JP2013085415A - インバータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができるインバータ冷却装置を提供する。
【解決手段】インバータ冷却装置では、複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータ４と、エアコン冷媒２１を循環させて車室Ｒ内空調を行う空調システムと、を備えている。そして、エアコン冷媒２１が循環するエアコン冷媒経路２２と、空冷される冷却水１１が循環する冷却水経路１２と、をインバータ４内に設け、エアコン冷媒２１の循環と冷却水１１の循環とでインバータ４を冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータが有する複数のインバータ素子を冷却するインバータ冷却装置に関するものである。

従来、所定の方向に沿って積層した複数のインバータ素子の間に冷却水が循環する冷却水経路を設け、冷却水を冷却水経路内に循環させてインバータ素子を冷却するインバータ冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2006-203138号公報

しかしながら、従来のインバータ冷却装置では、外気を利用した空冷によって冷却冷媒である冷却水の温度を下げている。このため、冷却性能が外気温によって左右されてしまい、外気温が高く冷却水による冷却効果が小さいときには、インバータ素子の冷却を十分に行うことができないという問題があった。
すなわち、空冷式のラジエータ等を用いてインバータを冷却した冷却水の温度を下げる場合では、外気温が高いと冷却水温度を十分に低下させることが難しい。そのため、冷却水温度が上昇し、インバータの冷却効果が小さくなってしまう。つまり、外気温によって冷却性能が異なることとなる。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができるインバータ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、本発明のインバータ冷却装置では、インバータと、空調システムと、インバータ冷却手段と、を備えている。
前記インバータは、複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換する。
前記空調システムは、空調用冷媒を循環させて室内空調を行う。
前記インバータ冷却手段は、前記空調用冷媒が循環する空調冷媒経路と、空冷される冷却水が循環する冷却水経路と、を前記インバータ内に設け、前記空調用冷媒の循環と前記冷却水の循環を循環させることで前記インバータ素子を冷却する。

本発明のインバータ冷却装置にあっては、インバータ内に空調用冷媒が循環する空調冷媒経路と、空冷される冷却水が循環する冷却水経路とが設けられている。
すなわち、インバータ素子の冷却には、空調用冷媒と空冷される冷却水とが用いられる。そのため、外気温が高く空冷によって冷却水の温度を十分に下げることができず、冷却水による冷却効果が小さい場合であっても、空調用冷媒による冷却効果でインバータ素子を冷却することができる。
この結果、外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができる。

実施例１のインバータ冷却装置を示すシステムブロック図である。 実施例１のインバータ冷却装置が適用された電気自動車を示す模式図である。 実施例１のインバータ冷却装置が適用されたインバータを示す分解斜視図である。 (a)はインバータの斜視図を示し、(b)はインバータの平面図を示す。 実施例１のインバータ冷却装置によるインバータ冷却処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のインバータ冷却装置おけるインバータ冷却作用を示すタイムチャートである。 冷却水とエアコン冷媒のインバータ内での循環方向を示す説明図であり、(a)は冷却水を示し、(b)はエアコン冷媒を示す。 冷却水経路に設けた第１熱交換器における冷却水の流れ方向を示す説明図である。 本発明のインバータ冷却装置が適用されたインバータの他の例を示す概略外観図であり、(a)は斜視図を示し、(b)は平面図を示す。

以下、本発明のインバータ冷却装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、実施例１のインバータ冷却装置における構成を、「全体システム構成」、「インバータの構成」、「インバータ冷却処理」に分けて説明する。

[全体システム構成]
図１は、実施例１のインバータ冷却装置を示すシステムブロック図である。図２は、実施例１のインバータ冷却装置が適用された電気自動車を示す模式図である。以下、図１及び図２に基づいて、実施例１のインバータ冷却装置の全体システム構成を説明する。

図１に示すインバータ冷却装置（インバータ冷却手段）１は、電動モータ３を走行駆動源とする電気自動車（電動車の一例）２に搭載され、この電動モータ３に三相交流電圧を出力する車載用インバータであるインバータ４が有するインバータ素子４１（図３Ａ参照）の冷却を行う。

