JP5257554B2

JP5257554B2 - 電子部品の収容部材および電力変換装置

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Publication number: JP5257554B2
Application number: JP2012511592A
Authority: JP
Inventors: 忠史秋山; 玲水谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: DE112011101365T5; US20120320528A1; WO2011132491A1; US8681498B2; JPWO2011132491A1; CN102804946A

Description

本発明は、インバータ等の電力変換器等の電子部品を収容するための電子部品の収容部材、およびその収容部材を備える電力変換装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（ＨＶ）および電気自動車（ＥＶ）等の電動機により推進される電動車が大きく注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。すなわち、これらの電動車では、二次電池等で構成された直流電源装置から、インバータ等の半導体電力変換器を介して、車両駆動用の交流モータへ電力供給する電気システムが備えられている。

インバータ等の電力変換器等の電子部品は、通常、筐体等に収容され、車両の前方部、後方部等に配置されている。モータ等を駆動するためのインバータ等の電力変換器は発熱が大きいため、通常、電動ウォータポンプ等により電力変換器を経由する循環経路内に冷却水等の冷媒を供給して循環させる冷却装置等によって、電力変換器を冷却している。

このような電動車が外部の物体と衝突したような場合に、インバータ等の電子部品を収容した筐体等がトランスアクスル等の周辺部品（干渉物）に干渉して、破損する場合がある。また、筐体が破損すると、インバータ等の電子部品の高電圧部が露出してしまう場合がある。例えば、図７に示すように、高電圧部５２を有するインバータ等の電子部品を収容した筐体５０を搭載した車両が側方等から外部の物体と衝突したような場合に、トランスアクスル等の周辺部品である干渉物５４に干渉して、筐体５０が破損する場合がある。また、筐体５０が破損すると、インバータ等の電子部品の高電圧部５２が露出してしまう場合がある。

例えば、特許文献１には、筐体の破損した壁部がインバータ回路等の電子部品に接触してショートするのを防止するために、筐体の壁部の少なくとも一部が冷却され、インバータ回路等の電子部品が収納される冷却筐体において、外力に対して容易に変形する絶縁性弾性膜で形成され前記電子部品が収納される袋を、前記筐体内に設けた冷却筐体が記載されている。

特許文献２には、前後方向の衝突などによりモータ室が変形した場合でも高圧端子台の短絡はなく、コストの低減、小型化設計、組立性の向上等が図られ、かつ、信頼性の向上が可能な電気車両用パワーコントロールユニットとして、高圧ボックス内に走行モータ駆動用のインバータと電源との間の電圧調整を行うボルテージコントロールユニットが内蔵されている電気車両用パワーコントロールユニットであって、前記高圧ボックスの外壁面が強度部材でガードされ、該強度部材でガードされた高圧ボックスの内壁面に近接して前記インバータと前記走行モータとを接続する高圧端子台を配置する電気車両用パワーコントロールユニットが記載されている。

特許文献３には、電気自動車が衝突した場合に搭載された電池を保護するために、電力を生成する電池部と、電池部に電気的に接続された電力制御回路、及び、この電力制御回路の設置部を含む電力制御ユニットと、を有する電気自動車であって、電池部と電力制御ユニットは上下方向に並んで車体に固定され、設置部は、衝撃が予想される所定方向に向かって水平方向に電池部の縁から張り出した張出部を備える電気自動車が記載されている。

特許文献４には、車両の衝突時などにおいて、車両に搭載された車両搭載機器が他の部材と衝突等することを抑制するために、車両搭載機器と、前記車両搭載機器を収容可能な収容室が規定された車両本体に固定され、前記車両搭載機器が搭載される載置台と、前記載置台に前記車両搭載機器を固定すると共に、前記車両搭載機器に所定以上の押圧力が加えられたときに前記車両搭載機器の固定状態を解除可能な固定機構と、前記載置台に接続され、前記車両搭載機器よりも前記車両本体の後方側に向けて延在し、該車両搭載機器から前記車両本体の後方側に向かうにしたがって、上方に向けて傾斜する案内部材と、前記車両本体に固定され、前記案内部材のうち、前記車両搭載機器よりも後方側に位置する部分を支持する支持部材と、を備えた車両搭載機器の固定構造が記載されている。

