一体型電気モーターのインバータのための冷却構成装置
【課題】駆動モータ一体型インバータの冷却装置を提供する。
【解決手段】インバータ２８はモーター１６の一端部に隣接した区画室５０内に配置され、液体冷却剤６４をインバータに直接噴霧して閉鎖システム内で冷却される。冷却剤は、インバータから熱を吸収し、ラジエータ３４から第２の冷却剤を運搬するパイプ７８を備えたリザーバ７４を備える熱交換器構成により冷却される。冷却剤は、インバータから、インバータを含む区画室と一体形成された環状リザーバに収集される。液体から蒸気への相変化の間にインバータからの熱を吸収することで液体冷却剤を蒸発させる。蒸発冷却剤は、モーター及び環状リザーバと同軸の凝縮器を通ってラジエータに接続されたパイプ内を循環する第２の冷却剤により凝縮される。環状リザーバは過度に噴霧された液体冷却剤を収集する。インバータ劣化防止のため冷却剤は誘電冷却剤である。
【解決手段】インバータ２８はモーター１６の一端部に隣接した区画室５０内に配置され、液体冷却剤６４をインバータに直接噴霧して閉鎖システム内で冷却される。冷却剤は、インバータから熱を吸収し、ラジエータ３４から第２の冷却剤を運搬するパイプ７８を備えたリザーバ７４を備える熱交換器構成により冷却される。冷却剤は、インバータから、インバータを含む区画室と一体形成された環状リザーバに収集される。液体から蒸気への相変化の間にインバータからの熱を吸収することで液体冷却剤を蒸発させる。蒸発冷却剤は、モーター及び環状リザーバと同軸の凝縮器を通ってラジエータに接続されたパイプ内を循環する第２の冷却剤により凝縮される。環状リザーバは過度に噴霧された液体冷却剤を収集する。インバータ劣化防止のため冷却剤は誘電冷却剤である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型電気モーターのインバータのための冷却構成装置に関する。より詳しくは、本発明は、一体型電気モーターのインバータのための冷却構成装置に係り、該モーターは、例えばガス及び電気式ハイブリッド車両及び燃料電池駆動式電気車両等を始めとしてこれらに限定されない電気車両を駆動するため使用される駆動モーターである。
【背景技術】
【０００２】
車両の車輪を駆動するため電気駆動モーターを利用する車両は、電気モーターがガス及び電気式ハイブリッド車両及び燃料電池駆動式電気車両のいずれに装備されようとも、典型的には、電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータと連結された三相ＡＣモーターを使用する。インバータ回路は、一般に、ＤＢＣ（銅直接接合式）基板に取り付けられたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を備える。ＤＢＣは、一体化されたブスバーを持ち、電源電子回路パッケージに回路カード及び信号コネクターを提供する。
【０００３】
自動車を始動させ、走行速度を変化させ、加速し、制動するとき、車両を駆動する電動駆動モーターの電力需要は、幅広い範囲に亘って揺れ動く。電力需要における揺動は、駆動モーターに接続されたインバータにおいて温度変化を引き起こす。インバータが一体化されたブスバーを備えたＤＢＣに取り付けられたＩＧＢＴを備えているため、インバータは、様々な膨張係数を備えた様々に異なる材料から構成される。従って、熱揺動は、その一体化された構成部品が温度変動に応答するときこれらの構成部品が異なる率で膨張して互いに関して僅かにシフトしようとするので、インバータを劣化させ得る。従って、構成部品の膨張及び収縮を最適なレベル内に維持するため温度を制御することが必要となる。現在のところ、これは、ＤＢＣと連係したヒートシンクを通って流体を循環させることにより又は電力電子回路に亘って空気を流して熱を吸収して運び去ることにより達成される。これらのアプローチは現在のところ満足にいくように見えるが、車両の信頼性並びに車両によるパワー消費を支持するため、電気駆動モーターを利用する車両の寿命に亘って電力電子回路の温度をより正確に制御する必要が残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組み立て及びメンテナンスの容易さを促進すると共に、自動車内のスペースの使用を最適化するように自動車を構成する持続的な努力が存在している。スペースの最適な使用を達成する際に、関連する構成部品をモジュールへと構成する試みがなされているが、モーターにインバータを組み込むことは、インバータが様々な冷却に関する要求を持っているので、問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記考察事項に鑑みて、インバータ回路の構成部品を冷却するための冷却構成装置は、 自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有する。本冷却構成装置は、電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングを有し、該ハウジングはインバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する。この区画室は、インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通して流体を冷却するため、入口開口部及び流体出口を有する。冷却流体は、ポンプにより、空間に分配され、インバータ回路の構成部品へと分配される誘電冷却流体である。該ポンプは、構成部品から誘電冷却剤を収集するリザーバから誘電冷却剤を循環させるため提供される。リザーバは、誘電冷却剤流体が前記構成部品に亘って再び循環される前に誘電流体から熱を転移するため液体−流体間の熱交換器内の第２の冷却剤を使用する。
【０００６】
本冷却構成装置の更なる態様では、リザーバは、構成部品を含む区画室に近接し、ポンプと共に、ハウジングの一体構成部分である。
本冷却構成装置の更なる態様では、区画室は、電気駆動モーターの一端部に配置されて該電気駆動モーターに対して横方向に延在し、リザーバは、ハウジング内に配置され、該ハウジングは、電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する。
【０００７】
本冷却構成装置の更なる態様では、冷却構成装置は、構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従ってポンプを駆動するため該ポンプに接続されている。
【０００８】
本冷却構成装置の更なる態様では、冷却構成装置は、燃料電池スタック又はガス動力供給式駆動エンジンのための冷却システムと組み合わせられ、該冷却システムは、第２の冷却流体を冷却システムのラジエータを通して循環させる。
【０００９】
本冷却構成装置の更なる態様では、上記構成部品は、少なくとも１つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタの構成部品を備える。
本冷却構成装置の更なる態様では、誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である。
【００１０】
本冷却構成装置の更なる態様では、誘電冷却剤は、冷却剤が蒸発する前に、冷却剤の沸点温度で実質的な量の熱を吸収するように選択された相変化点温度を有する。
本冷却構成装置のなお更なる態様では、冷却剤を構成部品へと再循環する前に凝縮器が蒸発冷却剤を液体冷却剤に転化する。
【００１１】
本冷却構成装置のなお更なる態様では、凝縮器は、リザーバ及び電気モーターと同軸である。
本発明の様々な他の特徴及び付随した利点は、添付図面と間連付けて考察されるとき本発明がよりよく理解されるようになるので、より完全に理解されよう。添付図面では、同様の参照番号は、幾つかの図面を通して、同じか又は類似した構成部品を指し示している。
【実施例】
【００１２】
