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MOTOR UND INVERTER-INTEGRIERTE ROTIERBARE ELEKTRISCHE MASCHINE
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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Motor und eine Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine.
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[Hintergrund]
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Aus dem Stand der Technik sind Automobile mit einer Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine (Motor) bekannt, in der eine Inverter-Vorrichtung eingebaut ist, die einen Halbleiterstapel enthält, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterelementen gestapelt ist. Da Motoren zum Antrieb solcher Automobile einen größeren Strom benötigen und die Temperatur des Inverters tendenziell ansteigt, ist die Kühlung des Inverters, wie sie z. B. in den Patentdokumenten 1 und 2 gezeigt wird, von einem Kühlabschnitt eines Motorkörpers getrennt.
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10 zeigt die Konfiguration einer Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine 100 aus dem Patentdokument 1. Die Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine 100 hat einen gestapelten Körper 103, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterelementen und eine Mehrzahl von Kühlern zum Kühlen der Mehrzahl von Halbleiterelementen abwechselnd gestapelt sind, und ein Paar von Kühlwassertanks 105 und 106, die auf beiden Seiten des gestapelten Körpers 103 entlang einer Stapelrichtung des gestapelten Körpers 103 bereitgestellt sind, um das Kühlwasser W zu und von der Mehrzahl von Kühlern zuzuführen und abzuleiten, und eine Inverter-Vorrichtung enthält, in der der gestapelte Körper 103 und das Paar von Kühlwassertanks 105 und 106 in einer externen Vorrichtung installiert sind, wobei die Kühlwassertanks 105 und 106 mit einem Kühlwasserkanal 104 verbunden sind, der sich entlang der Peripherie des Motorkörpers 101 erstreckt und durch den das Kühlwasser W fließen kann.
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[Zitierliste]
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[Patentdokumente]
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- [Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 4327618
- [Patentdokument 2] Japanisches Patent Nr. 6084421
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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In den Motoren des betreffenden Standes der Technik, wie sie in den oben beschriebenen Patentdokumenten 1 und 2 dargestellt sind, sind jedoch der Inverter und der Kühlabschnitt des Motorkörpers voneinander getrennt. Dadurch wird die Form kompliziert und der Kühlströmungskanal wird lang. Daher wurde eine einfache Kühlstruktur benötigt.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motor bereitzustellen, der in der Lage ist, sowohl einen Inverter und einen Motorkörper mit einer einfachen Konfiguration zu kühlen, und eine Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine.
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[Lösung des Problems]
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Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Aspekte aufgenommen, um die obigen Probleme zu lösen und das obige Ziel zu erreichen.
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(1) Ein Motor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Motorkörper der einen Rotor aufweist, der um eine Achse rotierbar ist und einen Stator, der den Rotor umgibt; eine Umhüllung, die eine zylindrische Form bildet, die sich in einer axialen Richtung erstreckt und den Motorkörper umgibt und einen Zylinderabschnitt und einen Gehäuseabschnitt aufweist, wobei der Zylinderabschnitt innen einen Strömungskanal aufweist, der sich in einer C-Form in einer Umfangsrichtung erstreckt, ein erstes Ende aufweist, das als Einströmöffnung dient, und ein zweites Ende aufweist, das als Ausströmöffnung dient, und dazu verwendet wird, Kühlwasser strömen zu lassen, wobei der Gehäuseabschnitt auf beiden Seiten des Zylinderabschnitts in einer tangentialen Richtung an einer äußeren peripheren Seite des Strömungskanals in dem Zylinderabschnitt übersteht; und einen Inverter, der in dem Gehäuseabschnitt untergebracht ist und ein Schaltelement aufweist, das auf einer radial nach außen weisenden Oberfläche des Zylinderabschnitts in dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist.
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Gemäß dem Motor des obigen Aspekts können der Motorkörper und der Gehäuseabschnitt, in dem der Inverter untergebracht ist, in Kontakt mit dem Strömungskanal angeordnet werden, der sich C-förmig in Umfangsrichtung erstreckt. Durch die gemeinsame Nutzung des Kühlströmungskanals des Inverters mit dem Kühlströmungskanal des Motorkörpers auf diese Weise kann die Rohrform vereinfacht werden, und es ergibt sich eine Strömungskanalkonfiguration mit einer einfachen Struktur, die keinen dem Inverter gewidmeten Strömungskanal erfordert. Daher können sowohl der Inverter als auch der Motorkörper effizient gekühlt werden. Aus diesem Grund eignet sich die vorliegende Erfindung zum Beispiel für einen Kompressormotor für eine Brennstoffzelle und eine Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine die eine geringe Menge an Wärmeerzeugung aufweist so wie der Inverter.
