JP2008220033A - 電気機器の搭載構造および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却配管の取り回しが向上した電子機器の搭載構造を提供する。
【解決手段】電子機器の搭載構造は、サイドメンバー４００に取付けられる中空のブラケット４３０と、ブラケット４３０に保持されるインバータ２５０と、インバータ２５０近辺へ導かれてインバータ２５０を冷却する冷却部３３０とを備える。中空のブラケット４３０および冷却部３３０内を冷却水５００が流れる。
【選択図】図３

Description

この発明は、電気機器の搭載構造および車両に関し、より特定的には、電気機器と、それを冷却する冷却部とを備えた電気機器の搭載構造およびその搭載構造を有する車両に関するものである。

従来、電気機器の搭載構造は、たとえば特開平７−１９４１３９号公報（特許文献１）、特開２００２−１１９０７０号公報（特許文献２）、特開２００５−３２８３０号公報（特許文献３）および特開平１１−８９２４８号公報（特許文献４）に開示されている。
特開平７−１９４１３９号公報 特開２００２−１１９０７０号公報 特開２００５−３２８３０号公報 特開平１１−８９２４８号公報

特許文献１では、自動車用インバータのベースに交差するように冷媒通路を設ける例が開示されている。

特許文献２では、車両用インバータのヒートシンクにポンプやラジエタを取付けてコンパクトに構成する構成が開示されている。

特許文献３では、インバータとブラケットの位置関係が図示された空冷の構造が開示されている。

特許文献４では、ベース材が冷却器の一部を構成し熱伝達する構成が開示されている。
上記従来の技術では、インバータを有する電気機器を冷却するにあたって、冷却水の取り回しの自由度を向上させることができなかった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、冷却配管の取り回し位置の自由度を向上させた電気機器の搭載構造および車両を提供することを目的とする。

この発明に従った電気機器の搭載構造は、車両のシャシに取付けられる中空のブラケットと、ブラケットに保持されるインバータを含む電気機器と、インバータを含む電気機器周辺へ導かれて電気機器を冷却する冷却部とを備える。中空のブラケットおよび冷却部内を冷媒が流れて冷媒がインバータを冷却する。ブラケットに冷媒の出口または入口の少なくともいずれかが設けられる。

このように構成された電気機器の搭載構造では、中空のブラケットのいずれかに冷媒の出入口を設けることで冷媒の取り回しの自由度が向上する。

好ましくは、冷却部はブラケットに接続された管状部材を含む。
好ましくは、シャシは車両のサイドメンバーである。

好ましくは、冷媒は水を含む。
この発明に従った車両は、上述の電気機器の搭載構造を含む。

この発明に従えば、冷媒の取り回しの自由度が向上する電気機器の搭載構造およびそれを備えた車両を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った車両における駆動装置の主要部を示す電気回路図である。図１を参照して、車両に搭載されるＰＣＵ（パワーコントロールユニット）は、昇圧チョッパであるコンバータ２１０と、平滑コンデンサ２４０と、インバータ２５０とを含む。コンバータ２１０は、リアクトル素子２２０および昇圧モジュール２３０を有する。

昇圧モジュール２３０は、トランジスタＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ライン２０３とアースライン２０２との間に直列に接続される。トランジスタＱ１は、コレクタが電源ライン２０３に接続され、エミッタがトランジスタＱ２のコレクタに接続される。トランジスタＱ２のエミッタはアースライン２０２に接続される。また、各トランジスタ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が設けられている。

リアクトル素子２２０は、一方端が電源ライン２０１に接続され、他方端がトランジスタＱ１とトランジスタＱ２との間、すなわちトランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。平滑コンデンサ２４０は、電源ライン２０３とアースライン２０２との間に接続される。

