JP2015201564A - 車載電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、インバータ（車載電子機器）の内部と外部をつなぎインバータ内の冷却器に冷媒を送る冷媒管と外設管の間を封止する構造に関する。【解決手段】内部に冷却器を備えるインバータは、貫通孔１６を有しているケース１２と、冷却器から伸びており貫通孔１６を通ってケース１２の外側まで伸びている冷媒管２３と、ケース１２の外側で冷媒管２３の外周面２３ａと嵌合している外設管４を備えている。また、インバータは、冷媒管２３の外周面２３ａを覆っており、冷媒管２３の外周面２３ａと貫通孔１６の内周面１６ａの間を封止するとともに、冷媒管２３の外周面２３ａと外設管４の内周面４４ａの間を封止しているシール材３も備えている。シール材３には、貫通孔１６の内周面１６ａと対向する位置で芯金３１が埋設されているとともに、芯金３１よりもケース１２の外側でシール材３の内周側と外周側を貫通する水抜き孔３２が設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、車載電子機器に関する。特に、内部に電子部品を備えるとともに、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備える車載電子機器に関する。

電動車両は、走行用のモータに供給するための大電力を扱う電子機器を搭載している。その典型は、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータである。大電力を扱う電子機器は発熱量が大きく、液冷式の冷却器を備えていることが多い。一方、車載の電子機器は、エンジンコンパートメントに搭載されるので、防水性にも配慮が必要である。液冷式の冷却器を備える電子機器は、外部から冷却器に冷媒を供給する冷媒供給管と冷却器を通過した冷媒を外部へ排出する冷媒排出管が電子機器のケース側壁を通過することになる。ケースの貫通孔と冷媒供給管あるいは冷媒排出管の間に、それらの隙間を埋めるシール材が挿入される。

特許文献１−３に上記のシール材に関する技術が開示されている。特許文献１には、シール材を取り付ける組付作業性を効率化する技術が開示されている。

特許文献２の技術は次の通りである。シール材は、冷媒管の外周面と接するパイプシール部と、ケースと接するケースシール部を有し、それらが冷媒管の軸線方向で相互にずれている。また、ケースに接するケースシール部には、芯金が埋設されている。パイプシール部とケースシール部が軸線方向でずれているのでパイプが傾いたときにシール材も従動して密封性が保たれる。また、芯金は、ケースシール部の変形を防ぎ、ケースとの間の密封性を高める。なお、特許文献２では、ケースの上部にＵ字の溝が設けられており、冷媒管はその溝を通過する。

また、特許文献３には、ケース内部の冷却器から伸びている冷媒管をケース外まで延設し、ケースの外側で他の冷媒管と接続することが開示されている。ケースの貫通孔と冷媒管の外周との間はシール材で封止される。そのシール材とは別に、ケース外側で冷媒管と他の冷媒管の接続部も別のシール材で封止される。

特開２０１４−００３１３６号公報 特開２０１１−１７１４４９号公報 特開２０１２−２１００２２号公報

特許文献３の技術では、ケース内部の冷却器から伸びる冷媒管とケースの貫通孔との間を封止するシール材と、ケースの外側で冷媒管と別の冷媒管（外設管）を封止する別のシール材を必要とする。コスト低減のため、ケース側壁に隣接して外設管を配置し、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間と、冷媒管と外設管の間を一つのシール材で封止できるとよい。しかし、２箇所を一つのシール材で同時に封止すると、密封性が低下する虞もある。本明細書は、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間の封止と、冷媒管と外設管の間を同時に封止する構造に関し、仮に冷媒管と外設管の間の密封性が低下した場合でも冷媒管とケース貫通孔の間の封止性は維持し、漏水がケース内部に浸入することを防止する技術を提供する。

