(57)【要約】      （修正有）【課題】ホイールが短時間ロックされたときでも、パワーモジュールの温度上昇の幅を小さくする。【解決手段】ホイールの内側に設置されたモータ７を駆動するためにモータ７に取り付けられ、パワーモジュール９と、ホイールの回転によって発生する空気の流れによりパワーモジュール９を冷却する冷却器１１とを備えたインバータ１において、モータ７の回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、モータ７に所定の値以上の電流が流れているとき、ホイールがロック状態になっていると判定するロック状態判定部１５と、ロック状態判定部１５によって、ホイールがロック状態になっていると判定されたときに、冷却器１１での放熱を促進する放熱促進部１７とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、
前記モータの回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、前記モータに所定の値以上の電流が流れているとき、前記ホイールがロック状態になっていると判定するロック状態判定部と、
前記ロック状態判定部によって、前記ホイールがロック状態になっていると判定されたときに、前記冷却器での放熱を促進する放熱促進部と、
を有することを特徴とするインバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータにおいて、
前記放熱促進部は、冷却液を循環させて前記冷却器での放熱を促進するものであることを特徴とするインバータ。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータにおいて、
前記ロック状態判定部によって前記ホイールのロック状態が解除されたことが検出されたとき、時間の遅れをもって前記冷却液の循環を停止するように構成されていることを特徴とするインバータ。
【請求項４】
ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、
冷却液を循環するためのポンプとこのポンプを駆動するためのポンプ駆動用モータとを備え、前記冷却液を循環させて前記冷却器での放熱を促進する放熱促進部を有し、
前記ポンプ駆動用モータは、前記モータの回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、前記モータに所定の値以上の電流が流れるときに、この電流による電磁誘導で駆動するように構成されていることを特徴とするインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータに係り、特に、ホイールの回転によってパワーモジュールを冷却するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示すように、インバータ３０３をサスペンションアーム３０５に固定している車輌駆動装置３０１が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図７、図８で示すように、転舵されるホイール３２３内にモータ３２５とインバータ３２７とを配設し、ホイール３２３が回転することでホイール３２３に設けられた羽根３２８で空気の流れを起こし、インバータ３２７を冷却する車輌駆動装置３２１が考えられる。
【０００４】
インバータ３２７には、図９で示すように、放熱器（ヒートシンク）３２９が設けられている。そして、主にヒートシンク３２９に、羽根３２８で発生した空気流をあてることで、インバータ３２７を冷却している。
【０００５】
また、インバータ３２７には、図１０で示すように、発熱体であるパワー半導体素子３３１が設けられており、パワー半導体素子３３１で発生した熱をヒートシンク３２９から放散するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６１０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図６に示すものでは、インバータ３０３をサスペンションアーム３０５に固定しているので、モータ３０７とインバータ３０３との間に三相の３本の太い配線３０９が延びており、転舵するときの妨げになっている。
【０００８】
