JP2022052843A - 車両用冷却構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両用冷却構造を簡素化する。【解決手段】車両用冷却構造2は、ギヤ機構(例えば、リアディファレンシャルギヤ12)およびオイルを内部に収容するギヤケース14と、ギヤケース14の外面に設置され、モータ16と電気的に接続されるインバータ18と、ギヤケース14の内面とインバータ18との間に形成され、冷媒が流通される冷却流路60と、を備える。これにより、ギヤケース14内のオイルとインバータ18とを共通の冷媒によって冷却することができ、車両用冷却構造を簡素化することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、車両用冷却構造に関する。
例えば、特許文献1には、冷媒を循環させてインバータを冷却する技術が開示されている。
例えば、リアディファレンシャルギヤなどのギヤ機構では、ギヤケースにフィンが設けられ、空冷されている。車両では、インバータまたはギヤ機構のような冷却対象ごとに冷却構造が設けられている。このため、冷却構造にかかるスペースが広くなり、結果として、車両設計の自由度を向上させることが難しかった。
そこで、本発明は、簡素化することが可能な車両用冷却構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の車両用冷却構造は、ギヤ機構およびオイルを内部に収容するギヤケースと、ギヤケースの外面に設置され、モータと電気的に接続されるインバータと、ギヤケースの内面とインバータとの間に形成され、冷媒が流通される冷却流路と、を備える。
また、ギヤ機構は、プロペラシャフトに連結されるリアディファレンシャルギヤであり、インバータは、ギヤケースにおける車両の後方側に位置するとしてもよい。
また、車両用冷却構造は、冷却流路の内面のうち、インバータがギヤケースに接触する領域とは反対側の領域において、冷却流路の内面から冷却流路内に突出するフィンをさらに備えるとしてもよい。
また、インバータは、インバータの発熱量が増大するタイミングと、ギヤ機構の発熱量が増大するタイミングとが異なるようにモータに電流を供給するとしてもよい。
本発明によれば、車両用冷却構造を簡素化することが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、本実施形態に係る車両1の一部を示す概略図である。車両用冷却構造2は、車両1に適用される。図1では、車両1の前後左右方向をそれぞれ実線の矢印で示している。車両1は、例えば、モータが駆動源として設けられた電気自動車である。なお、車両1は、エンジンとモータとが駆動源として並設されたハイブリッド車であってもよい。
車両1は、プロペラシャフト10、リアディファレンシャルギヤ12、ギヤケース14、モータ16およびインバータ18を含む。プロペラシャフト10の一端は、変速機を通じて駆動源に連結される。
リアディファレンシャルギヤ12は、入力軸20、リングギヤ22、枠体24、第1サイドギヤ26、第2サイドギヤ28、第1出力軸30、第2出力軸32、第1ピニオンシャフト34、第2ピニオンシャフト36、第1ピニオンギヤ38および第2ピニオンギヤ40を含む。
入力軸20は、具体的には、ドライブピニオンシャフトである。プロペラシャフト10の他端は、入力軸20に連結される。入力軸20は、前後方向に延在している。入力軸20の先端には、ベベルギヤ42が形成されている。ベベルギヤ42は、リングギヤ22に噛み合わされている。枠体24は、リングギヤ22の一方の側面から突出している。枠体24は、中空に形成されている。枠体24は、リングギヤ22と一体となって回転する。
第1サイドギヤ26、第2サイドギヤ28、第1ピニオンギヤ38および第2ピニオンギヤ40は、枠体24に収容される。第1サイドギヤ26および第2サイドギヤ28は、リングギヤ22に平行に配置されるとともに、互いに間隔を空けて対向配置される。第1サイドギヤ26は、第1出力軸30に接続される。第1出力軸30は、リングギヤ22を貫通して左方向に延在し、左側の後輪に接続される。第2サイドギヤ28は、第2出力軸32に接続される。第2出力軸32は、枠体24を貫通して右方向に延在し、右側の後輪に接続される。
第1ピニオンシャフト34および第2ピニオンシャフト36は、それぞれ枠体24の内面から突出している。第1ピニオンギヤ38は、第1ピニオンシャフト34を介して枠体24に回転可能に支持される。第2ピニオンギヤ40は、第2ピニオンシャフト36を介して枠体24に回転可能に支持される。第1ピニオンギヤ38および第2ピニオンギヤ40は、それぞれ第1サイドギヤ26および第2サイドギヤ28に噛み合わされている。
ギヤケース14は、ケース本体部50およびカバー部52から構成される。ケース本体部50は、内部に空間54が形成されている。ケース本体部50は、後方側に開口部56を有する。カバー部52は、ケース本体部50の開口部56を後方側から塞ぐ。ケース本体部50にカバー部52が取り付けられると、ギヤケース14は、密閉される。ギヤケース14は、リアディファレンシャルギヤ12およびオイルを内部に収容した状態で密閉される。オイルは、リアディファレンシャルギヤ12の各部を潤滑に動作させる。
