JP2020114087A - 車載用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気系統を収容するケースを一体化しながら、十分な冷却性能を得ることができる車載用冷却装置を提供する。【解決手段】本発明は、車載用冷却装置(1)であって、ケース(4a, 6a, 8a)と、このケースの内部の第１の空間(30c)内に収容された回転電気機械(4)と、ケースの内部の第２の空間(28c)内に収容された電力変換装置(8b, 8c)と、第１の空間内の回転電気機械を、第１の冷却液体を使用して冷却する第１の冷却機構(18)と、第２の空間内の電力変換装置を、第２の冷却液体を使用して冷却する第２の冷却機構(16)と、回転電気機械と電力変換装置を接続するように、ケースの内部に延びる導電体(24, 26)と、第１の空間と第２の空間の間をシールするシール部材(34)と、を有し、シール部材は、第１の空間内の第１の冷却液体と、第２の空間内の第２の冷却液体が混合されるのを抑制することを特徴としている。【選択図】図６

Description

本発明は、車載用冷却装置に関し、特に、車両の電気系統を冷却するための冷却装置に関する。

一般に、車両に搭載される各電気機器は、夫々が別々の独立したケースに収容され、それらがハーネスにより接続されていた。例えば、駆動用モータ、発電用のジェネレータ、駆動用モータに電力を供給するインバータ、直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータ等が夫々独立したケースに収容され、各ケースに設けられた端子をハーネスで接続することにより、電気系統が構成される。このように、各電気機器を独立したケースに収容して、それらをハーネスにより接続した場合、高電圧の電気機器では、ハーネスに高い絶縁耐圧をもたせたり、法規制を満足する感電対策を施したりする必要がある。このため、車両駆動用の電気系統が大型化すると共に、重量が大きくなるという問題が生じる。

一方、特開２０１４−１１７１５７号公報（特許文献１）には、モータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置では、モータ駆動用の巻線を収容したケース部と、インバータ部を収容したケース部と、巻線切替部を収容したケース部が一体化されている。これにより、各ケースの間等に生じるデッドスペースを削減することができ、モータ駆動装置を小型化している。また、このモータ駆動装置では、モータ駆動用の巻線を収容したケース部内には、冷却水を循環させる冷却管が設けられており、モータを冷却することができるように構成されている。さらに、巻線切替部を収容したケース部には、外側に放熱用のフィンが設けられており、フィンが設けられた部分の内側の壁面に巻線切替部を面接触させることにより、巻線切替部で生じた熱がケース部の外に放散されるように構成されている。

特開２０１４−１１７１５７号公報

しかしながら、特許文献１記載のモータ駆動装置においては、内部に冷却水が循環する冷却管によってモータを冷却しているので、十分な冷却性能が得られないという問題がある。即ち、冷却管による冷却では、一旦、ケース部内の空気が冷却管によって冷却され、冷却された空気によりケース部内のモータ駆動用の巻線が冷却されるため、冷却効率が低く、十分な冷却性能を得ることができない。また、特許文献１記載のモータ駆動装置では、巻線切替部は、ケース部に形成された放熱用のフィンにより自然空冷されるため、十分な冷却性能を得るには巨大な放熱用のフィンが必要になるという問題がある。

従って、本発明は、電気系統を収容するケースを一体化しながら、十分な冷却性能を得ることができる車載用冷却装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、車両の電気系統を冷却するための冷却装置であって、ケースと、このケースの内部の第１の空間内に収容された回転電気機械と、ケースの内部の、第１の空間とは異なる第２の空間内に収容された電力変換装置と、第１の空間内の回転電気機械を、第１の冷却液体を使用して冷却する第１の冷却機構と、第２の空間内の電力変換装置を、第１の冷却液体とは異なる第２の冷却液体を使用して冷却する第２の冷却機構と、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続するように、ケースの内部に延びる導電体と、第１の空間と第２の空間の間をシールするシール部材と、を有し、シール部材は、第１の空間内の第１の冷却液体と、第２の空間内の第２の冷却液体が混合されるのを抑制することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、回転電気機械及び電力変換装置が、夫々、第１、第２の冷却液体によって冷却されるので、空冷される場合に比べ強力に冷却を行うことができる。また、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続する導電体が、ケースの内部に延びているので、回転電気機械と電力変換装置を接続するためにケース外部にハーネスを設ける必要がない。これにより、ケース外部に配置するために高い絶縁性を持たせたハーネスによる重量の増加や、コストアップを回避することができる。また、本発明によれば、シール部材が、第１の冷却液体と、第２の冷却液体が混合されるのを抑制する。このため、回転電気機械と電力変換装置を一体化されたケースに収容しながら、冷却液体が漏れた場合等に、第１、第２の冷却液体が混合され、故障の原因となるのを抑制することができる。

