(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータとモータの空冷による冷却能力と冷却効率の向上とともに、簡潔かつ省スペースな電動車両システムを提供する。【解決手段】電動車両を駆動するモータ３と、モータへ供給する電力を制御するインバータ１と、を有する電気駆動装置と、外気の温度より低い温度の空気が流れて電気駆動装置を空冷する空冷流路１０７と、を有し、空冷流路を流れる空気は、電動車両が走行時に車両内に流れる外気２０２と合流し、合流した空気で電気駆動装置を空冷する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両を駆動するモータと、前記モータへ供給する電力を制御するインバータと、を有する電気駆動装置と、
外気の温度より低い温度の空気が流れて前記電気駆動装置を空冷する空冷流路と、を有し、
前記空冷流路を流れる前記空気は、前記電動車両が走行時に車両内に流れる外気と合流し、合流した空気で前記電気駆動装置を空冷する電動車両システム。
【請求項２】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記電動車両が走行時に車両内に流れる前記外気と前記空冷流路を流れる前記空気が合流する位置における空気の圧力は、前記電動車両が走行時に車両内に流れる前記外気の圧力より低い電動車両システム。
【請求項３】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記合流した空気は、前記モータと前記インバータとの間を流れる電動車両システム。
【請求項４】
請求項３記載の電動車両システムにおいて、
前記合流した空気は、互いに接触せずに平行且つ互い違いに配置された前記モータのモータフィンと前記インバータのインバータフィンとを流れる電動車両システム。
【請求項５】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記合流する位置の流路断面積は、前記合流する位置の前後の前記電動車両が走行時に車両内に流れる前記外気が通る流路断面積より小さい電動車両システム。
【請求項６】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記外気の温度より低い温度の空気に冷却された前記空冷流路を流れる前記空気は、前記電動車両が走行時に車両内に流れる外気と合流する前に、車室内を経由する電動車両システム。
【請求項７】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記外気の温度より低い温度の空気に冷却された前記空冷流路を流れる前記空気は、車室内を経由せずに前記電動車両が走行時に車両内に流れる外気と合流する電動車両システム。
【請求項８】
請求項６記載の電動車両システムにおいて、
前記空冷流路を流れる空気が前記車室内を経由するか否か流路を切り替える切替部を有する電動車両システム。
【請求項９】
請求項８記載の電動車両システムにおいて、
前記切替部は、前記電気駆動装置の温度情報と、前記外気と前記車室内の空気との温度情報と、に基づいて切り替わる電動車両システム。
【請求項１０】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記空冷流路は、前記電動車両が走行時に車両内に流れる外気が前記空冷流路を介して車室内へ流れる空気の逆流を防ぐ逆止弁の機能を有する電動車両システム。
【請求項１１】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記合流された空気は、前記モータと前記インバータとを接続する電力配線を冷却する電動車両システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の電動車両システムにおいて、
前記電力配線は、導電部材である複数のバスバーである電動車両システム。
【請求項１３】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記モータは、第１の空冷用フィンと、ハウジングの曲面に沿って配置されたヒートパイプと、を有する電動車両システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の電動車両システムにおいて、
前記モータは、前記ヒートパイプにより、前記モータと前記インバータ間に設けられた空冷用フィンと接続され、
前記空冷用フィンは、前記合流した空気で冷却される電動車両システム。
【請求項１５】
請求項１記載の電動車両システムにおいて、
前記電動車両が走行時に車両内に流れる外気が前記電気駆動装置を介して車室内へ流れる他の空冷流路を有し、
