(57)【要約】【課題】細い並行流路を安定的に形成する。【解決手段】コールドプレート１０には、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が実装され、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１とオーバーラップする実装領域には、冷却媒体を流すための複数の並行流路１７が形成された。コールドプレート１０は、第１冷却部材４０および第２冷却部材４２に分割して構成される。第１冷却部材４０は、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が実装される第１平面Ｐ１と、第１平面Ｐ１の裏面である第２平面Ｐ２と、を有する。第２冷却部材４２は、第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２と密に接触する第３平面Ｐ３を有する。第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２および第２冷却部材４２の第３平面Ｐ３の少なくとも一方には、複数の並行流路１７をなす複数の溝４４、４６が形成される。【選択図】図６
2013215080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールと、
前記パワーモジュールが実装され、前記パワーモジュールとオーバーラップする実装領域に、冷却媒体を流すための複数の並行流路が形成されたコールドプレートと、
を備え、
前記コールドプレートは、
前記パワーモジュールが実装される第１平面と、前記第１平面の裏面である第２平面と、を有する第１冷却部材と、
前記第１冷却部材の前記第２平面と密に接触する第３平面を有する第２冷却部材と、
に分割して構成され、前記第１冷却部材の前記第２平面および前記第２冷却部材の前記第３平面の少なくとも一方には、前記複数の並行流路をなす複数の溝が形成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１冷却部材は、前記パワーモジュールを収納するケースの底面の一部であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１冷却部材および前記第２冷却部材の少なくとも一方は、
前記複数の並行流路が形成される部分の上流側端面と所定の間隔を隔てて対向する複数の入側隔壁であって、それぞれが前記複数の並行流路と垂直方向に間隔を開けて配置される複数の入側隔壁を有し、
前記複数の入側隔壁と、前記複数の並行流路が形成される部分の上流側端面と、により囲まれる領域は、前記複数の並行流路の流量を均一に近づける入側緩衝室を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１冷却部材および前記第２冷却部材の少なくとも一方は、
前記複数の並行流路が形成される部分の下流側端面と所定の間隔を隔てて対向する複数の出側隔壁であって、それぞれが前記複数の並行流路と垂直方向に間隔を開けて配置される複数の出側隔壁を有し、
前記複数の出側隔壁と、前記複数の並行流路が形成される部分の下流側端面と、により囲まれる領域は、前記複数の並行流路の流量を均一に近づける出側緩衝室を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の溝の径は５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２平面は、前記入側緩衝室の高さの１／２よりも前記パワーモジュール側に位置することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数の溝はそれぞれ、対応する前記並行流路の断面形状が偏平形状となるように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
パワーモジュールと、
前記パワーモジュールが実装され、前記パワーモジュールとオーバーラップする実装領域に、冷却媒体を流すための複数の並行流路が形成されたコールドプレートと、
を備え、
前記コールドプレートは、
前記パワーモジュールが実装される第１平面と、前記第１平面の裏面である第２平面と、を有する第１冷却部材と、
前記第１冷却部材の前記第２平面と密に接触する第３平面を有する第２冷却部材と、
に分割して構成され、前記第１冷却部材の前記第２平面および前記第２冷却部材の前記第３平面の少なくとも一方には、前記複数の並行流路をなす複数の溝が形成されることを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール及び冷却機構を備えた電力変換装置及び作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド型建設機械に、電動機制御用のインバータや、昇圧コンバータ等のパワーモジュールが搭載される。Ｕ字状に屈曲した１本の冷却流路をパワーモジュールに熱的に結合させることにより、パワーモジュールの冷却が行われる。同一方向に冷却媒体を流す複数の並行流路を用いる構造も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２６７８１号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７２２号公報
