JP6413509B2 - 航空機の電動駆動ユニット冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、航空機に搭載され電動で駆動されるユニットを冷却するシステムに関する。

航空機の推進装置として使用されるガスタービンエンジンに燃料タンクから燃料を供給する燃料ポンプは一般に、補機駆動用ギアボックスを介して伝達されるエンジンの動力によって回転される。

このため、燃料ポンプの回転数は、エンジンの回転数に依存して変化する。ギアポンプのような定容積型ポンプの場合は、ポンプが吐出する流量がエンジンの回転数によって決まるため、エンジンの燃焼器が必要とする燃料に対して余剰となる燃料が発生する。そこで、専用の電動モータにより燃料ポンプとしてのギアポンプを回転させる提案も行われている（例えば、特許文献１）。ギアポンプを電動モータにより回転させれば、エンジンの回転数に依存せずにギアポンプの回転数をコントロールすることができる。

米国特許第７５４０１４１号明細書

ところで、電動モータを航空機に搭載することは、燃料供給以外の目的では既に実施されている。例えば、客室の空調装置で用いるコンプレッサ等の駆動には、電動モータが用いられている。

この種の電動モータや電動モータの駆動回路等の電動駆動ユニットは発熱するため冷却が欠かせず、現在は液冷媒を用いて冷却を行っている。しかし、液冷媒は冷媒流路からの漏れ防止に十分な対策を講じる必要があるので、その点の負担を軽減できる空気を冷媒に用いる方が有利である。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、航空機の電動駆動ユニットを空気冷媒によって効率的に冷却できる航空機の電動駆動ユニット冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１及び請求項３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムは、
航空機内に配置された電動駆動ユニットに隣接して配置され、該隣接する電動駆動ユニットと熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器に導いた熱交換用のエアを吸引して前記航空機の機外に排出する電動ブロワと、
前記電動駆動ユニットの発熱量に応じて前記電動ブロワの回転数を制御する制御部と、
を各電動駆動ユニット毎に備える、
ことを特徴とする。

請求項１及び請求項３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムによれば、航空機の各電動駆動ユニットに熱交換器をそれぞれ隣接させて、各電動駆動ユニットの発熱量に応じた回転数で回転する電動ブロワにより吸引したエアを対応する電動駆動ユニットに隣接する熱交換器にそれぞれ通過させる。

このため、各電動駆動ユニットが、電動ブロワが吸引するエアにより自身の発熱量に応じた能力でそれぞれ個別に冷却されるようにして、航空機の電動駆動ユニットを空気冷媒によって効率的に冷却することができる。

即ち、各電動駆動ユニットの発熱量に応じて、対応する熱交換器による空冷能力を電動ブロワの回転数制御により個別に調整するので、例えば、全ての電動駆動ユニットの発熱量が増加した場合等を想定して、一定のマージンを含めた高めの空冷能力をシステム全体で常に持たせておく必要がなくなる。

よって、各電動駆動ユニットの発熱量が増加した場合に、システム全体での空冷能力を必要な分だけ増加させ、各電動駆動ユニットの発熱量の増加が解消したら元の空冷能力に戻す等、システム全体の空冷能力を状況に応じた適切な能力に保つことができ、空気冷媒による電動駆動ユニットの冷却を効率的に行うことができる。

また、請求項１に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムは、前記電動駆動ユニットと共に前記航空機の与圧領域に配置された前記熱交換器には、前記与圧領域から前記機外に排出するベンチレーションエアが導かれることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムによれば、航空機の与圧領域からのベンチレーションエアを与圧領域の電動駆動ユニットの冷却に用いる場合、与圧領域のエアの換気量に依存してではなく、電動駆動ユニットの発熱量に依存して、熱交換器を通過するベンチレーションエアの流量が決定される。

このため、与圧領域のエアの換気量が必要量に対して過剰とならないように低めの値に設定されていても、電動駆動ユニットを冷却するのに流量不足とならないように、与圧領域からのベンチレーションエアの流量を必要最低限の換気量よりも多めの流量に制御することができる。よって、熱交換器を通過するベンチレーションエアの流量不足で電動駆動ユニットが十分に冷却されなくなるのを防ぐことができる。

