(57)【要約】【課題】冷却ファンを駆動する電動モータを制御する制御装置のヒートシンクによる空力騒音の低減を図ると共に、ヒートシンクの一層の小型化を図る。【解決手段】冷却装置１は、ラジエータコア22で放熱した冷却水が流入する出口タンク23を有するラジエータ２と、冷却ファン３を駆動するブラシレスモータ５と、ブラシレスモータ５を制御する制御装置６とを備える。制御装置６は、第１回路素子群63を有する第１制御部61と、第１回路素子群63よりも発熱量が大きい第２回路素子群を有する第２制御部62とに分割される。出口タンク23に取り付けられる第２制御部62は、出口タンク23内の冷却水に接触する放熱フィンを有するヒートシンクを有する。該ヒートシンクの全体は、冷却ファン３の回転中心線Ｌの方向から見て冷却ファン３と重ならない部位に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却流体が流通する放熱コアと該放熱コアにて冷却風に放熱した後の前記被冷却流体が液体状態で流入する出口タンクとを有する放熱装置と、前記冷却風を発生させる冷却ファンを駆動する電動モータと、該電動モータを制御する制御回路を構成する回路素子群が発生する熱を放熱するヒートシンクを有する制御装置と、を備える冷却装置において、
前記ヒートシンクの全体は、前記冷却ファンの回転中心線方向から見て前記冷却ファンと重ならない部位に配置され、前記ヒートシンクは、前記出口タンク内の液体状態の前記被冷却流体に接触する放熱部を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記回路素子群は、第１回路素子群と、該第１回路素子群よりも発熱量が大きい第２回路素子または第２回路素子群とから構成され、前記制御装置は、前記第１回路素子群を有する第１制御部と、前記第２回路素子または前記第２回路素子群を有する第２制御部とに分割され、前記第２制御部が前記ヒートシンクを有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記放熱コアは、前記出口タンクに接続されると共に前記被冷却流体が流通する伝熱管を有し、前記放熱部は前記出口タンク内に突出する放熱用突出部から構成され、該放熱用突出部は、前記伝熱管からの液体状態の前記被冷却流体が前記伝熱管の延長上で衝突する位置にあることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被冷却流体が流通する放熱装置に送る冷却風を発生する冷却ファンを駆動する電動モータを備える冷却装置に関し、詳細には、電動モータの作動を制御する制御装置に備えられるヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のラジエータや空調装置のコンデンサを冷却する冷却風を発生する冷却ファンを駆動する電動モータとして、例えばブラシレスモータが採用されている。ブラシレスモータは、ブラシ付きモータに比べ、出力が大きくかつ効率が高い一方で、その制御装置の制御回路を構成する回路素子群からの発熱量も大きい。このため、ブラシレスモータの制御回路には、特許文献１に開示された技術のように空気に曝されて冷却される空冷式ヒートシンクが設けられ、このヒートシンクにより制御装置が冷却される。
【０００３】
そして、空冷式シートシンクによる放熱量を増加させるために、ヒートシンクの放熱フィンを冷却ファンの後流または吸込流中に配置することもある。しかしながら、冷却ファンの後流または吸込流中に配置されたヒートシンクの放熱フィンは、多量の渦を発生させ、しかも発生した渦が冷却風の円滑な流れを阻害して圧力変動を発生させる結果、空力騒音の発生原因となり、また風量の低下を招来する。
【０００４】
また、ヒートシンクからの放熱量を増加させるために、水に放熱する水冷式ヒートシンクも知られている。例えば、特許文献２に開示された水冷式ヒートシンクは、エンジン用ラジエータのタンクの外面を貫通して設けられ、該タンク内の冷却水中に露出している。
【特許文献１】特開平１１−３３２２０３号公報
【特許文献２】特開平１１−１９２９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却ファンを駆動する電動モータを制御する制御装置の発熱量が大きい場合には、ヒートシンクを冷却風を当てて所要の放熱性能を確保するにしても、空冷式ヒートシンクでは、放熱フィンが大型化して空力騒音が増加する難点がある。一方、液冷式ヒートシンクを使用することにより、空冷式のものに比べて小型化は可能であるものの、さらなる小型化が望ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、冷却ファンを駆動する電動モータを制御する制御装置のヒートシンクによる空力騒音の低減を図ると共に、ヒートシンクの一層の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、被冷却流体が流通する放熱コアと該放熱コアにて冷却風に放熱した後の前記被冷却流体が液体状態で流入する出口タンクとを有する放熱装置と、前記冷却風を発生させる冷却ファンを駆動する電動モータと、該電動モータを制御する制御回路を構成する回路素子群が発生する熱を放熱するヒートシンクを有する制御装置と、を備える冷却装置において、前記ヒートシンクの全体は、前記冷却ファンの回転中心線方向から見て前記冷却ファンと重ならない部位に配置され、前記ヒートシンクは、前記出口タンク内の液体状態の前記被冷却流体に接触する放熱部を有する冷却装置である。