本発明において、好ましくは、電力変換装置を収容した第２の空間は、回転電気機械を収容した第１の空間内よりも上方に設けられている。
このように構成された本発明によれば、電力変換装置を収容した第２の空間が、回転電気機械を収容した第１の空間よりも上方に設けられているので、一般に、重量の大きい回転電気機械を下側に配置することができ、車載用冷却装置を安定して配置することができる。

本発明において、好ましくは、回転電気機械を冷却する第１の冷却機構は油冷式であり、電力変換装置を冷却する第２の冷却機構は水冷式である。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械が油冷式であるので、発熱の大きい回転電気機械のコイル等を油で直接冷却することが可能になり、効果的に回転電気機械を冷却することができる。

本発明において、好ましくは、回転電気機械の冷却に使用される第１の冷却液体は、フッ素系液体である。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械の冷却にフッ素系液体が使用されるので、より効果的に回転電気機械を冷却することができる。

本発明において、好ましくは、回転電気機械はモータを含み、さらに、このモータの回転出力を減速する減速機構を有し、この減速機構は、モータと共に第１の冷却液体によって冷却される。

このように構成された本発明によれば、減速機構が、回転電気機械であるモータと共に第１の冷却液体によって冷却されるので、減速機構の冷却機構をモータと兼用にすることができ、車載用冷却装置を小型化することができる。

本発明において、好ましくは、回転電気機械はジェネレータを含み、さらに、このジェネレータに動力を付与する内燃機関を有する。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械であるジェネレータに、内燃機関によって動力が付与されるので、外部電源を使用することなく電力を生成し、バッテリに充電を行うことができる。

本発明において、好ましくは、回転電気機械はモータ及びジェネレータを含み、さらに、モータの回転出力を減速する減速機構と、ジェネレータに動力を付与する内燃機関と、を有し、モータ、減速機構、内燃機関、及びジェネレータは、車両の幅方向に、この順序で配置されている。

このように構成された本発明によれば、車両の幅方向に、順に、モータ、減速機構、内燃機関、及びジェネレータが配置されているので、車両駆動装置と一体化された車載用冷却装置を、コンパクトに構成することができる。

本発明において、好ましくは、電力変換装置は、直流を交流に変換するインバータ、及び直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つを含む。

このように構成された本発明によれば、電力変換装置がインバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つを含むので、種々の車載用冷却装置に本発明を適用することができる。

本発明の車載用冷却装置によれば、電気系統を収容するケースを一体化しながら、十分な冷却性能を得ることができる。

本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す平面図である。 本発明の実施形態による車載用冷却装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による車載用冷却装置全体を示すブロック図である。 本発明の実施形態による車載用冷却装置において、モータ、ジェネレータ、及び電力変換装置ケースの内部構造を示す断面図である。 本発明の実施形態による車載用冷却装置において、モータと電力変換装置ケースの接続部を拡大して示す拡大断面図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車載用冷却装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す平面図である。図３は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態による車載用冷却装置全体を示すブロック図である。

まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態による車載用冷却装置１における各構成の配置構造を説明する。
本実施形態による車載用冷却装置１は車両駆動装置と一体化されており、内燃機関２、モータ４、ジェネレータ６、電力変換装置ケース８ａ、及びモータ４の回転出力を減速する減速機構である減速ギア１０が一体化されている。なお、後述するように、本実施形態においては、電力変換装置ケース８ａ内には、電力変換装置としてインバータ８ｂ及び整流器８ｃ（図６）が内蔵されている。また、図１及び図２に示すように、車載用冷却装置１は車体Ｂの前部に搭載されており、モータ４、減速ギア１０、内燃機関２、ジェネレータ６が車両の車幅方向に、この順序で配置されている。また、本実施形態においては、後述するように、車両のドライブシャフト１２（図２）は、モータ４の駆動力によって駆動され、内燃機関２の生成した動力により直接駆動されることはない。

さらに、本実施形態による車載用冷却装置１は、内燃機関２を冷却するための内燃機関専用ラジエータ１４、第１の冷却機構であるオイルクーラ１８、及び第２の冷却機構である電力変換装置専用ラジエータ１６を備えている。なお、電力変換装置専用ラジエータ１６は電力変換装置を冷却するように構成され、オイルクーラ１８はモータ４及びジェネレータ６を冷却するように構成されている。

内燃機関２は、車両に積載された燃料を燃焼させることにより動力を生成するように構成されており、内燃機関２が生成した動力によりジェネレータ６の入力軸（図示せず）が駆動され、電力が生成される。ジェネレータ６によって生成された電力は、蓄電池であるリチウムイオンバッテリ２０（図２）に電気エネルギーとして蓄積される。なお、本実施形態においては、内燃機関２としてロータリーエンジンが採用されている。

