JP4507561B2 - Cooling system for superconducting motor vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、超電導モータ車における冷却システムに関し、詳しくは、超電導モータの冷却に使用する液体水素や液体窒素等の冷媒切れを未然に防止するものである。 The present invention relates to a cooling system for a superconducting motor vehicle, and more particularly, to prevent a refrigerant such as liquid hydrogen or liquid nitrogen used for cooling a superconducting motor from running out.
近年、ガソリン等の燃料資源の枯渇に対する懸念や内燃機関から排出される排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気によりモータを駆動して走行する電気自動車の開発が進められている。該モータとして常電導モータを使用した場合には、電気抵抗による銅損が発生して低効率となると共に誘導電流が減衰し低出力となる問題があった。そこで、特開平6−6907号公報に開示されているように、超電導モータを採用すれば、超電導体部分での銅損がなくなり高効率とすることができると共に、モータ自身を小型化および高出力化することが可能となる利点がある。 2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve the concern about exhaustion of fuel resources such as gasoline and environmental deterioration due to exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, development of an electric vehicle that runs by driving a motor with electricity has been advanced. When a normal conducting motor is used as the motor, there is a problem that copper loss occurs due to electrical resistance, resulting in low efficiency, and an induced current is attenuated, resulting in low output. Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-6907, if a superconducting motor is adopted, copper loss in the superconductor portion can be eliminated and high efficiency can be achieved, and the motor itself can be reduced in size and output. There is an advantage that can be realized.
超電導モータの超電導特性を発揮させるためには極低温に冷却する必要があり、液体水素、液体窒素、各種冷却器等を使用することが検討されている。 In order to exhibit the superconducting characteristics of the superconducting motor, it is necessary to cool to a very low temperature, and the use of liquid hydrogen, liquid nitrogen, various coolers, and the like has been studied.
しかしながら、超電導モータの冷却に液体水素または液体窒素を冷媒として用いると、超電導モータとの熱交換により冷媒は気化される。液体水素を冷媒とした場合、気化された水素は電気自動車に搭載する燃料電池に供給されて電気エネルギーに変換される。一方、液体窒素を冷媒とした場合、気化された窒素はそのまま外部に放出される。
よって、超電導モータを液体水素または液体窒素の冷媒により冷却する場合には、冷媒が減少してしまうため、冷媒の補充をしなければならない。
However, when liquid hydrogen or liquid nitrogen is used as a refrigerant for cooling the superconducting motor, the refrigerant is vaporized by heat exchange with the superconducting motor. When liquid hydrogen is used as a refrigerant, the vaporized hydrogen is supplied to a fuel cell mounted on an electric vehicle and converted into electric energy. On the other hand, when liquid nitrogen is used as the refrigerant, the vaporized nitrogen is released to the outside as it is.
Therefore, when the superconducting motor is cooled by a liquid hydrogen or liquid nitrogen refrigerant, the refrigerant decreases, and therefore the refrigerant must be replenished.
一方、超電導モータの冷却に冷却器を用いた場合には、冷却器では超電導モータの冷却に時間がかかってしまい、かつ、冷却器を稼動するのに大きな電力を消費する問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、超電導モータの冷却に使用する冷媒の残量を運転手に表示して、冷媒切れを未然に防止することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to display the remaining amount of refrigerant used for cooling the superconducting motor to the driver to prevent the refrigerant from running out.