しかし、特許文献１〜４の技術では、衝突時等の周辺部品（干渉物）による、電子部品を収容する筐体への衝撃を十分に吸収、緩和できない場合がある。

特開２００６−２４５４２１号公報特開２００４−１８１９７９号公報特開２００４−１７５３０１号公報特開２０１０−０００９３８号公報

本発明は、インバータ等の電子部品を搭載する車両等が外部の物体と衝突したような場合に、干渉物による電子部品を収容する筐体の破損を防止するとともに、電子部品からの発熱の放熱効果を有する電子部品の収容部材、およびその収容部材を備える電力変換装置である。

本発明は、電子部品を収容するための筐体と、前記筐体内に設けられた、前記電子部品からの発熱を冷媒により冷却するための冷却通路と、前記冷却通路から放熱し、かつ外部の干渉物からの衝撃による前記筐体の破損を防止するための放熱部と、を有する電子部品の収容部材である。

また、前記電子部品の収容部材において、前記冷却通路の少なくとも一部が、前記外部の干渉物に対して前記放熱部を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記電子部品の高電圧部が、前記外部の干渉物に対して前記放熱部および前記冷却通路の少なくとも一部を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記放熱部が、前記筐体の外面に設けられた板状部材により構成されていることが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記板状部材により、前記筐体の外面と前記板状部材との間に空隙部が形成されていることが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記板状部材は、傾斜した形状を有することが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記放熱部が、前記筐体の外面に設けられた、傾斜したリブ部材により構成されていることが好ましい。

また、前記電子部品の収容部材において、前記電子部品が、電源からの直流電力または交流電力を交流電力または直流電力に電力変換を行う電力変換器であることが好ましい。

また、本発明は、前記電子部品の収容部材と、前記収容部材に収容された、電源からの直流電力または交流電力を交流電力または直流電力に電力変換を行う電力変換器と、を備える電力変換装置である。

本発明では、筐体内に設けられた冷却通路と、冷却通路から放熱し、かつ外部の干渉物からの衝撃による筐体の破損を防止するための放熱部と、を有することにより、インバータ等の電子部品を搭載する車両等が外部の物体と衝突したような場合に、干渉物による電子部品を収容する筐体の破損を防止するとともに、電子部品からの発熱の放熱効果を有する電子部品の収容部材、およびその収容部材を備える電力変換装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電子部品の収容部材の一例を示す概略構成図（一部）である。図１に示す電子部品の収容部材が外部の干渉物と干渉した場合の様子を示す模式図である。本発明の実施形態に係る電子部品の収容部材の他の例を示す概略構成図（一部）である。本発明の実施形態に係る電子部品の収容部材におけるリブ構造の一例を示す概略正面図である。図３に示す電子部品の収容部材が外部の干渉物と干渉した場合の様子を示す模式図である。本実施形態に係る電子部品の収容部材に収容された電子部品がインバータである場合の車両への搭載例を示す図である。従来の電子部品の収容部材が外部の干渉物と干渉した場合の様子を示す模式図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る電子部品の収容部材の一例の概略構成（一部）を図１に示す。収容部材１は、電子部品を収容するための筐体１０を備える。筐体１０の内部には電子部品（例えば、電子部品の高電圧部１６）からの発熱を冷媒により冷却するための冷却通路１２が設けられている。また、冷却通路１２から放熱し、かつ外部の干渉物２０からの衝撃による筐体１０の破損を防止するための放熱部として、板状部材１４が筐体１０の外面に設けられている。

