(57)【要約】  走行用モータ（３０）と、これへの電力供給を制御する電力制御ユニット（６０）とを備えた鞍乗型の電動車両（例えば電動二輪車１）において、電力制御ユニット（６０）のケース（６２）には、ＩＧＢＴのような半導体素子の実装されたパワーモジュール（６１）の基板（６１ａ）をケース（６２）のいずれかの壁部に近接させて収納し、その壁部に冷却液を接触させるように冷却ジャケットを設ける。ケース（６２）に設けた開口（６２ｂ）を塞ぐように冷却器（６６）を取り付けてもよい。冷却器（６６）の大きさや冷却液量を必要十分に留めて、重量増やコストアップを抑制しながら必要な冷却能力を得る。
2012090241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の電動モータと、該電動モータへの電力供給を制御する電力制御器とを備えた鞍乗型の電動車両であって、
前記電力制御器のケースには、半導体素子の実装されたパワーモジュールの基板が収納されるとともに、この基板の少なくとも一部に接触するように冷却ジャケットが設けられていることを特徴とする鞍乗型電動車両。
【請求項２】
前記冷却ジャケットは、前記電力制御器のケースに形成された開口を塞ぐように取り付けられ、前記パワーモジュールの基板の少なくとも一部に接触している、請求項１の鞍乗型電動車両。
【請求項３】
前記冷却ジャケットが前記電力制御器のケースに着脱可能に取り付けられている、請求項２の鞍乗型電動車両。
【請求項４】
前記電力制御器のケースには外側から前記冷却ジャケットが嵌め込まれるように嵌合部が形成され、この嵌合部内に前記開口が形成されている、請求項２〜４のいずれか１つの鞍乗型電動車両。
【請求項５】
車体フレームがヘッドパイプと、該ヘッドパイプから下向きに傾斜しつつ後方に延びるメインフレームとを有し、
前記電動モータへ供給する電力を蓄える複数の蓄電装置が収納ボックスに収納されて、この収納ボックスが前記メインフレームに支持されており、
前記電力制御器のケースが前記収納ボックスの下面に取り付けられるとともに、当該ケース内の上部に前記冷却ジャケットが配設されている、請求項２〜４のいずれか１つの鞍乗型電動車両。
【請求項６】
前記電動モータと、その出力を伝達する動力伝達機構とを有するモータユニットには、潤滑用のオイルを吐出するオイルポンプが設けられ、
前記モータユニットの上方に前記電力制御器が配設され、
前記電力制御器の冷却ジャケットに冷却液として前記オイルポンプからのオイルを供給するオイル供給ラインと、
前記冷却ジャケットから排出されるオイルを前記モータユニットへ流下させるオイル戻しラインとが設けられている、請求項２〜４のいずれか１つの鞍乗型電動車両。
【請求項７】
前記電力制御器のケース内の下部に前記冷却ジャケットが配設されている、請求項６の鞍乗型電動車両。
【請求項８】
前記冷却ジャケットは、冷却液の流れを折り返すラビリンス構造の流路を備えている、請求項２〜７のいずれか１つの鞍乗型電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを駆動源とする電動の二輪車やＡＴＶ（All Terrain Vehicle:不整地走行車両)、さらにはエンジンも搭載したハイブリッドタイプのものも含めた鞍乗型の電動車両に関し、特に電力制御器を冷却する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりとともに将来における石油資源の枯渇という視点からも、自動車や自動二輪車等における燃費の低減が求められている。一方、リチウムイオン電池に代表される二次電池には飛躍的な進歩が見られ、電気自動車やハイブリッド自動車のように走行用の動力を電動化する試みが盛んになっている。【０００３】
そうして車両の走行用の動力を電動化する場合には、大電流が流れる電動モータやそれに電力を供給するためのインバータ（電力制御器）の発熱が問題になり、電動モータのステータの電磁コイルやインバータのスイッチング素子等で発生する熱を効率良く分散させて、冷却することが求められている。【０００４】
これに対し従来より、電動車両において電動モータやインバータを液冷するための構造は種々、提案されている。例えば特許文献１に記載の冷却構造は、四輪の乗用車タイプの電動車両においてモータユニットのハウジングを冷却液（ＬＬＣ）によって冷却するとともに、このハウジングには電動モータの収納部以外にインバータや平滑コンデンサの収納部を設け、ここに収納したインバータやコンデンサのモジュールを冷却ジャケットに接触させるようにしている。【０００５】
一方、冷却系のためのスペースに余裕のない二輪車においては、例えば特許文献２に開示されるようにインバータは空冷することが多い。同文献に記載のスクータタイプの電動二輪車では、多数のバッテリを収納するバッテリボックスの床下にモータコントローラ（電力制御器）を配設し、走行風によって冷却するとともに、このモータコントローラに向けてバッテリボックスの排気口を設け、排気風を直接、モータコントローラに当てるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１３１６７２号公報
【特許文献２】特開２００１−１１４１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電動二輪車のような鞍乗型の電動車両であっても、特許文献２のもののようなスクータタイプではなく、運動性能の高いスポーツタイプのものでは、より大きな出力や瞬発力が求められることから、電動モータに供給する電流が増大し、走行風やバッテリボックスからの排気風のみではインバータの冷却能力が不足するおそれがある。【０００８】
