CN117318366A - 电机驱动系统、电机驱动系统的冷却系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机驱动系统技术领域，具体提供一种电机驱动系统、电机驱动系统的冷却系统及车辆。为解决现有电机的冷却系统结构复杂和冷却效果不佳的问题，本发明的电机驱动系统包括壳体和电机，电机包括定子和与定子配合的转子，定子固定在壳体内，转子可转动地设置在壳体内；还包括第一蒸发器，第一蒸发器设置在壳体内；壳体上设置有第一冷媒进口，第一冷媒进口与第一蒸发器的冷媒进口连通，第一蒸发器的冷媒出口与定子和转子之间的腔体连通，腔体的端面上设置有第一冷媒出口。将蒸发器和电机集成在壳体内，以使电机驱动系统能够通过制冷剂进入第一蒸发器、定子和转子之间的腔体内将热量带走，节省水冷或者油冷的硬件设备，提高冷却效率。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动系统技术领域，具体提供一种电机驱动系统、电机驱动系统的冷却系统及车辆。
背景技术
双电机方案是电动汽车动力系统配置的常用方案，一般分为主电驱和辅助电驱，其中主驱动系统，负责为中低速下的匀速或者减速等对动力需求较小的工况提供动力；辅助驱动系统，负责急加速或者高速行驶等对动力需求较大的工况或者在特殊路面情况，例如，地附着力的路面等协同主驱动系统一起提供动力。
在现有电动汽车中，提出了一种新型的空调压缩机和驱动电机融合的方案，即使用设计优化过的电机同时作为辅助电驱系统和电子空调压缩机的电机，简称为混合电机。
在主驱电机状态正常，且其本身可以满足车辆动态要求时，混合电机和车轮端通过第一离合器断开，当有热管理要求时，压缩机和混合电机通过第二离合器耦合，混合电机驱动压缩机做功；在四驱模式或者主驱电机因失效或者功率小于需求功率而无法满足动态驱动要求下，并且车辆无热管理需求时，混合电机和压缩机通过第二离合器断开，并和车轮端通过第一离合器耦合，以通过减速箱对轮端做功；在四驱模式或者主驱电机因失效或者功率小于需求功率而无法满足动态驱动要求下，并且有热管理需求时，混合电机通过两个离合同时与压缩机和车轮端耦合，以同时对压缩机和车轮端做功。但是该结构复杂，使得制造成本和装配成本较高。
此外，电动机在工作的过程中，会产生大量的热，一般会引入冷却系统来保证电机的正常工作。本发明讨论的辅助工况需要混合电机能输出80kw以上的功率，一般情况下，对应此功率的电机使用水或者油作为冷却的媒介(后文统称为水冷和油冷)。为了使实现水冷或油冷散热，电驱系统需要额外配备水路或者油路，并通过水泵或者油泵来调控冷媒的流量，最终实现温度的调节，但是该冷却设备体积较大，并且温度调节速度慢，造成混合电机的冷却效果不佳。
相应地，本领域需要一种新的电机驱动系统来解决现有电机的冷却系统结构复杂和冷却效果不佳的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有电机的冷却系统结构复杂和冷却效果不佳的问题。
在第一方面，本发明提供一种电机驱动系统，包括壳体和电机，所述电机包括定子和与所述定子配合的转子，所述定子固定在所述壳体内，所述转子可转动地设置在所述壳体内；还包括第一蒸发器，所述第一蒸发器设置在所述壳体内；
所述壳体上设置有第一冷媒进口，所述第一冷媒进口与所述第一蒸发器的冷媒进口连通，所述第一蒸发器的冷媒出口与所述定子和所述转子之间的腔体连通，所述腔体的端面上设置有第一冷媒出口。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述电机驱动系统还包括压缩机，所述压缩机设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第一输出端与所述压缩机连接，所述第一冷媒出口与所述压缩机的进气口连通，所述壳体上设置有第二冷媒出口，所述第二冷媒出口与所述压缩机的出气口连通。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述电机驱动系统还包括减速箱，所述减速箱设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第二输出端与所述减速箱的输入端通过离合器连接。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述壳体上还设置有第二冷媒进口，所述第二冷媒进口与所述腔体连通。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述第一蒸发器设置在所述壳体与所述定子之间。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述定子上设置有散热导流槽；并且/或者，所述转子上设置有散热导流槽。
