KR20230104585A - 전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체 및 전기 자동차 - Google Patents

전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체 및 전기 자동차 Download PDF

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KR20230104585A
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예진 진
카이 천
구오치앙 순
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발레오 파워트레인 (난징) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 개시는 전기 자동차용 드라이브트레인 조립체에 관련된다. 드라이브트레인 시스템은 로터 및 스테이터를 포함하는 전기 모터와, 스테이터에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 전력 인버터와, 단일 유입구 및 단일 유출구를 갖는 하나의 냉각 회로 및 로터에 의해 제공되는 토크를 수용하도록 구성된 감속기를 포함한다, 냉각 회로는 초저점도 오일을 통해 흐르고 통합 드라이브트레인 조립체 전체에 걸쳐서 상기 초저점도 오일을 분배하여 드라이브트레인 조립체 내의 모든 구성요소를 윤활 및 냉각하도록 구성된다.

Description

전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체 및 전기 자동차
본 개시의 실시예는 일반적으로 전기차용 통합 드라이브트레인 조립체 및 통합 드라이브트레인 조립체를 포함하는 전기차에 관련된다.
환경에 대한 우려와 연료 비용 증가에 대한 관심으로 인해, 연료 효율이 높은 저공해 자동차를 설계하고 제작하는 추세가 급격히 증가했다. 이러한 추세의 최전선에는 BEV, HEV, PHEV, 범위 확장형 전기 자동차(Range Extended EV), 연료 전지(Fuel Cell) 등과 같은 전기 자동차, 비교적 효율적인 연소 엔진과 전기 구동 모터를 결합한 전기 자동차의 개발이 있었다. 전기 자동차에는 열을 발생시키는 구성요소, 특히, 드라이브트레인 시스템이 포함될 수 있다. 열이 과도하게 축적되면, 성능이 저하되거나 구성요소가 손상될 수 있다. 특히, 전력이 200㎾ 이상인 BEV와 같은 고출력 전기 자동차용 냉각 솔루션은 드라이브트레인 시스템에 적어도 2개의 냉각 회로, 예를 들면, 모터/감속기용 하나의 오일 냉각 회로와 인버터용 하나의 수냉 회로를 포함하며, 이는 적어도 2개의 펌프를 갖는 적어도 2개의 유압 회로를 필요로 하지만, 드라이브트레인 시스템의 상이한 구성요소를 냉각하기 위해 상이한 냉각제를 사용하는 각 냉각 회로의 배열이 더 복잡하고 비용이 많이 든다. 그러나이 오일 냉각식 모터 및 감속기는 더 높은 성능과 효율성을 보장한다.
100kW 미만의 저 전력의 경우, 모터를 축소할 수 있는 추가 가능성으로 이점이 명확하더라도, 높은 비용으로 인해 하나의 시스템에서 오일식 및 수냉식을 모두 사용하는 것을 정당화하기 어렵다. 그러므로, 전체 시스템에 대해 오일 냉각만 사용하는 것은 인버터가 오일에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다면, 매력적인 솔루션이 될 수 있으며, 이는 기존 인버터 냉각 설계의 주요 어려움을 구성한다.
그러므로, 적어도, 단순한 구성, 고효율, 저비용으로 전기 자동차용 드라이브트레인 시스템의 냉각 설계를 개선할 수 있다면 바람직할 것이다.
본 발명의 관점 및 이점이 이하의 설명에서 부분적으로 설명되거나, 이하의 설명으로부터 자명할 수 있거나, 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 명세서에 개시된 일 관점에 따르면, 전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체가 제공된다. 드라이브트레인 조립체는 로터 및 스테이터를 포함하는 전기 모터와, 전기 모터에 전기적으로 연결되고, 스테이터에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 전력 인버터와, 전기 모터에 결합되고, 로터에 의해 제공되는 토크를 수용하도록 구성된 감속기를 포함한다. 드라이브트레인 조립체는 단일 유입구 및 단일 배출구를 갖는 하나의 냉각 회로를 더 포함하며, 냉각 회로는 초저점도 오일이 유동하게 하고 조립체 전체에 걸쳐서 초저점도 오일을 분배하여 드라이브트레인 조립체의 모든 구성요소를 윤활 및 냉각하도록 구성된다.
