JP2004304936A - パワーコントロールユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で冷却水による各部の被水を防止するとともに良好な冷却性能を実現することのできるパワーコントロールユニットを提供する。
【解決手段】インバータケース５０の前側面に環状の壁部９５を立設するとともにこの壁部９５の内側に複数のフィン９６を立設する。壁部９５及びフィン９６が立設されたインバータケース５０の前側面にコンバータケース５１を接合することにより、これらの接合部に、上下方向に沿うウォータジャケット９７を構成する。ウォータジャケット９７を上下方向に沿って構成することにより、ウォータジャケット９７内での気泡の滞留を効果的に防止できるとともに、万が一ウォータジャケット９７から冷却水が漏出された場合にも、インバータケース５０上の各端子５６ａ〜５６ｃ及び５７ａ，５７ｂや、コンバータケース５１上の直流端子８３等を冷却水の被水から保護することができる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置にコンバータが一体的に併設されたパワーコントロールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両においては、モータジェネレータを用いた簡易ハイブリッドシステム、電動４輪駆動システム、電磁駆動弁、電動パワーステアリング、電動カーエアコン、電動ブレーキ、電動シャーシコントロール、フロントガラスの急速霜取り装置、シートヒータ等の各装備を高いクオリティで実現することを目的として、車載補機類の定格電圧を１４Ｖから４２Ｖへと昇圧化させることが検討されており、これに伴い、車載のバッテリ電圧を１２Ｖから３６Ｖへと昇圧化させることが検討されている。
【０００３】
このような補機類の昇圧化への移行期間には、補機類の変更に伴うコストの高騰を抑制するため、補機類の昇圧化は、当該昇圧化によってより多くのメリットを享受可能なものから段階的に導入されることが望ましい。この場合、補機類の昇圧化によって見込まれる最も大きなメリットの１つとして、高出力なモータジェネレータを用いて簡易ハイブリッドシステムを構築することで燃費向上等を実現することが考えられる。そこで、近年では、３６Ｖバッテリと１２Ｖバッテリとをともに搭載し、例えばモータジェネレータ、電磁クラッチ、及びオートマチックトランスミッション用の電動オイルポンプ等を３６Ｖバッテリで駆動するとともに、その他の補機類を１２Ｖバッテリで駆動する技術が提案され実用化されている。
【０００４】
ところで、上述のように３６Ｖバッテリと１２Ｖバッテリとを備えた車両においては、両バッテリを狭隘なエンジンルーム内に同時に搭載することが困難となる。また、車両にモータジェネレータを採用した場合には、インバータ装置を新たに搭載する必要がある。さらに、モータジェネレータによる発電電圧を降圧させて１２Ｖバッテリ等にも給電するためには、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の補機類を新たに搭載する必要がある。
【０００５】
これらに対処し、例えば非特許文献１には、３６Ｖバッテリ及び１２Ｖバッテリをラゲージルーム内に配設するとともに、各バッテリをラゲージルーム内に配設することでエンジンルーム内に確保されたスペースに、インバータ装置の下部にＤＣ−ＤＣコンバータが一体的に併設されたパワーコントロールユニットを配設する技術が開示されている。
【０００６】
また、非特許文献１には、パワーコントロールユニットの各部を冷却するためのウォータジャケットをインバータ装置とＤＣ−ＤＣコンバータとの接合部に設け、エンジンルーム内に配設されたリザーバタンクやウォータポンプを冷却水配管を介してウォータジャケットに接続することで、ラジエータからの冷却水をウォータジャケットに循環する冷却水循環通路を構成する技術が開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】
トヨタ自動車株式会社編集「クラウン、クラウンマジェスタ、クラウンエステート新型車解説書」２００１年８月２０日発行、Ｐ０−２、Ｐ１−２〜１−７、Ｐ１−１２〜１−２１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示された技術において、ウォータジャケットは、ＤＣ−ＤＣコンバータの上部で冷却水を循環する構成であるため、万が一、ウォータジャケットから冷却水の漏水が発生した際には、漏水した冷却水によって、ＤＣ−ＤＣコンバータが被水されてしまう虞がある。
【０００９】