インバータ２５０は、Ｕ相アーム２５３、Ｖ相アーム２５４およびＷ相アーム２５５からなる。Ｕ相アーム２５３、Ｖ相アーム２５４およびＷ相アーム２５５は、電源ライン２０３とアースライン２０２との間に並列に接続される。Ｕ相アーム２５３は、直列に接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム２５４は、直列に接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム２５５は、直列に接続されたトランジスタＱ７，Ｑ８からなる。また、各トランジスタＱ３からＱ８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Ｄ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成されており、Ｕ相コイルの他端がトランジスタＱ，３Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの多端がトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの多端がトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

コンバータ２１０は、電源ライン２０１とアースライン２０２との間にバッテリ１０から供給された直流電圧を受け、トランジスタＱ２がスイッチング制御されることにより直流電圧を昇圧して電源ライン２０３へ出力する。平滑コンデンサ２４０は、電源ライン２０３の直流電圧を平滑化してインバータ２５０へ供給する。インバータ２５０は、電源ライン２０３の直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭ１を駆動する。

また、インバータ２５０はモータジェネレータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換して平滑コンデンサ２４０に供給する。平滑コンデンサ２４０は、モータジェネレータＭ１からの直流電圧を平滑化してコンバータ２１０へ供給する。コンバータ２１０は、平滑コンデンサ２４０からの直流電圧を昇圧してバッテリ１０等へ供給する。

このようにＰＣＵ２０は、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧してモータジェネレータＭ１を駆動するとともに、モータジェネレータＭ１が発電した電力をバッテリ１０等へ供給することが可能となる。

次に、インバータが収納される筐体の構造について説明する。図２は、この発明の実施の形態に従った電気機器の搭載構造を説明するために示す車両の一部分の斜視図である。図２を参照して、シャシを構成するサイドメンバー４００にはＬ型金具４１０が取付けられている。Ｌ型金具４１０から斜め方向に延びるようにステイ４２０が配置される。ステイ４２０とサイドメンバー４００とによりブラケット４３０が保持されている。ブラケット４３０およびステイ４２０はパイプ材である。ブラケット４３０は中空構造であり、ユニオン４３１，４３２からは冷媒としての水を供給または取り出しすることができる。なお、冷媒としては水だけではなく、ロングライフクーラントなどが溶けた水溶液を用いてもよい。さらに、水ではなく油を冷媒として用いてもよい。また、冷媒として液体だけでなく気体を用いてもよく、高圧の流体であってもよい。

筐体３００内にインバータが収納されており、筐体３００はブラケット４３０に取付けられている。筐体３００からはユニオン３１０，３２０が取り出されており、ユニオン３１０とブラケット４３０のユニオン４３２とがホース４４０によって接続される。

この実施の形態では、ユニオン４３１が車両の前方向（図２中の矢印Ｆｒ）に設けられているが、この構造に限られず、ユニオン４３１が車両の前後左右または上下方向のいずれに設けられていてもよい。

ユニオン４３１とユニオン４３２とは互いに接続されており、ユニオン４３１，４３２の一方から導入された冷媒はユニオン４３１，４３２の他方から排出される。

筐体３００はこの実施の形態では直方体形状とされているが、筐体３００の形状は直方体だけでなく、立方体、円柱、半球形状などのさまざまな形状を採用することが可能である。

また、この実施の形態ではブラケット４３０の鉛直方向上側に筐体３００が設けられているが、これに限られるものではなく、ブラケット４３０の上下左右のいずれの側に筐体３００が取付けられていてもよい。

ユニオン３１０，３２０のいずれか一方から冷媒が供給され、他方から冷媒が排出される。このとき、冷媒の供給口（冷媒の入口）はユニオン３１０，３２０のいずれであってもよい。

また、この実施の形態では車両の左右方向にユニオン３１０，３２０が設けられているが、このユニオン３１０，３２０の配置に関しても、車両の前後左右上下方向のいずれに設けられていてもよい。筐体３００とブラケット４３０とは、たとえばボルトなどにより固定される。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３を参照して、内部空間を有する筐体３００の内部には、さまざまな電気機器が収納されている。まず、２つのユニオン３１０，３２０を結ぶように冷媒通路としてのパイプにより構成される冷却部３３０が設けられる。冷却部３３０は筐体３００内を一直線状に延びるだけでなく、蛇行して延びていてもよい。冷却部３３０に隣接するようにコンバータ２１０（ＤＣ−ＤＣコンバータ）、インバータ２５０、ＩＰＭ(Intelligent Power Module)２６０、平滑コンデンサ２４０およびリアクトル素子２２０が設けられている。

