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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-10
(45)【発行日】2022-06-20
(54)【発明の名称】車両用インバータの冷却構造
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20220613BHJP
B60K 11/02 20060101ALI20220613BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20220613BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20220613BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20220613BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 Z
B60K11/02 ZHV
H05K7/20 R
F28D15/02 A
F28D15/02 M
H01L23/46 B
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018111602
(22)【出願日】2018-06-12
(65)【公開番号】P2019216516
(43)【公開日】2019-12-19
【審査請求日】2021-04-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】米盛 敬
(72)【発明者】
【氏名】任田 功
(72)【発明者】
【氏名】平野 晴洋
(72)【発明者】
【氏名】佐内 英樹
(72)【発明者】
【氏名】田中 洋
(72)【発明者】
【氏名】甲原 靖裕
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１５６３７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０９３４６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－００５３８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｂ６０Ｋ １１／０２
Ｈ０５Ｋ ７／２０
Ｆ２８Ｄ １５／０２
Ｈ０１Ｌ ２３／４２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の半導体素子を有するパワーモジュールと、このパワーモジュールを制御する基板状の制御部と、前記パワーモジュールと制御部を電気的に接続する接続手段とを備えた車両用インバータの冷却構造において、前記パワーモジュールを浸漬する下部の液相の作動流体が潜熱吸収後気化して上方移動すると共に上部凝縮部にて気相流体が潜熱を放出して再び液相流体に変移して降下することによりヒートパイプの熱サイクルを実行する収容器を設け、
前記制御部は、前記収容器内において、車両静止状態の気液界面内であって、前記パワーモジュール上方を部分的に覆うことにより前記パワーモジュールから上方の気液界面に到達する経路が前記制御部に規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、
前記制御部と前記パワーモジュールが上下方向にハードワイヤで電気的に接続されたことを特徴とする車両用インバータの冷却構造。
【請求項2】
前記収容器の頂部から上方に突出すると共に内部が中空状に形成された複数の熱交換部を設け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。
【請求項3】
前記収容器の内部に前記収容器の底面部から気液界面までの経路を規制して蛇行通路をなす複数のバッフル部材を設け、前記複数のバッフル部材は、長手方向寸法が前記収容器の長手方向寸法と略同等で且つ長手直交方向が前記収容器の長手直交方向よりも短い板状部材によって形成され、
前記パワーモジュールを前記収容器の底部に固定すると共に前記制御部を前記複数のバッフル部材のうち最下部のバッフル部材に配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用インバータの冷却構造。
【請求項4】
前記少なくとも１つのバッフル部材に前記作動流体の蒸気を排出するための開口が設けられ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。
【請求項5】
前記収容器が、左右１対のサスペンション支持部間を連結する閉断面状のクロスメンバ内に設置されたことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の車両用インバータの冷却構造。
【請求項6】
前記収容器の頂部から上方に突出すると共に内部が中空状に形成された複数の熱交換部を設け、
前記クロスメンバ内の前記収容器の上方であって前記熱交換部が存在する空間に接続される、空気排出用の排出手段と、空気導入用の導入開口とを設けたことを特徴とする請求項５に記載の車両用インバータの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用インバータの冷却構造に関し、特にヒートパイプの熱サイクルを用いて冷却を行う車両用インバータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、直流電源バッテリの電圧を昇圧した後に交流に変換してモータに供給し、また、モータが発電した交流電流を直流電流に変換した後にその電圧を降圧して直流電源バッテリに供給するインバータ（電力変換装置）は知られている。
このようなインバータは、複数の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）を有するパワーモジュールと、制御用電源部やゲート駆動回路等を有する制御部等から構成され、これらを電気的に接続してセラミック等の絶縁基板上に組み込んだ状態で用いられている。
このようなインバータは、複数の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）を有するパワーモジュールと、制御用電源部やゲート駆動回路等を有する制御部等から構成され、これらを電気的に接続してセラミック等の絶縁基板上に組み込んだ状態で用いられている。