モータ４は、リチウムイオンバッテリ２０に蓄積された電気エネルギーにより駆動される回転電気機械であり、車両のドライブシャフト１２を駆動するように構成されている。モータ４の出力軸は、減速機構である減速ギア１０の入力軸に接続され、モータ４の回転出力は、減速ギア１０を介してドライブシャフト１２を駆動する。また、モータ４は、車両の減速時においては、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに回生して、交流電力を生成するように構成されている。本実施形態においては、モータ４として交流駆動の永久磁石モータが採用されている。

ジェネレータ６は、内燃機関２が生成した動力により交流電力を生成するように構成された回転電気機械であり、その入力軸が内燃機関２の出力軸によって回転駆動される。ジェネレータ６によって生成された交流電力は、電力変換装置ケース８ａ内の整流器８ｃによって直流に変換され、リチウムイオンバッテリ２０に蓄積される。

電力変換装置ケース８ａは、電力変換装置として、リチウムイオンバッテリ２０から供給された直流の電力を交流電力に変換するインバータ８ｂ（図５）、ジェネレータ６によって生成された交流電力、及びモータ４によって回生された交流電力を、直流電力に変換する整流器８ｃ（図５）を一体のケースに内蔵している。インバータ８ｂによって交流に変換された電力はモータ４に供給され、モータ４が駆動される。また、整流器８ｃによって直流に変換された電力はリチウムイオンバッテリ２０に充電される。なお、電力変換装置ケース８ａには、直流電圧を昇圧及び／又は降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）や、ジャンクションボックス（図示せず）が内蔵されていても良い。

また、電力変換装置ケース８ａは、モータ４、減速ギア１０、内燃機関２、及びジェネレータ６の上部に配置され、電力変換装置ケース８ａと、モータ４のケース及びジェネレータ６のケースは、一体化されたケースを構成している。ここで、一般的には、モータ、ジェネレータ、及び電力変換装置は夫々独立したケースに収められ、それらのケースの間がワイヤハーネスによって電気的に接続される。これに対し、本実施形態の車載用冷却装置１では、モータ４、ジェネレータ６、及び電力変換装置ケース８ａが一体化されており、それらを接続するためのワイヤハーネスは設けられていない。このため、電力変換装置ケース８ａとモータ４、及び電力変換装置ケース８ａとジェネレータ６は、一体化されたケースの内部に延びる導電体によって夫々接続される。

図２及び図３に示すように、内燃機関専用ラジエータ１４は、内燃機関２よりも車両の前側に配置された平板状の熱交換器であり、車両が走行することにより走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。また、内燃機関２と内燃機関専用ラジエータ１４は、冷却液体用の配管（図示せず）で接続されており、内燃機関専用ラジエータ１４と内燃機関２の間で冷却液体が循環するように構成されている。即ち、内燃機関２を冷却して温度上昇した冷却液体は、内燃機関専用ラジエータ１４に送られ、ここで熱を放散して温度が低下した後、内燃機関２に戻される。

電力変換装置専用ラジエータ１６は、内燃機関専用ラジエータ１４よりも車両の前側に配置された細長い平板状の熱交換器であり、車両の走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。また、電力変換装置ケース８ａと電力変換装置専用ラジエータ１６は、流入管１６ａと流出管１６ｂによって接続されており、冷却液体が循環するように構成されている。即ち、電力変換装置ケース８ａ内の電力変換装置を冷却して温度上昇した冷却液体は、流入管１６ａを介して電力変換装置専用ラジエータ１６に流入する。流入した冷却液体は、電力変換装置専用ラジエータ１６において熱を放散し、温度が低下した冷却液体が流出管１６ｂを介して電力変換装置ケース８ａに戻され、再び電力変換装置を冷却する。また、電力変換装置専用ラジエータ１６は、内燃機関２、モータ４等の上方に配置された電力変換装置ケース８ａとほぼ同じ高さに配置されているため、短い流入管１６ａ及び流出管１６ｂで電力変換装置専用ラジエータ１６と電力変換装置ケース８ａを接続することができる。

オイルクーラ１８は、内燃機関専用ラジエータ１４の下側に配置された細長い平板状の熱交換器であり、車両の走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。オイルクーラ１８とモータ４は流入管１８ａで接続され、オイルクーラ１８とジェネレータ６は流出管１８ｂで接続されている。さらに、ジェネレータ６とモータ４は、移送管１８ｃによって接続されている。即ち、モータ４を冷却して温度上昇した冷却液体は、流入管１８ａを介してオイルクーラ１８に流入する。流入した冷却液体は、オイルクーラ１８において熱を放散し、温度が低下した冷却液体が流出管１８ｂを介してジェネレータ６に戻され、ジェネレータ６が冷却される。ジェネレータ６を冷却した冷却液体は移送管１８ｃを介してモータ４に送られ、モータ４が冷却される。

