JP2021522765A

JP2021522765A - 電気機械を冷却するための装置およびそのような装置を備える電気機械

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Publication number: JP2021522765A
Application number: JP2020557216A
Authority: JP
Inventors: エリクデュマ，; フランソワパリ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2021-08-30
Anticipated expiration: 2039-04-09
Also published as: EP3782265A1; EP3782265B1; US20210159761A1; FR3080506A1; FR3080506B1; JP7329535B2; WO2019201667A1; CN112425047A

Abstract

自動車両の電気機械（２）を冷却するためのこの冷却装置（５２）は、リザーバ（４４）と、リザーバ（４４）に流体的に連結された回路（５３）とを備える。リザーバ（４４）は、電気機械（２）のハウジング（４）と、電気機械（２）のステータ（２０）との間に、電気機械（２）の軸（６）に対して径方向に位置するように構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気機械冷却装置、より詳細には、陸上輸送手段、海上輸送手段、または空中輸送手段に装備するように構成された電気機械の分野に関する。

電気または電気ハイブリッド推進を備えた自動車両は、従来、電気機械が装備されたパワートレーンを備える。電気機械は、通常、回路と、サンプとも呼ばれるタンクとを備える冷却装置によって冷却される。タンクは、電気機械の下方に位置する。回路は、タンクによって流体が供給され、電気機械のステータおよび／またはロータと熱的に連結された部分を含む。

そのような配置構成は、電気機械の冷却を可能にするが、完全に満足のいくものではない。一方で、冷却装置は、エンジンコンパートメントの限定されたスペース内でかなりの量のスペースをとる。また、車両が強く傾く場合、または道路の強い横傾斜がある場合、油圧流体循環ポンプの停止が起こり、電気機械の冷却を妨げることがある。

上記に照らして、本発明の目的は、上記で言及した欠点を軽減しながら、電気機械の冷却を可能にすることである。

より具体的には、本発明の目的は、車両の傾きまたは道路の横傾斜に対する感度を抑えながら、冷却装置のコンパクト性を高めることである。

この目的のために、タンクと、タンクと流体的に連結された回路とを備える、自動車両の電気機械用の冷却装置が、提案される。

この装置の全般的な特徴によれば、タンクは、電気機械のハウジングと、電気機械のステータとの間に、電気機械の軸に対して径方向に、そして電気機械の軸周りの円周すべてにわたって位置するように構成される。

タンクのそのような配設により、とりわけ、電気機械の軸とタンクの底部との間の垂直ずれを抑え、ステータの上方および側部に位置するスペースをタンクに使用することによって、冷却装置のコンパクト性を高めることが可能になる。さらに、タンク内に高圧で含まれる油圧流体は、電気機械のステータの冷却に寄与する。

１つの実施形態では、回路は、タンクに対して軸方向にずらされた第１の周囲コンパートメントを備える。

電気機械の軸とタンクの底部との間の垂直ずれを抑え、冷却装置をこうして区画化することにより、装置が傾いた場合の流体の分散が抑えられる。その結果、車両の強い傾きまたは道路の強い横傾斜に対する冷却装置の感度が、それによって抑えられる。

第１の環状シーリング手段を電気機械の軸に対して直角に設けることも可能であり、第１のシーリング手段は、タンクと第１の周囲コンパートメントとの間に軸方向に挿入される。

１つの実施形態では、回路は、タンクと流体的に連結されたチャネルと、チャネルに連結されて第１の周囲コンパートメント内に現れる噴射手段とを備え、噴射手段は、電気機械のロータの巻線に軸方向に面して配設されるように構成される。

ハウジングとステータとの間にタンクを配設することにより、ステータを冷却することが可能になり、したがってステータを冷却するように配置される噴射手段の必要性を排除する。噴射手段をロータ巻線に面して軸方向に配設することにより、コンパクト性を向上させ、装置の生産コストを低減しながら、ロータはより効率的に冷却される。