本明細書が開示する技術の一態様は、車載電子機器に具現化することができる。その電子機器は、ケース内部に電子部品を備えるとともに、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている。その電子機器は、ケースと冷媒管と外設管とシール材を備えている。ケースには、内部の冷却器から伸びる冷媒管が通る貫通孔が設けられている。冷媒管はケースの外側で冷媒管の外周面と嵌合している。外設管は、ケースの外面に接しつつ、冷媒管と嵌合している。筒状のシール材は、冷媒管の外周面を覆っており、冷媒管の外周面と貫通孔の内周面の間を封止するとともに、冷媒管の外周面と外設管の内周面の間を封止している。このシール材には、貫通孔の内周面と対向する位置で芯金が埋設されている。さらに、シール材には、芯金よりもケース外側の位置にてシール材の内周側と外周側を貫通する水抜き孔が設けられている。

上記の車載電子機器は、シール材に芯金を埋設することで、ケース貫通孔と冷媒管の間の密封性を高めている。同時に、仮に冷媒管と外設管の間の封止性が劣化して水が漏れた場合、漏れた水は水抜き孔から外部へ流れるのでケース内に浸入することがない。

なお、本明細書では、ケースに設けられた溝であってケースにカバーが取り付けられたときに「孔」を構成する溝も、便宜上、貫通孔として扱う。

本明細書が開示する技術は、ケース内側から外側へ伸びる冷媒管とケース貫通孔内周面の間の封止と、冷媒管と外設管の間の封止を同時に達成する構造に関し、仮に冷媒管と外設管の間の密封性が低下した場合でも漏れた水がケース内に浸入することを防止する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の車載電子機器（インバータ）の分解斜視図である。 インバータの斜視図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図３の二点鎖線IVで囲んだ範囲の拡大図である。 図４の二点鎖線Vで囲んだ範囲の拡大図である。 図５のVI−VI線における部分断面図である。

図面を参照して実施例の電子機器を説明する。実施例の電子機器は、電動車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ２である。図１に、インバータ２の分解斜視図を示す。図２に、インバータ２の斜視図を示す。また、図３に、図２のIII−III線における断面図を示す。なお、図３で示すインバータ２のカバー１３は、理解を助けるために図１、２ではその図示を省略している。インバータ２は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路とその昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えている。それらの回路構成を実現するために、インバータ２には、ハードウエアとしてパワーカード２２を積層して冷却する積層冷却ユニット２０、モータ駆動用の大電流を平滑化する平滑コンデンサ５１、電圧コンバータ回路に用いられるリアクトル５２、リアクトル５２や平滑コンデンサ５１を冷却する冷却器１５、および、回路基板で構成される。パワーカード２２はスイッチング素子やダイオードをモールドした部品であり、回路基板はそのスイッチング素子を制御する制御回路を実装した基板である。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴなどのトランジスタが用いられる。なお、回路基板は積層冷却ユニット２０の上方に配置されるが、その図示は省略している。また、パワーカード２２（スイッチング素子）、平滑コンデンサ５１、リアクトル５２は、金属製のバスバにより互いに電気的に接続されているが、図中ではその図示は省略している。

また、図中には座標系が示されている。座標系におけるＸＹ平面がインバータ２の電動車両に対する取付姿勢の水平面を表す。そして、座標系におけるＺ軸がインバータ２の電動車両に対する取付姿勢の鉛直方向を表す。本明細書では適時その座標系を用いて、実施例の構成を説明する。

インバータ２は独立した２つのケース（第１ケース１２、第２ケース１４）を有しており、第１ケース１２はリアクトル５２や積層冷却ユニット２０などのユニットを収めるためのものであり、第２ケース１４は冷却器１５そのものである。インバータ２は２種の冷却器を備えており、一つは、リアクトル５２やコンデンサ５１を冷却する冷却器１５であり、もう一つは、スイッチング素子を収容した複数のパワーカード２２と一体化した積層冷却ユニット２０である。冷却器１５は、第１ケース１２の底面に固定されるため、インバータ２は、全体として冷却器が一体化された構造を有している。

