CN117813923A - 一种电机控制器及其散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机控制器及其散热系统，具体涉及新能源汽车技术领域。本发明电机控制器的散热系统包括壳体、第一主流道、第二主流道及散热基板，所述壳体上设有进液口和出液口，所述第一主流道与所述进液口连通；所述第二主流道与所述出液口连通；所述散热基板设置在所述壳体内，且其底部设有若干散热肋片；所述散热基板与所述壳体之间围成密封腔体，所述密封腔体连通所述第一主流道和第二主流道，所述若干散热肋片将所述密封腔体分隔成多条并列排布的冷却流道。采用本发明散热系统的电机控制器可多个功率模块分别冷却，改善了电机控制器的冷却效果。
Description
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种电机控制器及其散热系统。
随着新能源行业的发展以及新能源汽车技术的进步，电驱动系统作为新能源汽车动力输出的核心零部件之一，其对轻量化、小型化、高扭矩密度及高功率密度的要求亦随之增长。电机控制器是电驱动系统的重要组成部分，在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。
电机控制器作为电动汽车的核心部件，直接影响到电动汽车的质量。控制系统的发热绝大部分是由功率器件的热损耗引起的，而功率器件对温度又比较敏感，温度过高会影响控制器的性能，甚至造成功率器件的不可逆转的损坏，影响控制器的正常使用。由于IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)等功率元件的发热比较集中，如何有效的降低其工作温度，延长其使用寿命，已经成为世界各国电动汽车行业的研究热点。
目前，电机控制器主要有自然冷却、风冷和水冷三种冷却散热方式，自然冷却是在表面安装散热翅片或者散热模块标贴在控制器外壳进行散热，散热效率较低。风冷是采用散热风扇进行冷却，这就导致电机控制器结构不紧凑，噪音较大，而且在大功率运行的时候容易出现散热不足的问题。水冷是采用水冷板与功率器件紧密连接封装，一旦有水渗入控制器内部，将导致极大的安全事故，造成人身安全和财产损失。因此，现有的电机控制器没有冷却系统或冷却系统结构可能会导致IGBT组件、母排组件和电容组件的散热面积不足，热交换效率差，整体散热效果不好，最后造成电机控制器壳体内部的部件使用寿命 较低。因此，需要开发一种新的散热系统解决上述问题。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种电机控制器及其散热系统，以改善电机控制器的散热问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种电机控制器的散热系统，包括壳体、第一主流道、第二主流道及散热基板，所述壳体上设有进液口和出液口，所述第一主流道与所述进液口连通；所述第二主流道与所述出液口连通；所述散热基板设置在所述壳体内，且其底部设有若干散热肋片；所述散热基板与所述壳体之间围成密封腔体，所述密封腔体连通所述第一主流道和所述第二主流道，所述若干散热肋片将所述密封腔体分隔成多条并列排布的冷却流道。
在本发明一示例中，所述密封腔体包括分配腔和汇集腔，所述分配腔与所述第一主流道连通，所述汇集腔与所述第二主流道连通，所述冷却流道的一端与所述分配腔连通，另一端与所述汇集腔连通。
在本发明一示例中，所述散热肋片包括第一散热肋片和第二散热肋片，所述第一散热肋片凸出于所述散热基板的下表面，并且所述第一散热肋片自所述第一主流道的一端向所述第二主流道方向延伸，所述第二散热肋片凸出于所述第一散热肋片的侧壁设置，相邻的所述第一散热肋片上的第二散热肋片交错设置。
在本发明一示例中，所述密封腔体内设有腔体密封圈，所述腔体密封圈的一侧与所述散热基板相接，另一侧与所述壳体的底板相接；所述腔体密封圈的形状与所述密封腔体的形状相配，所述腔体密封圈围绕所述散热肋片的外周设置，所述腔体密封圈为弹性材质。
在本发明一示例中，所述腔体密封圈为弹性材质的复合材料。
在本发明一示例中，所述密封腔体的底部设有流道密封垫，所述流道密封垫的内部结构与所述若干散热肋片的排布结构一致，所述流道密封垫位于所述散热肋片和所述壳体的底板之间。
在本发明一示例中，所述冷却流道内设有扰流结构，所述扰流结构设置在所述散热基板和/或壳体上。
在本发明一示例中，所述扰流结构包括圆柱形的扰流柱，所述扰流柱设置在所述冷却流道的拐角处。
