CN214412432U - 一种电机散热装置及电机散热控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机散热装置及电机散热控制系统，包括沿同一轴线螺旋错位布置的第一散热管和第二散热管，两根散热管均呈螺旋状，第一散热管和第二散热管套设于电机定子外，所述第一散热管和第二散热管内填充有冷却液，两管内冷却液的水流方向相反。本实用新型中的电机散热装置通过第一散热管和第二散热管内主副水路的搭配使用，形成了双“S”型的嵌套组合结构，解决了现有驱动电机水套整体散热不均匀，靠近水道出口部位散热不充分的问题，电机整体散热比较均匀，散热效率更高，尤其适用于新能源车用电机的散热。

Description

一种电机散热装置及电机散热控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机降温领域，具体涉及一种电机散热装置及电机散热控制系统。

背景技术

世界各国都在大力发展新能源汽车，我国更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。节能与新能源汽车的发展是我国减少石油消耗和降低二氧化碳排放的重要举措之一，中央和地方各级政府对其发展高度关注，陆续出台了各种扶持培育政策，为新能源汽车的发展营造了良好的政策环境。随着新能源汽车的蓬勃发展，带来的是更多的机遇与挑战，其中，新能源车用电机技术的迭代与电机设计要求的持续提升，促使驱动电机功率密度不断提高。然而，高功率密度永磁同步电机带来的较大电机损耗易导致电机温升过高，从而引发一系列问题。新能源车用电机的冷却能力决定了电机的温升，而温升又决定电机的绝缘情况、额定容量以及出现退磁等问题。因此提升电机的冷却性能是电机设计、制造中的重要问题。同时电机散热系统的优劣在很大程度上也决定着电机的寿命和使用性能。

风冷和液冷是电机的两种主要冷却方式。而车用驱动电机受工作环境的影响，因此一般采用外赋水套的方式进行水冷才能达到散热的需求。目前车用驱动电机水套的相关研究相对较少，而且存在一定的弊端。

现有驱动电机水套的设计多为单向水套。单向水道的种类多种多样，主要包括周向型和轴向型两大类，最典型的代表是周向“S”型和轴向“Z”字型。但单向水套都存在一个共同的问题，水道的进出口部位温差和压差较大，这会造成电机整体散热的不均匀，而且靠近水道出口部位的散热不充分。若水套的跨度较大，散热的不均匀性，不充分性以及压差的问题将会更加明显。且车用驱动电机的铜损占比较高，而端部绕组由于无法贴合水套，如果不做处理，端部绕组主要依靠与空气的对流换热进行散热，因此散热更加困难，现有的技术处理方式是通过填充绝缘导热硅胶的方式进行散热。而填充，清洁，更换硅胶比较麻烦。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种电机散热装置及电机散热控制系统，其通过第一散热管和第二散热管内主副水路的搭配使用，形成了双“S”型的嵌套组合结构，解决了现有驱动电机水套整体散热不均匀，靠近水道出口部位散热不充分的问题，电机整体散热比较均匀，散热效率更高。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种电机散热装置，包括沿同一轴线螺旋错位布置的第一散热管和第二散热管，两根散热管均呈螺旋状，第一散热管和第二散热管套设于电机定子外，第二散热管设置于第一散热管的螺旋间隙中；所述第一散热管和第二散热管内填充有冷却液，两管内冷却液的水流方向相反。

按上述技术方案，所述的电机散热装置还包括外赋水套，所述外赋水套套设于电机定子外，外赋水套的内表面贴合定子外表面；所述外赋水套为空心夹层结构，第一散热管和第二散热管设置于外赋水套的空心夹层内。

按上述技术方案，所述外赋水套与电机的端部绕组之间设有端部散热单元，端部散热单元的个数为2个，布置于电机的端部绕组的两端。

按上述技术方案，所述端部散热单元包括导热片、固定器和导热套筒，导热片套设于固定器内圈，所述导热片的内圈套设贴合于电机的端部绕组外表面；导热套筒和固定器沿轴向依次套设于外赋水套内，导热套筒紧邻固定器的外侧布置，与导热片连接，导热套筒受热后膨胀与外赋水套接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量传递给外赋水套。