また、図７、図８で示すものでは、たとえば、図１等で示すように、ホイール３２３が設けられている車輌３５１が停止してから段差３５３等の障害物を乗り越える場合などに、ホイール３２３が短時間（秒単位の時間）ロックすると、インバータ３２７に大電流が流れて発熱する。しかし、ホイール３２３がロックされていて回転しないので、羽根３２８による空気の流れが発生せず、インバータ３２７の温度が、たとえば、一時的ではあるが、上限温度よりも上昇してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、ホイールが短時間ロックされたときでも、パワーモジュール（パワー半導体素子）の温度上昇の幅を小さくすることができるもの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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、前記モータの回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、前記モータに所定の値以上の電流が流れているとき、前記ホイールがロック状態になっていると判定するロック状態判定部と、前記ロック状態判定部によって、前記ホイールがロック状態になっていると判定されたときに、前記冷却器での放熱を促進する放熱促進部とを有するインバータである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインバータにおいて、前記放熱促進部は、冷却液を循環させて前記冷却器での放熱を促進するものであるインバータである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインバータにおいて、前記ロック状態判定部によって前記ホイールのロック状態が解除されたことが検出されたとき、時間の遅れをもって前記冷却液の循環を停止するように構成されているインバータである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、冷却液を循環するためのポンプとこのポンプを駆動するためのポンプ駆動用モータとを備え、前記冷却液を循環させて前記冷却器での放熱を促進する放熱促進部を有し、前記ポンプ駆動用モータは、前記モータの回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、前記モータに所定の値以上の電流が流れるときに、この電流による電磁誘導で駆動するように構成されているインバータである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ホイールの内側に設置されたモータを駆動するために前記モータに取り付けられ、パワーモジュールと、前記ホイールの回転によって発生する空気の流れにより前記パワーモジュールを冷却する冷却器とを備えたインバータにおいて、ホイールが短時間ロックされたときでも、パワーモジュール（パワー半導体素子）の温度上昇の幅を小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータが使用されている車輌が、段差を越えようとしているときの状態を示す図である。
【図２】発明の実施形態に係るインバータとモータとを備えた車輌駆動装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】発明の実施形態に係るインバータの概略構成を示す断面図である。
【図４】発明の実施形態に係るインバータの駆動方式を示す図である。
【図５】従来のインバータと本発明の実施形態に係るインバータとにおけるパワーモジュールの温度変化を示す図である。
【図６】従来の車輌駆動装置を示す図である。
【図７】従来の車輌駆動装置を示す図である。
【図８】従来の車輌駆動装置を示す図である。
【図９】従来の車輌駆動装置を示す図である。
【図１０】インバータに設けられているパワー半導体素子で発生した熱を、図９のＸ部のヒートシンクから発散する態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るインバータ１は、たとえば、図１、図２で示すように、車輌３のホイール５を回転駆動するモータ（ホイール駆動モータ）７を駆動するためのものであり、パワーモジュール９と冷却器１１とを備えて構成されている。
【００１７】
モータ７は、ホイール５の内側に設置されており（内蔵されており）、インバータ１は、モータ７に取り付けられており（インバータ１がモータ７の筐体１３に一体的に設置されていてホイール５の内側に設置されており）、モータ７を駆動するようになっている。
【００１８】
冷却器１１は、ホイール５の回転によって発生する空気の流れ（風）によりパワーモジュール９を冷却するようになっている。
【００１９】
また、インバータ１には、ロック状態判定部１５と放熱促進部１７とが設けられている。
【００２０】
ロック状態判定部１５は、モータ７の回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、モータ７に所定の値以上の電流（大電流）が流れているとき、ホイール５がロック状態になっていると判定するようになっている。
【００２１】