前記空冷流路と前記他の空冷流路とが接続された位置で、前記空冷流路を流れる空気と前記他の空冷流路を流れる外気とが合流される電動車両システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の電気駆動装置を冷却する電動車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーによって走行する自動車、ＥＶ（電気自動車）のパワートレーンは、一般に、モータとモータへ供給する電力を制御するインバータによって構成される。このモータとインバータは運転時に少なからず発熱するため、各機器に設けた冷却水路に冷却水を循環させて冷却水に熱を移動させ、その熱をラジエター部で大気中へ放熱する水冷構造とするのが一般的である。しかし、高効率なモータ及びインバータや、小型ＥＶ用の低出力なパワートレーンは比較的発熱量が小さい。
【０００３】
これらのパワートレーンの冷却装置を空冷でまかなうことができれば、冷却水配管やウォーターポンプ、ラジエター等の水冷用の機器を省くことができる。ただし、空冷は水冷に比べて冷却能力に劣るため、冷却対象に単に空気を当てるだけでは冷却が間に合わない場合、なんらかの追加措置が必要である。あるいは、より一層空冷の冷却能力を高めれば、より高発熱な機器へ適用範囲の拡大が期待できる。
【０００４】
本技術分野の関連技術として、特許文献１がある。これには、外気温度が高い状態の場合でも車室内の空気温度は冷房装置によって外気より低く保たれている場合が多いことを利用して、車室内気と外気のうち、温度の低い方を選択してインバータあるいはチョッパの冷却に用いる仕組みが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３３１７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インバータやモータ等の発熱体で構成されるＥＶのパワートレーンの空冷に際して、単純にフィンやヒートシンクに外気を当てる以上の冷却能力を求める場合には、冷却に用いる空気の温度を下げる必要がある。
【０００７】
ＥＶを含む自動車は、搭乗者の快適性を確保するため、車室内を冷房する装置が一般的に備わっており、外気温が高い夏季でも車室内は２５℃前後に保たれる。そこで、外気より低温である、その車室内気を機器の冷却に利用することができる。そのためには、効率の良い冷却能力の調整方法や、所望の箇所に車室内気を送り込む手段を構成しなければならない。
【０００８】
上記の特許文献１に記載の技術は、外気あるいは車室内気をインバータの被冷却部へ送り込むために追加のファンを要し、装置が大型化する。
【０００９】
これらの方法については、複数の追加部品を要する構成や機器配置による専有体積、冷却能力に関して改善の余地があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、インバータとモータの空冷による冷却能力と冷却効率の向上とともに、簡潔かつ省スペースな電動車両システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の電動車両システムは、電動車両を駆動するモータと、モータへ供給する電力を制御するインバータと、を有する電気駆動装置と、外気の温度より低い温度の空気が流れて電気駆動装置を空冷する空冷流路と、を有し、空冷流路を流れる空気は、電動車両が走行時に車両内に流れる外気と合流し、合流した空気で電気駆動装置を空冷する構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
インバータとモータの空冷による冷却能力と冷却効率を向上でき、簡潔かつ省スペースな電動車両システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電動車両システムの第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明の電動車両における機器の搭載位置の例を示す図である。
【図３】本発明の電動車両における機器の搭載位置の他の例を示す図である。
【図４】図１のモータ・インバータ一体型パワートレーンの要部構成の例を示す図である。
【図５】図１のモータ・インバータ一体型パワートレーンの要部構成の他の例を示す図である。
【図６】本発明に係る電動車両システムの第２の実施例を示す図である。
【図７】図６の電動車両システムの動作状態を示す図である。
【図８】本発明に係る電動車両システムの第３の実施例を示す図である。
【図９】本発明に係る電動車両システムの第４の実施例を示す図である。
【図１０】本発明に係る電動車両システムの第５の実施例を示す図である。
【図１１】図１０のモータ・インバータ一体型パワートレーンの要部構成の例を示す図である。
