JP2013193632A - Cooling system - Google Patents

Cooling system Download PDF

Info

Publication number
JP2013193632A
JP2013193632A JP2012064903A JP2012064903A JP2013193632A JP 2013193632 A JP2013193632 A JP 2013193632A JP 2012064903 A JP2012064903 A JP 2012064903A JP 2012064903 A JP2012064903 A JP 2012064903A JP 2013193632 A JP2013193632 A JP 2013193632A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
motor
heat pipe
fin
cooling system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012064903A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nakamura
中村  秀男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2012064903A priority Critical patent/JP2013193632A/en
Publication of JP2013193632A publication Critical patent/JP2013193632A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of efficiently cooling an inverter device together with an electric motor, in a system using the inverter device for controlling the drive of the electric motor.SOLUTION: A cooling system 10 cools a motor 30 as a driving source for an automobile, and an inverter device 20 including a power element for controlling power to be supplied to the motor 30. The cooling system 10 includes a refrigerant circuit 40 in which refrigerant for cooling the motor 30 is circulated, a cooling fin 46 of a radiator 45 provided on the refrigerant circuit 40 for cooling the refrigerant, a blowing fan 47 for blowing air toward the cooling fin 46, a heat pipe 23 for cooling the power element 21 having heat resistance to the temperature of the refrigerant cooling the motor 30, and a cooling fin provided on the heat pipe 23 for cooling the heat pipe 23. The cooling fin is arranged at a position to receive the air blown by the blowing fan 47.

Description

本発明は、インバータ装置により電動モータの駆動を制御するシステムにおいて、モータとインバータ装置を効率的に冷却するシステムに関する。   The present invention relates to a system that efficiently cools a motor and an inverter device in a system that controls driving of an electric motor by an inverter device.

省エネルギーおよび環境問題を背景に、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が実用化され、また。更なる改良がおこなわれている。
ハイブリッド自動車は、内燃機関としてのエンジンに加え、直流電源、インバータおよびインバータによって駆動されるモータとを動力源とする。そして、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧により回転されるモータの動力源をも利用する。
Against the background of energy saving and environmental problems, hybrid vehicles and electric vehicles have been put into practical use. Further improvements have been made.
In addition to an engine as an internal combustion engine, a hybrid vehicle uses a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as a power source. Then, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power source is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor power source rotated by the converted AC voltage is also used.

従来、インバータ装置によりモータを制御するシステムにおける冷却機構としては、特許文献1に開示されているものが知られている。
特許文献1のシステムは、図5に示すように、交流モータ1が、モータ側冷却水路2が設けられた水冷構造のフレーム3を有する。交流モータ1を制御するインバータ装置4にはヒートパイプ5の一方端側が接続されており、また、ヒートパイプ5の他方端はモータ側冷却水路2の内部に挿入されている。
Conventionally, what is indicated by patent documents 1 is known as a cooling mechanism in a system which controls a motor with an inverter device.
As shown in FIG. 5, the system of Patent Document 1 includes an AC motor 1 having a water cooling structure frame 3 provided with a motor side cooling water channel 2. One end of a heat pipe 5 is connected to the inverter device 4 that controls the AC motor 1, and the other end of the heat pipe 5 is inserted into the motor-side cooling water channel 2.

特許文献1は、交流モータ1に水冷構造を、また、インバータ装置4の冷却にはヒートパイプ5を採用し、ヒートパイプ5の冷却を交流モータ1のモータ側冷却水路2内に挿入して冷却する。このため、モータ側冷却水路2にて放熱ができ、全体の冷却水回路の構成を簡易にできる、という効果を奏するとされている。   Patent Document 1 employs a water cooling structure for the AC motor 1 and a heat pipe 5 for cooling the inverter device 4. The cooling of the heat pipe 5 is inserted into the motor side cooling water channel 2 of the AC motor 1 for cooling. To do. For this reason, it is supposed that there is an effect that heat can be radiated in the motor side cooling water channel 2 and the configuration of the entire cooling water circuit can be simplified.

特開2001−346360号公報JP 2001-346360 A

しかしながら、特許文献1に開示されるシステムは、モータ側冷却水路2内の冷却水の温度が、インバータ装置4により加熱されたヒートパイプ5の作動液(冷媒)よりも、十分に低くなければインバータ装置4を効果的に冷却することができない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、インバータ装置によりモータの駆動を制御するハイブリッド自動車、電気自動車において、モータとともにインバータ装置を効率的に冷却できる冷却システムを提供することを目的とする。
However, in the system disclosed in Patent Document 1, an inverter is used unless the temperature of the cooling water in the motor-side cooling water channel 2 is sufficiently lower than the hydraulic fluid (refrigerant) of the heat pipe 5 heated by the inverter device 4. The device 4 cannot be cooled effectively.
The present invention has been made based on such a technical problem, and provides a cooling system capable of efficiently cooling an inverter device together with a motor in a hybrid vehicle and an electric vehicle in which the drive of the motor is controlled by the inverter device. With the goal.