但し鞍乗型の電動車両においては、前記したように冷却系のためのスペースに余裕がないので、小型で軽量な冷却系統が求められる。この点、特許文献１のように電動モータの冷却ジャケットを共用することも考えられるが、電動モータと電力制御器とでは熱負荷の大きさや好適な温度が異なるから、共用の冷却ジャケットでは両者を最適に冷却できるとは言い難い。【０００９】
そこで、本発明の目的は、鞍乗型の電動車両においてスポーツタイプのものにも適用できるように電力制御器の冷却能力を高めながら、そのための重量増やコストアップは極力抑制し、冷却系ユニットをコンパクト化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成すべく本発明は、走行用の電動モータと、該電動モータへの電力供給を制御する電力制御器とを備えた鞍乗型の電動車両を対象として、前記電力制御器のケースに半導体素子の実装されたパワーモジュールの基板を収納するとともに、この基板の少なくとも一部に接触するように冷却ジャケットを設けたものである。【００１１】
前記の構成により、電力制御器のケース内には半導体素子の動作に伴い高温になるパワーモジュールの基板が収容されているが、この基板の少なくとも一部は冷却ジャケットに接触していて、効率良く冷却されるので、冷却ジャケットの大きさや冷却液の量を必要量に絞ることができ、重量増やコストアップを抑制しながら電力制御器の冷却能力を確保することが可能になる。【００１２】
好ましくは前記冷却ジャケットは、前記電力制御器のケースに形成した開口を塞ぐように取り付けて、前記パワーモジュールの基板の少なくとも一部に接触させるようにしてもよい。こうしてケースに別体の冷却ジャケットを取り付けて、その外壁の一部が電力制御器のケースの壁部の一部を兼ねる構造とすれば、電動車両の車重や電動モータの大きさ等によって要求される冷却能力が変化しても、ケースは共通化しながら冷却ジャケットだけを入れ替えて、必要十分な冷却能力を得ることができる。【００１３】
その場合に前記電力制御器のケースの開口は、前記パワーモジュールの基板の全部ではなく、その一部分に対応するように形成して、この部分だけを冷却ジャケットに接触させる構造としてもよい。すなわち、基板全体を冷却するのではなく、特に発熱の大きなスイッチング素子に対応する部分だけを冷却ジャケットに接触させて集中的に冷却することで、冷却ジャケットの大きさや冷却液の量を必要最小限に留めることができる。【００１４】
また、前記別体の冷却ジャケットは、前記電力制御器のケースに着脱可能に取り付ける構造としてもよく、こうすれば、電力制御器のケースから冷却ジャケットだけを取り外すことが可能になり、メンテナンス性に優れる。【００１５】
更に前記電力制御器のケースには、外側から前記冷却ジャケットが嵌め込まれるように嵌合部を形成して、この嵌合部内に前記開口を形成してもよい。こうすれば、電力制御器のケースに取り付けた冷却ジャケットがケース外に大きく突出することがなく、スペースの余裕が少ない二輪車等にも搭載しやすい。【００１６】
例えば、電動車両の車体フレームが、ヘッドパイプと、該ヘッドパイプから下向きに傾斜しつつ後方に延びるメインフレームとを有し、前記電動モータへ供給する電力を蓄える複数の蓄電装置が収納ボックスに収納されて、この収納ボックスが前記メインフレームに支持されている場合には、前記電力制御器のケースを前記収納ボックスの下面に取り付けるとともに、当該ケース内における比較的上側の部位に前記冷却ジャケットを配設してもよい。【００１７】
こうすれば、蓄電装置の収納ボックスの下面に取り付けた電力制御器のケースの下面を走行風によって冷却できる一方、上方の収納ボックスとの間に挟まれたケースの上部は冷却ジャケットによって効率良く冷却できる。つまり、発熱の大きなパワーモジュールの基板は冷却ジャケットによって確実に冷却しながら、ケース全体は走行風によって冷却することができ、こうして走行風を冷却に有効利用できる分、冷却ジャケットの容量は更に小さくすることも可能になる。【００１８】
また、前記冷却ジャケットにて用いる冷却液については、電動モータの冷却や潤滑用のオイルを利用してもよい。すなわち、前記電動モータと、その出力を伝達する動力伝達機構とを有するモータユニットには、潤滑用のオイルを吐出するオイルポンプを設けるとともに、前記モータユニットの上方に前記電力制御器を配設し、この電力制御器の冷却ジャケットに冷却液として前記オイルポンプからのオイルを供給するオイル供給ラインと、前記冷却ジャケットから排出されるオイルを前記モータユニットへ流下させるオイル戻しラインとを設ければよい。【００１９】
こうすれば、モータユニットの上方に配設した電力制御器にオイルポンプによってオイルを圧送し、パワーモジュールの基板の冷却に供した後に、そのオイルが自然に流下してモータユニットへと戻される。電力制御器をモータユニットの上方のできるだけ近くに配置すれば、オイルポンプの駆動による損失も少なくなる。そのために、電力制御器のケース内において比較的下側の部位に冷却ジャケットを配設してもよい。【００２０】
