JP2013256983A - 車両用インバータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの低減を図ることのできる車両用インバータの冷却構造を得る。
【解決手段】車両は、車両用インバータ５０により駆動されるモータ７０を駆動源として有している。また、車両は、トランスミッション６０を備えている。そして、車両用インバータ５０の発熱部品５１，５２，５３をトランスミッション６０の潤滑に用いられるトランスミッションオイル９０に油没させることで、車両用インバータ５０を冷却するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用インバータの冷却構造に関する。

従来より、内燃機関による発電機を介してインバータで駆動されるようにした車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の車両では、数１００Ａｒｍｓの桁に相当する大電流をインバータ内部に流すのが一般的であり、強制的にインバータの冷却を行う必要がある。

そして、上述の特許文献１では、インバータ内部の各電機部品の許容温度に応じた冷却回路を設けることでインバータの冷却効率の向上を図っている。

特開昭６１−２８４９４４号公報

しかしながら、上記従来技術では、インバータ内部の各電機部品の許容温度に応じて別個の冷却回路を設けた分、コストが増加してしまう。

そこで、本発明は、コストの低減を図ることのできる車両用インバータの冷却構造を得ることを目的とする。

本発明は、車両用インバータにより駆動されるモータを駆動源として有する車両における前記車両用インバータを冷却する車両用インバータの冷却構造である。そして、前記車両は、トランスミッションを備えており、前記車両用インバータの発熱部品を前記トランスミッションの潤滑に用いられるトランスミッションオイルに油没させたことを特徴としている。

本発明によれば、トランスミッションの潤滑に用いられるトランスミッションオイルを車両用インバータの発熱部品の冷却媒体として利用している。そして、トランスミッションオイルに車両用インバータの発熱部品を油没させることで、車両用インバータの発熱部品の冷却を行っている。そのため、車両用インバータの発熱部品の冷却のために、新たな冷却媒体を用いる必要がなくなるとともに、新たな冷却回路を設ける必要がなくなる。その結果、コストの低減を図ることのできる車両用インバータの冷却構造を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる車両用インバータの冷却回路を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態にかかる車両用インバータの配置状態を模式的に示す断面図である。 複数の冷却方法による車両用インバータの温度変化を比較して示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。以下では、車両として内燃機関及びモータの少なくとも一方の出力で車両の駆動力を発生させて走行することが可能なハイブリッド車両を例示する。

本実施形態にかかるハイブリッド車両（車両）は、内燃機関（図示せず）と、インバータ（車両用インバータ）５０により駆動されるモータ７０と、を駆動源として有している。そして、ハイブリッド車両（車両）は、内燃機関（図示せず）とモータ７０のうち少なくとも一方の出力で駆動力を発生させて走行することができるようになっている。

また、本実施形態では、ハイブリッド車両（車両）は、動力を伝達するギアトレイン６１を有するトランスミッション６０を備えている。

そして、トランスミッション６０内のギアトレイン６１を潤滑するためにトランスミッションオイル９０が用いられている。

本実施形態では、トランスミッションオイル９０は、トランスミッションオイル冷却回路１０内を循環しており、冷却されたトランスミッションオイル９０をトランスミッション６０内に導入することで、ギアトレイン６１を潤滑している。

トランスミッションオイル冷却回路１０は、図１に示すように、トランスミッションオイル９０を貯留する貯留部８０を備えており、貯留部８０に貯留したトランスミッションオイル９０をポンプ２０によって汲み上げることで循環させている。そして、ポンプ２０によって汲み上げられたトランスミッションオイル９０は、フィルタ３０を通過することで、トランスミッションオイル９０内の塵等が除去される。そして、塵等が除去されたトランスミッションオイル９０は、クーラー４０を通過することで熱交換が行われて冷却される。そして、冷却されたトランスミッションオイル９０がトランスミッション６０内に導入されてギアトレイン６１の潤滑化が行われる。その後、ギアトレイン６１を潤滑したトランスミッションオイル９０は、貯留部８０に貯留される。なお、貯留部８０は、トランスミッション６０の外部に設けてもよいし、トランスミッション６０の内部に設けてもよい。

一方、インバータ（車両用インバータ）５０は、大容量コンデンサ５２およびパワーモジュール５３を備えている。

本実施形態では、大容量コンデンサ５２およびパワーモジュール５３を実装した電子基板５１をインバータ（車両用インバータ）５０のハウジング５０ａ内に設けることで、インバータ（車両用インバータ）５０を構成している。

この大容量コンデンサ５２やパワーモジュール５３には、数１００Ａｒｍｓの桁に相当する大電流が流れるようになっている。そして、大容量コンデンサ５２やパワーモジュール５３に大電流を流した際には、大容量コンデンサ５２やパワーモジュール５３、これらを実装した電子基板５１が発熱することになる。すなわち、本実施形態では、大容量コンデンサ５２、パワーモジュール５３、電子基板５１がインバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品に相当している。