有利には、回路は、第２の周囲コンパートメントを備え、タンクは、第１の周囲コンパートメントと第２の周囲コンパートメントとの間に軸方向に挿入され、装置は、電気機械の軸に対して直角である第２の環状シーリング手段を備え、第２のシーリング手段は、タンクと第２の周囲コンパートメントとの間に軸方向に挿入される。

周囲コンパートメントの下流側およびタンクの上流側の回路に関して、さまざまな構造を企図することができる。これらの構造のうち、とりわけ、非限定的な例として与えられる次の変形形態を企図することが可能である。

第１の変形形態によれば、回路は、ポンプと、出力ダクトと、ポンプをタンクに連結する注入ダクトとを備え、出力ダクトは、第１の周囲コンパートメントと流体的に連結された第１の上流部分と、第２の周囲コンパートメントと流体的に連結された第２の上流部分と、第１の上流部分、第２の上流部分、およびポンプを連結する下流部分とを含む。

この第１の変形形態により、特に、単一のポンプの使用によって装置のコンパクト性を向上させることが可能になる。

第２の変形形態によれば、回路は、第１のポンプと、第１の周囲コンパートメントと流体的に連結された第１の出力ダクトと、第２のポンプと、第２の周囲コンパートメントと流体的に連結された第２の出力ダクトと、第１の上流部分、第２の上流部分、ならびに第１の上流部分、第２の上流部分、およびタンクを連結する下流部分を含む注入ダクトとを備え、第１のポンプは、第１の出力ダクトを第１の上流部分に連結し、第２のポンプは、第２の出力ダクトを第２の上流部分に連結する。

この第２の変形形態により、ポンプの停止のリスクを最小限に抑えることが可能になる。したがって、この変形形態は、より具体的には、全地形対応車の電気巻上機または航空機内に埋め込まれる電気機械などの難しい用途に適合される。

１つの実施形態では、回路は、出力ダクト上に配設された逆止弁を備える。

車両の強い傾き時にポンプが停止するリスクは、それによって抑えられる。

別の実施形態では、回路は、第１の周囲コンパートメントおよび第２の周囲コンパートメントと流体的に連結された均等化ダクトを備え、均等化ダクトは、ノズルと、ノズル内に配設されたボールとを備える。

均等化ダクトにより、たとえば強い傾きの後に周囲コンパートメント内で油圧流体のレベルの不均衡が起こった場合、油圧流体レベル間の均衡を再確立することが可能になる。

１つの実施形態では、装置は、タンク内に含まれた油圧流体の温度を管理するための手段を備え、管理手段は、電気機械のステータの供給源を駆動することができる。

そのような管理手段により、流体加熱手段を組み込む必要無く油圧流体の温度を制御して、装置によって実施される冷却を簡単に最適化することが可能になる。

別の態様によれば、自動車両用、好ましくは電気またはハイブリッド推進電気車両のパワートレーン用の電気機械であって、ハウジングと、ステータと、これまで定義した装置とを備える、電気機械が提案される。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、添付の図を参照しながら、非限定的な例としてのみ与えられている後続の説明を読むことで明らかになるであろう。

本発明の１つの態様による電気機械の斜視図である。図１の電気機械の長手方向断面図である。本発明の実施形態による冷却装置の概略図である。本発明の別の実施形態による冷却装置の概略図である。

図１および２を参照すれば、電気機械２が、概略的に表されている。図示する例では、電気機械２は、電気またはハイブリッド電気推進を備えた自動車両（表さず）のパワートレーン内に組み込まれるように構成される。しかし、電気機械２が別の装置、たとえば航空機などの空中輸送手段に組み込まれることも、当然ながら本発明の文脈から逸脱するものではない。

電気機械２は、とりわけ、対称軸６周りで軸対称であるハウジング４を備える。正規直交基底ベクトル８が定義され、これは、ハウジング４に結び付けられる。基底８は、

とから構成される。

は、軸６に平行である。

本出願では、別途示されない限り、用語「軸方向」、「軸方向に」、「径方向」、「径方向に」、および「円周」は、軸６に関連して理解されるものである。さらに、用語「円筒状」は、その従来の定義にしたがって理解され、すなわち円筒状表面は、所与の曲線を通過する、所与の方向の直線から構成された表面である。