更に冷却ジャケットについては、冷却水の流れを折り返すラビリンス構造の流路を備えるものとしてもよく、こうすれば、流路の壁面から境界層の剥離を促して、熱交換の効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、鞍乗型電動車両の電力制御器において、発熱量の大きなパワーモジュールの基板に可及的に近接させて専用の冷却ジャケットを設け、その基板に近接する壁部に冷却液を接触させることで、当該冷却ジャケットの大きさや冷却液量を絞り、重量増やコストアップを抑制しながら必要な冷却能力を得ることができる。また、走行風を利用して冷却能力を高めることもでき、冷却液として電動モータの潤滑オイルを利用すれば、重量増やコストアップを更に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動二輪車の主要部を示す右側面図である。
【図２】バッテリボックスの構造を示す斜視図である。
【図３】電極端子の接続構造を拡大して示す説明図である。
【図４】同接続構造の変形例を示す図３相当図である。
【図５】電力制御ユニットに冷却器を取り付ける構造の斜視図である。
【図６】電力制御ユニットの冷却構造を示す断面図である。
【図７】同冷却構造の変形例を示す図６相当図である。
【図８】ケースに一体的に冷却ジャケットを設けた他の実施形態に係る電力制御ユニットを下方から見た斜視図である。
【図９Ａ】同他の実施形態に係る図６相当図である。
【図９Ｂ】同他の実施形態の変形例を示す図９Ａ相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る電動二輪車について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、電動二輪車に騎乗した運転者から見た方向を基準とする。
【００２４】
−電動二輪車の概略構成−
図１は、本発明の実施の形態に係る電動二輪車１（電動車両）の主に車体フレームやパワープラント、車輪等の主要部について概略的に示す右側面図である。図１に示すように電動二輪車１は、操舵輪である前輪２と駆動輪である後輪３とを備えている。前輪２は、各々略上下方向に延びる左右一対のフロントフォーク４の下端部に回転自在に支持されており、一方、フロントフォーク４の上部は上下一対のブラケット４ａを介してステアリング軸（図示せず）に支持されている。
【００２５】
ステアリング軸は車体側のヘッドパイプ５に内挿された状態で回転自在に支持されており、操舵軸を構成する。すなわち、上側のブラケット４ａには左右へそれぞれ延びるハンドル６が取り付けられており、このハンドル６によって運転者は、前記のステアリング軸の周りにフロントフォーク４及び前輪２を操舵することができる。ハンドル６の右端には運転者の右手により把持され、手首のひねりによって回転されるようにアクセルグリップ７が配設されている。
【００２６】
電動二輪車１の車体フレームは、ヘッドパイプ５から後方に向かい若干下方に傾斜しながら延びるメインフレーム８を備えている。一例としてメインフレーム８は、ヘッドパイプ５に溶接されている前端部から二股になって左右に分かれているとともに、左右のそれぞれが上下に並んだパイプ部材８０によって構成されている。これらのパイプ部材８０はヘッドパイプ５から後方に向かい一旦、左右に広がった後に内向きに湾曲して、左右の間隔を保ちつつ後方に延びている。そして、さらに内向きに湾曲した後に後端部がピボットフレーム９に連結されている。
【００２７】
ピボットフレーム９は概略矩形の枠状とされ、左右の側枠に内側からメインフレーム８のパイプ部材８０の後端部が重ね合わされて溶接されている。また、ピボットフレーム９の左右の側枠の間には、後輪３を支持するスイングアーム１０の前端部が上下に回動可能に支持されており、スイングアーム１０は、その揺動支軸（ピボット軸）から後方に向かって若干、下方に傾斜しながら延びている。スイングアーム１０の後端部には後輪３が回転自在に支持されている。
【００２８】
また、メインフレーム８の後部とピボットフレーム９の上端部とからそれぞれ、後方に向かい上方に傾斜しながら延びるリヤフレーム１１が設けられており、これにより騎乗用のシート１３が支持されている。シート１３の前方にはダミータンク１５が配設されていて、電動二輪車１に騎乗した運転者がその両膝の間に挟み込むために用いられる。こうしてニーグリップすることで運転者は電動二輪車１との一体感を得やすい。
【００２９】
そして、そのダミータンク１５によって上方から覆われるようにして、蓄電装置であるバッテリ２１を収容するバッテリボックス２０（蓄電装置の収納ボックス）が配設されている。一例としてバッテリボックス２０は、メインフレーム８の４本のパイプ部材８０によって左右から取り囲まれるように配設されて、左右両側の壁部がそれぞれパイプ部材８０にボルト等で締結されている。
【００３０】
詳しくは後述するが、本実施形態においてバッテリボックス２０には左右のモジュールに分かれてバッテリ２１が収納されており、その左右のモジュールの間に走行風の通り路が形成されている。そして、電動二輪車１の走行中に前方からの走行風を導き入れるようにバッテリボックス２０の前壁には導風ダクト２２が一体に設けられており、バッテリボックス２０の後壁には排気ダクト２３が一体に設けられている。
【００３１】
一例として導風ダクト２２の前側はヘッドパイプ５よりも前方まで延びていて、ここで取り入れられた走行風がバッテリボックス２０内に導かれ、左右に分かれたバッテリ２０のモジュール間を流れて、排気ダクト２３から排出される。排気ダクト２３はシート１３の下方を通って後方に延びており、ここを流通する排気はスムーズに電動二輪車１の後方に排出される。
【００３２】
