JP7768099B2 - 空冷ユニット - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、空冷ユニットに関する。

特許文献１の電力変換器は、半導体素子と、当該半導体素子を冷却する空気を吹き出すファンを有する冷却器と、を備える。電力変換器は、例えば、半導体素子の温度の低下量が小さい場合に、冷却器のファンの運転を継続する。すなわち、電力変換器は、半導体素子の温度に応じて、ファンの動作を制御する。

特開２０１７－１１８６１６号公報

空気の吹出口の下流に設けられる温度センサは、吹出口から吹出される空気の量（すなわち、空気の吹出し量）の影響を受けやすい。具体的には、空気の吹出し量が大きい場合、温度センサによって検知される温度が低くなり、空気の吹出し量が小さい場合、温度センサによって検知される温度は高くなる。温度センサによって検知される温度が空気の吹出し量によって変化すると、温度センサによって検知される温度に応じて電気機器の動作を適切に制限することが困難となる。本明細書では、温度センサによって検知される温度に応じて電気機器の動作を制限する空冷ユニットにおいて、温度センサが空気の吹出し量の影響を受けることを抑制することによって、電気機器の動作を適切に制限することができ得る技術を提供する。

本明細書が開示する空冷ユニットは、電気機器と、前記電気機器の表面に沿って空気を吹き出す吹出口を有するダクトと、前記電気機器に設けられる温度センサと、前記温度センサによって検知される温度が閾値温度を超えた場合に、前記電気機器の動作を制限する制御装置と、を備える。前記吹出口の内面には、突出部が設けられており、前記電気機器の前記表面に対して直行する方向から見たときに、前記突出部と前記温度センサとは、前記吹出口における空気の吹出方向に平行な同一の直線上に位置する。

上述した空冷ユニットでは、吹出口の内面に突出部が設けられる。突出部は、ダクト内における空気の流れを妨げる。このため、突出部の下流では、空気の吹出し量が低減される。さらに、突出部と温度センサとは、電気機器の表面に対して直行する方向から見たときに、吹出口における空気の吹出方向に平行な同一の直線上に位置する。すなわち、吹出方向に関して、温度センサは、突出部の下流に位置する。このため、吹出口から吹出された空気は、温度センサ周辺に到達しにくい。別言すれば、温度センサ周辺では、空気の流量が安定的に低減される。このため、本明細書が開示する空冷ユニットによれば、温度センサが空気の吹出し量の影響を受けることを抑制することができる。これにより、空冷ユニットは、電気機器の動作を確実に制限することができる。

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。

実施例の空冷ユニット１０が搭載される電気自動車１００の側面図を示す。 図１の線ＩＩに沿った断面図を示す。 図２の線ＩＩＩに沿った断面図を示す。 図２の線ＩＶに沿った断面図を示す。 温度センサ４０の検知温度Ｔｓの経時変化のグラフを示す。

本技術の一実施形態では、前記吹出口は、前記電気機器の前記表面に沿って扁平な断面形状であって、互いに対向する第１の内面と第２の内面とを有してもよい。その場合、前記第１の内面には、前記突出部の少なくとも一部として、第１の突出部が設けられていてもよい。このような構成によると、互いに対向する第１の内面と第２の内面の間において、空気の吹出し量が均一となりやすい。このため、第１の突出部における空気の吹出し量が、その他の部位における空気の吹出し量よりも確実に低減される。

本技術の一実施形態では、前記第２の内面には、前記突出部の少なくとも一部として、前記第１の突出部に対向する第２の突出部が設けられていてもよい。このような構成によると、第１の突出部のみによって突出部を形成する構成に比して、第１の突出部の突出量を低減することができる。これにより、ダクトの製造効率を向上させることができる。

本技術の一実施形態では、前記第１の突出部の先端と前記第２の突出部の先端とは、互いに当接していてもよい。このような構成によると、第１の突出部の先端と第２の突出部の先端の間において、空気の流れを遮断することができる。これにより、突出部における空気の吹き出し量をさらに低減することができる。