図１を参照すると、車両の車輪１８をトランスミッション２０を介して駆動するため内燃エンジン１４及び電気駆動モーター１６を利用して車両１２に電力供給するためのガス及び電気式駆動装置１０の一例が示されている。電力分離装置２２は、内燃エンジン１４又は電気モーター１６がトランスミッション２０を駆動するか否か、又は、トランスミッション２０又は内燃エンジンが発電機２４を駆動するか否かを決定する。別の実施例では、発電機２４は、電気駆動モーター１６の次に取り付けられ、駆動モーターと同じ構成を用いて冷却される。発電機２４は、バッテリー２６を充電し、及び／又は、インバータ２８に電流を提供して電流を電気駆動モーター１６に分配する。本発明によれば、電気駆動モーター１６及びインバータ２８は、モジュール式ユニット３０として構成される。これは、電気駆動モーター１６及びインバータ２８により占められる空間を減少させるための機会を提供する。インバータ２８が熱を発生するので、インバータは、冷却構成部３２を必要とする。本発明の一態様によれば、冷却構成部３２は、密封式冷却回路を持ち、該冷却回路は、内燃エンジン１４を冷却するラジエータ３４に熱伝導可能に連結されている。冷却構成部３２は、図１に示されるように、モジュール３０から遠隔にあるか、又は、図２に示されるように、モジュールと一体成形されてもよい。
【００１３】
ここで、図２を参照すると、燃料電池駆動システム１０’は、燃料電池４０を利用して電気駆動モーター１６に電力供給し、トランスミッション２０’を介して車輪１８を駆動する。燃料電池４０は、直接的にか又はバッテリーパック２６’を介して、モーター１６のためのインバータ２８’に接続されている。図１のガス及び電気式ハイブリッド車に関して、インバータ２８’は、パワーモジュール３０’を提供するためモーター１６と一体成形されている。その上、図１のガス及び電気式ハイブリッド車に関して、インバータ２８’は、燃料電池４０を冷却するため使用されるラジエータ３４’に熱伝導可能に連結された冷却構成部３２’を有する。モーター１６及びインバータ２８’は、モジュール３０’内に連係され、該モジュール３０’は、これと一体の冷却構成部３２’を備える。代替例として、冷却構成部３２’は、図１の冷却構成部３２により示されるように、モジュール３０’から遠隔に配置することができる。
【００１４】
ここで、図３を参照すると、図１及び２に各々示された冷却システム３２又は３２’の第１の実施例は、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０又は燃料電池駆動装置１０’のいずれかを用いて使用可能である。ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０及び燃料電池駆動装置１０’は、そのような装置のための様々な構成の単なる一例である。例えば、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０は、並列構成、直列構成、又は、他の任意の有効構成として構成することができ、燃料電池駆動装置１０’も同様に構成することができる。ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、又は、他の任意のエンジン構成を使用することができる。
【００１５】
インバータ２８は、電気モーター１６に隣接して配置された区画室５０内に配置される。インバータ２８は、銅直接接合式（ＤＢＣ）基板５４で結合された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）５２を備え、該基板は、インバータ回路を形成するためＡＣ／ＤＣバスと一体化されている。ＩＧＢＴ５２は、ＩＧＢＴ５２並びに関連するＤＢＣ５４及びバスに、直接、液体形態の冷却剤６４を分配する噴霧ノズル６２を有する冷却剤分配器６０により冷却される。図示の実施例が液滴として冷却剤６４を噴霧する一方で、他の実施例では、冷却剤は、流れ形態で分配されるか又はインバータ２８に亘って注がれる。更に別の実施例では、インバータ２８は、液体冷却剤６４に浸漬されるが、好ましくは、液体冷却剤６４は、インバータ２９上に霧として又は離散的な液滴として噴霧される。
【００１６】
冷却剤分配器６０を使用することによって、冷却剤液体６４は、ＩＧＢＴ５２の熱源に直接適用され、モーターインバータ２８のパワー密度（単位体積当たりのパワー）が増加することを可能にする。液体冷却剤６４により冷却されるために、ＩＧＢＴ５２により発生された熱は、そのうちの幾つかが低い熱伝導度を有する多層の材料を通って伝導する必要は必ずしもない。それよりも、噴霧冷却により提供される直接的な熱経路がＩＧＢＴ５２の温度を低下させる。ＩＧＢＴ５２のための温度がより低い状態では、増大したパワーがインバータ２８を介して駆動モーター１６に利用可能となる。代替例として、改善された冷却構成部を用いて、より小さいインバータ２８が、駆動モーター１６に対して同じパワーレベルを生成するため提供されてもよい。
【００１７】
噴霧ノズル６２により提供された噴霧冷却工程は、温度に敏感である、例えばキャパシタ、変圧器、集積回路及びブスバー等、インバータ２８と連係した他の構成部品でも使用可能である。噴霧冷却工程は、ＩＧＢＴ５２の要素の間のワイヤ結合に冷却を提供し、ワイヤ結合が過熱することを防止し、その結果、故障を最小にさせる。従って、その結果として生じた構成部品の温度の低下と共に、信頼性が改善される。
【００１８】
噴霧冷却工程が、増大した冷却能力を提供するので、噴霧冷却工程は、パワー揺動を遷移させるようにインバータ２９の抵抗を改善する。遷移パワー揺動は、短期間に車両１２により要求されるパワーの突然の増大に起因してパワーインバータ２８への入力経路上に存在する。この揺動は、モーター１６の出力への増大した抵抗により引き起こされ得る。これは、ＩＧＢＴ５２の要素５２における温度上昇を引き起こす。冷却媒体６４をＩＧＢＴ５２に直接的に適用することにより、温度変化は、持続時間及び温度増分の両方において減少される。
【００１９】
冷却剤６４がインバータ２８の構成部品と電気的に相互作用せず且つ該構成部品を劣化させないようにするため、冷却剤は、誘電冷却剤である。示唆された冷却剤は、メチルシロキサンと、例えばポリプロピレングリコールメチルエーテル等の有機化合物の混合物であり、該冷却剤は、最小の不安定性及び反応度を有する。そのような液体の一例は、ドウコーニング社から市販されているＯＳ−１２０であり、これは、ヘキサメチルジシロキサン及びプロピレングリコールメチルエーテルの混合物であり、ヘキサメチルジシロキサンは、６０重量％以上を占め、プロピレングリコールメチルエーテルは、１０重量％ないし３０重量％の範囲を占める。最小の不安定性、及び、ンバータの電気構成部品との最小の反応度を有する、他の誘電冷却剤を、ＯＳ−１２０の代わりに使用することができる。
【００２０】
再び図３を参照すると、冷却剤６４は、液体として噴霧され、区画室５０の排液貯留部７０内に収集され、噴霧戻り部７２を介してリザーバ７４へと至る。該リザーバは、フィルター７５を介してポンプ７６に接続される。ポンプ７６は、インバータ２８の持続的冷却のため噴霧ノズル６２に再生体冷却剤を供給する分配器６０に接続されている。冷却剤６４がリザーバ７４を介して循環されている間、該冷却剤は、例えば水エチレングリコール溶液等の第２の液体冷却剤７７により冷却される。該冷却剤は、リザーバ７４内の管７８を通って流れる。第２の液体冷却剤７７は、図１の内燃エンジン１４を冷却するラジエータ３４により供給されるか、又は、図２の燃料電池スタック４０を冷却するラジエータ３４’により供給される。ポンプ７６は、ＩＧＢＴ５２の出力部により制御される可変速度ポンプであるのが好ましい。ＩＧＢＴ５２の出力が増大するとき、ポンプ７６の速度が増加し、これにより、噴霧ノズル６２を介して噴霧された液体冷却剤６４の量を増大させる。代替例として、ＩＧＢＴ５２の温度が熱電対構成部で監視されてもよい。この場合、ＩＧＢＴ５２の要素の温度が上昇するときポンプ７６の速度が増加され、これによって、より多くの液体冷却剤を噴霧してＩＧＢＴの温度を低下させる。
【００２１】
ここで、図４を参照すると、噴霧冷却式冷却剤ループ３０又は３０’のための好ましい構成が示されおり、図３の噴霧冷却式冷却剤ループは、ベース７９上に支持されたインバータ２８を含む区画室５０と一体成形される。図４では、リザーバ７４及び冷却コイル７８は、モーター１６を取り囲んでモーターに対して同軸に延在する、リザーバ部分７４に配置される。リザーバ７４は、実質的に環状形状であり、例えば、図１及び２の車両ラジエータ３４又は３４’のいずれか一つ等の車両ラジエータに入口８０及び出口８２により接続された、複数の冷却チャンネル又は一つの冷却チャンネル７８を備える。リザーバ７４には、インバータのための支持部７９内の開口部８３等の開口部を通してインバータ２８から流れ出た、加熱された液体冷却剤６４が充填される。リザーバ７４は、戻り部８４により、貯留部８６に接続され、該貯留部はフィルター７５を介して冷却剤ポンプ７６に接続されている。冷却剤ポンプ７６は、配管８７により、分配器６０及び噴霧ノズル６２に接続されている。噴霧ノズル６２は、インバータ２８に、液滴又は霧等の液相で冷却剤６４を分配するのが好ましい。熱は、インバータ２８から液体冷却剤６４に転移される。液体冷却剤６４は、リザーバ７４内に排出され、冷却される。該リザーバ内では、加熱された液体冷却剤６４は、複数又は１つのチャンネル７８に亘って流れ即ち該チャンネルとすれ違って流れ、該冷却剤６４からは、該チャンネルを通って循環する第２の冷却剤７７により熱が除去される。好ましくは、これらのパイプチャンネルは、第２の冷却流体７７がモーター１６のステータ８９から熱を除去するように、リザーバ７４の内側壁８８に隣接している。ポンプ７６は、インバータ２８のパワー要求に従って液体冷却剤６４を再循環させる。