図１のように側方から見るとバッテリボックス２０は、電動二輪車１においてヘッドパイプ５からピボットフレーム９までの間の車体中心寄りの部位にあり、且つメインフレーム８に沿って延びている。即ち、大重量のバッテリボックス２０がロール軸の付近に搭載されており、電動二輪車１の運動性能を高める上で好ましい。そして、バッテリボックス２０の下面は、メインフレーム８の下縁、即ち下側のパイプ部材８０よりも下方の斜め前方に突出していて、その前縁から後縁に向かって徐々に低くなるように傾斜している。
【００３３】
そうして傾斜しているバッテリボックス２０において最も低い位置にある下面の後縁の下方に近接して、電動モータからなる走行用モータ３０と変速装置４０（動力伝達機構）とを含むモータユニット５０が配設されている。モータユニット５０の後部は変速装置４０の収容部であり、その左右両側がそれぞれピボットフレーム９の左右の側枠に締結されて支持されている。一方、モータユニット５０の前部は走行用モータ３０の収容部であり、その左右両側は、メインフレーム８の前側から下方に延びるハンガーブラケット８１によって支持されている。
【００３４】
そして、モータユニット５０の上方に近接するように、バッテリボックス２０の下面に電力制御ユニット６０（電力制御器）が配設されている。電力制御ユニット６０は、図６を参照して後述するように、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体が実装されたパワーモジュール６１をケース６２に収容したもので、バッテリボックス２０の下面における中央からやや前寄りの部位に取り付けられ、左右のハンガーブラケット８１の間を流れる走行風が直接、当たるようになっている。
【００３５】
また、電力制御ユニット６０の前方からその左右両側及び下方までを覆うように、左右のハンガーブラケット８１の上側の部分に跨って保護ネット８２（保護部材）が取り付けられている。保護ネット８２は例えば金網やパンチングメタルからなり、走行風の通過を許容しながら、跳ね石の通過を阻止するような網目を有している。
【００３６】
一方、左右のハンガーブラケット８１の下側の部分にはオイルクーラ７０が支持されている。後述するように電力制御ユニット６０には冷却器６６（冷却ジャケット）が組み込まれており、前記オイルクーラ７０で冷却されたオイルがアッパホース７２（オイル供給ライン）によって供給され、パワーモジュール６１を冷却した後にリターンホース７３（オイル戻しライン）を流下して、モータユニット５０へと戻される。
【００３７】
すなわち、詳しい説明は省略するが、本実施形態においてモータユニット５０のケースには、走行用モータ３０や変速装置４０の潤滑及び冷却に用いられるオイルを貯留するオイルパン５１と、ここからオイルを汲み上げるオイルポンプ５２とが配設されている。オイルポンプ５２から吐出されたオイルはロワホース７１（オイル供給ライン）によってオイルクーラ７０に圧送される。また、オイルポンプ５２から吐出されたオイルの一部は、走行用モータ３０の軸受けや変速装置３０のクラッチ、ギヤ列に供給されて潤滑、冷却に供される。
【００３８】
なお、本実施形態において走行用モータ３０はモータ動作及び発電動作の可能なモータ・ジェネレータであり、電力制御ユニット６０を介してバッテリ２１から供給される電力によりモータ動作して、後輪３へ駆動力を出力する。一方、電動二輪車１の回生制動時には走行用モータ３０は発電機として動作し、発生した交流電流は電力制御ユニット６０のインバータにより直流に変換されて、バッテリ２１に蓄えられる。このような走行用モータ３０の動作に係る制御やバッテリ２０の充放電制御は従来公知の手法により行われる。
【００３９】
−バッテリの搭載構造−
本実施形態では、高電圧ラインを運転者から隔離し且つ雨水等からの保護するために、バッテリ２１を樹脂製のバッテリボックス２０に収容している。図２にはメインフレーム８から取り外して単体で示すように、バッテリボックス２０は上方に開口する矩形状の筐体で、その高さよりも左右の幅が大きく、さらに前後の長さが長い。バッテリボックス２０の左右両側の側壁部２４には、メインフレーム８のパイプ部材８０に取り付けるためのボルトの受け座２４ａが一体成形されて、図示しないナットが埋め込まれている。
【００４０】
また、バッテリボックス２０の前壁部２５には上下左右の概ね中央部に丸穴２５ａが開口していて、その周縁部から前方に導風ダクト２２（図１参照）が延びている。一方、バッテリボックス２０の後壁部２６の上部には左右の中央部に丸穴２６ａが開口していて、その周縁部から後方に排気ダクト２３（図１参照）が延びている。それら左右の側壁部２４、前壁部２５及び後壁部２６の下端を繋ぐ床部２７は概略長方形状とされ、その上面から後壁部２６の内面に亘ってバスバー２８が敷設されている。
【００４１】
公知のようにバスバー２８は、銅やアルミの合金を長尺の帯状に成形して、その両端部等の所定の部位に電極端子との接続部を形成する一方、これ以外の部分には絶縁被覆を施した導電体である。バッテリボックス２０の床部２７には、以下に図３を参照して説明するように電力制御ユニット６０の電極端子６３が挿通される挿入孔２７ａが形成されており、バスバー２８の一端部には、挿入孔２７ａと連通する丸穴を有する接続部２８ａが設けられている。
【００４２】
図２には片側のモジュールのみを示すが、バッテリボックス２０には一例として６個のバッテリ２１が、３個ずつ左右のモジュールに分かれて収納される。各モジュールにおいては、矩形状のバッテリ２１を電動二輪車１の前後方向に２個並べ、その上にもう一つ積み上げてステー２９等により連結一体化し、着脱可能なモジュールとしている。そして、収納時に車体の内側を向く側面（図示の左側モジュールであれば図の手前側に示す右側面）に、各バッテリ２１毎に正及び負の電極２１ａが配設されていて、互いにバスバー２１ｂによって接続されている。
