(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータの冷却効率を向上させることのできる車両用インバータの冷却装置を提供する。【解決手段】複数のインバータ素子４ａ〜４ｃを含む車両用のインバータ４に接し、冷却水路３を介して流通する冷却水１００によってインバータ４を冷却する車両用インバータの冷却装置１であって、冷却水路３の一部は、冷却水１００を空冷するラジエータ２を経てインバータ４に接するように配設され、空調用冷媒を循環させて車内空調を行う空調システム７で発生されるドレン水１１を貯留するドレン水貯留手段１２と、ドレン水貯留手段１２から供給される水Ｗを、インバータ４の直前に位置する冷却水路３の表面に対して噴射して冷却する噴射手段１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインバータ素子（４ａ〜４ｃ）を含む車両用のインバータ（４）に接し、冷却水路を（３）介して流通する冷却水（１００）によって前記インバータを冷却する車両用インバータの冷却装置（１）であって、
前記冷却水路の一部は、前記冷却水を空冷するラジエータ（２）を経て前記インバータに接するように配設され、
空調用冷媒を循環させて車内空調を行う空調システム（７）で発生されるドレン水（１１）を貯留するドレン水貯留手段（１２）と、
前記ドレン水貯留手段から供給される水（Ｗ）を、前記インバータの直前に位置する前記冷却水路の表面に対して噴射して冷却する噴射手段（１５）と
を備えることを特徴とする車両用インバータの冷却装置。
【請求項２】
前記噴射手段の噴射動作を制御する制御手段（２０）と、
前記インバータの温度を測定する温度測定手段（２１）と、
前記インバータを流れる電流値を検出する電流値検出手段（２２）と
をさらに備え、
前記制御手段は、前記インバータの温度が所定の温度閾値以上であり、且つ、前記電流値が所定の電流閾値以上であるときに前記噴射手段が動作するように制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項３】
前記ドレン水貯留手段の貯水量を検出する貯水量検出手段（１４）と、
前記温度閾値および前記電流閾値を設定する閾値設定手段（２３）と
をさらに備え、
前記閾値設定手段は、前記貯水量検出手段の検出結果により貯水量が増加傾向にある場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより低く設定し、貯水量が減少傾向にある場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより高く設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項４】
前記ドレン水貯留手段の貯水量を検出する貯水量検出手段（１４）と、
前記温度閾値および前記電流閾値を設定する閾値設定手段（２３）と
をさらに備え、
前記閾値設定手段は、前記貯水量検出手段の検出結果により貯水量が所定値以上である場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより低く設定し、貯水量が所定値以下である場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより高く設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用インバータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され直流電力を交流電力に変換するインバータを冷却する車両用インバータの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド車など、モータを車両の駆動源として用いる車両の開発が進んでいる。このような車両では、バッテリからの直流電力をインバータを介して交流電力に変換し、その電力をモータに供給してモータの駆動制御を行なっている。
【０００３】
このインバータは、例えばＩＧＢＴ(Insulated-Gate Bipolar Transistors)などのスイッチング素子でブリッジ回路を構成したものが利用されている。
【０００４】
このようなインバータは、直流電力を交流電力に変換する過程で発熱し、電力損失を生じる。そのため、インバータ自体を冷却水を循環させる水冷式の冷却装置によって冷却して電力損失を低減するようにしている。
【０００５】
このような車両用インバータの冷却装置に関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−４４７７２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、車載されるモータの出力増大に伴いインバータの出力容量も増加し、発熱量も増加する傾向にあり、インバータの冷却効率を少しでも向上させたいという要求がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１等に開示の冷却装置では、例えばインバータのスイッチング周波数とモータ出力に応じて循環させる冷却水量を変化させるようにしているが、冷却能力については冷却水の循環量による限界があり、インバータの発熱量の増大に十分に対応できないという不都合があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インバータの冷却効率を向上させることのできる車両用インバータ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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る車両用インバータの冷却装置の第１の態様は、複数のインバータ素子を含