(57)【要約】【課題】  パワーモジュールの冷却装置において、冷却効率を向上することが可能な技術を提供する。【解決手段】  本明細書では、パワーモジュールを冷却する冷却装置を開示する。その冷却装置は、外面にパワーモジュールを密着して配置可能な第１冷却部材と、第２冷却部材を備えている。その冷却装置では、第１冷却部材の内面と第２冷却部材の内面の間で冷媒経路が形成されている。その冷却装置では、第２冷却部材の内面から第１冷却部材に向けて、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路を隔てる隔壁が伸びている。その冷却装置では、第１冷却部材の内面から第２冷却部材に向けてフィンが伸びている。【選択図】図３
2013051274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールを冷却する冷却装置であって、
外面にパワーモジュールを密着して配置可能な第１冷却部材と、第２冷却部材を備えており、
第１冷却部材の内面と第２冷却部材の内面の間で冷媒経路が形成されており、
第２冷却部材の内面から第１冷却部材に向けて、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路を隔てる隔壁が伸びており、
第１冷却部材の内面から第２冷却部材に向けてフィンが伸びている冷却装置。
【請求項２】
隔壁に対応して、第１冷却部材の内面に第１凹部が形成されており、
隔壁の先端が第１凹部に入り込んでいる請求項１の冷却装置。
【請求項３】
フィンに対応して、第２冷却部材の内面に第２凹部が形成されており、
フィンの先端が第２凹部に入り込んでいる請求項１または２の冷却装置。
【請求項４】
第２冷却部材の内面に肉盛部が形成されている請求項１から３の何れか一項の冷却装置。
【請求項５】
第１冷却部材の第１凹部の縁に肉盛部が形成されている請求項１から４の何れか一項の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、パワーモジュールを冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電動車両においては、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどのパワーモジュールが用いられる。これらのパワーモジュールを過熱による熱破壊から保護するために、冷却装置が用いられる。パワーモジュールの冷却装置が、例えば特許文献１−７に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１００２５号公報
【特許文献２】特開平５−２９９５４９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１９１２４号公報
【特許文献４】特開２００７−１６５４８１号公報
【特許文献５】特開２００４−３３２９７７号公報
【特許文献６】特開２００７−１６５５８２号公報
【特許文献７】特開２００８−２７０２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却装置を製造する際に、第１冷却部材と第２冷却部材の２つの部材を組み付けて、第１冷却部材の内面と第２冷却部材の内面の間で冷媒経路を形成する場合がある。この際に、冷却装置の内部で、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路が、隔壁を挟んで隣接して配置される場合がある。さらにより具体的には、一例の冷却装置は、第１冷却部材と第２冷却部材が対向しておりそれらの周囲を側面が囲む箱型を有しており、一つの側面に冷媒入口と冷媒出口が設けられており、隔壁は箱の一つの側面（第１側面）から伸びている。第１側面に対向する第２側面と隔壁の端部との間には上流側と下流側をつなぐ連通部が設けられており、冷媒入口から流入した冷媒は隔壁の一方の側面に沿って流れ、連通部を通って折り返し、隔壁の他方の側面に沿って流れて冷媒出口に至る。部品点数を削減する観点から、多くの場合、このような隔壁は第１冷却部材および第２冷却部材の一方の部材から他方の部材へ向けて伸びるように形成される。このような構成では、製造公差や熱膨張による変形に起因する干渉を防止するために、隔壁の先端と相手側の部材との間に間隙を有している。しかしながら、隔壁の先端に間隙を有していると、冷媒は前述した連通部まで至らず、その間隙を通って上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路の間で冷媒が直接流通してしまい、冷却装置の冷却効率が低下してしまう。
【０００５】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、パワーモジュールの冷却装置において、冷却効率を向上することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書では、パワーモジュールを冷却する冷却装置を開示する。その冷却装置は、外面にパワーモジュールを密着して配置可能な第１冷却部材と、第２冷却部材を備えている。その冷却装置では、第１冷却部材の内面と第２冷却部材の内面の間で冷媒経路が形成されている。その冷却装置では、第２冷却部材の内面から第１冷却部材に向けて、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路を隔てる隔壁が伸びている。その冷却装置では、第１冷却部材の内面から第２冷却部材に向けてフィンが伸びている。なお、隔壁は上流と下流を隔てている壁であって、その両側では前出したように冷媒が相互に逆方向に流れる。他方、フィンの本来の目的は、冷媒との接触面積を稼ぎ、第１冷却部材とフィンを通じた冷媒との熱交換を促進するためであるが、フィンは結果的に、第１冷却部材の内面近傍において上流側又は下流側の冷媒経路を平行な複数の流路（サブ流路）に分ける役割も果たす。即ちフィンの両側では冷媒は同じ方向に流れる。
