JP2008207645A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな発熱量を持つモータ制御装置を、ヒートシンクの放熱フィンを大型化することなく冷却可能にする。
【解決手段】送風空気の一部をモータ３の内部に導くモータ冷却風通路５ａに、モータ制御装置６およびヒートシンク７を配置することにより、モータ制御装置６で発生した熱をモータ冷却風に放熱させる。また、ヒートシンク７をモータ３のヨーク３１に接触させることにより、モータ制御装置６で発生する熱をヨーク３１に拡散させて放熱させる。さらに、ヒートシンク７の放熱フィン７３を送風通路１ａに露出させることにより、モータ制御装置６で発生する熱を送風空気に放熱させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気流を発生させるファンをモータにて駆動する車両用空調装置に関するものである。

従来の車両用空調装置は、モータの回転数を制御するモータ制御装置を冷却するために、モータ制御装置およびヒートシンクを送風通路中に配置して、モータ制御装置の熱をヒートシンクを介して送風空気に放熱させるようにしている。また、モータ制御装置の熱をモータのヨークに拡散させるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１参照）、
特開２００４−１４０８９３号公報

しかしながら、前者の従来装置では、モータ制御装置の発熱量が多くなったときは、ヒートシンクの放熱フィンを大型化しなければならなかった。そして、ヒートシンクの放熱フィンを大きくすることにより、送風量が減少したり、送風時の騒音が増加するという問題が発生していた。

また、後者の従来装置では、冷却能力が低いため、モータ制御装置の発熱量が大きいものには適用することが出来なかった。

本発明は上記点に鑑みて、大きな発熱量を持つモータ制御装置を、ヒートシンクの放熱フィンを大型化することなく冷却可能にすることを目的とする。

本発明は、送風通路（１ａ）を形成するケーシング（１）と、送風通路（１ａ）に空気流を発生させるファン（２）と、ファン（２）を駆動するモータ（３）と、モータ（３）の回転数を制御するモータ制御装置（６）と、モータ制御装置（６）の熱を送風空気に放熱させるヒートシンク（７）とを備え、このヒートシンク（７）は送風通路（１ａ）に露出する部位に第１放熱フィン（７３）を備え、モータ制御装置（６）およびヒートシンク（７）の少なくとも一方がモータ（３）のヨーク（３１）に接触していることを特徴とする。

このようにすれば、モータ制御装置（６）で発生する熱を、ヒートシンク（７）により送風空気に放熱させるだけでなく、ヨーク（３１）に拡散させて放熱させるため、第１放熱フィン（７３）を小型にすることができる。

この場合、送風空気の一部をヨーク（３１）の外周側を経由させてモータ（３）の内部に導くモータ冷却風通路（５ａ）に、モータ制御装置（６）およびヒートシンク（７）を配置することができる。

このようにすれば、モータ制御装置（６）はモータ冷却用の空気によっても冷却されるため、ヒートシンク（７）の第１放熱フィン（７３）を一層小型にすることができる。

また、小型化された第１放熱フィン（７３）は、ファン（２）との干渉を回避しつつモータ（３）の近くに配置することができるため、ヒートシンク（７）を小型にすることができる。

また、ヒートシンク（７）はヨーク（３１）の外周面に配置されており、ヒートシンク（７）とヨーク（３１）とが重なる方向を積層方向（Ａ）とし、積層方向（Ａ）およびモータ（３）の軸線（Ｂ）にともに直交する方向を巾方向（Ｃ）としたとき、ヒートシンク（７）における巾方向（Ｃ）の寸法（Ｗ）をヨーク（３１）の直径（Ｄ）以下にすることができる。

ところで、本発明者の検討によれば、図７に示すように、ヒートシンク（７）の巾方向寸法（Ｗ）がヨーク（３１）の直径（Ｄ）の２／３程度以上であれば、ヒートシンク（７）の放熱性能は略一定になる。そこで、ヒートシンク（７）の巾方向寸法（Ｗ）をヨーク（３１）の直径（Ｄ）以下にすることにより、ヒートシンク（７）の放熱性能を確保しつつヒートシンク（７）の無用な大型化を回避することができる。

また、ヨーク（３１）にヒートシンク（７）を密着して固定し、ヒートシンク（７）にモータ制御装置（６）を密着して固定する場合、モータ制御装置（６）を、ヒートシンク（７）における送風通路（１ａ）側よりもヨーク（３１）に近い部位に固定すれば、モータ制御装置（６）で発生する熱をヨーク（３１）に効率よく拡散させることができる。

