JP5494181B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたケーブルを冷却する冷却装置に関する。

電動機単独あるいは電動機とエンジンを備えた車両が種々提案されている。このような車両では、電気機器として、電動機、モータ駆動用の大容量のバッテリ、電圧変換機となるインバータ等を備えている。電動機とインバータは３相ケーブルで、大容量のバッテリとインバータとは高電圧ケーブルでそれぞれ接続されている。

これら電装系のケーブル（以下「電装ケーブル」と記す）は、電流が通電されると発熱して高温となるため、例えば特許文献１では、電装ケーブルを冷却水で冷却する冷却装置が提案されている。

特開２００８−１９９８５０号公報

電装ケーブルでも、特に高電圧ケーブルには大容量の電流が流れて発熱するので、耐熱温度を超えないように熱容量を確保するとケーブル径が太くなる。また、エンジンと電動機を備えたハイブリッドタイプの車両では、エンジンルームの雰囲気温度が高くなるので、電装ケーブルに要求される耐熱性能が高くなり、これもケーブルの径大化の要因となってしまう。ケーブル径が太くなると、屈曲性が低下するため、ケーブル端子の着脱時の作業性が低下するとともに、ケーブルが接続される大容量のバッテリ、インバータ、電動機等の電気機器のレイアウトに制限を受け、コストと重量も増加する。また、電装ケーブルからの発熱は、銅線部分でも発熱するが、ケーブルの接続端子でも抵抗があるため発熱量が大きく、無視できないものとなっている。
特許文献１では、冷却水で電装ケーブルを冷却しているが、冷却水は通電するので、通電箇所となる接続端子を直接冷却することはできず、ケーブル表面部分からケーブル全体を冷却しなければならない。
本発明は、発熱するケーブルを効率的に冷却する冷却装置を提供することを、目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両に搭載される複数の電気機器と、該電気機器へ電力の授受を行うケーブルと、該ケーブルと電気機器とを接続する接続端子と、内部にケーブルを配置する管路部、及び、接続端子を配置する空間部を有し、冷却媒体が循環される冷却経路を備える冷却装置おいて、空間部は、冷却経路の入側で管路部と繋がっているとともに、同冷却経路の出側で管路部とは別の流路部と繋がっており、別の流路部の出側は、接続端子とは別の接続端子を配置する別な空間部と繋がっており、空間部、別の流路部、及び、別な空間部は、冷却経路の一部として一つの前記電気機器の内部に設けられており、空間部及び別な空間部の断面径は、管路部及び別の流路部の断面径より大きく形成されることを特徴としている。

本発明にかかる冷却装置は、冷却経路が、外部と空間部とを貫通する開口部と該開口部を覆う蓋とを有し、開口部は空間部より延在する冷却経路の延在方向とは異なる方向に開口していることを特徴としている。
本発明にかかる冷却装置は、冷却媒体がオイルであることを特徴としている。
本発明にかかる冷却装置は、管路部が電磁シールド部材で形成されていることを特徴としている。
本発明にかかる冷却装置は、冷却経路が車両の最下方に配置されて外気に晒されていることを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、冷却媒体が循環される冷却経路内に電気機器と接続されるケーブル及び接続端子が配置されるため、ケーブルを内部から冷却することができ、効率よく冷却することができる。このため、ケーブルに要求される熱容量を低減することができ、電気機器の出力を増大してもケーブル径の増大を抑えることができる。また、ケーブルと電気機器との接続部である各接続端子にも抵抗があるため発熱量が大きくなるが、接続端子と別な接続端子は、一つの電気機器の内部に設けられた別の流路部を介して繋がっている空間部と別な空間部に配置され、空間部と別な空間部の断面径は管路部の断面径より大きく設計されている。このため、空間部及び別な空間部に十分な冷媒を引き込むことができ、発熱量の大きな接続端子を十分に冷却することができる。

