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JP-2026077594-A - 圧力差冷却と自励振動ヒートパイプとの統合を用いた冷却用システム及び方法

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Abstract

【課題】冷却パイプと自励振動ヒートパイプとの圧力差の統合を使用した冷却用システム及び方法。 【解決手段】本開示は、冷却システムに関する。冷却システムは、ケーシング及び少なくとも２つのフィンを含む。ケーシングは、１つ以上の電子装置を包囲する。少なくとも２つのフィンが、ケーシングの外部表面から延在する。少なくとも２つのフィンのそれぞれは、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される。ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含む。ダクト入口は高圧領域に配置されるように構成され、ダクト出口は低圧領域に配置されるように構成される。 【選択図】 図１

Inventors

  • シャイレシュ エヌ．ジョシー
  • ダニー ジェイ．ローハン

Assignees

  • トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20251017
Priority Date
20241018

Claims (15)

  1. 冷却システムであって、 １つ以上の電子装置を包囲するケーシングと、 前記ケーシングの外部表面から延在する少なくとも２つのフィンであって、前記少なくとも２つのフィンのそれぞれが、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される、少なくとも２つのフィンと、 を備え、 前記ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含み、前記ダクト入口は前記高圧領域に配置されるように構成され、前記ダクト出口は前記低圧領域に配置されるように構成される、 冷却システム。
  2. 請求項１の冷却システムであって、前記ケーシングは、 前記ケーシングの内部表面により画定されるケーシング内部空洞を更に備え、複数の熱促進構造体が前記ケーシングの前記内部表面から延在する、冷却システム。
  3. 請求項２の冷却システムであって、前記１つ以上の電子装置の少なくとも一部は、前記ケーシングの前記内部表面の少なくとも一部に接触する、冷却システム。
  4. 請求項２の冷却システムであって、前記ケーシングは、 前記空気流を誘導するための複数の長孔、 を更に備え、 前記複数の長孔は、前記内部空洞及び前記ダクト出口に流体的に連通するために、前記ケーシングの前記内部表面及び対向する外部表面を通って延在するように配置される、 冷却システム。
  5. 請求項４の冷却システムであって、前記少なくとも２つのフィンの各対及び前記ケーシングの前記外部表面は、フィン内部空洞を画定し、前記ダクト入口及び前記ダクト出口は、異なるフィン内部空洞に配置される、冷却システム。
  6. 請求項５の冷却システムであって、 少なくとも１つの自励振動ヒートパイプを更に備え、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプの少なくとも一部は、前記ケーシング内部空洞内に配置される、 冷却システム。
  7. 請求項６の冷却システムであって、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのそれぞれは、閉じたループ構造である、冷却システム。
  8. 請求項７の冷却システムであって、前記ケーシング内部空洞は、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのための蒸発部であり、前記フィン内部空洞は、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのための凝縮部である、冷却システム。
  9. 電動モータアセンブリであって、 モータハウジングと、 前記モータハウジング内のモータと、 外部表面と、ケーシング内部空洞を画定する、対向する内部表面と、を有するケーシングと、 前記内部表面により包囲される前記ケーシング内部空洞内に配置される、１つ以上の電子装置と、 前記ケーシングの前記外部表面から延在する少なくとも２つのフィンであって、前記少なくとも２つのフィンの各対及び前記ケーシングの前記外部表面が、フィン内部空洞を画定し、前記少なくとも２つのフィンのそれぞれが、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される、少なくとも２つのフィンと、 を備え、 前記ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含み、前記ダクト入口は前記高圧領域に配置されるように構成され、前記ダクト出口は前記低圧領域に配置されるように構成される、 電動モータアセンブリ。
  10. 請求項９の電動モータアセンブリであって、前記ケーシング内部空洞は、前記内部表面から延在する複数の熱促進構造体を含む、電動モータアセンブリ。
  11. 請求項１０の電動モータアセンブリであって、前記ケーシングは、 前記空気流を誘導するための複数の長孔、 を更に備え、 前記複数の長孔は、前記ケーシング内部空洞及び前記ダクト出口に流体的に連通するために、前記内部表面及び前記外部表面を通って延在するように配置される、 電動モータアセンブリ。
  12. 請求項１１の電動モータアセンブリであって、前記ダクト入口及び前記ダクト出口は、異なるフィン内部空洞に配置される、電動モータアセンブリ。
  13. 請求項１２の電動モータアセンブリであって、 少なくとも１つの自励振動ヒートパイプを更に備え、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプの少なくとも一部は、前記ケーシング内部空洞内に配置される、電動モータアセンブリ。
  14. 請求項１３の電動モータアセンブリであって、 前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのそれぞれは、閉じたループ構造であり、 前記ケーシング内部空洞は、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのための蒸発部であり、前記フィン内部空洞は、前記少なくとも１つの自励振動ヒートパイプのための凝縮部である、 電動モータアセンブリ。
  15. 請求項９の電動モータアセンブリであって、前記１つ以上の電子装置は、前記内部表面の少なくとも一部に接触する、電動モータアセンブ。

