JP2021083178A - 車載電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する装置間における熱干渉を抑制し得る車載電気装置を提供すること。【解決手段】車両を駆動する駆動モータ１０と、車両外部から供給される電力を用いて車載バッテリＡＥに対して充電を行う充電装置２０と、車載バッテリＡＥから供給される直流電力を交流電力に電力変換して、駆動モータ１０に送出するインバータ装置３０と、を備え、充電装置２０が、駆動モータ１０及びインバータ装置３０それぞれと熱的に接続された状態で、駆動モータ１０とインバータ装置３０との間に配設されている、車載電気装置。【選択図】図１

Description

本開示は、車載電気装置に関する。

近年、マイクロＥＶや電動コミュータ等の小型の電気自動車の普及に伴って、車載機器の小型化の要請が高まっている。

かかる要請から、駆動モータと電力モジュール（例えば、インバータ装置や充電装置）を一体的に配設した車載電気装置が種々検討されている（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開２０１４／０４５７０８号

しかしながら、駆動モータや電力モジュールは、発熱体（例えば、駆動モータのモータ部や、インバータ装置や充電装置のパワー半導体素子）を有するため、これらを一体的に配設する構造を適用する場合、隣接する装置間における熱干渉の問題が発生するおそれがある。特に、パワー半導体素子は、熱による悪影響を受けやすく、高温化によって、スイッチング特性が変化したり、破損したりするおそれがあるため、これらのパワー半導体素子の過熱状態は避ける必要がある。

これらのパワー半導体素子の過熱状態を避けながら、駆動モータと電力モジュールとを一体的に配設するためには、放熱器を大きくしたり、インバータ装置と駆動モータの距離を離すという対策が考えられる。しかしながら、かかる構成では、車載電気装置全体として大型化してしまうという課題がある。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、隣接する装置間における熱干渉を抑制し得る車載電気装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
車両を駆動する駆動モータと、
前記車両外部から供給される電力を用いて車載バッテリに対して充電を行う充電装置と、
前記車載バッテリから供給される直流電力を交流電力に電力変換して、前記駆動モータに送出するインバータ装置と、
を備え、
前記充電装置により前記車載バッテリの充電が行われる場合、前記インバータ装置による前記駆動モータへの電力供給は行われず、
前記インバータ装置による前記駆動モータへの電力供給が行われる場合、前記充電装置による前記車載バッテリの充電は行われず、前記充電装置が、前記駆動モータ及び前記インバータ装置それぞれと熱的に接続された状態で、前記駆動モータと前記インバータ装置との間に配設されている、
車載電気装置である。

本開示に係る車載電気装置によれば、隣接する装置間における熱干渉を抑制することができる。

一実施形態に係る車載電気装置の全体構成を示す斜視図 一実施形態に係る車載電気装置の全体構成を示す横断面図 一実施形態に係る充電装置が有する放熱フィンを上面から見た平面図 一実施形態に係る充電装置が有する放熱フィン及びインバータ装置が有する放熱フィンの構成を示す側面図 一実施形態に係る車載電気装置が搭載された車両の電源系の構成の一例を示す回路図 一実施形態に係る車載電気装置の放熱態様について説明する図 一実施形態に係る車載電気装置の放熱態様について説明する図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［車載電気装置の構成］
以下、図１〜図５を参照して、一実施形態に係る車載電気装置の構成について説明する。本実施形態に係る車載電気装置は、例えば、電気自動車又はハイブリッド車両等に搭載される。

各図には、各構成の位置関係を明確にするため、共通の直交座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を示している。尚、以下では、各構成の位置関係を明確にするため、図面中の上方向を「上方向」と称し、図面中の下方向を「下方向」と称して説明する。但し、これらの方向は、車載電気装置１の使用時の姿勢を制限するものではない。