在上述电机驱动系统的优选技术方案中，所述第一冷媒进口设置有单向气门；并且/或者，所述第二冷媒进口设置有单向气门。
在第二方面，本发明还提供了一种电机驱动系统的冷却系统，所述电机驱动系统包括壳体和电机，电机包括定子和与所述定子配合的转子，所述定子固定在所述壳体内，所述转子可转动地设置在所述壳体内；还包括第一蒸发器，所述第一蒸发器设置在所述壳体内；
所述壳体上设置有第一冷媒进口，所述第一冷媒进口与所述第一蒸发器的冷媒进口连通，所述第一蒸发器的冷媒出口与所述定子和所述转子之间的腔体连通，所述腔体的端面上设置有第一冷媒出口；
所述电机驱动系统还包括压缩机，所述压缩机设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第一输出端与所述压缩机连接，所述冷媒出口与所述压缩机的进气口连通，所述壳体上设置有第二冷媒出口，所述第二冷媒出口与所述压缩机的出气口连通；
所述壳体上还设置有第二冷媒进口，所述第二冷媒进口与所述腔体连通；
所述电机驱动系统的冷却系统包括第一冷媒循环回路，所述第一冷媒循环回路与所述第二冷媒进口连接，所述第一冷媒循环回路上依次设置有所述压缩机、冷凝器、第二膨胀阀和第二蒸发器；
所述电机驱动系统的冷却系统还包括第二冷媒循环回路，所述第二冷媒循环回路与所述第一冷媒进口连接，所述第二冷媒循环回路上依次设置有所述压缩机、所述冷凝器、第一膨胀阀和所述第一蒸发器。
在上述电机驱动系统的冷却系统优选技术方案中，所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路之间连接有换向阀。
在第三方面，本发明还提供了一种车辆，所述车辆设置有上述任一实施方式中所述的电机驱动系统。
本领域技术人员能够理解的是，本发明的电机驱动系统包括壳体和电机，电机包括定子和转子，定子固定在壳体内，转子可转动地设置在壳体内，壳体内设置有第一蒸发器；壳体上还设置有第一冷媒进口，第一冷媒进口与第一蒸发器的冷媒进口连通，第一蒸发器的冷媒出口与定子和转子之间的腔体连通，腔体的端面上设置有第一冷媒出口。
在采用上述技术方案的情况下，通过将第一蒸发器与电机集成在壳体内，以使电机驱动系统能够与车辆现有的空调制冷的冷媒循环系统连接，空调制冷剂(即冷媒)能够通过第一蒸发器吸收电机的热量，进一步地，空调制冷剂还进入定子和转子之间的腔体内，通过制冷剂的循环将电机内部的热量带走，大大提高了电机的散热效果。本发明将空调制冷剂作为大功率电机的冷却媒介，节省了水冷或者油冷的硬件设备，结构简单，减小了电机冷却系统的设备体积，通过将第一蒸发器与电机深度融合，通过相变的方式对电机制冷，提高了电机的冷却效果和冷却效率。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明的电机驱动系统的纵截面示意图；
图2是电机驱动系统的冷却系统的示意图；
附图标记列表：
1、电机驱动系统；11、混合电机；111、定子；112、转子；113、副蒸发器；12、壳体；121、第一冷媒进口；122、第二冷媒进口；123、第一冷媒出口；124、腔体；125、第二冷媒出口；13、压缩机；14、减速箱；2、第一冷媒循环回路；3、第二冷媒循环回路；4、冷凝器；5、主膨胀阀；6、主蒸发器；7、副膨胀阀；8、换向阀。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管本申请的电机驱动系统是结合电动汽车进行描述的，但这并不是限制性的，本发明的电机驱动系统还可以应用于其他车辆，例如，燃油汽车或者油电混动汽车等等，也可以应用于车辆之外的其他需要电机驱动系统的设备。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“连通”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接相连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，为解决现有电机的冷却系统结构复杂和冷却效果不佳的问题，本发明的电机驱动系统1包括壳体12和混合电机11(即权利要求书中的电机)，混合电机11包括定子111和转子112，定子111固定在壳体12内，转子112可转动地设置在壳体12内，壳体12内设置有副蒸发器113(即权利要求书中的第一蒸发器)；
