(57)【要約】【課題】電力制御ユニットの部品の共通化を図る。【解決手段】電力制御ユニット１０において、板状の冷却装置４０は、ケース本体２２に対して、上下方向の位置を調節可能に構成されている。位置を調節するための機構は、固定ブラケット６６、可動ブラケット６２、位置調節用ボルト６４、ロックナット７０等で構成されている。この構成では、冷却装置４０に載置される電力制御機器１２の大きさが車両ごとに異なる場合に、位置調節機構を用いて冷却装置４０の位置を調節するため、好適に電力制御機器１２を収納することができる。【選択図】図２
2005116761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒形状を有し、内部に電力制御機器を収容可能なスペースを形成するケース本体と、
前記ケース本体の内側に配置されてケース底面となる略板形状の冷却装置であって、内部に冷媒通路を有する冷却装置と、
前記ケース本体に対する前記冷却装置の位置を調節可能とする位置調節機構と、
を含んで構成されたことを特徴とする電力制御ユニットのケース構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電力制御ユニットのケース構造であって、
前記冷却装置は、その板形状の両面に電力制御機器を収容可能なスペースを形成することを特徴とする電力制御ユニットのケース構造。
【請求項３】
略筒形状を有し、内部に電力制御機器を収容可能なスペースを形成するケース本体と、
前記ケース本体の内側に配置されてケース底面となる略板形状の冷却装置であって、内部に冷媒通路を有する冷却装置と、
前記冷却装置の板形状の両面に載置された複数の電力制御機器と、
を含んで構成されたことを特徴とする電力制御ユニット。
【請求項４】
電力制御ユニットの製造方法であって、
略板形状であり冷媒通路を内部に有する冷却装置の少なくとも一面に、電力制御機器を組み付けるステップと、
前記冷却装置を、略筒形状のケース本体の内部に組み付けるステップと、
を含む電力制御ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力駆動機器をケース内部に収納し、冷却装置を用いてこの電力制御機器を冷却する電力制御ユニット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、燃料電池自動車等においては、動力源として交流電動機を用いる場合にバッテリからの直流を交流に変換する必要があり、そのためにスイッチング素子（ＩＧＢＴ）などで構成されるインバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力制御機器をケースに収納して配置している。以下、このようにケース内に電力制御機器を収納したものを電力制御ユニットと呼ぶ。なお、ケース内においては、特にスイッチング素子からの発熱が顕著である。
【０００３】
図６に従来技術に係る電力制御ユニットの構成を示す。図示されるように、ケース本体９０の底面には電力制御機器９２が複数載置されている。本図では説明の便宜上、電力制御機器９２を簡略化して示しているが、実際には電力制御機器９２はより多数存在し、ケース内部の空間は満たされている。ケース本体９０の上部開口は上蓋９１で覆われており、これにより内部が密閉され保護されている。また、ケース本体９０の下部には、冷却水を流すための通路９３が形成されており、これに冷却水が循環されてケース内の各機器９２が冷却されている。
【０００４】
このような構成の電力制御ユニットを開示する文献としては、以下のものが挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−４６４８２号公報
【特許文献２】特開２００２−５０５２７号公報
【特許文献３】特開２００２−３６８１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、各自動車メーカーにおいて複数種類の車両が製造されているが、車両の製造においては異なる種類の車両で部品を共通化することが、コスト的に有利であることがよく知られている。そこで、如何に電力制御ユニットの部品を共通化するかが問題となる。
【０００６】
また、車両の設計上、電力制御ユニットを小型化する要望があり、このためには如何に電力制御機器を効率的に冷却するかが問題となる。
【０００７】
