控制器冷却部件、电机控制器、驱动电机、车辆

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种控制器冷却部件、电机控制器、驱动电机、车辆。

背景技术

面对日益严峻的环境污染、资源短缺等问题，新能源汽车成为当前汽车产业未来发展的方向。驱动电机控制器系统是新能源汽车三大核心部件之一，控制器系统的可靠性直接影响汽车行车安全。

电动汽车控制器中的IGBT模块作为驱动系统中的关键部件，其散热性能直接影响电机的输出性能及电机驱动系统的可靠性，电机的频繁启动和关闭会使IGBT模块产生大量的热，若不能及时将热量传递出去将会造成IGBT被击穿，控制器被烧毁，严重影响了控制器的质量及可靠性；目前常用电机控制器的冷却方式分为水冷及自然风冷，风冷散热效果远低于水冷，对于高功率的驱动电机控制器来说更是如此。

电机控制器的主要发热部件为IGBT模块，其结构如图1所示：电机控制器在IGBT模块a安装位置下方设置有冷却水道b，冷却水道b向外设置有出水口c、入水口d。冷却液直接与冷却水道b进行对流换热，IGBT模块a生成的热量通过热传导传递至水道外壳e与IGBT模块a接触部分，再由冷却液循环带走；传统的冷却水道布置有大量的散热翅板f，由散热翅板f构成冷却水道b。

传统的冷却水道布置存在的问题如图2所示，由于原先的散热翅板为横平竖直的实心方形，流阻损失较大；IGBT模块下方有大量的实心翅板，而IGBT模块的位置固定不需要如此大面积的方形翅板进行加固，这造成了材料的浪费。

发明内容

因此，本发明提供一种控制器冷却部件、电机控制器、驱动电机、车辆，能够克服相关技术中控制器冷却部件中的散热翅板为横平竖直的实心方形翅板，流阻损失较大的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种控制器冷却部件，包括冷却壳体，所述冷却壳体内构造有冷却流道，所述冷却流道内设有多条延伸方向平行的散热翅板，所述散热翅板在所述冷却壳体的底板上的投影上，沿冷却液的流动方向，所述散热翅板的宽度先增大后减小。

在一些实施方式中，所述散热翅板具有处于其延伸方向上的第一对称线，所述散热翅板的外周侧边包括关于所述第一对称线对称的第一圆弧段、第二圆弧段，所述第一圆弧段、第二圆弧段同时内切于矩形框的相对两个长度边，所述矩形框的长度边为a、宽度边为b，且a：b的范围为6～9。

在一些实施方式中，所述散热翅板的外周侧边还包括内切于所述矩形框的相对两个宽度边的第三圆弧段、第四圆弧段，连接于所述第一圆弧段、第三圆弧段之间且与两者相切的第一直线段，连接于所述第一圆弧段、第四圆弧段之间且与两者相切的第二直线段，连接于所述第二圆弧段、第三圆弧段之间且与两者相切的第三直线段，连接于所述第二圆弧段、第四圆弧段之间且与两者相切的第四直线段，所述第三圆弧段的直径为D，所述第四圆弧段的直径为d，D＜b且d＜b。

在一些实施方式中，D＝2d，且所述第三圆弧段对应所述冷却液的流入端，所述第四圆弧段对应所述冷却液的流出端。

在一些实施方式中，所述散热翅板的外周侧边还包括内切于所述矩形框的相对两个宽度边中的一个宽度边的第三圆弧段，且所述第三圆弧段对应于所述冷却液的流入端，所述矩形框的相对两个宽度边中的另一个宽度边的中点为第一点，所述散热翅板的外周侧边还包括连接于所述第一圆弧段、第三圆弧段之间且与两者相切的第一直线段，连接于所述第二圆弧段、第三圆弧段之间且与两者相切的第三直线段，连接于所述第一圆弧段、第一点之间且与所述第一圆弧段相切的第二直线段，连接于所述第二圆弧段、第一点之间且与所述第二圆弧段相切的第四直线段。

在一些实施方式中，所述第二直线段与所述第四直线段之间形成的夹角为锐角。

在一些实施方式中，所述矩形框对应于所述冷却液的流入端的宽度边的中点为第二点、对应于所述冷却液的流出端的宽度边的中点为第一点，所述散热翅板的外周侧边还包括连接于所述第一圆弧段、第一点之间且与所述第一圆弧段相切的第二直线段，连接于所述第二圆弧段、第一点之间且与所述第二圆弧段相切的第四直线段，连接于所述第一圆弧段、第二点之间且与所述第一圆弧段相切的第一直线段，连接于所述第二圆弧段、第二点之间且与所述第二圆弧段相切的第三直线段。

