(57)【要約】 【課題】  放熱効率の向上を図る。【解決手段】  ヒートパイプ１０（導体）に生じた熱は、ヒートパイプ１０内において作動液が蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することによりシールドパイプ２０の外部へ移動し、ヒートパイプ１０から水冷ヒートシンク３０の冷却水に伝達される。ヒートパイプ１０に伝えられた熱を冷却水によって強制的に奪うようにしたので、ヒートパイプ１０の外周面から直接大気中に放熱する場合に比べて、放熱効率に優れている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドパイプ内に導体が挿通されたものであって、
通電により前記導体に生じた熱を前記シールドパイプの外部へ移動させるヒートパイプと、
冷却水を流通させる流路を有し、前記ヒートパイプにおける前記シールドパイプ外への突出部分に設けられる水冷ヒートシンクとを備えていることを特徴とするシールド導電体。
【請求項２】
前記ヒートパイプが前記導体とされていることを特徴とする請求項１記載のシールド導電体。
【請求項３】
前記水冷ヒートシンクには、放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のシールド導電体。
【請求項４】
前記水冷ヒートシンクは、自動車の車体に対して伝熱可能に取り付けるための取付部を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシールド導電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド導電体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車などの車両に搭載されるシールド導電体としては、複数本のノンシールド電線を、金属細線をメッシュ状に編んだ筒状の編組線からなるシールド部材で包囲することにより一括してシールドする構造のものが考えられている。この種のシールド導電体においてシールド部材と電線を保護する方法としては、一般に、シールド部材を合成樹脂製のプロテクタで包囲する手段がとられるが、プロテクタを用いると部品点数が増えるという問題がある。  
そこで、本願出願人は、特許文献１に記載されているように、ノンシールド電線を金属製のパイプ内に挿通する構造を提案した。この構造によれば、パイプが、電線をシールドする機能と電線を保護する機能を発揮するので、シールド部材とプロテクタを用いたシールド導電体に比べて部品点数が少なくて済むという利点がある。
【特許文献１】特開２００４−１７１９５２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パイプを用いたシールド導電体では、電線とパイプとの間に空気層が存在しているため、通電時に電線で発生した熱が、熱伝導率の低い空気によって遮断されてパイプに伝わり難く、しかも、パイプには、編組線における編み目の隙間のような外部との通気経路が存在しないため、電線で発生した熱がパイプの内部に籠もり易く、放熱性が低くなる傾向がある。  
ここで、導体に所定の電流を流したときの発熱量は、導体の断面積が大きい程小さくなり、発熱に起因する導体の温度上昇値は、導電路の放熱性が高いほど小さく抑えられる。したがって、導体の温度上昇値に上限が定められている環境下では、上記のように放熱効率の低いシールド導電体の場合、導体の断面積を大きくして発熱量を抑える必要がある。
ところが、導体の断面積を増大することは、シールド導電体が大径化し重量化することを意味するため、その対策が望まれる。  
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、シールドパイプ内に導体が挿通されたものであって、通電により前記導体に生じた熱を前記シールドパイプの外部へ移動させるヒートパイプと、冷却水を流通させる流路を有し、前記ヒートパイプにおける前記シールドパイプ外への突出部分に設けられる水冷ヒートシンクとを備えているところに特徴を有する。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ヒートパイプが前記導体とされているところに特徴を有する。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記水冷ヒートシンクには、放熱フィンが設けられているところに特徴を有する。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記水冷ヒートシンクは、自動車の車体に対して伝熱可能に取り付けるための取付部を備えているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００８】
＜請求項１の発明＞
