罩上，用于进行调速控制；风扇总成、导风罩和电机总成均为一体化集成，散热风道和电机总成的水路循环同时进行风冷和水冷形成混合冷却，系统内置所有线束的布线。采用了本发明的集成电驱系统，满足大功率电驱产品的集成化、小型化需求，本发明的冷却原理为液冷、风冷混合冷却方式。本发明的简化液冷部件，通过集成设计，所有水路全部内置，整个液冷循环全部在部件的水道内进行，对外除必要的补液口外均没有显化管路，适合于环境较好的驱动场景，大大简化系统的安装和使用。

Description

集成电驱系统

技术领域

本发明涉及车辆制造领域，尤其涉及新能源车辆动力系统技术领域，具体是指一种集成电驱系统。

背景技术

随着新能源产业和市场的快速发展，零部件制造技术水平越来越成熟，市场的定制化或专用化需求变得凸显。特别对于整车车辆或装备制造企业来说，部件的集成化能够大大节省成本、简化装配。在一些特殊的工作场所，有非常明确的集成化、小型化要求，甚至有很多动力总成产品，为了简化系统装配，甚至把水冷系统改为风冷系统，或者把部件直接做成一个整体部件。比如在环境较好的港口、旅游度假区、封闭厂区内转运、特种装备动力等场景，要求动力系统最好是一个部件，这样可大大简化系统安装。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足便捷性好、结构简单、适用范围较为广泛的集成电驱系统。

为了实现上述目的，本发明的集成电驱系统如下：

该集成电驱系统，其主要特点是，所述的系统由风扇总成、导风罩和电机总成组成，

所述的电机总成用于进行电能与机械能的转换，内置水路循环进行水冷；

所述的导风罩与电机控制器的外壳形成楔形导风结构的散热风道，导风结构与电机总成的散热风道形成通风散热结构；

所述的风扇总成，安装在导风罩上，风扇总成的电源和信号线与电机控制器相连，用于进行调速控制；

所述的风扇总成、导风罩和电机总成均为一体化集成，所述的散热风道和电机总成的水路循环同时进行风冷和水冷形成混合冷却，所述的系统内置所有线束的布线。

较佳地，所述的电机总成包括电机控制器、集成板、电机和法兰，

所述的电机控制器用于进行电能逆变，并控制电机；所述的集成板为电机控制器部件的安装底板，同时也是电机的电机端盖，所述的导风罩通过周边螺栓安装在集成板上；所述的电机，为双水道结构，在电机的壳体中安装有螺旋水道、上水室、下水室和散热管，散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道；所述的法兰与电机的扭矩输出连接。

较佳地，所述的电机控制器包括水泵电机、电机控制系统、环境温度传感器、风扇、水泵、电机旋转变压器、水温传感器，

所述的水泵电机安装在电机控制器的内部且位于底部，所述的电机控制系统安装在电机控制器的上方，用于控制机控制器的其他结构；所述的环境温度传感器集成在电机的壳体上，用于检测风道内的空气温度；所述的风扇和水泵均安装在电机控制器内部，风扇和水泵的电源及信号均由电机控制器内的集成器件提供；所述的电机旋转变压器安装在集成板中，通过过线孔直接接入电机控制器；所述的水温传感器安装在集成板中。

较佳地，所述的电机控制器还包括电机定子线束和电机定子温度传感器，所述的电机定子线束和电机定子温度传感器通过集成板过线孔，直接接入电机控制器。

较佳地，所述的集成板包括泵头蜗壳、冷却水道、布线通道，所述的泵头蜗壳集成在集成板内部，与泵头形成水泵结构，所述的冷却水道安装在集成板内部，与电机中的内部散热水道和下水室无缝对接；所述的布线通道用于部件线束的固定和排布。

较佳地，所述的电机包括散热水道、上水室和下水室，所述的上水室位于电机壳体的上方，下水室位于电机壳体的下方，所述的散热水道为螺旋形，散热水道的进水口与集成板的水道相连接，出水口与上水室通过冷却液连通口相通，下水室与集成板的散热水室相连，下水室与散热水道不相连。

较佳地，所述的电机还包括散热格栅，所述的散热格栅由散热管和散热翅片组成，所述的散热翅片与散热管焊接，用于传递散热管的热量，所述的散热管为中空结构，用于存储和流通冷却液，所述的散热管的上端与上水室密封连通，从上水室引入冷却液。

