WO2009022700A1 - 冷媒を用いる冷却器 - Google Patents

Abstract

　ＰＣＵ１２に設けられる冷却器２０は、底板２２と、天板２８と、これらの間に配置されるシェル３０とを有し、シェル３０には、その内部に冷媒を流すための流入側パイプ３２と流出側パイプ３４が備えられる。底板２２には、冷却器２０をＰＣＵ１２の適当な部位に固定するための固定穴３６，３８が設けられる。固定穴３８と流出側パイプ３４との間には、冷却器２０に衝撃力が加えられたときにシェル３０が破損しないように、底板２２において、部分的に剛性を低くするための切欠部４２が設けられる。固定穴３６が設けられる部分と流入側パイプ３２との間に切欠部４０を設けるものとしてもよい。

Description

明 細 書 冷媒を用いる冷却器 技術分野

本発明は、 冷媒を用いる冷却器に係り、 特に冷媒を用いて発熱体を冷却する冷 却器に関する。 背景技術

回転電機を搭載する車両には、 回転電機、 蓄電装置等の電気機器に対する電力 制御ユニット （P o w e r C o n r o l U n i t ： P C U) が設けられる 。 P C Uは、 高電圧大電力で作動し電力変換を行うインバー夕回路を含むので、 その冷却のために冷媒を循環させて熱を運び出す冷却器が用いられる。 この P C Uは、 車両に搭載されるので、 衝撃に対する考慮が必要である。

例えば、 特許文献 1には、 電気自動車において、 P C Uの冷却流路ブロックは フィン等があり剛性が高く、 そのために車両衝突時の衝撃吸収効果を低減させて しまう可能性があることを指摘している。 そこで、 冷却流路ブロックを 2つに分 割し、 その間を剛性の低い接合部材で接続する構成が開示されている。 これによ つて、 車両衝突時の衝撃を、 本来のクラッシャブルゾーンで有効的に受け止める ことができると述べられている。

また、 特許文献 2には、 車両用補機部品の取付構造として、 剛性の高いサス夕 ヮ一の前方に平面図で傾斜してインバー夕を配置し、 インバー夕を係止ロッドで 支持することが開示されている。 ここで衝撃が加わると、 サスタワーにガイドさ れて、 インバー夕は後退が食い止められ、 車室との仕切り部であるトーボードに 沿う方向に車幅方向に回転し、 これによつてトーボードに衝撃が加わることを回 避できる、 と述べられている。

特許文献 1 ：特開 2 0 0 6— 8 2 5 7 0号公報

特許文献 2 ：特開 2 0 0 1— 9 7 0 5 2号公報 発明の開示

発明が解決しょうとする課題

従来技術においては、 冷却器へ冷媒を導入する導入部すなわち冷媒供給部に、 または冷却器から冷媒を導出する導出部すなわち冷媒排出部に、 衝撃等の外力が 作用したときに、 冷却器より冷媒が漏れる恐れがある。

本発明の目的は、 衝撃等による外力が冷媒の導入部または排出部に作用した場 合にも、 冷媒の漏れを抑制できる冷媒を用いる冷却器を提供することである。 課題を解決するための手段

本発明に係る冷媒を用いる冷却器は、 発熱体を冷却する冷却器であって、 冷媒 導入部から冷媒を導入し、 冷媒排出部から冷媒を排出するシェルと、 シェルにお いて、 冷媒導入部または冷媒排出部の少なくとも一方の近傍に形成され、 外力作 用時に、 他の部位よりも優先的に変形する優先的変形部位と、 を有することを特 徴とする。

また、 本発明に係る冷媒を用いる冷却器は、 発熱体を冷却する冷却器であって 、 冷媒を流すシェルと、 シェルを外部に固定するための固定部であって、 冷媒を 流さない部位においてシェルの外形から張り出して設けられる固定部と、 シェル の外形より突き出す形状を有し、 シェルに冷媒を導入する導入部と、 シェルの外 形より突き出す形状を有し、 シェルから冷媒を排出する排出部と、 シェルにおい て、 導入部または排出部の少なくとも一方の近傍であり固定部とは別の部分に設 けられ、 シェルの剛性を部分的に低くし、 外力作用時に、 他の部位よりも優先的 に変形する優先的変形部位である低剛性部分と、 を有することを特徴とする。 また、 本発明に係る冷媒を用いる冷却器において、 低剛性部分及び固定部の間 に、 導入部または排出部の突き出す形状に沿って切欠部が設けられることが好ま しい。

