(57)【要約】【課題】  平面的スペースを大きくすることなくコンパクト化する。【解決手段】  パワーコントロールユニット２０は、部品配置板２１の上面にインバータ３１〜３９やコンデンサ４１〜４７が配置され、その部品配置板２１の下面にリアクトルやＤＣ／ＤＣコンバータや低圧部品である制御基板や電子制御ユニットが配置されているため、部品配置板２１の上面及び下面を有効に利用して平面的なスペースを大きくすることなくコンパクト化することができる。また、インバータ３１〜３９、リアクトル及びＤＣ／ＤＣコンバータは車両走行時に発熱するが、いずれも冷却媒体通路２２が通っている部分に配置されているため効率よく冷却され、冷却媒体通路２２のほかに別の冷却手段を設ける必要がなく、その分コンパクト化できる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両床面と略平行になるように設けられ少なくとも一部にヒートシンク構造が採用された部品配置板と、
前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置され直流供給源と車載の交流機器との間で直流交流変換を行う少なくとも１つのインバータと、
前記部品配置板の上面にて前記インバータと並設され該インバータに入力される直流電圧を平滑化するコンデンサと、
前記部品配置板の下面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置され直流供給源と車載の直流機器との間で電圧変換を行う少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記部品配置板の下面のうち前記ＤＣ／ＤＣコンバータの配置されていない部分に配置された少なくとも１つの低圧部品と、
を備えた車載ユニット。
【請求項２】
前記インバータは、車輪を回転駆動する前記交流機器としての交流モータと前記直流供給源との間で直流交流変換を行うモータ用インバータである、請求項１記載の車載ユニット。
【請求項３】
前記モータ用インバータは、４つの車輪を個別に回転駆動するための４つの交流モータの各々に設けられている、請求項２記載の車載ユニット。
【請求項４】
前記インバータは、前記交流機器としての車載補機と前記直流供給源との間で直流交流変換を行う補機用インバータである、請求項１〜３のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項５】
前記インバータは、リアクトルと共に複数の直流供給源の直流電圧を予め定められた所定の直流電圧に変換する高圧コンバータを構成する高圧コンバータ用インバータであり、前記リアクトルは、前記部品配置板の下面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置されている、請求項１〜４のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項６】
前記高圧コンバータ用インバータと前記リアクトルとは前記部品配置板を挟んで対向するように配置され、両者は前記部品配置板を上下方向に通過する電線により接続されている、請求項５記載の車載ユニット。
【請求項７】
前記コンデンサは、高さが低くなるよう横置きに配置されている、請求項１〜６のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項８】
前記コンデンサは、前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されていない部分に形成された凹部に配置され該凹部の内面全体と接触している、請求項１〜７のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項９】
前記コンデンサは、前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置されている、請求項１〜７のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項１０】
前記低圧部品は、前記インバータにスイッチング信号を出力する制御基板である、請求項１〜９のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項１１】
前記制御基板は、対応するインバータと前記部品配置板を挟んで対向する位置に配置されるか又は該位置の近傍に配置され、該インバータと前記部品配置板を上下方向に通過する電線により接続されている、請求項１０記載の車載ユニット。
【請求項１２】
前記低圧部品は、車載の直流機器及び／又は交流機器を制御する電子制御ユニットである、請求項１〜１１のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項１３】
前記車両は、燃料電池車、電気自動車又はハイブリッド車である、請求項１〜１２のいずれか記載の車載ユニット。
【請求項１４】