【特許文献１】特開２００８−２９４０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般にヒートシンクは、アルミニウムなどの金属材料を砂型鋳造法により作成することが多い。並行流路の径が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きい場合、並行流路に対応する部分に中子を配置することにより、並行流路を形成できる。しかしながら５ｍｍ以下の、たとえば２〜３ｍｍ程度の細い並行流路が必要な場合、中子による形成では、歩留まりが低下し、コストが高くなってしまう。このため量産には不向きである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、電力変換装置に関する。電力変換装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールが実装され、パワーモジュールとオーバーラップする実装領域に、冷却媒体を流すための複数の並行流路が形成されたコールドプレートと、を備える。コールドプレートは、第１冷却部材と、第２冷却部材に分割して構成される。第１冷却部材は、パワーモジュールが実装される第１平面と、第１平面の裏面である第２平面と、を有する。第２冷却部材は、第１冷却部材の第２平面と密に接触する第３平面を有する。第１冷却部材の第２平面および第２冷却部材の第３平面の少なくとも一方には、複数の並行流路をなす複数の溝が形成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のある態様によれば、細い並行流路を安定的に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは、実施例１による電力変換装置の斜視図であり、図１Ｂは、実施例による電極変換装置に用いられているコールドプレートの平断面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａ、２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】実施例１による電力変換装置の入側流路の合計流量と、並行流路群の流量との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】実施例２による電力変換装置の冷却流路の部分平面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ実施例３及びその変形例による電力変換装置の断面図である。
【図６】実施例４に係るコールドプレートの図１Ｂの一点鎖線６−６における断面図である。
【図７】図６の第１冷却部材を第２平面側から見た斜視図である。
【図８】図６の第２冷却部材を第３平面側から見た斜視図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｃは、実施例４の変形例に係るコールドプレートの断面図である。
【図１０】実施例５に係るコールドプレートの断面図である。
【図１１】図１０の第２冷却部材を第２平面側側から見た斜視図である。
【図１２】図１２は、実施例６によるショベルの平面図である。
【図１３】図１３は、実施例６によるショベルの部分破断側面図である。
【図１４】図１４は、実施例６によるショベルのブロック図である。
【図１５】図１５は、実施例７によるフォークリフトの部分破断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１による電力変換装置の斜視図を示す。コールドプレート１０の上に、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が搭載されている。パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１は、コールドプレート１０に熱的に結合し、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１を冷却する。パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃは、それぞれ例えば埋込磁石内蔵型（ＩＰＭ）モータ駆動用のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータ回路である。パワーモジュール５１は、例えば蓄電モジュール充放電用の昇圧コンバータである。パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワー半導体素子、その駆動回路、及び自己保護回路等を含む。
【０００９】
図１Ｂに、コールドプレート１０の平断面図を示す。コールドプレート１０の内部に、冷却媒体を流すための流路が形成されている。以下、流路の構成について説明する。図１Ｂにおいて、右向きをｘ軸の正の向きとし、上向きをｙ軸の正の向きとするｘｙ直交座標系を定義する。
【００１０】
コールドプレート１０のｘ軸方向負側の縁に、冷却媒体の流入口１１及び排出口２１が設けられている。流入口１１から、ｘ軸の正の向きに、助走路１２、テーパ状流路１３、及び入側流路１４が、この順番に形成されている。助走路１２及び入側流路１４の幅は一定であり、入側流路１４の幅が、助走路１２の幅よりも広い。テーパ状流路１３の幅は、助走路１２から入側流路１４に向かって、徐々に広くなっている。流入口１１から助走路１２に流入した冷却媒介が、テーパ状流路１３を経由して入側流路１４に流入する。入側流路１４は、ｘ軸方向に長い平面形状を有し、ｘ軸の正の向きに冷却媒体を流す。
【００１１】
ｙ軸方向に長い複数の並行流路１７が、ｘ軸方向に配列している。並行流路１７の上流端が、入側均等化構造物２２を介して入側流路１４に接続されている。入側流路１４内を流れる冷却媒体が、入側均等化構造物２２を経由して、並行流路１７の各々に流入する。並行流路１７の各々は、入側流路１４から流入した冷却媒体を、ｙ軸の負の向きに流す。
【００１２】
並行流路１７の各々の下流端が、出側均等化構造物２３を介して出側流路２０に接続されている。並行流路１７を流れた冷却媒体が、出側均等化構造物２３を経由して、出側流路２０に流入する。
【００１３】
出側流路２０は、ｘ軸方向に長い平面形状を有し、そのｘ軸方向負側の端部が、排出口２１となる。並行流路１７から出側流路２０に流入した冷却媒体は、ｘ軸の負の向きに流れ、排出口２１から、コールドプレート１０の外部に排出される。
