(57)【要約】【課題】高出力で安定した動作が可能な電動機制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】一方の面にパワー半導体素子２５を含む複数の発熱源が行列形式で配置され他方の面に矩形の放熱領域２４と冷却空間が形成された冷却部２１、放熱領域２４を囲む４辺のうちの隣接する２辺に設けられた行列位置対応マニホールド、一端が冷却水循環流路８の入口につながり、他端部が行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉを介して接続される接続流路２６ｉ、および、個別通路それぞれの開閉状態を制御する開閉制御機構、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の制御回路を形成する、パワー半導体素子を含む複数の発熱源、
一方の面に前記発熱源が行列形式で配置され、他方の面の前記行列形式に対応する矩形の放熱領域に、冷却水を流通させる平板状の冷却空間が形成された冷却部、
前記放熱領域を囲む４辺のうちの隣接する２辺に対し、前記行列形式の行に対応する位置と、列に対応する位置のそれぞれに設けられ、前記冷却空間に連なる行列位置対応マニホールド、
一端が冷却水の循環流路の入口と出口のいずれか一方につながり、他端部が前記行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別通路を介して接続される接続流路、および、
前記個別通路それぞれの開閉状態を制御する開閉制御機構、
を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記個別通路は直線状に配列され、
前記開閉制御機構は、前記個別通路を連通し、あらかじめ定めた複数の開閉パターン間で前記開閉状態を切り替えるスプール式のバルブを有している、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記放熱領域を囲む４辺のうちの残りの２辺に対し、前記行列形式の行に対応する位置と、列に対応する位置のそれぞれに設けられ、前記冷却空間に連なる第二行列位置対応マニホールド、
一端が前記循環流路の他方につながり、他端部が前記第二行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別に開閉操作可能な第二個別通路を介して接続される第二接続流路、および、
前記開閉制御機構に連動し、前記第二個別通路それぞれの開閉状態を制御する第二開閉制御機構、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記放熱領域には、前記行に沿った方向、前記列に沿った方向のいずれの方向にも隙間が連通するように、複数のフィンが配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記行の数は１であり、前記複数のフィンは、前記行の方向において互い違いになり、かつ前記列の方向において前記隙間が直線状に延びるように配列されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記行の数は１であり、前記列の方向のフィン間隔は、前記行の方向のフィン間隔よりも広いことを特徴とする請求項４または５に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
電動車両を駆動するモータの動作を制御する請求項１から６のいずれか１項に記載の電動機制御装置、
前記循環流路に冷却水を循環させるポンプ、
前記冷却水による冷却を要する、前記電動機制御装置とは別のコンポーネント、および、
前記冷却水を、前記コンポーネントを経由して循環させるか、前記コンポーネントをバイパスして循環させるか、を前記電動車両の動作状況に応じて切り替えるコントローラ、
を備えたことを特徴とする電動車両冷却システム。
【請求項８】
前記コンポーネントは、バッテリを充電する充電器であることを特徴とする請求項７に記載の電動車両冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電動機制御装置および電動車両冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動車両における駆動用モータを制御するモータコントロールユニット（電動機制御装置）内には、発熱量が大きいパワー半導体素子が搭載されており、近年の小型化、高出力化の要求に伴い、パワー半導体素子に流れる電流も大きくなっている。電流が大きくなるにつれ、パワー半導体素子の発熱が大きくなるため、その熱を逃がすために、冷却性能に優れた冷却システムが求められる。冷却性能に優れた冷却システムを実現させる手段として、冷却水の流量を増加させることが考えられるが、ポンプの小型化、駆動頻度の低減といった要求に反することになる。
【０００３】
