(57)【要約】【課題】インバータ等の車両に搭載され通電により発熱する電装機器を十分冷却可能であり、装置構成がシンプルな車両用電装機器冷却構造の提供を目的とした。【解決手段】冷却構造１０において、空調装置２０は、空気流路３０内に送風機２２、及びエバポレータ２４を配置したものとされている。また、空気流路３０は、空気を吸入可能な第一吸入口３２ａ、及び第二吸入口３２ｂと、吸入した空気を車室内に排出する吹出口３４とを有し、第一吸入口３２ａから吹出口３４に至る第一通気系統４０と、第二吸入口３２ｂから吹出口３４に至る第二通気系統４２とを備えたものである。第一通気系統４０と第二通気系統４２とが、送風機２２及びエバポレータ２４よりも気流の流れ方向上流側に設けられた合流部４６において合流している。また、合流部４６よりも第二通気系統の上流側に、電装機器７０が配置されている。【選択図】図１
2013112006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、通電により発熱する電装機器の冷却構造であって、
前記車両に搭載された空調装置が、前記車両に形成された空気流路内に送風機、及びエバポレータを配置したものであり、
前記空気流路が、空気を吸入可能な第一吸入口、及び第二吸入口と、吸入した空気を車室内に排出する吹出口と、前記第一吸入口から送風機及びエバポレータを通過して吹出口に至る第一通気系統と、前記第二吸入口から送風機及びエバポレータを通過して吹出口に至る第二通気系統とを備えたものであり、
前記第一通気系統と前記第二通気系統とが、前記送風機及び前記エバポレータよりも気流の流れ方向上流側の合流部において合流しており、
前記合流部よりも前記第二通気系統の上流側に前記電装機器が配置されていることを特徴とする車両用電装機器冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載され、通電により発熱する電装機器を冷却するための車両用電装機器冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載され通電により発熱する電装機器を冷却するための構造として、下記特許文献１に開示されているインバータの冷却構造のようなものが提供されている。下記特許文献１のインバータの冷却構造は、簡素な構成で効率良くインバータを冷却できるようにすることを目的としたものであり、車両に設けられた空調装置用通路内に設置されたブロワよりも下流側であって、かつエバポレータよりも上流側の位置にインバータを配置した構造とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０１３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に開示されている従来技術においては、インバータの冷却構造の簡素化を図りつつ、インバータを高効率で冷却することを目的としたものであるものの、構成の簡素化が十分図られたものではない。すなわち、特許文献１の構成を採用した場合、空調装置が不使用状態である場合に、インバータの冷却により昇温した空気が車室内に排出されるのを防止するためには、ブロワとエバポレータとの間に開閉弁を設けざるを得ない。さらに、従来技術の構成を採用した場合には、開閉弁により遮断された空気流をブロワの上流側に戻すための吹出系統を別途設ける必要がある。このように、従来技術のインバータの冷却構造は、装置構成が十分簡素化されたものであるとは言えない。
【０００５】
そこで、本発明は、インバータ等の車両に搭載され通電により発熱する電装機器を十分冷却可能であり、装置構成がシンプルな車両用電装機器冷却構造の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決すべく提供される本発明は、車両に搭載され、通電により発熱する電装機器の冷却構造に関する。本発明の車両用電装機器冷却構造は、前記車両に空調装置が搭載されており、前記空調装置が、前記車両に形成された空気流路内に送風機、及びエバポレータを配置したものであり、前記空気流路が、空気を吸入可能な第一吸入口、及び第二吸入口と、吸入した空気を車室内に排出する吹出口を有し、前記第一吸入口から送風機及びエバポレータを通過して吹出口に至る第一通気系統と、前記第二吸入口から送風機及びエバポレータを通過して吹出口に至る第二通気系統とを備えたものであり、前記第一通気系統と前記第二通気系統とが、前記送風機及び前記エバポレータよりも気流の流れ方向上流側の合流部において合流しており、前記合流部よりも前記第二通気系統の上流側に前記電装機器が配置されていることを特徴としている。
