电机控制器、电驱动总成系统和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及一种电机控制器，包括这种电机控制器的电驱动总成系统，以及包括该电驱动总成系统的车辆。

背景技术：

2.电机控制器是实现电池的直流电供电与电机的交流电用电变换、实现电机的驱动运行的关键部件，属于新能源汽车的核心功率部件。随着车辆驱动能力提高的要求，车内电机的功率及转矩也不断增加。相应地，电机控制器也被要求输出更高的转换后的交流电，导致电机控制器经常工作在很高的温度环境下。因而，需要对电机控制器采取散热措施，以降低其工作温度。
3.为了取得更好的散热效果，通常采用冷却剂对电机控制器进行散热，因此，这需要设置额外的冷却通道，例如设置在电机控制器的壳体上。冷却通道包括入口和出口，冷却剂通过入口进入壳体，在电路元件周围流动，然后经由出口离开壳体。然而，现有技术存在电机控制器整体密封性差、整体尺寸大等缺点。
4.因此，需要一种电机控制器，能够实现有效散热、良好密封性的同时兼顾尺寸和成本效益。

技术实现要素：

5.针对上文提到的问题和需求，本实用新型提出了一种新型的电机控制器，包括这种电机控制器的电驱动总成系统，以及包括该电驱动总成系统的车辆，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。
6.一方面，本实用新型提供一种电机控制器，包括：壳体，所述壳体包括供冷却剂流入的入口和供冷却剂流出的出口；冷却部，所述冷却部设置在所述壳体内，经由所述入口流入的冷却剂能够流过所述冷却部并且经由所述出口流出；以及第一发热元件，所述第一发热元件设置于所述壳体内，垂直于所述壳体的竖直方向与所述冷却部并排设置。其中，所述电机控制器还包括：冷却管，设置在所述壳体外部，所述冷却管包括靠近所述第一发热元件的第一端口和靠近所述冷却部的第二端口，所述第一端口与所述入口流体连通，所述第二端口与所述冷却部流体连通，所述冷却管沿所述竖直方向在所述壳体上的投影与所述电机控制器的第一发热元件至少部分重叠。
7.电机控制器由于涉及直流电与交流电的用电变换，电机控制器中的电路元件通常在工作时会发热，导致电机控制器经常工作在很高的温度环境下。需要对电机控制器采取散热措施，以降低其工作温度，特别是发热的电路元件的温度。通常需要散热的发热元件例如是电容器、功率半导体器件、继电器、母线等。
8.特别地，在本实用新型的一示例中，第一发热元件为电容器，电容器与冷却部并排设置。这种设置方式与现有技术的堆叠设置不同，由于电容器的尺寸较大，这种并排设置的布置方式可以显著地减少电机控制器在竖直方向(又可称为高度方向)上的尺寸(又可以称
为低高度设计)，从而使得壳体保持紧凑。随着新能源汽车的电驱动总成系统(包括电机、变速箱和电机控制器)的轻量化和集成化的发展趋势，这种低高度(图2中示出为高度h)设计为电机和变速箱提供了更多的设计空间，也有利于产品重量的减轻。具体而言，这种低高度设计更好地适应了电动驱动系统的空间要求，为电机和变速箱设计提供了更多的空间，提高了电机控制器的空间利用率和电机控制器的功率密度。
9.需要说明的是，所述冷却管沿所述竖直方向在所述壳体上的投影与所述电机控制器的第一发热元件至少部分重叠。
10.根据以上冷却管的特征，本实用新型采用设置在壳体外部的独立的冷却管引导冷却剂的流动，从而无需在壳体内设置额外的冷却通道。具体地，冷却管的两个端口分别与壳体的供冷却剂流入的入口和冷却部流体连通，而冷却部可以与壳体的供冷却剂流出的出口流体连通，从而形成了完整的冷却剂回路。由于冷却管设置在壳体外部，因此不会与壳体内部的电子元件或母线发生流体接触，从而有效避免了由于密封失效或冷却剂泄漏引起的短路风险。此外，由于独立的冷却管可以设置为可拆卸的，便于维修和更换，降低了维护成本。
11.此外，由于壳体通常是通过铸造工艺形成，在冷却通道的设计和制造中不可避免地会由于铸造工艺的限制产生多余流动通道，本领域通常使用堵头来封闭这些多余流动通道。由于本实用新型采用外置的冷却管，不需要上述的堵头，因此可以节省制造生产成本。
12.不仅如此，通过合理设置冷却管的尺寸、形状、截面等，还能够提供优化的流动路径，减小冷却剂的流阻，这可以在后续进一步公开的特征中更好地体现。