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(2) Bei dem Motor entsprechend dem Vorstehenden (1) kann der Inverter so konfiguriert sein, dass er in der Nähe der Einströmöffnung auf einer stromaufwärtigen Seite des Strömungskanals angeordnet ist.
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Gemäß einer solchen Konfiguration kann, da der Inverter in der Nähe der Einströmöffnung auf der stromaufwärtigen Seite des Strömungskanals über den Gehäuseabschnitt angeordnet ist, der Inverter gekühlt werden, bevor die Temperatur des Fluids im Strömungskanal hoch wird. Da auch der Motorkörper durch den gesamten Strömungskanal in Umfangsrichtung gekühlt wird, können der Inverter und der Motorkörper effizient gekühlt werden.
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(3) In dem Motor gemäß dem Vorstehenden (1) oder (2) umfasst der Motorkörper vorzugsweise eine Einströmverbindung, die mit der Einströmöffnung und einem Einströmrohr zum Zuführen des Kühlwassers in den Strömungskanal verbunden ist, und eine Ausströmverbindung, die mit der Ausströmöffnung und einem Ausströmrohr zum Ableiten des Kühlwassers aus dem Strömungskanal verbunden ist.
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In diesem Fall, da die Einströmverbindung und die Ausströmverbindung mit dem Strömungskanal verbunden sind, kann eine Form, die gleichmäßig eine Strömung zu dem Strömungskanal in einem kurzen Abstand ohne Druckverlust durch die Verwendung dieses Verbindungsabschnitts verteilt, erhalten werden. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Erfindung eine betreffende Stand der Technik Form, in der die Einlassströmungskanalbreite des Strömungskanals durch Biegen des Einlassströmungskanals um 90° stark verteilt ist, nicht erhalten. Dadurch kann der Druckverlust im Strömungskanal unterdrückt werden, um die Kühleffizienz zu verbessern. Da das Kühlwasser auf diese Weise gleichmäßig in axialer Richtung verteilt werden kann, lässt sich ein lokaler Temperaturanstieg des Motorkörpers verhindern.
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(4) Bei dem Motor gemäß dem Vorstehenden (3) sind eine erste Rohrmittellinie der Einströmverbindung und eine zweite Rohrmittellinie der Ausströmverbindung vorzugsweise so angeordnet, dass sie in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind.
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In diesem Fall kann durch Anordnen der Rohrmittellinien der Verbindungen so, dass sie gegeneinander versetzt sind, der Abstand zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung im Strömungskanal verkürzt werden. Aus diesem Grund kann das Kühlwasser fließen, indem der Strömungskanal so angeordnet wird, dass seine periphere Länge um den Motorkörper groß ist, und der Motorkörper kann gleichmäßiger gekühlt werden. Zusätzlich kann in diesem Fall der Druckverlust weiter reduziert werden, indem die Mittelpunkte der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung entsprechend den Rohrmittellinien der Verbindung miteinander übereinstimmen.
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(5) Bei dem Motor nach dem Vorstehenden (3) oder (4) können die Einströmverbindung und die Ausströmverbindung graduell im Querschnitt von den Endabschnitten, die mit dem Einströmrohr und dem Ausströmrohr verbunden sind, in Richtung der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung verändert werden, so dass die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung Strömungskanalquerschnittsformen aufweisen.
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Gemäß einer solchen Konfiguration ergibt sich eine Form, bei der sich die Querschnittsfläche des Strömungskanals in den Rohrleitungen der Einströmverbindung und der Ausströmverbindung mit einer konstanten Rate ändert. Dadurch kann der Druckverlust effizient reduziert werden.
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(6) Bei dem Motor nach irgendeinem der Vorstehenden (3) bis (5) können die Einströmverbindung und die Ausströmverbindung jeweils in einer Richtung entlang der Rohrmittellinie geteilt sein, und die geteilten Teile sind durch Flansche, die an den geteilten Enden bereitgestellt sind, miteinander gekoppelt, und eine Leitschaufel kann innerhalb mindestens eines der zu koppelnden Paare von Flanschen bereitgestellt sein.
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Gemäß einer solchen Konfiguration kann, da die Leitschaufel im Flansch jeder Verbindung bereitgestellt ist, die Strömung des Strömungskanals gleichmäßiger gemacht werden.
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(7) Bei dem Motor nach irgendeinem der Vorstehenden (1) bis (6) kann ein Abschnitt, an dem mindestens eine der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung und der Strömungskanal in einem spitzen Winkel miteinander verbunden sind, mit einer gekrümmten Oberfläche verbunden sein.
