(57)【要約】【課題】冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる電力制御装置を提供する。【解決手段】電動自動車の走行用モータに電力を供給する電気機器の少なくとも一部を収容し、その電気機器を冷却する冷媒を循環させる冷媒通路が形成されている筐体を備えている。筐体は、筐体本体とカバーを組み合わせて形成されている。筐体本体には冷媒通路を外部冷媒管に連通させる継手部が設けられている。筐体本体には冷媒通路を画定する壁の一部であってカバー側が開放されている壁が彫り込まれているとともに、カバー側には冷媒通路を画定する壁の一部であって筐体本体側が開放されている壁が彫り込まれている。筐体本体とカバーを組み合わせることによって、筐体本体側の壁とカバー側の壁によって閉じられた冷媒通路が形成されている。継手部に続くカバー側の壁が、筐体本体の冷媒通路に交差する面とカバーが密着する位置より、反筐体本体側に変位している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動自動車に搭載される電力制御装置であって、
前記電動自動車の走行用モータに電力を供給する電気機器の少なくとも一部を収容しており、収容している電気機器を冷却する冷媒を循環させる冷媒通路が形成されている筐体を備えており、
その筐体は、筐体本体とカバーを組み合わせて形成されており、
前記筐体本体は、前記冷媒通路に交差する面と、前記冷媒通路に沿って延びる面を備えており、
前記冷媒通路に交差する面には、前記冷媒通路を外部冷媒管に連通させる継手部が設けられており、
前記冷媒通路に沿って延びる面には、前記冷媒通路を画定する壁の一部であって前記カバー側が開放されている壁が彫り込まれているとともに、
前記カバー側には、前記冷媒通路を画定する壁の一部であって前記筐体本体側が開放されている壁が彫り込まれており、
前記筐体本体と前記カバーを組み合わせることによって、前記筐体本体側の壁と前記カバー側の壁によって閉じられた前記冷媒通路が形成されており、
前記継手部に続く前記カバー側の前記壁が、前記筐体本体の前記冷媒通路に交差する面と前記カバーが密着する位置より、反筐体本体側に変位していることを特徴とする電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電力制御装置に関する。特に、電動自動車に搭載されるものであり、電動自動車の走行用モータに電力を供給する電気機器の少なくとも一部を収容するとともに収容している電気機器を冷却する冷媒を循環させる冷媒通路が形成されている筐体を備えている電力制御装置に関する。
【０００２】
本明細書でいう「電動自動車」には、走行用モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。さらに走行用モータのための電源として燃料電池とバッテリを備える自動車も「電動自動車」に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
電動自動車の走行用モータに電力を供給するインバータや、そのインバータに昇圧した直流電力を供給するコンバータ等の電気機器を筐体内に収容した状態で、電動自動車に搭載される電力制御装置が知られている。インバータやコンバータ等の電気機器は、大きな電力を扱うため発熱量が大きい。このような電気機器を冷却するための冷媒を循環させる冷媒通路が筐体内に形成されている電力制御装置が特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１では、筐体本体（特許文献１ではケースと称している）の床面の上側に搭載された電気機器を冷却するため、筐体本体の床面の下側に冷媒を循環させている。また、典型的には筐体本体はアルミのダイカストで製造される。そのため、冷媒通路の中空断面の全てを筐体本体で形成することができない。特許文献１では、別のカバーを筐体本体の下側に取り付けて冷媒通路を閉じることで、冷媒通路を形成している。すなわち、筐体本体が冷媒通路の壁の一部を形成している。
【０００５】
