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公開番号2025071061
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2024184053
出願日2024-10-18
発明の名称電気航空機を冷却するシステム及び方法
出願人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
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 9/22 20060101AFI20250424BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電気航空機を冷却するシステム及び方法を提供すること。
【解決手段】システムは、電子デバイスと、ケーシングと、少なくとも1つのフィンと、少なくとも1つのPHPと、を備える。電子デバイスは、熱を生成し得る。電子デバイスは、ケーシング内に収容され得る。フィンは、ケーシングの外壁に取り付けられ得る。PHPは、PHPの蒸発器セクションが熱源に最も近く、且つPHPの凝縮器セクションが熱源から最も遠くなるように、フィン内に組み込まれ得る。PHPはまた、ケーシング内に配置され得る。一部の実施形態では、ケーシングは、複数のスロットを有し得る。フィンは、単一のフィンがスロットのペア内にスライドして、ケーシングに隣接して停止するように形成され得、PHPは、フィン内に組み込まれ得る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気モータアセンブリであって、
端面を有する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、
前記モータハウジングの前記端面に配置された電子機器アセンブリと、
を備え、前記電子機器アセンブリは、
ケーシング内部キャビティ及び外面を備えるケーシングであって、前記ケーシングは、エンクロージャを定める、ケーシングと、
前記エンクロージャ内の少なくとも１つの電子デバイスと、
前記ケーシングの前記外面から突出している１つ以上のフィンであって、前記１つ以上のフィンは、フィン内部キャビティを備える、１つ以上のフィンと、
（１）前記ケーシング内部キャビティ、（２）前記フィン内部キャビティ、並びに（３）前記ケーシング内部キャビティ及び前記１つ以上のフィンの前記フィン内部キャビティの両方のうちの少なくとも１つの内部に配置された１つ以上の自励振動ヒートパイプと、
を備える、電気モータアセンブリ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記ケーシング内部キャビティは、前記１つ以上のフィンの前記フィン内部キャビティに接続されており、前記１つ以上の自励振動ヒートパイプは、前記ケーシング内部キャビティ及び前記１つ以上のフィンの前記フィン内部キャビティの両方の内部に配置されている、請求項１に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項３】
前記ケーシング内部キャビティは、前記１つ以上の自励振動ヒートパイプに関する蒸発器であって、前記フィン内部キャビティは、前記１つ以上の自励振動ヒートパイプに関する凝縮器である、請求項１に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項４】
前記ケーシングに最も近い前記フィン内部キャビティの部分は、蒸発器であって、前記ケーシングから最も遠い前記フィン内部キャビティの部分は、凝縮器である、請求項１に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、前記ケーシングの内面によって定められた周囲に沿って位置付けられた複数の電子デバイスを備える、請求項１に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項６】
前記モータに接続されており、前記ケーシングの開口を通過しているプロペラシャフトと、
前記プロペラシャフトに接続されたプロペラであって、前記プロペラの回転は、前記１つ以上のフィンの傍における空気の通過をもたらす、プロペラと、
を更に備える、請求項１に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項７】
電気モータアセンブリであって、
端面を有する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、