13.在一些示例中，所述冷却管为u形冷却管，包括水平部段、第一部段和第二部段，所述第一部段和第二部段分别位于所述水平部段两端且垂直于所述水平部段，并且其中，所述第一端口设置在所述第一部段，所述第二端口设置在所述第二部段。
14.根据以上特征，冷却管设置为u形，相比于设置在壳体内的冷却通道(通常是直角或其他突变形状)，可以减小冷却剂的流阻。
15.在一些示例中，所述第一部段的长度小于所述第二部段的长度。
16.在本实用新型公开的电机控制器中，由于将第一发热元件与冷却部并排设置，而在第一发热元件(例如电容器)的尺寸较大的示例中，壳体的尺寸也相应地在第一发热元件部分更大，具体是壳体用于容纳第一发热元件的部分的高度比设置冷却部的部分的高度更大，因此，为了便于冷却管的布置，同时保持水平部段大致呈水平布置，连接第一发热元件的冷却管的第一部段的长度可以设置为小于连接冷却部的冷却管的第二部段的长度。
17.在一些示例中，所述冷却管设置有散热片。
18.根据以上特征，为了更好地加强冷却管的散热功效，可以在冷却管上设置散热片，使得冷却剂在冷却管中流动时更好地与外界交换热量。示例性地，散热片可以例如是散热翅片，散热鳍，散热片可以与冷却管整体制造，例如通过压铸，也可以通过机加工的方式在冷却管的外表面加工出散热片结构。
19.在一些示例中，所述电机控制器还包括第二发热元件，所述冷却部用于冷却所述电机控制器的第二发热元件。
20.除了电容器外，电机控制器中通常还存在其他第二发热元件，诸如igbt之类的功率器件，在电机控制器的工作期间，这类功率器件的发热是显著较大的，因此需要专门设置冷却部来对这些发热元件进行冷却。冷却部朝向功率器件具有开口以使得冷却部内的冷却
剂能够与功率器件接触，将功率器件在工作时产生的热量通过冷却剂带走，进而降低工作时的温度。
21.在一些示例中，所述电机控制器还包括支撑块，所述支撑块设置在所述壳体和所述冷却管之间以支撑所述冷却管。
22.在一些示例中，所述支撑块与所述冷却管随形。
23.术语“随形(conform)”指的是遵循物体的形状，例如，冷却管的形状为圆柱形时，支撑块可以包括与圆柱形贴合的圆弧形表面。将支撑块设置为与冷却管随形，可以增加支撑块与冷却管的传热接触面积，提高散热效率。
24.在一些示例中，所述支撑块和所述冷却管之间设置有导热件，以传导所述第一发热元件产生的热量。
25.在一些示例中，所述支撑块与所述壳体一体成型。
26.根据以上特征，为了支撑冷却管，电机控制器还可以包括支撑块，支撑块既起到支撑作用，还可以通过设置导热件以传导第一发热元件产生的热量。
27.在一些示例中，所述冷却部包括进入口和排出口，所述进入口与所述冷却管的第二端口流体连通，所述排出口与所述出口流体连通。
28.根据以上特征，冷却部设置进入口和排出口可以直接与壳体的相应入口和出口流体连通，从而可以通过壳体的入口和出口实现冷却剂的循环，甚至可以与电驱动总成系统的冷却系统集成到一起，减少了散热部件数量，提升了整体的散热效率。
29.又一方面，本实用新型还提出一种电驱动总成系统，包括如前所述的电机控制器。
30.再一方面，本实用新型还提出一种车辆，包括如上所述的电驱动总成系统。
31.本实用新型提出的电驱动总成系统和车辆由于包括上述特征而具有相似或相同的技术优点。
附图说明
32.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
33.图1示出了根据本公开至少一实施例的电机控制器的局部立体视图；
34.图2示出了根据本公开至少一实施例的电机控制器的底视图；
35.图3示出了根据本公开至少一实施例的电机控制器的局部视图，其中省略了部分元件；
36.图4示出了根据本公开另一实施例的电机控制器的底视图；
37.图5示出了根据本公开又一实施例的电机控制器的底视图；
38.图6示出了图5所示的电机控制器的分解视图。
具体实施方式
39.为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动
的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
40.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
41.将参照附图详细描述根据本公开的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
