(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】2023-07-26
(45)【発行日】2023-08-03
(54)【発明の名称】インバータ冷却装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20230727BHJP
【FI】
H02M7/48 Z
(21)【出願番号】P 2019226489
(22)【出願日】2019-12-16
【審査請求日】2022-07-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000151209
【氏名又は名称】マーレジャパン株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】506292974
【氏名又は名称】マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】MAHLE International GmbH
【住所又は居所原語表記】Pragstrasse 26-46, D-70376 Stuttgart, Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 一成
(72)【発明者】
【氏名】野中 敦
(72)【発明者】
【氏名】岩野 治夫
(72)【発明者】
【氏名】山下 彰
(72)【発明者】
【氏名】地野 好征
【審査官】町田 舞
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-204554(JP,A)
【文献】特開2017-121934(JP,A)
【文献】特開2016-125686(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2013/0119793(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 7/42-7/98
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両を駆動する駆動モータに与える電圧を制御するインバータと、
前記駆動モータを冷却することで昇温したオイルを冷却するオイルクーラと、
を備え、
前記オイルクーラは、前記インバータも冷却
し、
前記オイルクーラは、
前記オイルが流れるオイル路と、
前記オイルを冷却する冷却水が流れる冷却水路と、
前記冷却水路よりも前記オイル路に、より熱を伝えやすいように構成されたエンドプレートと、を備え、
前記オイルクーラは、前記エンドプレートが前記インバータに接触していることで、前記インバータを冷却することを特徴とする、インバータ冷却装置。
【請求項2】
前記エンドプレートは、前記オイル路の少なくとも一部を画定することを特徴とする請求項
1記載のインバータ冷却装置。
【請求項3】
前記オイル路は、
前記駆動モータからのオイルが流れる第1オイル路と、
前記駆動モータへ向かうオイルが流れる第2オイル路と、
を有し、
前記エンドプレートは、前記第1オイル路の少なくとも一部を画定することを特徴とする請求項
2記載のインバータ冷却装置。
【請求項4】
前記インバータは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含み、
前記エンドプレートは、前記IGBTに接触していることを特徴とする、請求項
1から
3までのいずれか1項記載のインバータ冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ冷却装置に関し、特に、車両を駆動する駆動モータに与える電圧を制御するインバータを冷却する、インバータ冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、例えばハイブリッド自動車(HV)や電動自動車(EV)など、電動の駆動モータで少なくとも一部の動力を得る車両の開発が急速に進められている。この駆動モータへ与えられる電圧は、インバータによって制御される。
【0003】
このようなインバータは発生する熱量が多いため、冷却の必要がある。従来は、インバータの冷却は比熱の大きな冷却水、即ちLLC(long life coolant)により行われてきた。このような比熱の大きなLLCでもインバータを適切に冷却するため、あるインバータの冷却装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このインバータの冷却装置では、インバータを構成する部品のうち発熱量の多い部品であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が配置された高温部を冷却するための冷媒通路には、生産性は低いが冷却能力が高いピンフィンが形成され、発熱量の少ない部品であるコンデンサ等が配置された低温部を冷却するための冷媒通路には、冷却能力はピンフィンより低いが生産性の高いストレートフィンが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一方、車両を駆動する駆動モータから発生する熱量も大きい。この駆動モータは、例えばオイルなど、インバータと異なる冷媒を用いて冷却されている。このため、インバータのための冷却システムと、駆動モータのための冷却システムとの双方を構成する必要があり、簡易な構成でインバータを適切に冷却することが難しかった。