【００４３】
前記３個のバッテリ２１は互いに直列に接続されていて、最も電位の低い上段のバッテリ２１の負端子がバスバー２１ｂによって図示しないリレーに接続される。一方、最も電位の高い下段後側のバッテリ２１の正端子は例えば電線２１ｃによってバッテリボックス２０のバスバー２８に接続され、これを介して電力制御ユニット６０の電極端子６３に接続される。すなわち、前記のようにバッテリボックス２０の床部２７から後壁部２６に亘って敷設されているバスバー２８の他端側は、後壁部２６の内面に沿って立ち上がりその上端の接続部２８ｂがバッテリボックス２０の開口付近に位置している。そして、この上端の接続部２８ｂと前記上段のバッテリ２１の負端子とが電線２１ｃによって接続されるのである。
【００４４】
詳しい説明は省略するが、右側のバッテリモジュールも左側と同様に構成され、３個のバッテリ２１が一体的に連結されるとともに電気的には直列に接続されていて、最も電位の高い上段のバッテリ２１の正端子がリレーに接続される一方、最も電位の低い下段後側のバッテリ２１の負端子は、バスバー２８を介して電力制御ユニット６０の電極端子６３に接続される。つまり、この例では右側及び左側のバッテリモジュール同士がリレーを介在させて直列に接続されており、電動二輪車１の走行駆動に必要な所要の高電圧に対して、各モジュールの電圧は約半分とされている。
【００４５】
そして、左右の各モジュール毎の３個のバッテリ２１をバッテリ収納ボックス２０に収納すると、それらの間に走行風の通り路となる隙間が形成される。この隙間に臨む各バッテリ２１の内側面には前記のように電極２１ａやそれを繋ぐバスバー２１ｂが位置しており、それらが走行風に直接、曝されれて効果的に冷却される。
【００４６】
−電力制御ユニットの取付構造−
上述したように本実施形態ではバッテリボックス２０に下方から電力制御ユニット６０を取り付けて支持しており、メインフレーム８との間に樹脂製のバッテリボックス２０が介在することで、電力制御ユニット６０を防振支持するような効果が得られる。また、以下に述べるようにバッテリボックス２０の床部２７に下方から電力制御ユニット６０のケース６２を重ね合わせて、周囲から隔離した状態で両者間の高電圧ラインを接続することができる。
【００４７】
すなわち、図２に概略的に示すように電力制御ユニット６０のケース６２は扁平な矩形状であり、その上壁部６４には、内部のパワーモジュール６１に繋がる正負一対の電極端子６３が上向きに突設されている。一方、バッテリボックス２０の床部２７には、前記一対の電極端子６３に対応して一対の丸穴からなる挿入孔２７ａが貫通形成されており、図３に拡大して示すように挿入孔２７ａに下方から挿入された電極端子６３がバッテリボックス２０の床部２７から上向きに突出して、バスバー２８の接続部２８ａに接続される。
【００４８】
より詳しくは、電力制御ユニット６０のケース６２の上壁部６４の四隅には、それぞれ略水平に前後方向に突出する突片６４ａが設けられ、ここにはケース６２をバッテリボックス２０の床部２７に締結するためのボルトの貫通穴が形成されている。また、前記ケース６２の上壁部６４における長手方向の一側（電動二輪車１に搭載されたときの前寄り）の部分には平坦面６４ｂ（接合面）が形成されていて、バッテリボックス２０の床部２７の平坦な下面に接合されるようになっている。
【００４９】
更に図示の例では、前記ケース６２の上壁部６４の平坦面６４ｂにおける相対的に内側の領域に（換言すれば接合面に囲まれた内側の領域に）、上方へ向かって膨出する矩形状の台座部６４ｃが形成されていて、この台座部６４ｃの上面から電極端子６３が突出している。一方、図３に拡大して示すように、バッテリボックス２０の床部２７には、挿入孔２７ａの周囲を取り囲むように上方に向かって膨出する上凸部２７ｂが形成されており、その裏側には前記台座部６４ｃを包含するように窪み２７ｃが形成されている。
【００５０】
そして、バッテリボックス２０の床部２７に下方から電力制御ユニット６０のケース６２を取り付けて、その上壁部６４の四隅の突片６４ａを貫通するボルトによってバッテリボックス２０の床部２７に締結する。こうすると、図３に示すようにバッテリボックス２０の床部２７の挿入孔２７ａに下方から電極端子６３が挿通されるとともに、当該床部２７の窪み２７ｃに下方からケース６２の上壁部６４の台座部６４ｃが収容され、これを取り囲むように床部２７の下面とケース６２の上壁部６４の平坦面６４ｂとが接合される。
【００５１】
つまり、バッテリボックス２０とケース６２との接合面に囲まれて、高電圧のかかる電極端子６３が周囲と隔絶されることになり、安全性が極めて高い。また、バッテリボックス２０とケース６２との接合面には雨水や泥等が侵入し難く、万一、少量の雨水等が接合面の隙間に侵入したとしても、それよりも一段、高くなっている台座部６４ｃの上面には到達し難い。よって、接合面の隙間に侵入した雨水等が電極端子６３に接触する心配は殆どない。
【００５２】
更に、前記のように挿入孔２７ａに下方から挿通された電極端子６３は、その挿入孔２７ａを取り囲むバスバー２８の接続部２８ａも貫通して上方に突出している。この電極端子６３の外周には雄ねじが螺刻されており、これに螺合するナット６５によってバスバー２８の接続部２８ａが締付けられる。仮に雨水等がバッテリボックス２０内に侵入したり、或いは結露した水がバッテリボックス２０の床部２７に溜まったとしても、その水が上凸部２７ｂの上面よりも上方にある電極端子６３やバスバー２８の接続部２８ａに接触する心配は少ない。