【００１４】
入側均等化構造物２２は、入側緩衝室１５と、複数の入側流通孔１６とを含む。入側緩衝室１５は、ｘ軸方向に長い平面形状を有し、入側流路１４の側方に、入側流路１４と平行に配置されている。並行流路１７の上流端が、入側緩衝室１５に接続されている。すなわち、並行流路１７の上流端が、入側緩衝室１５によって相互に接続されている。
【００１５】
入側流通孔１６は、ｘ軸方向に離散的に分布し、入側流路１４と入側緩衝室１５とを接続する。入側流路１４の下流側に配置される入側流通孔１６の流路断面が、上流側に配置される入側流通孔１６の流路断面より大きい。具体的には、ｘ軸の正の側に位置する入側流通孔１６ほど、ｘ軸方向の寸法が大きくされている。
【００１６】
出側均等化構造物２３は、出側緩衝室１８と、複数の出側流通孔１９とを含む。この形状は、並行流路１７の中点を連ねる仮想直線に関して、入側均等化構造物２２の形状と線対称である。
【００１７】
入側流路１４、入側緩衝室１５、入側流通孔１６、出側流路２０、出側緩衝室１８、及び出側流通孔１９の流路断面は長方形であり、並行流路１７の流路断面は円形である。
【００１８】
パワーモジュール５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１が、それぞれ４本の並行流路１７と重なるように配置されている。パワーモジュール５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１は、並行流路１７と熱的に結合している。並行流路１７を流れる冷却媒体によって、パワーモジュール５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１を効率的に冷却することができる。
【００１９】
次に、これら流路の平面形状の寸法の一例について説明する。入側流路１４及び出側流路２０の幅Ｗ１は４０ｍｍである。入側流路１４と入側緩衝室１５との間隔Ｇ、及び出側流路２０と出側緩衝室１８との間隔Ｇは５ｍｍである。入側緩衝室１５及び出側緩衝室１８のｙ方向の寸法Ｗ２は、２０ｍｍである。並行流路１７の各々の長さＬ１は７０ｍｍである。相互に隣り合う並行流路１７の中心間距離Ｌ２は１７．７５ｍｍである。入側流路１４の上流側から数えて１番目、２番目、３番目、４番目の入側流通孔１６のｘ軸方向の寸法Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、それぞれ３９ｍｍ、４３ｍｍ、５４ｍｍ、６５ｍｍである。
【００２０】
図２Ａに、図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図を示す。コールドプレート１０内に、入側緩衝室１５、並行流路１７、及び出側流路２０が形成されている。コールドプレート１０の厚さＨ１は２５ｍｍである。入側緩衝室１５及び出側流路２０の高さ（コールドプレート１０の厚さ方向の寸法）Ｈ２は１５ｍｍである。並行流路１７の各々の直径Ｄは３ｍｍである。入側流路１４、入側流通孔１６、出側緩衝室１８、出側流通孔１９の高さは、入側緩衝室１５の高さＨ２と同一である。
【００２１】
図２Ｂに、図１Ｂの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。コールドプレート１０内に、入側流路１４、入側緩衝室１５、並行流路１７、出側緩衝室１８、及び出側流路２０が形成されている。入側流通孔１６及び出側流通孔１９（図１Ｂ）は、この断面図に現れていない。
【００２２】
上述のコールドプレート１０は、例えば鋳造法により作製することができる。コールドプレート１０には、例えばアルミニウムを用いることができる。
【００２３】
次に、実施例１による電力変換装置の冷却流路の構成を採用することの効果について説明する。入側流路１４に複数の並行流路１７を直結すると、下流側に配置された並行流路１７の流量が相対的に少なくなる。これに対し、実施例１においては、並行流路１７が、入側均等化構造物２２を介して入側流路１４に接続されている。
【００２４】
入側流路１４の下流側に位置する入側流通孔１６の流路断面積が、上流側に位置する入側流通孔１６の流路断面積より大きくなっている。このため、入側緩衝室１５内のｘ軸方向に関する圧力分布が均一に近づく。これにより、複数の並行流路１７の流量が均一に近づく。その結果、４つのパワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１を均等に冷却することができる。
【００２５】
１つのパワーモジュールと重なる複数の並行流路１７を、１つの並行流路群と考えることができる。例えば、パワーモジュール５０Ａと重なる４本の並行流路１７を第１の並行流路群、パワーモジュール５０Ｂと重なる４本の並行流路１７を第２の並行流路群、パワーモジュール５０Ｃと重なる４本の並行流路１７を第３の並行流路群、パワーモジュール５１と重なる４本の並行流路１７を第４の並行流路群と考えることができる。この場合、パワーモジュールを配置すべき位置に対応して、並行流路群を配置すればよい。複数の並行流路１７の流量が均一に近づくため、並行流路群ごとの冷却能力のばらつきが小さくなる。
【００２６】
次に、入側緩衝室１５を設けたことの効果について説明する。並行流路１７を入側流路１４に直結し、結合箇所の開口面積を調節することによっても、流量の均一化を測ることが可能であると考えられる。ところが、この構造では、全体の流量（入側流路１４を流れる冷却媒体の流量）の変動が、流量の均一化の効果に影響を及ぼす。全体の流量が、ある範囲内であれば、十分な均一化効果が得られるが、全体の流量がその範囲から外れると、十分な均一化効果が得られるとは限らない。
【００２７】