請求項２に係る発明によれば、冷却経路は外部と空間部とを貫通する開口部を有し、開口部はこの開口部から延在する冷却経路の延在方向とは異なる方向に開口しているため、接続端子の脱着作業を行う際に冷却経路が邪魔にならず脱着作業性の向上を図ることができる。

請求項３に係る発明によれば、冷却媒体がオイルであるため、ケーブルとの感電を防止することができる。

請求項４に係る発明によれば、管路部が電磁シールド部材で形成されるためケーブルとの感電を防止することができる。

本発明に係る電装ケーブルの冷却装置とこれを備えた車両の概略構成を示す図である。 本発明に係る冷却装置の第１の電装ケーブルの接続端子部近傍の拡大断面図である。 本発明に係る冷却装置の第２の電装ケーブルの接続端子部近傍の拡大断面図である。 本発明に係る冷却装置の別な形態を示す拡大断面図である。 本発明に係る冷却装置の別な形態を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１に符号１で示す車両は、走行駆動源となる電動機２、バッテリ３及びインバータ４を備えている。これら電動機２、バッテリ３、インバータ４は、車両１の電気機器となる。電動機２、バッテリ３、インバータ４は車両前方に配置されている。

電動機２は、そのケーシング２ａの内部に配置されたステータ２ｂに、第２の電装ケーブル６から電力が供給されることで、ロータ２ｂを回転させて図示しない減速機を介して駆動輪を回転駆動するものである。

バッテリ３は、複数のセルが直列に配置された電源ユニットであって、そのケーシング３ｃ内にセル側とは隔離された空間部２４が形成されている。空間部２４内には、接続端子３ａ，３ｂが配置されている。

このインバータ４は、電圧変換機能と、電動機２のコントロール機能と、充電機能を備えた高圧電源ユニットとして構成されている。インバータ４としては、このような高圧電源ユニットではなく、単なる電圧変換機能を備えた周知のインバータであってもよい。

インバータ４は、絶縁製を有するケーシング４ｃの内部に、各機能部側とは隔離された空間部２３ａ，２３ｂ，２５が形成されている。各空間部２３ａ，２３ｂにはバッテリ３との接続端子４ａ，４ｂが配置され、空間部２５内には電動機２との接続端子４ｄ，４ｅ，４ｆが配置されている。本形態において、空間部２３ａ，２３ｂ，２４，２５は、各端子を接続したり離脱するための作業用開口部として形成されている。

バッテリ３とインバータ４は、接続端子３ａ，３ｂと接続端子４ａ，４ｂがケーブル(第１の電装ケーブル)５を構成するケーブル５ａ，５ｂで通電可能に接続されている。電動機２とインバータ４とは、電動機２から延びる３本のケーブル６ａ，６ｂ，６ｃを備えたケーブル（第２の電装ケーブル）６で通電可能に接続されている。

本形態にかかる車両１は、これら第１の電装ケーブル５と第２の電装ケーブル６を冷却する冷却手段２０を備えた冷却装置１０を備えている。冷却装置１０は、オイル２２が流れる冷却経路２１、空間部２３〜２５、冷却手段２０を備えている。冷却手段２０は、第１の電装ケーブル５の接続端子５０，５１と第２の電装ケーブル６の接続端子６０を、冷却経路２１内を流れる冷却媒体となるオイル２２で冷却するものである。

