JP2007335518A

JP2007335518A - 車両用電気機器の収納容器

Info

Publication number: JP2007335518A
Application number: JP2006163598A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hamaya; 尚志濱谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】小型化が可能な車両用電気機器の収納容器を提供する。
【解決手段】ＰＣＵケース２００は、上側ケース２１０と下側ケース２２０とが、ボルト２３０で締結されて構成される。ＰＣＵケース２００の内部には、インバータ素子２４０、放熱板２４２および基板２６０が収納される。基板２６０は、上側ケース２１０の下方外周面２１２と下側ケース２２０の上方外周面２２２とに沿った周囲の面が、下方外周面２１２と上方外周面２２２とで挟持されて、ＰＣＵケース２００に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用電気機器の収納容器に関し、特に、電子素子を制御する電子部品を収納する収納容器に関する。

近年、サイリスタやパワートランジスタ等の電子素子の性能の向上は著しく、それに対応して電子素子からの発熱量が大きくなっている。一方、たとえば誘導電動機と直流バッテリとを搭載する電気自動車（この電気自動車には、ハイブリッド車両、燃料電池車両を含む。）ではインバータにより電力変換を行なって、直流バッテリから誘導電動機に電力を供給している。電動機の定格出力の上昇に伴い、このようなインバータ等の電子素子の発熱量も上昇し、十分な冷却対策が必要になっている。

車両においては、特に、インバータ等の電子素子を収納する収納容器の小型化が要求されている。また、収納容器の小型化によって、電子素子を制御する電子部品を実装する制御基板の発熱密度が一層上昇する傾向にあり、制御基板の熱を筐体外部へ速やかに伝達することがより重要になってきている。このような収納容器の小型化および制御基板の冷却に関して、以下の公報に開示された技術がある。

特開２００３−１１６２８２号公報（特許文献１）は、インバータ装置の大型化を抑制し、パワー半導体モジュールおよび制御回路基板を低温化できる技術を開示する。

特許文献１に開示された水冷インバータは、少なくとも冷却水が給排水される給排水口と、給排水口に接続される冷却水が流れる水路と、パワー半導体チップが搭載された、底面に金属体を有するパワー回路装置と、パワー回路装置を制御する制御回路基板とから構成され、パワー回路装置を冷却するための水路領域は、金属体の底面とパワー回路装置の筐体の一部から構成され、冷却水は直接金属体に当てられる水冷インバータにおいて、パワー回路装置を制御する制御回路基板は少なくとも２枚存在し、パワー回路装置およびパワー回路装置を冷却するための水路領域の上方および下方に配置される。

この公報に開示された冷却インバータによると、制御回路基板が少なくとも２枚に分割される。これにより、インバータ装置の大型化を抑制することができる。さらに、一方の制御回路基板を水路領域の下方に設置することで、高発熱部品であるパワー半導体からの熱が制御回路基板に伝達されるのを遮断できる。そのため、インバータ装置の信頼性を向上させることができる。
特開２００３−１１６２８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された水冷インバータにおいては、制御回路基板と回路装置の金属体との固定部分が、回路装置の内部に設けられる。そのため、筐体の大きさは、少なくとも制御回路基板より大きい必要があり、インバータ装置全体の小型化が制御回路基板により制限されるという問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化が可能な車両用電気機器の収納容器を提供することである。

第１の発明に係る収納容器は、電子素子と、電子素子を制御する電子部品とを収納する車両用電気機器の収納容器である。この収納容器は、下方が開放された第１の筐体と、上方が開放された第２の筐体と、第１の筐体の下方側の第１の外周面および第２の筐体の上方側の第２の外周面で構成され、電子部品が実装された基板を挟持する挟持部とを含む。

第１の発明によると、電子素子と、電子素子を制御する電子部品とが、収納容器に収納される。電子素子を制御する電子部品が実装された基板が、挟持部により挟持される。この挟持部は、下方が開放された第１の筐体の下方側の第１の外周面と、上方が開放された第２の筐体の上方側の第２の外周面とにより構成される。これにより、第１の筐体と第２の筐体との互いの開放された側で収納容器の内部が構成されるとともに、収納容器の外周にあたる第１の外周面と第２の外周面とにより基板が収納容器に固定される。そのため、基板が収納容器の内部に固定される場合と比べて、基板の大きさで制限されることなく収納容器を小型化することができる。その結果、小型化が可能な車両用電気機器の収納容器を提供することができる。