放熱促進部（放熱加速部）１７は、ロック状態判定部１５によってホイール５がロック状態になっていると判定されたときに、冷却器１１の放熱部（ヒートシンク）１９での放熱を促進（加速）するようになっている。
【００２２】
また、放熱促進部１７は、冷却液２１を冷却器１１の放熱部１９に流し循環させて攪拌しながら冷却器１１の放熱部１９での放熱を促進するようになっている。
【００２３】
ロック状態判定部１５は、ホイール５がロック状態になっていない状態（回転している状態）も検出できるようになっており、ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が検出されていないときには、冷却器１１での放熱促進部１７による放熱の促進は停止されるようになっている（冷却器１１での冷却液２１の循環をしないようになっている）。
【００２４】
ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が検出されたときに、冷却器１１での冷却液２１の循環を開始し、ホイール５のロック状態が検出されているときには、冷却器１１での冷却液２１の循環をし続けるようになっている。
【００２５】
そして、ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が解除されたことが検出されたとき、時間の遅れをもって冷却液２１の循環を停止するように構成されている。すなわち、ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が解除されたことが検出された時刻から所定の時間が経過したときに、冷却液２１の循環を停止するように構成されている。
【００２６】
また、冷却液２１が、パイプ２３と放熱部１９にあけられた貫通孔２５とで環状に形成された循環路２７の内部のみを流れることで循環するようになっている。
【００２７】
より詳しく説明すると、モータ７の回転出力軸は、たとえば、減速機を介してホイール５に接続されており（直結されており）、モータ７の回転出力軸が回転することで、ホイール５が回転するようになっている。また、ホイール５の回転を停止させるような大きな力（負荷）がホイール５に加わると、モータ７の回転出力軸が回転しようとしているにもかかわらず、モータ７の回転出力軸が停止してしまう。なお、ホイール５は、サスペンションアームに回転自在に支持されており、モータ７の筐体１３は、サスペンションアームに一体的に支持されている。
【００２８】
ホイール５には、この回転によってパワーモジュール９を冷却する空気の流れを発生する羽根３１が設けられている。ホイール５の回転速度は、たとえば、図示しない回転速度検出器で検出されるようになっている。モータ７に流れる電流は、図示しない電流検出器によって検出されるようになっている。
【００２９】
モータ７の回転速度が急激に所定値以下になるとは、短い時間で、モータ７の回転出力軸の回転速度が「０」になるかもしくは所定の極めて小さい回転速度（とえば１０ｒｅｖ／ｍｉｎ）以下の回転速度になることである。
【００３０】
モータ７に所定の値以上の電流が流れるとは、たとえば、モータ７の定格電流を超えた電流が流れることである。
【００３１】
モータ７の回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、モータ７に所定の値以上の電流が流れて、ホイール５がロック状態になる場合として、たとえば、図１等で示すように、ホイール５が、路面の段差３３などの障害物に当接して障害物を乗り越える場合を掲げることができる。
【００３２】
さらに説明すると、モータ７の回転出力軸の回転中心と、ホイール５の回転中心とがお互いが一致しており、モータ７の回転出力軸は、ホイール５の回転中心軸の延伸方向でモータ７の筐体１３から外側に突出している。
【００３３】
図２で示すように、羽根３１は、複数枚設けられており、モータ７の回転出力軸（ホイール５でもよい）の外周から放射状に突出している。
【００３４】
インバータ１の筐体４５は、モータ７の筐体１３に一体的に設けられている。また、パワーモジュール９がインバータ１の筐体４５内に設けられており、インバータ１の筐体４５からは２本の電線（パワーモジュール９等に電力を供給するための電線）３５が延出している。
【００３５】
また、インバータ１の筐体４５は、モータ７の筐体１３の面（回転出力軸とは反対側の円形状の平面）３７に設けられている。そして、ホイール５の回転中心軸の延伸方向で、ホイール５の外側からホイール５やモータ７を見ると、モータ７の筐体１３に隠れていることで、インバータ１の筐体４５が見えないようになっている。
【００３６】
冷却器１１と放熱促進部１７とは、インバータ１の筐体４５の上側の面（平面）でインバータ１の筐体４５一体的に設けられている。冷却器１１の放熱部１９は、図１０を用いて説明したように、矩形な平板状の下側部位４１とフィン４３とを備えて構成されている。