冷却装置１０は、冷却経路２１上にオイルポンプ２６と、オイルポンプ２６の吐出側に配置されたオイルクーラー２７を備えている。冷却経路２１は、オイルクーラー２７の排出側と空間部２３ａとを連通する管路部２１Ａ、空間部２３ａと空間部２４とを連通する管路部２１Ｂ、空間部２４と空間部２３ｂとを連通する管路部２１Ｃ、空間部２３Ｂと空間部２５とを連通する管路部２１Ｄ、空間部２５と連通する管路部２４Ｅ、管路部２１Ｅとオイルポンプ２６の吸引口とを連通する管路部２１Ｆとで構成されている。冷却経路２１内にはオイル２２が充填されていて、ホイルポンプ２６が作動するとこで、図１中時計周りにオイル２２が冷却経路２１内を循環する。本形態において、空間部２３〜２５の断面径は、各管路部の断面径より大きく形成されているとともに、
次に第１の電装ケーブル５の接続端子部５０，５１，５２について説明する。接続端子部５０は空間部２３ａ内に、接続端子部５１は空間部２４内に、接続端子部５２は空間部２３ａ内にそれぞれ位置している。接続端子部５０，５１，５２は、インバータ４側の接続端子とバッテリ３側の接続端子とが接続される部分である。各部における接続形態は同一構成であるので、図２を用いて空間部２３ａ内に位置する接続端子部５０を代表して説明する。

図２において、接続端子部５０は、インバータ４の接続端子４ａと第１の電装ケーブル５のケーブル５ａの銅線５ａ１の端部に形成された接続子部５ａ２とが空間部２３ａ内でボルトなどの締結部材５１で連結されたものである。ケーブル５ａは銅線５ａ１が接続子部５ａ２部分を除いてゴムなどの被覆部材５ａ３で覆われていて、中空金属製で、電磁シールド部材で形成されたオイル２２が流れる管路部２１Ｂ内に挿入されている。つまり、ケーブル５ａは管路部２１Ｂ内に挿入されている。

管路部２１Ａと管路部２１Ｂは、ケーシング４ｃに挿入されて空間部２３ａと連通していて、それぞれフレアナット７１Ａ，７１Ｂでケーシング４ｃに固定されている。空間部２３ａは、管路部２１Ａと反対側がケーシング４ｃの外部に開口されていて、開口部２３ａ１が蓋５３で開閉可能とされている。蓋５３は、複数のボルト５４，５４でケーシング４ｃに締結固定される。開口部２３ａ１と蓋５３の間は樹脂やゴム製のシール部材５５で密閉されている。インバータ４の端子部４ａ挿入部と空間部２３ａの間もシール部材５６で密閉されている。

同様に接続端子部５２は、ケーブル５ｂの接続端子部が空間部２３ｂ内でボルトなどの締結部材５１でインバータ４の接続端子４ｂと連結されていて、中空で金属製でありオイル２２が流れる管路部２１Ｃ内に挿入されている。ケーブル５ａおよびケーブル５ｂの他端は、空間部２４内でバッテリの接続端子３ａ，３ｂとそれぞれ締結されて連結されていて、接続端子部５１とされている。開口部２３ａ１は空間部２３ａより延在する冷却経路２１Ａ，２１Ｂの延在方向とは異なる方向に開口している。

次に第２の電装ケーブル６の接続端子部６０について説明する。

第２の電装ケーブルは、図３に示すように、三相ケーブル６ａ，６ｂ，６ｃと、これら３本のケーブルを１つに束ねるゴム製のホース６ｇを備えている。接続端子部６０は、インバータ４側の接続端子４ｄ，４ｅ，４ｆと三相ケーブル６ａ，６ｂ，６ｃの端部に形成された接続端子６ｄ，６ｅ，６ｆをボルトなどの締結部材６１でそれぞれ空間部２５内において連結されたものである。

各ケーブル６ａ〜６ｃは各銅線６ａ１〜６ｃ１が接続端子６ｄ，６ｅ，６ｆ部分を除いてゴムなどの被覆部材６ａ２〜６ｃ２でそれぞれ覆われていて、ホース６ｇ内に挿入されている。ホース６ｇと各ケーブル６ａ〜６ｃの間には、管状の電磁シールド部材６６が配置されている。接続端子６ｄと接続端子６ｅおよび接続端子６ｅと接続端子６ｆの間には絶縁部材６９が配置されている。ケーシング４ｃには、ホース６ｇを取り付けるための取付部材６７がボルト５４，５４で装着されている。取付部材６７は、その中央部が空間部２５と連通している。電磁シールド部材６６の一端は、ホース６ｇよりも内側で、取付部材６７のボス部６７ａにカシメられて固定されている。ホース６ｇの一端は、ボス部６７ａの外側にカシメられて固定されている。このため、本形態では、ホース6ｇ内にオイル２２が流れるので、ホース6ｇ内部が管路部２１Ｅとなる。つまり、管路部２１Ｅは、第２の電装ケーブル６の内部に配置されている。

