JP2012119501A

JP2012119501A - 冷却器

Info

Publication number: JP2012119501A
Application number: JP2010268115A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakajima; 優中島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-21

Abstract

【課題】部品点数を削減できると共に、温度センサの側温性を向上させることができる冷却器を提供することである。
【解決手段】ＨＶインバータ用冷却器１０は、冷媒流通空間１９を有する冷却器本体部１１と、冷却器本体部１１の側面方向に突出する平坦な天板１７と、突出した天板１７に対向配置され端部が天板１７側に曲げられて天板１７に接続された底板１８とから構成され、天板１７と底板１８との間に形成された導入流路２２に冷媒導入パイプ１４が挿入された冷媒導入部１２と、導入流路２２を流れる冷媒の温度を測定する温度センサ１６と、冷媒導入部１２の天板１７と底板１８との接続部分に設けられた締結部材であるボルト２８とを備え、温度センサ１６は、冷媒導入部１２の平坦な天板１７上に締結部材によって取り付けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷却器に係り、特に冷媒温度を測定する温度センサを備えたＨＶインバータ用の冷却器に関する。

近年、電動機を駆動源として搭載したハイブリッド車両（以下、ハイブリッドをＨＶとする）等の電動車両が広く普及している。ＨＶ車両には、車両駆動用の電動機、充放電可能なバッテリ、バッテリの直流電力を電動機駆動用の三相交流電力に変換するインバータ、およびインバータの半導体素子を冷却するＨＶインバータ用冷却器が搭載されている。

図６〜図８に従来のＨＶインバータ用冷却器５０（以下、従来の冷却器５０とする）を例示する。なお、図６は従来の冷却器５０の平面図、図７は図６のＤ‐Ｄ線断面図、図８は冷媒導入部５２を拡大して示す斜視図であり、ここでは、本発明に係る冷却器との対比において重要な部分を説明する。

図６に示すように、従来の冷却器５０は、冷媒流通空間を有する冷却器本体部５１と、冷却器本体部５１から突出した冷媒導入部５２と、冷媒導入部５２に取り付けられた温度センサ５３とを備える。冷媒導入部５２は、冷媒導入パイプ５４が取り付けられて冷媒を冷媒流通空間に導入するための導入流路５７（図７参照）を形成する部分である。なお、冷却器本体部５１および冷媒導入部５２は、いずれも天板５５と、底板５６とで構成されている。

冷却器本体部５１において、天板５５上には、絶縁基板４１を介して半導体素子４０が載置されている。そして、底板５６の端部が天板５５側に曲げられ天板５５に接続されることで冷媒流通空間を形成している。一方、図７，８に示すように、冷媒導入部５２において、天板５５が上方に膨出しており、底板５６と共に、導入流路５７を形成している。冷媒導入部５２は、天板５５の中央部が上方に膨出して両側が平坦な底板５６に接続された断面形状を有し、導入流路５７の断面形状は略四角形状である。

温度センサ５３は、天板５５にロウ付けされたブラケット５８を介して、導入流路５７上に取り付けられている。具体的には、温度センサ５３のセンサ固定部５９およびブラケット５８のボルト穴６０，６１に圧入されたボルト６２と、当該ボルトに嵌め込まれるナット６３とを用いて冷媒導入部５２の天板５５上に取り付けられている。即ち、温度センサ５３は、冷媒に接触する天板５５からブラケット５８を介して伝達される冷媒温度を検出している。

なお、温度センサが取り付けられた冷却器に関する先行技術として、特許文献１には、溝を流れる流体の温度を検出する温度センサがプレートに埋め込まれたロジックプレートが開示されている。また、本発明に関連する技術として、特許文献２には、本体部と分割部との接合部位にシート状ロウ材を挟み込み、アルミニウム製ボルトで仮固定したのち炉中接合されたサージタンクが開示されている。

