一种水冷结构及具有水冷结构的电机控制器的制作方法

1.本技术涉及电机控制器的领域，尤其涉及一种水冷结构及具有水冷结构的电机控制器。


背景技术：

2.电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。
3.随着新能源汽车等行业的发展，对电机控制器的性能要求越来越高，尤其要求电机控制器在相同的功率下要做得越来越小。制约电机控制器的功率密度提升的关键就在于内部电子元器件的散热能力，一旦散热不足，电子元器件温升会较高，导致电子元器件发生故障等问题，从而影响电机控制器的工作性能。现有的电机控制器通常采用水冷结构。
4.现有的电机控制器的水冷结构为结构复杂的换热器，散热效果较好，但电机控制器各部位的发热量不同，换热器对电机控制器的各部位无差别散热，导致水冷结构浪费较多的能量，存在待改进之处。


技术实现要素：

5.为了减少水冷结构浪费的能量，本技术提供一种水冷结构及具有水冷结构的电机控制器。
6.本技术提供的一种水冷结构采用如下的技术方案：
7.一种水冷结构，包括水道组件及多个换热器；所述水道组件具有进口和出口，以及连通进口和出口的第一水道和第二水道，多个所述换热器以短距离靠近所述进口的方式串联连通于所述第一水道上，所述第二水道以远离进口的方式盘旋连通于所述第一水道和所述出口之间。
8.可选的，所述第一水道的通流面积和第二水道的通流面积分别小于所述换热器的通流面积。
9.可选的，所述换热器包括外壳及设置在所述外壳内的多个分流柱，所述外壳包括相对的两底壁及相对的两侧壁，所述分流柱连接于两底壁之间。
10.可选的，多个分流柱沿从进口至出口的方向间隔分为多排，相邻两排所述分流柱错开排列。
11.可选的，每一排水力直径大于第一水道水力直径的分流柱所在的直线上设置有两个凸台筋，且分别与两个所述侧壁一体成型。
12.可选的，所述分流柱呈正六棱柱型，每一分流柱均有一个棱角正对水流的来流方向。
13.根据上述构想，本技术还提供一种具有水冷结构的电机控制器，包括上述电机控制器的水冷结构，还包括密封壳，所述第一水道、第二水道及换热器一体成型于所述密封壳内部；所述进口与出口连通于所述密封壳外部。
14.可选的，所述密封壳包括壳体和盖板，所述盖板与壳体扣合，所述壳体与盖板之间设置有密封圈。
15.可选的，还包括设置在所述密封壳外侧的igbt模块和直流滤波电容，所述igbt模块与所述换热器相对，所述直流滤波电容与所述第二水道相对。
16.可选的，所述igbt模块与密封壳之间、所述直流滤波电容与密封壳之间设置有导热材料。
17.综上所述，由于所述换热器靠近所述进口，因此所述换热器相对所述第二水道的换热性能更好，相对所述第一水道增大所述换热器的通流面积，以及增设分流柱和凸台筋，进一步增强所述换热器处的换热性能，可将发热较高的元件(例如igbt模块)对应所述换热器设置，而将发热较低(例如直流滤波电容)对应所述第二水道设置，不仅合理利用空间，还具有较好的散热效果。
18.冷却水从进口流入密封壳内，并依次流经多个换热器，对各个换热器正对的igbt模块进行散热，然后流入第二水道内，对直流滤波电容进行散热，最后从出口流出密封壳。冷却水先对igbt模块散热，再对直流滤波电容散热，与现有的电机控制器为了兼顾大部分电子元件的散热而采用搅拌摩擦焊工艺等方法相比，工艺简单、成本较低。
附图说明
19.图1是本技术实施例用于体现水冷结构的示意图；
20.图2是本技术实施例用于体现具有水冷结构的电机控制器的示意图。
21.附图标记：1、换热器；11、腔体进口；12、腔体出口；13、底壁；14、侧壁；15、分流柱；16、凸台筋；2、第一水道；3、第二水道；4、密封壳；41、进口；42、出口；5、igbt模块；6、直流滤波电容。
具体实施方式
22.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