【0003】
ハイブリッド自動車や電気自動車等の大型の電力制御装置に用いられるインバータは、高電圧、大電流が通電され、電流密度増加に伴って熱密度が増大することから、放熱性を向上するための冷却機構が必要である。
一般に、インバータの冷却は、絶縁基板の底面を金属製放熱板及び放熱グリスを介してヒートシンクに接触させる片面間接冷却方式、絶縁基板の底面を放熱板を介して直接ヒートシンクに接合する片面直接冷却方式、パワーモジュールの両面に放熱板を設けて両面を直接ヒートシンクに接合する両面直接冷却方式に代表される３つの方式に分類されている。
一般に、インバータの冷却は、絶縁基板の底面を金属製放熱板及び放熱グリスを介してヒートシンクに接触させる片面間接冷却方式、絶縁基板の底面を放熱板を介して直接ヒートシンクに接合する片面直接冷却方式、パワーモジュールの両面に放熱板を設けて両面を直接ヒートシンクに接合する両面直接冷却方式に代表される３つの方式に分類されている。
【0004】
特許文献１の基板実装インバータ装置は、放熱板の一側面部に基板を介してパワーモジュール、制御部及びフィルタコンデンサ等を実装し、放熱板の他側面部にフィン部を形成すると共にこのフィン部を内部に収容したヒートシンクを放熱板と一体的に形成している。
また、半導体素子等の各部品は、絶縁保護を目的としてシリコンゲル等により全体が液密状に被覆されているため、インバータを直接的に冷却媒体内に浸漬する技術も提案されている（特許文献２参照）。
また、半導体素子等の各部品は、絶縁保護を目的としてシリコンゲル等により全体が液密状に被覆されているため、インバータを直接的に冷却媒体内に浸漬する技術も提案されている（特許文献２参照）。
【0005】
近年、冷却機構として、ヒートパイプが注目されている。
ヒートパイプは、蒸発部と凝縮部とを備えた収容器（チャンバー）内に冷却媒体としての作動流体が封入され、作動流体による蒸発・凝縮現象を利用している。
蒸発部において、作動流体が入熱した際、潜熱を吸収し、液相である作動流体（液相流体）が蒸発して凝縮部に移動する。凝縮部において、気相流体が外部との熱交換によって潜熱を放出し、気相流体が凝縮して相変化された液相流体は蒸発部に還流する。
ヒートパイプ内では、潜熱吸収、蒸発移動、潜熱放出、凝縮還流からなる熱サイクルが繰り返されている。
ヒートパイプは、蒸発部と凝縮部とを備えた収容器（チャンバー）内に冷却媒体としての作動流体が封入され、作動流体による蒸発・凝縮現象を利用している。
蒸発部において、作動流体が入熱した際、潜熱を吸収し、液相である作動流体（液相流体）が蒸発して凝縮部に移動する。凝縮部において、気相流体が外部との熱交換によって潜熱を放出し、気相流体が凝縮して相変化された液相流体は蒸発部に還流する。
ヒートパイプ内では、潜熱吸収、蒸発移動、潜熱放出、凝縮還流からなる熱サイクルが繰り返されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００１－２８６１５６号公報
【文献】特開平９－２８３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ヒートパイプは、非フロン系の冷媒を使用することができ、コンパクトで且つ別途動力を必要としない等の利点を有しているため、インバータに対して大きな効果が期待される。
しかし、ヒートパイプを車両用冷却構造に適用した場合、期待される十分な冷却能力を獲得できない虞がある。
前述したように、ヒートパイプの冷却能力は、作動流体の蒸発・凝縮現象に依存しているため、蒸発部に貯留された作動流体が多い場合、体積に比例して熱抵抗が大きくなり、これに伴い、熱輸送機能（伝熱特性）が低下し、ヒートパイプの冷却効率が低下する。
従って、蒸気圧との関係から十分な冷却能力を発揮可能な気液界面の適正高さが存在している。
しかし、ヒートパイプを車両用冷却構造に適用した場合、期待される十分な冷却能力を獲得できない虞がある。
前述したように、ヒートパイプの冷却能力は、作動流体の蒸発・凝縮現象に依存しているため、蒸発部に貯留された作動流体が多い場合、体積に比例して熱抵抗が大きくなり、これに伴い、熱輸送機能（伝熱特性）が低下し、ヒートパイプの冷却効率が低下する。
従って、蒸気圧との関係から十分な冷却能力を発揮可能な気液界面の適正高さが存在している。
【0008】
一方、車両は走行状態に応じて、加減速或いは旋回による慣性力が発生する。
例えば、ステアリング操舵により遠心力（横Ｇ）が生じる場合、気液界面の揺動によってインバータが作動流体から露出する現象、所謂ドライアウトが生じ、熱輸送機能を維持することが機構的に困難になる虞がある。
即ち、ヒートパイプの作動流体内にインバータを浸漬した車両用インバータの冷却構造では、インバータのドライアウトを回避しつつ熱輸送機能を確保することは容易ではない。
例えば、ステアリング操舵により遠心力（横Ｇ）が生じる場合、気液界面の揺動によってインバータが作動流体から露出する現象、所謂ドライアウトが生じ、熱輸送機能を維持することが機構的に困難になる虞がある。
即ち、ヒートパイプの作動流体内にインバータを浸漬した車両用インバータの冷却構造では、インバータのドライアウトを回避しつつ熱輸送機能を確保することは容易ではない。
【0009】
本発明の目的は、作動流体内にインバータを浸漬したヒートパイプにおいて、十分な冷却能力を確保可能な車両用インバータの冷却構造等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項１のインバータの冷却構造は、複数の半導体素子を有するパワーモジュールと、このパワーモジュールを制御する基板状の制御部と、前記パワーモジュールと制御部を電気的に接続する接続手段とを備えた車両用インバータの冷却構造において、前記パワーモジュールを浸漬する下部の液相の作動流体が潜熱吸収後気化して上方移動すると共に上部凝縮部にて気相流体が潜熱を放出して再び液相流体に変移して降下することによりヒートパイプの熱サイクルを実行する収容器を設け、前記制御部は、前記収容器内において、車両静止状態の気液界面内であって、前記パワーモジュール上方を部分的に覆うことにより前記パワーモジュールから上方の気液界面に到達する経路が前記制御部に規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、前記制御部と前記パワーモジュールが上下方向にハードワイヤで電気的に接続されたことを特徴としている。