【０００７】
上記の冷却装置では、隔壁の先端が第１冷却部材側に位置しており、フィンの先端が第２冷却部材側に位置している。従って、隔壁の先端とフィンの先端にそれぞれ間隙を有している場合でも、冷媒がフィンの先端の間隙と隔壁の先端の間隙を続けて通過しにくくなっている。このような構成とすることで、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【０００８】
上記の冷却装置では、隔壁に対応して、第１冷却部材の内面に第１凹部が形成されており、隔壁の先端が第１凹部に入り込んでいることが好ましい。
【０００９】
上記の冷却装置では、隔壁の先端が第１凹部に入り込んでいるため、隔壁の先端の間隙を冷媒が通過しにくくなっている。このような構成とすることで、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【００１０】
上記の冷却装置では、フィンに対応して、第２冷却部材の内面に第２凹部が形成されており、フィンの先端が第２凹部に入り込んでいることが好ましい。
【００１１】
上記の冷却装置では、フィンの先端が第２凹部に入り込んでいるため、フィンの先端の間隙を冷媒が通過しにくくなっている。このような構成とすることで、冷媒経路を流れる冷媒が側方（隔壁側面に沿った冷媒の本来の流れ方向に直交する方向）へ移動しにくくなり、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【００１２】
上記の冷却装置では、第２冷却部材の内面に肉盛部が形成されていることが好ましい。
【００１３】
上記の冷却装置では、第２冷却部材の内面に肉盛部が形成されていることによって、冷媒の流れ方向に対する冷媒経路の断面積が小さくなり、冷媒の流速を上げることができる。これにより、冷却装置の冷却効率を向上することができる。また、第２冷却部材の内面に肉盛部が形成されていることで、より多くの冷媒が第１冷却部材に近い位置を流れるようになる。これによって、第１冷却部材に密着して配置されたパワーモジュールの冷却効率をさらに高めることができる。
【００１４】
上記の冷却装置では、第１冷却部材の第１凹部の縁に肉盛部が形成されていることが好ましい。
【００１５】
上記の冷却装置では、第１冷却部材の第１凹部の縁に、肉盛部が形成されている。この肉盛部が形成されていることによって、隔壁と第１凹部の間の間隙に冷媒が流入することを抑制することができる。すなわち、この肉盛部が形成されていることで、第１凹部が深く形成され、隔壁の先端が第１凹部に深く入り込んでいる構成と同様の効果を得ることができる。第１冷却部材の強度を確保するために、第１凹部を深く形成できない場合であっても、上流側の冷媒経路と下流側の冷媒経路の間で冷媒が直接流通してしまうことを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書が開示する技術によれば、パワーモジュールの冷却装置において、冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の冷却装置１０の一用途を示す斜視図である。
【図２】実施例の冷却装置１０の図１のII-II断面で見た横断面図である。
【図３】実施例の冷却装置１０の図２のIII-III断面で見た縦断面図である。
【図４】実施例の冷却装置１０の別の用途を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１−図３は、実施例の冷却装置１０の構成を示している。冷却装置１０は、パワーモジュール２を冷却するために用いられる。本実施例のパワーモジュール２は、ハイブリッド車両や燃料電池自動車などの電動車両において、バッテリとインバータ装置の間で昇降圧するＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子を収めた筐体である。本実施例のパワーモジュール２は、ＩＧＢＴや還流ダイオード等のスイッチング素子を内蔵しており、大電流のスイッチング動作に伴い発熱する。
【００１９】
冷却装置１０は、冷却ケース１２（第２冷却部材に相当する）と、冷却プレート１４（第１冷却部材に相当する）を備えている。本実施例では、冷却ケース１２および冷却プレート１４は、何れもアルミニウム製であって、ダイカスト成形によって製造される。冷却ケース１２に冷却プレート１４を組み付けると、箱型の冷却装置１０が形成される。冷却ケース１２の内面と冷却プレート１４の内面によって、冷却装置１０の内部に冷媒経路１６（図２参照）が形成される。より詳細には、容器状の冷却ケース１２の底に相当する内面と冷却プレート１４の内面が対向し、これらの対向面と、容器の側面に相当する冷却ケース１２の側面によって冷媒経路が形成される。パワーモジュール２は冷却プレート１４の外面に密着して配置される。
【００２０】