これらの電気機器は発熱するので、この熱を冷媒としての冷却水５００で除去している。

筐体３００はエンジンコンパートメント内に設けられていてもよく、エンジンコンパートメント外に設けられていてもよい。

また、筐体３００は、車室内に設けられていてもよく、また車室外のトランク内に設けられていてもよい。

コンバータ２１０、インバータ２５０、ＩＰＭ２６０、平滑コンデンサ２４０およびリアクトル素子２２０の配置に関しては、冷却部３３０の上側または下側のいずれであってもよい。

ユニオン３２０にはパイプ４６０が挿入され、反対側のユニオン３１０には別のホース４４０が接続される。

筐体３００はＰＣＵ２０を構成している。なお、筐体３００内に必ずしもコンバータ２１０、インバータ２５０、ＩＰＭ２６０、平滑コンデンサ２４０およびリアクトル素子２２０が封入されている必要はなく、少なくともインバータ２５０が封入されていればよい。

図４は、この発明に従った電気機器の搭載構造を有する車両の模式図である。図４を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド自動車１００は、バッテリ１０と、ＰＣＵ２０と、動力出力装置３０と、差動装置４０と、前輪５０Ｌ，５０Ｒと、後輪６０Ｌ，６０Ｒと、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒと、リアシート８０とを備える。

直流電源であるバッテリ１０は、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池からなり、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０からの直流電圧によって充電される。バッテリ１０は、リアシート８０の後方部に配置される。なお、バッテリ１０の配置としては、車両の床下に配置してもよい。また、車両の中心線に対して右側または左側のいずれかにオフセットして配置されていてもよい。

動力出力装置３０は、ダッシュボード９０よりも前側のエンジンルーム（エンジンコンパートメント）に配置される。ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０と電気的に接続される。動力出力装置３０は、たとえばモータジェネレータにより構成される。動力出力装置３０は、差動装置４０と連結される。

ＰＣＵ２０は、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータを駆動制御する。また、ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。すなわち、ＰＣＵ２０は、バッテリ１０によって供給される直流電力と、モータジェネレータを駆動制御する交流電力との間での電力変換を行なう電源装置に相当する。

動力出力装置３０は、エンジンおよび／またはモータジェネレータによる動力を差動装置４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達し前輪５０Ｌ，５０Ｒを駆動する。また、動力出力装置３０は、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力によって発電し、その発電した電力をＰＣＵ２０へ供給する。このように、モータジェネレータＭ１は少なくとも１つの車輪を駆動可能な交流モータとしての役割を果たす。

差動装置４０は、動力出力装置３０からの動力を前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達するとともに、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力を動力出力装置３０へ伝達する。

図５は、ブラケットが取付けられる車両のシャシ部分を示す斜視図である。本発明に従ったブラケット４３０は、車両のシャシのさまざまな部分に取付けることが可能である。具体的には、エンジンコンパートメントＥＣを構成するフロント側のサイドメンバー４００、フロントパネルメンバー４０１、フロントバンパリインフォースメント４０２にブラケット４３０を設けてもよい。また、フロントピラーロアリインフォースメント４０３、ロッカアウタリインフォースメント４０５、ロッカアウタエクステンション４０６、ドアベルトラインリインフォースメント４０７にブラケット４３０を設けてもよい。ブラケット４３０は車室（ＣＲ）内に設けられていてもよい。

