JP2009073404A - 電気機器の搭載構造および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機器を冷却することが可能であり、省スペース化が可能な電気機器の搭載構造を提供する。
【解決手段】電気機器の搭載構造は、車両のシャシに設けられ、冷媒が溜められる内部空間５１０を有する中空のブラケット４３０と、ブラケット４３０に保持される電気機器とを有する。内部空間５１０に仕切部材５５０が設けられる。仕切部材５５０は第一室５１１および第二室５１２を規定する。第一室５１１に導入された冷媒５００が第二室５１２に流れ込むときに冷媒５００中の気体が気体領域５０５へ移動し気体が分離される。
【選択図】図４

Description

この発明は、電気機器の搭載構造に関し、より特定的には、電気機器が冷媒により冷却される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、たとえば実開平４−１２３３２６号公報（特許文献１）および特開平１０−１４１０５８号公報（特許文献２）に開示されている。
実開平４−１２３３２６号公報 特開平１０−１４１０５８号公報

特許文献１では、リザーバタンクを複数個に分割し、エンジンルーム内での配置の自由度を高める構成が開示されている。

特許文献２では、室外熱交換器の出口タンクにリザーバタンクの機能を兼ねさせ、エンジン冷却装置を大型化する構成が開示されている。

車両に登載される電気機器を冷却する場合に別に冷却構造を追加した場合には、冷却構造を登載するための新たなスペースが必要となるが、近年の車両の小型化等の影響によりその冷却構造の登載スペースを確保することが困難であるという問題があった。

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、小型化が可能な電気機器の搭載構造およびそれを用いた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、液体の冷媒が溜められる内部空間が設けられる中空のブラケットと、ブラケットに保持され、インバータを含み、冷媒により冷却される電気機器とを備える。内部空間内に仕切部材が設けられる。仕切部材は底面から気液界面に向かって延び、気体領域に達することで内部空間に第一室および第二室を規定する。第一室に導入された冷媒が仕切部材を乗り越えて第二室に流れ込むときに冷媒中の気体が気液界面の気体側に移動することで冷媒中の気体が分離される。

このように構成された電気機器の搭載構造では、第一室の冷媒が第二室に流れ込むときに気体が分離されるため、この中空のブラケットが気液分離機能を果たす。そのために、気液分離のための別の機構を設けることなく、電気機器の搭載構造の小型化に寄与することができる。

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。

好ましくは、この発明に従った車両は、上述の電気機器の搭載構造が設けられる。

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。

図１は、この発明の実施の形態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、ブラケット４３０が取付けられている。ブラケット４３０は中空構造であり、その内部に冷媒を溜めるための内部空間５１０を有する。なお、冷媒としては、水を採用することが可能であり、この水にロングライフクーラントなどを溶かして水溶液とすることも可能である。また、水ではなく油を冷媒としてもよい。さらに、冷媒の圧力に関しては大気圧に限られず、加圧されていてもよい。

ブラケット４３０がＰＣＵ２０を保持している。ブラケット４３０にはユニオン３１０，３２０，３３０が設けられている。ユニオン３１０，３２０，３３０はいずれも冷媒を出し入れするための口である。

ブラケット４３０上に登載された筐体３００は直方体形状とされているが、直方体に限られず、立方体、円柱または半球状などのさまざまな形状を採用することが可能である。ブラケット４３０上に電気機器を収納した筐体３００がたとえばボルトなどにより固着されている。

ブラケット４３０下部には内部空間５１０が存在し、この内部空間５１０は仕切部材５５０により第一室５１１および第二室５１２により分けられている。第一室５１１および第二室５１２は上部で繋がっている。第一室５１１および第二室５１２間で気体が移動することが可能である。冷媒を導入するためのユニオン３１０と、冷媒を排出するためのユニオン３２０と、リザーバタンクに接続されるユニオン３３０とがそれぞれ内部空間５１０に達するようにブラケット４３０に設けられる。ユニオン３１０にはホース４４０が接続され、たとえばラジエタなどで冷却された温度の低い冷媒がユニオン３１０を介して内部空間５１０へ導入される。

ユニオン３２０は、内部空間５１０のうち第二室５１２に達している。ユニオン３２０からは、筐体３００に収納された電気機器の熱を奪った、比較的温度の高い冷媒がユニオン３２０から排出されてホース４６０へ導かれる。

ユニオン３３０はホース５４０によりリザーバタンク５３０と接続される。リザーバタンク５３０は予備の（余りの）冷媒で満たされており、内部空間５１０内の冷媒が少なくなるとリザーバタンク５３０に溜められた冷媒がホース５４０およびユニオン３３０を介して内部空間５１０へ導入される。なお、ユニオン３３０は第二室５１２に接続されているが、これに限られず、ユニオン３３０は第一室５１１側に接続されていてもよい。