【図１２】本発明に係る電動車両システムの他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る電動車両システムの実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の電動車両システムの実施例として、車室内気をインバータ１及びモータ３を備えた電気駆動装置の冷却に用いる構成を説明したものである。
【００１６】
また、図２は、電気駆動装置であるモータ・インバータ一体型パワートレーン３００の車両への搭載位置と方向の例を示したものである。
【００１７】
モータ・インバータ一体型パワートレーン３００は、前輪駆動車両の車体前部、かつ車室の前方に搭載される。モータ３は、車両進行方向に対して出力軸５を横に向けて搭載され、ギヤボックス３０１とドライブシャフト３０２を介して前輪３０３を駆動する。運転者及び同乗者が搭乗する車室は、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００の後方に位置し、後輪３０４は車室の後方に位置する。
【００１８】
図３は、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００の車両への搭載位置と方向の別の例を示したものであり、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００を車両後方に配置し、後輪３０４を駆動する構成である。
【００１９】
いずれの場合でも、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００によって駆動されない車輪は、内燃機関や他のモータ、あるいはその両方等の別の方法によって駆動されても良い。
【００２０】
モータ３は三相交流同期型であり、インバータ１が直流から生成する三相交流によって駆動される。
【００２１】
図１に示すように、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００として、インバータ１はモータ３の上部に配置される。インバータ１は、主にパワーモジュール１８からの放熱のためのインバータフィン２をインバータ１底面に備える。インバータフィン２の基部の裏側に、パワーモジュール１８が配置されている。インバータフィン２は放熱促進のため、車両の前方から後方への空気流の方向に沿った向きに備えられる。モータ３は、ケースの全周に渡って、同じく空気流の方向に沿ったモータフィン４を有する。モータ３のモータフィン４の上部とインバータ１底面のインバータフィン２が向かい合い、モータとインバータの間に空気が通る第１の空冷流路である空冷流路１０７を設けた状態でモータ３とインバータ１は互いに固定され、モータ・インバータ一体型パワートレーン３００を形成する。
【００２２】
図４はインバータ１底面のインバータフィン２とモータ３のモータフィン４を示したものである。モータ３の熱がインバータ１を加熱することを防ぐため、パワートレーンとしてはモータ３とインバータ１を剛に締結した一体型であるものの、インバータ１のインバータフィン２とモータ３のモータフィン４は、互いに接触しないような位置に平行かつ互い違いに配される。従って、インバータ１とモータ３の結合はフィンを介してではなく、それよりも伝熱性の低い材質あるいは構造の支柱１７によって空間を挟んで固定される。
【００２３】
図５は、インバータ１をモータ３の出力軸５方向に対して後方に配置した図４とは別の例であり、この配置でも一体化構造とすることができる。
【００２４】
このように、インバータ１とモータ３という複数の電気駆動装置から構成された一体型構造であることにより、冷却風の流路も一元化することで、省スペース化される。
【００２５】
また、第１の空冷流路である空冷流路１０７に設けられた複数の装置のフィンの形状が、互いに接触しない様、平行かつ互い違いの配置であることにより、同じく省スペース化される。
【００２６】
第１の空冷流路である空冷流路１０７は、平坦なインバータ１底面と、モータ出力軸５の方向に沿った円筒状のモータ３との間の空間に、出力軸５と直角に空気が流れる方向に設けられている。そのため、空冷流路１０７は概ね平面と円筒に挟まれた形状であり、その流路断面積が空冷流路入口１０３と空冷流路出口１０５より空冷流路中間合流点１０４が小さい。
【００２７】
