JP2006264473A - 冷却システムおよびハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン冷却水を電力変換装置の冷却に用いることができる冷却システムを提供する。
【解決手段】 インバータ装置１１０は、昇圧コンバータ３２およびインバータ３４，３６を含む電力変換部と、冷却器２１０と、ラジエータ２２０とを含む。ラジエータ２２０は、インバータケースの上部に配設され、インバータケースと一体的に形成される。そして、ラジエータ２２０は、冷媒路１４２から供給されるエンジン冷却水を冷却し、その冷却したエンジン冷却水を冷媒路２３４を介して冷却器２１０に供給する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、冷却システムおよびハイブリッド自動車に関し、特に、内燃機関および電力変換装置を冷却する冷却システムおよびその冷却システムを搭載したハイブリッド自動車に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きく注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによってさらに動力を得るものである。

このようなハイブリッド自動車においては、エンジンのほか、パワー素子を含むインバータなどの電力変換装置も適切な温度に冷却する必要がある。そして、特開２０００−２９７６４１号公報（特許文献１）では、エンジンと、モータジェネレータと、モータジェネレータに対して電気的入出力を制御するインバータとを備えた車両駆動システムにおいて、エンジン、モータジェネレータおよびインバータの冷却系統が共通化された冷却システムの構成が開示されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２９７６４１号公報 特開２００２−１１９０７０号公報 特開２００４−３０４１２６号公報 特開平１１−１５４７２０号公報 特開平１１−１４６５０７号公報 特開２００２−１８７４３５号公報 発明協会公開技報公技番号２００３−５０５８１０号

ハイブリッド自動車は、エンジンのみを動力源とする一般の自動車に比べて搭載される装置が多く、装置の小型化や低コスト化が特に強く要求される。ここで、上述のように、ハイブリッド自動車においては、エンジンだけでなくインバータなどの電力変換装置の冷却も必要とされる。そして、電力変換装置の冷却系統をエンジンの冷却系統と共通化することができれば、ハイブリッド自動車における冷却システムの小型化および低コスト化を図ることができる。

しかしながら、電力変換装置の冷却系統をエンジンの冷却系統と単純に共通化することはできない。すなわち、エンジン冷却水の温度は、一般に１１０℃程度まで上昇するため、エンジン冷却水をそのまま電力変換装置の冷却に用いると、電力変換装置に用いられるパワー素子が一般的なシリコン（Ｓｉ）系のパワー素子で構成されている場合、電力変換装置を熱的に保護することができない。

上記の特開２０００−２９７６４１号公報は、少なくともエンジンおよびインバータが共通の冷却系統によって冷却される構成を開示しているが、どのようにして冷却系統を共通化できたのかについて具体的な解決手段を開示していない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジン冷却水を電力変換装置の冷却に用いることができる冷却システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、エンジン冷却水を電力変換装置の冷却に用いることができる冷却システムを搭載したハイブリッド自動車を提供することである。

この発明によれば、冷却システムは、冷却を要する発熱装置と、発熱装置と冷却系統が共通化された電力変換装置と、発熱装置および電力変換装置に冷媒を循環させるための冷媒路と、発熱装置および電力変換装置から受熱した冷媒を冷却する第１のラジエータとを備え、電力変換装置は、冷却を要する電力変換部と、冷媒路から供給される冷媒を用いて電力変換部を冷却する冷却器と、冷媒路において冷却器の上流近傍に配設され、冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置とを含む。

好ましくは、冷却装置は、第２のラジエータを含む。

また、好ましくは、冷却装置は、ペルチェ効果を用いて冷媒を冷却する冷却素子を含む。

さらに好ましくは、冷却装置は、第２のラジエータと、冷媒路において第２のラジエータに直列に配設され、ペルチェ効果を用いて冷媒を冷却する冷却素子とを含む。

この発明による冷却システムにおいては、電力変換装置は、冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置を独自に備えるので、冷却系統が共通化されている発熱装置からの発熱により冷媒温度が上昇しても、電力変換装置が熱的に保護される。そして、冷却装置は、冷媒路において冷却器の上流近傍に配設されるので、冷却装置と冷却器との間において冷却水が外部から受熱することが極力排除される。

したがって、この発明による冷却システムによれば、電力変換装置の冷却系統を内燃機関などの発熱装置の冷却系統と共通化できる。その結果、冷却系統が簡素化され、冷却システムの小型化および低コスト化が図られる。また、冷却装置のサイズ（能力）を必要最小限に抑えることができ、システムの小型化および低コスト化がさらに図られる。

好ましくは、電力変換装置は、冷媒路において第１のラジエータからみて発熱装置よりも上流側に配設される。

この冷却システムにおいては、電力変換装置は、冷媒路において第１のラジエータからみて発熱装置よりも上流側に配設されるので、電力変換装置が冷媒路において第１のラジエータからみて発熱装置の下流側に配設される場合に比べて、電力変換装置に供給される冷媒の温度が低い。