車両の床面と車両の最低地上高の制約面との間に配置される、請求項１〜１３のいずれか記載の車載ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載ユニットに関し、詳しくはインバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び低圧部品を備えた車載ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の車載ユニットとしては、例えば特許文献１に示すように、インバータ主回路を構成するスイッチング素子、コンデンサ、コイル、高周波トランス等を同一平面状に配列することにより、薄型化したものが知られている。ここで、スイッチング素子は放熱フィンに載置されている。また、ユニット内に冷却ファンを設けて、冷却ファンからの冷風によりコンデンサ、コイル、高周波トランス等を冷却している。
【特許文献１】特開平７−２２２４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の車載ユニットでは、インバータ主回路を構成する各種パーツを同一平面状に配列しているため、薄型化は可能になるものの大きな平面的スペースが必要になるという問題があった。また、スイッチング素子等は放熱フィンにより冷却されるものの、コイルや高周波トランスは冷却ファンからの冷風により冷却する構成のため、複数の冷却手段が必要であった。更に、各種パーツを電気的に接続する配線も平面を這わせることから長くなりやすいという問題があった。
【０００４】
本発明の車載ユニットは、平面的スペースを大きくすることなくコンパクト化することを目的の一つとする。また、電気的な配線を短くすることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車載ユニットは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明は、車両に搭載されるユニットであって、
車両床面と略平行になるように設けられ少なくとも一部にヒートシンク構造が採用された部品配置板と、
前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置され直流供給源と車載の交流機器との間で直流交流変換を行う少なくとも１つのインバータと、
前記部品配置板の上面にて前記インバータと並設され該インバータに入力される直流電圧を平滑化するコンデンサと、
前記部品配置板の下面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置され直流供給源と車載の直流機器との間で電圧変換を行う少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記部品配置板の下面のうち前記ＤＣ／ＤＣコンバータの配置されていない部分に配置された少なくとも１つの低圧部品と、
を備えたものである。
【０００７】
この車載ユニットでは、部品配置板の上面にインバータとコンデンサとが配置され、その部品配置板の下面にＤＣ／ＤＣコンバータと低圧部品とが配置されているため、部品配置板の上面及び下面を有効に利用して平面的なスペースを大きくすることなくコンパクト化できる。また、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータは共通のヒートシンク構造によって冷却されるため、このヒートシンク構造とは別の冷却手段を敢えて設ける必要がなく、その分コンパクト化できる。
【０００８】
本発明の車載ユニットにおいて、前記インバータは、車輪を回転駆動する前記交流機器としての交流モータと前記直流供給源との間で直流交流変換を行うモータ用インバータであってもよい。こうすれば、交流電動機により車輪が回転駆動される車両において本発明の効果を得ることができる。このとき、モータ用インバータは、４つの車輪を個別に回転駆動するための４つの交流モータの各々に設けられていてもよい。この場合、部品配置板の上面には少なくとも４つのモータ用インバータが配置されるため、部品配置板の下面にＤＣ／ＤＣコンバータを配置したとしてもその下面には余剰スペースが生じやすいが、その余剰スペースに低圧部品を配置するため、スペースを無駄にすることなく有効に利用できる。
【０００９】
本発明の車載ユニットにおいて、前記インバータは、前記交流機器としての車載補機と前記直流供給源との間で直流交流変換を行う補機用コンバータであってもよい。こうすれば、交流機器としての車載補機（例えばエアコンディショナや空気清浄機、エアコンプレッサ、ウォータポンプなど）を搭載した車両において本発明の効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の車載ユニットにおいて、前記インバータは、リアクトルと共に複数の直流供給源の直流電圧を予め定められた所定の直流電圧に変換する高圧コンバータを構成する高圧コンバータ用インバータであり、前記リアクトルは、前記部品配置板の下面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置されていてもよい。こうすれば、複数の直流供給源の直流電圧を所定の直流電圧に変換して使用する車両において本発明の効果を得ることができる。このとき、前記高圧コンバータ用インバータと前記リアクトルとは前記部品配置板を挟んで対向するように配置され、両者は前記部品配置板を上下方向に通過する電線により接続されていてもよい。こうすれば、高圧コンバータ用インバータとリアクトルとの配線の長さを短くすることができる。
【００１１】