図１は、車載電気装置１の全体構成を示す斜視図である。図２は、車載電気装置１の全体構成を示す横断面図である。

図３は、充電装置２０が有する放熱フィン２１ａｆを上面から見た平面図である。図４は、充電装置２０が有する放熱フィン２１ａｆ及びインバータ装置３０が有する放熱フィン３１ａｆの構成を示す側面図である。尚、図４の右図は、図４の左図の点線で囲んだ領域を拡大した図である。

図５は、車載電気装置１が搭載された車両Ａの電源系の構成の一例を示す回路図である。

車載電気装置１は、駆動モータ１０、充電装置２０、及びインバータ装置３０を備えている。ここで、駆動モータ１０は、車両を駆動するモータである。又、充電装置２０は、外部電源から供給される電力を用いて車載バッテリＡＥに対して充電を行う。又、インバータ装置３０は、車載バッテリＡＥから供給される直流電力を交流電力に電力変換して、駆動モータ１０に供給する。

車載電気装置１は、駆動モータ１０、充電装置２０及びインバータ装置３０が一体的に配設された構造を有している（図１を参照）。具体的には、駆動モータ１０の上方に、駆動モータ１０と隣接して充電装置２０が配設され、充電装置２０の上方に、充電装置２０と隣接してインバータ装置３０が配設された構造を有する。そして、充電装置２０は、駆動モータ１０とインバータ装置３０それぞれと熱的に接続された状態で配設されている。

尚、本実施形態では、駆動モータ１０と充電装置２０とは、互いに接触するように配設され、充電装置２０とインバータ装置３０とは、互いの間に冷媒通路Ｆ１が形成されるように、間隙を介して配設されている。

駆動モータ１０は、例えば、モータ本体部１２、及び当該モータ本体部１２を収納する筐体１１を含んで構成される。

モータ本体部１２は、例えば、永久磁石式同期モータ又はかご形誘導モータを構成する固定子及び回転子であって、インバータ装置３０から供給される三相交流電力によって、車両走行時の駆動力を生成する。モータ本体部１２の出力軸１３は、筐体１１に設けられたベアリング（図示せず）を介して、当該筐体１１の外部に配設された変速機（図示せず）等に駆動力を伝達する。

筐体１１は、略密閉状態でモータ本体部１２を収納している。そして、筐体１１は、モータ本体部１２で発生する熱を、筐体１１内から筐体１１外に放出する。筐体１１は、モータ本体部１２で発生する熱が筐体１１外に排出されるように、良好な熱伝達特性を有する素材（例えば、アルミ材）によって形成される。尚、筐体１１は、例えば、直方体形状の外形を呈する。

尚、駆動モータ１０の筐体１１は、例えば、充電装置２０の筐体２１に対して螺子（図示せず）によって締結接続され、当該筐体２１と熱的に接続された状態となっている。

充電装置２０は、例えば、充電器本体部２２、及び当該充電器本体部２２を収納する筐体２１を含んで構成される。

充電器本体部２２は、例えば、スイッチング素子及びコンデンサ等の充電回路（例えば、ＡＣ／ＤＣ変換回路、及びＤＣ／ＤＣ変換回路）を構成する電気部品である。充電器本体部２２は、例えば、回路基板（例えば、金属基板）上に、回路素子（例えば、スイッチング素子及びコンデンサ）が実装されて構成されている。尚、充電器本体部２２は、外部電源から供給される電力を電力変換して、車載バッテリＡＥに対して電力供給する。

筐体２１は、収納する充電器本体部２２を周囲の水分等から保護するため、略密閉状態で充電器本体部２２を収納している。筐体２１は、例えば、直方体形状の外形を呈する。筐体２１は、充電器本体部２２で発生する熱が筐体２２外に排出されるように、良好な熱伝達特性を有する素材（例えば、アルミ材）によって形成される。尚、本実施形態では、筐体２１は、自身の上方側壁部に隣接して、充電器本体部２２を配している。そして、充電器本体部２２が発生する熱を、主に、筐体２１内から自身の上方側壁部を介して冷媒通路Ｆ１に放出する。但し、充電器本体部２２の放熱特性を良好にする観点から、筐体２１は、充電器本体部２２が発生する熱が、筐体２１の側方側壁部及び下方側壁部を介して、駆動モータ１０の筐体１１に対しても伝達し得るように構成されている。