特開２００２‐３０５０１０号公報特開２０００‐３２９０１４号公報

温度センサ５３の測定温度は、ＨＶ車両の動力性能に関わる重要な制御パラメータである。しかしながら、従来の冷却器５０では、温度センサ５３による測定温度と実際の冷媒温度との間に乖離が発生するという問題があった。この問題は、センサ自体の性能によるものではなく、温度センサ５３の取り付け構造に起因する部分が大きい。

つまり、従来の冷却器５０では、冷媒導入部５２が上方に膨出した形状を有しているため、温度センサ５３を取り付ける平面を確保するためにブラケット５８が必要である。このように、温度センサ５３は、ブラケット５８を用いて取り付けられているため、伝熱経路が長く、温度センサ５３に伝達される温度が実際の冷媒温度と異なった温度になる。また、部品点数を減らして材料コスト等を低減することも望まれている。
なお、導入流路５７の両側の平坦な天板５５上に温度センサ５３を取り付ける形態も考えられるが、当該形態では温度センサ５３と導入流路５７との距離が遠くなって測温性が悪くなることが予想される。

即ち、本発明の目的は、部品点数を削減できると共に、温度センサの側温性を向上させることができる冷却器を提供することである。

本発明に係る冷却器は、内部に冷媒流通空間を有する冷却器本体部と、冷却器本体部の側面方向に突出する平坦な天板と、突出した天板に対向配置され端部が天板側に曲げられて天板に接合された底板とから構成され、天板と底板との間に形成された導入流路に冷媒導入パイプが挿入された冷媒導入部と、導入流路を流れる冷媒の温度を測定する温度センサと、冷媒導入部の天板と底板との接続部分に設けられた締結部材とを備え、温度センサは、冷媒導入部の平坦な天板上に締結部材によって取り付けられることを特徴とする。

上記構成によれば、温度センサが取り付けられる冷媒導入部の天板が平坦であるから、大きな取り付け面積を確保することができる。そして、冷媒導入部の天板と底板との接続部分に設けられた締結部材、即ち冷媒導入部に一体化された締結部材によって、導入流路上の天板に温度センサを直接取り付けることができる。つまり、ブラケットを使用することなく、導入流路上に温度センサを取り付けることができるので、部品点数を削減することができると共に、伝熱経路が短くなって測温性が向上する。また、ブラケットを使用する場合よりも伝熱経路断面積が大きくなり、これは測温性の向上に寄与する。

また、本発明に係る冷却器において、底板および締結部材は、アルミニウムから構成され、締結部材は、底板にロウ付けされることが好ましい。

上記構成によれば、底板および締結部材がいずれもアルミニウムから構成されるので、両部材をロウ付けすることができる。底板と締結部材とをロウ付けすることにより、両部材間の熱伝導性がより良好になって側温性がさらに向上する。

例えば、導入流路の両側に形成される天板と底板との接続部分のうち、一方側の接続部分を貫通して締結部材がロウ付けされている。そして、冷媒導入部を構成する天板は、冷媒導入部の全域にわたってフラットである。つまり、締結部材が突出する面と、導入流路上に位置する面とは、連続した同一平面である。

本発明に係る冷却器によれば、部品点数を削減できると共に、温度センサの側温性を向上させることができる。つまり、ブラケットを使用しなくても、導入流路上に温度センサを取り付けることができるので、伝熱経路が短くなり、また伝熱経路断面積も大きくなるため測温性が向上する。

本発明の実施形態であるＨＶインバータ用冷却器の平面図である。図１のＡ‐Ａ線断面図である。図１のＢ‐Ｂ線断面図である。図１のＣ‐Ｃ線断面図である。本発明の実施形態であるＨＶインバータ用冷却器において、入口流路部を拡大して示す斜視図である。従来のＨＶインバータ用冷却器の平面図である。図６のＤ‐Ｄ線断面図である。従来のＨＶインバータ用冷却器において、入口流路部を拡大して示す斜視図である。

図面を用いて、本発明に係る冷却器の実施形態につき、以下詳細に説明する。なお、実施形態では、ＨＶ車両に搭載されるＨＶインバータ用冷却器１０（以下、冷却器１０とする）を例示して説明するが、本発明は例示の形態に限定されるものではない。