在一些实施方式中，所述第二直线段与所述第四直线段之间形成的夹角以及所述第一直线段与所述第三直线段之间形成的夹角皆为锐角，且所述第一直线段与所述第三直线段之间形成的夹角大于所述第二直线段与所述第四直线段之间形成的夹角。

本发明还提供一种电机控制器，包括上述的控制器冷却部件。

本发明还提供一种驱动电机，包括上述的电机控制器。

本发明还提供一种车辆，包括上述的驱动电机。

本发明提供的一种控制器冷却部件、电机控制器、驱动电机、车辆，散热翅板不再是现有技术中的长方矩形结构，而是两端宽度偏小而中间位置偏大的结构，这一结构一方面能够明显降低冷却流道对冷却液产生流阻，降低相应的冷却水泵的选型成本，另一方面与长方矩形的散热翅板相比，在满足相同的散热量的前提下能够使冷却流道的整体体积设计的更小，能够降低冷却壳体及散热翅板的材料成本。

附图说明

图1为现有技术中电机控制器的侧视图；

图2为图1中的冷却壳体的内部结构示意图，图中示出的散热翅板在冷却壳体的基板上投影为长方矩形；

图3为本发明一种实施例的控制器冷却部件内部的结构示意图；

图4为图3中的散热翅板的一种结构示意图；

图5为图3中的散热翅板的另一种结构示意图；

图6为现有技术中的长方矩形散热翅板的入流端处的流动情况局部示意；

图7为折管阻力系数与弯折角的关系；

图8为散热翅板为长方矩形(优化前)与漂浮形(优化后)的尾部尾流图解；

图9为优化前后的控制器冷区部件的冷却液流入口与流出口出的压力。

附图标记表示为：

1、冷却壳体；2、冷却流道；3、散热翅板；41、第一圆弧段；42、第二圆弧段；43、第三圆弧段；44、第四圆弧段；45、第一直线段；46、第二直线段；47、第三直线段；48、第四直线段；5、冷却液入口；6、冷却液出口。

具体实施方式

结合参见图1至图9所示，根据本发明的实施例，提供一种控制器冷却部件，其顶板与IGBT模块贴合连接，以能够将所述冷却部件中的冷却液的冷量与其进行热交换，实现对所述IGBT模块的冷却散热，所述控制器冷却部件包括冷却壳体1，所述冷却壳体1内构造有冷却流道2，其对应设置有冷却液入口5及冷却液出口6，所述冷却流道2内设有多条延伸方向平行的散热翅板3，所述散热翅板3在所述冷却壳体1的底板上的投影上，沿冷却液的流动方向，所述散热翅板3的宽度先增大后减小，可以理解的是，前述散热翅板3的具体结构可以基于现有技术中已具有的长方矩形的散热翅板(如图2所示)进行形状的优化，当然其也可以根据具体散热量的需求单独设计。该技术方案中的散热翅板3不再是现有技术中的长方矩形结构，而是两端宽度偏小而中间位置偏大的结构，这一结构一方面能够明显降低冷却流道2对冷却液产生流阻，降低相应的冷却水泵的选型成本，另一方面与长方矩形的散热翅板相比，在满足相同的散热量的前提下能够使冷却流道2的整体体积设计的更小，能够降低冷却壳体1及散热翅板3的材料成本。而可以理解的是，对于同一个控制器而言，所述IGBT模块的个数可能为串联布置的多个，此时对应的所述控制器冷却部件也相应设计多套即可，多套所述控制器冷却部件分别一一与多个所述IGBT模块对应连接。

而可以理解的，参见图8所示出的在优化前后的散热翅板在尾部流图对比图，流体在流经某一形状物体时会产生黏性压差阻力，黏性压差阻力的大小取决于整个物体的形状，特别是物体的尾部形状。如果物体尾部为突然中断的尾部形状，黏性压差阻力会很大。将物体形状设计为流线型，就可以减小后部的逆压梯度，并使分离点后移，尾流区域减少，从而使黏性压差阻力大大降低。