図３に、実施例１による電力変換装置の入側流路１４を流れる全体の流量と、並行流路１７を流れる流量との関係のシミュレーション結果を示す。パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１の各々に対応する４本の並行流路１７をまとめて１つの並行流路群とし、並行流路群ごとに流量を算出した。図３に示した流路群Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれパワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１に対応する。
【００２８】
図３の横軸は全体流量を単位「Ｌ／ｍｉｎ」で表し、縦軸は並行流路群の流量を単位「Ｌ／ｍｉｎ」で表す。全体流量が増加するに従って、各流路群の流量も増加している。全体流量が変動しても、各流路群の流量は、全体の流量の約２５％を保っている。このように、全体の流量が変動しても、並行流路１７の流量を均一化する十分な効果が得られている。これは、入側緩衝室１５を設けたことに起因する。
【００２９】
上述のように、入側緩衝室１５は、冷却媒体の全体の流量の変化に起因する均一化効果の低下を抑制するという効果を有する。さらに、入側緩衝室１５を配置することにより、流量を均一化するための最適な各部の寸法と設計寸法とのずれ、製造段階に発生する寸法のばらつき等に起因する均一化効果の低下を抑制することができる。
【００３０】
並行流路１７と出側流路２０との間にも、入側均等化構造物２２と同様の出側均等化構造物２３を配置することにより、並行流路１７間の流量の均等化効果をより高めることができる。なお、入側にのみ入側均等化構造物２２を配置し、出側均等化構造物２３は省略してもよい。この場合、並行流路１７の下流端が、出側流路２０に直接接続される。
【００３１】
上記実施例１では、入側流通孔１６を４個配置したが、その他の個数としてもよい。４個以外の個数であっても、相対的に入側流路１４の下流側に位置する入側流通孔１６の流路断面積を、相対的に入側流路１４の上流側に位置する入側流通孔１６の流路断面積より大きくされる。これにより、並行流路１７の流量を均一化することができる。
【００３２】
実施例１では、１枚のコールドプレート１０に４個のパワーモジュール５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１を搭載したが、搭載されるパワーモジュールの数は４個以外の複数個にしてもよい。また、１つのパワーモジュール内に複数の発熱源が含まれている場合には、１枚のコールドプレート１０に１個のパワーモジュールを搭載してもよい。パワーモジュール内で発熱源が一列に配列されている場合には、発熱源が図１Ｂのｘ方向に配列するように、パワーモジュールをコールドプレート１０に固定すればよい。
［実施例２］
図４に、実施例２による電力変換装置の流路の部分平面図を示す。以下、図１Ｂに示した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３３】
実施例１では、入側流通孔１６（図１Ｂ）の両側の壁面がほぼ平面であった。実施例２では、入側流通孔１６の両側の壁面が湾曲した柱面とされている。入側流通孔１６と入側流路１４との接続部、及び入側流通孔１６と入側緩衝室１５との接続部において、流路断面積が最大であり、中央部分において流路断面積が最小である。すなわち、入側流路１４から入側緩衝室１５に向かって、入側流通孔１６の流路断面積が徐々に小さくなり、中間点を過ぎると、徐々に大きくなる。
【００３４】
入側流通孔１６の両側の壁面を、上述のような曲面にすることにより、乱流の発生を抑制することができる。これにより、圧力損失を低減させることができる。なお、出側流通孔１９（図１Ａ）を、実施例２の入側流通孔１６と同様の形状にしてもよい。
【００３５】
さらに、並行流路１７の上流端が、端部に向かって流路断面積が徐々に大きくなるようにテーパ形状にされている。このような形状にすることにより、並行流路１７の上流端においても、圧力損失を低減させることができる。なお、並行流路１７の下流端も、上流端と同様にテーパ形状にしてもよい。
【００３６】
［実施例３］
図５Ａに、実施例３による電力変換装置の断面図を示す。コールドプレート１０、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１の構成は、実施例１または実施例２の構成と同一である。実施例３においては、コールドプレート１０、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が、筐体３０内に収容されている。筐体３０は、底面、及び底面の外周部から立ち上がった側面を有する筐体下部３０Ａ、及び筐体下部３０Ａの開口部を塞ぐ上蓋３０Ｂを有する。コールドプレート１０は、筐体下部３０Ａの底面に固定されている。
【００３７】
図５Ｂに、実施例３の変形例による電力変換装置の断面図を示す。この変形例では、筐体下部３０Ａの底面内に、冷却流路が形成されている。すなわち、筐体下部３０Ａの底面がコールドプレート１０を兼ねている。このような構成にすることにより、部品点数を削減することができる。
【００３８】
さらに図５Ｂの電力変換装置によれば、冷却媒体が、筐体の内部に進入するおそれがないため、電力変換装置の信頼性を高めることができる。
【００３９】
［実施例４］
パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１を効率的に冷却するためには、コールドプレート１０の並行流路１７の径をなるべく小さくし、その個数をなるべく多くすることが有効である。一方、コールドプレート１０を鋳造法で一体作成する場合、径が２〜３ｍｍ程度の細い並行流路１７を安定的に形成すると歩留まりが低下し、コストが高くなってしまう。そこで実施例４では、細い並行流路１７が形成可能なコールドプレート１０の構造を説明する。
【００４０】