インバータ装置を冷却するには、インバータ装置の主要素であるパワー素子(スイッチング素子)の熱損失を主に考慮して冷媒としての冷却水の温度を決める必要がある。パワー素子として主流をなしているシリコン(Si)系のパワー素子は動作温度上限が150℃程度であり、銅やアルミなどをヒートシンクとする一般的な構成のインバータ装置の場合、冷却水の温度をたとえば40〜50℃程度に抑える必要がある。
しかしながら、内燃機関であるエンジンの発熱量は大きく、エンジン用の冷却系統における冷却水の温度は110℃程度まで上昇するため、Si系パワー素子を用いる限り、インバータの冷却にエンジン用の冷却水を用いることはできない。モータを駆動原とする電気自動車であっても、モータ用の冷却系統に適した温度として、インバータの冷却水温より数十度高い温度に設定する。モータ用冷却水の温度をインバータの冷却温度に下げても良いが、冷却装置が大型化するため、冷却水を共通化するメリットは少ない。
In order to cool the inverter device, it is necessary to determine the temperature of the cooling water as the refrigerant mainly considering the heat loss of the power element (switching element) which is the main element of the inverter device. The upper limit of the operating temperature of silicon (Si) -based power elements, which are mainstream as power elements, is about 150 ° C. In the case of an inverter device having a general configuration using copper, aluminum, or the like as a heat sink, the temperature of the cooling water should be For example, it is necessary to suppress to about 40-50 degreeC.
However, the amount of heat generated by the engine which is an internal combustion engine is large, and the temperature of the cooling water in the engine cooling system rises to about 110 ° C. Cannot be used. Even in an electric vehicle that uses a motor as a driving source, a temperature that is several tens of degrees higher than the cooling water temperature of the inverter is set as a temperature suitable for the cooling system for the motor. Although the temperature of the cooling water for the motor may be lowered to the cooling temperature of the inverter, since the cooling device is enlarged, there are few merits of common cooling water.

そこでなされた本発明は、自動車の駆動原であるモータと、モータに供給される電力を制御するパワー素子を含むインバータ装置と、を冷却する冷却システムであって、モータを冷却する冷媒が循環される冷媒回路と、冷媒回路上に設けられ、冷媒の熱を放熱する第1フィンと、第1フィンに向けて送風する送風ファンと、モータを冷却する冷媒の温度に対して耐熱性を有するパワー素子を冷却するヒートパイプと、ヒートパイプに設けられ、ヒートパイプの作動液の熱を放熱する第2フィンと、を備えており、第2フィンは、送風ファンによる送風を受ける位置に配置されることを特徴とする。   The present invention made there is a cooling system that cools a motor that is a driving source of an automobile and an inverter device that includes a power element that controls electric power supplied to the motor, and the refrigerant that cools the motor is circulated. A refrigerant circuit, a first fin that dissipates heat of the refrigerant, a blower fan that blows air toward the first fin, and a power that is heat resistant to the temperature of the refrigerant that cools the motor A heat pipe that cools the element; and a second fin that is provided in the heat pipe and dissipates heat of the working fluid of the heat pipe. The second fin is disposed at a position that receives air blown by the blower fan. It is characterized by that.

本発明の冷却システムは、インバータ装置の冷却にヒートパイプを用いるとともに、このヒートヒートパイプを冷却するのに、モータの冷却のために用意された送風ファンを活用する。したがって、モータとともにインバータ装置を効果的に冷却することができるとともに、送風ファンを重複して設ける必要がない。   The cooling system of the present invention uses a heat pipe for cooling the inverter device, and uses a blower fan prepared for cooling the motor to cool the heat heat pipe. Therefore, it is possible to effectively cool the inverter device together with the motor, and it is not necessary to redundantly provide the blower fans.

本発明の冷却システムにおいて、送風ファンによる送風の向きを基準にして、第2フィンにおけるヒートパイプを、第1フィンにおける冷媒回路よりも上流側に配置することができるし、逆に、下流側に配置することもできる。
本発明は、例えばSiC系のパワー素子のように、高い耐熱性能を持つ素子をインバータ装置に用いることで、従来のインバータの冷却水温度より高い温度でも冷却することができるので、モータの冷却用水温でも冷却が可能となる。
したがって、第2フィンにおけるヒートパイプを、第1フィンにおける冷媒回路よりも上流側に配置すると、インバータ装置が優先的に冷却されるので、パワー素子をモータより優先して冷却したい場合に適している。
一方で、第2フィンにおけるヒートパイプを、第1フィンにおける冷媒回路よりも下流側に配置すると、自動車の車輪を駆動するモータの冷却が優先されるので、インバータのヒートパイプから出る放熱がモータの冷却性能に与える影響を小さくしたい場合に適している。
なお、第2フィンにおけるヒートパイプの位置は、上記に限るものでない。例えば、送風ファンによる送風の影響を抑えるために、冷媒回路に対してヒートパイプの位置をずらして横に配置することも可能である。そうすることで、冷媒回路とヒートパイプの間で相互に熱の影響を受けにくくなる。
In the cooling system of the present invention, the heat pipe in the second fin can be arranged on the upstream side of the refrigerant circuit in the first fin on the basis of the direction of air blowing by the blower fan, and conversely on the downstream side. It can also be arranged.
In the present invention, an element having high heat resistance, such as a SiC-based power element, is used in an inverter device, so that it can be cooled even at a temperature higher than the cooling water temperature of a conventional inverter. Cooling is possible even at water temperature.
Therefore, if the heat pipe in the second fin is arranged upstream of the refrigerant circuit in the first fin, the inverter device is preferentially cooled, which is suitable when the power element is to be preferentially cooled over the motor. .
On the other hand, if the heat pipe in the second fin is arranged downstream of the refrigerant circuit in the first fin, cooling of the motor that drives the wheels of the automobile is prioritized, so that heat dissipation from the heat pipe of the inverter is Suitable for reducing the effect on cooling performance.
Note that the position of the heat pipe in the second fin is not limited to the above. For example, in order to suppress the influence of the air blow by the blower fan, the position of the heat pipe can be shifted with respect to the refrigerant circuit and arranged laterally. By doing so, it becomes difficult to receive the influence of heat mutually between a refrigerant circuit and a heat pipe.