上記課題を解決するため、本発明は、超電導モータと、該超電導モータを冷却する冷媒を貯溜しているタンクと、該タンクに搭載される冷媒残量計測手段を備え、かつ、
上記冷媒残量計測手段で計測される上記タンク内の冷媒の残量を運転席側に知らせる監視手段を備え、さらに、
上記冷媒残量計測手段で上記タンク内の冷媒残量が一定量以下であることを検出すると、別に搭載したバックアップ用の冷却器を稼動させ、該冷却器により上記超電導モータを設定値以下に冷却するバックアップモードに切り換える手段を備えていることを特徴とする超電導モータ車における冷却システムを提供している。
To solve the above problems, the present invention includes a superconducting motor, a tank that the refrigerant for cooling the superconducting motor to savings reservoir, the coolant remaining amount measuring means mounted on the tank, and,
Monitoring means for notifying the driver's seat side of the remaining amount of refrigerant in the tank measured by the refrigerant remaining amount measuring means ;
When the refrigerant remaining amount measuring means detects that the remaining amount of refrigerant in the tank is below a certain amount, a backup cooler installed separately is operated and the superconducting motor is cooled below the set value by the cooler. There is provided a cooling system in a superconducting motor vehicle characterized by comprising means for switching to a backup mode .
上記構成とすると、超電導モータを冷却する冷媒の残量が監視手段により運転手に知らされるため、運転手は常に冷媒の残量を把握することで、冷媒補充の目安とすることができ、冷媒が切れてしまうのを未然に防止することができる。冷媒の残量を運転手に知らせる手段としては、例えば、メータによる表示や音声による手段等がある。 With the above configuration, since the driver is informed of the remaining amount of the refrigerant that cools the superconducting motor by the monitoring means, the driver can always know the remaining amount of the refrigerant, so that it can be used as a guide for replenishing the refrigerant. It is possible to prevent the refrigerant from running out. Examples of means for notifying the driver of the remaining amount of refrigerant include a meter display and a voice means.
上記冷媒残量計測手段で上記タンク内の冷媒残量が一定量以下であることを検出すると、警告信号をインストルメントパネルの表示板或いは/および音声出力機に送信して、警告表示あるいは/および警報音を発生させる警告手段を備えていることが好ましい。 When the refrigerant remaining amount measuring means detects that the remaining amount of refrigerant in the tank is below a certain amount, a warning signal is transmitted to a display panel of the instrument panel or / and an audio output device to display a warning or / and It is preferable to provide warning means for generating an alarm sound.
上記構成とすると、冷媒の残量が一定量以下になると、運転手に警告が発せられて、運転手に冷媒の補充を促すことにより冷媒が切れてしまうのを未然に防止することができる。 With the above configuration, when the remaining amount of the refrigerant becomes a certain amount or less, a warning is issued to the driver, and it is possible to prevent the refrigerant from running out by urging the driver to replenish the refrigerant.
さらに、本発明では、上記のように、上記冷媒残量計測手段で上記タンク内の冷媒残量が一定量以下であることを検出すると、別に搭載したバックアップ用の冷却器を稼動させ、該冷却器により上記超電導モータを設定値以下に冷却するバックアップモードに切り換える手段を備えている。 Furthermore, in the present invention, as described above, when the refrigerant remaining amount measuring means detects that the refrigerant remaining amount in the tank is equal to or less than a predetermined amount, a separately mounted backup cooler is operated, and the cooling vessels by that equipped with means for switching to the backup mode to cool to below the set value the superconducting motor.
上記構成とすると、超電導モータを冷却するための冷媒が残り僅かになると、別に搭載したバックアップ用の冷却器を稼動し、該冷却器により超電導モータを冷却することができる。
バックアップ用の冷却器による超電導モータの冷却方法は、超電導モータを冷却することにより気化された気体水素や気体窒素等の冷媒を再度捕集し、この冷媒を冷却器により冷却して液化させ、液化させた冷媒により超電導モータを冷却する方法や、バックアップ用の冷却器をヘリウム等により冷却し、この冷却器に接触した気体水素や気体窒素を液化させ、液化させた冷媒により超電導モータを冷却する方法等がある。
ここで上記設定値とは、20ケルビン以上77ケルビン以下であることが好ましい。77ケルビンより高いと、超電導モータを十分に冷却することができず、超電導モータのコイルを超電導状態にすることができないからである。また、20ケルビンより低いと、必要以上に超電導モータを冷却することになり、電力に無駄が生じるからである。
With the above configuration, when there is little remaining refrigerant for cooling the superconducting motor, a separately mounted backup cooler can be operated and the superconducting motor can be cooled by the cooler.