また、特許文献１では、筐体に設けられた冷媒通路に冷媒を取り込む継手部（特許文献１では第１開口と称している）より、筐体内側ほど筐体本体の下側に変位する斜面となるように筐体本体の床面を形成している。このように筐体本体の床面に斜面を形成することで筐体本体内の空間を広く確保している。特許文献１では、筐体本体内の空間を広くして、筐体全体のサイズを小さくすることで、車両の小型化、軽量化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−０４８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、カバーの冷媒通路を閉じる面が平面である。そのため、筐体本体の床面の斜面部では、筐体本体が形成する冷媒通路の壁の上端が筐体本体の内側に向かうほどカバーの平面に近づく。すなわち、筐体本体の床面の斜面部では、冷媒通路の断面積が変化して筐体本体の内側ほど狭くなる。冷媒通路の断面積が急速に変化すると、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損が大きくなる。本明細書では、筐体本体とカバーを組み合わせることによって冷媒通路を形成する場合に、冷媒通路の断面積を徐々に変化させることで、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる電力制御装置を提示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する電力制御装置は、電動自動車に搭載される。また、この電力制御装置は、電動自動車の走行用モータに電力を供給する電気機器の少なくとも一部を収容するとともに収容している電気機器を冷却する冷媒を循環させる冷媒通路が形成されている筐体を備えている。筐体は、筐体本体とカバーを組み合わせて形成されている。筐体本体は、冷媒通路に交差する面と、冷媒通路に沿って延びる面を備えている。冷媒通路に交差する面には、冷媒通路を外部冷媒管に連通させる継手部が設けられている。冷媒通路に沿って延びる面には、冷媒通路を画定する壁の一部であってカバー側が開放されている壁が彫り込まれている。また、カバー側には、冷媒通路を画定する壁の一部であって筐体本体側が開放されている壁が彫り込まれている。本明細書が開示する電力制御装置では、筐体本体とカバーを組み合わせることによって、筐体本体側の壁とカバー側の壁によって閉じられた冷媒通路が形成されている。また、継手部に続くカバー側の壁が、筐体本体の冷媒通路に交差する面とカバーが密着する位置より、反筐体本体側に変位している。
【０００９】
上述した構造をとることで、筐体本体側に彫り込まれた壁と、カバー側に彫り込まれた壁によって閉じられた冷媒通路を冷媒が流れる。カバー側の壁が、筐体本体の冷媒通路に交差する面とカバーが密着する位置より、反筐体本体側に変位しているため、筐体本体側の壁の上端がカバー側に変位しても、冷媒通路の面積は急に変化しない。そのため、本明細書が開示する電力制御装置では、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる。
【００１０】
また、詳細は実施例で説明するが、従来のカバーには、カバーの剛性を確保するリブ等が設けられる。カバー側に彫り込む壁の深さをリブの高さより抑えることで、カバー全体としての厚みを厚くすることなく、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる。すなわち、筐体全体のサイズを変えずに、圧損を小さくすることができる。
【００１１】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の電力制御装置が搭載されているハイブリッド車のフロントコンパートメントの斜視図である。
【図２】実施例の電力制御装置の斜視図である。
【図３】実施例の電力制御装置を斜め下から見た斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図４のV-V線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を用いて実施例の電力制御装置の一例であるコンバータモジュールについて説明する。初めに、図１を用いて実施例のコンバータモジュール１４が搭載されるハイブリッド車２のフロントコンパートメント４の内部のデバイスレイアウトについて説明する。なお、図中の座標系は、Ｆ軸の正方向が車両前方を示しており、Ｖ軸の正方向が車両上方を示している。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を示している。本明細書では、Ｆ軸正方向側を前側と、Ｖ軸正方向側を上側と、Ｈ軸正方向側を左側と表現する場合がある。なお、図１では、フロントコンパートメント４内に搭載されているデバイスを模式化して表現している。
【００１４】
