JP2015201564A - On-vehicle electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載電子機器に関する。特に、内部に電子部品を備えるとともに、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備える車載電子機器に関する。 The present invention relates to an in-vehicle electronic device. In particular, the present invention relates to an in-vehicle electronic device that includes an electronic component inside and a liquid-cooled cooler that cools the electronic component.
電動車両は、走行用のモータに供給するための大電力を扱う電子機器を搭載している。その典型は、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータである。大電力を扱う電子機器は発熱量が大きく、液冷式の冷却器を備えていることが多い。一方、車載の電子機器は、エンジンコンパートメントに搭載されるので、防水性にも配慮が必要である。液冷式の冷却器を備える電子機器は、外部から冷却器に冷媒を供給する冷媒供給管と冷却器を通過した冷媒を外部へ排出する冷媒排出管が電子機器のケース側壁を通過することになる。ケースの貫通孔と冷媒供給管あるいは冷媒排出管の間に、それらの隙間を埋めるシール材が挿入される。 An electric vehicle is equipped with an electronic device that handles a large amount of power to be supplied to a motor for traveling. A typical example is an inverter that converts DC power of a battery into AC power. Electronic devices that handle large amounts of electricity generate a large amount of heat and are often equipped with liquid-cooled coolers. On the other hand, in-vehicle electronic devices are mounted in the engine compartment, so waterproofness needs to be taken into consideration. In an electronic device equipped with a liquid-cooled cooler, a refrigerant supply pipe that supplies refrigerant to the cooler from the outside and a refrigerant discharge pipe that discharges the refrigerant that has passed through the cooler to the outside pass through the case side wall of the electronic device. Become. A sealing material is inserted between the through hole of the case and the refrigerant supply pipe or the refrigerant discharge pipe to fill the gap between them.
特許文献1−3に上記のシール材に関する技術が開示されている。特許文献1には、シール材を取り付ける組付作業性を効率化する技術が開示されている。 Patent Documents 1-3 disclose techniques related to the above-described sealing material. Patent Document 1 discloses a technique for improving the efficiency of assembling work for attaching a sealing material.
特許文献2の技術は次の通りである。シール材は、冷媒管の外周面と接するパイプシール部と、ケースと接するケースシール部を有し、それらが冷媒管の軸線方向で相互にずれている。また、ケースに接するケースシール部には、芯金が埋設されている。パイプシール部とケースシール部が軸線方向でずれているのでパイプが傾いたときにシール材も従動して密封性が保たれる。また、芯金は、ケースシール部の変形を防ぎ、ケースとの間の密封性を高める。なお、特許文献2では、ケースの上部にU字の溝が設けられており、冷媒管はその溝を通過する。
The technique of
また、特許文献3には、ケース内部の冷却器から伸びている冷媒管をケース外まで延設し、ケースの外側で他の冷媒管と接続することが開示されている。ケースの貫通孔と冷媒管の外周との間はシール材で封止される。そのシール材とは別に、ケース外側で冷媒管と他の冷媒管の接続部も別のシール材で封止される。
特許文献3の技術では、ケース内部の冷却器から伸びる冷媒管とケースの貫通孔との間を封止するシール材と、ケースの外側で冷媒管と別の冷媒管(外設管)を封止する別のシール材を必要とする。コスト低減のため、ケース側壁に隣接して外設管を配置し、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間と、冷媒管と外設管の間を一つのシール材で封止できるとよい。しかし、2箇所を一つのシール材で同時に封止すると、密封性が低下する虞もある。本明細書は、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間の封止と、冷媒管と外設管の間を同時に封止する構造に関し、仮に冷媒管と外設管の間の密封性が低下した場合でも冷媒管とケース貫通孔の間の封止性は維持し、漏水がケース内部に浸入することを防止する技術を提供する。
In the technique of
本明細書が開示する技術の一態様は、車載電子機器に具現化することができる。その電子機器は、ケース内部に電子部品を備えるとともに、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている。その電子機器は、ケースと冷媒管と外設管とシール材を備えている。ケースには、内部の冷却器から伸びる冷媒管が通る貫通孔が設けられている。冷媒管はケースの外側で冷媒管の外周面と嵌合している。外設管は、ケースの外面に接しつつ、冷媒管と嵌合している。筒状のシール材は、冷媒管の外周面を覆っており、冷媒管の外周面と貫通孔の内周面の間を封止するとともに、冷媒管の外周面と外設管の内周面の間を封止している。このシール材には、貫通孔の内周面と対向する位置で芯金が埋設されている。さらに、シール材には、芯金よりもケース外側の位置にてシール材の内周側と外周側を貫通する水抜き孔が設けられている。 One embodiment of the technology disclosed in this specification can be embodied in an in-vehicle electronic device. The electronic device includes an electronic component inside the case and a liquid-cooled cooler that cools the electronic component. The electronic device includes a case, a refrigerant pipe, an external pipe, and a sealing material. The case is provided with a through hole through which a refrigerant pipe extending from an internal cooler passes. The refrigerant pipe is fitted to the outer peripheral surface of the refrigerant pipe outside the case. The external pipe is fitted with the refrigerant pipe while being in contact with the outer surface of the case. The cylindrical sealing material covers the outer peripheral surface of the refrigerant tube, seals between the outer peripheral surface of the refrigerant tube and the inner peripheral surface of the through hole, and also the outer peripheral surface of the refrigerant tube and the inner peripheral surface of the external pipe The space is sealed. A cored bar is embedded in the sealing material at a position facing the inner peripheral surface of the through hole. Further, the sealing material is provided with a drain hole penetrating the inner peripheral side and the outer peripheral side of the sealing material at a position outside the case from the core metal.
