用于电动车辆的传动系统和冷却该传动系统的方法与流程

本申请之各实施方式大体地涉及一种用于电动车的传动系统和冷却该传动系统的方法。

背景技术：

设计和制造省油、低排放车辆的趋势已经大大增加，这一趋势是由于对环境的关注以及燃料成本的增加而必然导致的。这种趋势的最前沿是电动车的发展，例如纯电动车(bev，batteryelectricvehicle)、混合动力车(hev，hybridelectricvehicle)、插电式混合动力车(phev，plug-inhybridelectricvehicle)、增程式电动车(rangeextendedev)、燃料电池车(fcev，fuelcellelectricvehicle)等，这些电动车结合了相对高效的内燃机和电动马达。电动车可以包括产生热量的组件，尤其是传动系统，而热量积聚过多会导致性能下降或组件损坏。

由此，亟需至少以高效率、低成本以及简单的结构提供对用于电动车的传动系统的冷却设计的改善。

技术实现要素：

本申请的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本申请的实践而得知。

在一个示例性方面中，提供了一种用于电动车的传动系统。所述传动系统包括：电动机，包括转子和定子；逆变器，用于为所述定子提供电能；减速器，用于接收来自所述转子的扭矩，所述减速器包括传动轴；其中，所述电动机、逆变器和减速器集成为传动系统组件。所述传动系统还包括：冷却回路，用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中，所述冷却回路包括位于所述逆变器之内部的冷却通道，所述冷却通道包括用于将来自所述冷却回路的冷却剂留存于其中的冷却剂留存部、用以接收冷却剂的入口和用以排出冷却剂的出口。

在一些实施例中，所述传动系统还包括：机械泵构件，其连接于所述冷却回路且由所述传动轴驱动，用以将冷却剂传送至所述冷却通道。

在一些实施例中，机械泵构件与电动机位于同一侧，或者位于所述减速器之相对于所述电动机的另一侧。

在一些实施例中，所述冷却通道内设置有辅助散热构件，所述辅助散热构件包括至少一个鳍片、挤压壁或其两者的结合。

在一些实施例中，所述电动机、减速器或其两者包括有热质量，所述逆变器机械地安装在所述电动机、减速器或其两者上，以便受益于所述热质量而借由冷却通道和留存在所述冷却剂留存部中的冷却剂将热量消散于其中，且进一步借由所述辅助散热构件增加向所述热质量的热传递。

在一些实施例中，所述电动机、减速器或其两者之外表面上设置有散热片，所述逆变器机械地安装在所述所述电动机、减速器或其两者上，以便受益于所述散热片而借由冷却通道和留存在所述冷却剂留存部中的冷却剂将热量消散于其中，且进一步借由所述辅助散热构件增加向所述散热片的热传递。

在一些实施例中，所述冷却通道被构造成沿着所述逆变器之内周缘形成的环，所述冷却通道的入口和出口在重力方向上位于所述冷却通道的顶部。

在一些实施例中，所述冷却通道在所述逆变器之容纳空间内被构造成螺旋形通道。

在一些实施例中，所述冷却通道在所述逆变器之容纳空间内被构造成蛇形通道。

在一些实施例中，所述冷却通道在所述逆变器之容纳空间内被构造成z形通道。

在另一个示例性方面中，提供了一种冷却用于电动车的传动系统的方法。所述传动系统包括由电动机、逆变器和减速器集成的传动系统组件，所述方法包括：提供冷却回路用以使冷却剂流经其中且将所述冷却剂分配至所述传动系统组件中；以及在冷却回路中设置位于逆变器中的冷却通道，并且在冷却通道中提供冷却剂留存部用以将冷却剂留存于其中。

在一些实施例中，所述方法还包括：提供机械泵构件，其连接于所述冷却回路且由所述传动轴驱动用以将冷却剂传送至所述冷却通道。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述冷却通道内设置辅助散热构件用以提升来自逆变器的热量的传递，所述辅助散热构件包括至少一个鳍片、挤压壁或其两者的结合。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述电动机、减速器或其两者提供热质量，所述逆变器机械地安装在所述电动机、减速器或其两者上，以便受益于所述热质量而借由冷却通道和留存在所述冷却剂留存部中的冷却剂将热量消散于其中，且进一步借由所述辅助散热构件增加向所述热质量的热传递。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述电动机、减速器或其两者之外表面上设有散热片，所述逆变器机械地安装在所述所述电动机、减速器或其两者上，以便受益于所述散热片而借由冷却通道和留存在所述冷却剂留存部中的冷却剂将热量消散于其中，且进一步借由所述辅助散热构件增加向所述散热片的热传递。