ここで、電気自動車２には、図２に示すように、電動モータ３、インバータ４、バッテリ５、空調システム６が搭載されている。前記電動モータ３は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた三相交流同期型モータであり、インバータ４により作り出された三相交流を印加することにより制御される。また、前記バッテリ５は、直流電源であって、例えばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。このバッテリ５からの電力は、インバータ４へ出力され、三相交流に変換されて電動モータ３へと出力される。そして、前記空調システム６は、エアコン冷媒サーキット２０を有し、電気自動車の車室Ｒ内の空調を行う車両用空調システムである。

前記インバータ冷却装置（インバータ冷却手段）１は、強電系冷却サーキット１０と、エアコン冷媒サーキット２０と、冷却コントローラ（冷却制御手段）３０と、を備えている。

前記強電系冷却サーキット１０は、電気自動車２に搭載された電動モータ３の冷却を行う冷却回路である。前記強電系冷却サーキット１０は、冷媒である冷却水１１が循環する冷却水経路１２と、冷却水１１を冷却水経路１２内で循環させる電動ウォーターポンプ１３と、空冷により冷却水１１を冷却するラジエータ１４と、を備えている。

前記冷却水１１は、ここでは、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）と呼ばれる不凍液である。

前記冷却水経路１２は、第１冷却水経路１２Ａと、第２冷却水経路１２Ｂと、を有している。前記第１冷却水経路１２Ａは、電動ウォーターポンプ１３から吐出され、ラジエータ１４へと流れ込む冷却水１１が流れる。前記第２冷却水経路１２Ｂは、ラジエータ１４から流れ出し、電動ウォーターポンプ１３へと吸い込まれる冷却水１１が流れる。そして、前記第１冷却水経路１２Ａの中間部には、第１熱交換部１５Ａと第２熱交換部１５Ｂが形成されている。第１熱交換部１５Ａは、第２熱交換部１５Ｂよりも冷却水１１の流れの上流側に位置し、インバータ４の内部に配置される。第２熱交換部１５Ｂは、電動モータ３の内部に配置される。
これにより、この強電系冷却サーキット１０では、電動ウォーターポンプ１３から吐出された冷却水１１は、第１冷却水経路１２Ａを通り、第１熱交換部１５Ａにてインバータ４と熱交換してインバータ４を冷却する。その後、第２熱交換部１５Ｂにて電動モータ３と熱交換して電動モータ３を冷却する。そして、ラジエータ１４において空冷された後、第２冷却水経路１２Ｂを通り、電動ウォーターポンプ１３に吸い込まれて循環する。
ここで、前記ラジエータ１４は、電動モータ３が配置されたモータルームＭＲ（図２参照）の前側に配置され、冷却水１１を走行風にさらすことで外気との熱交換により冷却水を冷却する。

前記エアコン冷媒サーキット２０は、車室Ｒの室内空気を冷却する冷却回路である。前記エアコン冷媒サーキット２０は、エアコン冷媒（空調用冷媒）２１が循環するエアコン冷媒経路（空調冷媒経路）２２と、エアコン冷媒２１を圧縮して吐出する電動コンプレッサ２３と、空冷によりエアコン冷媒２１を冷却するコンデンサ２４と、車室Ｒ内の空気を冷却するエバポレータ２５と、を備えている。

前記エアコン冷媒２１は、ここでは、ハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）類やハイドロフルオロカーボン（HFC）類等の代替フロンガスである。