さらに、請求項２に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムは、請求項１に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、前記電動駆動ユニットと共に前記航空機の非与圧領域に配置された前記熱交換器には、前記航空機の吸気口から取り込まれた機外のラムエアが導かれることを特徴とする。請求項３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムも、同様の構成を有している。

請求項２に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムによれば、請求項１に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、電動駆動ユニットに隣接した非与圧領域の熱交換器には、航空機の吸気口から取り込まれた機外の空気又はラムエアを、与圧領域を経由せずに導くことができる。請求項３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムでも、同様の効果を得ることができる。

したがって、吸気口（エアインテーク）から取り込んだ機外の空気又はラムエアの流体圧では不足な分だけ電動ブロワで機外の空気又はラムエアを吸引すれば、電動駆動ユニットの冷却に十分な流量のエアを熱交換器に通過させることができる。よって、熱交換器に必要な流量のエアを通過させるための電動ブロワの負担を軽減することができる。

また、請求項４に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムは、請求項１、２又は３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、前記電動ブロワの駆動回路と、該駆動回路に隣接して配置され前記駆動回路と熱交換を行うサブ熱交換器とを、各電動駆動ユニット毎にさらに備え、前記電動ブロワは、前記熱交換器及び前記サブ熱交換器のうち一方を経て他方に導いたエアを吸引して前記航空機の機外に排出することを特徴とする。

請求項４に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムによれば、請求項１、２又は３に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、電動ブロワの駆動回路においてもパワースイッチング半導体等で発熱が生じる。

したがって、熱交換器に導いたエアを駆動回路に隣接して配置されたサブ熱交換器に導いて駆動回路を冷却し、あるいは、熱交換器に導く前にサブ熱交換器に導いたエアで隣接する駆動回路を冷却することで、各電動駆動ユニットを空気冷媒で冷却するために必要な電動ブロワの駆動回路で発生する熱についても、電動駆動ユニットで発生する熱と共に空気冷媒で効率的に冷却することができる。

さらに、請求項５に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムは、請求項１、２、３又は４に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、前記制御部は、前記電動ブロワの回転数制御により、前記電動ブロワが吸引排出するエアによる前記機外への排熱量を、前記電動駆動ユニットの発熱量に応じて最適化することを特徴とする。

請求項５に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムによれば、請求項１、２、３又は４に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却システムにおいて、電動駆動ユニットの発熱量に釣り合った熱量が熱交換器で熱交換されるような流量に、熱交換器を通過するエアの流量がコントロールされる。

このため、例えば電動駆動ユニットが過剰に冷却されるほど電動ブロワが必要以上に高出力で駆動されて電力が電動ブロワにより無駄に消費されることがない。したがって、電動駆動ユニットの冷却を効率よく行うことができる。

なお、各請求項に記載した本発明の航空機の電動駆動ユニット冷却装置において、前記電動駆動ユニットは、電動モータ及び該電動モータの駆動回路のうち少なくとも一方を含んでいればよい。

本発明によれば、航空機の電動駆動ユニットを空気冷媒によって効率的に冷却することができる。

本発明の一実施形態に係る航空機の電動駆動ユニット冷却システムを示す説明図である。 図１の冷却ユニットの概略構成を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る航空機の電動駆動ユニット冷却システムを示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１の説明図に示す本実施形態の航空機１は、胴体３内の上部に客室５が設けられており、胴体３の下部に、客室５と仕切られた貨物室７が設けられている。客室５及び貨物室７は、地上大気圧に近い圧力に与圧されている。

貨物室７には電気室９が設けられており、電気室９には、客室５の洗面所５ａ，５ｂやギャレー５ｃ等から調温及び換気のために排出されたベンチレーションエアが導かれる。電気室９に導かれたベンチレーションエアは、ベンチレーション通路１１を介して航空機１の機外に排出される。

また、胴体３の前方下部には、不図示の前輪が格納される開閉式の車輪格納庫１３が設けられている。車輪格納庫１３は、胴体３の与圧領域である客室５や貨物室７（電気室９を含む）に対して気密に仕切られた非与圧領域となっている。

