CN109955713A - 车辆用旋转电机的冷却系统 - Google Patents

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CN109955713A CN201811579270.7A CN201811579270A CN109955713A CN 109955713 A CN109955713 A CN 109955713A CN 201811579270 A CN201811579270 A CN 201811579270A CN 109955713 A CN109955713 A CN 109955713A
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Abstract

本发明提供一种能够有效地对车辆用旋转电机进行冷却的冷却系统。冷却系统(10)具备空调用制冷循环装置(100)和旋转电机冷却机构(200)。空调用制冷循环装置(100)具备：压缩机(110)；散热器(120)；第一膨胀阀(130)；第一蒸发器(140)；以及分支流路(160)，其将设置于散热器(120)与第一膨胀阀(130)之间的上游侧流路(151)和设置于第一蒸发器(140)与压缩机(110)之间的下游侧流路(152)进行连接。旋转电机冷却机构(200)设置于分支流路(160)且从上游侧依次具有第二膨胀阀(210)和第二蒸发器(220)，在车辆用旋转电机(1)上配置有第二蒸发器(220)。

Description

车辆用旋转电机的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种车辆用旋转电机的冷却系统。
背景技术
过去，为了提高搭载于HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力机动车)及EV(electric vehicle：电动机动车)上的马达的冷却效率，已知有利用车内空调用制冷循环对马达冷却用的冷却水和油进行冷却的技术(参照专利文献1及专利文献2)。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2011-240777号公报
专利文献2：日本特开2004-357458号公报
然而，在专利文献1中，存在如下问题，即由于在马达冷却水与制冷循环的制冷剂之间进行热交换，因此损失较大。另外，在专利文献2的现有技术中，存在如下问题，即由于通过使用制冷循环的高压侧液化制冷剂而对马达冷却油进行冷却，因此无法利用低压侧的汽化潜热来有效地对马达进行冷却。
发明内容
本发明提供一种能够有效地对车辆用旋转电机进行冷却的冷却系统。
本发明为一种车辆用旋转电机的冷却系统，其具备：
空调用制冷循环装置，其具备对制冷剂进行压缩的压缩机、使被压缩的制冷剂冷凝的散热器、使被冷凝的制冷剂膨胀的第一膨胀阀、及使被膨胀的制冷剂蒸发的第一蒸发器；以及
旋转电机冷却机构，其对车辆用旋转电机进行冷却，其中，
所述空调用制冷循环装置具有分支流路，所述分支流路将设置于所述散热器与所述第一膨胀阀之间的上游侧流路和设置于所述第一蒸发器与所述压缩机之间的下游侧流路进行连接，
所述旋转电机冷却机构从上游侧依次具有第二膨胀阀和第二蒸发器，
所述旋转电机冷却机构设置于所述分支流路，
在所述车辆用旋转电机上配置有所述第二蒸发器。
发明效果
根据本发明，旋转电机冷却机构配置于从空调用制冷循环装置分支的分支流路，因此能够利用空调用制冷循环装置对车辆用旋转电机进行冷却。另外，对车辆用旋转电机进行冷却的第二蒸发器设置于第二膨胀阀的下游侧，因此能够使用低压侧气化制冷剂有效地对车辆用旋转电机进行冷却。
附图说明
图1是第一实施方式的车辆用旋转电机的冷却系统的结构图。
图2是图1所示的冷却系统所具备的第二蒸发器的主视图。
图3是图2所示的第二蒸发器的立体图。
图4是示意地表示在图2及图3所示的第二蒸发器内流动的制冷剂与线圈端部之间产生的热交换的剖视图。
图5是例示图1所示的冷却系统的动作内容的流程图。
图6是第二实施方式的车辆用旋转电机的冷却系统所具备的第二蒸发器的主视图。
图7是表示第三实施方式的车辆用旋转电机的冷却系统所具备的第二蒸发器中的制冷剂流动的方向的主视图。
附图标记说明：
1 车辆用旋转电机；
3 转子；
5 线圈；
7 定子；
9 线圈端部；
