(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源であるモータのインバータを冷却する車両用インバータの冷却装置であって、
前記インバータに接した状態で配置されたヒートシンクを備えており、
このヒートシンクには、当該ヒートシンクを冷却する冷却液が循環する冷却液通路を構成する他の部品が、直接取り付けられており、
当該他の部品には、ヘッダータンクが含まれており、当該ヘッダータンクの上端部が、前記ヒートシンクの上端部よりも高い位置に配置されていることを特徴とする車両用インバータの冷却装置。
【請求項２】
前記ヘッダータンクは、頂部に形成された冷却液の注入口と、当該注入口に取り付けられ、エア抜きを行うためのフィラーキャップとを有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項３】
前記他の部品には、ラジエタおよびファン支持部材がさらに含まれており、
当該ファン支持部材は、当該ラジエタを冷却するためのファンを支持するとともに、当該ファンの周囲を囲むように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項４】
前記他の部品には、冷却液を前記冷却液通路内に循環させるための冷却液ポンプがさらに含まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項５】
前記モータには、当該モータを冷却するためのモータ冷却通路が設けられており、
当該モータ冷却通路は、冷却液が当該モータ冷却通路内を循環するように、前記冷却液通路に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項６】
前記モータ冷却通路は、前記冷却液通路の前記ヒートシンクよりも下流側に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項７】
前記他の部品には、エキスパンションタンクがさらに含まれていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、ケース状に形成されており、
前記ラジエータおよび前記ファンは、当該ケース状の当該ヒートシンクに一体に組み付けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用インバータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源であるモータのインバータを冷却する車両用インバータの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の冷却装置として、例えば、特開平１０−２５９７２１号公報に記載されたものが知られている。この冷却装置は、水冷式のものであり、ラジエタやポンプなどを有し、これらが配管によって互いに接続されるとともに、外周に冷却液の通路を有するモータや、インバータが組み付けられたヒートシンクなどにも配管を介して接続され、冷却液がこれらの配管を介して循環するようになっている。そして、モータの運転に伴い、ポンプを作動させることで冷却液を循環させ、これによって、モータやインバータなどが冷却される。
【０００３】
また、上記の冷却装置と異なり、空冷式のものも知られている。この空冷式の冷却装置は、インバータが組み付けられたヒートシンクに、ファンを有するエアダクトを組み付けて構成されている。モータの運転に伴ってファンを作動させ、エアダクトを介して外部から吸入したエアをヒートシンク内に導入することによって、インバータなどが冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような水冷式の冷却装置では、冷却装置の多くの構成部品間を配管で接続しなければならず、その接続に多くの工数がかかることで、コストアップを招いている。加えて、配管による接続個所が多いため、その接続個所から冷却液漏れが生じるおそれもある。また、特にハイブリッド自動車では、エンジン、エンジン駆動補機およびエアクリーナなどの隙間をぬって配管しなければならないため、冷却液通路が長くかつ複雑になってしまうとともに、小型化の妨げとなっている。このため、冷却装置における冷却液の圧力が低下し、これによって冷却効率および冷却液の循環効率も低下してしまう。
【０００５】
一方、上記のような空冷式の冷却装置では、水冷式の冷却装置に比べて、構成部品点数が少なくなるものの、冷却効率が低く、十分な冷却効果を得るためには、冷却装置が全体として大型化してしまう。また、ヒートシンクに外気が導入されるため、ヒートシンク内に塵や埃が堆積しやすく、これによって、冷却効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、低コストで製造でき、かつ、コンパクトに構成できるとともに、冷却効率を向上させることができる車両用インバータの冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る車両用インバータの冷却装置は、車両の駆動源であるモータのインバータ２を冷却する車両用インバータの冷却装置１であって、インバータに接した状態で配置されたヒートシンク３を備えており、このヒートシンクには、ヒートシンクを冷却する冷却液Ｗが循環する冷却液通路を構成する他の部品が、直接取り付けられおり、他の部品には、ヘッダータンク４が含まれており、ヘッダータンクの上端部が、ヒートシンクの上端部よりも高い位置に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、インバータに接した状態で配置されたヒートシンクに、このヒートシンクを冷却する冷却液が循環する冷却液通路を構成する他の部品が、直接取り付けられているので、従来と異なり、ヒートシンクと他の部品との間を配管で接続する必要がない。