【００２２】
図５及び図６は、図４のモジュール３０又は３０’を、該モジュールが設置された実施例で見ることができるように示している。該実施例では、区画室５０は、液体冷却剤６４を分配する噴霧ノズル６２を有する冷却剤分配器６０を支持するベース９０を内部に有することが理解できる。ベース９０に支持されているものは、インバータ２８であり、該インバータは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）５２を表面に形成したＤＢＣ基板５４から構成され、インバータ回路の一つの位相を形成するためＡＣ／ＤＣバスと一体化されている。図５及び図６では、これらの要素は、代替構成を図示するため図４の区画室５０に対して様々に異なる角度位置にある。更にベース９０に取り付けられているものは回路カード９２であり、該回路カードは、インバータ２８の入力電流及び出力電流を制御するため信号コネクター９２に接続されている。インバータ２８は、一対の直流電流ターミナル９５及び９６により、図１及び図２の、バッテリー２６若しくは２６’等のＤＣ電源又は発電機２４に接続されている。第２の冷却剤７７のためのチャンネル７８を備える、モジュール３０の環状リザーバ部７４は、取り付けリング９７から延在し、該リングには、カバー９８がボルト１００によってボルト止めされている。これらのボルトは、カバーの凹み部分１０２内に収容され、取り付けリング９７上の突出ナット部１０４にねじ込まれる。第２の冷却剤７７をチャンネル７８に供給する、入口８０及び出口８２は、リザーバ部分７４の外側壁を貫通してチャンネルへと接続される。
【００２３】
取り付けリング９６における、開口部８３等の開口部は、ベース９０上にプールされる冷却剤６４が環状リザーバ７４へと流れ込むことを可能にし、該リザーバでは、冷却剤は、ラジエータ３４又は３４’を通過したガソリンエンジン又は燃料電池の冷却剤７７により冷却される。冷却剤ポンプ７６は、フィルター７５によりフィルター処理された液体冷却剤６４を入口配管８７を介してノズル６２へと戻す。フィルター７５及びポンプ７６は、貯留部８６を備えるハウジング部１０７内に配置される。区画室５０を形成するためカバー９８をボルト１００を用いて取り付けリング９６へと取り付けさせることによって、回路カード９２及びインバータ２８は、要求された場合にメンテナンスのためにアクセス可能となる。区画室５０及びリザーバ７４は、協働してハウジング１０８を形成する。該ハウジングでは、区画室は、モーター１６の軸線１１０から横方向に延在し、リザーバは、モーターと同軸である環状空間となる。
【００２４】
ここで、図７乃至図９を参照すると、本発明の第２の実施例が示されている。図７乃至図９では、類似の参照番号が、図３乃至図６に示された類似の構造を同定する。本発明の第２の実施例に記載された冷却構成部は、冷却剤６４の蒸発潜熱の利点を奏する。冷却剤６４が、冷却剤の蒸気温度より暖かい構成部品へと噴霧されるとき、冷却剤は、液体から蒸気６４’へと状態即ち相を変化させる。蒸気６４’は、該蒸気がチャンバー５０’内に分散するとき、浪費熱をインバータ２８から離れて運ぶ。図７〜図９の実施例では、冷却剤ループ３０又は３０’は、リザーバ７４’から分離された凝縮器２００、並びに、区画室５０’から凝縮器２００へと蒸発冷却剤６４’を運搬するための別個の配管２０６を備える。図３の第１の実施例に関しては、車両ラジエータ３４又は３４’からの第２の冷却剤７７は、冷却剤６４’の相を蒸気から液体に戻して変化させるため冷却剤パイプ７８’を通して循環される。凝縮器からの液体６４は、リザーバ７４’の液体と混合され、フィルター７５によりフィルター処理され、その後、ポンプ７６により流体分配器６０へとポンプ送出される。流体分配器では、冷却剤６４は、パワーインバータ２９上に液体形態で噴霧される。
【００２５】
図７乃至図９の実施例では、ポンプ７６’は、可変出力ポンプであるのが好ましく、該ポンプは、ＩＧＢＴ５２の要素５２からの出力電流信号により動作開始するコントローラ２１０により制御され、ＩＧＢＴの出力パワーが増大したときポンプ流量を増大させる。可変噴霧冷却を提供することにより、全作働条件の下の温度制御が達成される。これは、インバータ２８が実質的に等温条件の下で作働するように、温度変化を最小にすることにより、構成部品の信頼性を増大させる。液体霧を形成するように霧化ノズル６２を通して噴霧される誘電冷却剤６４の量を首尾一貫して制御することにより、最大パワー散逸条件では、一定流量の液体霧は、インバータ２８に噴霧されるとき、蒸気６４’へと転化する相変化を呈する。相変化が生じたとき、パワーを分配するＩＧＢＴ５２は、パワー散逸を増大させたか否かには依らずに実質的に一定の温度のままとなっている。実際の構成部品のパワー散逸に関して液体冷却剤６４の流量を変動させることによって、液体冷却剤６４を含む流体の相変化領域は、冷却剤が全ての作働条件に順応するように利用される。
【００２６】
図７乃至図９の実施例で利用される冷却剤の一例は、ミシガン州、ミッドランドのドウコーニング社から市販されている前述したＯＳ−１２０である。ＯＳ−１２０は、メチロシロキサンと有機化合物との混合物である。ＯＳ−１２０は、約９８℃の沸点を有し、相互接続された電気的構成部品を冷却するため使用されるとき劣化しない誘電材料である。誘電液体冷却剤６４は、冷却剤の熱容量がその沸点に達するまで、その蒸気形態６４’へと相を変化させることなく、９８℃で熱を吸収し続ける。その沸点に達したとき、液体冷却剤は、ＩＧＢＴ５２や電力電子回路パッケージの他の構成部品により発生された熱を奪い取る。
【００２７】
ここで、図８を参照すると、図７の噴霧冷却構成部は、図８により例示されるように、モジュール３０又は３０’の形態で利用されるのが好ましい。蒸気６４’は、ベース７９’の開口部８３’を通ってポンプ７６’の負の圧力により凝縮器２００内へと引っ張られる。該凝縮器は、その内部に配置されるか又はそれに隣接して配置されるパイプ７８’を有する環状チャンネル２０１として形成されている。蒸発した冷却剤６４’は、通路２０６内を通過する前に、凝縮器２００で液体冷却剤６４へと凝縮される。残りの蒸気６４’は、リザーバ７４’内の液体冷却剤６４と混合し、冷却され凝縮された冷却剤の全ては、ポンプ７６’により、通路２０６を通って吸収され、貯留部８６内に至る。液化され、冷却された冷却剤６４は、ポンプ７６’により、貯留部８６から再循環され、ノズル６２を通して液体霧６４として噴霧される。
【００２８】
ここで、図９を参照すると、斜視図が図８に示されたモジュール式ユニット３０又は３０’の構成を示しており、該モジュール式ユニットは、図５及び図６に示された第１のモジュール式ユニットと同様に構成されている。図９の実施例と図５及び図６の実施例との間の構成的差異は、図９では、凝縮器２００が備えられ、該凝縮器が図５及び図６に示されたようなモジュール式ユニットの空間的及び利便的な態様を有するコンパクトなモジュール式モーターインバータを提供するため冷却リザーバ７４’及び電気モーター１６の両方と同軸である環状チャンネル２０１を備えるということである。好ましくは、図９では、凝縮器２００は、過度に噴霧された液体６４を収集するリザーバ７４’と、蒸発した冷却剤６４’が凝縮されるところの環状チャンネル２０１との間に配置される。他の構成では、凝縮器は、環状チャンネル２０１の外側に配置されてもよく、或いは、モーター１６のステータ８９に近接した内側壁８８に隣接して配置されてもよい。更に別の構成では、別個のチャンネル７８及び７８’が液体６４を冷却し、モジュール３０又は３０’内で蒸気６４’を凝縮させる。図４に関する図５及び図６に対して、図９のノズル６２に対するインバータ２８の角度位置は、代替構成を示すため、図８の位置とは異なっている。
【００２９】
前述した説明から、当業者は、本発明の本質的特徴を容易に確かめることができ、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、本発明を様々な使用法及び条件に適合させるように本発明の様々な変更及び変形をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置を有する自動車の概略図である。