モータ・インバータ一体型パワートレーン３００の車両進行方向に対して前方には、強制空冷用ファン６が配置されている。強制空冷用ファン６は、車両前方から後方に向かって空気を送る向きであり、車両前方から外気である走行風２０１を取り入れることができる。これによって、車速によっては、強制空冷用ファン６を駆動せずとも走行風２０１のみで必要な風量を得ることが可能である。なお、モータ３は全周にフィンを有するため、インバータ１とモータ３の間の空冷流路１０７以外にも、モータ３の前後側や路面に近い側からも冷却され、それらの部位も強制空冷用ファン６による送風と走行風２０１をともに活用することができる。強制空冷用ファン６は、回転数を停止から上限まで任意に変化させることができ、制御装置から制御される。
【００２８】
車室内には冷房装置が備わり、外気温が高い場合でも搭乗者が快適に過ごせるように車室内の温度を調整できる。冷房装置は、冷凍サイクルによって構成される。送風ファン７によって、外気あるいは車室内気を冷房装置に取り入れ、冷凍サイクルの蒸発器８を通過させて車室内に車室内吹出し空気２０３を吹出す。冷房稼働時には蒸発器８で空気が冷やされ、車室内の温度を下げることができる。
【００２９】
なお、冷凍サイクルでは、蒸発器８で吸熱を行う分、凝縮器２０で放熱する必要がある。つまり、凝縮器２０によって空気が加熱される。また、凝縮器２０は放熱のために空冷する必要がある。そのため、車室外の、同じく空冷するインバータ１やモータ３の近辺に置かれることになる。しかし、空気の流れに対して複数の機器を直列に配置すると、上流側の機器の熱が空気を介して下流側の機器を加熱するため、そのような影響を受けない配置とする。図２の凝縮器２０とモータ・インバータ一体型パワートレーン３００の配置は、断熱仕切り２１と並列配置によって互いに熱の影響を受けないようにした例である。
【００３０】
空冷流路１０７の流路断面積が出入口に比べて小さくなる箇所である空冷流路中間合流点１０４よりインバータ１のインバータフィン２が下流となる位置関係とし、その流路断面積が小さい空冷流路中間合流点１０４に車室内の冷却された空気を導いて、空冷流路１０７を通過する外気と合流させるダクト１０６が設けられている。また、この空冷流路中間合流点１０４は、モータ出力軸５の位置１０１より空冷流路中間合流点１０４の位置１０２にある。
【００３１】
このように、外気が外気温度を維持して流れる第１の空冷流路である空冷流路１０７と、外気温度より低い温度に冷却された空気が流れる第２の空冷流路であるダクト１０６とが合流した後、電気駆動装置であるインバータ１及びモータ３を空冷する、つまり、空冷流路であるダクト１０６を流れる空気（ダクト流入車室内気２０４）は、電動車両が走行時に車両内に流れる外気（走行風２０１）と合流し、合流した空気で電気駆動装置であるモータ・インバータ一体型パワートレーン３００を空冷することによって、外気の流量による冷却能力を活かしつつ、低温の空気によって更に冷却を促進することができる。
【００３２】
また、空冷流路１０７とダクト１０６は、インバータ１及びモータ３の搭載位置より車両前方の位置で合流されることによって、走行風２０１に沿った方向で空冷流路中間合流点１０４よりインバータ１及びモータ３が下流に位置し、強制空冷用ファン６による負担を軽減した効率の良い冷却が行える。
【００３３】
さらに、空冷流路１０７の上下方向位置１０８が、モータ３よりも上方、かつインバータ１よりも下方であることにより、空気が滞留し易いモータ・インバータ一体型パワートレーン３００の上方を冷気で重点的に冷却し、走行風２０１が当たり易い下方は主に外気によって冷却して、総合的に過不足なく冷却することができる。
【００３４】
車室内とダクト１０６との接続部には、ダクト開閉弁９を備えている。このダクト開閉弁９は、車室内の空気（ダクト流入車室内気２０４）を空冷に利用しない場合に対応するために、車室内から空冷流路１０７への順方向の流れを制御装置からの指示によって止められるようになっている。また、空冷流路１０７側から車室内への空気の逆流を防止するための動作も行う。逆流を防止する逆止弁としての働きは、圧力差により受動的に作動するものでも、制御によって能動的に行うものでも良い。これら開閉の条件は後述する。
【００３５】
車室内の冷房装置は外気を取り入れる部分に送風ファン７があり、パワートレーンの冷却用以外の車室外へ空気の排出は、車両の窓を閉め切った状態では、車室後部の排気口から受動的に行われる。車室内への外気の取り入れのみにファンを用いるため、車室内の気圧は大気圧以上である。それに対し、空冷流路１０７と車室内空気を導くダクト１０６との空冷流路中間合流点１０４は、空冷流路１０７の流路断面積が空冷流路入口１０３より相対的に小さい箇所であり、通過する空気の流速が高まるために圧力が低くなる。したがって、車室内と空冷流路１０７を空冷流路中間合流点１０４で結んだ本構成では、車室内の空気が圧力差によって空冷流路１０７に流れ込み易くなる。
【００３６】
なお仮に、空冷流路入口１０３の圧力が高いことによって、それより低圧となる空冷流路中間合流点１０４の圧力が車室内の圧力より高い状態となり、ファン等で強制的に車室内気を空冷流路１０７に送り込む構成をとったとしても、空冷流路入口１０３に合流させるよりは低圧の箇所であり、ファン等の負荷を軽減できる。
