(57)【要約】【課題】簡略化された構成の電力変換器の冷却装置を提供する。【解決手段】インバータ１０を冷却するための流路２０には、回転子２６が設けられている。回転子２６は、磁性体からなる棒状の部材であり、略直方体形状の鉄心の表面を樹脂で覆うことにより構成されている。収納室１６には、４つのソレノイド３２，３４，３６，３８と、これらに電流を流す制御を行うコントローラ４０が配置されており、コントローラ４０が各ソレノイド３２，３４，３６，３８に電流を供給することにより、磁界を発生させ、回転子２６を回転させる。【選択図】        図２
2004222360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する電力変換器を冷却するための冷却装置であって、
前記電力変換器に隣接した位置に配置された冷却液の流路と、
磁界を発生する磁界発生器と、
前記流路中に配置され、前記磁界発生器が発生した磁界により回転する回転子と、
を備え、
前記回転子の回転により前記冷却液を循環させることを特徴とする電力変換器の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器の冷却装置であって、
前記回転子は、磁性体で構成されることを特徴とする電力変換器の冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換器の冷却装置であって、
前記回転子の回転により発生する冷却液の逆流を抑制する逆流抑止部材を備えることを特徴とする電力変換器の冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換器の冷却装置であって、
前記回転子の回転軸は前記電力変換器の外壁を貫通しないことを特徴とする電力変換器の冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換器の冷却装置であって、
前記磁界発生器は、前記電力変換器のスイッチング素子が収納される収納室内に配置されることを特徴とする電力変換器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却液を循環させて、発熱する電力変換器の冷却を行う電力変換器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、様々な技術分野において、モータを制御するためにインバータが用いられている。インバータの制御対象は、例えば、電気自動車、ハイブリッド式自動車などの駆動源であるモータや、産業機械の動力源であるモータなどである。
【０００３】
インバータは、一般的に複数のトランジスタを備え、これらのトランジスタをオンオフすることにより電力変換を行うのであるが、インバータはオンオフ動作することにより発熱する。この発熱量が大きく、自然放熱では不十分である場合には、インバータを冷却するための冷却装置を設ける必要がある。
【０００４】
そのようなインバータの冷却装置として、インバータの一部に設けられた流路に、水、油などの冷却液を流して、インバータの冷却を行う装置がある。例えば、自動車では、図１に示すように、インバータ１０の下部に流路２０を設け、この流路２０にポンプ６０を用いて冷却水を循環させることで、インバータ１０を冷却している。なお、インバータ１０の発熱を吸熱して高温となった冷却水は、ラジエータ７０で放熱され、再びインバータ１０に送られる。また、同様に冷却水を循環させることでインバータの冷却を行う従来技術の別の例が、特開２００２−１１９０７０号公報に示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１９０７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように冷却液を循環させるためには、ポンプ６０のように冷却液の流れを生じさせる構成が必要となる。しかし、ポンプ６０などを配置する場合には、装置構成が複雑になったり、組み立て時にはポンプ６０取り付ける作業が必要となったり、また、ポンプ６０を取り付けるためのスペースが必要となるといった問題があった。
【０００７】
また、特開２００２−１１９０７０号公報に示されるように、モータにインペラーを固定してポンプを構成した場合には、冷却装置の構成はある程度簡略化されるものの、ポンプはインペラー、モータ等の複数の構成を必要とするため、ポンプの簡略化は十分でなかった。
【０００８】
なお、以上の説明では、自動車の場合を例にとり、インバータの冷却装置の問題点を説明したが、勿論、自動車に限らず他の用途に用いられるインバータの冷却装置にも、同様な問題が生じうる。また、インバータと同様に複数のトランジスタを含んで構成されるコンバータなどの他の種類の電力変換器においても、同様な問題が生じうる。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、簡略化された構成の電力変換器の冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、発熱する電力変換器を冷却するための冷却装置であって、前記電力変換器に隣接した位置に配置された冷却液の流路と、磁界を発生する磁界発生器と、前記流路中に配置され、前記磁界発生器が発生した磁界により回転する回転子と、を備え、前記回転子の回転により前記冷却液を循環させるものである。これにより電力変換器の冷却装置において、冷却液を流すための構成を簡略化することができる。このように簡略化すると、例えば、冷却装置を小型化又は薄型化して、今まで冷却装置を配置できなかった位置に冷却装置を配置したり、冷却装置の組み立て時の作業性を改善したり、冷却装置のコストダウンを図るなど様々な効果を得ることができる。特に、電気自動車やハイブリッド自動車では、冷却装置の小型化、組み付け性、コストなどについて高い要求があるが、本実施形態の冷却装置はそれらの要求に応えることができる。