【０００８】
これによれば、ヒートシンクの全体は、回転中心線方向での冷却ファンの投影領域内において回転中心線方向での冷却風に曝されないので、ヒートシンクによる渦の発生が大幅に低減する。さらに、回路素子群が発生する熱は、ヒートシンクを通じて、放熱コアで放熱した後の低温の液体状態の被冷却流体に放熱するので、放熱コアでの放熱前の被冷却流体に放熱する場合に比べて、放熱量が増加し、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷却装置において、前記回路素子群は、第１回路素子群と、該第１回路素子群よりも発熱量が大きい第２回路素子または第２回路素子群とから構成され、前記制御装置は、前記第１回路素子群を有する第１制御部と、前記第２回路素子または前記第２回路素子群を有する第２制御部とに分割され、前記第２制御部が前記ヒートシンクを有するものである。
【００１０】
これによれば、回路素子群のうちで発熱量が大きくて冷却要求が高い一部の回路素子群である第２回路素子群が、第１回路素子群から分離され、第２回路素子群が発生する熱がヒートシンクを通じて出口タンク内の被冷却流体に放熱されるので、第１，第２回路素子群に対して一つのヒートシンクが使用される場合に比べて、第１，第２回路素子群のそれぞれに対する所要の冷却性能が確保されたうえで、ヒートシンクが小型化される。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の冷却装置において、前記放熱コアは、前記出口タンクに接続されると共に前記被冷却流体が流通する伝熱管を有し、前記放熱部は前記出口タンク内に突出する放熱用突出部から構成され、該放熱用突出部は、前記伝熱管からの液体状態の前記被冷却流体が前記伝熱管の延長上で衝突する位置にあるものである。
【００１２】
これによれば、伝熱管から出口タンクに流入した低温の液体状態の被冷却流体が、伝熱管から出口タンク内に流入したときの慣性で放熱用突出部に衝突するので、温度境界層が極めて薄くなって、低温の被冷却流体との接触により放熱用突出部での放熱量が増加し、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、ヒートシンクによる渦の発生が大幅に低減するので、該渦の発生による空力騒音が大幅に低減するとともに、冷却ファンの風量が増加する。しかも、回路素子群の熱が放熱コアで放熱した後の液体状態の被冷却流体に放熱されることでヒートシンクの放熱性能が向上するので、ヒートシンクの小型化が可能になる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、回路素子群のうちで冷却要求が高い第２回路素子群の熱がヒートシンクを通じて出口タンク内の被冷却流体に放熱されるので、回路素子群の所要の冷却性能が確保されたうえで、ヒートシンクの小型化が可能になる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、伝熱管からの被冷却流体の放熱用突出部への衝突によりヒートシンクの放熱性能が向上するので、ヒートシンクの小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明に係る冷却装置１は、車両に搭載される水冷式内燃機関に備えられる。車両の前部に配置される前記内燃機関は、水ジャケットが形成された機関本体を備え、冷却装置１を構成するラジエータ２は前記機関本体の前方に配置される。
【００１７】
前記機関本体を冷却して高温になった前記水ジャケットの冷却水を冷却するための冷却装置１は、該水ジャケットからの被冷却流体としての冷却液である冷却水が流通する放熱装置としてのラジエータ２と、ラジエータ２を流通している冷却水からの放熱を促進するための冷却風を発生させる冷却ファン３と、冷却ファン３を覆うシュラウド４と、冷却ファン３を駆動する電動モータとしてのブラシレスモータ５と、ブラシレスモータ５の作動を制御する制御回路を構成する回路素子群Ｃが発生する熱を放熱するヒートシンク65を有する制御装置６とを備える。
【００１８】