【0011】
このインバータの冷却構造では、前記パワーモジュールを浸漬する下部の液相の作動流体が潜熱吸収後気化して上方移動すると共に上部凝縮部にて気相流体が潜熱を放出して再び液相流体に変移して降下することによりヒートパイプの熱サイクルを実行する収容器を設けたため、コンパクトで且つ別途動力を必要としないインバータの冷却機構を確保することができる。
前記制御部は、前記収容器内において、車両静止状態の気液界面内であって、前記パワーモジュール上方を部分的に覆うことにより前記パワーモジュールから上方の気液界面に到達する経路が前記制御部に規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、前記制御部と前記パワーモジュールが上下方向にハードワイヤで電気的に接続されたため、作動流体の揺動に伴うパワーモジュールのドライアウトを回避することができる。
前記制御部は、前記収容器内において、車両静止状態の気液界面内であって、前記パワーモジュール上方を部分的に覆うことにより前記パワーモジュールから上方の気液界面に到達する経路が前記制御部に規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、前記制御部と前記パワーモジュールが上下方向にハードワイヤで電気的に接続されたため、作動流体の揺動に伴うパワーモジュールのドライアウトを回避することができる。
【0012】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記収容器の頂部から上方に突出すると共に内部が中空状に形成された複数の熱交換部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成で外部との熱交換可能なヒートパイプの凝縮部を形成することができる。
この構成によれば、簡単な構成で外部との熱交換可能なヒートパイプの凝縮部を形成することができる。
【0013】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記収容器の内部に前記収容器の底面部から気液界面までの経路を規制して蛇行通路をなす複数のバッフル部材を設け、前記複数のバッフル部材は、長手方向寸法が前記収容器の長手方向寸法と略同等で且つ長手直交方向が前記収容器の長手直交方向よりも短い板状部材によって形成され、前記パワーモジュールを前記収容器の底部に固定すると共に前記制御部を前記複数のバッフル部材のうち最下部のバッフル部材に配設したことを特徴としている。
この構成によれば、接続手段をハードワイヤで構成することができると共に短縮化することができる。
この構成によれば、接続手段をハードワイヤで構成することができると共に短縮化することができる。
【0014】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記少なくとも１つのバッフル部材に前記作動流体の蒸気を排出するための開口が設けられたことを特徴としている。
この構成によれば、熱サイクルによって発生した気相流体を早期に凝縮部に誘導することができ、熱輸送機能を向上することができる。
この構成によれば、熱サイクルによって発生した気相流体を早期に凝縮部に誘導することができ、熱輸送機能を向上することができる。
【0015】
請求項５の発明は、請求項１～４の何れか１項の発明において、前記収容器が、左右１対のサスペンション支持部間を連結する閉断面状のクロスメンバ内に設置されたことを特徴としている。
この構成によれば、クロスメンバ内のデッドスペースを利用してヒートパイプを車体に設置することができる。
この構成によれば、クロスメンバ内のデッドスペースを利用してヒートパイプを車体に設置することができる。
【0016】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記収容器の頂部から上方に突出すると共に内部が中空状に形成された複数の熱交換部を設け、前記クロスメンバ内の前記収容器の上方であって前記熱交換部が存在する空間に接続される、空気排出用の排出手段と、空気導入用の導入開口とを設けたことを特徴としている。
この構成によれば、インバータの冷却能力を一層高くすることができる。
この構成によれば、インバータの冷却能力を一層高くすることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明の車両用インバータの冷却構造によれば、作動流体内にインバータを浸漬したヒートパイプにおいて、十分な冷却能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施例１に係る冷却機構を搭載した車両のレイアウト図である。
【図2】インバータの回路構成を示す図である。
【図3】車体前部の平面図である。
【図5】サスペンション支持構造体の外観斜視図である。
【図6】冷却機構が組み込まれたクロスメンバの斜視図である。
【図7】収容器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0019】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0020】
以下、本発明の実施例１について図１～図９に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施例の車両Ｖは、インバータ１０の冷却機構Ｆが車体前部に搭載されたハイブリッド自動車である。
インバータ１０の冷却機構Ｆの説明の前に、車両Ｖの前提構造について説明する。
この車両Ｖは、車体前部に内燃機関であるエンジン３が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２を駆動するＦＲ（Front engine Rear drive）車である。
また、主駆動輪の後輪２は、エンジン３の代わりに主駆動モータ４によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪１は、副駆動モータであるインホイールモータ（以下、ＩＷＭという）５によって所定の運転領域に駆動されている。