前記エアコン冷媒経路２２は、第１エアコン冷媒経路２２Ａと、第２エアコン冷媒経路２２Ｂと、第３エアコン冷媒経路２２Ｃと、を有している。前記第１エアコン冷媒経路２２Ａは、電動コンプレッサ２３から圧送され、コンデンサ２４へと流れ込むエアコン冷媒２１が流れる。前記第２エアコン冷媒経路２２Ｂは、コンデンサ２４から流れ出し、エバポレータ２５へと流れ込むエアコン冷媒２１が流れる。前記第３エアコン冷媒経路２２Ｃは、エバポレータ２５から流れ出し、電動コンプレッサ２３へと流れ込むエアコン冷媒２１が流れる。そして、前記第３エアコン冷媒経路２２Ｃの中間部には、熱交換部２６が形成されている。この熱交換部２６は、インバータ４の内部に配置される。
これにより、このエアコン冷媒サーキット２０では、電動コンプレッサ２３から圧送されたエアコン冷媒２１は、第１エアコン冷媒経路２２Ａを通ってコンデンサ２４へと流れ、このコンデンサ２４において空冷される。その後、第２エアコン冷媒経路２２Ｂを通ってエバポレータ２５へと流れ、車室Ｒ内の空気と熱交換して室内空気を冷却する。さらに、その後第３エアコン冷媒経路２２Ｃを通り、熱交換部２６にてインバータ４と熱交換してインバータ４を冷却し、電動コンプレッサ２３へ流れ込んで循環する。
ここで、前記コンデンサ２４は、モータルームＭＲの前側であってラジエータ１４の後方に配置され、エアコン冷媒２１を走行風にさらすことで外気との熱交換によりエアコン冷媒２１の熱を放出させる。また、前記エバポレータ２５は、エアコン冷媒２１と車室Ｒ内の空気との間で熱交換させ、エアコン冷媒２１に熱を吸収させる。

前記冷却コントローラ３０は、インバータ４が有するインバータ素子４１（図３Ａ参照）の温度を検出するインバータ温度センサ（素子温度検出手段）３１からの検出温度に応じて、電動ウォーターポンプ１３、及び、電動コンプレッサ２３を制御するインバータ冷却処理を実行する。
すなわち、この冷却コントローラ３０には、インバータ温度センサ３１から検出温度信号が入力される。また、電動ウォーターポンプ１３及び電動コンプレッサ２３に適宜ON/OFF信号を出力する。

[インバータの構成]
図３Ａは、実施例１のインバータ冷却装置が適用されたインバータを示す分解斜視図である。図３Ｂは、(a)はインバータの斜視図を示し、(b)はインバータの平面図を示す。

前記インバータ４は、複数のインバータ素子４１を有し、直流電力と交流電力を相互に交換する。
前記インバータ素子４１は、いわゆるスイッチング素子であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相ごとに、それぞれ一対のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワートランジスタと、パワートランジスタにおいてエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードと、を有している。そして、前記インバータ素子４１は、相ごとにモジュール化され、ここでは合計１２個の薄型の矩形筐体形状を呈している。さらに、筐体形状のインバータ素子４１は、ここでは、幅方向に沿って二列に並べられると共に、厚み方向に沿って積層するように配列されている。

そして、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１間には、第１冷却水経路１２Ａの第１熱交換部１５Ａと、第３エアコン冷媒経路２２Ｃの熱交換部２６とが、交互に配設される。

ここで、前記第１熱交換部１５Ａは、インバータ素子４１の側面を覆う複数の矩形状の薄板部１６を有している。この薄板部１６がインバータ素子４１の側面に接触し、この薄板部１６内を流れる冷却水１１とインバータ素子４１との間で熱交換を行う。また、この第１熱交換部１５Ａは、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１のうち、両端に位置するインバータ素子４１Ａ,４１Ｂのそれぞれの外側にも位置する。

一方、前記熱交換部２６は、インバータ素子４１の側面を覆う複数の矩形状の薄板部２７を有している。この薄板部２７がインバータ素子４１の側面に接触し、この薄板部２７内を流れるエアコン冷媒２１とインバータ素子４１との間で熱交換を行う。ここで、この熱交換部２６の薄板部２７は、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１の内側に挿入される。

さらに、第１熱交換部１５Ａにおいて、冷却水１１の流入側の第１冷却水経路１２Ａａは薄板部１６の側面上部１６ａに接続され、冷却水１１の流出側の第１冷却水経路１２Ａｂは、薄板部１６の側面下部１６ｂに接続されている。また、熱交換部２６において、エアコン冷媒２１の流入側の第３エアコン冷媒経路２２Ｃａは薄板部２７の側面下部２７ａに接続され、エアコン冷媒２１の流出側の第３エアコン冷媒経路２２Ｃｂは薄板部２７の側面上部２７ｂに接続されている。

