JP2007066994A - シールド導電体 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱効率の向上を図る。
【解決手段】 導体１１が挿通されているシールドパイプ１０内には、ヒートパイプ１３が導体１１に沿うように収容され、ヒートパイプ１３におけるシールドパイプ１０外への突出部分が放熱部１５とされている。導体１１に通電したときに生じる熱は、ヒートパイプ１３に伝達され、ヒートパイプ１３内において作動流体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１０の外部において放熱部１５から放出される。導体１１の熱がヒートパイプ１３を介して効率良くシールドパイプ１０の外部へ放出されるので、導体の熱をシールドパイプに伝達させてその外周面から放出させるものに比べて、放熱効率に優れている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シールド導電体に関するものである。

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。
特開２００４−１７１９５２公報

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。

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、導体がシールドパイプに挿通されたものであって、前記シールドパイプ内には、ヒートパイプが前記導体に沿うように収容されており、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が放熱部とされているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ヒートパイプの放熱部に、放熱フィンを有する空冷ヒートシンクが設けられているところに特徴を有する。

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、前記ヒートパイプの放熱部に、冷却水を流動させる流路を備えた水冷ヒートシンクが設けられているところに特徴を有する。

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、前記ヒートパイプの放熱部は、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。
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記シールドパイプ内には複数本の前記導体が束ねた状態で挿通されており、前記ヒートパイプが、前記複数本の導体の間に挟まれた形態で挿通されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
導体に通電したときに生じる熱は、ヒートパイプに伝達され、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において放熱部から放出される。導体の熱がヒートパイプを介して効率良くシールドパイプの外部へ放出されるので、導体の熱をシールドパイプに伝達させてその外周面から放出させるものに比べて、放熱効率に優れている。

＜請求項２の発明＞
ヒートパイプに伝達された熱は、放熱部から空冷ヒートシンクに伝達され、空冷ヒートシンクの放熱フィンの表面から大気中に放出される。本発明によれば、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、放熱面積が広いので、放熱効率に優れている。

＜請求項３の発明＞
ヒートパイプに伝達された熱は、放熱部から水冷ヒートシンクの冷却水に奪われるので、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。

＜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、ヒートパイプの放熱部を自動車の車体に取り付けることができるようにした。放熱部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、放熱部と車体との間の温度勾配が保たれて放熱部から車体側へ熱が効率的に伝達される。したがって、放熱部の熱を大気中に放出する手段に比べて、放熱効率が良い。
＜請求項５の発明＞
ヒートパイプは、複数本の導体の間に挟まれた形態で挿通されているので、複数本の導体で発生した熱を１本のヒートパイプに集中して伝達させて放出することができる。したがって、ヒートパイプの本数が少なくて済み、シールド導電体の小径化を図ることが可能である。

＜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５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。

シールド導電体Ｗａは、３本の導体１１と、一括シールド機能及び導体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１０と、冷却手段であるヒートパイプ１３とを備えて構成される。
導体１１は、横断面形状が円形をなす金属製（例えば、銅、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス等）の単芯線又は撚り線からなり、各導体１１の外周は絶縁被覆１２で覆われている。３本の導体１１は、一括してシールドパイプ１０内に挿通されており、導体１１の前後両端部はシールドパイプ１０の外部へ導出されている。シールドパイプ１０の内部では、３本の導体１１は俵積み状に（各導体１１の中心を結んだ線が略正三角形をなすように）配置されている。

３本の導体１１の前端部は、シールドパイプ１０の外部において図示しないハーネス側コネクタに取り付けられ、ハーネス側コネクタは機器Ｍａに接続されている。また、シールドパイプ１０の前端部には、編組線からなる筒状の可撓性シールド部材（図示せず）の後端が接続され、３本の導体１１はこの可撓性シールド部材によって一括して包囲されることでシールドされている。可撓性シールド部材の前端は、ハーネス側コネクタを包囲するとともに機器Ｍａのシールドケースに接続されるシールドシェル（図示せず）に接続されている。

ここで、車内用導電体Ｗｂについて説明する。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（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（図示せず）で一括して包囲した形態である。そして、この車内用導電体Ｗｂの電線の前端部は、シールド導電体Ｗａの導体１１の後端部に接続され、電線の後端部は機器Ｍｂに接続されている。また、車内用導電体Ｗｂの可撓性シールド部材の前端部は、シールドパイプ１０の後端部に接続され、可撓性シールド部材の後端部は、機器Ｍｂのシールドケース（図示せず）に接続されている。