일 실시예에서, 오일 펌프는 냉각 회로를 통한 초저점도 오일의 유동을 제어하기 위해 유입구와 연통하도록 구성된다.
일 실시예에서, 오일 펌프는 전기 자동차에 의해 제공되고, 통합 드라이브트레인 조립체가 전기 자동차 내로 설치될 때 유입구에 연결되거나, 오일 펌프는 드라이브트레인 조립체와 통합된다.
일 실시예에서, 오일 펌프는 용적형 펌프이다.
일 실시예에서, 방열기는 드라이브트레인 조립체로부터 배출되는 초저점도 오일을 냉각시키고 냉각된 초저점도 오일을 드라이브트레인 조립체 내로 이송하기 위해, 유출구와 오일 펌프 사이를 연통시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 방열기는 드라이브트레인 조립체와 통합되거나 전기 자동차 측에서 제공된다.
일 실시예에서, 냉각 회로는 감속기 내에 제공되는 오일 저장소를 포함한다.
일 실시예에서, 냉각 회로는 전력 인버터에 의해 제공된 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스를 냉각하도록 구성된 냉각 플레이트 내부에 배열된 오일 분배 통로를 포함하고, 복수의 냉각 스파이크가 오일 분배 통로 내에 제공되며, 냉각 스파이크는 고밀도로 오일 분배 통로에 전체적으로 또는 부분적으로 배열된다.
일 실시예에서, 냉각 플레이트에 대응하는 커버가 오일 분배 통로를 밀폐하도록 제공된다.
일 실시예에서, 냉각 스파이크는 냉각 플레이트 및 커버 상에 배열된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스는 주어진 RPM으로부터 시작하는 전파 모드 또는 DVPWM 모드로 제어된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스는 2개의 냉각 플레이트 사이에 배열되고, 그에 따라 전력 스위칭 디바이스가 양측면으로부터 냉각될 수 있다.
일 실시예에서, 오일 분배 통로는 냉각 플레이트가 원형 형상으로 형성되는 경우에 냉각 플레이트의 내주부를 따라 형성되는 루프로 구성된다.
일 실시예에서, 냉각 플레이트는 직접 오일 냉각을 제공하기 위해 써멀 그리스 없이 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스와 직접 접촉한다.
일 실시예에서, 냉각 회로는 스테이터와 로터가 고온 상태로 있을 때 높은 토크에서 위상 전류를 낮추고 스테이터와 로터를 냉각하기 위해 전기 모터에 초저점도 오일을 이송하도록 구성된다.
본 명세서에 개시된 다른 관점에 따르면, 설명된 상기에 기재된 통합 드라이브트레인 조립체를 포함하는 전기 자동차가 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점 및 장점은 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 설명하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
당해 분야의 통상의 기술자 중 하나를 대상으로 하는 본 발명의 가장 바람직한 실시형태를 포함하는 본 발명의 완전하고 가능한 개시가 첨부 도면을 참조하는 명세서에 기재되어 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 관점에 따른 전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체의 개략도이다.
도 2a는 전력 인버터의 전력 스위칭 디바이스 및 냉각 플레이트에 대한 하나의 예시적인 배열의 개략도이다.
도 2b는 전력 인버터의 전력 스위칭 디바이스 및 냉각 플레이트에 대한 다른 예시적인 배열의 개략도이다.
도 3은 물을 이용한 간접 접촉 냉각과 오일을 이용한 직접 접촉 냉각 사이의 열 저항을 비교한 도면이다.
도 4는 냉각 플레이트 내에 배열된 하나의 예시적인 오일 분배 통로를 도시하는 본 개시의 예시적인 관점에 따른 전력 인버터의 일부의 개략도이다.
도 5a는 하나의 예시적인 냉각 플레이트 및 그 커버를 도시하는 본 개시의 예시적인 관점에 따른 전력 인버터의 일부의 개략도이다.
도 5b는 다른 예시적인 냉각 플레이트 및 그 커버를 도시하는 본 개시의 예시적인 관점에 따른 전력 인버터의 일부의 개략도이다.
도 6은 배열된 오일 분배 통로의 예시적인 구성에 따른 상대 열 저항과 오일 유량 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 냉각 플레이트 내에 배열된 다른 예시적인 오일 분배 통로의 개략도이다.
