JP2014141113A - 車両用冷却装置及び電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの振動が車室に伝搬し難い構造を提供する。
【解決手段】冷却装置２は、冷媒が流れる冷媒チューブを有するラジエータコア３、ファンシュラウド４、ポンプ６、及び、リザーブタンク５を備えている。ラジエータコア３は、車幅方向に伸びるラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂにマウントゴム７を介して固定されている。ファンシュラウド４は、ラジエータコアに空気を通すファンを支持する。ファンシュラウド４は、ラジエータコア３に固定されている。ポンプ６は、冷媒を循環させる。リザーブタンク５は、冷媒を一時的に溜める。冷却装置２では、リザーブタンク５とポンプ６が、ファンシュラウド４に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラジエータを含む車両用冷却装置と、その冷却装置を搭載した電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。

車両には、一般に、エンジン（電気自動車の場合はモータ）を冷却するための冷却装置が搭載される。電気自動車の冷却装置は、モータだけでなく、モータに交流電力を供給するインバータも冷却する場合もある。車両の冷却装置は通常、車両前方に配置されるラジエータと、ラジエータを含む冷媒循環路に冷媒を循環させるポンプを備える。なお、車両の冷却装置は一般に冷媒として水（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）が用いられるため、冷媒循環用のポンプはウォーターポンプと呼ばれることが多い。また、エンジン車では、ポンプはエンジン回転を原動力とするものが用いられることがあるが、電気自動車の場合には電動ポンプが用いられることが多い。エンジン回転を原動力とするポンプはエンジンに取り付けなければならないという制約があるが、電動ポンプにはそのような制約がない。ポンプの固定場所の選定には自由度がある。なお、本明細書が開示する技術が対象とするポンプは電動ポンプであるが、以下では、ラジエータを含む冷却装置において冷媒を循環させるポンプを単純に「ポンプ」と称する。

ポンプは振動源であるため、ポンプの振動が乗員に不快感を与えないように、ポンプの振動が車室に伝わり難い構造が求められる。特許文献１や特許文献２に、そのような構造の例が開示されている。特許文献１に開示された技術は次の通りである。ラジエータは、フィン付き冷媒チューブを有するラジエータコアと、ラジエータコアに空気を送るファンを支持するファンシュラウドを備えている。ラジエータコアは防振ゴムを介して、車両ボディに固定されている。そのラジエータコアにファンシュラウドが固定されている。そのファンシュラウドにポンプが固定されている。ポンプの振動伝達経路は、ファンシュラウド、ラジエータコア、防振ゴム、そして、車両ボディとなる。ポンプから車両ボディまでの振動伝搬経路が長く、しかも間に防振ゴムが介在するので、車室に伝搬する振動成分を抑制できる。

また、特許文献２に開示された技術は次の通りである。特許文献２の技術では、ラジエータコアを支持する部材（ラジエータコアサポート）を樹脂製とする。ラジエータコアサポートは、車幅方向に伸びるアッパメンバとロアメンバ、及び、アッパメンバとロアメンバを連結する車両上下方向に伸びる連結メンバで構成される。ラジエータサポートは、連結メンバの中央で車両のフレームの一つであるサイドメンバに固定される。ポンプは、ロアメンバの車幅方向の中央に固定される。この構造によれば、ポンプの固定位置が、ラジエータサポートと車両フレームとの固定位置から離れているので、車両のフレームに伝搬する振動成分を抑制することができる。

特開２００９−２５００９８号公報 特開２０１２−６６７０２号公報

本明細書も、冷却装置のポンプの振動のうち、車室に伝わる振動成分を抑制する技術を開示する。本明細書が開示する技術は、従来の技術よりも、車室に伝わる振動成分を一層低減することができる。

本明細書が開示する車両用の冷却装置は、冷媒（冷却水）が流れる冷媒チューブを有するラジエータコア、ラジエータコアに空気を通すファンを支持するファンシュラウド、冷媒を循環させるポンプ（電動ポンプ）、及び、ポンプと冷媒管で連結されているリザーブタンクを備える。本明細書が開示する技術は、さらに次の構造を備える。ラジエータコアが、車両前部にて車幅方向に伸びるラジエータサポートメンバにマウントゴムを介して固定される。ファンシュラウドは、ラジエータコアに固定される。そして、リザーブタンクとポンプが、ファンシュラウドに固定される。