む車両用のインバータに接し、冷却水路を介して流通する冷却水によって前記インバータを冷却する車両用インバータの冷却装置であって、前記冷却水路の一部は、前記冷却水を空冷するラジエータを経て前記インバータに接するように配設され、空調用冷媒を循環させて車内空調を行う空調システムで発生されるドレン水を貯留するドレン水貯留手段と、前記ドレン水貯留手段から供給される水を、前記インバータの直前に位置する前記冷却水路の表面に対して噴射して冷却する噴射手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る車両用インバータの冷却装置の第２の態様は、第１の態様に係る車両用インバータの冷却装置において、前記噴射手段の噴射動作を制御する制御手段と、前記インバータの温度を測定する温度測定手段と、前記インバータを流れる電流値を検出する電流値検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記インバータの温度が所定の温度閾値以上であり、且つ、前記電流値が所定の電流閾値以上であるときに前記噴射手段が動作するように制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る車両用インバータの冷却装置の第３の態様は、第２の態様に係る車両用インバータの冷却装置において、前記ドレン水貯留手段の貯水量を検出する貯水量検出手段と、前記温度閾値および前記電流閾値を設定する閾値設定手段とをさらに備え、前記閾値設定手段は、前記貯水量検出手段の検出結果により貯水量が増加傾向にある場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより低く設定し、貯水量が減少傾向にある場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより高く設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る車両用インバータの冷却装置の第４の態様は、第２の態様に係る車両用インバータの冷却装置において、前記ドレン水貯留手段の貯水量を検出する貯水量検出手段と、前記温度閾値および前記電流閾値を設定する閾値設定手段とをさらに備え、前記閾値設定手段は、前記貯水量検出手段の検出結果により貯水量が所定値以上である場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより低く設定し、貯水量が所定値以下である場合には、前記温度閾値および前記電流閾値をより高く設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００１５】
すなわち、第１の態様に係る車両用インバータの冷却装置では、ドレン水貯留手段から供給される水を、インバータの直前に位置する冷却水路の表面に対して噴射するようになっているので、噴射された水の気化熱による冷却効果により、車両用インバータの冷却効率を向上させることができる。特に、インバータの直前に位置する冷却水路の表面に水を噴射しているので、インバータの発熱に対して即時に有効な冷却をすることができる。
【００１６】
第２の態様に係る車両用インバータの冷却装置によれば、インバータの温度が所定の温度閾値以上であり、且つ、電流値が所定の電流閾値以上であるときに噴射手段が動作するように制御するので、インバータが発熱した的確なタイミングでより効果的に冷却することができる。
【００１７】
第３の態様に係る車両用インバータの冷却装置によれば、貯水量検出手段の検出結果により貯水量が増加傾向にある場合には、温度閾値および電流閾値をより低く設定し、貯水量が減少傾向にある場合には、温度閾値および電流閾値をより高く設定するので、限られた水量のドレン水を有効に活用してインバータを冷却することができる。
【００１８】
第４の態様に係る車両用インバータの冷却装置によれば、貯水量検出手段の検出結果により貯水量が所定値以上である場合には、温度閾値および電流閾値をより低く設定し、貯水量が所定値以下である場合には、温度閾値および電流閾値をより高く設定するので、限られた水量のドレン水を有効に活用してインバータを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図２】実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の要部を示す説明図である。
【図３】実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の構成例を示す概略構成図である。
【図４】実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置で実行される噴射制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２１】
［実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の機能構成］
図１を参照して、実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の機能構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１は、複数のインバータ素子４ａ〜４ｃを含む車両用のインバータ４に接し、冷却水路３を介して流通する冷却水１００によってインバータ４を冷却する車両用インバータの冷却装置であって、冷却水路３の一部は、冷却水を空冷するラジエータ２を経てインバータ４に接するように配設される。
【００２３】
なお、ラジエータ２とインバータ４との間には、冷却水１００を循環させるポンプ６および冷却水１００でで冷却される車両駆動用のモータ５等が冷却水路３を構成するパイプを介して接続されている。
【００２４】