上記の車載電子機器は、シール材に芯金を埋設することで、ケース貫通孔と冷媒管の間の密封性を高めている。同時に、仮に冷媒管と外設管の間の封止性が劣化して水が漏れた場合、漏れた水は水抜き孔から外部へ流れるのでケース内に浸入することがない。 The above-described on-vehicle electronic device enhances the sealing performance between the case through hole and the refrigerant pipe by embedding a cored bar in the sealing material. At the same time, if the sealing performance between the refrigerant pipe and the external pipe deteriorates and water leaks, the leaked water flows from the drain hole to the outside, so that it does not enter the case.
なお、本明細書では、ケースに設けられた溝であってケースにカバーが取り付けられたときに「孔」を構成する溝も、便宜上、貫通孔として扱う。 In this specification, a groove provided in the case and forming a “hole” when the cover is attached to the case is also treated as a through hole for convenience.
本明細書が開示する技術は、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間の封止と、冷媒管と外設管の間の封止を同時に達成する構造に関し、仮に冷媒管と外設管の間の密封性が低下した場合でも漏れた水がケース内に浸入することを防止する。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「発明を実施するための形態」にて説明する。 The technology disclosed in this specification relates to a structure that simultaneously achieves sealing between a refrigerant pipe extending from the inside of the case to the outside and the inner peripheral surface of the case through-hole, and sealing between the refrigerant pipe and the external pipe. Even when the sealing performance between the refrigerant pipe and the external pipe is lowered, the leaked water is prevented from entering the case. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電子機器を説明する。実施例の電子機器は、電動車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ2である。図1に、インバータ2の分解斜視図を示す。図2に、インバータ2の斜視図を示す。また、図3に、図2のIII−III線における断面図を示す。なお、図3で示すインバータ2のカバー13は、理解を助けるために図1、2ではその図示を省略している。インバータ2は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路とその昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えている。それらの回路構成を実現するために、インバータ2には、ハードウエアとしてパワーカード22を積層して冷却する積層冷却ユニット20、モータ駆動用の大電流を平滑化する平滑コンデンサ51、電圧コンバータ回路に用いられるリアクトル52、リアクトル52や平滑コンデンサ51を冷却する冷却器15、および、回路基板で構成される。パワーカード22はスイッチング素子やダイオードをモールドした部品であり、回路基板はそのスイッチング素子を制御する制御回路を実装した基板である。スイッチング素子としては、IGBTなどのトランジスタが用いられる。なお、回路基板は積層冷却ユニット20の上方に配置されるが、その図示は省略している。また、パワーカード22(スイッチング素子)、平滑コンデンサ51、リアクトル52は、金属製のバスバにより互いに電気的に接続されているが、図中ではその図示は省略している。
An electronic apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The electronic device according to the embodiment is an
また、図中には座標系が示されている。座標系におけるXY平面がインバータ2の電動車両に対する取付姿勢の水平面を表す。そして、座標系におけるZ軸がインバータ2の電動車両に対する取付姿勢の鉛直方向を表す。本明細書では適時その座標系を用いて、実施例の構成を説明する。