在本发明一示例中，所述第一主流道和所述第二主流道与所述壳体为一体式结构，至少部分所述第一主流道位于所述密封腔体的下方，至少部分所述第二主流道位于所述密封腔体下方，所述进液口和所述出液口位于所述壳体的不同侧壁，至少部分所述第一主流道和至少部分所述第二主流道平行设置。
在本发明一示例中，所述壳体内设有多个并列排布散热基板，每个所述的散热基板与所述壳体之间形成一个所述密封腔体，每个所述密封腔体均与所述第一主流道和所述第二主流道连通。
本发明另一方面还提供一种电机控制器，包括散热系统和安装在所述散热系统内的电子元器件及单片机，所述散热系统包括壳体、第一主流道、第二主流道及散热基板，所述壳体上设有进液口和出液口，所述第一主流道与所述进液口连通；所述第二主流道与所述出液口连通；所述散热基板设置在所述壳体内，且其底部设有若干散热肋片；所述散热基板与所述壳体之间围成密封腔体，所述密封腔体连通所述第一主流道和所述第二主流道，所述若干散热肋片将所述密封腔体分隔成多条并列排布的冷却流道。
在本发明一示例中，所述电子元器件包括设置在所述散热基板上的第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块。
在本发明一示例中，所述散热基板包括分别对应于所述第一功率模块、第二功率模块、第三功率模块的第一散热基板、第二散热基板，第三散热基板，所述密封腔体包括分别对应于所述第一功率模块、第二功率模块、第三功率模块的第一密封腔体、第二密封腔体和第三密封腔体，所述第一密封腔体、第二密封腔体和第三密封腔体均与所述第一主流道和所述第二主流道连通。
本发明电机控制器的散热系统，在控制器壳体内设置与进液口连通的第一 主流道和与出液口连通的第二主流道，利用散热基板上设置的散热肋片将散热基板与壳体围成的密封腔体分隔成多个冷却流道，且冷却流道的一端与第一主流道连通，另一端与第二主流道连通，冷却介质经第一主流道进入各冷却流道，再经第二主流道排出。在冷却介质流经的过程中可将功率模块产生的热量带走，使其维持在正常的温度范围内，保持正常的工作状态。本发明采用直接水冷的方式对功率模块进行冷却，提高换热效率，避免散热死区。在密封腔体内设置腔体密封圈，通过挤压腔体密封圈使其安装于散热基板和壳体底板之间，用于密封散热腔体；在密封腔体内设置流道密封垫，可将相邻冷却流道隔离开，防止相邻冷却流道内的流体相互窜动，影响散热系统的散热效果；在冷却流道内设置扰流结构，通过扰流结构可强化局部液体的流动，增加固液对流传热的散热面积，增大了固体导热传热的横截面积，提高换热效率；该散热系统可设置多个并列排布的散热基板，每一散热基板与壳体形成一用于冷却的密封腔体，使得电机控制器内的多个功率模块分别冷却，冷却效果更好。本发明还提供一种包含上述散热系统的电机控制器，该电机控制器采用多个功率模块并列的排布方式，每一功率模块下对应一用于冷却的密封腔体，避免定转子串联冷却引起散热路径长，散热路径末端散热效果差，无法满足散热要求的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中的结构示意图；
图2为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中剖视结构示意图；
图3为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中的局部剖面图；
图4为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中冷却流道的截面结构示 意图；
图5为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中腔体密封圈的结构示意图；
图6为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中流道密封垫的结构示意图；
图7为本发明电机控制器的散热系统于一实施例中散热肋片与扰流结构的示意图。
图8为本发明电机控制器于一实施例中的结构示意图；
图9为本发明电机控制器于一实施例中的剖视结构示意图。
元件标号说明