その結果、配管で接続する場合に比べて、部品点数および組立工数を低減することができ、冷却装置を低コストで製造でき、かつ、コンパクトに構成できるとともに、冷却液漏れの発生を低減することができる。また、冷却液通路が単純かつ短くなるため、従来に比べて、冷却液の圧力低下を抑制することができ、これにより、冷却装置の冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用インバータの冷却装置において、ヘッダータンク４は、頂部に形成された冷却液Ｗの注入口４ｂと、注入口４ｂに取り付けられ、エア抜きを行うためのフィラーキャップ４ｃとを有していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用インバータの冷却装置において、他の部品には、ラジエタ７およびファン支持部材（ファンシュラウド１０）がさらに含まれており、ファン支持部材（ファンシュラウド１０）は、ラジエタ７を冷却するためのファン９を支持するとともに、ファン９の周囲を囲むように構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ヒートシンクにラジエタが直接取り付けられており、送風によりこれを冷却するためのファンを、ヒートシンクに直接取り付けられたファン支持部材に取り付けることによって、ヒートシンク、ラジエタおよびファンを一体としてコンパクトに構成することができ、その取り扱い、すなわち運搬や自動車への取り付けを容易に行うことができる。また、ファン支持部材が、ファンの周囲を囲うように構成されているので、ファンによる風の漏れを少なくでき、その風をラジエタに効率的に送ることができる。その結果、ラジエタにおける冷却液の冷却効率を高めることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置において、他の部品には、冷却液Ｗを冷却液通路内に循環させるための冷却液ポンプ６がさらに含まれていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置において、モータ１１には、モータ１１を冷却するためのモータ冷却通路（通路１２）が設けられており、モータ冷却通路（通路１２）は、冷却液Ｗがモータ冷却通路（通路１２）内を循環するように、冷却液通路に接続されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の車両用インバータの冷却装置において、モータ冷却通路（通路１２）は、冷却液通路のヒートシンク３よりも下流側に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用インバータの冷却装置において、他の部品には、エキスパンションタンクがさらに含まれていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項３に記載の車両用インバータの冷却装置において、ヒートシンク３は、ケース状に形成されており、ラジエータ７およびファン９は、ケース状のヒートシンク３に一体に組み付けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態による車両用インバータの冷却装置を詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態の冷却装置はいずれも、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動源であるモータの、直流／交流変換を行うインバータを、水冷式で冷却するものである。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態による車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示しており、ヒートシンクおよびヘッダータンク一体タイプのものである。同図に示すように、この冷却装置１は、インバータ２に接した状態で配置されたヒートシンク３と、ヒートシンク３に直接取り付けられたヘッダータンク４とを有している。
【００１５】
ヒートシンク３は、例えば、アルミニウムや銅などの金属からなり、内部に冷却水などの冷却液Ｗが流出入できるように形成されている。すなわち、ヒートシンク３には、流入口３ａおよび流出口（図１では図示せず）が設けられており、これらを介して、冷却液Ｗがヒートシンク３に流出入するようになっている。
【００１６】
一方、ヘッダータンク４は、ヒートシンク３よりも高い位置に配置され、後述する冷却液ポンプにより汲み上げられた冷却液Ｗを、ヘッド差を利用して、ヒートシンク３に供給するものである。このヘッダータンク４にも、冷却液Ｗの流入口（図示せず）および流出口４ａが設けられている。そして、この流出口４ａとヒートシンク３の流入口３ａとを合わせた状態で、ヘッダータンク４がヒートシンク３に直接取り付けられている。具体的には、ヘッダータンク４は、ろう付けや溶接などによって、ヒートシンク３の側壁に接合された状態で取り付けられている。これにより、ヘッダータンク４からヒートシンク３に冷却液Ｗが直接流れる。