In the figure, a coordinate system is shown. The XY plane in the coordinate system represents the horizontal plane of the mounting posture of the
インバータ2は独立した2つのケース(第1ケース12、第2ケース14)を有しており、第1ケース12はリアクトル52や積層冷却ユニット20などのユニットを収めるためのものであり、第2ケース14は冷却器15そのものである。インバータ2は2種の冷却器を備えており、一つは、リアクトル52やコンデンサ51を冷却する冷却器15であり、もう一つは、スイッチング素子を収容した複数のパワーカード22と一体化した積層冷却ユニット20である。冷却器15は、第1ケース12の底面に固定されるため、インバータ2は、全体として冷却器が一体化された構造を有している。
The
積層冷却ユニット20は、複数のパワーカード22と、内部を冷媒が通る平板型の複数の冷却プレート21を交互に積層したものである。冷却プレート21は、内部が空洞であるとともに、長手方向の両側(すなわち、パワーカード22の両側)のそれぞれに貫通孔が設けられている。隣接する冷却プレート21の貫通孔同士が接続管25で接続されている。そして、積層構造の端の冷却プレート21の貫通孔から、2本の冷媒管23、24が伸びている。積層冷却ユニット20は、第1のケース12に収納され、冷媒管23、24が第1ケース12の側壁に設けられたケース貫通孔16、56を貫通する。冷媒を供給する供給管61は、第1ケース12の外側から冷媒管24及びケース貫通孔56に接続される。冷却器15と積層冷却ユニット20を連結する外設連結管4の一端は、第1ケース12の外側から冷媒管23及びケース貫通孔16に接続される。冷媒管23とケース貫通孔16及び外設連結管4の間には、シール材3が備えられる。シール材3を用いた冷媒管23とケース貫通孔16及び外設連結管4の連結構造については後述する。外設連結管4は、U字形状のパイプであり、その他端(図1、2において下方の端)は、第2ケース14の開口17に接続されている。また、第2ケース14にはもう一方の開口57が設けられており、排出管62が接続される。なお、供給管61とケース貫通孔56及び冷媒管24の間、排出管62と開口57の間、外設連結管4と開口17の間には夫々シール材が設けられているが、図中では図示を省略している。
The stacked
冷媒供給管61を通じてインバータ2の外部から供給される冷媒は、ケース貫通孔56と一方の冷媒管24を通って積層冷却ユニット20に供給される。冷媒管24から流入した冷媒は、冷却プレート21に接続している一方の接続管25を通じて全ての冷却プレート21に行きわたる。冷媒は冷却プレート21の内部をその長手方向に流れ、冷却プレート21に接するパワーカード22を冷却する。パワーカード22の熱を吸収した冷媒は、冷却プレート21に接続している他方の接続管25を通じ、さらに冷媒管23とケース貫通孔16を通じて第1ケース12から排出される。冷媒はその後、外設連結管4を通じて第2ケース14(即ち冷却器15)へと導かれる。第2ケース14の内部には、第1ケース12に設置されたリアクトル52やコンデンサ51の直下に相当する位置に冷媒の流路19(図3参照)が設けられている。冷媒がその流路19を通る間にリアクトル52やコンデンサ51の熱を吸収する。冷媒は最後には開口57に接続された冷媒排出管62を通じて排出される。なお、インバータ2の外部には冷媒を冷却するラジエータや冷媒を循環させるポンプを含む冷却システムが備えられており、インバータ2内の電子部品の熱を吸収した冷媒はラジエータで冷却されて再びインバータ2へと送られる。
The refrigerant supplied from the outside of the
冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。冷却器15、積層冷却ユニット20は液冷式の冷却器である。
The refrigerant is a liquid, for example, water or LLC (Long Life Coolant). The cooler 15 and the stacked
また、積層冷却ユニット20には、その積層体の一方の端部に絶縁板55と板バネ54がさらに積層されている。積層冷却ユニット20は第1ケース12の内壁と支柱53に挟まれるように支持される。板バネ54により、積層冷却ユニット20はその積層方向に荷重を加えられつつ第1ケース12に支持される。板バネ54の荷重により、交互に積層している冷却プレート21とパワーカード22が密着し、両者の間で熱がよく伝達される。
The
図4、5、6を参照して、冷媒管23とケース貫通孔16及び外設連結管4の連結構造及びそれらの間を封止するシール材3について説明する。図4は、図3の二点鎖線IVで囲む範囲を拡大した図である。別言すれば、図4は、ケース貫通孔16、開口17の中心線を含む断面図である。さらに、図5は、図4の二点鎖線Vで囲む範囲を拡大した拡大図である。そして図6は、後述する水抜き孔32を通る図5のVI−VI線における冷媒管23とシール材3を含む範囲の部分断面図である。なお、図4では、パワーカードは仮想線で示してある。