エンジン３と主駆動モータ４は、クラッチ（図示略）を介して締結解除可能に接続されている。
図１に示すように、本実施例の車両Ｖは、インバータ１０の冷却機構Ｆが車体前部に搭載されたハイブリッド自動車である。
インバータ１０の冷却機構Ｆの説明の前に、車両Ｖの前提構造について説明する。
この車両Ｖは、車体前部に内燃機関であるエンジン３が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２を駆動するＦＲ（Front engine Rear drive）車である。
また、主駆動輪の後輪２は、エンジン３の代わりに主駆動モータ４によっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪１は、副駆動モータであるインホイールモータ（以下、ＩＷＭという）５によって所定の運転領域に駆動されている。
エンジン３と主駆動モータ４は、クラッチ（図示略）を介して締結解除可能に接続されている。
【0021】
エンジン３は、フライホイールを省略したフライホイールレスエンジンに構成され、動力伝達機構６を介して後輪２を駆動している。
動力伝達機構６は、プロペラシャフト６ａと、クラッチ６ｂと、後輪２に車軸（図示略）を介して接続された有段変速機としてのトランスミッション６ｃ等を備えている。
主駆動モータ４は、例えば、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）によって構成され、４８Ｖのバッテリ８（例えば、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ等）の電流を変換するインバータ７から交流電流が供給されている。
この主駆動モータ４は、エンジン３と直列に接続され、主駆動モータ４が発生した駆動力は、エンジン３の駆動力と同様に、動力伝達機構６を介して後輪２に伝達される。
ＩＷＭ５は、例えば、１２０Ｖで駆動される１７ｋＷの三相誘導モータ（ＳＲモータ）によって構成され、キャパシタＣｐ（図２参照）の電流を変換するインバータ１０から交流電流が供給されている。
動力伝達機構６は、プロペラシャフト６ａと、クラッチ６ｂと、後輪２に車軸（図示略）を介して接続された有段変速機としてのトランスミッション６ｃ等を備えている。
主駆動モータ４は、例えば、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）によって構成され、４８Ｖのバッテリ８（例えば、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ等）の電流を変換するインバータ７から交流電流が供給されている。
この主駆動モータ４は、エンジン３と直列に接続され、主駆動モータ４が発生した駆動力は、エンジン３の駆動力と同様に、動力伝達機構６を介して後輪２に伝達される。
ＩＷＭ５は、例えば、１２０Ｖで駆動される１７ｋＷの三相誘導モータ（ＳＲモータ）によって構成され、キャパシタＣｐ（図２参照）の電流を変換するインバータ１０から交流電流が供給されている。
【0022】
ここで、インバータ１０について説明する。
図２に示すように、インバータ１０は、パワーモジュールＰと、このパワーモジュールＰの動作を制御する制御部Ｃと、パワーモジュールＰと制御部Ｃとを電気的に接続するハードワイヤＷ（接続手段）を主な構成要素としている。
パワーモジュールＰと制御部Ｃは、各々のセラミック製絶縁基板上に組み込まれ、各々の絶縁基板上においてシリコンゲルにより全体が液密状に被覆された液密封止構造である。
これらパワーモジュールＰと制御部Ｃは、高圧電源ラインＬｈとアースラインＬｅとによって構成されたハードワイヤＷによって接続されている。
図２に示すように、インバータ１０は、パワーモジュールＰと、このパワーモジュールＰの動作を制御する制御部Ｃと、パワーモジュールＰと制御部Ｃとを電気的に接続するハードワイヤＷ（接続手段）を主な構成要素としている。
パワーモジュールＰと制御部Ｃは、各々のセラミック製絶縁基板上に組み込まれ、各々の絶縁基板上においてシリコンゲルにより全体が液密状に被覆された液密封止構造である。
これらパワーモジュールＰと制御部Ｃは、高圧電源ラインＬｈとアースラインＬｅとによって構成されたハードワイヤＷによって接続されている。
【0023】
パワーモジュールＰは、ＩＷＭ５の各相に対応する３組の各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗを有している。各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、直列接続された１対のスイッチング素子（トランジスタ）と、各スイッチング素子に並列接続されたダイオードとによって構成されている。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、互いに並列に接続されており、何れのユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗも、直列接続された２個のスイッチング素子の一端は高圧電源ラインＬｈに接続され、他端はアースラインＬｅに接続されている。また、２個のスイッチング素子の中間点はＩＷＭ５の各相に接続されている。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、互いに並列に接続されており、何れのユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗも、直列接続された２個のスイッチング素子の一端は高圧電源ラインＬｈに接続され、他端はアースラインＬｅに接続されている。また、２個のスイッチング素子の中間点はＩＷＭ５の各相に接続されている。
【0024】
制御部Ｃは、昇圧用スイッチングユニットＳａと、第１コンデンサＣ１と、第２コンデンサＣ２と、リアクトルＬと、リレーＲ１及びＲ２と、指令部Ｃａ等を有している。
これらの各回路構成部品のうち、第１コンデンサＣ１、昇圧用のリアクトルＬ、及び昇圧用スイッチングユニットＳａが、昇圧回路を構成している。
昇圧用スイッチングユニットＳａは、直列接続された２個のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列接続されたダイオードとを有し、直列接続された２個のスイッチング素子の一端は高圧電源ラインＬｈに接続され、他端はアースラインＬｅに接続されている。２個のスイッチング素子の中間点はリアクトルＬの他方端に接続されている。