【００５３】
したがって、前記の如くバッテリボックス２０へ電力制御ユニット６０を取り付ける構造によれば、電力制御ユニット６０のケース６２から突出する電極端子６３を、バッテリボックス２０の床部２７の挿通孔２７ａに挿通して、その内部に敷設されているバスバー２８に接続するようにしているから、バッテリ２１とパワーモジュール６１との間の高電圧ラインが可及的に短くなり、しかも外部に露出しないようになって、それを覆うカバー等が不要になる。
【００５４】
また、上方に開口するバッテリボックス２０の床部２７に挿入孔２７ａを形成して、下方から取り付けた電力制御ユニット６０の電極端子６３が上向きに突出するようにしたので、バッテリ２１を収納する前であれば作業者は、バッテリボックス２０内を上方から覗いて電極端子６３とバスバー２８の接続部２８ａとをそれぞれ目視しながら、当該バッテリボックス２０に上方から手を差し入れて楽な姿勢で接続作業を行える。
【００５５】
なお、前記したようにバッテリボックス２０の床部２７の窪み２７ｃに下方からケース６２の台座部６４ｃを収容するのではなく、一例を図４に示すように、ケース６２の台座部６４ｃと対向してバッテリボックス２０の床部２７から下方に突出するボス部２７ｄを設けて、このボス部２７ｄに下方から台座部６４ｃを突き当てるようにしてもよい。また、その場合にはバッテリボックス２０の床部２７から下方に向かう垂下壁部２７ｅを設けて、電力制御器６０のケース６２の上部を全周に亘って取り囲むようにしてもよい。こうして垂下壁部２７ｅを設ければ、バッテリボックス２０とケース６２との間に雨水や泥等が侵入することを抑制できる。
【００５６】
−電力制御ユニットの冷却構造−
次に、前記のようにバッテリボックス２０へ取り付ける電力制御ユニット６０の冷却構造について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、電力制御ユニット６０に別体の冷却器６６を取り付ける構造を示す斜視図であり、図６は、この冷却器６６によるパワーモジュール６１の冷却構造が表れている断面図である。
【００５７】
図２を参照して上述したように、電力制御ユニット６０のケース６２は全体として扁平な矩形状であり、その上壁部６４における長手方向の一側（電動二輪車１に搭載されたときの後側であり、以下、単に前側、後側という）には、バッテリボックス２０の床部２７に接合される平坦面６４ｂが形成されている。そして、その平坦面６４ｂの後側には、図５に示すように上面から右側面に亘って凹陥する断面矩形状の嵌合部６２ａが形成され、ここに冷却器６６が嵌め込まれるようになっている。
【００５８】
上述したようにバッテリボックス２０の下面はメインフレーム８の下側のパイプ部材８０よりも下方斜め前方に飛び出しているので、その下面に取り付けた電力制御ユニット６０には前方から直接、走行風が当たって効率良く冷却される。これに加えて本実施形態では、特に発熱の大きなパワーモジュール６１については専用の冷却器６６によって冷却するようにしている。
【００５９】
図５に表れているように電力制御ユニット６０のケース６２において、前記嵌合部６２ａの底はケース６２内に開口しており、この開口６２ｂを塞ぐように外方から冷却器６６が取り付けられる。一方、開口６２ｂを内方から塞ぐようにしてケース６２内には、図６にも示すようにパワーモジュール６１が配設されており、その基板６１ａに上方から前記冷却器６６の下壁（即ち、冷却器６６の筐体６７の下壁６７ｃ）が当接するとともに、両者の間には熱伝導性の高い放熱グリースが塗布されている。
【００６０】
図６にのみ示すが、パワーモジュール６１の基板６１ａにはＩＧＢＴ等のパワー半導体チップ６１ｂが実装され、その裏面を上向きにして電力制御ユニット６０のケース６２の開口６２ｂに臨ませている。そして、その開口６２ｂを上方から塞ぐように取り付けられた冷却器６６がパワーモジュール６１の基板６１ａに当接して、冷却器６６内の流路６７ａを流れるオイルと熱交換させるようになっている。
【００６１】
すなわち、図５に表れているように冷却器６６は、電力制御ユニット６０のケース６２の嵌合部６２ａと概ね同じ大きさの筐体６７と、その上部開口を閉じる矩形板状の蓋部材６８とからなり、それらは一例としてアルミ合金の成形品である。筐体６７には上部の前縁、後縁及び左側縁に沿ってフランジ６７ｂが設けられており、電力制御ユニット６０のケース６２において嵌合部６２ａの前縁、後縁及び左側縁に沿って形成された段部６２ｃに内嵌めされて、図示しないネジ等により締結される。つまり、冷却器６６はケース６２に着脱可能に取り付けられる。
【００６２】
前記冷却器６６の筐体６７には、冷却用のオイルが流れる流路６７ａが形成されている。この流路６７ａは、まず、筐体６７の右前隅から左側に向かい、左端で折り返されて右側に向かい、次に右端で折り返されて再び左側に向かうというように、オイルの流れを左右に折り返しながら後側に導くラビリンス構造のものである。そして、その流路６７ａの入り口と出口にそれぞれ対応して、筐体６７の右側壁の前寄りと後寄りとを貫通するようにパイプ部材６９が配設されている。
【００６３】
図１に表れているように、前記前寄りのパイプ部材６９にはアッパホース７２が接続されていて、このアッパホース７２を介してオイルクーラ７０から流れてくるオイルを流路６７ａに導入する。一方、後寄りのパイプ部材６９にはリターンホース７３が接続されていて、流路６７ａから流出したオイルをモータユニット５０へと流下させる。流路６７ａを流れるオイルは、前記のように折り返されることで流路壁面からの境界層の剥離が促され、このことで冷却器６６のパワーモジュール６１との熱交換の効率が高くなる。