【図２】図２は、電気駆動モーターを駆動させるため燃料電池の電力を使用する自動車の概略図である。
【図３】図３は、図１又は図２の電気駆動モーターに連結されたインバータ構成部品を冷却するための冷却システムの第１の実施例の概略図である。
【図４】図４は、図３の冷却構成部を用いるように構成された、噴霧冷却式の一体型モーターインバータの立面図である。
【図５】図５は、図４の実施例と同様に構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの部分断面の斜視図である。
【図６】図６は、図５の噴霧冷却式の一体型モーターインバータであるが、反対側から示された、その部分断面の斜視図である。
【図７】図７は、図１及び図２の車両を用いて利用された噴霧冷却式冷却剤ループであるが、本発明の第２の実施例に従って構成された、その概略図である。
【図８】図８は、図７に示された本発明の第２の実施例に従って構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの断面図である。
【図９】図９は、図８と同様に構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの部分立面斜視図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型電気モーターのインバータのための冷却構成装置に関する。より詳しくは、本発明は、一体型電気モーターのインバータのための冷却構成装置に係り、該モーターは、例えばガス及び電気式ハイブリッド車両及び燃料電池駆動式電気車両等を始めとしてこれらに限定されない電気車両を駆動するため使用される駆動モーターである。
【背景技術】
【０００２】
車両の車輪を駆動するため電気駆動モーターを利用する車両は、電気モーターがガス及び電気式ハイブリッド車両及び燃料電池駆動式電気車両のいずれに装備されようとも、典型的には、電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータと連結された三相ＡＣモーターを使用する。インバータ回路は、一般に、ＤＢＣ（銅直接接合式）基板に取り付けられたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を備える。ＤＢＣは、一体化されたブスバーを持ち、電源電子回路パッケージに回路カード及び信号コネクターを提供する。
【０００３】
自動車を始動させ、走行速度を変化させ、加速し、制動するとき、車両を駆動する電動駆動モーターの電力需要は、幅広い範囲に亘って揺れ動く。電力需要における揺動は、駆動モーターに接続されたインバータにおいて温度変化を引き起こす。インバータが一体化されたブスバーを備えたＤＢＣに取り付けられたＩＧＢＴを備えているため、インバータは、様々な膨張係数を備えた様々に異なる材料から構成される。従って、熱揺動は、その一体化された構成部品が温度変動に応答するときこれらの構成部品が異なる率で膨張して互いに関して僅かにシフトしようとするので、インバータを劣化させ得る。従って、構成部品の膨張及び収縮を最適なレベル内に維持するため温度を制御することが必要となる。現在のところ、これは、ＤＢＣと連係したヒートシンクを通って流体を循環させることにより又は電力電子回路に亘って空気を流して熱を吸収して運び去ることにより達成される。これらのアプローチは現在のところ満足にいくように見えるが、車両の信頼性並びに車両によるパワー消費を支持するため、電気駆動モーターを利用する車両の寿命に亘って電力電子回路の温度をより正確に制御する必要が残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組み立て及びメンテナンスの容易さを促進すると共に、自動車内のスペースの使用を最適化するように自動車を構成する持続的な努力が存在している。スペースの最適な使用を達成する際に、関連する構成部品をモジュールへと構成する試みがなされているが、モーターにインバータを組み込むことは、インバータが様々な冷却に関する要求を持っているので、問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記考察事項に鑑みて、インバータ回路の構成部品を冷却するための冷却構成装置は、 自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有する。本冷却構成装置は、電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングを有し、該ハウジングはインバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する。この区画室は、インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通して流体を冷却するため、入口開口部及び流体出口を有する。冷却流体は、ポンプにより、空間に分配され、インバータ回路の構成部品へと分配される誘電冷却流体である。該ポンプは、構成部品から誘電冷却剤を収集するリザーバから誘電冷却剤を循環させるため提供される。リザーバは、誘電冷却剤流体が前記構成部品に亘って再び循環される前に誘電流体から熱を転移するため液体−流体間の熱交換器内の第２の冷却剤を使用する。
【０００６】
本冷却構成装置の更なる態様では、リザーバは、構成部品を含む区画室に近接し、ポンプと共に、ハウジングの一体構成部分である。
本冷却構成装置の更なる態様では、区画室は、電気駆動モーターの一端部に配置されて該電気駆動モーターに対して横方向に延在し、リザーバは、ハウジング内に配置され、該ハウジングは、電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する。
【０００７】
本冷却構成装置の更なる態様では、冷却構成装置は、構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従ってポンプを駆動するため該ポンプに接続されている。
【０００８】
本冷却構成装置の更なる態様では、冷却構成装置は、燃料電池スタック又はガス動力供給式駆動エンジンのための冷却システムと組み合わせられ、該冷却システムは、第２の冷却流体を冷却システムのラジエータを通して循環させる。
【０００９】
本冷却構成装置の更なる態様では、上記構成部品は、少なくとも１つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタの構成部品を備える。
本冷却構成装置の更なる態様では、誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である。
【００１０】
本冷却構成装置の更なる態様では、誘電冷却剤は、冷却剤が蒸発する前に、冷却剤の沸点温度で実質的な量の熱を吸収するように選択された相変化点温度を有する。
本冷却構成装置のなお更なる態様では、冷却剤を構成部品へと再循環する前に凝縮器が蒸発冷却剤を液体冷却剤に転化する。
【００１１】
本冷却構成装置のなお更なる態様では、凝縮器は、リザーバ及び電気モーターと同軸である。
本発明の様々な他の特徴及び付随した利点は、添付図面と間連付けて考察されるとき本発明がよりよく理解されるようになるので、より完全に理解されよう。添付図面では、同様の参照番号は、幾つかの図面を通して、同じか又は類似した構成部品を指し示している。
【実施例】
【００１２】
図１を参照すると、車両の車輪１８をトランスミッション２０を介して駆動するため内燃エンジン１４及び電気駆動モーター１６を利用して車両１２に電力供給するためのガス及び電気式駆動装置１０の一例が示されている。電力分離装置２２は、内燃エンジン１４又は電気モーター１６がトランスミッション２０を駆動するか否か、又は、トランスミッション２０又は内燃エンジンが発電機２４を駆動するか否かを決定する。別の実施例では、発電機２４は、電気駆動モーター１６の次に取り付けられ、駆動モーターと同じ構成を用いて冷却される。発電機２４は、バッテリー２６を充電し、及び／又は、インバータ２８に電流を提供して電流を電気駆動モーター１６に分配する。本発明によれば、電気駆動モーター１６及びインバータ２８は、モジュール式ユニット３０として構成される。これは、電気駆動モーター１６及びインバータ２８により占められる空間を減少させるための機会を提供する。インバータ２８が熱を発生するので、インバータは、冷却構成部３２を必要とする。本発明の一態様によれば、冷却構成部３２は、密封式冷却回路を持ち、該冷却回路は、内燃エンジン１４を冷却するラジエータ３４に熱伝導可能に連結されている。冷却構成部３２は、図１に示されるように、モジュール３０から遠隔にあるか、又は、図２に示されるように、モジュールと一体成形されてもよい。