Description

本明細書は、概して、構造体を冷却するための装置、より具体的には、圧力差を利用して空気流を増大させる、構造体を冷却するための装置に関する。 電動航空機は、揚力及び／又は推力を生成するために、モータに依存する。電動航空機は、航空機能を制御し且つ様々なタスクを完遂するために、モータ及びインバータなどの様々な他の電子装置をも使用する。電動航空機の1つの種類は、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）であり得る。これらの電子装置は、ケーシング内にまとめてパッケージされ得る。これらの電子装置は、著しい熱を生成し得、この熱は、電子機器を最適な動作温度範囲に維持するために冷却を必要とする。従来の冷却システムは、他の種類の冷却装置の中でもケーシング及び冷却フィンの表面を用いて熱を拡散させることを含み得る。従来の冷却システムは、電子機器のパッケージの表面の周囲における不十分な熱拡散能力をもたらし得、これにより、冷却効率の低下及び電子機能の低下をもたらし得る。 一実施形態において、冷却システムが提供される。冷却システムは、ケーシング及び少なくとも２つのフィンを含む。ケーシングは、１つ以上の電子装置を包囲する。少なくとも２つのフィンが、ケーシングの外部表面から延在する。少なくとも２つのフィンのそれぞれは、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される。ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含む。ダクト入口は高圧領域に配置されるように構成され、ダクト出口は低圧領域に配置されるように構成される。 別の実施形態において、電動モータアセンブリが提供される。電動モータアセンブリは、モータハウジングと、モータハウジング内のモータと、ケーシングと、１つ以上の電子装置と、少なくとも２つのフィンと、を含む。ケーシングは、外部表面と、ケーシング内部空洞を画定する、対向する内部表面と、を有する。１つ以上の電子装置は、内部表面により包囲されるケーシング内部空洞内に配置される。少なくとも２つのフィンが、ケーシングの外部表面から延在する。少なくとも２つのフィンの各対及びケーシングの外部表面は、フィン内部空洞を画定する。少なくとも２つのフィンのそれぞれは、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される。ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含む。ダクト入口は高圧領域に配置されるように構成され、ダクト出口は低圧領域に配置されるように構成される。 さらに別の実施形態において、電動垂直離着陸機が提供される。電動垂直離着陸機は、電動モータアセンブリを含む。電動モータアセンブリは、モータハウジングと、モータハウジング内のモータと、ケーシングと、１つ以上の電子装置と、少なくとも２つのフィンと、を含む。ケーシングは、外部表面と、ケーシング内部空洞を画定する、対向する内部表面と、を有する。１つ以上の電子装置は、内部表面により包囲されるケーシング内部空洞内に配置される。少なくとも２つのフィンが、ケーシングの外部表面から延在する。少なくとも２つのフィンの各対及びケーシングの外部表面は、フィン内部空洞を画定する。少なくとも２つのフィンのそれぞれは、高圧領域及び低圧領域を生成するために空気流を誘導するように構成される。ケーシングは、ダクト入口及びダクト出口を有するダクトアセンブリを含む。ダクト入口は高圧領域に配置されるように構成され、ダクト出口は低圧領域に配置されるように構成される。 本明細書に記載された実施形態により提供されるこれらの及び追加の特徴は、図面と合わせて後述する詳細な説明を参照することで、より十分に理解されよう。 図面で示された実施形態は、本質的に説明及び例示のためのものであり、特許請求の範囲により定義された対象物を限定することは意図されていない。