较佳地，所述的电机壳体上还包括外置水室，与所述的散热管形成散热风道。

采用了本发明的集成电驱系统，满足大功率电驱产品的集成化、小型化需求，本发明的冷却原理为液冷、风冷混合冷却方式。本发明的集成部件将电机、电控、水泵、风扇等部件进行一体化集成设计，对外只有关键线束和安装点，有着最简化的连接结构。本发明的简化液冷部件，通过集成设计，所有水路全部内置，整个液冷循环全部在部件的水道内进行，对外除必要的补液口外均没有显化管路。本发明的简化线路部件，通过集成设计，所有传感器和线路全部内置，系统的高压电路和低压电路全部集成内连，对外处必要的电源线和信号线外均没有其它显化线束。本发明的高效冷却，为了保证在集成化和小型化后，不影响系统的散热能力，利用合理的结构设计，发挥水冷系统和风冷系统各自的优势。通过共用集成板，将电机控制器和电机进行了高度集成。然后在传统冷却系统的基础上，将热量导出，通过在电机壳体上设计外置水室和散热管并形成散热风道。利用导风罩和电机控制器外壳所形成的的楔形导风机构，最优地实现强制风冷。本发明的能够提供具备独立热管理能力的一体化集成电驱系统，特别适合于环境较好的驱动场景，大大简化了系统的安装和使用。

附图说明

图1为本发明的集成电驱系统的总成结构示意图。

图2为本发明的集成电驱系统的传感器、线束、结构件的系统集成示意图。

图3为本发明的集成电驱系统的电机壳体结构示意图。

图4为本发明的集成电驱系统的液流循环导热原理示意图。

图5为本发明的集成电驱系统的通风散热原理示意图。

附图标记：

1 风扇总成

2 导风罩

3 电机总成

3-1 电机控制器

3-2 集成板

3-3 电机

3-4 法兰

4 补液口

5 上水室

6 散热格栅

7 出线接口

8 总成安装点

9 下水室

10 散热管

11 散热翅片

12 散热风道

13 冷却液连通口

14 电机内部散热水道

15 电机内部散热水道进水口

16 电机内部散热水道出水口

17 集成板散热水室

18 集成板散热水室进水口

19 水泵电机

20 泵头

21 环境温度传感器

22 风扇

23 水泵

24 电机旋转变压器

25 电机控制器外壳

26 电机控制器

27 电机定子温度传感器

28 水温传感器

29 旋转变压器

30 电机定子线束

31 阻风挡板

32 膨胀水壶

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该集成电驱系统，其中由风扇总成、导风罩和电机总成组成，

所述的电机总成用于进行电能与机械能的转换，内置水路循环进行水冷；

所述的导风罩与电机控制器的外壳形成楔形导风结构的散热风道，导风结构与电机总成的散热风道形成通风散热结构；

所述的风扇总成，安装在导风罩上，风扇总成的电源和信号线与电机控制器相连，用于进行调速控制；

所述的风扇总成、导风罩和电机总成均为一体化集成，所述的散热风道和电机总成的水路循环同时进行风冷和水冷形成混合冷却，所述的系统内置所有线束的布线。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机总成包括电机控制器、集成板、电机和法兰，

所述的电机控制器用于进行电能逆变，并控制电机；所述的集成板为电机控制器部件的安装底板，同时也是电机的电机端盖，所述的导风罩通过周边螺栓安装在集成板上；所述的电机，为双水道结构，在电机的壳体中安装有螺旋水道、上水室、下水室和散热管，散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道；所述的法兰与电机的扭矩输出连接。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机控制器包括水泵电机、电机控制系统、环境温度传感器、风扇、水泵、电机旋转变压器、水温传感器，

所述的水泵电机安装在电机控制器的内部且位于底部，所述的电机控制系统安装在电机控制器的上方，用于控制机控制器的其他结构；所述的环境温度传感器集成在电机的壳体上，用于检测风道内的空气温度；所述的风扇和水泵均安装在电机控制器内部，风扇和水泵的电源及信号均由电机控制器内的集成器件提供；所述的电机旋转变压器安装在集成板中，通过过线孔直接接入电机控制器；所述的水温传感器安装在集成板中。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机控制器还包括电机定子线束和电机定子温度传感器，所述的电机定子线束和电机定子温度传感器通过集成板过线孔，直接接入电机控制器。