本技術の一実施形態では、前記電気機器の前記表面には、前記吹出方向に沿って伸びる複数のフィンを有する放熱器が設けられていてもよい。このような構成によると、吹出口を通過した空気は、複数のフィンに沿って吹出方向に流れる。このため、吹出口を通過した空気が、突出部の下流に向かって流れることがさらに抑制される。これにより、温度センサ周辺における空気の流量をより確実に低減することができる。

（実施例）
図面を参照して実施例の空冷ユニットについて説明する。図１は、実施例の空冷ユニット１０が搭載される電気自動車１００の後部の側面図を示す。電気自動車１００は、客室２内に、フロア３と、リアシート４と、アンダーカバー６と、空冷ユニット１０と、を備える。リアシート４は、フロア３に配置される。リアシート４は、乗客が着座する座面と座面から上方に伸びるシートバックとを有する。アンダーカバー６は、リアシート４の下方に位置する。アンダーカバー６は、リアシート４とフロア３との間に配置される空冷ユニット１０等の構造物を、客室２の内側から覆う内装部品である。アンダーカバー６には、グリル８が設けられる。グリル８は、格子状に配置された複数の桟を有し、アンダーカバー６の内側と外側とを連通する。

図２～図４を参照して、空冷ユニット１０の詳細構造を説明する。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩに沿った断面図であり、空冷ユニット１０の平面図を示す。図３は、図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った断面図であり、図４は、図２の線ＩＶ－ＩＶに沿った断面図である。図中の矢印ＵＰ、ＲＨ、ＲＲは、それぞれ、電気自動車１００のリアシート４に着座した乗員から見た方向を示す。以下では、矢印ＵＰが示す方向を、単に「上」と記載し、その反対を単に「下」と記載することがある。また、矢印ＲＨが示す方向を、単に「右」と記載し、その反対を単に「左」と記載することがある。矢印ＲＲが示す方向を、単に「後」と記載し、その反対を単に「前」と記載することがある。

空冷ユニット１０は、充電器１１と、ダクト２０と、温度センサ４０と、制御装置５０と、を備える。充電器１１は、公知の家庭用電源などの交流電源から交流電力を充電可能な車載用の箱状の電気機器である。特に図３に示されるように、充電器１１の内部には、温度センサ４０と半導体素子４２とが設けられている。温度センサ４０と半導体素子４２とは、ボルトＢ１によって充電器１１の内部に固定される。温度センサ４０は、半導体素子４２の上方に位置する。特に限定されないが、半導体素子４２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒの略）のトランジスタである。また、図示は省略したが、充電器１１は、半導体素子４２の他にも、別の素子を有する。このため、充電器１１は、動作時に発熱する。

充電器１１は、放熱器１２と、アッパーカバー１６と、ファン１８と、をさらに有する。特に図３および図４に示されるように、放熱器１２は、充電器１１の表面１１ｔ上に位置する。放熱器１２は、いわゆるヒートシンクであり、複数のフィン１４を有する。図４に示されるように、複数のフィン１４のそれぞれは、放熱器１２の平坦部の上面から上方に突出している。図２に示されるように、複数のフィン１４は、車幅方向（すなわち、左右方向）に伸びている。アッパーカバー１６は、放熱器１２を、上方から覆うカバーである。本実施例では、充電器１１は、電気自動車１００における水平方向に沿って配置される。すなわち、空冷ユニット１０の平面図である図２は、充電器１１の表面１１ｔに対して直行する方向から見た空冷ユニット１０の構造を示す。