第２の発明に係る収納容器においては、第１の発明の構成に加えて、挟持部は、第１の外周面および第２の外周面に沿った基板の周囲の面を挟持することにより、基板を挟持する。

第２の発明によると、第１の外周面および第２の外周面に沿った基板の周囲の面が挟持部により挟持される。そのため、基板を安定させて収納容器に固定することができるとともに、収納容器の外部に基板が突出することを抑制することができる。

第３の発明に係る収納容器においては、第２の発明の構成に加えて、収納容器は、第１の筐体および第２の筐体を締結する締結部材をさらに含む。基板は、挟持される周囲の面に、締結部材を貫通させる貫通部を備える。挟持部は、第１の筐体および第２の筐体を貫通部を介して締結部材により締結して、第１の外周面と第２の外周面とで周囲の面を挟持することにより、基板を挟持する。

第３の発明によると、第１の筐体および第２の筐体を締結する締結部材を貫通させる貫通部が、第１の外周面と第２の外周面とで挟持される周囲の面に備えられる。基板は、貫通部を介して締結部材により締結される第１の筐体および第２の筐体とで挟持される。これにより、締結部材を基板の外側（すなわち収納容器の外部）に設けることを抑制して、収納容器を小型化することができる。

第４の発明に係る収納容器においては、第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、挟持部は、第１の外周面に設けられたガスケットと第２の外周面に設けられたガスケットとを介して基板を挟持する。

第４の発明によると、挟持部は、第１の外周面に設けられたガスケットと第２の外周面に設けられたガスケットとを介して基板を挟持する。これにより、基板と筐体との隙間がガスケットにより詰められて、収納容器の内部の密閉性が向上する。そのため、収納容器の外部の水分や埃が、挟持部から収納容器の内部に入り込むことを抑制することができる。

第５の発明に係る収納容器においては、第１〜第４のいずれかの発明の構成に加えて、電子部品は、発熱部品を含む。収納容器は、第１の筐体および第２の筐体の少なくともいずれかを冷却するための手段をさらに含む。

第５の発明によると、第１の筐体および第２の筐体の少なくともいずれかが冷却手段により冷却される。一方、電子部品が発生する熱は基板に伝達され、基板の温度が上昇する。そのため、筐体の温度が基板の温度より低くなり、基板の熱が挟持部を介して筐体に伝達される。これにより、基板の温度の上昇が抑制され、電子部品が発生する熱を速やかに基板に伝達させて、電子部品の温度上昇を抑制することができる。

第６の発明に係る収納容器においては、第１〜第４のいずれかの発明の構成に加えて、電子素子は、発熱素子を含む。電子素子は、第１の筐体の内面および第２の筐体の内面の少なくともいずれかに設けられる。収納容器は、電子素子が設けられる筐体に接し、筐体を冷却するための冷却手段をさらに含む。

第６の発明によると、電子素子が設けられる筐体が冷却手段により冷却される。そのため、電子素子が発生する熱を筐体を介して冷却手段に伝達させて、電子素子の温度の上昇を抑制することができる。さらに、電子素子から収納容器の内部に放出された熱を基板が吸収しても、筐体の温度が基板の温度より低くなるため、吸収した熱は挟持部を介して筐体に伝達される。そのため、電子素子が発生する熱による基板の温度上昇が抑制され、電子部品の温度上昇を抑制することができる。

第７の発明に係る収納容器においては、第１〜第６のいずれかの発明の構成に加えて、電子素子は、車両を駆動する交流モータを制御するインバータ素子である。

第７の発明によると、車両を駆動する交流モータを制御するインバータ素子を収納する収納容器を小型化することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両において車両駆動用の交流モータに電力を供給する電力制御ユニットであるＰＣＵ（Power Control Unit）を収納するＰＣＵケースについて説明するが、本発明に係る収納容器は、車両用電気機器を収納する収納容器であればこれに限定されない。また、ＰＣＵケースを適用できる車両は、ハイブリッド車両に限定されるものではない。たとえば、このＰＣＵケースは、ＰＣＵを搭載する電気自動車および燃料電池車に適用できる。