リアディファレンシャルギヤ12では、それぞれのギヤの回転に応じて、ギヤ間に摩擦熱が生じる。例えば、入力軸20のベベルギヤ42とリングギヤ22との間には、比較的大きな摩擦熱が生じる。ギヤケース14内のオイルは、このような摩擦熱によって熱せられる。
モータ16は、プロペラシャフトを通じてリアディファレンシャルギヤ12に連結されるモータとは独立して設けられる。モータ16は、ギヤケース14に並設され、リアディファレンシャルギヤ12に連結される。モータ16は、図示を省略するが、例えば、リングギヤ22または枠体24に連結される。モータ16は、後輪の回転をアシストすることができる。
インバータ18は、ギヤケース14のカバー部52の外面58に設置される。インバータ18は、不図示の電力線などを通じてモータ16と電気的に接続される。インバータ18は、不図示のバッテリの電力を変換してモータ16に供給する。インバータ18は、モータ16への電流の供給に応じて発熱する。
車両用冷却構造2は、ギヤケース14のカバー部52に形成されている冷却流路60を含む。冷却流路60は、ギヤケース14のカバー部52の内面62と、インバータ18との間に形成される。冷却流路60には、冷媒が流通される。後に詳述するが、冷却流路60を流通する冷媒は、車両用冷却構造2の冷却対象であるギヤケース14内のオイルとインバータ18との両方を冷却する。
車両1には、熱交換器64および冷却ポンプ66が設けられる。なお、熱交換器64および冷却ポンプ66の位置は、ギヤケース14の後方に限らず、ギヤケース14の前方であってもよい。図1の破線の矢印で示すように、冷却流路60、熱交換器64および冷却ポンプ66は、冷媒が循環する冷却回路を形成している。熱交換器64は、ギヤケース14の冷却流路60から送出される冷媒を冷却する。冷却ポンプ66は、熱交換器64で冷却された冷媒をギヤケース14の冷却流路60に送出する。
図2は、カバー部52の概略断面図である。図2では、車両1の上下前後方向をそれぞれ実線の矢印で示している。また、図2の破線の矢印は、冷却流路60が繋がっていることを示している。
カバー部52は、ボルトなどの締結部材70によって、ケース本体部50に取り付けられる。また、図2で示すように、インバータ18は、パワーモジュール72およびコンデンサ74を含む。
パワーモジュール72およびコンデンサ74は、カバー部52の外面58に固定される。パワーモジュール72およびコンデンサ74は、放熱面がカバー部52に接触するように固定される。パワーモジュール72およびコンデンサ74の電気的な端子は、例えば、各々の側面などの、カバー部52と接触する面とは異なる面に配置される。また、パワーモジュール72およびコンデンサ74は、保護部76によって取り囲まれて覆われている。パワーモジュール72およびコンデンサ74は、カバー部52および保護部76によって密閉されている。
パワーモジュール72は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの複数の半導体スイッチング素子から構成される。例えば、パワーモジュール72では、バッテリに接続される直流端子間に、6個の半導体スイッチング素子が3相ブリッジ接続されている。コンデンサ74は、例えば、電解コンデンサなどである。コンデンサ74は、例えば、パワーモジュール72の直流端子間に並列接続されている。パワーモジュール72およびコンデンサ74は、モータ16に電流を供給する際に発熱する。
カバー部52の外面58には、後方に開口する送入口80および送出口82が形成されている。冷却流路60は、送入口80から送出口82に亘って連通している。送入口80は、パイプなどを通じて冷却ポンプ66に繋がっている。送出口82は、パイプなどを通じて熱交換器64に繋がっている。
上述のように、冷却流路60は、カバー部52の内面62とインバータ18との間に形成される。具体的には、冷却流路60は、カバー部52の内面62とコンデンサ74との間、および、カバー部52の内面62とパワーモジュール72との間を、それぞれ通過するように形成される。
ギヤケース14内のオイルは、カバー部52の内面62に接触する。このため、ギヤケース14内のオイルは、カバー部52の内面62を通じて冷却流路60の冷媒と熱交換されて冷却される。また、パワーモジュール72およびコンデンサ74は、カバー部52の外面58に接触している。このため、パワーモジュール72およびコンデンサ74は、カバー部52の外面58を通じて冷却流路60の冷媒と熱交換されて冷却される。
このように、車両用冷却構造2では、ギヤケース14内のオイルとインバータ18との両方を、冷却流路60を流通する共通の冷媒によって冷却することができる。これにより、例えば、車両用冷却構造2では、ギヤケース14の空冷用のフィンを省略することが可能となる。このため、車両用冷却構造2では、冷却構造にかかるスペースの拡大を抑制することができる。