一方、電動車両においては、電動機制御装置以外に、バッテリを含む複数の冷却を要するコンポーネントがあり、それらを効率よく冷却するため、さまざまな冷却水の循環方法が検討されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１６/０８８４７４（段落００３４〜００５１、図４〜図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるように、これまでは、コンポーネント間の冷却状況を改善する試みは行われてきたものの、コンポーネント内での発熱分布の変化を考慮した冷却についての検討はなされてこなかった。そのため、高出力化が顕著であり、状況によって変化する電動機制御装置内の温度分布を最適化し、安定した動作を維持することは困難であった。
【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、高出力で安定した動作が可能な電動機制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される電動機制御装置は電動機の制御回路を形成する、パワー半導体素子を含む複数の発熱源、一方の面に前記発熱源が行列形式で配置され、他方の面の前記行列形式に対応する矩形の放熱領域に、冷却水を流通させる平板状の冷却空間が形成された冷却部、前記放熱領域を囲む４辺のうちの隣接する２辺に対し、前記行列形式の行に対応する位置と、列に対応する位置のそれぞれに設けられ、前記冷却空間に連なる行列位置対応マニホールド、一端が冷却水の循環流路の入口と出口のいずれか一方につながり、他端部が前記行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別通路を介して接続される接続流路、および、前記個別通路それぞれの開閉状態を制御する開閉制御機構、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される電動機制御装置によれば、パワー半導体素子の発熱状況に応じて電動機制御装置内の冷却水の流れを変更できるので、高出力で安定した動作が可能な電動機制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａと図１Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる電動機制御装置の構成を説明するための分解斜視図と主要な部材を組み込んだ状態の斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる電動機制御装置を含む電動車両冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる電動機制御装置内で形成される第一流路構成を示す平面図である。
【図４】図４Ａと図４Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる電動機制御装置内で形成される第二流路構成を示す平面図と、部分拡大図である。
【図５】実施の形態１にかかる電動機制御装置内で形成される第三流路構成を示す平面図である。
【図６】実施の形態１にかかる電動機制御装置内で形成される第四流路構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図６は、実施の形態１にかかる電動機制御装置、あるいは電動機制御装置を含む電動車両の複数のコンポーネントを冷却する電動車両冷却システムの構成について説明するためのものであり、図１は電動機制御装置の構成として、発熱源と冷却に関する主要な部材を示す分解斜視図（図１Ａ）と、図１Ａにおける蓋以外の部材を組み込んだ状態を示す斜視図（図１Ｂ）である。図２は電動機制御装置を含む冷却を要する電動車両内の複数のコンポーネントを冷却するための電動車両冷却システムの構成を示すブロック図であり、図３は電動機制御装置に組み込まれた流路形成部材により可変的に形成される流路の一つである第一流路構成を示す平面図である。そして、図４は第二流路構成を示す平面図（図４Ａ）と、図４Ａにおける領域Ｒ部分を拡大した部分拡大図（図４Ｂ）である。また、図５と図６は、それぞれ第三流路構成と第四流路構成を示す平面図である。
【００１１】
本願の各実施の形態にかかる電動機制御装置、および電動機制御装置を含む電動車両の複数のコンポーネントを冷却する電動車両冷却システムについて説明する。はじめに、前提として、電動車両とは、駆動用モータ（電動機）、電動機を駆動する電動機制御装置を搭載した車両である。具体的には、ハイブリッド車両（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ、ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）および燃料電池車（ＦＣＶ）等が挙げられる。電動車両の種類によって、冷却水の循環対象となるコンポーネントも変化するが、本願では、バッテリを充電するための車載充電器と電動機制御装置に注目して説明する。
【００１２】
電動車両冷却システム１は、図２に示すように、冷却を必要とするコンポーネントとして、電動機制御装置２と車載充電器４に冷却水を循環させるように構成している。具体的には、冷却水を冷却するラジエータ６、冷却水を循環させるポンプ５、および電動機制御装置２が、冷却水を流通させる循環流路８により直列に接続されている。そして、循環流路８の電動機制御装置２の下流側は、車載充電器４を経由させてラジエータ６に戻る通常流路８ａ、または、車載充電器４を経由せずにラジエータ６に戻るバイパス流路８ｂに分岐しており、三方弁７ａ、７ｂの操作により、いずれかに切り替えられるように構成している。