図１を参照して、本実施の形態に係るＰＣＵケースが搭載される車両の構成部品について説明する。

図１に示すように、車両５００のフード４００で覆われるエンジンルームには、エンジン１００と、ＰＣＵケース２００と、フロントトランスアクスル３００とが設けられる。

エンジン１００の出力軸は、フロントトランスアクスル３００の入力軸に接続される。フロントトランスアクスル３００の内部には、車両駆動用のモータ（図示せず）が設けられる。モータは、バッテリ（図示せず）からＰＣＵケース２００に収納されるＰＣＵを介して供給される交流電力に基づいて、駆動する。また、フロントトランスアクスル３００の内部には、動力分割機構（図示せず）が設けられる。これにより、エンジンの駆動力とモータの駆動力とが切り替えられて、モータがエンジン１００の駆動力をアシストしたり、モータのみにより駆動力を発生させたりする。

フロントトランスアクスル３００の出力軸は、ドライブシャフト（図示せず）を介してタイヤ１５０に接続される。フロントトランスアクスル３００からタイヤ１５０に伝達された駆動力により車両５００は走行する。

図２に、本実施の形態に係るＰＣＵケース２００の断面図を示す。ＰＣＵケース２００は、上側ケース２１０と下側ケース２２０とが、ボルト２３０で締結されて構成される。

上側ケース２１０は、下方が開放された略直方体の筐体である。上側ケース２１０の側面の下方側には、下方外周面２１２が設けられる。上側ケース２１０の側面の内部には、側面の上方側から下方外周面２１２まで貫通するボルト穴部２１４が設けられる。

下側ケース２２０は、上方が開放された略直方体の筐体である。下側ケース２２０の側面の上方側には、上方外周面２２２が設けられる。下側ケース２２０の側面の内部には、ボルト穴部２２４が設けられる。ボルト穴部２２４は、ボルト穴部２１４に対応した位置に設けられる。ボルト穴部２２４の内面には、ボルト２３０の雄ねじに対応する雌ねじが切られている。

ボルト２３０は、上側ケース２１０と下側ケース２２０とを締結する部材である。ボルト穴部２１４に貫通させたボルト２３０を、ボルト穴部２２４にねじ込ませることで、上側ケース２１０と下側ケース２２０とが締結される。

ＰＣＵケース２００の内部には、インバータ素子２４０および放熱板２４２がそれぞれ６つづつ、基板２６０が１つ収納される。なお、インバータ素子２４０、放熱板２４２、基板２６０の数量については、これらの数値に限定されるものではない。

インバータ素子２４０は、下側ケース２２０の底面の内側に放熱板２４２を介して設置される。インバータ素子２４０は、バッテリ（図示せず）からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、モータ（図示せず）で発電された交流電流を直流電流に変換する。この電流の変換が行なわれる際に、インバータ素子２４０は発熱する。なお、本実施の形態においては、電子素子としてインバータ素子２４０について説明したが、電子素子であればインバータ素子２４０であることに限定されない。

ＰＣＵケース２００は、発熱するインバータ素子２４０の温度上昇を抑制するために冷却液（たとえば、ＬＬＣ（Long Life Coolant））により冷却される。この冷却液は、電動ウォータポンプ（図示せず）により、ラジエータ（図示せず）とＰＣＵケース２００との間を循環する。なお、このラジエータは、エンジン１００の冷却液のラジエータ（図示せず）の側方に設けられたエンジン冷却液とは別系統のラジエータである。下側ケース２２０の底面の内部には、冷却液通路２５０が設けられ、冷却液は、冷却液通路２５０に沿って流れる。冷却液は、冷却液通路２５０を流れる際に、冷却液通路２５０内に形成された冷却フィン部２５６の熱を吸収する。これにより、下側ケース２２０の底面が冷却され、インバータ素子２４０が冷却される。冷却液の熱は、ラジエータを介して外気に放出される。

基板２６０は、電子部品を実装する長方形の板であり、インバータ素子２４０と接続線（図示せず）で電気的に接続される。基板２６０から送信される信号により、インバータ素子２４０のオンオフが切り替えられて、インバータ素子２４０で変換される電力量が制御されることで、モータ（ジェネレータ）の出力が制御される。基板２６０には、ゲートドライバ２６２、トランス２６４、電源部２６６などの電子部品が実装される。これらの電子部品は、作動により発熱する。特に、トランス２６４や電源部２６６は、他の部品に比べて多くの熱を発生する。なお、基板２６０に実装される電子部品は、これらの部品に限定されない。また、基板２６０には、これらの電子部品が必ずしも実装される必要はなく、他の電子部品が実装されていてもよい。