第１コンデンサＣ１は、キャパシタＣｐに並列に接続されている。
第２コンデンサＣ２は、昇圧用スイッチングユニットＳａ及び各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗに並列接続されている。
リアクトルＬは、一端がキャパシタＣｐの正極側に接続され、他端が昇圧用スイッチングユニットＳａの直列接続された２個のスイッチング素子の中間点に接続されている。
これらの各回路構成部品のうち、第１コンデンサＣ１、昇圧用のリアクトルＬ、及び昇圧用スイッチングユニットＳａが、昇圧回路を構成している。
昇圧用スイッチングユニットＳａは、直列接続された２個のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列接続されたダイオードとを有し、直列接続された２個のスイッチング素子の一端は高圧電源ラインＬｈに接続され、他端はアースラインＬｅに接続されている。２個のスイッチング素子の中間点はリアクトルＬの他方端に接続されている。
第１コンデンサＣ１は、キャパシタＣｐに並列に接続されている。
第２コンデンサＣ２は、昇圧用スイッチングユニットＳａ及び各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗに並列接続されている。
リアクトルＬは、一端がキャパシタＣｐの正極側に接続され、他端が昇圧用スイッチングユニットＳａの直列接続された２個のスイッチング素子の中間点に接続されている。
【0025】
ＩＷＭ５を駆動する場合、以下のように動作している。
第１コンデンサＣ１は、キャパシタＣｐから供給された直流電圧を平滑化してリアクトルＬに供給する。昇圧用スイッチングユニットＳａは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、リアクトルＬに流れる電流を制御し、スイッチング素子のオン時間に応じて昇圧した直流電圧を第２コンデンサＣ２に供給する。
第２コンデンサＣ２は、昇圧用スイッチングユニットＳａから出力された昇圧後の直流電圧を平滑化して各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗに供給する。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、直流電圧を交流電圧に変換してＩＷＭ５の各相に供給する相電流を生成している。
第１コンデンサＣ１は、キャパシタＣｐから供給された直流電圧を平滑化してリアクトルＬに供給する。昇圧用スイッチングユニットＳａは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、リアクトルＬに流れる電流を制御し、スイッチング素子のオン時間に応じて昇圧した直流電圧を第２コンデンサＣ２に供給する。
第２コンデンサＣ２は、昇圧用スイッチングユニットＳａから出力された昇圧後の直流電圧を平滑化して各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗに供給する。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、直流電圧を交流電圧に変換してＩＷＭ５の各相に供給する相電流を生成している。
【0026】
また、ＩＷＭ５が発電する場合、以下のように動作している。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、ＩＷＭ５が発電した交流電圧を直流電圧に変換して第２コンデンサＣ２に供給する。第２コンデンサＣ２は、供給された直流電圧を平滑化して昇圧用スイッチングユニットＳａに供給する。昇圧用スイッチングユニットＳａは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、リアクトルＬに流れる電流を制御し、供給された直流電圧を降圧する。そして、降圧した直流電圧を、第１コンデンサＣ１を介してキャパシタＣｐを充電している。
各相用スイッチングユニットＳｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、ＩＷＭ５が発電した交流電圧を直流電圧に変換して第２コンデンサＣ２に供給する。第２コンデンサＣ２は、供給された直流電圧を平滑化して昇圧用スイッチングユニットＳａに供給する。昇圧用スイッチングユニットＳａは、指令部Ｃａからの制御信号に応じてスイッチング動作を行い、リアクトルＬに流れる電流を制御し、供給された直流電圧を降圧する。そして、降圧した直流電圧を、第１コンデンサＣ１を介してキャパシタＣｐを充電している。
【0027】
次に、制御装置９の説明に戻る。
図１に示すように、制御装置９は、エンジン３、主駆動モータ４及びＩＷＭ５を制御している。キャパシタの近傍には、電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータと低圧ＤＣ／ＤＣコンバータが夫々配設されている（何れも図示略）。
制御装置９は、切替スイッチ（図示略）によってＥＶモードが選択されたとき、発進時及び低速走行時、主駆動モータ４のみで車両Ｖを駆動し、高車速領域である加速走行時、ＩＷＭ５を作動させて主駆動モータ４とＩＷＭ５が協働して車両Ｖを駆動している。
図１に示すように、制御装置９は、エンジン３、主駆動モータ４及びＩＷＭ５を制御している。キャパシタの近傍には、電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータと低圧ＤＣ／ＤＣコンバータが夫々配設されている（何れも図示略）。
制御装置９は、切替スイッチ（図示略）によってＥＶモードが選択されたとき、発進時及び低速走行時、主駆動モータ４のみで車両Ｖを駆動し、高車速領域である加速走行時、ＩＷＭ５を作動させて主駆動モータ４とＩＷＭ５が協働して車両Ｖを駆動している。
【0028】
また、減速時、主駆動モータ４とＩＷＭ５は、発電機として機能し、運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ４によって回生された電力は、バッテリ８に蓄積され、ＩＷＭ５によって回生された電力は、キャパシタに蓄積されている。