このように、大電流を流すことで発熱する発熱部品は、強制的に冷却させる必要がある。

ここで、本実施形態では、トランスミッション６０のギアトレイン６１の潤滑に用いられるトランスミッションオイル９０をインバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品の冷却媒体として利用するようにした。

具体的には、インバータ（車両用インバータ）５０をトランスミッションオイル冷却回路１０に配置し、回路内を循環するトランスミッションオイル９０によって、発熱部品を冷却させるようにした。

本実施形態では、図２に示すように、インバータ（車両用インバータ）５０を、トランスミッションオイル冷却回路１０のクーラー４０の下流側、かつ、トランスミッション６０の上流側に配置した。そして、インバータ（車両用インバータ）５０のハウジング５０ａに、ハウジング５０ａ内部に連通する連通孔５４を形成し、当該連通孔５４からトランスミッションオイル９０をハウジング５０ａ内部に導入するようにした。

このとき、図２に示すように、インバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品、すなわち、大容量コンデンサ５２、パワーモジュール５３および電子基板５１の全体がトランスミッションオイル９０に完全に油没するようにしている。

すなわち、トランスミッションオイル９０がトランスミッションオイル冷却回路１０内を循環している状態および循環していない状態のいずれの状態においても、インバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品が常時油没しているようにしている。このように、発熱部品が全方位オイルで満たされている油没状態となるようにすることで、発熱部品の冷却を行っている。

また、本実施形態では、図２に示すように、ハウジング５０ａ内部に略Ｌ字状のリブ５０ｂを設け、当該リブ５０ｂ上に電子基板５１を載置している。このように、略Ｌ字状のリブ５０ｂ上に電子基板５１を載置することで、電子基板５１の裏面側もトランスミッションオイル９０によって冷却させることができ、発熱部品の冷却効率をより高めることができる。さらに、リブ５０ｂに連通孔５０ｃを設けることで、電子基板５１の裏面側のトランスミッションオイル９０が滞留してしまうのを抑制し、発熱部品の冷却効率をさらに高めることができるようにしている。

また、本実施形態では、トランスミッションオイル冷却回路１０にモータ７０を配置し、トランスミッションオイル９０をインバータ（車両用インバータ）５０、モータ７０、ギアトレイン６１の順に循環させるようにした。

具体的には、モータ７０をトランスミッション６０の内部に配置し、インバータ（車両用インバータ）５０の内部を通過したトランスミッションオイル９０がモータ７０を経由してギアトレイン６１に導入されるようにした。

そして、インバータ（車両用インバータ）５０をトランスミッション６０の上部に配置させた。

本実施形態では、図２に示すように、インバータ（車両用インバータ）５０のハウジング５０ａに、トランスミッション６０のハウジング６０ａに形成された段差部６０ｃに対応する段差部５０ｅを形成している。そして、段差部５０ｅが段差部６０ｃに重なるように、インバータ（車両用インバータ）５０をトランスミッション６０の上部に配置させている。また、インバータ（車両用インバータ）５０のハウジング５０ａに形成された連通孔５０ｄと、段差部６０ｃの下段に形成された連通孔６０ｂと、を連通させている。このように、連通孔５０ｄと連通孔６０ｂとを連通させることで、ハウジング５０ａ内のトランスミッションオイル９０をトランスミッション６０のハウジング６０ａ内に導入できるようにしている。なお、本実施形態では、段差部６０ｃの下段において連通孔５０ｄと連通孔６０ｂとを連通させている。そのため、連通孔５０ｄおよび連通孔６０ｂの形成部分におけるトランスミッションオイル９０の圧力をより高くすることができ、よりスムースにトランスミッションオイル９０をトランスミッション６０のハウジング６０ａ内に導入できるようになる。

以上説明したように、本実施形態では、トランスミッション６０の潤滑に用いられるトランスミッションオイル９０をインバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品の冷却媒体として利用している。すなわち、大容量コンデンサ５２、パワーモジュール５３および電子基板５１をトランスミッションオイル９０によって冷却させるようにした。

具体的には、トランスミッションオイル冷却回路１０にインバータ（車両用インバータ）５０を配置し、冷却させたトランスミッションオイル９０によって発熱部品の冷却を行うようにした。

さらに、トランスミッションオイル９０にインバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品を油没させることで、インバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品の冷却を行っている。

そのため、インバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品の冷却のために、新たな冷却媒体を用いる必要がなくなるとともに、新たな冷却回路を設ける必要がなくなる。すなわち、既存のトランスミッション６０の潤滑に用いられるトランスミッションオイル９０をインバータ（車両用インバータ）５０の発熱部品の冷却に使用することで、より安価なインバータ（車両用インバータ）５０の冷却構造を得ることができる。

ところで、インバータ（車両用インバータ）５０の冷却方法としては、上述した、発熱部品をトランスミッションオイル９０に油没させる方法以外に、例えば、間接冷却水による冷却方法や冷却水に水没させて冷却する方法などがある。