導体に生じた熱は、ヒートパイプ内において作動液が蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することによりシールドパイプの外部へ移動し、ヒートパイプから水冷ヒートシンクの冷却水に伝達される。本発明では、ヒートパイプに伝えられた熱を冷却水によって強制的に奪うようにしたので、ヒートパイプの外周面から直接大気中に放熱する場合に比べて、放熱効率に優れている。
【０００９】
＜請求項２の発明＞
ヒートパイプを導体としたことにより、導体自体が放熱機能を備えるものになったので、導体の熱をヒートパイプに伝達して放出するものに比べると、放熱効率に優れている。
【００１０】
＜請求項３の発明＞
ヒートパイプから水冷ヒートシンクに伝達された熱のうち、冷却水に奪われなかったものは、放熱フィンの放熱面積の広い表面から大気中に放出されるので、放熱効率に優れている。
【００１１】
＜請求項４の発明＞
本発明では、自動車の車体が熱容量の大きい吸熱体及び走行風が活用できることで効率的な放熱体として利用可能であることに着目し、水冷ヒートシンクを自動車の車体に取り付けることができるようにした。水冷ヒートシンクを車体に取り付けた状態では、車体の吸熱性能と放熱性能により水冷ヒートシンクと車体との間の温度勾配が保たれ、水冷ヒートシンクに伝達された熱の一部が、車体側へ効率的に伝達されるので、放熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図４を参照して説明する。電気自動車ＥＶ（本発明の構成要件である自動車）の車体Ｂｄの前部にはエンジンルームが設けられ、エンジンルーム内には、走行用モータＭｏを駆動するための動力回路を構成する機器Ｍａ（例えば、インバータ）とガソリン駆動用のエンジンＥｇとが収容されている。車体Ｂｄの後部（例えば、トランクルーム）には動力回路を構成する機器Ｍｂ（例えば、バッテリ）が搭載されている。２つの機器Ｍａ，Ｍｂとの間にはシールド導電体Ｗａと車内用導電体Ｗｂが配索されている。
【００１３】
シールド導電体Ｗａは、導体として用いられる３本の細長いヒートパイプ１０と、一括シールド機能及びヒートパイプ１０の保護機能を兼ね備える金属製（例えば、アルミニウム合金、ステンレス、銅、銅合金等）のシールドパイプ２０とを備えて構成される。ヒートパイプ１０は、円筒形の金属管材の内部を気密状に封止し、その封止された作動空間に作動流体（例えば、水）を封入し、内周に、ヒートパイプ１０の低温側（放熱部１５）に移動した作動流体を高温側へ戻すためのウイック（図示せず）が貼り付けられた周知の構造のものである。各ヒートパイプ１０の外周は、夫々、熱伝導製の高い合成樹脂製の絶縁被覆１１で覆われている。
【００１４】
３本のヒートパイプ１０は１本のシールドパイプ２０に一括して貫通され、ヒートパイプ１０の前後両端部はシールドパイプ２０の外部へ導出（突出）されている。シールドパイプ２０の外部では、ヒートパイプ１０の前後両端面（突出端面）に、棒状の接続部材１３が、冷間圧接等によって導通可能に固着されている。この接続部材１３のヒートパイプ１０とは反対側の端部には、車内用導電体Ｗｂとの接続手段であるオープンバレル状の圧着部１４が形成されている。尚、図２にはヒートパイプ１０の前端部をあらわしているが、後端部については、前端部と同様の構成なので、図示は省略する。
【００１５】
車内用導電体Ｗｂは、可撓性を有するノンシールドタイプの３本の電線４０（図示せず）を、金属細線をメッシュ状に編んだ編組線からなる可撓性シールド部材４１で一括して包囲したものであり、接続部材１３の圧着部１４には、車内用導電体Ｗｂの電線４０の端末部における樹脂被覆４０ｂを剥いて露出させた撚り線からなる芯線４０ａが圧着により導通可能に固着されている。車体Ｂｄの前側に配索される車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材４１の後端部は後述する水冷ヒートシンク３０に接続され、車体Ｂｄの後側に配索される車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材４１の端部はシールドパイプ２０の後端部に導通可能に接続されている。さらに、ヒートパイプ１０の前端部から電線４０の端部における樹脂被覆４０ｂで包囲された領域に至る部分（圧着部１４を含む）の外周には、可撓性シールド部材４１の内部において防水手段としての熱収縮チューブ４２が液密状に密着して取り付けられている。
【００１６】
シールド導電体Ｗａは、車体Ｂｄの床下（床板Ｆｐの下方）に沿うように概ね水平に配索されている。シールド導電体Ｗａの前後両端部においては、シールドパイプ２０の前端部がブラケット２１により車体Ｂｄに吊下状態で固定されている。シールド導電体Ｗａの前端部に接続された車内用導電体Ｗｂは、床板Ｆｐを貫通してエンジンルーム内に配索され、機器Ｍａに接続されている。一方、シールド導電体Ｗａの後端部に接続された車内用導電体Ｗｂは、床板Ｆｐを貫通して車内に配索され、機器Ｍｂに接続されている。
【００１７】