【０００７】
上述した第一通気系統は、一般的な空調装置が備える空気流路と同様に第一吸入口から送風機及びエバポレータを通過して吹出口に至る流路を構成するものである。本発明の車両用電装機器冷却構造は、上述した第一通気系統に対し、電装機器を通過するように形成された第二通気系統を合流させることにより構成された極めてシンプルな構造とされている。また、送風機を作動させることにより、電装機器の冷却用に設けられた第二通気系統において気流を発生させることができ、十分な冷却効果が得られる。従って、本発明によれば、車両用電装機器冷却構造の装置構成をシンプルなものとしつつ、電装機器を十分冷却することが可能である。
【０００８】
ここで、上述した従来技術のインバータの冷却構造においては、空調装置を使用していない場合に、循環流によりインバータを冷却することとしているため、インバータの空冷に用いた空気が車室側に吹き出され、室温が変化することを防止できると想定される。その反面、このような構成とした場合には、冷却に用いる空気の温度が徐々に上昇する傾向にあると想定される。従って、従来技術のインバータの冷却構造においては、インバータの冷却効率の低下が懸念される。また、従来技術においては、昇温した空気により十分な冷却効率を得るために、空調装置が停止状態にあるにもかかわらずブロア出力を向上させざるを得ず、この出力向上に起因するエネルギー効率の低下が懸念される。
【０００９】
しかしながら、本発明の車両用電装機器冷却構造においては、第二通気系統がエバポレータよりも上流側に設けられた合流部において合流しているため、電装機器の空冷により温度上昇した空気をエバポレータにおいて車室内の温度変化させない温度に調整した上で排出させることが可能である。
【００１０】
また、主として空調用の空気が流れる第一通気系統とは別に、主として電装機器の空冷用として使用される第二通気系統を設けている。このようにすることにより、電装機器の空冷のために必要最小限の空気を第二通気系統を通過させれば十分な冷却効果を得ることが可能となる。そのため、車室内の温度調整のために空調装置を使用していない状態（以下、「空調停止状態」とも称す）において、電装機器の冷却のために送風機の送風量を過度に大きくする必要がなく、その分だけエネルギー効率の低下を防止できる。また、電装機器の空冷に要する送風量を最小限に抑制できるため、空調停止状態において吹出口から排出される空気量を、乗員が気に留めない程度まで抑制することが可能である。
【００１１】
ここで、上述した従来技術のインバータの冷却構造においては、インバータの冷却フィンがブロワに対して空気の流れ方向下流側に配置されている。そのため、従来技術の構成を採用した場合、インバータを冷却する必要性の有無にかかわらず、冷却フィンが設置された部分を空気が通過することになる。よって、従来技術のインバータの冷却構造においては、いかなる場合においても冷却フィンの分だけ通気抵抗が高くなる。従って、従来技術のインバータの冷却構造においては、通気抵抗の上昇分だけブロアの出力を向上させねばならず、エネルギー効率が低下してしまうという問題が存在する。
【００１２】
かかる問題に対処すべく、本発明の車両用電装機器冷却構造は、前記合流部あるいは前記合流部よりも第二通気系統の上流側に、第二通気系統から前記送風機及び前記エバポレータ側への通気を阻害する弁あるいはシャッター等の気流調整手段を設けた構成とすることが望ましい。
【００１３】
かかる構成とした場合、電装機器の冷却が不要な場合に気流調整手段により第二通気系統を閉状態とすることにより、第二通気系統を介する空気の流れを遮断し、電装機器を通過することによる通気抵抗の上昇を防止することができる。これにより、車両用電装機器冷却構造を搭載したことに伴う車両全体としてのエネルギー効率の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インバータ等の車両に搭載され通電により発熱する電装機器をエネルギー効率の低下を招くことなく十分冷却可能であり、装置構成がシンプルで低コストな車両用電装機器冷却構造の提供を目的とした。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用電装機器冷却構造の構造を示す模式図である。