図１に冷却器１０の平面図を示す。なお、以下では、図２〜図５を適宜参照する（図４，５では、ケーブル２３の記載を省略している）。図１に示すように、冷却器１０は、冷却器本体部１１と、冷媒導入部１２と、冷媒導出部１３と、冷媒導入部１２に取り付けられる冷媒導入パイプ１４と、冷媒導出部１３に取り付けられる冷媒導出パイプ１５と、冷媒導入部１２に取り付けられる温度センサ１６とを備える。冷却器１０に用いられる冷媒としては、例えば、腐食防止性能・凍結防止性能を有する冷却水（ＬＬＣ；ロングライフクーラント）を使用することができる。

冷却器本体部１１は、天板１７と、天板１７に対向配置された底板１８と、から構成されるパネル形状の容器である。図２（図１のＡ‐Ａ線断面図）に示すように、冷却器本体部１１は、その内部に冷媒が流通する冷媒流通空間１９を有する。冷媒流通空間１９は、天板１７と底板１８とが接合されて形成される密閉空間（冷媒導入パイプ１４および冷媒導出パイプ１５が接続される部分を除いて）である。ここで例示する形態では、底板１８の端部が天板１７側に曲げられて天板１７に接続され、その接続部分で天板１７と底板１８とがロウ付けされて接合部２０が形成されている。なお、冷媒流通空間１９には、通常、冷媒の流れを規定し冷媒との接触面積を増加させるための図示しない板状のフィンが配置されている。

冷却器本体部１１の天板１７には、通常、底板１８よりも薄板が用いられ、その一方の面である冷却器本体部１１の外側に向いた面（以下、外面とする）上に、発熱体である半導体素子４０が載置される。図１に例示する形態では、天板１７の外面上に、絶縁基板４１を介して複数の半導体素子４０が載置されている。半導体素子４０としては、例えば、電動機駆動用素子、発電機駆動用素子、および昇圧機能用素子を含んでいる。

冷却器本体部１１の底板１８には、通常、天板１７よりも厚みのある板材が用いられる。底板１８は、天板１７の他方の面（以下、内面とする）に対向して配置され、上記のように、その端部が天板１７側に曲げられて天板１７に接続されている。図２に示すように、天板１７と底板１８との接続部分には、接合部２０が形成されて、冷却器本体部１１の内部に冷媒流通空間１９が形成される。

なお、天板１７および底板１８は、熱伝導性、加工性に優れ、軽量であるアルミニウムを構成材料とすることが好ましい。また、接合部２０を形成するためのロウ材としては、低融点のアルミニウム合金を用いることができ、通常、天板１７および底板１８の内面にロウ材層が設けられている。

また、冷却器本体部１１は、平面視略矩形形状であって、冷媒導入パイプ１４および冷媒導出パイプ１５の軸方向、つまり冷媒導入パイプ１４および冷媒導出パイプ１５が延びる方向に長くなった形状を有している。そして、冷却器本体部１１には、短辺側から冷却器本体部１１の側面方向にそれぞれ突出した冷媒導入部１２、冷媒導出部１３、およびＨＶ車両に冷却器本体部１１を締結するための固定部２１が設けられている。冷媒導入部１２は一方の短辺側から、冷媒導出部１３は他方の短辺側からそれぞれ突出しており、互いに冷却器本体部１１の対角線上に位置している。固定部２１は、一般的に複数設けられ、図１に例示するように、各短辺側から２つずつ突出した形態とすることができる。

冷媒導入部１２は、冷媒導入パイプ１４が取り付けられて冷媒を冷媒流通空間１９に導入するための導入流路２２（図３，４参照）を形成する部分である。そして、冷媒導入部１２は、冷却器本体部１１から突出する平坦な天板１７と、冷却器本体部１１から突出し突出した天板１７に対向配置される底板１８とから構成されている。つまり、図１に例示する冷媒導入部１２は、冷却器本体部１１を構成する天板１７および底板１８の一部が、冷却器本体部１１の短辺側から張り出した形状を有する。

