(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成要素を配置する配置板と、
前記複数の構成要素に対して、前記配置板の反対側に設けられ、前記複数の構成要素を冷却する液冷媒を流す液冷媒流路と、を備え、
前記液冷媒流路は、
前記液冷媒流路に対して垂直方向に配置され、前記液冷媒流路に前記液冷媒を流入させる液冷媒入口部と、
前記液冷媒流路に対して垂直方向に配置され、前記液冷媒流路から前記液冷媒を流出させる液冷媒出口部と、
複数のフィンが配置してあり、前記液冷媒が前記液冷媒入口部から前記液冷媒出口部へ最短で流れる第１領域と、
他の複数のフィンが配置してあり、前記第１領域とは異なる第２領域とを備え、
前記第２領域における前記他の複数のフィンのフィン実装体積比率は、前記第１領域における前記複数のフィンのフィン実装体積比より大きく、
前記第１領域における前記液冷媒入口部の近傍領域は、前記第１領域における前記液冷媒出口部の近傍領域よりも前記フィン実装体積比が小さい
冷却システム。
【請求項２】
複数の構成要素を配置する配置板と、
前記複数の構成要素に対して、前記配置板の反対側に設けられ、前記複数の構成要素を冷却する液冷媒を流す液冷媒流路と、を備え、
前記液冷媒流路は、
前記液冷媒を流入させる液冷媒入口部に、前記複数のフィンの一部が配置されている第１放熱部と、
前記複数のフィンの他の一部が湾曲形状フィンとして配置されている第２放熱部と、
前記複数のフィンを実装しない第３放熱部と、
前記複数のフィンの実装密度が前記第１放熱部および前記第２放熱部よりも高い第４放熱部とを有し、
前記第３放熱部に対応する構成要素である第３構成要素群と前記第４放熱部に対応する構成要素である第４構成要素群とを接続するバスバーを固定する端子台および前記配置板には、固定用ネジ穴が、前記液冷媒流路まで貫通しているボスが形成されている
冷却システム。
【請求項３】
前記ボスは、前記液冷媒の流れ方向に対して、手前のボスの大きさが大きくされ、奥のボスの大きさが小さくされている
請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記第４放熱部において、前記第４放熱部に対応する構成要素である第４構成要素群の各発熱体の発熱量に応じて、互いに異なるフィン実装密度が設定されている
請求項２または請求項３に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記液冷媒流路において、発熱量が大きい発熱領域に実装されている放熱部の材質を、その他の発熱領域に実装されている放熱部よりも熱伝導率の高い材質とする
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記液冷媒流路において、前記第１放熱部と前記第４放熱部との間に脱気用流路が設けられている
請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液冷媒を用いて例えば車両に搭載される電力変換装置を冷却する冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される電力変換装置には、スイッチングや整流を行うために、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、リアクトル、コンデンサ等の電子機器が搭載されている。【０００３】
これらの電子機器が搭載された電力変換装置を冷却するために、冷却液入口、冷却液出口、および冷却液入口と冷却液出口との間の部分に配置されたアルミニウム製のコルゲートフィンによって形成された流路に、液冷媒を流す液冷式冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
この液冷式冷却装置では、半導体素子が配列されている短手方向からでなく、長手方向から液冷媒を流入させることで、流路長さを短くして、低圧損化を実現している。また、流路断面積が大きくなることで、流路内での幅方向の流速分布を均一化するために、冷却液出口の形状を、冷却液入口の形状と、軸方向に非対称にしている。【０００５】
また、近年、世界的な燃費規制に伴い、電動化自動車の普及が進んでおり、電力変換装置の冷却システムにも小型、軽量化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９／０６９５７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の液冷式冷却装置では、コルゲートフィンが実装されている部分に、液冷媒が流れ方向に対して垂直な面において均等に配分されるように、冷却液入口および冷却液出口が設けられているが、流路内にこのような冷却液入口および冷却液出口を設けることにより、流路容積が増大するという問題がある。冷却液入口と冷却液出口をヘッダと呼ぶこととする。