基板２６０は、下方外周面２１２と上方外周面２２２とに沿った周囲の面が下方外周面２１２と上方外周面２２２とで挟持されて、ＰＣＵケース２００に固定される。基板２６０と下方外周面２１２との間には、ガスケット２７０が設けられる。基板２６０と上方外周面２２２との間には、ガスケット２８０が設けられる。基板２６０の周囲の面には、下方外周面２１２に設けられたボルト穴部２１４と上方外周面２２２に設けられたボルト穴部２２４との位置に対応させて、貫通部２６８が設けられる。この貫通部２６８にボルト２３０を貫通させて上側ケース２１０と下側ケース２２０とを締結することにより、下方外周面２１２と上方外周面２２２とが、ガスケット２７０およびガスケット２８０を介して基板２６０の周囲の面を挟持する。

図３および図４を参照して、本実施の形態に係るＰＣＵケース２００についてさらに説明する。なお、図３は、上側ケース２１０およびボルト２３０を取り除いたＰＣＵケース２００を上方から見た場合の外観図である。図４は、ＰＣＵケース２００を図２の紙面左側から見た場合の側面図である。

図３に示すように、基板２６０は、長方形を形成する４辺うち、３辺の周囲の面が下方外周面２１２と上方外周面２２２とで挟持され、１辺はＰＣＵケース２００の内部に開放される。なお、基板２６０の形状および挟持される周囲の面の位置についてはこれに限定されない。

ボルト穴部２２４は、上方外周面２２２に１２ヶ所設けられる。基板２６０の周囲の面には、ボルト穴部２２４の位置に対応させて貫通部２６８が６ヶ所設けられる。なお、ボルト穴部２２４および貫通部２６８が設けられる数は、これらに限定されない。

図４に示すように、下側ケース２２０の上方外周面２２２のうち、基板２６０を挟持する部分は、基板２６０のない部分の上方外周面２２２の高さと基板２６０の上面の高さとを揃えるために、基板２６０およびガスケット２８０の厚み分が削られて形成される。基板２６０と下方外周面２１２との間、基板２６０のない部分の上方外周面２２２と下方外周面２１２との間は、ガスケット２７０により詰められる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係るＰＣＵケース２００の作用について説明する。上側ケース２１０と下側ケース２２０とにより構成されるＰＣＵケース２００の内部には、インバータ素子２４０と、インバータ素子２４０を制御するためのゲートドライバ２６２やトランス２６４などの電子部品が含まれる。これらの電子部品は、基板２６０に実装される。この基板２６０は、ＰＣＵケース２００の内部より外周側にある下方外周面２１２と上方外周面２２２とで周囲の面が挟持されて、ＰＣＵケース２００に固定される。そのため、後述する図７に示す従来のＰＣＵケースのように、基板全体をケース内部に収納し、ケース内部に形成される突起部で基板を固定する場合と比べて、本実施の形態に係るＰＣＵケース２００においては、基板２６０の大きさで制限されることなくＰＣＵケース２００を小型化することができる。

さらに、下方外周面２１２と上方外周面２２２に沿った周囲の面が下方外周面２１２と上方外周面２２２とで挟持される。そのため、基板２６０をＰＣＵケース２００に安定させて固定することができるとともに、下方外周面２１２および上方外周面２２２からＰＣＵケース２００の外部に、基板２６０が突出することを抑制することができる。

さらに、貫通部２６８にボルト２３０を貫通させて上側ケース２１０と下側ケース２２０とを締結する。そのため、上側ケース２１０と下側ケース２２０とを締結する部材を基板２６０の外側、すなわちＰＣＵケース２００の外部に設けることを抑制して、ＰＣＵケース２００を小型化することができる。

さらに、基板２６０は、ガスケット２７０およびガスケット２８０を介して挟持される。これにより、基板２６０と下方外周面２１２との隙間や基板２６０と上方外周面２２２との隙間がガスケット２７０およびガスケット２８０により詰められる。そのため、ＰＣＵケース２００の内部の密閉性が向上し、ＰＣＵケース２００の内部に水分や埃が入り込むことを抑制することができる。

