(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器と、
前記電気機器用の冷却媒体が流れる複数の冷却媒体通路と、
複数の前記冷却媒体通路に供給される前記冷却媒体が流入する入口部と、
前記入口部と複数の前記冷却媒体通路との間に設けられ、各々の前記冷却媒体通路への冷却媒体の分散を促進する冷却媒体分散機構とを備え、
前記冷却媒体分散機構は、前記入口部と複数の前記冷却媒体通路とが並ぶ方向に交差する方向に延在する壁を含み、
前記壁は、前記入口部から離れるにつれて高さが低くなるように設けられた部分を含む、電気機器の冷却構造。
【請求項２】
前記冷却媒体分散機構は、冷却媒体の流れを抑制することにより各々の前記冷却媒体通路への冷却媒体の分散を促進する、請求項１に記載の電気機器の冷却構造。
【請求項３】
複数の前記冷却媒体通路は、互いに同じ方向に延在し、
前記入口部と複数の前記冷却媒体通路とは、複数の前記冷却媒体通路が延在する方向に並ぶ、請求項１または請求項２に記載の電気機器の冷却構造。
【請求項４】
前記電気機器はインバータを含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気機器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の冷却構造に関し、特に、複数の冷却媒体通路を有する電気機器の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平１１−３４０３９３号公報（特許文献１）において、電気機器であるインバータの冷却構造が開示されている。ここでは、受熱部材における半導体素子が搭載される面の反対側の面上にフィンが形成され、このフィン上に蓋を嵌め合わせることにより、外部から液体を流すための流路が形成されている。
【特許文献１】特開平１１−３４０３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の冷却構造においては、フィンにより複数の冷却媒体通路が規定されているが、１つの流入口から流入して複数の冷却媒体通路に流入する冷却媒体の流量が、各々の冷却媒体通路ごとにばらつく場合がある。これに対し、流入口と複数の冷却媒体通路が分岐する位置との間の距離を離した場合、上記ばらつきを抑制することはできるが、一方で、冷却構造が大型化する。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型化を図りながら複数の冷却媒体通路における冷却媒体の流量のばらつきを抑制することが可能な電気機器の冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電気機器の冷却構造は、電気機器と、電気機器用の冷却媒体が流れる複数の冷却媒体通路と、複数の冷却媒体通路に供給される冷却媒体が流入する入口部と、入口部と複数の冷却媒体通路との間に設けられ、各々の冷却媒体通路への冷却媒体の分散を促進する冷却媒体分散機構とを備える。
【０００６】
上記構成によれば、冷却媒体分散機構を設けることにより、冷却媒体が流入する入口部と複数の冷却媒体通路が分岐する位置とを過度に離間させることなく複数の冷却媒体通路への冷却媒体の分散を促進することができる。この結果、電気機器の冷却構造の小型化を図りながら、複数の冷却媒体通路における冷却媒体の流量のばらつきを抑制することができる。
【０００７】
上記電気機器の冷却構造において、好ましくは、冷却媒体分散機構は、冷却媒体の流れを抑制することにより各々の冷却媒体通路への冷却媒体の分散を促進する。
【０００８】
上記電気機器の冷却構造において、１つの例として、複数の冷却媒体通路は、互いに同じ方向に延在し、入口部と複数の冷却媒体通路とは、複数の冷却媒体通路が延在する方向に並ぶ。
【０００９】
上記電気機器の冷却構造において、冷却媒体分散機構は、入口部と複数の冷却媒体通路とが並ぶ方向に交差する方向に延在する壁を含む。そして、壁は、入口部から離れるにつ
れて高さが低くなるように設けられた部分を含む。
【００１０】
上記構成によれば、入口部と冷却媒体通路との間に設けられた壁が、入口部から離れるにつれて壁の高さが低くなる部分を有することで、入口部近傍において冷却媒体通路への冷却媒体の流入を抑制しながら、入口部から離れた位置において冷却媒体通路への冷却媒体の流入を促進することができる。
【００１１】
上記電気機器の冷却構造において、１つの例として、電気機器はインバータを含む。この場合は、インバータの冷却を効率よく行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気機器の冷却構造の小型化を図りながら、複数の冷却媒体通路における冷却媒体の流量のばらつきを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に基づく電気機器の冷却構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１４】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の冷却構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部５００と、端子台６００とを含んで構成される。
【００１５】
モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。
【００１６】
ロータ１３０は、たとえば、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成されたロータコアと、該ロータコアに埋設された永久磁石とを有する。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。なお、ロータコアを圧粉磁心により構成してもよい。