上記の構造では、ポンプだけでなくリザーブタンクもファンシュラウドに固定される。そして、ファンシュラウドはラジエータコアに固定され、そのラジエータコアがマウントゴム（防振ゴム）を介して、車両のフレームの一部であるラジエータサポートメンバに固定される。ポンプの振動は、冷媒管を通じても車室に伝搬し得る。ポンプの振動の一部はポンプを固定するファンシュラウドに伝わり、他の一部は冷媒管を通じてリザーブタンクに伝わる。そのリザーブタンクがファンシュラウドに固定されているので、冷媒管とリザーブタンクを介して伝搬する振動成分も、ファンシュラウド、ラジエータコア、及び、マウントゴムを伝搬する間に相当減衰する。それゆえ、車両のフレームの一部であるラジエータサポートメンバに伝わる振動成分を抑制することができる。車室も車両のフレームに固定されているので、ラジエータサポートメンバに伝搬する振動成分を抑制することが、車室に伝わる振動成分を抑制することに対応する。なお、振動の伝搬をより一層抑制するには、ポンプをファンシュラウドの車幅方向の中央であって高さ方向の中央より下側に固定することが好ましい。

上記の冷却装置を電気自動車に搭載する場合、冷却装置はモータだけでなく、インバータも冷却する。即ち、冷却装置とモータ及びインバータは冷媒管で接続される。冷媒管とモータあるいはインバータを伝搬経路として車室に伝わる振動成分が存在する。本明細書は、そのような伝搬経路で車室に伝わる振動成分も含めて抑制する電気自動車も開示する。その電気自動車では、ファンシュラウドがラジエータコアの車両後方側に固定されている。また、ファンシュラウドより車両後方側で、走行用のモータがマウントゴムを介して車両のフレームに固定されている。さらに、モータに交流電力を供給するインバータがモータの上部に固定されている。そして、ポンプとリザーブタンクの夫々から伸びる冷媒管が、インバータ又はモータに連結されている。そのような構造によれば、ポンプとリザーブタンクから伸びる冷媒管の接続先であるモータとインバータが、マウントゴムを介して車両のフレームに固定されている。即ち、冷媒管を通じた車両フレームへの振動伝達経路の全てにマウントゴムが介在するので、車両フレーム（車室）に伝わる振動成分をより一層低減することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の実施例にて説明する。

実施例の冷却装置の分解斜視図である。 車両後方側から見たときの冷却装置の平面図である。 モータとインバータを含む冷却装置の側面図である。

図面を参照して実施例の冷却装置２を説明する。図１に、冷却装置２の分解図を示す。図１は、斜め後方から見た図であることに留意されたい。図２は、冷却装置２を車両後方側から見たときの平面図である。図３は、冷却装置２、及びこれと冷媒管で連結されているモータとインバータの側面図である。図３の仮想線は、車両９５を表している。図におけるＸ軸の正方向（例えば、図３の左方向）が車両の前方に相当する。車両９５は、モータ２２で走行する電気自動車である。

冷却装置２は、主として、ラジエータコア３、ファンシュラウド４、２個のファン９４、リザーブタンク５、ポンプ６、及び、冷媒を通す冷媒管９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、及び、９ｅ）で構成される。複数の冷媒管を区別することなく総称する場合には、「冷媒管９」と称する。図１、図２では、冷媒管９の図示を省略している。ポンプ６は電動式であり、不図示のバッテリから電力の供給を受けて駆動する。冷媒は、水、あるいは、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。以下では冷媒を冷却水と称する。

図の符号８ａ、８ｂは、車両のフレームの一部であるラジエータサポートメンバである。冷却装置２は、冷媒管９を除いてラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに固定される。ラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂは、車両の前部にて、車幅方向に伸びており、下側のラジエータサポートメンバ８ｂが車両の前後方向に伸びているサイドメンバ２４に固定されている（図２、図３参照）。上下のラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂは不図示のサブメンバで連結されている。サイドメンバ２４が車体の強度を保持する主たるフレームであり、ラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂは、車体の前部の強度を保持するサブフレームである。

ラジエータコア３は、サイドタンク３２ａ、３２ｂと、コアボディ３１で構成される。コアボディ３１は、左右方向に多数回往復している冷媒チューブを支持する枠体である。図では詳細には描かれていないが、冷媒チューブに多数のフィンが取り付けられており、そのフィンの間を空気が通り、冷媒チューブ内の冷媒が冷却される。コアボディ３１の両側にサイドタンク３２ａ、３２ｂが取り付けられおり、冷媒チューブの折り返し部分を保護するとともに、内部に冷媒が蓄えられる。