電気室９には、冷却ユニット１５が配置されている。図１では、４つの冷却ユニット１５が配置されている例を示している。各冷却ユニット１５は、熱交換器１７を介して電動駆動ユニット１９と電動ブロワユニット２１とを隣り合わせに配置したものである。

熱交換器１７は、客室５の洗面所５ａ，５ｂやギャレー５ｃ等から電気室９に導かれたベンチレーションエアと接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。熱交換器１７においては、隣接する電動駆動ユニット１９と内部を通過するベンチレーションエアとの間で熱交換が行われる。電動駆動ユニット１９から熱を受け取った熱交換器１７の通過後のベンチレーションエアは、電動ブロワユニット２１に導かれる。

各電動駆動ユニット１９は、例えば、客室５内の空気を調和する空調装置で用いられるコンプレッサ（図示せず）等を駆動させる電動モータ７ａの駆動回路（図示せず）を含んでいる。勿論、電動駆動ユニット１９は、電動モータ７ａ自身であっても良く、電動モータ７ａとその駆動回路との両方を含んでいてもよい。

電動モータ７ａは、従来の航空機で用いられている油圧や空気圧等の駆動源に代わる、空調装置のコンプレッサ等の駆動源として、航空機１に搭載される。電動モータ７ａは、例えば内部のコイル部分等において、また、電動モータ７ａの駆動回路は、回路内の高圧高速スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）において、それぞれ高熱を発生する。このため、電動モータ７ａやその駆動回路で構成される電動駆動ユニット１９には、動作の安定性を保証する上で冷却要素が欠かせない。

電動ブロワユニット２１は、図２に示すように、熱交換器１７を通過したベンチレーションエアが通過するサブ熱交換器２１ａと、サブ熱交換器２１ａを通過したベンチレーションエアを吸引する電動ブロワ２１ｂと、サブ熱交換器２１ａと隣接して配置された電動ブロワ２１ｂの駆動回路２１ｃとを有している。なお、サブ熱交換器２１ａを通過した後に熱交換器１７を通過するようにベンチレーションエアの通過順を逆にして、熱交換器１７を通過したベンチレーションエアを電動ブロワ２１ｂで吸引するようにしてもよい。

サブ熱交換器２１ａは、熱交換器１７を通過したベンチレーションエアと接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。電動ブロワ２１ｂは、電動モータ２１ｄで回転させる羽根車２１ｅによりサブ熱交換器２１ａを通過したベンチレーションエアを吸引し、不図示のディフューザ流路内で圧縮して排出する。駆動回路２１ｃは、電動駆動ユニット１９の電動モータの駆動回路と同様に、高熱を発生する高圧高速スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）を有している。

したがって、サブ熱交換器２１ａにおいては、隣接する駆動回路２１ｃと内部を通過するベンチレーションエアとの間で熱交換が行われる。駆動回路２１ｃから熱を受け取ったサブ熱交換器２１ａの通過後のベンチレーションエアは、電動ブロワ２１ｂにより圧縮され、ベンチレーション通路１１を介して電気室９から機外に排出される。

図１に示すように、車輪格納庫１３にはエア流路２３が設けられている。エア流路２３は、不図示のドアが開放された車輪格納庫１３に流入した機外の空気が吸気口２５から排気口２７に向けて流れる流路である。

エア流路２３の途中には、冷却ユニット２９が介設されている。冷却ユニット２９は、熱交換器３１を介して電動駆動ユニット３３と電動ブロワユニット３５とを隣り合わせに配置したものである。

熱交換器３１は、電動ブロワユニット３５によりエア流路２３の吸気口２５から吸引された機外の空気と接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。熱交換器３１においては、電動ブロワユニット３５により吸引されて内部を通過する機外の空気と隣接する電動駆動ユニット３３との間で熱交換が行われる。電動駆動ユニット３３から熱を受け取った熱交換器３１を通過した後の機外の空気は、電動ブロワユニット３５に導かれる。

