JP4376049B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風ファンで空気を送風して強制的に冷却する機構を有する電源装置に関し、とくに車両用の電源装置に最適である電源装置に関する。

車両用の電源装置は、発熱量の大きい電源モジュールや電子回路を備えるので、温度が異常に高くならないように、送風ファンで強制冷却している。送風ファンは外気を吸入して、発熱部である電源モジュールや電子部品に強制送風して冷却している。送風ファンは、フィルターで空気をろ過して清澄な空気を吸入して発熱部を冷却する。塵を吸入すると、これが発熱部の表面に付着して、冷却効率を低下し、あるいは電子部品を故障させる原因となるからである。フィルターは、空気をろ過して塵が堆積するので、経時的に空気通過抵抗が大きくなる。このため、一定の期間使用するとフィルターを清掃し、あるいは交換する必要がある。しかしながら、現実の使用状態において、フィルターは必ずしも詰まる前に交換され、あるいは清掃されるとは限らない。フィルターが目詰まりして空気通過抵抗が大きくなると、送風ファンは送風する空気量が減少する。とくに、フィルターが甚だしく目詰まりすると送風をほとんど送風できなくなる。この状態になると、送風ファンが発熱部を強制冷却できなくなって、発熱部の温度が異常に高くなってしまう。このため、発熱部の部品が著しく熱障害を受けて、寿命が短くなり、あるいは正常に動作しなくなって故障する等の弊害が発生する。この弊害を防止するために、フィルターが目詰まりしても発熱部に送風して強制冷却できる機構が要求される。

フィルターが目詰まりするときに、バイパス回路を設ける機構は開発されている。（特許文献１参照）
特開２００１−３３６４１３号公報

この公報に記載されるフィルター機構の概略図を図１に示す。この図のフィルター機構は、円筒フィルター２１の上端を開閉蓋２２で閉塞している。開閉蓋２２は、バネ２３で円筒フィルター２１の上端に押圧されている。このフィルター機構は、円筒フィルター２１が目詰まりしていない状態では、矢印で示すように、円筒フィルター２１の中心に流体が吸入され、この流体が円筒フィルター２１を透過してケーシング２４の外部に排出される。この状態で、開閉蓋２２はバネ２３に押されて、円筒フィルター２１の上端を閉塞している。円筒フィルター２１が目詰まりして流体が円筒フィルター２１を透過できなくなると、吸入される流体が開閉蓋２２を押し上げる。この状態になると、流体は円筒フィルター２１を透過することなく、開閉蓋２２と円筒フィルター２１との間を通過して、ケーシング２４から外部に排出される。

このフィルター機構は、目詰まりしてもバイパス回路に流体を通過できる。このため、フィルターが目詰まりしても、流体が完全に流れなくなるのを防止できる。しかしながら、この機構は圧力差で開閉蓋を開閉するので、開閉蓋を設ける部分の構造が複雑になる欠点がある。また、開閉蓋を設けるためのスペースも必要とする。さらにまた、開閉蓋が開く状態で、流体は全くろ過されないで通過するので、大きな異物が通過する等の欠点がある。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で、フィルターが目詰まりしても送風ファンが空気を吸入して発熱部を冷却できる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、極めて限られたスペースに、フィルターが目詰まりしても空気を通過させる機構を設けることができる電源装置を提供することにある。
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、フィルターが目詰まりして送風ファンが空気を吸入する状態においても、送風ファンが空気をろ過した清澄な空気を吸入して発熱部を綺麗な状態で強制冷却できる電源装置を提供することにある。

本発明の電源装置は、発熱部１に冷却空気を送風して、発熱部１を強制冷却する送風ファン２と、この送風ファン２の吸入側に連結している吸入ダクト３と、この吸入ダクト３の吸入側に連結しているフィルター４とを備える冷却機構を有する。吸入ダクト３は、空気を通過できる空隙のあるシール材９を介して送風ファン２の吸入側に連結している。送風ファン２は、シール材９を通過して空気を吸入できるようにしている。

本発明の電源装置は、送風ファン２の吸入側と吸入ダクト３との間に、シール材９を挟着して固定し、シール材９の挟着厚さを特定するストッパ１２を送風ファン２と吸入ダクト３との間に設けることができる。

さらに、本発明の電源装置は、閉鎖構造の外ケース５を備え、この外ケース５の内部に少なくとも吸入ダクト３と発熱部１を配設することができる。この外ケース５は、外気を吸入する空気の吸入開口１０と、送風ファン２から排気される空気を外部に排気する排気開口１１を開口して、吸入開口１０に吸入ダクト３の吸入側を連結する。この電源装置は、送風ファン２が吸入ダクト３から外気を吸入して、ケース内の発熱部１に強制送風し、発熱部１を冷却した空気を排気開口１１から外ケース５の外に排気する。