図３に示すように、上記いずれの方法を用いても、要素部品（本実施形態では、発熱部品）を熱限界温度（図３のａ）以下に維持することができる。なお、トランスミッションオイル９０を用いて間接的に発熱部品を冷却する方法の場合、冷却水より熱容量が１／３しかないオイルを用いるため発熱部品を冷却しきれず、要素部品（発熱部品）を熱限界温度以下に維持することができない。

ここで、図３をみると、間接冷却水による冷却では、要素部品（発熱部品）の温度変化の差（ΔＴ）が比較的大きくなっている（図３のｂ参照）。このように、温度変化の差ΔＴが大きくなると、要素部品（発熱部品）の熱劣化が早まってしまい、要素部品（発熱部品）の寿命が短くなってしまう。

一方、本実施形態で示した、要素部品（発熱部品）をトランスミッションオイル９０に油没させる方法では、要素部品（発熱部品）の温度変化の差（ΔＴ）が比較的小さくなっている（図３のｃ参照）。したがって、要素部品（発熱部品）の熱劣化を抑制することができ、要素部品（発熱部品）の長寿命化を図ることができる。

また、冷却水に要素部品（発熱部品）を水没させて冷却する方法の場合、要素部品（発熱部品）の温度変化の差（ΔＴ）が比較的小さくなっている上、要素部品（発熱部品）の温度をより低い状態で維持することができる（図３のｄ参照）。しかしながら、要素部品（発熱部品）を冷却水に水没させるためには、要素部品（発熱部品）の絶縁性を確保する必要があり、コストが増大してしまう。この点、要素部品（発熱部品）をトランスミッションオイル９０に油没させる方法では、要素部品（発熱部品）の絶縁性を確保する必要がない。したがって、要素部品（発熱部品）の冷却を行うことができる上、要素部品（発熱部品）の長寿命化を図ることができる構成をより安価に得ることができるという利点がある。

また、本実施形態によれば、トランスミッションオイル冷却回路１０にモータ７０を配置し、当該モータ７０をインバータ（車両用インバータ）５０の下流側に配置した。

すなわち、インバータ（車両用インバータ）５０の内部で、大容量コンデンサ５２、パワーモジュール５３の冷却に使ったトランスミッションオイル９０を、次にモータ７０の冷却に使い、最後にトランスミッション６０のギアトレイン６１の潤滑と冷却に使用する構成とした。その結果、ハイブリットシステム全体の冷却媒体をトランスミッションオイル９０だけに限定することができる。さらに、トランスミッション６０の近傍においてインバータ（車両用インバータ）５０やモータ７０の冷却回路を構成することができるため、冷却回路の構成の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、トランスミッション６０の内部にモータ７０を配置するとともに、トランスミッション６０の上部にインバータ（車両用インバータ）５０を配置している。

その結果、インバータ（車両用インバータ）５０の冷却に使ったトランスミッションオイル９０をモータ７０の冷却用として循環させるための循環回路を短くすることができる。したがって、インバータ（車両用インバータ）５０やモータ７０の冷却システムを含めたトランスミッションオイル冷却回路１０をよりコンパクトにすることができる。

以上、本発明にかかる車両用インバータの冷却構造について、上記実施形態を例にして説明したが、本発明は、上記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

例えば、上記実施形態では、車両としてハイブリッド車両を例示した。しかしながら、本発明は、ハイブリッド車両に限らず、車両用インバータおよびトランスミッションを備える車両であれば、本発明を適用することができる。

また、トランスミッションや車両用インバータ、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

１０ トランスミッションオイル冷却回路
５０ インバータ（車両用インバータ）
５１ 電子基板（発熱部品）
５２ 大容量コンデンサ（発熱部品）
５３ パワーモジュール（発熱部品）
６０ トランスミッション
７０ モータ
９０ トランスミッションオイル

Claims (4)

1. 車両用インバータにより駆動されるモータを駆動源として有する車両における前記車両用インバータを冷却する車両用インバータの冷却構造であって、
   前記車両は、トランスミッションを備えており、
   前記車両用インバータの発熱部品を前記トランスミッションの潤滑に用いられるトランスミッションオイルに油没させたことを特徴とする車両用インバータの冷却構造。
2. 前記トランスミッションオイルは、当該トランスミッションオイルを冷却するためのトランスミッションオイル冷却回路内を循環しており、
   前記トランスミッションオイル冷却回路に前記車両用インバータを配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用インバータの冷却構造。
3. 前記トランスミッションオイル冷却回路に前記モータを配置し、当該モータを前記車両用インバータの下流側に配置したことを特徴とする請求項２に記載の車両用インバータの冷却構造。
4. 前記モータを前記トランスミッションの内部に配置するとともに、前記車両用インバータを前記トランスミッションの上部に配置したことを特徴とする請求項３に記載の車両用インバータの冷却構造。

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