前記モータハウジングの前記端面に配置された電子機器アセンブリと、
を備え、前記電子機器アセンブリは、
ケーシング内部キャビティ及び外面を備えるケーシングであって、前記外面は、複数のスロットを備え、前記ケーシングは、エンクロージャを定める、ケーシングと、
前記エンクロージャ内の少なくとも１つの電子デバイスと、
第１のフィン、第２のフィン、及び前記第１のフィンを前記第２のフィンに接続する接続部を備える１つ以上のフィンセグメントであって、前記第１のフィン及び前記第２のフィンは、前記第１のフィン及び前記第２のフィンが前記ケーシングの前記外面から突出するように、前記複数のスロット内に挿入され、前記第１のフィン及び前記第２のフィンは各々、フィン内部キャビティを備える、１つ以上のフィンセグメントと、
前記第１のフィン及び前記第２のフィンの前記フィン内部キャビティ内に配置された１つ以上の自励振動ヒートパイプと、
を備える、電気モータアセンブリ。
【請求項８】
前記１つ以上のフィンセグメントの前記接続部は、前記自励振動ヒートパイプの蒸発器セクションであって、前記第１のフィン及び前記第２のフィンの前記フィン内部キャビティは、前記自励振動ヒートパイプの凝縮器セクションである、請求項７に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、前記ケーシングの内面によって定められた周囲に沿って位置付けられた複数の電子デバイスを備え、前記１つ以上のフィンセグメントは、複数のフィンセグメントを備える、請求項７に記載の電気モータアセンブリ。
【請求項１０】
前記モータに接続されており、前記ケーシングの開口を通過しているプロペラシャフトと、
前記プロペラシャフトに接続されたプロペラであって、前記プロペラの回転は、前記１つ以上のフィンセグメントの前記第１のフィン及び前記第２のフィンの傍における空気の通過をもたらす、プロペラと、
を更に備える、請求項７に記載の電気モータアセンブリ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気航空機を冷却するシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
電気航空機は、揚力及び／又は推力を生成するために電気モータに依拠する。電気航空機はまた、様々な他の電子デバイスを使用して電気モータ及び他の航空機機能を制御する。これらの電子デバイスは、ケーシング内で一緒にパッケージ化され得る。これらの電子デバイスは、電子機器の最適動作温度範囲内に電子機器を維持するために冷却を必要とする著しい熱を生成し得る。従来の冷却システムは、冷却デバイスのタイプの中でも、冷却フィン又はケーシング自体の使用を伴い得る。従来の冷却システムは、電子機器のパッケージ面の周囲で乏しい熱拡散能力をもたらし得、これは、より低い冷却効果及びより低い電子機能をもたらし得る。
【発明の概要】
【０００３】
電子デバイスは、動作中に熱を生成する。より要求が厳しい状況で電子デバイスを動作させると、当該電子デバイスは、より一層多くの熱を生成する。効果的に動作するために、電子機器は、理想的な動作温度範囲内で維持されるべきである。したがって、電子デバイスは、アクティブ又はパッシブに冷却されるべきである。多くの場合、電子デバイスは、保護ケーシングによって囲まれており、当該保護ケーシングは、電子デバイスに対する損傷を防ぐのに役立ち得るが、電子デバイスによって生成される熱を更に溜め得る。ケーシングは、冷却システムを利用して電子デバイスを冷却しようとし得る。
【０００４】
従来の冷却システムは、熱を拡散させるために、ケーシングの外側に配置された冷却フィン又はケーシング自体の使用を伴い得る。当該フィン又はケーシングは通常、気流内に配置され、フィン又はケーシングの大きい表面積は、熱が放散することを可能にする。しかしながら、従来の冷却システムは、フィン又はケーシングに沿って乏しい熱拡散をもたらし得、ここで、熱の大部分は、熱源に最も近いフィン又はケーシングの部分に残る。これは、フィン及びケーシングの表面積全体が冷却に使用されないため、フィン及びケーシングの非効率的な使用をもたらす。この影響は特に、電気航空機に関連し、当該電気航空機では、揚力又は推力を提供しているモータは、電気航空機に給電するために必要とされるインバータ回路の電子デバイスに対する高い電力需要が原因で、著しい量の熱を生成し得る。電気航空機は、例えば、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）であり得る。したがって、電子航空機の冷却需要に対応するために同じ量のスペースで増加した冷却能力を有する冷却システムの必要性が存在する。
【０００５】