本発明の冷却システムにおいて、冷媒回路の第1フィンとヒートパイプの第2フィンを互いに共用することができる。
冷媒回路を流れる冷媒の温度がヒートパイプの温度よりも低いので、第1フィンと第2フィンを共用にすることで、冷媒回路を流れる冷媒がヒートパイプを介してインバータ装置の冷却に供されるので、インバータ装置を効率的に冷却することができる。また、第1フィンと第2フィンを共用にすることで、冷却システムにおける部品点数の削減、さらには冷却システムの小型化に寄与することができる。
In the cooling system of the present invention, the first fin of the refrigerant circuit and the second fin of the heat pipe can be shared.
Since the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit is lower than the temperature of the heat pipe, by using the first fin and the second fin in common, the refrigerant flowing through the refrigerant circuit is used for cooling the inverter device via the heat pipe. Therefore, the inverter device can be efficiently cooled. Further, by sharing the first fin and the second fin, it is possible to contribute to a reduction in the number of parts in the cooling system and further to downsizing of the cooling system.

本発明の冷却システムは、モータの他に自動車の駆動原としてのエンジンを冷媒回路上に配置することができる。つまり、本発明の冷却システムは、電気自動車に加えてハイブリッド自動車にも適用することができる。
この場合、冷媒は、モータ、エンジン及び第1フィンを、この順で通過するように冷媒回路を流れるようにすることが好ましい。
エンジンにより加熱された冷媒の温度は相当程度に高い。したがって、仮にエンジンの下流側にモータを置くとモータの冷却が不十分となり、安定した動作を確保し難くなるおそれがある。これに対して、モータ及びエンジンをこの順で冷媒が流れるように冷媒回路を設けるとそのような不具合が生じない。
The cooling system of the present invention can arrange an engine as a driving source of an automobile in addition to a motor on a refrigerant circuit. That is, the cooling system of the present invention can be applied to a hybrid vehicle in addition to an electric vehicle.
In this case, the refrigerant preferably flows through the refrigerant circuit so as to pass through the motor, the engine, and the first fin in this order.
The temperature of the refrigerant heated by the engine is considerably high. Therefore, if a motor is placed on the downstream side of the engine, the motor is not sufficiently cooled, and it may be difficult to ensure stable operation. On the other hand, if a refrigerant circuit is provided so that the refrigerant flows through the motor and the engine in this order, such a problem does not occur.

本発明によれば、インバータ装置の冷却にヒートパイプを用いるとともに、このヒートヒートパイプを冷却するのに、モータの冷却のために用意された送風ファンを活用する。したがって、モータとともにインバータ装置を効果的に冷却することができる。   According to this invention, while using a heat pipe for cooling of an inverter apparatus, in order to cool this heat heat pipe, the ventilation fan prepared for cooling of a motor is utilized. Therefore, the inverter device can be effectively cooled together with the motor.

第1実施形態における冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system in 1st Embodiment. 第2実施形態における冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system in 2nd Embodiment. 第3実施形態おける冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system in 3rd Embodiment. 第4実施形態おける冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system in 4th Embodiment. 特許文献1に記載されている冷却システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cooling system described in patent document 1. FIG.

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
[第1実施形態]
図1に示される冷却システム10は、例えば電気自動車に組み込まれるものであり、インバータ装置20と、モータ30と、冷媒回路40と、を備えている。冷却システム10は、インバータ装置20で生じる熱、および、モータ30で生じる熱を冷却することで、インバータ装置20およびモータ30の安定した運転を確保する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
[First Embodiment]
A cooling system 10 shown in FIG. 1 is incorporated in, for example, an electric vehicle, and includes an inverter device 20, a motor 30, and a refrigerant circuit 40. The cooling system 10 ensures stable operation of the inverter device 20 and the motor 30 by cooling the heat generated in the inverter device 20 and the heat generated in the motor 30.

インバータ装置20は、バッテリ60から直流電圧を受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータ30へ出力する。モータ30がジェネレータとして機能するものである場合には、インバータ装置20は、モータ(ジェネレータ)30によって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ60に充電することもできる。バッテリ60には、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池を用いることができる。   Inverter device 20 receives a DC voltage from battery 60, converts the received DC voltage into an AC voltage, and outputs the AC voltage to motor 30. When the motor 30 functions as a generator, the inverter device 20 can also convert the AC voltage generated by the motor (generator) 30 into a DC voltage and charge the battery 60. As the battery 60, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery can be used.

インバータ装置20は、インバータと、コンデンサと、電源ラインとを含む公知の構成を備えている。インバータは、トランジスタおよびダイオードから構成されるが、本実施形態はこれらのパワー素子21として高耐熱性のものを用いる。高耐熱性のパワー素子としては、SiC(炭化ケイ素)系パワー素子が好ましく用いられる。SiC系パワー素子は、従来のSi系パワー素子に比べて禁制帯幅および熱伝導度が大きく、さらに高耐熱性、低損失、高耐電圧などの特性をも兼ね備えており、自動車に必要な多くの特性を備えている。本実施形態は、これら諸特性の中で、高耐熱性を利用する。つまり、SiCパワー素子は、400℃程度まで動作可能であることから、インバータ装置20の冷却にモータ30の冷却水を利用することができる。   The inverter device 20 has a known configuration including an inverter, a capacitor, and a power supply line. The inverter is composed of a transistor and a diode. In the present embodiment, a high heat resistance is used as the power element 21. As the high heat resistance power element, a SiC (silicon carbide) power element is preferably used. SiC power elements have a larger forbidden bandwidth and thermal conductivity than conventional Si power elements, and also have characteristics such as high heat resistance, low loss, and high withstand voltage. It has the characteristics of This embodiment uses high heat resistance among these various characteristics. That is, since the SiC power element can operate up to about 400 ° C., the cooling water of the motor 30 can be used for cooling the inverter device 20.