また、ヨーク（３１）にヒートシンク（７）を密着して固定し、ヒートシンク（７）にモータ制御装置（６）を密着して固定する場合、モータ制御装置（６）を、ヒートシンク（７）におけるヨーク（３１）側よりも送風通路（１ａ）に近い部位に固定にすれば、モータ制御装置（６）で発生する熱を送風空気に効率よく放熱させることができる。

また、ヒートシンク（７）よりも熱伝導性に優れ、モータ制御装置（６）の熱をヒートシンク（７）におけるヨーク（３１）側よりも送風通路（１ａ）に近い部位に導く熱伝導シート（９）を備えるようにすれば、モータ制御装置（６）で発生する熱を送風空気に効率よく放熱させることができる。

また、ヒートシンク（７）が、モータ冷却風通路（５ａ）に露出する部位に第２放熱フィン（７４）を備えるようにすれば、ヒートシンク（７）の放熱性能を高めることができる。

また、第２放熱フィン（７４）を平板状とし、平行に２枚設けることができる。このようにした場合、本発明者の検討によれば、第２放熱フィン（７４）が１枚または３枚以上の態様と比較してモータ冷却風通路（５ａ）内での圧損が少なくなるため、モータ冷却用の空気の風量や風速の低下を抑制しつつ、ヒートシンク（７）の放熱性能を高めることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図、図２は図１のヒートシンク７の斜視図である。

送風機は、車室内前部の計器盤（図示せず）下方において助手席側に配置される。この送風機は、車室内に吹き出される空気の送風通路１ａを形成する樹脂製のファンケーシング１を有している。ファンケーシング１の内部には、送風通路１ａに空気流を発生させる樹脂製のファン２が配置されている。このファン２は、複数枚のブレードを有し、回転軸の方向から空気を吸入して、その吸入した空気を径方向外側に向かって吹き出す遠心式多翼ファンであり、電動モータ（以下、モータという）３により回転駆動される。

因みに、ファンケーシング１の空気下流側には空調ユニット（図示せず）が接続され、その空調ユニット内には、空気を冷却する蒸発器（図示せず）や、空気を加熱するヒータコア（図示せず）等が配設される。そして、ファン２により吸入された空気は、蒸発器やヒータコアを通過して、空気流れ最下流側の各吹出口（図示せず）に向けて送風される。

ファンケーシング１の一端側開口部には、樹脂製のカバー４が接合されている。このカバー４には、モータ３を保持する樹脂製のモータケーシング５が接合されており、このモータケーシング５内には、送風空気の一部をモータ３に導くモータ冷却風通路５ａが形成されている。

より詳細には、モータ冷却風通路５ａは、送風通路１ａから分岐しており、送風空気の一部をモータ３のヨーク３１の外周側を経由させてモータ３の内部に導くようになっている。そして、モータ冷却風通路５ａを介して導かれるモータ冷却用の空気は、ヨーク３１に形成した貫通孔３２を介してモータ３の内部に流入し、モータ３の内部を通過した後に送風通路１ａに戻されるようになっている。

モータ冷却風通路５ａには、モータ３の回転数を制御するモータ制御装置６と、モータ制御装置６の熱を送風通路１ａを流れる送風空気に放熱させるヒートシンク７が配置されており、モータ制御装置６およびヒートシンク７はビス８によりヨーク３１の外周側に固定されている。

モータ制御装置６は、モータ３への通電を断続するパワートランジスタ等の駆動用半導体素子６１と、空調装置のＥＣＵ（図示せず）から入力した指令信号に基づいて駆動用半導体素子６１を制御するモータ制御回路部６２とを備えている。

ヒートシンク７は、熱伝導率が高いアルミニウムまたは銅からなる。また、ヒートシンク７は、第１板部７１と、この第１板部７１の一端から垂直に曲げられた第２板部７２を備えている。

第１板部７１はヨーク３１に密着している。また、この第１板部７１にモータ制御装置６の駆動用半導体素子６１が密着している。第２板部７２は、カバー４と平行に配置され、カバー４に形成された開口部４１から送風通路１ａに露出している。第２板部７２において送風通路１ａに露出する部位には、送風通路１ａに向かって突出する多数の第１放熱フィン７３が形成されている。