[インバータ冷却処理]
図４は、実施例１のインバータ冷却装置によるインバータ冷却処理の流れを示すフローチャートである。

次に、図４に示すフローチャートで、実施例１の冷却コントローラ３０にて実行されるインバータ冷却処理の流れを説明する。

ステップＳ１では、車室Ｒ内の空調要求（エアコン要求）があるか否かを判断し、YES（要求あり）の場合はステップＳ２へ移行し、NO（要求なし）場合はステップＳ３へ移行する。

ステップＳ２では、ステップＳ１でのエアコン要求ありとの判断に続き、電動コンプレッサ２３をON制御し、ステップＳ13へ移行する。
ここで、電動コンプレッサ２３がON制御されることで、エアコン冷媒経路２２内をエアコン冷媒２１が循環する。

ステップＳ３では、ステップＳ１でのエアコン要求なしとの判断に続き、インバータ温度センサ３１によりインバータ素子４１の温度（以下、素子温度T_INVという）を検出し、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1（第１閾値）を上回ったか否かを判断し、YES（Cr1＞T_INV）の場合はステップＳ６へ移行し、NO（Cr1≦T_INV）の場合はステップＳ５へ移行する。
ここで、水冷却開始クライテリアCr1は、インバータ素子４１が耐えられる耐熱上限温度よりも低い温度であって、任意の温度に設定される。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのCr1≦T_INVとの判断に続き、電動ウォーターポンプ１３をOFF制御し、ステップＳ３へ戻る。
ここで、電動ウォーターポンプ１３がOFF制御されることで、冷却水経路１２内の冷却水１１の循環が停止する。

ステップＳ６では、ステップＳ４でのCr1＞T_INVとの判断に続き、電動ウォーターポンプ１３をON制御し、ステップＳ７へ移行する。
ここで、電動ウォーターポンプ１３がON制御されることで、冷却水経路１２内を冷却水１１が循環する。

ステップＳ７では、ステップＳ６での電動ウォーターポンプ１３のON制御に続き、インバータ温度センサ３１により素子温度T_INVを検出し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ７で検出した素子温度T_INVがエアコン冷却開始クライテリアCr2（第２閾値）を上回ったか否かを判断し、YES（Cr2＞T_INV）の場合はステップＳ９へ移行し、NO（Cr2≦T_INV）の場合はステップＳ３へ戻る。
ここで、エアコン冷却開始クライテリアCr2は、インバータ素子４１が耐えられる耐熱上限温度よりも低い温度であって、水冷却開始クライテリアCr1よりも高い温度の範囲で、任意の温度に設定される。

ステップＳ９では、ステップＳ８でのCr2＞T_INVとの判断に続き、電動コンプレッサ２３をON制御し、ステップＳ10へ移行する。
ここで、電動コンプレッサ２３がON制御されることで、エアコン冷媒経路２２内をエアコン冷媒２１が循環する。

ステップＳ10では、ステップＳ９での電動コンプレッサ２３のON制御に続き、インバータ温度センサ３１により素子温度T_INVを検出し、ステップＳ11へ移行する。

ステップＳ11では、ステップＳ10で検出した素子温度T_INVがエアコン冷却開始クライテリアCr2を上回ったか否かを判断し、YES（Cr2＞T_INV）の場合はステップＳ１３へ移行し、NO（Cr2≦T_INV）の場合はステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ12では、ステップＳ11でのCr2≦T_INVとの判断に続き、電動コンプレッサ２３をOFF制御し、ステップＳ３へ戻る。
ここで、電動コンプレッサ２３がOFF制御されることで、エアコン冷媒経路２２内のエアコン冷媒２１の循環が停止する。

ステップＳ１３では、ステップＳ12でのCr2＞T_INVとの判断に続き、イグニッションキーがOFF制御されたか否かを判断し、YES（イグニションOFF）の場合はステップＳ14へ移行し、NO（イグニッションON）の場合はステップＳ１へ戻る。

ステップＳ14では、ステップＳ13でのイグニッションOFFとの判断に続き、電動ウォーターポンプ１３及び電動コンプレッサ２３を共にOFF制御し、エンドへ移行してインバータ冷却処理を終了する。