【図２】図１に示す車両用電装機器冷却構造の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、本発明の一実施形態に係る車両用電装機器冷却構造１０（以下、単に「冷却構造１０」とも称す）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。車両用電装機器冷却構造１０は、空調装置２０を作動させることにより発生する気流により、車両に搭載され通電により発熱する電装機器７０を空冷するものである。
【００１７】
図１に示すように、空調装置２０は、車両に形成された空気流路３０内に送風機２２、及びエバポレータ２４を配置したものである。空気流路３０内において、送風機２２は、エバポレータ２４に対して空気の流れ方向下流側に隣接する位置に設けられている。送風機２２は、複数段階に分けて送風量を調整することができる。本実施形態では、送風停止状態（０速）の他、送風状態において１速〜５速の５段階に送風量を調整することができる。
【００１８】
空気流路３０は、空気を吸入するための吸入口３２と、吸入した空気を車室内に排出するための吹出口３４とを有する。本実施形態では、吸入口３２及び吹出口３４が複数設けられている。具体的には、吸入口３２として、第一吸入口３２ａと第二吸入口３２ｂとが設けられている。また、吹出口３４として、第一吹出口３４ａと第二吹出口３４ｂとが設けられている。
【００１９】
また、空気流路３０において送風機２２及びエバポレータ２４よりも上流側の部分は、第一通気系統４０と第二通気系統４２とによって構成されている。第一通気系統４０は、上述した第一吸入口３２ａから送風機２２及びエバポレータ２４を通過して吹出口３４に至る通気系統である。また、第二通気系統４２は、第二吸入口３２ｂから送風機２２及びエバポレータ２４を通過して吹出口３４に至る通気系統である。
【００２０】
第一通気系統４０及び第二通気系統４２は、送風機２２及びエバポレータ２４よりも空気流路３０における気流の流れ方向上流側に位置する合流部４６において合流するように形成されている。合流部４６には、気流調整手段４８が設けられている。気流調整手段４８は、第一通気系統４０及び第二通気系統４２の開閉を行うための弁である。図１に実線で示すように、気流調整手段４８を全閉状態にすると、第一通気系統４０における通気が可能ではあるが、第二通気系統４２における通気が遮断された状態になる。また、図１に二点鎖線で示すように気流調整手段４８を全開状態にすると、第一通気系統４０における通気が遮断され、第二通気系統４２における通気が可能な状態になる。図１に一点鎖線で示すように気流調整手段４８を半開状態（開度が５０％の状態）にすると、第一通気系統４０、及び第二通気系統４２の双方において通気が可能な状態になる。
【００２１】
また、エバポレータ２４に対して上流側に隣接する位置には、整流板５０が設けられている。整流板５０は、第一通気系統４０及び第二通気系統４２を通過してきた空気を均一に混合し、整流するためのものである。整流板５０は、通気孔を多数形成した板体によって形成されており、図示のように傾斜した状態で設置されている。
【００２２】
空気流路３０は、送風機２２よりも下流側において複数形等の吹出系統に分かれている。本実施形態においては、送風機２２の下流側に、第一吹出系統５２及び第二吹出系統５４の二系統からなる吹出系統が形成されている。第一吹出系統５２は、車室内のインパネ（図示せず）に形成された第一吹出口３４ａに繋がる吹出系統である。また、第二吹出系統５４は、図１に二点鎖線で示すように、車室内においてフロア面近傍に形成された第二吹出口３４ｂに繋がる吹出系統である。
【００２３】
空気流路３０は、弁等の切替手段（以下、「吹出切替手段５６」とも称す）により、送風機２２から排出される空気の排出先を切り替えることができる。すなわち、吹出切替手段５６を切り替え操作することにより、第一吹出系統５２及び第二吹出系統５４のいずれか一方を空気の吹出先として選択すること、及び第一吹出系統５２及び第二吹出系統５４の双方を空気の吹出先として選択することが可能である。
【００２４】
電装機器７０は、車両のブレーキ動作によって発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収するために用いられる回生ユニットである。電装機器７０は、インバータ７２とキャパシタ７４とをケース７６内に内蔵させた構造とされている。電装機器７０は、通電により発熱を伴うものであるため、適宜冷却する必要がある。本実施形態において、電装機器７０は、空気流路３０をなす第二通気系統４２を流れる空気により、インバータ７２及びキャパシタ７４を空冷可能な構成とされている。