インバータ装置20には、動作することで発熱したパワー素子21と接するように設けられる放熱板22を備えている。放熱板22は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のように熱伝導性の優れた板状の金属材料から構成される。   The inverter device 20 includes a heat radiating plate 22 provided so as to be in contact with the power element 21 that has generated heat by operation. The heat radiating plate 22 is made of a plate-like metal material having excellent thermal conductivity, such as copper, copper alloy, aluminum, and aluminum alloy.

インバータ装置20には、ヒートパイプ23が設けられている。
ヒートパイプ23は、密閉容器(パイプ)内に少量の作動液(冷媒)を真空封入し、内壁にウィックと称される毛細管構造を備えている。ヒートパイプ23は、蒸発と凝縮の潜熱を利用した熱輸送素子であり、小さな温度差で大きな熱を輸送できる利点がある。ヒートパイプ23の一方端側がインバータ装置20の放熱板22と接合されることで、ヒートパイプ23への熱伝達がスムーズに行われる。ヒートパイプ23の他方端側において接続されるフィン46は、冷媒回路40に設けられるラジエータ45と共用している。
ヒートパイプ23における冷却(熱交換)は以下のようにして行われる。つまり、ヒートパイプ23の一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発(蒸発潜熱の吸収)し、低温部に蒸気が移動し、移動してきた蒸気が低温部で凝縮(蒸発潜熱の放出)し、凝縮した液が毛細管現象で加熱部に環流する、という一連の相変化が連続的に生じ、熱が迅速に移動する。
The inverter device 20 is provided with a heat pipe 23.
The heat pipe 23 is vacuum-sealed with a small amount of hydraulic fluid (refrigerant) in an airtight container (pipe), and has a capillary structure called a wick on the inner wall. The heat pipe 23 is a heat transport element that uses latent heat of evaporation and condensation, and has an advantage that large heat can be transported with a small temperature difference. Heat transfer to the heat pipe 23 is smoothly performed by joining one end side of the heat pipe 23 to the heat radiating plate 22 of the inverter device 20. The fins 46 connected on the other end side of the heat pipe 23 are shared with the radiator 45 provided in the refrigerant circuit 40.
Cooling (heat exchange) in the heat pipe 23 is performed as follows. That is, when a part of the heat pipe 23 is heated, the hydraulic fluid evaporates (absorption of latent heat of vaporization) in the heating part, the steam moves to the low temperature part, and the transferred steam condenses in the low temperature part (the latent heat of evaporation). A series of phase changes in which the condensed liquid recirculates to the heating part by capillary action, and heat moves quickly.

モータ30は、例えば3相交流同期電動発電機からなり、複数個の永久磁石を内蔵する回転子と、磁界を生成する3相コイルが回巻されたステータと、を主構成要素とする。モータ30は、永久磁石による磁界と3相コイルによって生成される磁界との相互作用によってロータが回転する。このモータ30は、永久磁石による磁界とロータの回転との相互作用により3相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としての機能を併せ持つこともできる。   The motor 30 is composed of, for example, a three-phase AC synchronous motor generator, and has a main component including a rotor incorporating a plurality of permanent magnets and a stator wound with a three-phase coil that generates a magnetic field. In the motor 30, the rotor rotates by the interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet and the magnetic field generated by the three-phase coil. The motor 30 can also have a function as a generator that generates electromotive force at both ends of the three-phase coil by the interaction between the magnetic field generated by the permanent magnet and the rotation of the rotor.

冷媒回路40には、モータ30、ラジエータ45および循環ポンプ48が繋がれており、冷媒回路40は、モータ30で生じた熱を冷却することに加え、ヒートパイプ23を介してインバータ装置20で生じた熱を冷却する。   The refrigerant circuit 40 is connected to a motor 30, a radiator 45, and a circulation pump 48. The refrigerant circuit 40 is generated in the inverter device 20 via the heat pipe 23 in addition to cooling the heat generated in the motor 30. Cool down heat.

冷媒回路40は、モータ30の出口側とラジエータ45の入口側との間の流路41と、ラジエータ45の出口側と循環ポンプ48の入口側との間の流路42と、循環ポンプ48の出口側とモータ30の入口側との間の流路43と、を備えている。つまり、モータ30、ラジエータ45および循環ポンプ48は、流路41〜43によって冷媒回路40上に直列に接続されている。   The refrigerant circuit 40 includes a flow path 41 between the outlet side of the motor 30 and the inlet side of the radiator 45, a flow path 42 between the outlet side of the radiator 45 and the inlet side of the circulation pump 48, and the circulation pump 48. And a flow path 43 between the outlet side and the inlet side of the motor 30. That is, the motor 30, the radiator 45, and the circulation pump 48 are connected in series on the refrigerant circuit 40 by the flow paths 41 to 43.