キャパシタの電荷が不足する場合、バッテリ８の電圧を昇圧してキャパシタに充電し、キャパシタの端子間電圧が過剰に上昇した場合、キャパシタの電荷を降圧してバッテリ８に充電している。
キャパシタの電荷が不足する場合、バッテリ８の電圧を昇圧してキャパシタに充電し、キャパシタの端子間電圧が過剰に上昇した場合、キャパシタの電荷を降圧してバッテリ８に充電している。
【0029】
次に、フロントサスペンション（以下、サスペンションと略す）１５と、このサスペンション１５を支持するサスペンション支持構造体２０について説明する。
尚、図において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｌ方向を左方向とし、矢印Ｕ方向を上方向としている。
尚、図において、矢印Ｆ方向を前方向とし、矢印Ｌ方向を左方向とし、矢印Ｕ方向を上方向としている。
【0030】
図３，図４に示すように、車両Ｖは、前後に延びる左右１対のサイドシル１１と、サイドシル１１の上方に配設された左右１対のフロントピラー（図示略）と、サイドシル１１の前端及びフロントピラーの前端を上下に連結する左右１対のヒンジピラー（図示略）と、車幅方向略中央の位置において、前後に延びるセンタトンネルフレーム１２及びトンネルサイドフレーム（図示略）と、左右のヒンジピラーを車幅方向に連結して車室内外を隔てる隔壁をなすダッシュパネル１３及びカウルパネル１４等を備えている。
【0031】
図５に示すように、サスペンション１５は、ダブルウィッシュボーン式サスペンション構造であって、車両Ｖの前輪１を回転自在に支持するナックル１６と、車幅方向外側がナックル１６の下部に連結され且つ車幅方向内側が車体に連結されたロアアーム１７と、車幅方向外側がナックル１６の上部に連結され且つ車幅方向内側が車体に連結されたアッパアーム１８と、上端が車体に連結され且つ下端がロアアーム１７に連結された伸縮可能なフロントサスダンパ（以下、ダンパと略す）１９等を主な構成要素としている。
【0032】
サスペンション支持構造体２０は、左右に所定間隔を隔てて立設された左右１対の骨格メンバ２１と、１対の骨格メンバ２１の下端近傍を連結するサスクロス２２と、サスクロス２２よりも僅かに上方の位置において１対の骨格メンバ２１の下部を連結する下側クロスメンバ２３と、１対の骨格メンバ２１の上部を連結する上側クロスメンバ２４と、骨格メンバ２１及びサスクロス２２を連結する左右１対の傾斜フレーム２５等を備えている。
【0033】
骨格メンバ２１は、前部車体を構成する車体骨格部材として前面衝突（前突）時に前方から伝達される衝突荷重をフレーム部材２６ａ～２６ｆを介して車室部２側（後方）へ伝達するロードパスの一部を成す機能と、サスペンション１５を揺動可能に支持する機能とを有するアルミダイキャスト製の部材である。
フレーム部材２６ａ～２６ｆは、サイド側アッパフレーム２６ａと、センタ側フレーム２６ｂと、サイド側フレーム２６ｃと、サイド側ロアフレーム２６ｄと、センタ側ロアフレーム２６ｅと、補強フレーム２６ｆとを夫々左右１対備えている。
これらフレーム部材２６ａ～２６ｆは、何れも押出成形された中空状に構成されており、補強フレーム２６ｆは、前方程上方に延在する一方で、該補強フレーム２６ｆ以外のフレーム部材２６ａ～２６ｅは直線状に延在しており、左右各側において車室部と骨格メンバ２１とを連結している。
フレーム部材２６ａ～２６ｆは、サイド側アッパフレーム２６ａと、センタ側フレーム２６ｂと、サイド側フレーム２６ｃと、サイド側ロアフレーム２６ｄと、センタ側ロアフレーム２６ｅと、補強フレーム２６ｆとを夫々左右１対備えている。
これらフレーム部材２６ａ～２６ｆは、何れも押出成形された中空状に構成されており、補強フレーム２６ｆは、前方程上方に延在する一方で、該補強フレーム２６ｆ以外のフレーム部材２６ａ～２６ｅは直線状に延在しており、左右各側において車室部と骨格メンバ２１とを連結している。
【0034】
サスクロス２２は、アルミダイキャスト製であって、骨格メンバ２１の下部を左右に連結すると共に平面視にて略Ｈ字状に形成されている。
下側クロスメンバ２３は、押出し成型されたアルミ合金製の押出部材であって、上下に間隔を隔てて対向する上壁部と下壁部とを有する略矩形の閉断面を左右に延設した略筒状体に形成されている。この下側クロスメンバ２３は、骨格メンバ２１の車幅方向内面側部分に接合されている。
下側クロスメンバ２３は、押出し成型されたアルミ合金製の押出部材であって、上下に間隔を隔てて対向する上壁部と下壁部とを有する略矩形の閉断面を左右に延設した略筒状体に形成されている。この下側クロスメンバ２３は、骨格メンバ２１の車幅方向内面側部分に接合されている。
【0035】
上側クロスメンバ２４は、押出し成形されたアルミ合金製の押出部材であって、略矩形の閉断面を左右に延設した略筒状体に形成されている。この上側クロスメンバ２４は、骨格メンバ２１における車幅方向の内面側部分に接合されている。
左右１対の傾斜フレーム２５は、押出し成型されたアルミ合金製の押出部材であって、略矩形の閉断面を所定方向に延設した略筒状体に形成されており、下端部同士が車幅方向に近接状態で突き合うように配置されると共に上方程互いの間隔が広がるように傾斜して正面視でＶ字状に配置されている。
左右１対の傾斜フレーム２５は、押出し成型されたアルミ合金製の押出部材であって、略矩形の閉断面を所定方向に延設した略筒状体に形成されており、下端部同士が車幅方向に近接状態で突き合うように配置されると共に上方程互いの間隔が広がるように傾斜して正面視でＶ字状に配置されている。
【0036】
次に、インバータ１０の冷却機構Ｆについて説明する。
図６，図７に示すように、冷却機構Ｆは、電動ファン３１（排出手段）と、左右１対の導入開口部３２と、左右に延びる上側クロスメンバ２４の閉断面内に収容された左右に延びる（車幅方向に長い）略直方体状の収容器４０等を備えている。
この冷却機構Ｆは、収容器４０内に冷却媒体としての作動流体が封入され、インバータ１０を熱源として、潜熱吸収、蒸発移動、潜熱放出、凝縮還流からなる熱サイクルを繰り返すヒートパイプを構成している。
図６，図７に示すように、冷却機構Ｆは、電動ファン３１（排出手段）と、左右１対の導入開口部３２と、左右に延びる上側クロスメンバ２４の閉断面内に収容された左右に延びる（車幅方向に長い）略直方体状の収容器４０等を備えている。
この冷却機構Ｆは、収容器４０内に冷却媒体としての作動流体が封入され、インバータ１０を熱源として、潜熱吸収、蒸発移動、潜熱放出、凝縮還流からなる熱サイクルを繰り返すヒートパイプを構成している。