【００６４】
ここで、図６に表れているように、前記の如く冷却器６６の筐体６７によって塞がれる電力制御ユニット６０のケース６２の開口６２ｂは、その大きさがパワーモジュール６１の基板６１ａよりも小さくされ、該基板６１ａの一部分、より具体的にはＩＧＢＴ等のパワー半導体チップ６１ｂに対応する部分に形成されている。すなわち、冷却器６６は基板６１ａ全体を冷却するのではなく、特に発熱の大きなパワー半導体チップ６１ｂを集中的に冷却するように設けられており、その分、冷却器６６を小さくし、ここを流れるオイルの流量を少なくすることができる。
【００６５】
しかも、パワーモジュール６１はその基板６１ａを上に向けてケース６２内に収容され、その基板６１ａの上面が接合されている冷却器６６によって効率良く冷却されるとともに、当該基板６１ａから下方に向かって放射される熱はケース６２の壁部から放散される。つまり、バッテリボックス２０の床部２７に重ね合わされるケース６２の上部は冷却器６６によって冷却する一方、ケース６２の下部は走行風によって冷却することができる。
【００６６】
したがって、前記した電動二輪車１における電力制御ユニット６０の冷却構造によると、ケース６２に形成した開口６２ｂに外側から冷却器６６を取り付けて、発熱量の大きなパワーモジュール６１の基板６１ａに接触させ、効率良く冷却することができるので、必要な冷却能力を確保しながら冷却器６６はできるだけ小さくし、また、冷却用のオイルの流量も少なくして重量増やコストアップを抑制することができる。
【００６７】
特に、パワーモジュール６１の基板６１ａ全体を冷却するのではなく、発熱の大きなパワー半導体チップ６１ｂに対応するように冷却器６６を設けて、集中的に冷却するようにしているので、その大きさは可及的に小さくすることができ、オイルの流量も極小化できる。しかも、ケース６２の全体としては走行風を有効利用して冷却することができるので、その分、更に冷却器６６を小さくすることも可能になる。
【００６８】
また、冷却液であるオイルにはモータユニット５０の潤滑オイルを利用しており、このことによっても重量増やコストアップを抑制できる。電力制御ユニット６０はモータユニット５０の直ぐ上に配設しているので、それにオイルを圧送するオイルポンプ５２の駆動による損失も少ない。
【００６９】
更に、冷却器６６は電力制御ユニット６０のケース６２とは別体なので、例えば電動二輪車１の車重や走行用モータ３０の大きさ等によって要求される冷却能力が変化しても、ケース６２は共通化しながら冷却器６６だけを入れ替えて、必要十分な冷却能力を確保することができる。
【００７０】
また、冷却器６６はケース６２に着脱可能に取り付けているので、例えばメンテナンスの際にケース６２から冷却器６６だけを取り外すことや、反対に冷却器６６は取り付けたままパワーモジュール６１の基板６１ａを取り外すことも可能で、メンテナンスがしやすいというメリットもある。
【００７１】
なお、前記したように電力制御ユニット６０のケース６２の上部に冷却器６６を配設するのではなく、例えば図７に一例を示すように、電力制御ユニット１６０のケース１６２内の下側に冷却器６６を配設してもよい。こうすれば、この電力制御ユニット１６０をモータユニット５０の上方に配設したときに、冷却器６６にオイルを圧送するオイルポンプ５２の駆動による損失を更に少なくできる。
【００７２】
−他の実施形態−
上述した実施形態の説明はあくまで例示に過ぎず、本発明、その適用物またはその用途を制限するものではない。例えば前記の実施形態では、電力制御ユニット６０のケース６２に形成する開口６２ｂの大きさをパワーモジュール６１の基板６１ａよりも小さくし、パワー半導体チップ６１ｂに対応するように冷却器６６を設けているが、これに限らず、開口６２ｂの大きさをパワーモジュール６１の基板６１ａと略同じにして、基板６１ａ全体を冷却するようにしてもよい。
【００７３】
また、ケース６２には必ずしも嵌合部６２ａを形成する必要もなく、開口を形成した壁部の外方に突出するように冷却器６６を取り付けても構わない。更に冷却器６６は必ずしもケース６２に着脱可能でなくてもよいし、別体の冷却器６６にも限定されず、ケースに一体的に冷却ジャケットを設けてもよい。
【００７４】
図８及び図９Ａには、電力制御ユニット２６０のケース２６２に一体的に冷却ジャケット２６６を設けた場合について一例を示す。冷却ジャケット２６６は、その筐体部２６７がケース２６２の下面から下方に飛び出すよう一体に形成されており、その内部にはラビリンス構造の流路２６７ａが形成されている。この流路２６７ａを含めて筐体部２６７の構造は、前記実施形態や変形例の冷却器６６の筐体６７と同じであり、その下部の開口は矩形板状の蓋部材６８によって閉じられている。なお、図９Ｂには、前記冷却ジャケット２６６と同様にケース２６２の下面から下方に飛び出すようにして、別体の冷却器６６を取り付けた変形例を示す。
【００７５】
また、電力制御ユニット６０のケース６２をバッテリボックス２０の床部２７に取り付ける必要もなく、例えば後壁部２６に後方から取り付けてもよいが、モータユニット５０からオイルを圧送することを考慮すれば、そのモータユニット５０に近く且つできるだけ低い位置に取り付けることが好ましい。
【００７６】
更に冷却液としてモータユニット５０のオイルを利用する必要はなく、これとは独立した冷却液を用いることもできる。また、オイルを利用する場合でもオイルクーラ７０は省略することができる。これは、オイルクーラ７０にて積極的に走行風と熱交換させなくても、所要量のオイルを循環させて電力制御ユニット６０の熱を分散させることによって、放熱が図られるからである。
