JP6042000B2 - 駆動モジュール - Google Patents

Description

この発明は、冷却のための液冷ジャケットと一体になった駆動モジュールに関するものである。

従来の駆動モジュールは、冷媒の注入口及び排出口が環状流路の半径方向外側に設けられており、注入口及び排出口の間に仕切板の延長線がくるように配置されている。また、仕切板には外筒との隙間または両フランジとの隙間が設けられており、冷媒の一部を環状流路を通さずに、排出することで、隙間を通って空気を抜く構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２４７０８５号公報

しかしながら、従来の駆動モジュールは、冷媒の注入口及び排出口が、環状流路の半径方向外側に設けてあるので、注入口から環状流路を介して排出口から冷却水が排出される主の流れ区画でなく、流れが停滞する注入口と排出口の間に仕切板が設けられているため、環状流路内に混入した気泡を隙間へ押し流すことができず、気泡が停滞するという問題があった。また、注入口が上部位置で排出口が斜め位置に設けられており、無通水時に停滞しやすい仕切板の排出口側に気泡が停滞する。気泡が停滞すると、圧力損失が大きくなり、放熱能力が悪くなるという問題があった。

この発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたもので、環状流路内に混入した気泡を確実に排出することができ、低圧力損失で高効率に放熱できる駆動モジュールを得るものである。

この発明に係る駆動モジュールは、主軸が片側に突き出た回転電機と、内側に回転電機が収容され、外面に放熱フィンが設けられた内筒と、内筒と同じ軸方向に設けられ、内筒を覆い、前記内筒との間に冷媒を循環させる環状流路を形成する外筒と、内筒及び外筒の一方の端部を閉じる第１のフランジと、内筒及び外筒の他方の端部を閉じる第２のフランジと、回転電機の主軸の方向に延在して、冷媒を環状流路に分流する分流ヘッダと、回転電機の主軸の方向に延在して、環状流路を循環した冷媒を合流する合流ヘッダと、回転電機の主軸の方向に延在して、分流ヘッダと合流ヘッダとの間を仕切る仕切板と、第１のフランジまたは外筒の第２のフランジより第１のフランジ側に貫通して設けられた注入口と、第１のフランジまたは外筒の第２のフランジより第１のフランジ側に貫通して設けられた排出口と、を備え、仕切板には、回転電機の主軸の方向において第１のフランジより第２のフランジに近い位置に開口が設けられている。

この発明は、仕切板に設けられた開口により環状流路内に混入した気泡を効率良く排出することができる。これにより、低圧力損失で高効率に放熱できる駆動モジュールを得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る駆動モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る駆動モジュールの注入口および排出口の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る放熱フィンを平面に展開した模式図である。 本発明の実施の形態１に係る開口付近を拡大した図である。 本発明の実施の形態２に係る駆動モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態３に係る駆動モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態４に係る駆動モジュールを示す図である。

実施の形態１．
図１に、実施の形態１に係る駆動モジュール１００を示す。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂでの断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａでの断面図である。内筒１と同じ軸方向に内筒１を覆う外筒２があり、フランジ３ａ及びフランジ３ｂは、内筒１及び外筒２の両端を閉じる役割を果たす。内筒１の内側には、回転電機４と電気回路基板５を有する電力変換装置６とが回転電機３と主軸４ａの方向に並んで収容されている。ここでは、回転電機４は３相の電動機であり、電力変換装置６は電動機を駆動するための電力を生成するインバータであるとして以下を説明する。回転電機４の主軸４ａは片側に突き出しており、回転電機４の主軸４ａが突き出ている側の反対側に電力変換装置６が収容されている。電力変換装置６側のフランジをフランジ３ａ、回転電機４側のフランジをフランジ３ｂと呼ぶこととする。内筒１の内側は、中仕切板７により仕切られているが、回転電機４及び電力変換装置６は、中仕切板７を介してケーブル（図示せず）で電気的に接続されている。電力変換装置６は、回転電機４を駆動するパワーモジュールとしての電気回路基板５を有している。図１（ｂ）には、電気回路基板５の数が６個の場合を示しており、その数は３の倍数となっている。ここで、３の倍数とは、３、６、９、・・・を意味している。

