(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ボディーと、この本体ボディーを駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給するインバータ回路と、このインバータ回路を冷却する冷却装置とを備え、前記冷却装置は、前記インバータ回路の熱を吸熱する受熱部と、この受熱部に放熱経路を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱部を接続した帰還経路と、この帰還経路の受熱部への接続部に配置した逆止弁と、前記帰還経路、受熱部、放熱経路、放熱部で形成された循環経路中に充填された作動流体とを有し、前記受熱部は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記放熱部は前記受熱部よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部への接続部分は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも下方の前記本体ボディーの床面上に配置し、前記帰還経路の放熱部への接続部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも上方に配置し、前記作動流体は、前記帰還経路の、前記受熱部への接続部分から、この帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分、およびこの帰還経路の放熱部への接続部分側であって、前記帰還経路の、受熱部への接続部分よりも上方部分にまで充填された電気自動車。
【請求項２】
帰還経路は、放熱部の接続部から下方に配管され、次に、この帰還経路の前記放熱部と受熱部の中間部分に導通され、その後、前記受熱部への接続部よりも上方に配管され、その後前記受熱部への接続部に向けて下降させたこと特徴とする請求項１記載の電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを有する電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の電気自動車は、駆動動力源となる電動モータを電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。
【０００３】
インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする半導体スイッチング素子が複数個使われていて、それぞれの素子に数十アンペアの大電流が流れていた。
【０００４】
そのため半導体スイッチング素子は大きく発熱し、冷却することが必要であった。
【０００５】
そこで、従来は、例えば特許文献１のように、上下に冷媒放熱器と冷媒タンクを備えた沸騰冷却装置にて、下部に配したインバータ回路の冷却を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２６１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の冷却装置においては、半導体スイッチング素子に接触して冷媒タンクを配置し、冷媒タンク内の液化冷媒を、スイッチング素子からの熱を奪わせて気化させる。
【０００８】
そして、気化した冷媒を、上部に配置した冷媒放熱器に上昇させ、冷却し、液化させて再び下部に滴下されるサイクルを繰り返している。いわば自然対流によって冷媒が冷媒タンクと冷媒放熱器間を行き来するのである。
【０００９】
しかしながら、このような自然対流式のものでは、スイッチング素子の熱を、冷媒タンク内に溜められた液化冷媒に、冷媒タンクの壁面（伝熱面）を介し、伝達させていただけであるので、伝熱面における伝熱効率を高めることができず、その結果として、スイッチング素子等の冷却効果を高めることが出来なかった。
【００１０】
そこで、インバータ回路を冷却する冷却装置を、前記インバータ回路の熱を吸熱する受熱部と、この受熱部に放熱経路を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱部を接続した帰還経路と、前記帰還経路、受熱部、放熱経路、放熱部で形成された循環経路中に充填された作動流体とによって構成することが考えられる。
【００１１】
つまり、前記特許文献１に示した自然対流に変えて循環式とするのであるが、作動流体を循環させるためのコンプレッサーなどを設けると、このコンプレッサーによる消費電力が大きくなり、その結果として電気自動車の走行可能距離が短くなってしまう。
【００１２】