【００３７】
下側部位４１は、インバータ１の筐体４５の上面に接触しており、フィン４３は、下側部位４１の上面から上方に突出している。下側部位４１が接しているインバータ１の筐体４５の部位の内面には、図１０で説明したように、インバータ１の主たる発熱源でありパワーモジュール９を構成しているパワー半導体素子（図２等では図示せず）が設けられている。
【００３８】
また、ホイール５の回転中心軸の延伸方向で、ホイール５の外側からホイール５やモータ７を見ると、モータ７の筐体１３に隠れること無く、放熱部１９（少なくともフィン４３）が見えるようになっている。フィン４３やフィン４３の間の間隙４７は、ホイール５の回転中心軸の延伸方向に延びている。
【００３９】
そして、ホイール５が回転すると、ホイール５の回転中心軸の延伸方向で、モータ７の回転出力軸からモータ７の筐体１３側に向かう空気の流れが発生し、この空気の流れが、放熱部１９を冷却するようになっている。
【００４０】
ホイール５がロックしている状態では、空気の流れが止まり、パワーモジュールの温度上昇が速くなる。
【００４１】
放熱促進部１７は、上述した冷却液２１の循環路２７と、冷却液２１を循環させるためのポンプ（冷却液循環用ポンプ）４９とポンプ４９を駆動するためにポンプ４９に隣接し一体的に設けられたポンプ駆動用モータ５１とを備えて構成されている。
【００４２】
循環路２７は、放熱部１９の下側部位４１を貫通している貫通孔２５と、放熱部１９の下側部位４１の外部に設けられているパイプ２３とで環状に構成されている。パイプ２３の途中にポンプ４９が設けられている。
【００４３】
なお、パイプ２３、ポンプ４９およびポンプ駆動用モータ５１は、すでに理解されるように、インバータ１の筐体４５の上面に設けられている。また、ホイール５の回転中心軸の延伸方向で、ホイール５の外側からホイール５やモータ７を見ると、モータ７の筐体１３に隠れること無く、パイプ２３、ポンプ４９およびポンプ駆動用モータ５１が見えるようになっている。
【００４４】
そして、ロック状態判定部１５によって、ホイール５がロック状態になっていると判定されたとき、ポンプ４９が稼動し、循環路２７を冷却液が循環し、攪拌しながら放熱部１９を冷やすようになっている。
【００４５】
なお、図３で示すように、放熱部１９の下側部位４１の貫通孔２５内に、放熱部１９と冷却液２１との間の熱交換を促進するための網状部材５５を設けてもよい。さらに、網状部材５５に代えて、網状部材５５を図３の紙面の直交する方向で所定の距離（たとえば貫通孔２５のほぼ全長）移動したときに網状部材５５の軌跡で現される構造体を、網状部材５５に代えて貫通孔２５内に設けてもよいし、他の形状の構造体を貫通孔２５内に設けてもよい。
【００４６】
また、図２に示すものでは、パイプ２３のうちの、放熱部１９と平行に前後方向に延伸している部位５３が、ホイール５に回転による空気の流れ方向で、放熱部１９の下流側に位置しているが、上流側に位置していてもよい。
【００４７】
また、ホイール５は円環状に形成されており、モータ７とインバータ１の筐体４５と冷却器１１と放熱促進部１７とは、環状のホイール５の内部に位置しており、ホイール５の回転によって発生する空気は、環状のホイール５の内部を流れるようになっている。ホイール５の回転中心軸の延伸方向と、上下方向と前後方向とはお互いがほぼ直交している。
【００４８】
ここで、インバータ１の動作について説明する。なお、インバータ１は、たとえば、インバータ１に設けられている制御部（ＣＰＵを含む制御部）の制御の下、動作するようになっている。
【００４９】
初期状態では、モータ７によってホイール５が回転し、ホイール５の回転によって発生する空気の流れと冷却器１１とにより、パワーモジュール９が冷却されており、放熱促進部１７のポンプ４９は停止している。冷却液２１は、ホイール５の回転によって発生する空気の流れによって冷却されている。
【００５０】
上記初期状態において、ロック状態判定部１５によってホイール５がロック状態になっていると判定されると、放熱促進部１７のポンプ４９が稼動し、冷却液２１の循環が始まり、ホイール５が回転していない状態であっても、放熱部１９が冷却される。
【００５１】
ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が解除されたことが判定されると、所定の時間経過後に、放熱促進部１７のポンプ４９が停止し、上記初期状態に戻る。
【００５２】
インバータ１によれば、ロック状態判定部１５によってホイール５がロック状態になっていると判定されたときに、冷却器１１での放熱を放熱促進部１７が促進するように構成されているので、ホイール５がロックされたときに、パワーモジュール９（パワー半導体素子）の温度上昇の幅を小さくすることができる。