【００１３】
ここで、図２を参照すると、燃料電池駆動システム１０’は、燃料電池４０を利用して電気駆動モーター１６に電力供給し、トランスミッション２０’を介して車輪１８を駆動する。燃料電池４０は、直接的にか又はバッテリーパック２６’を介して、モーター１６のためのインバータ２８’に接続されている。図１のガス及び電気式ハイブリッド車に関して、インバータ２８’は、パワーモジュール３０’を提供するためモーター１６と一体成形されている。その上、図１のガス及び電気式ハイブリッド車に関して、インバータ２８’は、燃料電池４０を冷却するため使用されるラジエータ３４’に熱伝導可能に連結された冷却構成部３２’を有する。モーター１６及びインバータ２８’は、モジュール３０’内に連係され、該モジュール３０’は、これと一体の冷却構成部３２’を備える。代替例として、冷却構成部３２’は、図１の冷却構成部３２により示されるように、モジュール３０’から遠隔に配置することができる。
【００１４】
ここで、図３を参照すると、図１及び２に各々示された冷却システム３２又は３２’の第１の実施例は、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０又は燃料電池駆動装置１０’のいずれかを用いて使用可能である。ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０及び燃料電池駆動装置１０’は、そのような装置のための様々な構成の単なる一例である。例えば、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０は、並列構成、直列構成、又は、他の任意の有効構成として構成することができ、燃料電池駆動装置１０’も同様に構成することができる。ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置１０は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、又は、他の任意のエンジン構成を使用することができる。
【００１５】
インバータ２８は、電気モーター１６に隣接して配置された区画室５０内に配置される。インバータ２８は、銅直接接合式（ＤＢＣ）基板５４で結合された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）５２を備え、該基板は、インバータ回路を形成するためＡＣ／ＤＣバスと一体化されている。ＩＧＢＴ５２は、ＩＧＢＴ５２並びに関連するＤＢＣ５４及びバスに、直接、液体形態の冷却剤６４を分配する噴霧ノズル６２を有する冷却剤分配器６０により冷却される。図示の実施例が液滴として冷却剤６４を噴霧する一方で、他の実施例では、冷却剤は、流れ形態で分配されるか又はインバータ２８に亘って注がれる。更に別の実施例では、インバータ２８は、液体冷却剤６４に浸漬されるが、好ましくは、液体冷却剤６４は、インバータ２９上に霧として又は離散的な液滴として噴霧される。
【００１６】
冷却剤分配器６０を使用することによって、冷却剤液体６４は、ＩＧＢＴ５２の熱源に直接適用され、モーターインバータ２８のパワー密度（単位体積当たりのパワー）が増加することを可能にする。液体冷却剤６４により冷却されるために、ＩＧＢＴ５２により発生された熱は、そのうちの幾つかが低い熱伝導度を有する多層の材料を通って伝導する必要は必ずしもない。それよりも、噴霧冷却により提供される直接的な熱経路がＩＧＢＴ５２の温度を低下させる。ＩＧＢＴ５２のための温度がより低い状態では、増大したパワーがインバータ２８を介して駆動モーター１６に利用可能となる。代替例として、改善された冷却構成部を用いて、より小さいインバータ２８が、駆動モーター１６に対して同じパワーレベルを生成するため提供されてもよい。
【００１７】
噴霧ノズル６２により提供された噴霧冷却工程は、温度に敏感である、例えばキャパシタ、変圧器、集積回路及びブスバー等、インバータ２８と連係した他の構成部品でも使用可能である。噴霧冷却工程は、ＩＧＢＴ５２の要素の間のワイヤ結合に冷却を提供し、ワイヤ結合が過熱することを防止し、その結果、故障を最小にさせる。従って、その結果として生じた構成部品の温度の低下と共に、信頼性が改善される。
【００１８】
噴霧冷却工程が、増大した冷却能力を提供するので、噴霧冷却工程は、パワー揺動を遷移させるようにインバータ２９の抵抗を改善する。遷移パワー揺動は、短期間に車両１２により要求されるパワーの突然の増大に起因してパワーインバータ２８への入力経路上に存在する。この揺動は、モーター１６の出力への増大した抵抗により引き起こされ得る。これは、ＩＧＢＴ５２の要素５２における温度上昇を引き起こす。冷却媒体６４をＩＧＢＴ５２に直接的に適用することにより、温度変化は、持続時間及び温度増分の両方において減少される。
【００１９】
冷却剤６４がインバータ２８の構成部品と電気的に相互作用せず且つ該構成部品を劣化させないようにするため、冷却剤は、誘電冷却剤である。示唆された冷却剤は、メチルシロキサンと、例えばポリプロピレングリコールメチルエーテル等の有機化合物の混合物であり、該冷却剤は、最小の不安定性及び反応度を有する。そのような液体の一例は、ドウコーニング社から市販されているＯＳ−１２０であり、これは、ヘキサメチルジシロキサン及びプロピレングリコールメチルエーテルの混合物であり、ヘキサメチルジシロキサンは、６０重量％以上を占め、プロピレングリコールメチルエーテルは、１０重量％ないし３０重量％の範囲を占める。最小の不安定性、及び、ンバータの電気構成部品との最小の反応度を有する、他の誘電冷却剤を、ＯＳ−１２０の代わりに使用することができる。
【００２０】
再び図３を参照すると、冷却剤６４は、液体として噴霧され、区画室５０の排液貯留部７０内に収集され、噴霧戻り部７２を介してリザーバ７４へと至る。該リザーバは、フィルター７５を介してポンプ７６に接続される。ポンプ７６は、インバータ２８の持続的冷却のため噴霧ノズル６２に再生体冷却剤を供給する分配器６０に接続されている。冷却剤６４がリザーバ７４を介して循環されている間、該冷却剤は、例えば水エチレングリコール溶液等の第２の液体冷却剤７７により冷却される。該冷却剤は、リザーバ７４内の管７８を通って流れる。第２の液体冷却剤７７は、図１の内燃エンジン１４を冷却するラジエータ３４により供給されるか、又は、図２の燃料電池スタック４０を冷却するラジエータ３４’により供給される。ポンプ７６は、ＩＧＢＴ５２の出力部により制御される可変速度ポンプであるのが好ましい。ＩＧＢＴ５２の出力が増大するとき、ポンプ７６の速度が増加し、これにより、噴霧ノズル６２を介して噴霧された液体冷却剤６４の量を増大させる。代替例として、ＩＧＢＴ５２の温度が熱電対構成部で監視されてもよい。この場合、ＩＧＢＴ５２の要素の温度が上昇するときポンプ７６の速度が増加され、これによって、より多くの液体冷却剤を噴霧してＩＧＢＴの温度を低下させる。
【００２１】
ここで、図４を参照すると、噴霧冷却式冷却剤ループ３０又は３０’のための好ましい構成が示されおり、図３の噴霧冷却式冷却剤ループは、ベース７９上に支持されたインバータ２８を含む区画室５０と一体成形される。図４では、リザーバ７４及び冷却コイル７８は、モーター１６を取り囲んでモーターに対して同軸に延在する、リザーバ部分７４に配置される。リザーバ７４は、実質的に環状形状であり、例えば、図１及び２の車両ラジエータ３４又は３４’のいずれか一つ等の車両ラジエータに入口８０及び出口８２により接続された、複数の冷却チャンネル又は一つの冷却チャンネル７８を備える。リザーバ７４には、インバータのための支持部７９内の開口部８３等の開口部を通してインバータ２８から流れ出た、加熱された液体冷却剤６４が充填される。リザーバ７４は、戻り部８４により、貯留部８６に接続され、該貯留部はフィルター７５を介して冷却剤ポンプ７６に接続されている。冷却剤ポンプ７６は、配管８７により、分配器６０及び噴霧ノズル６２に接続されている。噴霧ノズル６２は、インバータ２８に、液滴又は霧等の液相で冷却剤６４を分配するのが好ましい。熱は、インバータ２８から液体冷却剤６４に転移される。液体冷却剤６４は、リザーバ７４内に排出され、冷却される。該リザーバ内では、加熱された液体冷却剤６４は、複数又は１つのチャンネル７８に亘って流れ即ち該チャンネルとすれ違って流れ、該冷却剤６４からは、該チャンネルを通って循環する第２の冷却剤７７により熱が除去される。好ましくは、これらのパイプチャンネルは、第２の冷却流体７７がモーター１６のステータ８９から熱を除去するように、リザーバ７４の内側壁８８に隣接している。ポンプ７６は、インバータ２８のパワー要求に従って液体冷却剤６４を再循環させる。