42.与附图所展示的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，在不脱离本公开的理念的情况下，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。
43.电驱动总成系统通常包括电机、变速箱和电机控制器，电机控制器用于实现变换直流电和交流电之间的变换，以驱动电机或从电机回收能量。变速箱用于输出电机的扭矩以驱动新能源汽车，以上均属于新能源汽车的核心功率部件。
44.电机控制器采取的散热措施通常包括设置诸如冷却部之类的散热特征以将发热元件的内部器件的热量散出。电机控制器的传统散热特征结构例如包括入口、出口以及与入口和出口流体连通的冷却通道，发热元件固定在电机控制器的壳体内并与流过冷却通道的冷却剂产生热量交换以将发热元件产生的热量传导到外部。然而，在潮湿环境下长期工作会出现湿气进入乃至漏水现象，这会造成较大的电干扰乃至短路。此外，冷却通道的结构中如果出现密封性失效，会导致冷却剂泄漏的情况，损坏电机控制器中的电子元件。
45.针对现有技术的缺陷和存在的技术问题，本实用新型提出一种新的电机控制器，该电机控制器能够实现有效散热，防止冷却剂泄漏，同时尺寸紧凑，具有成本效益。
46.下面结合附图具体说明根据本公开内容的电机控制器的优选实施方式。
47.首先参见图1，其示出了根据本公开至少一实施例的电机控制器的局部立体视图。电机控制器包括壳体1、直流高压连接器、直流输入母线组件、电容器02、功率器件模块03、电流传感器母线、交流输出母线、电路板、顶盖和emc屏蔽支架04等。另外，如图3所示，壳体1包括冷却部3，功率器件模块03设置在冷却部3之上，冷却部3具有开口以使得冷却部3内的冷却剂能够与功率器件模块2接触，形成良好的热交换，从而将功率器件模块03在工作时产生的热量通过冷却剂带走，进而降低其工作时的温度。
48.例如，功率器件模块03面向冷却部3的开口可以设置有多个散热特征部(未示出)，多个散热特征部延伸至开口内与冷却部3内的冷却剂接触，散热特征部有助于提高热交换区域的面积，提高散热效率。功率器件模块03和冷却部3之间还可以设置有密封圈，以实现冷却部的密封。
49.直流高压连接器、直流输入母线组件、电容器02、功率器件模块03以及交流输出母线依次电连接，以形成直流-交流转换的完整回路。直流高压连接器与外部直流输入(例如电池组的直流供电)电连接，直流电经由直流输入母线组件和电容器02滤波后到达功率器件模块03，由功率器件模块03转换成三相交流电，并最终经由交流输出母线输出uvw三相交流电。
50.电路板(图中未示出)配置为驱动功率器件模块03和控制电机控制器中的元件。示例性地，电路板可以集成有控制单元和驱动单元，控制单元可以包括主控mcu和相电流采样、旋转变压器(resolver)采样等电路，驱动单元可以包括igbt驱动芯片和高压采样、主动放电、被动放电等电路。本公开并不以此为限，控制单元和驱动单元还可以根据实际需要增加或减少相应的电路，只要能实现驱动和控制功能即可。电路板还可以包括集成在电路板上的连接器，电机控制器的外部信号可以通过连接器传输。
51.在本实施例中，电机控制器还可以包括实现其他辅助功能的元件，例如图1中示出的电流传感器母线和分解器电缆。电机控制器和电机之间的信号通过分解器电缆传输。电流传感器母线采集电机控制器的母线电压和母线电流，并获得相应的电压电流信息，以便实时监测。
52.此外，顶盖(图中未示出)可以通过螺钉固定在壳体1上以物理封闭壳体1，顶盖和壳体1之间的接触部可以设置有密封胶，以保证电机控制器的密封性能。电路板和直流输入母线组件之间还可以设置emc(电磁兼容，electro magnetic compatibility)屏蔽支架04，以保证产品的emc性能。
53.以上示例性地描述了电机控制器的优选实施例。从图1和图3可以看出，不同于现有技术中电容器与冷却部、功率器件模块叠置的布置方式，本实施例中电容器02与冷却部3或功率器件模块03水平并排设置，即垂直于竖直方向并排布置，因此可以显著减小电机控制器的高度，空间利用率更高，也有利于产品的减重。此外，不同于多电路板设计的一些电机控制器，本实用新型的电机控制器采用了集成的单个电路板，免去了不同电路板之间的连接，减少成本的同时提高产品的可靠性，避免了电路板之间连接失效的潜在风险。值得一提的是，本实用新型的电机控制器的直流输入接口和交流输出接口设置在壳体的同一侧，可以更好地匹配下游产品接口的设置。
