JPH0690506A - 電気自動車用半導体制御素子の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両への搭載が容易な電気自動車用半導体制
御素子の冷却装置を提供する。 【構成】 オイルポンプ６８から吐出されたハウジング
１６内の潤滑油４０を、半導体制御素子５０が固設され
た冷却器５２を通してハウジング１６内へ戻す第１循環
油路７０および第２循環油路７２が設けられる一方、ト
ランスアクスル１０のハウジング１６は比較的大きな熱
容量を備え、しかも車速風が直接当たる場所に配置され
るため、半導体制御素子５０が好適に冷却される。した
がって、半導体制御素子５０を冷却するために循環する
潤滑油４０を冷却するラジエータが不要となることか
ら、比較的大きな形状のラジエータを放熱に有利なよう
に外気と接触可能な位置に配置する必要があるため車両
における搭載位置が比較的限定されること、およびラジ
エータの放熱効果を高めるためのファンを設けることが
それぞれ解消され、車両への搭載が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用半導体制
御素子の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動モータの回転を変速する変速機と、
その変速機を収容し且つその変速機内を潤滑するための
潤滑油が貯溜されるハウジングとを有するトランクアク
スルを備えた電気自動車が知られている。このような電
気自動車においては、電動モータが交流モータである場
合にはその駆動周波数を制御するインバータにより回転
が制御され、直流モータである場合にはその駆動電流を
制御する電流制御ユニットにより回転が制御される。そ
れらインバータ或いは電流制御ユニットには、サイリス
タ、トライアック、パワートランジスタなどの比較的大
きな電流を制御するための電力用の半導体制御素子が用
いられており、その電力用半導体制御素子の熱損失を効
果的に放出するための冷却装置が設けられる。たとえば
特開平２−１５１５６１号公報に記載された電気自動車
用半導体制御素子の冷却装置は、自然対流により冷却す
る形式の一例である。

【０００３】しかし、上記のような自然対流により冷却
する形式の電気自動車用半導体制御素子の冷却装置は、
冷却フィンから空気への熱の伝達効率が低く、空冷用冷
却フィンの容積が大きくなるので、車両への搭載性が損
なわれる。

【０００４】これに対し、ラジエータと半導体制御素子
が固定された冷却部材すなわち熱交換器との間で流体を
循環させることにより、ラジエータから熱を放散させて
半導体制御素子が固定された冷却部材を冷却する形式の
冷却装置が提案されている。これによれば、冷却部材か
ら流体への熱の伝達効率が向上し、冷却装置の容積率が
改善される。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、上記従来の冷
却装置では、流体を循環させるポンプだけでなく、冷却
部材からの熱を含む流体を冷却するためのラジエータの
形状が比較的大きく且つ放熱に有利なように外気と接触
可能な位置にラジエータを配置する必要があるため、車
両における搭載位置が比較的限定されるとともに、ラジ
エータの放熱効果を高めるためのファンを設けることが
必要となるなどの欠点があった。

【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、車両への搭載が
容易な電気自動車用半導体制御素子の冷却装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、電動モータの回転を
変速する変速機とその変速機を収容し且つその変速機を
潤滑するための潤滑油が貯溜されるハウジングとを有す
るトランスアクスルを備えた電気自動車において、その
電動モータの回転を制御する半導体制御素子を冷却する
冷却装置であって、(a) 前記ハウジング内の潤滑油を圧
送するオイルポンプと、(b) 前記半導体制御素子に発生
する熱を吸収するためにその半導体電流制御素子が固設
された冷却器と、(c) 前記オイルポンプから吐出される
潤滑油を前記冷却器を通過させて前記ハウジング内へ戻
す循環油路とを、含むことにある。

【０００８】

【作用】このようにすれば、オイルポンプから吐出され
たハウジング内の潤滑油を、半導体制御素子が固設され
た冷却器を通してそのハウジング内へ戻す循環油路が設
けられることにより、電動モータを制御する半導体制御
素子に発生した熱は潤滑油を介してトランスアクスルへ
搬入される。そのトランスアクスルのハウジングは、変
速機などを収容するために鋳鉄或いはアルミニウム合金
により構成されることにより比較的重量が大きいため、
比較的大きな熱容量を有しているとともに、車両におい
て車速風が直接当たる位置に設けられることから、トラ
ンスアクスルへ戻された潤滑油はそのハウジングなどに
よって好適に冷却されるので、その潤滑油が循環させら
れることにより半導体制御素子が好適に冷却される。