23.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并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，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
24.以下结合附图1-2对本技术作进一步详细说明。
25.本技术实施例公开一种水冷结构。
26.参照图1，包括水道组件及多个换热器1；所述水道组件具有进口41和出口42，以及连通进口41和出口42的第一水道2和第二水道3，多个所述换热器1以短距离靠近所述进口41的方式串联连通于所述第一水道2上，所述第二水道3以远离进口41的方式盘旋连通于所述第一水道2和所述出口42之间。
27.具体的，换热器1的数量依据电机控制器的散热需求而定，当电机控制器的产热量较高时，例如电机控制器扇安装有多个igbt模块时，换热器1的数量应该相应增多。本实施例中换热器1的数量为三个，三个换热器1通过第一水道2串联，第一水道2呈s形排布。第二水道3也呈s形盘绕，使得第二水道3具有更大的换热面积，有助于提高第二水道3的散热效果。
28.所述多个所述换热器1以短距离靠近所述进口41的方式指的是：水流方向上的首个换热器1与进口41之间的第一水道41长度较短，其长度不大于换热器1的长度，水流方向上的首个换热器1与进口41之间的第一水道41长度短，使得冷却水在进入首个换热器1前温升较小，进而使冷却水在流入换热器1后仍具有较好的散热效果。
29.进口41与第一水道2的起始端连通，出口42与第二水道的末端连通，且第一水道2与进口41之间的第一水道2尽量短，减少冷却水在进入换热器1前的温升，以保证散热器1的散热效果
30.运用中，换热器1的散热效果优于第二水道3的散热效果，但换热器1结构复杂，成本较高，第二水道3的散热效果不及换热器1，但结构简单，成本较低，因此，本技术中，换热器1与第二水道3配合，换热器1对电机控制器发热密集，发热量大的部位进行散热，第二水道3对电机控制器的其余部位进行散热，对水冷结构进行了合理的规划，保证散热效果良好的同时，减少了水冷结构的能量浪费，且有助于降低所述具有水冷结构的电机控制器的成本。
31.参照图1，所述第一水道2的通流面积和第二水道3的通流面积分别小于所述换热器1的通流面积。
32.运用中，第一水道2的通流面积和第二水道3的通流面积分别小于换热器1的通流面积，即相对于第一水道2和第二水道3而言，扩大了换热器1的通流面积，而由于换热器1内主要进行对流换热，且换热器1针对电机控制器发热密集的部位进行散热，扩大换热器1的通流面积有效提高了换热器1的换热能力。
33.参照图1，所述换热器1包括外壳及设置在所述外壳内的多个分流柱15，所述外壳包括相对的两底壁13及相对的两侧壁14，所述分流柱15连接于两底壁13之间。
34.具体的，参照图1，两底壁13之间的间距小于两侧壁14之间的间距，使得换热器1呈扁的长方体型，换热器1的长度方向与水流方向一致，换热器1在水流方向上的两端分别开设有腔体出口12和腔体进口11，腔体进口11与腔体出口12形状、大小相同，腔体进口11和腔体出口12有相对的两边缘与换热器1的两底壁13齐平，另外两相对的边缘之间的间距小于换热器1两侧壁14之间的间距，腔体进口11与腔体出口12的尺寸与第一水道2相同，亦即第一水道2的通流面积和第二水道3的通流面积分别小于换热器1的通流面积，但是导致换热器1内的水力直径突然增大，会产生较大的局部损失。分流柱15在换热器1内分排交错排列，减小了换热器1内水力直径的变化，但也产生了较大的局部损失。
35.更具体的，继续参照图1，为了减少分流柱15分排交错排列产生的局部损失，本实施例中，相邻两排分流柱15之间的间距相等，且每一排分流柱15内任意相邻两分流柱15之间的间距相等。