シール材９は、連続気泡を有する発泡体とすることができる。さらに、シール材９は、送風ファン２の吸入口２Ａの周囲に沿う環状とすることができる。シール材９の空気通過抵抗は目詰まりしていないフィルター４の空気通過抵抗よりも大きくする。発熱部１は、電源モジュール６、あるいは電子部品７とすることができる。

本発明の電源装置は、極めて簡単な構造で、フィルターが目詰まりしても送風ファンが空気を吸入して発熱部を冷却できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、発熱部を強制冷却する送風ファンと、この送風ファンの吸入側に連結している吸入ダクトとの間に、空気を通過できる空隙のあるシール材を連結しており、このシール材を通過させて空気を吸入できるようにしているからである。この構造の電源装置は、フィルターが目詰まりしていない状態では、フィルターを通過させて空気を吸入し、フィルターが目詰まりして通過抵抗が大きくなると、シール材を通過させて空気を吸入できる。したがって、極めて簡単な構造で、フィルターが目詰まりしたときに空気が完全に流れなくなるのを有効に防止できる。とくに、本発明の電源装置は、極めて限られたスペースである送風ファンと吸入ダクトの間にシール材を配設するので、フィルターが目詰まりしたときに空気を吸入する機構を省スペースに設けることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

以下、本発明の電源装置として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモーターの電源用に使用される車両用の電源装置の具体例を示す。ただし、本発明の電源装置は、必ずしも車両用の電源装置に特定せず、他の用途に使用される電源装置であって発熱部を強制冷却するものも含む。

図２と図３に示す電源装置は、発熱部１に冷却空気を送風して、発熱部１を強制冷却する送風ファン２と、この送風ファン２の吸入側に連結している吸入ダクト３と、この吸入ダクト３の吸入側に連結しているフィルター４と、送風ファン２と吸入ダクト３と発熱部１を内蔵する外ケース５とを備える。図の電源装置は、複数の電池からなる電源モジュール６を発熱部１としている。さらに、電源モジュール６の両側に配置している制御用電子部品７も発熱部１として、送風ファン２から強制送風される空気で冷却している。ただし本発明の電源装置は、発熱部を電池に特定しない。発熱部を強制冷却する電子部品とすることもできる。

図２と図３の電源装置は、発熱部１と送風ファン２と吸入ダクト３の全てを外ケース５の内部に配置している。ただ、外ケースを備える電源装置は、送風ファンを必ずしも外ケースの内部に配置する必要はなく、送風ファンの吸入側と吸入ダクトとの連結部を外ケースの外部に配置すると共に、送風ファンの排出口を外ケースに連結して、それ自体を外ケースの外部に配置することもできる。

また、本発明の電源装置は、必ずしも外ケースを装備する必要はない。図４は外ケースのない電源装置を示す。この電源装置は、吸入ダクト３と送風ファン２の連結部を、冷却空気の排気路８に配置する。この構造によると、送風ファン２は、排気路８から排気される清澄な空気をシール材９に透過させて吸入する。このため、シール材９に塵が詰まるのを防止できる。

外ケース５は閉鎖された構造で、外気を吸入する吸入開口１０と排気開口１１とを設けている。外ケース５は完全な密閉構造とする必要はなく、送風ファン２が内部に排気する空気を外部に漏らす隙間のある構造とすることができる。送風ファン２が吸入した空気を外ケース５の内部に排気するので、外ケース５の内部はわずかに正圧となる。このため、空気を外部に漏らす隙間があっても、この隙間から外部の空気が吸入されることはない。図２の電源装置は、排気開口１１を開口しているが、外ケースに設けた隙間を排気開口として、特別に排気開口を設けない構造とすることもできる。

送風ファン２は、吸入ダクト３を介して外ケース５の外部の空気を吸入して、発熱部１に強制送風する。したがって、吸入側を吸入ダクト３に連結して、排出側を発熱部１に連結している。送風ファン２は、吸入側に吸入ダクト３を連結するが、この吸入ダクト３はシール材９を介して送風ファン２の吸入側に連結される。吸入ダクト３は、吸入側にフィルター４を設けている。フィルター４は外気をろ過して清澄な空気とする。清澄な空気が吸入ダクト３から送風ファン２に吸入される。