ラジエータ45は、冷媒回路40を循環する冷却水を冷却するとともに、ヒートパイプ23を介して、インバータ装置20、特にパワー素子21を冷却する。ラジエータ45は、フィン46と送風ファン47を備えている。フィン46には冷媒回路40が貫通しており、当該領域を流れる冷却媒体の冷却効率を向上させる。さらに、送風ファン47からフィン46に向けて送風することで、冷却媒体の冷却効率をさらに向上させる。
循環ポンプ48は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプであって、図示される実線の矢印で示される流れの向きaに冷却水を循環させる。なお、冷却媒体の流れは逆でもよい。
The radiator 45 cools the cooling water circulating in the refrigerant circuit 40 and cools the inverter device 20, particularly the power element 21 via the heat pipe 23. The radiator 45 includes fins 46 and a blower fan 47. The refrigerant circuit 40 penetrates the fin 46, and the cooling efficiency of the cooling medium flowing through the region is improved. Furthermore, the cooling efficiency of the cooling medium is further improved by blowing air from the blower fan 47 toward the fins 46.
The circulation pump 48 is a pump for circulating cooling water such as an antifreeze liquid, and circulates the cooling water in a flow direction a indicated by a solid arrow shown in the figure. Note that the flow of the cooling medium may be reversed.

ラジエータ45のフィン46には、ヒートパイプ23の先端側が貫通して設けられており、冷媒回路40とヒートパイプ23はフィン46を共用している。送風ファン47からの送風をフィン46が受けることで、冷媒回路40を流れる冷却水、およびヒートパイプ23の作動液が、ともに冷却される。なお、本実施形態では、破線の矢印で示される送風の向きbを基準にして、ヒートパイプ23が上流側に、また、冷媒回路40が下流側に配置されている。   The fins 46 of the radiator 45 are provided so as to penetrate the front end side of the heat pipe 23, and the refrigerant circuit 40 and the heat pipe 23 share the fins 46. When the fins 46 receive the air blown from the blower fan 47, both the cooling water flowing through the refrigerant circuit 40 and the working fluid of the heat pipe 23 are cooled. In the present embodiment, the heat pipe 23 is disposed on the upstream side and the refrigerant circuit 40 is disposed on the downstream side with reference to the direction b of the air blow indicated by the broken arrow.

モータ30は発熱量が比較的大きいために、モータ30を冷却する冷却水の温度は80℃程度まで達する。一方で、前述したように、従来のSi系パワー素子は、150℃程度を動作温度の上限としていることに基づいて、冷却水の温度を65℃程度に抑える必要がある。したがって、インバータ装置の冷却にモータ30の冷却水を用いることができなかった。
ところが、本実施形態では、動作温度の上限が400℃程度のSiC系のパワー素子21をインバータ装置20に用いているので、インバータ装置20を冷却する冷却水の温度を、モータ30の冷却水の温度(80℃)よりも高くすることができる。したがって、本実施形態の冷却システム10によると、モータ30の冷却水をインバータ装置20の冷却に利用することができる。
Since the motor 30 generates a relatively large amount of heat, the temperature of the cooling water for cooling the motor 30 reaches about 80 ° C. On the other hand, as described above, the conventional Si-based power element needs to suppress the temperature of the cooling water to about 65 ° C. based on the upper limit of the operating temperature of about 150 ° C. Therefore, the cooling water of the motor 30 cannot be used for cooling the inverter device.
However, in this embodiment, since the SiC power element 21 whose upper limit of the operating temperature is about 400 ° C. is used for the inverter device 20, the temperature of the cooling water for cooling the inverter device 20 is set to the cooling water for the motor 30. It can be higher than the temperature (80 ° C.). Therefore, according to the cooling system 10 of the present embodiment, the cooling water of the motor 30 can be used for cooling the inverter device 20.

冷却システム10における冷却は以下のようにして行われる。
循環ポンプ48の動作によりモータ30を通って流路41を流れる加熱(例えば、80℃)された冷却水はラジエータ45を通過して流路42に至る。ラジエータ45を通過する過程で冷却水は、フィン46、送風ファン47の作用を受けることで冷却(例えば、25℃)されたのち、循環ポンプ48の動作により、流路42、43を通ってモータ30に至る。さらに、モータ30を通過することでモータ30を冷却した後に、加熱された冷却水として流路41に至る。以降は、同様の経緯にしたがって、冷却水は冷媒回路40を循環する。
Cooling in the cooling system 10 is performed as follows.
Heated (for example, 80 ° C.) cooling water flowing through the flow path 41 through the motor 30 by the operation of the circulation pump 48 passes through the radiator 45 and reaches the flow path 42. In the process of passing through the radiator 45, the cooling water is cooled (for example, 25 ° C.) by receiving the action of the fins 46 and the blower fan 47, and then the motor is passed through the flow paths 42 and 43 by the operation of the circulation pump 48. To 30. Furthermore, after the motor 30 is cooled by passing through the motor 30, it reaches the flow path 41 as heated cooling water. Thereafter, the cooling water circulates through the refrigerant circuit 40 according to the same process.