また、オイルクーラ１８は、内燃機関専用ラジエータ１４の下方に並べて配置されており、モータ４及びジェネレータ６のケースの下端と、オイルクーラ１８の下端は、ほぼ同一の高さに位置している。これにより、短い流入管１８ａ及び流出管１８ｂでオイルクーラ１８と、モータ４及びジェネレータ６を接続することができる。

なお、図３に想像線で示すように、車両にエアコン（図示せず）が搭載されている場合には、エアコン用のラジエータ２２は、車両の前後方向において、電力変換装置専用ラジエータ１６と、内燃機関専用ラジエータ１４の間に配置するのが良い。

次に、図４を参照して、本発明の実施形態の車載用冷却装置１における冷却液体及びエネルギーの流れを説明する。
上述したように、本実施形態の車載用冷却装置１は、車両駆動装置と一体化されており、車両を駆動するための動力を生成する内燃機関２、及び油冷式のモータ４を備えている。また、本実施形態においては、内燃機関２によって生成された動力は電気エネルギーとして、一旦、蓄電池であるリチウムイオンバッテリ２０に蓄積される。即ち、内燃機関２が発生した回転軸動力により油冷式のジェネレータ６が駆動され、このジェネレータ６が生成した電力は、電力変換装置ケース８ａ内の整流器８ｃ（図５）を介して蓄電池であるリチウムイオンバッテリ２０に蓄積される。さらに、リチウムイオンバッテリ２０に蓄積された電気エネルギーによりモータ４が駆動され、この駆動力が車両のドライブシャフト１２に伝達されて車両が駆動される。一方、車両の制動時においては、車両の持っている運動エネルギーが、モータ４によって電気エネルギーとして回生され、電力変換装置ケース８ａ内の整流器８ｃを介してリチウムイオンバッテリ２０に蓄積される。

また、モータ４及びジェネレータ６は油冷式であり、共通の冷却システムによって夫々冷却される。即ち、第１の冷却液体である油ベースの冷却液（ＡＴＦ系冷媒）が、モータ４、ジェネレータ６、及び第１の冷却機構であるオイルクーラ１８を循環しており、モータ４及びジェネレータ６が冷却される。図４に示すように、本実施形態においては、ジェネレータ６を冷却した冷却液体はモータ４へ送られ、モータ４を冷却して温度が上昇した温油がオイルクーラ１８へ送られて冷却される。さらに、オイルクーラ１８で冷却され、温度が低下した冷油がジェネレータ６へ戻され、ジェネレータ６、モータ４が冷却される。なお、モータ４及びジェネレータ６を冷却する冷却液体として、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系液体を使用することもできる。

これに対して、内燃機関２、及び電力変換装置ケース８ａ内の電力変換装置は水冷式であり、別々の冷却システムによって夫々冷却される。即ち、内燃機関２は内燃機関専用ラジエータ１４によって冷却され、水ベースの冷却液（ＬＬＣ系冷媒）が内燃機関２と内燃機関専用ラジエータ１４の間で循環して内燃機関２が冷却される。また、電力変換装置ケース８ａ内の電力変換装置は第２の冷却機構である電力変換装置専用ラジエータ１６によって冷却され、第２の冷却液体である水ベースの冷却液体が電力変換装置ケース８ａと電力変換装置専用ラジエータ１６の間で循環して電力変換装置が冷却される。即ち、電力変換装置を冷却して温度が上昇した温水が、電力変換装置専用ラジエータ１６へ送られ、冷却される。さらに、電力変換装置専用ラジエータ１６で冷却されて温度が低下した冷水が、電力変換装置ケース８ａへ戻され、内部の電力変換装置が冷却される。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の車載用冷却装置１におけるモータ４、ジェネレータ６、及び電力変換装置ケース８ａの接続構造を説明する。
図５は、モータ４、ジェネレータ６、及び電力変換装置ケース８ａの内部構造を示す断面図である。図６は、モータ４と電力変換装置ケース８ａの接続部を拡大して示す拡大断面図である。

図５に示すように、モータ４は、モータケース４ａと、このモータケース４ａに収容されたロータ４ｂ、及びステータ４ｃと、出力軸４ｄと、を有する。ロータ４ｂは水平方向に向けられた出力軸４ｄと結合され、モータケース４ａに対して水平な軸線を中心に回転可能に支持されている。ステータ４ｃはモータケース４ａに固定され、ステータ４ｃを構成するコイルに交流電流を流すことにより、ロータ４ｂを回転駆動するように構成されている。一方、減速時においては、車両の持つ運動エネルギーに基づいて出力軸４ｄが回転駆動される。これにより、出力軸４ｄと共にロータ４ｂも回転駆動されるので、ステータ４ｃには誘導電流が発生し、車両の運動エネルギーが電気エネルギーとして回生される。