また、空調用冷媒を循環させて車内空調を行う空調システム７で発生されるドレン水（凝縮水）を貯留する貯水槽等で構成されるドレン水貯留手段１２と、ドレン水貯留手段１２から供給される水を、インバータ４の直前に位置する冷却水路３の表面に対して噴射して冷却する噴射ノズル等で構成される噴射手段１５とを備える。
【００２５】
これにより、噴射された水の気化熱による冷却効果により、インバータ４の冷却効率を向上させることができる。特に、インバータ４の直前に位置する冷却水路３の表面に水を噴射しているので、インバータ４の発熱に対して即時に有効な冷却をすることができるというメリットがある。
【００２６】
なお、空調システム７は、冷媒を圧縮するコンプレッサ８、高温高圧の半液体の状態で冷媒が導入されるコンデンサ９、液化された冷媒が導入されるレシーバ１０、冷媒の気化により冷却されるエバポレータ７１等を備える。そして、車内の空気中の水分は冷却されたエバポレータ７１の表面で凝縮されて水滴となり、ドレン水１１としてドレン水貯留手段１２に貯留される。また、エバポレータ７１を出た冷媒は再びコンプレッサ８に戻って圧縮される。
【００２７】
ドレン水貯留手段１２は、ドレン水が入り過ぎた場合に排水するオーバーフロー弁１３および貯水量を検出する貯水量検出手段１４を備えている。
【００２８】
また、噴射手段１５の噴射動作を制御するマイクロコンピュータ等で構成される制御手段２０と、インバータ４の温度を測定するサーミスタ等の温度測定手段２１と、インバータ４を流れる電流値を検出する電流値検出手段２２とを備えている。
【００２９】
そして、制御手段２０は、温度測定手段２１で測定されたインバータ４の温度が所定の温度閾値以上であり、且つ、電流値検出手段２２で検出された電流値が所定の電流閾値以上であるときに噴射手段１５が動作するように制御することができる。
【００３０】
これにより、インバータ４が発熱した的確なタイミングでより効果的に冷却することができる。
【００３１】
また、制御手段２０は、温度閾値および電流閾値を設定する閾値設定手段２３を備える。
【００３２】
そして、閾値設定手段２３は、貯水量検出手段１４の検出結果により貯水量が増加傾向にある場合には、温度閾値および電流閾値をより低く設定（例えば、温度閾値について５０℃→４５℃、電流閾値を１０Ａ→９．５Ａなどと設定）し、貯水量が減少傾向にある場合には、温度閾値および電流閾値をより高く設定（例えば、温度閾値について５０℃→５５℃、電流閾値を１０Ａ→１０．５Ａなどと設定）するようにできる。
【００３３】
これにより、限られた水量のドレン水を有効に活用してインバータを冷却することができる。
【００３４】
また、閾値設定手段２３は、貯水量検出手段１４の検出結果により貯水量が所定値以上である場合には、温度閾値および電流閾値をより低く設定（例えば、上記と同様に設定）し、貯水量が所定値以下である場合には、温度閾値および電流閾値をより高く設定（例えば、上記と同様に設定）するようにしてもよい。
【００３５】
これによっても、限られた水量のドレン水を有効に活用してインバータを冷却することができる。
【００３６】
［実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の要部構成］
図２は、実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１の要部を構成する噴射手段１５としての噴射ノズル等の構成例を示す。
【００３７】
図２に示すように、噴射ノズル１５としては、燃料噴射等に用いるような噴射ノズルを適用することができる。噴射ノズル１５は、配管５０を介してドレン水貯留手段１２としての貯水槽に接続される。
【００３８】
また、図２に示すように、インバータ４の直前に位置する冷却水路３を構成するパイプの周面３Ａには、金属製の冷却フィン３０が複数形成されている。
【００３９】
そして、噴射ノズル１５から噴射された霧状の水Ｗは、パイプの周面３Ａおよび冷却フィン３０の表面に付着して気化される。冷却フィン３０によって、放熱面積が増えるため、付着した水の気化熱による冷却をより効率的に行うことができる。
【００４０】
なお、図２に示す構成例では、冷却水路３に連結される冷却ジャケット部４０の上面側に、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝達率の比較的高い金属で構成される半導体搭載部材４１を介してＩＧＢＴ(Insulated-Gate Bipolar Transistors)等で構成されるインバータ素子４ａ〜４ｃが搭載される。なお、本実施の形態では、インバータ素子の個数を３個としたが、これには限定されない。
【００４１】
そして、冷却水１００はＤ１方向に流れ、通常の液冷方式によるインバータ４の冷却も行われる。
【００４２】
このように、本実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１では、冷却水１００を循環させる液冷式の冷却に加えて、ドレン水を利用して噴射ノズル１５から噴射される霧状の水の気化熱による冷却を行うので、冷却効率を向上させることができる。
【００４３】
［実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の構成例］
図３は、実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１の構成例を示す概略構成図である。
【００４４】
なお、図１等で示した構成と同様の部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。
【００４５】
図３に示すように、実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１は、コンプレッサ８、コンデンサ９、レシーバ１０、エバポレータ７１等を備える冷媒循環系と、ラジエータ２、冷却水路３、インバータ４、モータ５およびポンプ６等を備える冷却水循環系を備えている。