次に、実施例１のインバータ冷却装置における作用を、[インバータ冷却作用]、[均等冷却作用]に分けて説明する。

[インバータ冷却作用]
図５は、実施例１のインバータ冷却装置おけるインバータ冷却作用を示すタイムチャートである。
実施例１の電気自動車２において電動モータ３を駆動して走行するには、バッテリ５から出力される直流電力をインバータ４により三相交流に変換する。そして、インバータ４から三相交流に変換された電力を電動モータ３へと出力し、電動モータ３を駆動する。

このとき、インバータ４のインバータ素子４１の温度（素子温度T_INV）は次第に上昇し、この素子温度T_INVが耐熱上限温度を超えてしまうと、インバータ４に不具合が発生することがある。そこで、実施例１のインバータ冷却装置１によりインバータ素子４１を冷却し、素子温度T_INVの上昇を抑制する必要がある。

実施例１のインバータ冷却装置１においてインバータ４を冷却するには、まず、図４に示すフローチャートでステップＳ１へと進み、車室Ｒ内の空調要求（エアコン要求）があるか否かを判断し、空調要求がなければステップＳ２へと進んで素子温度T_INVを検出する。そして、この素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1以下であれば、ステップＳ３→ステップＳ５へと進んで電動ウォーターポンプ１３をOFF制御のままとする。

図５のタイムチャートに示すように、時刻t1において、素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1を上回ると、ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６へと進み、電動ウォーターポンプ１３をON制御する。これにより、電動ウォーターポンプ１３がOFF制御からON制御へと切り替わり、冷却水経路１２内で冷却水１１が循環を開始する。
この冷却水１１の循環により、冷却水１１はラジエータ１４において空冷されて低温になり、第１熱交換部１５Ａにおいて、この空冷された冷却水１１とインバータ４との間で熱交換が行われ、冷却水１１にインバータ４の熱が移動してインバータ４が冷却される。
なお、第１熱交換部１５Ａにおいてインバータ４と熱交換された冷却水１１は、冷却水１１の流出側の第１冷却水経路１２Ａｂを通り、第２熱交換部１５Ｂにて電動モータ３と熱交換して電動モータ３を冷却する。

その後、素子温度T_INVがエアコン冷却開始クライテリアCr2を上回るまでは、ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ３へと進み、強電系冷却サーキット１０によるインバータ４の冷却が実行される。

そして、時刻t2において、素子温度T_INVがエアコン冷却開始クライテリアCr2を上回ると、ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９へと進み、電動コンプレッサ２３をON制御する。これにより、電動コンプレッサ２３がOFF制御からON制御へと切り替わり、冷却水経路１２内での冷却水１１の循環に加え、エアコン冷媒経路２２内でエアコン冷媒２１が循環を開始する。
このエアコン冷媒２１の循環により、熱交換部２６において、エバポレータ２５を通過したエアコン冷媒２１とインバータ４との間で熱交換が行われ、エアコン冷媒２１にインバータ４の熱が移動してインバータ４が冷却される。
すなわち、インバータ４では、冷却水１１及びエアコン冷媒２１と熱交換が行われることとなる。

そして、時刻t3において、素子温度T_INVがエアコン冷却開始クライテリアCr2以下になると、ステップＳ10→ステップＳ11→ステップＳ12→ステップＳ３へと進み、電動コンプレッサ２３をOFF制御する。これにより、電動コンプレッサ２３がON制御からOFF制御へと切り替わり、エアコン冷媒経路２２内でのエアコン冷媒２１の循環が停止する。なお、このとき、電動ウォーターポンプ１３はON制御されたままなので、冷却水１１との間の熱交換によるインバータ４の冷却は実行され続ける。

さらに、時刻t4において、素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1以下になると、ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、電動ウォーターポンプ１３をOFF制御する。これにより、電動ウォーターポンプ１３がON制御からOFF制御へと切り替わり、冷却水経路１２内での冷却水１１の循環が停止する。

