JP2019504603A - 電気機械用の冷却装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、移動組立体に取り付けられる、電気機械（１）用の冷却装置（２）に関し、当該装置は、ケーシング（３）に液密に取り付けられた誘電液体用のリザーバ（４）と、ケーシングの排出孔（８，８’）からリザーバ（４）の対向する端部（４２，４１）に向かってリザーバ（４）内まで延出する誘電液体用の排出管（１０，１０’）とを含む。

Description

本発明は、移動組立体に取り付けられる、電気機械用の冷却装置に関する。

特に電気工学の分野において、電気機械の冷却方法として様々な方法が知られている。

具体的には、水冷技術が知られており、これは、一般的には、機械内部における固定子巻線の近傍において水回路を循環させるものであり、水回路は機械の電気部品に水を接触させないように分離されている。機械内に外気を通す空冷も知られている。最後に、油冷も知られており、より一般的には、任意の伝熱誘電液体によるものが知られている。油冷には、いくつかの利点がある。オイルには、電気的な絶縁の問題がなく、また、空冷のようにかさ張る装置も必要にならない。

具体的には、従来技術の図１を参照して、電気機械１’のケーシング３’内、一般的には固定子３１’の巻線ヘッドにオイルを直接噴射することを含む油冷が知られている。オイルは、重力によってケーシング３’の底部まで流れ、そこから、オイルリザーバ４’に開口する孔８”，８’”を通過する。このリザーバ４’内のオイルは、固定子３１’の巻線ヘッドで冷却を行った後に再度噴射されるために、吸引ノズル５’を介して不図示のポンプによって回収される。

しかしながら、このような機械が、例えば自動車等の移動組立体に取り付けられた場合、機械が受ける縦方向及び横方向の加速によって、オイルリザーバのオイルが動いてしまい吸引ノズルが空気に曝される、リフト（ｌｉｆｔ）と呼ばれる現象が起こる場合がある。これにより、ポンプに空気が入り込み、ポンプが空になってしまうことがある。この結果、モータの確実な冷却おいて問題が生じる。

このため、電気機械用の油冷却装置として、機械が移動組立体に取り付けられる場合に確実に動作できるものが求められている。

本発明は、移動組立体に取り付けられる、電気機械用の冷却装置であって、
前記電気機械を収容するケーシングと、
底部及び２つの対向する端部を有し、前記ケーシング（３）の直下に取り付けられる伝熱誘電液体用のリザーバと、
を備え、
前記ケーシングは、前記リザーバ内に開口する、伝熱誘電液体用の少なくとも１つの排出孔を有し、
前記リザーバの一方の端部において開口する前記排出孔を介して前記伝熱誘電液体を流しつつ、前記リザーバの前記底部における前記伝熱誘電液体を吸引し、当該伝熱誘電液体を前記電気機械に噴射するために、前記伝熱誘電液体を循環させる手段を備える冷却装置を提案する。

前記冷却装置は、前記排出孔から前記リザーバの他方の端部に向かって前記リザーバ内まで延出する前記誘電液体用の排出管を更に備える。

このため、例えば自動車が左方又は右方に曲がる等、移動組立体に横方向の加速が作用する際に、伝熱誘電液体が上記の孔側に動かされても、排出管によって、伝熱誘電液体が孔を通ってケーシング内に逆流することが防止される。

これに限定しないが好ましい形態において、吸引ノズルが、前記リザーバの対向する端部のそれぞれから略等距離になるように配設される。

具体的には、吸引ノズルの開口は、リザーバの底部の略近傍に配設できる。これにより、リザーバ内で伝熱誘電液体が動いている際における、リザーバからの液体の吸引が向上する。

これに限定しないが好ましい形態において、前記排出管は、前記排出孔と前記吸引ノズルとの間の距離よりも大きい距離で互いに離間された第１の端部及び第２の端部を有する。

これにより、伝熱誘電液体を排出孔側に寄せる加速時に、伝熱誘電液体が管に逆流することが、より効果的に防止される。従って、リザーバは、常に十分な伝熱誘電液体を貯留できるため、伝熱誘電液体がリザーバ内で動かされたとしても、ノズルが伝熱誘電液体中に維持される。