アッパーカバー１６とグリル８とは、ダクト２０によって接続されている。ダクト２０は、吹出口３０と、突出部２２と、シール３１と、を有する。特に図２に示されるように、ダクト２０は、グリル８を介して客室２と連通する。さらに、ダクト２０は、吹出口３０を介して、アッパーカバー１６と放熱器１２との間の空間と連通する。ファン１８が作動すると、アッパーカバー１６と放熱器１２との間の空間から空気を排出する。これにより、アッパーカバー１６と放熱器１２との間の空間が負圧となり、客室２内の空気Ａ１がダクト２０内に取り込まれる。ダクト２０内に取り込まれた空気Ａ２は、ダクト２０の吹出口３０を介して、放熱器１２に沿って吹出される。

シール３１は、ダクト２０の外周面と、アッパーカバー１６の内面および放熱器１２の上面と、の間を封止する。これにより、ダクト２０内に取り込まれた空気Ａ２は、アッパーカバー１６と放熱器１２との間の空間に確実に吹出される。

ここで、ダクト２０の吹出口３０の詳細構造を説明する。特に図４に示されるように、ダクト２０の吹出口３０は、充電器１１の表面１１ｔに沿って左右方向に扁平な断面形状を有する。さらに、吹出口３０は、第１の内面３２と、第１の内面３２の下方に位置する第２の内面３６と、を有する。第１の内面３２と第２の内面３６とは、互いに対向している。すなわち、ダクト２０の吹出口３０は、矩形の断面形状を有している。これにより、吹出口３０の長手方向（すなわち、左右方向）に関して、吹出口３０の断面積が一定となる。その結果、吹出口３０の長手方向に関して、吹出口３０から吹出される空気の吹出し量を均一に近づけることができる。

さらに、第１の内面３２は、第２の内面３６に向かって下方に突出する第１の突出部２４を有している。第１の突出部２４は、いわゆる四角錐台の形状を有しており、４つの斜面と、４つの斜面の下端を接続する第１の先端２４ｔと、を有する。第１の先端２４ｔは、第１の内面３２に沿って（すなわち、水平方向に）伸びる平面である。

第２の内面３６は、上方に突出する第２の突出部２６を有している。第２の突出部２６は、第１の突出部２４と対向するとともに、第１の突出部２４と上下対称の形状を有する。このため、第２の突出部２６は、第１の先端２４ｔに沿って伸びる第２の先端２６ｔを有する。第１の突出部２４と第２の突出部２６との双方が突出することによって、吹出口３０の内面３２、３６には、突出部２２が設けられる。これにより、第１の突出部２４のみによって突出部２２を形成する構成に比して、第１の突出部２４の突出量を低減することができる。これにより、ダクト２０の製造効率を向上させることができる。

図３および図４に示されるように、第１の突出部２４の第１の先端２４ｔは、第２の突出部２６の第２の先端２６ｔと当接している。このため、第１の先端２４ｔと第２の突出部２６との間において、空気Ａ２の流れが遮断される。その結果、図２に示されるように、ダクト２０内の空気Ａ２は、空気Ａ１０と空気Ａ２０とに分岐して流れる。このように、突出部２２の第１の先端２４ｔと第２の先端２６ｔとが互いに当接することによって、突出部２２の下流における空気の吹出し量を低減することができる。

分岐した各空気Ａ１０、Ａ２０は、放熱器１２に設けられる複数のフィン１４に沿って吹出される。その結果、吹出された各空気Ａ１０、Ａ２０は、放熱器１２を冷却する。その結果、放熱器１２は、充電器１１の発熱した熱を放熱する。以下、本明細書では、各空気Ａ１０、Ａ２０が吹出される方向、（すなわち、本実施例では左右方向）を、「吹出方向」と記載する。本実施例では、吹出方向は、吹出口３０に直交する方向である。すなわち、図３は、吹出方向に平行な直線Ｌ１と充電器１１の表面１１ｔに対して直行する方向とによって定義される平面に沿った空冷ユニット１０の断面図である。

