JP4461003B2

JP4461003B2 - コイル用冷却構造

Info

Publication number: JP4461003B2
Application number: JP2004344647A
Authority: JP
Inventors: 優立花
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006156678A

Description

本発明は、例えば、インバータの平滑回路用コイルを冷却するためのコイル用冷却構造に関する。

例えば、燃料電池を自動車等の車両に搭載した燃料電池車両では、燃料電池から出力されるＤＣ電圧がＤＣ−ＤＣコンバータにより調整された後、インバータによって三相交流に変換される。次いで、三相交流電力が三相モータに供給されることにより、この三相モータに連結されている車輪が回転駆動され、燃料電池車両が走行される。

上記のＤＣ−ＤＣコンバータでは、通常、大電流を処理するために平滑用コイルの発熱が大きくなり易い。このため、例えば、平滑用コイルに近接して配置されているスイッチング素子は、熱に影響されて誤動作するおそれがある。

そこで、特許文献１に開示されている大電流平滑用の平滑コイルは、図６に示すように、フェライト製のコア１、コイル２、放熱板３、板ばね４及び熱伝導シート５を有している。コア１は、コ字型コア１ａとＩ字コア１ｂとを有しており、前記Ｉ字コア１ｂは、前記コ字型コア１ａの両脚部に密接している。

コイル２は、平角導体線を螺旋状に予め成形した単層巻きコイルであり、Ｉ字コア１ｂに嵌装されている。このコイル２の各端部は、熱伝導シート５を介してＩ字コア１ｂの平坦表面及び放熱板３の平坦表面に密着している。

このような構成において、コイル２は、大電流が流れることにより抵抗損失により発熱するが、放熱板３及びコア１の両方によって伝熱冷却される。従って、コイル２が高温になることがなく、前記コイル２近傍の半導体素子（図示せず）が熱的に悪影響を受けることを抑止することができる、としている。

特開２００２−２０８５２１号公報（図１）

しかしながら、上記の特許文献１では、コイル２の発熱を伝熱冷却するために、アルミ平板からなる放熱板３を用いており、この放熱板３を介して、前記コイル２を良好に冷却（空冷）するためには、該放熱板３を相当に大型に構成する必要がある。これにより、平滑コイル全体が大型化し、この平滑コイルを組み込む各種装置全体をコンパクトに構成することが困難になるという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、
コイルの冷却効率を向上させることができ、前記コイルに流れる最大電流値を良好に増大させることが可能なコイル用冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、コアに巻回される円形状の第１及び第２コイルと、前記第１及び第２コイルを収容するケーシングと、前記第１及び第２コイルの外周面と前記ケーシングの内壁面との間に形成される断面略三角形状の空間にのみ配設され、内部に冷却媒体通路が形成される冷却部材とを備えている。

また、本発明は、コアに巻回される円形状の第１及び第２コイルと、前記第１及び第２コイルを収容する第１ケーシングと、スイッチング素子を収容するとともに、前記第１ケーシングの外側に配設される第２ケーシングと、前記第１及び第２コイルの外周面と前記第１ケーシングの内壁面との間に形成される断面略三角形状の空間にのみ配設され、内部に冷却媒体通路が形成される冷却部材とを備えている。

さらに、第１及び第２コイルと冷却部材との間に配設される伝熱部材を備えることが好ましい。伝熱部材は、例えば、絶縁伝熱シート体で構成される。これにより、第１及び第２コイルの冷却効率が有効に向上する。

さらにまた、冷却媒体通路に供給される冷却媒体は、車両駆動系を冷却するための冷却液を共用することが好ましい。車両駆動系を冷却するための放熱部を利用することにより、第１及び第２コイルの冷却効率が一層向上するからである。

本発明によれば、第１及び第２コイルとケーシングとの間に形成される断面略三角形状の空間、すなわち、通常、デッドスペースとなっている空間に、冷却媒体通路が設けられるため、冷却構造によって外形寸法が増大することがない。しかも、第１及び第２コイルは、冷却媒体通路を流れる冷却媒体を介して良好に冷却され、前記第１及び第２コイルの冷却効率が大幅に向上する。

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、第１及び第２コイルに流れる最大電流値を良好に増大させること可能になる。