【0037】
電動ファン３１は、導入開口部３２を介して上側クロスメンバ２４の閉断面内に走行風（空気）を導入可能に構成されている。この電動ファン３１は、上側クロスメンバ２４の後側に配設され、電動ファン３１と上側クロスメンバ２４の閉断面内とを連通する扁平状のダクト３３を有している。
図３～図６に示すように、ダクト３３は、上側クロスメンバ２４の車幅方向中央部分から電動ファン３１に向けて後方に延設されている。
上側クロスメンバ２４の上壁部には、左右両端部及び中央部に閉断面内外を連通する開口が夫々形成され、中央部に形成された開口にダクト３３の前端が連結され、左右両端部に形成された開口に上方に延びる導入開口部３２が連結されている。
これにより、電動ファン３１が駆動されたとき、収容器４０から入熱された空気が上側クロスメンバ２４の閉断面内からダクト３３を介して排出され、走行風が上側クロスメンバ２４の閉断面内に導入開口部３２を介して導入されている。
図３～図６に示すように、ダクト３３は、上側クロスメンバ２４の車幅方向中央部分から電動ファン３１に向けて後方に延設されている。
上側クロスメンバ２４の上壁部には、左右両端部及び中央部に閉断面内外を連通する開口が夫々形成され、中央部に形成された開口にダクト３３の前端が連結され、左右両端部に形成された開口に上方に延びる導入開口部３２が連結されている。
これにより、電動ファン３１が駆動されたとき、収容器４０から入熱された空気が上側クロスメンバ２４の閉断面内からダクト３３を介して排出され、走行風が上側クロスメンバ２４の閉断面内に導入開口部３２を介して導入されている。
【0038】
図７，図８に示すように、収容器４０は、蒸発部に相当する本体部４１と、この本体部４１の頂部に形成され且つ凝縮部に相当する複数の熱交換部４２等を備え、上側クロスメンバ２４の上壁部から下方に若干離隔した状態で上側クロスメンバ２４内に収容されている。冷却媒体である作動流体は、蒸気圧との関係に基づき、高い熱輸送機能を確保可能な最適液面レベル（例えば、気液界面が全高に対して３０～５０％の高さ位置）になるように本体部４１に封入されている。尚、作動流体は、気相と液相との間で相変化可能であれば何れの冷媒でも適用可能であり、弗化炭素系冷媒（例えば、エタノール、フロン等）や水であっても良い。
【0039】
収容器４０が車幅方向に長い略直方体形状であることから、作動流体の気液界面は、前後方向に向かう慣性力（加速Ｇ又は減速Ｇ）よりも、左右方向に向かう遠心力（横Ｇ）の影響を大きく受ける。車両Ｖが旋回走行を行う場合、作動流体に旋回時の横Ｇが作用する。横Ｇの影響を受け易い作動流体は、気液界面が傾斜し、インバータ１０が作動流体から露出するドライアウトが発生する可能性がある。
そこで、本発明では、作動流体の気液界面の揺動を抑制する、複数のバッフルプレートを設けている。
そこで、本発明では、作動流体の気液界面の揺動を抑制する、複数のバッフルプレートを設けている。
【0040】
図８に示すように、本体部４１は、バッフルプレート４３と、このバッフルプレート４３よりも上方に位置するバッフルプレート４４とを備えている。
バッフルプレート４３は、本体部４１の中段部において左右方向全域に亙って形成され、本体部４１の前壁部から後壁部近傍位置に亙って後方程高くなるように形成されている（例えば、傾斜角度５～１５°）。
バッフルプレート４４は、作動流体の最適液面レベルよりも下側位置において本体部４１の左右方向全域に亙って形成され、本体部４１の後壁部から前壁部近傍位置に亙って前方程高くなるように形成されている（例えば、傾斜角度５～１５°）。
バッフルプレート４３，４４は、バッフルプレート４３の後端部とバッフルプレート４４の下面とが僅かに離隔しているため、協働して蛇行通路を形成している。
バッフルプレート４３は、本体部４１の中段部において左右方向全域に亙って形成され、本体部４１の前壁部から後壁部近傍位置に亙って後方程高くなるように形成されている（例えば、傾斜角度５～１５°）。
バッフルプレート４４は、作動流体の最適液面レベルよりも下側位置において本体部４１の左右方向全域に亙って形成され、本体部４１の後壁部から前壁部近傍位置に亙って前方程高くなるように形成されている（例えば、傾斜角度５～１５°）。
バッフルプレート４３，４４は、バッフルプレート４３の後端部とバッフルプレート４４の下面とが僅かに離隔しているため、協働して蛇行通路を形成している。
【0041】
本体部４１の底部上面には、インバータ１０のパワーモジュールＰがエポキシ樹脂を介して固定され、バッフルプレート４３の下面には、インバータ１０の制御部ＣがパワーモジュールＰの上方近傍位置においてエポキシ樹脂を介して固定されている。パワーモジュールＰの前端部と制御部Ｃの前端部とがハードワイヤＷにより接続されている。
これにより、インバータ１０を作動流体内に全体的且つ直接的に浸漬することができ、制御部Ｃによりバッフルプレート４３、換言すれば、蛇行通路の一部を形成している。
バッフルプレート４３の途中部には、作動流体が蒸発することにより生成された気相流体をバッフルプレート４３の下部から上部に開放する１又は複数の開口４３ａが形成されている。本実施例では、開口４３ａが、制御部Ｃよりも前側位置に形成されたため、制御部Ｃによって集められた気相流体を積極的に上部に開放している。
これにより、インバータ１０を作動流体内に全体的且つ直接的に浸漬することができ、制御部Ｃによりバッフルプレート４３、換言すれば、蛇行通路の一部を形成している。
バッフルプレート４３の途中部には、作動流体が蒸発することにより生成された気相流体をバッフルプレート４３の下部から上部に開放する１又は複数の開口４３ａが形成されている。本実施例では、開口４３ａが、制御部Ｃよりも前側位置に形成されたため、制御部Ｃによって集められた気相流体を積極的に上部に開放している。
【0042】
図７に示すように、複数の熱交換部４２は、本体部４１の車幅方向一端から他端に亙って一様に設けられている。
図８，図９に示すように、各熱交換部４２は、側面視にて略台形状に形成されると共に正面視にて略三角形状に形成され、その内部は中空状に構成されている。
これにより、熱交換させるための内外表面積を確保している。そして、蛇行通路に沿って流動してきた気相流体は、各熱交換部４２の中空部に誘導され、上側クロスメンバ２４内に導入された新気と熱交換を行う。凝縮により気相流体から液相流体に相変化した作動流体は、熱交換部４２の内壁面に沿って流れて滴下し、本体部４１に還流される。