フロントコンパートメント４には、エンジン６、トランスアクスル８、電力制御ユニット１０、ラジエータ１８が搭載されている。フロントコンパートメント４には他にも様々なデバイスが収容されているが、それらの図示と説明は省略する。
【００１５】
トランスアクスル８の上面に、電力制御ユニット１０が固定されている。電力制御ユニット１０は、コンバータモジュール１４とインバータモジュール１２で構成されている。コンバータモジュール１４は、収容しているリアクトル等の電気機器を利用して不図示のメインバッテリの直流電力を昇圧する電力制御装置である。インバータモジュール１２は、コンバータモジュール１４が昇圧した直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換してトランスアクスル８内に収容されたハイブリッド車２の走行用モータに供給する電力制御装置である。コンバータモジュール１４は、ハイブリッド車２の走行用モータに電力を供給する電気機器の少なくとも一部を収容している。
【００１６】
図１に示すように、コンバータモジュール１４は、インバータモジュール１２の下側に配置されている。コンバータモジュール１４内に形成された冷媒通路とインバータモジュール１２内に形成された冷媒通路は、電力制御ユニット１０の前側に設けられた樹脂水路１６によって互いに接続されている。インバータモジュール１２内に形成された冷却通路を循環してインバータモジュール１２の内部に収容される電気機器を冷却した冷媒は、樹脂水路１６と継手２２ｂ（図２参照）を介して下側のコンバータモジュール１４に流入する。コンバータモジュール１４内に形成された冷却通路を循環しコンバータモジュール１４の内部に収容される電気機器を冷却した冷媒は、継手２２ａ（図２参照）を介してコンバータモジュール１４から流出する。コンバータモジュール１４から流出した冷媒は、フロントコンパートメント４の内部に配策された不図示の冷媒管に流入する。その後、冷媒はラジエータ１８によって冷やされ、不図示のウォータポンプによって再びインバータモジュール１２に送り込まれる。インバータモジュール１２とコンバータモジュール１４が夫々に収容する電気機器は、このように循環する冷媒によって冷却される。
【００１７】
続いて図２を用いて、コンバータモジュール１４の筐体であるコンバータケース１４ａの構成について説明する。図２は、コンバータケース１４ａの斜視図である。図２に示すように、コンバータケース１４ａは、ケース本体２０とロアカバー２６を組み合わせて形成されている。コンバータケース１４ａは、内部にコンバータ等の電気機器を収容する筐体である。ケース本体２０は、アルミのダイカストで製造されている。ケース本体２０は、前側に接続面２２と下側に境界面２４を備えている。接続面２２には、継手２２ａと継手２２ｂが設けられている。先に述べたように、継手２２ａは、コンバータモジュール１４から冷媒を流出させる冷媒通路である。継手２２ｂは、コンバータモジュール１４に冷媒を流入させる冷媒通路である。継手２２ａ、２２ｂは、ともにコンバータモジュール１４に収容している電気機器を冷却する冷媒を循環させる冷媒通路である。すなわち、接続面２２は、冷媒通路である継手２２ａ、２２ｂと交差している。また、ケース本体２０の境界面２４には、ロアカバー２６が取り付けられている。ロアカバー２６も、コンバータケース同様に、アルミのダイカストで製造されている。
【００１８】
次に図３を用いて、ロアカバー２６の詳細形状について説明する。図３は、コンバータケース１４ａを斜め下から見た斜視図である。先に述べたように、ケース本体２０の境界面２４には、ロアカバー２６が取り付けられている。ロアカバー２６は、外周に沿って略均等な間隔で配置される８本のボルト２８によってケース本体２０に固定されている。ロアカバー２６にはリブ２６ｂが設けられている。リブ２６ｂは、ボルト２８をよけながらロアカバー２６の外周に沿って一周している。ロアカバー２６は、リブ２６ｂによって形状剛性を確保している。
【００１９】
また、図３に示すように、ロアカバー２６の下側の面（すなわち、図面上側）には、前側が開放されたＵ字の突条が設けられている。この突条は、カバー側通路２６ｗ（図４参照）の下側の面である。詳細は後述するが、継手２２ｂから流入した冷媒は、このカバー側通路２６ｗと、ケース本体２０側に彫り込まれたケース側通路２０ｗによって閉じられる冷媒通路を通過して継手２２ａから流出する。そのため、コンバータケース１４ａに形成されている冷媒通路は、図３に示すような継手２２ｂと継手２２ａをつなぐＵ字となる。実施例のコンバータモジュール１４では、Ｕ字の冷媒通路に冷媒を循環させることで、内部に収容する電気機器を冷却している。
