DE4333613A1 - Kühlsystem eines elektrischen Kraftfahrzeugs und eines dafür benutzten Elektromotors - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem eines elektrischen Fahrzeuges und insbesondere auf ein Kühlsystem für ein elektrisches Fahrzeug, das geeignet ist, wärmeerzeugende Abschnitte durch Rezirkulie­ ren eines flüssigen Kühlmittels zu kühlen.

Im allgemeinen sind viele Kühl- und Heizeinrichtungen von elektrischen Fahrzeugen vom Luftkühl-Typ, wie in JP A 47-31317 (1972) offenbart. Bis jetzt sind zum Kühlen von Abschnitten eines Elektromotors eine Vielzahl von Verfahren bekannt, von denen eines, wie in JP A 48-60207 (1973) offenbart, eine Leitung für den Kühlmittelfluß anwendet, die auf einem äußeren Umfang des Stators bereitgestellt ist, ein anderes Ver­ fahren, wie in JU A 1-131256 (1989), wendet einen spiralförmigen Strömungsdurchgang an, der in einem Rahmen auf dem äußeren Umfang des Stators bereitgestellt ist.

Elektromotoren tendieren zu großer Ausgabe und großem Ausmaß wegen der Erfordernisse, die Laufeffizienz von Kraftfahrzeugen zu erhöhen und eine Wärmemenge, die in den Elektromotoren und Steuervorrichtungen erzeugt wird, wächst merkbar an gemäß der Ausdehnung ihrer Benut­ zungsumgebungen.

Die Leistungsquelle eines elektrischen Kraftfahrzeuges ist hauptsächlich eine Batterie und die Entwicklung der Batterie wird seit kurzem aktiver. Insbesondere wird es notwendig, die Wärme der Batterie zurückzuhalten, da die Batteriecharakteristiken schnell bei niedriger Temperatur abfallen.

Weiterhin ist es bekannt die Leistung der Batterie zum Erwärmen eines Widerstandsdraht-Heizgerätes zum Innenraumerwärmen im Winter zu nutzen, da das elektrische Kraftfahrzeug ein geringeres Heizvermögen als ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine hat.

Bei den oben genannten konventionellen Techniken kann nicht erwartet werden, ein stabiles Kühlen und Erwärmen zu erhalten, da die Elek­ tromotoren und die Steuervorrichtungen vom Luftkühl-Typ sind und leicht durch die Außenlufttemperatur beeinflußt werden.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Kühlsystem eines elektrischen Kraft­ fahrzeuges bereitzustellen, das in der Lage ist, unabhängig von den Jah­ reszeiten beständig zu kühlen. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Kühlsystem eines elektrischen Kraftfahrzeuges bereitzustellen, das in der Lage ist, das Heizen des Kraftfahrzeuginnenraumes durch effektive Verwendung der in einem Elektromotor und einer Steuervorrichtung erzeugten Wärme zu unterstützen, und ein Abnehmen der Batteriecharak­ teristiken durch Zurückhalten der Wärme der Batterie zu unterdrücken.

Ein weiteres anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Aufbau bereitzu­ stellen, der in der Lage ist, effektiv einen Elektromotor oder eine Steu­ ervorrichtung zu kühlen.

Eines der Ziele der Erfindung wird durchgeführt durch Verwenden einer nicht gefrierenden Lösung als ein Kühlmittel und durch erzwungenes Rezirkulieren der nicht gefrierenden Lösung um eine Wärmequelle durch eine Leitung.

Ein anderes der Ziele der Erfindung wird durchgeführt durch Rezirkulie­ ren der Wärme, die in einem Elektromotor und einer Steuervorrichtung erzeugt wird, durch eine Batterie und Bereitstellen eines das Heizgerät erwärmenden Durchganges, der mit einem kühlenden Durchgang für den Elektromotor und die Steuervorrichtung durch eine Ventileinrichtung schaltbar ist.

Weiter wird ein anderes der Ziele der Erfindung ausgeführt durch Bereitstellen einer Kühlleitung benachbart zu einem Wärmeerzeugungs­ abschnitt eines Elektromotors oder einer Steuervorrichtung.

Nicht gefrierende Lösung als ein Kühlmittel, die in einer Kühlleitung fließt, fließt auf Umfängen einer Steuervorrichtung und eines Elektromo­ tors und tauscht die Wärme mit der Wärme aus, die in der Steuervor­ richtung und dem Elektromotor erzeugt wird, um sie zu kühlen. Die erwärmte, nicht gefrierende Lösung wird durch einen Kühler zwangs­ gekühlt und durch eine Pumpe rezirkuliert, um wieder zum Kühlen eingespeist zu werden.