54.图2和图3更具体地示出了根据本公开至少一实施例的电机控制器的结构。为了便于清楚描述，省略了图1中的部分元件。其中，竖直方向d定义为沿图2中从下至上的方向或沿图3中从上至下的方向。
55.需要说明的是，在本公开的以下描述中，第一发热元件示例性地指代电容器02，第二发热元件示例性地指代功率器件模块03。本公开不以此为限，其他元件也可以作为第一/第二发热元件。
56.如图2和图3所示，电机控制器包括壳体1、电容器02和冷却管2。壳体1包括供冷却剂流入的入口11和供冷却剂流出的出口12。入口11设置在壳体1的侧壁，出口12设置在壳体1大致中央位置的底部。冷却部3集成在壳体1中，包括进入口31和排出口32，进入口31与冷却管2的第二端口22流体连通，排出口32与出口12流体连通。排出口32设置在壳体1的与出口12所在的底部的相反侧，并且大致对应出口12的位置，以便其之间的流体连通，对应地，进入口31设置在冷却部3的与排出口32相对的一侧，如图3所示。图3为了简略省略了电容器
02，但根据图1可知，电容器02与冷却部3垂直于竖直方向d并排布置。
57.冷却部3配置为冷却功率器件模块03。功率器件模块03可以是用作电子开关的半导体装置，例如绝缘栅双极晶体管(igbt)。本公开还可以扩展到其他半导体装置，包括金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)，并且特别地包括gan或sic mosfet等半导体装置。电机控制器电耦合在车辆的电池组和电机之间，并且被配置为将来自电池组的直流电改变为三相交流电。
58.冷却部3的周边设置多个螺孔6，功率器件模块03通过这些螺孔6安装至冷却部3上方。壳体1还可以一体成型多个电路板安装柱5，其中也设置有螺孔，用于将电路板安装至壳体1。
59.冷却管2设置在壳体1的外部，具体是壳体1的底部外。冷却管2包括靠近电容器02的第一端口21和靠近冷却部3的第二端口22。第一端口21与入口11流体连通，第二端口22与冷却部3流体连通。
60.冷却管2沿竖直方向d在壳体1上的投影与电容器02至少部分重叠。换句话说，冷却管2横跨电容器02设置。这是可以理解的，因为电容器02与冷却部3并排布置，为了连接壳体1的入口11和冷却部3的进入口31，因此将冷却管2设置为横跨电容器02，以便流体传递冷却剂。
61.可选地，冷却剂可以是水、空气、乙二醇、导热油等或者以上多个介质的组合，本公开并不以此为限。
62.冷却管2可以为u形，例如包括第一部段24、第二部段25和连接第一部段24和第二部段25的水平部段23，第一部段24和第二部段25分别位于水平部段23两端且垂直于水平部段23。如图2所示，第一端口21设置在第一部段24，第二端口22设置在第二部段25。
63.在本实施例中，第一部段24的长度小于第二部段25的长度，这主要是考虑到电容器02的尺寸和壳体1中冷却部3的布置位置。对于其他更小尺寸的电容器02或者冷却部3与电容器02的位置互换的情况，第一部段24的长度也可以等于或者大于第二部段25的长度。
64.图4示出了示出了电机控制器的另一实施例。以下将针对其与前述实施例的不同之处着重描述，而省略相同或相似的特征。
65.如图4所示，为了便于散热，冷却管2还可以设置有散热片26，特别是设置在水平部段23上的散热片26。可选地，冷却管2的整个长度方向包括水平部段23、第一部段24和第二部段25均可以设置有散热片26。
66.图5和图6示出了电机控制器的又一实施例。如图5和图6所示，电机控制器还可以包括支撑块4，支撑块4设置在壳体1和冷却管2之间以支撑冷却管2。
67.支撑块4可以包括与壳体1结合的平面和与冷却管2接触的圆弧形表面，以与冷却管2随形，有助于增加传热面积，提高传热效率。支撑块4不仅起到了支撑冷却管2以加强其结构强度的作用，还可以起到提高散热效率的作用。支撑块4可以采用导热率较高的金属制成，例如铜、铝或其合金。
68.进一步地，支撑块4和冷却管2之间还可以设置有导热件，以传导第一发热元件产生的热量。导热件可以例如为导热硅脂、添加氧化铝的硅胶等。导热件填充支撑块4和冷却管2之间的间隙。
69.可选地，支撑块4可以与壳体1一体成型。替代地，支撑块4也可以是单独的零件，通
过螺钉连接、焊接或粘接至壳体1。
70.另一方面，本公开实施例还提出一种电驱动总成系统，包括如前所述的电机控制器。