作为本发明的优选实施方式，所述的集成板包括泵头蜗壳、冷却水道、布线通道，所述的泵头蜗壳集成在集成板内部，与泵头形成水泵结构，所述的冷却水道安装在集成板内部，与电机中的内部散热水道和下水室无缝对接；所述的布线通道用于部件线束的固定和排布。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机包括散热水道、上水室和下水室，所述的上水室位于电机壳体的上方，下水室位于电机壳体的下方，所述的散热水道为螺旋形，散热水道的进水口与集成板的水道相连接，出水口与上水室通过冷却液连通口相通，下水室与集成板的散热水室相连，下水室与散热水道不相连。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机还包括散热格栅，所述的散热格栅由散热管和散热翅片组成，所述的散热翅片与散热管焊接，用于传递散热管的热量，所述的散热管为中空结构，用于存储和流通冷却液，所述的散热管的上端与上水室密封连通，从上水室引入冷却液。

作为本发明的优选实施方式，所述的电机壳体上还包括外置水室，与所述的散热管形成散热风道。

本发明的具体实施方式中，是一种风冷+水冷混合冷却方式的集成电驱系统，本发明中的双水道结构和散热风道设计是基于需求分析而得到的结构创新设计。本系统的特征为：

1、具备独立的高强度冷却系统，即高功率密度下的独立热管理能力；

2、连接方便，只有电气连接口和加水口就能安装使用；

3、体积小，集成度高，即不占用过多的车辆空间，接线通电就能用。

基于以上分析，混合冷却结构的设计原理为：冷却液通过常规螺旋水道将电机内的热量带出，在机壳上部设计增加上水室空腔结构，用于冷却液汇流、补液、容纳排气，通过上水室连接的多路并联散热管将冷却液引出，热量传导给与散热管连接的散热翅片，多路并联散热管下部与机壳下部设计增加的下水室空腔连通，最后冷却液汇流至下水室，机壳下水室与集成板的进水口相连，集成板进水口连通集成板上的水泵，水泵通过集成板水道将冷却液加压后泵出，集成板出水口与电机的螺旋水道进水口相连，从而形成一个完整的液冷循环，这种冷却循环可以最大限度并快速地将电驱系统内部的热量带出至上下水室和散热管，为了将热量散去，电机机壳外部设计了散热风道，可通过散热风扇将空气强行引入散热风道并通过散热管和散热翅片的空隙流通，空气快速带走散热管和散热翅片上的热量从而为冷却液降温，这就形成了一种强度较高的混合散热系统。

本发明提供了一种集成电驱系统，由3个子系统构成，包括风扇总成、导风罩、电机总成。其中电机总成由电机控制器、集成板、电机和法兰构成。系统采用了集成设计思路，尤其是在电气线路和结构上进行了高度集成设计。

1、风扇总成。风扇可进行调速控制；有正反转功能；风扇外侧有格栅，可阻挡较大杂物进入风道；风扇安装在导风罩上；风扇的电源和信号线连入电机控制器。

2、导风罩。连接到电机总成，可与电机控制器外壳形成楔形导风结构，导风结构与电机的散热风道形成通风散热结构。

3、电机总成。电能与机械能的转换系统，自带冷却构件和总成安装点，子系统构成：

3.1电机控制器。电能逆变和控制部件，包含电机控制系统、水泵电机和水泵控制系统、冷却风扇控制系统。能够控制电机扭矩输出、直流发电、冷却系统循环热管理等。能够采集环境温度、水温、电机温度等。

3.2集成板。主要功能是作为电机控制器部件的安装底板，同时作为电机主体部分的电机端盖。同时在在集成板内部集成了泵头蜗壳，用于和泵头一起形成水泵结构。在集成板内部设计/加工有冷却水道，能够与电机壳体中的内部散热水道和下水室无缝对接。集成板上还加工有布线通道，用于部件线束的固定和通过。

3.3电机。双水道结构设计，除了内部常规的螺旋水道外，在机壳中增加上/下水室和散热管，同时在散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道。壳体水路的详细结构设计详见图3电机壳体结构。

3.4法兰。电机扭矩输出连接结构。

通过共用集成板，将电机控制器和电机进行了高度集成。然后在传统冷却系统的基础上，将热量导出，通过在电机壳体上设计外置水室和散热管并形成散热风道。利用导风罩和电机控制器外壳所形成的的楔形导风机构，最优地实现强制风冷。能够提供具备独立热管理能力的一体化集成电驱系统，特别适合于环境较好的驱动场景，大大简化了系统的安装和使用。