また、従来技術に係る電力制御ユニットでは、図６に示されるようにケース本体９０の底面９５と側面９６がダイカストで一体成形されているため、製造段階においては、電力制御機器９２を固定するためにボルト止めを行うには、製造機械のアームがケース本体９０の上方から底面９５付近まで到達するように製造機械を構成しなければならなかった。また、側面９６があるために横からの締め付けが行えず、組み付け性が悪いといった問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術が有する課題の少なくともいずれかを解決した、新規構成の電力制御ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明に係る電力制御ユニットのケース構造は、略筒形状を有し、内部に電力制御機器を収容可能なスペースを形成するケース本体と、前記ケース本体の内側に配置されてケース底面となる略板形状の冷却装置であって、内部に冷媒通路を有する冷却装置と、前記ケース本体に対する前記冷却装置の位置を調節可能とする位置調節機構と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、ケース本体に対する冷却装置の位置が可変となり、電力制御機器の大きさに応じて冷却装置の位置を調節することができる。よって、複数の車両について同一のケース本体、冷却装置等を利用し、部品の共通化を図ることができる。また、同一の車両について、電力制御機器の変更があった場合に、冷却装置の位置を調節するのみで迅速に対応することができる。
【００１１】
ここで、電力制御機器とは、車両に搭載される各装置への電力を制御するための機器であり、例えば、駆動源としての交流電動機への電流を制御するインバータ、他の補助装置に用いられる電動機への電流を制御するインバータ、又はＤＣ／ＤＣコンバータなどである。また、位置調節機構とは、上記のとおり冷却装置の位置を調節するための機構であり、これは様々な態様とすることができる。例えば、位置調節機構は、ボルトやナットを組み合わせて構成すればよい。また、冷却装置をケース本体の内周面に沿って圧入されるような寸法に設計し、製造時にその圧入の距離を調節することにより、冷却装置の位置を調節するようにしてもよい。
【００１２】
さらに、前記冷却装置は、その板形状の両面に電力制御機器を収容可能なスペースを形成することが好ましい。これにより、ケース内部のスペースをより好適に利用することができる。
【００１３】
また、本発明に係る電力制御ユニットは、略筒形状を有し、内部に電力制御機器を収容可能なスペースを形成するケース本体と、前記ケース本体の内側に配置されてケース底面となる略板形状の冷却装置であって、内部に冷媒通路を有する冷却装置と、前記冷却装置の板形状の両面に載置された複数の電力制御機器と、を含んで構成されたことを特徴とする。これにより、従来技術のように一方面のみを利用して冷却を行った場合に比較して、放熱が行われる伝熱面積をより大きくすることができ、効率よく電力制御機器の冷却を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る電力制御ユニットの製造方法は、略板形状であり冷媒通路を内部に有する冷却装置の少なくとも一面に、電力制御機器を組み付けるステップと、前記冷却装置を、略筒形状のケース本体の内部に組み付けるステップと、を含む。これにより、ケース側面がない状態で、電力制御機器を冷却装置に組み付けることができ、電力制御ユニットの製造を容易なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電力制御ユニット１０の外観を示す斜視図であり、図２は、電力制御ユニット１０の断面図である。
【００１６】
電力制御ユニット１０は、大別して、交流電動機を制御するためのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）を含んで構成されたインバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力制御機器１２と、電力制御機器１２を収納するためのスペースを形成するケース２０と、電力制御機器１２を冷却するための冷却装置４０と、ケース２０に対して冷却装置４０の位置を調節するための位置調節機構６０と、で構成されている。
【００１７】
ケース２０は、上から見た形状が矩形である略筒形状のケース本体２２を主要部として構成されており、多数の電力制御機器１２、冷却装置４０、位置調節機構６０などがこの筒形状のケース本体２２内部に収納され、外部環境から保護される。ケース本体２２の上端及び下端には雌ネジ加工された複数のボルト穴２６が所定間隔ごとに設けられている。ケース本体２２の上下にそれぞれ上蓋２８及び下蓋２９を被せてボルト締めすることにより、ケース本体２２に上蓋２８及び下蓋２９が固定される。