また、上述のウォータジャケットは、冷却水を水平方向に循環する構成であるため内部に気泡の滞留が発生し易く、良好な冷却性能を確保するためには、冷却水配管の中途等に気泡の滞留を解放するためのエア抜き用プラグ等を設ける必要がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で冷却水による各部の被水を防止するとともに良好な冷却性能を実現することのできるパワーコントロールユニットを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明によるパワーコントロールユニットは、略直方体形状のインバータ装置と、上記インバータ装置の側面上に側面が一体的に接合された略直方体形状のコンバータと、上記インバータ装置と上記コンバータとの接合部に沿って上下方向に形成されたウォータジャケットとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によるパワーコントロールユニットは、請求項１記載の発明において、上記ウォータジャケットの下方に冷却水導入ポートが連通され、上方に冷却水吐出ポートが連通されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図面は本発明の実施の一形態に係わり、図１はエンジンルーム内の要部を示す平面図、図２はエンジン及びパワーコントロールユニットを示す正面図、図３は車載の電気回路の概略構成図、図４はパワーコントロールユニットの斜視図、図５はパワーコントロールユニットの要部を示す正面図、図６はインバータケースの正面図、図７はコンバータケースの正面図、図８はウォータポンプとリザーブタンクが取り付けられたパワーコントロールユニットの要部を示す右側面図、図９はウォータポンプとリザーブタンクが取り付けられたパワーコントロールユニットの要部を示す正面図である。
【００１４】
図１において符号１は自動車等の車体を示す。本実施の形態において、車体１には、定格電圧が例えば４２Ｖに設定されたモータジェネレータ１０（後述する）や電動オイルポンプ（図示せず）等の各種４２Ｖ負荷と、定格電圧が例えば１４Ｖに設定されたランプバルブ（図示せず）やオーディオ機器（図示せず）等の各１４Ｖ圧負荷とが搭載されている。そして、モータジェネレータ１０等の４２Ｖ負荷を搭載することにより、車体１にはアイドルストップ機能等を高いクオリティで実現可能な簡易ハイブリッドシステムが構築されている。
【００１５】
また、定格電圧の異なる各電気負荷にそれぞれ対応して給電を行うため、車体１には、図示しないラゲージルーム内に、３６Ｖバッテリ５と、１２Ｖバッテリ６とが搭載されている（図３参照）。
【００１６】
図１，２に示すように、モータジェネレータ１０は車体１前部のエンジンルーム２内でエンジン３に併設されており、モータジェネレータ１０のプーリ１１は、エアコン用コンプレッサ１２のプーリ１３等とともに、図示しないベルトを介してエンジン３のクランクプーリ３ａに連結されている。ここで、本実施の形態において、エンジン３は車体１に対して縦置き配置される水平対向エンジンであり、モータジェネレータ１０及びコンプレッサ１２は、インテークマニホルド３ｂの前方で、エンジン３の上部に固設されている。
【００１７】
また、エンジンルーム２内において、モータジェネレータ１０の側方（図１の例では、左側方）には、パワーコントロールユニット２０が配設されている。
【００１８】
図３に示すように、パワーコントロールユニット２０は、インバータ装置２１と、このインバータ装置２１に一体的に併設するＤＣ−ＤＣコンバータ２２とを有して構成されている。
【００１９】
インバータ装置２１は、インテリジェントパワーモジュール２３と、励磁回路２４と、モータコントローラ２５とを有し、これらがインバータケース５０（後で詳述する）内に一体的に収容されて要部が構成されている。
【００２０】
インテリジェントパワーモジュール２３は、モータジェネレータ１０内に配設されたステータコイル１５のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に大容量のパワーケーブル（電源ケーブル）２７ａ〜２７ｃを介して外部接続されているとともに、３６Ｖバッテリ５に電力線３１ａ，３１ｂを介して外部接続され、モータジェネレータ１０と３６Ｖバッテリ５との間の交流／直流変換等を行うようになっている。
【００２１】
また、励磁回路２４は、モータジェネレータ１０内に配設されたロータコイル１６に電力線２８を介して外部接続され、ロータコイル１６に励磁電流を供給するようになっている。
【００２２】
また、モータコントローラ２５は、モータジェネレータ１０内に配設された回転センサ１７や温度センサ１８等にハーネス２９を介して接続されているとともに、図示しないアイドルストップ制御装置等にハーネス３０（図４参照）を介して外部接続され、各種入力信号に基づいて、インテリジェントパワーモジュール２３の位相制御や励磁回路２４の励磁電流制御等を行うようになっている。
【００２３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、コンバータ本体２６を有し、このコンバータ本体２６が、インバータケース５０に一体的に併設するコンバータケース５１（後で詳述する）内に収容されて要部が構成されている。
【００２４】
コンバータ本体２６は、３６Ｖの直流電圧を１２Ｖの直流電圧に降圧するためのもので、インバータケース５０の内部でインテリジェントパワーモジュール２３に接続されているとともに、電力線３２を介して１２Ｖバッテリ６に外部接続されている。
【００２５】