本发明的传感器、线束、结构件的系统集成集成设计思路如图2所示。

1-1线路集成设计：

电机控制器集成功能：电能逆变和控制部件，包含电机控制系统、水泵电机和水泵控制系统、冷却风扇控制系统。通过集成，所有线束全部进行内置布线设计，大大简化走线。

在壳体上集成安装温度传感器，检测风道内的空气温度，线束内置。

风扇的电源和信号直接由电机控制器内集成部件提供，线束内置。

水泵集成在电机控制器内部，其中水泵具备冷却液内循环冷却功能，水泵的电源和信号均由电机控制器内集成部件提供。

电机旋转变压器由于直接安装在集成板中，通过过线孔，旋转变压器线可直接接入电机控制器。

水温传感器直接埋入集成板中，线束直接在电机控制器内部连接。

由于集成板同时是电机的安装端盖，所以电机线圈温度传感器线束和电机定子线束可通过集成板过线孔，直接接入电机控制器。

电机控制器对外的电源线和信号线，通过集成板内的布线路径直接引出。

1-2结构集成设计：

集成板的集成功能：主要功能是作为电机控制器部件的安装底板，同时作为电机主体部分的电机端盖，实现共用件设计。

在集成板内部集成了泵头蜗壳，用于和泵头一起形成水泵结构，水泵电机可直接安装在集成板上。

集成板内部设计/加工有冷却水道，能够与电机壳体中的内部散热水道和下水室无缝对接。

集成板上还加工有布线通道，用于部件线束的固定和通过。

集成板上设计有电机轴安装端，同时检测电机转速和位置的旋转变压器也安装在集成板上。

电机控制器内的所有系统部件，均以集成板作为安装底座。

导风罩通过周边螺栓安装在集成板上。

1-3在系统中，电机外壳为双水道结构设计，除了内部常规的螺旋水道外，在机壳中增加上/下水室和散热管，同时在散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道。壳体水路的详细结构设计详见图3电机壳体结构。

双水道结构设计，除了内部常规的螺旋水道外，在机壳中增加上/下水室和散热管，同时在散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道。

电机内部散热水道为传统螺旋形散热水路，进水口与集成板的水道连通，出水口与上水室通过冷却液连通口相通。电机内部散热水道与下水室不连通。下水室与集成板散热水室进水口连通。

散热格栅由散热管和散热翅片组成。散热翅片与散热管直接焊接，用于传递散热管的热量。散热管为中空结构，能够存储和流通冷却液。散热管的上端与上水室密封连通，从上水室引入冷却液。散热管的下端与下水室密封连通，将散热后的冷却液汇流进下水室。

1-4在系统中，采用了混合冷却的设计方案，在传统冷却系统的基础上，将热量导出，通过在电机壳体上设计外置水室和散热管并形成散热风道。利用导风罩和电机控制器外壳所形成的的楔形导风机构，最优地实现强制风冷。混合冷却方案的实时细则和原理，参见如图4所示的液流循环导热原理和如图5所示的通风散热原理。

液流循环：水泵出水口→集成板散热水室→电机内部散热水道→上水室→散热管→下水室→水泵进水口→水泵→……

风扇引起空气流通，利用导风罩和电机控制器外壳所形成的的楔形导风机构，最优地实现强制风冷。冷却风道的电机输出端用阻风挡板封堵，强迫气流从散热格栅经过。通风强度和通风方向，可通过电机控制器的热管理功能进行控制。

本发明技术方案的核心是集成化和小型化，是指对单个部件为了实现高度的工作独立性而在机械、电气、管路、附件等方面进行全新的结构布置和集成设计，对外不依赖任何辅助系统可全工况工作。

最主要的的创造性技术特征如下：

冷却管路和冷却水泵全部集成内置，除加水口外无其它外部管路连接，加水口可在系统冷却液加注完成后封闭，也可接膨胀水壶。同时，冷却管路、散热管路、上/下水室、电机壳体进行一体化设计，外观结构简洁。

混合冷却，即结构设计的散热风道和内置的水路循环同时进行风冷和水冷，散热风道由导风罩、电机控制器外壳和电机内/外水路形成的空腔构成楔形风路，水路由电机内部导热水道、上/下水室、散热格栅和集成板水路组成，这样形成了高效率散热结构。而且可通过调整水泵的工作强度、风扇的工作强度、风扇的风向来进行冷却能力的调整，从而达到能效优化。

线束全部集成内置，除动力电源线和控制线接口外无任何裸露的外部布线。电机动力线、附件(风扇、水泵电机)电源线、各传感器信号线均在电机控制器内部完成集成设计布置，电机控制器通过内置信号线束和电源线可形成对动力系统和冷却系统的完整闭环控制，外观结构简洁。

结构集成板内置水泵组件，水泵电机直接安装在集成板上，同时集成板内部集成散热水道并与水泵组件连通，而集成板水道又与电机外壳的水路连通，这种结构设计简化了水路设计、提高了水路系统集成度。