10 冷却系统；
100 空调用制冷循环装置；
110 压缩机；
120 散热器；
130 第一膨胀阀；
140 第一蒸发器；
151 上游侧流路；
152 下游侧流路；
160 分支流路；
171 第一开闭阀；
172 第二开闭阀；
173 第三开闭阀；
174 第四开闭阀；
200 旋转电机冷却机构；
210 第二膨胀阀；
220 第二蒸发器(热交换部)；
221、222 蒸发器；
241～243 蒸发器；
230 紧固连结构件；
GR 气化制冷剂；
LR 液化制冷剂；
R 制冷剂。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的车辆用旋转电机的冷却系统(以下，简称为“冷却系统”)的各实施方式进行说明。
[第一实施方式]
首先，参照图1～图5对本发明的第一实施方式的冷却系统进行说明。
[结构]
首先，对本实施方式所涉及的冷却系统的结构进行说明。
如图1所示，本实施方式所涉及的冷却系统10具备空调用制冷循环装置100、及对车辆用旋转电机1进行冷却的旋转电机冷却机构200。
空调用制冷循环装置100具备：压缩机110，其对制冷剂R进行压缩；散热器120，使被压缩的制冷剂R冷凝；第一膨胀阀130，使制冷剂R膨胀；以及第一蒸发器140，使通过第一膨胀阀130膨胀的制冷剂R蒸发。需要说明的是，在散热器120的紧下游设置有将来自散热器120的制冷剂R气液分离的容器150，液化制冷剂LR从容器150供给到第一膨胀阀130。另外，第一膨胀阀130具备感知第一蒸发器140的制冷剂出口侧的制冷剂温度的感热筒131，根据感热筒131所感知的温度而自动调节开度。
空调用制冷循环装置100具有分支流路160，所述分支流路160将设置于散热器120与第一膨胀阀130之间的上游侧流路151和设置于第一蒸发器140与压缩机110之间的下游侧流路152进行连接。
旋转电机冷却机构200设置于分支流路160。旋转电机冷却机构200从上游侧依次具有第二膨胀阀210和第二蒸发器220，在车辆用旋转电机1上配置有第二蒸发器220。即，作为与车辆用旋转电机1进行热交换的热交换部的第二蒸发器220配置于第二膨胀阀210的下游侧。第二膨胀阀210使制冷剂R膨胀。第二蒸发器220利用车辆用旋转电机1的热量来使通过第二膨胀阀210而被膨胀的制冷剂R蒸发。车辆用旋转电机1通过其气化热量而被冷却。需要说明的是，液化制冷剂LR从容器150供给到第二膨胀阀210。第二膨胀阀210具备感知第二蒸发器220的制冷剂出口侧的制冷剂温度的感热筒211，根据感热筒211所感知的温度而自动调节开度。
在上游侧流路151和分支流路160的分支部151a与第一膨胀阀130之间设置有能够遮断制冷剂R的流动的第一开闭阀171。在分支部151a与第二膨胀阀210之间设置有能够遮断制冷剂R流动的第二开闭阀172。在第二蒸发器220与下游侧流路152和分支流路160的合流部152a之间设置有能够遮断制冷剂R流动的第三开闭阀173。在第一蒸发器140与合流部152a之间设置有能够遮断制冷剂R流动的第四开闭阀174。第一～第四开闭阀171～174分别通过螺线管181～184而被开闭。螺线管181～184通过未图示的控制装置来控制。通过对第一～第四开闭阀171～174的开闭进行控制，能够使制冷剂R选择性地流到空调用制冷循环装置100的第一蒸发器140及旋转电机冷却机构200的第二蒸发器220。
如图2及图3所示，车辆用旋转电机1具备转子3、及缠绕有线圈5的定子7。第二蒸发器220配置成与从定子7的一端侧突出的线圈端部9相对向。第二蒸发器220由圆弧状的两个蒸发器221、222构成。蒸发器221、222这两者在第二开闭阀172与第三开闭阀173之间被并联连接，且配置成从外周侧围绕线圈端部9，并且通过紧固连结构件230施力于线圈端部9，以从上下两侧夹住线圈端部9。蒸发器221、222可以与线圈端部9直接接触，还可以夹住导热率较高的构件而间接接触。