【００２５】
具体的には、電装機器７０は、空気流路３０に設けられた合流部４６よりも第二通気系統４２の上流側に配置されている。ここで、略直方体状のケース７６内において、インバータ７２は、キャパシタ７４よりも気流の流れ方向下流側になるように設置されている。すなわち、略直方体状のケース７６を側面視した状態において、四隅をなす角部７８ａ〜７８ｄのうち、ケース７６の底面側に位置する角部７８ａに第二吸入口３２ｂをなす開口が形成されている。また、ケース７６の天面側において角部７８ａに対して対角線上に位置する角部７８ｂには、ケース７６内に導入された空気を放出するための放出口８０が形成されている。放出口８０には、第二通気系統４２をなす配管が接続されている。このような構成とすることにより、電装機器７０の冷却用の空気を下方からから上方に向けて流し、電装機器７０の冷却効率を向上させることができる。
【００２６】
インバータ７２は、ケース７６内の天面側に設置されている。インバータ７２は、放熱用のフィン８２を下方に向けた状態で設置されている。上述した放出口８０は、フィン８２が設けられた部分と略同一の高さに形成されている。また、キャパシタ７４は、インバータ７２の下方側に配置されている。キャパシタ７４は、ケース７６内において所定の間隔毎に複数、並列に配置されている。これにより、隣接するキャパシタ７４，７２間をケース７６の上下方向に連通した空気流路８４が形成されている。
【００２７】
また、ケース７６内において、キャパシタ７４の下方には第二吸入口３２ｂから吸入された空気流を整流するための整流板８６が設置されているまた、整流板８６の下方には、エアチャンバ８８が形成されている。整流板８６は、ケース７６に対して第二吸入口３２ｂから導入された空気を整流するためのものである。整流板８６は、通気孔を多数形成した板体によって形成されている。整流板８６は、ケース７６に対する空気導入口として機能する第二吸入口３２ｂ側（図中右側）を手前側とした場合に、奥側（図中左側）に向けて下り勾配となるように設置されている。すなわち、エアチャンバ８８は、第二吸入口３２ｂ側から奥に向かうに連れて、その高さが低くなるように形成されている。
【００２８】
また、電装機器７０には、当該機器温度ｔを計測するための温度センサ９０が設けられている。本実施形態においては、温度センサ９０がインバータ７２のフィン８２に取り付けられている。
【００２９】
冷却構造１０は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、温度センサ９０により計測される電装機器７０の機器温度ｔ、及び空調装置２０の動作状況に基づき、冷却構造１０をなす各部の動作を下記表１〜表３及び図２に示すフローチャートに則って制御する。以下、表１〜表３、及び図２に示すフローチャートを参照しつつ、冷却構造１０の動作について詳細に説明する。
【００３０】
【表１】
2013112006.tif 000003
【００３１】
【表２】
2013112006.tif 000004
【００３２】
【表３】
2013112006.tif 000005
【００３３】
制御装置１００は、先ずステップ１において空調装置２０による車室内の温度調整を行っている状態（以下、「空調運転状態」とも称す）であるのか否かを確認する。ステップ１において空調運転状態であると判断された場合には、制御フローがステップ２に進められ、空調運転状態でないと判断された場合には、制御フローがステップ１０に進められる。
【００３４】
制御フローがステップ２に進行した場合には、電装機器７０の機器温度ｔが６０度を超えているか否かが確認される。ここで、機器温度ｔが６０度以下である場合には、電装機器７０が低温であり、冷却の必要がない状況にある。そこで、この場合には、制御フローがステップ３及びステップ４に進められ、表１に則って各部の制御がなされる。具体的には、ステップ３において、気流調整手段４８をなす弁が全閉状態とされ、第二通気系統３４ｂにおける通気が停止状態とされる。また、ステップ４において、送風機２２が停止状態とされる。この状態において、制御フローはステップ１に戻される。
【００３５】