【００５３】
すなわち、冷却器１１での放熱を放熱促進部１７が促進するように構成されているので、ホイール５がロックしたときに流れる大電流による発熱で、パワーモジュール９（パワー半導体素子）が高温になることを遅らせることができ、ホイール５が短時間ロックされたときに、パワーモジュール９（パワー半導体素子）の温度上昇の幅を小さくすることができる。
【００５４】
図５を用いて説明する。図５の横軸は、時刻の経過を示しており、縦軸は、パワーモジュール９（パワー半導体素子）の温度を示している。図５に示す線図Ｇ２は、放熱促進部１７が設けられていない場合の温度の上昇を示しており、図５に示す線図Ｇ１は、放熱促進部１７等が設けられている本願のパワーモジュール９の温度の上昇を示している。
【００５５】
図５で明らかなように、ホイール５がロックされたときの、パワーモジュール９（パワー半導体素子）の温度上昇の幅が小さくなっている。
【００５６】
また、インバータ１によれば、通常（ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が検出されていないとき）、冷却器１１での放熱促進部１７による放熱の促進はしないようになっている（冷却器１１の冷却液２１の循環をしないようになっている）ので、エネルギーの無駄が無く省エネ構造になっている。
【００５７】
また、インバータ１によれば、パワーモジュール９がモータ７に設置されているので、図６に示す従来のもののような配線３０９が不要になり、図２に示すように２本の配線３５だけでよいので、配線３５がホイール５を転舵するときの妨げになることはほぼ無くなる。
【００５８】
また、インバータ１によれば、放熱促進部１７が熱容量の大きい冷却液２１を循環させて冷却器１１での放熱を促進するように構成されているので、パワーモジュール９（パワー半導体素子）の温度上昇の幅を確実に小さくすることができる。
【００５９】
また、インバータ１において、ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が解除されたことが検出されたときただちに（時間をあけすぐに）冷却液２１の循環を停止するように構成されていると、冷却液２１の循環路２７の中（特にヒートシンク１９内を通っている部位）の冷却液２１が高温状態のまま残ってしまい、すぐ次のロック状態にホイール５がなったときに十分な冷却ができない。
【００６０】
しかし、インバータ１によれば、ロック状態判定部１５によってホイール５のロック状態が解除されたことが検出されたとき、時間の遅れをもって冷却液２１の循環を停止するように構成されているので、冷却液２１が、たとえば、ヒートシンク１９内以外の循環路（パイプ２３）で空冷され、すぐ次のロック状態にホイール５がなったときでも、十分な冷却をするができる。
【００６１】
また、インバータ１によれば、冷却液２１が、パイプ２３とヒートシンク１９にあけられた貫通孔２５とで環状に形成された循環路２７のみの内部を流れることで循環するように構成されているので、装置の構成が簡素化されている。
【００６２】
なお、上述したインバータ１では、冷却液２１を循環するポンプ駆動用モータ５１への電力の供給を、たとえば、パワーモジュール９のところからの配線（図示せず）で行っているが、図４で示すように、電磁誘導によって、ポンプ駆動用モータ５１への電力の供給をするように構成されていてもよい。
【００６３】
すなわち、インバータ１が、冷却液２１を循環するためのポンプ４９とこのポンプ４９を駆動するためのポンプ駆動用モータ５１とを備え、冷却液２１を冷却器１１の放熱部１９に循環させて冷却器１１の放熱部１９での放熱を促進する放熱促進部１７を有し、ポンプ駆動用モータ５１が、モータ７の回転速度が急激に所定値以下になり、しかも、モータ７に所定の値以上の電流（大電流）が流れるときに、この電流による電磁誘導で駆動するように構成されていてもよい。この場合、たとえば、大電流による電磁誘導で発生した電力をコンデンサタイマに蓄積し、この蓄積された電力でポンプ駆動用モータ５１を稼動するようになっているものとする。
【００６４】
このように構成されたインバータ１によれば、ポンプ駆動用モータ５１が電磁誘導で駆動するように構成されているので、ポンプ駆動用モータ５１への外部からの配線が不要になり、装置の構成を簡素化することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  インバータ
５  ホイール
７  モータ
９  パワーモジュール
１１  冷却器
１５  ロック状態判定部
１７  放熱促進部
２１  冷却液
【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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