尚、充電装置２０の筐体２１は、例えば、インバータ装置３０の筐体３１に対して螺子（図示せず）によって締結接続され、当該筐体３１と熱的に接続された状態となっている。

筐体２１の上方側壁部の外面には、冷媒通路Ｆ１に突出するように放熱フィン２１ａｆが配設されている（図３を参照）。放熱フィン２１ａｆは、冷媒通路Ｆ１を通流する空気冷媒と熱交換し、これによって、充電器本体部２２から冷媒通路Ｆ１への放熱を促進する。放熱フィン２１ａｆは、例えば、冷媒通路Ｆ１の空気冷媒が通流する方向（図３中の矢印Ａｉｒ）に沿って延在する複数の板形状の突起体によって構成されている。

インバータ装置３０は、例えば、インバータ本体部３２、及び当該インバータ本体部３２を収納する筐体３１を含んで構成される。

インバータ本体部３２は、例えば、スイッチング素子及びリアクトル等のインバータ回路を構成する電気部品である。インバータ本体部３２は、例えば、回路基板（例えば、金属基板）上に、回路素子（例えば、スイッチング素子及びリアクトル）が実装されて構成されている。尚、インバータ本体部３２は、車載バッテリ（図示せず）から受電した直流電力を三相交流電力に変換して、駆動モータ１０に電力供給する。インバータ本体部３２から駆動モータ１０への電力供給は、例えば、インバータ装置３０の筐体３１、充電装置２０の筐体２１、及び駆動モータ１０の筐体１１の壁部を連通するように設けられた連通孔内に内蔵された電力ラインを介して行われる。

筐体３１は、収納するインバータ本体部３２を周囲の水分等から保護するため、略密閉状態でインバータ本体部３２を収納している。尚、筐体３１は、例えば、直方体形状の外形を呈する。

筐体３１は、自身の下方側壁部に隣接して、インバータ本体部３２を配する。そして、筐体３１は、充電を行う際にインバータ本体部３２（例えば、スイッチング素子やリアクトル等）が発生する熱を、当該筐体３１の下方側壁部を介して、冷媒通路Ｆ１に放熱する。尚、筐体３１の下方側壁部は、筐体３１内から冷媒通路Ｆ１への放熱を促進する観点から、熱伝達率が高い素材（例えば、アルミ材）によって形成されている。

筐体３１の下方側壁部の外面には、放熱フィン３１ａｆが配設されている。放熱フィン３１ａｆは、筐体３１の下方側壁部の外面に、冷媒通路Ｆ１に突出するように配設されている。放熱フィン３１ａｆは、例えば、冷媒通路Ｆ１の空気冷媒が通流する方向（図３中の矢印Ａｉｒ）に沿って延在する複数の板形状の突起体によって構成されている。

ここで、充電装置２０の筐体２１とインバータ装置３０の筐体３１とは、筐体２１に形成された放熱フィン２１ａｆと筐体３１の放熱フィン３１ａｆとを介して、熱的に接続されている。具体的には、筐体３１の放熱フィン３１ａｆは、筐体２１の上方側壁部と接触し、筐体２１の放熱フィン２１ａｆは、筐体３１の下方側壁部と接触するように配設されている。そして、放熱フィン３１ａｆの先端部は、接続部３１ａｈ（例えば、半田、溶接、放熱接着剤、アルミろう付け）を介して、筐体２１と熱的に結合している。又、放熱フィン２１ａｆの先端部は、接続部２１ａｈ（例えば、半田、溶接、放熱接着剤、アルミろう付け）を介して、筐体３１と熱的に結合している。尚、筐体３１の放熱フィン３１ａｆと筐体２１の放熱フィン２１ａｆとは、交互に配置されている。