外気をろ過するフィルター４は、ウレタンフォーム等の連続気泡を有する合成樹脂発泡体、繊維を立体的に隙間ができるようにシート状に結合している不織布、あるいは空気を透過できるろ紙等が使用される。フィルター４は、面積を大きくして、堆積する塵で目詰まりし難いようにしている。しかしながら、時間と共にろ過して除去した塵が堆積して空気通過抵抗が大きくなる。したがって、フィルター４は交換できる構造で、吸入ダクト３の吸入側に設けられる。

吸入ダクト３は、シール材９を介して送風ファン２に連結される。シール材９は、送風ファン２の吸入口２Ａの周縁と吸入ダクト３の間に挟着されて、吸入ダクト３と吸入口２Ａとの隙間を閉塞する。このシール材９は、空気を通過できる空隙があり、フィルター４が目詰まりして空気通過抵抗が大きくなると、これを透過して空気を送風ファン２に吸入させる。したがって、シール材９は、送風ファン２の吸入側と吸入ダクト３との隙間を完全に塞ぐものではない。このシール材９は、連続気泡を有する合成樹脂発泡体、あるいは連続気泡に発泡成形してなるゴム状弾性体、あるいは弾性変形できる所定の厚さの不織布が使用される。シール材９は、吸入口２Ａに沿う環状である。吸入口２Ａが円形であると、シール材９は、内径を吸入口２Ａの内径とする円形リング状である。

図５は吸入ダクト３を送風ファン２に固定する部分を示す。この図において、送風ファン２の吸入口２Ａと吸入ダクト３との間に、シール材９を挟着して固定している。シール材９を挟着する厚さを特定するストッパ１２を、送風ファン２の吸入口２Ａと吸入ダクト３との間に設けている。図のストッパ１２は、送風ファン２の表面から突出する凸部で、吸入ダクト３に設けた鍔１３をストッパ１２に止ネジ１４でネジ止して、吸入ダクト３を送風ファン２に連結している。止ネジ１４は、吸入ダクト３の鍔１３を貫通し、先端部をストッパ１２にねじ込んで、吸入ダクト３を送風ファン２に連結する。この連結構造は、吸入ダクト３の鍔１３をストッパ１２に当接させる状態で、シール材９を所定の厚さに挟着して固定する。シール材９を挟着する厚さは、シール材９の空気通過抵抗を特定する。送風ファン２と吸入ダクト３に挟着されるシール材９は弾性変形できるもので、所定の厚さに押し潰されて、送風ファン２と吸入ダクト３に弾性的に密着する。シール材９を挟着する状態で押し潰す厚さは、空気通過抵抗を特定する。シール材９を薄く押し潰して挟着すると、空気通過抵抗は大きくなり、反対にシール材９を押し潰す程度を少なくして挟着すると、空気通過抵抗が小さくなる。また、シール材９の空気通過抵抗は、シール材９の空隙率や空隙の大きさでも特定され、空隙を大きくして空隙率を高くすると空気通過抵抗は小さくなる。

シール材９は、空気を通過できる隙間を有するが、フィルター４が目詰まりしていない状態、すなわち空気通過抵抗が小さい状態において、送風ファン２は、主としてフィルター４を通過して外気を吸入する。したがって、シール材９の空気通過抵抗は、目詰まりしていないフィルター４、たとえば未使用のフィルター、あるいはほとんど使用していない状態のフィルターの空気通過抵抗よりも大きい。このため、送風ファン２は、シール材９からも空気を吸入するが、シール材９よりも多量の空気をフィルター４から吸入する。したがって、フィルター４が目詰まりしていない状態では、送風ファン２はフィルター４を通過する空気を吸入して、発熱部１に強制送風する。この状態でシール材９に透過する空気量は少なく、またシール材９を通過する空気は、フィルター４を通過して清澄にろ過されたものであるから、シール材９が塵で詰まることはない。