【００２２】
図５及び図６は、図４のモジュール３０又は３０’を、該モジュールが設置された実施例で見ることができるように示している。該実施例では、区画室５０は、液体冷却剤６４を分配する噴霧ノズル６２を有する冷却剤分配器６０を支持するベース９０を内部に有することが理解できる。ベース９０に支持されているものは、インバータ２８であり、該インバータは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）５２を表面に形成したＤＢＣ基板５４から構成され、インバータ回路の一つの位相を形成するためＡＣ／ＤＣバスと一体化されている。図５及び図６では、これらの要素は、代替構成を図示するため図４の区画室５０に対して様々に異なる角度位置にある。更にベース９０に取り付けられているものは回路カード９２であり、該回路カードは、インバータ２８の入力電流及び出力電流を制御するため信号コネクター９２に接続されている。インバータ２８は、一対の直流電流ターミナル９５及び９６により、図１及び図２の、バッテリー２６若しくは２６’等のＤＣ電源又は発電機２４に接続されている。第２の冷却剤７７のためのチャンネル７８を備える、モジュール３０の環状リザーバ部７４は、取り付けリング９７から延在し、該リングには、カバー９８がボルト１００によってボルト止めされている。これらのボルトは、カバーの凹み部分１０２内に収容され、取り付けリング９７上の突出ナット部１０４にねじ込まれる。第２の冷却剤７７をチャンネル７８に供給する、入口８０及び出口８２は、リザーバ部分７４の外側壁を貫通してチャンネルへと接続される。
【００２３】
取り付けリング９６における、開口部８３等の開口部は、ベース９０上にプールされる冷却剤６４が環状リザーバ７４へと流れ込むことを可能にし、該リザーバでは、冷却剤は、ラジエータ３４又は３４’を通過したガソリンエンジン又は燃料電池の冷却剤７７により冷却される。冷却剤ポンプ７６は、フィルター７５によりフィルター処理された液体冷却剤６４を入口配管８７を介してノズル６２へと戻す。フィルター７５及びポンプ７６は、貯留部８６を備えるハウジング部１０７内に配置される。区画室５０を形成するためカバー９８をボルト１００を用いて取り付けリング９６へと取り付けさせることによって、回路カード９２及びインバータ２８は、要求された場合にメンテナンスのためにアクセス可能となる。区画室５０及びリザーバ７４は、協働してハウジング１０８を形成する。該ハウジングでは、区画室は、モーター１６の軸線１１０から横方向に延在し、リザーバは、モーターと同軸である環状空間となる。
【００２４】
ここで、図７乃至図９を参照すると、本発明の第２の実施例が示されている。図７乃至図９では、類似の参照番号が、図３乃至図６に示された類似の構造を同定する。本発明の第２の実施例に記載された冷却構成部は、冷却剤６４の蒸発潜熱の利点を奏する。冷却剤６４が、冷却剤の蒸気温度より暖かい構成部品へと噴霧されるとき、冷却剤は、液体から蒸気６４’へと状態即ち相を変化させる。蒸気６４’は、該蒸気がチャンバー５０’内に分散するとき、浪費熱をインバータ２８から離れて運ぶ。図７〜図９の実施例では、冷却剤ループ３０又は３０’は、リザーバ７４’から分離された凝縮器２００、並びに、区画室５０’から凝縮器２００へと蒸発冷却剤６４’を運搬するための別個の配管２０６を備える。図３の第１の実施例に関しては、車両ラジエータ３４又は３４’からの第２の冷却剤７７は、冷却剤６４’の相を蒸気から液体に戻して変化させるため冷却剤パイプ７８’を通して循環される。凝縮器からの液体６４は、リザーバ７４’の液体と混合され、フィルター７５によりフィルター処理され、その後、ポンプ７６により流体分配器６０へとポンプ送出される。流体分配器では、冷却剤６４は、パワーインバータ２９上に液体形態で噴霧される。
【００２５】
図７乃至図９の実施例では、ポンプ７６’は、可変出力ポンプであるのが好ましく、該ポンプは、ＩＧＢＴ５２の要素５２からの出力電流信号により動作開始するコントローラ２１０により制御され、ＩＧＢＴの出力パワーが増大したときポンプ流量を増大させる。可変噴霧冷却を提供することにより、全作働条件の下の温度制御が達成される。これは、インバータ２８が実質的に等温条件の下で作働するように、温度変化を最小にすることにより、構成部品の信頼性を増大させる。液体霧を形成するように霧化ノズル６２を通して噴霧される誘電冷却剤６４の量を首尾一貫して制御することにより、最大パワー散逸条件では、一定流量の液体霧は、インバータ２８に噴霧されるとき、蒸気６４’へと転化する相変化を呈する。相変化が生じたとき、パワーを分配するＩＧＢＴ５２は、パワー散逸を増大させたか否かには依らずに実質的に一定の温度のままとなっている。実際の構成部品のパワー散逸に関して液体冷却剤６４の流量を変動させることによって、液体冷却剤６４を含む流体の相変化領域は、冷却剤が全ての作働条件に順応するように利用される。
【００２６】
図７乃至図９の実施例で利用される冷却剤の一例は、ミシガン州、ミッドランドのドウコーニング社から市販されている前述したＯＳ−１２０である。ＯＳ−１２０は、メチロシロキサンと有機化合物との混合物である。ＯＳ−１２０は、約９８℃の沸点を有し、相互接続された電気的構成部品を冷却するため使用されるとき劣化しない誘電材料である。誘電液体冷却剤６４は、冷却剤の熱容量がその沸点に達するまで、その蒸気形態６４’へと相を変化させることなく、９８℃で熱を吸収し続ける。その沸点に達したとき、液体冷却剤は、ＩＧＢＴ５２や電力電子回路パッケージの他の構成部品により発生された熱を奪い取る。
【００２７】
ここで、図８を参照すると、図７の噴霧冷却構成部は、図８により例示されるように、モジュール３０又は３０’の形態で利用されるのが好ましい。蒸気６４’は、ベース７９’の開口部８３’を通ってポンプ７６’の負の圧力により凝縮器２００内へと引っ張られる。該凝縮器は、その内部に配置されるか又はそれに隣接して配置されるパイプ７８’を有する環状チャンネル２０１として形成されている。蒸発した冷却剤６４’は、通路２０６内を通過する前に、凝縮器２００で液体冷却剤６４へと凝縮される。残りの蒸気６４’は、リザーバ７４’内の液体冷却剤６４と混合し、冷却され凝縮された冷却剤の全ては、ポンプ７６’により、通路２０６を通って吸収され、貯留部８６内に至る。液化され、冷却された冷却剤６４は、ポンプ７６’により、貯留部８６から再循環され、ノズル６２を通して液体霧６４として噴霧される。
【００２８】
ここで、図９を参照すると、斜視図が図８に示されたモジュール式ユニット３０又は３０’の構成を示しており、該モジュール式ユニットは、図５及び図６に示された第１のモジュール式ユニットと同様に構成されている。図９の実施例と図５及び図６の実施例との間の構成的差異は、図９では、凝縮器２００が備えられ、該凝縮器が図５及び図６に示されたようなモジュール式ユニットの空間的及び利便的な態様を有するコンパクトなモジュール式モーターインバータを提供するため冷却リザーバ７４’及び電気モーター１６の両方と同軸である環状チャンネル２０１を備えるということである。好ましくは、図９では、凝縮器２００は、過度に噴霧された液体６４を収集するリザーバ７４’と、蒸発した冷却剤６４’が凝縮されるところの環状チャンネル２０１との間に配置される。他の構成では、凝縮器は、環状チャンネル２０１の外側に配置されてもよく、或いは、モーター１６のステータ８９に近接した内側壁８８に隣接して配置されてもよい。更に別の構成では、別個のチャンネル７８及び７８’が液体６４を冷却し、モジュール３０又は３０’内で蒸気６４’を凝縮させる。図４に関する図５及び図６に対して、図９のノズル６２に対するインバータ２８の角度位置は、代替構成を示すため、図８の位置とは異なっている。
【００２９】
前述した説明から、当業者は、本発明の本質的特徴を容易に確かめることができ、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、本発明を様々な使用法及び条件に適合させるように本発明の様々な変更及び変形をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ガス及び電気式ハイブリッド駆動装置を有する自動車の概略図である。