また、ヒートパイプ23は、フィン46、送風ファン47の作用を受けることで、内部の蒸気状態の作動液が冷却されて凝縮(蒸発潜熱の放出)し、凝縮し冷却された液が毛細管現象により加熱部であるインバータ装置20(パワー素子21)に環流し、今度はインバータ装置20(パワー素子21)を冷却する。
ここで、フィン46はモータ30の冷却を担うラジエータ45を構成しており、モータ30からラジエータ45に流れ込む冷却水は例えば80℃程度であり、SiC系のパワー素子21の動作上限温度(例えば、400℃)よりも相当に低い。したがって、ラジエータ45に流れ込むモータ30からの加熱された冷却水は、ヒートパイプ23の冷却に供される。
Further, the heat pipe 23 receives the action of the fins 46 and the blower fan 47 so that the working fluid in the vapor state is cooled and condensed (release of latent heat of evaporation), and the condensed and cooled liquid is caused by capillary action. It recirculates to the inverter device 20 (power element 21) which is a heating part, and this time, the inverter device 20 (power element 21) is cooled.
Here, the fin 46 constitutes the radiator 45 responsible for cooling the motor 30, and the cooling water flowing into the radiator 45 from the motor 30 is, for example, about 80 ° C., and the upper limit operating temperature of the SiC power element 21 (for example, Considerably lower than 400 ° C). Therefore, the heated cooling water from the motor 30 flowing into the radiator 45 is used for cooling the heat pipe 23.

以上説明した冷却システム10によると、モータ30の冷却を担う冷媒回路40に加えて、インバータ装置20の冷却を担うヒートパイプ23の冷却に、ラジエータ45に付設される送風ファン47を用いる。したがって、モータ30とともにインバータ装置20の冷却を、送風ファンを別に設けることなく、効率的に行なうことができる。
また、冷却システム10において、冷媒回路40を流れる冷却水の温度がヒートパイプ23の作動液の温度よりも低いので、フィン46を共用にすることで、冷媒回路40を流れる冷媒がヒートパイプ23を介してインバータ装置20の冷却に供される。したがって、冷却システム10は、インバータ装置20を効率的に冷却することができる。また、フィン46を共用にすることで、冷却システム10における部品点数を削減し、さらには冷却システム10の小型化に寄与することができる。
さらに、冷却システム10は、インバータ装置20の冷却はヒートパイプ23で行なうので、ポンプを備える循環回路が不要となり、インバータ装置20の冷却系を簡易にできるとともに、漏水の心配がない。
According to the cooling system 10 described above, the blower fan 47 attached to the radiator 45 is used for cooling the heat pipe 23 responsible for cooling the inverter device 20 in addition to the refrigerant circuit 40 responsible for cooling the motor 30. Therefore, the inverter device 20 can be efficiently cooled together with the motor 30 without providing a separate blower fan.
Further, in the cooling system 10, since the temperature of the cooling water flowing through the refrigerant circuit 40 is lower than the temperature of the hydraulic fluid in the heat pipe 23, the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 40 causes the heat pipe 23 to pass through the fin 46. The inverter device 20 is used for cooling. Therefore, the cooling system 10 can cool the inverter device 20 efficiently. Further, by using the fins 46 in common, the number of parts in the cooling system 10 can be reduced, and further, the cooling system 10 can be reduced in size.
Furthermore, since the cooling system 10 cools the inverter device 20 with the heat pipe 23, a circulation circuit including a pump is not required, the cooling system of the inverter device 20 can be simplified, and there is no fear of water leakage.

以上、図1に示した冷却システム10に基づいて本発明を説明したが、本発明は以下に説明する変更を加えることを許容する。   Although the present invention has been described based on the cooling system 10 shown in FIG. 1, the present invention allows the modifications described below.

[第2実施形態]
図1の冷却システム10は、送風ファン47を基準にして、送風の向きbの上流側にヒートパイプ23を、また、下流側に冷媒回路40を設けているが、図2に示すように、ヒートパイプ23と冷媒回路40を逆にして、送風の向きbの上流側に冷媒回路40を、また、下流側にヒートパイプ23を設ける冷却システム110にすることもできる。なお、図2において、図1と同じ要素には図1と同じ符号を付している。
[Second Embodiment]
The cooling system 10 in FIG. 1 is provided with the heat pipe 23 on the upstream side in the direction b of air blowing and the refrigerant circuit 40 on the downstream side with respect to the blower fan 47. As shown in FIG. It is also possible to reverse the heat pipe 23 and the refrigerant circuit 40 to provide the cooling system 110 in which the refrigerant circuit 40 is provided on the upstream side in the air flow direction b and the heat pipe 23 is provided on the downstream side. In FIG. 2, the same elements as those in FIG.

図1の冷却システム10は、温度の高いヒートパイプ23が優先的に冷却されるので、インバータ装置20のパワー素子21をモータ30より優先して冷却したい場合に適している。一方で、図2の冷却システム110は、車輪を駆動するモータ30の冷却が優先されるので、インバータ装置20のヒートパイプ23から出る放熱がモータ30の冷却性能に与える影響が小さくなり、当該自動車の安定した運転に寄与できる。   The cooling system 10 of FIG. 1 is suitable for the case where it is desired to cool the power element 21 of the inverter device 20 in preference to the motor 30 because the heat pipe 23 having a high temperature is preferentially cooled. On the other hand, the cooling system 110 in FIG. 2 gives priority to the cooling of the motor 30 that drives the wheels, so that the heat radiation from the heat pipe 23 of the inverter device 20 has less influence on the cooling performance of the motor 30, and the automobile Can contribute to stable driving.