100、壳体；101、进液口；102、出液口；103、第一主流道；104、第二主流道；105、进液管；106、出液管；200、散热基板；201、第一散热肋片；202、第二散热肋片；203、冷却流道；204、扰流结构；210、第一散热基板；220、第二散热基板；230、第三散热基板；300、密封腔体；301、腔体密封圈；302、流道密封垫；310、分配腔；320、汇集腔；400、功率模块；401、第一功率模块；402、第二功率模块；403、第三功率模块。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的 用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1至图9，本发明的目的在于提供一种电机控制器及其散热系统，以改善电机控制器的散热问题。
请参阅图1至图3，本发明提供一种电机控制器的散热系统包括壳体100、第一主流道103、第二主流道104及散热基板200，壳体100上设有进液口101和出液口102，第一主流道103设置于壳体100内部并与进液口101连通；第二主流道104设置于壳体100内部并与出液口102连通。散热基板200设置在壳体内，且其底部设有若干散热肋片，散热基板200与壳体100之间围成密封腔体300，密封腔体300连通第一主流道103和第二主流道104，若干散热肋片将密封腔体300分隔成多条并列排布的冷却流道203。
请参阅图3和图4，在一实施例中，密封腔体300还包括分配腔310和汇集腔320，分配腔310与第一主流道103连通，汇集腔320与第二主流道104连通，冷却流道203处于分配腔310和汇集腔320之间，其一端与分配腔310连通，另一端与汇集腔320连通。冷却介质，例如冷却水从进液口101进入第一主流道103，经第一主流道103进入分配腔310，再由分配腔310分流进入各冷却流道203，于冷却流道203的末端进入汇集腔320汇集，再由汇集腔320进入第二主流道104，经出液口102排出电机控制器，经电机控制器外部的中冷器冷却后再次进入电机控制器进行冷却循环。在冷却介质循环的过程中，可将电机控制器内与散热系统接触的，尤其是与散热基板接触的电子元器件产生的热量带走，使其始终保持在正常温度范围内，确保电机控制器的正常工作。
请参阅图1和图2，在一实施例中，壳体100为周边高中间向下凹的壳状结构，其内部设有安装电子元器件的支撑筋，进液口101和出液口102分设在壳体100的两侧，进液口101上连接有进液管105，出液口102上连接有出液管106。第一主流道103的一端与进液口101连通，另一端向出液口102的方向延伸，且第一主流道103向出液口102方向延伸的一端是封闭的；第二主流 道104的一端与出液口102连通，另一端向进液口101方向延伸，且第二主流道104向进液口101方向延伸的一端为封闭的。第一主流道103至少部分位于所述密封腔体300的下方，第二主流道104至少部分位于密封腔体300的下方，第一主流道103位于密封腔体300下方的部分与第二主流道104位于密封腔体300下方的部分相互平行。
在本实施例中，第一主流道103位于密封腔体300下方的部分设有一向上延伸并与分配腔310连通的第一连接通道，第一连接通道沿第一主流道103的流道方向的长度对应于分配腔310在该方向上的尺寸，第二主流道103位于密封腔体300下方的部分设有一向上延伸并与汇集腔320连通的第二连接通道，第二连接通道沿第二主流道104的流道方向的长度对应于汇集腔320在该方向的尺寸。由进液口101进入第一主流道103的冷却液经第一连接通道进入分配腔310，再经分配腔310分流至各冷却流道203，冷却液流经各冷却流道203在汇集腔320汇集，经第二连接通道进入第二主流道104，由出液口102排出。较佳的，第一主流道103和第二主流道104与壳体100为一体式结构，例如，第一主流道103和第二主流道104与壳体100一体铸造成型。
请参阅图2至图4，壳体100的支撑筋上设有向下凹陷的安装腔，该安装腔的底部两端分别与第一主流道103和第二主流道104连通，散热基板200压装在安装腔上并与其形成密封腔体300。例如散热基板200与壳体100螺纹连接，即在散热基板200和壳体100对应设置螺纹孔，利用螺钉依次穿过散热基板200和壳体100上的螺纹孔，将散热基板200固定在安装腔上方。
请参阅图3和图7，在一实施例中，若干散热肋片设置在散热基板200的下表面，散热肋片包括多个第一散热肋片201和第二散热肋片202，第一散热肋片201凸出于散热基板200的下表面，且第一散热肋片201自第一主流道103向第二主流道104的方向延伸，每相邻的两条第一散热肋片201之间形成一个冷却流道203。第二散热肋片202凸出于第一散热肋片201的侧壁设置，第二散热肋片202的一端与第一散热肋片201相连，另一端向冷却流道203延伸， 较佳的，第二散热肋片202垂直于第一散热肋片201设置，且相邻的第一散热肋片201上的第二散热肋片202交错设置。这样设置使得冷却流道203呈S型结构，可增加散热面积，提高散热效率。