ヘッダとは、冷却液の分配、合流を目的とした均流化を担う非加熱流路領域のことである。また、フィンが実装されている部分を冷却領域と呼ぶこととする。冷却領域とは、発熱体および電子機器を搭載している加熱領域のことである。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヘッダを搭載せず、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減し、小型、軽量な冷却システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る冷却システムは、複数の構成要素を配置する配置板と、複数の構成要素に対して、配置板の反対側に設けられ、複数の構成要素を冷却する液冷媒を流す液冷媒流路と、を備え、液冷媒流路は、液冷媒流路に対して垂直方向に配置され、液冷媒流路に液冷媒を流入させる液冷媒入口部と、液冷媒流路に対して垂直方向に配置され、液冷媒流路から液冷媒を流出させる液冷媒出口部と、複数のフィンが配置してあり、液冷媒が液冷媒入口部から液冷媒出口部へ最短で流れる第１領域と、他の複数のフィンが配置してあり、第１領域とは異なる第２領域とを備え、第２領域における他の複数のフィンのフィン実装体積比率は、第１領域における複数のフィンのフィン実装体積比よりも大きく、第１領域における液冷媒入口部の近傍領域は、第１領域における液冷媒出口部の近傍領域よりもフィン実装体積比が小さい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る冷却システムによれば、ピンフィンが配置されている配置板と、配置板の反対側に設けられ、複数の構成要素を冷却する液冷媒を流す液冷媒流路とを備え、液冷媒流路に対して鉛直方向もしくは水平方向に配置している液冷媒が流入する流入口および液冷媒が流出する流出口とを有し、液冷媒流路は、流路方向に対して、液冷媒が流入口から流出口へ最短で流れる領域と、領域以外を流れる領域とに区分され、複数の領域において、フィン実装体積比率が異なり、圧力損失が異なる流路構造を有する。そのため、ヘッダがなくても、ピンフィンが実装されている部分、特に発熱体が実装されている面直下において、液冷媒が流入口から流出口へ最短で流れる領域と、領域以外を流れる領域とに区分した場合に、液冷媒流れ方向の垂直な面において、流入口からの液冷媒流入量が大きい箇所の圧力損失を大きくし、流入口からの液冷媒流入量が小さい箇所の圧力損失を小さくすることで、両領域で均等に液冷媒が配分されるようになり、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減し、小型、軽量な冷却システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却システムを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷却システムを示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第１放熱部を示す上面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第２放熱部を示す上面図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第３放熱部を示す断面図である。
【図１５Ａ】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す上面図である。
【図１５Ｂ】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す断面図である。
【図１６Ａ】この発明の実施の形態２に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す上面図である。
【図１６Ｂ】この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る冷却システムの電力変換装置における第４放熱部を示す上面図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態５に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係る冷却システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。また、以下の実施の形態では、電力変換装置を冷却する冷却システムを例に挙げて説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムを示す構成図である。図１および図２は、発電源または駆動源となるモータ２を制御する電力変換装置１を冷却する冷却システム６を示している。冷却システム６は、発電源または駆動源となるモータ２を制御する電力変換装置１と、電力変換装置１およびモータ２の熱を奪う液冷媒配管５の中を流れる液冷媒を循環させるためのポンプ４と、電力変換装置１およびモータ２の熱を受熱した液冷媒を冷却するラジエータ３とを備えている。