内筒１及び外筒２の間に冷媒を循環させる環状流路８が形成されている。すなわち、内筒１と外筒２と両端を閉じるフランジ３ａ及びフランジ３ｂとで内筒１内側に収容された回転電機４及び電力変換装置６を冷却するための液冷ジャケットが構成されており、この液冷ジャケットの内部に冷媒が循環する環状流路８が形成されている。なお、内筒１の外面には放熱フィン１４が設けられている。なお、冷媒としては、例えば水や不凍液等の液体が用いられる。回転電機４の主軸４ａの方向に延在する仕切板９ａの一方の面に隣接して、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して分流ヘッダ１０ａが設けられている。仕切板９ａの分流ヘッダ１０ａが設けられた方と反対側の面に隣接して回転電機４の主軸４ａの方向に延在して合流ヘッダ１１ａが設けられている。言い換えると、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａとは内筒１の周方向に隣接して設けられ、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａとの間には仕切板９ａが設けられ、この仕切板９ａで分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａとは仕切られている。

本実施の形態では、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａは、内筒１の外面に環状流路８よりも深い溝として形成されている。分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの溝の側面が環状流路８と接続する。すなわち、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａは、それぞれ環状流路８と主軸４ａに延在する内筒１の周方向に垂直な面で隣接して設けられ、圧力損失を低減することができる。分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの主軸４ａの方向に垂直な断面の面積、特に、注入口１２又は排出口１３との接続部分の周辺の断面積は、少なくとも、注入口１２又は排出口１３の断面積以上とする。図１（ｂ）のように、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの断面形状は、主軸４ａの方向から見た場合に注入口１２又は排出口１３よりも周方向に幅広としてもよい。分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの主軸４ａに垂直な面での断面積を環状流路８の周方向に垂直な面での断面積（環状流路８を環状に流れる流路面積）と同等以上とするとより望ましい。注入口１２から断面積の大きい分流ヘッダ１０ａに入った冷媒は一旦流れが緩やかとなったのちに環状流路８に入るので、環状流路８に流れる分布を均一化するのに有利である。なお、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの主軸４ａの方向の深さ、幅は均一である必要はなく、例えば、環状流路８の終端であるフランジ３ｂ側に近づくにつれて断面積が変化するように、深さ、幅を変化させて、環状流路８に流れる分布を調整してもよい。すなわち、環状流路８より、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａの通流高さが大きいほど、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａの圧力損失が小さくすることができ、より偏流を小さくすることができる。つまり、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａの通流高さは、フランジ３ｂ側に近づくにつれて高くしてもよい。

仕切板９ａは内筒１と一体に形成されてもよいし、別体で形成されたものを接合して形成してもよい。また外筒２側に形成されてもよい。薄い板とすることが望ましいが、強度を確保するために、ある程度の厚みを持った仕切壁として形成されてもよい。

電力変換装置６側のフランジ３ａを貫通して分流ヘッダ１０ａと連結された注入口１２から、冷媒が注入される。電力変換装置６側のフランジ３ａを貫通して合流ヘッダ１１ａと連結された排出口１３から、冷媒が排出される。なお、図１（ａ）においては、排出口１３は注入口１２の奥に位置しているため、図示していない。注入口１２から分流ヘッダ１０ａに注入された冷媒は、分流ヘッダ１０ａにて内筒１の軸方向に広げられ、環状流路８へ分流して周方向に広げられることで、冷媒が環状流路８を循環する。環状流路８は放熱フィン１４と接する部分と放熱フィン１４が無い部分があり、放熱フィン１４と接する部分で特に効率良く内筒１の熱が冷媒に伝わる。次に、環状流路８を循環した冷媒は、環状流路８から合流ヘッダ１１ａに流入することで内筒１の軸方向に合流される。合流ヘッダ１１ａで合流した冷媒は、排出口１３から排出される。以上のように、内筒１の内側に収納された回転電機４及び電力変換装置６を冷却するための冷媒は、注入口１２、分流ヘッダ１０ａ、環状流路８、合流ヘッダ１１ａ及び排出口１３の順で流れることとなる。なお、注入口１２は分流ヘッダ１０ａと、排出口１３は合流ヘッダ１１ａとに、フランジ３ａ側で連結されていれば良く、フランジ３ａを介さず、外筒２を介しても良い。

なお、図１（ａ）で注入口１２及び放熱フィン１４の内部構造をわかりやすく図示するために、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂは切断面の中心を通っていない。

図１（ｂ）に注入口１２と排出口１３の取り付け位置の延長線上を点線で示している。図１（ｂ）に示すとおり、注入口１２と排出口１３は、それぞれ環状流路８の周方向において仕切板９ａよりも環状流路８寄りに設けることにより、注入口１２と排出口１３との距離が離れ、それぞれに接続する配管がしやすくなる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る駆動モジュール１００の注入口１２および排出口１３の図１（ｂ）のＣ−Ｃでの断面図である。図２に示すように、注入口１２と分流ヘッダ１０ａの連結部分を、注入口１２から分流ヘッダ１０ａへ向かって拡大流路形状とすることで、冷媒が分流ヘッダ１０ａの周方向へ広がりやすくなり、圧力損失を低減できる。また、排出口１３と合流ヘッダ１１ａの連結部分を、合流ヘッダ１１ａから排出口１３へ向かって縮小流路形状とすることで、圧力損失を低減できる。また、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａを内筒１の外面に形成したので、外筒２を出っ張りの無い単純な円筒面で形成でき、製造が容易となり、サイズも小さくできる。