図６は、比較例に従ったブラケットの斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図６および図７を参照して、比較例では、トレイ５３０上に筐体３００が載置されている。冷却用のユニオン３１０，３２０から冷媒としての冷却水が供給される。このとき、インバータ内部の冷却構造により、ユニオン３１０，３２０の取り出し位置は自然と決まる。その結果、ユニオン３１０，３２０の位置がインバータ搭載上の制約となる。これに対し、図１から５で示す実施の形態に従った発明では、パイプ形状のブラケット４３０に冷却水５００を流し込むことにより、インバータ２５０を冷却側の給水口または排水口のユニオンの位置を自由に選択することができる。すなわち、図１および２で示すように、ユニオン４３１を冷却水の供給口または排水口とし、このユニオン４３１はブラケット４３０のさまざまな位置に設けられるので、ユニオンの搭載の自由度が増す。なお、パイプ材であるブラケット４３０をサイドメンバー４００に取付ける部分においては、パイプを押しつぶして平面を確保し穴を空ける。穴部から水漏れを起こさないようにシール材もしくは溶接で水の漏れを防止する。

インバータ搭載用のブラケット４３０を板プレス品から強度および剛性を稼ぐことができるパイプ材に変更し、かつパイプ内に冷却水５００を流し込んでいる。これにより、冷却配管の取り出し（イン側またはアウト側）位置に自由度を向上させることができる。

すなわち、電気機器の搭載構造では、シャシとしてのサイドメンバー４００に取付けられる中空のブラケット４３０と、ブラケット４３０に保持されるインバータ２５０を含む電気機器と、電気機器周辺へ導かれてインバータ２５０を冷却する冷却部としての冷却配管を構成する冷却部３３０を備える。ブラケット４３０および冷却部３３０内を冷媒としての冷却水５００が流れて冷却水５００がインバータ２５０の熱を除去する。冷却部３３０はブラケット４３０に接続された管状部材としてのホース４４０を含む。ブラケット４３０に冷却水の出入口としてのユニオン４３１が設けられている。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、本発明はハイブリッド自動車に用いることができるが、このハイブリッド自動車として、燃料電池と二次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド自動車または電気自動車を採用することができる。また、この実施の形態におけるハイブリッド車両は、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対し、燃料電池ハイブリッド車両では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動させる。また、二次電池の使用に関しては、双方のハイブリッド車で基本的に変化はない。

さらに、ハイブリッド車両の場合にエンジンを１つの駆動源とするが、このエンジンとして、軽油を燃料とするディーゼルエンジン、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンを採用することができる。また、ガソリンエンジンであっても、いわゆる吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型、または燃焼室に直接ガソリンを噴射する直噴型のいずれであってもよい。さらに、エンジンの形状としては、直列型、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型などのさまざまな形状を採用することが可能である。

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。

この発明の実施の形態１に従った車両における駆動装置の主要部を示す電気回路図である。 この発明の実施の形態に従った電気機器の搭載構造を説明するために示す車両の一部分の斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 この発明に従った電気機器の搭載構造を有する車両の模式図である。 ブラケットが取付けられる車両のシャシ部分を示す斜視図である。 比較例に従ったブラケットの斜視図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１００ 車両、２１０ コンバータ、２４０ 平滑コンデンサ、２５０ インバータ、２６０ ＩＰＭ、３００ 筐体、３１０，３２０，４３１，４３２ ユニオン、４００ サイドメンバー、４１０ Ｌ型金具、４２０ ステイ、４３０ ブラケット、４４０，４６０ ホース、５００ 冷却水。

Claims (5)

1. 車両のシャシに取付けられ、冷媒の出口または入口の少なくともいずれかが設けられる中空のブラケットと、
   前記ブラケットに保持されるインバータを含む電気機器と、
   前記インバータを含む電気機器周辺へ導かれて前記電気機器を冷却する冷却部とを備え、
   前記中空のブラケットおよび前記冷却部内を冷媒が流れて冷媒が前記インバータを冷却する、電気機器の搭載構造。
2. 前記冷却部は、前記ブラケットに接続された管状部材を含む、請求項１に記載の電気機器の搭載構造。
3. 前記シャシは前記車両のサイドメンバーである、請求項１または２に記載の電気機器の搭載構造。
4. 前記冷媒は水を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機器の搭載構造。
5. 前記電気機器の搭載構造が取付けられた車両。

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