[第3実施形態]
次に、図1の冷却システム10は、ラジエータ45のフィン46を、ヒートパイプ23も共用しているが、本発明はこれに限定されず、図3に示すように、フィン46とは独立したフィン25をヒートパイプ23に設ける冷却システム210にすることもできる。ただし、この場合もフィン25が設けられたヒートパイプ23の部分は、図3に示すように、送風ファン47からの送風を受ける領域に置かれるようにする。この場合、ヒートパイプ23は、フィン25が取り付けられた冷却モジュールとして扱うことができる。
[Third Embodiment]
Next, the cooling system 10 in FIG. 1 shares the fins 46 of the radiator 45 with the heat pipe 23, but the present invention is not limited to this, and is independent of the fins 46 as shown in FIG. A cooling system 210 in which the fins 25 are provided on the heat pipe 23 may be used. However, also in this case, the portion of the heat pipe 23 provided with the fins 25 is placed in a region that receives the air blown from the blower fan 47, as shown in FIG. In this case, the heat pipe 23 can be handled as a cooling module to which the fins 25 are attached.

図3の冷却システム210によると、ヒートパイプ23とのフィン46の共用を意図することなくモータ30と冷媒回路40の部分を作製していたとしても、送風ファン47からの送風を受けることで、ヒートパイプ23を介したインバータ装置20の冷却を効率的に行なうことができる。
図3の冷却システム210においても、送風の向きbの上流側に冷媒回路40を、また、下流側にヒートパイプ23を設けることができる。
According to the cooling system 210 of FIG. 3, even if the motor 30 and the refrigerant circuit 40 are produced without intending to share the fins 46 with the heat pipe 23, by receiving air from the blower fan 47, The inverter device 20 can be efficiently cooled via the heat pipe 23.
Also in the cooling system 210 in FIG. 3, the refrigerant circuit 40 can be provided on the upstream side in the direction b of blowing, and the heat pipe 23 can be provided on the downstream side.

[第4実施形態]
次に、図1の冷却システム10は、車輪の駆動原としてモータ30のみを備える電気自動車を想定しているが、図4に示す冷却システム310のように、内燃機関としてのエンジン50を備えるハイブリッド自動車について本発明を適用できる。
図4の冷却システム310は、冷却水の流れる向きを図1の冷却システム10とは逆にしている。これは、エンジン50の発熱量はインバータ装置20、モータ30よりも大きいために、仮にエンジン50の下流側にインバータ装置20、モータ30を置いたのでは、これらの安定した動作を確保し難くなるからである。そのために、冷却システム310は、エンジン50の上流側にインバータ装置20、モータ30を置いている。
[Fourth Embodiment]
Next, although the cooling system 10 of FIG. 1 assumes an electric vehicle including only the motor 30 as a driving source of wheels, a hybrid including an engine 50 as an internal combustion engine as in the cooling system 310 illustrated in FIG. 4. The present invention can be applied to automobiles.
The cooling system 310 of FIG. 4 has the cooling water flowing in the opposite direction to the cooling system 10 of FIG. This is because the calorific value of the engine 50 is larger than that of the inverter device 20 and the motor 30. Therefore, if the inverter device 20 and the motor 30 are placed on the downstream side of the engine 50, it is difficult to secure these stable operations. Because. Therefore, the cooling system 310 has the inverter device 20 and the motor 30 on the upstream side of the engine 50.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の要件を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、SiC系のパワー素子21を用いる例を示したが、例えば、窒化ガリウム(GaN)からなるGaN系のパワー素子などの高耐熱性のパワー素子を適用することができる。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, unless departing from the requirements of the present invention described in the claims, the configurations listed in the above embodiments are selected or appropriately changed to other configurations. Is possible.
For example, although the example using the SiC-based power element 21 is shown, for example, a highly heat-resistant power element such as a GaN-based power element made of gallium nitride (GaN) can be applied.

1 交流モータ
2 モータ側冷却水路
3 フレーム
4 インバータ装置
5 ヒートパイプ
10,110,210,310 冷却システム
20 インバータ装置
21 パワー素子
22 放熱板
23 ヒートパイプ
25 フィン
30 モータ
40 冷媒回路
41,42,43 流路
45 ラジエータ
46 フィン
47 送風ファン
48 循環ポンプ
50 エンジン
60 バッテリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC motor 2 Motor side cooling water channel 3 Frame 4 Inverter device 5 Heat pipe 10, 110, 210, 310 Cooling system 20 Inverter device 21 Power element 22 Heat sink 23 Heat pipe 25 Fin 30 Motor 40 Refrigerant circuit 41, 42, 43 Flow Passage 45 Radiator 46 Fin 47 Blower fan 48 Circulation pump 50 Engine 60 Battery

Claims (5)