そして、このような構成によるパワーコントロールユニット２０は、アイドルストップ制御装置等からの信号に基づく制御を行うことで、モータジェネレータ１０を発電機或いはモータとして選択的に機能させる。すなわち、走行時等において、インバータ装置２１は、スイッチング制御等による充電圧及び発電量の調整を行うことでモータジェネレータ１０を発電機として機能させ、３６Ｖバッテリ５に対して電気エネルギーの充電を行う。また、インバータ装置２１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して、１２Ｖバッテリ６に対しても電気エネルギーの充電を行う。その一方で、エンジン３のアイドルストップからの再始動時等において、インバータ装置２１は、３６Ｖバッテリ５からの給電制御を行うことでモータジェネレータ１０をモータとして機能させる。
【００２６】
次に、本実施の形態におけるパワーコントロールユニット２０の詳細な構造について説明する。
【００２７】
図１，４，５に示すように、インバータケース５０は、車幅方向に沿った偏平な略直方体形状をなす金属ケースで構成されている。このインバータケース５０の後側面には、上述のインテリジェントパワーモジュール２３、励磁回路２４、及びモータコントローラ２５等を内部に組み付けるための作業用開口部（図示せず）が開口されており、この作業用開口部はインバータケースカバー５５（図１参照）によって閉塞されている。
【００２８】
また、インバータケース５０の上面は各種外部接続端子を外部に露呈するための端子面として構成され、この端子面上には、三相の交流端子５６ａ〜５６ｃと、直流端子５７ａ，５７ｂとが配設されている。各交流端子５６ａ〜５６ｃは、インバータケース５０内部でインテリジェントパワーモジュール２３に接続されており、インバータケース５０外部で各パワーケーブル２７ａ〜２７ｃを介してモータジェネレータ１０に接続されるようになっている。一方、各直流端子５７ａ，５７ｂは、インバータケース５０内部でインテリジェントパワーモジュール２３に接続されており、インバータケース５０外部で各電力線３１ａ，３１ｂを介して３６Ｖバッテリ５に接続されるようになっている。さらに、インバータケース５０の端子面上には、インバータケース５０内部で励磁回路２４に接続する電力線２８やモータコントローラ２５に接続するハーネス２９，３０を外部に延出するためのガイド部材５８が設けられている。
【００２９】
図１，４，５に示すように、コンバータケース５１はインバータケース５０の前側面に接合されるもので、コンバータケース５１は、車幅方向に沿った偏平な略直方体形状をなす金属ケースで構成されている。なお、本実施の形態においては、偏平なインバータケース５０の側面（前側面）に偏平なコンバータケース５１を接合することにより、パワーコントロールユニット２０の外観形状を略直方体形状とすることができ、例えば１２Ｖバッテリのみを搭載する既存車両のバッテリトレイに載置可能な大きさに形成することができる。
【００３０】
図７に示すように、コンバータケース５１の前側面には、上述のコンバータ本体２６を内部に組み付けるための作業用開口部８０が開口されており、この作業用開口部８０は、例えば、内面に絶縁シート８２が貼付された板金製のコンバータケースカバー８１（図４，５参照）によって閉塞されている。
【００３１】
また、コンバータケース５１の上面は外部接続端子を外部に露呈するための端子面として構成され、この端子面上には、各交流端子５６ａ〜５６ｃに近接する位置に、直流端子８３が配設されている。直流端子８３は、コンバータケース５１内部でコンバータ本体に接続されており、コンバータケース５１外部で電力線３２を介して１２Ｖバッテリ６に接続されるようになっている。
【００３２】
この場合、インバータケース５０の側面（前側面）にコンバータケース５１を併設することにより、コンバータケース５１の上面に直流端子８３を露呈して配設することが容易となる。すなわち、インバータケース５０から露呈する各交流端子５６ａ〜５６ｃ及び各直流端子５７ａ，５７ｂのみならず、コンバータケース５１から露呈する直流端子８３においても、パワーコントロールユニット２０の上面に配設することができる。そして、直流端子８３をコンバータケース５１の上面に配設することにより、エンジンルーム２内で行われる直流端子８３に対する電力線３２の取付作業性やメンテナンス性等を向上することができる。
【００３３】
ところで、図４，５に示すように、本実施の形態において、コンバータケース５１の前後側面はインバータケース５０の前後側面よりも小面積に構成されており、コンバータケース５１は、インバータケース５０の前側面上において、例えば左側上方に偏倚した位置で接合されている。
【００３４】
また、図６に示すように、インバータケース５０の前側面において、コンバータケース５１との接合面には、環状の壁部９５が立設されているとともに、この壁部９５の内側に複数のフィン９６が立設されている。これら壁部９５及びフィン９６の端部はコンバータケース５１に対して液密に接合されるようになっており、これにより、インバータケース５０とコンバータケース５１との間には、インバータ装置２１及びＤＣ−ＤＣコンバータ２２の各部を冷却するウォータジャケット９７が構成される。
【００３５】
また、図４，５に示すように、ウォータジャケット９７には、コンバータケース５１の下方寄りに開口された冷却水導入ポート９８と、コンバータケース５１の上方寄りに開口された冷却水吐出ポート９９とが連通されている。
【００３６】