Ein Gebläsemotor arbeitet, um den Kühler zu kühlen und er arbeitet zusammen mit einer elektrischen Pumpe, um effektiv zu kühlen, wenn die Außenlufttemperatur hoch ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen­ den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das ein Kühlsystem einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, das ein Kühlsystem einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Kühlflußdurchgang der Ausfüh­ rungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, zeigt;

Fig. 4 einen Graph, der die Temperaturbedingung eines Sensors T1 an einem Einlaß einer Steuervorrichtung zeigt, wobei der Sensor in der vorliegenden Erfindung benutzt wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Steuerung in der Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 6 eine Draufsicht der Steuervorrichtung;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Steuervorrichtung in Fig. 6;

Fig. 8 eine Bodenansicht der Steuervorrichtung in Fig. 6;

Fig. 9 eine Schnittansicht, die eine Anordnung der Kühlplatte in der Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 10a eine Draufsicht einer Steuervorrichtung, die eine Anordnung einer Kühlleitung der Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 10b eine Schnittansicht der Kühlleitung, genommen längs einer Linie 10b-10b der Fig. 10a;

Fig. 11a eine Draufsicht einer Steuervorrichtung, die eine Anordnung einer Kühlleitung einer anderen Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt;

Fig. 11b eine Schnittansicht der Kühlleitung, genommen längs einer Linie 11b-11b in Fig. 11a;

Fig. 11c eine Schnittansicht der Kühlleitung, genommen längs einer Linie 11c-11c in Fig. 11a;

Fig. 11d eine Bodenansicht der Steuervorrichtung in Fig. 11a;

Fig. 12 eine Ansicht, die eine Anordnung einer Kühlleitung einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 13 eine Ansicht der rechten Seite von Fig. 12;

Fig. 14 eine Schnittansicht, genommen längs einer Linie 14-14 von Fig. 12;

Fig. 15 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles der Fig. 12;

Fig. 16 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles von Fig. 12, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 17 eine Seitenansicht eines Elektromotors, der in der vorliegen­ den Erfindung verwendet wird;

Fig. 18 eine Schnittansicht des Elektromotors in Fig. 17;

Fig. 19a eine Seitenansicht eines Statorabschnittes des Elektromotors in Fig. 17;

Fig. 19b eine vergrößerte Ansicht eines Teiles des Statorabschnittes in Fig. 19a, angezeigt durch P;

Fig. 20 eine Seitenansicht einer Komponente des Stators in Fig. 17;

Fig. 21a eine Vorderansicht einer Komponente eines Stators, wie in Fig. 17 gezeigt, der eine andere Ausführungsform der Erfin­ dung ist; und

Fig. 21b eine Seitenansicht von Fig. 21a.

Eine Ausführungsform wird hiernach mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt ein Kühlsystem einer Steuervorrichtung und einen Elektromo­ tor für elektrische Kraftfahrzeuge. Das Kühlsystem weist eine Kühllei­ tung 5 auf, die zum Kühlen einer Steuervorrichtung 1, die die Ausgabe eines Elektromotors steuert, und der Antriebsräder des Elektromotors 2 angeordnet ist, einen Kühler 3 zum Kühlen eines Kühlmittels und eine elektrische Pumpe 4.

In der Kühlleitung 5 ist ein Kühlmittel aus einer nicht gefrierenden Lösung eingeschlossen. Auf der Seite des Kühlers 3 ist ein Kühlergeblä­ semotor 6 bereitgestellt, um das Kühlmittel zwangszukühlen.

In der obigen Konstruktion ist eine Wärmemenge, die in der Steuervor­ richtung 1 erzeugt wird, fast gleich einer Wärmemenge, die in dem Elektromotor 2 erzeugt wird, aber eine Temperatur der Wärme, die in den elektronischen Teilen, die die Steuervorrichtung 1 bilden, wie z. B. Transistoren, Kondensatoren usw., erzeugt wird, ist 150°C oder höher, was sehr hoch ist und die thermische Bedingung ist sehr schwer für elektronische Teile, die niedrig im Wärmewiderstand sind. Daher, um das System zu kühlen, sind die Steuervorrichtung 1 und der Elektromotor 2 so angeordnet, daß die Steuervorrichtung 1 zuerst gekühlt wird und dann wird der Elektromotor 2, der größer im Wärmewiderstand ist, gekühlt, um dadurch ein effektives Kühlen unter guten wärmeausgegliche­ nen Bedingungen bereitzustellen.

Ein maxmales Kühlen ist im Sommer erforderlich und zu der Zeit, wenn die Außenlufttemperatur hoch ist, d. h. gewöhnlicherweise zu der Zeit, wenn die Außenlufttemperatur 40°C oder höher ist gemäß einer Umwelttestspezifikation eines Kraftfahrzeugherstellers. Zu solch einem Zeitpunkt ist es notwendig die Kapazität des Kühlers 3, eine Durch­ flußrate des Kühlergebläsemotors 6 und eine Zirkulationsflußrate der elektrischen Pumpe 4 so festzulegen, daß das Kühlen ausreichend ist, wenn der Elektromotor 2 auf voller Leistung ist. Es gibt jedoch Fälle, wo die Außenlufttemperatur auf ungefähr Raumtemperatur absinkt, und wo die Steuervorrichtung 1 und der Elektromotor 2 unnötig so stark gekühlt werden. Eine geeignete Ausführungsform für solche Fälle wird mit Bezug auf Fig. 2 erklärt.