したがって、本実施形態の車両用冷却構造2によれば、冷却構造を簡素化することができ、車両設計の自由度を向上させることが可能となる。
また、ギヤケース14内のオイルの耐熱温度は、例えば、100℃を超える。これに対して、パワーモジュール72およびコンデンサ74の耐熱温度は、100℃未満の、例えば、80℃程度である。そして、場合によっては、ギヤケース14内のオイルの温度が、パワーモジュール72およびコンデンサ74の耐熱温度よりも高くなることがある。
しかし、車両用冷却構造2では、ギヤケース14内のオイルとパワーモジュール72との間、および、ギヤケース14内のオイルとコンデンサ74との間を、冷媒が流通する。これにより、車両用冷却構造2では、ギヤケース14内のオイルの熱がパワーモジュール72およびコンデンサ74に伝達されることが、冷媒によって妨げられる。
このため、車両用冷却構造2では、ギヤケース14内のオイルの温度がパワーモジュール72およびコンデンサ74の耐熱温度以上となったとしても、パワーモジュール72およびコンデンサ74の温度を自身の耐熱温度未満とすることが可能となる。その結果、車両用冷却構造2では、インバータ18がギヤケース14の外面58に設置されても、インバータ18の破損を防止することができる。
また、パワーモジュール72およびコンデンサ74は、上下方向に並設されている。そして、冷却流路60は、パワーモジュール72およびコンデンサ74の近傍において、上下方向に連通するように形成されている。これにより、例えば、冷媒に微量な空気が混入されたとしても、その空気は、上方に移動される。このため、車両用冷却構造2では、冷媒中の空気がパワーモジュール72およびコンデンサ74の近傍に滞留することを抑制でき、インバータ18の冷却効果の低減を防止することが可能となる。
図2に示すように、ギヤケース14には、冷却流路60の内面から冷却流路60内に突出する複数のフィン84が形成される。フィン84は、冷却流路60の内面のうち、インバータ18がギヤケース14に接触する領域とは反対側の領域に形成される。具体的には、フィン84は、冷却流路60の内面のうち、パワーモジュール72がギヤケース14に接触する領域とは反対側の領域に形成される。また、フィン84は、冷却流路60の内面のうち、コンデンサ74がギヤケース14に接触する領域とは反対側の領域に形成される。フィン84は、例えば、冷却流路60の内面から延びる角柱状に形成される。なお、フィン84の形状は、角柱状に限らず、角錐状などのように、適宜設計することができる。
車両用冷却構造2では、インバータ18に近接する位置にフィン84が形成されるため、冷却流路60を流通する冷媒とインバータ18との熱交換の面積が広くなっている。このため、車両用冷却構造2では、インバータ18の冷却効果を向上させることができる。
また、車両1は、プロペラシャフト10を用いた機械式の4輪駆動を行うことができる。このような機械式4輪駆動車では、前輪と後輪との動力伝達の位相差などによって、リアディファレンシャルギヤ12が振動することがある。そこで、機械式4輪駆動車では、リアディファレンシャルギヤ12のギヤケース14における後方側の位置に慣性マス、すなわち、バラストが設けられる。
車両1では、上述のように、インバータ18がギヤケース14における車両1の後方側に位置する。インバータ18は、少なからず質量を有する。これにより、インバータ18は、上述の慣性マスの少なくとも一部として機能することができる。このため、車両1では、付加する慣性マスの質量を、インバータ18の質量分、減少させることができる。その結果、車両用冷却構造2が適用される車両1では、車両1の総重量の増加を抑制することができる。
図3は、カバー部52を後方から見た透視平面図である。図3では、車両1の上下左右方向をそれぞれ実線の矢印で示している。また、図3の白抜き矢印は、冷媒が流れる方向を例示している。
パワーモジュール72およびコンデンサ74は、カバー部52の外面58の中央付近に配置されている。送入口80は、パワーモジュール72およびコンデンサ74よりも上方に位置する。送出口82は、パワーモジュール72およびコンデンサ74よりも下方に位置する。
図3で示すように、冷却流路60は、外面58における中央に近い内側部分から、中央から遠い外側部分に向かって渦状に広がるように形成されている。送入口80は、冷却流路60の渦の内側端に位置する。送出口82は、冷却流路60の渦の外側端に位置する。パワーモジュール72およびコンデンサ74は、冷却流路60の経路中、送入口80の近傍に位置する。
送入口80から送入された冷媒は、まず、コンデンサ74の近傍、パワーモジュール72の近傍の順に通過する。つまり、コンデンサ74およびパワーモジュール72は、冷却能力が十分に高い状態の冷媒、換言すると、温度が十分に低い状態の冷媒によって冷却される。このため、車両用冷却構造2では、インバータ18を効果的に冷却することができる。