The cooling method of the superconducting motor with the cooler for backup is to collect again the refrigerant such as gaseous hydrogen and gaseous nitrogen that is vaporized by cooling the superconducting motor, and the refrigerant is cooled and liquefied by the cooler. The method of cooling the superconducting motor with the cooled refrigerant, or the method of cooling the superconducting motor with the liquefied refrigerant by cooling the backup cooler with helium or the like, liquefying the gaseous hydrogen or gaseous nitrogen contacting the cooler Etc.
Here, the set value is preferably 20 Kelvin or more and 77 Kelvin or less. This is because if it is higher than 77 Kelvin, the superconducting motor cannot be sufficiently cooled, and the coil of the superconducting motor cannot be brought into the superconducting state. On the other hand, if the temperature is lower than 20 Kelvin, the superconducting motor is cooled more than necessary, and power is wasted.
上記タンク内に貯溜している冷媒は液体窒素あるいは液体水素からなることが好ましい。
上記冷媒として極低温の液体水素や液体窒素を使用することで、超電導モータを十分に冷却して超電導材料の最適作動温度を保つことができる。
なお、冷媒として液体水素を使用した場合には、燃料電池の燃料源と共用することができ好適である。
The refrigerant stored in the tank is preferably made of liquid nitrogen or liquid hydrogen.
By using cryogenic liquid hydrogen or liquid nitrogen as the refrigerant, the superconducting motor can be sufficiently cooled to maintain the optimum operating temperature of the superconducting material.
In addition, when liquid hydrogen is used as a refrigerant, it can be shared with the fuel source of the fuel cell, which is preferable.
上記超電導モータを走行駆動用モータとして備える電気自動車あるいはハイブリット自動車であって、液体窒素あるいは燃料電池用の液体水素を貯溜している上記タンクを備え、該タンク内の液体窒素あるい液体水素を上記超電導モータの冷却用冷媒として用い、上記タンクから上記超電導モータの冷媒ジャケットに配管を介して循環させていることが好ましい。 An electric vehicle or a hybrid vehicle including the superconducting motor as a driving motor, the tank including liquid nitrogen or liquid hydrogen for a fuel cell, the liquid nitrogen or liquid hydrogen in the tank It is preferably used as a cooling refrigerant for the superconducting motor and circulated from the tank to the refrigerant jacket of the superconducting motor via a pipe.
上記構成とすると、電気自動車あるいはハイブリット自動車の走行駆動用モータを超電導モータとしているため、自動車の走行を効率良くすることができる。また、走行駆動用モータとしての超電導モータに冷却システムを設けることで、超電導モータを冷却する冷媒が切れるのを未然に防ぐことができ、冷媒が走行中に切れて自動車が走行不能となってしまうのを防止することができる。 If it is set as the said structure, since the motor for driving | running | working driving | running | working of an electric vehicle or a hybrid vehicle is made into the superconducting motor, driving | running | working of a motor vehicle can be made efficient. In addition, by providing a cooling system in the superconducting motor as the driving motor, it is possible to prevent the refrigerant that cools the superconducting motor from running out, and the refrigerant runs out during running, making the vehicle unable to run. Can be prevented.
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、超電導モータを冷却する冷媒の残量が運転手に知らされるため、運転手は常に冷媒の残量を把握することで、冷媒補充の目安とすることができ、冷媒が切れてしまうのを未然に防止することができる。 As is clear from the above description, according to the present invention, the remaining amount of the refrigerant that cools the superconducting motor is notified to the driver. Therefore, the driver always knows the remaining amount of the refrigerant so that the refrigerant can be replenished. It can be used as a guide, and the refrigerant can be prevented from running out.