71.再一方面，本公开实施例还提出一种车辆，包括如上所述的电驱动总成系统。
72.上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的电机控制器、电驱动总成系统和车辆的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型。另外，也可以对本公开各个方面提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

技术特征：

1.一种电机控制器，包括：壳体(1)，所述壳体(1)包括供冷却剂流入的入口(11)和供冷却剂流出的出口(12)；冷却部(3)，所述冷却部(3)设置在所述壳体(1)内，经由所述入口(11)流入的冷却剂能够流过所述冷却部(3)并且经由所述出口(12)流出；以及第一发热元件，所述第一发热元件设置于所述壳体(1)内，垂直于所述壳体(1)的竖直方向(d)与所述冷却部(3)并排设置；其特征在于，所述电机控制器还包括：冷却管(2)，设置在所述壳体(1)外部，所述冷却管(2)包括靠近所述第一发热元件的第一端口(21)和靠近所述冷却部(3)的第二端口(22)，所述第一端口(21)与所述入口(11)流体连通，所述第二端口(22)与所述冷却部(3)流体连通，所述冷却管(2)沿所述竖直方向(d)在所述壳体(1)上的投影与所述第一发热元件至少部分重叠。2.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述冷却管(2)为u形冷却管，包括水平部段(23)、第一部段(24)和第二部段(25)，所述第一部段(24)和第二部段(25)分别位于所述水平部段(23)两端且垂直于所述水平部段(23)，并且其中，所述第一端口(21)设置在所述第一部段(24)，所述第二端口(22)设置在所述第二部段(25)。3.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述第一部段(24)的长度小于所述第二部段(25)的长度。4.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述冷却管(2)设置有散热片(26)。5.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器还包括第二发热元件，所述冷却部(3)用于冷却所述电机控制器的第二发热元件。6.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器还包括支撑块(4)，所述支撑块(4)设置在所述壳体(1)和所述冷却管(2)之间以支撑所述冷却管(2)。7.如权利要求6所述的电机控制器，其特征在于，所述支撑块(4)与所述冷却管(2)随形。8.如权利要求7所述的电机控制器，其特征在于，所述支撑块(4)和所述冷却管(2)之间设置有导热件，以传导所述第一发热元件产生的热量。9.如权利要求6所述的电机控制器，其特征在于，所述支撑块(4)与所述壳体(1)一体成型。10.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述冷却部(3)包括进入口(31)和排出口(32)，所述进入口(31)与所述冷却管(2)的第二端口(22)流体连通，所述排出口(32)与所述出口(12)流体连通。11.一种电驱动总成系统，其特征在于，所述电驱动总成系统包括如权利要求1至10中任一项所述的电机控制器。12.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求11所述的电驱动总成系统。

技术总结

本实用新型涉及一种电机控制器、电驱动总成系统和车辆，所述电机控制器包括：壳体(1)、冷却部(3)、第一发热元件以及冷却管(2)，所述冷却管(2)设置在所述壳体(1)外部，所述冷却管(2)包括靠近所述第一发热元件的第一端口(21)和靠近所述冷却部的第二端口(22)，所述第一端口(21)与所述入口(11)流体连通，所述第二端口(22)与所述冷却部(3)流体连通，所述冷却管(2)沿所述竖直方向(D)在所述壳体(1)上的投影与所述电机控制器的第一发热元件至少部分重叠。所述电机控制器的第一发热元件至少部分重叠。所述电机控制器的第一发热元件至少部分重叠。