電力変換装置６側のフランジ３ａ又は内筒１及び外筒２を介して、電力変換装置６に外部から直流電力が供給される。電力変換装置６にて直流から交流に変換された電力は、中仕切板７を介して回転電機４に供給される。そして、回転電機４は、供給された電力を機械的エネルギーに変換し、回転電機４側のフランジ３ｂを貫通する主軸４ａが外部に機械的エネルギーを伝える。その際、回転電機４及び電力変換装置６で発生した熱が内筒１へ放熱される。内筒１が受熱した回転電機４及び電力変換装置６からの熱は、冷媒へ伝えられる。ここで、放熱フィン１４は内筒１の熱を効率的に冷媒に伝える役割を有している。受熱して高温になった冷媒は、環状流路８から合流ヘッダ１１ａに流入し、排出口１３から排出される。以上のように冷媒が液冷ジャケットを循環することで、回転電機４及び電力変換装置６を冷却できる。

放熱フィン１４は、電気回路基板５と同じ数である６個に分割されて、それぞれの電気回路基板５の配置に対応した位置の内筒１の外面に配置されている。放熱フィン１４により、回転電機４及び電力変換装置６で発生した熱を受熱した内筒１と冷媒が接触する面積が増えるのと同等の効果が得られる。また、通流する断面積も縮小する。すなわち冷媒の圧力当たりの直径が小さくなる。その結果、放熱特性が向上する。

本実施の形態においては、図１（ｂ）に示すように、放熱フィン１４を分割して配置しており、環状流路８は放熱フィン１４が装着された部分と装着されていない部分とからなる。分割された放熱フィン１４間の放熱フィン１４が装着されない部分を設けることにより、圧力損失を低減することができる。また、放熱フィン１４を分割することにより、放熱フィン１４に冷媒が接触する部分が分割個数分生じる。放熱フィン１４を分割することで分割数分増加した放熱フィン１４の冷媒が流入する部分には、前縁効果により、伝熱が促進される。さらに、放熱フィン１４を分割することで、個々の放熱フィン１４の流路長が短くなることから、放熱フィン１４の表面に形成される温度境界層の発達を抑制することができ、放熱特性を向上させることができる。また、放熱フィン１４が装着されない部分が軸方向に連通することから、環状流路８のフランジ３ｂ側ほど、均流化が促進され、放熱能力が不足しやすい環状流路８のフランジ３ｂ側を適切に放熱することができる。

なお、この前縁効果により、放熱フィン１４の分流ヘッダ１０ａ側がより効率良く放熱することができる。ここで、放熱フィン１４の分流ヘッダ１０ａ側とは、冷媒の流れから見ると上流側ということである。したがって、電気回路基板５と放熱フィン１４の位置関係としては、電気回路基板５より少し合流ヘッダ１１ａ側にずらして放熱フィン１４を配置した方が、効率良く放熱することができる。

また、回転電機４と電力変換装置６とでは、それぞれが異なる放熱能力を必要とされる場合が多く、その場合はそれぞれで放熱フィン１４の構造、形状および寸法が異なっても構わない。さらに、軸方向に数段階に分けて放熱フィン１４の構成を変えることにより、軸方向に発生した偏流（流量の偏差が生じた流れ）をより抑制することができる。

図３は、回転電機４側のフィン１４ａ及び電力変換装置６側のフィン１４ｂからなる放熱フィン１４の全体を平面に展開して示した模式図の一例である。図３中の矢印は、分流ヘッダ１０ａから環状流路８に流入した冷媒の流れを示す。図３において、左右方向の長さを軸方向の幅、上下方向の長さを周方向の幅、奥から手前の長さすなわち内筒１の半径方向の長さを高さと呼ぶこととする。これらの定義は環状流路８の形状を表す際と放熱フィン１４の形状を表す際の両方で用いるものとする。ここで、周方向にフィン１４ａの間を流れる流路の軸方向の幅及び周方向の幅は、それぞれ周方向にフィン１４ｂの間を流れる流路の軸方向の幅及び周方向の幅と同一である。さらに、フィン１４ａ及びフィン１４ｂの高さは同じである。回転電機４側のフィン１４ａと電力変換装置６側のフィン１４ｂとでの軸方向の幅を異ならせたフィン１４ａ及びフィン１４ｂからなる放熱フィン１４を用いると、回転電機４と電力変換装置６で放熱能力を制御することができる。それと共に、流路が同一であることから、スケールなどの付着物による劣化が同様に生じる。したがって、流動特性の変化が同じとなり、経年変化による偏流の影響を抑制することができ、より好ましい。