電動駆動ユニット３３は、例えば、不図示の前輪を車輪格納庫１３から脚下げしたり車輪（図示せず）を駆動させる電動モータ１３ａの駆動回路（図示せず）を含んでいる。勿論、電動駆動ユニット３３は、電動駆動ユニット１９と同様に、電動モータ１３ａ自身であっても良く、電動モータ１３ａとその駆動回路との両方を含んでいてもよい。電動モータ１３ａやその駆動回路は高熱をそれぞれ発生するので、電動駆動ユニット３３も電動駆動ユニット１９と同様に、動作の安定性を保証する上で冷却要素が欠かせない。

電動ブロワユニット３５は、図２に示すように、熱交換器３１を通過した機外の空気が通過するサブ熱交換器３５ａと、サブ熱交換器３５ａを通過した機外の空気を吸引する電動ブロワ３５ｂと、サブ熱交換器３５ａと隣接して配置された電動ブロワ３５ｂの駆動回路３５ｃとを有している。なお、サブ熱交換器３５ａを通過した後に熱交換器３１を通過するように機外の空気の通過順を逆にして、熱交換器３１を通過した機外の空気を電動ブロワ３５ｂで吸引するようにしてもよい。

サブ熱交換器３５ａは、熱交換器３１を通過した機外の空気と接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。電動ブロワ３５ｂは、電動モータ３５ｄで回転させる羽根車３５ｅによりサブ熱交換器３５ａを通過した機外の空気を吸引し、不図示のディフューザ流路内で圧縮して排出する。駆動回路３５ｃは、電動駆動ユニット３３の電動モータの駆動回路と同様に、高熱を発生する高圧高速スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）を有している。

したがって、サブ熱交換器３５ａにおいては、隣接する駆動回路３５ｃと内部を通過する機外の空気との間で熱交換が行われる。駆動回路３５ｃから熱を受け取ったサブ熱交換器３５ａを通過した後の機外の空気は、電動ブロワ３５ｂにより圧縮され、エア流路２３の排気口２７から機外に排出される。

上述した客室５や貨物室７、車輪格納庫１３の電動モータ７ａ，１３ａの回転数は、航空機１の機器を制御する航空機用デジタル制御装置等の制御装置３７によって決定される。制御装置３７は、航空機１の全体を制御するものである場合もあれば、航空機１の一部、即ち、航空機１に分散して配置されるシステム（例、不図示の空調装置のシステムや前輪のシステム等）の一つを制御するものである場合もある。

決定された電動モータ７ａ，１３ａの回転数は、対応する電動駆動ユニット１９，３３の不図示の駆動回路に指令される。この指令を受けた駆動回路は、指令された回転数で回転するように電動モータ７ａ，１３ａを駆動させる。

ところで、電動駆動ユニット１９，３３の不図示の駆動回路は、対応する電動モータ７ａ，１３ａを駆動させる際の駆動内容から、電動モータ７ａ，１３ａや自身の消費電力を把握することができる。

そして、電動モータ７ａ，１３ａやその駆動回路のうち、熱交換器１７，３１を通じて発熱を放出できる電動駆動ユニット１９，３３に含まれる要素の消費電力は、そこで発生する発熱量の指標として用いることができる。

そこで、本実施形態では、電動モータ７ａ，１３ａやその駆動回路のうち電動駆動ユニット１９，３３に含まれる要素について把握された消費電力が、電動モータ７ａ，１３ａの駆動回路から、電動駆動ユニット１９，３３に対応する電動ブロワユニット２１，３５の駆動回路２１ｃ，３５ｃに、直接又は制御装置３７を介して通知される。

消費電力の通知を受けた各駆動回路２１ｃ，３５ｃは、熱交換器１７，３１を通過するベンチレーションエアや機外の空気の流量が、通知された消費電力から推定される発熱量を熱交換するのに見合った流量となるように、電動モータ２１ｄ，３５ｄの回転数を決定し、決定した回転数で電動モータ２１ｄ，３５ｄを駆動させる。

つまり、駆動回路２１ｃ，３５ｃが行う電動モータ２１ｄ，３５ｄの回転数制御は、電動ブロワ２１ｂ，３５ｂが吸引排出するベンチレーションエアや機外の空気による機外への排熱量を、熱交換器１７，３１で熱交換される電動駆動ユニット１９，３３の発熱量に応じて最適化する制御となる。