管路部２１Ｄはケーシング４ｃに挿入されて空間部２５と連通していて、フレアナット７１Ｃでケーシング４ｃに固定されている。空間部２５は、管路部２１Ｄとの反対側がケーシング４ｃの外部に開口されていて、開口部２５ａが蓋６８で開閉可能とされている。蓋６８は、複数のボルト５４，５４でケーシング４ｃに締結固定される。開口部２５ａと蓋６８の間は樹脂やゴム製のシール部材５５で密閉されている。インバータ４の接続端子４ｄ，４ｅ，４ｆの挿入部と空間部２５の間はシール部材５６でそれぞれ密閉されている。

開口部２５ａは空間部２５より延在する冷却経路２５Ｅの延在方向とは異なる方向に開口している。

このような構成のケーブル用の冷却装置１０を備えていると、バッテリ３とインバータ４を接続する第１の電装ケーブル５の接続端子５０，５１や電動機２とインバータ４を接続する第２の電装ケーブル６の接続端子６０などの通電部分を、冷却経路２１内を流れるオイル２２で冷却できるので、電装ケーブル５，６を内部から冷却することができ、効率よく冷却することができる。このため、各電装ケーブル５，６に要求される熱容量が低減するので、バッテリ３や電動機２の出力を増やしてもケーブル径の増大を抑えられ、ケーブル端子の着脱時の作業性が向上して、出力増大と作業性向上という電動機付き車両１の課題を解決することができるとともに、電動機２、バッテリ３、インバータ４などのレイアウトの自由度を高められる。

電動機２は、車両１の駆動系を構成するので、インバータ３との間に走行時に相対変位が発生し易いが、このような場所に配置される第２の電装ケーブル６の外装はゴムホース６ｇで形成されているので、より端子着脱作業時の作業性が向上する。

各接続端子５０，５１，５２，６０の周囲には、冷却経路２１と接続する空間部２３ａ，２３ｂ，２４，２５が形成されているので、各接続端子５０，５１，５２，６０の着脱動作を空間部内で行えるとともに、空間内をオイル溜り部として機能させることができるので、各端子部の熱を効率的に冷却することができ、安定した冷却性能と、作業性を両立することができる。管路部２１Ｂ，２１Ｃは電磁シールド部材で形成されているので、ケーブル５ａ，５ｂからの発せられる電磁波がケーブル外へ漏れるのを防止しながら、電磁シールド部材を個別に配置する場合よりも占有スペースを低減することができる。

第１の電装ケーブル５と第２の電装ケーブル６は、冷却経路２１内に配置されているので、電装ケーブル５，６を空気に当てて冷却する場合よりも熱伝導率が高くなり、冷却経路２１からの放熱性が向上する。このため、接続端子部５０，５１，５２，６０だけでなくケーブル全体をオイル２２で冷却することができるので、よりケーブルを効率よく冷却することができるとともに、占有スペースを低減することができる。

本形態では、開口部２３ａ１，２５ａは空間部２３ａ、２４、２５より延在する冷却経路２１Ｂ，２１Ｃ，２１D、２１Ｅ、２１Ｆの延在方向とは異なる方向に開口しているため、接続端子５０，６０の脱着作業を行う際に冷却経路が邪魔にならず脱着作業性の向上を図ることができる。

本形態において、管路部２１Ｅは、第２の電装ケーブル６の内部に電磁シールド部材６６を介して形成されているので、ケーブル６ａ〜６ｃから発せられる電磁波がケーブル外へ漏れるのを防止しながら、よりケーブル６ａ〜６ｃを効率よく冷却することができるとともに、占有スペースを低減することができる。