さらに、第１及び第２コイルが収容される第１ケーシングは、スイッチング素子が収容される第２ケーシングの外側に配設されるため、このスイッチング素子に前記第１及び第２コイルの熱が伝わることを阻止することができる。従って、スイッチング素子は、過熱による誤動作を有効に防止することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係るコイル用冷却構造が採用される燃料電池システム１０の概略構成説明図である。

燃料電池システム１０は、燃料電池１２を備えている。この燃料電池１２は、図示していないが、例えば、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体とセパレータとを交互に積層したスタックとして構成されている。

燃料電池システム１０は、燃料電池１２の発電電圧を降圧するためのコンバータ部１４と、前記コンバータ部１４から出力される直流電力を、三相交流電力に変換するインバータ部１６と、前記三相交流電力が供給されるモータ１８とを備え、これらが制御回路（ＰＣＵ）２０により駆動制御される。

コンバータ部１４では、トランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１、Ｔｒ２がスイッチングされることにより、リアクトル２２の出力端子に高電流が誘起され、インバータ部１６のトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ３〜Ｔｒ８が三相スイッチングされることによって、モータ１８が三相交流電力により駆動される。このモータ１８は、例えば、燃料電池車両を走行させるための駆動源として使用される。

図２に示すように、リアクトル２２は、例えば、アルミニウム製（アルミ合金鋳物）のリアクトル用ケーシング（第１ケーシング）２４に収容された状態で、ＰＣＵ用ケーシング（第２ケーシング）２６に装着される。このＰＣＵ用ケーシング２６は、制御回路２０の他、コンバータ部１４及びインバータ部１６を構成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８を収容している。

図３及び図４に示すように、リアクトル２２は、コア２８の互いに平行する両側部に巻回される円形状の第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂを備える。リアクトル２２は、伝熱部材、例えば、絶縁伝熱シート３２を介装してリアクトル用ケーシング２４に収容される。絶縁伝熱シート３２は、例えば、エチレンプロピレンジ−モノマー（ＥＰＤＭ）が母材の合成ゴムにより構成される。リアクトル２２には、絶縁伝熱シート３２とは反対側にスペーサー３４ａ、３４ｂを介装して固定ステイ３６ａ、３６ｂが配設される。固定ステイ３６ａ、３６ｂに設けられているボルト３８が、リアクトル用ケーシング２４のねじ孔４０に嵌合されることにより、リアクトル２２が前記リアクトル用ケーシング２４に装着される。

リアクトル用ケーシング２４には、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂとこのリアクトル用ケーシング２４との間に形成される断面略三角形状の空間４２に対応して冷却部（冷却部材４４）が設けられる。この冷却部４４内には、冷却媒体、例えば、水、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）又は油等の冷却液を流すための通路（冷却媒体通路）４６が形成され、前記冷却部４４の下部には、入口配管４８が接続されるとともに、前記冷却部４４の上部には、出口配管５０が接続される。

図５に示すように、入口配管４８及び出口配管５０は、燃料電池車両の駆動系を冷却するための冷却系５２に接続される。この冷却系５２は、冷却液（ＬＬＣ４０％）が用いられており、ポンプ５４を介して前記冷却液が循環される循環路５６を設ける。循環路５６には、例えば、モータ１８が配設されてこのモータ１８の冷却を行う一方、温まった冷却液から放熱を行うためのラジエータ（放熱器）５８が配設されている。循環路５６には、ＰＣＵ用ケーシング２６内を冷却するための配管６０が設けられている。

このように構成されるコイル用冷却構造では、燃料電池システム１０の運転により燃料電池１２からの発電電圧がコンバータ部１４により降圧され、所定の大電流が得られる。この大電流は、コンバータ部１４からインバータ部１６に出力されるため、前記インバータ部１６では、直流電力が三相交流電力に変換されてモータ１８に供給され、このモータ１８の動作用下に、図示しない燃料電池車両の走行が可能になる。

その際、燃料電池車両では、図５に示すように、車両駆動系である、例えば、モータ１８の冷却系５２のポンプ５４が駆動されている。このため、循環路５６に沿って冷却液が循環され、モータ１８等を冷却するとともに、冷却処理によって高温となった冷却液は、ラジエータ５８により冷却されて、再度、モータ１８に送られる。