请参阅图4和图5，在一实施例中，密封腔体300内设有腔体密封圈301，腔体密封圈301的形状与密封腔体300的形状相匹配。安装时，腔体密封圈301紧贴密封腔体300的侧壁安装，其上表面与散热基板200相接，下表面与壳体100底壁相接，依靠腔体密封圈301上表面与下表面的挤压对密封腔体300进行密封。较佳的，腔体密封圈301采用柔性材质的复合材料，例如丁晴橡胶、氟橡胶等。
请参阅图3、图4和图6，在一实施例中，密封腔体300内还可设置流道密封垫302，流道密封垫302内部结构对应于散热基板200上散热肋片的分布。安装时，先将流道密封垫302置于壳体100的安装腔内，将散热基板200合上并压紧。流道密封垫302将相邻冷却流道203隔离开，防止相邻冷却流道203内的冷却介质相互窜动，影响整体的散热效果。
请参阅图7，在一实施例中，冷却流道203内还设有扰流结构204，其可以设置在散热基板200上，也可以设置在壳体上，扰流结构204的材质与散热基板200的材质相同。在各冷却流道203内设置扰流结构204，可提高冷却液的扰动，使冷却液边界层破坏，形成二次流动，使紊流程度加剧，而产生更多的湍流，增大散热面积；在保持冷却液流速不变的情况下影响流动形态，使冷却液与冷却流道203充分接触，使流体与冷却流道203之间发生对流换热，增强了换热能力。较佳的，扰流结构204包括间隔设置的圆柱形的扰流柱，扰流柱的尺寸可根据冷却流道203的尺寸设定。优选的，扰流柱设置于冷却流道203的拐角处，由于拐角处存在死区，在此处设置扰流柱可强化此处液体的流动，防止拐角处散热效果不佳。当然，在其他实施例中，扰流柱也可选取水滴形或其他适配的结构。
请参阅图2至图4，在一实施例中，壳体100内并列设置多个安装腔，每 个安装腔内容置一散热基板200，每个散热基板200与对应的安装腔形成一密封腔体300，散热基板200底部的散热肋片采用上文中所述的结构分布，进而将每个密封腔体300分隔成多个并列分布的冷却流道。每个密封腔体300内的冷却流道203的个数可根据该区域的排热量进行设置。腔体密封腔301、流道密封垫302及扰流结构204根据电机控制器内功率模块的具体情况进行选择安装。
请参阅图1、图3和图8，本发明还提供一种电机控制器，该电机控制器包括散热系统和安装在散热系统上的多个电子元器件及单片机。其中散热系统采用本发明的散热系统。电子元器件包括多个功率模块400，例如IGBT功率模块，功率模块400安装在散热基板200上，利用散热基板200与壳体100之间的冷却流道203内流动的冷却介质将功率模块400产生的热量带走。
请参阅1和图9，在一实施例中，功率模块400采用多模块并联的安装方式，每个模块下方对应一个散热基板200与壳体100围成的密封腔体300作为散热区域。例如，功率模块400包括依次设置的第一功率模块401、第二功率模块402及第三功率模块403，则散热系统包括分别用于安装第一功率模块401、第二功率模块402和第三功率模块403的第一散热基板210、第二散热基板220和第三散热基板230，第一散热基板210与壳体100围成第一密封腔体，第二散热基板220与壳体100围成第二密封腔体，第三散热基板230与壳体100围成第三密封腔体，第一密封腔体、第二密封腔体和第三密封腔体内的冷却流道203的设置及腔体密封圈301、流道密封垫302的安装可根据各自对应的功率模块的产热量选择。例如，第二功率模块402处于第一功率模块401和第三功率模块403之间，受两侧功率模块的影响，第二功率模块402的产热量较两侧的功率模块的产热量高，因此，第二密封腔体内可通过腔室密封圈301和流道密封垫302对其进行双重密封，以提高该区域的散热效果，或通过增加第二密封腔室内的冷却流道203以增加冷却介质的流量，提高其冷却效果。当然，第一密封腔体和第三密封腔体可根据具体情况进行设置。
本发明中对于电机控制器的其他未详述的结构皆可通过本领域现有结构实现，在此不再详述。