이제 본 발명의 현재의 실시예를 상세히 기술할 것이며, 그 중 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 상세한 설명은 도면의 특징부를 기술하기 위해 숫자 및 문자 지정을 사용한다. 도면 및 설명에서 동일 또는 유사 지정은 본 발명의 동일 또는 유사 부분을 지칭하기 위해 사용되었다. 본 명세서에 사용된 "하나", "상기" 및 무관사의 용어는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한, 하나 이상의 요소가 있음을 의미하는 것으로 의도된다. "포함한다", "구비한다" 및 "갖는다"라는 용어는 포괄적인 것으로 의도되고, 나열된 요소 이외의 부가 요소가 있을 수도 있음을 의미한다. "제 1" 및 "제 2"라는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호 교환적으로 사용될 수 있으며 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 의미하지는 않는다.
이제 도면을 참조하면, 동일한 도면부호는 도면 전체에 걸쳐서 동일한 요소를 나타내고, 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 드라이브트레인 조립체(1)를 도시한다. 드라이브트레인 조립체(1)는 일반적으로 전력 인버터(11)(도 4에 도시됨), 전기 모터(12) 및 감속기(13)와 통합된다. 그러므로, 도시된 드라이브트레인 조립체(1)는 단일 유닛이다.
전기 모터(12)는 동기식 모터 또는 비동기식 모터일 수 있다. 전기 모터(12)는 동기식 모터인 경우, 권선 로터 또는 영구 자석 로터를 포함할 수 있다. 전기 모터에 의해 공급되는 피크 전력은 10KW 내지 80KW, 예를 들면, 공칭 공급 전압이 48V에서 400V, 또는 더 높은 전력의 경우 최대 800V인 경우 대략 40KW일 수 있다. 고 전압 공급에 적합한 전기 모터의 경우, 이 전기 모터에 의해 공급되는 공칭 전력은 25㎾일 수 있다. 나타낸 실시예에서, 전기 모터(12)는 10㎾ 내지 80㎾의 피크 전력을 제공하는 영구 자석을 갖는 동기식 모터이다. 전기 모터(12)는 3상 권선 또는 2개의 3상 권선 또는 5상 권선의 조합을 갖는 스테이터를 포함할 수 있다.
감속기(13)는 전기 모터(12)에 결합된다. 감속기(13)는 전기 모터의 고속, 낮은 토크를 저속, 높은 토크로 변환할 수 있다. 감속기(13)는 2개 이상의 기어를 포함할 수 있으며, 기어 중 하나는 예를 들면, 속도 감소를 통한 토크 증가를 위해, 전기 모터(12)에 의해 구동된다. 감속기는 트랜스미션 샤프트, 즉, 전기 모터(도시되지 않음)의 하나의 트랜스미션 샤프트에 의해 구동되는 구동 기어와, 구동되는 기계적 부하(도시되지 않음, 예를 들면, 차량 휠 샤프트)에 결합된 대경의 다른 기어를 연결하는 중간 샤프트를 더 포함할 수 있다.
나타낸 실시예에서, 전기 모터(12) 및 감속기(13)는 높은 열 용량으로 설계된다. 전력 인버터(11)는 전기 모터(12)에, 그리고 기계적으로 전기 모터(12)의 벽부에, 또는 감속기(13)의 벽체, 또는 전기 모터(12) 및 감속기(13)의 양 벽부에, 전기 와이어에 의해 기계적으로 부착된다. 전력 인버터(11)는 공칭 전압의 전기 에너지가 제공되는 전기 에너지 저장 장치(도시하지 않음)에 의해 공급되는 직류("DC")를, 전기 모터(2)에 사용되는 교류("AC")로 변환한다. 전력 인버터(11)는 전계 효과 트랜지스터("FET"), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터("MOSFET") 또는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터("IGBT")와 같은 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스(11)(17, 도 2a 및 도 2b에 도시됨)를 포함할 수 있다. 공칭 공급 전압이 48V인 경우, 전력 스위칭 디바이스(11)는 MOSFET 트랜지스터일 수 있다. 고전압에 해당하는 공급 전압의 경우, 전력 스위칭 디바이스(11)는 IGBT일 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기 모터(12)는 하나의 하우징(도시되지 않음) 내에 포함되고, 감속기(13)는 다른 하우징(도시되지 않음) 내에 포함된다. 2개의 하우징은 일체형일 수 있다. 2개의 하우징은 예를 들면, 나사에 의해 견고하게 함께 고정될 수 있다. 밀봉 벽부는 본 명세서에서 2개의 하우징 사이에 제공된다.