したがって、この冷却システムによれば、電力変換装置が第１のラジエータからみて発熱装置の下流側に配設される場合に比べて、冷却装置を小型化することができる。

好ましくは、冷却装置は、第２のラジエータを強制的に冷却する強制冷却装置をさらに含む。

この冷却システムにおいては、強制冷却装置によって第２のラジエータが強制的に冷却されるので、第２のラジエータの冷却能力が向上する。したがって、この冷却システムによれば、電力変換装置の冷却性が向上する。

また、この発明によれば、ハイブリッド自動車は、内燃機関と、内燃機関と冷却系統が共通化され、車両の駆動力を発生する回転電機を駆動する負荷駆動装置と、内燃機関および負荷駆動装置に冷媒を循環させるための冷媒路と、内燃機関および負荷駆動装置から受熱した冷媒を冷却するラジエータとを備え、負荷駆動装置は、直流電源と回転電機との間で電力の変換を行なう電力変換部と、冷媒路から供給される冷媒を用いて電力変換部を冷却する冷却器と、冷媒路において冷却器の上流近傍に配設され、冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置とを含む。

この発明によるハイブリッド自動車においては、負荷駆動装置は、冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置を独自に備えるので、負荷駆動装置の冷却系統を内燃機関の冷却系統と共通化しても、負荷駆動装置が熱的に保護される。そして、冷却装置は、冷媒路において負荷駆動装置の冷却器の上流近傍に配設されるので、冷却装置と冷却器との間において冷却水が外部から受熱することが極力排除される。

したがって、この発明によるハイブリッド自動車によれば、負荷駆動装置の冷却系統を内燃機関の冷却系統と共通化できる。その結果、冷却システムが簡素化され、車両の小型化および低コスト化が図られる。また、冷却装置のサイズ（能力）を必要最小限に抑えることができるので、冷却システムの小型化および低コスト化がさらに図られ、その結果、車両の小型化および低コスト化をさらに図ることができる。

この発明によれば、電力変換装置（負荷駆動装置）は、冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置を独自に備えるので、電力変換装置（負荷駆動装置）の冷却系統を内燃機関などの発熱装置の冷却系統と共通化できる。その結果、冷却システムが簡素化され、省スペース化および低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による冷却システムが搭載されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。なお、図１では、ハイブリッド自動車の動力出力機構に関する部分が示されている。図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、動力伝達ギア１２と、ディファレンシャルギア１４と、駆動輪１６Ｒ，１６Ｌと、プラネタリギア１８と、動力取出ギア２０と、チェーンベルト２２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン２４と、ダンパ３０と、バッテリ３１と、昇圧コンバータ３２と、インバータ３４，３６と、制御装置３８とを備える。

エンジン２４のクランクシャフト２５は、ダンパ３０を介してプラネタリギア１８およびモータジェネレータＭＧ１に接続される。なお、ダンパ３０は、クランクシャフト２５のねじり振動の振幅を抑制する。

動力取出ギア２０は、チェーンベルト２２を介して動力伝達ギア１２に接続される。そして、動力取出ギア２０は、プラネタリギア１８のリングギア４４と結合され、リングギア４４から受ける動力をチェーンベルト２２を介して動力伝達ギア１２に伝達する。動力伝達ギア１２は、ディファレンシャルギア１４を介して駆動輪１６Ｒ，１６Ｌに動力を伝達する。

プラネタリギア１８は、クランクシャフト２５と同軸のキャリア軸５４に軸中心を貫通された中空のサンギア軸５０に結合されたサンギア４２と、キャリア軸５４と同軸のリングギア軸５２に結合されたリングギア４４と、サンギア４２とリングギア４４との間に配置され、サンギア４２の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギア４６と、キャリア軸５４の端部に結合され、各プラネタリピニオンギア４６の回転軸を軸支するプラネタリキャリア４８とから構成される。

このプラネタリギア１８では、サンギア４２、リングギア４４およびプラネタリキャリア４８にそれぞれ結合されたサンギア軸５０、リングギア軸５２およびキャリア軸５４の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸のいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は、決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流同期電動発電機であり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する３相コイルが巻回されたステータとを含む。モータジェネレータＭＧ１のロータは、サンギア軸５０に結合され、モータジェネレータＭＧ２のロータは、リングギア軸５２に結合されている。この各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、永久磁石による磁界と３相コイルによって形成される磁界との相互作用によりロータを回転駆動する電動機として動作するとともに、永久磁石による磁界とロータの回転との相互作用により３相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

バッテリ３１は、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池からなり、発生した直流電圧を昇圧コンバータ３２へ供給するとともに、昇圧コンバータ３２からの直流電圧によって充電される。