【００３７】
このように、空冷流路１０７とダクト１０６は、空冷流路１０７の空気が流れる方向に対する流路断面積が空冷流路入口１０３よりも小さくなる位置で合流、すなわち、空冷流路１０７とダクト１０６は、空冷流路１０７を流れる空気の圧力が、空冷流路入口１０３よりも低くなる空冷流路中間合流点１０４で合流されることによって、空気を送り出すためのファン等の負荷を軽減して高効率化、あるいは空気を送り出すためのファン等を不要とし、簡潔な構成で冷却能力を向上させることができる。
【００３８】
なお、合流点は、外気のみで空冷を行う場合でも、外気に車室内の空気を合流させる場合でも、空気の流れを妨げない様、ダクト１０６の出口を空冷流路１０７に突出させず、かつ空冷流路１０７下流に向けて設ける。さらに、圧力損失を抑えるため、ダクト１０６の流路断面積をほぼ一定の形状とする。ダクト１０６は複数本設置しても、途中で分岐させてダクト１０６の本数より出入口を多く設けても良い。ダクト１０６が車室内と繋がる入口は、なるべく低温の空気を吸い込めるように、車室の低い位置に設ける。
【００３９】
空冷流路１０７のダクト１０６との空冷流路中間合流点１０４の上流側には、空気温度を測る温度センサが設けられている。車室内には、車室内温度を測る温度センサが設けられている。望ましくは、均等でない車室内温度の中で、特にダクト１０６の入口付近の温度を測るようにする。これらの温度情報から制御装置を介し、状況に応じてダクト開閉弁９が操作される。
【００４０】
次に、本実施例の動作について説明する。  
外気温度の空気による空冷よりも冷却能力を向上させられるのは冷気が利用できるとき、つまり車室内の温度が外気温よりも低い場合である。この場合、前述のように車室内の空気が冷却の補助に使われる。逆に、車室内の温度の方が外気温度よりも高い場合、車室内の空気を空冷流路１０７に導入してしまうと冷却能力が低下するため、外気温度の空気のみで冷却する。
【００４１】
強制空冷用ファン６の動作は、インバータ１とモータ３の温度をそれぞれに内蔵した温度センサによって常時監視し、これらの機器の許容温度上限を超えて過熱しない様、最低限の回転数に制御する。車速によって走行風２０１が十分強い状態であればファンを駆動しないが、その場合でも車室内気は空冷流路１０７に導入することができる。
【００４２】
本実施例では、車室内気の導入については、機器が過熱に至っていない状態でも最も冷却能力が得られる動作を選択する。
【００４３】
上記のような動作を行う理由と、そのためのダクト開閉弁９の動作を、以下に説明する。
【００４４】
まず、ダクト開閉弁９における逆止弁としての働きは、空冷流路１０７から車室内への空気の逆流を防止するために、常に機能させる。つまり、開閉弁として開ける動作よりも逆止弁として閉じる動作が優先され、ダクト開閉弁９の制御は逆止弁としての機能を覆さない範囲で、本来は開くべき条件下で閉じることができるのみとする。
【００４５】
ダクト開閉弁９が閉じるのは、空冷流路１０７よりも車室内の圧力が低い場合である。具体的には、走行中に車両の窓を開けている場合や、空冷流路１０７の空冷流路出口１０５付近が地面の形状や車体下に入り込んだ物体などによって塞がれて空気の流れが滞り、空冷流路中間合流点１０４の圧力が高まってしまう場合が想定される。前者の状態では、車室内の温度が外気温と同等であり、空冷流路１０７にダクト流入車室内気２０４を導く利点が得られないため、ダクト開閉弁９が閉じていても問題はない。後者の状態は、走行中に連続的に発生する場面ではないため、仮に短時間そのような状態になったとしても冷却への影響はない。
【００４６】
このように、ダクト１０６に、空冷流路１０７から車室内への空気の逆流を防ぐ逆止弁の機能を備えたことにより、空冷流路１０７よりも車室内の圧力が低い場合でも逆流することなく、また、逆止弁の機能が働くことによる弊害を生じさせずに冷却能力を発揮できる。
【００４７】
次に、逆止弁としては開く条件においてダクト開閉弁９を閉じる場合について説明する。空冷流路１０７にダクト流入車室内気２０４を導入するのは、空冷のための空気流の温度を下げるためであるので、外気２０２よりもダクト流入車室内気２０４の温度が高い場合はダクト開閉弁９を閉じておく。車室内を暖房する冬季には常にダクト開閉弁９が閉じていることとなるが、外気温が高い夏季における使用を想定した冷却系に対し、外気温が低い冬季では熱的な余裕があるので、空冷流路１０７の温度をさらに下げる必要性は生じない。
【００４８】