仮に、熱交換器１７，３１を通過するベンチレーションエアや機外の空気の流量を個別にコントロールできない場合は、電動駆動ユニット１９，３３の最大発熱量に合わせて熱交換器１７，３１を通過するベンチレーションエアや機外の空気の流量を設定する必要がある。したがって、電動駆動ユニット１９，３３の発熱量が最大発熱量よりも低い状態では、熱交換器１７，３１で電動駆動ユニット１９，３３が過剰に冷却されるほど電動モータ２１ｄ，３５ｄが必要以上に高回転数で駆動され、電力が無駄に消費されてしまう。

しかし、本実施形態では、電動駆動ユニット１９，３３の発熱量に釣り合った熱量が熱交換器１７，３１で熱交換されるような流量に、熱交換器１７，３１を通過するベンチレーションエアや機外の空気の流量がコントロールされる。このため、電動駆動ユニット１９，３３の冷却が効率よく行われるようになる。

即ち、本実施形態の航空機１では、電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃが、請求項中の制御部に相当している。なお、消費電力を制御装置３７に通知し、通知された消費電力から推定される発熱量を熱交換するのに見合った流量となるように、電動モータ２１ｄ，３５ｄの回転数を制御装置３７で推定して、推定した回転数を電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃに通知してもよい。この場合は、制御装置３７が請求項中の制御部に相当する。駆動回路２１ｃ，３５ｃは、制御装置３７から通知された回転数で電動ブロワ２１ｂ，３５ｂを駆動させる。

以上に説明したように、本実施形態の航空機１では、各電動駆動ユニット１９，３３に熱交換器１７，３１をそれぞれ隣接させて、各電動駆動ユニット１９，３３の発熱量に応じた回転数で回転する電動ブロワ２１ｂ，３５ｂにより吸引したエア（ベンチレーションエアや機外の空気）を、対応する電動駆動ユニット１９，３３に隣接する熱交換器１７，３１にそれぞれ通過させる構成とした。

即ち、本実施形態の航空機１では、各電動駆動ユニット１９，３３の発熱量に応じて、対応する熱交換器１７，３１による空冷能力を電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの回転数制御により個別に調整する。このため、例えば、全ての電動駆動ユニット１９，３３の発熱量が増加した場合等を想定して、一定のマージンを含めた高めの空冷能力を電動駆動ユニット１９，３３の冷却システム全体で常に持たせておく必要がなくなる。

よって、各電動駆動ユニット１９，３３の発熱量が増加した場合に、電動駆動ユニット１９，３３の冷却システム全体での空冷能力を必要な分だけ増加させ、各電動駆動ユニット１９，３３の発熱量の増加が解消したら元の空冷能力に戻す等、システム全体の空冷能力を状況に応じた適切な能力に保つことができ、空気冷媒による電動駆動ユニット１９，３３の冷却を効率的に行うことができる。

また、本実施形態の航空機１では、電気室９の電動駆動ユニット１９の冷却に用いる客室５からのベンチレーションエアが熱交換器１７を通過する流量を、客室５のエアの換気量に依存してではなく、電動駆動ユニット１９の消費電力に応じた発熱量に依存して決定する。

このため、客室５のエアの換気量が必要量に対して過剰とならないように低めの値に設定されていても、電動駆動ユニット１９を冷却するのに流量不足とならないように、客室５からのベンチレーションエアの流量を必要最低限の換気量よりも多めの流量に制御することができる。よって、熱交換器１７を通過するベンチレーションエアの流量不足で電動駆動ユニット１９が十分に冷却されなくなるのを防ぐことができる。

また、本実施形態の航空機１では、電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃに隣接させたサブ熱交換器２１ａ，３５ａにベンチレーションエアや車輪格納庫１３に流入した機外の空気を通過させて、サブ熱交換器２１ａ，３５ａを通じて駆動回路２１ｃ，３５ｃの発熱を放出できる。

このため、各電動駆動ユニット１９，３３をベンチレーションエアや機外の空気で冷却するために必要な電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃで発生する熱についても、電動駆動ユニット１９，３３で発生する熱と共にベンチレーションエアや機外の空気で効率的に冷却することができる。