また、上記冷媒の残量が一定量以下となった場合に、音声あるいは/および表示により運転手に警告する構成とすると、運転手に冷媒の補充を促すことにより冷媒が切れてしまうのを未然に防止することができる。 Further, if the driver is warned by voice or / and display when the remaining amount of the refrigerant becomes a certain amount or less, the refrigerant may run out by prompting the driver to replenish the refrigerant. Can be prevented.
さらに、上記冷媒の残量が一定量以下となった場合に、バックアップ用の冷却器を稼動させて、該冷却器により超電導モータを冷却する構成としているため、超電導モータを冷却することにより気化された冷媒を上記冷却器により再び液化させて、該冷媒により超電導モータを冷却することができる。 Furthermore, when the remaining amount of the refrigerant becomes a certain amount or less, a backup cooler is operated and the superconducting motor is cooled by the cooler. Therefore, by cooling the superconducting motor, The vaporized refrigerant can be liquefied again by the cooler, and the superconducting motor can be cooled by the refrigerant.
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1乃至図4は、本発明の参考実施形態を示す。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a reference embodiment of the present invention.
図1は、参考実施形態の冷却システム100を備えた電気自動車10の概略図であり、電気自動車10は超電導コイルが使用された走行駆動源となる超電導モータ30と、超電導モータ30を駆動するための電源であり水素と酸素を反応させて発電する燃料電池12とを備えている。冷却システム100は、後述する冷媒残量計測手段22、監視手段、警告手段からなる。
Figure 1 is a schematic diagram of an
燃料電池12には、水素と酸素が供給され、該水素と酸素を反応させることで発電し、この電力が電力変換機(図示せず)で直流電流から交流電流に変換されて超電導モータ30を駆動している。
なお、燃料電池12への水素の供給については後述する。
The
The supply of hydrogen to the
超電導モータ30は、図2に示すように、ハウジングとなる固定子31の内周面に電気子側の超電導コイル32である第1コイル32A、第2コイル32B、第3コイル32Cを周方向に120°の等間隔をあけて設置している。第1〜第3コイル32A〜32Cにはそれぞれ燃料電池12から電線11を介して三相交流が供給されており、電線11は3本の分岐線11aに分かれて各コイル32A〜32Cに給電されている。
As shown in FIG. 2, the
固定子31内において超電導モータ30の回転駆動軸33に界磁側の超電導コイル34が固定されており、回転駆動軸33の一端側は駆動伝達手段(図示せず)まで延在されている。
なお、超電導コイル32、34にはビスマス系超電導線材を使用しているが、イットリウム系、タリウム系、ビスマス系の酸化物等のセラミック材を用いてもよい。
In the
The
超電導モータ30の動作は、燃料電池12から第1コイル32A、第2コイル32Bおよび第3コイル32Cに三相交流が供給されることにより、各コイル32A〜32Cへの給電の位相ズレにより固定子31内に回転磁界が発生し回転駆動軸33が回転される。そして、回転駆動軸33のトルクが駆動伝達手段に伝達されることで電気自動車10の車輪の回転動力が得られる。
The
超電導モータ30は断熱性を有する冷媒ジャケット13内に配置され、該冷媒ジャケット13には液体水素タンク20から液体水素を供給する液体水素用配管14が接続されている。液体水素タンク20は冷却装置21内に配置され、該冷却装置21により液体水素タンク20内の液体水素を約20ケルビンの極低温まで冷却している。冷却装置21により極低温まで冷却された液体水素は、液体水素用配管14を通して冷媒ジャケット13に供給され、超電導モータ30を冷却するために使用される。
The
また、液体水素タンク20には、液体水素の残量を計測する冷媒残量計測手段22が搭載されており、該冷媒残量計測手段22は、図3に示すように、圧力検出器40と、中継器41と、変換器42とからなる。圧力検出器40は、液体水素タンク20内に搭載される一方、中継器41と変換器42は、液体水素タンク20外の近傍に配置されている。
The