With reference to FIGS. 4, 5, and 6, the connection structure of the
冷媒管23は円管であり、冷却プレート21から第1ケース12の外側に向かって伸びている。そして、冷媒管23はケース貫通孔16を貫通し、第1ケース12の外側面12aから突出している。この突出した部分は、後述する外設連結管4の開口部44の内側に位置する。別言すれば、冷媒管23の外周面23aは、第1ケース12の外側で外設連結管4と嵌合している。また、冷媒管23の中心線は、ケース貫通孔16の中心線と一致している。
The
外設連結管4はU字形状の円管である。そのU字形状の両端には、外設連結管4をケース12、14に固定するフランジ41、42が備えられている。フランジ42の第2ケース14側の面(フランジ面)にはシール材8が設けられており、このフランジ面と第2ケース14の外側面の間を封止している。図示を省略しているが、フランジ42には貫通孔が設けられており、その貫通孔を通じて外設連結管4の一端が第2ケース14に固定されている。一方、フランジ41の第2ケース12側の端面(フランジ面41a)は、第1ケース12の外側面12aに接している。フランジ41の側では、外設連結管4の開口部44は、U字管の途中の円管43の内径よりも拡径されている。外設連結管4の開口部44の径は、ケース貫通孔16の内径と同じである。図示を省略しているが、フランジ41には貫通孔が設けられており、その貫通孔を通じて外設連結管4の他端が第1ケース12に固定されている。
The
シール材3は、図1によく表されているように筒状の部材である。シール材3は、ゴム等の柔軟性の高い材料で作られている。図5に示すように、シール材3は冷媒管23の外周面23aを覆っている。そして、シール材3は、冷媒管23の外周面23aとケース貫通孔16の内周面16aの間に位置し、その間を封止している。さらに、シール材3は、冷媒管23の外周面23aと外設連結管4における開口部44の内周面44aの間にも位置し、その間を封止している。また、シール材3の外周面には、その外周面を一巡するように三角形状の凸部3aがシール材3の中心線に沿って複数設けられている。図中に示すように、凸部3aの頂点はケース貫通孔16の内周面16aに圧接され変形している。一方、シール材3の内周面にも、その内周面を一巡するように三角形状の凸部3bがシール材3の中心線に沿って複数設けられている。凸部3bも凸部3aと同様に、その頂点が冷媒管23の外周面23aに圧接され変形している。シール材3に凸部3aを設けることで、シール材3と開口部44及びケース貫通孔16の内周面との間の接触面積を減らすことができる。接触面積を減らすことで、開口部44及びケース貫通孔16にシール材3を挿入する時に作用する摩擦力を低減することができる。同様に、凸部3bを設けることで冷媒管23をシール材3に挿入する時に作用する摩擦力を低減することができる。
The sealing
また、シール材3には、ケース貫通孔16の内周面16aと対向する位置にリング状の芯金31が埋設されている。図5に示すように芯金31の一部は、シール材3の第1ケース12の内側に位置する端面から露出している。芯金31のシール材3に埋設している部分の端面はケース貫通孔16の内側に位置している。芯金31は、シール材3より硬い材料、例えば金属で作られている。芯金31を埋設することで、ケース貫通孔16の内周面16aと冷媒管23の外周面23aの間において芯金31が埋設されているシール材3の本体部分の変形が抑制される。これにより、凸部3a、3bの内周面16a、外周面23aに対する密着性を高めることができる。
A ring-shaped cored
また、シール材3には、上記の芯金31よりも第1ケース12の外側で、シール材3の内周面と外周面の間を貫通する水抜き孔32が設けられている。水抜き孔32は、ケース貫通孔16の内側に位置しており、冷媒管23の外周面23aとシール材3の内周面の間とケース貫通孔16の内周面16aとシール材3の外周面の間をつないでいる。また、図6に示すように、水抜き穴32は、インバータ2の取付姿勢における鉛直下側(Z軸の負方向)に位置している。
Further, the sealing
水抜き穴32の効果について説明する。シール材3の密封性が低下した場合、特に芯金31が埋設されていない側(外設連結管4の側)の密封性が低下すると、冷媒がシール材3から漏れる虞がある。水抜き穴32を設けることで、図5に示す太線矢印WFのように、シール材3の内周面と冷媒管23の外周面23aの間に侵入した冷媒は、水抜き孔32を通過して、シール材3の外周面とケース貫通孔16の内周面16aの間へ抜ける。この間に抜けた冷媒は、フランジ面41aと第1ケース12の外側面12aの間を伝って、第1ケース12の外側に抜ける。一方、冷媒管23とケース貫通孔16の間のシール材3には芯金31が埋設されているので、その密封性は高い。即ち、漏れた冷媒は、図5の太線矢印WFに示すように、第1ケース12の内部に侵入することは無く、第1ケース12の外部へ流れ出る。これにより、シール材3の密封性が低下しても、第1ケース12の内部に収容された電子部品の浸水を防止することができる。
The effect of the
実施例における「第1ケース12」が「ケース」の一例であり、「積層冷却ユニット20」が「冷却器」の一例である。また、「ケース貫通孔16」が「貫通孔」の一例であり、「外設連結管4」が「外設管」の一例である。