【００１７】
ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるステータコイル１４２と、ステータコイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング２００に設けられた端子台６００および給電ケーブル７００Ａを介してＰＣＵ（Power Control Unit）７００と接続される。また、ＰＣＵ７００は、給電ケーブル８００Ａを介してバッテリ８００に接続される。これにより、バッテリ８００とステータコイル１４２とが電気的に接続される。
【００１８】
ステータコア１４１は、たとえば、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。なお、ステータコア１４１を圧粉磁心により構成してもよい。
【００１９】
３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル１４２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。ステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。バスバー１４３は、それぞれステータコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。
【００２０】
給電ケーブル７００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル７００ＡにおけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。
【００２１】
モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
【００２２】
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ７００におけるインバータを介してバッテリ８００に蓄えられる。
【００２３】
駆動ユニット１には、レゾルバロータと、レゾルバステータとを有するレゾルバ（図示せず）が設けられている。レゾルバロータは、モータジェネレータ１００の回転シャフト１１０に接続されている。また、レゾルバステータは、レゾルバステータコアと、該コアに巻回されたレゾルバステータコイルとを有する。上記レゾルバにより、モータジェネレータ１００のロータ１３０の回転角度が検出される。検出された回転角度は、ＰＣＵ７００へ伝達される。ＰＣＵ７００は、検出されたロータ１３０の回転角度と、外部ＥＣＵ（Electrical Control Unit）からのトルク指令値とを用いてモータジェネレータ１００を駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をモータジェネレータ１００へ出力する。
【００２４】
図２は、ＰＣＵ７００の主要部の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＰＣＵ７００は、コンバータ７１０と、インバータ７２０と、制御装置７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗとを含む。コンバータ７１０は、バッテリ８００とインバータ７２０との間に接続され、インバータ７２０は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００と接続される。
【００２５】
コンバータ７１０に接続されるバッテリ８００は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ８００は、発生した直流電圧をコンバータ７１０に供給し、また、コンバータ７１０から受ける直流電圧によって充電される。
【００２６】
コンバータ７１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、制御装置７３０からの制御信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ８００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。
【００２７】
このコンバータ７１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ８００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ７１０は、インバータ７２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ８００を充電する。
【００２８】
インバータ７２０は、Ｕ相アーム７５０Ｕ、Ｖ相アーム７５０ＶおよびＷ相アーム７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８からなる。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
【００２９】
このインバータ７２０は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。また、インバータ７２０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。
【００３０】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。