ラジエータ２は、前記機関本体からの高温の冷却水をラジエータ２に導く入口導管が接続される入口部21ａを有する入口タンク21と、入口タンク21内の冷却水が流入する多数の偏平な伝熱管22ａを備える放熱コアとしてのラジエータコア22と、ラジエータコア22で冷却風に放熱した後の低温になった冷却水が各伝熱管22ａから流入して集合する出口タンク23とを備える。したがって、伝熱管22ａで放熱した後の冷却水は、入口タンク21内の冷却水に比べて低温の冷却水として、液体状態で出口タンク23に流入する。出口タンク23は、ラジエータ２からの低温の冷却水を水ポンプに導く出口導管が接続される出口部23ａを有する。
【００１９】
入口タンク21と出口タンク23とに挟まれて配置されるラジエータコア22は、両タンク21，23を連通させるべく各タンク21，23の壁の一部分を構成する支持プレート（図２，３に出口タンクの支持プレート23ｂが示されている。）に液密に接続される各伝熱管22ａのほかに、各伝熱管22ａから冷却風への熱伝達を促進すべく各伝熱管22ａの外面にろう付けされて接触する伝熱フィン22ｂを備える。
【００２０】
冷却ファン３は、ブラシレスモータ５に駆動連結されるボス部31と、ボス部31から径方向に延びてボス部31に一体成形により連結される複数の羽根32と、各羽根32の外端部同士を結合する円環状の外側リング33とが、合成樹脂により一体成形された軸流式ファンである。冷却ファン３は、冷却風に関して、ラジエータコア22の下流で、冷却ファン３の回転中心線Ｌが延びる方向（以下、「回転中心線方向」という。）でラジエータコア22に対向するように配置されて、ラジエータコア22を通過した冷却風、したがって冷却空気を吸引することにより、ラジエータコア22にその上流から流入する冷却風を発生させる。
【００２１】
そして、前記機関本体を冷却した冷却水は、前記水ジャケットから流出して入口タンク21に流入し、次いで各伝熱管22ａを流通する途中で冷却風により冷却されて低温になった後、出口タンク23に流入する。出口タンク23の低温の冷却水は、前記水ポンプにより圧送されて前記機関本体の前記水ジャケットに供給されて、燃焼熱により高温となる該機関本体を冷却する。
【００２２】
ところで、ラジエータ２と冷却ファン３との間で導風路を形成するシュラウド４は、矩形状の外周縁を有すると共にラジエータ２を保持する保持部41と、保持部41の下流側に位置して冷却ファン３の径方向外方を覆う筒状の覆い部42とを備える。保持部41は金属製の板材により形成され、覆い部42は、該覆い部42を保持部41に取り付けるためのフランジ43と共に合成樹脂により一体成形される。
【００２３】
ブラシレスモータ５は、シュラウド４に結合されて固定されるホルダ51と、該ホルダ51に固定されるステータ52と、ステータ52に軸受を介して回転可能に支持される支持軸53ａを有すると共に外周部でボス部31に一体回転可能に結合されるロータ53とを備える。
【００２４】
制御装置６は、ブラシレスモータ５の回転速度を制御する第１制御部61と、第１制御部61からの指令によりアマチュアコイルへの電流のオン・オフを行う第２制御部62とに分割される。そして、第１，第２制御部61，62は、冷却装置１において、回転中心線方向から見て冷却ファン３と重ならない部位に、互いに分離した状態で配置される。なお、配線は、図１において二点鎖線で模式的に示されている。
【００２５】
図２を併せて参照すると、回転中心線Ｌよりも出口タンク23寄りの位置で保持部41に取り付けられる第１制御部61は、ケース61ａ内に収納される回路基板、集積回路、電解コンデンサなどを含む多数の電子部品から構成される第１回路素子群63を有する。一方、出口タンク23に取り付けられる第２制御部62は、ケース62ａ内に収納される回路基板、パワートランジスタ、シャント抵抗器などを含む複数の電子部品から構成される第２回路素子群64を有する。それゆえ、第１，第２回路素子群63，64により前記制御回路を構成する前記回路素子群Ｃが構成される。
【００２６】
また、第２回路素子群64の発熱量は、第１回路素子群63の発熱量よりも大きい。このため、第２制御部62は、第２回路素子群64が発生する熱を放熱するヒートシンク65を有する。
ヒートシンク65は、その全体が、冷却装置１のラジエータ２において、回転中心線方向から見て冷却ファン３と重ならない部位に配置されるように、出口タンク23の、回転中心線方向で冷却ファン３寄りの壁23ｃに、シール部材66を介して液密に取り付けられる。
【００２７】
図２，図３を参照すると、熱伝導率が大きい金属からなるヒートシンク65は、第２回路素子群64を構成する複数のパワートランジスタなどが回路基板を介して取り付けられる基部65ａと、基部65ａから出口タンク23内に向かって突出して出口タンク23内の冷却水に接触する放熱部を構成する放熱用突出部としての放熱フィン65ｂとを有する。放熱フィン65ｂは、壁23ｃに設けられた貫通孔を貫通して出口タンク23内で延びている。
【００２８】
放熱フィン65ｂは、少なくとも１つの伝熱管22ａ、好ましくは複数の伝熱管22ａに対して、該伝熱管22ａ内の冷却水の流れ方向での伝熱管22ａの延長上に配置されていて、伝熱管22ａから出口タンク23内に流入した低温の冷却水が、伝熱管22ａの延長上で衝突する位置にある。