制御装置５０は、充電器１１および温度センサ４０と電気的に接続されている。制御装置５０は、電気自動車１００の走行状況等に応じて、充電器１１の動作を制御する装置である。例えば、制御装置５０は、温度センサ４０から受信する温度に応じて、充電器１１の動作を制限する。

図５を参照して、本実施例の空冷ユニット１０における温度センサ４０によって検知される温度Ｔｓ（以下、検知温度Ｔｓと記載する）の経時変化を説明する。図５では、縦軸が温度を示し、横軸が時間を示す。

制御装置５０は、閾値温度Ｔｈ１を自身のメモリに予め記憶している。閾値温度Ｔｈ１は、充電器１１の動作が保証される許容温度の上限値に対して所定の安全率を乗じることによって算出される。閾値温度Ｔｈ１は、充電器１１の充電容量、半導体素子４２に含まれる素子数等に基づいて設定される。

図５に示されるように、タイミングＴ０で充電器１１が作動すると、半導体素子４２等の発熱により、検知温度Ｔｓが上昇する。さらに充電器１１の動作が継続されると、タイミングＴ１において検知温度Ｔｓが閾値温度Ｔｈ１を超える。この場合、制御装置５０は、タイミングＴ１で充電器１１の動作を停止する。これにより、半導体素子４２等の発熱が停止することによって、検知温度Ｔｓが徐々に低下し、タイミングＴ２から急激に低下する。制御装置５０は、タイミングＴ３において、検知温度Ｔｓが所定の温度を下回った場合に、充電器１１を再び作動させる。これにより、検知温度Ｔｓが再び上昇する。このように、制御装置５０は、検知温度Ｔｓが閾値温度Ｔｈ１を超える場合に、充電器１１の動作を停止させる。これにより、充電器１１の温度が充電器１１の許容温度を超えて上昇することが防止される。

ここで、図５の検知温度Ｔｄは、温度センサ４０とは異なり、充電器１１の突出部２２の下流から前後方向にずれた部位に設けられる温度センサ（以下、別の温度センサと記載する）によって検知される温度を示す。検知温度Ｔｄは、温度センサ４０の検知温度Ｔｓに比べて低い。例えば、検知温度Ｔｄは、タイミングＴ１において、閾値温度Ｔｈ１に達していない。これは、別の温度センサの周辺には、吹出口３０から吹出方向に沿って吹出された空気Ａ１０、Ａ２０が到達するためである。別言すれば、別の温度センサの周辺に吹出される空気Ａ１０、Ａ２０の流量が多いためである。このように、温度センサによって検知される温度は、吹出口３０から空気Ａ１０、Ａ２０の流量の影響を受ける。すなわち、温度センサによって検知される温度は、空気Ａ１０、Ａ２０の流量に応じて変化する。

仮に、ダクト２０の吹出口３０に突出部２２が設けられておらず、温度センサ４０の検知温度Ｔｓが、空気Ａ１０、Ａ２０の流量に応じて変化してしまうと、制御装置５０は、適切に充電器１１の動作を停止することができないおそれがある。タイミングＴ１において、温度センサの検知温度Ｔｓが、空気Ａ１０、Ａ２０の影響によって閾値温度Ｔｈ１よりも小さくなることがある。この場合、制御装置５０は、半導体素子４２の実際の温度が半導体素子４２の許容温度を超えているにもかかわらず、充電器１１の動作を継続するため、半導体素子４２がダメージを受けるおそれがある。

図２に示されるように、本実施例の空冷ユニット１０では、突出部２２と温度センサ４０とは、吹出口３０における空気Ａ１０、Ａ２０の吹出方向に平行な同一の直線Ｌ１上に位置する。すなわち、吹出方向に関して、温度センサ４０は、突出部２２の下流に位置する。このため、これにより、吹出口３０から吹出方向に沿って吹出された空気Ａ１０、Ａ２０は、温度センサ４０の周辺に到達しにくい。すなわち、空気Ａ１０、Ａ２０の流量にかかわらず、温度センサ４０の周辺では、空気Ａ１０、Ａ２０の流量が安定的に低減される。さらに、放熱器１２は、吹出方向に沿って延びる複数のフィン１４を有する。複数のフィン１４は、吹出口３０から吹出方向に沿って吹出された空気Ａ１０、Ａ２０を、吹出方向に沿って流す。このため、複数のフィン１４を有する放熱器１２を有さない構成に比して、吹出口３０から吹出方向に沿って吹出された空気Ａ１０、Ａ２０が、温度センサ４０周辺にさらに到達しにくい。