具体的には、ポンプによる、吸引ノズルからの伝熱誘電液体の吸引作用が生じている際には、確実に吸引ノズルが常に伝熱誘電液体中に位置するようにして、ポンプが空にならないようにする。こうすることで、移動システムが加速を受けた場合でも、電気機械用の冷却装置の動作の確実性が向上する。

これに限定しないが好ましい形態において、前記排出管の第１の端部は、前記孔との密封連結部を形成している。

これにより、孔内を流れる伝熱誘電液体は、その後、必ず管に流れ込む。このため、液体が孔からリザーバへ制御されずに流れ込むことが防止され、また、伝熱誘電液体をリザーバ内で動かす加速時に、液体がリザーバからケーシング内に逆流することが防止される。

これに限定しないが好ましい形態において、前記排出管の第２の端部は、前記リザーバの他方の端部の近傍に配設されている。これにより、伝熱誘電液体を排出孔側に寄せる加速時に、伝熱誘電液体が排出管に逆流することが、より効果的に防止される。

これに限定しないが好ましい形態において、前記排出管は、その第１及び第２の端部間において、斜め方向に延在している。これにより、排出管内において、誘電液体が流れ易くなる。

具体的には、管の第２の端部は、リザーバの底部の近傍において開口できる。

これに限定しないが好ましい形態において、前記孔は、前記リザーバの端部の略全長に亘って延在しており、即ち、その横縁の全体に亘って延在している。これにより、ケーシングからリザーバに伝熱誘電液体を排出するための容量が向上する。

これに限定しないが好ましい形態において、前記排出管は、前記ケーシングの壁に留め付けられている。このため、ケーシングに比較的簡易に固定できる排出管が得られる。

これに限定しないが好ましい形態において、前記冷却装置は、前記リザーバの互いに離間し且つ対向する端部において、それぞれ開口する２つの孔を備え、互いに離間した孔に、それぞれ強固に接続された２つの管を備え、前記管は、それぞれ、離間した孔から、当該離間した孔とは反対側に位置するリザーバの端部に向かって延出している。このため、ケーシングにおける固定子の２つの端部の下流側に孔を形成し、対応する配出管を取り付けることで、電気機械における固定子の各端部を効果的に冷却することができる。

これに限定しないが好ましい形態において、前記伝熱誘電液体は、オイルを含む。

本発明は、上述した冷却装置を備える自動車にも関する。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の詳細な実施形態の説明を読むことで、明らかになるであろう。この実施形態は、以下の添付の図面を参照して、例示的且つ非限定的に示される。

図１は、従来技術の電気機械用の冷却装置を示す。 図２は、本発明の好適な実施形態に係る冷却装置の断面図である。 図３は、より見易くするためにリザーバを省略した、図２の実施形態に係る冷却装置の斜視図である。 図４は、リザーバを部分的に示した、図２の実施形態に係る冷却装置及び電気機械の斜視図である。

本明細書において、前、後、上、下という表現は、冷却装置２及び電気機械１が車両に取り付けられた場合における車両の前後方向に基づいている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、それぞれ車両の縦軸（前方から後方）、横軸、及び鉛直軸に対応している。

略水平、縦、又は鉛直とは、水平、縦、又は鉛直の方向／平面に対して、最大±２０°、最大１０°、又は最大５°の角度を成す方向／平面を意味する。

略平行、垂直、又は直角とは、平行方向、垂直方向、又は直角から、最大±２０°、最大１０°、又は最大５°だけそれた方向／角度を意味する。

図２〜図４は、本発明の同じ実施形態に関するものであるため、これらについて同時に言及しているものとする。

電気機械１は、本例において自動車である移動組立体に取り付けられる。

電気機械１は、固定子３１及び回転子３０を備え、電気機械１を自動車の他の部品から分離するケーシング３に取り付けられる。

ケーシング３は、電気機械１の周囲に液密の覆いを形成する。

回転子３０は、固定子３１の内側に挿入され、固定子３１によって生成された電磁場によって回転軸回りに回転する。

自動車内の電気機械１の向きは、回転子３０の回転軸が自動車の横方向と同一線上にあるようになっている。しかし、本発明は、自動車内の電気機械１の向きを他の任意の向きにするように調整可能である。