【００２９】
一方、第１制御部61は金属製の保持部41（図１参照）に取り付けられることから、保持部41は第１回路素子群63が発生する熱を放熱するヒートシンク65となっている。
【００３０】
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
冷却ファン３を駆動するブラシレスモータ５を制御する第２制御部62のヒートシンク65の全体は、ラジエータ２において回転中心線方向から見て冷却ファン３と重ならない部位に配置され、ヒートシンク65は、出口タンク23内の冷却水に接触する放熱フィン65ｂを有することにより、ヒートシンク65の全体は、回転中心線方向での冷却ファン３の投影領域内において回転中心線方向での冷却風に曝されないことから、ヒートシンク65による渦の発生が大幅に低減するので、該渦の発生による空力騒音が大幅に低減するとともに、冷却ファン３の風量が増加する。さらに、第２回路素子群64が発生する熱は、ヒートシンク65を通じて、ラジエータコア22で放熱した後の低温の冷却水に放熱するので、ラジエータコア22での放熱前の冷却水に放熱する場合に比べて、放熱量が増加し、ヒートシンク65の放熱性能が向上するので、ヒートシンク65の小型化が可能になる。
【００３１】
制御装置６の回路素子群Ｃは、第１回路素子群63と、第１回路素子群63よりも発熱量が大きい第２回路素子群64とから構成され、制御装置６は、第１回路素子群63を有する第１制御部61と、第２回路素子群64を有する第２制御部62とに分割され、第２制御部62がヒートシンク65を有することにより、回路素子群Ｃのうちで発熱量が大きくて冷却要求が高い一部の回路素子群である第２回路素子群64が、第１回路素子群63から分離され、第２回路素子群64が発生する熱がヒートシンク65を通じて出口タンク23内の冷却水に放熱されるので、第１，第２回路素子群63，64に対して一つのヒートシンクが使用される場合に比べて、第１，第２回路素子群63，64のそれぞれに対する所要の冷却性能が確保されたうえで、ヒートシンク65が小型化される。この結果、回路素子群Ｃの所要の冷却性能が確保されたうえで、ヒートシンク65の小型化が可能になる。
【００３２】
ラジエータコア22は、出口タンク23に接続される伝熱管22ａを有し、ヒートシンク65の前記放熱部は出口タンク23内に突出する放熱フィン65ｂから構成され、放熱フィン65ｂは、伝熱管22ａからの冷却水が伝熱管22ａの延長上で衝突する位置にあることにより、伝熱管22ａから出口タンク23に流入した低温の冷却水が、伝熱管22ａから出口タンク23内に流入したときの慣性で放熱フィン65ｂに衝突することから、温度境界層が極めて薄くなって、低温の冷却水との接触により放熱フィン65ｂでの放熱量が増加し、ヒートシンク65の放熱性能が向上するので、ヒートシンク65の小型化が可能になる。
【００３３】
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
冷却装置１は、車両以外に使用される内燃機関に備えられてもよく、さらに内燃機関以外の機器、例えば空調装置に備えられてもよい。そして、空調装置に備えられる場合、放熱装置は、冷却風に放熱する被冷却流体としての冷媒を凝縮するコンデンサであり、入口タンクで気体状態の冷媒は、伝熱管を流通する際に放熱して凝縮し、出口タンクには液体状態で伝熱管から流入する。
【００３４】
前記放熱用突出部は、１つまたは複数の円柱状の放熱ピンにより構成されてもよく、その場合にも、前記実施形態と同様に、前記各ピンが、伝熱管22ａからの冷却水または液体状態の被冷却流体が衝突する位置にあるようにすることにより、放熱効果が一層高められる。
【００３５】
前記電動モータは、ブラシレスモータ５以外のモータであってもよい。第２制御部62は、単一の電子部品からなる第２回路素子を有していてもよい。また、保持部41および覆い部42は合成樹脂により一体成形されてもよい。冷却ファン３は、ラジエータ２の上流に回転中心線方向でラジエータコア22に対向するように配置されて、圧送された冷却風を冷却風に送るファンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示し、本発明に係る冷却装置を冷却風の下流側から見た図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…冷却装置、２…ラジエータ、３…冷却ファン、４…シュラウド、５…ブラシレスモータ、６…制御装置、21…入口タンク、22…ラジエータコア、23…出口タンク、61…第１制御部、62…第２制御部、63…第１回路素子群、64…第２回路素子群、65…ヒートシンク、65ｂ…放熱フィン、Ｌ…回転中心線、Ｃ…回路素子群。
【図１】
2006077646.tif 000003
【図２】
2006077646.tif 000004
【図３】
2006077646.tif 000005