按上述技术方案，所述导热套筒包括内套筒和外套筒，内套筒设置于外套筒内，外套筒套设于外赋水套内，第二导热片紧密贴合于内套筒的内端面，所述第一导热片的筒形一端抵接定子端部，另一端连接外套筒的内端面。内套筒与固定器共同作用，支撑挤压固定导热片；外套筒受热后膨胀与外赋水套接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量和固定器生成的热量传递给外赋水套。

按上述技术方案，所述第一导热片和第二导热片为绝缘的导热硅胶片，所述导热套筒所用材质为铝合金。

按上述技术方案，第一散热管的截面直径和第二散热管的截面直径相同，且同轴布置，两散热管内冷却液的水流方向相反。

一种电机散热控制系统，包括水泵、散热器、管道和上述的电机散热装置；所述水泵与第一散热管和第二散热管均通过管道进行连接；所述水泵与第一散热管和第二散热管均通过管道进行连接；所述水泵出水口和第一散热管进水口之间设置有第一控制阀门，水泵出水口和第二散热管进水口之间设置有第二控制阀门，第一散热管出水口和第二散热管的出水口均通过管道经散热器与水泵进水口连接。

按上述技术方案，所述水泵进水口设置有水泵控制器，所述水泵控制器可以根据电机的工况以及回流冷却液的温度调控水泵提供冷却液的流量；所述水泵出水口设置有根据冷却液的流量控制第二控制阀门开启或关闭的压力传感器。

按上述技术方案，所述第一散热管的出水口与第二散热管的出水口均联通有回流管道；所述回流管道内的回流管道分流为第一回流管道和第二回流管道，第一回流管道和第二回流管道的尾端均与水泵的进水口连接；所述第一回流管道上设置有第三控制阀门，第二回流管道沿冷却液的回流方向依次设置有第四控制阀门和散热器；所述回流管道上设置有控制第三控制阀门和第四控制阀开启或关闭的节温器，所述节温器内含有感温组件。

一种利用上述电机散热控制系统实现的电机散热控制方法，包括以下步骤：

1)打开水泵，压力传感器检测水泵中流出水流的压力，并通过压力值判断是否开启第二控制阀门；

2)水流流经散热管后回归至水泵进水口，感温组件检测水泵进水口处的水温，将信息传递给节温器，节温器通过接收到的水温数据判断是否开启散热器。

按上述技术方案，假设压力传感器感知第二控制阀门开启的阈值为P₀，节温器感知散热器开启的阈值为T₀，则该散热控制系统包括以下几种工况：

1)当进水压力<P₀，出水温度<T₀：第一控制阀门开启，第二控制阀门关闭，水泵流出的水全部进入第一散热管，电机散热装置外赋水套内的水流为单向的“S”形，吸热后的水从第一散热管出水口直接流回水泵。

2)当进水压力<P₀，出水温度>T₀：第一控制阀门开启，第二控制阀门关闭，水泵流出的水全部进入第一散热管，电机散热装置外赋水套内的水流为单向的“S”形，吸热后的水从第一散热管出水口流出后，再经散热器降温，最后流回水泵。

3)当进水压力>P₀，出水温度<T₀：第一控制阀门和第二控制阀门均开启，水泵流出的水分流进入第一散热管和第二散热管，电机散热装置外赋水套内的水流为两个方向相反的“S”形，吸热后的水经第一散热管出水口和第二散热管出水口直接流回水泵。

4)当进水压力>P₀，出水温度>T₀：第一控制阀门和第二控制阀门均开启，水泵流出的水分流进入第一散热管和第二散热管，电机散热装置外赋水套内的水流为两个方向相反的“S”形，吸热后的水从第一散热管出水口和第二散热管出水口流出后，再经散热器降温，最后流回水泵。