その他の場合は、ダクト開閉弁９は常に開いておく。冷却能力が不足していなくても、車室内気の排気が空冷流路１０７から行われることになるのみで不都合は生じないためである。また、外気温より少しでも空冷流路１０７の空気の温度が下がれば、インバータ１、モータ３がその分温度が低い状態で動作する。仮にそこから高負荷で動作温度上限に達するような運転をした場合、高負荷運転を行う前に低い温度にしておくことができれば動作温度上限に達するまでの時間を稼ぐことができるため、高負荷領域が使用可能な時間的な範囲を拡大することができる。
【００４９】
あるいは、空冷流路１０７の空気の温度が下がることにより、強制空冷用ファン６の回転数を低く抑えても同等の冷却能力が得られることになり、省エネルギー化を図ることができる。
【００５０】
車室内へ外気２０２の導入が無い場合、空冷流路１０７への車室内気の導入は、車室内の圧力が空冷流路１０７の空冷流路中間合流点１０４の圧力と釣り合うまで下がったところで止まってしまう。冷却能力を向上させるべき条件下で車室内気が空冷流路１０７に導入できなくなることを避けるには、適宜、車室内へ外気２０２を導入する必要がある。そのため、一例としては、パワートレーンの冷却を優先して、冷却が必要な状態になると外気２０２を導入しての冷房運転に切り替わるようにする。あるいは車室内の空調設定を優先して、パワートレーンの冷却ができない場合は過熱を防ぐため出力を制限する。もしくは予めパワートレーン冷却と空調のどちらを優先するか、搭乗者が希望する動作を選択しておく仕組みを備える。
【００５１】
前述の、外気２０２を導入できないために冷気を車室内から排出できず、空冷流路１０７に導入できない場合や、外気温が高くても車室内を冷房しない場合、あるいは冷房が故障した場合に備えて、パワートレーンの出力制限を行う機能を有する。インバータ１とモータ３の温度を常時監視し、機器の許容上限温度に達しそうになった場合に出力制限を行って温度上昇による損傷を防止する。
【００５２】
構成の一部が異なる後述の実施例も含めた本発明による冷却効果の見積りについて述べる。フィンを空冷した場合の放熱量の計算には、下記の文献を参考とした。
・ASHIWAKE N, NAKAYAMA W, DAIKOKU T (Hitachi Ltd., Tsuchiura), KOBAYASHI F (Hitachi Ltd., Hadano) 「Forced convective heat transfer from LSI packages in an air-cooled wiring card array.」ASME HTD (Am Soc Mech Eng Heat Transf Div) (1983)
【００５３】
適用対象として１〜２人乗りの小型電動車両を設定すると、その動力性能は連続出力５〜１０kW程度である。モータとインバータを合わせたエネルギー効率が９０％以上だとすると、車両にはおよそ０.５〜１kW弱の冷却能力を備える必要がある。
【００５４】
モータとインバータに設けたフィンをファンで強制空冷するので、例えば、モータとインバータの温度５０℃の表面に備わる流れ方向の長さが２００mmで幅が５００mmの面に、厚さ４mm、高さ４０mmのアルミニウム製フィンが流れ方向に平行して４mm間隔で並び、まず外気温のままの３０℃の空気が流速４０００mm／ｓで当たる強制対流フィンとして放熱量を概算すると、約０.４kWの値が得られる。これに対し、空気温度を１５℃に低下させることができれば約０.６kW、同じく０℃に低下させることができれば約０.９kWの放熱量が得られる。
【００５５】
つまり、本発明で空気の温度を下げることによって、前述の適用対象とした小型電動車両の放熱をまかなうことができるようになる。
【実施例２】
【００５６】
図６、図７は、冷房装置で冷却された空気を、機器の冷却に直接利用できる構成例である。本実施例で説明しない点は、実施例１に準じる。
【００５７】
実施例１の構成に加え、冷房装置内の空気流路の送風ファン７と車室内との間と、車室内と空冷流路１０７の空冷流路中間合流点１０４を繋ぐダクト１０６の途中を接続し、その接続点を切替ダンパ１０で開閉可能とする。それとともに、送風ファン７からの車室内への吹出し流路を開閉する開閉ダンパ１１を、接続点と車室内の間に備える。接続点のダンパを開いたときは、車室内から空冷流路中間合流点１０４への流路は閉じられ、空冷流路１０７への冷気の供給は、送風ファン７から直接か、車室内からか、いずれか一方の流路を選択する構造である。送風ファン７から車室内への流路を開閉する開閉ダンパ１１と、送風ファン７からダクト１０６への流路を開閉する切替部である切替ダンパ１０の両方を閉じると、空気の流れが閉塞するため、送風ファン７の運転時は両方のダンパが同時には閉じない安全機構を備える。
【００５８】
次に、本実施例の複数の動作について説明する。  
切替ダンパ１０と開閉ダンパ１１の切替（開閉）は、電気駆動装置であるインバータ１とモータ３の温度情報と、外気２０２と車室内の空気との温度情報と、に基づいて行われる。