冷媒導入部１２には、図３，４に示すように、天板１７と底板１８との間に導入流路２２が形成されおり、この導入流路２２に冷媒導入パイプ１４が挿入されて取り付けられている。冷媒導入部１２は、冷却器本体部１１の長手方向に延び、その内部に当該長手方向に沿って延びる導入流路２２を有する。なお、以下では、冷媒導入部１２が延びる方向を長さ方向、長さ方向に直交する方向を横方向と称して説明する。ここで、図３は、図１のＢ‐Ｂ線断面図（図３に示す断面を横方向とする）、図４は、図１のＣ‐Ｃ線断面図（図４に示す断面を長さ方向断面とする）である。

冷媒導入部１２において、底板１８は、冷媒導入部１２の長さ方向に沿った端部が天板１７側に曲げられて天板１７に接続されており、平坦な天板１７と共に導入流路２２を形成している。天板１７と底板１８との接続部分には、冷却器本体部１１と同様に、ロウ付けにより接合部２０が形成される。つまり、導入流路２２が延びる方向（長さ方向）に沿って、その両側に接合部２０が形成されている。

冷媒導入部１２の横方向断面形状は、図３に示すように、底板１８の両側が天板１７側に曲げられて平坦な天板１７に接続された形状、換言すると、底板１８の中央部が下方に向かって膨出した形状である。そして、導入流路２２の横方向断面形状は、略半円形状である。図３に例示する形態では、導入流路２２の両側に形成される接合部２０は、一方側の接合部２０が他方側の接合部２０よりも横方向に長くなっており、長い方の接合部２０に後述する温度センサ１６の締結部材が設置されている。

なお、冷媒導入パイプ１４は大部分が円筒形状を有するが、導入流路２２に挿入される部分は、導入流路２２の形状に適合する形状（略半円形状）を有する。図４に示すように、冷媒導入パイプ１４は、その一部が導入流路２２に挿入されて、冷媒導入パイプ１４の外周面と導入流路２２の内面とがロウ付けされることで、冷媒導入部１２に取り付けられる。冷媒導入パイプ１４は、冷媒導入部１２との接続部分で下方に曲げられて、やや縮径しているが、大凡導入流路２２の長さ方向に沿って真っ直ぐに延びている。

冷媒導出部１３は、冷媒導出パイプ１５が取り付けられて冷媒を冷媒流通空間１９から導出するための導出流路（図示せず）を形成する部分である。冷媒導入パイプ１４は、冷媒導入部１２と同様の形状を有し、冷却器本体部１１の側面方向に突出する平坦な天板１７と、冷却器本体部１１から突出し突出した天板１７に対向配置される底板１８とから構成されている。底板１８は、冷媒導出部１３の長さ方向に沿った端部が天板１７側に曲げられて天板１７に接続されており、平坦な天板１７と共に導出流路を形成している。

温度センサ１６は、導入流路２２を流れる冷媒の温度を測定するセンサであって、例えば、小型のサーミスタが好適なセンサとして用いられる。温度センサ１６から伸びるケーブル２３は、図示しない電子制御装置に接続されており、例えば、温度センサ１６の測定温度に基づいて冷媒流量やラジエータファンの制御が行われる。また、温度センサ１６には、冷媒導入部１２にセンサを締結するためのボルト穴２５（図３参照）を有するセンサ固定部２４が設けられている。

温度センサ１６は、図３に示すように、冷媒導入部１２の平坦な天板１７上であって、導入流路２２上に取り付けられている。具体的には、温度センサ１６のセンサ固定部２４のボルト穴２５に挿入されたボルト２８と、当該ボルトに嵌め込まれるナット２９とを用いて導入流路２２の上に位置する平坦な天板１７上に直接取り付けられている。温度センサ１６を締結するための締結部材であるボルト２８、ナット２９として、円盤形状の頭部を有するボルト（皿キャップボルト）、六角袋ナットを例示しているが、締結部材はこれに限定されない。