【0006】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でインバータを冷却することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明に係るインバータ冷却装置は、車両を駆動する駆動モータに与える電圧を制御するインバータと、駆動モータを冷却することで昇温したオイルを冷却するオイルクーラと、を備え、オイルクーラは、インバータも冷却する。
【0008】
この態様によれば、駆動モータの冷却に利用されるオイルを冷却するオイルクーラをインバータの冷却にも利用することができる。このため、インバータ及び駆動モータを簡易な構成で冷却することができる。
【0009】
オイルクーラは、オイルが流れるオイル路と、オイルを冷却する冷却水が流れる冷却水路と、冷却水路よりもオイル路とより高い伝熱性を有するエンドプレートと、を備えていてもよい。オイルクーラは、エンドプレートがインバータに接触していることで、インバータを冷却してもよい。
【0010】
この態様によれば、比熱の低いオイルでインバータを冷却することができる。このため、比熱の高い冷却水でインバータを冷却する場合に比べ、例えば冷却フィンの削除が可能になるなど、簡易な構成でインバータを冷却することが可能となる。
【0011】
エンドプレートは、オイル路の少なくとも一部を画定してもよい。この態様によれば、オイル路を流れるオイルにエンドプレートから直接熱を伝えることができる。このため、より効率的にインバータを冷却することができる。
【0012】
オイル路は、駆動モータからのオイルが流れる第1オイル路と、駆動モータへ向かうオイルが流れる第2オイル路と、を有していてもよい。エンドプレートは、第1オイル路の少なくとも一部を画定してもよい。この態様によれば、駆動モータへ流れるオイルがインバータの熱によって昇温することを抑制することができる。
【0013】
インバータは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含んでいてもよい。エンドプレートは、IGBTに接触していてもよい。IGBTは、インバータにおいて最も高温となり得る部品の一つである。このためこの態様によれば、IGBTをより効率的に冷却することができる。
【0014】
上記課題を解決するために、本発明に係る別のインバータ冷却装置は、車両を駆動する駆動モータに与える電圧を制御するインバータと、駆動モータをオイルで冷却するオイル冷却システムと、を備え、オイル冷却システムは、オイルでインバータも冷却する。
【0015】
この態様によれば、比熱の低いオイルでインバータを冷却することができる。このため上述のように、例えば冷却フィンの削除が可能になるなど、簡易な構成でインバータを冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、インバータを簡易な構成で冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本実施例に係る冷却システムの構成を示す図である。
【
図2】本実施例に係るインバータおよびオイルクーラの斜視図である。
【
図3】本実施例に係るインバータおよびオイルクーラの断面図である。
【
図4】比較例に係る冷却システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
(比較例)
図4は、比較例に係る冷却システム100の構成を示す図である。冷却システム100は、駆動モータ102、減速機104、インバータ106、オイルクーラ108、オイル循環システム110、および冷却水循環システム112を有する。
【0019】
駆動モータ102は、車両を駆動する電動モータであり、いわゆるトラクションモータである。本比較例の冷却システム100が搭載される車両は、いわゆるハイブリッド自動車であり、駆動モータ102の他に内燃機関(図示せず)も車両に搭載されている。減速機104は、内燃機関で生じた回転運動を減速して車輪に伝える。インバータ106は、駆動モータ102に与える電圧を制御する。
【0020】
オイル循環システム110は、ポンプ120およびオイル路122を有する。ポンプ120は、オイル路122に流れるオイルを圧送して循環させる。オイル路122に流れるオイルは、駆動モータ102および減速機104の内部を流れることで、駆動モータ102および減速機104から発生する熱を吸収して駆動モータ102および減速機104を冷却する。本比較例では、ハイブリッド自動車に搭載される冷却システム100を例示しているが、車両が電気自動車であってもよい。この場合、減速機104は不要になることから、オイル循環システム110を流れるオイルは駆動モータ102の内部を流れて駆動モータ102を冷却する。
【0021】