積層冷却ユニット２０は、複数のパワーカード２２と、内部を冷媒が通る平板型の複数の冷却プレート２１を交互に積層したものである。冷却プレート２１は、内部が空洞であるとともに、長手方向の両側（すなわち、パワーカード２２の両側）のそれぞれに貫通孔が設けられている。隣接する冷却プレート２１の貫通孔同士が接続管２５で接続されている。そして、積層構造の端の冷却プレート２１の貫通孔から、２本の冷媒管２３、２４が伸びている。積層冷却ユニット２０は、第１のケース１２に収納され、冷媒管２３、２４が第１ケース１２の側壁に設けられたケース貫通孔１６、５６を貫通する。冷媒を供給する供給管６１は、第１ケース１２の外側から冷媒管２４及びケース貫通孔５６に接続される。冷却器１５と積層冷却ユニット２０を連結する外設連結管４の一端は、第１ケース１２の外側から冷媒管２３及びケース貫通孔１６に接続される。冷媒管２３とケース貫通孔１６及び外設連結管４の間には、シール材３が備えられる。シール材３を用いた冷媒管２３とケース貫通孔１６及び外設連結管４の連結構造については後述する。外設連結管４は、Ｕ字形状のパイプであり、その他端（図１、２において下方の端）は、第２ケース１４の開口１７に接続されている。また、第２ケース１４にはもう一方の開口５７が設けられており、排出管６２が接続される。なお、供給管６１とケース貫通孔５６及び冷媒管２４の間、排出管６２と開口５７の間、外設連結管４と開口１７の間には夫々シール材が設けられているが、図中では図示を省略している。

冷媒供給管６１を通じてインバータ２の外部から供給される冷媒は、ケース貫通孔５６と一方の冷媒管２４を通って積層冷却ユニット２０に供給される。冷媒管２４から流入した冷媒は、冷却プレート２１に接続している一方の接続管２５を通じて全ての冷却プレート２１に行きわたる。冷媒は冷却プレート２１の内部をその長手方向に流れ、冷却プレート２１に接するパワーカード２２を冷却する。パワーカード２２の熱を吸収した冷媒は、冷却プレート２１に接続している他方の接続管２５を通じ、さらに冷媒管２３とケース貫通孔１６を通じて第１ケース１２から排出される。冷媒はその後、外設連結管４を通じて第２ケース１４（即ち冷却器１５）へと導かれる。第２ケース１４の内部には、第１ケース１２に設置されたリアクトル５２やコンデンサ５１の直下に相当する位置に冷媒の流路１９（図３参照）が設けられている。冷媒がその流路１９を通る間にリアクトル５２やコンデンサ５１の熱を吸収する。冷媒は最後には開口５７に接続された冷媒排出管６２を通じて排出される。なお、インバータ２の外部には冷媒を冷却するラジエータや冷媒を循環させるポンプを含む冷却システムが備えられており、インバータ２内の電子部品の熱を吸収した冷媒はラジエータで冷却されて再びインバータ２へと送られる。

冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。冷却器１５、積層冷却ユニット２０は液冷式の冷却器である。

また、積層冷却ユニット２０には、その積層体の一方の端部に絶縁板５５と板バネ５４がさらに積層されている。積層冷却ユニット２０は第１ケース１２の内壁と支柱５３に挟まれるように支持される。板バネ５４により、積層冷却ユニット２０はその積層方向に荷重を加えられつつ第１ケース１２に支持される。板バネ５４の荷重により、交互に積層している冷却プレート２１とパワーカード２２が密着し、両者の間で熱がよく伝達される。

図４、５、６を参照して、冷媒管２３とケース貫通孔１６及び外設連結管４の連結構造及びそれらの間を封止するシール材３について説明する。図４は、図３の二点鎖線IVで囲む範囲を拡大した図である。別言すれば、図４は、ケース貫通孔１６、開口１７の中心線を含む断面図である。さらに、図５は、図４の二点鎖線Vで囲む範囲を拡大した拡大図である。そして図６は、後述する水抜き孔３２を通る図５のVI−VI線における冷媒管２３とシール材３を含む範囲の部分断面図である。なお、図４では、パワーカードは仮想線で示してある。