【００１３】
また、冷却対象の各コンポーネント（ここでは、電動機制御装置２と車載充電器４）の動作状況をモニターするコントローラ３を備えている。これにより、例えば、車両動作時に車載充電器４が停止状態となったときは、車載充電器４を経由しないバイパス流路８ｂに冷却水が流れるように、三方弁７ａ、７ｂを切り替えれば、通常流路８ａに流すよりも圧力損失が低くなり、電動車両冷却システム１全体の圧力損失を下げることができる。なお、各コンポーネントのうち、例えば、電動機制御装置２内には、発熱源であるとともに温度制御対象であるパワー半導体素子２５（図１）の温度を測定する図示しない温度センサーが設けられている。
【００１４】
一方、電動機制御装置２は、図１Ａに示すように、３つのパワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃ（まとめてパワー半導体素子２５）と、各パワー半導体素子２５からの熱を冷却水に放熱するための放熱領域２４が形成された冷却器２１を備えている。冷却器２１は、放熱領域２４を有し、放熱領域２４上での様々なパターンの流路を形成する流路形成部材が組み込まれる本体部２１ａと、本体部２１ａとの間に冷却水が流れる空間を形成する蓋部２１ｂとで構成している。
【００１５】
放熱領域２４は、一行三列に並んだ３つのパワー半導体素子２５の配列に対応して矩形状に形成され、蓋部２１ｂとの間に平板状の冷却空間が形成される。そして、図１Ｂに示すように、放熱領域２４には、列方向（図中左側から右側へ向かう、右下がりの方向）では直線状に延びる隙間が形成され、行方向では、互い違いになるように、複数のフィン２４ｐが規則的に配置されている。この配置により、一つの素子を横断する行方向（以下、横断方向と称する）に冷却水が流れる場合、フィン２４ｐが互い違いに配置されているため、列方向に沿って流れる場合に比べて、移動距離当たりの流体抵抗は大きくなるが、冷却性能は高くなる。
【００１６】
一方、放熱領域２４を囲む４辺のうち、列方向に沿った２辺には、各素子に対応した冷却水入口２ｉ側の領域別マニホールド２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉと、冷却水出口２ｘ側の領域別マニホールド２７ａｘ、２７ｂｘ、２７ｃｘが形成されている。行方向に沿った残る２辺には、冷却水入口２ｉ側の側部マニホールド２７ｈｉと、冷却水出口２ｘ側の側部マニホールド２７ｈｘが形成されている。
【００１７】
領域別マニホールド２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉと、側部マニホールド２７ｈｉとは、それぞれ個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉと、２８ｈｉを介して、冷却水入口２ｉ側に開口する接続流路２６ｉにつながるように構成している。同様に、領域別マニホールド２７ａｘ、２７ｂｘ、２７ｃｘと、側部マニホールド２７ｈｘとは、それぞれ個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘと、２８ｈｘを介して、冷却水出口２ｘ側に開口する接続流路２６ｘにつながるように構成している。
【００１８】
流路形成部材としては、直線状に並んだ、個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉと、２８ｈｉに対しては、各個別通路を連通し、あらかじめ定めた開閉パターン間で開閉状態を切り替えるスプール式のバルブ２３ａが組み込まれている。同様に、直線状に並んだ個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘと、２８ｈｘに対しても、各個別通路を連通し、あらかじめ定めた開閉パターン間で開閉状態を切り替えるスプール式のバルブ２３ｂが組み込まれる。さらに、バルブ２３ａと、バルブ２３ｂをそれぞれ個別に駆動するモータ２２ａ、２２ｂが組み込まれる。これにより、バルブ２３ａ、２３ｂの弁体の位置を変化させることで、放熱領域２４上での冷却水の流路構成を変化させ、素子ごとの冷却能力を管理することができる。
【００１９】
なお、電動機制御装置２には、各パワー半導体素子２５の動作を制御するための制御用回路等も備えているが、本願明細書では、簡略化して冷却対象と冷却流路部分のみについてのみ記載する。また、各パワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、実態として一つの素子でもよいが、熱的に一体管理する複数の素子の集まり、または発熱体であってもよい。
【００２０】
以下、本構成では、全閉状態を除くと、入口側の個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉ、および出口側の個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘ、２８ｈｘそれぞれの開閉状態を変化させることで、理論的には１４４パターンの流路構成が可能である。しかし、その場合は、通路ごとに個別に開閉弁を設ける必要があり、制御も複雑になる。そこで、電動機制御装置２におけるパワー半導体素子２５の動作状況の変化に対応でき、スプール式のバルブ操作で容易に実現できる４種の流路構成を切り替えて使用する例について説明する。