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Gemäß einer solchen Konfiguration weist die gekrümmte Oberflächenform keinen spitzen Winkelabschnitt im Strömungskanal auf. Dadurch kann die Strömung des im Strömungskanal fließenden Kühlwassers und mindestens eine der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung gleichmäßiger gestaltet werden, und der Druckverlust kann reduziert werden.
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(8) Bei dem Motor nach irgendeinem der Vorstehenden (1) bis (7) kann sich mindestens eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende in dem Strömungskanal bis zu einem Bereich zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung erstrecken.
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Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, einen Nicht-Wasser-Kanalabschnitt zu reduzieren, und es ist möglich, eine Form zu erhalten, in der sich das Kühlwasser über den gesamten Umfang des Motors ausbreitet.
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(9) Die Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den Motor gemäß irgendeinem der Vorstehenden (1) bis (8).
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Gemäß der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine des obigen Aspekts kann ähnlich wie oben durch Teilen des Kühlströmungskanals des Inverters mit dem Kühlströmungskanal des Motorkörpers auf diese Weise die Rohrform vereinfacht werden, und eine Strömungskanalkonfiguration aufweisend eine einfache Struktur, die keinen für den Inverter bestimmten Strömungskanal erfordert, erhalten werden. Daher können sowohl der Inverter als auch der Motorkörper effizient gekühlt werden. Aus diesem Grund eignet sich die vorliegende Erfindung zum Beispiel für einen Kompressormotor für eine Brennstoffzelle und eine Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine aufweisend eine kleine Menge an Wärmeerzeugung so wie der Inverter.
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Gemäß den Motoren und der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine der jeweiligen Aspekte der vorliegenden Erfindung können sowohl der Inverter als auch der Motorkörper durch eine einfache Konfiguration gekühlt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Längsschnittansicht einer Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine mit einem Motor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Motorachse.
- 2 ist eine Ansicht einer Umhüllung der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine von der in 1 gezeigten Linie AA aus gesehen und ist eine Längsschnittansicht in einer Richtung orthogonal zu einer Motorachse genommen.
- 3 ist eine Draufsicht auf ein Zuflussrohr und ein Abflussrohr, von oben gesehen.
- 4 ist eine Pfeilansicht entlang der in 2 gezeigten Linie BB und eine Ansicht, in der sich die in vorbestimmten Abständen geteilten Querschnitte einer Rohr-Axialrichtung überlagern.
- 5 ist eine horizontale Schnittansicht, die die Innenseite eines Verbindungsabschnitts eines Kühlrohrs zeigt.
- ist eine horizontale Schnittansicht, die die Innenseite eines vorstehenden Abschnitts des Kühlrohrs zeigt.
- 7 ist eine Längsschnittansicht, die die Konfiguration eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt und eine Ansicht ist, die 2 entspricht.
- 8 ist eine Längsschnittansicht, die die Konfiguration eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt, und ist eine Ansicht, die 2 entspricht.
- 9A ist eine Seitenansicht eines Kühlrohrs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus der axialen Richtung des Rohrs gesehen und ist eine Ansicht, die 4 entspricht.
- 9B ist eine Seitenansicht eines Kühlrohrs gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel, gesehen aus der axialen Richtung des Rohrs, und ist eine Ansicht, die 4 entspricht.
- 10 ist eine Längsschnittansicht einer in den Inverter integrierten rotierenden elektrischen Maschine des verwandten Stands der Technik in einer Richtung orthogonal zu einer Motorachse.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Nachfolgend werden Motoren und eine Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen zeigen Aspekte der vorliegenden Erfindung, schränken die vorliegende Erfindung nicht ein und können im Rahmen der technischen Idee der vorliegenden Erfindung beliebig verändert werden.
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[Erste Ausführungsform]
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an einer Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine 10 montiert und wird beispielsweise für einen Motor eingesetzt, der einen Kompressor für eine Brennstoffzelle antreibt.
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Die Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine 10 enthält den Motor 1 und einen mit dem Motor 1 verbundenen und durch den Motor 1 angetriebenen Kompressor 2.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Rotationsmittelachse des Motors 1 als Motorachse O oder eine Achse bezeichnet. Außerdem wird in der Draufsicht aus der Richtung der Motorachse O eine Richtung orthogonal zur Motorachse O als radiale Richtung bezeichnet, und eine Richtung, die um die Motorachse O kreist, wird als Umfangsrichtung bezeichnet.