さらに、図８，９に示すように、冷却水導入ポート９８にはウォータポンプ１００が連設されているとともに、冷却水吐出ポート９９にはリザーバタンク１０１が連接されており、これらウォータポンプ１００及びリザーバタンク１０１が図示しないラジエータに連通されることによって、冷却水をウォータジャケット９７の下方から上方に流通する冷却水循環通路が構成されている。
【００３７】
そして、このように、インバータケース５０と当該インバータケース５０の前側面に併設したコンバータケース５１との間にウォータジャケット９７を構成することによりウォータジャケット９７をパワーコントロールユニット２０の上下方向に沿って構成することができ、このウォータジャケット９７に冷却水を下方から上方に流通させることによって、冷却水循環通路上にエア抜き用プラグ等を設けることなく、ウォータジャケット９７内での気泡の滞留を効果的に防止することができる。
【００３８】
また、ウォータジャケット９７をパワーコントロールユニット２０の上下方向に沿って構成することにより、ウォータポンプ１００の停止時に冷却水の熱対流を効果的に発生させることができ、パワーコントロールユニット２０内部の各構成部材の局所的な過熱を防止できる。
【００３９】
また、ウォータジャケット９７をパワーコントロールユニット２０の上下方向に沿って構成することにより、万が一ウォータジャケット９７から冷却水が漏出された場合にも、冷却水をインバータケース５０とコンバータケース５１との接合部に沿って滴下させることができ、インバータケース５０上の各交流端子５６ａ〜５６ｃ及び各直流端子５７ａ，５７ｂや、コンバータケース５１上の直流端子８３等を冷却水の被水から保護することができる。
【００４０】
ここで、図８，９に示すように、ウォータポンプ１００及びリザーバタンク１０１は、インバータケース５０の前側面上でコンバータケース５１に隣接された状態でパワーコントロールユニット２０に固設されている。すなわち、本実施の形態においては、上述のようにコンバータケース５１の前後側面をインバータケース５０の前後側面よりも小面積に構成するとともに、コンバータケース５１をインバータケース５０の前側面上で偏倚した位置に接合することにより、インバータケース５０の前側面上にはコンバータケース５１に隣接する補機配置用スペース１０２が設定されており、この補機配置用スペース１０２上で、ウォータポンプ１００及びリザーバタンク１０１がパワーコントロールユニット２０に固設されている。具体的に説明すると、図８に示すように、ウォータポンプ１００は、補機配置用スペース１０２上においてコンバータケース５１の下方に配設され、その吐出ポートがコンバータケース５１に開口された冷却水導入ポート９８に直付けされている。また、リザーバタンク１０１は、補機配置用スペース１０２上においてコンバータケース５１の側方に配設され、その導入ポートがコンバータケース５１に開口された冷却水吐出ポート９９に直付けされている。
【００４１】
そして、このようにインバータケース５０の前側面上に補機配置用スペース１０２を設けてウォータポンプ１００及びリザーバタンク１０１をパワーコントロールユニット２０に固設することにより、エンジンルーム内で補機類を効率的に配置できると共に、これらを一体のままエンジンルーム２内に搬入することができ、エンジンルーム２内での配管を簡略化して組み付け作業性を向上することができる。
【００４２】
また、ウォータポンプ１００及びリザーバタンク１０１と、ウォータジャケット９７とを接続する冷却水配管を廃止することができるので、部品点数を削減することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で冷却水による各部の被水を防止できるとともに良好な冷却性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンルーム内の要部を示す平面図
【図２】エンジン及びパワーコントロールユニットを示す正面図
【図３】車載の電気回路の概略構成図
【図４】パワーコントロールユニットの斜視図
【図５】パワーコントロールユニットの要部を示す正面図
【図６】インバータケースの正面図
【図７】コンバータケースの背面図
【図８】ウォータポンプとリザーブタンクが取り付けられたパワーコントロールユニットの要部を示す右側面図
【図９】ウォータポンプとリザーブタンクが取り付けられたパワーコントロールユニットの要部を示す正面図
【符号の説明】
２０ … パワーコントロールユニット
２１ … インバータ装置
２２ … ＤＣ−ＤＣコンバータ（コンバータ）
５０ … インバータケース
５１ … コンバータケース
９７ … ウォータジャケット

Claims (2)

1. 略直方体形状のインバータ装置と、
   上記インバータ装置の側面上に側面が一体的に接合された略直方体形状のコンバータと、
   上記インバータ装置と上記コンバータとの接合部に沿って上下方向に形成されたウォータジャケットとを備えたことを特徴とするパワーコントロールユニット。
2. 上記ウォータジャケットの下方に冷却水導入ポートが連通され、上方に冷却水吐出ポートが連通されていることを特徴とする請求項１記載のパワーコントロールユニット。

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