在一些实施例中，所述方法还包括：将所述冷却通道构造成沿着所述逆变器之内周缘形成的环；以及，在重力方向上，将所述冷却通道的入口和出口置于所述冷却通道的顶部。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述逆变器之容纳空间内将所述冷却通道构造成螺旋形通道。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述逆变器之容纳空间内将所述冷却通道构造成蛇形通道。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述逆变器之容纳空间内将所述冷却通道构造成z形通道。

参考以下描述，本申请的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本申请的实施例，且连同所述描述一起用于解释本申请的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本申请的完整和启发性公开内容，包括其最佳实施方式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1是根据本申请的一示例性实施例的传动系统的示意图；

图2是根据本申请的另一示例性实施例的传动系统的示意图；

图3是根据本申请示例性实施例的传动系统的逆变器的示意图；

图4是根据图3所示的逆变器的一示例性冷却通道的示意图；

图5是根据图3所示的逆变器的另一示例性冷却通道的示意图；

图6是本申请之逆变器的又一示例性冷却通道的示意图；

图7是本申请之逆变器的另一示例性冷却通道的示意图；

图8是本申请之逆变器的再一示例性冷却通道的示意图；

图9示出了热质量和包括图8所示的冷却通道的示例性逆变器；

图10示出了散热片和包括图8所示的冷却通道的示例性逆变器；

图11示出了热质量和包括具有鳍片的图8所示的冷却通道的示例性逆变器；以及

图12是根据本申请的示例性实施例的冷却方法的示例性流程图。

具体实施方式

现将详细参考本申请的实施例，在图中说明本申请的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本申请而提供，而非限制本申请。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下可在本申请中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本申请涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。如说明书中所使用，除非上下文另外明确指出，否则术语“一”，“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。

现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，图1至图2示出了本申请的多个示例性传动系统101，102。具体而言，如图1所示的实施例中，传动系统101包括传动系统组件1，该传动系统组件1大体由逆变器3(如图3所示)、电动机2和减速器4集合而成，所示出的传动系统组件1由此形成一独立的模块。

电动机2可以是一同步电动机，或者是一异步电动机。当电动机2是同步电动机时，其可包括绕线转子或永磁转子。对于48v至350v的标称电源电压，或者对于可以高达800v的更高的功率，由电动机提供的标称功率可以在10kw至60kw之间，例如15kw的量级。在电动机适用于高压电源的情况下，由该电动机提供的标称功率可以是60kw。在所示的实施例中，电动机2是具有永磁体的同步电动机，其提供在10kw至60kw之间的额定功率。电动机2可以包括具有三相绕组的定子，或者包括两个三相绕组或五相绕组的组合。

减速器4与电动机2相联。减速器4可以将电动机的高速、低转矩转换成低速、高转矩。减速器4可包括两个或更多个齿轮，其中一个齿轮由，例如电动机2，所驱动，从而通过减速来增加扭矩。减速器4还可以包括传动轴41，即中间轴，该传动轴41连接为所述电动机之传动轴(未示出)所驱动的驱动齿轮和另一具有较大直径的齿轮，该具有较大直径的齿轮与一被驱动的机械负载(未示出，例如车轮轴)相联。

在示出的实施例中，电动机2和减速器4被设计成具有高的热容量。逆变器3(如图3所示)借由电线连接至电动机2上，并且机械地连接至电动机2的外壁或者减速器4的外壁或者是电动机和减速器的外壁上。逆变器3将由提供有标称电压的电能的电能存储单元(未示出)供应的直流电(dc)转换为用于电动机2交流电(ac)。逆变器可以是但不限于场效应晶体管(fet)，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极晶体管(igbt)。在标称电源电压为48v的情况下，逆变器可以是mosfet。在电源电压对应于高电压的情况下，功率逆变器可以是igbt。

如图1和图2所示，电动机2容纳于第一壳体11中，减速器4容纳于第二壳体12中。第一壳体11、第二壳体12可以是一体成型，也是可以是由多个壳体组件组装而成。第一组件11和第二组件12可以通过例如螺钉刚性地固定在一起。在此，在第一壳体11和第二壳体12之间设有密封壁。