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Wie in 2 dargestellt ist, umfasst der Motor 1 einen Motorkörper 3 mit einem um die Achse rotierbaren Rotor (nicht dargestellt) und einem Stator, der den Rotor umgibt eine Umhüllung 4, die eine zylindrische Form bildet, die sich in einer axialen Richtung erstreckt und den Motorkörper 3 umgibt und einen Zylinderabschnitt 41 und eine Inverter-Box 42 (Gehäuseabschnitt) aufweist, wobei der Zylinderabschnitt 41 innen einen Kühlwasserkanal 45 (Strömungskanal) aufweist, der sich C-förmig in der Umfangsrichtung erstreckt und ein erstes Ende, das als Einströmöffnung 45A dient, und ein zweites Ende aufweist, das als Ausströmöffnung 45B dient, und die Inverter-Box 42, die auf beiden Seiten des Zylinderabschnitts 41 in tangentialer Richtung an einer äußeren peripheren Seite des Kühlwasserkanals 45 in dem Zylinderabschnitt 41 übersteht; und einen Inverter 5, der in der Inverter-Box 42 untergebracht ist und ein Schaltelement aufweist, das auf einer Oberfläche (einer oberen Oberfläche 421b einer Bodenwand 421 der Inverter-Box 42, die weiter unten beschrieben wird) des Zylinderabschnitts 41 angeordnet ist, die in der Inverter-Box 42 radial nach außen weist.
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Der Zylinderabschnitt 41 und die Inverter-Box 42 sind integral ausgebildet. Die Inverter-Box 42 ist in einem Zustand, in dem der Motor 1 installiert ist, an einem oberen Abschnitt des Zylinderabschnitts 41 angeordnet.
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Der Zylinderabschnitt 41 hat eine Öffnung, die in einem Teil in Umfangsrichtung ausgebildet ist, und hat, wie oben beschrieben, in axialer Richtung gesehen im Wesentlichen eine C-Form. An einem offenen Ende des Zylinderabschnitts 41 sind Verbindungen 6 (6A, 6B) mit der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B verbunden. Dabei ist eine Einströmverbindung 6A mit der Einströmöffnung 45A und eine Ausströmverbindung 6B mit der Ausströmöffnung 45B verbunden. Die Einströmöffnung 6a der Einströmverbindung 6A ist mit einem Einströmrohr 7A verbunden (Zweipunkt-Kettenlinie in 2), und die Ausströmöffnung 6b der Ausströmverbindung 6B ist mit einem Ausströmrohr 7B verbunden (Zweipunkt-Kettenlinie in 2).
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Die Inverter-Box 42 umfasst eine rechteckige, plattenförmige Bodenwand 421, eine Seitenwand 422, die über den gesamten äußeren peripheren Rand der Bodenwand 421 aufgerichtet ist, und einen abnehmbaren Deckel 423, der eine von der Seitenwand 422 umgebene Öffnung abdeckt. Die Bodenwand 421 ist so angeordnet, dass eine Bodenfläche 421a der Bodenwand 421 in einer tangentialen Richtung liegt und eine horizontale Richtung zur Oberseite der äußeren peripheren Oberfläche 41a des Zylinderabschnitts 41 ist.
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Der in der Inverter-Box 42 untergebrachte Inverter 5 besitzt eine Mehrzahl von Leistungstransistoren 51 (Schaltelemente) und ein Substrat 52. Ein Anschlusspunkt jedes Leistungstransistors 51 ist mit einem Phasenende jeder Phasenspule des Motorkörpers 3 verbunden.
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Das Substrat 52 ist so bereitgestellt, dass es das Innere der Inverter-Box 42 in einen oberen und einen unteren Bereich unterteilt.
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Der Schaltbetrieb des Leistungstransistors 51 wird von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert. Das heißt, die Steuereinheit steuert den Inverter 5 so, dass er ein Drehmoment entsprechend einem Motordrehmomentbefehl im Motorkörper 3 erzeugt.
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Wie in 1 gezeigt, sind in der Umhüllung 4 an beiden Endabschnitten des Zylinderabschnitts 41 in Richtung der Motorachse O Endabdeckungen 43 bereitgestellt. Die Endabdeckung 43 trägt eine rotierende Welle 31 des Motorkörpers 3, an der der Rotor um die Achse rotierbar befestigt ist.
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Ein Kühlwasserkanal 45 zur Kühlung des Motorkörpers 3 und des Inverters 5 ist innerhalb des Zylinderabschnitts 41 der Umhüllung 4 ausgebildet. Das heißt, der Motorkörper 3 wird direkt vom Zylinderabschnitt 41 über die gesamte Umfangsrichtung gekühlt, und der Inverter 5 wird vom Zylinderabschnitt 41 über die Bodenwand 421 der Inverter-Box 42 gekühlt. Wie in 2 gezeigt, weist die Inverter-Box 42 einen zentralen Abschnitt der Bodenwand 421 in einer Breitenrichtung (die Richtung orthogonal zur axialen Richtung in einer Draufsicht) auf, der mit dem Zylinderabschnitt 41 verbunden ist.