【００１１】
また、上記電力変換器の冷却装置においては、前記回転子は磁性体で構成されることが好ましい。回転子をこのような構成とした場合には、永久磁石を設けた回転子などと比較しても、回転子の構成は簡略化されるため、冷却装置の構成はさらに簡略化される。
【００１２】
また、流路内で回転子が回転することにより冷却液の逆流が発生する場合には、このような逆流を抑制する逆流抑止部材を、冷却装置に備えることが好ましい。これにより、冷却液を所望の方向に流すことができる。
【００１３】
また、上記電力変換器の冷却装置においては、前記回転子の回転軸は前記電力変換器の外壁を貫通しないことが好ましい。回転子が流路に設けられた場合、回転子の回転軸が外壁を貫通していると、冷却液が漏れてしまうが、上記のように回転軸が外壁を貫通しない構成とすることにより、冷却液の漏れを未然に防止することができる。
【００１４】
また、上記電力変換器の冷却装置においては、前記磁界発生器は、前記電力変換器のスイッチング素子が収納される収納室内に配置されることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。以下の説明では、電力変換器が、自動車の駆動源であるモータを制御するインバータである場合を例として、説明する。
【００１６】
本実施形態に係るインバータ１０及びその冷却装置の外観は、図１に示される従来技術とほぼ同様なものであるが、ポンプ６０が削除されている点で異なる。本実施形態に係るインバータ１０では、ポンプはインバータ１０と一体化されている。この一体化された構造のインバータ１０の断面図を図２に示す。図２（ａ）はインバータ１０を水平面で切断した断面図であり、図２（ｂ）はインバータ１０を垂直面（Ａ−Ａ断面）で切断した断面図である。
【００１７】
インバータ１０は、複数のトランジスタからなるスイッチング素子１２がハウジング１４の上部に設けられた収納室１６に配置され、その収納室１６の上面に上部プレート１８が取り付けられて構成される。また、ハウジング１４の下部には、水、油等の冷却液の流路２０となる溝２２が形成されており、ハウジング１４下面に下部プレート２４が取り付けられることで、密閉された流路２０が形成される。なお、ハウジング１４は非磁性体材料でなり、磁束を通過させる。
【００１８】
この流路２０内には、磁界により力を受け回転する回転子２６が設けられている。回転子２６は、磁性体からなる棒状の部材であり、略直方体形状の鉄心の表面を樹脂で覆うことにより構成されている。本実施形態では、回転子２６がこのような構成とされたことにより、回転子２６の構成は簡略化されている。また、この回転子２６は流路２０をほぼ塞ぐ程度の大きさである。本実施形態の回転子２６は、リラクタンス・モータと同様な原理により回転する。すなわち、回転子２６は上記のような形状であるため、方向により磁束の流れやすさが異なっており、このため回転子２６に磁界が作用したときには、磁束が最も流れやすい状態となるように回転子２６は回転する。なお、別の実施形態では、回転子２６に永久磁石を設け、永久磁石の磁束を利用して回転する回転子２６としてもよい。また、回転子２６の形状は、棒状に限られず、十字型など他の形状としてもよい。
【００１９】
回転子２６の回転中心には、上方向及び下方向に突出するピン状の回転軸２８が固定されており、この回転軸２８の上方向及び下方向の先端は、それぞれハウジング１４、下部プレート２４に設けられた穴である受け部１５，２５と、微小な隙間をあけて嵌合する。この構成では、受け部１５，２５は回転軸２８を軸支する滑り軸受けとなっている。また別の実施形態では、ハウジング１４及び下部プレート２４にベアリングを設け、回転軸２８を軸支してもよい。なお、２つの受け部１５，２５は、ハウジング１４，下部プレート２４を貫通しない穴である。このように回転軸２８を軸支する受け部を、ハウジング１４，下部プレート２４などの外壁を貫通しない穴とすることにより、冷却液の漏れを未然に防止することができる。
【００２０】
回転子２６の下流側には、逆流抑止部５２が設けられている。逆流抑止部５２は、ハウジング１４及び下部プレート２４に固定されて設けられた、円弧形状に曲がった板状の部材である。逆流抑止部５２は、図２において回転子２６の左半分、すなわち回転子２６の回転により冷却液の逆流が生じる位置に設けられており、逆流の発生を抑制している。なお、逆流抑止部５２は、逆流を抑止するものであれば他の形状としてもよい。また、回転子２６の下流側に限らず、上流側に設けてもよい。
【００２１】
ハウジング１４上部の収納室１６において、回転子２６の上方の位置には、収納室１６の下面に密着して、磁束発生器である４つのソレノイド３２，３４，３６，３８が配置されている。各ソレノイド３２，３４，３６，３８は、回転軸２８を中心として９０度ずつ互いに位置をずらして配置されている。各ソレノイド３２，３４，３６，３８は、巻線が収納室１６の下面と平行な平面において巻回されて構成され、底面と垂直な方向に流れる磁束を発生させる。また、上部収納室１６内において、４つのソレノイド３２，３４，３６，３８に隣接した位置には、各ソレノイド３２，３４，３６，３８に所望の電流を流す制御を行うコントローラ４０が配置されている。コントローラ４０は各ソレノイド３２，３４，３６，３８と配線４２，４４，４６，４８で接続され、これらの配線４２，４４，４６，４８を介して各ソレノイド３２，３４，３６，３８に電流を供給する。なお、本実施形態ではソレノイド３２，３４，３６，３８の数は４つとしたが、より多くのソレノイドを設けてもよい。また、ソレノイド３２，３４，３６，３８及びコントローラ４０は、インバータ１０の外部などに配置してもよい。