【００２１】
なお、流路構成の切り替えは、例えば、コントローラ３が、電動車両の運転状況に応じて、電動機制御装置２内の各パワー半導体素子２５に流れる電流値から発熱分布を予測し、適宜自動で切り替えるようにしてもよい。あるいは、各パワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃの温度を測定する図示しない温度センサーの情報、車載充電器４等の他のコンポーネントの状況も含めて、最適な流路構成を選択するようにすればよい。
【００２２】
＜第一流路構成＞
第一流路構成は、パワー半導体素子２５のすべてが均一に発熱している状況に対して有効な流路パターンとして、図３に示すように、冷却水がすべて横断方向に流れるようにする。そのために、入口側は個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉのみ、出口側は個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘのみを開とする。
【００２３】
すると、冷却水入口２ｉから、接続流路２６ｉに流入した冷却水は、領域別マニホールド２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉに均等に分かれて流入する。各領域別マニホールド２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉに流入した冷却水は、各マニホールド内で偏りなく広がり、放熱領域２４を経由して、それぞれ領域別マニホールド２７ａｘ、２７ｂｘ、２７ｃｘに流出し、接続流路２６ｘを経て冷却水出口２ｘから排出される。このとき、放熱領域２４上では、冷却水は各パワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃに対応する領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに対し、それぞれ一様に横断方向に流れ、各パワー半導体素子２５を均等に冷却できる。
【００２４】
ここで、ポンプ５の吐出流量を１０（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉで３等分され、パワー半導体素子２５のそれぞれに対応する領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに流れる冷却水の流量は１０／３（Ｌ／ｍｉｎ）ずつとなる。
【００２５】
＜第二流路構成＞
第二流路構成は、パワー半導体素子２５ｃの発熱が、パワー半導体素子２５ａ、２５ｂの発熱より大きな状況に対して有効な流路パターンとして構成した。具体的には、図４Ａに示すように、冷却水が領域Ｒｃでは横断方向に流れるが、領域Ｒａと領域Ｒｂでは列方向に直列で流れるようにする。そのために、入口側は、個別通路２８ｈｉと個別通路２８ｃｉのみ、出口側は個別通路２８ｂｘと個別通路２８ｃｘのみを開とする。
【００２６】
すると、接続流路２６ｉに流入した冷却水は、側部マニホールド２７ｈｉと領域別マニホールド２７ｃｉに分かれて流入する。領域別マニホールド２７ｃｉに流入した冷却水は、放熱領域２４の領域Ｒｃを経由して、領域別マニホールド２７ｃｘに流出し、接続流路２６ｘを経て冷却水出口２ｘから排出される。一方、側部マニホールド２７ｈｉに流入した冷却水は、放熱領域２４の領域Ｒａ、Ｒｂを経由して、主に領域別マニホールド２７ｂｘに流出し、接続流路２６ｘを経て冷却水出口２ｘから排出される。このとき、放熱領域２４の領域Ｒｃでは横断方向に冷却水が流れ、領域Ｒａと領域Ｒｂでは列方向に冷却水が流れる。
【００２７】
横断方向に冷却水が流れる場合、フィン２４ｐが互い違いに配置されているため、列方向に流れる場合と比べ、流体抵抗が大きい。そのため、列方向での流路長と横断方向での流路長が同じ場合には、流体抵抗の低い列方向に冷却水が偏って流れてしまうことになる。それに対し、領域Ｒｃでの横断方向の流路長は、領域Ｒａ、Ｒｂにまたがる列方向の流路長に比べ短く、流量偏りを抑制する要素となる。その一方、各領域Ｒｃの配列方向の幅と、横断方向の幅は、平均流速に関わる、領域Ｒｃを横断する流路の総断面積と、領域Ｒａ、Ｒｂを抜ける列方向の流路の総断面積に影響し、流量偏りを変化させる要因となる。
【００２８】
そのため、各領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの列方向の長さと横断方向の長さを適切に設定することで、領域Ｒｃを横断する冷却水の流量と、領域Ｒａと領域Ｒｂを連通する冷却水の流量比を調整することができる。さらに、図４Ｂに示すように、横断方向のフィン間隔Ｇｖと列方向のフィン間隔Ｇｈの設定によっても、列方向の流路抵抗と横断方向の流路抵抗を変えて、流量比の調整が可能である。
【００２９】