在一些实施方式中，所述散热翅板3具有处于其延伸方向上的第一对称线，所述散热翅板3的外周侧边包括关于所述第一对称线对称的第一圆弧段41、第二圆弧段42，所述第一圆弧段41、第二圆弧段42同时内切于矩形框的相对两个长度边，所述矩形框的长度边为a、宽度边为b，且a：b的范围为6～9，能够进一步降低流阻。所述散热翅板3的外周侧边还包括内切于所述矩形框的相对两个宽度边的第三圆弧段43、第四圆弧段44，连接于所述第一圆弧段41、第三圆弧段43之间且与两者相切的第一直线段45，连接于所述第一圆弧段41、第四圆弧段44之间且与两者相切的第二直线段46，连接于所述第二圆弧段42、第三圆弧段43之间且与两者相切的第三直线段47，连接于所述第二圆弧段42、第四圆弧段44之间且与两者相切的第四直线段48，所述第三圆弧段43的直径为D，所述第四圆弧段44的直径为d，D＜b且d＜b。在一些实施方式中，D＝2d，且所述第三圆弧段43对应所述冷却液的流入端，所述第四圆弧段44对应所述冷却液的流出端。该技术方案中，所述散热翅板3在整体上呈现呈前粗后细的浮漂形，使得流体在流动过程中在方形翅板90°角处的压力损失ΔP

具体的，如图6所示出，由于流体流经90°局部突变处，流动分离形成分离区(剪切层)，由于剪切层流动不稳定，引起流动结构的重新调整，在这个过程中产生漩涡，平均流动能量转化成为脉动能量，造成不可逆的能量耗散，通过更改入水口处弯折角角度，折管阻力系数发生改变，根据局部压力损失计算公式：

其中ζ为阻力系数，其与散热翅板3的形状紧密相关，v为流速，g为当地重力加速度，如图7所示，90°的情况下阻力系数为0.8，通过将翅板边角由90°改为圆角，能够大大降低局部压力损失。

沿程压力损失公式：

采用前述的技术方案，发明人对其进行了测定，结果如图9所示，流阻由1391.51pa降为1168.82pa(降幅16％)。而在一个具体的实施例中，冷却壳体1的体积由100212.79mm3降为96417.08mm3(降幅4％)，有效的降低了控制器冷却部件的材料成本。

如图5所示出，作为另一种可行的技术方案，在一些实施方式中，所述散热翅板3的外周侧边还包括内切于所述矩形框的相对两个宽度边中的一个宽度边的第三圆弧段43，且所述第三圆弧段43对应于所述冷却液的流入端，所述矩形框的相对两个宽度边中的另一个宽度边的中点为第一点，所述散热翅板3的外周侧边还包括连接于所述第一圆弧段41、第三圆弧段43之间且与两者相切的第一直线段45，连接于所述第二圆弧段42、第三圆弧段43之间且与两者相切的第三直线段47，连接于所述第一圆弧段41、第一点之间且与所述第一圆弧段41相切的第二直线段46，连接于所述第二圆弧段42、第一点之间且与所述第二圆弧段42相切的第四直线段48。最好的，所述第二直线段46与所述第四直线段48之间形成的夹角为锐角。也即此时，所述散热翅板3的出流端由上文中的圆弧段改为锐角结构，也能够一定程度上减少翅板尾部黏性压差阻力带来的不利影响。

作为另一种可行的技术方案，所述矩形框对应于所述冷却液的流入端的宽度边的中点为第二点、对应于所述冷却液的流出端的宽度边的中点为第一点，所述散热翅板3的外周侧边还包括连接于所述第一圆弧段41、第一点之间且与所述第一圆弧段41相切的第二直线段46，连接于所述第二圆弧段42、第一点之间且与所述第二圆弧段42相切的第四直线段48，连接于所述第一圆弧段41、第二点之间且与所述第一圆弧段41相切的第一直线段45，连接于所述第二圆弧段42、第二点之间且与所述第二圆弧段42相切的第三直线段47。在一些实施方式中，所述第二直线段46与所述第四直线段48之间形成的夹角以及所述第一直线段45与所述第三直线段47之间形成的夹角皆为锐角，且所述第一直线段45与所述第三直线段47之间形成的夹角大于所述第二直线段46与所述第四直线段48之间形成的夹角。此时上文中的翅板首尾两端皆采用锐角的结构替代，也能够一定程度上减少翅板尾部黏性压差阻力带来的不利影响。

本申请为方便说明，特地将浮漂形翅板也即所述散热翅板3的数量调整至与原方案方形旧翅板(优化前)数量一致；但IGBT模块有很多容量(比如双450A、单800A)等各种模块，其入水口的流量、水道的尺寸与之对应改变；后续在确定流量、水道尺寸的基础上通过仿真、实验确定各翅板数量即可，本申请不做特别限定。

可以理解的，必须保证散热翅板3表面光滑(减少沿程压力损失公式中的相对粗糙度)，从而减少流体沿程损失的影响。

根据本发明的实施例，还提供一种电机控制器，包括上述的控制器冷却部件。

根据本发明的实施例，还提供一种驱动电机，包括上述的电机控制器。

根据本发明的实施例，还提供一种车辆，包括上述的驱动电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。