这样，第二蒸发器220配置成与线圈端部9相对向，由此通过在第二蒸发器220内流动的制冷剂R抑制线圈5的发热，从而能够有效地对车辆用旋转电机1进行冷却。即，如图4所示，与线圈端部9相对向而流动的第二蒸发器220内的液化制冷剂LR吸收来自线圈端部9的热量H，并成为气化制冷剂GR而带走，由此能够有效地对线圈端部9进行冷却。另外，圆弧状的两个蒸发器221、222被并联连接，因此能够降低蒸发器221、222的上游侧与下游侧的温度之差，且能够更有效地对线圈端部9进行冷却。另外，圆弧状的两个蒸发器221、222配置成从外周侧围绕线圈端部9，因此能够对整个线圈端部9进行冷却。另外，圆弧状的两个蒸发器221、222通过紧固连结构件230施力于线圈端部9，以夹住线圈端部9，因此使蒸发器221、222与线圈端部9直接接触或间接接触，从而能够有效地对线圈端部9进行冷却。
需要说明的是，在本实施方式中，第二蒸发器220配置成仅与从定子7的一端侧突出的线圈端部9相对向，但第二蒸发器220还可以配置成也与从定子7的另一端侧突出的线圈端部9相对向。另外，第二蒸发器220可以配置于线圈端部9的内周侧，还可以配置成在车辆用旋转电机1的轴方向上与线圈端部9相对向。
[动作]
接着，参照图5对如上述那样构成的冷却系统10的动作进行说明。包括以下一系列步骤S1～S10的控制是通过未图示的控制装置来进行的。
在步骤S1中，监视车辆用旋转电机1的线圈5的温度(以下，称为“线圈温度”)Tm是否达到规定温度(以下，称为“冷却开始温度”)Th。如果线圈温度Tm达到冷却开始温度Th(S1中为是)，则进入步骤S2。若线圈温度Tm未达到冷却开始温度Th(S1中为否)，则进入步骤S3。
在步骤S2中，将第二开闭阀172及第三开闭阀173设为打开状态，而进入步骤S4。通过第二开闭阀172及第三开闭阀173被打开，由此成为制冷剂R流入旋转电机冷却机构200的第二蒸发器220中的状态。
在步骤S3中，将第二开闭阀172及第三开闭阀173设为关闭状态，而进入步骤S4。通过第二开闭阀172及第三开闭阀173被关闭，由此成为制冷剂R未流入旋转电机冷却机构200的第二蒸发器220中的状态。
在步骤S4中，判断空调要求存在与否。若空调要求存在(S4中为是)，则进入步骤S5。若空调要求不存在(S4中为否)，则进入步骤S6。
在步骤S5中，将第一开闭阀171及第四开闭阀174设为打开状态，而进入步骤S7。通过第一开闭阀171及第四开闭阀174被打开，由此成为制冷剂R流入空调用制冷循环装置100的第一蒸发器140的状态。
在步骤S6中，将第一开闭阀171及第四开闭阀174设为关闭状态，而进入步骤S7。通过第一开闭阀171及第四开闭阀174被关闭，由此成为制冷剂R未流入空调用制冷循环装置100的第一蒸发器140的状态。
在步骤S7中，根据冷却系统10的运转状态确定必要的制冷剂流量。即，在使空调用制冷循环装置100及旋转电机冷却机构200同时工作的运转状态(S1：是、S4：是)中，确定空调用制冷循环装置100及旋转电机冷却机构200的运转所必要的制冷剂流量。另外，在仅使空调用制冷循环装置100工作的运转状态(S1：否，S4：是)中，确定空调用制冷循环装置100的运转所必要的制冷剂流量。另外，在仅使旋转电机冷却机构200工作的运转状态(S1：是，S4：否)中，确定旋转电机冷却机构200的运转所必要的制冷剂流量。之后，进入步骤S8，驱动压缩机110。通过压缩机110被驱动而制冷剂R在与运转状态对应的流路中循环，由此可选择性地进行基于空调用制冷循环装置100的空调及基于旋转电机冷却机构200的车辆用旋转电机1的冷却。
这样，根据本实施方式，若车辆用旋转电机1的线圈温度Tm达到冷却开始温度Th，则通过旋转电机冷却机构200对车辆用旋转电机1进行冷却。旋转电机冷却机构200配置于从空调用制冷循环装置100分支的分支流路160，因此能够利用空调用制冷循环装置100对车辆用旋转电机1实施冷却。另外，对车辆用旋转电机1进行冷却的第二蒸发器220设置于第二膨胀阀210的下游侧，因此能够有效地对车辆用旋转电机1进行冷却。
[第二实施方式]
接着，对本发明的冷却系统的第二实施方式进行说明。如图6所示，在第二实施方式中，第二蒸发器220由圆弧状的三个蒸发器241～243构成。它们三个蒸发器241～243在第二开闭阀172与第三开闭阀173之间被并联连接，且配置成从外周侧围绕线圈端部9，并且通过紧固连结构件230施力于线圈端部9，以从三个方向夹住线圈端部9。其他结构与第一实施方式相同。根据该实施方式，能够使线圈端部9的温度分布更均匀和有效地进行冷却。
[第三实施方式]
接着，对本发明的冷却系统的第三实施方式进行说明。如图7所示，在第三实施方式中，使制冷剂R流过构成第二蒸发器220的两个蒸发器221、222，使得其流动方向彼此相反。其他结构与第一实施方式相同。根据该实施方式，在制冷剂R的上游侧与下游侧之间产生的温度梯度被抵消，因此能够使线圈端部9的温度分布更均匀和有效地进行冷却。