【図２】図２は、電気駆動モーターを駆動させるため燃料電池の電力を使用する自動車の概略図である。
【図３】図３は、図１又は図２の電気駆動モーターに連結されたインバータ構成部品を冷却するための冷却システムの第１の実施例の概略図である。
【図４】図４は、図３の冷却構成部を用いるように構成された、噴霧冷却式の一体型モーターインバータの立面図である。
【図５】図５は、図４の実施例と同様に構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの部分断面の斜視図である。
【図６】図６は、図５の噴霧冷却式の一体型モーターインバータであるが、反対側から示された、その部分断面の斜視図である。
【図７】図７は、図１及び図２の車両を用いて利用された噴霧冷却式冷却剤ループであるが、本発明の第２の実施例に従って構成された、その概略図である。
【図８】図８は、図７に示された本発明の第２の実施例に従って構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの断面図である。
【図９】図９は、図８と同様に構成された噴霧冷却式の一体型モーターインバータの部分立面斜視図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有するインバータ回路を冷却するための冷却構成装置であって、
前記電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングであって、前記インバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する、前記ハウジングと、
前記インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通する、新鮮な冷却剤流体入口開口部及び使用済み冷却剤流体出口と、
誘電冷却剤流体と、
前記誘電冷却剤流体を、前記空間に分配して前記インバータ回路の構成部品へと分配するための流体分配器と、
前記誘電冷却剤流体が前記インバータ回路の構成部品から熱を吸収した後、誘電冷却剤流体を収容するためのリザーバであって、該リザーバは、前記誘電冷却流体から熱を転移するため自動車のラジエータから該リザーバを通して流れる第２の冷却流体を有する、前記リザーバと、
前記インバータ回路の構成部品を周期的に冷却するため、前記リザーバから前記空間へと、主要には液相である間の前記誘電冷却剤流体を循環させるためのポンプと、
を備える、冷却構成装置。
【請求項２】
前記誘電冷却流体は、誘電冷却液体であり、前記リザーバは、前記区画室に近接して前記ハウジングと一体形成されている、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項３】
前記区画室は、前記電気駆動モーターの一端部に配置されて該電気駆動モーターの軸線に対して横方向に延在し、前記リザーバは、前記電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する、請求項２に記載の冷却構成装置。
【請求項４】
前記構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従って前記ポンプを駆動するため該ポンプに接続されている、請求項３に記載の冷却構成装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インバータ回路のパワー出力を監視し、該パワー出力に従って前記ポンプの作動を調整する、請求項４に記載の冷却構成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インバータ回路の構成部品の熱レベルを監視し、該熱レベルに従って前記ポンプの作動を調整する、請求項４に記載の冷却構成装置。
【請求項７】
前記冷却構成装置は、前記第２の冷却流体が前記冷却システムのラジエータを通って循環する状態で、燃料電池スタック又はガス動力供給式駆動エンジンのための冷却システムと組み合わせられている、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項８】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項７に記載の冷却構成装置。
【請求項９】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項１０】
前記誘電冷却剤流体は、前記冷却剤が蒸気となる前に前記誘電液体冷却剤の沸点温度で実質的な量の熱を吸収するように選択された相変化温度を有し、前記冷却構成装置は、前記冷却剤が前記ポンプにより再循環される前に、前記蒸気を冷却剤液体へと転化させるための凝縮器を更に備える、請求項２に記載の冷却構成装置。
【請求項１１】
前記凝縮器は、前記誘電冷却剤蒸気を凝縮するため、前記自動車の駆動源を冷却するように使用されるラジエータから冷却流体を循環させる、請求項１０に記載の冷却構成装置。
【請求項１２】
前記凝縮器及び前記リザーバは、モジュール式ユニットを形成するため、互いに同軸であり、前記電気駆動モーターとも同軸である、請求項１１に記載の冷却構成装置。
【請求項１３】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１２に記載の冷却構成装置。
【請求項１４】
前記凝縮器は、前記電気駆動モーター及び前記リザーバから離れている、請求項１１に記載の冷却構成装置。
【請求項１５】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１４に記載の冷却構成装置。
【請求項１６】
自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有するインバータ回路を冷却するための冷却構成装置であって、
前記電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングであって、前記インバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する、前記ハウジングと、
前記インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通する、新鮮な冷却剤流体入口開口部及び使用済み冷却剤流体出口と、
誘電冷却剤液体と、
前記誘電冷却剤液体を、前記空間に分配して前記インバータ回路の構成部品へと分配するための流体分配器と、
噴霧後に液相のままであった前記誘電流体の過度に噴霧された部分を収集するためのリザーバと、
相を変化させるため前記インバータ回路の構成部品から十分な熱を吸収するとき液相から蒸気相へと転化された誘電冷却剤を液化するための凝縮器と、
前記インバータ回路の構成部品を周期的に冷却するため前記リザーバ及び前記凝縮器から前記空間へと、主要には液相である間の前記誘電冷却剤を循環させるためのポンプと、
を備える、冷却構成装置。
【請求項１７】
前記凝縮器は、前記リザーバに近接しており、該凝縮器及び前記リザーバは、両方とも前記自動車を駆動するための電源を冷却するため該自動車のラジエータを通って循環される第２の冷却剤により冷却される、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【請求項１８】
前記区画室は、前記電気駆動モーターの一端部に配置されて該モーターに対して横方向に延在し、前記凝縮器は、前記電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する、請求項１７に記載の冷却構成装置。
【請求項１９】
前記構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従って前記ポンプを駆動するため該ポンプに接続されている、請求項１８に記載の冷却構成装置。
【請求項２０】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１７に記載の冷却構成装置。
【請求項２１】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【請求項２２】
前記インバータ回路の構成部品は、少なくとも１つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備える、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【請求項１】