ハウジング４は、第１のハウジング部分１０と、第２のハウジン部分１２とを備える。外側径方向フランジ１４が、ハウジング１０の一方の軸方向端部において延びている。フランジ１４の形態に対応する形態である外側径方向フランジ１６が、部分１２の軸方向端部において延びている。部分１０および１２は、とりわけフランジ１４および１６によって互いに軸方向に接触している。部分１０および１２は、複数のねじ付きロッド１８によって固定される。この特定の場合では、１１本のねじ付きロッド１８が、部分１０および１２を固定する。

電気機械２は、ハウジング４の内側に配設されたステータ２０を備える。ステータ２０は、

の方向周りの円筒状である。ステータ２０は、とりわけ、本体２２と、巻線２４とを備える。本体２２は、軸６周りの円形の軸方向セクションを備えた円筒状である。図２に表すように、巻線２４は、とりわけ、ステータ本体２２の両側に軸方向に位置する左導出ワイヤ２６および右導出ワイヤ２８を備える。ステータ本体２２および導出ワイヤ２６は、部分１０の内側に受け入れられる。導出ワイヤ２８は、部分１０の外に軸方向に延び、部分１２の内側に受け入れられる。

電気機械２は、ロータ３０を備える。ロータ３０は、

の方向周りの円筒状である。ロータ３０は、シャフト３２と、本体３４とを備える。シャフト３２は、ハウジング４に対して軸６周りで回転するように装着される。本体３４は、軸６周りの円形の軸方向セクションを備えた外側円筒状表面（参照せず）によって径方向に区切られる。本体３４は、とりわけ左導出ワイヤ３６および右導出ワイヤ３８を備える巻線を受け入れる。

電気機械２は、シリコーンビード４０を備える。ビード４０は、部分１０の軸方向の前端表面４１上に置かれる。表面４１は、ビード４０を介して、本体２２の軸方向の前端表面２２ｇと軸方向に接触する。ビード４０は、表面４１の円周にわたって連続ループを形成する。より詳細には、ビード４０は、

に対して直角である平面内にリングを形成する。図示する例では、ビード４０によって形成されたリングは、主に、４つの局所的な径方向の広がりを備えた円形である。

電気機械２は、環状シール４２を備える。シール４２は、実質的に平坦である。シール４２は、フランジ１４と１６との間に軸方向に挿入される。シール４２は、本体２２の軸方向の前端表面２２ｄと軸方向に接触する内側径方向端部（参照せず）を備える。図示する例では、シール４２は、金属ワッシャから構成される。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、別の材料、たとえばゴムから作製されたワッシャから構成されるか、または互いに対して並置する２つの異なる材料から作製された２つのワッシャ、たとえば金属ワッシャとゴムワッシャを並置して構成されたシール４２を企図することが可能である。

ビード４０およびシール４２は、したがって、本体２２の両側に軸方向に位置するシーリング手段を形成する。これらのシーリング手段により、ハウジング４の内部は、タンク４４、第１の周囲コンパートメント４６、および第２の周囲コンパートメント４８の間で区画化される。タンク４４は、コンパートメント４６と４８との間に軸方向に挿入される。タンク４４は、軸６の周りの全周にわたって延び、換言すれば、タンク４４は、軸６およびステータ２０を完全に取り囲む。タンク４４は、ビード４０によってコンパートメント４６に対してきっちりと区切られる。これと同様に、タンク４４は、シール４２によってコンパートメント４８からきっちりと分離される。明確なことに、本発明の範囲から逸脱することなく、シーリング手段４０および４２を反対にすること、すなわち、シールをビード４０の代わりに使用し、および／またはシール４２の代わりにシリコーンのビードを使用することが可能である。

コンパートメント４６および４８それぞれは、これらの底部分内にストレーナ５０を備える。ストレーナ５０は、コンパートメント４６および４８内に含まれた油圧流体を収集することができる。より詳細には、ストレーナ５０は、コンパートメント４６および４８の底部内に形成された油圧流体のシートと接触しており、それによってこれらのシートから油圧流体を収集することができる。