本開示の実施形態は、冷却フィン及び／又はケーシングと併せて自励振動ヒートパイプ（ＰＨＰ）を利用することによって、従来のフィンよりも効率的な冷却システムを提供する。ＰＨＰは、自励振動式ヒートパイプ（ＯＨＰ）とも称され得る。ＰＨＰは、蒸発器セクション及び凝縮器セクションを有するチャネルを備える。冷媒は、チャネル内に配置されている。冷媒は、気相及び液相間で変わって、蒸発器セクション及び凝縮器セクション間で移動し得る。このような変化は、熱を吸収及び解放し得、結果として、熱は、電子デバイスから吸収されて、ケーシングから離れたフィンの端で気流へ解放される。これは、より高い伝熱能力、高熱流束の拡散、航空機が経験するｇの力に耐える能力、向きに影響を受けない性能、及び構造の単純性の利点を提供し得る。
【０００６】
実施形態は、概してケーシングを含み、ケーシングは、ケーシング内部キャビティと、少なくとも１つの電子デバイスと、ケーシングに取り付けられた少なくとも１つの冷却フィンと、ケーシング内部キャビティ又は冷却フィンのうちの少なくとも１つの内部に組み込まれた少なくとも１つのＰＨＰと、を含む。熱を生成している電子デバイスに最も近いＰＨＰの部分は、ＰＨＰの蒸発器セクションとして機能し得る。熱を生成している電子デバイスから最も遠いＰＨＰの部分は、ＰＨＰの凝縮器セクションとして機能し得る。一部の実施形態では、システムは、複数のスロットを有するケーシング、少なくとも１つの冷却フィンセグメントを含み、少なくとも１つのフィンセグメントは、Ｕ形状の断面を含み、フィンセグメントは、ケーシングの複数のスロット内に挿入可能である。別の実施形態では、システムは、ｅＶＴＯＬにおいて利用される。
【０００７】
一実施形態では、電気モータアセンブリは、端面を有するモータハウジングと、モータハウジング内のモータと、モータハウジング端面に配置された電子機器アセンブリと、を含み、電子機器アセンブリは、内部キャビティ及び外面を有するケーシングと、内部キャビティの内側に配置された少なくとも１つの電子デバイスと、を含み、ケーシングは、ケーシング外面から突出している少なくとも１つのフィンを有し、フィンは、フィン内部キャビティと、ケーシング内部キャビティ、フィン内部キャビティ、又はケーシング内部キャビティ及び１つ以上のフィンのフィン内部キャビティの両方の内部に配置された１つ以上の自励振動ヒートパイプと、を有する。
【０００８】
別の実施形態では、電気モータアセンブリは、端面を有するモータハウジングと、モータハウジング内のモータと、モータハウジング端面に配置された電子機器アセンブリと、を含み、電子機器アセンブリは、内部キャビティを有するケーシングと、内部キャビティの内側に配置された少なくとも１つの電子デバイスと、を含み、ケーシング外面は、複数のスロットと、第１のフィン、第２のフィン、及び第１のフィンを第２のフィンに接続する接続部を含む１つ以上のフィンセグメントと、を含み、第１のフィン及び第２のフィンは、第１のフィン及び第２のフィンがケーシングの外面から突出するように、複数のスロット内に挿入され、第１のフィン及び第２のフィンは各々、フィン内部キャビティと、第１のフィン及び第２のフィンのフィン内部キャビティ内に配置された１つ以上の自励振動ヒートパイプと、を備える。
【０００９】
更に別の実施形態では、電動垂直離着陸（ｅＶＴＯＬ）機は、電気モータアセンブリを含み、電気モータアセンブリは、端面を有するモータハウジングと、モータハウジング内のモータと、モータハウジング端面に配置された電子アセンブリと、を含み、電子機器アセンブリは、内部キャビティ及び外面を有するケーシングと、内部キャビティの内側に配置された少なくとも１つの電子機器デバイスと、を含み、ケーシングは、ケーシング外面から突出している少なくとも１つのフィンを有し、フィンは、フィン内部キャビティと、ケーシング内部キャビティ、フィン内部キャビティ、又はケーシング内部キャビティ及び１つ以上のフィンのフィン内部キャビティの両方の内部に配置された１つ以上の自励振動ヒートパイプと、を有する。
【００１０】
本開示に記載される技術の追加の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的に容易に、当該説明から当業者にとって明らかになるか、又は以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む、本開示に記載されるような技術を実施することによって認識される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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