进一步地，在所示出的实施例中，还提供散热片91，92以用于朝传动系统组件1之外部散热。散热片91，92由第一壳体11、第二壳体12之外表面所承载。这些散热片91，92可以与第一壳体11、第二壳体12一体地形成。这些散热片91，92增加了第一壳体11、第二壳体12地外表面之面积，从而提升了借由第一壳体11、第二壳体12对传动系统组件11进行散热的效果。第一壳体11的整个外表面和第二壳体12的整个外表面可以设置有散热片91，92。散热片91，92可以成排地布置，且相邻各排之间可以存在有恒定的或非恒定的间距。各个排可以具有相同的方向，也可以不具有相同的方向。在适当的情况下，相同的散热片可以先延伸至第一壳体11，再延伸至第二壳体12。

在所示出的实施例中，还提供用以使冷却剂流经其中的冷却回路5，冷却回路5与传动系统组件1相连，以便将冷却剂分配到整个传动系统组件1中。在冷却回路5中流动的冷却剂可以是油、水或者是水基冷却液。

仍然参考所示出的实施例中，还在冷却回路5中提供机械泵构件6。该机械泵构件6可以是旋转齿轮泵(gerotorpump)，其可提升在冷却回路5中的冷却剂的流动。进一步地，机械泵构件6连接于传动系统组件1且被构造为经由冷却回路5之一冷却段51而将冷却剂传送至传动系统组件1，且经由冷却回路5之另一冷却段52而从传动系统组件1中回收冷却剂。冷却段51，52布置在传动系统组件1的外部。利用所述机械泵构件6，特别是旋转齿轮泵，在冷却段51中朝着传动系统组件1流动的冷却剂可具有增加的且恒定的流量以及较高的压力。如图1所示，机械泵构件6机械地连接于传动轴41的一端，使得机械泵构件6可以为来自旋转轴地机械能所驱动。由此，传动系统组件1内的旋转轴所产生的机械能可以得到充分的利用，并且，不需要额外的电源(例如，使用电力来驱动电动泵)来驱动位于冷却回路中用于传送冷却剂的泵，由此，可通过减少专用设备而产生更少的能源，更少的成本和更小的空间。

可以理解的是，本说明书描述的示例性系统101仅作为一个实施例。在其他示例性实施例中，机械泵构件6可以机械地连接于传动轴41之另一端(即，如图2所示地示例性系统102)，机械泵构件6具体与哪个旋转轴相连且位于旋转轴的哪个位置取决于不同的组装条件和需求，从而可以充分利用传动系统组件1中的轴的旋转动力。

请参考图3，图3示出了根据本申请的一示例性实施例的传动系统的逆变器3。如图3所示，其示出了对应于逆变器3之轴向的纵向l、相对于纵向l的横向l以及对应于重力方向的垂直方向v。在示出的实施例中，冷却回路5包括冷却通道33。进一步地，冷却通道33包括从机械泵构件6接收冷却剂的入口31和用于排出冷却剂的出口32。进一步地，冷却通道33包括冷却剂留存部35，该冷却剂留存部35使得冷却通道33中始终留存有冷却剂而无论机械泵构件6是否处于工作状态中。由此，通过冷却通道33中流动着的或是由于重力作用而被留存着的冷却剂，冷却通道33可以始终保持在被冷却的状态中。

特别地，如图3至图5所示，冷却通道33位于逆变器3的径向表面中且沿着逆变器的内周缘形成大致一环形。冷却剂入口31和出口32在重力方向上位于冷却通道的顶端。为了使得冷却剂尽可能多地流动在或留存在冷却通道中，所述入口31和出口32可以进一步地布置于同一水平面中，或者在高度方向上存在些许落差。而且，冷却剂留存部35、351沿着重力方向形成在冷却通道33、331的下部。借助于减速器和/或电动机所具有的高的热质量，且留存的冷却剂确保了热传递，即使机械泵系统处于停止状态或工作流量非常低的状态，逆变器也可以继续被冷却。