昇圧コンバータ３２は、バッテリ３１から直流電圧を受け、その受けた直流電圧を昇圧してインバータ３４，３６へ出力する。また、昇圧コンバータ３２は、インバータ３４，３６からの直流電圧を降圧してバッテリ３１を充電する。

インバータ３４，３６は、昇圧コンバータ３２から直流電圧を受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ出力する。また、インバータ３４，３６は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ３２へ出力する。

制御装置３８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および回転数、ならびに昇圧コンバータ３２の入出力電圧に基づいて昇圧コンバータ３２における各パワートランジスタをオン／オフする制御信号を生成し、その生成した制御信号を昇圧コンバータ３２へ出力する。

また、制御装置３８は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および電流、ならびにインバータ３４，３６の入力電圧に基づいてインバータ３４，３６における各パワートランジスタをオン／オフする制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ３４，３６へ出力する。

図２は、図１に示したハイブリッド自動車１００における電気システムの回路図である。図２を参照して、この電気システムは、バッテリ３１と、コンデンサＣ１と、インバータ装置１１０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。インバータ装置１１０は、昇圧コンバータ３２と、コンデンサＣ２と、インバータ３４，３６と、ＭＧ−ＥＣＵ６０とを含む。

昇圧コンバータ３２は、リアクトルＬと、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、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。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＣをベース端子に受ける。そして、各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

インバータ３４は、Ｕ相アーム６２、Ｖ相アーム６４およびＷ相アーム６６を含む。Ｕ相アーム６２、Ｖ相アーム６４およびＷ相アーム６６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム６２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム６４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム６６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６は、たとえばＩＧＢＴからなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６が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、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

インバータ３６も、インバータ３４と同様の構成からなり、Ｕ相アーム７２、Ｖ相アーム７４およびＷ相アーム７６を含む。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、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ３２は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＣに基づいて、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリ３１からの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ３２は、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ３２は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ３４および／または３６から受ける直流電圧をバッテリ３１の電圧レベルに降圧してバッテリ３１を充電する。

インバータ３４は、エンジン２４の始動時、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ３４は、エンジン２４の始動後は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３６は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２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ＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、所望のトルクを発生して駆動輪１６Ｒ，１６Ｌを駆動する。また、インバータ３６は、車両の回生制動時、駆動輪１６Ｒ，１６Ｌの回転力を用いてモータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧をＭＧ−ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

ＭＧ−ＥＣＵ６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値および回転数、ならびに昇圧コンバータ３２の入出力電圧に基づいて、昇圧コンバータ３２を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ３２へ出力する。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数は、図示されない回転センサによって検出され、昇圧コンバータ３２の入出力電圧は、図示されない電圧センサによって検出される。

また、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値および電流、ならびにインバータ３４の入力電圧に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ３４へ出力する。さらに、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値および電流、ならびにインバータ３６の入力電圧に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３６へ出力する。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の電流は、図示されない電流センサによって検出され、インバータ３４，３６の入力電圧は、昇圧コンバータ３２の出力電圧に相当する。

図３は、図１に示したハイブリッド自動車１００における冷却システムの構成を示すブロック図である。図３を参照して、この冷却システムは、インバータ装置１１０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン２４と、ラジエータ１２０と、ウォーターポンプ１３０と、冷媒路１４２〜１５０とを備える。

ラジエータ１２０の出力ポートとインバータ装置１１０との間に冷媒路１４２が設けられ、インバータ装置１１０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間に冷媒路１４４が設けられる。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とエンジン２４との間に冷媒路１４６が設けられ、エンジン２４とウォーターポンプ１３０との間に冷媒路１４８が設けられる。そして、さらに、ウォーターポンプ１３０とラジエータ１２０の入力ポートとの間に冷媒路１５０が設けられる。すなわち、インバータ装置１１０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、およびエンジン２４は、共通の冷却水を用いて冷却される。

ウォーターポンプ１３０は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプであって、図に示される矢印の方向に冷却水を循環させる。ラジエータ１２０は、インバータ装置１１０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン２４を循環してきた冷却水を冷却する。

内燃機関であるエンジン２４は、発熱量が大きく、エンジン２４を冷却する際の冷却水温度は、ラジエータ１２０を用いても１１０℃程度まで上昇し得る。一方、インバータ装置１１０に含まれる各パワートランジスタは、動作温度上限が１５０℃程度であり、インバータ装置１１０の冷却性を確保するには、冷却水の温度を６５℃程度に抑える必要がある。

ここで、ラジエータ１２０を大型化して冷却水の温度を低減させることも考えられる。しかし、ラジエータ１２０を大型化することは、ラジエータ１２０の設置スペースを拡大する必要があり、省スペース化を大きく阻害する。また、エンジン２４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対しては冷却能力が過剰となり効率的でない。