言い換えると、回転電機４側と電力変換装置６側とでは、フィン１４ａの軸方向の幅Ｗａとフィン１４ｂの軸方向の幅Ｗｂとは異なるが、フィン１４ａ間の間隔Ｗｇａとフィン１４ｂ間の間隔Ｗｇｂとは同じである。

なお、フィン１４ａ及びフィン１４ｂは、図３のように周方向に複数に分断されていてもよく、フィン１４ａ及びフィン１４ｂの間の流路が波打つようにフィン１４ａ及びフィン１４ｂの形状が波形とされていてもよい。

図３に示すように、フィン１４ａの軸方向の幅Ｗａをフィン１４ｂの軸方向の幅Ｗｂよりも大きく設定することで、電力変換装置６側を流れる冷媒が回転電機４側を流れる冷媒より多くすることができるので、発熱の大きい電力変換装置６側の冷却性能を大きくできる。また、流路の形状が同じであるので、経年変化による偏流の影響を抑制することができる。なお、発熱が回転電機４側の方が大きくなる場合は、フィン１４ａの軸方向の幅Ｗａをフィン１４ｂの軸方向の幅Ｗｂよりも小さく設定すれば良い。

本実施の形態の構成によると、供給された電力を機械的エネルギーに変換し、外部へ機械的エネルギーを出力しつつ、この動作に伴い発生する熱を冷媒にて排出することにより、回転電機４および電力変換装置６を構成する機器をそれぞれの許容温度以下に保つことができ、安定して電力を機械エネルギーへ変換することができる。

図４は、図１（ｂ）のＤの位置からＤの矢印の方向に見た図であり、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａ内の冷媒の流れが分かりやすいように、回転電機４側のフランジ３ｂ側端部を拡大した図である。図４（ａ）は、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの端部と環状流路８との端部が略一致している場合の冷媒の流れを示す。図４中の矢印は、冷媒の流れを示している。図４に示すように、本実施の形態では、仕切板９ａの回転電機４の主軸４ａの方向において注入口１２及び排出口１３から遠い位置であってフランジ３ｂに近い位置に開口１５を設けている。図４（ａ）は本実施の形態における拡大図であり、図４（ｂ）は本実施の形態の変形例の拡大図である。

まずは、図４（ａ）を用いて、本実施の形態を説明する。なお、仕切板９ａに設けた開口１５は、主軸４ａがほぼ水平、仕切板９ａが主軸４ａのほぼ真上に位置するように設置されて使用された場合に、分流ヘッダ１０ａ内の冷媒に混入した気泡を分流ヘッダ１０ａから合流ヘッダ１１ａへ押し出す役割を有している。開口１５に気泡が流入すると、気泡の分流ヘッダ１０ａ側と合流ヘッダ１１ａ側に突状の気液界面が形成され、毛細管力が働き、開口１５付近に気泡が停滞しやすくなる。そこで、気泡を排出するためには、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａ間に生じる差圧が、毛細管力よりも大きくなるように設計するか、逆にその差圧より毛細管力が小さくなるように開口１５の径を大きくする必要がある。

たとえば、冷媒が水である場合、開口１５を内径が２〜４ｍｍの穴とするとよい。冷媒の種類により表面張力が異なるので、冷媒の種類に合わせて開口１５の径を調整するとよい。開口１５が大きいほど気泡が抜けやすいが、大きくすると分流ヘッダ１０ａから直接合流ヘッダ１１ａへバイパスして抜ける冷媒の量も多くなるので、適度な大きさにとどめることが望ましい。

本実施の形態では、冷媒を環状流路８に流していない時、すなわち冷媒が環状流路８内で静止している場合においては、気泡の浮力により、上部に設けられた分流ヘッダ１０ａおよび合流ヘッダ１１ａに気泡が集まる。一方、冷媒を環状流路８に流している時には、注入口１２から分流ヘッダ１０ａへの流れにより、分流ヘッダ１０ａに停滞していた気泡は開口１５へ押し流され、開口１５を介して合流ヘッダ１１ａに押し出され、さらに開口１５から合流ヘッダ１１ａへ流出するバイパス流および環状流路８から合流ヘッダ１１ａへ流入する冷媒の主流により、合流ヘッダ１１ａに停滞する気泡を排出口１３へ押し流される。本実施の形態によれば、以上のように環状流路８内の気泡を確実に排出することができる。上記の通り、本実施の形態ではフランジ３ｂ側の分流ヘッダ１０ａおよび合流ヘッダ１１ａも開口１５からの冷媒流れがあると共に、ほぼ全領域に渡り停滞部が存在しないことから、確実に気泡を排出することができる。