【００１４】
ここで、液冷媒が流れる順番としては、図１に示されるように、電力変換装置１を経由して、モータ２に流れる場合と、図２に示されるように、モータ２を経由して、電力変換装置１に流れる場合とがある。なお、前者の構成の方が、モータ２の熱を液冷媒が受熱する前に、低温の液冷媒で電力変換装置１を冷却できるため、小型化または出力を向上させることが可能となる。
【００１５】
この冷却システム６は、例えば、冷媒として液冷媒を循環させることで冷却する冷却システム６であって、車または電車等の車両に搭載されるものである。この実施の形態では、液冷媒としてエチレングリコール水溶液に防錆剤、防腐剤、消泡剤の役割を担う添加剤を混ぜ合せた不凍液（ＬＬＣ）を用いているが、その他の冷媒を用いてもよい。
【００１６】
図３はこの発明の実施に形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す斜視図である。また、図４は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。
【００１７】
図３〜図４において、電力変換装置１は、電子機器と冷却器とを有している。電力変換装置１には、スイッチングや整流を行うために、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、リアクトル、コンデンサ等の電子機器が搭載されている。
【００１８】
また、これらの電子機器を冷却するために、発電源または駆動源となるモータ２を制御する電力変換装置１には、液冷媒を流して冷却する冷却器が搭載されている。
【００１９】
図３〜図４において、電力変換装置１は、フィンが実装されている配置板１９と配置板１９に実装されている電子機器などの発熱体３５、発熱体３５が実装されている面と反対側の配置板１９と接しており、配置板１９により閉じられている冷却器筐体３９、配置板１９と冷却器筐体３９の間を流れ、発熱体３５の熱を奪う液冷媒が流れる液冷媒流路１４、並びに液冷媒流路１４に対して鉛直方向に液冷媒が流入する流入口８および液冷媒が流出する流出口９を有している。液冷媒流路１４にはヘッダはなく、冷却領域のみとなっている。
【００２０】
図４に示されるように、液冷媒流路は、流路方向に対して、液冷媒が流入口８から流出口９へ最短で流れる第１領域４０と、第１領域４０以外を流れる第２領域４１とに区分され、流入口８が液冷媒流路１４に対して鉛直方向に配置されていると、配置流入口部での冷却水流れ３７のように、第２領域４１に流れようとする液冷媒が多くなるが、第１領域４０と第２領域４１において、第２領域４１を第１領域４０よりもフィン実装体積比率を大きくすることで、第２領域４１の圧力損失を大きくし、ピンフィンが実装されている部分、特に熱干渉により高温になる発熱体３５の流れ方向に対して中心位置の直下において、放熱フィン部での冷却水流れ３８のように第１領域４０と第２領域４１で均等に液冷媒が配分されるようになり、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減し、小型、軽量な冷却システムを得ることができる。
【００２１】
図５はこの発明の実施に形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す斜視図である。また、図６は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。
【００２２】
図５〜図６において、電力変換装置１は、電子機器と冷却器とを有している。電力変換装置１には、スイッチングや整流を行うために、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、リアクトル、コンデンサ等の電子機器が搭載されている。
【００２３】
また、これらの電子機器を冷却するために、発電源または駆動源となるモータ２を制御する電力変換装置１には、液冷媒を流して冷却する冷却器が搭載されている。
【００２４】
図５〜図６において、電力変換装置１は、フィンが実装されている配置板１９と配置板１９に実装されている電子機器などの発熱体３５、発熱体３５が実装されている面と反対側の配置板１９と接しており、配置板１９により閉じられている冷却器筐体３９、配置板１９と冷却器筐体３９の間を流れ、発熱体３５の熱を奪う液冷媒が流れる液冷媒流路１４、並びに液冷媒流路１４に対して水平方向に液冷媒が流入する流入口８および液冷媒が流出する流出口９を有している。液冷媒流路１４にはヘッダはなく、冷却領域のみとなっている。
【００２５】