圧力検出器40は、ケース43に設けた圧力導入口43aと対向して差圧検出センサ48を設け、該差圧検出センサ48は、ベローズ44、圧力測定用ばね45、鉄心46、コイル47を備えている。該差圧センサ48では、ベローズ44のケース43外部とケース43内部に作用する圧力の差に応じて圧力測定用ばね45の付勢力に抗して鉄心46が移動し、この移動により生じるコイル47の出力の変化からベローズ44内外の圧力差を検出している。
The
圧力検出器40は、差圧検出センサ48の出力信号を送信する信号線49a、49bと、可撓性を有する管部材からなる大気圧導入パイプ50とを備える1本の中空ケーブル51を介して中継器41に接続されている。大気圧導入パイプ50は、一端が圧力検出器40のケース43内で開口する一方、他端が中継器41のケース52内で開口しており、また、中継器41のケース52には大気導入口53が設けられている。よって、圧力検出器40のケース43内部には、大気圧導入口53、中継器41のケース52の内部及び大気圧導入パイプ50を介して大気圧が導入される。
The
差圧検出センサ48の信号線49a、49bは、中継器41のケース52内の基板54に接続されており、該基板54に設けた回路(図示せず)は差圧検出センサ48の出力信号に応じた電流を出力する。また、基板54は信号線55a、55bを備えるケーブル56により、電源供給を行う変換器42に接続されている。また、該変換器42は、送信線wを介して、測定した水圧から導き出される液体水素の残量を表示するインストルメントパネルの表示板23及び音声出力機24に接続している。
The signal lines 49 a and 49 b of the differential
冷媒残量計測手段22により計測された液体水素タンク20内の液体水素の残量が送信線wを介して表示板23に伝達されて、図4に示すインストルメントパネルの表示板23に設けた液体水素の冷媒残量メータ25(監視手段)により液体水素の残量および残りの液体水素で自動車が走行できる距離が表示される。
The remaining amount of liquid hydrogen in the
また、本参考実施形態の冷却システムは、表示板23に設けた警告灯26と音声出力機24からなる警告手段を備えている。液体水素タンク20内の液体水素の残量が一定量以下になると、冷媒残量計測手段22から送信線wを介して表示板23と音声出力機24に警告信号が送信されて、警告灯26が点滅して警告表示すると共に、音声出力機24が警告音を発して運転手に液体水素の残量が僅かであることを警告する。
The cooling system according to this reference embodiment includes a warning means comprising warning
また、超電導モータ30を収容している冷媒ジャケット13には、気化冷媒抽出口15が設けられており、該気化冷媒抽出口15は水素ガス用配管16を介して燃料電池12と接続されている。液体水素タンク20から冷媒ジャケット13に供給された液体水素は、超電導モータ30を冷却することにより気化し、この気化した水素は気化冷媒抽出口15から抽出され、水素ガス用配管16を通して燃料電池12に供給され発電用燃料として使用される。
The
上記構成とすると、超電導モータ30を冷却する冷媒として使用される液体水素の残量が冷媒残量メータ25により運転手に表示されるため、運転手は常に液体水素の残量を把握することができ、かつ、液体水素の残量が一定量以下になると、警告灯26と音声により運転手に警告が発せられて、運転手に液体水素の補充を促すことにより液体水素が切れてしまうのを未然に防止することができる。
なお、上記冷却システムを搭載する自動車は電気自動車に限らず、ハイブリット自動車であってもよい。
また、上記冷却システムにより冷却する超電導モータは、自動車の走行駆動用モータに限らず、自動車内の機器を稼動させるためのモータとして使用してもよい。
With the above configuration, the remaining amount of liquid hydrogen used as the refrigerant for cooling the
In addition, the vehicle equipped with the cooling system is not limited to an electric vehicle but may be a hybrid vehicle.
Further, the superconducting motor cooled by the cooling system is not limited to a motor for driving the automobile, but may be used as a motor for operating equipment in the automobile.
図5は、本発明の実施形態を示す。
本実施形態の冷却システム100’は、上記参考第1実施形態と同様の冷媒残量計測手段22’、監視手段、警告手段に加え、バックアップ用の冷却器27を備えている。
Figure 5 shows an implementation form of the present invention.