在机械泵构件6(例如一旋转齿轮泵)的工作状态下，恒定量的冷却剂经由旋转齿轮泵传送至逆变器3中的冷却通道33，331。具体地，冷却剂经由入口31进入冷却通道，流经冷却通道后经由出口流出冷却通道，来自逆变器3的热量由此借由冷却剂的流动而耗散。一旦旋转轴，即与旋转齿轮泵相机械连接的传动轴41，处于停止状态，冷却通道33，331中的冷却剂留存部35，351里将留存有冷却剂，所留存的冷却剂通过其自身吸收热且将热传递至热质量，从而使得逆变器3可以保持为所留存的冷却剂所冷却。

请参考图4和图5，其示出了不同示例的冷却通道33，331。在冷却通道33，331中设置有辅助散热构件，从而可以在旋转齿轮泵例如处于低速运转或者是处于停止状态的情形下提供附加的热耗散至高热容的构件(例如减速器和电动机)。如图所示，辅助散热构件可以是如图5所示的多个金属鳍片34，或者是如6所示的多个挤压壁，或者是两者的结合。辅助散热构件可以由例如铝的传热材料制成。

请参考图6，示出了另一示例性的冷却通道332。冷却通道332被设计为螺旋形。入口312设置在该螺旋形的中心处，出口322设置在该螺旋形的外边缘。冷却剂留存部352即形成在入口312和出口322之间。

请参考图7，示出了又一示例性的冷却通道333。冷却通道333被设计为蛇形。入口313设置在该蛇形的底部区域，出口323设置在该蛇形的顶部区域。冷却剂留存部353即形成在入口313和出口323之间。

请参考图8，示出了再一示例性的冷却通道334。冷却通道334被设计为在径向平面中呈z形。入口314和出口324形成在该z形的顶部。冷却剂留存部354即形成在该z形的底部区域。

应当理解，本说明书所描述的示例性冷却通道33、331、332、333、334仅作为示例。除了本说明书所示出的这些形状之外，还应该包括其他形状的冷却通道，这些形状可以将冷却剂留存在其中，以便在冷却剂泵所传送的冷却剂量非常低的时候而在冷却通道中具有最小量的空气。

请参考图9和图10，逆变器3包括冷却通道，例如，如图8所示的示例性冷却通道334。逆变器3与一大的热质量，例如，电动机2、或者是减速器4、或者是两者相连接。在一些实施例中，示例性冷却通道334可以与布置在电动机2、减速器4或者该两者之外表面上的散热片91，92相连接。通过这样的结构布置，冷却通道334中所留存的冷却剂可以确保来自逆变器3的热的传递，且来自逆变器3的热可进一步地通过大的热质量或者是散热片而耗散。

请参考图11，如示例性呈z形的冷却通道334可设置有多个辅助散热构件，例如，鳍片34，用以附加地将热传递至大的热质量(如图所示)或是散热片。鳍片34至面向热质量或散热片的冷却通道的表面之间的距离d将被考虑为最小化，由此，将得到较大的散热面积和更为良好的热传导率。

请参考图12，其示出了根据本申请的示例性方面的用于冷却传动系统的示例性方法200的流程图。示例性方法200可以用于冷却以上参考图1至图2描述的示例性传动系统101，102。

示例性方法200包括步骤(201)之在传动系统中提供冷却回路用以使冷却剂流经包括有电动机、逆变器和减速器的传动系统组件且将所述冷却剂分配至整个传动系统组件中。

示例性方法200还包括步骤(202)之在冷却回路中提供设置在逆变器中的冷却通道，且在冷却通道中提供冷却剂留存部以允许向诸如电动机和/或减速器的热质量或者是电动机和/或减速器之外表面上的散热片进行热传递，从而移除来自逆变器的热量。

示例性方法200还包括步骤(203)之在冷却通道中提供至少一个鳍片、挤压壁或者该两者的辅助散热构件，用以提升来自逆变器的热耗散。

示例性方法200还包括步骤(204)之将冷却通道构造成沿着逆变器之内周缘的环形，且将冷却通道的入口和出口设置在重力方向上的冷却通道的顶部；或者在逆变器之容纳空间内将冷却通道构造成螺旋形、蛇形或z形。冷却通道的形状以及冷却通道的入口和出口位置设定有助于在冷却通道内形成冷却剂留存部。

示例性方法200还包括步骤(205)之提供连接于冷却回路且为传动系统组件之传动轴所驱动的机械泵构件。该传动轴可以是驱动电动机或者减速器的旋转轴。

本说明书使用示例来公开本申请，包括最佳实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本申请，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本申请的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。