【００７７】
更にまた、前記実施形態では電動二輪車１について説明したが、本発明に係る電動車両は二輪車に限らず、例えばＡＴＶ（All Terrain Vehicle:不整地走行車両)、小型運搬車等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように本発明に係る鞍乗型電動車両は、電力制御ユニットにおいてパワーモジュールを効果的に液冷することで、重量増やコストアップを抑制しながら必要な冷却能力を確保できるので、電動二輪車において特に有益である。
【符号の説明】
【００７９】
１          電動二輪車（電動車両）
５          ヘッドパイプ
８          メインフレーム
２０        バッテリボックス（蓄電装置の収納ボックス）
２１        バッテリ（蓄電装置）
２７        バッテリボックスの床部
３０        走行用モータ（電動モータ）
４０        変速装置（動力伝達機構）
５０        モータユニット
５２        オイルポンプ
６０        電力制御ユニット（電力制御器）
６１        パワーモジュール
６１ａ      基板
６２        ケース
６２ａ      嵌合部
６２ｂ      開口
６６        冷却器（冷却ジャケット）
６７        筐体
６７ａ      流路
６７ｃ      筐体の下壁（冷却液の接触する壁部）
７１        ロワホース（オイル供給ライン）
７２        アッパホース（オイル供給ライン）
７３        リターンホース（オイル戻しライン）
【図１】
2012090241.tif 000003
【図２】
2012090241.tif 000004
【図３】
2012090241.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012090241.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012090241.tif 000009
【図８】
2012090241.tif 000010
【図９Ａ】
2012090241.tif 000011
【図９Ｂ】
2012090241.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月26日(2013.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の電動モータと、該電動モータへの電力供給を制御する電力制御器とを備えた鞍乗型の電動車両であって、
前記電力制御器のケースには、半導体素子の実装されたパワーモジュールの基板が収納されるとともに、この基板の少なくとも一部に接触するように冷却ジャケットが設けられており、
前記冷却ジャケット内に冷却液が流れる流路が形成されており、
前記冷却ジャケットにおいて前記基板と熱交換することにより温められた冷却液を冷却するオイルクーラと、
前記オイルクーラと前記冷却ジャケットとの間で冷却液を循環させるポンプとを有することを特徴とする鞍乗型電動車両。
【請求項２】
前記電動モータを潤滑した潤滑液が、冷却液として前記オイルクーラから前記冷却ジャケットに供給される、請求項１に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項３】
前記冷却ジャケットが前記電力制御器のケースに着脱可能に取り付けられている、請求項１または２に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項４】
前記電力制御器のケースには外側から前記冷却ジャケットが嵌め込まれるように嵌合部が形成されている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項５】
車体フレームがヘッドパイプと、該ヘッドパイプから下向きに傾斜しつつ後方に延びるメインフレームとを有し、
前記電動モータへ供給する電力を蓄える複数の蓄電装置が収納ボックスに収納されて、この収納ボックスが前記メインフレームに支持されており、
前記電力制御器のケースが前記収納ボックスの下面に取り付けられるとともに、当該ケース内の上部に前記冷却ジャケットが配設されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項６】
動力伝達機構を潤滑した潤滑液が、冷却液として前記オイルクーラから前記冷却ジャケットに供給される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項７】
前記冷却ジャケットは、入口と出口とを有しており、
前記冷却ジャケットの内部空間と前記電力制御器のケースの内部空間とは隔離されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の鞍乗型電動車両。
【請求項８】
前記冷却ジャケットは、冷却液の流れを折り返すラビリンス構造の流路を備えている、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の鞍乗型電動車両。
【国際調査報告】
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2012090241.tif 000014