【００１７】
また、図示しないが、上記ヒートシンク３およびヘッダータンク４には、冷却装置１の他の構成部品、例えば冷却液Ｗを循環させるための冷却液ポンプやラジエタなどが、配管などを介して接続されており、これによって、冷却液Ｗが循環する冷却液通路が構成されている。また、ヘッダータンク４には、冷却液Ｗの注入口４ｂにフィラーキャップ４ｃが取り付けられており、この注入口４ｂを介して冷却液Ｗが注入され、フィラーキャップ４ｃなどによって、冷却装置１内の冷却液Ｗのエア抜きが行われるとともに、冷却液Ｗの圧力が調整されるようになっている。
【００１８】
このように構成された冷却装置１のヒートシンク３上には、インバータ２が組み付けられている。そして、モータの運転中に、冷却液Ｗが冷却液通路を循環し、ヒートシンク３内を流出入することにより、スイッチングによって発熱するインバータ２がヒートシンク３を介して冷却される。なお、ヒートシンク３の上方には、カバー５が設けられており、このカバー５によって、インバータ２が保護される。
【００１９】
なお、図示しないが、上記ヘッダータンク４とともに、あるいはこれに代えて、気水分離機能を有するエキスパンションタンクを、ヒートシンク３に取り付けたり、さらには、ヘッダータンク４およびエキスパンションタンクの両方の機能を有するタンクを、ヒートシンク３に取り付けてもよい。
【００２０】
図２は、本発明の第２実施形態による車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示しており、ヒートシンクおよび冷却液ポンプ一体タイプのものである。なお、上記第１実施形態と同一の機能を有する構成部品については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下の各実施形態の説明でも同様とする。
【００２１】
同図に示すように、この冷却装置１は、ヒートシンク３と、このヒートシンク３に直接取り付けられ、冷却液Ｗを循環させる冷却液ポンプ６とを有している。ヒートシンク３の側壁には、貫通孔３ｃが形成されており、この貫通孔３ｃに外部から冷却液ポンプ６が取り付けられている。冷却液ポンプ６は、インペラー６ａと、ヒートシンク３の側壁に直接形成され、インペラー６ａを収容するインペラーハウジング６ｂと、インペラー６ａを回転させる駆動モータ６ｃなどを有している。そして、この冷却液ポンプ６は、インペラー６ａをヒートシンク３の内部に臨ませた状態で、インペラーハウジング６ｂを介して、ヒートシンク３に取り付けられている。なお、上記第１実施形態と同様に本実施形態においても、ヒートシンク３および冷却液ポンプ６に、冷却装置１の他の構成部品が配管を介して接続されることで、冷却液通路が構成されている。
【００２２】
このように構成された冷却装置１も、モータの運転中に、冷却液ポンプ６が作動することで、冷却液Ｗが冷却液通路を循環し、流入口３ａおよび流出口３ｂを介して、ヒートシンク３内に冷却液Ｗが流出入することにより、インバータ２がヒートシンク３を介して冷却される。
【００２３】
図３は、本発明の第３実施形態による車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示しており、ヒートシンクおよびラジエタ一体タイプのものである。同図に示すように、この冷却装置１は、ヒートシンク３と、このヒートシンク３に直接取り付けられたラジエタ７とを有している。ラジエタ７は、表面に多数のフィン８を有するとともに、その内部に冷却液Ｗを流入させるための流入口７ａと、内部から冷却液Ｗを流出させるための流出口７ｂを有しており、これらの流入口７ａおよび流出口７ｂをそれぞれ、ヒートシンク３の流出口３ｂおよび流入口３ａに合わせた状態で、ヒートシンク３に取り付けられている。この場合も、上記第１実施形態と同様に、ろう付けや溶接などによって、ラジエタ７がヒートシンク３の側壁に接合された状態で取り付けられている。
【００２４】
また、この冷却装置１において、図４に示すように、ラジエタ７に送風し、これを冷却するファン９を支持するとともに、ファン９の周囲を囲うファンシュラウド１０を、ヒートシンク３に直接取り付けてもよい。この場合には、ヒートシンク３、ラジエタ７およびファン９を一体としてコンパクトに構成することができ、その取り扱い、すなわち運搬や自動車への取り付けを容易に行うことができる。加えて、ファンシュラウド１０によって、ファン９による風の漏れを少なくでき、その風をラジエタ７に効率的に送ることができる。その結果、ラジエタ７における冷却液Ｗの冷却効率を高めることができる。
【００２５】
図５は、本発明の第４実施形態による車両用インバータの冷却装置を模式的に示しており、上記各実施形態の冷却装置を一つにまとめたもの、すなわち、ヒートシンク３、ヘッダータンク４、冷却液ポンプ６およびラジエタ７一体タイプのものである。同図に示すように、この冷却装置１のヒートシンク３には、ヘッダータンク４、冷却液ポンプ６およびラジエタ７が、ろう付けや溶接などによって取り付けられている。そして、ヒートシンク３内の冷却液Ｗは、冷却液ポンプ６によって、ヘッダータンク４およびラジエタ７へと順に流れ、ヒートシンク３に戻るように循環する。この冷却装置１では、配管などを全く使用することなく、冷却液通路が構成される。
【００２６】