実施例４に係るコールドプレート１０の平面断面図は、図１Ｂのそれと同様である。図６は、コールドプレート１０の図１Ｂの一点鎖線６−６における断面図を示す。コールドプレート１０は、第１冷却部材４０および第２冷却部材４２に分割して形成され、それらは独立して鋳造法により作成される。
【００４１】
この実施例４では、図５Ｂと同様に、筐体下部３０Ａの底面がコールドプレート１０を兼ねている場合を説明する。なお、本発明はそれには限定されず、図５Ａに示すように、コールドプレート１０は、筐体下部３０Ａの底面に固定されてもよい。
【００４２】
すでに説明したように、コールドプレート１０には、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が実装される。そしてコールドプレート１０のパワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃとオーバーラップする実装領域には、冷却媒体を流すための複数の並行流路１７が形成される。
【００４３】
第１冷却部材４０は、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１が実装される第１平面Ｐ１を有する。また第１冷却部材４０は、第１平面Ｐ１の裏面であり、実装領域とオーバーラップする第２平面Ｐ２を有する。
【００４４】
第２冷却部材４２は、実装領域とオーバーラップする第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２と密に接触する第３平面Ｐ３を有する。
【００４５】
第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２には、それぞれがｙ軸方向に伸延し、互いに平行な複数の溝４４が形成される。同様に、第２冷却部材４２の第３平面Ｐ３には、それぞれがｙ軸方向に伸延し、互いに平行な複数の溝４６が形成される。溝４４と４６の断面は、半円状となっており、複数の溝４４と複数の溝４６とは互いに対応する位置に形成される。ひとつの溝４４と、それと対応する溝４６は、第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２と第２冷却部材４２の第３平面Ｐ３が密に接触した状態において、断面が実質的に円形の並行流路１７を形成する。なお溝４４、４６は、砂型を用いた鋳造によって形成してもよいし、第１冷却部材４０、第２冷却部材４２の鋳造後に、研磨、掘削などの機械的な手段によって形成してもよい。
【００４６】
図７は、第１冷却部材４０を第２平面Ｐ２側から見た斜視図である。なお図７において、筐体下部３０Ａの側壁は省略している。第１冷却部材４０は、溝形成部６０Ａ、側壁６２、入側隔壁６４、底面６６Ａ、出側隔壁６８、流路形成部６９を備える。溝形成部６０Ａ、側壁６２、入側隔壁６４、出側隔壁６８は、底面６６Ａからｚ軸負方向に隆起している。
【００４７】
溝形成部６０Ａは、第２平面Ｐ２に対応する部分であり、ｙ軸方向に複数の溝４４が形成されている。溝４４の径は、並行流路１７の中央付近で最も細く一定となり、並行流路１７の上流端に近づくほど、また下流端に近づくほど大きくなるようにテーパーしている。溝４４の最も細い部分の直径は、５ｍｍ以下、具体的には２〜３ｍｍ程度である。
【００４８】
複数の入側隔壁６４は、複数の並行流路１７が形成される溝形成部６０Ａの上流側端面Ｐ１０と所定の間隔Ｗ２を隔てて対向する。複数の入側隔壁６４は、複数の並行流路１７と垂直方向つまりｘ軸方向に、間隔（入側流通孔１６）を隔てて配置される。複数の入側隔壁６４と、溝形成部６０Ａの上流側端面Ｐ１０と、によって囲まれる領域は、複数の並行流路１７の流量を均一に近づける入側緩衝室１５を形成する。
【００４９】
複数の出側隔壁６８は底面６６Ａからｚ軸負方向に隆起して形成される。具体的には、複数の出側隔壁６８は、複数の並行流路１７が形成される溝形成部６０Ａの上流側端面Ｐ１１と所定の間隔Ｗ２を隔てて対向する。複数の出側隔壁６８は、複数の並行流路１７と垂直方向（ｘ軸方向）に、間隔すなわち出側流通孔１９を隔てて配置される。複数の出側隔壁６８と、溝形成部６０Ａの下流側端面Ｐ１１と、により囲まれる領域は、複数の並行流路１７の流量を均一に近づける出側緩衝室１８を形成する。
【００５０】
側壁６２は、底面６６Ａの外周に沿って設けられる。側壁６２と複数の入側隔壁６４によって囲まれる領域は入側流路１４を形成する。同様に側壁６２と出側隔壁６８によって囲まれる領域は出側流路２０を形成する。
【００５１】
また流路形成部６９の内部には、上述のテーパ状流路１３が形成される。
【００５２】
パワーモジュールの効率的な冷却の観点からは、パワーモジュールと並行流路１７はなるべく近いことが望ましい。そこで本実施例において、複数の溝の中心、言い換えれば第２平面Ｐ２は、入側緩衝室１５および出側緩衝室１８の高さＨ２の１／２よりもパワーモジュール側に位置している。つまり溝形成部６０Ａの高さをＨ３とすると、Ｈ３＜Ｈ２／２が成り立つ。
【００５３】
図８は、第２冷却部材４２を第３平面Ｐ３側から見た斜視図である。破線部分６２は、図７の側壁６２とオーバーラップする箇所を示す。この破線部分６２と、第３平面Ｐ３において、第１冷却部材４０と第２冷却部材４２が密に固着される。固着手段は特に限定されないが、一般的なねじ止めを用いてもよい。また気密性を高めるために、第１冷却部材４０と第２冷却部材４２は、破線部分６２に設けられるＯリング（不図示）を介して嵌合される。
【００５４】
以上が実施例４に係るコールドプレート１０の構成である。
このコールドプレート１０によれば、コールドプレート１０を一体形成するのではなく、第１冷却部材４０と第２冷却部材４２に分割して鋳造するため、細い並行流路１７を安定的に形成することができる。
【００５５】
図９Ａ〜９Ｃは、実施例４の変形例に係るコールドプレートの断面図である。図９Ａでは、第１冷却部材４０側に、断面略円形状の溝４４が形成され、第２冷却部材４２は平坦である。反対に第２冷却部材４２に断面略円形状の溝４４を形成し、第１冷却部材４０を平坦にしてもよい。