フィルター４は、時間が経過するにしたがって、堆積する塵量が増加して目詰まりする。目詰まりすると空気通過抵抗が大きくなる。目詰まりが甚だしくなってフィルター４が詰まってしまうと空気をほとんど通過できなくなる。この状態になると、送風ファン２の吸入側は負圧となり、シール材９を透過して空気を吸入するようになる。シール材９は、目詰まりしていないフィルター４よりも空気通過抵抗が大きいが、目詰まりして空気をほとんど通過できなくなったフィルター４よりも空気通過抵抗が小さい。シール材９を透過して送風ファン２に吸入された空気は、発熱部１に強制送風される。したがって、この状態になると、空気は、シール材９→吸入ダクト３→送風ファン２→発熱部１→シール材９を循環して発熱部１を強制冷却する。この状態で発熱部１を強制冷却するとき、フィルター４が完全に目詰まりしていない状態では、わずかな空気がフィルター４を通過して送風ファン２に吸入される。吸入された空気は温度が低いので、循環する空気の温度を低下させる。フィルター４の目詰まりが進行して、外気の透過量が少なくなるほど、シール材９を透過する空気量が増加して、吸入される外気量が少なくなる。ただ、フィルター４が完全に詰まって、フィルター４側から完全に空気が吸入されない状態となることは、現実にはほとんどなく、たとえば、フィルター４が完全に目詰まりしても、フィルター４との取付部にある隙間等からわずかに空気が吸入され、この空気が循環空気を冷却する。また、仮に完全に外気が吸入されなくなって、送風ファン２で循環される空気の温度が上昇しても、発熱部１の温度は空気温度よりも高いので、発熱部１は強制送風される空気で冷却される。また、循環空気の温度が上昇するにしたがって、外ケース５等を介しての放熱される熱量が増加するので、空気温度を放熱して、異常に温度が上昇するのは防止できる。

シール材に空気を通過させる本発明の実施例にかかる車両用の電源装置と、シール材に空気を通過させない車両用の電源装置とを試作して、発熱部である電源モジュールの温度上昇を測定すると以下のようになる。ただし、電源モジュールを大電流で充放電して発熱させる状態とする。フィルターは目詰まりして通過する空気量が著しく減少する状態とする。この状態で、シール材に空気を通過させない従来の電源装置は、電源モジュールの温度が３０℃から５０℃近くまで上昇した。これに対して、シール材に空気を通過させる以外は同じ条件とする本発明の実施例の電源装置は、電源モジュールの温度が３０℃から３５℃とわずかに５℃の温度上昇となり、シール材の効果が著しいことを示す。

従来のフィルター機構の一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置の概略断面図である。 図２に示す電源装置の内部構造を示す概略平面図である。 本発明の他の実施例にかかる電源装置の概略断面図である。 送風ファンと吸入ダクトの連結構造を示す拡大断面図である。

１…発熱部
２…送風ファン ２Ａ…吸入口
３…吸入ダクト
４…フィルター
５…外ケース
６…電源モジュール
７…電子部品
８…排気路
９…シール材
１０…吸入開口
１１…排気開口
１２…ストッパ
１３…鍔
１４…止ネジ
２１…円筒フィルター
２２…開閉蓋
２３…バネ
２４…ケーシング

Claims (7)

1. 発熱部(1)に冷却空気を送風して、発熱部(1)を強制冷却する送風ファン(2)と、この送風ファン(2)の吸入側に連結している吸入ダクト(3)と、この吸入ダクト(3)の吸入側に連結しているフィルター(4)とを備える冷却機構を有する電源装置において、
   吸入ダクト(3)が、空気を通過できる空隙があって、空気通過抵抗が、目詰まりしていないフィルター(4)の空気通過抵抗よりも大きいシール材(9)を介して送風ファン(2)の吸入側に連結されており、送風ファン(2)はシール材(9)を通過して空気を吸入できるようにしてなる電源装置。
2. 送風ファン(2)の吸入側と吸入ダクト(3)との間に、シール材(9)を挟着して固定しており、シール材(9)の挟着厚さを特定するストッパ(12)を送風ファン(2)と吸入ダクト(3)との間に設けている請求項１に記載される電源装置。
3. 閉鎖構造の外ケース(5)を備え、この外ケース(5)の内部に少なくとも吸入ダクト(3)と発熱部(1)を配設しており、この外ケース(5)は外気を吸入する空気の吸入開口(10)と、送風ファン(2)から排気される空気を外部に排気する排気開口(11)を開口して、吸入開口(10)に吸入ダクト(3)の吸入側を連結しており、
   送風ファン(2)が吸入ダクト(3)から外気を吸入して、ケース内の発熱部(1)に強制送風し、発熱部(1)を冷却した空気を排気開口(11)から外ケース(5)の外に排気するようにしてなる請求項１に記載される電源装置。
4. シール材(9)が連続気泡を有する発泡体である請求項１に記載される電源装置。
5. シール材(9)が送風ファン(2)の吸入口(2A)の周囲に沿う環状である請求項１に記載される電源装置。
6. 発熱部(1)が電源モジュール(6)である請求項１に記載される電源装置。
7. 発熱部(1)が電子部品(7)である請求項１に記載される電源装置。

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