【００１８】
冷却装置４０は、冷媒の通路となる溝４４が一方面に形成されたヒートシンク４２と、当該一方面に固定されて通路を密封するカバー４８と、で構成される。冷媒通路の溝４４は冷却装置４０内部を蛇行して形成されており、その溝４４内部には冷媒の流れ方向に沿って薄板状のフィン４６が配置されている。冷媒通路に冷媒である水が循環することにより、各電力制御機器１２が冷却される。
【００１９】
冷却装置４０は全体として略板形状であり、その板両面には多数の電力制御機器１２が密接して載置される。なお、図面では説明の便宜のため、小さな電力制御機器１２を少ない数だけ示しているが、実際のケース２０内部には多数の電力制御機器１２が配置され、ケース２０は電力制御機器１２で詰まった状態となっている。
【００２０】
冷却装置４０を上から見た板面形状は、ケース本体２２の内周面より若干小さい矩形であり、その板面形状の周縁はケース本体２２の内周面に摺接する。また、冷却装置４０の周縁の一部には、冷媒の入口配管５０と出口配管５２が固定され、ケース２０側面の開口２４，２５から外部に突出する。車両に搭載されたときには、これら２つの配管はさらに冷媒循環用のホースに接続される。
【００２１】
位置調節機構６０は、ケース２０に対する冷却装置４０の位置を調節するための機構であり、この位置調節機構６０で冷却装置４０の位置を調節することにより、ケース２０内部において冷却装置４０の上側空間及び下側空間の深さが調節される。位置調節機構６０の構成は、このような機能を備えるものであれば特に限定されないが、本実施形態では一例として以下の構成としている。
【００２２】
本実施形態の位置調節機構６０の構成を図３を参照して説明する。位置調節機構６０は、冷却装置４０の上面及び下面の四隅を設けられた８組の固定ブラケット６６、可動ブラケット６２、位置調節用ボルト６４、ロックナット７０からなる。
【００２３】
ケース本体２２の内周の対向する２側面３０，３１の左右両端には、上下方向に延びるガイド溝２３が形成されており、各ガイド溝２３の上端付近及び下端付近にはそれぞれ固定ブラケット６６がボルト６９で固定されている。各固定ブラケット６６はＬ字形状の部材であり、その一端はケース本体２２の内周面から突出している。その突出部には位置調節用ボルト６４と螺合するボルト穴６８が加工されている。
【００２４】
また、可動ブラケット６２は、固定ブラケット６６と同様にＬ字型の部材であり、その一面をケース内周面に接し、別の一面を冷却装置４０に接している。図４に可動ブラケット６２を上方から見た図を示す。ケース内周面に接する一面には、ケース内周面に突出した係合部６３が形成されており、この係合部６３がガイド溝２３に嵌装されることにより、可動ブラケット６２がガイド溝２３に沿って上下にスライド可能となっている。
【００２５】
位置調節用ボルト６４は固定ブラケット６６のボルト穴６８に螺合され、その先端は可動ブラケット６２に当接する。よって、位置調節用ボルト６４を回転することにより、可動ブラケット６２の位置が調節され、冷却装置４０の上下方向の位置が調節される。なお、本実施形態では、上部の収納スペースと下部の収納スペースはほぼ等容積であるため、冷却装置４０の上側の位置調節用ボルト６４と下側の位置調節用ボルト６４はほぼ同じ長さのものを使用している。これに代えて、上部の収納スペースを大きなものとし、下部の収納スペースを小さなものとしたい場合には、上側の位置調節用ボルト６４に長いものを使用し、下側の位置調節用ボルト６４に短いものを使用すればよい。
【００２６】
製造時には、まず、下側の４本の位置調節用ボルト６４を回転して、冷却装置４０の位置を調節し、ロックナット７０を締め込んで、下側の位置調節用ボルト６４を固定する。次に、上側の４本の位置調節用ボルト６４を締め込み、冷却装置４０を上面からも固定しし、ロックナット７０を締め込んで、上側の位置調節用ボルト６４を固定する。
【００２７】
なお、図５に示すように、ケース側面には縦長の開口２５が設けられており、冷却装置４０が上下に移動したときの出口配管５２とケース本体２２の干渉が回避されている。また、出口配管５２と、ケース側面の開口２５との隙間は可撓性のゴム部材５４で覆われており、ケース内部は外部の粉塵等から保護されている。入口配管５０についても同様な構成となっている。
【００２８】