さて、シールドパイプ２０の前方へ突出したヒートパイプ１０の前端部は、ヒートパイプ１０に通電されたときにヒートパイプ１０で発生する熱を放出するための放熱部１５となっている。そして、この放熱部１５には、放熱効率を向上させるための手段として水冷ヒートシンク３０が設けられ、水冷ヒートシンク３０は、放熱効率を更に向上させるために床板Ｆｐの外面（下面）に固定されている。したがって、放熱部１５は水冷ヒートシンク３０を介して床板Ｆｐに取り付けられていることになる。
【００１８】
次に、水冷ヒートシンク３０について説明する。  
水冷ヒートシンク３０は、保持体３１と固定具３５とを備えて構成されている。保持体３１は、熱伝導率の高い金属材料からなり、略直方形（ブロック状）をなしている。保持体３１には、前後方向に貫通する３本の保持孔３２が形成され、各保持孔３２には、ヒートパイプ１０の放熱部１５が貫通されている。保持体３１の内部には、冷却水（図示せず）を一方向に流通させるための流路３３が形成されている。流路３３は、保持体３１内において葛折り状に屈曲した形態、即ち並列配置した複数の直線部３３ａの端部同士を略半円形の曲線部３３ｂで順次に連絡した形態であり、直線部３３ａの長さ方向（左右方向）は保持孔３２（ヒートパイプ１０）の長さ方向（前後方向）と略直角となっている。そして、これらの直線部３３ａの下方近傍に保持孔３２が配置されている。つまり、流路３３は、保持体３１の上面と放熱部１５との間に配置されている。また、流路３３を流れる冷却水はヒートパイプ１０の放熱部１５（絶縁被覆１１）の外周面には直接接触しないようになっている。さらに、流路３３の一方の端部は保持体３１の一方の外側面に開口され、流路３３の他方の端部が保持体３１の反対側の外側面に開口されていて、この２つの開口には、機器Ｍａを冷却するための冷却器（図示せず）の冷却パイプＰが接続されている。
尚、流路３３の形成手段としては、保持体３１を２分割構造としてその２つの分割体のうち少なくとも一方の対向面（密着面）に葛折り状の溝を形成し、その溝を流路３３とする方法や、上記のように形成した溝に流路３３となるパイプを嵌合する方法がある。
【００１９】
さらに、保持体３１の左右両側縁からは、その上縁に沿うように一対の取付部３４がリブ状に突出して形成されている。尚、上述の前側の車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材４１は保持体３１の前端面に導通可能に接続されている。また、シールドパイプ２０の前端部と保持体３１の後端面との間には、３本のヒートパイプ１０を一括して包囲するシールドシェル（図示せず）が導通可能に設けられている。
【００２０】
固定具３５は、金属板材からなり、保持体３１の下面と左右両側面に面接触する略「コ」字形の覆い部３６と、覆い部３６の左右両側縁から延出して取付部３４の下面に面接触する左右一対の支持板部３７と、覆い部３６及び支持板部３７の外面から略直角に延出する板状をなす複数枚の放熱フィン３８とからなる。放熱フィン３８の板面は流路３３の直線部３３ａと平行な向きとされている。固定具３５の支持板部３７には、金属製のボルト３９が下方から貫通されている。ボルト３９は、保持体３１の取付部３４を貫通して、床板Ｆｐの雌ネジ部（図示せず）に螺合されている。このボルト３９の締付けにより、水冷ヒートシンク３０の固定具３５の上面と取付部３４の上面が床板Ｆｐの下面（外面）に対してほぼ面接触状態で導通可能に取り付けられ、この水冷ヒートシンク３０を介してヒートパイプ１０の放熱部１５が車体Ｂｄ（床板Ｆｐ）に取り付けられている。
【００２１】
次に、本実施形態の作用を説明する。  
ヒートパイプ１０に通電すると、ヒートパイプ１０が発熱し、ヒートパイプ１０のうちシールドパイプ２０内に収容されている領域が高温となり、シールドパイプ２０の前方外部に位置する放熱部１５が相対的に低温となるため、シールドパイプ２０の内部と放熱部１５との間で温度勾配が生じる。すると、ヒートパイプ１０内の液体状の作動流体が蒸発して潜熱を吸収し、その蒸気が放熱部１５に向けて移動し、放熱部１５において蒸気が凝縮して潜熱を放出し、液体となって高温側へ戻る、という動作を繰り返し、これにより、シールドパイプ２０内の熱がシールドパイプ２０の外部の放熱部１５へ移動する。
【００２２】
放熱部１５に移動した熱は、放熱部１５の外周から保持孔３２の内周に伝達され、保持体３１の内部を移動して流路３３の内周面に至り、流路３３内を流れる冷却水に奪われ、冷却水によって冷却器へ運ばれた後、大気中に放出される。また、保持体３１の内部を移動する熱のうち冷却水に奪われなかったものは、保持体３１の図２及び図３における上面に移動し、金属製の床板Ｆｐに伝達して、床板Ｆｐから車体Ｂｄ全体に拡がる。さらに、放熱部１５から保持体３１に伝達された熱の一部は、保持体３１の図２及び図３における下面及び図３における左右両側面に移動し、固定具３５の覆い部３６に伝わり、覆い部３６の表面から大気中に放散されるとともに、覆い部３６から放熱フィン３８へ移動して放熱フィン３８の表面から大気中に放散される。
【００２３】