筐体１０の内部の電子部品（例えば、インバータ）により、所定の機能（例えば、電力変換）が発揮される。そして、電子部品の動作に伴う発熱が、電子部品の発熱部付近を少なくとも通る冷却通路１２に冷媒が通される（例えば、循環される）ことによって冷却され、さらに冷却通路１２の熱が放熱部（ここでは、板状部材１４）から外部へ放熱される。電子部品は外部の制御装置等により制御される。例えば、電子部品が電池部、回転電機等と電気的に接続されたインバータの場合、インバータにおいては、大量の電流が流されるため、電気抵抗に伴う大量の発熱がある。冷却通路１２の機能は、この熱を排出することであり、冷却通路１２を流される水などの冷媒に熱を奪わせる働きをする。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部である板状部材１４が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、図２に示すように、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、板状部材１４により筐体１０の破損が防止される。また、冷却通路１２を放熱部（ここでは、板状部材１４）の近傍に配置することで、電子部品の作動時における冷却通路１２からの放熱効果も得られる。放熱は、例えば、冷却通路１２から、筐体１０、板状部材１４と熱伝導することにより、板状部材１４の表面から行われる。

本実施形態において、図１に示すように、板状部材１４により、筐体１０の外面と板状部材１４との間に空隙部１８が形成されていることが好ましい。そして、冷却通路１２の少なくとも一部が、外部の干渉物２０に対して、放熱部である板状部材１４および空隙部１８を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部である板状部材１４および空隙部１８が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、板状部材１４により筐体１０の破損が防止される。また、板状部材１４の変形が起こったとしても、空隙部１８の存在によって筐体１０の破損が防止される。さらに、冷却通路１２を空隙部１８を有する放熱部の近傍に配置することで、電子部品の作動時における冷却通路１２からの放熱効果もより得られる。放熱は、例えば、冷却通路１２から、筐体１０、板状部材１４と熱伝導することにより、板状部材１４の表面から行われ、空隙部１８における空冷効果も発揮される。さらに、車両の走行時には、空隙部１８に走行風が流れるため、より空冷効果が発揮される。

また、本実施形態において、図１に示すように、インバータ等の電子部品の高電圧部１６が、外部の干渉物２０に対して放熱部である板状部材１４および空隙部１８ならびに冷却通路１２の少なくとも一部を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部である板状部材１４および空隙部１８が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、板状部材１４により筐体１０の破損が防止され、電子部品の高電圧部１６の外部への露出が防止される。また、板状部材１４の変形が起こったとしても、空隙部１８の存在によって筐体１０の破損が防止され、電子部品の高電圧部１６の外部への露出が防止される。さらに、万一、筐体１０の破損が生じても、冷却通路１２が干渉時のエネルギーを吸収するクラッシュボックスの役割を果たすことによって、電子部品の高電圧部１６の外部への露出が防止される。

板状部材１４の材質としては、特に制限はないが、例えば、鉄、鋼、アルミニウム等の金属、樹脂等が挙げられるが、強度、熱伝導率等の点から通常は金属である。

板状部材１４は、所定の形状に加工されて筐体１０に取り付けられてもよいし、筐体１０と一体成形されてもよい。板状部材１４の加工形状は、外部の干渉物２０からの衝撃による筐体１０の破損を防止するような形状であればよく特に制限はないが、外部の干渉物２０に対して傾斜した形状を少なくとも有することが好ましい。これにより、例えば、放熱部である板状部材１４が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、板状部材１４の斜面による滑り台効果で筐体１０が押し上げられ、衝突エネルギーが逃され、筐体１０の破損が防止される。

また、上記のように、板状部材１４により、筐体１０の外面と板状部材１４との間に空隙部１８が形成されてもよいし、板状部材１４が筐体１０の外面に密着して取り付けられてもよい。