需要说明的是，前述实施方式能够适当进行变形、改良等。例如，在第一实施方式中，在判断线圈温度Tm是否达到冷却开始温度Th的处理(S1)、以及将第二开闭阀172及第三开闭阀173设为打开状态或关闭状态的处理(S2、S3)之后，进行判断空调要求存在与否的处理(S4)、以及将第一开闭阀171及第四开闭阀174设为打开状态或关闭状态的处理(S5、S6)，但还可以将前者的处理(S1、S2、S3)与后者的处理(S4、S5、S6)的顺序颠倒。
在上述实施方式中，能够通过第一～第四开闭阀171～174将空调用制冷循环装置100与旋转电机冷却机构200独立地控制，但在使空调用制冷循环装置100与旋转电机冷却机构200始终联动时，能够从图1所示的冷却系统10省略第一开闭阀171、第一膨胀阀130、第一蒸发器140、第四开闭阀174及设置它们的流路。在该情况下，第二蒸发器220发挥车辆用旋转电机1的热交换部的功能，并且发挥空调用制冷循环装置100的热交换部的功能。
在本说明书中至少记载了以下事项。需要说明的是，尽管在括号内示出了上述实施方式中的相应构成要件等，但并不限定于此。
(1)一种车辆用旋转电机的冷却系统(冷却系统10)，其具备：
空调用制冷循环装置(空调用制冷循环装置100)，其具备对制冷剂(制冷剂R)进行压缩的压缩机(压缩机110)、使被压缩的制冷剂冷凝的散热器(散热器120)、使被冷凝的制冷剂膨胀的第一膨胀阀(第一膨胀阀130)、及使被膨胀的制冷剂蒸发的第一蒸发器(第一蒸发器140)；以及
旋转电机冷却机构(旋转电机冷却机构200)，其对车辆用旋转电机(车辆用旋转电机1)进行冷却，其中，
该空调用制冷循环装置具有分支流路(分支流路160)，所述分支流路(分支流路160)将设置于所述散热器与所述第一膨胀阀之间的上游侧流路(上游侧流路151)和设置于所述第一蒸发器与所述压缩机之间的下游侧流路(下游侧流路152)进行连接，
所述旋转电机冷却机构从上游侧依次具有第二膨胀阀(第二膨胀阀210)和第二蒸发器(第二蒸发器220)，
所述旋转电机冷却机构设置于所述分支流路，
在所述车辆用旋转电机上配置有所述第二蒸发器。
根据(1)，旋转电机冷却机构配置于从空调用制冷循环装置分支的分支流路，因此能够利用空调用制冷循环装置对车辆用旋转电机进行冷却。另外，对车辆用旋转电机进行冷却的第二蒸发器设置于第二膨胀阀的下游侧，因此能够利用低压侧气化制冷剂有效地对车辆用旋转电机进行冷却。
(2)根据1所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
在所述上游侧流路和所述分支流路的分支部与所述第一膨胀阀之间设置有能够遮断制冷剂流动的第一开闭阀(第一开闭阀171)，
在所述分支部与所述第二膨胀阀之间设置有能够遮断制冷剂流动的第二开闭阀(第二开闭阀172)，
在所述第二蒸发器与所述下游侧流路和所述分支流路的合流部之间设置有能够遮断制冷剂流动的第三开闭阀(第三开闭阀173)，
在所述第一蒸发器与所述合流部之间设置有能够遮断制冷剂流动的第四开闭阀(第四开闭阀174)。
根据(2)，根据需要对第一～第四开闭阀进行控制，由此能够使制冷剂选择性地流过空调用的第一蒸发器与旋转电机冷却机构的第二蒸发器，且能够有效地对车辆用旋转电机进行冷却。
(3)根据(1)所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述车辆用旋转电机具备转子(转子3)、及缠绕有线圈(线圈5)的定子(定子7)，
所述第二蒸发器配置成与从所述定子的一端侧突出的线圈端部(线圈端部9)相对向。
根据(3)，第二蒸发器配置成与线圈端部相对向，因此能够抑制线圈的发热。
(4)根据(3)所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述第二蒸发器由至少两个圆弧状的蒸发器(221、222)构成，
所述至少两个圆弧状的蒸发器被并联连接。
根据(4)，至少两个圆弧状的蒸发器被并联连接，因此能够降低蒸发器的上游侧与下游侧的温度之差，且能够更有效地对线圈端部进行冷却。
(5)根据(3)或(4)所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述第二蒸发器由两个圆弧状的蒸发器构成，