また、ステップ２において電装機器７０の機器温度ｔが６０度を超えていることが確認された場合には、制御フローがステップ５〜ステップ９に順次進められ、表２及び表３に則って各部の制御がなされる。具体的には、制御フローがステップ５に移行した場合には、機器温度ｔが６０度より高温であり、電装機器７０を冷却する必要がある。そこで、ステップ５においては、気流調整手段４８が全開状態とされ、第二通気系統３４ｂにおける通気が可能な状態とされる。また、ステップ６において、最も低い送風量（１速）の下、送風機２２が駆動状態とされる。
【００３６】
また、ステップ７においては、吹出切替手段５６の切り替え操作により、第一吹出系統５２が閉状態とされ、第二吹出系統５４が開状態とされる。これにより、送風機２２により発生する気流を第二吹出口３４ｂを介して車室のフロア面近傍に排出させる状態（フロア側吹出設定）に設定された状態になる。従って、電装機器７０の冷却のために第二通気系統３４ｂを通過してきた空気は、第二吹出口３４ｂから排出される。
【００３７】
また、ステップ８においては、電装機器７０の機器温度ｔが８０度を超えているか否かが確認される。機器温度ｔが８０度以下である場合には、上述したステップ１〜ステップ７に至る一連の制御フローが繰り返される。一方、機器温度ｔが８０度を超えている場合には、エバポレータ２４を作動させるためのコンプレッサ（図示せず）が駆動状態とされる。これにより、電装機器７０の冷却のために第二通気系統３４ｂを通過して昇温した空気が、車室内の温度に影響を与えない程度まで冷却され、第二吹出口３４ｂから排出される。
【００３８】
一方、上述したステップ１において空調運転状態である場合には、制御フローがステップ１０に進行する。ステップ１０においては、電装機器７０の機器温度ｔが６０度よりも高いか否かが確認される。機器温度ｔが６０以下である場合場合には、ステップ１１〜ステップ１２及び表１に則って、冷却構造１０の各部について動作制御がなされる。具体的には、機器温度ｔが６０度以下である場合には、電装機器７０を冷却する必要がない。そこで、ステップ１０において気流調整手段４８をなす弁が全閉状態とされ、第二通気系統４２における通気が停止された状態とされる。また、ステップ１２において、通常の空調運転、すなわち空調運転の運転設定にあわせて送風２２の風速設定、エバポレータ２４のオンオフ、及び吹出切替手段５６の切り替えがなされる。
【００３９】
また、ステップ１０において電装機器７０の機器温度ｔが６０度よりも高温である場合には、電装機器７０を冷却する必要がある。そこで、ステップ１３において、気流調整手段４８の開度が５０％とされ、第一吹出系統５２及び第二吹出系統５４の双方から送風機２２及びエバポレータ２４に給気可能な状態とされる。また、ステップ１４においては、第二吹出系統５４に冷却用空気を通過させるための送風量を確保すべく、送風機２２の出力が、空調運転を実施するために必要な出力よりも１段階（１速）分高く設定される。さらに、ステップ１５においては、エバポレータ２４を駆動させるためのコンプレッサのオンオフを空調運転を運転状況に応じて適宜切り替える制御がなされる。
【００４０】
上述したようにして、ステップ１５においてエバポレータ２４の駆動制御がなされると、制御フローがステップ１６に進められ、電装機器７０の機器温度ｔが８０度よりも高いか否かが確認される。ここで、機器温度ｔが８０度以下である場合は、制御フローがステップ１に戻される。一方、機器温度ｔが８０度よりも高い場合には、第二吹出系統５４を通過してきた冷却用の空気が高温になっているものと想定される。そこで、この場合には、制御フローがステップ１７に進められ、エバポレータ２４を駆動させるためのコンプレッサが仮にオフ状態であっても、これを強制的にオン状態に切り替える制御がなされる。その後、制御フローがステップ１に戻される。
【００４１】
上述したように、本実施形態の冷却構造１０において採用されている第一通気系統４０は、従来公知の空調装置が備える空気通路と同様に、主として空調運転のための空気が流れる系統である。本実施形態の冷却構造１０は、第一通気系統４０に対して、主として電装機器７０を冷却するための空気が通過する第二通気系統４２を合流させることにより構成された極めてシンプルな構造とされている。また、送風機２２を作動させることにより、電装機器７０の冷却用に設けられた第二通気系統４２において気流を発生させ、電装機器７０を十分冷却することができる。従って、冷却構造１０は、装置構成が極めてシンプルでありつつ、電装機器７０を十分冷却することが可能である。
【００４２】
