项目名称:电机控制器冷却装置及电机控制器冷却系统
- 湖北文理学院
- 湖北省襄阳市襄城区隆中路296号
- 441053
- 李蒗
- 15172551771
- http://www.hbuas.edu.cn
姓名 |
吴华伟 |
电话 |
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电子邮件 |
whw_xy@163.com |
区号 |
0710 |
邮编 |
441053 |
通信地址 |
湖北省襄阳市襄城区隆中路296号湖北文理学院工科楼GW206 |
汪 云 侯 斐 聂金泉 耿向阳 张海波 叶从进 刘冬冬 苏业东
专利类型 |
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专利状态 |
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申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
201710717717.1 |
2019-12-31 |
ZL201710717717.1 |
2022年5月30日,国务院办公厅转发了国家发展改革委国家能源局联合下发《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知》。通知中指出要加快我国能源转型大力推动新能源在工业和建筑领域应用。在具备条件的工业企业、工业园区,加快发展分布式光伏、分散式风电等新能源项目,支持工业绿色微电网和源网荷储一体化项目建设,推进多能互补高效利用,开展新能源电力直供电试点,提高终端用能的新能源电力比重。
新能源电力系统的应用离不开电机驱动系统,新能源汽车、机器人和高精度数控机床等国家重点支持领域的发展对电机的效率、功率密度、响应速度和振动噪声等性能指标提出了更高的要求,促使电机向高精度、高功率密度、小型化、轻量化和机电一体化等方向发展带来了电机内部发热量急剧增加、有效散热空间严重不足等问题,因此散热问题成为电机系统进一步向高功率密度方向发展的瓶颈。电机控制系统是电机驱动系统的核心部件,其工作性能的优劣将直接影响整个电机系统的运行性能。控制器电子设备的稳定可靠运行是整车动力性和安全性的保障。研究发现,电子元器件的故障率与芯片的温度成正比,温度每上升10℃,电子设备的可靠性则降低一半。控制器运行过程中大功率产生大量热损耗且内部结构复杂紧凑,空气流通不畅,温度极易升高。若产生的热量不能及时散发出去,不仅会影响电机的稳定运行和使用寿命,还会影响电机驱动系统的工作性能。
本项目提供一种电机控制器冷却装置及电 机控制器冷却系统,涉及电机控制器技术领域。从上至下一次分三层结构,第一壳体的外侧壁设有多个卡扣与第二壳体卡扣配合形成拆卸地连接,另一端与第三壳体连接,且三者之间共同形成用于容纳电机控制器的容纳腔。水冷设备为循环水箱,可为水冷系统不断提供循环水。设置于第三壳体上的容纳腔内,冷却水管一端与水冷设备的出水口连通,另一端与所述水冷设备的进水口连通;水管也可伸入第一壳体处的容纳腔内。这样水管不仅可以分布在容纳腔底部同时也可以延伸至上部,从而形成对容纳腔的环绕。
采用这种方法对电机控制器相关器件所散发的热量能实现高效散热,降低控制器温度,保证其正常工作且利于延长其使用寿命。
本项目开发了一种“电机控制器冷却装置+电机控制器冷却系统”,成立的授权知识产权:电机控制器冷却装置及电机控制器冷却系统ZL20171717717.1。
(1)“轴向循环式”液冷散热装置
基于液冷散热的形式,铺设电机控制器容纳腔设置密封的循环管道,采用循环装置驱动冷却液在管道中循环流动进行换热的冷却系统。通过与容纳腔壁的金属传热板相接触给控制器DCDC散热,金属传热板的优良传热性能在保证冷却系统正常工作的同时也可以防止与控制器直接直接接触。为满足高散热率、高可靠性、结构经凑的设计目的,该装置的冷却管道路布置采用轴向循环式排列,增大管路工作面积,达到对控制器的极致散热。
(2)“集成化多模式”冷却控制系统
以集成化、多功能的理念为基本,在建立冷却装置的同时,设计与之一体化的冷却控制系统。冷却系统布置在结构紧凑、绝缘性能严苛的控制器容腔内部,采用温度传感器对控制器的温度实时检测,调节冷却装置的冷却循环速率和流量对控制器散热。针对电机的控制器的种类、工作条件以及冷却需求不同,提出一种多模式的冷却控制系统;由于不同冷却要求采取不同的冷却介质进行冷却散热,冷却控制系统根据冷却介质性质和冷却需求进行控制。在集成化多模式系统下,有效保障了电机控制器的正常工作,切实提高的该系统的可靠性和应用性。
我国电机行业规模庞大,全球电机市场产业占比高达30%,且能够生产的电机种类比较齐全。随着电机的功能、应用和普及化越来越高,对电机控制器的功能和工作的可靠性也愈发严苛。故采用电器气化时代的到来,电机控制器的散热量较大,对电机控制器的使用寿命非常不利。如果不及时的对控制器进行扇热,当控制器因过热导致控制性能下降或元器件损坏,届时电机就无法正常的工作,严重时导致整个电机驱动系统瘫痪。
国内外电机控制器散热技术的发展,少有考虑到为电机控制器设置独立的液冷式冷却系统。本发明首次提出对电机控制系统的散热,对电机系统的工作可靠性进行了极大的提高,同时延长的电机控制器和其他相关部件的使用寿命;另一方面也减少电机行业因控制器故障产生的损失,有效降低成本,提高经济效益。
2021年中国工业电机制造行业销售值达3501.3亿元,2022年预计增长至3612.1在“双碳”目标的大背景下对于中国新能源汽车驱动电机装机数量在2016年到2020年装机数量从59.9万台上升至161.1万台,增长170%。在“双碳”目标的大背景下2021年更达到340.5万台的装机量。未来随着新能源汽车的快速发展及多电机车型的渗透率提升,电机行业规模将保持阔张势态。
本项目旨在对电机的控制器进行散热冷却,利用设计一种集成化多模式的轴向循环冷却装置达到控制器的冷却目的,本项目建立一体化的冷却散热系统,可满足不同模式下电机控制器的冷却散热。该电机控制器冷却装置的结构简单、合理,实用性 强,其冷却效果好,有效降低控制器温度30℃-40℃,使因控制器温升引发的电机故障率下降70%,有利于延长电机控制器的使用寿命,从而降低成本。
2022年中本项专利技术已成功应用于东风电驱动系统有限公司电机及控制器等产品中。通过与该控制器冷却系统相结合累计交付超过8万件驱动系统,新增销售收入超6亿元。该型号的驱动系统运行质量稳定,在市场的占有率整体呈上升趋势。随着技术成果进一步推广和应用,可实现汽车电驱动系统产值超百亿。
专利项目的实施不仅提升实施企业的新增产值,同时大大推动了我市新能源汽车轻量化产品的发展,1)促进了本地汽车驱动系统产品的发展,弥补襄阳市汽车产业短板,对促进产业链的完善具有重要意义; 2)提升了研发人员的技术水平,促进了公司的人才培养和储备,为形成标准化的开发规范和功能兼容化平台奠定了基础,增加了就业岗位,提升了该领域的技术与制造水平; 3)创新了地方院校与企业深度合作、融合发展的新模式,目前已联合培养本科生及研究生近300人。