例示的な実施形態の後続する詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示される以下の図面と併せて読まれるときに理解されることができる。 図１は、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、モータ、ケーシング、複数のフィン、及びプロペラアセンブリの正面の断面図を含むシステムを模式的に示している。 図２は、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、フィンに組み込まれ且つケーシングの内側表面に接続された自励振動ヒートパイプの部分的な分離図（isolated view）を模式的に示している。 図３Ａは、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図２の二部構成の冷却システムの例の線３Ａ―３Ａに沿って得られた部分的な断面図を模式的に示している。 図３Ｂは、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図２の二部構成の冷却システムの例の線３Ｂ―３Ｂに沿って得られた断面図を模式的に示している。 図３Ｃは、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図２の二部構成の冷却システムの例の正面平面図を模式的に示している。 図３Ｄは、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図２の二部構成の冷却システムの例の上面図を模式的に示している。 図３Ｅは、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図３Ｄの二部構成の冷却システムの例の線３Ｅ―３Ｅに沿って得られた上面図を模式的に示している。 図４は、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図２の二部構成の冷却システムの例の線３Ａ―３Ａに沿って得られた部分断面図を模式的に示しており、ここでは空気流経路を示している。 図５は、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図４の二部構成の冷却システムの例の線５―６に沿って得られた部分断面図を模式的に示しており、空気流の伝導及び対流熱伝達を示している。 図６は、本明細書に示され且つ記載された１つ以上の実施形態に係る、図１における二部構成の冷却システムの例を有するｅＶＴＯＬを模式的に示している。 本開示の実施形態は、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）のための冷却システムに関する。ｅＶＴＯＬは、モータ及びインバータパッケージを含む。パッケージは、金属製ケーシングを含み得、斯かる金属製ケーシングには様々な電子装置が収容され得る。１つ以上のフィンは、ケーシングの外面に接続され得る。冷却システムは、二部構成の冷却構造を用い得、斯かる冷却構造の一方は、ケーシング内に部分的に組み込まれた自励振動ヒートパイプ（ＰＨＰ）アセンブリを含み、第２部は、ケーシングを貫通する一連のダクトワーク（ductwork）を含み、斯かるダクトワークは、圧力差を利用して、ケーシング及びフィンの周囲の空気流を増大させ、これにより熱伝達を増大させる。 ダクト入口が、ケーシングの外部表面に取り付けられた複数の外部フィンのうちの２つのフィンの間に取付けられ得る。ダクト入口は、ケーシング内に構築された内部チャネルを空気流が通ることを可能にし得る。空気流は、ダクト出口を通ってケーシングの外側に排気され得る。ダクト入口及びダクト出口は、ダクト入口及びダクト出口の周囲に配置された複数のフィンの配向が、ダクト入口付近に高圧ゾーンを作り出し、且つ、ダクト出口付近に低圧ゾーンを作り出すように配置され得、これにより、ダクトを通る空気流及びチャネルを通る空気流が増大し得る。例えば、複数のフィンの迎角は、この圧力差を作り出すように配置され得る。