また、環状流路８よりも流路の高さが高い分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａとの間に開口１５を設けるため、比較的大きなサイズの穴を開けることが可能であり、表面張力の大きな冷媒への対応も容易である。また、分流ヘッダ１０ａおよび合流ヘッダ１１ａが重力方向に関して略水平位置に配置されることにより、気泡に働く浮力の影響が無く、開口１５を介して気泡を排出することができる。気泡の押し出しやすさの観点から仕切板９ａの厚みは、強度が十分であればなるべく薄いほうが望ましい。

本実施の形態では、開口１５の形状については、開口１５の面における、回転電機４の主軸４ａ方向の辺（以下、主軸４ａ方向の辺とする）と内筒１及び外筒２の半径方向の辺（以下、半径方向の辺とする）の値が等しい楕円、すなわち円としたが、四角形などでも問題ないことは言うまでもない。しかしながら、より効果を得るには、開口１５は四角形である場合は、開口１５の面における、回転電機４の主軸４ａ方向の幅（以下、主軸４ａ方向の幅とする）の、内筒１及び外筒２の半径方向の幅（以下、半径方向の幅とする）に対する比である、アスペクト比が１に近い方が望ましい。言い換えると、主軸４ａ方向の幅／半径方向の幅の値が等しい方が望ましい。開口１５が楕円の場合は、主軸４ａ方向の幅に対応するのは、主軸４ａ方向の辺であり、内筒１及び外筒２の半径方向の幅に対応するのは、内筒１及び外筒２の半径方向の辺である。

また、開口１５は、注入口１２及び排出口１３から遠い位置、すなわちフランジ３ｂ寄りに設けてある。その結果、仕切板９ａを介して分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａの間にバイパス流を発生する。分流ヘッダ１０ａ内に混入した気泡は、冷媒の慣性力により押し流され、回転電機４側のフランジ３ｂ寄りの端部側に集められ、開口１５を通って合流ヘッダ１１ａへ移動し、開口１５から流出するバイパス流により、勢いよく合流ヘッダ１１ａから排出口１３へ押し流される。

本実施の形態の駆動モジュール１００は、環状流路８を冷媒が周回する流れが生じるため、環状流路８に混入した気泡に遠心力が働き、気泡は外筒２へ押し付けられる。気泡は、また、混入した気泡に働く浮力によっても外筒２へ押し付けられる。したがって、開口１５は、仕切板９ａの外筒２側に近接して設けた方が、混入した気泡を排出しやすくなる。

本実施の形態によると、環状流路８内に流入した空気を効率良く排出することができるので、環状流路８内を冷媒で満たすことができ、圧力損失を低減できる。その結果、所望の冷媒流量および放熱能力を得ることができ、回転電機４および電力変換装置６を構成する機器の寿命も長くなるという効果が得られる。

また、本実施の形態によると、開口１５から合流ヘッダ１１ａに流入する冷媒により、冷媒の移動量が小さな合流ヘッダ１１ａのフランジ３ｂ寄りの端部の冷媒の移動量を増加させることができる。その結果、分流ヘッダ１０ａのフランジ３ｂ寄りの端部に集められた後、開口１５を介して合流ヘッダ１１ａに流入し停滞していた気泡を冷媒で押し流しやすくなり、気泡を効率良く排出することができる。

気泡が排出されやすい条件下では、開口１５での冷媒のバイパス流量が増大する。バイパス流量が大きくなると、環状流路８に流れるべき冷媒の流量が不足し、所望する放熱能力が得られなくなる。そこで、注入口１２から供給する冷媒流量を増加させると、注入口１２および排出口１３での圧力損失が大きくなると共に、注入口１２と排出口１３に連結される冷媒循環ループ（配管、リザーバタンク、ポンプや冷媒-空気熱交換器（ラジエータ）など）での圧力損失が大きくなり、冷媒循環駆動力を発生させるポンプが大型化したり、圧力損失を低減するために配管径を大きくしたりするなど、システムとしての容積および重量が共に大きくなるという問題が生じる。この問題を解決するための本実施の形態の変形例を図４（ｂ）に示し、以下で説明する。