パワーモジュール72の近傍を通過した冷媒は、カバー部52の周縁付近を周回して送出口82に至る。これにより、冷媒は、カバー部52の内面62および外面58の広い範囲を冷却する。このため、カバー部52の内面62に接触するオイルを効果的に冷却することができる。また、上述のように、コンデンサ74およびパワーモジュール72は、オイルよりも温度が低いことがある。このため、コンデンサ74およびパワーモジュール72と熱交換した後の冷媒は、オイルを十分に冷却することができる。
図4は、モータ16の出力特性の一例を示す図である。図4で示すように、モータ16は、回転数が低くなるに従ってトルクが高くなり、回転数が高くなるに従ってトルクが低くなる。
インバータ18は、モータ16のトルクが高くなるに従って、モータ16に流す電流を多くする。このため、図4の破線A10で例示するように、インバータ18は、モータ16のトルクが高くなるに従って発熱量が増大する。
これに対し、リアディファレンシャルギヤ12の各ギヤの回転数は、モータ16の回転数が高くなるに連れて高くなる。各ギヤの回転数が高くなると、各ギヤ間の摩擦による発熱量が増大する。つまり、図4の破線A12で例示するように、リアディファレンシャルギヤ12は、モータ16の回転数が高くなるに従って発熱量が増大する。
このように、インバータ18は、インバータの発熱量が増大するタイミングと、リアディファレンシャルギヤ12の発熱量が増大するタイミングとが異なるようにモータ16に電流を供給する。
これにより、車両用冷却構造2では、ギヤケース14内のオイルの冷却が大幅に必要なときにはインバータ18の冷却が少なくてよく、インバータ18の冷却が大幅に必要なときにはギヤケース14内のオイルの冷却が少なくてよい。このため、車両用冷却構造2では、熱交換器64または冷却ポンプ66のサイズアップを抑制しつつ、ギヤケース14内のオイルおよびインバータ18の冷却を行うことができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態におけるインバータ18は、カバー部52の外面58に設置されていた。しかし、インバータ18は、カバー部52に限らず、ケース本体部50の外面に設置されてもよい。
また、上記実施形態におけるインバータ18は、ギヤケース14における後方側に配置されていた。しかし、インバータ18の位置は、ギヤケース14における後方側に限らず、ギヤケース14における任意の位置に設置されてもよい。ただし、インバータ18を慣性マスの一部として機能させる場合には、インバータ18は、ギヤケース14における後方側に配置される。
また、上記実施形態の車両用冷却構造2では、冷却流路60にフィン84が設けられていた。しかし、フィン84は、省略されてもよい。ただし、インバータ18の冷却効果については、フィン84を設けた方が高くすることができる。
また、上記実施形態では、リアディファレンシャルギヤ12を収容するギヤケース14に、インバータ18および冷却流路60が設けられていた。しかし、インバータ18および冷却流路60が設けられるギヤケース14は、リアディファレンシャルギヤ12を収容するものに限らない。ギヤケース14は、例えば、フロントディファレンシャルギヤ、変速機または減速機などの各種のギヤ機構が収容されるものであってもよい。また、これらのギヤ機構を収容するギヤケース14内には、ギヤ機構の動作を潤滑にさせるオイルも収容される。この態様の車両用冷却構造2では、上記実施形態と同様に、ギヤケース14内のオイルとインバータ18とを共通の冷媒によって冷却することができる。
1 車両
2 車両用冷却構造
10 プロペラシャフト
12 リアディファレンシャルギヤ
14 ギヤケース
16 モータ
18 インバータ
58 外面
60 冷却流路
62 内面
84 フィン
2 車両用冷却構造
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62 内面
84 フィン
Claims (4)
- ギヤ機構およびオイルを内部に収容するギヤケースと、
前記ギヤケースの外面に設置され、モータと電気的に接続されるインバータと、
前記ギヤケースの内面と前記インバータとの間に形成され、冷媒が流通される冷却流路と、
を備える車両用冷却構造。 - 前記ギヤ機構は、プロペラシャフトに連結されるリアディファレンシャルギヤであり、
前記インバータは、前記ギヤケースにおける車両の後方側に位置する請求項1に記載の車両用冷却構造。 - 前記冷却流路の内面のうち、前記インバータが前記ギヤケースに接触する領域とは反対側の領域において、前記冷却流路の内面から前記冷却流路内に突出するフィンをさらに備える請求項1または2に記載の車両用冷却構造。
- 前記インバータは、前記インバータの発熱量が増大するタイミングと、前記ギヤ機構の発熱量が増大するタイミングとが異なるように前記モータに電流を供給する請求項1から3のいずれか1項に記載の車両用冷却構造。
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