さらに、モータケース４ａ内には冷却液体が入れられており、この冷却液体の液面Ｌは、ロータ４ｂの下端とほぼ同一の高さに設定されている。このため、ロータ４ｂが回転されると、ロータ４ｂによって冷却液体が跳ね上げられ、モータケース４ａ内のステータ４ｃやロータ４ｂには冷却液体が掛けられる。この冷却液体によってステータ４ｃ、ロータ４ｂの熱が奪われ、ステータ４ｃ及びロータ４ｂが冷却される。また、本実施形態においては、モータケース４ａに隣接して設けられた減速ギア１０のケースとモータケース４ａが連通しており、ケース内のギア（図示せず）も、モータ４と同じ冷却液体によって冷却される。なお、本実施形態においては、モータケース４ａ及び減速ギア１０のケース内に冷却液体が直接入れられ、ステータ４ｃ、ロータ４ｂ、及びギアが冷却される。このため、モータケース内に冷却液体を流す配管を配置してステータやロータを冷却する構成に比べ、強力に冷却を行うことができる。

ジェネレータ６は、ジェネレータケース６ａと、このジェネレータケース６ａに収容されたロータ６ｂ、及びステータ６ｃと、入力軸６ｄと、を有する。ロータ６ｂは水平方向に向けられた入力軸６ｄと結合され、ジェネレータケース６ａに対して水平な軸線を中心に回転可能に支持されている。ステータ６ｃはジェネレータケース６ａに固定され、内燃機関２の駆動力によりロータ６ｂが回転駆動されると、ステータ６ｃを構成するコイルに誘導電流が流れ、交流電力が生成されるように構成されている。

さらに、ジェネレータケース６ａ内には冷却液体が入れられており、この冷却液体の液面Ｌは、ロータ６ｂの下端とほぼ同一の高さに設定されている。このため、ロータ６ｂが回転されると、ロータ６ｂによって冷却液体が跳ね上げられて、ジェネレータケース６ａ内のステータ６ｃやロータ６ｂにかかり、冷却液体によって熱が奪われる。これにより、ステータ６ｃ及びロータ６ｂが冷却される。また、モータケース４ａ内の冷却液体の液面Ｌと、ジェネレータケース６ａ内の液面Ｌは、ほぼ同一の高さに設定されている。

なお、ジェネレータケース６ａ内の冷却液体は、オイルポンプ（図示せず）によって移送管１８ｃを介してモータケース４ａに移送される。さらに、モータケース４ａ内の冷却液体は、オイルポンプ（図示せず）によって流入管１８ａを介してオイルクーラ１８に送られ、オイルクーラ１８において冷却された冷却液体は、流出管１８ｂを介してジェネレータケース６ａ内に戻される。

電力変換装置ケース８ａ内には、インバータ８ｂ及び整流器８ｃが収容され、電駆系ユニットとして一体化されている。これらインバータ８ｂ及び整流器８ｃは、スイッチング用のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）や、整流用のダイオード（以上、図示せず）等の電力用半導体素子を含む回路基板から構成されている。なお、車両の電駆系の構成によっては、電力変換装置ケース８ａ内に、直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータを備えていても良い。

さらに、回路基板上の電力用半導体素子は作動と共に熱を発生するので、これを冷却するために、電力変換装置ケース８ａ内には冷却液室８ｄが設けられている。この冷却液室８ｄには流入管１６ａ及び流出管１６ｂが接続されており、冷却液室８ｄと電力変換装置専用ラジエータ１６（図３）の間で、オイルクーラ１８を循環している冷却液体とは異なる冷却液体が循環されている。このように、冷却液室８ｄ内に冷却液体を循環させることにより、冷却液室８ｄがウォータージャケットとして作用し、電力変換装置ケース８ａ内のインバータ８ｂ及び整流器８ｃが冷却される。また、冷却液室８ｄ内に効率良く冷却液体を流すことができるように、冷却液室８ｄ内の壁面は平坦に形成されている。

また、電力変換装置ケース８ａ底面の一方の端部は、モータ４のモータケース４ａの上端部に締結・固定され、一体化されている。さらに、電力変換装置ケース８ａ底面の他方の端部は、減速ギア１０及び内燃機関２を跨いで、ジェネレータ６のジェネレータケース６ａの上端部に締結・固定され、一体化されている。このように、本実施形態においては、別体に構成された電力変換装置ケース８ａ、モータケース４ａ、及びジェネレータケース６ａを夫々締結して、一体化されたケースが構成されているが、これらのケースの一部又は全部を一体成形しても良い。