そこで、冷却装置を、前記インバータ回路の熱を吸熱する受熱部と、この受熱部に放熱経路を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱部を接続した帰還経路と、この帰還経路の受熱部への接続部に配置した逆止弁と、前記帰還経路、受熱部、放熱経路、放熱部で形成された循環経路中に充填された作動流体とを有する構成とすることが考えられる。
【００１３】
つまり、受熱部でインバータ回路の熱を吸熱させることによって作動流体を蒸発させ、この蒸発時の圧力によって蒸気を放熱部に供給して放熱させ、放熱により液化した作動流体を帰還経路により受熱部へ戻して液化させ、このようにして戻った作動流体の水頭圧によって逆止弁を開放させ、再び受熱部に作動流体を供給するようにするのである。
【００１４】
そして、このようにすれば作動流体を循環させるためのコンプレッサーなどが不要となり、その結果として消費電力を抑制し、電気自動車の走行可能距離を長くすることができる。
【００１５】
しかしながら、このようなコンプレッサーを用いない循環式としようとしても、電気自動車は、その運転中に本体ボディーが前後に大きく傾斜してしまうこともあり、このような状況下においては、作動流体の循環が停止し、その結果としてインバータ回路の冷却ができず、電気自動車の運転状況が安定しなくなるおそれがある。
【００１６】
そこで、本発明は、電気自動車の運転状況を安定させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そして、この目的を達成するために本発明は、本体ボディーと、この本体ボディーを駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給するインバータ回路と、このインバータ回路を冷却する冷却装置とを備え、前記冷却装置は、前記インバータ回路の熱を吸熱する受熱部と、この受熱部に放熱経路を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱部を接続した帰還経路と、この帰還経路の受熱部への接続部に配置した逆止弁と、前記帰還経路、受熱部、放熱経路、放熱部で形成された循環経路中に充填された作動流体とを有し、前記受熱部は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記放熱部は前記受熱部よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部への接続部分は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも下方の前記本体ボディーの床面上に配置し、前記帰還経路の放熱部への接続部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも上方に配置し、前記作動流体は、前記帰還経路の、前記受熱部への接続部分から、この帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分、およびこの帰還経路の放熱部への接続部分側であって、前記帰還経路の、受熱部への接続部分よりも上方部分にまで充填し、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明は、本体ボディーと、この本体ボディーを駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給するインバータ回路と、このインバータ回路を冷却する冷却装置とを備え、前記冷却装置は、前記インバータ回路の熱を吸熱する受熱部と、この受熱部に放熱経路を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱部を接続した帰還経路と、この帰還経路の受熱部への接続部に配置した逆止弁と、前記帰還経路、受熱部、放熱経路、放熱部で形成された循環経路中に充填された作動流体とを有し、前記受熱部は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記放熱部は前記受熱部よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部への接続部分は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも下方の前記本体ボディーの床面上に配置し、前記帰還経路の放熱部への接続部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも上方に配置し、前記作動流体は、前記帰還経路の、前記受熱部への接続部分から、この帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分、およびこの帰還経路の放熱部への接続部分側であって、前記帰還経路の、受熱部への接続部分よりも上方部分にまで充填したものであるので、電気自動車の運転状況を安定させることができる。