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、ブラケット４３０の一部を構成する板状部材により構成されるステイ部分４２０で囲まれた領域が内部空間５１０である。内部空間５１０は仕切部材５５０により分割されている。内部空間５１０にユニオン３２０およびユニオン３３０が到達している。ユニオン３２０およびユニオン３２０およびユニオン３３０は仕切部材５５０の上端部よりも下側に設けられていることが好ましい。

仕切部材５５０に関して、図３では、何ら貫通孔の設けられていない形状を示しているが、限られず、仕切部材５５０にたとえば貫通孔が設けられていてもよい。

また、図３では、仕切部材５５０の高さ（上端面の高さ）に関しては、一定のものが示されているが、これに限られず、高さが高い部分と低い部分とが存在していてもよい。

また、この例では、仕切部材５５０の上部で第一室と第二室が繋がっているが、ここで第一室と第二室を繋げる必要はなく、仕切部材５５０に孔を設けることで第一室および第二室を繋げてもよい。

図４は、内部空間内での冷媒の流れを示す図である。図４を参照して、ブラケット４３０はトレイ部分とステイ部分４２０とが全周溶接された構造であり、１つの部屋である内部空間５１０を構成しており、その中央部に仕切部材５５０が設けられている。冷媒５００は第一室５１１および第二室５１２に溜められており、第一室５１１および第二室５１２を隔てる仕切部材５５０上を矢印５０２で示す方向に冷媒が乗り越えて移動する。そして第二室５１２へ移った冷媒はユニオン３２０から排出される。

このとき、仕切部材５５０を冷媒５００が越えるときに冷媒中の気体が気体領域５０５側へ移動する。これにより、冷媒５００中の気体が分離される。

第一室５１１および第二室５１２では、冷媒５００の流れが澱むため、比重の軽い気体は気体領域５０５側へ移動する。これにより気液分離が行なわれる。なお、このような仕切部材５５０を乗り越える構成だけでなく、何らかの構造で流れに澱みを持たせ、その澱みにおいて気体を気体領域に集めることで気液分離を行なってもよい。

筐体３００はエンジンコンパートメント内に設けられてもよく、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もよく、車室疎とに設けられてもよい。

筐体３００内にはコンバータ、インバータ、ＩＰＭ、平滑コンデンサおよびリアクトル素子などが設けられる。この中の少なくとも１つが設けられていればよい。筐体３００は発熱素子を収納している。

エアー溜まり部としての気体領域５０５で冷媒の温度変化に対する体積膨張および収縮を吸収機能がある。

電気機器の搭載構造は、車両のシャシに取付けられ、冷媒５００が溜められる。内部空間５１０が設けられる中空のブラケット４３０と、ブラケット４３０に保持される電気機器とを有する。内部空間５１０に仕切部材５５０が設けられる。仕切部材５５０は底面から気液界面５０１に向かって延び、気体領域５０５まで達することで内部空間５１０に第一室５１１と第二室５１２とを規定する。第一室５１１に導入された冷媒５００が第二室５１２に流れ込むときに冷媒５００中の気体が気液界面５０１の気体領域５０５に移動することで冷媒５００中の気体が分離される。

すなわち、仕切部材５５０が第一室５１１から第二室５１２へ流れる流体の抵抗となり、この部分で他の部分よりも流れの速度が遅くなり、澱みが生じることで、気体が気体領域５０５側へ移動する。

図５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５を参照して、この発明の実施の形態によるハイブリッド車両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６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１４００、フロントパネルメンバー１４０１、フロントバンパリインフォースメント１４０２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１４０３、ロッカアウタリインフォースメント１４０５、ロッカアウタエクステンション１４０６、ドアベルトラインリインフォースメント１４０７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。

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。 内部空間内での冷媒の流れを示す図である。 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。

符号の説明

１ ハイブリッド車両、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、３１０，３２０，３４０ ユニオン、４２０ ステイ部分、４３０ ブラケット、５００ 冷媒、５０１ 気液界面、５０２ 矢印、５１０ 内部空間、５１１ 第一室、５１２ 第二室、５０５ 気体領域、５５０ 仕切部材。

Claims (4)

1. 車両のシャシに取付けられ、液体の冷媒が溜められる内部空間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、インバータを含み、冷媒により冷却される電気機器とを備え、
   前記内部空間に仕切部材が設けられ、前記仕切部材は、底面から気液界面に向かって延び、気体領域に達することで前記内部空間に第一室および第二室を規定し、前記第一室に導入された冷媒が前記仕切部材を乗り越えて前記第二室に流れ込むときに冷媒中の気体が気液界面の気体側に移動することで冷媒中の気体が分離される、電気機器の搭載構造。
2. 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に記載の電気機器の搭載構造。
3. 前記冷媒は水を含む、請求項１または２に記載の電気機器の搭載構造。
4. 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が取付けられた車両。

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