図６に示されるように、液冷媒流路は、流路方向に対して、液冷媒が流入口８から流出口９へ最短で流れる第１領域４０と、第１領域４０以外を流れる第２領域４１とに区分され、流入口８が液冷媒流路１４に対して水平方向に配置されていると、流入口部での冷却水流れ３７のように、第１領域４０に流れようとする液冷媒が多くなるが、第２領域４１と第１領域４０において、第１領域４０を第２領域４１よりもフィン実装体積比率を大きくすることで、第１領域４０の圧力損失を大きくし、ピンフィンが実装されている部分、特に熱干渉により高温になる発熱体３５の流れ方向に対して中心位置の直下において、放熱フィン部での冷却水流れ３８のように第２領域４１と第１領域４０で均等に液冷媒が配分されるようになり、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減し、小型、軽量な冷却システムを得ることができる。
【００２６】
図７および図８は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す斜視図である。また、図９は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す断面図であり、図８に示したＡ−Ａ線で切断した断面を示している。
【００２７】
図７〜図９において、電力変換装置１は、電子機器と冷却器とを有している。電力変換装置１には、スイッチングや整流を行うために、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、リアクトル、コンデンサ等の電子機器が搭載されている。
【００２８】
また、これらの電子機器を冷却するために、発電源または駆動源となるモータ２を制御する電力変換装置１には、液冷媒を流して冷却する冷却器が搭載されている。
【００２９】
図７〜図９において、電力変換装置１は、粉塵等が内部に混入することを防止するために上部を覆う上蓋７、電圧を昇圧するリアクトル等の第１構成要素群１０、ノイズを除去するフィルタ等の第２構成要素群１１、電圧を変換する第３構成要素群１２、コンデンサから出力される直流電流が供給され、かつ３相の交流電流をモータに供給するモジュール等の第４構成要素群１３、第１〜第４構成要素群１０〜１３が上面に実装されており、上蓋７と接合している配置板１９、配置板１９の下面に接合している底板２０、配置板１９と底板２０との間を流れ、第１〜第４構成要素群１０〜１３の熱を奪う液冷媒が流れる液冷媒流路１４、並びに液冷媒が流入する流入口８および液冷媒が流出する流出口９を有している。
【００３０】
図７に示されるように、第１〜第４構成要素群１０〜１３は、電気的な接続の制約から配置が決められており、発熱量の小さい第３構成要素群１２と、発熱量の大きい第４構成要素群１３と、これらの発熱量の中間にある第１構成要素群１０および第２構成要素群１１とを備えている。
【００３１】
ここで、耐熱温度の比較的低い第１構成要素群１０および第３構成要素群１２の冷却効率を向上させるために、発熱量の大きい第４構成要素群１３から液冷媒が受熱し、昇温された液冷媒で第１構成要素群１０および第３構成要素群１２が冷却されることを防ぐために、液冷媒の流入口８を第１構成要素群１０側に設けている。
【００３２】
また、図９に示されるように、平板である配置板１９および底板２０で挟まれているため、液冷媒流路１４は、流路高さが流路内で一定であり、流路高さが変化することによる拡大および縮小による形状損失を削減することができる。
【００３３】
図１０は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置を示す上面図である。図１０において、電力変換装置１は、第１構成要素群１０が実装されている領域である第１領域２１、第２構成要素群１１が実装されている領域である第２領域２２、第３構成要素群１２が実装されている領域である第３領域２３、第４構成要素群１３が実装されている領域である第４領域２４、第３構成要素群１２と第４構成要素群１３とを電気的に接合するためのバスバーを固定する端子台２５、並びに流入口８および流出口９を有している。
【００３４】
図１０において、第１〜第４領域２１〜２４は、電気的な接続の制約から配置が決められており、発熱量の小さい第３領域２３と、発熱量の大きい第４領域２４と、これらの発熱量の中間にある第１領域２１および第２領域２２とを備えている。
【００３５】
ここで、耐熱温度の比較的低い第１領域２１および第３領域２３の冷却効率を向上させるために、発熱量の大きい第４領域２４から液冷媒が受熱し、昇温された液冷媒で第１領域２１および第３領域２３が冷却させることを防ぐために、液冷媒の流入口８を第１構成要素群１０側に設けている。
【００３６】