自動車の駆動原であるモータと、前記モータに供給される電力を制御するパワー素子を含むインバータ装置と、を冷却する冷却システムであって、
前記冷却システムは、
前記モータを冷却する冷媒が循環される冷媒回路と、
前記冷媒回路上に設けられ、前記冷媒の熱を放熱する第1フィンと、
前記第1フィンに向けて送風する送風ファンと、
前記モータを冷却する前記冷媒の温度に対して耐熱性を有するパワー素子を冷却するヒートパイプと、
前記ヒートパイプに設けられ、前記ヒートパイプの作動液の熱を放熱する第2フィンと、を備え、
前記第2フィンは、前記送風ファンによる前記送風を受ける位置に配置される、
ことを特徴とする冷却システム。
A cooling system that cools a motor that is a driving source of an automobile and an inverter device that includes a power element that controls electric power supplied to the motor,
The cooling system includes:
A refrigerant circuit in which a refrigerant for cooling the motor is circulated;
A first fin provided on the refrigerant circuit for radiating heat of the refrigerant;
A blower fan for blowing air toward the first fin;
A heat pipe for cooling a power element having heat resistance against the temperature of the refrigerant for cooling the motor;
A second fin provided on the heat pipe and dissipating heat of the working fluid of the heat pipe;
The second fin is disposed at a position to receive the air blow by the blower fan.
A cooling system characterized by that.
前記送風ファンによる前記送風の向きを基準にして、
前記第2フィンにおける前記ヒートパイプは、前記第1フィンにおける前記冷媒回路よりも上流側に配置される、
請求項1に記載の冷却システム。
Based on the direction of the blowing by the blowing fan,
The heat pipe in the second fin is disposed upstream of the refrigerant circuit in the first fin.
The cooling system according to claim 1.
前記送風ファンによる前記送風の向きを基準にして、
前記第2フィンにおける前記ヒートパイプは、前記第1フィンにおける前記冷媒回路よりも下流側に配置される、
請求項1に記載の冷却システム。
Based on the direction of the blowing by the blowing fan,
The heat pipe in the second fin is disposed downstream of the refrigerant circuit in the first fin.
The cooling system according to claim 1.
前記第1フィンと前記第2フィンが互いに共用されている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷却システム。
The first fin and the second fin are shared with each other;
The cooling system as described in any one of Claims 1-3.
前記モータの他に前記自動車の駆動原としてのエンジンが、前記冷媒回路上に配置され、
前記冷媒は、前記モータ、前記エンジン及び前記第1フィンを、この順で通過するように前記冷媒回路を流れる、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却システム。
In addition to the motor, an engine as a driving source of the automobile is disposed on the refrigerant circuit,
The refrigerant flows through the refrigerant circuit so as to pass through the motor, the engine, and the first fin in this order.
The cooling system as described in any one of Claims 1-4.
JP2012064903A 2012-03-22 2012-03-22 Cooling system Pending JP2013193632A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012064903A JP2013193632A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Cooling system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012064903A JP2013193632A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Cooling system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013193632A true JP2013193632A (en) 2013-09-30

Family

ID=49393099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012064903A Pending JP2013193632A (en) 2012-03-22 2012-03-22 Cooling system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013193632A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015177737A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフトDr. Ing. h.c.F. Porsche Aktiengesellschaft Electric actuator
JP2016201988A (en) * 2015-04-09 2016-12-01 エイビービー テクノロジー アクチエンゲゼルシャフト Cooling power conversion assembly
DE102017116766A1 (en) 2016-07-29 2018-02-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha VEHICLE CONFIGURATION
CN113752819A (en) * 2020-06-04 2021-12-07 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 Vehicle and electric transmission system and vehicle cooling system thereof
KR20210154496A (en) * 2020-06-12 2021-12-21 명화공업주식회사 Drive motor cooling system

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015177737A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフトDr. Ing. h.c.F. Porsche Aktiengesellschaft Electric actuator
JP2016201988A (en) * 2015-04-09 2016-12-01 エイビービー テクノロジー アクチエンゲゼルシャフト Cooling power conversion assembly
US9974214B2 (en) 2015-04-09 2018-05-15 Abb Schweiz Ag Cooled power conversion assembly
DE102017116766A1 (en) 2016-07-29 2018-02-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha VEHICLE CONFIGURATION
US10486526B2 (en) 2016-07-29 2019-11-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle configuration
DE102017116766B4 (en) * 2016-07-29 2021-01-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha VEHICLE CONFIGURATION
CN113752819A (en) * 2020-06-04 2021-12-07 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 Vehicle and electric transmission system and vehicle cooling system thereof
KR20210154496A (en) * 2020-06-12 2021-12-21 명화공업주식회사 Drive motor cooling system
KR102402028B1 (en) * 2020-06-12 2022-05-24 명화공업주식회사 Drive motor cooling system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8453473B2 (en) Arrangement for cooling of an electrical machine
JP4023472B2 (en) Thermoelectric generator
JP2013193632A (en) Cooling system
RU2596389C2 (en) System of active cooling of electric drive
JP2010107192A6 (en) Electric machine cooling system
JP4670419B2 (en) Cooling system and hybrid vehicle
JP2006528879A (en) Rotating electrical machines such as automotive alternators
JP2007068299A (en) Rotary electric machine for vehicles
US20210344255A1 (en) Electric Propulsion System Having Integrated Electrical and Thermal Architecture and Related Methods of Operating and Implementing Same
JP2016226277A (en) Stator comprising integrated radiator
US20160344074A1 (en) Cooling Loops and Vehicles Incorporating The Same
WO2017159138A1 (en) Cogeneration device
KR101542993B1 (en) Cooling and thermoelectric power generating system for vehicle
JPWO2016031089A1 (en) Drive system
US9621007B2 (en) Electric machine with closed circuit air cooling
JP2009194019A (en) Heat dissipating method, heat dissipating apparatus, semiconductor chip, and electronic equipment
WO2018066250A1 (en) Energy conversion device
JP2009174362A (en) Exhaust gas recirculation gas cooling device of hybrid vehicle
JP2012238825A (en) Thermal power generation apparatus and cooling system of the same
US20160339759A1 (en) Cooling Loops Including Selective Direction Of Working Fluid and Vehicles Incorporating The Same
JP2015116910A (en) Heat exchange system
CN206884725U (en) The heat management system and vehicle of vehicle
JP4148169B2 (en) Waste heat recovery system
JP2007325341A (en) Motor and generator
JP2015156411A (en) Power converter and railway vehicle mounting the same