【００２０】
図４を用いてコンバータケース１４ａの内部構造について説明する。図４は、図２のIV-IVに沿った断面図である。図４は、継手２２ｂの中心を通る断面を示しているが、以下説明する冷媒通路の形状については、継手２２ａの中心を通る断面でも同様である。図４に示すように、コンバータケース１４ａは、リアクトル３０を収容している。リアクトル３０は、コンバータを構成する電気機器の１つである。詳細は既知であるため省略するが、リアクトルはコイルとコアを備える電気機器であり、通電時に発熱する。リアクトル３０は、コンバータケース１４ａの床面２０ａの上側に搭載されている。床面２０ａは、リアクトル３０の前側より、前方に行くほど上側に変位する斜面を有している。床面２０ａの前方に継手２２ｂが設けられている。継手２２ｂには、２本のボルト２９によって樹脂水路１６が固定されている。図示は省略したが、継手２２ｂと樹脂水路１６が密着している部位には薄板上のパッキンが挟まれており、継手２２ｂと樹脂水路１６の密着部を封止する。床面２０ａの下側では、ロアカバー２６の前後の端末が夫々ボルト２８によってケース本体２０に固定されている。ケース本体２０とロアカバー２６は、境界面２４で密着している。ケース本体２０とロアカバー２６の間の空間の前後の境界面２４には溝が設けられている。境界面２４の溝には、ケース本体２０とロアカバー２６によって挟まれるゴムパッキン２５が設けられている。ゴムパッキン２５は、ケース本体２０とロアカバー２６の間の空間を封止する。先に述べたように、冷媒は、樹脂水路１６から継手２２ｂを介してケース本体２０とロアカバー２６の間の空間に流入する。別言すれば、ケース本体２０とロアカバー２６の間の空間は、冷媒が循環する冷媒通路である。すなわち、継手２２ｂは、冷媒通路を外部の樹脂水路１６と連通させている。
【００２１】
図４では、理解しやすいように、ケース本体２０とロアカバー２６が密着している境界面２４の位置を破線で示している。ケース本体２０とロアカバー２６が密着している面はともに平面であるため、破線はケース本体２０とロアカバー２６の外形を示している。ケース本体２０の床面２０ａの下側の面は、境界面２４の破線よりも上側（すなわちケース本体２０側）に位置している。すなわち、ケース本体２０の床面２０ａの下側の面は、境界面２４から彫り込まれている。ケース本体２０の彫り込まれている部位は、ロアカバー２６側が開放されているケース側通路２０ｗを形成する。また、ロアカバー２６も同様に、境界面２４の破線よりも下側（すなわちロアカバー２６側）に彫り込まれている。ロアカバー２６の彫り込まれている部位は、ケース本体２０側が開放されているカバー側通路２６ｗを形成する。
【００２２】
ここで、一旦図５を用いて、ケース本体２０とロアカバー２６が形成する冷媒通路について説明する。図５は、図４のV-Vに沿ったコンバータモジュール１４の部分断面図である。図５に示すように、ケース本体２０の境界面２４には、ケース側通路２０ｗが彫り込まれている。ケース側通路２０ｗは、冷媒通路の断面を形成する壁である。別言すれば、ケース側通路２０ｗは、冷媒通路を画定する壁である。ケース側通路２０ｗは、ロアカバー２６側に開放されている。同様に、ロアカバー２６には、カバー側通路２６ｗが彫り込まれている。カバー側通路２６ｗは、冷媒通路の断面を形成する壁である。別言すれば、カバー側通路２６ｗは、冷媒通路を画定する壁である。カバー側通路２６ｗは、ケース本体２０側に開放されている。
【００２３】
図５に示すように、ケース本体２０とロアカバー２６を上下に合わせて固定することで、冷媒通路が形成されている。また、図４と同様に、境界面２４の溝には、ケース本体２０とロアカバー２６によって挟まれるゴムパッキン２５が設けられている。ゴムパッキン２５は、ケース側通路２０ｗとカバー側通路２６ｗによって形成される空間を封止する。ケース本体２０とロアカバー２６を組み合わせることによって、ケース側通路２０ｗとカバー側通路２６ｗに閉じられて冷媒通路が形成されている。このように閉じることにより、実施例のコンバータモジュール１４では、冷媒を漏らさず循環させることができる。
【００２４】