本発明の車載ユニットにおいて、前記コンデンサは、高さが低くなる姿勢に配置されていてもよい。こうすれば、例えば縦置きしたときに比べて横置きしたときの方が高さが低くなる場合には横置きにすることによりコンデンサの高さを低く抑えることができ、ひいてはユニット全体の高さを低くすることができる。
【００１２】
本発明の車載ユニットにおいて、前記コンデンサは、前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されていない部分に形成された凹部に配置され該凹部の内面全体と接触していてもよい。こうすれば、凹部に配置しない場合に比べてコンデンサの高さを低く抑えることができ、ひいてはユニット全体の高さを低くすることができる。また、コンデンサは凹部の内面全体と接触しているため、発熱したときの熱を効率よく凹部から部品配置板へと逃がすことができる。あるいは、前記コンデンサは、前記部品配置板の上面のうち前記ヒートシンク構造が採用されている部分に配置されていてもよい。こうすれば、コンデンサが発熱したときの熱を効率よく除去することができる。
【００１３】
本発明の車載ユニットにおいて、前記低圧部品は、前記インバータにスイッチング信号を出力する制御基板であってもよい。この制御基板は、対応するインバータと前記部品配置板を挟んで対向する位置に配置されるか又は該位置の近傍に配置され、該インバータと前記部品配置板を上下方向に通過する電線により接続されることが好ましい。こうすれば、インバータとその制御基板との配線を短くすることができる。また、前記低圧部品は、車載の直流機器及び／又は交流機器を制御する電子制御ユニットであってもよい。
【００１４】
本発明の車載ユニットは、燃料電池車、電気自動車又はハイブリッド車に搭載されることが好ましく、また、車両の床面と車両の最低地上高の制約面との間に配置されことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は部品配置板２１の主として上面に配置された部品の配線図、図２は車両１０の概略断面図、図３及び図４は、同ユニット２０の部品配置板の上面図及び下面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【００１７】
パワーコントロールユニット２０が搭載された車両１０は、図１に示すように、４輪のそれぞれにホイールインモータ、すなわち左前輪モータ１１、右前輪モータ１２、左後輪モータ１３、右後輪モータ１４が組み込まれている。また、この車両１０は、燃料電池１５を構成する各単セルに酸化ガスとしての圧縮空気をエアコンプレッサ１７からカソードに供給すると共に燃料ガスとしての水素ガスを水素ポンプ１８からアノードに供給して所定の電気化学反応を進行させることにより生じる起電力を利用して各モータ１１〜１４を駆動することにより車輪を回転させたり、充放電可能なバッテリ１６の電力を利用して各モータ１１〜１４を駆動することにより車輪を回転させたりする燃料電池車である。
【００１８】
車両１０は、図２に示すように、リアシートＲＳの足だまりの床面下の図示しないクロスメンバ又はサイドメンバにパワーコントロールユニット２０が取り付けられている。パワーコントロールユニット２０は、薄型の箱の中に各種部品が配置されたものであり、、図５に示すように、本実施例の車両１０では床面と車両の最低地上高の制約面との間隔が約１５ｃｍであるため、パワーコントロールユニット２０の高さはこの間隔に入るように設計されている。
【００１９】
このパワーコントロールユニット２０は、図５に示すように、床面と略平行となる部品配置板２１と、その部品配置板２１の上面を含む領域であって周囲が上部ケース２３で囲われた上部搭載室２５と、その部品配置板２１の下面を含む領域であって周囲が下部ケース２７で囲われた下部搭載室２９とを備えている。また、下部ケース２７の開口はカバー２８によって塞がれている。
【００２０】
部品配置板２１は、上面と下面との間にヒートシンクとしての冷却媒体通路２２が張り巡らされたものであり、ここでは主に外周に沿って冷却媒体通路２２が張り巡らされている。冷却媒体通路２２には、入口２２ａから冷却媒体が導入され、出口２２ｂから冷却媒体が排出される。出口２２ｂから排出された冷却媒体は、発熱部品の熱を受けて温度が上昇しているため、図示しない放熱器に送られて温度を下げたあと、再び入口２２ａへ導入される。なお、冷却媒体は熱を奪うことのできる媒体であればどのような媒体でもよく、例えば冷却水、冷却油、冷却風などが挙げられる。
【００２１】
上部搭載室２５には、図３に示すように、９つのインバータ３１〜３９と７つのコンデンサ４１〜４７とが部品配置板２１の上面に並設されている。９つのインバータ３１〜３９は、いずれも２つのトランジスタを一組としそれを３組並列に接続したブリッジ回路を含むトランジスタモジュールである。これらのインバータ３１〜３９は、作動時に発熱しやすい部品であるため、部品配置板２１の上面のうち冷却媒体通路２２が通っている部分に配置されている。また、インバータ３１〜３９は、いずれも直流供給源である燃料電池１５や同じく直流供給源であるバッテリ１６からの直流電力を入力し交流電力に変換したあと各種車載の交流機器へ出力するものである。