図１１は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す説明図である。図７において、電力変換装置１は、第１構成要素群１０が実装されている領域である第１領域２１に第１放熱部１５、第２構成要素群１１が実装されている領域である第２領域２２に第２放熱部１６、第３構成要素群１２が実装されている領域である第３領域２３に第３放熱部１７、および第４構成要素群１３が実装されている領域である第４領域２４に第４放熱部１８を有している。
【００３７】
図１０および図１１に示されるように、液冷媒流路１４は、液冷媒入口部に、流路入口部からフィンまでの距離が、流路側壁から流路中心に向かって徐々に離れるようにフィンが配置されている第１放熱部１５と、湾曲形状フィンである第２放熱部１６と、第３放熱部１７と、フィンの実装密度が第１放熱部１５および第２放熱部１６よりも高い第４放熱部１８とを有している。また、第１〜第４放熱部１５〜１８は、第１〜第４領域２１〜２４と対応している。
【００３８】
また、電力変換装置１において、第３構成要素群１２と第４構成要素群１３とを接続するバスバーを固定する端子台２５が、第３構成要素群１２と第４構成要素群１３との間に配置されている。また、配置板１９への固定用ネジ穴が、液冷媒流路１４まで貫通している。
【００３９】
ここで、第１構成要素群１０が実装されている配置板１９の、液冷媒流路１４と接する面側には、第１放熱部１５を設けており、フィン形状は、丸ピンフィン、角柱フィン、その他の多角形ピンフィン等があり、放熱面積を増大させることで、冷却効果を高めている。
【００４０】
また、第２構成要素群１１が実装されている配置板１９の、液冷媒流路１４と接する面側には、第２放熱部１６を設けており、フィン形状は、湾曲しており、冷却効果を高めるとともに、流路内流れを均流化することで、圧力損失の低減効果を高めている。
【００４１】
また、第３構成要素群１２が実装されている配置板１９の、液冷媒流路１４と接する面側には、第３放熱部１７を設けているが、フィンは実装しておらず、流路底面において、流路断面に対して、一方の流路から他方の流路までの流路高さが傾斜を有している。
【００４２】
これにより、第２放熱部１６から液冷媒が流入する際に、流れ方向に対して、内側と外側との液冷媒流量の比率を変更することで、第３構成要素群１２が実装されている配置板１９の、液冷媒流路１４と接する面側の流路全域に液冷媒を供給することができ、圧力損失の低減効果を高めている。また、第４構成要素群１３に液冷媒を供給する際の流入領域の役割も担っており、容積小型化が可能となる。
【００４３】
以下、図１２〜図１５を参照しながら、各放熱部の特徴について説明する。図１２は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第１放熱部を示す上面図である。図１２において、第１放熱部１５のフィン形状は、丸ピンフィン、角柱フィン、その他の多角形ピンフィン等があり、放熱面積を増大させることで、冷却効果を高めている。
【００４４】
図１３は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第２放熱部を示す上面図である。図１３において、第２放熱部１６のフィン形状は、湾曲しており、冷却効果を高めるとともに、流路内流れを均流化することで、圧力損失の低減効果を高めている。
【００４５】
図１４は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における第３放熱部を示す断面図であり、図１１に示したＢ−Ｂ線で切断した断面を示している。図７において、第３放熱部１７は、フィンを実装しておらず、流路底面において、流路断面に対して、一方の流路から他方の流路までの流路高さが傾斜を有している。
【００４６】
これにより、第２放熱部１６から液冷媒が流入する際に、流れ方向に対して、内側と外側との液冷媒流量の比率を変更することで、第３構成要素群１２が実装されている配置板１９の、液冷媒流路１４と接する面側の流路全域に液冷媒を供給することができ、圧力損失の低減効果を高めている。また、第４構成要素群１３に液冷媒を供給する際の流入領域の役割も担っており、容積小型化が可能となる。
【００４７】
図１５Ａ、図１５Ｂは、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す上面図、および、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す断面図である。なお、図１５Ｂの断面図は、図１５Ａに示したＣ−Ｃ線で切断した断面を示している。
【００４８】
図１５Ａ、図１５Ｂにおいて、第３構成要素群１２と第４構成要素群１３との間に配置され、両者を接続するバスバー２７を固定する端子台２５および配置板１９には、固定用ネジ穴が、液冷媒流路１４まで貫通しているボス２８が形成されている。第４構成要素群１３に流入する液冷媒の流れに速度分布がある場合に、圧損体となるボス２８によって速度分布の偏りを抑制し、整流することで、速度分布の偏りが抑制され、均流化が可能となる。
【００４９】