本发明提供一种电机控制器的散热系统，通过在散热基板上设置散热肋片，将散热基板与壳体之间的密封腔体分隔成多条并列的冷却流道，且该冷却流道的两端分别与第一主流道和第二主流道连通，经进液口进入的冷却介质通过第一主流道进入各冷却流道，经冷却流道汇集到第二主流道，进而排出体外，在此过程中，冷却介质可将电机控制器内各电子元器件产生的热量带走，使其保持在正常的温度范围内。采用本发明的散热系统的电机控制器，将功率模块以并联的方式进行冷却，来自主流道的冷却介质分流至各功率模块所在的区域，对个功率模块分别冷却，避免定转子串联冷却引起散热路径长、散热路径末端散热效果差的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
- 一种电机控制器的散热系统，其特征在于，包括：壳体，其上设有进液口和出液口；第一主流道，与所述进液口连通；第二主流道，与所述出液口连通；散热基板，设置在所述壳体内，且其底部设有若干散热肋片；其中，所述散热基板与所述壳体之间围成密封腔体，所述密封腔体连通所述第一主流道和所述第二主流道，所述若干散热肋片将所述密封腔体分隔成多条并列排布的冷却流道。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述密封腔体包括分配腔和汇集腔，所述分配腔与所述第一主流道连通，所述汇集腔与所述第二主流道连通，所述冷却流道的一端与所述分配腔连通，另一端与所述汇集腔连通。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述散热肋片包括第一散热肋片和第二散热肋片，所述第一散热肋片凸出于所述散热基板的下表面，并且所述第一散热肋片自所述第一主流道向所述第二主流道方向延伸，所述第二散热肋片凸出于所述第一散热肋片的侧壁设置，相邻的所述第一散热肋片上的第二散热肋片交错设置。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述密封腔体内设有腔体密封圈，所述腔体密封圈的一侧与所述散热基板相接，另一侧与所述壳体的底板相接；所述腔体密封圈的形状与所述密封腔体的形状相配，所述腔体密封圈围绕所述散热肋片的外周设置，所述腔体密封圈为弹性材质。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述密封腔体的底部设有流道密封垫，所述流道密封垫的内部结构与所述若干散热肋片的排布结构一 致，所述流道密封垫位于所述散热肋片和所述壳体的底板之间。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述冷却流道内设有扰流结构，所述扰流结构设置在所述散热基板和/或壳体上。
- 根据权利要求6所述的散热系统，其特征在于，所述扰流结构包括圆柱形的扰流柱，所述扰流柱设置在所述冷却流道的拐角处。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述第一主流道和所述第二主流道与所述壳体为一体式结构，至少部分所述第一主流道位于所述密封腔体的下方，至少部分所述第二主流道位于所述密封腔体下方，所述进液口和所述出液口位于所述壳体的不同侧壁，至少部分所述第一主流道和至少部分所述第二主流道平行设置。
- 根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述壳体内设有多个并列排布散热基板，每个所述的散热基板与所述壳体之间形成一个所述密封腔体，每个所述密封腔体均与所述第一主流道和所述第二主流道连通。
- 一种电机控制器，其特征在于，包括：散热系统和安装在所述散热系统上的电子元器件及单片机，所述散热系统包括，壳体，其上设有进液口和出液口；第一主流道，与所述进液口连通；第二主流道，与所述出液口连通；散热基板，设置在所述壳体内，且其底部设有若干散热肋片；其中，所述散热基板与所述壳体之间围成密封腔体，所述密封腔体连通所述第一主流道和所述第二主流道，所述若干散热肋片将所述密封腔体分隔成多条并列排布的冷却流道。
- 根据权利要求10所述的电机控制器，其特征在于，所述电子元器件包括安装在所述散热基板上的第一功率模块、第二功率模块和第三功率模块。
- 根据权利要求11所述的电机控制器，其特征在于，所述散热基板包括分别对应于所述第一功率模块、第二功率模块、第三功率模块的第一散热基板、第二散热基板和第三散热基板，所述密封腔体包括分别对应于所述第一功率模块、第二功率模块、第三功率模块的第一密封腔体、第二密封腔体和第三密封腔体，所述第一密封腔体、第二密封腔体和第三密封腔体均与所述第一主流道和所述第二主流道连通。
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