また、 本発明に係る冷媒を用いる冷却器において、 低剛性部分は、 導入部また は排出部の突き出す形状に沿って設けられ、 他の部分よりも板厚の薄い部分であ ることが好ましい。

発明の効果

上記構成の少なくとも 1つにより、 冷媒を用いる冷却器は、 シェルの冷媒導入 部または冷媒排出部の少なくとも一方の近傍に形成され、 外力作用時に、 他の部 位よりも優先的に変形する優先的変形部位を有する。 これによつて、 外力作用時 に、 冷却器からの冷媒の漏れを抑制できる。

また、 上記構成の少なくとも 1つにより、 導入部または排出部の少なくとも一 方の近傍であり固定部とは別の部分に設けられ、 シェルの剛性を部分的に低くし 、 外力作用時に、 他の部位よりも優先的に変形する優先的変形部位である低剛性 部分が設けられる。 例えば、 冷却器に外力が加わり、 シェルから突き出す導入部 または排出部からシェルを変形させるような力が作用しても、 低剛性部分で変形 する。 これによつて、 冷却器からの冷媒の漏れを抑制できる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る実施の形態の冷却器が、 ハイブリッド車両に搭載される P C Uにおいて配置される様子を説明する平面図である。

図 2は、 図 1に対応する正面図である。

図 3は、 本発明に係る実施の形態において、 冷却器の断面図である。

図 4は、 図 3に対応する底面図である。

図 5は、 本発明に係る実施の形態の冷却器に衝撃力 Fが加えられたときの様子 を示す図である。

図 6は、 従来技術の構造の冷却器に衝撃力 Fが加えられたときの様子を示す図 である。

符号の説明

1 0 車両、 1 2 P C U、 1 4 コンバータケース、 1 6 ボルト、 1 8 冷媒、 2 0， 2 1 冷却器、 2 2 底板、 2 3 , 2 5 張出部、 2 4， 2 6 , 2 7 , 2 9 固定部、 2 8 天板、 3 0 シェル、 3 2 流入側パイプ、 3 4 流 出側パイプ、 3 6 , 3 8 固定穴、 4 0， 4 2 切欠部。 発明を実施するための最良の形態

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。 以下では 、 エンジンと回転電機とを搭載するハイプリッド車両における P C Uの冷却器を 説明するが、 衝撃を受けて破損する恐れのある冷却器であれば、 PCU用の冷却 器以外のものであってもよく、 ハイプリッド車両搭載用以外のものであってもよ い。 また、 冷却器の受ける衝撃として、 車両の側突の場合を説明するが、 冷却器 の配置によっては、 それ以外の方向からの衝撃を受ける場合であっても構わない 図 1は、 車両 10に搭載される PCU12における冷却器 20の配置の様子を 説明する平面図である。 図 2は、 図 1に対応する正面図である。 車両 10は、 図 示されていないがエンジンと回転電機とを搭載し、 これらを駆動源として走行す ることができるハイブリッド車両である。 そして、 回転電機に接続される PCU 12が設けられ、 例えば、 エンジンと回転電機とが収容される車両前部のェンジ ンルームに配置される。 PCU12の配置場所は、 例えば、 通常のガソリンェン ジンのみを搭載する車両において、 低電圧バッテリが配置されているバッテリト レイを用いることができる。 なお、 この場合、 低電圧バッテリは、 別の場所、 例 えば、 車両後部に配置替えされる。