このように、本実施例の空冷ユニット１０は、突出部２２によって、温度センサ４０の周辺における空気Ａ１０、Ａ２０の流量を安定的に低減することによって、温度センサ４０が空気Ａ１０、Ａ２０の影響を受けることを抑制することができる。この結果、制御装置５０が、充電器１１の動作を適切に制限することができるため、充電器１１がダメージを受けることを抑制することができる。

以上、本明細書が開示する技術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。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）充電器１１は、「電気機器」の一例であるが、「電気機器」は、充電器１１に限定されない。例えば、電気機器は、ＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

（変形例２）温度センサ４０は、半導体素子４２と一体で形成されてもよい。

（変形例３）吹出口３０は、扁平な断面形状を有しなくてもよい。例えば、吹出口３０は、円形の断面形状を有してもよいし、楕円形の断面形状を有してもよい。

（変形例４）突出部２２は、第１の突出部２４のみによって形成されてもよい。その場合、第２の内面３６には、第２の突出部２６が設けられなくてもよい。

（変形例５）第１の突出部２４の第１の先端２４ｔは、第２の突出部２６の第２の先端２６ｔと当接しなくてもよく、両者の間には、間隙が設けられていてもよい。

（変形例６）充電器１１は、放熱器１２を備えなくてもよい。

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：客室、３：フロア、４：リアシート、６：アンダーカバー、８：グリル、１０：空冷ユニット、１１：充電器、１１ｔ：表面、１２：放熱器、１４：フィン、１６：アッパーカバー、１８：ファン、２０：ダクト、２２：突出部、２４：第１の突出部、２４ｔ：第１の先端、２６：第２の突出部、２６ｔ：第２の先端、３０：吹出口、３１：シール、３２：第１の内面、３６：第２の内面、４０：温度センサ、４２：半導体素子、５０：制御装置、１００：電気自動車、Ｂ１：ボルト、Ａ１、Ａ２、Ａ１０、Ａ２０：空気、Ｌ１：直線、Ｔｈ１：閾値温度

Claims (5)

1. 電気機器と、
   前記電気機器の表面に沿って空気を吹き出す吹出口を有するダクトと、
   前記電気機器に設けられる温度センサと、
   前記温度センサによって検知される温度が閾値温度を超えた場合に、前記電気機器の動作を制限する制御装置と、
   を備え、
   前記吹出口の内面には、突出部が設けられており、
   前記電気機器の前記表面に対して直行する方向から見たときに、前記突出部と前記温度センサとは、前記吹出口における空気の吹出方向に平行な同一の直線上に位置する、
   空冷ユニット。
2. 前記吹出口は、前記電気機器の前記表面に沿って扁平な断面形状であって、互いに対向する第１の内面と第２の内面とを有し、
   前記第１の内面には、前記突出部の少なくとも一部として、第１の突出部が設けられている、請求項１に記載の空冷ユニット。
3. 前記第２の内面には、前記突出部の少なくとも一部として、前記第１の突出部に対向する第２の突出部が設けられている、請求項２に記載の空冷ユニット。
4. 前記第１の突出部の先端と前記第２の突出部の先端とは、互いに当接している、請求項３に記載の空冷ユニット。
5. 前記電気機器の前記表面には、前記吹出方向に沿って伸びる複数のフィンを有する放熱器が設けられている、請求項４に記載の空冷ユニット。