自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有するインバータ回路を冷却するための冷却構成装置であって、
前記電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングであって、前記インバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する、前記ハウジングと、
前記インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通する、新鮮な冷却剤流体入口開口部及び使用済み冷却剤流体出口と、
誘電冷却剤流体と、
前記誘電冷却剤流体を、前記空間に分配して前記インバータ回路の構成部品へと分配するための流体分配器と、
前記誘電冷却剤流体が前記インバータ回路の構成部品から熱を吸収した後、誘電冷却剤流体を収容するためのリザーバであって、該リザーバは、前記誘電冷却流体から熱を転移するため自動車のラジエータから該リザーバを通して流れる第２の冷却流体を有する、前記リザーバと、
前記インバータ回路の構成部品を周期的に冷却するため、前記リザーバから前記空間へと、主要には液相である間の前記誘電冷却剤流体を循環させるためのポンプと、
を備える、冷却構成装置。
【請求項２】
前記誘電冷却流体は、誘電冷却液体であり、前記リザーバは、前記区画室に近接して前記ハウジングと一体形成されている、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項３】
前記区画室は、前記電気駆動モーターの一端部に配置されて該電気駆動モーターの軸線に対して横方向に延在し、前記リザーバは、前記電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する、請求項２に記載の冷却構成装置。
【請求項４】
前記構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従って前記ポンプを駆動するため該ポンプに接続されている、請求項３に記載の冷却構成装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インバータ回路のパワー出力を監視し、該パワー出力に従って前記ポンプの作動を調整する、請求項４に記載の冷却構成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記インバータ回路の構成部品の熱レベルを監視し、該熱レベルに従って前記ポンプの作動を調整する、請求項４に記載の冷却構成装置。
【請求項７】
前記冷却構成装置は、前記第２の冷却流体が前記冷却システムのラジエータを通って循環する状態で、燃料電池スタック又はガス動力供給式駆動エンジンのための冷却システムと組み合わせられている、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項８】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項７に記載の冷却構成装置。
【請求項９】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１に記載の冷却構成装置。
【請求項１０】
前記誘電冷却剤流体は、前記冷却剤が蒸気となる前に前記誘電液体冷却剤の沸点温度で実質的な量の熱を吸収するように選択された相変化温度を有し、前記冷却構成装置は、前記冷却剤が前記ポンプにより再循環される前に、前記蒸気を冷却剤液体へと転化させるための凝縮器を更に備える、請求項２に記載の冷却構成装置。
【請求項１１】
前記凝縮器は、前記誘電冷却剤蒸気を凝縮するため、前記自動車の駆動源を冷却するように使用されるラジエータから冷却流体を循環させる、請求項１０に記載の冷却構成装置。
【請求項１２】
前記凝縮器及び前記リザーバは、モジュール式ユニットを形成するため、互いに同軸であり、前記電気駆動モーターとも同軸である、請求項１１に記載の冷却構成装置。
【請求項１３】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１２に記載の冷却構成装置。
【請求項１４】
前記凝縮器は、前記電気駆動モーター及び前記リザーバから離れている、請求項１１に記載の冷却構成装置。
【請求項１５】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１４に記載の冷却構成装置。
【請求項１６】
自動車の少なくとも１つの駆動車輪を駆動するため電気駆動モーターに近接して収容された構成部品を有するインバータ回路を冷却するための冷却構成装置であって、
前記電気駆動モーターに近接して配置されたハウジングであって、前記インバータ回路の構成部品を含む空間を備える区画室を有する、前記ハウジングと、
前記インバータ回路の構成部品を含む前記空間と連通する、新鮮な冷却剤流体入口開口部及び使用済み冷却剤流体出口と、
誘電冷却剤液体と、
前記誘電冷却剤液体を、前記空間に分配して前記インバータ回路の構成部品へと分配するための流体分配器と、
噴霧後に液相のままであった前記誘電流体の過度に噴霧された部分を収集するためのリザーバと、
相を変化させるため前記インバータ回路の構成部品から十分な熱を吸収するとき液相から蒸気相へと転化された誘電冷却剤を液化するための凝縮器と、
前記インバータ回路の構成部品を周期的に冷却するため前記リザーバ及び前記凝縮器から前記空間へと、主要には液相である間の前記誘電冷却剤を循環させるためのポンプと、
を備える、冷却構成装置。
【請求項１７】
前記凝縮器は、前記リザーバに近接しており、該凝縮器及び前記リザーバは、両方とも前記自動車を駆動するための電源を冷却するため該自動車のラジエータを通って循環される第２の冷却剤により冷却される、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【請求項１８】
前記区画室は、前記電気駆動モーターの一端部に配置されて該モーターに対して横方向に延在し、前記凝縮器は、前記電気駆動モーターの回りに配置され、該モーターに対して同軸に延在する、請求項１７に記載の冷却構成装置。
【請求項１９】
前記構成部品の冷却要求を監視するための制御部を更に備え、該制御部は、該構成部品の冷却要求に従って前記ポンプを駆動するため該ポンプに接続されている、請求項１８に記載の冷却構成装置。
【請求項２０】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１７に記載の冷却構成装置。
【請求項２１】
前記誘電冷却剤流体は、プロピレングリコールメチルエーテルとヘキサメチルジシロキサンとの混合物である、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【請求項２２】
前記インバータ回路の構成部品は、少なくとも１つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタを備える、請求項１６に記載の冷却構成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２７３３１７（Ｐ２００６−２７３３１７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３２３１５（Ｐ２００６−３２３１５）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５９０００１４０７）ゼネラル・モーターズ・コーポレーション (118)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＭＯＴＯＲＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３１５（Ｐ２００６−３２３１５）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５９０００１４０７）ゼネラル・モーターズ・コーポレーション (118)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＭＯＴＯＲＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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