PCU 12は、 例えば高電圧蓄電池等の電源と回転電機との間に接続されて配 置される回路要素をまとめてユニット化したものである。 PCU12は、 高電圧 蓄電池との間で昇圧等の電圧変換を行う高電圧電圧変換器、 高電圧電圧変換器と 回転電機との間で直流電力と交流電力の変換を行うインバー夕回路、 低電圧蓄電 との間で降圧等の電圧変換を行う低電圧用 DCZDCコンバータ、 回転電機制御 回路等の回路要素が含まれる。 そして、 電圧変換器、 インバー夕回路を構成する スイッチング素子である I GBT ( I n s u 1 a t e d Ga t e B i p o l a r T r a n s i s t o r) 、 高電圧用ダイオード等が作動する際に発熱する ので、 これらを冷却するための冷却器 20が PCU 12の内部に設けられる。

PCU12は、 上記の各回路要素と、 冷却器 20とを含み、 1つのユニットケ ースにまとめられるが、 DC ZD Cコンバータ部分をまとめたコンバータサブュ ニットと、 高電圧電圧変換器、 インバー夕回路、 回転電機制御回路の部分をまと めたインバー夕サブユニットとに分けて、 これらのサブユニットをまとめて、 1 つのユニットとすることが行われる。 この場合に、 サブユニットを収納する部材 を共通使用し、 全体を小型化することができる。 例えば、 コンバータサブュニッ 卜をコンパ一夕ケースに収納し、 これをコンパ一夕カバ一で覆い、 一方、 コンパ 一夕ケースの反対側にインバー夕サブュニットを収納し、 これをインバー夕カバ 一で覆う構成とすることで、 コンバータケースを共通使用することができる。 この構成の場合では、 インバー夕サブユニットとして、 コンバータケースに冷 却器 2 0を固定し、 冷却器 2 0に I G B T、 高電圧ダイオード等の発熱要素を直 接接触させて配置し、 その他の回路要素は別回路基板等に配置し、 これらをイン バー夕カバーで覆うものとできる。

このように、 冷却器 2 0は、 P C U 1 2の内部に配置され、 その放熱面に I G B T、 高電圧ダイオード等の発熱要素が配置される。 実際には、 高電圧電圧変換 器、 インバ一夕回路の要素がいくつかのモジュールとされ、 これらの複数のモジ ユールが発熱モジュールとして、 冷却器 2 0の放熱面に適当な固定部材によって 直接接触するように接続固定されて配置される。

なお、 図 1において衝撃力 Fが示されている。 この衝撃力 Fは、 車両 1 0が例 えば街灯等のポールに前方側突する場合に車体に加えられる衝撃力であり、 図 1 から分かるように、 冷却器 2 0に対し、 側面に加わる衝撃力となる。 衝撃力 Fと 冷却器 2 0との関係は、 後に再び説明する。

図 2は、 冷却器 2 0の外観図を示すために、 車両 1 0の正面図において P C U 1 2に配置されるものを抜き出したものである。 正面図から矢印で示すようにし て抜き出した図は、 冷却器 2 0を上面側から見た斜視図である。 ここで、 上面側 から見た、 とは、 車両 1 0において天井側から見たことを意味し、 図 1の平面図 と同じ意味である。 そして、 この上面側から見た斜視図から、 白矢印と回転記号 で示すようにして変換して示す図は、 この上面側から見た斜視図を、 1 8 0度回 転させ、 上面側と下面側を逆転させ、 下面側から見た斜視図である。 つまり、 車 両 1 0において、 地表側から見たことを意味する。 この図は、 図 1の平面図に対 応させて言えば、 底面図に相当するものである。

図 2に示されるように、 冷却器 2 0は、 底板 2 2と、 天板 2 8と、 これらの間 に配置されるシェル 3 0を含んで構成される。 冷却器 2 0には、 冷媒を流すため の流入側パイプ 3 2、 流出側パイプ 3 4が設けられ、 P C U 1 2の適当な部位に 固定するための固定穴 3 6 , 3 8と、 固定穴 3 8が設けられる部分と流出側パイ プ 3 4との間に、 底板 2 2において部分的に剛性を低くするための切欠部 4 2が 設けられる。 また、 固定穴 3 6が設けられる部分と流入側パイプ 3 2との間に、 底板 2 2において部分的に剛性を低くするための切欠部 4 0が設けられるものと してもよい。