Cooling system 100 'of the present embodiment, the reference first embodiment and similar to the refrigerant amount measuring means 22', the monitoring means, in addition to the warning means, and a
本実施形態では、超電導モータ30を冷却する冷媒として液体窒素を使用し、超電導モータ30を駆動する電源は燃料電池ではなく、従来から用いられているバッテリー17を使用している。また、冷媒ジャケット13’内には上記バックアップ用の冷却器27が搭載されており、該冷却器27は液体窒素タンク20’内の冷媒残量計測手段22’と送信線w’により接続されている。また、冷媒ジャケット13’の気化冷媒抽出口15’には配管を接続せず、超電導モータ30の冷却により気化された窒素は、液体窒素の残量が一定量以下になるまでは気化冷媒抽出口15’からそのまま外部へ放出される。
In this embodiment, liquid nitrogen is used as a refrigerant for cooling the
上記参考実施形態と同様、液体窒素タンク20’内の液体窒素の残量は冷媒残量計測手段22’により計測され、冷媒残量メータ25により表示される。また、液体窒素の残量が一定量以下になると、警告灯26が点滅して警告表示すると共に、音声出力機24’が警告音を発して運転手に液体窒素の残量が僅かであることを警告する。本実施形態では、液体窒素の残量が一定量以下になると、冷媒残量計測手段22’から冷媒ジャケット13’内の冷却器27に信号が伝達されて冷却器27が稼動し始め、該冷却器27により気化さた窒素が捕集され20ケルビンまで冷却されて再び液化され、該液体窒素により超電導モータ30を冷却するバックアップモードに切り替えられる。よって、液体窒素タンク20’から供給される液体窒素が切れても、再度液化された液体窒素により超電導モータ30を冷却することができるため、電気自動車10’の駆動を継続することができる。このとき、気化冷媒抽出口15’は閉鎖して、気化された窒素が外部に放出されないようにしている。
なお、バックアップ用の冷却器27をヘリウム等により冷却し、この冷却された冷却器27に接触した気体窒素を液化させ、液化させた液体窒素により超電導モータを冷却してもよい。
また、他の構成及び作用効果は参考実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
Similar to the reference embodiment, the remaining amount of liquid nitrogen in the
Note that the
In addition, since other configurations and functions and effects are the same as those of the reference embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
10 電気自動車
11 電線
11a 分岐線
12 燃料電池
13 冷媒ジャケット
14 液体水素用配管
15 気化冷媒抽出口
16 水素ガス用配管
17 バッテリ
20 液体水素タンク
21 液体水素用の冷却装置
22 冷媒残量計測手段
23 表示板
24 音声出力機
25 冷媒残量メータ
26 警告灯
27 バックアップ用の冷却器
30 超電導モータ
31 固定子
32 電気子側の超電導コイル
34 界磁側の超電導コイル
33 回転駆動軸
100 冷却システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記冷媒残量計測手段で計測される上記タンク内の冷媒の残量を運転席側に知らせる監視手段を備え、さらに、
上記冷媒残量計測手段で上記タンク内の冷媒残量が一定量以下であることを検出すると、別に搭載したバックアップ用の冷却器を稼動させ、該冷却器により上記超電導モータを設定値以下に冷却するバックアップモードに切り換える手段を備えていることを特徴とする超電導モータ車における冷却システム。 Comprising a superconducting motor, a tank that the refrigerant for cooling the superconducting motor to savings reservoir, the coolant remaining amount measuring means mounted on the tank, and,
Monitoring means for notifying the driver's seat side of the remaining amount of refrigerant in the tank measured by the refrigerant remaining amount measuring means ;
When the refrigerant remaining amount measuring means detects that the remaining amount of refrigerant in the tank is below a certain amount, a backup cooler installed separately is operated and the superconducting motor is cooled below the set value by the cooler. A cooling system for a superconducting motor vehicle characterized by comprising means for switching to a backup mode .
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