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Die Umhüllung 4 kann aus jedem Material mit Steifigkeit hergestellt werden, wie z. B. Metall, Polymer und Keramiken.
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Der Motorkörper 3 enthält die rotierbare Welle 31 (vgl. 1). Der Motorkörper 3 weist einen Rotor (nicht dargestellt) auf, der in Verbindung mit der rotierenden Welle 31 rotierbar ist, und einen Stator (nicht dargestellt), der an der Umhüllung 4 befestigt ist.
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Als nächstes ist, wie in 2 dargestellt, ein Kühlwasserkanal 45, durch den Kühlwasser W zum Kühlen des Motorkörpers 3 und des Inverters 5 fließt, in dem Zylinderabschnitt 41 entlang der Umfangsrichtung des Zylinderabschnitts 41 bereitgestellt. Das heißt, die Querschnittsbreitenrichtung des Kühlwasserkanals 45 erstreckt sich entlang der axialen Richtung (siehe 1). Der Kühlwasserkanal 45 weist eine Öffnung auf, die in einem Teil in der Umfangsrichtung ausgebildet ist, und weist, von der axialen Richtung aus gesehen, wie oben beschrieben, im Wesentlichen eine C-Form auf. Die Einströmverbindung 6A für das Kühlwasser W ist mit einer Einströmöffnung 45A verbunden, die sich am offenen Ende des Kühlwasserkanals 45 befindet, und die Ausströmverbindung 6B für das Kühlwasser W ist mit der anderen Ausströmöffnung 45B verbunden.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, haben die Verbindungen 6 (Einströmrohr 6A und Ausströmrohr 6B) vorstehende Abschnitte 61, die integral in einem Zustand bereitgestellt sind, in dem die vorstehenden Abschnitte 61 aus den Öffnungen (Einströmöffnung 45A und Ausströmöffnung 45B) des Zylinderabschnitts 41 der Umhüllung 4 vorstehen, und Verbindungsabschnitte 62, die mit den vorstehenden Abschnitten 61 über Flansche 63A und 63B gekoppelt sind. Das heißt, die Verbindungen 6 sind in die vorstehenden Abschnitte 61 und die Verbindungsabschnitte 62 unterteilt, und diese Abschnitte sind durch die Flansche 63A und 63B miteinander gekoppelt.
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Die vorstehenden Abschnitte 61 der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B haben die gleiche Breitenabmessung wie die Länge des Kühlwasserkanals 45 in axialer Richtung, gesehen aus der Richtung (Rohrmittellinien C (C1, C2)) orthogonal zu den Öffnungsflächen, und die Rohrmittellinien C1 und C2 davon verlaufen parallel zueinander (siehe 4). Der erste Flansch 63A ist an einem vorspringenden Ende 61a des vorstehenden Abschnitts 61 ausgebildet.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, ändern sich die Querschnitte der Verbindungsabschnitte 62 der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B graduell von den Endabschnitten 6a und 6b, die mit dem Einströmrohr 7A und dem Ausströmrohr 7B verbunden sind, in Richtung der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B, so dass sie die in 2 gezeigte Querschnittsform des Strömungskanals der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B aufweisen.
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Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Leitschaufeln 64 (64A, 64B) innerhalb jedes des ersten Flansches 63A des vorstehenden Abschnitts 61 und des zweiten Flansches 63B des Verbindungsabschnitts 62 ausgebildet.
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Wie in 5 gezeigt, weist die im ersten Flansch 63A bereitgestellte erste Leitschaufel 64A eine Mehrzahl von ersten Führungen 641 auf, die sich in einer Richtung entlang der ersten Rohrmittellinie C1 erstrecken und in axialer Richtung (Motorachse O) parallel angeordnet sind. Wie in 6 gezeigt, weist die im zweiten Flansch 63B bereitgestellte zweite Leitschaufel 64B eine Mehrzahl von zweiten Führungen 642 auf, die so angeordnet sind, dass sie sich graduell radial von der Seite des Einström- und Ausströmrohrs 7A und 7B (siehe 2) in Richtung der Einström- und Ausströmöffnungen 45A und 45B verteilen.
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Wie in 2 gezeigt, wird das Kühlwasser W von der Einströmverbindung 6A dem Kühlwasserkanal 45 zugeführt, fließt durch den Kühlwasserkanal 45 von der Seite der Einströmöffnung 45A zur Seite der Ausströmöffnung 45B, um den Inverter 5 und den Motorkörper 3 zu kühlen, und wird zur Ausströmverbindung 6B abgeleitet. Das heißt, das Kühlwasser W fließt durch den Kühlwasserkanal 45, nimmt dabei die Wärme des Inverters 5 und des Motorkörpers 3 auf und führt einen Wärmeaustausch zur Kühlung des Inverters 5 und des Motorkörpers 3 durch, um eine hohe Temperatur zu erreichen, und wird aus der Ausflussverbindung 6B abgeleitet. Außerdem strahlt das Kühlwasser W, dessen Temperatur gestiegen ist, über einen Kühler oder ähnliches (nicht dargestellt) Wärme ab und wird in einen Wasservorratsbehälter (nicht dargestellt) zurückgeführt.