駆動モータ102を冷却することで昇温したオイルは、オイルクーラ108の内部を流れることで冷却される。冷却水循環システム112は、ポンプ130、ラジエタ132、および冷却水路134を有する。ポンプ130は、冷却水路134に流れる冷却水を圧送して循環させる。冷却水路134に流れる冷却水は、オイルクーラ108の内部を流れることで、駆動モータ102を冷却することで昇温したオイルを冷却する。この過程で昇温した冷却水は、ラジエタ132の内部を流れることで冷却される。
【0022】
IGBTなど半導体に用いられるシリコン系材料は耐熱性が低く、IGBTは冷却する必要がある。このためラジエタ132とオイルクーラ108との間の冷却水路134には、インバータ106が配置されている。冷却水路134を流れる冷却水は、インバータ106に形成された冷却水路(図示せず)を流れることで、インバータ106を冷却する。
【0023】
この冷却水は、オイル循環システム110を流れるオイルよりも比熱が大きい。このため、オイルに比べ冷却水は熱源との熱交換がしにくい。したがって、インバータ106に形成された冷却水路の内部には、冷却用の複数のフィンが配置されている。この複数のフィンは、インバータ106のパワーモジュール(図示せず)のIGBTに伝熱可能に接続されている。IGBTから発生する熱は、これら複数のフィンを介して冷却水に伝わることで、IGBTを冷却する。
【0024】
しかしながら、このように冷却水路内部に複数のフィンが形成されていると、冷却水路内部の冷却水の円滑な流れが困難となる。このため、出力の大きなポンプ130を用いて冷却水を圧送する必要がある。また、駆動モータ102や減速機104を冷却する冷媒であるオイルと異なる冷媒である冷却水でインバータ106を冷却するため、構成が複雑となり部品点数の削減が困難となっていた。
【0025】
(実施例)
図1は、本実施例に係る冷却システム10の構成を示す図である。冷却システム10は、駆動モータ12、減速機14、インバータ16、オイルクーラ18、オイル循環システム20、および冷却水循環システム22を有する。
【0026】
駆動モータ12は、車両を駆動する電動モータであり、いわゆるトラクションモータである。本実施例の冷却システム10が搭載される車両は、いわゆるハイブリッド自動車であり、駆動モータ12の他に内燃機関(図示せず)も車両に搭載されている。減速機14は、内燃機関で生じた回転運動を減速して車輪に伝える。インバータ16は、駆動モータ12に与える電圧を制御する。
【0027】
オイル循環システム20は、ポンプ30およびオイル路32を有する。ポンプ30は、オイル路32に流れるオイルを圧送して循環させる。オイル路32に流れるオイルは、駆動モータ12および減速機14の内部を流れることで、駆動モータ12および減速機14から発生する熱を吸収して駆動モータ12および減速機14を冷却する。本実施例でも、ハイブリッド自動車に搭載される冷却システム10を例示している。しかしながら、車両が電気自動車であってもよい。この場合、減速機14は不要になることから、オイル循環システム20を流れるオイルは駆動モータ12の内部を流れて駆動モータ12を冷却する。
【0028】
駆動モータ12を冷却することで昇温したオイルは、オイルクーラ18の内部を流れることで冷却される。冷却水循環システム22は、ポンプ40、ラジエタ42、および冷却水路44を有する。ポンプ40は、冷却水路44に流れる冷却水を圧送して循環させる。冷却水路44に流れる冷却水は、オイルクーラ18の内部を流れることで、駆動モータ12を冷却することで昇温したオイルを冷却する。この過程で昇温した冷却水は、ラジエタ42の内部を流れることで冷却される。ラジエタ42の内部を流れて冷却されポンプ40によって圧送された冷却水は、オイルクーラ18に供給される。
【0029】
本実施例では、インバータ16は冷却水路44上に配置されておらず、オイルクーラ18に取り付けられている。このためオイルクーラ18は、駆動モータ12の冷却のため昇温したオイルを冷却するだけでなく、インバータ16も冷却する。
【0030】
図2は、本実施例に係るインバータ16およびオイルクーラ18の斜視図である。インバータ16は、直方体状に形成されている。オイルクーラ18もまた、直方体状に形成されている。オイルクーラ18は、エンドプレート50を有する。このエンドプレート50の表面にインバータ16が取り付けられる。なお、本実施例では、インバータ16の下方にオイルクーラ18が取り付けられるが、オイルクーラ18が取り付けられる位置がこれに限定されないことはもちろんである。例えばオイルクーラ18は、インバータ16の上方に配置されていてもよい。
【0031】
図3は、本実施例に係るインバータ16およびオイルクーラ18の断面図である。オイルクーラ18は、エンドプレート50、第1オイル路52、第2オイル路54、第1冷却水路56、および第2冷却水路58を有する。インバータ16は、ハウジング60およびパワーモジュール62を有する。
【0032】
ハウジング60は、内部が空洞の直方体状に形成されている。このハウジング60の内部にパワーモジュール62が配置されている。パワーモジュール62は、IGBT64を有する。本実施例では、IGBT64は表面が下方に向いて露出するようにパワーモジュール62に配置されている。ハウジング60の下方には大きな開口部が形成されている。ハウジング60は、側壁60aと、側壁60aの下方において内側に突出する凸部60bとを有する。