また、領域Ｒａ、Ｒｂ内を列方向に流れる冷却水に、領域別マニホールド２７ｂｘに向かう成分を生じさせる必要があり、領域Ｒｃを横断する冷却水の流れは、その駆動力となる。さらに、フィン間隔Ｇｈをフィン間隔Ｇｖよりも広く設定することで、列方向への流れをスムーズに横断方向に変え、領域別マニホールド２７ｂｘに向かわせることが可能となる。
【００３０】
上述した設定により、第二流路構成における領域Ｒａ、Ｒｂを列方向に流れる流路の総抵抗に対して、領域Ｒｃを横断方向に流れる流路の総抵抗を同程度に調整できたとする。そして、ポンプ５の吐出流量を１０（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、個別通路２８ｈｉと個別通路２８ｃｉとで２等分され、領域Ｒａ、Ｒｂを列方向で直列に流れる冷却水の流量と、領域Ｒｃを横断方向に流れる流量は、それぞれ５（Ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００３１】
そのため、流路構成を第一流路構成から第二流路構成に変更しただけで、ポンプ５の吐出流量を変化させることなく、パワー半導体素子２５ｃの冷却に用いる冷却水の流量を１．５倍に増大させることができる。流量の増加により、冷却性能も高くなる。ここで、パワー半導体素子２５ｃの発熱が第一流路構成での発熱量と同じで、パワー半導体素子２５ａ、２５ｂの発熱量のみ下がったとする。そうであれば、ポンプ５の吐出量を２／３に絞っても、パワー半導体素子２５ｃの冷却に必要な流量１０／３（Ｌ／ｍｉｎ）を確保できるため、ポンプ５の駆動力を低減でき、電費改善につながる。
【００３２】
＜第三流路構成＞
第三流路構成では、パワー半導体素子２５ｂ、２５ｃのみが発熱し、パワー半導体素子２５ａの発熱が無視できる状況に対して有効な流路パターンとして構成した。具体的には、図５に示すように、冷却水が領域Ｒｂ、Ｒｃそれぞれでは横断方向に流れるが、領域Ｒａには流さないようにする。そのために、入口側は、個別通路２８ｂｉと個別通路２８ｃｉのみ、出口側は個別通路２８ｂｘと個別通路２８ｃｘのみを開とする。
【００３３】
すると、接続流路２６ｉに流入した冷却水は、領域別マニホールド２７ｂｉと２７ｃｉに分かれて均等に流入する。領域別マニホールド２７ｂｉ、２７ｃｉに流入した冷却水は、それぞれ領域別マニホールド２７ｂｘ、２７ｃｘに流出し、接続流路２６ｘを経て冷却水出口２ｘから排出される。このとき、放熱領域２４上では、冷却水は領域Ｒｂ、Ｒｃに対し、並行して横断方向に流れ、パワー半導体素子２５ｂとパワー半導体素子２５ｃを均等に冷却できる。
【００３４】
第三流路構成では、第一流路構成と比べて、領域ごとの流れる向きが同じで、冷却水を流す領域が３か所（領域Ｒａ、領域Ｒｂ、領域Ｒｃ）から２か所（領域Ｒｂ、領域Ｒｃ）に減じることになる。つまり、領域ごとの流路抵抗は第一流路構成と同じになり、ポンプ５の吐出量を第一流路構成で設定したときの２／３に減じても、領域当たりの流量は変化せず、同様の圧力損失、冷却性能となる。そのため、パワー半導体素子２５ｂ、２５ｃの発熱が第一流路構成を適用したときのパワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃそれぞれの発熱と同等であれば、ポンプ５の吐出量を２／３に減じても、領域Ｒｂ、領域Ｒｃに必要な流量１０／３（Ｌ／ｍｉｎ）を確保できるため、ポンプ５の吐出量を減らすことができ、電費改善につながる。
【００３５】
＜第四流路構成＞
第四流路構成では、パワー半導体素子２５ｃのみが発熱し、他のパワー半導体素子２５ａ、２５ｂの発熱が無視できる状況に対して有効な流路パターンとして構成した。具体的には、図６に示すように、冷却水が領域Ｒｃのみに流れるように、入口側は個別通路２８ｃｉのみ、出口側は個別通路２８ｃｘのみを開とする。
【００３６】
すると、接続流路２６ｉに流入した冷却水は、領域別マニホールド２７ｃｉのみに流入する。領域別マニホールド２７ｃｉに流入した冷却水は、領域Ｒｃ内を横断方向に流れて領域別マニホールド２７ｃｘに流出し、接続流路２６ｘを経て冷却水出口２ｘから排出される。
【００３７】
第四流路構成では、第一流路構成と比べて、領域ごとの流れる向きが同じで、冷却水を流す領域が３か所（領域Ｒａ、領域Ｒｂ、領域Ｒｃ）から１か所（領域Ｒｃ）に減じることになる。つまり、領域ごとの流路抵抗は第一流路構成と同じになり、ポンプ５の吐出量を第一流路構成で設定したときの１／３に減じても、領域当たりの流量は変化せず、同様の圧力損失、冷却性能となる。そのため、パワー半導体素子２５ｃの発熱が第一流路構成を適用したときのパワー半導体素子２５ａ、２５ｂ、２５ｃそれぞれの発熱と同等であれば、ポンプ５の吐出量を１／３に減じても、領域Ｒｃに必要な流量１０／３（Ｌ／ｍｉｎ）を確保できるため、ポンプ５の吐出量を減らすことができ、電費改善につながる。
【００３８】
一方、ポンプ５の吐出量を第一流路構成と同じ１０（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、パワー半導体素子２５ｃに対応する領域Ｒｃに流れる流量は１０（Ｌ／ｍｉｎ）となり、第一流路構成と比べて冷却水の流量が３倍になり、冷却性能も向上する。このとき、ポンプ５の最大吐出能力として、第一流路構成における、領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃそれぞれに、横断方向に１０／３（Ｌ／ｍｉｎ）の冷却水を流す場合を想定してサイズ決定しているとする。その場合、流路構成を変えずに、領域Ｒｃに１０（Ｌ／ｍｉｎ）の流量を流そうとしても、必要な総吐出量は、ポンプ５の最大吐出能力を超える３０（Ｌ／ｍｉｎ）となり、能力を過大に設定したポンプを用いなければ、必要な冷却を行うことは困難である。