【００５９】
図６は、切替ダンパ１０と開閉ダンパ１１の開閉状態が、車室内気を空冷流路１０７に導入する実施例１と同等の場合の動作を示している。インバータ１とモータ３の温度が許容温度上限まで余裕があり、かつ外気２０２より車室内気の温度の方が低い場合には、送風ファン７からダクト１０６への経路上の切替ダンパ１０を閉じ、開閉ダンパ１１を開いて、実施例１と同等の動作を行う。
【００６０】
このように、ダクト１０６へ供給される車室内冷房装置により冷却された空気が、空冷流路１０７に合流する前に、車室内を経由することにより、車室内冷房のための冷気を冷却に再利用することになり、冷却にともなうエネルギーの追加消費が発生しない。
【００６１】
図７は、冷却を最優先する場合の切替ダンパ１０と開閉ダンパ１１の開閉状態と動作を示している。
【００６２】
この場合、送風ファン７からダクト１０６への切替ダンパ１０を開き、開閉ダンパ１１を閉じる。これにより、冷房装置は冷房動作をしている状態で車室内への冷房効果が一時的に停止され、空調負荷が発生しなくなり、冷房装置の全能力が、機器冷却に使われる。さらに、冷房装置によって冷やされた空気を車室内の冷房には利用しないことにより、空気の温度は搭乗者が快適に過ごせる温度に制約されない。そのため、冷凍サイクルを最大能力で運転し、例えば０℃以下まで冷やした空気を空冷流路１０７に導入することもできる。
【００６３】
このように、ダクト１０６へ供給される車室内冷房装置により冷却された空気が、空冷流路１０７に、車室内を経由せずに合流することにより、冷房装置の全能力を機器冷却に使うことができ、車室内を経由する場合より大きな冷却能力が得られる。
【００６４】
あるいは、送風ファン７からダクト１０６への切替ダンパ１０を開いた状態のまま、送風ファン７からの車室内への流路の開閉ダンパ１１を開き、その開度を調整して同時に冷房をすることもできる。この場合、送風ファン７からの空気の流れは車室内へも吹出すため、搭乗者が不快に感じる程は温度を下げられないという制約は生じるが、車室内の空気を利用するよりも強い機器の冷却と、車室内の冷房とを両立できる。
【００６５】
送風ファン７からダクト１０６への切替ダンパ１０を開いた状態では、流路上、車室内へ吹出すための冷房装置の送風ファン７で空冷流路１０７に冷気を送り込む位置関係となるが、この場合でも空冷流路中間合流点１０４の圧力はダクト１０６内よりも低い。よって、送風ファン７で冷気を送り込む作用だけでなく圧力差を利用できるので、送風ファン７の負荷が軽減されるか、あるいは送風ファン７を駆動しなくても冷気を流すことができ、エネルギー消費を低減できる。
【実施例３】
【００６６】
図８は、空冷流路中間合流点１０４の下流に冷却対象である電力配線のバスバー１２を追加した構成例である。本実施例で説明しない点は、実施例１及び実施例２に準じる。
【００６７】
インバータ１とモータ３は、三相交流による電力供給のため、３本の導通経路で接続される。モータ・インバータ一体型パワートレーン３００においては、インバータ１とモータ３の相対的な位置関係が変化せず、導通経路に柔軟性は不要であることと、電気抵抗をなるべく抑えることが望ましいことから、ケーブルではなく棒状の導電部材であるバスバー１２によって接続される。バスバー１２は、モータ３内で特に温度が上昇し易い部位のひとつであるコイル１９に直接繋がっており、バスバー１２自体も大電流が流れることによって発熱する。また、インバータ１のパワーモジュール１８とも電気的に繋がっているため、バスバー１２からインバータ１へは熱的に影響を与え易い構成である。さらに、バスバー１２の周囲を支持する絶縁材料の温度上限は、コイル１９の温度上限よりも低いことから、インバータ１とモータ３だけでなく、その間を繋ぐバスバー１２も冷却を要する。なお、これらの熱に関する状況は、通常のケーブルによる配線でも同様である。
【００６８】
そこでバスバー１２の冷却のため、バスバー１２をバスバー絶縁材１３で覆った状態で、インバータ１とモータ３の間の空冷流路１０７を貫くように配置する。
【００６９】
このように、空冷流路１０７で、インバータ１とモータ３とを接続する電力配線であるバスバー１２を冷却することによって、冷気を空冷流路１０７に導入することによる冷却能力向上の効果を、バスバー１２の冷却にも活用できる。
【実施例４】
【００７０】
図９は、モータ３の冷却部分の偏在を低減するため、モータ３表面に沿ってモータ伝熱用ヒートパイプ１４を設けた実施例である。本実施例で説明しない点は、実施例１及び実施例２に準じる。
【００７１】