このため、電気機械１の向きは、その長さが自動車の横軸に沿うようになっている。

自動車が水平の表面上で静止状態にあるときは、回転子３０の回転軸も略水平面内に延在する。

電気機械１を冷却するための冷却装置２も、自動車に取り付けられる。

冷却装置２は、本例においてオイルである伝熱誘電液体との熱交換を用いた動作を行う。

明細書の残りの部分では、伝熱誘電液体をオイルとする。しかし、他の任意の伝熱誘電液体を用いることもできる。

冷却装置２は、オイルリザーバ４、及びオイル循環手段を備える。

リザーバ４は、ケーシング３の下流側において、ケーシング３に密封状態で強固に接続されている。

このため、リザーバ４は、電気機械１の下方に取り付けられ、ケーシング３は、リザーバ４の蓋を形成する。

リザーバ４は、略直方体状であり、その長手方向の長さは、電気機械１の回転子３０の回転軸と略同一線上にある。

このため、リザーバ４は、実質的にその長さが、電気機械１の長さ、この場合においては自動車の横方向と平行になるように延在している。

具体的には、リザーバ４は、固定子３１の長さよりも十分に大きい長さを有する。

この場合、リザーバ４の長さは、最大でも、ケーシング３の長さと等しい。なお、リザーバ４は、ケーシング３の長さよりも大きい長さを有することもできるが、これにより、電気機械１と冷却装置２とにより形成される組立体の空間的な諸要件が増えてしまうため、望ましくない。

リザーバ４の幅は、自動車の縦軸に沿う。

リザーバ４は、電気機械１における固定子３１の直径の値と略等しい幅を有する。

リザーバ４は、長さ及び幅の値よりも小さな深さの値を有する。

なお、リザーバ４は、ケーシング３の下方に取り付けられているが、自動車を走行させるための電気機械１の場合、このような機械１は、自動車の後部でフロアの下に取り付けられることが多い。従って、自動車のロードクリアランスの要件を満たすために、リザーバ４の深さを、その長さや幅寸法よりも小さくしている。

オイル循環手段は、不図示のポンプの作用を用いたリザーバ４のオイルの吸引に適した吸引ノズル５を備え、ケーシング３内へのオイルの噴射に適した噴射要素へオイルを送給する。

この場合、噴射要素は、ケーシング３において、固定子３０の縦方向の各端部側に、固定子の巻線ヘッドと対向するように取り付けられた噴射ノズルを備える。

固定子の巻線ヘッドとは、固定子の縦方向の各端部において視認可能な全ての巻線の部分であり、視認可能な部分は、巻線オーバーハングとも呼ばれる。なお、電気機械１の動作時における固定子３１の発熱は、その大部分が巻線ヘッドにおいて生じる。このため、オイルは、これらの巻線ヘッドに直接噴射される。

リザーバ４から吸引ノズル５を介して圧送されたオイルは、ポンプの作用によって、固定子の巻線ヘッドにオイルを噴射する噴射ノズルに送給される。

オイルは、固定子の巻線ヘッドに接触すると、熱交換によって加熱され、その結果、固定子の巻線ヘッドが冷却される。

噴射されたオイルは、その後、重力によって、ケーシング３の底部まで流れる。

固定子の巻線ヘッドに噴射されたオイルの大部分は、電気機械には入らず、重力によって、固定子の縦方向の端壁に沿って流れる。即ち、オイルは、空隙にも固定子のスロットにも入らない。従って、オイルは、重力によって、固定子の各側面を流れる。

ケーシング３の底壁における固定子３１の縦方向の各端部側で、対応する縦方向端部の略下流側には、排出孔８，８’が設けられている。各孔は、一方でリザーバ４内に開口し、他方でケーシング３内に開口している。