循環路５６には、配管６０が設けられてＰＣＵ用ケーシング２６内の冷却が行われるとともに、入口配管４８に冷却液が導入される。従って、この冷却液は、リアクトル用ケーシング２４の冷却部４４内に形成されている通路４６に供給される。そして、冷却液は、通路４６を下方から上方に向かって移動しながら、リアクトル２２を構成する第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂを冷却した後、出口配管５０から循環路５６に戻される。

この場合、本実施形態では、図４に示すように、リアクトル２２を構成する第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂと、リアクトル用ケーシング２４との間に形成される断面略三角形状の空間４２、すなわち、通常、デッドスペースとなっている空間４２に、通路４６が設けられている。このため、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂを、例えば、空冷により冷却するための放熱部材（ヒートシンク）を外方に突出して設ける必要がなく、リアクトル２２の外形寸法が増大することを可及的に阻止することができる。

しかも、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂは、通路４６を流れる冷却液を介して良好に冷却される。従って、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂの冷却効率が大幅に向上する。

これにより、本実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂに流れる最大電流値を良好に増大させることが可能になるという効果が得られる。

さらに、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂと、冷却部４４との間には、伝熱部材として絶縁伝熱シート３２が介装されている。このため、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂの冷却効率が一層有効に向上するという利点がある。

さらにまた、冷却部４４の通路４６には、車両駆動系を冷却するための冷却液が供給されている。従って、図５に示すように、リアクトル２２を冷却するための冷却液は、循環路５６に沿って循環供給されており、放熱性能の大きなラジエータ５８を利用することができ、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂの冷却効率がより一層向上するという効果がある。

また、リアクトル２２を収容するリアクトル用ケーシング２４は、スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８を収容するＰＣＵ用ケーシング２６の外側に配設されている。これにより、第１及び第２コイル３０ａ、３０ｂの放熱がスイッチング素子に伝わることを有効に阻止することができ、前記スイッチング素子の誤動作を確実に防止することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係るコイル用冷却構造が採用される燃料電池システムの概略構成説明図である。前記コイル用冷却構造を構成するＰＣＵ用ケーシングにリアクトル用ケーシング２４が装着された状態の斜視説明図である。前記リアクトル用ケーシング及びリアクトルの分解斜視説明図である。前記リアクトル用ケーシング及び前記リアクトルの断面説明図である。前記コイル用冷却構造に送られる冷却液を循環させる冷却系の説明図である。特許文献１に係る大電流平滑用の平滑コイルの説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池システム１２…燃料電池
１４…コンバータ部１６…インバータ部
１８…モータ２０…制御回路
２２…リアクトル２４…リアクトル用ケーシング
２６…ＰＣＵ用ケーシング２８…コア
３０ａ、３０ｂ…コイル３２…絶縁伝熱シート
４８…入口配管５０…出口配管
６０…配管
Ｔｒ１〜Ｔｒ８…トランジスタ

Claims

コアに巻回される円形状の第１及び第２コイルと、
前記第１及び第２コイルを収容するケーシングと、
前記第１及び第２コイルの外周面と前記ケーシングの内壁面との間に形成される断面略三角形状の空間にのみ配設され、内部に冷却媒体通路が形成される冷却部材と、
を備えることを特徴とするコイル用冷却構造。
コアに巻回される円形状の第１及び第２コイルと、
前記第１及び第２コイルを収容する第１ケーシングと、
スイッチング素子を収容するとともに、前記第１ケーシングの外側に配設される第２ケーシングと、
前記第１及び第２コイルの外周面と前記第１ケーシングの内壁面との間に形成される断面略三角形状の空間にのみ配設され、内部に冷却媒体通路が形成される冷却部材と、
を備えることを特徴とするコイル用冷却構造。
請求項１又は２記載の冷却構造において、前記第１及び第２コイルと前記冷却部材との間に配設される伝熱部材を備えることを特徴とするコイル用冷却構造。
請求項１又は２記載の冷却構造において、前記冷却媒体通路に供給される冷却媒体は、車両駆動系を冷却するための冷却液を共用することを特徴とするコイル用冷却構造。