5)在第4种工况下，散热器出口处的温度感应器感知到温度异常，电机将会停止工作。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型中的电机散热装置通过第一散热管和第二散热管内主副水路的搭配使用，形成了双“S”型的嵌套组合结构，解决了现有驱动电机水套整体散热不均匀，靠近水道出口部位散热不充分的问题，电机整体散热比较均匀，散热效率更高，尤其适用于新能源车用电机的散热。

2、普通单向水路的水套想要充分利用水套的散热面积，需要增加水道的数量，必定也会增加水路的长度，进而导致流阻变大，冷却液压降较大。相对于普通单水路的水套，本实用新型采用主副水路嵌套和组合的方式，克服了这一弊端，极大限度的利用了水套的散热面积，流阻较小，散热效率提高的同时，也更加节能环保。

3、本实用新型中的端部散热单元有效的解决了端部绕组的散热问题，并且第一导热片、第二导热片通过固定器固定贴合端部绕组，便于更换和清洁。

4、本实用新型通过压力阀门的分流作用和节温器控制散热器开启和关闭，细化了电机在不同工况下散热系统循环的状况，散热过程更智能，散热效率更高，整个散热系统比较节能。

附图说明

图1是本实用新型实施例中电机散热装置的剖视图；

图2是图1去除端部散热单元后的立体图；

图3是图1中端部散热单元的立体图；

图4是图1中第一散热管和第二散热管的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中电机散热控制系统的结构示意图；

图中，外赋水套-1、定子-2、端部绕组-3、固定器-4、导热套筒-5、第一导热片-8、第二导热片-9、内套筒-10、外套筒-11、第二散热管-12、第一散热管-13、水泵控制器-14、水泵-15、压力传感器-16、第一控制阀门-17、第二控制阀门-18、第三控制阀门-19、节温器-20、第四控制阀门-21、散热器-22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1～图5所示，本实用新型提供的一种实施例中电机散热装置，包括沿同一轴线螺旋错位布置的第一散热管13和第二散热管12，第一散热管13和第二散热管12套设于电机定子2外，两根散热管均呈螺旋状；所述第一散热管13和第二散热管12内填充有冷却液，两管内冷却液的水流方向相反。

进一步地，冷却液为水。

进一步地，螺旋错位是指第二散热管12错位设置于第一散热管13的螺旋间隙中，如图4所示。

进一步地，所述的电机散热装置还包括外赋水套1，所述外赋水套1套设于电机定子2外，外赋水套1的内表面贴合定子2外表面；所述外赋水套1为空心夹层结构，第一散热管13和第二散热管12设置于外赋水套1的空心夹层内。

进一步地，所述外赋水套1与电机的端部绕组3间设有端部散热单元，端部散热单元的个数为2个，布置于电机的端部绕组的两端。

进一步地，所述端部散热单元包括导热片、固定器4和导热套筒5，所述导热片套设于固定器4内圈，所述导热片的内圈套设贴合于电机的端部绕组3外表面；固定器4设置于导热套筒5与定子2间，导热套筒和固定器沿轴向依次套设于外赋水套内，导热套筒5紧邻固定器4的外侧布置，与导热片连接，导热套筒5受热后膨胀与外赋水套1接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量传递给外赋水套1。

贴合电机的端部绕组3表面设置；导热套筒5设置于导热片与外赋水套1之间，受热后膨胀与外赋水套1接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量传递给外赋水套1。

进一步地，所述导热片包括第一导热片8和第二导热片9；所述第一导热片8为筒状，第二导热片9为环状；所述第一导热片8的筒形一端抵接定子2端部，另一端连接导热套筒5，第二导热片9套设于第一导热片8内圈；所述第二导热片9的环面套设于电机的端部绕组外圈。