そこで、この実施の形態１では、インバータ装置１１０において、インバータ装置１１０に供給される冷却水を冷却するための独自のラジエータが設けられる。

図４は、図３に示したインバータ装置１１０の構成を概略的に示す側面図である。図４を参照して、インバータ装置１１０は、昇圧コンバータ３２、インバータ３４，３６、ＭＧ−ＥＣＵ６０およびコンデンサＣ２と、これらを冷却するための冷却器２１０と、ラジエータ２２０と、冷媒路２３４とを含む。

昇圧コンバータ３２、冷却器２１０、インバータ３４，３６、ＭＧ−ＥＣＵ６０およびコンデンサＣ２は、アルミや鉄などの金属部材からなるインバータケース（図示せず、以下同じ。）に格納される。

ラジエータ２２０は、インバータケースの上部に配設され、インバータケースと一体的に形成される。このラジエータ２２０は、冷媒路１４２から供給される冷却水を冷却し、その冷却した冷却水を冷媒路２３４を介して冷却器２１０に供給する。

冷却器２１０は、ラジエータ２２０から冷媒路２３４を介して供給される冷却水を用いて昇圧コンバータ３２、インバータ３４，３６、ＭＧ−ＥＣＵ６０およびコンデンサＣ２を冷却し、冷媒路１４４へ冷却水を出力する。

このインバータ装置１１０においては、冷却器２１０の上流近傍に、冷却水を冷却するための独自のラジエータ２２０が設けられる。そして、冷媒路１４２から供給される冷却水は、ラジエータ２２０によって、昇圧コンバータ３２、インバータ３４，３６、ＭＧ−ＥＣＵ６０およびコンデンサＣ２を冷却するのに必要十分な温度に冷却され、冷媒路２３４を介して冷却器２１０に供給される。

なお、上記においては、ラジエータ１２０からみて上流側からインバータ装置１１０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、エンジン２４およびウォーターポンプ１３０の順に配置されるものとしたが、各装置の配置順は、上記の順に限定されるものではない。しかしながら、エンジン２４やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の出側の冷却水温度は、エンジン２４やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からの受熱により上昇しているので、ラジエータ１２０から見てエンジン２４やモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２よりも上流側にインバータ装置１１０を配設する方が、インバータ装置１１０に含まれるラジエータ２２０を小型化できるので好ましい。

以上のように、この実施の形態１によれば、冷却水を冷却するラジエータ２２０をインバータ装置１１０に独自に備えたので、エンジン２４の冷却水を負荷駆動装置１１０の冷却に用いてもインバータ装置１１０が熱的に保護される。

そして、ラジエータ２２０は、インバータ装置１１０の冷却器２１０の上流近傍に配設されるので、ラジエータ２２０と冷却器２１０との間での外部からの受熱が極力排除される。したがって、ラジエータ２２０のサイズを必要最小限に抑えることができる。

［実施の形態１の変形例１］
図５は、この発明の実施の形態１の変形例１におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図５を参照して、このインバータ装置１１０Ａは、図４に示した実施の形態１におけるインバータ装置１１０の構成において、風取込フード２４２と、冷却ファン２４４と、温度スイッチ２４６とをさらに含む。

風取込フード２４２は、ラジエータ２２０の側面に配設され、ラジエータ２２０側から冷却ファン２４４側へ向かって風路面積が大きくなるように形成される。風取込フード２４２は、ラジエータ２２０を冷却するための冷却風をラジエータ２２０により多く取込むために設けられるものである。

冷却ファン２４４は、ラジエータ２２０を冷却するための冷却風を強制的に発生し、その発生した冷却風を風取込フード２４２に供給する。この冷却ファン２４４は、温度スイッチ２４６からの信号に基づいてオン／オフ動作を行なう。具体的には、冷却ファン２４４は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号を温度スイッチ２４６から受けるとオンし、Ｌ（論理ロー）レベルの信号を温度スイッチ２４６から受けるとオフする。

温度スイッチ２４６は、冷却器２１０、冷却水、インバータ３４，３６または昇圧コンバータ３２の温度を検出し、その検出した温度が所定の上限値を超えると、Ｈレベルの信号を冷却ファン２４４へ出力する。また、温度スイッチ２４６は、検出温度が所定の上限値以下のときは、Ｌレベルの信号を冷却ファン２４４へ出力する。

このインバータ装置１１０Ａにおいては、冷却ファン２４４によって冷却風が強制的に発生され、その冷却風は、風取込フード２４２によって集められ、かつ、誘導されてラジエータ２２０に供給される。ここで、温度スイッチ２４６は、検出温度が所定の上限値を超えたか否かを検出し、冷却ファン２４２は、温度スイッチ２４６からの信号に基づいてオン／オフ動作を行なう。