壳体12上还设置有第一冷媒进口121，第一冷媒进口121与副蒸发器113的冷媒进口连通，副蒸发器113的冷媒出口与定子111和转子112之间的腔体124连通，腔体124的端面上设置有第一冷媒出口123。
上述设置方式的优点在于：通过将副蒸发器113与混合电机11集成在壳体12内，以使电机驱动系统能够与车辆现有的空调制冷的冷媒循环系统连接，空调制冷剂(即冷媒)能够通过副蒸发器113吸收电机散发的热量，进一步地，空调制冷剂还进入定子111和转子112之间的腔体124内，通过制冷剂的循环将电机内部的热量带走，大大提高了混合电机11的散热效果。本发明将空调制冷剂作为大功率电机的冷却媒介，节省了水冷或者油冷的硬件设备，结构简单，减小了电机冷却系统的设备体积，通过将副蒸发器113与混合电机11深度融合，通过相变的方式对电机制冷，提高了电机的冷却效果和冷却效率。
如图1所示，在一种可能的实施方式中，电机驱动系统1包括壳体12和混合电机11(即权利要求书中的电机)，混合电机11包括定子111和转子112，定子111固定在壳体12内，转子112可转动地设置在壳体12内，壳体12内设置有副蒸发器113(即第一蒸发器)、压缩机13和减速箱14；
继续参照图1，具体地，副蒸发器113设置在壳体12与定子111之间；混合电机11的输出轴的第一输出端与压缩机13通过连接，混合电机11的输出轴的第二输出端与减速箱14的输入端通过离合器连接，减速箱14的输出端与车轮端连接。此外，为提高副蒸发器113的效率，以及防止液体的制冷剂在没完成蒸发过程就进入混合电机11及压缩机13内，带来液击的风险(液态极难被压缩，进入压缩机13后，会造成压缩机13损坏，称为液击现象)，副蒸发器113的内腔可以布置成蛇形结构，来增加制冷剂在其内部吸热相变的时间。进一步地，转子112与副蒸发器113内侧之间设置有高导热材料件(图中未示出)，以增加副蒸发器113的工作效率和减少副蒸发器113体积和复杂度。
继续参照图1，进一步地，壳体12上设置有第一冷媒进口121，第一冷媒进口121与副蒸发器113的冷媒进口连通，副蒸发器113的冷媒出口与定子111和转子112之间的腔体124连通，腔体124的端面上设置有第一冷媒出口123，第一冷媒出口123与压缩机13的进气口连通；壳体12上还设置有第二冷媒出口125，第二冷媒出口125与压缩机13的出气口连接。进一步地，壳体12内设置有温度传感器；优选地，温度传感器设置在第一冷媒进口121处，以反馈温度信息给膨胀阀来调节制冷剂流量来满足制冷以及蒸发的要求。
继续参照图1，进一步地，壳体12上还设置有第二冷媒进口122，第二冷媒进口122与定子111和转子112之间的腔体124连通，定子111和转子112上均设置有散热导流槽(图中未示出)，第一冷媒进口121和第二冷媒进口122均设置有单向气门，以防止第一冷媒进口121连接的管路与第二冷媒进口122连接的管路间压力不均衡，发生管路间的气交换的问题。
需要说明的是，虽然图1中副蒸发器113与腔体124的连通是通过在定子111上打孔，以使制冷剂穿过定子111进入腔体124内的，但是这并不是限制性的，还可以通过在壳体12的纵向侧壁上打孔，通过管路将制冷剂引入腔体124内，而不再经过定子111。同理，图1中所示第二冷媒进口122的冷媒穿过定子111上的孔进入腔体124内，但是并不对第二冷媒进口122如何与腔体124连通进行限制，也可以通过在壳体12的纵向侧壁上打孔，通过管路将制冷剂引入腔体124内，而不经过定子111本领域技术人员可根据需要自行设定。
为了便于描述，以下将上述实施方式中的电机驱动系统1和电机驱动系统的冷却系统相结合进行详细阐述：
参照图1和图2，电机驱动系统的冷却系统包括第一冷媒循环回路2，第一冷媒循环回路2与第二冷媒进口122连接，第一冷媒循环回路2上依次设置有上述的压缩机13、冷凝器4、主膨胀阀5(即权利要求书中的第二膨胀阀)和主蒸发器6(即权利要求书中的第二蒸发器)；