また、上記のような冷却装置１を、図６に示すように、自動車の駆動源であるモータ１１に接続するようにしてもよい。このモータ１１は、その外周壁に、冷却液Ｗを流すための通路１２を有しており、この通路１２の流入口１２ａおよび流出口１２ｂに、配管１３、１３を介して、冷却装置１が接続されている。具体的には、ヒートシンク３の流出口３ｂおよびヘッダータンク４の流入口４ｄをそれぞれ、通路１２の流入口１２ａおよび流出口１２ｂに、配管１３、１３を介して接続する。これにより、モータ１１の運転時には、冷却装置１によって、インバータ２に加えて、モータ１１も冷却される。
【００２７】
図７は、冷却装置１の一部、具体的には例えば、ヒートシンク３をケース状に形成するとともに、ラジエタ７およびファン９を一体に組み付け、そのケース内のヒートシンク３上に、インバータ２やモータの運転時に発熱する高電圧系部品１４などを組み付け、これらの冷却系部品および電気系部品をパッケージ化したものである。このようなパッケージ化により、コンパクトになるとともに、これらの部品は、通常、メンテナンスの必要の頻度は低いので、自動車の床下などのデッドスペースに配置することが可能であり、エンジンルームやモータルームなどに配置されていた従来の自動車に比べて、それらのスペースの有効活用を図ることができる。
【００２８】
以上詳述したように、上記の各実施形態によれば、インバータ２に接した状態で配置されたヒートシンク３に、冷却液通路を構成する他の部品、すなわちヘッダータンク４、冷却液ポンプ６およびラジエタ７の少なくとも一つが直接取り付けられているので、従来と異なり、ヒートシンク３と他の部品４、６、７との間を配管で接続する必要がない。その結果、配管で接続する場合に比べて、部品点数および組立工数を低減することができ、冷却装置１を低コストで製造でき、かつ、コンパクトに構成できるとともに、冷却液漏れの発生を低減することができる。特に、図５、６に示す第４実施形態のように、ヘッダータンク４、冷却液ポンプ６およびラジエタ７などの他の部品を、より多くヒートシンク３に取り付けるほど、ヒートシンク３と他の部品との間の配管による接続を低減、あるいは完全に無くすことができ、部品点数および組立工数をより一層低減することができる。また、冷却液Ｗが循環する冷却液通路が単純かつ短くなるため、従来に比べて、冷却液Ｗの圧力低下を抑制することができ、これにより、冷却装置１の冷却効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、冷却液通路を構成する部品であれば、上述した部品、すなわちヘッダータンク４、冷却液ポンプ６およびラジエタ７以外のものを、ヒートシンク３に直接、あるいはヘッダータンク４などに直接取り付けるようにしてもよい。また、ヒートシンク３への上記部品の取り付けは、上述したろう付けや溶接に限らず、例えば、パッキンを挟むとともにボルトなどで行ってもよい。さらに、実施形態で示した冷却装置１の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の車両用インバータの冷却装置は、低コストで製造でき、かつ、コンパクトに構成できるとともに、冷却効率を向上させることができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示す側断面図であり、ヒートシンクにヘッダータンクを直接取り付けた状態を示す。
【図２】本発明の第２実施形態に係る車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示す断面図であり、（ａ）はヒートシンクに冷却液ポンプを直接取り付けた状態を示す側断面図、（ｂ）はその平面断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る車両用インバータの冷却装置の一部を模式的に示す側断面図であり、ヒートシンクにラジエタを直接取り付けた状態を示す。
【図４】ファンを支持するファンシュラウドを、図３のヒートシンクに取り付けた状態を示す側断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る車両用インバータの冷却装置を模式的に示す断面図であり、ヒートシンクに、ヘッダータンク、冷却液ポンプおよびラジエタを直接取り付けた状態を示す。
【図６】図５の冷却装置に、車両の駆動源であるモータを接続した状態を示す断面図である。
【図７】ケース状に形成した冷却装置の一部に、インバータや高電圧系部品を収納した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１      冷却装置
２      インバータ
３      ヒートシンク
４      ヘッダータンク
４ｂ 注入口
４ｃ フィラーキャップ
６      冷却液ポンプ
７      ラジエタ
９      ファン
１０    ファンシュラウド（ファン支持部材）
１１    モータ
１２ 通路（モータ冷却通路）
Ｗ      冷却液
【図１】
0004538144.tif 000002
【図２】
0004538144.tif 000003
【図３】
0004538144.tif 000004
【図４】
0004538144.tif 000005
【図５】
0004538144.tif 000006
【図６】
0004538144.tif 000007
【図７】
0004538144.tif 000008