これらの９つのインバータ３１〜３９は、具体的には、前出の左前輪モータ１１、右前輪モータ１２、左後輪モータ１３及び右後輪モータ１４のそれぞれに交流電力を出力するモータ用インバータ３１〜３４と、燃料電池１５及びバッテリ１６からの直流電圧を予め定められた所定の直流電圧になるよう調整する高圧コンバータ５０を構成するＦＣ用インバータ３５及びバッテリ用インバータ３６と、交流機器であるエアコンプレッサ１７に交流電力を出力する圧縮機用インバータ３７と、燃料電池１５のアノードに燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ポンプ１８に交流電力を出力する水素ポンプ用インバータ３８と、燃料電池１５のセルスタックを冷却するための冷却水を循環させるウォータポンプ１９に交流電力を出力するウォータポンプ用インバータ３９である。このうち、モータ用インバータ３１〜３４、ＦＣ用インバータ３５、バッテリ用インバータ３６及び圧縮機用インバータ３７には、入力される直流電圧の変動を抑制し平滑化するコンデンサ４１〜４７が接続されている。これらのコンデンサ４１〜４７は、高さが底面の径を凌ぐ円筒形に形成され、部品配置板２１のうち冷却媒体通路２２が通っていない略中央に設けられた凹部２１ｃ（図６参照）に横置きに配置され、凹部２１ｃの内面全体に接触している。なお、水素ポンプ用インバータ３８とウォータポンプ用インバータ３９はコンデンサを内蔵しているが、内蔵する代わりに他のインバータのコンデンサと共用するようにしてもよい。また、モータ用インバータ３１〜３４は、車両制動時等にモータ１１〜１４が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ１６に蓄える役割も果たす。
【００２２】
下部搭載室２９には、図４に示すように、７つの制御基板６１〜６７と電子制御ユニット７１とリアクトル５１とＤＣ／ＤＣコンバータ７５とが部品配置板２１の下面に並設されている。７つの制御基板６１〜６７のうち４つは、それぞれモータ用インバータ３１〜３４にスイッチング信号を出力する制御基板６１〜６４である。各制御基板６１〜６４は、対応するモータ用インバータ３１〜３４と部品配置板２１を挟んで対向する位置に配置され、部品配置板２１に設けられた２つの貫通穴２１ａ，２１ｂのいずれかを介して電気的に配線されている。７つの制御基板６１〜６７のうちの１つは、圧縮機用インバータ３７にスイッチング信号を出力する制御基板６７である。この制御基板６７は、圧縮機用インバータ３７と部品配置板２１を挟んで対向する位置の近くに配置され、貫通穴２１ｂを介して電線により接続されている。７つの制御基板６１〜６７のうち残り２つは、ＦＣ用インバータ３５の制御基板６５とバッテリ用インバータ３６の制御基板６６であり、それぞれに対応するＦＣ用インバータ３５やバッテリ用インバータ３６と部品配置板２１を挟んで対向する位置の近くに配置され、部品配置板２１のうちインバータ３５，３６の近くに設けられた図示しない貫通穴を介して電線により接続されている。これらの制御基板６１〜６７は、低圧部品であり本来あまり発熱しないものであるため冷却媒体通路２２が通っている部分に配置する必要がないものであるが、配線の長さを短くする観点からそれぞれ対応するインバータ３１〜３７と部品配置板２１を挟んで対向する位置かその近傍に配置されており、その結果、冷却媒体通路２２が通っている部分に配置されるものもある。なお、水素ポンプ用インバータ３８とウォータポンプ用インバータ３９は制御基板を内蔵している。
【００２３】
電子制御ユニット７１は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示しないが周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポートなどから構成されている。この電子制御ユニット７１は、低圧部品でありあまり発熱しないことから、その大部分が部品配置板２１の下面のうち冷却媒体通路２２が通っていない部分に配置されている。また、電子制御ユニット７１は、エアコンプレッサ１７のインバータ３７にスイッチング信号を出力する制御基板６７に対し、燃料電池１５のカソードに要求される空気量に応じた制御信号を出力するものである。なお、カソードに要求される空気量は、図示しないアクセルペダルセンサのペダル位置やバッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）等に基づいて算出される。
【００２４】
リアクトル５１は、ＦＣ用インバータ３５とバッテリ用インバータ３６と共に高圧コンバータ５０を構成するものであり（図１参照）、部品配置板２１の下面のうち冷却媒体通路２２が通っている部分に配置されている。このリアクトル５１とＦＣ用インバータ３５及びバッテリ用インバータ３６とは、部品配置板２１を挟んで対向するように配置され、部品配置板２１のうちインバータ３５，３６で覆われた図示しない貫通穴を介して電線により接続されている。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７５は、バッテリ１６からの直流電力（２８８Ｖ）を１２Ｖに降圧して車載の直流補機、例えばエアコンや電動ステアリング機構、各種ランプ類などに出力するものである。このＤＣ／ＤＣコンバータ７５は、作動時に発熱しやすい部品であるため、部品配置板２１の下面のうち冷却媒体通路２２が通っている部分であって、水素ポンプ用インバータ３８及びウォータポンプ用インバータ３９と部品配置板２１を挟んで対向する位置に配置されている。
【００２６】