このように、実施例１のインバータ冷却装置１では、インバータ４の冷却に冷却水１１とエアコン冷媒２１の両方を用いる。これにより、外気温が高く、ラジエータ１４における空冷によって冷却水１１の温度を十分に下げることができず、冷却水１１による冷却効果が小さいときであっても、エアコン冷媒２１による冷却効果でインバータ４の冷却を十分に行うことができる。すなわち、外気温に拘らず十分なインバータ４の冷却効果を確保することができる。そして、耐熱条件化においてもインバータ素子４１の温度上昇が抑えられ、電動モータ３の出力を向上することができる。

また、実施例１のインバータ制御装置１では、素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1を超えると、電動ウォーターポンプ１３をON制御して冷却水経路１２に冷却水１１を循環させる。そして、素子温度T_INVが水冷却開始クライテリアCr1よりも高い値に設定されたエアコン冷却開始クライテリアCr2を超えると、電動コンプレッサ２３をON制御してエアコン冷媒経路２２にエアコン冷媒２１を循環させる。
これにより、電動コンプレッサ２３の稼働条件が制限され、素子温度T_INVがより高くなったときにのみ電動コンプレッサ２３をON制御して、エアコン冷媒２１によるインバータ冷却を行う。そのため、消費電力の抑制を図ることができる。

[均等冷却作用]
図６は、冷却水とエアコン冷媒のインバータ内での循環方向を示す説明図であり、(a)は冷却水を示し、(b)はエアコン冷媒を示す。図７は、冷却水経路に設けた第１熱交換器における冷却水の流れ方向を示す説明図である。

実施例１のインバータ冷却装置１では、複数のインバータ素子４１が厚み方向に沿って配列されている。そして、この厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１間に、第１冷却水経路１２Ａの第１熱交換部１５Ａと、第３エアコン冷媒経路２２Ｃの熱交換部２６とが、交互に配設されている。

これにより、冷却水１１によるインバータ４の冷却効果と、エアコン冷媒２１によるインバータ４の冷却効果を均一にさせることができ、冷却むらの発生を抑制することができる。
つまり、図６(a)に示すように、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１の側面のうち、第１熱交換部１５Ａの薄板部１６に接した面が冷却水１１によって冷却される。一方、図６(b)に示すように、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１の側面のうち、熱交換部２３の薄板部２７に接した面がエアコン冷媒２１によって冷却される。
そのため、インバータ４の冷却は、複数のインバータ素子４１の全体を分散して行うことができ、複数のインバータ素子４１の全体を均等に冷却することができる。

さらに、実施例１のインバータ冷却装置１では、冷却水経路１２が、厚み方向に沿って配列された複数のインバータ素子４１の間に加え、複数のインバータ素子４１のうち両端に位置するインバータ素子４１Ａ,４１Ｂ（図３Ａ参照）のそれぞれの外側に配設されている。
そのため、冷却水１１による冷却面積の拡大を図ることができ、冷却水１１による冷却能力を増大させることができる。

そして、実施例１のインバータ冷却装置１では、第１熱交換部１５Ａにおいて、冷却水１１の流入側の第１冷却水経路１２Ａａは薄板部１６の側面上部１６ａに接続され、冷却水１１の流出側の第１冷却水経路１２Ａｂは、薄板部１６の側面下部１６ｂに接続されている。

これにより、図７に示すように、薄板部１６内において冷却水１１の流れが分散し、薄板部１６の全体の温度が均等になる。このため、この薄板部１６に接触するインバータ素子４１の側面全体で均等に熱交換が行われ、インバータ素子４１の全体を均等に冷却することができる。

なお、図７には第１熱交換部１５Ａのみ示しているが、エアコン冷媒経路２２に設けた熱交換部２６においても同様である。エアコン冷媒２１の流入側の第３エアコン冷媒経路２２Ｃａが薄板部２７の側面下部２７ａに接続され、エアコン冷媒２１の流出側の第３エアコン冷媒経路２２Ｃｂが薄板部２７の側面上部２７ｂに接続されているため、薄板部２７内においてエアコン冷媒２１の流れが分散される。