ここで、上記のように、リチウムイオンバッテリ２０から供給された電力は、電力変換装置ケース８ａ内のインバータ８ｂを介してモータ４に供給される。このため、インバータ８ｂからモータ４に電力を供給するための導電体である複数のバスバー２４が、一体化されたモータケース４ａと電力変換装置ケース８ａの内部に延びている。また、モータ４によって回生された交流電力は、整流器８ｃを介してリチウムイオンバッテリ２０に充電される。このため、一体化されたモータケース４ａと電力変換装置ケース８ａの内部に延びるバスバー２４は、モータ４によって回生された交流電力を整流器８ｃに供給する際にも使用される。これにより、モータ４と電力変換装置の間で電力の授受を行うための、モータケース４ａ及び電力変換装置ケース８ａの外部を通るハーネス等は、設けられていない。

同様に、ジェネレータ６によって生成された交流電力は、電力変換装置ケース８ａ内の整流器８ｃを介してリチウムイオンバッテリ２０に充電される。このため、ジェネレータ６によって生成された交流電力を整流器８ｃに供給するための導電体である複数のバスバー２６（１本のみ図示）も、一体化されたジェネレータケース６ａと電力変換装置ケース８ａの内部に延びている。これにより、ジェネレータ６と電力変換装置（整流器８ｃ）の間で電力の授受を行うための、ジェネレータケース６ａ及び電力変換装置ケース８ａの外部を通るハーネス等は、設けられていない。

次に、図６を参照して、モータ４のモータケース４ａと、電力変換装置ケース８ａの接続部等の構造を説明する。
なお、以下では、モータケース４ａと電力変換装置ケース８ａの接続部の構造を説明するが、ジェネレータケース６ａと電力変換装置ケース８ａの接続部も同様に構成されている。

図６に示すように、電力変換装置ケース８ａの底面の一端部には、電力変換装置ケース８ａとモータケース４ａを接続するための、電力変換装置側の接続面２８ａが設けられている。一方、モータケース４ａの、減速ギア１０側の上端部には、モータケース４ａと電力変換装置ケース８ａを接続するための、モータ側の接続面３０ａが設けられている。これら電力変換装置側の接続面２８ａとモータ側の接続面３０ａの間には、これらの接続面の間に異物が混入するのを防止するためのシーリング材であるＯリング３２が配置されている。

さらに、モータケース４ａの内部にはバスバー２４を通すための連結通路３０ｂが設けられており、この連結通路３０ｂは、モータケース４ａの内部から接続面３０ａまでクランク状に延びて、接続面に開口している。即ち、連結通路３０ｂは、ロータ４ｂやステータ４ｃが収容されている、第１の空間であるモータケース４ａの内部空間３０ｃと、接続面３０ａの開口を連通させるように構成されている。バスバー２４は、その一端がモータケース４ａの内部空間３０ｃ内のステータ４ｃに接続されており、電力変換装置ケース８ａ内へ延びている。

同様に、電力変換装置ケース８ａの内部には、バスバー２４を通すための連結通路２８ｂが設けられており、この連結通路２８ｂは、電力変換装置ケース８ａの内部から接続面２８ａまで延びて、接続面に開口している。即ち、連結通路２８ｂは、インバータ８ｂや整流器８ｃが収容されている、第２の空間である電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃと、接続面２８ａの開口を連通させるように構成されている。このように、電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃは、モータケース４ａの内部空間３０ｃよりも上方に設けられており、電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃには、インバータ８ｂ、整流器８ｃ等が配置されている。モータケース４ａの内部から延びるバスバー２４は、連結通路２８ｂを通って電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃに入り、内部空間２８ｃ内に収容されているインバータ８ｂ、整流器８ｃ等の回路に接続される。

また、上述したように、電力変換装置ケース８ａの内部には冷却液室８ｄが形成されており、この冷却液室８ｄは、インバータ８ｂや整流器８ｃを収容している内部空間２８ｃの下側に設けられている。ここで、インバータ８ｂ、整流器８ｃ等に設けられている電力用半導体素子（図示せず）は、内部空間２８ｃと冷却液室８ｄを隔てるように配置された金属板２８ｄの上面に接触するように固定されている。このため、電力用半導体素子の熱は、金属板２８ｄを介して冷却液室８ｄ内の冷却液体に効率良く伝達され、インバータ８ｂ、整流器８ｃ等を効率良く冷却することができる。また、本実施形態において、金属板２８ｄの下側面には、下方に向けて突出するように形成された多数の円柱が設けられている。これらの円柱により、金属板２８ｄと冷却液室８ｄ内の冷却液体の接触面積を大きくすることができ、金属板２８ｄに取り付けられた電力用半導体素子を効率良く冷却することができる。また、金属板２８ｄの下側面に形成された円柱により、冷却液室８ｄ内の冷却液体の流れを乱流にすることができ、金属板２８ｄから冷却液体へ、更に効率良く熱を伝えることができる。