本実施形態に係る電子部品の収容部材に収容される電子部品としては、特に制限はないが、例えば、高電圧部を有する電子部品が挙げられる。電子部品としては、例えば、直流電源からの直流電力を交流電力に電力変換を行うインバータ、交流電源からの交流電力を直流電力に電力変換を行うコンバータ等の電力変換器等が挙げられる。インバータは、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、モータジェネレータ等を駆動するものである。また、インバータは、モータジェネレータ等が発電した交流電圧を直流電圧に変換して直流電源を充電するものであってもよい。すなわち、インバータは、直流電源によって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータ等によって発電される交流電力との間で電力変換を行なう「電力変換器」である。

インバータ等の電子部品には、比較的大電流が通過するため、温度上昇を防ぐための冷却機構が設けられる。本実施形態に係る電子部品の収容部材には、インバータ等の電子部品を冷却するための冷媒を冷却通路１２に通して電子部品を冷却する構成とする。

冷却通路１２は、例えば、インバータ等の電子部品付近または電子部品内部、好ましく電子部品の発熱部付近または発熱部内部を経由する循環経路であり、冷却通路１２へは、外部の電動ポンプ等によって不凍液等の冷却水等の冷媒が供給される。冷却通路１２は、例えば、少なくとも筐体１０の内面近傍に設けられる。これにより、冷却通路１２から筐体１０外部への伝熱が起こりやすくなる。冷却通路１２には、筐体１０の外部においてラジエータ等の熱交換器が設けられてもよい。

冷媒としては、通常は水、油等の液体が用いられるが、空気等の気体が用いられてもよい。

筐体１０は、所定の形状を有する箱状のものであり、形状には特に制限はない。

筐体１０の材質としては、特に制限はないが、例えば、鉄、鋼、アルミニウム等の金属、樹脂等が挙げられるが、強度等の点から通常は金属である。

外部の干渉物２０としては、収容部材１の周辺に配置される周辺部品であれば特に制限はないが、例えば、トランスアクスル等の周辺部品が挙げられる。

本発明の実施形態に係る電子部品の収容部材の他の例の概略構成（一部）を図３に示す。収容部材１は、電子部品を収容するための筐体１０を備える。筐体１０の内部には電子部品（例えば、電子部品の高電圧部１６）からの発熱を冷媒により冷却するための冷却通路１２が設けられている。また、冷却通路１２から放熱し、かつ外部の干渉物２０からの衝撃による筐体１０の破損を防止するための放熱部として、リブ部材２２が筐体１０の外面に設けられている。

図４には、リブ構造の一例を示す概略正面図を示す。リブ部材２２の材質としては、特に制限はないが、例えば、鉄、鋼、アルミニウム等の金属、樹脂等が挙げられるが、強度、熱伝導率等の点から通常は金属である。

所定の形状のリブ部材２２が、筐体１０に取り付けられてもよいし、リブ部材２２は筐体１０と一体成形されてもよい。リブ部材２２の加工形状は、外部の干渉物２０からの衝撃による筐体１０の破損を防止するように、図３にリブ部材２２の側面図を示すように、外部の干渉物２０に対して傾斜した形状を少なくとも有する。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部であるリブ部材２２が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、図５に示すように、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、リブ部材２２の斜面による滑り台効果で筐体１０が押し上げられ、衝突エネルギーが逃され、筐体１０の破損が防止される。また、放熱部がリブ構造を有することで、放熱に寄与する表面の表面積が増加し、電子部品の作動時における冷却通路１２からの放熱効果も得られる。放熱は、例えば、冷却通路１２から、筐体１０、リブ部材２２と熱伝導することにより、リブ部材２２の表面から行われる。

本実施形態において、図３に示すように、冷却通路１２の少なくとも一部が、外部の干渉物２０に対して、放熱部であるリブ部材２２を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部であるリブ部材２２が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、リブ部材２２により筐体１０の破損が防止される。さらに、冷却通路１２を放熱部（ここでは、リブ部材２２）の近傍に配置することで、電子部品の作動時における冷却通路１２からの放熱効果もより得られる。