【0033】
オイルクーラ18は、上から下に、エンドプレート50、第1オイル路52、第1冷却水路56、第2オイル路54、第2冷却水路58の順に積層されて構成されている。第1オイル路52には、オイル路32から供給されたオイルが流れる。第1オイル路52を通過したオイルは、第2オイル路54に供給される。第1冷却水路56には、冷却水路44から供給された冷却水が流れる。第1冷却水路56を通過した冷却水は、第2冷却水路58に供給される。こうして、第1オイル路52を流れるオイルは隣接する第1冷却水路56に流れる冷却水によって熱を奪われて冷却される。また、第2オイル路54を流れるオイルは隣接する第1冷却水路56および第2冷却水路58を流れる冷却水によって熱を奪われて冷却される。
【0034】
第1オイル路52、第1冷却水路56、第2オイル路54、第2冷却水路58は、同じ幅を有している。エンドプレート50は、これらよりも大きい幅を有しており、これらの側方から突出するように積層されている。エンドプレート50は、ハウジング60の凸部60bの上に載置され、ボルトなどの締結具(図示せず)により固定される。こうしてオイルクーラ18がインバータ16に固定される。
【0035】
このときエンドプレート50は、パワーモジュール62のIGBT64に接触している。IGBT64はエンドプレート50を介してオイルクーラ18に熱を奪われることで冷却される。このように本実施例に係る冷却システム10は、駆動モータ12を冷却することで昇温したオイルを冷却するオイルクーラ18が、インバータ16も冷却する。これにより、インバータ16と駆動モータ12は、1つの冷媒であるオイルで冷却されるクローズド回路となり、駆動モータ12の冷却に利用されるオイルを冷却するオイルクーラ18を大電圧、高温環境下で使われるインバータ16の冷却にも利用することができる。このため、インバータ16の水冷システムを削除することができ、インバータ16及び駆動モータ12の冷却に必要となる部品点数を削減することができる。
【0036】
本実施例では、エンドプレート50がIGBT64に直接接してIGBT64を冷却している。IGBT64は、インバータ16において最も高温となり得る部品の一つである。このためこれにより、IGBT64をより効率的に冷却することができる。
【0037】
本実施例では、エンドプレート50は第1オイル路52に隣接している。したがって、エンドプレート50は、第1冷却水路56よりも第1オイル路52に高い伝熱性を有する。上述のように、本実施例では、オイルクーラ18は、エンドプレート50がインバータ16に接触していることで、インバータ16を冷却する。これにより、比熱の低いオイルでインバータ16を冷却することができる。このため、比熱の高い冷却水でインバータ16を冷却する場合に比べ、例えば冷却フィンなどヒートシンクの削除が可能になり、簡易な構成でインバータ16を冷却することが可能となる。また、ヒートシンクの削除により、ポンプ30やポンプ40の大型化を回避することができ、低コストを実現することができる。
【0038】
また、本実施例では、エンドプレート50は、オイル路32の少なくとも一部を画定する。具体的には、エンドプレート50は、オイル路32の上面を画定している。これにより、オイル路32を流れるオイルにエンドプレート50から直接熱を伝えることができる。このため、より効率的にインバータ16を冷却することができる。
【0039】
上述のように、第1オイル路52には駆動モータ12からのオイルが流れ、第2オイル路54には駆動モータ12へ向かうオイルが流れる。本実施例ではエンドプレート50は、第1オイル路52の上面を画定する。これにより、駆動モータ12へ流れるオイルがインバータ16の熱によって昇温することを抑制することができる。
【0040】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。
【0041】
ある変形例では、駆動モータ12をオイルで冷却するオイル冷却システムと、を備えていてもよい。オイル冷却システムは、オイルでインバータ16も冷却する。オイル冷却システムのうちインバータ16を冷却する構成は、オイルクーラであってもよく、オイルを用いた他の構成、例えばインバータ16を冷却するための専用のオイル路であってもよい。
【0042】
これにより、比熱の低いオイルでインバータ16を冷却することができる。このため上述のように、例えば冷却フィンの削除が可能になるなど、簡易な構成でインバータ16を冷却することが可能となる。
【符号の説明】
【0043】
10 冷却システム,12 駆動モータ,14 減速機,16 インバータ,18 オイルクーラ,20 オイル循環システム,22 冷却水循環システム,30 ポンプ,32 オイル路,40 ポンプ,42 ラジエタ,44 冷却水路,50 エンドプレート,52 第1オイル路,54 第2オイル路,56 第1冷却水路,58 第2冷却水路,60 ハウジング,60a 側壁,60b 凸部,62 パワーモジュール,64 IGBT