36.分流柱15的作用在于：分流柱15与两个侧壁14之间均存在间隔，一方面，分流柱15对来自上游的冷却水流进行分流，改变冷却水的流向，使冷却水在换热腔内的流程变长，更充分的换热器1的底壁13和侧壁14换热，进而提升换热器1的散热效果；另一方面，分流柱15沿从腔体进口11至腔体出口12的方向分排排列，每一排分流柱15均有减小所在直线处的水力直径的作用。
37.但是由于分流柱15分排错开排列导致相邻两排分流柱15之间的分流柱15数量不一致，即相邻两排分流柱15之间仍存在较大的局部损失，因此，本技术中在换热器1的侧壁14上设置凸台筋16，减少相邻两排分流柱15之间的水力直径的变化，进而减小局部损失。腔体进口11与第一排分流柱15之间、腔体出口12与最后一排分流柱15之间存在水力直径的变化时，也可通过在侧壁14的相应位置上设置凸台筋16减小水力直径的变化。
38.综上，凸台筋16可减少第一排分流柱15与腔体进口11之间水力直径的变化，以及其余每一排分流柱15与上一排分流柱15之间水力直径的变化，可推导得出，凸台筋16可减少每一排分流柱15与腔体进口11之间的水力变化，由于设计、加工的误差，每一排分流柱15的水力直径与腔体进口11的水力直径难以完全相同，但使二者尽可能接近即可取得良好的减小局部损失的效果。
39.更具体的，继续参照图1，侧壁14与腔体进口11和腔体出口12的连接处均采用圆弧过渡，以减缓从腔体进口11到换热腔、从换热腔到腔体出口12时水力直径的变化，进而减小局部损失。凸台筋16的体积根据第一排分流柱15与腔体进口11之间的水力直径的变化量、相邻两排凸台筋16之间的水力直径的变化量而定，变化量大时，凸台筋16的体积相应增大，变化量小时，凸台筋16的体积相应减小，无变化量时，无需设置凸台筋16，且为了避免不必要的局部损失，每一排分流柱15对应的两个凸台筋16形状对称。
40.本实施例中，分流柱15以排为单位分成三种类型，第一种，分流柱15的数量为八个，两侧有凸台筋16，第二种，分流柱15的数量为九个，两侧有比第一种中的凸台筋16小的凸台筋16，第三种，分流柱15的数量为十个，两侧不设凸台筋16。第一种分流柱15为第一排和最后一排，第二种和第三种在第一排和最后一排之间交替分布。
41.综上所述，每一排水力直径大于腔体进口11水力直径的分流柱15两侧设置凸台筋16，相邻两排分流柱15之间间隔相等，同一排内的相邻两分流柱15之间间隔相等，对应于同一排分流柱15的两个凸台筋16形状对称，均减小换热器1内的局部损失，进而可减少水泵驱动冷却水循环所需的电能，有利于环保节能。
42.当分流柱15的横截面形状不规则时，每一分流柱15本身造成的局部损失较大，与减小换热器1内局部损失的初衷相悖，且不易加工，因此本技术中分流柱15的横截面采用规则形状。
43.参照图1，作为优选的，所述分流柱15呈正六棱柱型，所述分流柱15呈正六棱柱型，每一分流柱15均有一个棱角正对腔体进口11。
44.具体的，相邻两排分流柱15之间的间隔于每一排内相邻两个分流柱15之间的间隔相等，由于分流柱15呈正六棱柱形，换热器1内任意相邻两分流柱15之间的间隔相等，使得
换热器1内的分流柱15整体均匀分布，与分流柱15呈不规则排列、呈矩阵形排列或以不相等的间隔分排排列相比，极大减小了分流柱15自身造成的局部损失。
45.综上所述，换热器1的散热效果优于第二水道3的散热效果，但换热器1结构复杂，成本较高，第二水道3的散热效果不及换热器1，但结构简单，成本较低，因此，本技术中，换热器1与第二水道3配合，换热器1对电机控制器发热密集，发热量大的部位进行散热，第二水道3对电机控制器的其余部位进行散热，对水冷结构进行了合理的规划，保证散热效果良好的同时，减少了水冷结构的能量浪费，且有助于降低所述具有水冷结构的电机控制器的成本