図４（ｂ）は、本実施の形態である図４（ａ）の変形例として、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの端部が環状流路８の端部よりもフランジ３ｂ寄りにある場合を示したものである。言い換えると、開口１５の面の法線方向は壁１６となっており、開口１５が環状流路８の端部に面さないように構成されている。図４（ａ）と同様に、矢印は冷媒の流れを示している。この変形例によると、開口１５と環状流路８の端部とが面しあわない配置としたことにより、環状流路８から流入する冷媒の流れと、開口１５から流出するバイパス流が衝突し、干渉することを防ぐことができる。その結果、所望の安定した冷媒流量及び放熱能力を得ることができる。さらに、分流ヘッダ１０ａ及び合流ヘッダ１１ａの周方向の幅に比べて開口１５と壁１６との間隔は狭くなっている。このため、開口１５から流出した冷媒が衝突噴流として壁１６に衝突し、この衝突噴流に伴う圧力損失により、バイパス流量を抑制することができる。少ないバイパス流量を発生する構成にて、開口１５からスムーズに気泡を分流ヘッダ１０ａから合流ヘッダ１１ａへ排出することができ、所望の放熱能力を効率良く達成することができる。

本実施の形態の駆動モジュール１００は、回転電機４と電力変換装置６を内装しており、３相駆動系であることから、それぞれ３の倍数を基準とした要素機器の構成となる。例えば、回転電機４は、内筒１に接する固定子と固定子に内装された可動子から主に構成され（図示せず）、固定子は３の倍数要素（例えば、ティースやコイル群など）の組合せから構成している。また、電力変換装置６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相用の電気回路基板５、制御基板、コンデンサなどから構成され、特に高効率冷却が必要な電気回路基板５が３相用として、３個や６個といった個数で構成される。

なお、回転電機４は、あえて電力変換装置６の電気回路基板５の個数と変えて（たとえば、ティースを４個や５個）、回転電機４の動作をスムーズにすることもある。したがって、回転電機４と電力変換装置６は３の倍数の要素機器から構成されるが、同一数とは限らず、異なる分割数でも良いのは言うまでもない。

なお、以上では電力変換装置６がインバータの場合について説明したが、電力変換装置６が、交流電力を直流電力に変換し、さらにこの直流電力を回転電機４の駆動に必要な交流電力に変換するようなコンバータとインバータとの組合せとなっていても同様の効果が得られるのは言うまでもない。

以上のとおり、実施の形態１に係る駆動モジュール１００においては、主軸が片側に突き出た回転電機４と、片側とは反対側に回転電機４と並んで設けられ、回転電機４を駆動する電力変換装置６と、内側に回転電機４及び電力変換装置６が収容され、外面に放熱フィン１４が設けられた内筒１と、内筒１と同じ軸方向に内筒１を覆い、内筒１との間に冷媒を循環させる環状流路８を形成する外筒２と、内筒１及び外筒２の電力変換装置６側の端部を閉じる第１のフランジ３ａと、内筒及び外筒の回転電機側の端部を閉じる第２のフランジ３ｂと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、冷媒を環状流路８に分流する分流ヘッダ１０ａと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、環状流路８を循環した冷媒を合流する合流ヘッダ１１ａと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１１ａとの間を仕切る仕切板９ａと、分流ヘッダ１０ａの片側とは反対側の位置に、第１のフランジ３ａまたは外筒２のいずれかに貫通して設けられた注入口１２と、合流ヘッダ１１ａの片側とは反対側の位置に、第１のフランジ３ａまたは外筒２のいずれかに貫通して設けられた排出口１３と、を備え、仕切板９ａには、回転電機４の主軸４ａの方向において注入口１２及び排出口１３から遠い位置であって第２のフランジ３ｂに近い位置に開口１５が設けられている。このため、実施の形態１に係る駆動モジュール１００は、環状流路８内に混入した気泡を確実に排出することができ、低圧力損失で高効率に放熱できる。

実施の形態２．
図５に、本実施の形態２に係る駆動モジュール２００を示す。図５は、図１（ｂ）と同じ位置での断面図である。本実施の形態は、実施の形態１とは分流ヘッダ１０ｂ、合流ヘッダ１１ｂ及び仕切板９ｂの配置が異なるだけで、他の構成については実施の形態１と同じである。本実施の形態では、分流ヘッダ１０ｂ、合流ヘッダ１１ｂ及び仕切板９ｂが、実施の形態１よりも外筒２より外側へ向かって突出した形状である。

本実施の形態によれば、分流ヘッダ１０ｂ及び合流ヘッダ１１ｂの通流断面積を小さくすること無く内筒１の厚さを薄くすることができるので、液冷ジャケットの冷却能力を維持したままで軽量化あるいは小型化を実現できる。一方、逆に、液冷ジャケットの冷却能力を増加させたい場合は、本実施の形態によれば、分流ヘッダ１０ｂと合流ヘッダ１１ｂの通流断面積をより大きくすることができ、圧力損失をより低減できると共に、環状流路８の偏流をより抑制することができるので、冷媒の流量を増やすことができる。