これにより、筐体３１又は筐体２１（充電器本体部２２又はインバータ本体部３２）の一方で発生した熱を、他方に伝達することができる。つまり、筐体３１及び筐体２１は、充電器本体部２２及びインバータ本体部３２が発生する熱を一体的に外部に放熱する。尚、かかる放熱は、特に、筐体３１の放熱フィン３１ａｆ及び筐体２１の放熱フィン２１ａｆの領域において行われることになる。

尚、充電装置２０の筐体２１とインバータ装置３０の筐体３１との間に形成された冷媒通路Ｆ１の一端には、ファン４０が取り付けられている。そして、ファン４０は、一方側から他方側に向かって、空気冷媒を通流させ、筐体２１の放熱フィン２１ａｆ及び筐体３１の放熱フィン３１ａｆからの放熱を促進する。

［車載電気装置の放熱態様］
図６Ａ、図６Ｂは、本実施形態に係る車載電気装置１の放熱態様について説明する図である。図６Ａは、車両走行中における車載電気装置１の放熱態様を表し、図６Ｂは、充電実行中（即ち、車両停止中）における車載電気装置１の放熱態様を表す。

車載電気装置１においては、インバータ装置３０及び駆動モータ１０は、主に車両走行中に動作する一方、充電装置２０は、主に車両停止時の充電中に動作する。つまり、インバータ装置３０（及び駆動モータ１０）と充電装置２０とは、一方が動作状態のときは、他方が非動作状態となる関係にある（排他動作とも称される）。言い換えると、充電装置２０により車載バッテリＡＥの充電が行われる場合、インバータ装置３０による駆動モータ１０への電力供給は行われず、インバータ装置３０による駆動モータ１０への電力供給が行われる場合、充電装置２０による車載バッテリＡＥの充電は行われない。

つまり、車載電気装置１においては、車両走行中には、インバータ装置３０及び駆動モータ１０は発熱状態となる一方、充電装置２０は、非発熱状態となる（図６Ａを参照）。このとき、インバータ装置３０と駆動モータ１０とは、充電装置２０を介して配設されているため、互いの熱的干渉は、極めて小さい。そして、このとき、インバータ装置３０と充電装置２０とは、熱的に接続されており、且つ、駆動モータ１０と充電装置２０とは、熱的に接続されている。そのため、インバータ装置３０のインバータ本体部３２で発生した熱は、充電装置２０の筐体２１にも伝達し、駆動モータ１０のモータ本体部１２で発生した熱は、充電装置２０の筐体２１にも伝達する。

これにより、インバータ装置３０のインバータ本体部３２及び駆動モータ１０のモータ本体部１２において発生した熱は、インバータ装置３０の筐体３１、駆動モータ１０の筐体１１、及び充電装置２０の筐体２１を介して一体的に放熱されることになる。つまり、本実施形態に係る車載電気装置１においては、駆動モータ１０及びインバータ装置３０の放熱特性は、インバータ装置３０単独で存在する場合や、駆動モータ１０単独で存在する場合と比較して向上することになる。

一方、車載電気装置１においては、車両停止時の充電中には、充電装置２０は発熱状態となる一方、インバータ装置３０及び駆動モータ１０は、非発熱状態となる（図６Ｂを参照）。このとき、充電装置２０は、インバータ装置３０及び駆動モータ１０と熱的に接続されていることから、充電装置２０の充電器本体部２２において発生した熱は、駆動モータ１０の筐体１１及びインバータ装置３０の筐体３１にも伝達する。