なお、この実施の形態１の変形例１によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態１の変形例１によれば、ラジエータ２２０を冷却するための冷却ファン２４４を設けたので、ラジエータ２２０の冷却能力が向上する。また、冷却ファン２４４とラジエータ２２０との間に風取込フード２４２を設けたので、冷却ファン２４４によって発生された冷却風を効率的にラジエータ２２０に供給することができる。

さらに、温度スイッチ２４６からの信号に基づいて冷却ファン２４４のオン／オフ動作を行なうようにしたので、インバータ装置１１０Ａの耐電圧の低下を招く過冷却を防止することができる。また、省電力にも寄与する。

［実施の形態１の変形例２］
図６は、この発明の実施の形態１の変形例２におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図６を参照して、このインバータ装置１１０Ｂは、図５に示した実施の形態１の変形例１におけるインバータ装置１１０Ａの構成において、風路スカート２５２と、冷却フィン２５４と、支持部材２５６とをさらに備える。

風路スカート２５２は、断熱材からなり、このインバータ装置１１０Ｂの周囲を取囲むように配設される。この風路スカート２５２は、インバータ装置１１０Ｂの周囲からの輻射熱を断熱し、インバータ装置１１０Ｂの周囲からの受熱を防止する。また、この風路スカート２５２は、ラジエータ２２０が配設されているインバータ装置１１０Ｂの下部側が開口している。そして、この風路スカート２５２は、ラジエータ２２０を通過した冷却風または風取込フード２４２からの直接の冷却風をインバータケースに沿って誘導する。これにより、インバータ装置１１０Ｂがケース外面から冷却される。

冷却フィン２５４は、インバータケース外面に配設される。この冷却フィン２５４は、インバータ装置１１０Ｂの放熱能力を向上させるために設けられる。

支持部材２５６は、断熱材からなり、インバータケースとその上部に配設されるラジエータ２２０との間に配設される。この支持部材２５６は、ラジエータ２２０をインバータケースから浮かせて、ラジエータ２２０からインバータケースへ直接伝熱することを防止する。また、支持部材２５６は、ラジエータ２２０とインバータケースとの間に通風路を形成し、ラジエータ２２０とインバータケースとの間の蓄熱を抑制する。

なお、この実施の形態１の変形例２によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態１の変形例２によれば、風路スカート２５２を設けたので、インバータ装置１１０Ｂの周囲からの受熱を防止できる。また、風路スカート２５２内に冷却風を通風させることによって、インバータ装置１１０Ｂを効率的に冷却できる。さらに、インバータケースの外面に冷却フィン２５４を設けたので、インバータ装置１１０Ｂの放熱能力が向上する。また、さらに、ラジエータ２２０とインバータケースとの間に支持部材２５６を設けたので、ラジエータ２２０とインバータケースとの間の伝熱および蓄熱を抑制することができる。

［実施の形態１の変形例３］
図７は、この発明の実施の形態１の変形例３におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図７を参照して、このインバータ装置１１０Ｃは、図４に示した実施の形態１におけるインバータ装置１１０の構成において、ラジエータ２２０に代えてラジエータ２２０Ａを含む。

ラジエータ２２０Ａは、インバータケースの側面に配設される。そして、ラジエータ２２０Ａは、冷媒路１４２から供給される冷却水を冷却し、その冷却した冷却水を冷却器２１０に供給する。

なお、この実施の形態１の変形例３によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

このように、冷却器２１０に供給される冷却水を冷却するラジエータは、インバータケースの側面に配設してもよく、この実施の形態１の変形例３によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施の形態１の変形例４］
図８は、この発明の実施の形態１の変形例４におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図８を参照して、このインバータ装置１１０Ｄは、図５に示した実施の形態１の変形例１におけるインバータ装置１１０Ａの構成において、温度スイッチ２４６に代えてＥＣＵ２６２を含む。

ＥＣＵ２６２は、冷却器２１０、冷却水、インバータ３４，３６、および／または昇圧コンバータ３２の温度をＭＧ−ＥＣＵ６０から受け、その受けた温度に基づいて冷却ファン２４４のオン／オフを制御する。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、インバータ３４，３６や昇圧コンバータ３２の制御のため、冷却器２１０や冷却水、インバータ３４，３６、昇圧コンバータ３２などの温度を検出しているので、ＥＣＵ２６２は、この検出温度を用いて冷却ファン２４４のオン／オフを制御する。

そして、ＥＣＵ２６２は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの検出温度が所定の上限値を超えたか否かを判定する。ＥＣＵ２６２は、検出温度が所定の上限値を超えたと判定すると、Ｈレベルの信号を冷却ファン２４４へ出力する。また、ＥＣＵ２６２は、検出温度が所定の上限値以下であると判定すると、Ｌレベルの信号を冷却ファン２４４へ出力する。