In Fig. 2 ist, obwohl ein prinzipieller Kühlkreislauf der gleiche wie in Fig. 1 ist, ein Gehäuse 7 einer Batterie parallel mit dazwischenliegenden Verbindungsabschnitten a und b der Kühlleitung 5 zwischen dem Elek­ tromotor 2 und dem Kühler 3 verbunden, und ein Heizgerät 8 und ein Ventil V3 sind zwischen dem dazwischenliegenden verbindenden Abschnitt b und der Pumpe 4 bereitgestellt, so daß das Kühlmittel dadurch über das Ventil V3 fließen kann. Eine Leitung 5a mit einem Ventil V1 ist zwischen dem dazwischenliegenden verbindenden Abschnitt a und der Pumpe 4 verbunden. Ein Ventil V2 ist zwischen den dazwischenlie­ genden verbindenden Abschnitten a und b bereitgestellt.

Funktionen des Kühlsystemes in Fig. 2 werden mit Bezug auf die folgen­ de Tabelle erklärt werden:

Tabelle 1

In der obigen Tabelle 1 stellen die Symbole C, Mo, B, P und R jeweils die Steuervorrichtung 1, den Elektromotor 2, das Batteriegehäuse 7, die Pumpe 4 und den Kühler 3 dar.

Was den Kühlmittelweg oder den Wasserweg betrifft, der gemäß einem Wechsel in der Außenlufttemperatur genommen wird, wird im Falle (1), wenn die Außenlufttemperatur hoch im Sommer ist, das heißt 40°C oder höher, ein Kühlmittelweg C-Mo-R-P genommen, bei dem es unnötig ist die Wärme der Batterie zurückzuhalten und das Ventil V2 ist geöffnet, so daß die Steuervorrichtung 1 und der Elektromotor 2 durch das Kühl­ mittel gekühlt werden, das vollständig durch den Kühler 3 gekühlt wor­ den ist. In diesem Falle ist die Kühlleitung 5 mit einem Kühlweg 71 des Batteriegehäuses 7 verbunden, um einen Rezirkulationsweg zu bilden, jedoch fließt das Kühlmittel, da der Kühlweg 71 einen hohen Durch­ gangswiderstand hat, in einem kurzen Kreislauf durch das Ventil 2 und die Ventile V1 und V3 sind geschlossen. Im Falle (2) wird Zwangs­ kühlen durchgeführt gemäß den Umgebungen, auch wenn die Außen­ lufttemperatur relativ kühl ist, d. h. niedriger als gewöhnliche Temperatur ist, wobei die Ventilöffnungs- und Schließbedingungen die gleichen wie im Falle (1) sind. Ein Wert eines Wassertemperatursensors T1, der an einem Einlaß der Steuervorrichtung 1 angeordnet ist, wird erfaßt und das Ventil V2 wird geschlossen und der Kühlergebläsemotor 6 ausgeschaltet bei dem Wert von 45°C oder ähnlich, d. h. in einem Temperaturbereich, in dem der Wärmewiderstand der elektronischen Teile gesichert werden kann, weil das Zwangskühlen unnötig bei solch einem Temperaturbereich ist.

Im Falle (3) senkt sich die Außenlufttemperatur weiter auf ungefähr 5°C im Winter ab, das Ventil V1 ist geöffnet und das Kühlmittel schließt den Kühler 3 kurz und wird zu der Pumpe 4 zurückgeführt. Zu dieser Zeit ist grundsätzlich der Kühlergebläsemotor 6 ausgeschaltet. Wenn der Einlaßwassertemperatursensor T1 jedoch 65°C oder höher erreicht, wird das Ventil V1 geschlossen und das Kühlmittel durch den Kühler 3 rezirkuliert. Zu dieser Zeit ist der Gebläsemotor 6 angeschaltet. Im Falle (4) senkt sich die Außenlufttemperatur weiter ab, das Ventil V2 ist geschlossen und das Ventil V3 ist geöffnet, wobei das heiße Kühlmittel in das Heizgerät 8 fließengelassen und zu der Pumpe 4 rezirkuliert wird. In diesem Falle, auch wenn der Einlaßwassertemperatursensor T1 65°C oder höher erreicht, wird das Ventil V2 geöffnet und ein Teil des Kühlmittels durch den Kühler 3 rezirkuliert, wobei die Temperatur des Kühlmittels abgesenkt wird und das gekühlte Kühlmittel wird zu der Pumpe 4 rezirkuliert. Zu diesem Zeitpunkt, auch wenn T1 < 65°C, ist der Kühlergebläsemotor 6 angeschaltet, wie in Fig. 5 gezeigt.