これにより、充電装置２０の充電器本体部２２において発生した熱は、インバータ装置３０の筐体３１、駆動モータ１０の筐体１１、及び充電装置２０の筐体２１を介して一体的に放熱されることになる。つまり、本実施形態に係る車載電気装置１においては、充電装置２０の放熱特性は、充電装置２０が単独で存在する場合と比較して向上することになる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る車載電気装置１は、充電装置２０を、駆動モータ１０及びインバータ装置３０それぞれと熱的に接続された状態で、駆動モータ１０とインバータ装置３０との間に配設した構成を有する。

これよって、車両を走行させている際（即ち、駆動モータ１０及びインバータ装置３０が動作状態のとき）に、駆動モータ１０とインバータ装置３０との間における熱伝達を抑制することができる。又、この際、充電装置２０が熱容量として働くことになり、駆動モータ１０及びインバータ装置３０の放熱特性を向上させることが可能である。これによって、駆動モータ１０又はインバータ装置３０が過熱状態となることを抑制することが可能である。

又、逆に、充電実行中（即ち、充電装置２０が動作状態のとき）には、駆動モータ１０及びインバータ装置３０が熱容量として働くことになり、充電装置２０の放熱特性を向上させることが可能である。これによって、充電装置２０が過熱状態となることを抑制することが可能である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、車載電気装置１の一例として、充電装置２０とインバータ装置３０とが放熱フィン２１ａｆ、３１ａｆを介して熱接続される構成を示した。しかしながら、本発明における車載電気装置１においては、充電装置２０とインバータ装置３０とは、筐体の壁部同士が直接接触することによって、熱接続される構成であってもよい。

又、上記実施形態では、車載電気装置１の一例として、駆動モータ１０、充電装置２０、及びインバータ装置３０が、各別の筐体１１、２１、３１を有する態様を示した。しかしながら、本発明における車載電気装置１においては、駆動モータ１０、充電装置２０、及びインバータ装置３０は、一個の筐体内に一体的に配設される構成であってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。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。

本開示に係る車載電気装置によれば、簡易な構成で、隣接する装置間における熱干渉を抑制することができる。

Ａ 車両
１ 車載電気装置
１０ 駆動モータ
１１ 駆動モータの筐体
１２ モータ本体部
２０ 充電装置
２１ 充電装置の筐体
２１ａｆ 充電装置の放熱フィン
２１ａｈ 充電装置の放熱フィンの接続部
２２ 充電器本体部
３０ インバータ装置
３１ インバータ装置の筐体
３１ａｆ インバータ装置の放熱フィン
３１ａｈ インバータ装置の放熱フィンの接続部
３２ インバータ本体部
４０ ファン
Ｆ１ 冷媒通路

Claims (3)

1. 車両を駆動する駆動モータと、
   前記車両外部から供給される電力を用いて車載バッテリに対して充電を行う充電装置と、
   前記車載バッテリから供給される直流電力を交流電力に電力変換して、前記駆動モータに送出するインバータ装置と、
   を備え、
   前記充電装置により前記車載バッテリの充電が行われる場合、前記インバータ装置による前記駆動モータへの電力供給は行われず、
   前記インバータ装置による前記駆動モータへの電力供給が行われる場合、前記充電装置による前記車載バッテリの充電は行われず、 前記充電装置が、前記駆動モータ及び前記インバータ装置それぞれと熱的に接続された状態で、前記駆動モータと前記インバータ装置との間に配設されている、
   車載電気装置。
2. 前記駆動モータ、前記充電装置、及び前記インバータ装置は、各別の筐体を有し、
   前記駆動モータの筐体と前記充電装置の筐体とが、締結接続され、
   前記充電装置の筐体と前記インバータ装置の筐体とが、締結接続されている、
   請求項１に記載の車載電気装置。
3. 前記充電装置の筐体と前記インバータ装置の筐体とは、前記充電装置の筐体又は前記インバータ装置の筐体の少なくともいずれか一方に設けられた放熱フィンを介して熱的に接続されている、
   請求項２に記載の車載電気装置。
   

Images