図３を参照すれば、電気機械２は、冷却装置５２を備える。図を明確にする目的で、電気機械２は、図３では概略的に表されており、電気機械２の特定の要素は、故意に省略されている。これと同様に、図１および２では、これらの図の明確性を向上させるために、装置５２は省略されている。装置５２は、とりわけ、タンク４４と、回路５３とを備え、回路は、とりわけ、シーリング手段４０および４２によってきっちりとそれぞれ区切られたコンパートメント４６および４８を備える。タンク４４および回路５３は、とりわけ油を含むことができる油圧流体を交換する。

回路５３は、高圧チャネル５４を備え、この機能は、タンク４４内に含まれた油圧流体を周囲コンパートメント４６および４８に分配することである。チャネル５４は、タンク４４と流体的に連結された上流部分５６を含む。チャネル５４は、第１の下流部分５８と、第２の下流部分６０とを含む。部分５８および６０は、部分５６に流体的に連結される。各部分５８、６０はそれぞれ、噴射ノズル６２、６４を備える。噴射ノズル６２は、コンパートメント４６内に現れる。噴射ノズル６４は、コンパートメント４８内に現れる。より詳細には、各噴射ノズル６２、６４は、導出ワイヤ３６、３８に面して軸方向にそれぞれ配設される。噴射ノズルが油圧流体を噴射するために使用されているが、当然ながら、別の分散手段または別の噴射手段を使用することも可能である。

回路５３は、出力ダクト６６を備える。ダクト６６は、コンパートメント４６のストレーナ５０と流体的に連結された第１の上流部分６７と、コンパートメント４８のストレーナ５０と連結された第２の上流部分６８とを含む。各部分６７、６８は、関連するストレーナ５０への流れを遮る逆止弁６９を備える。ダクト６６は、部分６７および６８と流体的に連結された下流部分７０を含む。

回路５３は、部分６７および６８を繋ぐ均等化ダクト７１を備える。より詳細には、ダクト７１と各部分６７、６８の連結点は、関連する逆止弁６９の上流側である。ダクト７１は、均等化ボール７３を備えたノズル７２を備える。このようにして、ダクト７１は、車両が傾けられる場合、ボール７３によって遮られる。車両が水平である場合、ボール７３は、ノズル７２の中央に変位され、油圧流体はダクト７１内に流れてコンパートメント４６内の油圧流体レベルとコンパートメント４８内の油圧流体レベルとの間の均衡を再確立することができる。図示する例では、ノズルおよびボールを使用して均等化ダクト７１を生み出すが、当然ながら、車両の傾きに基づいてダクト７１内の流体の流れの開閉を生み出すための任意の他の手段を企図することも可能である。

回路５３は、高圧注入ダクト７４を備える。ダクト７４は、タンク４４と流体的に連結される。回路５３は、さらに、部分７０をダクト７４に連結するポンプ７６を備える。

装置５２は、タンク４４の内側に温度センサ７８を備える。センサ７８により、タンク４４内に含まれた油圧流体の温度Ｔ_４４を測定することができる。しかし、温度Ｔ_４４を決定するための他の手段、たとえばマッピングに基づく推定器を企図することも可能である。

装置５２は、電気機械２のセンサ７８および制御装置（参照せず）と情報的に繋げられたドライバモジュール７９を備える。モジュール７９には、ステータ２０の供給電流設定値を確立するためのハードウェアおよびソフトウェアが設けられる。実際、モジュール７９は、温度Ｔ_４４が閾値Ｔ_{４４低閾値}を下回ったときに供給電流設定値をたどるように構成され、温度Ｔ_４４が閾値Ｔ_{４４高閾値}を上回ったときにステータ２０の供給電流を低減するように構成される。温度Ｔ_４４を管理するための手段が、こうして提供される。