このように、複数のバスバー２４が、モータケース４ａ及び電力変換装置ケース８ａを一体化して形成されたケースの内部を通って延び、モータ４（のステータ４ｃ）と電力変換装置ケース８ａ内のインバータ８ｂ、整流器８ｃ等を電気的に接続する。また、各バスバー２４は、クランク状に延びる連結通路３０ｂを通るように、直線状の細長い導電体のプレートを複数結合することにより形成されている。なお、直線状のプレート同士の結合部は露出されているが、プレート同士を締結した後、カバーが取り付けられる。また、各バスバー２４は、各バスバー間での放電を防止するために、樹脂製の絶縁材で覆われており、バスバー２４相互間での絶縁性が確保されている。

さらに、連結通路３０ｂの内部に沿って、樹脂製のシール部材３４が配置されており、電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃと、モータケース４ａの内部空間３０ｃの間がシールされている。即ち、シール部材３４は、弾性変形可能な樹脂材で成形されており、連結通路３０ｂの内壁面とシール部材３４の間、及び各バスバー２４の外周面とシール部材３４の間が、夫々液密的にシールするように構成されている。なお、本実施形態において、バスバー２４は、電力変換装置ケース８ａの連結通路２８ｂから内部空間２８ｃ内へ直接延びているが、バスバー２４が冷却液室８ｄを貫通して内部空間２８ｃ内へ延びるように本発明を構成することもできる。この構成においても、バスバー２４の周囲をシール部材によってシールしておくことで、冷却液室８ｄ内の冷却液体と、モータケース４ａ内の冷却液体が混合されるのを抑制することができる。

このように、各バスバー２４の周囲をシール部材３４によってシールすることにより、モータ４のステータ４ｃが収容されている内部空間３０ｃ内を冷却するための冷却液体が、連結通路３０ｂを通って電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃに侵入するのを抑制することができる。また、電力変換装置ケース８ａ内に設けられた冷却液室８ｄ内の冷却液体が、破損等により万一漏れた場合にも、冷却液体がモータケース４ａの内部空間３０ｃに侵入するのを抑制することができる。即ち、電力変換装置ケース８ａの冷却液室８ｄ内の水ベースの冷却液体が漏れて、モータケース４ａ内の油ベースの冷却液体と混合されるのを抑制することができる。さらに、電力変換装置ケース８ａは、冷却液室８ｄ内に循環されている冷却液体によって冷却されているので、連結通路２８ｂ等の内壁面に結露が発生する場合がある。このような場合であっても、結露によって生じた水がモータケース４ａの内部空間３０ｃに侵入するのを、シール部材３４によって抑制することができる。

なお、本実施形態において、バスバー２４は、電力変換装置ケース８ａの連結通路２８ｂから内部空間２８ｃ内へ直接延びているが、バスバー２４が冷却液室８ｄを貫通して内部空間２８ｃ内へ延びるように本発明を構成することもできる。この構成においても、バスバー２４の周囲をシール部材によってシールしておくことで、冷却液室８ｄ内の冷却液体と、モータケース４ａ内の冷却液体が混合されるのを抑制することができる。

本発明の実施形態の車載用冷却装置１によれば、回転電気機械であるモータ４及びジェネレータ６、及び電力変換装置であるインバータ８ｂ及び整流器８ｃが、夫々異なる冷却液体によって冷却される（図４）。このため、空冷される場合に比べ強力に冷却を行うことができる。また、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続するバスバーが、一体化されたモータケース４ａ、ジェネレータケース６ａ、及び電力変換装置ケース８ａの内部に延びている（図５、図６）。この結果、回転電気機械と電力変換装置を接続するためにケース外部にハーネスを設ける必要がなく、ハーネスによる重量の増加や、コストアップを回避することができる。また、本実施形態によれば、シール部材３４が、回転電気機械用の冷却液体と、電力変換装置用の冷却液体が混合されるのを抑制する（図６）。このため、回転電気機械と電力変換装置を一体化されたケースに収容しながら、冷却液体が漏れた場合等に、第１、第２の冷却液体が混合され、故障の原因となるのを抑制することができる。

また、本実施形態の車載用冷却装置１によれば、電力変換装置ケース８ａの内部空間２８ｃが、モータケース４ａの内部空間３０ｃよりも上方に設けられている（図６）ので、一般に、重量の大きいモータ４等の回転電気機械を下側に配置することができ、車載用冷却装置１を安定して配置することができる。

さらに、本実施形態の車載用冷却装置１によれば、回転電気機械であるモータ４及びジェネレータ６が油冷式である（図４）ので、コイル等を油で直接冷却することが可能になり、効果的に回転電気機械を冷却することができる。

また、本実施形態の車載用冷却装置１によれば、減速ギア１０が、回転電気機械であるモータ４と同一の冷却液体によって冷却される（図５）ので、減速ギア１０の冷却機構をモータ４と兼用にすることができ、車載用冷却装置１を小型化することができる。

さらに、本実施形態の車載用冷却装置１によれば、回転電気機械であるジェネレータ６に、内燃機関２によって動力が付与される（図４）ので、外部電源を使用することなく電力を生成し、リチウムイオンバッテリ２０に充電を行うことができる。