このような構成によれば、特に流入口８および流出口９が同じ方向に取り付けられており、流路内に曲がり部が多数ある流路形状である場合において、従来は流路内の速度分布に偏りが生じていたが、速度が速い領域では圧力損失が大きくなる構造とし、速度が遅い領域では圧力損失を小さくする構造とすることで、流路内の速度分布を抑制し、均流化および均流化による低圧損化が可能となり、ポンプ４への負荷も小さくなり、ポンプ４を小型することで、冷却システム６全体に小型化、ポンプ出力を低減できるため、省エネルギー化することが可能である。
【００５０】
また、流路内での流れを均流化できることで配置板１９に配置されている第１構成要素群１０、第２構成要素群１１、第３構成要素群１２および第４構成要素群１３を冷却するときに、冷却面からの熱引きを均等にできる。そのため、温度ムラを軽減することができ、ホットスポットをなくすことができるため、ヒートサイクルによる劣化を低減することができる。
【００５１】
また、第１構成要素群１０、第２構成要素群１１、第３構成要素群１２および第４構成要素群１３は、放熱性を良くするために、グリース、シート等を介して配置板１９の壁面に組み付けられて、ネジ等の締結部材またはロウ付け、溶接等の接合によって固定される。
【００５２】
さらに、グリースや放熱シートを介さずに、第１構成要素群１０のケース、第３構成要素群１２のケース、第４構成要素群１３のケースを配置板１９の代替品とし、液冷媒流路１４の蓋とすることで、グリースレス、放熱シートレスとなるため、熱抵抗が低減され、放熱性能を向上させることが可能となる。
【００５３】
また、電力変換装置１の第１構成要素群１０は、電圧を昇圧するリアクトル等であり、第２構成要素群１１は、ノイズを除去するフィルタ等であり、第３構成要素群１２は、電圧を変換するコンデンサ等であり、第４構成要素群１３は、コンデンサから出力される直流電流が供給されかつ３相の交流電流をモータに供給するモジュール等である。
【００５４】
なお、発熱する第１構成要素群１０、第２構成要素群１１、第３構成要素群１２および第４構成要素群１３としては、上述しているように、スイッチングや整流を行うために、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、リアクトル、コンデンサ等があるが、これに限られるものではない。また、第１〜第４構成要素群１０〜１３は、ハーネス等により相互に接続されている。
【００５５】
以上のように、実施の形態１によれば、複数の構成要素を配置する配置板と、複数の構成要素に対して、配置板の反対側に設けられ、複数の構成要素を冷却する液冷媒を流す液冷媒流路と、を備え、液冷媒流路は、液冷媒入口部に、流路入口部からフィンまでの距離が、流路側壁から流路中心に向かって徐々に離れるようにフィンが配置されている第１放熱部と、湾曲形状フィンである第２放熱部と、フィンを実装しない第３放熱部と、フィンの実装密度が第１放熱部および第２放熱部よりも高い第４放熱部と、液冷媒が流入する流入口および液冷媒が流出する流出口と、を有し、第３放熱部に対応する構成要素である第３構成要素群と第４放熱部に対応する構成要素である第４構成要素群とを接続するバスバーを固定する端子台および配置板には、固定用ネジ穴が、液冷媒流路まで貫通しているボスが形成されている。そのため、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減し、小型、軽量な冷却システムを得ることができる。
【００５６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、ボス２８の大きさについて言及しなかったが、この発明の実施の形態２では、液冷媒の流れ方向に対して、手前のボス３２の大きさを大きくし、奥のボス３３の大きさを小さくすることについて考える。
【００５７】
図１６Ａ、図１６Ｂは、この発明の実施の形態２に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す上面図、および、この発明の実施の形態２に係る冷却システムの電力変換装置における端子台を示す断面図である。なお、図１６Ｂの断面図は、図１６Ａに示したＤ−Ｄ線で切断した断面を示している。
【００５８】
図１６Ａ、図１６Ｂにおいて、液冷媒の流れ方向に対して、手前のボス３２の大きさを大きくし、奥のボス３３の大きさを小さくしている。このような構成によれば、液冷媒の流れ方向に対して、流出口９に近いボス３２の方で液冷媒が流れやすいことにより生じる偏流を抑制でき、奥のボス３３に液冷媒を流しやすくすることで、速度分布の偏りを抑制し、均流化の効果をさらに高めることができる。
【００５９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、第４放熱部１８のフィン実装密度について言及しなかったが、この発明の実施の形態３では、第４放熱部１８のフィン実装密度を変えることについて考える。