なお、この実施の形態１の変形例４によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態１の変形例４によれば、冷却ファン２４４のオン／オフ制御をＥＣＵ２６２によって行なうようにしたので、冷却ファン２４４のオン／オフ制御をより柔軟に行なうことができる。

［実施の形態１の変形例５］
図９は、この発明の実施の形態１の変形例５におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図９を参照して、このインバータ装置１１０Ｅは、図６に示した実施の形態１の変形例２におけるインバータ装置１１０Ｂの構成において、風取込フード２４２および冷却ファン２４４に代えて、それぞれ風取込フード２４２Ａおよび冷却ファン２４４Ａを含む。

風取込フード２４２Ａは、ラジエータ２２０の上部に配設され、ラジエータ２２０側から冷却ファン２４４Ａ側へ向かって風路面積が大きくなるように形成される。そして、冷却ファン２４４Ａは、風取込フード２４２Ａのさらに上部に配設され、ラジエータ２２０を冷却するための冷却風を強制的に発生して風取込フード２４２Ａに供給する。

このインバータ装置１１０Ｅにおいては、冷却ファン２４４Ａは、ラジエータ２２０の上部から下方向に向けて冷却風を供給する。これにより、ラジエータ２２０を通過した冷却風は、風路スカート２５２内をインバータケースに沿って均一に流される。

なお、この実施の形態１の変形例５によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態１の変形例５によれば、風路スカート２５２内において冷却風がインバータケースに沿って均一に流されるので、インバータ装置１１０Ｅが均一に冷却される。したがって、インバータ装置１１０Ｅを効率的に冷却することができる。

［実施の形態２］
図１０は、この発明の実施の形態２におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図１０を参照して、このインバータ装置１１０Ｆは、図４に示した実施の形態１におけるインバータ装置１１０の構成において、ラジエータ２２０に代えて冷却素子２７４を含む。そして、冷媒路１４２は、冷却器２１０に接続される。

冷却素子２７４は、冷媒路１４２において冷却器２１０の上流近傍に配設される。この冷却素子２７４は、ペルチェ効果を利用して物体を冷却する熱電変換素子であって、素子に流す電流量に比例した熱エネルギーを冷媒路１４２およびその内部を流れる冷却水から吸収する。

このインバータ装置１１０Ｆにおいては、冷却器２１０の上流近傍に、冷却水を冷却するための冷却素子２７４が設けられる。そして、冷媒路１４２から供給される冷却水は、冷却素子２７４によって、昇圧コンバータ３２、インバータ３４，３６、ＭＧ−ＥＣＵ６０およびコンデンサＣ２を冷却するのに必要十分な温度に冷却されて冷却器２１０に供給される。

なお、この実施の形態２によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態２によれば、冷却器２１０に供給される冷却水の冷却に冷却素子２７４を用いたので、実施の形態１と同様の効果を得つつ、実施の形態１よりもさらに省スペース化を実現することができる。

［実施の形態２の変形例１］
図１１は、この発明の実施の形態２の変形例１におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図１１を参照して、このインバータ装置１１０Ｇは、図１０に示した実施の形態２におけるインバータ装置１１０Ｆの構成において、注水管２７６と、複数の冷却素子２７８と、ＥＣＵ２８０とをさらに含む。

注水管２７６は、冷却器２１０と冷媒路１４２との間に配設される。この注水管２７６は、冷却フィンまたはラジエータ構造を有する流水路であって、冷却水と冷却素子２７４との間の熱交換率を向上させるために設けられる。

冷却素子２７８は、冷却素子２７４と同様に、ペルチェ効果を利用して物体を冷却する熱電変換素子である。冷却素子２７８は、インバータケースの外面に複数配設され、インバータ装置１１０Ｇをケース外面から冷却する。

ＥＣＵ２８０は、冷却器２１０、冷却水、インバータ３４，３６、および／または昇圧コンバータ３２の温度をＭＧ−ＥＣＵ６０から受け、その受けた温度に基づいて冷却素子２７４，２７８に流す電流量を制御する。すなわち、ペルチェ効果を利用する冷却素子２７４，２７８は、通電量に比例した熱エネルギーを吸収するので、ＥＣＵ２８０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの温度が所定の上限値を超えたと判定すると、その温度に応じた電流を冷却素子２７４，２７８に通電させる。また、ＥＣＵ２８０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０からの温度が所定の上限値以下であると判定すると、冷却素子２７４，２７８における通電を停止させる。

なお、この実施の形態２の変形例１によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

なお、上記において、注水管２７６に代えてマイクロチャネル冷却器を設けてもよい。このマイクロチャネル冷却器も、冷却水と冷却素子２７４との間の熱交換率を向上させることができる。