また、本実施形態の車載用冷却装置１によれば、車両の幅方向に、順に、モータ４、減速ギア１０、内燃機関２、及びジェネレータ６が配置されている（図２）ので、車両駆動装置と一体化された車載用冷却装置１を、コンパクトに構成することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。上述した実施形態においては、車載用冷却装置１は、車両駆動装置と一体化されており、回転電気機械としてモータを備えていたが、車両を駆動する機能を有しない車載用冷却装置に本発明を適用することができる。即ち、本発明は、内燃機関を備えない車載用冷却装置にも適用することができ、また、ジェネレータ及びモータの何れか一方を備えた車載用冷却装置に適用することもできる。また、上述した実施形態においては、内燃機関はジェネレータを駆動し、ドライブシャフトが内燃機関によって直接駆動されることはないが、内燃機関の動力によってドライブシャフトが駆動される車載用冷却装置に本発明を適用することもできる。また、バッテリが専ら外部電源によって充電される車載用冷却装置に本発明を適用することもできる。

１ 車載用冷却装置
２ 内燃機関
４ モータ（回転電気機械）
４ａ モータケース
４ｂ ロータ
４ｃ ステータ
４ｄ 出力軸
６ ジェネレータ（回転電気機械）
６ａ ジェネレータケース
６ｂ ロータ
６ｃ ステータ
６ｄ 入力軸
８ａ 電力変換装置ケース
８ｂ インバータ（電力変換装置）
８ｃ 整流器（電力変換装置）
８ｄ 冷却液室
１０ 減速ギア（減速機構）
１２ ドライブシャフト
１４ 内燃機関専用ラジエータ
１６ 電力変換装置専用ラジエータ（第２の冷却機構）
１６ａ 流入管
１６ｂ 流出管
１８ オイルクーラ（第１の冷却機構）
１８ａ 流入管
１８ｂ 流出管
１８ｃ 移送管
２０ リチウムイオンバッテリ
２２ ラジエータ
２４ バスバー（導電体）
２６ バスバー（導電体）
２８ａ 接続面
２８ｂ 連結通路
２８ｃ 内部空間（第２の空間）
２８ｄ 金属板
３０ａ 接続面
３０ｂ 連結通路
３０ｃ 内部空間（第１の空間）
３２Ｏ リング
３４ シール部材

Claims (8)

1. 車両の電気系統を冷却するための冷却装置であって、
   ケースと、
   このケースの内部の第１の空間内に収容された回転電気機械と、
   上記ケースの内部の、上記第１の空間とは異なる第２の空間内に収容された電力変換装置と、
   上記第１の空間内の上記回転電気機械を、第１の冷却液体を使用して冷却する第１の冷却機構と、
   上記第２の空間内の上記電力変換装置を、上記第１の冷却液体とは異なる第２の冷却液体を使用して冷却する第２の冷却機構と、
   上記回転電気機械と上記電力変換装置を電気的に接続するように、上記ケースの内部に延びる導電体と、
   上記第１の空間と上記第２の空間の間をシールするシール部材と、を有し、
   上記シール部材は、上記第１の空間内の上記第１の冷却液体と、上記第２の空間内の上記第２の冷却液体が混合されるのを抑制することを特徴とする車載用冷却装置。
2. 上記電力変換装置を収容した上記第２の空間は、上記回転電気機械を収容した上記第１の空間よりも上方に設けられている請求項１記載の車載用冷却装置。
3. 上記回転電気機械を冷却する上記第１の冷却機構は油冷式であり、上記電力変換装置を冷却する上記第２の冷却機構は水冷式である請求項１又は２に記載の車載用冷却装置。
4. 上記回転電気機械の冷却に使用される上記第１の冷却液体は、フッ素系液体である請求項１又は２に記載の車載用冷却装置。
5. 上記回転電気機械はモータを含み、さらに、このモータの回転出力を減速する減速機構を有し、この減速機構は、上記モータと共に上記第１の冷却液体によって冷却される請求項１乃至４の何れか１項に記載の車載用冷却装置。
6. 上記回転電気機械はジェネレータを含み、さらに、このジェネレータに動力を付与する内燃機関を有する請求項１乃至５の何れか１項に記載の車載用冷却装置。
7. 上記回転電気機械はモータ及びジェネレータを含み、さらに、上記モータの回転出力を減速する減速機構と、上記ジェネレータに動力を付与する内燃機関と、を有し、上記モータ、上記減速機構、上記内燃機関、及び上記ジェネレータは、車両の幅方向に、この順序で配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の車載用冷却装置。
8. 上記電力変換装置は、直流を交流に変換するインバータ、及び直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータのうちの少なくとも１つを含む請求項１乃至７の何れか１項に記載の車載用冷却装置。

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