実施の形態３．
図６は、本実施の形態３に係る駆動モジュール３００を示す図である。図６（ａ）は、図６（ｂ）のＦ−Ｆでの断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＥ−Ｅでの断面図である。本実施の形態は、実施の形態２の構成に加えて、ドレン流路１７、ドレン穴１８、栓１９が備わったところが異なるだけで、他の構成については実施の形態２と同じである。

なお、図６（ａ）でドレン流路１７、ドレン穴１８、栓１９の内部構造をわかりやすく図示するために、図１（ｂ）におけるＥ−Ｅは切断面の中心を通っていない。

ドレン流路１７は、環状流路８内の最下部すなわち仕切板９ｂの１８０度反対側の外筒２の内側の面に主軸４ａ方向に延在する窪みである。ドレン流路１７は、環状流路８よりも通流断面積が大きくなるように設けられている。ドレン流路１７を設けることにより、冷媒中に含まれたゴミおよび環状流路８内で腐食により発生したゴミなどを、ドレン流路１７にてトラップすることができる。

さらに、ドレン流路１７でトラップしたゴミなどを排出するドレン穴１８が、外筒２を貫通して設けられている。また、ドレン穴１８を塞ぐ栓１９も設けられている。ドレン穴１８を設けることにより、環状流路８内の冷媒を排出しやすくなると共に、環状流路８内のゴミを排出することができる。

なお、本実施の形態では、ドレン流路１７にドレン穴１８及び栓１９を設けているが、実施の形態１及び実施の形態２のようなドレン流路１７を有しない構成においても、外筒２を貫通させてドレン穴１８及び栓１９を設けることができる。

実施の形態４．
図７は、本実施の形態４に係る駆動モジュール４００を示す図である。図７（ａ）は、図７（ｂ）のＨ−Ｈでの断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のG−Gでの断面図である。実施の形態１に示す駆動モジュール１００においては、内筒１の内側に回転電機４と電力変換装置６とを収容している。実施の形態４に示す駆動モジュール４００においては、内筒１の内側に回転電機４を収容しているが、内筒１の内側に電力変換装置６は収容していない。実施の形態４に示す駆動モジュール４００のその他の構成および機能は、実施の形態１に示す駆動モジュール１００と同一である。なお、図７（ｂ）の断面図においては、回転電機４の図示を省略している。

図７（ｂ）に示すように、放熱フィン１４は、環状流路８に沿って、内筒１または回転電機４の周方向に複数に分割されて、内筒１の外面に配置されている。放熱フィン１４により、回転電機４で発生した熱を受熱した内筒１と冷媒が接触する面積が増えるのと同等の効果が得られる。また、通流する断面積も縮小する。すなわち冷媒の圧力当たりの直径が小さくなる。その結果、放熱特性が向上する。

本実施の形態４においては、図７（ｂ）に示すように、放熱フィン１４を分割して配置しており、環状流路８は放熱フィン１４が装着された部分と装着されていない部分とからなる。分割された放熱フィン１４間の放熱フィン１４が装着されない部分を設けることにより、圧力損失を低減することができる。また、放熱フィン１４を分割することにより、放熱フィン１４に冷媒が接触する部分が分割個数分生じる。放熱フィン１４を分割することで分割数分増加した放熱フィン１４の冷媒が流入する部分には、前縁効果により、伝熱が促進される。さらに、放熱フィン１４を分割することで、個々の放熱フィン１４の流路長が短くなることから、放熱フィン１４の表面に形成される温度境界層の発達を抑制することができ、放熱特性を向上させることができる。また、放熱フィン１４が装着されない部分が軸方向に連通することから、環状流路８のフランジ３ｂ側ほど、均流化が促進され、放熱能力が不足しやすい環状流路８のフランジ３ｂ側を適切に放熱することができる。