なお、上述した実施形態では、電動駆動ユニット１９を電気室９に配置した場合を例に取って説明したが、例えば客室５等、航空機１の与圧される与圧領域に配置した電動駆動ユニットの冷却を行う場合にも、本発明は適用可能である。

同様に、上述した実施形態では、電動駆動ユニット３３を車輪格納庫１３に配置した場合を例に取って説明したが、航空機１の与圧されない非与圧領域に配置した電動駆動ユニットの冷却を行う場合にも、本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態では、非与圧室である車輪格納庫１３の電動駆動ユニット３３を、不図示のドアを開放した状態で車輪格納庫１３に流入し電動ブロワユニット３５で吸引した機外の空気によって冷却する場合について説明した。しかし、機外から取り込んだラムエアを冷却に用いることもできる。

図３の説明図に示す他の実施形態の航空機１Ａでは、胴体３に設けた非与圧室３９（請求項中の非与圧領域に相当）に、例えば航空機１Ａの飛行制御に用いる電動駆動ユニット４１が配置されている。なお、図３では、車輪格納庫１３やその内部の構造の図示を省略している。

非与圧室３９には、ラムエア流路４３が設けられている。ラムエア流路４３は、非与圧室３９の前方の吸気口（ラムエアインテーク）４５と後方の排気口４７とを接続している。ラムエア流路４３には、航空機１Ａの飛行中に吸気口４５から取り込んだラムエアが流れる。

また、非与圧室３９には、冷却ユニット４９が配置されている。冷却ユニット４９は、熱交換器５１を介して電動駆動ユニット４１と電動ブロワユニット５３とを隣り合わせに配置したものである。

熱交換器５１は、ラムエア流路４３により吸気口４５から導かれたラムエアと接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。熱交換器５１においては、隣接する電動駆動ユニット４１と内部を通過するラムエアとの間で熱交換が行われる。電動駆動ユニット４１から熱を受け取った熱交換器５１の通過後のラムエアは、電動ブロワユニット５３に導かれる。

電動駆動ユニット４１は、例えば、不図示の主翼のフラップを駆動させる電動モータ４１ａの駆動回路（図示せず）を含んでいる。勿論、電動駆動ユニット４１は、電動駆動ユニット１９，３３と同様に、電動モータ４１ａ自身であっても良く、電動モータ４１ａとその駆動回路との両方を含んでいてもよい。電動モータ４１ａやその駆動回路は高熱をそれぞれ発生するので、電動駆動ユニット４１も電動駆動ユニット１９，３３と同様に、動作の安定性を保証する上で冷却要素が欠かせない。

電動ブロワユニット５３は、図２に示すように、熱交換器５１を通過したラムエアが通過するサブ熱交換器５３ａと、サブ熱交換器５３ａを通過したラムエアを吸引する電動ブロワ５３ｂと、サブ熱交換器５３ａと隣接して配置された電動ブロワ５３ｂの駆動回路５３ｃとを有している。なお、サブ熱交換器５３ａを通過した後に熱交換器５１を通過するようにラムエアの通過順を逆にして、熱交換器５１を通過したベンチレーションエアを電動ブロワ５３ｂで吸引するようにしてもよい。

サブ熱交換器５３ａは、熱交換器５１を通過したラムエアと接触する放熱用のフィン（図示せず）を有している。電動ブロワ５３ｂは、電動モータ５３ｄで回転させる羽根車５３ｅによりサブ熱交換器５３ａを通過したラムエアを吸引し、不図示のディフューザ流路内で圧縮して排出する。駆動回路５３ｃは、電動駆動ユニット４１の電動モータの駆動回路と同様に、高熱を発生する高圧高速スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）を有している。

したがって、サブ熱交換器５３ａにおいては、隣接する駆動回路５３ｃと内部を通過するラムエアとの間で熱交換が行われる。駆動回路５３ｃから熱を受け取ったサブ熱交換器５３ａの通過後のラムエアは、電動ブロワ５３ｂにより圧縮され、ラムエア流路４３の排気口４７から機外に排出される。