【００２２】
次に、上記のインバータ１０の冷却装置における回転子２６の動作について、図３を参照して説明する。図３（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）の回転子２６周辺の拡大図である。図３（ａ）の位置にある回転子２６が回転して、図３（ｂ）の位置に移動する様子が示されている。
【００２３】
コントローラ４０は、まず、向かい合って配置された２つのソレノイド３４，３８に電流を流し、磁界を発生させる。このとき、ソレノイド３４はインバータ１０の下方向に流れる磁束を発生し、ソレノイド３８はインバータ１０の上方向に流れる磁束を発生する。よって、ソレノイド３４，３８が発生する磁界の向きは互いに逆向きとなり、これらの磁束がハウジング１４の下面を通って流路２０内に流れる。この磁界により回転子２６は駆動力を受け、仮想線５４で示される磁気抵抗が最小となる位置となるように移動する。回転子２６が仮想線５４の位置に移動した際には、図４に示すように磁束が流れる。
【００２４】
回転子２６が仮想線５４の位置に到達すると、コントローラ４０は、他の向かい合って配置された２つのソレノイド３２，３６に電流を流し、回転子２６を仮想線５６で示される位置に移動させる。以後、コントローラ４０は、上記のソレノイド３４，３８及びソレノイド３２，３６への電流の印加を繰り返し、回転子２６を連続的に回転させる。これにより、冷却液は矢印５８方向に送り出される。
【００２５】
上述した本実施形態に係る冷却装置の特徴的事項は、磁界により回転する回転子２６自体を流路２０の中に配置したことである。これにより冷却装置において、冷却液を流すための構成を簡略化することができる。このように簡略化すると、冷却装置を小型化、薄型化して、今までは冷却装置を配置できなかった位置に冷却装置を配置したり、冷却装置の組み立て時の作業性を改善したり、単に構成を簡略化することで冷却装置のコストダウンを図るなど様々な効果を得ることができる。特に、電気自動車やハイブリッド自動車では、冷却装置の小型化、組み付け性、コストなどについて高い要求があるが、本実施形態の冷却装置はそれらの要求に応えることができる。
【００２６】
なお、回転子２６が、図３（ｂ）に示される位置から仮想線５６で示される位置に回転するときには、回転軸２８より上流側にある部位２６Ａは、上流側から下流方向に移動するため、順方向の流れを生じさせる。一方、回転軸２８より下流側にある部位２６Ｂは、下流側から上流方向に移動するため、逆方向の流れを生じさせる。本実施形態では、この逆流に対し、逆流抑止部５２を設けることで対応している。つまり、逆流抑止部５２により、冷却液は下流側から上流方向へ流れづらくなり、逆方向の流れ量は少なく抑制される。このため、回転子２６は、全体として順方向の流れを生じさせる。
【００２７】
なお、図５に示されるように、流路溝２２の側壁の一部に、回転子２６を回転可能に収納する凹部２３を設け、回転子２６の順方向の流れを生じさせる部位のみが流路２０中となるように回転子２６を配置してもよい。このような構成とすることにより、逆流抑止部５２を設けることなく、インバータ１０の冷却装置を構成することができる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、一対のソレノイド３２，３４，３６，３８に順次電流を流して回転子２６を回転させているが、回転磁界を発生させて回転子２６を回転させてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係るインバータの冷却装置では、磁界により回転する回転子自体が、冷却液の流路中に配置されるため、冷却液を流すための構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係るインバータ及びその冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係るインバータの構成を示す断面図である。
【図３】回転子の回転動作を説明するための説明図である。
【図４】磁束の流れの状況を説明するための説明図である。
【図５】冷却装置の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  インバータ、１２  スイッチング素子、１４  ハウジング、１６  収納室、１８  上部プレート、２０  流路、２２  溝、２３  凹部、２４  下部プレート、２６  回転子、２８  回転軸、３２，３４，３６，３８  ソレノイド、４０  コントローラ、４２，４４，４６，４８  配線、５２  逆流抑止部、６０  ポンプ、７０  ラジエータ。
【図１】
2004222360.tif 000003
【図２】
2004222360.tif 000004
【図３】
2004222360.tif 000005
【図４】
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【図５】
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