図３に示すように、冷媒導入部１２の接合部２０には、天板１７および底板１８に接合部２０を貫通するボルト穴２６，２７が形成されており、ボルト２８は、当該ボルト穴に挿入されている。ボルト２８は、底板１８と同様に、アルミニウムから構成されており、ボルト２８と底板１８とがロウ付けにより一体化されている。底板１８にロウ付けされたボルト２８は、天板１７の外面から上方に延びており、上記のように、センサ固定部２４のボルト穴２５に挿入される。そして、ナット２９がボルト２８の先端に嵌め込まれてセンサ固定部２４を締結することで、温度センサ１６が冷媒導入部１２の天板１７上に取り付けられる。

つまり、導入流路２２の両側に形成される接合部２０のうち、一方側の接合部２０に、ボルト穴２６，２７が形成されて、ボルト２８がロウ付けされている。そして、天板１７は、冷媒導入部１２の全域にわたって平坦（フラット）であり、ボルト２８が突出する面と、導入流路２２上に位置する面とは、連続した同一平面である。

以上のように、冷媒導入部１２の天板１７がフラットであるから、冷媒導入部１２の天板１７と底板１８との接続部分である接合部２０に一体化されたボルト２８を用いて、導入流路２２の上に位置する平坦な天板１７上に温度センサ１６を取り付けることができる。即ち、ブラケットを使用することなく、導入流路２２上に温度センサ１６を直接取り付けることができるので、部品点数を削減することができると共に、伝熱経路が短くなって測温性が向上する。
また、ブラケットを使用しないため、温度センサ１６の大きな取り付け面積を得ることができる。また、伝熱経路断面積が大きくなり、測温性の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で変形することができる。
例えば、上記では、冷却器本体部１１と冷媒導入部１２とが、一体的な形状であって同じ天板１７および底板１８から構成されるものとして説明したが、別部材から構成される形態であってもよい。
また、上記では、冷媒導入部１２と冷媒導出部１３とが同一の形状を有するものとして説明したが、例えば、冷媒導出部１３を構成する天板１７は上方に膨出した形状であってもよい。
また、上記では、ボルト２８と底板１８とがロウ付けされるとして説明したが、ボルト２８は、天板１７および底板１８にロウ付けされていてもよい。

１０ＨＶインバータ用冷却器（冷却器）、１１冷却器本体部、１２冷媒導入部、１３冷媒導出部、１４冷媒導入パイプ、１５冷媒導出パイプ、１６温度センサ、１７天板、１８底板、１９冷媒流通空間、２０接合部、２１固定部、２２導入流路、２３ケーブル、２４センサ固定部、２５，２６，２７ボルト穴、２８ボルト、２９ナット、４０半導体素子、４１絶縁基板。

５０従来のＨＶインバータ用冷却器（従来の冷却器）、５１冷却器本体部、５２冷媒導入部、５３温度センサ、５４冷媒導入パイプ、５５天板、５６底板、５７導入流路、５８ブラケット、５９センサ固定部、６０，６１ボルト穴、６２ボルト、６３ナット。

Claims

内部に冷媒流通空間を有する冷却器本体部と、
冷却器本体部の側面方向に突出する平坦な天板と、突出した天板に対向配置され端部が天板側に曲げられて天板に接続された底板とから構成され、天板と底板との間に形成された導入流路に冷媒導入パイプが挿入された冷媒導入部と、
導入流路を流れる冷媒の温度を測定する温度センサと、
冷媒導入部の天板と底板との接続部分に設けられた締結部材と、
を備え、
温度センサは、冷媒導入部の平坦な天板上に締結部材によって取り付けられることを特徴とする冷却器。
請求項１に記載の冷却器において、
底板および締結部材は、アルミニウムから構成され、
締結部材は、底板にロウ付けされることを特徴とする冷却器。