46.运用分流柱15和凸台筋16的原理为：一方面，分流柱15对来自上游的冷却水流进行分流，改变冷却水的流向，使冷却水在换热腔内的流程变长，更充分的换热器1的底壁13和侧壁14换热，进而提升换热器1的散热效果；另一方面，分流柱15沿从腔体进口11至腔体出口12的方向分排排列，每一排分流柱15均有减小所在直线处的水力直径的作用。凸台筋16可减少分流柱15交叉排列导致的局部损失，进一步减少换热器1内的局部损失。
47.本技术还公开一种具有水冷结构的电机控制器。
48.参照图1、图2，包括上述水冷结构，还包括密封壳4，所述第一水道2、第二水道3及换热器1一体成型于所述密封壳4内部；所述进口41与出口42连通于所述密封壳4外部。所述密封壳4包括壳体和盖板，所述壳体与盖板扣合，所述壳体与盖板之间设置有密封圈。
49.具体的，参照图2，密封壳4呈长方体型。进口41和出口42均位于密封壳4长度方向的一侧上，便于将进口41、出口42与冷却水管路连接。密封壳4高度方向的一侧敞开，敞开侧的边缘开设有密封槽，密封圈嵌设在密封槽中，盖板封闭密封壳4的敞开侧，且密封壳4靠近密封壳4内部的一侧与第一水道2、第二水道3和换热器1抵接，以使需要散热的部件安装在盖板上时仍能取得良好的散热效果。
50.运用中，在保证能够承受冷却水压力的前提下，第一水道2、第二水道3及换热器1的壁厚越薄，散热效果越好，但壁厚变薄使得第一水道2、第二水道3及换热器1容易因外力而破损，进而导致冷却水泄露，影响电机控制器的安全。第一水道2、第二水道3和换热器1通过铸造的方式一体成型于密封壳4内部，其中，换热器1的一底壁13与密封壳4与盖板相对的内壁一体成型，既可避免第一水道2、第二水道3和换热器1因外力而损坏，又可提升第一水道2、第二水道3及换热器1的换热效率。
51.参照图1、图2，所述具有水冷结构的电机控制器还包括设置在所述密封壳4外侧的igbt模块5和直流滤波电容6，所述igbt模块5与所述换热器1相对，所述直流滤波电容6与所述第二水道3相对。
52.具体的，igbt模块5与直流滤波电容6为电机控制器中的主要发热部件，且igbt模块5工作时产生的热量高于直流滤波电容6产生的热量，因此散热效果较好的换热器1与igbt模块5相对，对igbt模块5进行散热，散热效果比散热器差的第二水道3对直流滤波电容6进行散热。
53.更具体的，本实施例中igbt模块5的数量为三个，三个igbt模块5并排排列，散热器的数量为三个且与igbt模块5一一对应，且每一散热器正对其对应的igbt模块5，第二水道3正对直流滤波电容6。
54.为了进一步优化igbt模块5和直流滤波电容6的散热，所述igbt模块5与密封壳4之
间、所述直流滤波电容6与密封壳4之间设置有导热材料，本实施例中导热材料先用高导热硅脂，高导热硅脂使用方便，且成本较低。
55.综上所述，冷却水流过所述换热腔后流过所述第二水道3，即冷却水先对igbt模块5进行散热后再流入第二水道3中对直流滤波电容6。igbt模块5散发出的热量高于直流滤波电容6散发的热量，冷却水对igbt模块5散热后温度升高，传热能力下降，再对直流滤波电容6进行散热，有助于电机控制器的稳定运行。冷却水从进口41流入密封壳4内，并依次流经多个换热器1，对各个换热器1正对的igbt模块5进行散热，然后流入第二水道3内，对直流滤波电容6进行散热，最后从出口42流出密封壳4。冷却水先对igbt模块5散热，再对直流滤波电容6散热，与现有的电机控制器为了兼顾大部分电子元件的散热而采用搅拌摩擦焊工艺等方法相比，工艺简单、成本较低。
56.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的技术方案后，将容易想到本公开的其他实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
57.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。