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Der in der Inverter-Box 42 untergebrachte Inverter 5 ist in der Nähe der Einströmöffnung 45A des Kühlwasserkanals 45 angeordnet, d.h. auf der stromaufwärts gelegenen Seite des durch den Kühlwasserkanal 45 fließenden Kühlwassers W. Aus diesem Grund wird der Inverter 5 in einem Zustand gekühlt, in dem die Temperatur des Kühlwassers W niedriger ist als in der Nähe der Ausströmöffnung 45B. Gleichzeitig wird der Motorkörper 3 im gesamten Kühlwasserkanal 45 gekühlt.
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Als bevorzugter Bereich eines Kühlbereichs des Inverters 5, eines Kontaktbereichs (Inverter-Kühlwinkel θ) der Inverter-Box 42 mit dem Zylinderabschnitt 41, ist hier, wenn ein Strömungskanal-Startpunkt P, der die Position der Einströmöffnung 45A in Bezug auf die Motorachse O ist, auf 0° gesetzt ist, beispielsweise wie in 2 in axialer Richtung gesehen, ein zur stromabwärtigen Seite gerichteter Winkel von einem Strömungskanal-Startpunkt P vorzugsweise 20 bis 90°.
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Als nächstes werden die Wirkungen des Motors 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration und der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine 10, die den Motor 1 verwendet, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkret beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt, können bei der vorliegenden Ausführungsform der Motorkörper 3 und die Inverter-Box 42, in der der Inverter 5 untergebracht ist, in Kontakt mit dem Kühlwasserkanal 45 angeordnet werden, der sich C-förmig in Umfangsrichtung erstreckt. Durch die gemeinsame Nutzung des Kühlwasserkanals 45 des Inverters 5 mit dem Kühlwasserkanal 45 des Motorkörpers 3 auf diese Weise kann die Rohrform vereinfacht werden, und es ergibt sich eine Strömungskanalkonfiguration mit einer einfachen Struktur, die keinen eigenen Strömungskanal für den Inverter erfordert. Daher können sowohl der Inverter 5 als auch der Motorkörper 3 effizient gekühlt werden. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung geeignet für den Kompressormotor für eine Brennstoffzelle wie in der vorliegenden Ausführungsform und wie die Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine 10 mit einer kleinen Menge von Wärmeerzeugung wie der Inverter.
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Außerdem kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da der Inverter 5 in der Nähe der Einströmöffnung 45A auf der stromaufwärtigen Seite des Kühlwasserkanals 45 über die Inverter-Box 42 angeordnet ist, der Inverter 5 gekühlt werden, bevor die Temperatur des Kühlwassers W im Kühlwasserkanal 45 hoch wird. Da auch der Motorkörper 3 durch den gesamten Kühlwasserkanal 45 in Umfangsrichtung gekühlt wird, können der Inverter 5 und der Motorkörper 3 effizient gekühlt werden.
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Zusätzlich kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Einströmverbindung 6A und die Ausströmverbindung 6B mit dem Kühlwasserkanal 45 verbunden sind, eine Form erhalten werden, die eine Strömung zum Kühlwasserkanal 45 in einem kurzen Abstand gleichmäßig verteilt, ohne einen Druckverlust durch Verwendung dieses Verbindungsabschnitts zu verursachen. Aus diesem Grund wird bei der vorliegenden Ausführungsform keine betreffende Stand der Technik Form erhalten, bei der die Breite des Einlassströmungskanals durch Biegen des Einlassströmungskanals um 90° scharf verteilt ist. Dadurch kann der Druckverlust im Kühlwasserkanal 45 unterdrückt werden, um die Kühleffizienz zu verbessern.
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Da das Kühlwasser W auf diese Weise gleichmäßig in axialer Richtung verteilt werden kann, ist es möglich, einen lokalen Temperaturanstieg des Motorkörpers 3 zu verhindern.
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Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform die Einströmverbindung 6A und die Ausströmverbindung 6B von den Endabschnitten 6a und 6b, die mit dem Einströmrohr 7A und dem Ausströmrohr 7B verbunden sind, graduell im Querschnitt in Richtung der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B verändert, so dass die Einströmöffnung 45A und die Ausströmöffnung 45B Strömungskanalquerschnittsformen aufweisen. Somit haben die Formen der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B die Strömungskanalquerschnittsfläche, die sich mit einer konstanten Rate von der Einströmverbindung 7A und der Ausströmverbindung 7B in den Rohrleitungen der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B ändert. Dadurch kann der Druckverlust effizient reduziert werden.