还包括第二冷媒循环回路3，第二冷媒循环回路3与第一冷媒进口121连接，第二冷媒循环回路3上依次设置有上述的压缩机13、上述的冷凝器4、副膨胀阀7(即权利要求书中的第一膨胀阀)和上述的副蒸发器113(即权利要求书中的第一蒸发器)；
优选地，在第一冷媒循环回路2与第二冷媒循环回路3之间连接有换向阀8，以此来实现在两个循环回路之间的制冷剂拓扑变换。
上述设置方式的优点在于：当座舱有热管理需求且主驱电机满足驱动要求时，即混合电机11与车轮端通过离合器断开，混合电机11仅驱动压缩机13做功，换向阀8切换至第一冷媒循环回路2连通，为了实现热能管理，参照图2，其中箭头所指示的为制冷剂的流向，压缩机13的作用是将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的制冷剂气体；然后进入冷凝器4降温，一般冷凝器4位于车头，使其能够和外界空气换热，通过和外界空气的热交换和相变(即冷凝作用)，制冷剂气体释放热量，温度降低，转化为液体；高温高压下的制冷剂液体进入主膨胀阀5，经过膨胀作用，其变为低温低压的气液混合体进入主蒸发器6，主蒸发器6位于座舱内，使能和座舱空气换热，通过和座舱内较高温度的空气接触，制冷剂气液混合体发生相变(即液体变气体，完成蒸发)或者温度升高，离开主蒸发器6时制冷剂基本实现气化，制冷剂通过主蒸发器6后，制冷剂由第二冷媒进口122进入壳体12内部的转子112和定子111之间的腔体124内，在此工况下混合电机11所需的制冷量较低，制冷剂以气态的形式进入第二冷媒进口122，气态的制冷剂通过转子112和定子111之间的空腔，以及在转子112和定子111上专门设计散热导流槽，方便制冷剂流过，增加制冷剂与转子112、定子111的接触面积来增加散热，制冷剂通过热交换带走电机中的热量，然后制冷剂通过第一冷媒出口123回到压缩机13中，完成一次冷媒循环。
在主驱电机无法满足驱动要求时，混合电机11与车轮端通过离合器耦合，混合电机11既驱动车轮端做功又驱动压缩机13做功，此模式下混合电机11所需的制冷量较大，换向阀8切换至第二冷媒循环回路3连通，制冷剂通过第二冷媒循环回路3为电机内部制冷，首先经冷凝器4相变后的制冷剂通过第一冷媒进口121进入与混合电机11集成的副蒸发器113中，液气混合制冷剂通过副蒸发器113吸收定子111侧传导过来的热量，完成相变，制冷剂完成气化后，又进入定子111和转子112之间的腔体124内，进一步通过热交换对电机内部进行冷却，最后制冷剂通过第一冷媒出口123回到压缩机13中，完成一次冷媒循环。
由于第一冷媒循环回路2负责座舱制冷，其热能负载较高，在座舱无制冷要求但是混合电机11需要被冷却时，假如无法做到两者的解耦，将会使压缩机13工作负载较高，同时第一冷媒循环回路2需同座舱相连使得管路长度更长，进一步造成了能量的损耗。本发明的电机驱动系统的冷却系统通过引入在座舱无制冷需求时专门用于混合电机11制冷的第二冷媒循环回路3，可以避免混合电机11在单驱动车轮端的工况下座舱制冷功耗，缩短了空调管路，减少了能量损耗。此外，混合电机11只要在开启状态便需要与压缩机13连接进行降温，使得压缩机13和混合电机11之间的可以不再通过离合器连接，而是直接连接，减少了离合器的使用使成本更低，结构更简单。
此外，为了能保证压缩机13的正常工作，压缩机13需要使用压缩机油来保证涡旋盘的润滑冷却和密封，压缩机油随着制冷剂会从压缩机13的出气口离开压缩机腔体，随着制冷剂再回流进入压缩机13内，为了实现这个过程，压缩机13需要一定转速来保证一定的流速，因此压缩机13无法长时间工作于过低的转速，而由于第二冷媒循环回路3很短，因此回油所需要的转速大大降低，因此压缩机13可以工作在较低的转速。
此外，在混合电机11驱动压缩机13的工况下，压缩机13的转速和混合电机11的转速一致，为了能动态调节制冷量，需要控制膨胀阀，通过控制高低压侧的压力差，实现制冷能力得调节控制，因此，需要建立混合电机11散热和膨胀阀工作时间的算法，并通过软件部署于系统控制器中，混合电机11的控制由统一的算法和控制硬件实现。
此外，本发明还提供一种车辆，该车辆设置有上述任一实施方式中所述的电机驱动系统。
如本节第一段所述，上述实施方式仅仅用来阐述本发明的原理，并非旨在与限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员能够对上述结构进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电机驱动系统，其特征在于，包括壳体和电机，所述电机包括定子和与所述定子配合的转子，所述定子固定在所述壳体内，所述转子可转动地设置在所述壳体内；还包括第一蒸发器，所述第一蒸发器设置在所述壳体内；