さて、シールドパイプ１０内においては、３本の導体１１で囲まれた細長い中心空間に、１本のヒートパイプ１３が３本の導体１１に沿うように収容されている。換言すると、１本のヒートパイプ１３が複数本の導体１１の間に挟まれる形態で挿通されている。ヒートパイプ１３は、両端が気密状に封止された円筒形の細長い金属製（例えば、銅、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス等）の管材の内部に作動流体（例えば、水）を封入した周知の構造のものであり、管材の内周には、ヒートパイプ１３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）が貼り付けられている。また、ヒートパイプ１３の外周は合成樹脂製の絶縁層１４で覆われているが、ヒートパイプ１３の端部においては絶縁層１４が除去されて、ヒートパイプ１３の金属面が露出した状態となっている。そして、ヒートパイプ１３の前端部はシールドパイプ１０の外部へ導出（突出）されている。

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１０の前端部がブラケット１６により車体Ｂｄに吊下状態で固定されている。シールドパイプ１０から突出したヒートパイプ１３の前端側部分のうちシールドパイプ１０に近い部分であって絶縁層１４が除去された部分は、放熱部１５となっている。この放熱部１５にはヒートシンク２０（本発明の構成要件である水冷ヒートシンク及び空冷ヒートシンク）が設けられており、また、放熱部１５はヒートシンク２０（本発明の構成要件である取付部）によって床板Ｆｐの外面（下面）に固定されている。

次に、ヒートシンク２０について説明する。
ヒートシンク２０は、保持体２１と固定具２５とを備えて構成される。
保持体２１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２１には、前後方向に貫通する１本の保持孔２２が形成され、保持孔２２には、ヒートパイプ１３の放熱部１５を含む前端部が貫通されている。また、保持体２１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２３が形成されている。流路２３は、保持体２１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２３ａの端部同士を略半円形の曲線部２３ｂで順次に連絡した形態であり、直線部２３ａの長さ方向（左右方向）は保持孔２２（ヒートパイプ１３）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２３ａの上方近傍に保持孔２２が配置されている。また、流路２３の一方の端部は保持体２１の一方の外側面に開口され、流路２３の他方の端部が保持体２１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Ｃｏの冷却パイプＰが接続されている。さらに、保持体２１の左右両側縁からは、その上縁に沿うように一対のリブ２４が突出形成されている。

固定具２５は、金属板材からなり、保持体２１の下面と左右両側面に面接触する略「コ」字形の覆い部２６と、覆い部２６の左右両側縁から延出してリブ２４の下面に面接触する左右一対の支持板部２７と、覆い部２６の外面から略直角に延出する板状の放熱フィン２８とからなる。固定具２５の支持板部２７には、金属製のボルト２９が下方から貫通されている。ボルト２９は、保持体２１のリブ２４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２９の締付けにより、ヒートシンク２０（固定具２５及び保持体２１）とヒートパイプ１３が車体Ｂｄ（床板Ｆｐ）に取り付けられ、保持体２１とリブ２４の上面が床板Ｆｐの下面（外面）に面接触する状態で固定されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
導体１１に通電すると、導体１１が発熱し、その熱は、シールドパイプ１０の内部において導体１１からヒートパイプ１３に伝達される。すると、ヒートパイプ１３のうちシールドパイプ１０内に収容されている領域が高温となり、シールドパイプ１０の前方外部に位置する放熱部１５が低温となるため、シールドパイプ１０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１３内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、作動流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１０内の熱がシールドパイプ１０の外部の放熱部１５へ移動する。

放熱部１５に移動した熱は、放熱部１５の外面から保持孔２２の内周に伝達され、保持体２１の内部を移動する。保持体２１の図３及び図４における上面に移動した熱は、金属製の床板Ｆｐに伝わって、床板Ｆｐから車体Ｂｄ全体に拡がる。また、保持体２１の図３及び図４における下面及び図４における左右両側面に移動した熱は、固定具２５の覆い部２６に伝わり、覆い部２６の表面から大気中に放散されるとともに、覆い部２６から放熱フィン２８へ移動して放熱フィン２８の表面から大気中に放散される。さらに、流路２３の内周面に移動した熱は、流路２３内を流れる冷却水に奪われ、冷却水によって冷却器Ｃｏに運ばれた後、大気中に放出される。

本実施形態においては、導体１１に通電したときに生じる熱が、導体１１からヒートパイプ１３に伝達され、ヒートパイプ１３内において作動流体が蒸発と凝縮を繰り返しつつ循環移動することにより放熱部１５へ移動し、放熱部１５から放出されるようになっている。このように、導体１１の熱がヒートパイプ１３を介して効率良くシールドパイプ１０の外部へ放出されるので、導体の熱をシールドパイプに伝達させてその外周面から放出させるものに比べて、放熱効率に優れている。

また、ヒートパイプ１３の放熱部１５に設けられているヒートシンク２０は、放熱フィン２８による空冷機能を備えているとともに、冷却水の流通による水冷機能を備えており、導体１１からヒートパイプ１３の放熱部１５に伝達した熱は、放熱フィン２８の放熱面積の広い表面から大気中に放出されるとともに、冷却水に奪われるようになっている。したがって、ヒートパイプ１３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。