上述した非与圧室の電動モータ４１ａの回転数も、客室５や貨物室７、車輪格納庫１３の電動モータ７ａ，１３ａの回転数と同じく制御装置３７によって決定される。決定された電動モータ４１ａの回転数は、対応する電動駆動ユニット４１の不図示の駆動回路に指令される。この指令を受けた駆動回路は、指令された回転数で回転するように電動モータ４１ａを駆動させる。

このとき、電動駆動ユニット４１の不図示の駆動回路は、電動モータ４１ａを駆動させる際の駆動内容から電動モータ４１ａや自身の消費電力を把握する。そして、そのうち熱交換器５１を通じて発熱を放出できる電動駆動ユニット４１に含まれる要素の消費電力を、発熱量の指標として電動ブロワユニット５３の駆動回路５３ｃに、直接又は制御装置３７を介して通知される。

消費電力の通知を受けた駆動回路５３ｃは、熱交換器５１を通過するラムエアの流量が、通知された消費電力から推定される発熱量を熱交換するのに見合った流量となるように、電動モータ５３ｄの回転数を決定し、決定した回転数で電動モータ５３ｄを駆動させる。

このように、駆動回路５３ｃが行う電動モータ５３ｄの回転数制御は、電動ブロワ５３ｂが吸引排出するラムエアによる機外への排熱量を、熱交換器５１で熱交換される電動駆動ユニット４１の発熱量に応じて最適化する制御となる。

仮に、熱交換器５１を通過するラムエアの流量を個別にコントロールできない場合は、電動駆動ユニット４１の最大発熱量に合わせて熱交換器５１を通過するラムエアの流量を設定する必要がある。したがって、電動駆動ユニット４１の発熱量が最大発熱量よりも低い状態では、熱交換器５１で電動駆動ユニット４１が過剰に冷却されるほど電動モータ５３ｄが必要以上に高回転数で駆動され、電力が無駄に消費されてしまう。

しかし、本実施形態では、電動駆動ユニット４１の発熱量に釣り合った熱量が熱交換器５１で熱交換されるような流量に、熱交換器５１を通過するラムエアの流量がコントロールされる。このため、電動駆動ユニット４１の冷却が効率よく行われるようになる。

即ち、本実施形態の航空機１Ａでは、電動ブロワ５３ｂの駆動回路５３ｃが、電動ブロワ２１ｂ，３５ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃと共に、請求項中の制御部に相当している。なお、消費電力を制御装置３７に通知し、通知された消費電力から推定される発熱量を熱交換するのに見合った流量となるように、電動モータ２１ｄ，３５ｄ，５３ｄの回転数を制御装置３７で推定して、推定した回転数を電動ブロワ２１ｂ，３５ｂ，５３ｂの駆動回路２１ｃ，３５ｃ，５３ｃに通知してもよい。この場合は、制御装置３７が請求項中の制御部に相当する。駆動回路２１ｃ，３５ｃ，５３ｃは、制御装置３７から通知された回転数で電動ブロワ２１ｂ，３５ｂ，５３ｂを駆動させる。

このように構成された本実施形態の航空機１Ａでも、先に説明した実施形態の航空機１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の航空機１Ａでは、非与圧室３９の電動駆動ユニット４１に隣接した熱交換器５１には、吸気口４５からラムエア流路４３に取り込んだ機外のラムエアを、客室５や貨物室７（電気室９を含む）等の与圧領域を経由せずに導くことができる。

したがって、吸気口４５から取り込んだラムエアの流体圧では不足な分だけ電動ブロワ５３ｂでラムエアを吸引すれば、電動駆動ユニット４１の冷却に十分な流量のエアを熱交換器５１に通過させることができる。よって、熱交換器５１に必要な流量のラムエアを通過させるための電動ブロワ３５ｂの負担を軽減することができる。

なお、上述した各実施形態では、電動駆動ユニット１９，３３，４１の電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａや不図示の駆動回路の消費電力を、電動駆動ユニット１９，３３，４１の発熱量の指標として用いた。しかし、電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａや不図示の駆動回路の温度や、制御装置３７により決定される電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａの回転数の指令値や、電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａの実測した回転数を、電動駆動ユニット１９，３３，４１の発熱量の指標として用いてもよい。