図 3、 図 4に冷却器 2 0の詳細構造を示す。 図 3は断面図であり、 図 4は底面 図である。 底面図は、 図 2における下面から見た斜視図に対応して、 下面から見 た図である。 なお、 図 3は、 図 4における A— A線に沿った断面図である。 以下 では、 図 1、 図 2の符号を用いて説明する。

シェル 3 0は、 内部に冷媒 1 8が流れる冷媒循環のための密閉容器である。 シ エル 3 0は、 平面形状が矩形の扁平な容器で、 その一方側には、 冷媒 1 8を内部 に導入するための導入部として流入側パイプ 3 2が設けられ、 他方側には、 冷媒 1 8を外部に排出するための排出部として流出側パイプ 3 4が設けられる。 した がって、 シェル 3 0は、 流入側パイプ 3 2の流入側開口と、 流出側パイプ 3 4の 流出側開口とを除いて外部から密閉された容器で、 その中に冷媒 1 8が流される ものである。

かかるシェル 3 0としては、 熱伝導の良好な材料を皿状に成形したものを 2つ 向かい合わせ、 別途、 絞り加工等で成形した流入側パイプ 3 2と流出側パイプ 3 4と共に、 それぞれ流体漏れのないように接合したものを用いることができる。 材料としては、 例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができ、 接合とし ては、 ロウ付け技術等の金属間接続技術を用いることができる。

底板 2 2と天板 2 8は、 シェル 3 0の平面形状よりも 1回り大きな平面形状を 有し、 シェル 3 0の底面及び上面にそれぞれ機械的及び熱伝導的に接続されて固 定される平板である。 また、 底板 2 2と天板 2 8は、 シェル 3 0を外部に固定す るための固定板としての機能と、 発熱モジュールが配置されるモジュール配置板 としての機能も有する。 なお、 図 2から図 4においては、 冷却器 2 0に接触して 配置される発熱モジュールの図示が省略されている。

この固定板としての機能のため、 底板 2 2及び天板 2 8は、 シェル 3 0の平面 形状と相似形で 1回り大きいだけでなく、 さらにシェル 3 0の外形よりも張り出 した張出部を有する。 張出部とは、 平面図においてシェル 3 0の外形のない部分 に底板 2 2または天板 2 8がある状態である。

張出部には 2つの種類があり、 1つは、 流入側パイプ 3 2、 流出側パイプ 3 4 を固定するためにこれらのパイプの突き出す方向に沿って張り出す部分である。 図 4には、 底板 2 2について、 流入側パイプ 3 2がシェル 3 0から突き出す方向 に沿って張り出す張出部 2 3と、 流出側パイプ 3 4がシェル 3 0から突き出す方 向に沿って張り出す張出部 2 5とが示されている。

張出部のもう 1つの種類は、 シェル 3 0を底板 2 2、 天板 2 8を介して外部に 固定するための固定部として張り出す部分である。 図 4には、 底板 2 2について 、 その略矩形の平面図の各 4隅にそれぞれ固定穴のための固定部が設けられる様 子が示されているが、 これらの固定部は、 底板 2 2において、 いずれもシェル 3 0の外形よりもさらに張り出した部分である。

図 4では、 特に、 流入側パイプ 3 2の近傍に固定穴 3 6のための固定部 2 4、 流出側パイプ 3 4の近傍に固定穴 3 8のための固定部 2 6が設けられる様子が示 されている。 この固定部 2 4 , 2 6に対応して、 天板 2 8においても、 シェル 3 0の外形よりもさらに張り出した固定部 2 7， 2 9が設けられ、 そこに、 底板 2 2の固定穴 3 6， 3 8に対応する固定穴が設けられる。

固定部は、 底板 2 2、 天板 2 8において、 シェル 3 0の外形よりも張り出して いるので、 この固定部に設けられた固定穴を用いて、 底板 2 2、 天板 2 8を相互 に接続することができる。 図 3において示されるボルト 1 6は、 上記の例で、 冷 却器 2 0が配置される P C U 1 2のコンバータケース 1 4に、 底板 2 2、 天板 2 8を相互に固定するための締結具である。 これにより、 冷却器 2 0は、 コンパ一 夕ケース 1 4にしつかりと固定される。 なお、 コンバータケース 1 4は、 固定の ための基礎部として、 十分な剛性を有するように設計される。