【００１９】
すなわち、本発明における電気自動車は、インバータ回路が本体ボディーの床面上の水による影響を受けないように、このインバータ回路を床面上に配置したので、それにともなって前記受熱部も、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置されたものとなっている。
【００２０】
また、このような状況において、前記放熱部は前記受熱部よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部への接続部分は、前記本体ボディーの床面よりも上方に配置し、前記帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも下方の前記本体ボディーの床面上に配置し、前記帰還経路の放熱部への接続部分は、前記帰還経路の受熱部への接続部分よりも上方に配置し、前記作動流体は、前記帰還経路の、前記受熱部への接続部分から、この帰還経路の受熱部と放熱部の中間部分、およびこの帰還経路の放熱部への接続部分側であって、前記帰還経路の、受熱部への接続部分よりも上方部分にまで充填した。
【００２１】
このため、電気自動車の本体ボディーが前後に傾斜した状態となっても、前記作動流体は、必ず帰還経路の受熱部への接続部分側で、逆止弁を開放させる水頭圧を発生させる分だけは存在する状況を形成することが出来、その結果として電気自動車の運転状況を安定させることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の電気自動車の概略図
【図２】同放熱体の構成を示す図
【図３】同冷却装置を示す概略図
【図４】同冷却装置の受熱部斜視図
【図５】同冷却装置の配管構成を示す図
【図６】同冷却装置の配管構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に示すように、電気自動車の本体ボディー１の車軸（図示せず）を駆動する電動モータ（図示せず）は、電気自動車の本体ボディー１の内に配置した電力変換装置であるインバータ回路２に接続されている。
【００２５】
インバータ回路２は、電動モータに電力を供給するもので、複数の半導体スイッチング素子（図３の１０）を備えおり、この半導体スイッチング素子（図３の１０）が動作中に発熱する。
【００２６】
このため、この半導体スイッチング素子（図３の１０）を冷却するために、冷却装置３を備えている。
【００２７】
冷却装置３は、受熱部４と、この受熱部４で吸収した熱を放熱する放熱部５を備え、受熱部４と放熱部５の間で熱媒体となる作動流体（図３の１２で、例えば水）を循環させる放熱経路６、帰還経路７を設けることで、受熱部４、放熱経路６、放熱部５、帰還経路７、前記受熱部４となる循環経路を構成している。
【００２８】
つまり、この循環経路においては、作動流体（図３の１２）が、気体（水の場合水蒸気）や液体及びその混合状態で、受熱部４、放熱経路６、放熱部５、帰還経路７、前記受熱部４と一方向に、循環するようになっている。
【００２９】
前記放熱部５は、図２に示すように、外気に熱を放出する放熱体８を備えている。
【００３０】
この放熱体８は、アルミニウムを短冊状に薄く形成したフィンを所定の間隔をあけて積層したブロック体と、積層したフィンを貫通する放熱経路６とで構成されている。
【００３１】
そして、この放熱体８の表面に送風機９から外気を送風することで、放熱をさせている。なお、この放熱体８の表面からの放熱は、電気自動車の本体ボディー１車内の暖房に活用することも出来る。
【００３２】
また、受熱部４は、図３に示すように、半導体スイッチング素子１０に接触させて熱を吸収する受熱板１１と、この受熱板１１の表面を覆い、流れ込んだ作動流体１２を蒸発させる受熱空間１３を形成する受熱板カバー１４とを備えている。
【００３３】
さらに、受熱板カバー１４には、受熱空間１３に液化した作動流体１２を流し込む流入口１５と、受熱空間１３から作動流体１２を気体にして排出する排出口１６が設けられている。
【００３４】
図３においては、前記受熱部４を模式的に示したが、具体的には図４に示すような構造となっている。
【００３５】
すなわち、受熱板カバー１４の上面に、流入口１５と排出口１６を設けており、流入口１５には帰還経路７を接続し、また排出口１６には放熱経路６を接続している。
【００３６】
さらに、前記帰還経路７の受熱部４側には、前記受熱部４内に前記作動流体１２を供給する流入管１９を、受熱空間１３内に突入させた状態で接続し、また前記受熱部４の流入口１５と、前記流入管１９の接続部に逆止弁１８を設けている。以下、受熱空間１３内の流入管１９を導入管１７と記載する。