所述壳体上设置有第一冷媒进口，所述第一冷媒进口与所述第一蒸发器的冷媒进口连通，所述第一蒸发器的冷媒出口与所述定子和所述转子之间的腔体连通，所述腔体的端面上设置有第一冷媒出口。
2.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述电机驱动系统还包括压缩机，所述压缩机设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第一输出端与所述压缩机连接，所述第一冷媒出口与所述压缩机的进气口连通，所述壳体上设置有第二冷媒出口，所述第二冷媒出口与所述压缩机的出气口连通。
3.根据权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所述电机驱动系统还包括减速箱，所述减速箱设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第二输出端与所述减速箱的输入端通过离合器连接。
4.根据权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所述壳体上还设置有第二冷媒进口，所述第二冷媒进口与所述腔体连通。
5.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述第一蒸发器设置在所述壳体与所述定子之间。
6.根据权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述定子上设置有散热导流槽；并且/或者，所述转子上设置有散热导流槽。
7.根据权利要求4所述的电机驱动系统，其特征在于，所述第一冷媒进口设置有单向气门；并且/或者，所述第二冷媒进口设置有单向气门。
8.一种电机驱动系统的冷却系统，其特征在于，所述电机驱动系统包括壳体和电机，电机包括定子和与所述定子配合的转子，所述定子固定在所述壳体内，所述转子可转动地设置在所述壳体内；还包括第一蒸发器，所述第一蒸发器设置在所述壳体内；
所述壳体上设置有第一冷媒进口，所述第一冷媒进口与所述第一蒸发器的冷媒进口连通，所述第一蒸发器的冷媒出口与所述定子和所述转子之间的腔体连通，所述腔体的端面上设置有第一冷媒出口；
所述电机驱动系统还包括压缩机，所述压缩机设置在所述壳体内，所述电机的输出轴的第一输出端与所述压缩机连接，所述第一冷媒出口与所述压缩机的进气口连通，所述壳体上设置有第二冷媒出口，所述第二冷媒出口与所述压缩机的出气口连通；
所述壳体上还设置有第二冷媒进口，所述第二冷媒进口与所述腔体连通；
所述电机驱动系统的冷却系统包括第一冷媒循环回路，所述第一冷媒循环回路与所述第二冷媒进口连接，所述第一冷媒循环回路上依次设置有所述压缩机、冷凝器、第二膨胀阀和第二蒸发器；
所述电机驱动系统的冷却系统还包括第二冷媒循环回路，所述第二冷媒循环回路与所述第一冷媒进口连接，所述第二冷媒循环回路上依次设置有所述压缩机、所述冷凝器、第一膨胀阀和所述第一蒸发器。
9.根据权利要求8所述的电机驱动系统的冷却系统，其特征在于，所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路之间连接有换向阀。
10.一种车辆，所述车辆设置有权利要求1-7中任一项所述的电机驱动系统。
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Cited By (1)
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| CN117647029A (zh) * | 2024-01-29 | 2024-03-05 | 荏原冷热系统（中国）有限公司 | 一种离心式热泵机组 |
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| CN117647029B (zh) * | 2024-01-29 | 2024-04-02 | 荏原冷热系统（中国）有限公司 | 一种离心式热泵机组 |
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