【００３１】
制御装置７３０は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度、モータトルク指令値、モータジェネレータ１００の各相電流値、およびインバータ７２０の入力電圧に基づいてモータジェネレータ１００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ７２０へ出力する。
【００３２】
また、制御装置７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ７２０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ７１０へ出力する。
【００３３】
さらに、制御装置７３０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ８００を充電するため、コンバータ７１０およびインバータ７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。
【００３４】
このＰＣＵ７００においては、コンバータ７１０は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ８００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ７２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。
【００３５】
また、インバータ７２０は、モータジェネレータ１００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ７１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ８００を充電する。
【００３６】
図３は、本実施の形態に係るインバータ７２０の冷却構造の構成を示した図である。また、図４は、図３に示されるケーシングの平面図である。そして、図５は、図４におけるＶ−Ｖ断面図であり、図６は、図５に示される構造を矢印ＶIの方向から見た図である。なお、図４〜図６においては、ケーシング７２１の蓋の図示は省略されている。
【００３７】
図３〜図６を参照して、ケーシング７２１は、たとえばアルミニウムなどからなるダイカストケースである。ケーシング７２１内には、たとえばＬＬＣ（Long Life Coolant）などの冷却媒体が流れる。冷却媒体は、入口部７２２から矢印ＩＮの方向に沿ってケーシング７２１内に流入し、出口部７２３から矢印ＯＵＴの方向に沿ってケーシング７２１外に流出する。ケーシング７２１から流出した冷却媒体は、ラジエータ７６０に送られて冷却される。そして、冷却媒体は、入口部７２２から再びケーシング７２１に流入する。以上のようにして、ケーシング７２１上に搭載されたインバータ７２０（図３においては、パワートランジスタＱ３およびダイオードＤ３のみ表示）の冷却が促進される。なお、冷却媒体の循環は、ウォータポンプ７７０により行なわれる。また、冷却媒体として、冷却水、不凍液などが使用されてもよい。
【００３８】
ケーシング７２１内には、複数の冷却媒体通路７２４が形成されている。複数の冷却媒体通路７２４は、電気素子の搭載面に対して垂直に突出するように等間隔に設けられたフィン７２５により区画されている。これにより、同じ方向に延在する複数の冷却媒体通路７２４が形成される。
【００３９】
入口部７２２と、複数の冷却媒体通路７２４が分岐する部分との間には、壁７２６が設けられている。壁７２６は、複数の冷却媒体通路７２４が延在する方向に対して交差する方向に設けられている。図４〜図６の例では、冷却媒体通路７２４の延在方向と、壁７２６の延在方向とは、垂直に交差している。なお、フィン７２５および壁７２６は、ケーシング７２１と一体に形成される。
【００４０】
ケーシング７２１の幅方向中央部は、冷却媒体が流入する入口部７２２に近いため、ケーシング７２１の幅方向中央部近傍に位置する冷却媒体通路７２４には、冷却媒体が流入しやすい。一方で、ケーシング７２１の幅方向中央部から離れた位置では、冷却媒体が流入する入口部７２２から離れているため、ケーシング７２１の幅方向中央部と比較して、冷却媒体通路７２４に冷却媒体が流入しにくい。したがって、複数の冷却媒体通路７２４間で、冷却媒体の流量にばらつきが生じ、インバータ７２０の冷却性能が低下することが懸念される。
【００４１】
これに対し、本実施の形態に係る冷却構造では、図６に示すように、壁７２６の高さが、ケーシング７２１の幅方向中央部から離れるにつれて低く形成されている。このようにすることで、入口部７２２近傍に位置する冷却媒体通路７２４への冷却媒体の流入を抑制しながら、入口部７２２から離れた冷却媒体通路７２４への冷却媒体の流入を促進することができる。この結果、複数の冷却媒体通路７２４における冷却媒体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００４２】
また、上記のような壁７２６が設けられることにより、壁７２６とフィン７２５との間で乱流の形成が促進され、冷却性能が向上することが期待できる。
【００４３】
なお、本願発明者らは、上記の構造において壁７２６が設けられない場合、ケーシング７２１の幅方向中央部に位置する冷却媒体通路７２４における流量が最も大きく、ケーシング７２１の幅方向中央部から離れるにつれて流量が減少し、ケーシング７２１の幅方向端部において再度流量が増大することを確認している。したがって、図７に示すように、ケーシング７２１の幅方向中央部からその周辺に向けて高さが低くなった後、ケーシング７２１の幅方向端部において高さが再び高くなるように壁７２６が設けられてもよい。