드라이브트레인 조립체(1)의 외부를 향한 방열(heat dissipation)을 위해 냉각 핀(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 냉각 핀은 하우징의 외부면에 의해 지지될 수 있다. 이러한 냉각 핀은 예를 들면, 하우징과 일체형으로 제조된다. 이러한 냉각 핀은 하우징의 외부면을 증가시켜서 하우징을 통해 드라이브트레인 조립체(1)의 외부로 방열을 촉진하게 하여, 독립형 라디에이터(5)를 통합할 수 있는 가능성을 제공한다. 하우징의 전체 외부면은 냉각 핀을 유지할 수 있다. 냉각 핀은 열(row)로 배열될 수 있고, 피치는 일정하든 그렇지 않든, 2개의 인접한 열 사이에 존재할 수 있다. 이러한 열은 모두 동일한 배향을 가질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 적절한 경우에, 동일한 핀은 먼저, 하나의 하우징으로 연장되고, 두 번째로, 다른 하우징으로 연장될 수 있다.
도시된 실시예에 대해, 냉각제와 함께 흐르는 냉각 회로(3)는 드라이브트레인 조립체(1) 전체에 걸쳐서 냉각제를 분배하기 위해 제공된다. 냉각 회로(3)에서 흐르는 냉각제는 초저점도를 갖는 오일일 수 있다. 40℃에서의 이러한 종류의 초저점도 오일의 동점도 값(kinetic viscosity value)이 40 미만이고, 100℃에서의 동점도 값이 10 미만이다. 냉각 회로(3)를 통해 드라이브트레인 조립체 전체에 걸쳐서 흐르는 이러한 종류의 초저점도 오일을 사용하면, 드라이브트레인 조립체에 포함된 모든 구성요소가 더 낮은 압력 강하로 보다 효율적으로 윤활 및 냉각될 수 있다.
냉각 회로(3)는 드라이브트레인 조립체(1) 상에 제공되는 단일 유입구(31) 및 단일 유출구(32)를 포함한다. 유입구(31)는 냉각 회로(3)에 필요한 유량으로 공급될 초저점도 오일의 유동을 제어하기 위해 오일 펌프(4)와 연결될 수 있으며, 유출구(32)는 냉각 회로(3)로부터 배출되는 가열된 오일을 냉각시키기 위한 방열기(5)와 연결될 수 있다. 한편, 방열기(5)는 냉각된 오일을 오일 펌프(4)를 통해 드라이브트레인 조립체(1) 내로 전달하기 위해 오일 펌프(4)와 연결될 수 있다. 나타낸 실시예에서, 오일 펌프(4) 및 방열기(5)는 전기 자동차측(2)에 위치된다. 드라이브트레인 조립체(1)가 전기 자동차 내에 설치되는 경우, 유입구(31) 및 유출구(32)는 전기 자동차측(2)의 여러 호스(6)를 통해 오일 펌프(4) 및 방열기(5) 각각에 유체 연통되고, 그에 따라 초저점도 오일이 작동 동안에 냉각 및 윤활을 위해 드라이브트레인 조립체(1) 전체에 걸쳐서 자율적으로 흐를 수 있다.
일 실시예에서, 방열기(5)는 드라이브트레인 조립체(1)로부터 가열된 오일을 수용하고 냉각된 오일을 다시 드라이브트레인 조립체로 전달하기 위해 드라이브트레인 조립체(1)와 통합될 수 있다.
일 실시예에서, 오일 펌프(4)는 전기 펌프 또는 기계식 펌프일 수 있고, 드라이브트레인 조립체(1)와 통합될 수 있으며, 특히, 감속기(13) 상에 기계적으로 통합될 수 있다. 오일 펌프(4)는 필요한 유량, 특히, 가속된 유량이 제공되도록 용적형 펌프일 수 있다. 냉각을 위해 높은 오일 압력을 적용할 수 있도록 원심 펌프 대신에, 용적형 펌프가 사용되며, 이는 스위칭 디바이스로부터 열을 인출하는 히트 싱크를 통해 방열 기능을 증가시킨다.