【００３７】
また、この流入管１９の内壁には、この流入管１９を構成する材質（例えば銅）よりも熱伝導率の低いコーティング材料（耐熱性の樹脂）をコーティングした。
【００３８】
このような構成による冷却装置３の作用について説明する。
【００３９】
上記構成において、インバータ回路２の半導体スイッチング素子１０が動作を開始すると電動モータに電力が供給されて、電気自動車の本体ボディー１は、動きだすこととなる。
【００４０】
このとき、半導体スイッチング素子１０には大電流が流れることにより、少なくとも全電力の数％が損失となって大きく発熱する。
【００４１】
一方で、半導体スイッチング素子１０から発される熱は、受熱空間１３の受熱板１１上に供給された液状の作動流体１２に、半導体スイッチング素子１０から熱が移動されると、この液状の作動流体１２は一瞬にして蒸発することになり、排出口１６から放熱経路６へと流れ、放熱部５で熱を外気に放出する。
【００４２】
放熱部５の作用によって熱を放出した作動流体１２は、液化して帰還経路７へと流れ、流入口１５の逆止弁１８上に溜まることとなる。
【００４３】
液化した作動流体１２は、徐々に帰還経路７内で増加する一方、受熱空間１３内での作動流体１２の気化量が減少し、受熱空間１３内の圧力も減少し、逆止弁１８上に溜まった作動流体１２の水頭による圧力によって逆止弁１８を押し下げると、再び受熱空間１３内の受熱板１１上に作動流体１２が供給される。
【００４４】
このようにして作動流体１２が冷却装置３内を循環することで、半導体スイッチング素子１０の冷却を行なうことになる。
【００４５】
ここで、受熱空間１３内の冷却のメカニズムについて説明を加える。
【００４６】
受熱空間１３内では、帰還経路７からの作動流体１２は、導入管１７から受熱板１１上に液滴となって滴下される。滴下した作動流体１２は、導入管１７の端部開口と受熱板１１の隙間から外周部へ拡散される。
【００４７】
このとき受熱板１１の表面には、放射状に流路が拡大する形状にしているので、作動流体１２は、薄い膜として受熱板１１上に高速で広がる。受熱板１１の裏面側は、半導体スイッチング素子１０に接触しているので、薄い膜となった作動流体１２は、一瞬にして加熱され蒸発することなり、ほぼ静止状態の冷媒が多量に受熱板１１上に存在する場合に比べ、高い熱伝達率をもった熱伝達現象となる。
【００４８】
受熱空間１３を含む循環経路内の気圧は、大気圧よりも低く設定しているので、作動流体１２は、水を使用しても大気圧中の水の沸騰に比べて低い温度で気化させることができる。
【００４９】
本実施の形態のように、循環経路内は、ほぼ真空にした状態で作動流体１２を封入した状態となっているため、内部圧力は、外気温に依存した飽和蒸気圧となる。例えば、作動流体１２に水を用いた場合、外気温度が２５℃では、内部圧力は約３ｋＰａ（絶対圧力）となる。よって、外気温に応じた作動流体１２の沸騰温度が決定され容易に作動流体１２を気化させることができ、このときに半導体スイッチング素子１０の熱を奪い、冷却することができる。
【００５０】
また、作動流体１２が気化するときに受熱空間１３内の圧力が増加するが、逆止弁１８の作用により作動流体１２は逆流して帰還経路７側へ戻ることはなく、確実に排出口１６から放熱経路６へ放出させることができる。
【００５１】
このように冷却装置３を動作させることで、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、連続して作動流体１２を受熱空間１３内で気化させて半導体スイッチング素子１０の冷却を行なうことができ、大きな冷却効果を得ることができる。
【００５２】
次に、本実施形態における最も特徴的な部分について説明する。
【００５３】
本実施形態の電気自動車は、上述のごとく、本体ボディー１と、この本体ボディー１を駆動する電動モータと、この電動モータに電力を供給するインバータ回路２と、このインバータ回路２を冷却する冷却装置３とを備えている。
【００５４】
また、前記冷却装置３は、図３に示すように、前記インバータ回路２の熱を吸熱する受熱部４と、この受熱部４に放熱経路６を介して接続された放熱部５と、この放熱部５と前記受熱部４を接続した帰還経路７と、この帰還経路７の受熱部４への接続部に配置した逆止弁１８と、前記帰還経路７、受熱部４、放熱経路６、放熱部５で形成された循環経路中に充填された作動流体１２とを有している。
【００５５】
このような基本的な構成において、本実施形態では、図５、図６に示すように、前記受熱部４は、前記本体ボディー１の床面１ａよりも上方に配置し、前記放熱部５は前記受熱部４よりも上方に配置している。
【００５６】