进一步地，所述导热套筒包括内套筒10和外套筒11，所述第二导热片9的环形内壁贴合内套筒10的外表面，固定器4与外套筒11均设置于第一导热片8与外赋水套1之间，内套筒10设置于外套筒11内，外套筒11套设于外赋水套1内，第二导热片9紧密贴合于内套筒10的内端面，所述第一导热片8的筒形一端抵接定子2端部，另一端连接外套筒11的内端面。内套筒10与固定器4共同作用，支撑挤压固定第一导热片8和第二导热片9，使第一导热片8和第二导热片9挤压在端部绕组3上进行传热。外套筒11受热后膨胀与外赋水套1接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量和固定器4生成的热量传递给外赋水套1。导热套筒5可与固定器4装配在一起，便于第一导热片8和第二导热片9的更换。

进一步地，所述第一导热片8和第二导热片9为绝缘的导热硅胶片，所述导热套筒5所用材质为铝合金。

进一步地，第一散热管的截面直径和第二散热管的截面直径相同，两散热管内冷却液的水流方向相反。

一种电机散热控制系统，包括水泵15、散热器、管道和上述的电机散热装置；所述水泵15与第一散热管13和第二散热管12均通过管道进行连接；所述水泵15出水口和第一散热管13进水口之间设置有第一控制阀门17，只要新能源车用电机正常工作，第一控制阀门17将会一直开启，水泵15出水口和第二散热管12进水口之间设置有第二控制阀门18；第一散热管出水口和第二散热管的出水口均通过管道经散热器与水泵进水口连接。

进一步地，所述水泵15进水口设置有水泵控制器14，所述水泵控制器14可以根据电机的工况以及回流冷却液的温度调控水泵15提供冷却液的流量；所述水泵15出水口设置有根据冷却液的流量控制第二控制阀门18开启或关闭的压力传感器16。

进一步地，所述第一散热管13和第二散热管12分别通过第四回流管道和第五回流管道联通有第三回流管道；所述第三回流管道内的第三回流管道分流为第一回流管道和第二回流管道，第一回流管道和第二回流管道的尾端均与水泵的进水口连接；第二回流管道上设置有散热器22，所述第三回流管道与第一回流管道的连接点处设置有第三控制阀门19，第三回流管道与第二回流管道的连接点处设置有第四控制阀门21；所述第三回流管道上设置有节温器20，所述节温器中设置有感温组件，节温器的阈值为T₀，当第三回流管道的出水温度<T₀时，节温器20控制第三控制阀门19开启，第四控制阀门21关闭，回流的冷却液经第四回流管道流回水泵15，当第三回流管道的出水温度>T₀时，节温器20控制第三控制阀门19关闭，第四控制阀门21开启，回流的冷却液经第五回流管道上的散热器降温后再流回水泵15。

一种利用上述电机散热控制系统实现的电机散热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开水泵15，压力传感器16检测水泵15中流出水流的压力，并通过压力值判断是否开启第二控制阀门18；

2)水流流经散热管后回归至水泵15进水口，感温组件检测水泵15进水口处的水温，将信息传递给节温器20，节温器20通过接收到的水温数据判断是否开启散热器22。

进一步地，假设压力传感器16感知第二控制阀门18开启的阈值为P₀，节温器20感知散热器22开启的阈值为T₀，则该散热控制系统包括以下几种工况：

1)当进水压力<P₀，出水温度<T₀：第一控制阀门17开启，第二控制阀门18关闭，水泵15流出的水全部进入第一散热管13，电机散热装置外赋水套1内的水流为单向的“S”形，吸热后的水从第一散热管13出水口直接流回水泵15。

2)当进水压力<P₀，出水温度>T₀：第一控制阀门17开启，第二控制阀门18关闭，水泵15流出的水全部进入第一散热管13，电机散热装置外赋水套1内的水流为单向的“S”形，吸热后的水从第一散热管13出水口流出后，再经散热器22降温，最后流回水泵15。

3)当进水压力>P₀，出水温度<T₀：第一控制阀门17和第二控制阀门18均开启，水泵15流出的水分流进入第一散热管13和第二散热管12，电机散热装置外赋水套1内的水流为两个方向相反的“S”形，吸热后的水经第一散热管13出水口和第二散热管12出水口直接流回水泵15。