所述两个圆弧状的蒸发器配置成从外周侧围绕所述线圈端部。
根据(5)，两个圆弧状的蒸发器配置成从外周侧围绕线圈端部，因此能够对整个线圈端部进行冷却。
(6)根据(5)所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述两个圆弧状的蒸发器通过紧固连结构件(紧固连结构件230)施力于所述线圈端部，以夹住所述线圈端部。
根据(6)，两个圆弧状的蒸发器通过紧固连结构件施力于线圈端部，以夹住所述线圈端部，因此通过使蒸发器与线圈端部直接接触或间接接触，能够更有效地对线圈端部进行冷却。
(7)一种车辆用旋转电机的冷却系统(冷却系统10)，其具备：
压缩机(压缩机110)，其对制冷剂进行压缩；
散热器(散热器120)，其使被压缩的制冷剂冷凝；
膨胀阀(第二膨胀阀210)，其使被冷凝的制冷剂膨胀；以及
蒸发器(第二蒸发器220)，其使被膨胀的制冷剂蒸发，
在比所述膨胀阀靠下游侧设置有与所述车辆用旋转电机进行热交换的热交换部(第二蒸发器220)。
根据(7)，与车辆用旋转电机进行热交换的热交换部设置于膨胀阀的下游侧，因此能够使用低压侧液化制冷剂或低压侧气化制冷剂有效地对车辆用旋转电机进行冷却。
(8)根据(7)所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述热交换部是所述蒸发器。
根据(8)，通过将热交换部设为蒸发器，能够最有效地对车辆用旋转电机进行冷却。

Claims (8)

1.一种车辆用旋转电机的冷却系统，其具备：
空调用制冷循环装置，其具备对制冷剂进行压缩的压缩机、使被压缩的制冷剂冷凝的散热器、使被冷凝的制冷剂膨胀的第一膨胀阀、及使被膨胀的制冷剂蒸发的第一蒸发器；以及
旋转电机冷却机构，其对车辆用旋转电机进行冷却，其中，
该空调用制冷循环装置具有分支流路，所述分支流路将设置于所述散热器与所述第一膨胀阀之间的上游侧流路和设置于所述第一蒸发器与所述压缩机之间的下游侧流路进行连接，
所述旋转电机冷却机构从上游侧依次具有第二膨胀阀和第二蒸发器，
所述旋转电机冷却机构设置于所述分支流路，
在所述车辆用旋转电机上配置有所述第二蒸发器。
2.根据权利要求1所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
在所述上游侧流路和所述分支流路的分支部与所述第一膨胀阀之间设置有能够遮断制冷剂流动的第一开闭阀，
在所述分支部与所述第二膨胀阀之间设置有能够遮断制冷剂流动的第二开闭阀，
在所述第二蒸发器与所述下游侧流路和所述分支流路的合流部之间设置有能够遮断制冷剂流动的第三开闭阀，
在所述第一蒸发器与所述合流部之间设置有能够遮断制冷剂流动的第四开闭阀。
3.根据权利要求1所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述车辆用旋转电机具备转子、及缠绕有线圈的定子，
所述第二蒸发器配置成与从所述定子的一端侧突出的线圈端部相对向。
4.根据权利要求3所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述第二蒸发器由至少两个圆弧状的蒸发器构成，
所述至少两个圆弧状的蒸发器被并联连接。
5.根据权利要求3或4所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述第二蒸发器由两个圆弧状的蒸发器构成，
所述两个圆弧状的蒸发器配置成从外周侧围绕所述线圈端部。
6.根据权利要求5所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述两个圆弧状的蒸发器通过紧固连结构件施力于所述线圈端部，以夹住所述线圈端部。
7.一种车辆用旋转电机的冷却系统，其具备：
压缩机，其对制冷剂进行压缩；
散热器，其使被压缩的制冷剂冷凝；
膨胀阀，其使被冷凝的制冷剂膨胀；以及
蒸发器，其使被膨胀的制冷剂蒸发，
在比所述膨胀阀靠下游侧设置有与所述车辆用旋转电机进行热交换的热交换部。
8.根据权利要求7所述的车辆用旋转电机的冷却系统，其中，
所述热交换部是所述蒸发器。
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