また、電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａの回転数の指令値を決定する際の前提となる、不図示の空調装置のコンプレッサ等の駆動量の指令値、不図示の前輪の脚下げストロークや回転速度の指令値、不図示の主翼のフラップの駆動量等の指令値を、電動駆動ユニット１９，３３，４１の発熱量の指標として用いてもよい。

同様に、電動モータ７ａ，１３ａ，４１ａが回転した結果生じる、不図示の空調装置のコンプレッサ等の駆動量の実測値、不図示の前輪の脚下げストロークや回転速度の実測値、不図示の主翼のフラップの駆動量等の実測値を、電動駆動ユニット１９，３３，４１の発熱量の指標として用いることもできる。

さらに、上述した各実施形態では、客室５、貨物室７、電気室９、及び、車輪格納庫１３を有する民間旅客機や、さらに非与圧室３９を有する民間航空機を例に取って説明したが、本発明は、軍用機であるか民間機であるかや、旅客機であるか貨物機であるかに関係なく、航空機に広く適用可能である。

１，１Ａ 航空機
３ 胴体
５ 客室（与圧領域）
７ 貨物室（与圧領域）
９ 電気室（与圧領域）
１１ ベンチレーション通路
１３ 車輪格納庫（非与圧領域）
１５，２９，４９ 冷却ユニット
１７，３１，５１ 熱交換器
１９，３３，４１ 電動駆動ユニット
２１，３５，５３ 電動ブロワユニット
２１ａ，３５ａ，５３ａ サブ熱交換器
２１ｂ，３５ｂ，５３ｂ 電動ブロワ
２１ｃ，３５ｃ，５３ｃ 駆動回路
７ａ，１３ａ，２１ｄ，３５ｄ，４１ａ，５３ｄ 電動モータ
２１ｅ，３５ｅ，５３ｅ 羽根車
２３ エア流路
２５，４５ 吸気口
２７，４７ 排気口
３７ 制御装置
３９ 非与圧室（非与圧領域）
４３ ラムエア流路

Claims (5)

1. 航空機内に配置された電動駆動ユニットに隣接して配置され、該電動駆動ユニットと熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器に導いた熱交換用のエアを吸引して前記航空機の機外に排出する電動ブロワと、
   前記電動駆動ユニットの発熱量に応じて前記電動ブロワの回転数を制御する制御部とを備え、
   前記電動駆動ユニットと共に前記航空機の与圧領域に配置された前記熱交換器には、前記与圧領域から前記機外に排出するベンチレーションエアが導かれる、
   ことを特徴とする航空機の電動駆動ユニット冷却システム。
2. 前記電動駆動ユニットと共に前記航空機の非与圧領域に配置された前記熱交換器には、前記航空機の吸気口から取り込まれた機外の空気又はラムエアが導かれることを特徴とする請求項１記載の航空機の電動駆動ユニット冷却システム。
3. 航空機内に配置された電動駆動ユニットに隣接して配置され、該電動駆動ユニットと熱交換を行う熱交換器と、
   前記熱交換器に導いた熱交換用のエアを吸引して前記航空機の機外に排出する電動ブロワと、
   前記電動駆動ユニットの発熱量に応じて前記電動ブロワの回転数を制御する制御部とを備え、
   前記電動駆動ユニットと共に前記航空機の非与圧領域に配置された前記熱交換器には、前記航空機の吸気口から取り込まれた機外の空気又はラムエアが導かれる、
   ことを特徴とする航空機の電動駆動ユニット冷却システム。
4. 前記電動ブロワの駆動回路と、該駆動回路に隣接して配置され前記駆動回路と熱交換を行うサブ熱交換器とを、各電動駆動ユニット毎にさらに備え、前記電動ブロワは、前記熱交換器及び前記サブ熱交換器のうち一方を経て他方に導いたエアを吸引して前記航空機の機外に排出することを特徴とする請求項１、２又は３記載の航空機の電動駆動ユニット冷却システム。
5. 前記制御部は、前記電動ブロワの回転数制御により、前記電動ブロワが吸引排出するエアによる前記機外への排熱量を、前記電動駆動ユニットの発熱量に応じて最適化することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の航空機の電動駆動ユニット冷却システム。

Images