上記構成になる車両用空調装置は、モータ３によりファン２が駆動されると、送風通路１ａを介して空調ユニットに送風されるとともに、送風空気の一部がモータ冷却風通路５ａに導入される。そして、モータ制御装置６で発生した熱は、モータ冷却風通路５ａに導入された空気に放熱される。

また、モータ制御装置６で発生した熱は、ヒートシンク７の第１板部７１を介して第２板部７２に導かれ、第１放熱フィン７３から送風通路１ａ内の送風空気に放熱される。さらに、モータ制御装置６で発生した熱は、第１板部７１を介してヨーク３１に拡散されて放熱される。

このように、モータ制御装置６で発生する熱を、ヒートシンク７による送風空気側への放熱だけでなく、モータ冷却用の空気やヨーク３１に拡散させて放熱するため、ヒートシンク７の第１放熱フィン７３を小型にすることができる。したがって、送風量の減少や送風時の騒音の増加を防止することができる。

また、第１放熱フィン７３の小型化により第１放熱フィン７３とファン２との干渉を回避し易くなり、第１放熱フィン７３をモータ２の近くに配置することが可能になる。これにより、ヒートシンク７全体を小型にすることができる。そして、このようなヒートシンク７の小型化により、モータ冷却風通路５ａにモータ制御装置６やヒートシンク７を配置する構成を採用することが容易になる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図である。

本実施形態は、モータ制御装置６の位置、モータ制御装置６の固定方法、およびヒートシンク７の固定方法が、第１実施形態と異なる。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、モータ制御装置６は、ヒートシンク７におけるヨーク３１側よりも送風通路１ａに近い部位に固定されている。換言すると、モータ制御装置６は、第２板部７２に固定されており、より詳細には、第２板部７２における第１放熱フィン７３に近い部位に固定されている。この場合、モータ制御装置６で発生した熱は、第１放熱フィン７３を介して送風通路１ａ内の送風空気へ効率よく放熱される。

モータ制御装置６は、熱伝導性の良好な両面テープや接着剤により、ヒートシンク７に固定されている。さらに、ヒートシンク７は、熱伝導性の良好な両面テープや接着剤により、ヨーク３１に固定されている。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図である。

本実施形態は、第１実施形態の車両用空調装置に熱伝導シート９を追加したものである。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４に示すように、ヒートシンク７におけるモータ冷却風通路５ａ側の面に、ヒートシンク７よりも熱伝導性に優れた材質よりなる熱伝導シート９が密着して固定されている。また、モータ制御装置６はこの熱伝導シート９に密着している。

そして、モータ制御装置６で発生する熱は、熱伝導シート９を介して第２板部７２における第１放熱フィン７３側に効率よく導かれ、第１放熱フィン７３を介して送風通路１ａ内の送風空気へ放熱される。

この場合、例えばヒートシンク７をアルミニウム製とし、熱伝導シート９を銅製として、コストと性能の両立を図ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図５は第４実施形態に係る車両用空調装置におけるモータ３およびヒートシンク７の下面図、図６は図５のヒートシンク７の斜視図である。

本実施形態は、第１実施形態の車両用空調装置のヒートシンク７に第２放熱フィン７４を追加したものである。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５、図６に示すように、ヒートシンク７におけるモータ冷却風通路５ａ（図１参照）側の面に、第１板部７１および第２板部７２からモータ冷却風通路５ａに向かって突出する第２放熱フィン７４が形成されている。

第２放熱フィン７４は、平板状であり、平行に２枚設けられ、２枚の第２放熱フィン７４の間にモータ制御装置６が配置されている。また、モータ冷却風通路５ａ内での圧損増加を抑制するために、第２放熱フィン７４は、その平面部がモータ冷却風通路５ａ内での空気流れ方向と略平行になっている。

そして、モータ制御装置６で発生する熱は、第２放熱フィン７４からモータ冷却風通路５ａ内の送風空気にも放熱されるため、ヒートシンク７の放熱性能を高めることができる。

因みに、本発明者の検討によれば、本実施形態のように第２放熱フィン７４を２枚設けた場合、第２放熱フィン７４が１枚または３枚以上の態様と比較してモータ冷却風通路５ａ内での圧損が少なくなることが分かった。したがって、本実施形態によれば、モータ冷却用の空気の風量や風速の低下を抑制しつつ、ヒートシンク７の放熱性能を高めることができる。