この配置により、ポンプ７６は、タンク４４内で流れを生成する。タンク４４内に高圧で含まれた油圧流体は、電気機械２のステータ２０を冷却する。したがって、ドライバモジュール７９によってステータ２０の供給電流を変更することによって、温度Ｔ_４４を駆動することが可能である。高圧の油圧流体は、チャネル５４によって噴射ノズル６２および６４に方向付けられる。噴射ノズル６２は、油圧流体をコンパートメント４６内に噴射して、導出ワイヤ３６においてロータ３０を冷却する。これと同様に、噴射ノズル６４は、コンパートメント４８内の導出ワイヤ３８に対して油圧流体を噴射する。噴射された油圧流体は、次いで、コンパートメント４６および４８の底部内に蓄積し、それによってストレーナ５０の近傍にシートを形成する。ポンプ７６は、油圧流体を吸引し、油圧流体は、次いで、圧力下でタンク４４内に再導入される。

図４を参照すれば、電気機械２内に組み込まれるように構成された冷却装置８０の別の実施形態が、概略的に表されている。同一である要素は、同じ参照記号を有する。

図４の実施形態による冷却装置８０は、これがダクト６６の代わりに、第１の出力ダクト８２と、第２の出力ダクト８４とを備えるという点で装置５２とは異なる。ダクト８２は、コンパートメント４６のストレーナ５０に連結される。ダクト８４は、コンパートメント４８のストレーナ５０に連結される。装置８０は、ダクト８２およびダクト８４上にそれぞれ装着された第１のポンプ８６および第２のポンプ８８を備える。

装置８０は、注入ダクト９０を備える。ダクト９０は、ポンプ８６に連結された第１の上流部分９２と、ポンプ８８に連結された第２の上流部分９４とを含む。ダクト９０は、タンク４４ならびに部分９２および９４と流体的に連結された下流部分９６を含む。

この配置構成により、ポンプ８６および８８は、タンク４４内に高圧の油圧流体の流れを生成する。この流体は、チャネル５４によってコンパートメント４６および４８内へと方向付けられる。このようにして、油圧流体は、図３の実施形態のようにステータ２０およびロータ３０を冷却する。次に、コンパートメント４６内に含まれた流体は、ポンプ８６で吸引することによって、ダクト８２に関連するストレーナ５０によって収集される。これと同様に、コンパートメント４８内に含まれた流体は、ダクト８４および関連するストレーナ５０を介してポンプ８８によって吸引される。一方でポンプ８６および他方でポンプ８８によって吸引された流体は、部分９２および９４をそれぞれたどり、部分９６を介してタンク４４を再結合する。

したがって、この実施形態により、油圧流体循環ポンプの停止のリスクを最大限に抑えることによって、図３の実施形態と同じ冷却を実施することが可能になる。装置８０は、このため、全地形対応車のパワートレーンまたは航空機内に組み込まれるように構成された電気機械などの、特に難しい用途に意図された電気機械に特に適合される。

図示する例では、装置８０は、逆止弁または均等化ダクトを有さない。しかし、ポンプの停止のリスクおよび油圧流体レベルの不均衡のリスクを最大限に抑えることが可能であり、ダクト８２および８４上の逆止弁、および／またはダクト８２および８４を連結する均等化ダクトを加えることが可能である。同様に、当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく、ドライバモジュール７９およびセンサ７８を装置８０内に組み込むことができる。

上記に照らして、電気機械２ならびに冷却装置５２および８０は、ハウジング４とステータ２０との間にタンク４４を径方向に挿入することによって、コンパクト性を高め、そして車両の強い傾きまたは道路の強い横傾斜がある場合の冷却の不具合のリスクを抑えながら、電気機械を効果的に冷却することを可能にする。