Im Falle (5) senkt sich die Außenlufttemperatur weiter ab, das Ventil V1 ist geöffnet, das Ventil V2 ist geschlossen und das Ventil V3 ist geöffnet, wobei das heiße Kühlmittel von dem Motor 2 durch den Kühlweg 71 des Batteriegehäuses 7 rezirkuliert wird, und wenn die Kühl­ mitteltemperatur zu einer vorbestimmten Temperatur ansteigt, wird das Ventil V1 geschlossen, um dadurch das Kühlmittel durch den Kühler 3 zu rezirkulieren. Durch Wiederholen dieser Operation kann Kühlen und Erhitzen effektiv unter einer energiesparenden Bedingung durchgeführt werden. Die Reihenfolge der oben genannten Muster (3), (4), (5) zu der Außenlufttemperatur ändert sich gemäß der Kapazität der Batterie und des Heizgerätes.

Fig. 3 zeigt eine diagrammförmige Veranschaulichung der obigen Tabelle, in der (1) bis (5) die oben genannten Kühlmittelwege oder Kühlmittel­ flußmuster darstellen genauso wie der Außenlufttemperaturbedingungen.

Fig. 4 zeigt Bedingungen einer Ein-Aus-Steuerung des Kühlergebläsemo­ tors 6, der Flußsteuerung bzw. Strömungssteuerung der Pumpe 4 und des Wassertemperatursensorwertes T1 des Steuervorrichtungseinlasses bezüglich einer Änderung der Außenlufttemperatur (Ta), bei der die Rezirkula­ tionsdurchflußrate Gm maximal 30 l/min ist, z. B., und die Durchflußrate auf 5 l/min oder so reduziert ist, wenn die Außenlufttemperatur niedri­ ger ist. Fig. 5 zeigt einen Steuerfluß des Kühlsystemes, in dem ver­ schiedene Werte als ein Beispiel gezeigt sind und die Werte sich ein wenig ändern gemäß der Größe des Kühlsystemes. In Fig. 5 stellt M den Kühlergebläsemotor 6 dar, Schalter einen Startschalter, P die elek­ trische Pumpe 4 und Gw eine Durchflußrate des Kühlmittels, das durch die Pumpe 4 fließt.

In Schritt 501 wird überprüft, ob ein Startschalter an ist oder nicht. Wenn der Startschalter aus ist wird ein Zeitgeber in Schritt 506 gelöscht und der Kühlergebläsemotor 6 und die Pumpe 5 in Schritt 507 ausge­ schaltet, so daß die Kühlmitteldurchflußrate Gw 0 l/min ist. In Schritt 501, wenn der Startschalter ein ist, zählt der Zeitgeber in Schritt 502 hoch. In Schritt 503, wenn ein Wert Ta des Außenlufttemperatursensors (Ta) gleich oder höher als eine vorbestimmte Wassertemperatur ist, z. B. 20°C oder so, wird die Pumpe 4 angeschaltet, um das Kühlmittel zu einer vorbestimmten maxmalen Durchflußrate Gm, 30 l/min in Schritt 504, zu rezirkulieren. Zu der gleichen Zeit wird der Kühlergebläsemotor 6 angeschaltet, um den Wert (T1) des Wassertemperatursensors in Schritt 505 zu erniedrigen. (Das Durchflußmuster (1) in der Tabelle.)

Wenn ein Außenlufttemperatursensorwert Ta niedriger als der vorbe­ stimmte Wert 20°C (Schritt 503) und gleich oder höher als ein vorbe­ stimmter Wert ist, z. B. 5°C in Schritt 508, wird die Pumpe 5 angeschal­ tet, um das Kühlmittel bei der maximalen Durchflußrate von 30 l/min (Schritt 509) zu rezirkulieren, wenn der Wassertemperatursensorwert (T1) gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur, z. B. 45°C, ist wird der Kühlergebläsemotor 6 angeschaltet, um den Wassertemperatursensor­ wert (T1) in den Schritten 510, 511 abzusenken. Danach, wenn der Wassertemperatursensorwert (T1) niedriger als der vorbestimmte Wert von 45°C wird, wird der Kühlergebläsemotor 6 ausgeschaltet, um den Leistungsverbrauch in den Schritten 510, 512 zu reduzieren. (Das Durch­ flußmuster (2)).

Weiter, wenn der Außenlufttemperatursensorwert Ta niedriger als eine vorbestimmte Außenlufttemperatur von 5°C in Schritt 508 ist, wird die Pumpe 4 eingeschaltet, um das Kühlmittel bei einer vorbestimmten mini­ malen Durchflußrate von 5 l/min zu rezirkulieren in Schritt 513, und in Schritt 514, wenn der Wassertemperatursensorwert (T1) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert von 65°C wird, wird der Kühlergebläsemotor 6 angeschaltet, um die Wassertemperatur in Schritt 515 abzusenken. Danach, wenn der Wassertemperatursensorwert T1 niedriger wird als der vorbestimmte Wert von 65°C in Schritt 514, wird der Kühlergebläsemotor 6 ausgeschaltet, um den Wassertemperatursensorwert anzuheben, wobei das Kühlmittel mit der höheren Temperatur für den anderen Kreislauf verwendet wird, um dadurch eine Wärmeausnutzung zu bewirken (Muster (3), (4), (5)).