【００５６】
図９Ｂは、溝４４、溝４６はＶ字型であり、図９Ｃでは溝４４、溝４６はコの字型である。図９Ｂ、９Ｃの変形例についても、溝４４のみ、あるいは溝４６のみに溝を形成してもよい。
【００５７】
実施例４のある変形例において、側壁６２、入側隔壁６４、出側隔壁６８、流路形成部６９の少なくともひとつは、第２冷却部材４２ではなく、第２冷却部材４２に一体形成されてもよい。このように、入側流路に対して断面積が小さな並行流路を形成することで、第１冷却部材４０と冷却媒体の熱伝導効率を上げることができ、パワーモジュールの冷却効果を向上させることができる。
【００５８】
［実施例５］
図１０は、実施例５に係るコールドプレートの断面図である。図１１は、図１０の第２冷却部材を第２平面側側から見た斜視図である。実施例５において、複数の並行流路１７の断面形状は、偏平形状を有する。偏平形状は、たとえば図１０に示すような長方形であってもよいし、図１１に示すように角が丸められた略長方形であってもよい。具体的には、第１冷却部材４０の第２平面Ｐ２には、対応する並行流路１７の断面が偏平形状となるように、複数の溝４４が形成される。複数の溝４４はそれぞれ、発熱体であるパワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１とオーバーラップする箇所に設けてもよい。
【００５９】
複数の溝４４はそれぞれ、深さが数百μｍ〜１ｍ程度、幅が数ｍｍ〜数ｃｍ程度であり、実施例４に比べて断面形状の幅と深さの比であるアスペクト比が大きい。また溝４４の断面積は、入側流路のそれよりも小さい。溝４４は、鋳造により形成してもよいし、切削により形成してもよい。
【００６０】
実施例５によっても、実施例４と同様の効果を得ることができる。加えて、実施例５では、幅広で浅い溝４４を形成すればよいため、鋳造、切削いずれを採用した場合であっても、実施例４よりも加工が容易であるという利点がある。
【００６１】
なお、実施例５において、図１０、図１１では、第１冷却部材４０側にのみ溝４４が形成されるが、第２冷却部材４２側にのみ溝４６を形成してもよいし、第１冷却部材４０に溝４４を、第２冷却部材４２に溝４６を形成してもよい。このように入側流路に対して断面積が小さな並行流路を形成することで、第１冷却部材４０と冷却媒体の熱伝導効率を上げ、その結果パワーモジュールの冷却効果を向上させつつ、製作コストを低減できる。
【００６２】
また実施例５において、並行流路１７の個数は、必ずしもパワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃ、５１の個数と一致する必要はない。この場合、複数の並行流路１７は、パワーモジュール５０Ａ〜５０Ｃの場所とは無関係な箇所に設けられてもよい。
【００６３】
［実施例６］
図１２に、実施例６による作業機械の例としてショベルの平面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して、上部旋回体７０が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、電動発電機８３、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【００６４】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【００６５】
図１３に、実施例６によるショベルの部分破断側面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回フレーム７０Ａ、カバー７０Ｂ、及びキャビン７０Ｃを含む。旋回フレーム７０Ａは、キャビン７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー７０Ｂは、支持構造体７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電モジュール８０、蓄電器用コンバータ９２等を覆う。キャビン７０Ｃ内に座席７９（図１２）が収容されている。
【００６６】
旋回用電動モータ７６（図１２）が、その駆動対象である旋回フレーム７０Ａを、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【００６７】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９５及びダンパ（防振装置）９６を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。蓄電器用コンバータ９２は、コンバータ用マウント９７及びダンパ９８を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。カバー７０Ｂが蓄電モジュール８０を覆う。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図１２）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【００６８】
図１４に、実施例６によるショベルのブロック図を示す。図１４において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。
【００６９】
エンジン７４の駆動軸がトルク伝達機構８１の入力軸に連結されている。エンジン７４には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン７４は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。
【００７０】
電動発電機８３の駆動軸が、トルク伝達機構８１の他の入力軸に連結されている。電動発電機８３は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機８３には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。