Claims

タンク（４４）と、前記タンク（４４）と流体的に連結された回路（５３）とを備える冷却装置（５２、８０）を備える自動車両の電気機械（２）であって、前記タンク（４４）が、前記電気機械（２）のハウジング（４）と、前記電気機械（２）のステータ（２０）との間に、前記電気機械（２）の軸（６）に対して径方向に、そして前記電気機械（２）の前記軸（６）周りの円周すべてにわたって位置し、前記回路（５３）は、前記タンク（４４）に対して軸方向にずらされた第１の周囲コンパートメント（４６、４８）を備え、前記装置（５２、８０）は、前記電気機械（２）の前記軸（６）に対して直角である第１の環状シーリング手段（４０、４２）を備え、前記第１のシーリング手段（４０、４２）は、前記タンク（４４）と前記第１の周囲コンパートメント（４６、４８）との間に軸方向に挿入されることを特徴とする、電気機械。
前記回路（５３）が、前記タンク（４４）と流体的に連結されたチャネル（５４）と、前記チャネル（５４）に連結され、前記第１の周囲コンパートメント（４６、４８）内に現れる噴射手段（６２、６４）とを備え、前記噴射手段（６２、６４）は、前記電気機械（２）のロータ（３０）の巻線（３６、３８）に軸方向に面して配設される、請求項１に記載の電気機械（２）。
前記回路（５３）が、第２の周囲コンパートメント（４８、４６）を備え、前記タンク（４４）が、前記第１の周囲コンパートメント（４６、４８）と、前記第２の周囲コンパートメント（４８、４６）との間に軸方向に挿入され、前記装置（５２、８０）は、前記電気機械（２）の前記軸（６）に対して直角である第２の環状シーリング手段（４２、４０）を備え、前記第２のシーリング手段（４２、４０）は、前記タンク（４４）と、前記第２の周囲コンパートメント（４８、４６）との間に軸方向に挿入され、前記回路（５３）は、ポンプ（７６）と、出力ダクト（６６）と、前記ポンプ（７６）を前記タンク（４４）に連結する注入ダクト（７４）とを備え、前記出力ダクト（６６）は、前記第１の周囲コンパートメント（４６）と流体的に連結された第１の上流部分（６７）と、前記第２の周囲コンパートメント（４８）と流体的に連結された第２の上流部分（６８）と、前記第１の上流部分（６７）、前記第２の上流部分（６８）、および前記ポンプ（７６）を連結する下流部分（７０）とを含む、請求項１または２に記載の電気機械（２）。
前記回路（５３）が、第２の周囲コンパートメント（４８、４６）を備え、前記タンク（４４）が、前記第１の周囲コンパートメント（４６、４８）と前記第２の周囲コンパートメント（４８、４６）との間に軸方向に挿入され、前記装置（５２、８０）は、前記電気機械（２）の前記軸（６）に対して直角である第２の環状シーリング手段（４２、４０）を備え、前記第２のシーリング手段（４２、４０）は、前記タンク（４４）と、前記第２の周囲コンパートメント（４８、４６）との間に軸方向に挿入され、前記回路（５３）は、第１のポンプ（８６）と、前記第１の周囲コンパートメント（４６）と流体的に連結された第１の出力ダクト（８２）と、第２のポンプ（８８）と、前記第２の周囲コンパートメント（４８）と流体的に連結された第２の出力ダクト（８４）と、第１の上流部分（９２）、第２の上流部分（９４）、ならびに前記第１の上流部分（９２）、前記第２の上流部分（９４）、および前記タンク（４４）を連結する下流部分（９６）を備える注入ダクト（９０）とを備え、前記第１のポンプ（８６）は、前記第１の出力ダクト（８２）を前記第１の上流部分（９２）に連結し、前記第２のポンプ（８８）は、前記第２の出力ダクト（８４）を前記第２の上流部分（９４）に連結する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気機械（２）。
前記回路（５３）が、出力ダクト（６６、８２、８４）上に配設された逆止弁（６９）を備える、請求項３または４に記載の電気機械（２）。
前記装置が、前記第１の周囲コンパートメント（４６）および前記第２の周囲コンパートメント（４８）と流体的に連結された流体レベル均等化ダクト（７１）を備え、前記均等化ダクト（７１）は、ノズル（７２）と、前記ノズル内に配設されたボール（７３）とを備える、請求項３から５のいずれか一項に記載の電気機械（２）。
前記装置が、さらに、前記タンク（４４）内に含まれた油圧流体の温度（Ｔ_４４）を管理するための手段を備え、前記管理手段は、前記電気機械（２）の前記ステータ（２０）の供給源を駆動することができる、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気機械（２）。