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Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform jede der Einströmverbindungen 6A und der Ausströmverbindungen 6B in einer Richtung entlang jeder der Rohrmittellinien C1 und C2 geteilt, und die geteilten Teile sind durch Flansche 63A und 63B, die an den geteilten Enden bereitgestellt sind, miteinander gekoppelt. Da die Leitschaufeln 64A und 64B innerhalb des Paares der zu koppelnden Flansche 63A und 63B bereitgestellt sind, kann die Strömung des Kühlwasserkanals 45, wie in den 5 und 6 gezeigt, weiter gleichmäßig gemacht werden.
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In dem Motor 1 gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können sowohl der Inverter 5 als auch der Motorkörper 3 durch eine einfache Konfiguration gekühlt werden, und der Druckverlust in dem Kühlwasserkanal 45 kann unterdrückt werden, um die Kühleffizienz zu verbessern.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als nächstes ist, wie in 7 gezeigt, ein Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform so konfiguriert, dass er mit einer gekrümmten Oberfläche 45a verbunden ist, die eine R-Form an einem Abschnitt aufweist, an dem die Ausflussöffnung 45B, die mit dem vorstehenden Abschnitt 61 der Verbindung 6 des Kühlwasserkanals 45 verbunden ist, und der Kühlwasserkanal 45 in einem spitzen Winkel miteinander verbunden sind.
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In der zweiten Ausführungsform kann, da der Kühlwasserkanal 45 eine gekrümmte Oberflächenform aufweist, die keinen spitzen Winkelabschnitt aufweist, die Strömung des Kühlwassers W, das zwischen der Innenseite des Kühlwasserkanals 45 und der Ausflussöffnung 45B fließt, gleichmäßiger gemacht werden, und der Druckverlust kann reduziert werden.
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[Dritte Ausführungsform]
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Als nächstes, wie in 8 gezeigt, weist ein Motor gemäß einer dritten Ausführungsform eine Konfiguration auf, bei der ein Verlängerungsabschnitt 45b, der sich zu einem Bereich zwischen der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B in dem Kühlwasserkanal 45 erstreckt, ausgebildet ist.
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Dementsprechend ist es möglich, einen Nicht-Wasser-Kanalabschnitt (einen Bereich der Bezugszeichen 45c) des Kühlwasserkanals 45 zu reduzieren, und es ist möglich, eine Form zu erhalten, in der sich das Kühlwasser W über den gesamten Umfang des Motorkörpers 3 ausbreitet.
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(Modifikationsbeispiele)
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Als nächstes wird in einem ersten Modifikationsbeispiel, das in 9A gezeigt ist, und einem zweiten Modifikationsbeispiel, das in 9B gezeigt ist, die Form der Verbindung geändert. Im vorliegenden Modifikationsbeispiel sind die erste Rohrmittellinie C1 der Einströmverbindungen 6C und 6E und die zweite Rohrmittellinie C2 der Ausströmverbindungen 6D und 6F so angeordnet, dass sie in axialer Richtung (linke und rechte Richtung der 9A und 9B) gegeneinander versetzt sind.
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Wie in 9A gezeigt, weist das erste Ausführungsbeispiel eine Konfiguration auf, bei der lediglich die Einströmverbindung 6C gegenüber der Ausströmverbindung 6D um einen Abstand des Bezugszeichens Di in axialer Richtung versetzt ist. In diesem Fall wird ein Abstand L1 zwischen der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B im Kühlwasserkanal 45 kürzer gemacht als ein Abstand L0 (siehe 4) der oben beschriebenen Ausführungsform.
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Wie in 9B gezeigt, weist das zweite Ausführungsbeispiel eine Konfiguration auf, bei der sowohl die Einströmverbindung 6E als auch die Ausströmverbindung 6F um einen Abstand der Bezugsziffer D2 in axialer Richtung zueinander versetzt sind, so dass sie um die längste Strecke voneinander getrennt sind. In diesem Fall ist ein Abstand L2 zwischen der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B im Kühlwasserkanal 45 gegenüber dem Abstand L1 (vgl. 9A) des oben beschriebenen zweiten Modifikationsbeispiels weiter verkürzt.
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Durch einen derartigen Versatz der Rohrmittellinien C1 und C2 der Einströmverbindungen 6C und 6E und der Ausströmverbindungen 6D und 6F kann der Abstand zwischen der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B im Kühlwasserkanal 45 verkürzt werden. Aus diesem Grund kann dem Kühlwasser W erlaubt werden zu fließen, indem der Kühlwasserkanal 45 so angeordnet wird, dass seine periphere Länge um den Motorkörper 3 lang ist, und der Motorkörper 3 kann gleichmäßiger gekühlt werden.