また、上記において、ＥＣＵ２８０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０から受ける検出温度に応じて、冷却素子２７４，２７８へ直接電流を供給してもよいし、冷却素子２７４，２７８へ制御信号を出力して冷却素子２７４，２７８の通電量を制御してもよい。

また、上記においては、ＥＣＵ２８０は、ＭＧ−ＥＣＵ６０において検出された温度を用いるものとしたが、検出温度に代えて、インバータ３４，３６の負荷に基づいて推定した温度を用いてもよい。

また、上記においては、複数の冷却素子２７８は、インバータケースの外面に配設されるものとしたが、インバータケースの内部に配設してもよい。

以上のように、この実施の形態２の変形例１によれば、冷却水と冷却素子２７４との熱交換率を向上させる注水管２７６を設けたので、冷却器２１０に供給される冷却水を効率的に冷却することができる。

また、インバータケースの外面にも複数の冷却素子２７８を配設したので、インバータ装置１１０Ｇの冷却性が向上する。

さらに、冷却素子２７４，２７８の通電量すなわち冷却性能をＥＣＵ２８０によって制御するようにしたので、インバータ装置１１０Ｇの耐電圧の低下を招く過冷却を防止することができる。また、省電力にも寄与する。

［実施の形態２の変形例２］
図１２は、この発明の実施の形態２の変形例２におけるインバータ装置の構成を示す図である。なお、この図１２では、インバータ装置における冷却器およびインバータの近傍が拡大して示される。図１２を参照して、このインバータ装置１１０Ｈは、図１０に示した実施の形態２におけるインバータ装置１１０Ｆの構成において、冷却素子２７４に代えて冷却素子２９４を含む。

冷却素子２９４は、冷却素子２７４と同様に、ペルチェ効果を利用して物体を冷却する熱電変換素子である。冷却素子２９４は、インバータ装置１１０Ｆの内部に配設され、冷却器２１０内における冷媒路の上流近傍に配設される。すなわち、図１０に示した実施の形態２におけるインバータ装置１１０Ｆにおいては、冷却素子２７４は、インバータケースの外部に配設されるが、この実施の形態２の変形例２におけるインバータ装置１１０Ｈにおいては、冷却素子２９４は、インバータケースの内部であって、冷却水の流入口近傍に配設される。

なお、この実施の形態２の変形例２によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態２の変形例２によれば、冷却器２１０に供給される冷却水を冷却する冷却素子２９４がインバータケースの内部に配設されるので、冷却素子２９４の配線などの取扱いが容易になる。また、冷却素子２９４の冷却効率も向上する。

［実施の形態３］
図１３は、この発明の実施の形態３におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。図１３を参照して、このインバータ装置１１０Ｉは、図４に示したインバータ装置１１０の構成において、冷却素子２９６をさらに含む。

冷却素子２９６は、上述した冷却素子２７４と同様に、ペルチェ効果を利用して物体を冷却する熱電変換素子である。冷却素子２９６は、ラジエータ２２０と冷却器２１０との間に配設される冷媒路２３４に配設される。

このインバータ装置１１０Ｉにおいては、冷媒路１４２から供給される冷却水は、ラジエータ２２０によって冷却され、その後、ラジエータ２２０から冷却器２１０への冷媒路２３４において冷却素子２９６によってさらに冷却される。

なお、この実施の形態３によるハイブリッド自動車ならびにその電気システムおよび冷却システムの全体構成は、実施の形態１と同じである。

以上のように、この実施の形態３によれば、インバータ装置１１０Ｉに供給される冷却水を冷却する手段としてラジエータ２２０および冷却素子２９６を備えるので、冷却水の冷却能力が非常に高い。したがって、インバータ装置１１０Ｉの冷却にエンジン２４と共通の冷却水を用いても、インバータ装置１１０Ｉを確実に熱的に保護することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、高温となるエンジン２４の冷却水をインバータ装置１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉの冷却に用いるものとしたが、この発明は、インバータ装置に要求される冷却水温度よりも高いその他の冷媒をインバータ装置の冷却に用いる場合にも適用できる。たとえば、１００℃を超える高温になり得るモータ冷却用オイルまたはモータ冷却水などをインバータ装置の冷却に用いる場合にも適用できる。

また、上記においては、インバータ装置１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉは、冷却系統においてエンジン２４に直列に配設されるものとしたが、インバータ装置１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉは、エンジン２４に並列に配設してもよい。この場合、インバータ装置１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉに分流される冷却水の水量に応じてラジエータ２２０，２２０Ａおよび冷却素子２７４，２９４，２９６のサイズ（能力）を決定すればよいので、ラジエータ２２０，２２０Ａおよび冷却素子２７４，２９４，２９６のサイズ（能力）を抑えることができる。その結果、冷却システムの小型化および低コスト化を図ることができる。