図８，図９に示すように、各熱交換部４２は、側面視にて略台形状に形成されると共に正面視にて略三角形状に形成され、その内部は中空状に構成されている。
これにより、熱交換させるための内外表面積を確保している。そして、蛇行通路に沿って流動してきた気相流体は、各熱交換部４２の中空部に誘導され、上側クロスメンバ２４内に導入された新気と熱交換を行う。凝縮により気相流体から液相流体に相変化した作動流体は、熱交換部４２の内壁面に沿って流れて滴下し、本体部４１に還流される。
【0043】
次に、上記インバータ１０の冷却機構Ｆの作用、効果について説明する。
この冷却機構Ｆでは、パワーモジュールＰを浸漬する下部の液相の作動流体が潜熱吸収後気化して上方移動すると共に上部凝縮部にて気相流体が潜熱を放出して再び液相流体に変移して降下することによりヒートパイプの熱サイクルを実行する収容器４０を設けたため、コンパクトで且つ別途動力を必要としないインバータ１０の冷却機構Ｆを確保することができる。
制御部Ｃは、収容器４０内において、車両静止状態の気液界面内であって、パワーモジュールＰ上方を部分的に覆うことによりパワーモジュールＰから上方の気液界面に到達する経路が制御部Ｃに規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、制御部ＣとパワーモジュールＰが上下方向にハードワイヤＷで電気的に接続されたため、作動流体の揺動に伴うパワーモジュールＰのドライアウトを回避することができる。
この冷却機構Ｆでは、パワーモジュールＰを浸漬する下部の液相の作動流体が潜熱吸収後気化して上方移動すると共に上部凝縮部にて気相流体が潜熱を放出して再び液相流体に変移して降下することによりヒートパイプの熱サイクルを実行する収容器４０を設けたため、コンパクトで且つ別途動力を必要としないインバータ１０の冷却機構Ｆを確保することができる。
制御部Ｃは、収容器４０内において、車両静止状態の気液界面内であって、パワーモジュールＰ上方を部分的に覆うことによりパワーモジュールＰから上方の気液界面に到達する経路が制御部Ｃに規制されて蛇行する蛇行通路を形成する位置に取り付けられ、制御部ＣとパワーモジュールＰが上下方向にハードワイヤＷで電気的に接続されたため、作動流体の揺動に伴うパワーモジュールＰのドライアウトを回避することができる。
【0044】
収容器４０の頂部から上方に突出すると共に内部が中空状に形成された複数の熱交換部４２を設けたため、簡単な構成で外部との熱交換可能なヒートパイプの凝縮部を形成することができる。
【0045】
収容器４０の内部に収容器４０の底面部から気液界面までの経路を規制して蛇行通路をなす複数のバッフルプレート４３，４４を設け、複数のバッフルプレート４３，４４は、長手方向寸法が収容器４０の長手方向寸法と略同等で且つ長手直交方向が収容器４０の長手直交方向よりも短い板状部材によって形成され、パワーモジュールＰを収容器４０の底部に固定すると共に制御部Ｃを複数のバッフルプレート４３，４４のうち最下部のバッフルプレート４３に配設したため、接続手段をハードワイヤＷで構成することができると共に短縮化することができる。
【0046】
少なくとも１つのバッフルプレート４３に作動流体の蒸気を排出するための開口４３ａが設けられたため、熱サイクルによって発生した気相流体を早期に熱交換部４２（凝縮部）に誘導することができ、熱輸送機能を向上することができる。
【0047】
収容器４０が、サスペンション支持構造体２０の左右１対の骨格メンバ２１間を連結する閉断面状の上側クロスメンバ２４内に設置されたため、上側クロスメンバ２４内のデッドスペースを利用してヒートパイプを車体に設置することができる。
【0048】
上側クロスメンバ２４内の収容器４０の上方であって熱交換部４２が存在する空間に接続される、空気排出用の電動ファン３１と、空気導入用の導入開口部３２とを設けたため、インバータ１０の冷却能力を一層高くすることができる。
【0049】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、乗用車用駆動モータの冷却に適用した例を説明したが、振動等による作動流体の流動が大きい使用環境であれば、乗用車以外の車両に適用しても同様の効果を奏することができる。
また、副駆動モータであるＩＷＭのインバータの冷却に適用した例を説明したが、主駆動モータのインバータの冷却に適用しても良い。
１〕前記実施例においては、乗用車用駆動モータの冷却に適用した例を説明したが、振動等による作動流体の流動が大きい使用環境であれば、乗用車以外の車両に適用しても同様の効果を奏することができる。
また、副駆動モータであるＩＷＭのインバータの冷却に適用した例を説明したが、主駆動モータのインバータの冷却に適用しても良い。
【0050】
２〕前記実施例においては、２枚のバッフルプレートで蛇行通路を形成した例を説明したが、３枚以上で蛇行通路を形成しても良い。また、制御部でバッフルプレートの一部を形成した例を説明したが、制御部でバッフルプレートを兼用しても良い。
【0051】
３〕前記実施例においては、頂部が前後方向に延びる複数の熱交換部の例を説明したが、頂部が左右方向に延びる複数の熱交換部であっても良い。また、正面視にて三角形状の熱交換部の例を説明したが、矩形状であっても良い。
【0052】
４〕前記実施例においては、制御部が固定された最下部のバッフルプレートにのみ蒸気抜きの開口を形成した例を説明したが、他のバッフルプレートに形成しても良く、他のバッフルプレートのみに形成しても良い。
【0053】
５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【0054】
１０ インバータ
２１ 骨格メンバ
２４ 上側クロスメンバ
３１ 電動ファン
３２ 導入開口部
４０ 収容器
４２ 熱交換部
４３ バッフルプレート
４３ａ 開口
４４ バッフルプレート
Ｐ パワーモジュール
Ｃ 制御部
Ｆ 冷却機構
２１ 骨格メンバ
２４ 上側クロスメンバ
３１ 電動ファン
３２ 導入開口部
４０ 収容器
４２ 熱交換部
４３ バッフルプレート
４３ａ 開口
４４ バッフルプレート
Ｐ パワーモジュール
Ｃ 制御部
Ｆ 冷却機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