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Zusätzlich kann in diesem Fall der Druckverlust weiter reduziert werden, indem die Mittelpunkte der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B, die den Rohrmittellinien C1 und C2 der Verbindungen 6 entsprechen, zur Deckung gebracht werden.
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Obwohl die Ausführungsformen des Motors und der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann entsprechend geändert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise die Inverter-Box 42, die den Inverter 5 aufnimmt, so konfiguriert, dass sie auf der stromaufwärtigen Seite des Kühlwasserkanals 45 in der Nähe der Einströmöffnung 45 angeordnet ist, aber die Position der Inverter-Box 42 ist nicht auf diese Position beschränkt. Beispielsweise kann die Kühlposition des Inverters 5 im Kühlwasserkanal 45 ein zentraler Abschnitt in einer Erstreckungsrichtung des Kühlwasserkanals 45 in Umfangsrichtung sein.
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Zusätzlich sind in der vorliegenden Ausführungsform die Einströmverbindung 6A und die Ausströmverbindung 6B so konfiguriert, dass sie mit dem Kühlwasserkanal 45 des Zylinderabschnitts 41 des Motorkörpers 3 verbunden sind, aber die Verbindungen 6A und 6B können so konfiguriert sein, dass sie weggelassen werden. In diesem Fall sind die Einströmöffnung 45A und die Ausströmöffnung 45B des Kühlwasserkanals 45 mit dem Einströmrohr 7A und dem Ausströmrohr 7B verbunden.
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Zusätzlich ändern sich in der vorliegenden Ausführungsform die Querschnitte der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B graduell von den Endabschnitten 6a und 6b in Richtung der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B, so dass sie die Querschnittsform des Strömungskanals der Einströmöffnung 45A und der Ausströmöffnung 45B aufweisen, aber nicht darauf beschränkt sind, eine solche Form zu haben.
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Darüber hinaus ist jede der Einströmverbindung 6A und der Ausströmverbindung 6B in einer Richtung entlang jeder der Rohrmittellinien C1 und C2 geteilt, und die geteilten Teile sind durch die Flansche 63A und 63B, die an den geteilten Enden bereitgestellt sind, miteinander gekoppelt, sind aber nicht darauf beschränkt, eine solche geteilte Struktur zu haben, und können integral bereitgestellt sein.
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Zusätzlich sind in der vorliegenden Ausführungsform die Leitschaufeln 64A und 64B innerhalb des Paares von Flanschen 63A und 63B bereitgestellt, die die geteilten Verbindungen 6 miteinander koppeln, aber die Leitschaufeln 64A und 64B können innerhalb mindestens eines des Paares von Flanschen 63A und 63B bereitgestellt werden, oder die Leitschaufeln können weggelassen werden.
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In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist der Abschnitt, an dem die Ausflussöffnung 45B des Kühlwasserkanals 45 und der Kühlwasserkanal 45 in einem spitzen Winkel miteinander verbunden sind, mit der gekrümmten Oberfläche verbunden. Solange jedoch die Einströmöffnung 45A in einem spitzen Winkel verbunden ist, kann die Seite der Einströmöffnung 45A mit einer gekrümmten Oberfläche verbunden sein.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen in geeigneter Weise durch bekannte Komponenten zu ersetzen, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und die oben beschriebenen Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden.
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[Industrielle Anwendbarkeit]
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Gemäß dem Motor und der Inverter-integrierten rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung können sowohl der Inverter als auch der Motor durch eine einfache Konfiguration gekühlt werden, und der Druckverlust im Strömungskanal kann unterdrückt werden, um die Kühleffizienz zu verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Motor
- 2:
- Kompressor
- 3:
- Motorkörper
- 4:
- Umhüllung
- 5:
- Inverter
- 6:
- Kühlverbindung
- 6A:
- Einströmverbindung
- 6B:
- Ausströmverbindung
- 7A:
- Einströmrohr
- 7B:
- Ausströmrohr
- 10:
- Inverter-integrierte rotierende elektrische Maschine
- 31:
- Welle
- 41:
- Zylinderabschnitt
- 42:
- Inverter-Box (Gehäuseabschnitt)
- 45:
- Kühlwasserkanal (Strömungskanal)
- 51:
- Leistungstransistor (Schaltelement)
- 61:
- Vorstehender Teil
- 62:
- Verbindungsabschnitt
- 63A, 63B:
- Flansch
- O:
- Motorachse
- W:
- Kühlwasser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 4327618 [0003]
- JP 6084421 [0003]