この空気流は、ケーシングの内部に取付けられる電子装置からの熱伝導に役立つ。いくつかの実施形態において、ＰＨＰは、ケーシング及びフィン内に取付けられ得る。ＰＨＰは、液体及び気体それぞれのスラグを交互に含み得、斯かるスラグは電子装置からフィンへの熱伝達を向上させることにより、冷却システムの冷却効果を更に改善し得る。 従来の冷却システムは、熱が拡散されるのを制限し、且つ、熱源に最も近いケーシング及びフィンの部分に熱を集中させ得る。これは、熱がケーシング及びフィンの全体にわたって放散されないため、ケーシング及びフィンの全面積を効率的に利用するものではなく、且つ、ケーシング及びフィンが冷却するように設計されている熱源から、本システムと比較してより少ない熱しか除去しない。二部構成の冷却構造であって、斯かる冷却構造の一方は、フィン内に少なくとも部分的に組み込まれた自励振動ヒートパイプ（ＰＨＰ）アセンブリを含み、第２部は、ケーシングを貫通する一連のダクトワークを含み、斯かるダクトワークは、圧力差を利用して、ケーシング及びフィンの周囲の空気流を増大させ、これにより熱伝達を増大させ、ケーシング及びフィン全体にわたって熱をより効果的に伝達し、ケーシング及びフィンの総面積をより効率的に利用し、且つ、従来の冷却システムと比較して、ケーシング及びフィン全体にわたる熱の拡散を増大させる。有利には、本明細書に記載された冷却システムは、二相熱伝達メカニズムを利用して、少なくとも１つの熱を生成する装置から熱を除去する。第１熱伝達メカニズムは、ケースを通るヒートパイプ全体にわたって熱を効率的に移動させるために、自励振動ヒートパイプを利用するように構成されている。第２メカニズムは、空気流をケースの空洞内に再誘導し、これにより、熱を生成する装置と空気流との間の熱抵抗を低減して、熱伝達を向上させる。 次に図１を参照すると、システム１００の実施形態例が示されている。システム１００は、ケーシング１１０、モータ１０１、１つ以上の電子装置１１３、プロペラ１０２、プロペラシャフト１０３、及び例示的な二部構成の冷却システム１２６を含む。１つ以上の電子装置１１３は、ケーシング内部空洞１１１（すなわち、エンクロージャ）内に配置される。すなわち、１つ以上の電子装置１１３は、ケーシング１１０により包囲又は収容される。複数のフィン１２０は、ケーシング１１０の外側から延在する。プロペラシャフト１０３は、モータ１０１及びプロペラ１０２に接続される。ケーシング１１０は、プロペラシャフト１０３がモータ１０１からプロペラ１０２まで貫通することを可能にするための貫通孔（pass through）１１７を有し得る。プロペラ１０２は、揚力、推力、又は揚力と推力との組み合わせを与え得る。複数のフィン１２０の任意の数のフィンが含まれ得る。図１のシステム１００の構成要素の配置は、説明の目的のためのものであり、他の配置が可能であることが、理解されるべきである。 ケーシング内部空洞１１１内に配置される１つ以上の電子装置１１３は、１つ以上の異なる電子装置１１３であり得る。含まれる１つ以上の電子装置１１３は、インバータパッケージ又は回路、ゲートドライブ、及び／又はこれらと同様のものであり得る。あるいは、又は加えて、１つ以上の電子装置１１３は、コンデンサ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、又は任意の他の電子装置をも含み得る。１つ以上の電子装置１１３は、限定されるものではないが、熱伝導体、電気絶縁体、及び熱インターフェース層などの様々な層１３５（図３Ａ）を含み得る、パワーデバイスパッケージ１３４（図３Ａ）であり得る。１つ以上の電子装置１１３は、システム１００の熱源であり得、電子機器は動作中に熱を生成する。 次に図２及び図３Ａ―３Ｅを参照すると、１つ以上の電子装置１１３を包囲するケーシング１１０は、円柱状、トロイド状、直方体状、及び／又はこれらと同様のものを含むがこれらに限定されない任意の形状であり得る。ケーシング１１０は、アルミニウム、スチール、プラスチック等を含むがこれらに限定されない任意の材料であり得る。ケーシング１１０は、外部表面１２４ａ及び