本実施形態においては、ヒートパイプ１０に通電したときに生じる熱が、ヒートパイプ１０内において作動液が蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することによりシールドパイプ２０外の放熱部１５へ移動し、放熱部１５から水冷ヒートシンク３０の冷却水に伝達されるようになっている。このように、ヒートパイプ１０に伝えられた熱を冷却水によって強制的に奪うようにしたので、ヒートパイプ１０の放熱部１５の外周面から直接大気中に放熱する場合に比べて、放熱効率に優れている。
【００２４】
また、ヒートパイプ１０を導体として使用し、導体自体が放熱機能を備えるようにしたので、導体とヒートパイプとを別体部品とし、導体の熱をヒートパイプに伝達して放出するものに比べると、放熱効率に優れている。  
また、水冷ヒートシンク３０に放熱フィン３８を設け、ヒートパイプ１０から水冷ヒートシンク３０に伝達された熱のうち、冷却水に奪われなかったものが、放熱フィン３８の放熱面積の広い表面から大気中に放出されるようにしたので、放熱効率に優れている。
【００２５】
さらに、自動車の車体Ｂｄが熱容量の大きい吸熱体及び放熱体として利用可能であることに着目し、ヒートパイプ１０の放熱部１５に対して伝熱可能に設けられている水冷ヒートシンク３０を、車体Ｂｄの床板Ｆｐに対して伝熱可能に取り付けるようにした。水冷ヒートシンク３０を車体Ｂｄに取り付けた状態では、車体Ｂｄの吸熱性能の放熱性能により、水冷ヒートシンク３０と車体Ｂｄとの間の温度勾配が保たれて水冷ヒートシンク３０から車体Ｂｄ側へ熱が効率的に伝達される。したがって、水冷ヒートシンク３０を車体Ｂｄに取り付けない形態のものに比べて、放熱効率が良い。
【００２６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。  
（１）上記実施形態では１つのシールドパイプ内に３本のヒートパイプ（導体）を挿通したが、本発明によれば、１つのシールドパイプに挿通されるヒートパイプの本数は１本、２本、４本以上のいずれとしてもよい。  
（２）上記実施形態ではヒートパイプの内周にウイックを張り付けたが、本発明によれば、ウイックを設けない形態としてもよい。  
（３）上記実施形態ではヒートシンクに放熱フィンを設けたが、本発明によれば、このような放熱フィンを設けない形態としてもよい。  
（４）上記実施形態ではヒートシンクを車体に対して伝熱可能に取り付けるようにしたが、本発明によれば、ヒートシンクから車体に熱が伝達されない形態としてもよい。  
（５）上記実施形態では他の機器（例えば、インバータ）用の冷却器の冷却水を水冷ヒートシンクに流用したが、本発明によれば、他の機器用の冷却器の冷却水とは別に水冷ヒートシンク専用の冷却水を用いてもよい。  
（６）上記実施形態では冷却水の流路をヒートパイプと車体との間に配置したが、本発明によれば、流路はヒートパイプを挟んで車体とは反対側に配置してもよい。  
（７）上記実施形態ではヒートパイプを導体として利用したが、本発明によれば、ヒートパイプと導体とを別体のものとしてもよい。この場合、導体に生じた熱は、ヒートパイプに伝達されてシールドパイプの外部へ移動する。  
（８）上記実施形態では水冷ヒートシンクをシールドパイプの前方のみに設けたが、本発明によれば、水冷ヒートシンクをシールドパイプの後方にも設け、ヒートパイプの後端部も放熱部として機能させてもよい。  
（９）上記実施形態では流路を葛折り状としたが、本発明によれば、流路はヒートパイプの放熱部に沿って直線状に延びる形態や、放熱部を螺旋状に包囲する形態であってもよい。  
（１０）上記実施形態では流路を１本のみとしたが、本発明によれば、複数本の流路を設けてもよい。  
（１１）上記実施形態では冷却水がヒートパイプの放熱部に直接接触しない形態としたが、本発明によれば、冷却水をヒートパイプの放熱部に直接接触させてもよい。  
（１２）上記実施形態では電気自動車に適用した例について説明したが、本発明は、自動車に限らず、高圧受電設備のキュービクル内配線にも適用できる。具体的には、遮断器を収容する収容ボックスから送電線の電柱までの受電線として本発明のシールド導電体を配索し、シールド導電体の両端部、即ち電柱と収容ボックス内に水冷ヒートシンクを設ける構造とすることができる。また、本発明のシールド導電体は、収容ボックスにおいて上記受電線と遮断器とを接続する配線手段としても用いることができ、収容ボックス内の遮断器から構内に至る構内配線手段としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１の全体構成図
【図２】水冷ヒートシンクの構造をあらわす部分拡大縦断面図
【図３】水冷ヒートシンクの構造をあらわす部分拡大横断面図
【図４】水冷ヒートシンクの底面図
【符号の説明】
【００２８】
ＥＶ…電気自動車（自動車）
Ｂｄ…車体
Ｗａ…シールド導電体
１０…ヒートパイプ（導体）
２０…シールドパイプ
３０…水冷ヒートシンク
３３…流路
３４…取付部
３８…放熱フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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