なお、上記において、エンジン２４は、この発明における「発熱装置」および「内燃機関」に対応する。また、インバータ装置１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉの各々は、この発明における「電力変換装置」に対応し、昇圧コンバータ３２およびインバータ３４，３６は、この発明における「電力変換部」に対応する。さらに、ラジエータ１２０は、この発明における「第１のラジエータ」および「ラジエータ」に対応し、ラジエータ２２０，２２０Ａおよび冷却素子２７４，２９４，２９６の各々は、この発明における「冷却装置」に対応する。また、さらに、ラジエータ２２０，２２０Ａの各々は、この発明における「第２のラジエータ」に対応し、冷却ファン２４４，２４４Ａの各々は、この発明における「強制冷却装置」に対応する。また、さらに、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「回転電機」に対応し、バッテリ３１は、この発明における「直流電源」に対応する。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて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。

この発明による冷却システムが搭載されたハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示すハイブリッド自動車における電気システムの回路図である。 図１に示すハイブリッド自動車における冷却システムの構成を示すブロック図である。 図３に示すインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態１の変形例１におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態１の変形例２におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態１の変形例３におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態１の変形例４におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態１の変形例５におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態２におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態２の変形例１におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。 この発明の実施の形態２の変形例２におけるインバータ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３におけるインバータ装置の構成を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１２ 動力伝達ギア、１４ ディファレンシャルギア、１６Ｒ，１６Ｌ 駆動輪、１８ プラネタリギア、２０ 動力取出ギア、２２ チェーンベルト、２４ エンジン、２５ クランクシャフト、３０ ダンパ、３１ バッテリ、３２ 昇圧コンバータ、３４，３６ インバータ、３８ 制御装置、４２ サンギア、４４ リングギア、４６ プラネタリピニオンギア、４８ プラネタリキャリア、５０ サンギア軸、５２ リングギア軸、５４ キャリア軸、６０ ＭＧ−ＥＣＵ、６２，７２ Ｕ相アーム、６４，７４ Ｖ相アーム、６６，７６ Ｗ相アーム、１００ ハイブリッド自動車、１１０，１１０Ａ〜１１０Ｉ インバータ装置、１２０，２２０，２２０Ａ ラジエータ、１３０ ウォーターポンプ、１４２〜１５０，２３４ 冷媒路、２１０ 冷却器、２４２，２４２Ａ 風取込フード、２４４，２４４Ａ 冷却ファン、２４６ 温度スイッチ、２５２ 風路スカート、２５４，２９２ 冷却フィン、２５６ 支持部材、２６２，２８０ ＥＣＵ、２７４，２７８，２９４，２９６ 冷却素子、２７６ 注水管、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ パワートランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (7)

1. 冷却を要する発熱装置と、
   前記発熱装置と冷却系統が共通化された電力変換装置と、
   前記発熱装置および前記電力変換装置に冷媒を循環させるための冷媒路と、
   前記発熱装置および前記電力変換装置から受熱した冷媒を冷却する第１のラジエータとを備え、
   前記電力変換装置は、
   冷却を要する電力変換部と、
   前記冷媒路から供給される冷媒を用いて前記電力変換部を冷却する冷却器と、
   前記冷媒路において前記冷却器の上流近傍に配設され、前記冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置とを含む、冷却システム。
2. 前記電力変換装置は、前記冷媒路において前記第１のラジエータからみて前記発熱装置よりも上流側に配設される、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記冷却装置は、第２のラジエータを含む、請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
4. 前記冷却装置は、前記第２のラジエータを強制的に冷却する強制冷却装置をさらに含む、請求項３に記載の冷却システム。
5. 前記冷却装置は、ペルチェ効果を用いて前記冷媒を冷却する冷却素子を含む、請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
6. 前記冷却装置は、
   第２のラジエータと、
   前記冷媒路において前記第２のラジエータに直列に配設され、ペルチェ効果を用いて前記冷媒を冷却する冷却素子とを含む、請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
7. 内燃機関と、
   前記内燃機関と冷却系統が共通化され、車両の駆動力を発生する回転電機を駆動する負荷駆動装置と、
   前記内燃機関および前記負荷駆動装置に冷媒を循環させるための冷媒路と、
   前記内燃機関および前記負荷駆動装置から受熱した冷媒を冷却するラジエータとを備え、
   前記負荷駆動装置は、
   直流電源と前記回転電機との間で電力の変換を行なう電力変換部と、
   前記冷媒路から供給される冷媒を用いて前記電力変換部を冷却する冷却器と、
   前記冷媒路において前記冷却器の上流近傍に配設され、前記冷却器に供給される冷媒を冷却する冷却装置とを含む、ハイブリッド自動車。

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