In den Fällen irgendeines obigen Durchflußmusters haben die vorbe­ stimmten Werte ein gewisses Differential, um Nachlaufen bei Ein-/Aus- Schaltoperationen zu reduzieren. Zum Beispiel ist das Differential so, daß im Falle, wenn von dem Kühlergebläsemotor 6 gewünscht wird eine Ein-/Aus-Operation durchzuführen, wenn die Wassertemperatur 45°C wird, der Gebläsemotor 6 eingeschaltet wird, wenn die Wassertemperatur ansteigt und die Temperatur von 45°C erreicht, und der Gebläsemotor 6 wird ausgeschaltet, wenn die Wassertemperatur auf die Wassertemperatur von 43°C abgesenkt wird, z. B., und in diesem Falle ist die Temperatur­ differenz von 45°C - 43°C = 2°C differentiell. Dies ist das gleiche wie im Falle der Kühlmittelrezirkulation. Wie in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist das Kühlsystem vom Flüssigkeit- oder Wasser­ kühltyp insgesamt ausgezeichnet, verglichen mit einem Kühlsystem vom Luftkühltyp, darin, daß ein Raum zur Installation klein ist (um 5%), das Gewicht reduziert ist (um 10%), seine Wartung besser ist (es gibt kein Verstopfen des Filters wie bei dem Luftkühltyp), die Abwärmeausnutzung ist größer, der Entwurf ist besser, usw.

Außerdem gibt es einen großen Effekt von Abgasausnutzung zum Ener­ giesparen des Kühlergebläsemotors 6 und des Elektromotors 2, zum Unterstützen des Erwärmens des Heizgerätes 8 und zum Verbessern der Batteriewirkung.

Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine Bedingung, daß eine Vielzahl von IGBT 10 (Isolierschicht-Bipolar-Transistor), die eine Hauptkomponente der Steuer­ vorrichtung 1 sind, auf jeder einer IGBT-Montierplatte 11 (U-Phase), einer IGBT-Montierplatte 12 (V-Phase), und einer IGBT-Montierplatte 13 (W-Phase) durch Befestigungsschrauben 14 montiert sind. Eine Kühl­ platte 15 ist durch Verbindungsschrauben 16 auf den IGBT-Montier­ platten 11, 12, 13 montiert, auf denen die IGBT 10 montiert sind auf eine Weise, daß die IGBT-Montierplatten 11, 12 und 13 jede in engem Kontakt mit der Kühlplatte 15 sind. Die Kühlplatte 15 hat eine Kühl­ leitung 17 mit sich verbunden zum Kühlen der Kühlplatte 15. Die gekühlte Kühlplatte 15 kühlt die IGBT 10.

Fig. 9 zeigt die Bedingung, wenn die IGBT-Montierplatte 11, 12, 13 auf der Kühlplatte 15 montiert ist, in der die IGBT-Montierplatte 11, 12, 13 an der Kühlplatte 15 durch Verbindungsschrauben 16 befestigt ist und die IGBT 10 sind auf die IGBT-Montierplatte 11, 12, 13 durch die Befestigungsschrauben 14 montiert. Die Kühlplatte 15 hat Löcher an Abschnitten, die den Befestigungsschrauben 14 entsprechen, um ein Überstehen der Befestigungsschrauben 14 in die Kühlplatte 15 zu erlau­ ben. Weiter ist ein Kühleffekt weiterhin verbessert durch direktes Befestigen der IGBT 10 an der Kühlplatte 15 durch die Befestigungs­ schrauben. Die Kühlleitung 17 ist so angeordnet, um die Verbindungs­ schrauben 16 nicht zu stören.

Die Fig. 10a und 10b zeigen eine Form und eine Anordnung der Kühl­ leitung 17, die mit der Kühlplatte 15 verbunden ist. Die Kühlleitung 17 hat eine elliptische Querschnittsform wie in Fig. 10b gezeigt. Die Kühlröhrenleitung 17 ist so mit der Kühlplatte 15 verbunden, daß eine lange Achse der Ellipse parallel mit der Kühlplatte 15 ist, wobei ein Kontaktbereich ausgedehnt ist. Die Kühlleitung mäandert ohne die Befestigungs- oder Verbindungsschrauben zu stören, um dadurch die Kühlleitung 17 lang zu machen und den Kontaktbereich mit der Kühllei­ tung 17 auszudehnen.

Die Fig. 11a bis 11d zeigen eine Anordnung von zwei Kühlleitungen 17a und 17b, die bereitgestellt sind, um Durchgangsverluste der Kühlleitung 17 zu reduzieren. Die zwei Kühlleitungen 17a, 17b sind parallel zuein­ ander und vollständig über die Kühlplatte 15 angeordnet, so daß die gesamte Oberfläche der Kühlplatte 15 mit den Kühlleitungen gekühlt wird. Die Kühlleitungen 17a und 17b sind mit Verteilern 18 an beiden Enden verbunden, wobei die Verteiler mit einer Einlaßleitung 19a bzw. einer Auslaßleitung 19b verbunden sind.

Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen eine Konstruktion zum weiteren Reduzie­ ren von Druckverlust und zum Vergrößern des Kontaktbereiches durch Verwendung einer Kühlröhre 19 (z. B. durch Extrusion geformt) mit Vielfachdurchgängen. Die Kühlröhre 19 ist mit Montierschraubenlöchern 20 versehen, die auf einem Einlaßkopfstück 21 und einem Auslaßkopf­ stück 22 an beiden Enden montiert sind. Eine Einlaßleitung 23 und eine Auslaßleitung 24 ist mit dem Einlaß bzw. dem Auslaßkopfstück 21, 22 verbunden. Bei dieser Konstruktion wächst ein Wärmeleitbereich zum Kühlen um ein Vierfaches an, der Druckverlust wird auf 1/5 reduziert, verglichen mit der Kühlleitung und ihre Wirkleistung ist stark verbessert mit einer demgemäß gebildeten Konstruktion. Außerdem ist die Festig­ keit der Kühlröhre selbst ziemlich stark und die Kühlröhre kann als eine Basis dienen, um darauf andere Komponenten zu montieren.

Wie in Fig. 14 gezeigt, hat die Kühlröhre 19 eine Vielzahl von Kühl­ mittelwegen 25, von denen jeder einen rechtwinkligen Querschnitt hat.

Fig. 15 zeigt eine Konstruktion, bei der Luftdichtheit und Druckwider­ stand durch Bereitstellen eines Abstandhalters 26 in einem Verbindungs­ abschnitt der Auslaßleitung 24 und des Auslaßkopfstückes 22 aufrecht gehalten werden kann.

Fig. 16 zeigt eine Konstruktion bei der die Auslaßleitung 24 ausgedehnt ist und mit dem Auslaßkopfstück 22 verbunden ist, ohne den Abstandhal­ ter 26 zu benutzen.

Fig. 17 bis 21b zeigen das Kühlen des Elektromotors.

In den Fig. 17 und 18 weist ein Induktionsmotor einen Stator oder einen Statorkern 31 auf, der elektrische Wechselstromleistung empfängt und ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt, einen Rotor 32, der durch das rotierende magnetische Feld rotiert wird, eine Welle 33, die den Rotor 32 trägt, Lager 34, die die Welle 33 tragen und einen Träger 35, der die Lager 34 trägt. Ein äußerer Ring 36, in dem Durchgänge für das Kühlmittel gebildet sind, ist auf dem äußeren Umfang des Stators 31 montiert.

Der äußere Ring 36 ist durch Abrunden von plattenähnlichem gezogenem Reduktionsmaterial gebildet, um auf die Größe des äußeren Umfangs des Stators 31 zu passen, um dadurch die Kühlmitteldurchgänge in ringförmi­ ger Form zu bilden.

Der äußere Ring ist auf den Stator 31 durch Preßpassen montiert, wobei der äußere Ring 36 fest mit dem Stator 31 kontaktiert sein kann und die Wärmeleitung und der Kühleffekt verbessert sind. Weiterhin ist es effektiv als Material für den äußeren Ring 36 ein weicheres Material wie z. B. Aluminium, Kupfer zu verwenden als eine elektromagnetischen Stahl­ platte, die für den Rotor verwendet wird. Dies hat den Effekt, das Einpassen des äußeren Ringes 36 an dem Stator 31 zu erhöhen, da sich der äußere Ring 36 deformiert wenn der äußere Ring 36 in den Stator 31 preßgepaßt wird. Außerdem kann die Einpassung weiter erhöht werden durch Bilden einer feinen Rändelung auf dem äußeren Umfang des Stators, wie in den Fig. 19a, 19b gezeigt, und Einschneiden des äußeren Umfangs des Stators 31 in den äußeren Ring 36, wenn der äußere Ring 36 durch Preßpassen eingefügt wird, wobei ein Kontaktbe­ reich vergrößert sein kann.

Wie in Fig. 20 gezeigt, kann durch Bereitstellen des äußeren Ringes 36 mit getrennten Seiten, die sich jeweils in einer axialen Richtung erstrecken, und durch Bereitstellen eines einstellbaren Mechanismus 36c zum Einstellen eines Spaltes oder einer Breite zwischen den getrennten Seiten, wie z. B. Bolzen oder Muttern, die Größe des Kontaktbereiches des äußeren Ringes 36 mit dem Stator 31 entworfen werden, um rauh zu sein, und die Einpassung oder der feste Sitz zwischen dem äußeren Ring 36 und dem Stator 31 kann durch eine einfache Konstruktion erhöht werden. 36a stellt einen Einlaß oder Auslaß dar.