【０００９】

【発明の効果】したがって、半導体制御素子を冷却する
ために循環する流体である潤滑油を冷却するラジエータ
が不要となることから、そのラジエータの搭載に起因す
る不都合、すなわち、比較的大きな形状のラジエータを
放熱に有利なように外気と接触可能な位置に配置する必
要があるため車両における搭載位置が比較的限定される
こと、およびラジエータの放熱効果を高めるためのファ
ンを設けることがそれぞれ解消されるので、車両への搭
載が容易な電気自動車用半導体制御素子の冷却装置が提
供される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１１】図１は、電気自動車のトランスアクスル１
０の構成の概略を示しており、電気自動車を駆動するた
めの電動モータ１２の回転出力は減速機１４により減速
された後、図示しないプロペラシャフト、差動歯車装
置、車軸を介して駆動輪へ伝達されるようになってい
る。

【００１２】上記トランスアクスル１０には電動モータ
１２が一体的に固定されており、そのトランスアクスル
１０は減速機１４を収容するハウジング１６を備えてい
る。そのハウジング１６は、鋳鉄、或いはアルミニウム
合金のダイキャストにより形成されたものであり、たと
えば３０kg程度の比較的大きな重量を有することから、
その熱容量は比較的大きなものとなっている。

【００１３】上記減速機１４は、電動モータ１２の出力
軸１８と継手２０を介して連結され且つ小径の第１歯車
２２が固設された入力軸２４と、その第１歯車２２と噛
み合い且つそれよりも大径の第２歯車２６および比較的
小径の第３歯車２８が固設された中間軸３０と、上記第
３歯車２８と噛み合い且つそれよりも大径の第４歯車３
２が固設された出力軸３４とを備えている。これによ
り、電動モータ１２の回転出力は、上記第１歯車２２と
第２歯車２６との歯数比、および上記第３歯車２８と第
４歯車３２との歯数比に基づく減速比に従って減速され
て出力軸３４から出力される。なお、上記入力軸２４、
中間軸３０、および出力軸３４は、軸受３６を介してハ
ウジング１６により回転可能に支持されている。

【００１４】上記ハウジング１６において減速機１４を
収容する収容室３８には、各歯車の噛み合い部分を潤滑
するための潤滑油４０が貯溜されている。本実施例で
は、その潤滑油４０は、後述の半導体制御素子５０を冷
却するためにも利用される。

【００１５】図２において、電気自動車には、電動モー
タ１２の回転を制御するための駆動制御装置４８が備え
られている。その駆動制御装置４８は、蓄電池などの図
示しない電源と電動モータ１２との間に接続され、運転
者の意志に対応した駆動力を得るために図示しないアク
セルペダルの加速操作量に対応した駆動電流を電動モー
タ１２へ供給するものである。その駆動制御装置４８
は、上記駆動周波数或いは駆動電流を制御するために単
数または複数のサイリスタなどから構成された電力用の
半導体制御素子５０と、その半導体制御素子５０に発生
する熱損失を放散するためにその半導体制御素子５０が
固設された冷却器（熱交換器）５２と、その半導体制御
素子５０の作動を制御する電子回路５４とを備えてい
る。上記半導体制御素子５０は比較的大電流を制御する
ものであるので、その内部で発生する熱損失を効果的に
放出することが必要とされるため上記冷却器５２が設け
られているのである。

【００１６】冷却器５２は、アルミニウムなどの熱伝導
率が高い物質から構成され、上流側ポート５６および下
流側ポート５８に連通する流体室６０と、その流体室６
０の内壁面に突き出して熱交換効率を高める多数の突起
６２とを備えている。

【００１７】ハウジング１６には、潤滑油４０を流出さ
せるための流出ポート６４と、潤滑油４０を流入させる
流入ポート６６とを備えている。その流入ポート６４と
冷却器５２の上流側ポート５６との間がオイルポンプ６
８が設けられた第１循環油路７０により接続され、冷却
器５２の下流側ポート５８と流出ポート６６との間が第
２循環油路７２により接続されることにより、閉回路が
形成されている。

【００１８】上記オイルポンプ６８は、小型電動モータ
を含む電動ポンプであって、ハウジング１６の収容室３
８内に還流し且つ貯溜された潤滑油４０を圧送するため
に、たとえばポンプ駆動制御回路７４から供給される駆
動電流によって回転駆動される。ポンプ駆動制御回路７
４は、図示しないイグニッションキーが操作されている
間オイルポンプ６８を常時駆動し、或いはイグニッショ
ンキーが操作され且つ電動モータ１２が駆動されている
間オイルポンプ６８を駆動する。