次に、効果を説明する。
実施例１のインバータ冷却装置にあっては、下記に挙げる効果を得ることができる。

(1) 複数のインバータ素子４１を有し、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータ４と、
空調用冷媒（エアコン冷媒）２１を循環させて車室Ｒ内空調を行う空調システム６と、
前記空調用冷媒２１が循環する空調冷媒経路（エアコン冷媒経路）２２と、空冷される冷却水１１が循環する冷却水経路１２と、を前記インバータ４内に設け、前記空調用冷媒２１の循環と前記冷却水１１の循環とで前記インバータ素子４１を冷却するインバータ冷却手段（インバータ冷却装置）１と、
を備えた構成とした。
このため、外気温に拘らず十分なインバータの冷却効果を確保することができる。

(2) 前記インバータ素子４１の温度を検出する素子温度検出手段（インバータ温度センサ）３１を備え、
前記インバータ冷却手段１は、前記素子温度検出手段３１の検出温度が第１閾値（水冷却開始クライテリア）Cr1を超えると、前記冷却水経路１２に前記冷却水１１を循環させ、前記素子温度検出手段３１の検出温度が前記第１閾値Cr1よりも高い値に設定された第２閾値（エアコン冷却開始クライテリア）Cr2を超えると、前記空調冷媒経路２２に前記空調用冷媒２１を循環させる冷却制御手段（冷却コントローラ）３０を有する構成とした。
このため、空調用冷媒２１を循環させる電動コンプレッサ２３の稼働条件が制限され、消費電力の抑制を図ることができる。

(3) 複数の前記インバータ素子４１は、所定の方向（厚み方向）に沿って配列され、
前記インバータ冷却手段１は、前記冷却水経路１２と前記空調冷媒経路２２を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子４１間に交互に配設する構成とした。
このため、インバータ４の冷却は、複数のインバータ素子４１の全体を分散して行うことができ、複数のインバータ素子４１の全体を均等に冷却することができる。

(4) 前記インバータ冷却手段１は、前記冷却水経路１２を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子４１の間、及び、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子４１のうち両端に位置するインバータ素子４１Ａ,４１Ｂのそれぞれの外側に配設し、
前記空調冷媒経路２２を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子４１の間に配設する構成とした。
このため、冷却水１１による冷却面積の拡大を図ることができ、冷却水１１による冷却能力を増大させることができる。

以上、本発明のインバータ冷却装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１のインバータ４では、複数のインバータ素子４１を幅方向に沿って二列に並べると共に、厚み方向に沿って積層するように配列している。しかしながら、複数のインバータ素子４１の配列状態はこれに限らない。
例えば、図８に示すように、複数のインバータ素子４１を幅方向に沿って二列に並べると共に、同一平面状に平置きした状態に並べてもよい。この場合、各インバータ素子４１の上側面を冷却水経路１２に設けた第１熱交換部１５Ａで覆う。また、各インバータ素子４１の下側面をエアコン冷媒経路２２に設けた熱交換部２６で覆う。

また、このとき、インバータ４内において、冷却水経路１２の第１熱交換部１５Ａを流れる冷却水１１の流れ方向（図８(b)において実線で示す）と、空調冷媒経路２２の熱交換部２６を流れるエアコン冷媒２１の流れ方向（図８(b)において破線で示す）とを、逆方向に設定する。これにより、複数のインバータ素子４１の全体を均等に冷却することができる。

すなわち、第１熱交換部１５Ａに流れ込んだ冷却水１１は、流入側の第１冷却水経路１２Ａａから流出側の第１冷却水経路１２Ａｂに流れる間にインバータ４と熱交換を行う。このため、流入側の第１冷却水経路１２Ａａから流出側の第１冷却水経路１２Ａｂ向かうにつれ、次第に冷却水１１の温度は上昇する。これにより、上流側（流入側の第１冷却水経路１２Ａａ側）よりも下流側（流出側の第１冷却水経路１２Ａｂ側）の方が冷却効果が低く、第１熱交換部１５Ａ内で温度分布にむらができてしまう。

一方、熱交換部２６に流れ込んだエアコン冷媒２１においても同様である。熱交換部２６の入口側から出口側に向かうにつれ、エアコン冷媒２１の温度が次第に上昇し、熱交換部２６内で温度分布にむらができてしまう。