ここで、図５に示すように、ヒートシンク７とヨーク３１とが重なる方向を積層方向Ａとし、積層方向Ａおよびモータ３の軸線Ｂにともに直交する方向を巾方向Ｃとする。また、ヒートシンク７における巾方向Ｃの寸法をヒートシンク巾Ｗとし、ヨーク３１の直径をヨーク径Ｄとする。

図７は、本実施形態の車両用空調装置におけるヒートシンク巾Ｗと駆動用半導体素子６１の温度との関係の解析結果を示す図である。なお、ヨーク径Ｄは６２ｍｍ、雰囲気温度は５０℃である。

図７に示すように、ヒートシンク巾Ｗがヨーク径Ｄの２／３程度以上であれば、駆動用半導体素子６１の温度、すなわちヒートシンク７の放熱性能は、略一定になる。そこで、ヒートシンク巾Ｗをヨーク径Ｄ以下にすることにより、ヒートシンク７の放熱性能を確保しつつヒートシンク７の無用な大型化を回避することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、ヒートシンク７をヨーク３１に密着させたが、モータ制御装置６をヨーク３１に密着させてもよいし、ヒートシンク７およびモータ制御装置６をともにヨーク３１に密着させてもよい。

本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図である。 図１のヒートシンク７の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図である。 本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置における送風機部分の正面断面図である。 本発明の第４実施形態に係る車両用空調装置におけるモータ３およびヒートシンク７の下面図である。 図５のヒートシンク７の斜視図である。 第４実施形態の車両用空調装置におけるヒートシンク巾Ｗと駆動用半導体素子６１の温度との関係の解析結果を示す図である。

符号の説明

１…ケーシング、１ａ…送風通路、２…ファン、３…モータ、６…モータ制御装置、７…ヒートシンク、３１…ヨーク、７３…第１放熱フィン。

Claims (9)

1. 車室内に吹き出される空気の送風通路（１ａ）を形成するケーシング（１）と、
   前記ケーシング（１）の内部に配置され、前記送風通路（１ａ）に空気流を発生させるファン（２）と、
   前記ファン（２）を駆動するモータ（３）と、
   前記モータ（３）の回転数を制御するモータ制御装置（６）と、
   前記モータ制御装置（６）の熱を、前記送風通路（１ａ）を流れる送風空気に放熱させるヒートシンク（７）とを備え、
   このヒートシンク（７）は、前記送風通路（１ａ）に露出する部位に第１放熱フィン（７３）を備え、
   前記モータ制御装置（６）および前記ヒートシンク（７）の少なくとも一方が前記モータ（３）のヨーク（３１）に接触していることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記送風通路（１ａ）から分岐して、前記送風空気の一部を前記ヨーク（３１）の外周側を経由させて前記モータ（３）の内部に導くモータ冷却風通路（５ａ）を備え、
   このモータ冷却風通路（５ａ）に前記モータ制御装置（６）および前記ヒートシンク（７）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記ヒートシンク（７）は前記ヨーク（３１）の外周面に配置されており、前記ヒートシンク（７）と前記ヨーク（３１）とが重なる方向を積層方向（Ａ）とし、前記積層方向（Ａ）および前記モータ（３）の軸線（Ｂ）にともに直交する方向を巾方向（Ｃ）としたとき、
   前記ヒートシンク（７）における前記巾方向（Ｃ）の寸法（Ｗ）が前記ヨーク（３１）の直径（Ｄ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記ヨーク（３１）に前記ヒートシンク（７）が密着して固定され、前記ヒートシンク（７）に前記モータ制御装置（６）が密着して固定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用空調装置。
5. 前記モータ制御装置（６）は、前記ヒートシンク（７）における前記送風通路（１ａ）側よりも前記ヨーク（３１）に近い部位に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記モータ制御装置（６）は、前記ヒートシンク（７）における前記ヨーク（３１）側よりも前記送風通路（１ａ）に近い部位に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
7. 前記ヒートシンク（７）よりも熱伝導性に優れ、前記モータ制御装置（６）の熱を前記ヒートシンク（７）における前記ヨーク（３１）側よりも前記送風通路（１ａ）に近い部位に導く熱伝導シート（９）を備えることを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置。
8. 前記ヒートシンク（７）は、前記モータ冷却風通路（５ａ）に露出する部位に第２放熱フィン（７４）を備えることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
9. 前記第２放熱フィン（７４）は平板状であり、平行に２枚設けられていることを特徴とする請求項８に記載の車両用空調装置。

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