図 4において、 流出側パイプ 3 4の部分の張出部 2 5と、 その近傍の固定部 2 6とは、 通常であれば、 一体的な張出部として形成することが可能であるが、 そ の間に、 切欠部 4 2が設けられる。 切欠部 4 2は、 流出側パイプ 3 4の突き出す 形状に沿って設けられる。 この切欠部 4 2は、 流出側パイプ 3 4が、 その軸方向 に外部から衝撃力を受けたときに、 張出部 2 5を固定部 2 6から見て、 変形しや すくするために、 底板 2 2において部分的に剛性を低くした部分である。 このように、 底板 2 2において部分的に剛性を低くし、 流出側パイプ 3 4力 その軸方向に外部から衝撃力を受けたときに、 張出部 2 5が部分的に変形しやす くする構造としては、 切欠部 4 2の他に、 張出部 2 5の部分の板厚を他の部分よ り薄くするものとしてもよい。

かかる構成の作用を図 5、 図 6を用いて説明する。 なお、 以下では図 1から図 4と同様の要素には同一の符号を付し、 詳細な説明を省略する。 また、 以下では 、 図 1から図 4の符号を用いて説明する。 図 5は、 図 3、 図 4で説明した冷却器 2 0における右半分の構造を示し、 流出側パイプ 3 4に衝撃力 Fが加えられたと きの様子を示す図である。 図 6は、 従来技術の構造として、 底板 2 2等に、 部分 的に合成を低くする部分としての切欠部 4 0を設けない構造を有する冷却器 2 1 を示し、 図 5と同様に、 流出側パイプ 3 4に衝撃力 Fが加えられたときの様子を 示す図である。 なお、 衝撃力 Fは、 図 1で説明した車両 1 0の前方側突によって 車体に加えられる衝撃力であるが、 冷却器 2 0に対しては、 流出側パイプ 3 4に 対し軸方向に加わる衝撃力となるので、 ここで、 図 1と同じ衝撃力 Fとして示す ことにする。

図 5において、 冷却器 2 0に衝撃力 Fが加えられると、 流出側パイプ 3 4が押 し込まれ、 その際にシェル 3 0の端部を持ち上げるようにして、 変形する。 図 5 では、 流出側パイプ 3 4及びシェル 3 0が持ち上がって変形する方向を矢印で示 してある。 このとき、 固定部 2 6は、 ボルト 1 6によってしっかりコンバータケ ース 1 4に固定されていて、 持ち上がることがない。 一方、 固定部 2 6と張出部 2 5との間には、 底板 2 2において部分的に剛性を低くしている切欠部 4 2が設 けられるので、 シェル 3 0の端部が持ち上がると、 流出側パイプ 3 4に例えば口 ゥ付け技術等で固定されている張出部 2 5もまた、 持ち上がることができる。 し たがって、 流出側パイプ 3 4に衝撃力 Fが加えられ、 これに伴ってシェル 3 0を 持ち上げるような変形力が加わるときでも、 切欠部 4 2の作用によって、 固定部 2 6による固定力に関らず、 シェル 3 0は比較的に自由に変形をすることができ 、 過大な力がシェル 3 0の材料に加わることがなく、 シェル 3 0の破損を抑制す ることができる。

比較のために示される図 6には、 従来技術の構造、 すなわち、 底板 2 2等に、 部分的に合成を低くする部分としての切欠部 4 0を設けない構造を有する冷却器 2 1が示されている。 この冷却器 2 1においては、 切欠部 4 0が設けられないの で、 図 4で説明した張出部 2 5と固定部 2 6とが連続して一体的となっている。 固定部 2 6においては、 ポルト 1 6において、 コンバータケース 1 4と底板 2 2 、 天板 2 8とがしつかり固定されている。 したがって、 流出側パイプ 3 4に例え ばロウ付け技術等で固定されている張出部 2 5もまた、 コンバータケース 1 4等 にしつかり固定されている。