ケーシング３内の固定子の一端における固定子の巻線ヘッドに噴射されたオイルは、ケーシング３の底部まで流れ、排出孔８，８’を通り、リザーバ４に溜まる。

リザーバ４の長さが固定子３１の長さと略等しいことから、排出孔８，８’は、それぞれリザーバ４の横縁４１，４２の近傍に延在する。

また、リザーバ４の横縁４１，４２は、リザーバ４の対向する端部４１，４２であるとする。

従って、第１の横縁４１，４２は、リザーバ４の端部４１，４２であり、この端部は、第２の横縁４２，４１に対応する、リザーバ４の他方の端部４２，４１に対向している。

オイルをケーシング３からリザーバ４に適切に排出するために、孔８，８’は、実質的に、ケーシング３において、リザーバ４の幅と略同等の長さに亘って延在している。

このため、排出孔８，８’は、横縁４１，４２の近傍において、この縁４１，４２の略全長に亘ってリザーバ４に開口している。

しかしながら、孔８，８’を、リザーバの幅の全体に亘って延在させることも、その一部に亘って延在させることもできる。

吸引ノズル５は、溜まったオイルを吸引できるように、リザーバ４に取り付けられる。具体的には、吸引ノズル５は、リザーバ４の略中央に配設されている。

ノズル５の開口５１は、オイルに浸かり易くなるようにリザーバ４の底部４３に向けられている。

吸引ノズル５の開口５１は、ノズル５が可能な限りオイルに浸かるようにしつつ、リザーバ４の底部４３と吸引ノズル５との間における適切なオイルの流れを確保するように、リザーバ４の底部４３に近接配置されている。なお、吸引ノズル５は、ポンプの作用により、リザーバ４からオイルを吸引するが、吸引ノズル５の開口５１がオイルから出てしまった場合は、ポンプが空になる恐れがある。

吸引ノズル５の開口５１がオイルから出てしまう可能性を防ぐために、リザーバ４内に最低限の量のオイルを常に確保するようにする。

しかし、ケーシング３の排出孔８，８’の配置の場合、自動車の横方向の加速時には、遠心力の作用によって、リザーバ４における自動車の曲がる方向とは反対側にオイルが寄せられてしまい、このようにオイルが寄せられると、オイルは、排出孔８，８’を逆流してしまう。オイルがケーシング３内まで逆流すると、リザーバ４内にあるオイルの量が減り、吸引ノズル５の開口５１がオイルから出てしまう可能性がある。

この問題を解決するために、排出孔８，８’に、それぞれ排出管１０，１０’を取り付けた。

各排出管１０，１０’は、第１の端部１１，１１’から第２の端部１２，１２’までが、リザーバ４内に延在する。

排出管１０，１０’の第１の端部１１，１１’は、対応する孔８，８’との密封連結部を形成する。

排出管１０，１０’は、リザーバ４の横縁４１，４２、リザーバ４の縦縁、又はケーシング３のいずれか、若しくはこれらの取付箇所のうちのいくつかに留め付けられる。

排出管１０，１０’を、接着、溶接、ねじ留め、又は他の適切な固定方法で、強固に接続することも可能である。

明細書の残りの部分では、２つの管１０，１０’同士を区別せずに説明する。２つの管１０，１０’は、それらの具体的な構造が略同一である。このため、このような管１０，１０’の大量生産のコストが改善・削減される。

説明を簡潔にするために、管１０，１０’について言及された際は、更なる詳細がない場合、これが各孔８，８’に対応する排出管１０，１０’のそれぞれに適用されるものと理解されるべきである。

管１０，１０’の第２の端部１２，１２’は、孔８，８’内を流れるオイルが、第１の端部１１，１１’から排出管１０，１０’に流れ込み、第２の端部１２，１２’まで流れ、リザーバ４に溜まることができるように、リザーバ内で開口する。

このため、排出管１０，１０’は、その近傍で対応する孔８，８’が開口している横縁４１，４２である横縁４１，４２から延出する。そして、排出管１０，１０’は、リザーバ４内において、対向する横縁４１，４２の方向に、例えば、対向する横縁４１，４２まで延出する。

従って、孔８，８’にそれぞれ対応した２つの排出管１０，１０’は、リザーバ４において、互いにすれ違うようになっている。こうすることで、第１の排出管１０の第１の端部１１は、リザーバ４の長さ内で、他方の排出管１０’の第２の端部１２’に近接して配設され、また、その逆も同じである。

このため、排出管１０，１０’は、リザーバ４における第１の端部１１，１１’と第２の端部１２，１２’との間の距離が、対応する孔８，８’と吸引ノズル５の開口５１との間の距離よりも大きくなるような形状になっている。

排出管１０，１０’は、リザーバ４内において、略斜め方向に延出する。なお、管１０，１０’における、対応する孔８，８’との密封連結部を形成する第１の端部１１，１１’は、リザーバ４内の上部に配設される。