【００４４】
図８は、比較例に係る電気機器の冷却構造を示した平面図である。図８を参照して、本比較例においては、入口部７２２からフィン７２５までの距離（Ｌ０）が図４〜図７の例（Ｌ）と比較して比較的大きく確保されている。この結果、入口部７２２から複数の冷却媒体通路７２４の分岐箇所までの距離が大きくなり、冷却媒体の分散が促進される。しかしながら、入口部７２２からフィン７２５までの距離（Ｌ０）を大きくすることで、ケーシング７２１が大型化し、インバータ７２０の冷却構造の小型化が阻害される。
【００４５】
これに対し、本実施の形態に係る冷却構造では、壁７２６を設けることにより、入口部７２２からフィン７２５までの距離を過度に大きくすることなく冷却媒体を分散させることができる。
【００４６】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る電気機器の冷却構造は、「電気機器」としてのインバータ７２０と、インバータ７２０用の冷却媒体が流れる複数の冷却媒体通路７２４と、複数の冷却媒体通路７２４に供給される冷却媒体が流入する入口部７２２と、入口部７２２と複数の冷却媒体通路７２４との間に設けられ、各々の冷却媒体通路７２４への冷却媒体の分散を促進する「冷却媒体分散機構」としての壁７２６とを備える。壁７２６は、冷却媒体の流れを抑制することにより各々の冷却媒体通路７２４への冷却媒体の分散を促進する。
【００４７】
ここで、複数の冷却媒体通路７２４は、互いに同じ方向に延在している。そして、入口部７２２と複数の冷却媒体通路７２４とは、複数の冷却媒体通路７２４が延在する方向に並ぶ。また、壁７２６は、入口部７２２から冷却媒体通路７２４に向かう方向に交差する方向に延在している。そして、壁７２６は、入口部７２２から離れるにつれて高さが低くなるように設けられる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、壁７２６の高さを変化させることにより冷却媒体の分散を促進しているが、たとえば、壁７２６の高さを一定にした上で、入口部７２２から離れた位置で選択的に壁７２６に孔を設けたり、入口部７２２近傍および入口部７２２から離れた位置でともに壁７２６に孔を設けるが、その孔の大きさを入口部７２２から離れた位置において大きくしたりすることで冷却媒体の分散を促進してもよい。
【００４９】
本実施の形態に係る冷却構造によれば、上記のような壁７２６が設けられることにより、冷却媒体が流入する入口部７２２と複数の冷却媒体通路７２４が分岐する位置とを過度に離間させることなく複数の冷却媒体通路７２４への冷却媒体の分散を促進することができる。この結果、インバータ７２０の冷却構造の小型化を図りながら、複数の冷却媒体通路７２４における冷却媒体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態においては、入口部７２２がケーシング７２１の幅方向中央部に位置する例について説明したが、入口部７２２は、ケーシング７２１の幅方向中央部からずれた位置に設けられる場合もある。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の冷却構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の冷却構造の全体構成を示した図である。
【図４】図３に示されるケーシングの平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図５に示される構造を矢印ＶIの方向から見た図である。
【図７】図４〜図６に示される壁の変形例を示した図である。
【図８】比較例に係る電気機器の冷却構造におけるケーシングの平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  駆動ユニット、１００  モータジェネレータ、１１０  回転シャフト、１２０  軸受、１３０  ロータ、１４０  ステータ、１４１  ステータコア、１４２  ステータコイル、１４３  バスバー、２００  ハウジング、３００  減速機構、４００  ディファレンシャル機構、５００  ドライブシャフト受け部、６００  端子台、７００  ＰＣＵ、７００Ａ，８００Ａ  給電ケーブル、７１０  コンバータ、７２０  インバータ、７２１  ケーシング、７２２  入口部、７２３  出口部、７２４  冷却媒体通路、７２５  フィン、７２６  壁、７３０  制御装置、７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗ  出力ライン、７５０Ｕ  Ｕ相アーム、７５０Ｖ  Ｖ相アーム、７５０Ｗ  Ｗ相アーム、７６０  ラジエータ、７７０  ウォータポンプ、８００  バッテリ、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ  リアクトル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３  電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８  パワートランジスタ。
【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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【図７】
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【図８】
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