일 실시예에서, 냉각 회로(3)는 감속기(13) 내에 제공된 오일 저장소(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 오일 저장소는 필요한 초저점도 오일을 내부에 유지하기 위해 사용되며, 이는 드라이브트레인 조립체(1) 내부에서 냉각 및 윤활을 위한 오일의 최소 유동을 보장할 수 있다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, IGBT와 같은 전력 스위칭 디바이스(17)는 전력 인버터(11)의 냉각 플레이트(18, 181) 내부에 배열된 오일 분배 통로 내에서 흐르는 오일에 의해 단면 냉각될 수 있다. 전력 스위칭 디바이스(17)는 2개의 냉각 플레이트 내에서 흐르는 오일에 의해 양면 냉각될 수 있다, 즉, 전력 스위칭 디바이스와 냉각 플레이트가 샌드위치 구조로 형성된다.
일 실시예에서, 전력 스위칭 디바이스(17)는 오일과 직접 접촉하고, 그에 따라 방열 열 저항이 이제 도 3을 참조하면, 직접 냉각 전력 스위칭 디바이스(17), 즉, IGBT 모듈에서 써멀 그리스 및 추가 알루미늄 히트 싱크가 제거되었기 때문에 개선될 수 있다. 현재 시장에서는 최대 전력 ~60kW에 대해 간접 접촉 냉각 방식을 사용한다. 직접 접촉 냉각을 채택하면, 비용이 제한적으로 증가하지만, 예를 들면, 인버터와 관련된 오일 냉각을 사용하는 소형화된 오일 냉각식 모터를 사용하여 쉽게 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 전력 스위칭 디바이스(17)는 주어진 RPM로부터 시작하는 전파 모드 또는 DVPWM 모드로 제어되고, 그에 따라 IGBT로부터의 전력 손실이 감소될 수 있으며, 이는 오일 냉각을 사용할 수 있게 한다.
이러한 구성으로, 전기 모터(12)는 오일에 의해 냉각되어서, 높은 토크에서 효율을 상당히 향상시킨다. 오일 냉각식 모터는 수냉식 모터보다 가열 조건에서 5% 더 효율적일 수 있다. IGBT를 통해 흐르는 전류는 냉각 플레이트와 오일에 의해 발산되는 열을 제한하여 크게 줄일 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 전력 인버터(11) 내부에는 오일 분배 통로가 배열된다. 특히, 오일 분배 통로는 전력 인버터(11)의 케이스 또는 냉각 플레이트(18)의 반경방향면 내에 위치되며, 냉각 플레이트(18)의 내주부를 따라, 기본적으로는 환형 루프(15)가 되도록 형성된다. 오일 분배 통로 내에 보조 열전달 요소가 제공되어서 추가적인 방열을 제공한다. 실시예에 도시된 바와 같이, 보조 열전달 요소는 여러 개의 금속 스파이크(16), 또는 냉각 플레이트(18), 특히 냉각 플레이트의 내부 반경방향면에 의해 제공되는 압출 벽(도시되지 않음)일 수 있으며, 스파이크(16)는 X방향을 따라 내부 반경방향면으로부터 연장된다. 보조 열전달 요소는 예를 들면, 알루미늄과 같은 열 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 원형 및/또는 정사각형(도시되지 않음)의 횡단면을 갖는 금속 스파이크(16)는 전체 또는 부분적으로 고밀도의 루프(15)일 수 있다. 고밀도 스파이크는 더 높은 압력 강하로 인해 종래의 원심 워터 펌프 회로에 중요한 부담이 되는 반면, 체적 오일식 펌프는 더 높은 압력 강하에 거의 민감하지 않는다.