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１３の放熱部１５に、自動車ＥＶの車体Ｂｄに対して伝熱可能に取り付けるためのヒートシンク２０（取付部）を設け、放熱部１５を車体Ｂｄの床板Ｆｐに取り付けるようにした。放熱部１５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、放熱部１５と車体Ｂｄとの間の温度勾配が保たれて放熱部１５から車体Ｂｄ側へ熱が効率的に伝達される。したがって、放熱部１５の熱を大気中に放出する手段に比べて、放熱効率が良い。

シールドパイプ１０内には３本（複数本）の導体１１が俵積み状に束ねた状態で挿通されており、ヒートパイプ１３が、複数本の導体１１の間に挟まれた形態で挿通されているので、複数本の導体１１で発生した熱を１本のヒートパイプ１３に集中的に伝達させて放出することができる。したがって、ヒートパイプ１３の本数が少なくて済み、シールド導電体Ｗａの小径化が実現されている。

＜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）上記実施形態ではヒートパイプの放熱部にヒートシンクを設けたが、本発明によれば、ヒートシンクを設けず、放熱部から大気中に熱を放出させてもよい。
（２）上記実施形態ではヒートパイプの放熱部の熱を車体に伝達させるようにしたが、本発明によれば、放熱部の熱は、車内用導電体の導体に伝達させてもよく、放熱部から大気中に放出させてもよい。
（３）上記実施形態ではヒートパイプ（金属管材）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。
（４）上記実施形態ではヒートパイプが空冷と水冷の２つの冷却手段を兼備しているが、本発明によれば、ヒートシンクが空冷と水冷のいずれか一方の冷却手段のみを備える形態であってもよい。
（５）上記実施形態では空冷ヒートシンクと水冷ヒートシンクが一体化されているが、本発明によれば、空冷ヒートシンクと水冷ヒートシンクを別体化してもよい。
（６）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。
（７）上記実施形態では放熱部を車体に取り付けるための手段としてヒートシンクを流用したが、本発明によれば、ヒートシンクとは別に、専用の取付部を設けても良い。
（８）上記実施形態では放熱部と車体との間にヒートシンクが介在するようにしたが、本発明によれば、放熱部を直接車体に接触接触させてもよい。
（９）上記実施形態では１つのシールドパイプ内に３本の導体を挿通したが、本発明によれば、１本のシールドパイプに挿通される導体の本数は１本、２本または４本以上としてもよい。
（１０）上記実施形態では３本（複数本）の導体で発生した熱を１本のヒートパイプに集中して伝達させるようにしたが、本発明によれば、ヒートパイプを導体に対して１：１で対応するように設け、各導体で発生した熱が主として対応する１本のヒートパイプのみに伝達されるようにしてもよい。
（１１）上記実施形態では複数本の導体を俵積み状に束ねて配置したが、本発明によれば、複数本の導体が並列状に配置されていてもよい。
（１２）上記実施形態では俵積み状に束ねた複数本（３本）の内側にヒートパイプを配置したが、本発明によれば、俵積み状に束ねた導体の外側にヒートパイプを配置してもよい。
（１３）上記実施形態では１本のシールドパイプに挿通するヒートパイプを１本としたが、本発明によれば、１本のシールドパイプに複数本のヒートパイプを挿通させてもよい。
（１４）上記実施形態ではヒートパイプにおけるシールドパイプ外への突出部分の一部が放熱部とされているが、本発明によれば、ヒートパイプにおけるシールドパイプ外への突出部分の全体が放熱部とされていてもよい。

実施形態１の全体図 シールドパイプの内部をあらわす横断面図 車体に対する取付部分をあらわす部分拡大断面図 図３のＸ−Ｘ線断面図 ヒートシンクの底面図

符号の説明

ＥＶ…電気自動車（自動車）
Ｂｄ…車体
Ｗａ…シールド導電体
１０…シールドパイプ
１１…導体
１３…ヒートパイプ
１５…放熱部
２０…ヒートシンク（水冷ヒートシンク、空冷ヒートシンク、取付部）
２３…流路
２８…放熱フィン

Claims (5)

1. 導体がシールドパイプに挿通されたものであって、
   前記シールドパイプ内には、ヒートパイプが前記導体に沿うように収容されており、
   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の少なくとも一部が放熱部とされていることを特徴とするシールド導電体。
2. 前記ヒートパイプの放熱部に、放熱フィンを有する空冷ヒートシンクが設けら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。
3. 前記ヒートパイプの放熱部に、冷却水を流動させる流路を備えた水冷ヒートシンク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。
4. 前記ヒートパイプの放熱部は、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。
5. 前記シールドパイプ内には複数本の前記導体が束ねた状態で挿通されており、
   前記ヒートパイプが、前記複数本の導体の間に挟まれた形態で挿通されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のシールド導電体。

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