また、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分は、前記本体ボディー１の床面１ａよりも上方に配置している。
【００５７】
さらに、前記帰還経路７の受熱部４と放熱部５の中間部分は、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分よりも下方の前記本体ボディー１の床面１ａ上に配置している。
【００５８】
さらにまた、前記帰還経路７の放熱部５への接続部分は、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分よりも上方に配置している。
【００５９】
そして、前記作動流体１２は、前記帰還経路７の、前記受熱部４への接続部分から、この帰還経路７の受熱部４と放熱部５の中間部分、およびこの帰還経路７の放熱部５への接続部分側であって、前記帰還経路７の、受熱部４への接続部分よりも上方部分にまで充填している。
【００６０】
さらに詳しくは、前記帰還経路７は、図６に示すごとく、放熱部５の接続部から下方に配管され（図６のＡ範囲）、次に、この帰還経路７の前記放熱部５と受熱部４の中間部分（図６のＢ範囲）に導通され、その後、前記受熱部４への接続部よりも上方に配管され（図６のＣ範囲）、その後、若干水平方向に伸びたに後（図６のＤ範囲）、前記受熱部４への接続部に向けて下降させられている（図６のＥ範囲）。
【００６１】
すなわち、本実施形態の電気自動車は、インバータ回路２が本体ボディー１の床面１ａ上の水による影響を受けないように、このインバータ回路２を床面１ａ上に配置したので、それにともなって前記受熱部４も、前記本体ボディー１の床面１ａよりも上方に配置されたものとなっている。前記インバータ回路２と受熱部４は車内の空間を有効に活用すべく、座席２０の下に配置している。また、前記放熱部５と受熱部４の中間部分（図６のＢ範囲）も空間を有効に活用すべく、床面１ａ上に配置している。さらに、放熱部５と帰還経路７のＡ範囲は車両空調ユニット空間２１に配置している。
【００６２】
また、このような状況において、前記放熱部５は前記受熱部４よりも上方に配置し、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分は、前記本体ボディー１の床面１ａよりも上方に配置し、前記帰還経路７の受熱部４と放熱部５の中間部分は、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分よりも下方の前記本体ボディー１の床面１ａ上に配置し、前記帰還経路７の放熱部５への接続部分は、前記帰還経路７の受熱部４への接続部分よりも上方に配置している。
【００６３】
そして、前記作動流体１２は、前記帰還経路７の、前記受熱部４への接続部分から、この帰還経路７の受熱部４と放熱部５の中間部分、およびこの帰還経路７の放熱部５への接続部分側であって、前記帰還経路７の、受熱部４への接続部分よりも上方部分にまで充填した。
【００６４】
このため、運転初期において、作動流体１２は受熱部４側から、（図６のＥ範囲）、（図６のＤ範囲）、（図６のＣ範囲）、（図６のＢ範囲）、および（図６のＡ範囲で、図６のＤ範囲よりも上の位置まで）充填された状態となっている。
【００６５】
このため、電気自動車の本体ボディー１が走行中や停車時に、前後に傾斜した状態となっても、前記作動流体１２は、必ず帰還経路７の受熱部４への接続部分側で、逆止弁１８を開放させる水頭圧を発生させる分だけは存在する状況を形成することが出来る。
【００６６】
したがって、受熱部４において、インバータ回路２の熱で作動流体１２を蒸発させ、その圧力で作動流体１２を循環させ、その結果としてインバータ回路２を安定的に冷却し、電気自動車の運転状況を安定させることができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明は電気自動車の運転状況を安定させることができるのであるので、今後の電気自動車に広く活用することが期待される。
【符号の説明】
【００６８】
１    本体ボディー
１ａ  床面
２    インバータ回路
３    冷却装置
４    受熱部
５    放熱部
６    放熱経路
７    帰還経路
８    放熱体
９    送風機
１０  半導体スイッチング素子
１１  受熱板
１２  作動流体
１３  受熱空間
１４  受熱板カバー
１５  流入口
１６  排出口
１７  導入管
１８  逆止弁
１９  流入管
２０  座席
２１  車両空調ユニット空間
【図１】
0005786132.tif 000002
【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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