In the embodiment, “
実施例に関する留意点を述べる。実施例では、冷媒供給管61とケース貫通孔56及び冷媒管24のシール材は図示が省略されていたが、実施例のシール材3による連結構造を採用することも好適である。
Points to be noted regarding the embodiment will be described. In the embodiment, the
また、水抜き穴32は、ケース貫通孔16の内側に位置していたが、外設連結管4の開口部44の内側に位置していても良い。実施例と同様に、漏れた冷媒は、水抜き穴32を通過して、ケースの外側に抜ける。
Further, the
また、実施例では、シール材3と外設連結管4が別体となるように構成されていたが、シール材3と外設連結管4が一体となるように構成されても良い。例えば、外設連結管とシール材を二種類の材料を用いた二色成形(ダブルモールド)により成形する方法がある。外設連結管とシール材が一体となることにより、外設連結管の内周面とシール材の外周面の間が接合され、その間の密封性を高めることができる。
Further, in the embodiment, the sealing
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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:インバータ
3:シール材
4:外設連結管
12:第1ケース
14:第2ケース
15:冷却器
16、56:ケース貫通孔
16a:内周面
17、57:開口
20:積層冷却ユニット
21:冷却プレート
22:パワーカード
23、24:冷媒管
23a:外周面
31:芯金
32:水抜き穴
41、42:フランジ
44:開口部
44a:内周面
51:平滑コンデンサ
52:リアクトル
54:板バネ
61:供給管
62:排出管
2: Inverter 3: Sealing material 4: External connecting pipe 12: First case 14: Second case 15:
Claims (1)
貫通孔を有しているケースと、
前記冷却器から伸びており、前記貫通孔を通って前記ケースの外側まで伸びている冷媒管と、
前記ケースの外側で前記冷媒管の外周と嵌合している外設管と、
前記冷媒管の外周面を覆っており、前記冷媒管の外周面と前記貫通孔の内周面の間を封止するとともに、前記冷媒管の外周面と前記外設管の内周面の間を封止している筒状のシール材と、
を備えており、
前記シール材には、前記貫通孔の内周面と対向する位置でリング状の芯金が埋設されているとともに、当該芯金よりもケースの外側でシール材の内周側と外周側を貫通する水抜き孔が設けられている、
ことを特徴とする車載電子機器。 It is an in-vehicle electronic device that includes an electronic component inside and a liquid-cooled cooler that cools the electronic component.
A case having a through hole;
A refrigerant pipe extending from the cooler and extending to the outside of the case through the through hole;
An external pipe fitted to the outer periphery of the refrigerant pipe on the outside of the case;
Covers the outer peripheral surface of the refrigerant pipe, seals between the outer peripheral face of the refrigerant pipe and the inner peripheral face of the through hole, and between the outer peripheral face of the refrigerant pipe and the inner peripheral face of the external pipe A cylindrical sealing material that seals
With
A ring-shaped cored bar is embedded in the sealing material at a position facing the inner peripheral surface of the through hole, and penetrates the inner peripheral side and outer peripheral side of the sealing material outside the case from the cored bar. Water drain holes are provided,
In-vehicle electronic device characterized by the above.
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