(57)【要約】【課題】冷却性能の高い機電一体型ユニットの冷却装置を提供すること。【解決手段】機電一体型ユニットの冷却装置は、駆動部の冷却部と電力変換器１の冷却部とは、一体で形成されており、冷却部には、オイルが貯留されており、冷却部に貯留されたオイルは、外気と熱交換可能であり、冷却部は、流路幅が０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの冷却フィン１６１を備えている。【選択図】図２
2020072505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と電力変換器とが一体のユニットとして形成された機電一体型ユニットの冷却装置において、
前記駆動部の冷却部と前記電力変換器の冷却部とは、一体で形成されており、
前記冷却部には、オイルが貯留されており、
前記冷却部に貯留されたオイルは、外気と熱交換可能であり、
前記冷却部は、流路幅が０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの冷却フィンを備えることを特徴とする機電一体型ユニットの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機電一体型ユニットの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータおよびギヤを備える駆動部と、インバータからなる電力変換器とが一体のユニットとして形成された機電一体型ユニットにおいて、半導体素子の一方側に設けられ、駆動部内のオイルと熱交換する第一の冷却器と、半導体素子の他方側に設けられ、空気（外気）と熱交換する第二の冷却器と、を備えた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２０８７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示された機電一体型ユニットでは、第一の冷却器が熱交換を行うオイルの熱伝達率が他の冷媒（例えば冷却水）の熱伝達率よりも低いため、冷却性能が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却性能の高い機電一体型ユニットの冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る機電一体型ユニットの冷却装置は、駆動部と電力変換器とが一体のユニットとして形成された機電一体型ユニットの冷却装置において、前記駆動部の冷却部と前記電力変換器の冷却部とは、一体で形成されており、前記冷却部には、オイルが貯留されており、前記冷却部に貯留されたオイルは、外気と熱交換可能であり、前記冷却部は、流路幅が０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの冷却フィンを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、本発明に係る機電一体型ユニットの冷却装置は、冷却フィンの流路幅を微細化することにより、熱交換の際の表面積が拡大し、冷却フィンを流れるオイルの流速が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る機電一体型ユニットの冷却装置によれば、熱交換の際の表面積が拡大し、冷却フィンを流れるオイルの流速が向上することにより、オイルの熱伝達率が向上するため、冷却性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る機電一体型ユニットの構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置において、冷却フィンの形状と流路幅の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置において、冷却フィンの形状と流路幅の一例を示す図である。
【図５】図５は、機電一体型ユニットの冷却装置において、複数の冷却フィンの形状および流路幅、複数の冷媒の種類および流量を設定した場合の、冷媒の熱伝達率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、以下で参照する図面では、発明の説明に必要な構成のみを具体的に図示し、その他の構成の図示は省略している。
【００１１】
本実施形態に係る機電一体型ユニットは、図１に示すように、車両の各車輪３に設けられたインホイールモータユニットであり、駆動部２と電力変換器１とが一体のユニットとして形成されている。
【００１２】
電力変換器１は、図２に示すように、各部材を収容するケース１１と、コンデンサ１２と、絶縁性の基板１３と、ＭＲ式の電流センサ１４と、モータと接続されているバスバーアッシー１５と、放熱部材１６と、複数の半導体素子１７と、複数の冷却器１８と、複数の押さえ板１９と、複数のバネ２０と、を備えている。本実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置は、放熱部材１６と、冷却器１８と、ケース１１内および冷却器１８内を循環する冷媒であるオイルと、により構成される。
【００１３】
放熱部材１６は、半導体素子１７の熱を放熱するための部材であり、例えばアルミや銅等により構成されている。放熱部材１６は、ケース１１の内面１１ａに接合されている。この放熱部材１６の表面１６ａには、ケース１１の内面１１ａに向かって延びる複数の冷却フィン１６１が設けられている。
【００１４】
冷却フィン１６１は、例えば図３に示すように、オフセット状のフィン（オフセットフィン）により構成されている。なお、オフセット状の冷却フィン１６１に代えて、図４に示す冷却フィン１６１Ａのように、ピン状のフィン（ピンフィン）で構成してもよい。
【００１５】
冷却フィン１６１が設けられている放熱部材１６の表面１６ａとケース１１の内面１１ａとの間には、密閉された所定の空間Ｓ１，Ｓ２が形成されている。この空間Ｓ１，Ｓ２には、オイルが貯留されている。また、空間Ｓ１，Ｓ２は、後記する冷却器１８と連通しており、当該冷却器１８との間でオイルが行き来（循環）できるように構成されている。
【００１６】