また、本実施形態において、図３に示すように、インバータ等の電子部品の高電圧部１６が、外部の干渉物２０に対して放熱部であるリブ部材２２および冷却通路１２の少なくとも一部を挟んで対向するように設けられていることが好ましい。

このような収容部材１の構成により、例えば、放熱部であるリブ部材２２が外部の干渉物２０と対向する状態にあり、収容部材１を挟んで干渉物２０と反対方向からの衝突エネルギーを収容部材１が受けた場合に、収容部材１と干渉物２０とが干渉しても、リブ部材２２により筐体１０の破損が防止され、電子部品の高電圧部１６の外部への露出が防止される。また、万一、筐体１０の破損が生じても、冷却通路１２が干渉時のエネルギーを吸収するクラッシュボックスの役割を果たすことによって、電子部品の高電圧部１６の外部への露出が防止される。

本実施形態において、リブ構造では強度が不十分な場合は、図１に示すような板状部材と、図３に示すようなリブ部材とを併せ持つような構造とすることで、電子部品を搭載する車両等が外部の物体と衝突したような場合に筐体の破損をより防止するとともに、板状部材表面からの放熱効果も期待される。

本発明の実施形態に係る電力変換装置は、上記電子部品の収容部材と、その収容部材に収容された、電源からの直流電力または交流電力を交流電力または直流電力に電力変換を行う電力変換器と、を備える。

本実施形態に係る電子部品の収容部材および電力変換装置は、例えば、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の車両等に搭載される。本実施形態に係る電子部品の収容部材および電力変換装置は、例えば、車両等の前方部、後方部等に配置されるが、配置位置には特に制限はない。図６は、本実施形態に係る電子部品の収容部材に収容された電子部品がインバータである場合の車両への搭載例を示す。図６に示す例では、インバータを収容した収容部材１は例えば車両２４の前方部の左側面側に搭載されている。本実施形態に係る電子部品の収容部材によれば、例えば、車両２４の前方部の左側面側で外部の物体と衝突したような場合に、トランスアクスル等の周辺部品である干渉物に干渉して、筐体が破損するのを防止することができる。

１電子部品の収容部材、１０，５０筐体、１２冷却通路、１４板状部材、１６，５２高電圧部、１８空隙部、２０，５４干渉物、２２リブ部材、２４車両。

Claims

電子部品を収容するための筐体と、
前記筐体内に設けられた、前記電子部品からの発熱を冷媒により冷却するための冷却通路と、
前記冷却通路から放熱し、かつ外部の干渉物からの衝撃による前記筐体の破損を防止するための放熱部と、
を有することを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項１に記載の電子部品の収容部材であって、
前記冷却通路の少なくとも一部が、前記外部の干渉物に対して前記放熱部を挟んで対向するように設けられていることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項２に記載の電子部品の収容部材であって、
前記電子部品の高電圧部が、前記外部の干渉物に対して前記放熱部および前記冷却通路の少なくとも一部を挟んで対向するように設けられていることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品の収容部材であって、
前記放熱部が、前記筐体の外面に設けられた板状部材により構成されていることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項４に記載の電子部品の収容部材であって、
前記板状部材により、前記筐体の外面と前記板状部材との間に空隙部が形成されていることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項４または５に記載の電子部品の収容部材であって、
前記板状部材は、傾斜した形状を有することを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品の収容部材であって、
前記放熱部が、前記筐体の外面に設けられた、傾斜したリブ部材により構成されていることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子部品の収容部材であって、
前記電子部品が、電源からの直流電力または交流電力を交流電力または直流電力に電力変換を行う電力変換器であることを特徴とする電子部品の収容部材。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子部品の収容部材と、
前記収容部材に収容された、電源からの直流電力または交流電力を交流電力または直流電力に電力変換を行う電力変換器と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。