【００６０】
図１７は、この発明の実施の形態３に係る冷却システムの電力変換装置における第４放熱部を示す上面図である。図１７において、第４構成要素群１３には、発熱量が異なる発熱体が実装されているため、第４放熱部１８は、発熱量が小さい発熱領域に、フィン実装密度の粗い第４放熱フィン３１、発熱量が大きい発熱領域に、フィン実装密度の密な第４放熱フィン２９、その中間の発熱量を有する発熱領域に、第４放熱フィン３１と第４放熱フィン２９との間の実装密度を有する第４放熱フィン３０が設けられている。
【００６１】
このような構成によれば、通常、冷却器内で放熱フィンは、フィン形状、フィンピッチ、フィン幅が同一であることが多いが、発熱量に応じたフィン形状、フィンピッチ、フィン幅とすることで、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減することができる。
【００６２】
また、比較的発熱量の低い構成要素群が配置されている領域の放熱フィン部のフィンピッチを拡げることで、圧力損失低減だけでなく加工数削減による低コスト化や冷却器自体の軽量化が可能となる。
【００６３】
なお、フィン形状は、丸ピン、角柱ピン、その他多角形フィン等のピンフィンを用いる方が、冷却効率が良くなることが一般的に知られているが、発熱量に応じて、ストレートフィン、コルゲートフィン、オフセットフィン、ウェーブフィン等のその他のフィン形状を用いてもよい。
【００６４】
例えば、ストレートフィンを用いた場合も同様に、発熱量に応じたフィンピッチ、フィン幅とすることで、冷却性能を確保しつつ、圧力損失を低減することが可能となる。また、フィンの材質は、一般的にアルミニウムが用いられるが、熱伝導率の高い銅を用いることで、更に冷却効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、第４放熱部１８のフィンの材質について言及しなかったが、第４構成要素群１３には、発熱量が異なる発熱体が実装されているため、この発明の実施の形態４では、図１７において、発熱量が大きい発熱領域に実装されている第４放熱フィン２９の材質をアルミニウムから銅とする。
【００６６】
このような構成によれば、フィン実装密度を増大させることなく、アルミニウムから熱伝導率の高い銅へ材質を変更することで、フィン効率を向上させ、フィン実効表面積を増大させることができる。また、フィン実効表面積を増大させることができるため、逆にフィン実装密度を減少させることもでき、冷却性能を維持しつつ、圧力損失を低減することが可能となる。
【００６７】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、空気溜まりを抑制する機構を設けていないが、この発明の実施の形態５では、第１放熱部１５と第４放熱部１８との間に脱気用流路３４を設けることについて考える。
【００６８】
図１８は、この発明の実施の形態５に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す説明図である。また、図１９は、この発明の実施の形態５に係る冷却システムの電力変換装置における液冷媒流路を示す断面図であり、図１８に示したＥ−Ｅ線で切断した断面を示している。
【００６９】
図１８および図１９において、第１放熱部１５と第４放熱部１８との間に脱気用流路３４が設けられている。このような構成によれば、液冷媒が流入する流入口８から、液冷媒が流出する流出口９までがＵ字流路となる場合、第４放熱部１８の流入口８の近傍で空気溜まりが生じやすいが、脱気用流路３４を設けることで、空気溜まりを排出することが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１  電力変換装置、２  モータ、３  ラジエータ、４  ポンプ、５  液冷媒配管、６  冷却システム、７  上蓋、８  流入口、９  流出口、１０  第１構成要素群、１１  第２構成要素群、１２  第３構成要素群、１３  第４構成要素群、１４  液冷媒流路、１５  第１放熱部、１６  第２放熱部、１７  第３放熱部、１８  第４放熱部、１９  配置板、２０  底板、２１  第１領域、２２  第２領域、２３  第３領域、２４  第４領域、２５  端子台、２６  ネジ、２７  バスバー、２８  ボス、２９  第４放熱フィン、３０  第４放熱フィン、３１  第４放熱フィン、３２  ボス、３３  ボス、３４  脱気用流路、３５  発熱体、３６  放熱フィン、３７  流入口部での冷却水流れ、３８  放熱フィン部での冷却水流れ、３９  冷却器筐体、４０  第１領域、４１  第２領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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