左右のサイドタンク３２ａ、３２ｂは、上下方向に細長く、その上端が、マウントゴム７を介してボルト９１にて上側のラジエータサポートメンバ８ａに固定される。サイドタンク３２ａ、３２ｂの下端は、マウントゴム７を介してボルト９１にて下側のラジエータサポートメンバ８ｂに固定される。マウントゴム７は、防振ゴムである。

左右のサイドタンク３２ａ、３２ｂにファンシュラウド４がボルト９２で固定される。ファンシュラウド４は、ラジエータコア３に空気をよく通すためのファン９４（図２参照）を支持するとともに、ファンの周囲を覆う部品である。なお、ファン９４は、ラジエータコア３に向けて風を送るのではなく、車両後方へと風を送る。ファン９４は、車両前方からラジエータコア３を抜けてきた空気をさらに後方へ押しやり、ラジエータコア３を通る空気の流れを促進する。ラジエータコア３、ファン９４、及び、ファンシュラウド４が、ラジエータの主たる部品である。

ファンシュラウド４は、車両後方側でラジエータコア３に固定されている。さらにファンシュラウド４の後方側にリザーブタンク５とポンプ６がボルト９３で固定されている。リザーブタンク５は、冷媒管９を流れる冷媒を一時的に溜めておくタンクである。ポンプ６は、電動式であり、冷媒を循環させる。リザーブタンク５は、ファンシュラウド４の中央よりも上方に固定され、ポンプ６は、車幅方向の概ね中央であり、かつ、ファンシュラウド４の上下方向の中央よりも下側に固定されている。

図３に示すように、ファンシュラウド４よりも車両後方側に、走行用のモータ２２が配置されている。モータ２２は、３相交流電流で駆動する誘導モータである。モータ２２は、マウントゴム２３を介してサイドメンバ２４に固定されている。モータ２２の上に、インバータ２１が固定されている。インバータ２１は、不図示のバッテリの直流電力をモータ２２の駆動に適した交流電力に変換してモータ２２に供給する。インバータ２１は、アクセル開度や車速に応じてモータ２２の目標出力を決定し、その目標出力が達成されるように、出力する交流の振幅と周波数を決定する。インバータ２１は多数のスイッチング素子を備えており、そのスイッチング動作により、直流を交流に変換する。スイッチング素子にはモータ２２を駆動するための大電流が流れるため、発熱量が大きい。冷却装置２は、モータ２２だけでなく、インバータ２１も冷却する。

冷媒管９の配管構造と冷却水の流れを説明する。冷媒管９ａは、ポンプ６とモータ２２を接続している。冷媒管９ｂは、モータ２２とラジエータコア３を接続している。なお、モータ２２の内部には、モータ２２を直接に冷却するオイル冷却器が備えられており、冷媒管９ａと９ｂは、オイル冷却器の中でその冷媒であるオイルを冷却する熱交換器に接続している。ポンプ６で圧送された冷却水は、冷媒管９ａを通じてモータ２２に送られ、モータ２２の内部で冷媒のオイルと熱交換した後に冷媒管９ｂを通じてラジエータコア３に送られる。ラジエータコア３では、冷却水は前述した冷却チューブを往復する間にファン９４によって送られる空気で冷却される。冷却された冷却水は、その後、冷媒管９ｃを通ってインバータ２１に送られる。インバータ２１内では、冷却水が、多数のスイッチング素子を集約したユニットにてスイッチング素子を冷却する。その後、冷却水は、冷媒管９ｄを通ってインバータ２１からリザーブタンク５に送られる。冷却水はリザーブタンク５に一時的に溜められる。冷却水は、冷媒管９ｅを通り、再びポンプ６に戻る。こうして、冷却水が循環する。

冷却装置２の利点を説明する。冷却装置２では、ラジエータコア３が車両フレームの一部であるラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂにマウントゴム７を介して固定されている。そのラジエータコア３にファンシュラウド４が固定されている。そのファンシュラウド４に、リザーブタンク５とポンプ６が固定されている。ラジエータコア３はマウントゴム７を介してのみ、ラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに固定されており、それ以外の箇所では車両のフレームに固定されていはいない。また、ファンシュラウド４は、ラジエータコア３以外の部材には固定されていない。リザーブタンク５、ポンプ６は、ファンシュラウド４以外の部材には固定されていない。