オイルを排出管１０，１０’内で第２の端部１２，１２’まで重力によって流すために、各管は、リザーバ４において第２の端部１２，１２’が第１の端部１１，１１’よりも低くなる斜め形状を有する。

この場合、第２の端部１２，１２’は、リザーバ４の底部４３の近傍、例えば、吸引ノズル５の開口５１と同じ高さに配設される。

管１０，１０’の端部１１，１１’及び１２，１２’は、略鉛直方向の部分を呈するような、曲がった形状を有することができる。これにより、管１０，１０’に入るオイルや、そこから出るオイルの流れ易くし、特に第２の端部１２，１２’については、自動車の横方向の加速時における逆流現象を制限することができる。

このように、管１０，１０’は、自動車の横方向の加速時において、オイルが孔８，８’を通ってケーシング３内まで逆流することを防止できる。これにより、吸引ノズル５の開口５１をオイル中に維持して、ポンプが空になることを防止するために、上記のような加速時において、最低限の量のオイルがリザーバ４内に確保される。

この場合、噴射要素は、ケーシング３において、固定子３１の縦方向の各端部側に、固定子の巻線ヘッドと対向するように取り付けられた噴射ノズルを備える。

リザーバ４の長さがケーシング３の長さと略等しいことから、排出孔８，８’は、それぞれリザーバ４の横縁４１，４２の近傍に延在する。

Claims (10)

1. 移動組立体に取り付けられる、電気機械（１）用の冷却装置（２）であって、
   前記電気機械（１）を収容するケーシング（３）と、
   底部（４３）及び２つの対向する端部（４１，４２）を有し、前記ケーシング（３）の直下に取り付けられる伝熱誘電液体用のリザーバ（４）と、
   を備え、
   前記ケーシング（３）は、前記リザーバ（４）内に開口する、前記伝熱誘電液体用の少なくとも１つの排出孔（８，８’）を有し、
   前記リザーバ（４）の一方の端部（４１，４２）において開口する前記排出孔（８，８’）を介して前記伝熱誘電液体を流しつつ、前記リザーバ（４）の前記底部（４３）における前記伝熱誘電液体を吸引し、当該伝熱誘電液体を前記電気機械（１）に噴射するために、前記伝熱誘電液体を循環させる手段を備え、
   前記排出孔（８，８’）から前記リザーバ（４）の他方の端部（４２，４１）に向かって前記リザーバ（４）内まで延出する前記誘電液体用の排出管（１０，１０’）を更に備えることを特徴とする冷却装置（２）。
2. 前記循環手段は、前記リザーバ（４）の前記対向する端部（４１，４２）のそれぞれから略等距離になるように配設された吸引ノズル（５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置（２）。
3. 前記排出管（１０，１０’）は、前記排出孔（８，８’）と前記吸引ノズル（５）との間の距離よりも大きい距離で互いに離間された第１の端部（１１，１１’）及び第２の端部（１２，１２’）を有することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置（２）。
4. 前記排出管（１０，１０’）の前記第１の端部（１１，１１’）は、前記孔（８，８’）との密封連結部を形成していることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置（２）。
5. 前記排出管（１０，１０’）の前記第２の端部（１２，１２’）は、前記リザーバ（４）の前記他方の端部（４２，４１）の近傍に配設されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の冷却装置（２）。
6. 前記排出管（１０，１０’）は、その前記第１及び第２の端部（１２，１２’）間において、斜め方向に延在していることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の冷却装置（２）。
7. 前記孔（８，８’）は、前記リザーバ（４）の前記端部（４１，４２）の略全長に亘って延在していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置（２）。
8. 前記排出管（１０，１０’）は、前記ケーシング（３）の前記壁に留め付けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却装置（２）。
9. 前記リザーバ（４）の互いに離間し且つ対向する端部（４１，４２）において、それぞれ開口する２つの孔（８，８’）を備え、
   互いに離間した孔（８，８’）に、それぞれ強固に接続された２つの管（１０，１０’）を備え、
   前記管（１０，１０’）は、それぞれ、前記離間した孔（８，８’）から、当該離間した孔（８，８’）とは反対側に位置する前記リザーバの前記端部（４２，４１）に向かって延出していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却装置（２）。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷却装置（２）を備える自動車。

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