以上のとおり、実施の形態４に係る駆動モジュール４００においては、主軸４ａが片側に突き出た回転電機４と、内側に回転電機４が収容され、外面に放熱フィン１４が設けられた内筒２と、内筒２と同じ軸方向に設けられ、内筒２を覆い、内筒２との間に冷媒を循環させる環状流路８を形成する外筒１と、内筒２及び外筒１の一方の端部を閉じる第１のフランジ３ａと、内筒２及び外筒１の他方の端部を閉じる第２のフランジ３ｂと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、冷媒を環状流路８に分流する分流ヘッダ１０ａと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、環状流路８を循環した冷媒を合流する合流ヘッダ１１ａと、回転電機４の主軸４ａの方向に延在して、分流ヘッダ１０ａと合流ヘッダ１０ｂとの間を仕切る仕切板９ａと、第１のフランジ３ａまたは外筒の第２のフランジ３ｂより第１のフランジ３ａ側に貫通して設けられた注入口１２と、第１のフランジ３ａまたは外筒１の第２のフランジ３ｂより第１のフランジ３ａ側に貫通して設けられた排出口１３と、を備え、仕切板９ａには、回転電機４の主軸４ａの方向において第１のフランジ３ａより第２のフランジ３ｂに近い位置に開口１５が設けられている。このため、実施の形態４に係る駆動モジュール４００は、環状流路８内に混入した気泡を確実に排出することができ、低圧力損失で高効率に放熱できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 内筒、２ 外筒、３ａ フランジ、３ｂ フランジ、４ 回転電機、４ａ 主軸、
５ 電気回路基板、６ 電力変換装置、８ 環状流路、９ａ 仕切板、９ｂ 仕切板、
１０ａ 分流ヘッダ、１０ｂ 分流ヘッダ、１１ａ 合流ヘッダ、１１ｂ 合流ヘッダ、１２ 注入口、１３ 排出口、１４ 放熱フィン、１５ 開口、１７ ドレン流路、
１００、２００、３００、４００ 駆動モジュール

Claims (11)

1. 主軸が片側に突き出た回転電機と、
   内側に前記回転電機が収容され、外面に放熱フィンが設けられた内筒と、
   前記内筒と同じ軸方向に設けられ、前記内筒を覆い、前記内筒との間に冷媒を循環させる環状流路を形成する外筒と、
   前記内筒及び前記外筒の一方の端部を閉じる第１のフランジと、
   前記内筒及び前記外筒の他方の端部を閉じる第２のフランジと、
   前記回転電機の前記主軸の方向に延在して、前記冷媒を前記環状流路に分流する分流ヘッダと、
   前記回転電機の前記主軸の方向に延在して、前記環状流路を循環した前記冷媒を合流する合流ヘッダと、
   前記回転電機の前記主軸の方向に延在して、前記分流ヘッダと前記合流ヘッダとの間を仕切る仕切板と、
   前記第１のフランジまたは前記外筒の前記第２のフランジより前記第１のフランジ側に貫通して設けられた注入口と、
   前記第１のフランジまたは前記外筒の前記第２のフランジより前記第１のフランジ側に貫通して設けられた排出口と、
   を備え、
   前記仕切板には、前記回転電機の前記主軸の方向において前記第１のフランジより前記第２のフランジに近い位置に開口が設けられていること
   を特徴とする駆動モジュール。
2. 前記内筒の内側に前記回転電機の前記主軸の方向に前記回転電機と並んで設けられ、前記回転電機を駆動する電力変換装置を備え、
   前記第１のフランジは、前記内筒及び前記外筒の前記電力変換装置側の端部を閉じ、
   前記第２のフランジは、前記内筒及び前記外筒の前記回転電機側の端部を閉じること
   を特徴とする請求項１に記載の駆動モジュール。
3. 前記開口の面の法線方向に、壁を設けること
   を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。
4. 前記電力変換装置は、前記内筒の内面に周方向に並んだ複数の電気回路基板を有し、
   前記放熱フィンは、前記電力変換装置が有する前記電気回路基板の数と同数に前記内筒の前記周方向に分割されると共に、前記分割された前記放熱フィンの各々は、前記複数の前記電気回路基板のそれぞれの配置に対応する前記内筒の外面に設けられたこと
   を特徴とする請求項２に記載の駆動モジュール。
5. 前記電気回路基板の数は、３の倍数であること
   を特徴とする請求項４に記載の駆動モジュール。
6. 前記放熱フィンのうち、前記回転電機と前記内筒を介して隣接する前記環状流路中の部分の構造と、前記電力変換装置と前記内筒を介して隣接する前記環状流路中の部分の構造が異なること
   を特徴とする請求項２に記載の駆動モジュール。
7. 前記注入口及び前記排出口が前記第１のフランジを貫通する位置は、それぞれ前記環状流路の周方向において前記仕切板よりも前記環状流路寄りであること
   を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。
8. 前記注入口と前記分流ヘッダの連結部分は、前記注入口から前記分流ヘッダに向かって拡大流路形状であること
   を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。
9. 前記排出口と前記合流ヘッダの連結部分は、前記合流ヘッダから前記排出口に向かって縮小流路形状であること
   を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。
10. 前記分流ヘッダ、前記仕切板及び前記合流ヘッダが、前記外筒より前記外筒の半径方向外側へ向かって突出した形状であること
    を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。
11. 前記環状流路内の最下部に窪みを設けたこと
    を特徴とする請求項１または２に記載の駆動モジュール。

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