冷媒管２３は円管であり、冷却プレート２１から第１ケース１２の外側に向かって伸びている。そして、冷媒管２３はケース貫通孔１６を貫通し、第１ケース１２の外側面１２ａから突出している。この突出した部分は、後述する外設連結管４の開口部４４の内側に位置する。別言すれば、冷媒管２３の外周面２３ａは、第１ケース１２の外側で外設連結管４と嵌合している。また、冷媒管２３の中心線は、ケース貫通孔１６の中心線と一致している。

外設連結管４はＵ字形状の円管である。そのＵ字形状の両端には、外設連結管４をケース１２、１４に固定するフランジ４１、４２が備えられている。フランジ４２の第２ケース１４側の面（フランジ面）にはシール材８が設けられており、このフランジ面と第２ケース１４の外側面の間を封止している。図示を省略しているが、フランジ４２には貫通孔が設けられており、その貫通孔を通じて外設連結管４の一端が第２ケース１４に固定されている。一方、フランジ４１の第２ケース１２側の端面（フランジ面４１ａ）は、第１ケース１２の外側面１２ａに接している。フランジ４１の側では、外設連結管４の開口部４４は、Ｕ字管の途中の円管４３の内径よりも拡径されている。外設連結管４の開口部４４の径は、ケース貫通孔１６の内径と同じである。図示を省略しているが、フランジ４１には貫通孔が設けられており、その貫通孔を通じて外設連結管４の他端が第１ケース１２に固定されている。

シール材３は、図１によく表されているように筒状の部材である。シール材３は、ゴム等の柔軟性の高い材料で作られている。図５に示すように、シール材３は冷媒管２３の外周面２３ａを覆っている。そして、シール材３は、冷媒管２３の外周面２３ａとケース貫通孔１６の内周面１６ａの間に位置し、その間を封止している。さらに、シール材３は、冷媒管２３の外周面２３ａと外設連結管４における開口部４４の内周面４４ａの間にも位置し、その間を封止している。また、シール材３の外周面には、その外周面を一巡するように三角形状の凸部３ａがシール材３の中心線に沿って複数設けられている。図中に示すように、凸部３ａの頂点はケース貫通孔１６の内周面１６ａに圧接され変形している。一方、シール材３の内周面にも、その内周面を一巡するように三角形状の凸部３ｂがシール材３の中心線に沿って複数設けられている。凸部３ｂも凸部３ａと同様に、その頂点が冷媒管２３の外周面２３ａに圧接され変形している。シール材３に凸部３ａを設けることで、シール材３と開口部４４及びケース貫通孔１６の内周面との間の接触面積を減らすことができる。接触面積を減らすことで、開口部４４及びケース貫通孔１６にシール材３を挿入する時に作用する摩擦力を低減することができる。同様に、凸部３ｂを設けることで冷媒管２３をシール材３に挿入する時に作用する摩擦力を低減することができる。

また、シール材３には、ケース貫通孔１６の内周面１６ａと対向する位置にリング状の芯金３１が埋設されている。図５に示すように芯金３１の一部は、シール材３の第１ケース１２の内側に位置する端面から露出している。芯金３１のシール材３に埋設している部分の端面はケース貫通孔１６の内側に位置している。芯金３１は、シール材３より硬い材料、例えば金属で作られている。芯金３１を埋設することで、ケース貫通孔１６の内周面１６ａと冷媒管２３の外周面２３ａの間において芯金３１が埋設されているシール材３の本体部分の変形が抑制される。これにより、凸部３ａ、３ｂの内周面１６ａ、外周面２３ａに対する密着性を高めることができる。