【００３９】
しかしながら、以降の実施の形態も含め、本願の電動機制御装置２では、冷却水を並行して流す領域の数を増減できるので、ポンプ５の吐出流量を過大に設定しなくても、発熱が集中する領域（領域Ｒｃ）に必要な流量を確保することが可能となる。一方、一つの領域に流す流量を３倍に増加しようとすると、圧力損失も増大するため、ポンプ５の吐出圧が、第一流路での圧力損失を設定している場合、単に流路構成を変更しただけでは、必要な流量が確保できないことが想定される。
【００４０】
それに対し、本願の電動車両冷却システム１では、複数のコンポーネントを冷却する冷却水の循環流路８についても変更可能である。具体的には、図２で説明したように、冷却水の循環経路８は、車載充電器４を経由する通常流路８ａと経由しないバイパス流路８ｂとの間で切り替えられるようにしている。そこで、第四流路構成のように、他の流路構成よりも電動機制御装置２内での圧力損失が増大する流路構成に切り替える際は、バイパス流路８ｂに切り替えて、総圧力損失の増大を抑えるようにすることで、領域Ｒｃに必要な冷却水流量を確保することが可能となる。
【００４１】
これにより、ポンプ５の吐出流量、吐出圧力をともに過大に設定する必要がなくなり、最小限のポンプサイズで冷却水を循環させる冷却システムを実現することができる。
【００４２】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、電動機制御装置内の流路構成を切り替える際、入口側と出口側それぞれで個別通路の開閉を制御した例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態２では、入口側の個別通路のみを開閉制御して電動機制御装置内の流路構成を変更するようにした。なお、出口側の個別通路の開閉制御に関連する部分以外については、実施の形態１の構成と同様であり、図についても基本的に実施の形態１で用いた図を援用する。
【００４３】
本実施の形態２にかかる電動機制御装置２では、図１で説明した部材のうち、バルブ２３ｂとモータ２２ｂを省略し、出口側の個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘ、２８ｈｘを開状態で固定するようにした。実施の形態１では、入口側の通路の開閉パターンを４種類、出口側の開閉パターンを３種類として第一流路構成〜第四流路構成を切り替えるようにしたが、本実施の形態２では、入口側の通路の開閉パターンを実施の形態１と同じ４種類にして流路構成を変化させた。
【００４４】
その結果、第二流路構成については、個別通路２８ａｘから流出する流れが多少発生するが、基本的には、図４で示した流れを形成できる。他の第一流路構成、第三流路構成、第四流路構成については、実施の形態１で説明したのと同じ流れを実現することができる。これにより、出口側のバルブ２３ｂ、バルブ２３ｂを駆動するモータ２２ｂを廃止して、部品点数を低減するとともに、最小限のポンプサイズで冷却水を循環させる冷却システムを実現することができる。なお、入口側の個別通路は全開とし、出口側の個別通路だけ開閉制御するようにしても、形成できる流路構成のパターンは異なるが、同様に流路構成を切り替えることは可能である。
【００４５】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２においては、スプール式のバルブをモータで駆動する例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態３では、スプール式のバルブをスプリングと油圧回路で駆動するようにした。なお、バルブ駆動に関連する部分以外については、実施の形態１あるいは２の構成と同様であり、図についても基本的に実施の形態１で用いた図を援用する。
【００４６】
電動車両の中でも、ハイブリッドカー（ＨＶ）にはトランスミッションが搭載されている機種もあり、トランスミッションは油圧の力を利用し、ギアの変速を行っている。スプール式のバルブは、複数の通路を連通する串形の弁体の位置によって、開閉パターンを変化させるものであり、トランスミッションの油圧を利用し、バルブ２３ａ、２３ｂを油圧で駆動することができる。これにより、少ない部品点数で電動機制御装置２および電動車両冷却システム１が構成できる。
【００４７】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３においては、スプール式のバルブで各個別通路を開か閉かに切り替え制御する例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態４では、スプール式のバルブの弁体に切り欠きあるいは傾斜領域を設け、全閉から全開までを無段階で変化させるようにした。弁体の構成分以外については、実施の形態１〜３の構成と同様であり、図についても基本的に実施の形態１で用いた図を援用する。このように構成することで、各個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉ、２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘ、２８ｈｘの開度を無段階に調整することができ、より高精度に各流路を流れる冷却水の流量を調節することができる。例えば、第一流路構成、第三流路構成においても、領域間で流量の差をつけるといった微調整も可能となる。