ここで、第１熱交換部１５Ａを流れる冷却水１１の流れ方向と、空調冷媒経路２２の熱交換部２６を流れるエアコン冷媒２１の流れ方向とを、逆方向に設定することで、冷却水１１の上流側がエアコン冷媒２１の下流側に対向し、冷却水１１の下流側がエアコン冷媒２１の上流側に対向する。そのため、冷却効果を冷媒の流れ方向に拘らず均一に近づけることができるので、第１熱交換部１５Ａ及び熱交換部２６における温度分布のむらが抑制でき、複数のインバータ素子４１の全体を均等に冷却することができる。

なお、図３に示す実施例１のインバータ冷却装置１においても、インバータ４内での冷却水１１の流れ方向とエアコン冷媒２１の流れ方向を、逆方向に設定してもよい。

また、実施例１のインバータ冷却装置１は、電気自動車２に搭載された駆動用の電動モータ３に電圧を出力する車載インバータ４を冷却するものであるが、これに限らない。無停電電源装置や電磁調理機等の高周波発生装置に電圧を出力するインバータを冷却するものであってもよい。
さらに、空調システム６は、実施例１に示すような車両用空調システムに限らず、空調用冷媒を循環させて室内空調を行う、いわゆる冷凍サイクルを有する空調システムであれば本発明に適用することができる。

そして、冷却水１１及びエアコン冷媒２１に使用される物質は、上述のものに限らず、適宜最適なものを採用することができる。

１ インバータ冷却装置
３ 電動モータ
４ インバータ
４１ インバータ素子
６ 空調システム
１０ 強電系冷却サーキット
１１ 冷却水
１２ 冷却水経路
１２Ａ 第１冷却水経路
１２Ｂ 第２冷却水経路
１３ 電動ウォーターポンプ
１４ ラジエータ
１５Ａ 第１熱交換部
１６ 薄板部
２０ エアコン冷媒サーキット
２１ エアコン冷媒（空調用冷媒）
２２ エアコン冷媒経路（空調用冷媒経路）
２２Ａ 第１エアコン冷媒経路
２２Ｂ 第２エアコン冷媒経路
２２Ｃ 第３エアコン冷媒経路
２３ 電動コンプレッサ
２４ コンデンサ
２５ エバポレータ
２６ 熱交換部
２７ 薄板部
３０ 冷却コントローラ（冷却制御手段）
３１ インバータ温度センサ（素子温度検出手段）

Claims (5)

1. 複数のインバータ素子を有し、直流電力と交流電力を相互に交換するインバータと、
   空調用冷媒を循環させて室内空調を行う空調システムと、
   前記空調用冷媒が循環する空調冷媒経路と、空冷される冷却水が循環する冷却水経路と、を前記インバータ内に設け、前記空調用冷媒の循環と前記冷却水の循環を循環させることで前記インバータ素子を冷却するインバータ冷却手段と、
   を備えたことを特徴とするインバータ冷却装置。
2. 請求項１に記載されたインバータ冷却装置において、
   前記インバータ素子の温度を検出する素子温度検出手段を備え、
   前記インバータ冷却手段は、前記素子温度検出手段の検出温度が第１閾値を超えると、前記冷却水経路に前記冷却水を循環させ、前記素子温度検出手段の検出温度が前記第１閾値よりも高い値に設定された第２閾値を超えると、前記空調冷媒経路に前記空調用冷媒を循環させる冷却制御手段を有することを特徴とするインバータ冷却装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載されたインバータ冷却装置において、
   複数の前記インバータ素子は、所定の方向に沿って配列され、
   前記インバータ冷却手段は、前記冷却水経路と前記空調冷媒経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子間に交互に配設することを特徴とするインバータ冷却装置。
4. 請求項３に記載されたインバータ冷却装置において、
   前記インバータ冷却手段は、前記冷却水経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子の間、及び、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子のうち両端に位置するインバータ素子のそれぞれの外側に配設し、
   前記空調冷媒経路を、所定の方向に沿って配列された複数の前記インバータ素子の間に配設することを特徴とするインバータ冷却装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されたインバータ冷却装置において、
   前記インバータ冷却手段は、前記インバータ内において、前記冷却水経路を流れる前記冷却水の流れ方向と、前記空調冷媒経路を流れる前記空調用冷媒の流れ方向とを、逆方向に設定することを特徴とするインバータ冷却装置。