以上詳述した本実施例のパワーコントロールユニット２０によれば、部品配置板２１の上面にインバータ３１〜３９やコンデンサ４１〜４７が配置され、その部品配置板２１の下面にリアクトル５１やＤＣ／ＤＣコンバータ７５や低圧部品である制御基板６１〜６７や電子制御ユニット７１が配置されているため、部品配置板２１の上面及び下面を有効に利用して平面的なスペースを大きくすることなくコンパクト化することができる。また、インバータ３１〜３９、リアクトル５１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７５は車両走行時に発熱するが、いずれも冷却媒体通路２２が通っている部分に配置されているため効率よく冷却され、冷却媒体通路２２のほかに別の冷却手段を設ける必要がなく、その分コンパクト化できる。
【００２７】
また、部品配置板２１の上面には４つのモータ用インバータを含む合計９つのインバータ３１〜３９が配置されるため、部品配置板２１の下面にＤＣ／ＤＣコンバータ７５やリアクトル５１を配置したとしてもその下面には余剰スペースが生じやすいが、その余剰スペースに低圧部品である制御基板６１〜６６や電子制御ユニット７１を配置するため、スペースを無駄にすることなく有効に利用できる。
【００２８】
更に、制御基板６１〜６７とそれぞれに対応するインバータ３１〜３７とは、部品配置板２１を挟んで対向する位置かその位置の近傍に配置されているため、部品配置板２１に設けられた貫通穴を介して電気的に接続することにより配線を短くすることができる。同様に、高圧コンバータ５０を構成するインバータ３５，３６とリアクトル５１とは、部品配置板２１を挟んで対向するように配置されているため、部品配置板２１のうちインバータ３５，３６の付近に設けられた図示しない貫通穴を介して電気的に接続することにより、配線を短くすることができる。
【００２９】
更にまた、コンデンサ４１〜４７は高さが低くなるよう凹部２１ｃに横置きに配置されているため、コンデンサ４１〜４７が収容されている上部搭載室２５の高さを低く抑えることができ、ひいてはパワーコントロールユニット２０の全体の高さを低くすることができ、車両床面と最低地上高の制約面との間に余裕をもって収めることができる。また、コンデンサ４１〜４７は、凹部２１ｃの内面全体と接触しているため、発熱したときの熱を効率よく凹部２１ｃから部品配置板２１へと逃がすことができる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００３１】
例えば、上述した実施例では、４輪にホイールインモータを組み込んだ車両１０を例示したが、前後いずれかの２輪にホイールインモータを組み込んだ車両であってもよいし、あるいは、ディファレンシャルギヤを介して左右両輪に駆動力を伝達させるモータを採用してもよい。
【００３２】
また、上述した実施例では、ヒートシンク構造として冷却媒体通路２２を採用したが、金属の熱容量でもって発熱部品の熱を逃がす構造を採用してもよい。また、バッテリ１６の代わりに電気二重層コンデンサを利用してもよい。また、上述した実施例では、コンデンサ４１〜４７を冷却媒体通路２２が通っていない部分に配置したが、冷却媒体通路２２が通っている部分に配置してもよい。
【００３３】
更に、上述した実施例では、燃料電池１５を搭載した燃料電池車を例に挙げて説明したが、燃料電池１５を搭載しない電気自動車にパワーコントロールユニット２０と同様のユニットを搭載してもよい。この場合、燃料電池１５の補機類（水素ポンプやエアコンプレッサ等）のインバータに代えて、他のインバータを搭載してもよい。あるいは、エンジンとモータを搭載しいずれか一方又は両方で車輪を駆動するハイブリッド車にパワーコントロールユニット２０と同様のユニットを搭載してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、自動車産業に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】部品配置板２１の主として上面に配置された部品の配線図である。
【図２】車両１０の概略断面図である。
【図３】部品配置板２１の上面図である。
【図４】部品配置板２１の下面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  車両、１１  左前輪モータ、１２  右前輪モータ、１３  左後輪モータ、１４  右後輪モータ、１５  燃料電池、１６  バッテリ、１７  エアコンプレッサ、１８  水素ポンプ、１９  ウォータポンプ、２０  パワーコントロールユニット、２１  部品配置板、２１ａ  貫通穴、２１ｂ  貫通穴、２１ｃ  凹部、２２  冷却媒体通路、２２ａ  入口、２２ｂ  出口、２３  上部ケース、２５  上部搭載室、２７  下部ケース、２８  カバー、２９  下部搭載室、３１〜３４  モータ用インバータ、３５  ＦＣ用インバータ、３６  バッテリ用インバータ、３７  圧縮機用インバータ、３８  水素ポンプ用インバータ、３９  ウォータポンプ用インバータ、４１〜４７  コンデンサ、５０  高圧コンバータ、５１  リアクトル、６１〜６６  制御基板、７１  電子制御ユニット、７５  ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【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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