ここで、再び図４に戻り、コンバータケース１４ａ内の電気機器を収容する空間について説明する。先に述べたように、コンバータケース１４ａの床面２０ａの上側にはリアクトル３０が搭載されている。図示は省略したが、コンバータケース１４ａの床面２０ａの上側の電気機器を収容する空間には、リアクトル３０以外の様々な電気機器も収容される。先に述べたように、コンバータケース１４ａでは、床面２０ａがリアクトル３０の前側で前方に行くほど上側に変位して継手２２ｂと接続している。別言すれば、継手２２ｂに続く床面２０ａは、コンバータケース１４ａの内側ほどロアカバー２６の方に変位している。このように床面２０ａ変化させることで、床面２０ａの上側の電気機器を収容する空間を広くすることができる。実施例のコンバータモジュール１４は、このように床面２０ａの上側の電気機器を収容する空間を広くすることで、コンバータケース１４ａの大きさを変えずに、リアクトル３０等の様々な電気機器を収容している。
【００２５】
先に述べたように、コンバータケース１４ａの床面２０ａの下側の空間であるケース側通路２０ｗとロアカバー２６のカバー側通路２６ｗによって閉じられた空間には、リアクトル３０を冷却する冷媒が循環する。先に述べたように、コンバータモジュール１４の上側に搭載されたインバータモジュール１２（図１参照）内の電気機器を冷却した後、樹脂水路１６を通り、継手２２ｂを通過して、コンバータケース１４ａ内に流入する。先に述べたように、継手２２ｂに続く冷媒通路を形成する床面２０ａは、コンバータケース１４ａの内側ほどロアカバー２６の方に変位している。すなわち、床面２０ａは、コンバータケース１４ａの内側ほどロアカバー２６に近づいている。ここで、床面２０ａとロアカバー２６の距離が小さくなり冷媒が循環する冷媒通路の断面積が急に変化すると、冷媒が流れるときの圧損が大きくなる。冷媒が流れるときの圧損が大きくなると、冷媒を循環させるウォータポンプの容量を大きくする必要がある。
【００２６】
実施例のコンバータモジュール１４のロアカバー２６では、カバー側通路２６ｗが境界面２４より彫り込まれている。先に述べたように、カバー側通路２６ｗは、冷媒通路を画定する壁である。そのため、継手２２ｂからコンバータケース１４ａに流入した冷媒は、継手２２ｂに続くケース側通路２０ｗ及びカバー側通路２６ｗによって画定される冷媒通路を循環する。さらに、図４に示すように、コンバータケース１４ａの内側ほどロアカバー２６の方に変位している床面２０ａの斜面部では、カバー側通路２６ｗの床面２０ａの斜面部と対向する部位は、境界面２４より、ケース本体２０と反対側に変位している。別言すれば、カバー側通路２６ｗの床面２０ａの斜面部と対向する部位は、冷媒通路の断面積を縮小させないように変位している。このため、床面２０ａがロアカバー２６側に変位している部位であっても、冷媒通路は継手２２ｂ部の直径ｄ１と略同じ直径ｄ２で形成される。別言すれば、冷媒通路の断面積はほとんど変化しない。少なくとも、急には変化しない。そのため、本明細書が開示するコンバータモジュール１４では、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる。
【００２７】
また、図４や図５に示すように、カバー側通路２６ｗの下端と、ロアカバー２６のリブ２６ｂの下端は略同じである。すなわち、ロアカバー２６側にカバー側通路２６ｗを彫り込んだことで、ロアカバー２６の全体の厚みは厚くなっていない。従って、本明細書が開示するコンバータモジュール１４によれば、コンバータモジュール１４全体の大きさを変えずに、冷媒通路に冷媒を流すときの圧損を小さくすることができる。
【００２８】
実施例の留意点を以下に述べる。実施例の電力制御装置はコンバータモジュールであるが、本明細書が開示する技術は、これに限定されない。また、冷媒で冷却する電気機器もリアクトル３０に限定されず、コンデンサ等の他の電気機器でもよい。また、図４では、リアクトル３０の下側の冷媒通路は一定の高さで形成されているが、冷媒通路内のエア溜まり等を考慮して冷媒通路の高さを変化させてもよい。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
２：ハイブリッド車
４：フロントコンパートメント
６：エンジン
８：トランスアクスル
１０：電力制御装置
１２：インバータモジュール
１４：コンバータモジュール
１６：樹脂水路
１８：ラジエータ
２０：コンバータケース
２０ａ：床面
２０ｗ：ケース側通路
２２：接続面
２２ａ、２２ｂ：継手
２４：境界面
２５：ゴムパッキン
２６：ロアカバー
２６ｗ：カバー側通路
２６ｂ：リブ
２８、２９：ボルト
３０：リアクトル
【図１】
2020131869.tif 000003
【図２】
2020131869.tif 000004
【図３】
2020131869.tif 000005
【図４】
2020131869.tif 000006
【図５】
2020131869.tif 000007