【００１９】上述のように、本実施例によれば、オイル
ポンプ６８から吐出されたハウジング１６内の潤滑油４
０を、半導体制御素子５０が固設された冷却器５２を通
してハウジング１６内へ戻す第１循環油路７０および第
２循環油路７２が設けられることにより、電動モータ１
２を制御する半導体制御素子５０に発生した熱は潤滑油
４０を介してトランスアクスル１０へ搬入される。トラ
ンスアクスル１０のハウジング１６は、減速機１４を収
容するために鋳鉄或いはアルミニウム合金により構成さ
れることにより比較的重量が大きいため、比較的大きな
熱容量を有しているとともに、車両において車速風が直
接当たる位置に設けられることから、トランスアクスル
１０へ戻された潤滑油４０はそのハウジング１６によっ
て好適に冷却されるので、その潤滑油４０が循環させら
れることにより半導体制御素子５０が好適に冷却され
る。

【００２０】したがって、半導体制御素子５０を冷却す
るために循環する潤滑油４０を冷却するラジエータが不
要となることから、そのラジエータの搭載に起因する不
都合、すなわち、比較的大きな形状のラジエータを放熱
に有利なように外気と接触可能な位置に配置する必要が
あるため車両における搭載位置が比較的限定されるこ
と、およびラジエータの放熱効果を高めるためのファン
を設けることがそれぞれ解消されるので、車両への搭載
が容易な電気自動車用半導体制御素子の冷却装置が提供
されるのである。

【００２１】また、電気自動車は、一般に、バッテリの
エネルギー密度が低く、一充電当たりの航続距離が短い
が、本実施例によれば、半導体制御素子５０から発生す
る熱により潤滑油４０の油温が高められることから、特
に寒冷地域での運転においては、減速機１４の伝達効率
が好適に高められるので、電気自動車の航続距離が増加
するとともに、動力性能が高められる。すなわち、減速
機１４のトルクの伝達効率は図３に示す特性があるた
め、寒冷地での走行に際しては、減速機１４の伝達効率
が油温の上昇とともにたとえば８０％程度から９８％程
度にまで大幅に高められるのである。

【００２２】以上、本発明の一実施例を示す図面に基づ
いて説明したが、本発明はその他の態様においても適用
される。

【００２３】たとえば、前述の実施例のハウジング１６
内には減速比が一定の減速機１４が収容されていたが、
多段階に変速される多段変速機が収容されていても差支
えない。また、ハウジング１６内には差動歯車装置がさ
らに収容されていてもよい。

【００２４】また、前述の実施例のオイルポンプ６８は
第１循環油路７０に設けられていたが、第２循環油路７
２やハウジング１６内に設けられても差支えない。

【００２５】また、そのオイルポンプ６８を駆動するポ
ンプ駆動制御回路７４は、電動モータ１２の負荷（駆動
電流）、潤滑油４０の温度などに応じてオイルポンプ６
８の回転を上昇させて流量を増加させもよいし、電動モ
ータ１２の作動中に加えてその停止後の一定時間オイル
ポンプ６８を引き続いて回転駆動するものであってもよ
い。

【００２６】また、オイルポンプ６８は、電動モータ１
２と機械的に連結され、その電動モータ１２により回転
駆動されてもよいのである。

【００２７】また、本実施例のオイルポンプ６８から吐
出される作動油の一部は、図示しない油路を介して減速
機１４の歯車や軸受の潤滑のためにそれらへ圧送される
ようにしてもよい。

【００２８】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトランスアクスルの構成の概略を説明
する図である。

【図２】図１のトランスアクスルを含む電力用半導体制
御素子の冷却装置の構成を説明する図である。

【図３】図１の実施例の減速機における油温とトルク伝
達効率との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１０：トランスアクスル １２：電動モータ １４：減速機 １６：ハウジング ４０：潤滑油 ５０：半導体制御素子 ５２：冷却器 ６８：オイルポンプ ７０：第１循環油路、７２：第２循環油路（循環油路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータの回転を変速する変速機と、
   該変速機を収容し且つ該変速機内を潤滑するための潤滑
   油が貯溜されるハウジングとを有するトランスアクスル
   を備えた電気自動車において、該電動モータの回転を制
   御する半導体制御素子を冷却する冷却装置であって、 前記ハウジング内の潤滑油を圧送するオイルポンプと、 前記半導体制御素子に発生する熱を吸収するために該半
   導体制御素子が固設された冷却器と、 前記オイルポンプから吐出される潤滑油を前記冷却器を
   通過させて前記ハウジング内へ戻す循環油路と、 を含むことを特徴とする電気自動車用半導体制御素子の
   冷却装置。