【００７１】
トルク伝達機構８１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ７５の駆動軸が連結されている。
【００７２】
エンジン７４に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機８３がアシスト運転を行い、電動発電機８３の駆動力がトルク伝達機構８１を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン７４に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン７４に加わる負荷が小さい場合には、エンジン７４の駆動力がトルク伝達機構８１を介して電動発電機８３に伝達されることにより、電動発電機８３が発電運転される。電動発電機８３をアシスト運転するときには、インバータ９０から電動発電機８３に三相交流電力が供給される。電動発電機８３が発電運転されているときには、電動発電機８３からインバータ９０に三相交流電力が供給される。インバータ９０は、制御装置１３０により制御される。
【００７３】
制御装置１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０Ａ及び内部メモリ１３０Ｂを含む。ＣＰＵ１３０Ａは、内部メモリ１３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置１３０は、表示装置１３５に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。
【００７４】
メインポンプ７５は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図１５に示した下部走行体７１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。
【００７５】
電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ９０を介して蓄電回路１９０に接続されている。蓄電回路１９０は、蓄電モジュール８０（図１２）及び蓄電器用コンバータ９２（図１２）を含む。インバータ９０は、制御装置１３０からの指令に基づき、電動発電機８３から供給された三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。または、蓄電回路１９０から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、電動発電機８３に供給する。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ９１を介して旋回モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ９１は、制御装置１３０により制御される。
【００７６】
旋回モータ７６は、インバータ９１からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回モータ７６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。力行動作時には、インバータ９１が、蓄電回路１９０から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、旋回モータ７６に供給する。回生動作時には、インバータ９１が、旋回モータ７６から供給される三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。
【００７７】
旋回モータ７６の力行動作中は、旋回モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０を旋回させる。この際、減速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回モータ７６で発生した回転力が増大する。また、回生運転時には、上部旋回体７０の回転運動が、減速機１２４を介して旋回モータ７６に伝達されることにより、旋回モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回モータ７６の回転数を上昇させることができる。
【００７８】
レゾルバ１２２が、旋回モータ７６の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置１３０に入力される。旋回モータ７６の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。
【００７９】
メカニカルブレーキ１２３が、旋回モータ７６の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１２３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。
【００８０】
パイロットポンプ１１５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２６は、パイロットライン１２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。
【００８１】
圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３０に入力される。これにより、制御装置１３０は、下部走行体７１、旋回モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６の操作の状況を検知することができる。特に、実施例１３によるハイブリッド型ショベルでは、旋回モータ７６が旋回軸受け７３を駆動する。このため、旋回モータ７６を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置１３０は、圧力センサ１２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。