Die Fig. 21a und 21b zeigen eine Ausführungsform des äußeren Ringes 36. Der äußere Ring 36 hat einen Einlaß 36a, einen Verteilerabschnitt 36d, der mit dem Einlaß 36a verbunden ist, eine Vielzahl von parallelen Durchgangsabschnitten 36h, die mit dem Verteilerabschnitt 36d verbunden sind, einen Kollektorabschnitt (nicht gezeigt, aber ähnlich in der Kon­ struktion wie der Verteilerabschnitt 36d) und einen Auslaß (nicht gezeigt, aber ähnlich in Konstruktion wie der Einlaß 36a). Das Kühlmittel von dem Einlaß 36a fließt in den Kollektorabschnitt 36d, um zu jedem parallelen Durchgangsabschnitt 36b verteilt zu werden, fließt in die parallelen Durchgangsabschnitte 36h, wird in einen Strom durch den Kollektorabschnitt gesammelt, und fließt dann in den Auslaß. Mit dieser Konstruktion wird der Durchgangswiderstand des Kühlmittels reduziert und ein Kontaktbereich zwischen dem Kühlmittel und dem Durchgang kann größer gemacht werden, so daß effektives Kühlen bewirkt werden kann.

Im Falle, daß es unnötig ist, den Durchgangswiderstand für das Kühl­ mittel so streng zu betrachten, wird erwogen, daß der Kühlmitteldurch­ gang direkt auf dem äußeren Umfang des Stators 31 in einer spiralförmi­ gen oder Zick-Zack-Weise gewunden ist. In diesem Falle hat der Kühl­ durchgang effektiverweise einen elliptischen oder rechtwinkligen Quer­ schnitt. Es gibt Spalte zwischen dem Stator und der Kühlleitung, die darauf montiert ist, so daß es notwendig ist, diese Spalten mit gut wärmeleitendem Harz zu füllen. Außerdem werden durch Bilden der Kühlleitung in einer spiralförmigen oder Zick-Zack-Weise im voraus und durch Herstellen des inneren Durchmessers der Kontaktoberfläche der Kühlleitung mit dem Stator 31 kleiner als der Durchmesser des äußeren Umfangs des Stators 31, der zusammengebaute Stator und die Kühllei­ tung hervorragend in ihrer Einpassung und der Kühlwirkung.

Die Erfindung ist mit den obigen Ausführungsformen erklärt, es ist möglich die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung zu modifizieren und diese Modifi­ kationen liegen innerhalb der vorliegenden Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlmittel einer nichtgefrierenden Lösung durch den elektrischen Motor und die Steuervorrichtung zwangs­ rezirkuliert, so daß das Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges erhalten werden kann, das in der Lage ist stetig zu kühlen unabhängig von den Jahreszei­ ten.

Außerdem gibt es Effekte des Unterstützens des Erwärmens des Kraft­ fahrzeuginnenraumes und des Unterdrückens der Reduktion der Batterie­ leistung aufgrund von Wärmeaufbewahrung durch effektives Ausnutzen der Wärme, die in dem Motor oder der Steuervorrichtung erzeugt wird.

Außerdem gibt es einen Effekt, daß der Elektromotor und die Steuervor­ richtung effektiv mit einer einfachen Konstruktion gekühlt werden kön­ nen.

Claims (18)

1. Kühlsystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Wärmequelle mit einem Kühlmittel aus einer nicht gefrierenden Lösung zwangsgekühlt wird, das durch eine Röhrenlei­ tung zwangsrezirkuliert wird.

2. Kühlsystem gemäß Anspruch 1, worin die nicht gefrierende Lösung eine Wärme kühlt, die von einem Elektromotor zum Erzeugen der Antriebskraft und einer Steuervorrichtung zum Steuern des Elek­ tromotors erzeugt worden ist, und durch eine Pumpe rezirkuliert wird und durch einen Kühler und einen Kühlergebläsemotor gekühlt wird.

3. Kühlsystem gemäß Anspruch 2, worin die erzeugte Wärme durch eine Batterie rezirkuliert wird, die mit einem Durchgang zum Erhit­ zen eines Heizgerätes versehen ist, wobei der Durchgang ein Ventil hat und ein Durchfluß des Kühlmittels zu der Batterie oder dem Heizgerät durch das Ventil geschaltet wird.

4. Kühlsystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlsystem einen Hauptkühlkreislauf zum Zwangsrezir­ kulieren nicht gefrierender Lösung durch einen Kühler und eine Pumpe in einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges und eine Steuervorrichtung zum Steuern des Elektromotors, einen Batteriewärmerückhaltekreislauf, der so angeordnet ist, daß das Kühlmittel, das durch die Steuervorrichtung und den Elektromotor durchgeströmt ist, durch eine Batterie fließt zum Erwärmen der Batterie, und einen Umgehungskreislauf, der so angeordnet ist, um den Kühler zu umgehen, um das Kühlmittel, das an den verschiede­ nen Teilen erwärmt worden ist, unter Umgehung des Kühlers zu der Pumpe zu transferieren, aufweist, wobei die Kreisläufe gemäß der Außenlufttemperatur geschaltet sind.

5. Kühlsystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 4, worin der Elektromotor an einer stromabwärtigen Seite der Steuer­ vorrichtung angeordnet ist.

6. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin die Pumpe und der Kühlerge­ bläsemotor eingeschaltet werden, wenn ein Wert eines Außenlufttem­ peratursensors gleich oder höher als eine vorbestimmte Außenluft­ temperatur von ungefähr 20°C ist, wobei das Kühlmittel bei einer maximalen Durchflußrate gekühlt wird und ein Wert T1 des Wasser­ temperatursensors abgesenkt wird.

7. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin das Kühlsystem die Pumpe einschaltet, wenn ein Wert (Ta) eines Außenlufttemperatursensors gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert von ungefähr 5°C ist, um das Kühlmittel bei einer maximalen Durchflußrate zu rezirkulie­ ren, den Kühlergebläsemotor einschaltet, wenn ein Wert (T1) eines Wassertemperatursensors gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert von ungefähr 45°C ist, um den Wert (T1) abzusenken, und dann einen Kühlergebläsemotor abschaltet, um den Leistungsver­ brauch zu reduzieren, wenn der Wert (T1) des Wassertemperatursen­ sors niedriger als der vorbestimmte Wert von ungefähr 45°C wird.

8. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin das Kühlsystem die Pumpe einschaltet, um das Kühlmittel bei einer vorbestimmten minimalen Durchflußrate zu rezirkulieren, wenn der Wert (Ta) eines Außen­ lufttemperatursensors niedriger als ein vorbestimmter Wert von ungefähr 5°C ist, einen Kühlergebläsemotor einschaltet, um einen Wert (T1) eines Wassertemperatursensors abzusenken, wenn der Wert (T1) des Wassertemperatursensors gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert von ungefähr 65°C ist, und dann den Kühlerge­ bläsemotor abschaltet, wenn der Wert (T1) niedriger als der vor­ bestimmte Wert von ungefähr 65°C wird.

9. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin die Steuervorrichtung mit Halbleiterkomponenten versehen ist, die auf einer Kühlplatte an­ geordnet sind, die mit einer Kühlleitung auf einer ihrer Seiten durch eine Montierplatte verbunden ist.

10. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin die Halbleiterkomponenten in drei Phasen, eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufge­ teilt sind, und auf Montierplatten montiert sind.

11. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin die Pumpe und der Kühlerge­ bläsemotor eingeschaltet werden, wenn ein Wert eines Außenlufttem­ peratursensors gleich oder höher als eine erste vorbestimmte Außen­ lufttemperatur ist, wobei das Kühlmittel bei einer maximalen Durch­ flußrate gekühlt wird und ein Wert (T1) des Wassertemperatursen­ sors abgesenkt wird.

12. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin das Kühlsystem die Pumpe einschaltet, wenn ein Wert (Ta) eines Außenlufttemperatursensors gleich oder höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, um das Kühlmittel bei einer maximalen Durchflußrate zu rezirkulieren, den Kühlergebläsemotor einschaltet, wenn ein Wert (T1) eines Wasser­ temperatursensors gleich oder höher als ein erster vorbestimmter Wert ist, um den Wert (T1) abzusenken, und dann einen Kühlerge­ bläsemotor einschaltet, um den Leistungsverbrauch zu reduzieren, wenn der Wert (T1) des Wassertemperatursensors niedriger wird als der erste vorbestimmte Wert.

13. Kühlsystem gemäß Anspruch 4, worin das Kühlsystem die Pumpe einschaltet, um das Kühlmittel bei einer vorbestimmten minimalen Durchflußrate zu rezirkulieren, wenn der Wert (Ta) eines Außen­ lufttemperatursensors niedriger als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, einen Kühlergebläsemotor einschaltet, um einen Wert (T1) eines Wassertemperatursensors abzusenken, wenn der Wert (T1) des Was­ sertemperatursensors gleich oder höher als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, und den Kühlergebläsemotor abschaltet, wenn der Wert (T1) niedriger als der zweite vorbestimmte Wert wird.

14. Elektrische Rotationsmaschine, die einen Durchgang hat, der darin zum Rezirkulieren eines Kühlmittels auf ihrem Umfang gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang in einem äußeren Ring gebildet ist, der in den Umfang eines Stators durch Preßpassen eingefügt ist.

15. Elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 11, worin das Mate­ rial des äußeren Ringes weicher als das des Statorkernes ist.

16. Elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 11, worin der Stator­ kern einen gerändelten äußeren Umfang hat.

17. Elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 11, worin der äußere Ring in einer axialen Richtung geteilt ist und die Breite der geteil­ ten Flächen einstellbar ist.

18. Elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 11, worin der Durch­ gang eine Konstruktion hat, bei der das Kühlmittel, das an einem Einlaß eintritt in eine Vielzahl von parallelen Durchgängen verteilt wird und in einen Strom an einem Auslaß gesammelt wird.