また、冷却構造１０では、エバポレータ２４よりも上流側に設けられた合流部４６において第二通気系統４２を合流させている。そのため、電装機器７０の空冷により温度上昇した空気が、車室内の温度を変動させる可能性がある程度に昇温している場合に、エバポレータ２４において温度調整した上で車室内に排出させることが可能である。
【００４３】
また、冷却構造１０においては、主として空調用の空気が流れる第一通気系統４０に加え、主として電装機器７０の空冷用の空気が流れる第二通気系統４２が設けられている。これにより、電装機器７０の空冷のために必要最小限の空気を第二通気系統４２を通過させることで、十分な冷却効果を得ることが可能となる。従って、空調装置２０が空調運転を行っていない状態（空調停止状態）において、送風機２２の送風量を過度に大きくする必要がなく、その分だけエネルギー効率を改善することが可能である。また、電装機器７０の空冷に要する送風量が最小限で済むため、空調停止状態において吹出口から排出される空気量を、乗員が気に留めない程度まで抑制することが可能である。
【００４４】
また、冷却構造１０では、合流部４６に気流調整手段４８を設け、この気流調整手段４８を開閉することにより第二通気系統４２から送風機２２及びエバポレータ２４側への通気状態を切り替えることが可能とされている。従って、電装機器７０の冷却が不要な場合に、気流調整手段４８を閉状態とし、第二通気系統４２における空気の流れを遮断することにより、電装機器７０による通気抵抗の上昇、及びエネルギー効率の低下を防止することができる。
【００４５】
なお、本実施形態においては、気流調整手段４８を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、気流調整手段４８を設けない構成としても良い。また、気流調整手段４８として、全閉状態、全開状態、及び半開状態の三段階に開度調整可能な弁を採用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば無段階に開度調整可能な弁、あるいはシャッター等を気流調整手段４８として使用することも可能である。
【００４６】
また、本実施形態においては、気流調整手段４８を第一通気系統４０と第二通気系統４２との合流部４６に設置した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、合流部４６よりも第二通気系統４２の上流側に設けた構成としても良い。かかる構成とした場合についても、上述したものと同様の作用効果が得られる。
【００４７】
本実施形態においては、電装機器７０として回生ユニットを採用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、電装機器７０は、通電により発熱を伴うものであればいかなるものであっても良く、例えばインバータ７２単体、あるいはキャパシタ７４単体であっても良く、リチウムイオン二次電池、あるいはニッケル水素二次電池等の二次電池等、いかなる電装機器であっても良い。
【００４８】
また、冷却構造１０においては、整流板５０，８６を設け、合流部４６において合流した空気、あるいは第二吸入口３２ｂから吸入した空気を整流可能な構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、整流板５０，８６のいずれか一方又は双方を設けない構成としても良い。また、整流板５０，８０には、メッシュ（網）、パンチングメタル、あるいは板体を切り起こしたもの等、適宜のものを採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、通電により発熱する電装機器を搭載した車両において利用可能であり、特に大電流が流れると想定される電気自動車、ハイブリッド型の自動車、燃料電池自動車等の車両において好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    車両用電装機器冷却構造（冷却構造）
２０    空調装置
２２    送風機
２４    エバポレータ
３０    空気流路
３２    吸入口
３２ａ  第一吸入口
３２ｂ  第二吸入口
３４    吹出口
４０    第一通気系統
４２    第二通気系統
４６    合流部
４８    気流調整手段
７０    電装機器
【図１】
2013112006.tif 000006
【図２】
2013112006.tif 000007