【００４８】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４においては、スプール式のバルブで流路構成を切り替える例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態５では、各個別通路に開閉弁を設けて流路構成を切り替えるようにした。バルブに関連する部分以外については、上記実施の形態１〜４の構成と同様であり、図についても基本的に実施の形態１で用いた図を援用する。
【００４９】
スプール式のバルブは、串形の弁体を直線駆動させるために、列方向に沿った長い連通孔を設ける必要があるが、個別通路ごとの開閉弁であれば、個別通路ごとに取り付ければよく、設計の自由度が向上する。また、各個別通路を個々に開閉制御できるので、スプール式のバルブを用いた場合に比べて多種類の流路構成を形成することが可能となる。また、開閉弁を電磁弁で構成すれば、機械的なストロークを確保する必要がなく、少ない部品点数で電動機制御装置２および電動車両冷却システム１が構成できる。
【００５０】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５においては、横断方向において、フィンが互い違いに配置される例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態６では、図示しないが、フィンを横断方向、列方向ともに、領域内を直線状に延びる隙間が形成されるように配置した。この場合においても、実施の形態１〜５と同様に、第一流路構成〜第四流路構成の間で自在に切り替えができ、図３〜図６で示した冷却水の流れを実現できる。
【００５１】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６においては、矩形柱状に形成したフィンの面が、横断方向および列方向に対して正対する例を示したがこれに限ることはない。本実施の形態７では、フィンの面が横断方向および列方向に対して傾き、面ではなく、角部が水の流れ方向に対向するようにした。
【００５２】
実施の形態１〜５において、横断方向に冷却水が流れる場合、フィン２４ｐの面に冷却水がぶつかるため、一旦列方向に９０度向きを変え、再度横断方向に９０度向きを変えることを繰り返してジグザグ状に冷却水が流れる。そのため、直線的に流れる場合と比較して圧力損失が高くなる。本実施の形態７ではフィン２４ｐの面の向きを横断方向に対して４５度になるように傾かせ（回転させ）ることで、冷却水の流れ方向の変化を９０度ではなく、４５度に低減することができ、圧力損失の増大を低減して、ポンプ５をさらに小型化できる。
【００５３】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。
【００５４】
例えば、本願では熱管理対象であるパワー半導体素子２５ｃを一行三列に配列した例を示したが、これに限ることはなく、２列でも、あるいは３列より多くても構わない。さらには、複数行複数列のように、行、列ともに複数に配列してもよい。その際、列方向には列数に応じた領域別マニホールドと、開閉制御できる個別通路を、行方向には、側部マニホールドの代わりに行数に応じた領域別マニホールドと、開閉制御できる個別通路を設けるようにすればよい。このようにすれば、行列内での位置に応じた発熱分布の状況が変化しても、その状況に最適な冷却が可能な流路構成に切り替えることが可能となる。
【００５５】
また、冷却効率を考慮すると、フィン２４ｐは重要な要素であるが、流路構成の切り替えに関しては必須要素ではなく、行方向、列方向を個別通路の開閉に応じて切り替えるようにできれば、どのような形状でもよい。極言すれば、放熱領域２４上には、冷却水が流れる空間が形成されていればよい。
【００５６】
以上のように、各実施の形態にかかる電動機制御装置２によれば、電動機の制御回路を形成する、パワー半導体素子２５を含む複数の発熱源、一方の面に発熱源が行列形式で配置され、他方の面の行列形式に対応する矩形の放熱領域２４に、冷却水を流通させる平板状の冷却空間が形成された冷却部２１、放熱領域２４を囲む４辺のうちの隣接する２辺に対し、行列形式の行に対応する位置と、列に対応する位置のそれぞれに設けられ、冷却空間に連なる行列位置対応マニホールド（例えば、領域別マニホールド２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉと側部マニホールド２７ｈｉ）、一端が冷却水の循環流路８の入口と出口のいずれか一方につながり、他端部が行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別通路（例えば、個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉ）を介して接続される接続流路２６ｉ、および、個別通路それぞれの開閉状態を制御する開閉制御機構（例えば、コントローラ３、あるいは電動機制御装置２内の図示しない制御部）、を備えるように構成すれば、パワー半導体素子２５の発熱状況に応じて、流れの方向も含めて冷却水の流れを変更できるので、最適な冷却パターンを形成でき、高出力で安定した動作が可能な電動機制御装置を得ることができる。