この状態で、 冷却器 2 1に衝撃力 Fが加えられると、 流出側パイプ 3 4が押し 込まれ、 その際にシェル 3 0の端部を持ち上げるようにして、 変形する。 図 6に おいても、 流出側パイプ 3 4の変形方向を矢印で示してある。 このとき、 シェル 3 0にも持ち上げられるような変形力が加えられるが、 シェル 3 0の下側は、 口 ゥ付け技術等によってしつかり張出部 2 5に固定されており、 この張出部 2 5は 、 上記のようにボルト 1 6によってしっかりコンバータケース 1 4に固定されて いる。 したがって、 シェル 3 0の下側、 つまり底板 2 2の側は、 コンバータケー ス 1 4に固定されてほとんど変形できない。 一方で、 シェル 3 0の上側、 つまり 天板 2 8側は、 流出側パイプ 3 4の変形に伴い、 持ち上がるように変形力が加え られる。 その結果、 シェル 3 0の端部に大きな応力が加えられることになり、 図 6の B部に示されるように、 シェル 3 0に破損が生じる場合がある。 シェル 3 0 に破損が生じて外部との間に穴が開くと、 ここから冷媒 1 8が外部に流出し、 P C U 1 2に内部に侵入し、 I G B T等の高電圧作動素子に接触する恐れがある。 一方、 図 5で説明したように、 底板 2 2において、 部分的に剛性の低い部分を 設け、 流出側パイプ 3 4が固定される張出部 2 5が変形しやすい構造をとること で、 冷却器 2 0に衝撃力 Fが加わっても、 シェル 3 0の破損を抑制することがで さる。

なお、 冷却器 2 0が外部から衝撃力を受けたときに、 シェル 3 0が損傷しない ようにする構造として、 必要があれば、 底板 2 2、 天板 2 8の適当な他の部分に おいて、 部分的に剛性を低くすることができる。 図 4では、 流入側パイプ 3 2の 近傍にも、 切欠部 4 0を設ける例が示されている。 天板 2 8に同様な切欠部を設 けるものとすることができる。 勿論、 切欠部に代えて、 部分的に板厚の薄い部分 を設けることでもよレ^ 産業上の利用可能性

冷却器 2 0は、 衝撃を受ける恐れがある場所に設置される冷却器、 例えば、 八 イブリッド車両の電力制御ュニット用の冷却器として好適である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 発熱体を冷却する冷却器であって、

冷媒導入部から冷媒を導入し、 冷媒排出部から冷媒を排出するシェルと、 シェルにおいて、 冷媒導入部または冷媒排出部の少なくとも一方の近傍に形成 され、 外力作用時に、 他の部位よりも優先的に変形する優先的変形部位と、 を有することを特徴とする冷媒を用いる冷却器。

2 . 発熱体を冷却する冷却器であって、

冷媒を流すシェルと、

シェルを外部に固定するための固定部であって、 冷媒を流さない部位において シェルの外形から張り出して設けられる固定部と、

シェルの外形より突き出す形状を有し、 シェルに冷媒を導入する導入部と、 シェルの外形より突き出す形状を有し、 シェルから冷媒を排出する排出部と、 シェルにおいて、 導入部または排出部の少なくとも一方の近傍であり固定部と は別の部分に設けられ、 シェルの剛性を部分的に低くし、 外力作用時に、 他の部 位よりも優先的に変形する優先的変形部位である低剛性部分と、

を有することを特徴とする冷媒を用いる冷却器。

3 . 請求の範囲第 2項に記載の冷媒を用いる冷却器において、

低剛性部分及び固定部の間に、 導入部または排出部の突き出す形状に沿って切 欠部が設けられること特徴とする冷媒を用いる冷却器。

4 . 請求の範囲第 2項に記載の冷媒を用いる冷却器において、

低剛性部分は、 導入部または排出部の突き出す形状に沿って設けられ、 他の部 分よりも板厚の薄い部分であることを特徴とする冷媒を用いる冷却器。