従来のＰＣＵケースにおいては、図７に示すように、ケース内部に形成される突起部で基板を固定するため、基板２６０とＰＣＵケースとの接触面積が小さく、基板２６０の熱がＰＣＵケースに伝達され難い。

本実施の形態に係るＰＣＵケース２００においては、基板２６０の周囲の面が、ガスケット２７０およびガスケット２８０を介して下方外周面２１２や上方外周面２２２で挟持される。そのため、図５に示すように、基板２６０と上側ケース２１０や下側ケース２２０との接触面積（図５の斜線部）を、図７に示すような従来のＰＣＵケースに比べて大きくすることができる。これにより、基板２６０の熱を積極的に上側ケース２１０や下側ケース２２０に伝達して（図５の矢印参照）、基板２６０の温度の上昇を抑制することができる。

さらに、下側ケース２２０は、冷却液通路２５０により冷却される。そのため、図６に示すように、基板２６０から下側ケース２２０に伝達された熱は、冷却液に伝達される。これにより、下側ケース２２０の温度が低くなり、基板２６０の熱はさらに下側ケース２２０に伝達される。そのため、基板２６０に実装される電子部品の温度上昇を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係るＰＣＵケースによれば、ＰＣＵケースの外周面で、基板が挟持されて固定される。そのため、ＰＣＵケース内部で基板を固定する場合と比べて、ＰＣＵケースを小型化することができる。さらに、基板の周囲の面が、ＰＣＵケースの外周面で挟持される。そのため、ＰＣＵケースとの接触面積を大きくすることができる。これにより、基板の熱を積極的にＰＣＵケースに伝達して、基板の温度の上昇を抑制することができる。

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。

本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースが搭載される車両の斜視図である。本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースの断面図である。本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースの外観図である。本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースの側面図である。本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースにおける熱の流れを示す模式図（その１）である。本発明の実施の形態に係るＰＣＵケースにおける熱の流れを示す模式図（その２）である。比較のためのＰＣＵケースの外観図である。

符号の説明

１００エンジン、１５０タイヤ、２００ＰＣＵケース、２１０上側ケース、２１２下方外周面、２１４，２２４ボルト穴部、２２０下側ケース、２２２上方外周面、２３０ボルト、２４０インバータ素子、２４２放熱板、２５０冷媒通路、２５２冷却フィン、２５６壁、２６０基板、２６２ゲートドライバ、２６４トランス、２６６電源部、２６８貫通部。

Claims

電子素子と、前記電子素子を制御する電子部品とを収納する車両用電気機器の収納容器であって、
下方が開放された第１の筐体と、
上方が開放された第２の筐体と、
前記第１の筐体の下方側の第１の外周面および前記第２の筐体の上方側の第２の外周面で構成され、前記電子部品が実装された基板を挟持する挟持部とを含む、収納容器。
前記挟持部は、前記第１の外周面および前記第２の外周面に沿った前記基板の周囲の面を挟持することにより、前記基板を挟持する、請求項１に記載の収納容器。
前記収納容器は、前記第１の筐体および前記第２の筐体を締結する締結部材をさらに含み、
前記基板は、前記挟持される周囲の面に、前記締結部材を貫通させる貫通部を備え、
前記挟持部は、前記第１の筐体および前記第２の筐体を前記貫通部を介して前記締結部材により締結して、前記第１の外周面と前記第２の外周面とで前記周囲の面を挟持することにより、前記基板を挟持する、請求項２に記載の収納容器。
前記挟持部は、前記第１の外周面に設けられたガスケットと前記第２の外周面に設けられたガスケットとを介して前記基板を挟持する、請求項１〜３のいずれかに記載の収納容器。
前記電子部品は、発熱部品を含み、
前記収納容器は、前記第１の筐体および前記第２の筐体の少なくともいずれかを冷却するための手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の収納容器。
前記電子素子は、発熱素子を含み、
前記電子素子は、前記第１の筐体の内面および前記第２の筐体の内面の少なくともいずれかに設けられ、
前記収納容器は、前記電子素子が設けられる筐体に接し、前記筐体を冷却するための冷却手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の収納容器。
前記電子素子は、前記車両を駆動する交流モータを制御するインバータ素子である、請求項１〜６のいずれかに記載の収納容器。