ポンプ６の振動は、ファンシュラウド４、ラジエータコア３に伝搬する。振動の一部は、冷媒管９ｅを通じてリザーブタンク５に伝搬する。リザーブタンク５もファンシュラウド４に固定されている。それゆえ、冷媒管９ｅを介してリザーブタンク５に伝搬した振動成分も、ファンシュラウド４を通じてラジエータコア３に伝搬する。ラジエータコア３はマウントゴム７を介してラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに固定されている。ポンプ６の振動は、上記したように、様々な部材（ファンシュラウド４とラジエータコア３）を伝搬した後にさらにマウントゴム７を介してラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに伝搬するので、ラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに到達するまでに相当減衰する。本実施例の冷却装置２は、ポンプ６の振動が車両の強度を保持するフレーム、さらには車室に伝搬し難い構造となっている。

ポンプ６の振動の一部は、冷媒管９ａを通ってモータ２２に伝搬する。しかし、モータ２２はマウントゴム２３を介してサイドメンバ２４に固定されている。従って、冷媒管９ａとモータ２２を介して車室に伝わる振動も相当減衰する。

また、ポンプ６の振動のさらに一部は、冷媒管９ｅ、リザーブタンク５、冷媒管９ｄを通じてインバータ２１に伝搬する。しかし、インバータ２１はモータ２２の上部に固定されており、さらにそのモータ２２がマウントゴム２３を介してサイドメンバ２４に固定されている。多くの部材とマウントゴム２３を介するため、インバータ２１に伝搬した振動成分もサイドメンバ２４に伝搬するまでに相当減衰する。

以上、説明したように、実施例の冷却装置２は、ポンプの振動が車室に伝搬し難い構造を有している。なお、ポンプ６が、ファンシュラウド４の車幅方向の略中央、かつ、上下方向の中央よりも下側に固定されており、ファンシュラウド４は車幅方向の両側でラジエータコア３に固定されていることも、ポンプ６の振動がサイドメンバ２４に到達するまでに相当減衰することに寄与している。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。冷媒管９の接続関係は上記の関係に限られない。例えば、ポンプ６とインバータ２１が冷媒管で接続され、インバータ２１とモータ２２が冷媒管で接続され、モータ２２とリザーブタンク５が冷媒管で接続され、リザーブタンク５とラジエータコア３が冷媒管で接続され、ラジエータコア３とポンプ６が冷媒管で接続され、上記の順に冷却水が流れるように構成されていてもよい。そのような構成においても、冷媒管を伝搬する振動は、ラジエータコア３とマウントゴム７を通してラジエータサポートメンバ８ａ、８ｂに伝搬するか、あるいは、モータ２２とマウントゴム２３を通してサイドメンバ２４に伝搬する。したがって、ポンプ６の振動は、サイドメンバ２４に伝搬するまでに相当減衰する。即ち、ポンプ６の振動は、車室に伝搬するまでに相当振動する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：冷却装置
３：ラジエータコア
４：ファンシュラウド
５：リザーブタンク
６：ポンプ
７：マウントゴム
８ａ、８ｂ：ラジエータサポートメンバ
９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ）：冷媒管
２１：インバータ
２２：モータ
２３：マウントゴム
２４：サイドメンバ
３１：コアボディ
３２ａ、３２ｂ：サイドタンク
９１、９２、９３：ボルト
９４：ファン
９５：車両（電気自動車）

Claims (3)

1. 車幅方向に伸びるラジエータサポートメンバにマウントゴムを介して固定されており、冷媒が流れる冷媒チューブを有するラジエータコアと、
   ラジエータコアに固定されており、ラジエータコアに空気を通すファンを支持するファンシュラウドと、
   冷媒を循環させるポンプと、
   ポンプと冷媒管で連結されており、冷媒を一時的に溜めるリザーブタンクと、
   を備えており、
   リザーブタンクとポンプがファンシュラウドに固定されていることを特徴とする車両用の冷却装置。
2. ポンプは、ファンシュラウドの車幅方向の中央であって高さ方向の中央より下側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷却装置を搭載した電気自動車であって、
   ファンシュラウドがラジエータコアの車両後方側に固定されており、
   ファンシュラウドより車両後方側に、走行用のモータがマウントゴムを介して車両のフレームに固定されており、
   モータに交流電力を供給するインバータがモータの上部に固定されており、
   ポンプとリザーブタンクから伸びる夫々の冷媒管が、インバータ又はモータに連結されていることを特徴とする電気自動車。

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