また、シール材３には、上記の芯金３１よりも第１ケース１２の外側で、シール材３の内周面と外周面の間を貫通する水抜き孔３２が設けられている。水抜き孔３２は、ケース貫通孔１６の内側に位置しており、冷媒管２３の外周面２３ａとシール材３の内周面の間とケース貫通孔１６の内周面１６ａとシール材３の外周面の間をつないでいる。また、図６に示すように、水抜き穴３２は、インバータ２の取付姿勢における鉛直下側（Ｚ軸の負方向）に位置している。

水抜き穴３２の効果について説明する。シール材３の密封性が低下した場合、特に芯金３１が埋設されていない側（外設連結管４の側）の密封性が低下すると、冷媒がシール材３から漏れる虞がある。水抜き穴３２を設けることで、図５に示す太線矢印ＷＦのように、シール材３の内周面と冷媒管２３の外周面２３ａの間に侵入した冷媒は、水抜き孔３２を通過して、シール材３の外周面とケース貫通孔１６の内周面１６ａの間へ抜ける。この間に抜けた冷媒は、フランジ面４１ａと第１ケース１２の外側面１２ａの間を伝って、第１ケース１２の外側に抜ける。一方、冷媒管２３とケース貫通孔１６の間のシール材３には芯金３１が埋設されているので、その密封性は高い。即ち、漏れた冷媒は、図５の太線矢印ＷＦに示すように、第１ケース１２の内部に侵入することは無く、第１ケース１２の外部へ流れ出る。これにより、シール材３の密封性が低下しても、第１ケース１２の内部に収容された電子部品の浸水を防止することができる。

実施例における「第１ケース１２」が「ケース」の一例であり、「積層冷却ユニット２０」が「冷却器」の一例である。また、「ケース貫通孔１６」が「貫通孔」の一例であり、「外設連結管４」が「外設管」の一例である。

実施例に関する留意点を述べる。実施例では、冷媒供給管６１とケース貫通孔５６及び冷媒管２４のシール材は図示が省略されていたが、実施例のシール材３による連結構造を採用することも好適である。

また、水抜き穴３２は、ケース貫通孔１６の内側に位置していたが、外設連結管４の開口部４４の内側に位置していても良い。実施例と同様に、漏れた冷媒は、水抜き穴３２を通過して、ケースの外側に抜ける。

また、実施例では、シール材３と外設連結管４が別体となるように構成されていたが、シール材３と外設連結管４が一体となるように構成されても良い。例えば、外設連結管とシール材を二種類の材料を用いた二色成形（ダブルモールド）により成形する方法がある。外設連結管とシール材が一体となることにより、外設連結管の内周面とシール材の外周面の間が接合され、その間の密封性を高めることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：インバータ
３：シール材
４：外設連結管
１２：第１ケース
１４：第２ケース
１５：冷却器
１６、５６：ケース貫通孔
１６ａ：内周面
１７、５７：開口
２０：積層冷却ユニット
２１：冷却プレート
２２：パワーカード
２３、２４：冷媒管
２３ａ：外周面
３１：芯金
３２：水抜き穴
４１、４２：フランジ
４４：開口部
４４ａ：内周面
５１：平滑コンデンサ
５２：リアクトル
５４：板バネ
６１：供給管
６２：排出管

Claims (1)

1. 内部に電子部品を備えるとともに、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備える車載電子機器であり、
   貫通孔を有しているケースと、
   前記冷却器から伸びており、前記貫通孔を通って前記ケースの外側まで伸びている冷媒管と、
   前記ケースの外側で前記冷媒管の外周と嵌合している外設管と、
   前記冷媒管の外周面を覆っており、前記冷媒管の外周面と前記貫通孔の内周面の間を封止するとともに、前記冷媒管の外周面と前記外設管の内周面の間を封止している筒状のシール材と、
   を備えており、
   前記シール材には、前記貫通孔の内周面と対向する位置でリング状の芯金が埋設されているとともに、当該芯金よりもケースの外側でシール材の内周側と外周側を貫通する水抜き孔が設けられている、
   ことを特徴とする車載電子機器。

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