【００５７】
とくに、個別通路（例えば、個別通路２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉ）は直線状に配列され、開閉制御機構は、個別通路を連通し、あらかじめ定めた複数の開閉パターン（第一流路構成〜第四流路構成）間で開閉状態を切り替えるスプール式のバルブ（例えばバルブ２３ａ）を有するように構成すれば、弁体の位置を移動させるだけで複数の流路パターンを容易に切り替えることができる。
【００５８】
さらに、放熱領域２４を囲む４辺のうちの残りの２辺に対し、行列形式の行に対応する位置と、列に対応する位置のそれぞれに設けられ、冷却空間に連なる第二行列位置対応マニホールド（例えば、領域別マニホールド２７ａｘ、２７ｂｘ、２７ｃｘと側部マニホールド２７ｈｘ）、一端が循環流路８の他方につながり、他端部が第二行列位置対応マニホールドのそれぞれと個別に開閉操作可能な第二個別通路（例えば、個別通路２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘ、２８ｈｘ）を介して接続される第二の接続流路２６ｘ、および、開閉制御機構に連動し、第二個別通路それぞれの開閉状態を制御する第二開閉制御機構（例えば、コントローラ３、あるいは電動機制御装置２内の図示しない制御部）、を備えるように構成すれば、入口側と出口側の開閉状態をともに制御して、より確実に冷却水の流れを制御できる。
【００５９】
放熱領域２４には、行に沿った方向、列に沿った方向のいずれの方向にも隙間が連通するように、複数のフィン２４ｐが配置されているので、冷却水流路となる空間が形成できるとともに、フィン２４ｐの配置により、列方向、行方向の流れを容易に制御できる。
【００６０】
また、上記各実施の形態で例示したように、行の数は１であり、複数のフィン２４ｐは、行の方向において互い違いになり、かつ列の方向において隙間が直線状に延びるように配列されていれば、複数の領域を縦断する際の圧力損失と、一つの領域を行方向に横断する際の圧力損失の差を低減し、よりスムーズに流路構成を変更できる。
【００６１】
また、行の数は１であり、列の方向のフィン間隔Ｇｈは、行の方向のフィン間隔Ｇｖよりも広くすれば、複数の領域を縦断する際の圧力損失と、一つの領域を行方向に横断する際の圧力損失の差を低減するとともに、縦断方向から横断方向への流れの向きの変更が容易になり。さらにスムーズに流路構成を変更できる。
【００６２】
また、各実施の形態にかかる電動車両冷却システム１によれば、電動車両を駆動するモータの動作を制御する上述した電動機制御装置２、循環流路８に冷却水を循環させるポンプ５、冷却水による冷却を要する、電動機制御装置２とは別のコンポーネント（例えば、車載充電器４）、および、冷却水をコンポーネント経由で循環させるか、コンポーネントをバイパスして循環させるか、を電動車両の動作状況に応じて切り替えるコントローラ３、を備えるようにしたので、電動機制御装置２内の圧力損失が高くなる流路構成に切り替えた場合でも、システムとしての圧力損失の増大を抑え、ポンプ５の仕様を過大なものにすることなく、確実な冷却が可能となる。
【００６３】
とくに、冷却対象となる他のコンポーネントとして、バッテリを充てんする車載充電器４を設定すると、車両運転時に冷却する必要がないので、容易にバイパス対象にでき、より確実に冷却が可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１：電動車両冷却システム、  ２：電動機制御装置、  ３：コントローラ、  ４：車載充電器、  ５：ポンプ、  ６：ラジエータ、  ７、７ａ、７ｂ：三方弁、  ８：循環流路、  ８ａ：通常流路、  ８ｂ：バイパス流路、  ２１：冷却器、  ２２ａ、２２ｂ：モータ、  ２３ａ、２３ｂ：バルブ、  ２４：放熱領域、  ２４ｐ：フィン  、  ２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：パワー半導体素子（発熱源）、  ２６ｉ、２６ｘ：接続流路、  ２７ａｉ、２７ｂｉ、２７ｃｉ、２７ａｘ、２７ｂｘ、２７ｃｘ：領域別マニホールド（行列位置対応マニホールド）、  ２７ｈｉ、２７ｈｘ：側部マニホールド（行列位置対応マニホールド、  ２８ａｉ、２８ｂｉ、２８ｃｉ、２８ｈｉ、２８ａｘ、２８ｂｘ、２８ｃｘ、２８ｈｘ：個別通路、  Ｇｈ：フィン間隔、  Ｇｖ：フィン間隔、  Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ：領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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