4)当进水压力>P₀，出水温度>T₀：第一控制阀门17和第二控制阀门18均开启，水泵15流出的水分流进入第一散热管13和第二散热管12，电机散热装置外赋水套1内的水流为两个方向相反的“S”形，吸热后的水从第一散热管13出水口和第二散热管12出水口流出后，再经散热器22降温，最后流回水泵15。

5)在第4种工况下，散热器出口处的温度感应器感知到温度异常，电机将会停止工作。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机散热装置，其特征在于，包括沿同一轴线螺旋错位布置的第一散热管和第二散热管，两根散热管均呈螺旋状，第一散热管和第二散热管套设于电机定子外，第一散热管和第二散热管内填充有冷却液。

2.根据权利要求1所述的电机散热装置，其特征在于，所述的电机散热装置还包括外赋水套，所述外赋水套套设于电机定子外，外赋水套的内表面贴合定子外表面；所述外赋水套为空心夹层结构，第一散热管和第二散热管设置于外赋水套的空心夹层内。

3.根据权利要求2所述的电机散热装置，其特征在于，所述外赋水套与电机的端部绕组间设有端部散热单元，端部散热单元的个数为2个，布置于电机的端部绕组的两端；

所述端部散热单元包括导热片、固定器和导热套筒，导热片套设于固定器内圈，所述导热片的内圈套设贴合于电机的端部绕组外表面；导热套筒和固定器沿轴向依次套设于外赋水套内，导热套筒紧邻固定器的外侧布置，与导热片连接，导热套筒受热后膨胀与外赋水套接触，通过热传导的方式将导热片导出的热量传递给外赋水套。

4.根据权利要求3所述的电机散热装置，其特征在于，所述导热片包括第一导热片和第二导热片；所述第一导热片为筒状，第二导热片为环状；所述第一导热片的筒形一端抵接定子端部，另一端连接导热套筒，第二导热片套设于第一导热片内圈；所述第二导热片的环套设于电机的端部绕组外圈。

5.根据权利要求4所述的电机散热装置，其特征在于，所述导热套筒包括内套筒和外套筒，内套筒设置于外套筒内，外套筒套设于外赋水套内，第二导热片紧密贴合于内套筒的内端面，所述第一导热片的筒形一端连接外套筒的内端面。

6.根据权利要求4所述的电机散热装置，其特征在于，所述第一导热片和第二导热片为绝缘的导热硅胶片，所述导热套筒所用材质为铝合金。

7.根据权利要求1所述的电机散热装置，其特征在于，第一散热管的截面直径和第二散热管的截面直径相同，两散热管内冷却液的水流方向相反。

8.一种电机散热控制系统，其特征在于，包括水泵、散热器、管道和权利要求1-7任一项所述的电机散热装置；所述水泵与第一散热管和第二散热管均通过管道进行连接；所述水泵出水口和第一散热管进水口之间设置有第一控制阀门，水泵出水口和第二散热管进水口之间设置有第二控制阀门，第一散热管出水口和第二散热管的出水口均通过管道经散热器与水泵进水口连接。

9.根据权利要求8所述的电机散热控制系统，其特征在于，所述水泵上设置有水泵控制器，水泵控制器用于调节水泵的流量，所述水泵出水口设置有压力传感器。

10.根据权利要求8所述的电机散热控制系统，其特征在于，所述第一散热管的出水口与第二散热管的出水口均联通有回流管道；所述回流管道内的回流管道分流为第一回流管道和第二回流管道，第一回流管道和第二回流管道的尾端均与水泵的进水口连接；所述第一回流管道上设置有第三控制阀门，第二回流管道沿冷却液的回流方向依次设置有第四控制阀门和散热器；所述回流管道上设置有控制第三控制阀门和第四控制阀开启或关闭的节温器，所述节温器内含有感温组件。

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