本実施形態において特徴的なことは、ケース２０に対して冷却装置４０の位置を調節可能としたことである。これにより電力制御機器１２の大きさに応じて冷却装置４０の位置を調節することができるため、複数の車両について同一の部品を共通に利用することができる。例えば、車両の駆動源が交流電動機である場合には、それを制御するインバータのサイズは、交流電動機の最大出力トルクにより大きく異なるため、車両ごとに収納に必要なスペースは異なる。冷却装置４０の位置を調節すれば、このような状況に良好に対応することができる。なお、共通化される部品は冷却装置４０だけとし、車両によってケース本体２２を適宜変更することとしてもよい。
【００２９】
また、上記のように、ケース本体２２と冷却装置４０を別体として構成した場合、それぞれについて最適な材料・製造方法を採用できるという利点もある。例えば、冷却装置４０には熱伝導度の高いアルミニウム系材料を採用すればよい。さらには、冷却装置４０を純アルミニウムを材料として押し出し成型により作成すれば、熱伝導度をより向上できる。また、ケース本体２２には電磁シールド性のある鋼等の金属材料を採用すればよい。例えば、鉄板を曲げ加工やプレス加工してケース本体２２を作成すればよい。また、軽量化を狙いとする場合には、ケース本体２２を樹脂系材料とし、その内周面又は外周面に導電性塗料を塗布して作成してもよい。
【００３０】
また、電力制御機器１２を冷却装置４０の両面に配置するようにすれば、より好適にケース内部のスペースを利用することができる。例えば、交流電動機の最大出力トルクが大きくインバータのサイズが大きい場合には、冷却装置４０の片面側にのみに大きな収容スペースを形成してインバータを配置し、反対側に小さな収容スペースを形成して残りのサイズの小さい他の電力制御機器１２を配置すればよい。
【００３１】
また、本実施形態の別の特徴は、冷却装置４０の両面に電力制御機器１２を配置したことである。冷却装置４０の両面において電力制御機器１２を冷却することにより、従来技術のように一方面のみを利用して冷却を行った場合に比較して、放熱が行われる伝熱面積をより大きくすることができ、効率よく電力制御機器１２の冷却を行うことができる。これは電力制御ユニット１０の小型化に大きく貢献する。なお、この特徴については、必ずしも冷却装置４０の位置が調節可能であったり、冷却装置４０とケース本体２２が分離されている必要はない。例えば、従来技術と同様に、冷却装置４０とケース本体２２が一体化されたものでもよい。
【００３２】
また、本実施形態の別の特徴は、その製造方法である。すなわち、電力制御ユニット１０の製造時には、冷却装置４０がケース本体２２に組み付けられる前に、冷却装置４０の板面上に多数の電力制御機器１２が配置され固定される。そして、その後、電力制御機器１２が固定された冷却装置４０がケース本体２２内部に組み付けられて固定される。これにより、電力制御機器１２を組み付ける際には、ケース側面がない状態であるため、電力制御機器１２の組み付けが行い易く、電力制御ユニット１０の製造を容易なものとすることができる。これにより、製造機械を簡易なものとしたり、作業工数を減らすことができるため、コスト面での貢献は極めて大きい。なお、この特徴については、必ずしも冷却装置４０の位置が調節可能であったり、冷却装置４０の両面に電力制御機器１２が配置される必要はない。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る電力制御ユニットの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力制御ユニットの断面図である。
【図３】冷却装置の位置調節機構の詳細を示す断面図である。
【図４】位置調節機構を上から見た断面図である。
【図５】冷却装置の冷媒出入口配管の取り付け状況を示す断面図である。
【図６】従来技術に係る電力制御ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電力制御ユニット、１２  電力制御機器、２０  ケース、２２  ケース本体、２３  ガイド溝、２５  開口、２６  ボルト穴、２８  上蓋、２９  下蓋、３０，３１  側面、４０  冷却装置、４２  ヒートシンク、４４  冷媒通路、４６  フィン、４８  カバー、５０  入口配管、５２  出口配管、５４  ゴム部材、６０  位置調節機構、６２  可動ブラケット、６３  係合部、６４  位置調節用ボルト、６６  固定ブラケット、６８  ボルト穴、６９  固定ブラケット固定用ボルト、７０  ロックナット、９０  ケース本体、９１  上蓋、９２ 電力制御機器、９３  冷媒通路。
【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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