図１に示す冷却装置１０の形態では、冷却経路２１を構成する管路部２１Ｂ，２１Ｃを独立した経路とし、各経路内に第１の電装ケーブル５を構成するケーブル５ａおよびケーブル５ｂをそれぞれ配置したが、独立した経路ではなく、例えば図４に示すように、第１の電装ケーブル５を１つの管路部２１Ｂ内に配置するようにしてもよい。この場合、空間部２３ａ，２３ｂのように分割する必要は無く、１つの空間部２３と空間部２４とを１つの管路部２１Ｂで連通する。

このような構成すると、管路部２１Ｂの径を２つの経路との場合よりも大きくでき、オイル２２の流動抵抗を低減することができるので、接続端子部５０，５１から熱を奪ったオイル２２を効率よく流動させることができ、より冷却効率を向上することができる。

図５は、電動機２とインバータ４を車両後方よりに配置するとともに、バッテリ３を車両中央には位置した車両１Ａを示す。この車両においても各端子接続部５０，５１，５２，６０を、冷却経路２１内を流れるオイル２２で冷却する冷却経路１０Ａを備えている。

本形態では、バッテリ３とインバータ４の間に配置され、内部に第１の電装ケーブル５を配置する経路２０Ｂが、他の形態の管路部２１Ｂよりも長く形成されている。これはバッテリ３とインバータ４の距離が長くなったことを要因としている。このように、バッテリ３とインバータ４の距離が長く、それに伴い管路部２１Ｂ全長が長くなる場合、この管路部２１Ｂを走行風が当たる車両１Ａの場所（例えば車両最下位）に配置して外気に晒されるようにしてもよい。

このような配置とすると、管路部２１Ｂに走行風が当たることでオイルクーラーとして機能させることができるので、図１，図４に示したオイルクーラー２７を無くすことができ、部品点数が低減して組付け時の作業効率が向上するとともに、コスト低減にもつながる。

無論、図１，図４に示す冷却装置１０において、オイルクーラー２７を設置しなくてもオイル２２の温度を効率よく冷却することができる場合には、オイルクーラー２７は設置しなくても良い。

１，１Ａ 車両
２ 電気機器（電動機）
３ 電気機器（バッテリ)
４ 電気機器（インバータ)
５ ケーブル（第１の電装ケーブル)
６ ケーブル（第２の電装ケーブル)
１０，１０Ａ 冷却装置
２０ 冷却手段
２１ 冷却経路内
２１（Ａ〜Ｆ） 管路部
２２ オイル
２３（ａ、ｂ）空間部
２４，２５ 空間部
５０〜５２，６０ 接続端子
５３,６８ 蓋

Claims (4)

1. 車両に搭載される複数の電気機器と、
   該電気機器へ電力の授受を行うケーブルと、
   該ケーブルと前記電気機器とを接続する接続端子と、
   内部に前記ケーブルを配置する管路部、及び、前記接続端子を配置する複数の空間部を有し、冷却媒体が循環される冷却経路と、
   を備える冷却装置おいて、
   前記空間部は、前記冷却経路の入側で前記管路部と繋がっているとともに、同冷却経路の出側で前記管路部とは別の流路部と繋がっており、
   前記別の流路部の出側は、前記接続端子とは別の接続端子を配置する別な空間部と繋がっており、
   前記空間部、前記別の流路部、及び、前記別な空間部は、前記冷却経路の一部として一つの前記電気機器の内部に設けられており、
   前記空間部及び前記別な空間部の断面径は、前記管路部及び前記別の流路部の断面径より大きく形成されることを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却経路は、外部と前記空間部とを貫通する開口部と該開口部を覆う蓋とを有し、前記開口部は前記空間部より延在する前記冷却経路の延在方向とは異なる方向に開口していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却媒体は、オイルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記管路部は、電磁シールド部材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の冷却装置。

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