空冷流路１０７がインバータ１とモータ３の間にあるため、インバータ１は発熱面をインバータ１底面に集約しているので常に均一な冷却が可能であるが、モータ３は円筒状の胴部全体からの放熱に対して、冷気を導入した場合には上部に偏って温度が下がることになる。温度分布を均一にすることでより効率良く冷却するため、モータ３のハウジングにモータ伝熱用ヒートパイプ１４を設置する。モータ３のハウジング胴部の円周方向への熱の移動を促進するため、モータ３のハウジングの曲面に沿って半円弧上のモータ伝熱用ヒートパイプ１４を、端部を上下方向にして配置する。モータ伝熱用ヒートパイプ１４は、モータの軸方向には平行に複数本並べる。モータ伝熱用ヒートパイプ１４の形状はあるいは円形でも、一部に切れ目がある円形でも良い。一部に切れ目がある円形の場合は、設置した際に上下方向の熱の移動を妨げない様、切れ目が上部か下部になるようにする。
【００７２】
このように、モータ３に、空冷用のモータフィン４と、空冷用のモータフィン４の間のモータ３表面に沿ってモータ伝熱用ヒートパイプ１４を備えたことにより、モータ３円周方向の熱の移動が促進されて、上部より下部が高温となる温度の偏りを緩和し、冷却能力を向上させることができる。
【実施例５】
【００７３】
図１０は、モータ３の熱の空冷流路１０７への放熱性を向上させるため、モータ３とヒートパイプ放熱フィン１６をフィン伝熱用ヒートパイプ１５で熱的に接続した実施例である。本実施例で説明しない点は、実施例１及び実施例２に準じる。
【００７４】
モータ３表面のモータフィン４のみでは、冷気導入時に温度が下がる空冷流路１０７に接する範囲が限られるため、モータ３上部に、空冷流路１０７に沿ったヒートパイプ放熱フィン１６を追加し、そのヒートパイプ放熱フィン１６とモータ３を複数本のフィン伝熱用ヒートパイプ１５で接続する。フィン伝熱用ヒートパイプ１５のモータ３側は、モータハウジング胴部のモータフィン４のフィンとフィンの間のハウジング表面に沿って、フィン伝熱用ヒートパイプ１５端部を下側にしてモータ３下部から上部まで這わせる。フィン伝熱用ヒートパイプ１５のヒートパイプ放熱フィン１６側は、ヒートパイプ放熱フィン１６が空冷流路１０７と平行に複数枚配置され、フィン伝熱用ヒートパイプ１５がそれらのヒートパイプ放熱フィン１６を貫いて接続される。
【００７５】
図１１は、フィンの配置を示している。フィン伝熱用ヒートパイプ１５で接続されたヒートパイプ放熱フィン１６を、モータ３表面のモータフィン４ともインバータ１底面のインバータフィン２とも平行に、モータ出力軸５方向から見てそれぞれのフィン同士が重なるように配置することで、インバータ１とモータ３の距離を抑えつつ、フィン伝熱用ヒートパイプ１５で接続されたフィンを追加することができる。
【００７６】
このように、モータ３に、第１の空冷用フィンであるモータフィン４と、モータフィン４の間のモータ３表面に沿ってフィン伝熱用ヒートパイプ１５を備え、フィン伝熱用ヒートパイプ１５のモータ３側からは離れた部分に第２の空冷用フィンであるヒートパイプ放熱フィン１６を有し、この第２の空冷用フィンであるヒートパイプ放熱フィン１６を第１の空冷流路である空冷流路１０７に流れる合流した空気で冷却することによって、これらを備えない場合に比べて、空冷流路１０７の冷気をモータ３の冷却に、より多く活用し、冷却能力を向上させることができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７８】
例えば、図１２は、冷気を合流させて空冷する対象をインバータ１のみとした構成例である。モータ３よりもインバータ１の冷却を重視する場合、冷気の導入をインバータ１に集中させることでより高い冷却効果が得られる。
【符号の説明】
【００７９】
１  インバータ
２  インバータフィン
３  モータ
４  モータフィン
５  出力軸
６  強制空冷用ファン
７  送風ファン
８  蒸発器
９  ダクト開閉弁
１０  切替ダンパ
１１  開閉ダンパ
１２  バスバー
１３  バスバー絶縁材
１４  モータ伝熱用ヒートパイプ
１５  フィン伝熱用ヒートパイプ
１６  ヒートパイプ放熱フィン
１７  支柱
１８  パワーモジュール
１９  コイル
２０  凝縮器
２１  断熱仕切り
１０１  モータ出力軸の位置
１０２  空冷流路合流点の位置
１０３  空冷流路入口
１０４  空冷流路中間合流点
１０５  空冷流路出口
１０６  ダクト
１０７  空冷流路
１０８  空冷流路の上下方向位置
２０１  走行風
２０２  外気
２０３  車室内吹出し空気
２０４  ダクト流入車室内気
３００  モータ・インバータ一体型パワートレーン
３０１  ギヤボックス
３０２  ドライブシャフト
３０３  前輪
３０４  後輪
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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