【００８２】
図１２に示した電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２には、実施例１〜実施例４のいずれかによる電力変換装置が用いられる。例えば、電動発電機用インバータ９０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相用のパワーモジュールが、それぞれ図１Ａに示したパワーモジュール５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに対応する。パワーモジュール５１は、例えば予備用のパワーモジュールである。
【００８３】
実施例１〜実施例３のいずれかによる電力変換装置を用いているため、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２内のパワーモジュールを、均等に冷却することができる。
【００８４】
［実施例７］
図１５に、実施例７による作業機械の例として荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図を示す。実施例７による荷役作業車両は、フォーク２１１、車輪２１２、インストルメントパネル２１３、ハンドル２１４、レバー２１５、及び座席２１６を含む。車台に、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１が、ダンパ等を介して搭載されている。走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１には、実施例１〜実施例７のいずれかの電力変換装置が用いられる。走行モータ用インバータ２２０は、走行用モータに電力を供給する。蓄電器用コンバータ２２１は、蓄電器の充放電を行う。
【００８５】
運転者が、座席２１６に搭乗し、ハンドル２１４、複数のレバー２１５、アクセルペダル、ブレーキペダル、その他の各種スイッチを操作する。これらの操作により、フォーク２１１の昇降、荷役作業車両の前進と後退、右折と左折等の動作が行われる。これらの動作を組み合わせることにより、荷物の積み降ろし、搬送等を行うことができる。
【００８６】
実施例１〜実施例４のいずれかによる電力変換装置を用いているため、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１内のパワーモジュールを、均等に冷却することができる。
【００８７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８８】
１０ コールドプレート
１１ 流入口
１２ 助走路
１３ テーパ状流路
１４ 入側流路
１５ 入側緩衝室
１６ 入側流通孔
１７ 並行流路
１８ 出側緩衝室
１９ 出側流通孔
２０ 出側流路
２１ 排出口
２２ 入側均等化構造物
２３ 出側均等化構造物
３０ 筐体
３０Ａ 筐体下部
３０Ｂ 上蓋
４０ 第１冷却部材
４２ 第２冷却部材
４４ 溝
４６ 溝
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面
Ｐ３ 第３平面
６０ 溝形成部
６２ 側壁
６４ 入側隔壁
６６ 底面
６８ 出側隔壁
６９ 流路形成部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５１ パワーモジュール
７０ 上部旋回体
７０Ａ 旋回フレーム
７０Ｂ カバー
７０Ｃ キャビン
７１ 下部走行体
７３ 旋回軸受け
７４ エンジン
７５ メインポンプ
７６ 旋回用電動モータ
７７ 油タンク
７８ 冷却ファン
７９ 座席
８０ 蓄電モジュール
８１ トルク伝達機構
８２ ブーム
８３ 電動発電機
８５ アーム
８６ バケット
９０ 電動発電機用インバータ
９１ 旋回用インバータ
９２ 蓄電器用コンバータ
９５ 蓄電モジュール用マウント
９６ ダンパ（防振装置）
９７ コンバータ用マウント
９８ ダンパ
１０７ ブームシリンダ
１０８ アームシリンダ
１０９ バケットシリンダ
１１５ パイロットポンプ
１１６ 高圧油圧ライン
１１７ コントロールバルブ
１２２ レゾルバ
１２３ メカニカルブレーキ
１２４ 減速機
１２５ パイロットライン
１２６ 操作装置
１２７、１２８ 油圧ライン
１２９ 圧力センサ
１３０ 制御装置
１３０Ａ ＣＰＵ
１３０Ｂ 内部メモリ
１３５ 表示装置
１９０ 蓄電回路
１０１Ａ、１０１Ｂ 油圧モータ
２１１ フォーク
２１２ 車輪
２１３ インストルメントパネル
２１４ ハンドル
２１５ レバー
２１６ 座席
２２０ 走行モータ用インバータ
２２１ 蓄電器用コンバータ
【図１】
2013215080.tif 000003
【図２】
2013215080.tif 000004
【図３】
2013215080.tif 000005
【図４】
2013215080.tif 000006
【図５】
2013215080.tif 000007
【図６】
2013215080.tif 000008
【図７】
2013215080.tif 000009
【図８】
2013215080.tif 000010
【図９】
2013215080.tif 000011
【図１０】
2013215080.tif 000012
【図１１】
2013215080.tif 000013
【図１２】
2013215080.tif 000014
【図１３】
2013215080.tif 000015
【図１４】
2013215080.tif 000016
【図１５】
2013215080.tif 000017