이제, 오일 분배 통로(15)의 예시적인 구성에 따른 상대 열 저항과 유량 사이의 관계를 도시하는 도 6을 참조하면, 라인 "W"는 수냉에 대한 상대 열 저항의 값을 나타내고, 라인 "A"는 제한된 수의 보조 열전달 요소가 있거나 없는 오일 분배 통로를 사용하는 오일 냉각에 대한 값을 나타내며, 라인 "C"는 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 스파이크(16)로 가득 찬 오일 분배 통로를 사용하는 오일 냉각에 대한 값을 나타낸다. 라인 "C"의 값은 라인 "W", 즉, 유량의 변화에 관계없이 항상 1과 동일한 수냉의 값에 근접하고, "W"와 "C" 사이의 최대 2% 차이만이 있다는 것을 도면으로부터 알 수 있다. 그러므로, 라인 "C"에 관련된 개선된 구성(도 4 참조)과 초저점도의 오일 특성은 하나의 오일 냉각 회로만으로 물에 의한 것과 동일한 냉각 효과를 구현할 수 있다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 냉각 플레이트(18 및 19)의 상이한 예시적인 구성을 도시하며, 오일 분배 통로를 내부에 밀폐하기 위해 사용하는 대응하는 커버가 있다. 커버에 관한 종래의 디자인에 있어서, 커버(19)는 도 5a에 도시된 바와 같이 평판일 수 있는 반면, 스파이크(16)는 도 4에 도시된 바와 같이 냉각 플레이트(18) 상에 제공된다. 커버에 관한 현재 디자인에 있어서, 커버(19) 및 냉각 플레이트(18)에는 모두 도 5b에 도시된 바와 같이 스파이크(16)가 제공될 수 있고, 커버(19)에 의해 제공된 스파이크는 냉각 플레이트(18)를 향해 축방향으로 연장되는 반면, 냉각 플레이트에 의해 제공된 스파이크는 커버(19)를 향해 축방향으로 연장되고, 그에 따라 냉각 플레이트(18) 및 커버(19)로부터의 스파이크는 이격되고, 그에 따라 스파이크(16) 사이의 유로 간격이 좁아질 수 있어서, 스파이크(16) 주위의 유속이 증가하여 냉각 플레이트(18)의 냉각 성능이 추가로 증가한다. 원래 수냉 회로에 많은 수의 스파이크가 있더라도, 이 양면 스파이크 분포를 통해 오일을 사용하여 물과 유사한 수준의 냉각에 도달하게 한다.
이제 도 7을 참조하면, 냉각 플레이트의 다른 예시적인 구성을 도시한다. 도시된 실시예에서, 냉각 플레이트(181)는 직사각형 형상으로 구성되고, 상이한 형상 및 상이한 배열을 갖는 스파이크(16)로 가득 채워져 있다. 구체적으로, 냉각 플레이트(181)의 냉각측에는 원형 또는 정사각형(도시되지 않음)의 횡단면을 갖는 여러 개의 스파이크(16)가 채워져 있으며, 이들 중에는 오일 분배 통로를 형성한다. 오일 펌프의 공급에 따라, 오일은 냉각 플레이트(181)의 일측면으로부터 반대 측면으로 분배 유로를 통해 흐른다. 오일 펌프는 방열을 증가시키도록 오일 흐름(F) 속도를 증가시키기 위해 가속된 유량을 제공한다.
상술된 구성으로, 드라이브트레인 조립체의 냉각 및 윤활 둘 모두에 대해 하나의 액체 회로만 달성된다. 또한, 액체에 초저점도 오일을 사용하여 수냉과 동일한 인버터 냉각 효과를 얻으면서, 냉각 채널의 고밀도 스파이크로 인해 발생하는 압력 강하를 최소화하여 특히 스위칭 디바이스, 즉, IGBT를 냉각시킨다. 이 IGBT의 냉각 성능은 심지어 직접 접촉 냉각 디바이스를 사용함으로써 더 많은 전력을 필요로 하는 응용(application)에 대해 개선될 수 있어서, 오일에 대한 열 저항 경로를 줄인다. 한편, 이러한 능동 윤활은 오일을 사용하여 실현할 수 있으며, 모터는 내부 로터에서 효율적으로 냉각될 수 있으므로 감속기와 모터의 효율이 각각 향상되고, 인버터에 의해 소비되는 전류가 줄어들어서 동일한 기계적 토크를 얻을 수 있어서, 일측면 및 다른 측면 상의 열 발생을 줄이고, 전력을 제공하는 배터리의 크기를 줄일 수 있다. 게다가, 단 하나의 액체 회로 덕분에, 물 탱크, 호스, 펌프 등과 같은 수냉식 장비를 제거할 수 있고, 드라이브트레인 조립체의 전체 크기를 줄일 수 있다.