【００４６】
そして、エバポレータ７１を備える空調システム７は、外気と内気を吸い込んでエバポレータに送給するブロワーファン７０、暖房時に使用されるヒータ７２等を備える。
【００４７】
また、マイクロコンピュータ等で構成される制御手段２０には、モータ出力状態、インバータ温度、貯水槽の水量、空調稼働情報、冷却水温度等の各種情報が入力されるようになっている。そして、これらの情報に基いて、所定のタイミングで噴射信号が噴射ノズル１５に対して出力され、所定水量の水が冷却水路３を構成するフィン一体型のパイプに対して噴射される。
【００４８】
これにより、噴射された水の気化熱による冷却効果により、インバータ４の冷却効率を向上させることができる。特に、インバータ４の直前に位置する冷却水路３を構成するフィン一体型のパイプの表面に水を噴射しているので、インバータ４の発熱に対して即時に有効な冷却をすることができる。
【００４９】
［実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置の構成例］
次に、図４のフローチャートを参照して、実施の形態に係る車両用インバータの冷却装置１で実行される噴射制御処理の一例としての処理手順について説明する。
【００５０】
噴射制御処理が開始されると、まず、ステップＳ１０でドレン水貯留手段１２における残水量＞Ｓｔｈ（但し、Ｓｔｈは水量の閾値）であるか否かが判定される。
【００５１】
判定結果が「Ｎｏ」の場合には待機し、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１１に移行する。
【００５２】
ステップＳ１１では、残水量は増加しているか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１２に移行する。
【００５３】
ステップＳ１２では、Ｔｔｈ＝Ｔｔｈ＋ΔＴｔｈ（但し、Ｔｔｈはインバータの温度閾値、ΔＴｔｈは増加分である。）として、Ｔｔｈを高く設定してからステップＳ１３に移行する。
【００５４】
ステップＳ１３では、Ｉｔｈ＝Ｉｔｈ＋ΔＩｔｈ（但し、Ｉｔｈはインバータの電流閾値、ΔＩｔｈは増加分である。）として、Ｉｔｈを高く設定してからステップＳ１４に移行する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１で「Ｎｏ」の場合には、そのままステップＳ１４に移行する。
【００５６】
ステップＳ１４では、残水量は減少しているか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１５に移行する。
【００５７】
ステップＳ１５では、Ｔｔｈ＝Ｔｔｈ−ΔＴｔｈ（但し、Ｔｔｈはインバータの温度閾値、ΔＴｔｈは減少分である。）として、Ｔｔｈを低く設定してからステップＳ１６に移行する。
【００５８】
ステップＳ１６では、Ｉｔｈ＝Ｉｔｈ−ΔＩｔｈ（但し、Ｉｔｈはインバータの電流閾値、ΔＩｔｈは減少分である。）として、Ｉｔｈを低く設定してからステップＳ１７に移行する。
【００５９】
一方、ステップＳ１４で「Ｎｏ」の場合には、そのままステップＳ１７に移行する。
【００６０】
ステップＳ１７では、温度＞Ｔｔｈであるか否かが判定され、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ１０に戻り、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１８に移行する。
【００６１】
ステップＳ１８では、電流＞Ｉｔｈであるか否かが判定され、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ１０に戻り、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１９に移行する。
【００６２】
ステップＳ１９では、噴射手段としての噴射ノズル１５から所定の水量を１回噴射させてからステップＳ１０に戻る。
【００６３】
以上の処理を繰り返すことにより、限られた水量のドレン水を有効に活用してインバータ４を効率的に冷却することができる。
【００６４】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載にしたがって解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６５】
例えば、インバータ４の温度や電流値、ドレン水貯留手段１２の残水量等に応じて、噴射手段としての噴射ノズル１５から噴射される水量を増減するようにしてもよい。
【００６６】
また、インバータ４の温度や電流値、ドレン水貯留手段１２の残水量等に応じて、噴射手段としての噴射ノズル１５から水を噴射させる回数を増減するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…冷却装置
２…ラジエータ
３…冷却水路
３Ａ…周面
４…インバータ
４ａ〜４ｃ…インバータ素子
５…モータ
６…ポンプ
７…空調システム
８…コンプレッサ
９…コンデンサ
１０…レシーバ
１１…ドレン水
１２…ドレン水貯留手段
１３…オーバーフロー弁
１４…貯水量検出手段
１５…噴射ノズル（噴射手段）
２０…制御手段
２１…温度測定手段
２２…電流値検出手段
２３…閾値設定手段
３０…冷却フィン
４０…冷却ジャケット部
４１…半導体搭載部材
５０…配管
７０…ブロワーファン
７１…エバポレータ
７２…ヒータ
１００…冷却水
Ｗ…水
【図１】
2015123920.tif 000003
【図２】
2015123920.tif 000004
【図３】
2015123920.tif 000005
【図４】
2015123920.tif 000006