本发明强调的独立热管理能力是指发明中所说的集成电驱系统不依赖外部的管路、水泵、散热水箱、冷却风扇、热管理控制器等，能够利用集成系统自身的集成附件和特殊的冷却结构设计达到对自身热平衡优化控制的能力，独立的集成电驱系统能够为整车安装和控制提供便捷性。

采用了本发明的集成电驱系统，满足大功率电驱产品的集成化、小型化需求，本发明的冷却原理为液冷、风冷混合冷却方式。本发明的集成部件将电机、电控、水泵、风扇等部件进行一体化集成设计，对外只有关键线束和安装点，有着最简化的连接结构。本发明的简化液冷部件，通过集成设计，所有水路全部内置，整个液冷循环全部在部件的水道内进行，对外除必要的补液口外均没有显化管路。本发明的简化线路部件，通过集成设计，所有传感器和线路全部内置，系统的高压电路和低压电路全部集成内连，对外处必要的电源线和信号线外均没有其它显化线束。本发明的高效冷却，为了保证在集成化和小型化后，不影响系统的散热能力，利用合理的结构设计，发挥水冷系统和风冷系统各自的优势。通过共用集成板，将电机控制器和电机进行了高度集成。然后在传统冷却系统的基础上，将热量导出，通过在电机壳体上设计外置水室和散热管并形成散热风道。利用导风罩和电机控制器外壳所形成的的楔形导风机构，最优地实现强制风冷。本发明的能够提供具备独立热管理能力的一体化集成电驱系统，特别适合于环境较好的驱动场景，大大简化了系统的安装和使用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种集成电驱系统，其特征在于，所述的系统由风扇总成、导风罩和电机总成组成，

所述的电机总成用于进行电能与机械能的转换，内置水路循环进行水冷；

所述的导风罩与电机控制器的外壳形成楔形导风结构的散热风道，导风结构与电机总成的散热风道形成通风散热结构；

所述的风扇总成，安装在导风罩上，风扇总成的电源和信号线与电机控制器相连，用于进行调速控制；

所述的风扇总成、导风罩和电机总成均为一体化集成，所述的散热风道和电机总成的水路循环同时进行风冷和水冷形成混合冷却，所述的系统内置所有线束的布线。

2.根据权利要求1所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机总成包括电机控制器、集成板、电机和法兰，

所述的电机控制器用于进行电能逆变，并控制电机；所述的集成板为电机控制器部件的安装底板，同时也是电机的电机端盖，所述的导风罩通过周边螺栓安装在集成板上；所述的电机，为双水道结构，在电机的壳体中安装有螺旋水道、上水室、下水室和散热管，散热管和内部水道的夹层中间形成散热风道；所述的法兰与电机的扭矩输出连接。

3.根据权利要求2所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机控制器包括水泵电机、电机控制系统、环境温度传感器、风扇、水泵、电机旋转变压器、水温传感器，

所述的水泵电机安装在电机控制器的内部且位于底部，所述的电机控制系统安装在电机控制器的上方，用于控制机控制器的其他结构；所述的环境温度传感器集成在电机的壳体上，用于检测风道内的空气温度；所述的风扇和水泵均安装在电机控制器内部，风扇和水泵的电源及信号均由电机控制器内的集成器件提供；所述的电机旋转变压器安装在集成板中，通过过线孔直接接入电机控制器；所述的水温传感器安装在集成板中。

4.根据权利要求3所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机控制器还包括电机定子线束和电机定子温度传感器，所述的电机定子线束和电机定子温度传感器通过集成板过线孔，直接接入电机控制器。

5.根据权利要求2所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的集成板包括泵头蜗壳、冷却水道、布线通道，所述的泵头蜗壳集成在集成板内部，与泵头形成水泵结构，所述的冷却水道安装在集成板内部，与电机中的内部散热水道和下水室无缝对接；所述的布线通道用于部件线束的固定和排布。

6.根据权利要求1所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机包括散热水道、上水室和下水室，所述的上水室位于电机壳体的上方，下水室位于电机壳体的下方，所述的散热水道为螺旋形，散热水道的进水口与集成板的水道相连接，出水口与上水室通过冷却液连通口相通，下水室与集成板的散热水室相连，下水室与散热水道不相连。

7.根据权利要求6所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机还包括散热格栅，所述的散热格栅由散热管和散热翅片组成，所述的散热翅片与散热管焊接，用于传递散热管的热量，所述的散热管为中空结构，用于存储和流通冷却液，所述的散热管的上端与上水室密封连通，从上水室引入冷却液。

8.根据权利要求7所述的集成电驱系统，其特征在于，所述的电机壳体上还包括外置水室，与所述的散热管形成散热风道。

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