본 기재된 설명은 예를 사용하여 가장 바람직한 모드를 포함한 본 개시의 실시예를 개시하고, 또한 당업자가 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함한 본 개시의 실시예를 실시할 수 있게 한다. 본 명세서에 기술된 실시예의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 규정되고, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 청구항의 문자적 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 청구항의 문자적 언어와 실질적인 차이가 없는 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우 청구항의 범위 내에 있도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 전기 자동차용 통합 드라이브트레인 조립체에 있어서,
    로터 및 스테이터를 포함하는 전기 모터와,
    상기 전기 모터에 전기적으로 연결되고, 상기 스테이터에 전기 에너지를 공급하도록 구성된 전력 인버터와,
    상기 전기 모터에 결합되고, 상기 로터에 의해 제공되는 토크를 수용하도록 구성된 감속기와,
    단일 유입구 및 단일 배출구를 갖는 하나의 냉각 회로를 포함하며,
    상기 냉각 회로는 초저점도 오일이 유동하게 하고 상기 통합 드라이브트레인 조립체 전체에 걸쳐서 상기 초저점도 오일을 분배하여 상기 통합 드라이브트레인 조립체의 모든 구성요소를 윤활 및 냉각하도록 구성되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 회로를 통한 초저점도 오일의 유동을 제어하기 위해 상기 유입구와 연통하도록 구성된 오일 펌프를 더 포함하는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오일 펌프는 상기 전기 자동차에 의해 제공되고, 상기 통합 드라이브트레인 조립체가 상기 전기 자동차 내로 설치될 때 상기 유입구에 연결되거나, 상기 오일 펌프는 상기 드라이브트레인 조립체와 통합되고,
    상기 오일 펌프는 용적형 펌프인
    통합 드라이브트레인 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 드라이브트레인 조립체로부터 배출되는 상기 초저점도 오일을 냉각시키고 냉각된 초저점도 오일을 상기 드라이브트레인 조립체 내로 이송하기 위해, 상기 유출구와 상기 오일 펌프 사이를 연통시키도록 구성된 방열기를 더 포함하는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방열기는 상기 드라이브트레인 조립체와 통합되거나 상기 전기 자동차 측에 의해 제공되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 회로는 상기 감속기 내에 제공되는 오일 저장소를 포함하는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 회로는 상기 전력 인버터에 의해 제공된 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스를 냉각하도록 구성된 냉각 플레이트 내부에 배열된 오일 분배 통로를 포함하고, 복수의 냉각 스파이크가 상기 오일 분배 통로 내에 제공되며, 상기 냉각 스파이크는 고밀도로 상기 오일 분배 통로에 전체적으로 또는 부분적으로 배열되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트에 대응하는 커버가 상기 오일 분배 통로를 밀폐하도록 제공되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각 스파이크는 상기 냉각 플레이트 및 상기 커버 상에 제공되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스는 주어진 RPM으로부터 시작하는 전파 모드 또는 DVPWM 모드로 제어되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스는 2개의 냉각 플레이트 사이에 배열되고, 그에 따라 상기 전력 스위칭 디바이스가 양측면으로부터 냉각될 수 있는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 오일 분배 통로는 상기 냉각 플레이트가 원형 형상으로 형성되는 경우에 상기 냉각 플레이트의 내주부를 따라 형성되는 루프로 구성되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 직접 오일 냉각을 제공하기 위해 써멀 그리스 없이 상기 적어도 하나의 전력 스위칭 디바이스와 직접 접촉하는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 회로는 상기 스테이터와 상기 로터가 고온 상태로 있을 때 높은 토크에서 위상 전류를 낮추고 스테이터와 로터를 냉각하기 위해 상기 전기 모터에 상기 초저점도 오일을 이송하도록 구성되는
    통합 드라이브트레인 조립체.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 통합 드라이브트레인 조립체를 포함하는
    전기 자동차.
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