複数の冷却フィン１６１は、空間Ｓ１，Ｓ２内のオイルと接触するように構成されている。すなわち、空間Ｓ１，Ｓ２には、冷却フィン１６１と接触可能な程度の量のオイルが貯留されている。これにより、半導体素子１７の熱は、冷却フィン１６１、空間Ｓ１，Ｓ２内のオイル、ケース１１の順に伝達し、ケース１１の表面１１ｂから放熱される。なお、オイルは絶縁性および耐腐食性を有しているため、半導体素子１７を冷却する冷媒として用いても他の部材に悪影響を及ぼすことはない。複数の冷却フィン１６１が設けられた放熱部材１６と、後記する冷却器１８とは、電力変換器１における冷却部として機能する。
【００１７】
半導体素子１７は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、またはダイオードによって構成されている。半導体素子１７によって構成される電力変換回路は、例えば図示しないバッテリの電力を交流に変換するインバータである。なお、電力変換器１に含まれる電力変換回路は、インバータに限らず、例えばコンバータであってもよい。
【００１８】
半導体素子１７は、放熱部材１６の裏面１６ｂに配置されている。また、半導体素子１７の上側には、冷却器１８が配置されている。冷却器１８は、半導体素子１７を冷却するための部材であり、内部にオイルが貯留されている。冷却器１８の上側には、バネ２０によって付勢された押さえ板１９が配置されている。これにより、冷却器１８は、押さえ板１９によって、半導体素子１７と密着する方向に押さえつけられ、固定されている。
【００１９】
駆動部２は、本実施形態では図示を省略したが、車輪３を駆動するモータと、ギヤと、モータおよびギヤを収容するケース等を備えている。この駆動部２は、電力変換器１と同様に、複数の冷却フィンが設けられた放熱部材と、内部に貯留されたオイルによってモータを冷却する冷却器と、からなる冷却部を備えている。
【００２０】
駆動部２の放熱部材の表面とモータケースの内面との間には、密閉された所定の空間が形成されており、この空間にオイルが貯留されている。また、この空間は、駆動部２の冷却器１８と連通しており、当該冷却器との間でオイルが行き来（循環）できるように構成されている。
【００２１】
ここで、本実施形態に係る機電一体型ユニットにおいて、駆動部２の冷却部と電力変換器１の冷却部とは、一体で形成されている。すなわち、駆動部２の冷却器と電力変換器１の冷却器１８とは連通しており、内部のオイルが行き来できるように構成されている。
【００２２】
また、本実施形態に係る機電一体型ユニットにおいて、駆動部２の冷却部および電力変換器１の冷却部に貯留されたオイルは、それぞれ外気と熱交換可能に構成されている。すなわち、駆動部２のモータの熱は、冷却フィン、空間内のオイル、モータケースの順に伝達し、モータケースの表面から放熱される。また、電力変換器１の半導体素子１７の熱は、前記したように、冷却フィン１６１、空間Ｓ１，Ｓ２内のオイル、ケース１１の順に伝達し、ケース１１の表面１１ｂから放熱される。
【００２３】
ここで、図５は、機電一体型ユニットの冷却装置において、複数の冷却フィンの形状および流路幅、複数の冷媒の種類および流量を設定した場合の、冷媒の熱伝達率を示している。同図の上側のグラフは各冷却フィンの熱伝達率を、下側の表は各冷却フィンの条件を示している。
【００２４】
図５において、Ｎｏ．１は、フィン形状を「オフセットウェーブ（オフセット状＋ウェーブ状）」とし、冷媒をＬＬＣ（冷却水）とし、冷却フィンの流路幅を０．９とし、流量を１とした場合であり、熱伝導率は「２７０００」である。また、Ｎｏ．２は、フィン形状を「オフセット」とし、冷媒をオイルとし、冷却フィンの流路幅を０．５とし、流量を１とした場合であり、熱伝導率は「１２１７４．７４」である。また、Ｎｏ．３は、フィン形状を「オフセット」とし、冷媒をオイルとし、冷却フィンの流路幅を０．３とし、流量を１とした場合であり、熱伝導率は「１７５２１．７１」である。また、Ｎｏ．４は、フィン形状を「オフセット」とし、冷媒をオイルとし、冷却フィンの流路幅を０．３とし、流量を４とした場合であり、熱伝導率は「２７０６７」である。
【００２５】
上記のＮｏ．１およびＮｏ．２の結果から、冷媒をＬＬＣからオイルに変更すると、熱伝導率が低下することがわかる。また、上記のＮｏ．２およびＮｏ．３の結果から、冷却フィンの流路幅を小さくすると、熱伝導率が増加することがわかる（グラフ中のＡ部参照）。また、上記のＮｏ．３およびＮｏ．４の結果から、オイルの流量を大きくすると、熱伝導率が増加することがわかる。
【００２６】
本実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置では、上記図５の結果を踏まえ、電力変換器１の放熱部材１６の冷却フィン１６１の流路幅を、０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲に設定する。なお、流路幅とは、図３および図４に示すように、隣り合う冷却フィン１６１（１６１Ａ）間の距離のことを示している。
【００２７】
以上説明したような本実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置によれば、冷却フィン１６１（１６１Ａ）の流路幅を微細化することにより、熱交換の際の表面積が拡大し、冷却フィン１６１を流れるオイルの流速が向上する。これにより、オイルの熱伝達率が向上するため、冷却性能が向上する。
【００２８】
また、本実施形態に係る機電一体型ユニットの冷却装置によれば、電力変換器１の冷却器１８および駆動部２の冷却器で熱交換した後のオイルの熱を、ケース１１の表面１１ｂおよびモータケースの表面から外気へと放熱することができるため、冷却性能が向上する。
【００２９】
以上、本発明に係る機電一体型ユニットの冷却装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３０】
１  電力変換器
２  駆動部
３  車輪
１１  ケース
１１ａ  内面
１１ｂ  表面
１２  コンデンサ
１３  基板
１４  電流センサ
１５  バスバーアッシー
１６  放熱部材
１６ａ  表面
１６ｂ  裏面
１６１，１６１Ａ  冷却フィン
１７  半導体素子
１８  冷却器
１９  押さえ板
２０  バネ
【図１】
2020072505.tif 000003
【図２】
2020072505.tif 000004
【図３】
2020072505.tif 000005
【図４】
2020072505.tif 000006
【図５】
2020072505.tif 000007