図２に示すように、冷却装置１０の内部に形成される冷媒経路１６は、第１冷媒経路１８と、第２冷媒経路２０と、第３冷媒経路２２から構成されている。第１冷媒経路１８は、冷却装置１０の端部に設けられた冷媒入口１８ａから直線状に伸びている。第３冷媒経路２２は、冷却装置１０の端部に設けられた冷媒出口２２ａへ向けて直線状に伸びている。第２冷媒経路２０は、屈曲した形状であって、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２を接続している。隔壁２４が第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２を隔てている。別言すれば、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２は、隔壁２４を挟んで隣接して配置されている。冷媒入口１８ａから流入した冷媒は、第１冷媒経路１８、第２冷媒経路２０、第３冷媒経路２２を順に経由して、冷媒出口２２ａから流出する。別言すれば、冷却ケース１２および冷却プレート１４によって箱型の冷却装置１０が形成され、ケースの一つの側面に冷媒入口１８ａと冷媒出口２２ａが設けられ、冷却装置１０の内部は、上記一の側面からこれに対向する側面に向けて伸びる隔壁２４によって上流側（第１冷媒経路１８）と下流側（第３冷媒経路２２）が隔てられている。第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２は平行であるが、冷媒は相互に逆方向に流れる。
【００２１】
冷媒経路１６には、冷媒が流れる方向に沿って１つ以上のフィン２６が形成されている。フィン２６は、第１冷媒経路１８、第２冷媒経路２０、第３冷媒経路２２に亘って連続して形成されている。冷媒経路１６を流れる冷媒は、フィン２６との熱交換によって冷却プレート１４から熱を奪う。フィン２６は、冷媒との接触面積を増大することを主たる目的として設けられるが、３本のフィン２６は結果的に冷媒経路１６を４本のサブ経路に分割する。夫々のフィン２６の両側では冷媒は同じ方向に流れる。
【００２２】
図３に示すように、隔壁２４は、冷却ケース１２の内面（ケース底面に相当する内面）から冷却プレート１４に向けて突出する形状に形成されている。冷却プレート１４には、隔壁２４に対応する位置に、第１凹部２８が形成されている。冷却ケース１２に冷却プレート１４を組付けた状態では、隔壁２４の先端は第１凹部２８に入り込んでいる。隔壁２４の外面（隔壁の先端と先端付近の側面）と第１凹部２８の内面の間には、製造公差を考慮して、間隙が設けられている。
【００２３】
隔壁２４の先端と冷却プレート１４の間に間隙が存在すると、上流側である第１冷媒経路１８と下流側である第３冷媒経路２２の間で、その間隙を通って冷媒が直接流通してしまい、冷却装置１０の冷却効率を低下させてしまう。しかしながら、本実施例の冷却装置１０では、隔壁２４の先端が第１凹部２８に入り込んでいるため、隔壁２４の先端の間隙を冷媒が通過しにくくなっている。このような構成とすることで、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【００２４】
図３に示すように、フィン２６は、冷却プレート１４の内面から冷却ケース１２の底面に相当する面に向けて突出する形状に形成されている。冷却ケース１２には、フィン２６に対応する位置に、第２凹部３０が形成されている。冷却ケース１２に冷却プレート１４を組付けた状態では、フィン２６の先端は第２凹部３０に入り込んでいる。フィン２６の外面（先端と先端近傍の側面）と第２凹部３０の内面の間には、製造公差を考慮して、間隙が設けられている。
【００２５】
本実施例の冷却装置１０では、隔壁２４の先端の間隙は冷却プレート１４側に位置し、フィン２６の先端の間隙は冷却ケース１２側に位置する。このような構成とすることによって、冷媒がフィン２６の先端の間隙と隔壁２４の先端の間隙を続けて通過しにくくなっている。このような構成とすることで、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【００２６】
本実施例の冷却装置１０では、フィン２６の先端が第２凹部３０に入り込んでいるため、フィン２６の先端の間隙を冷媒が通過しにくくなっている。このような構成とすることで、第１冷媒経路１８や第３冷媒経路２２において、冷媒が側方（冷媒の本来の流れ方向に直交する方向、図３の左右方向）に移動しにくくなり、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２の間で冷媒が直接流通してしまうことを抑制することができる。
【００２７】
図３に示すように、冷却ケース１２の内面には、肉盛部３２が形成されている。肉盛部３２は、冷媒の流れ方向（隔壁２４の伸びる方向）に沿って伸びる突条である。肉盛部３２が形成されていることによって、冷媒の流れ方向（図３の紙面垂直方向）に対する冷媒経路１６の断面積が小さくなり、冷媒の流速を上げることができる。これにより、冷却装置１０の冷却効率を向上することができる。また、冷却ケース１２の内面に肉盛部３２が形成されていることで、より多くの冷媒が冷却プレート１４に近い位置を流れるようになる。これによって、冷却プレート１４に密着して配置されたパワーモジュール２の冷却効率をさらに高めることができる。
【００２８】
図３に示すように、冷却プレート１４の第１凹部２８の縁部には、肉盛部３４が形成されている。肉盛部３４は、隔壁２４の伸びる方向に沿って伸びる突条である。肉盛部３４が形成されていることによって、隔壁２４と第１凹部２８の間の間隙に冷媒が流入することを抑制することができる。すなわち、肉盛部３４が形成されていることで、第１凹部２８が深く形成され、隔壁２４の先端が第１凹部２８に深く入り込んでいる構成と同様の効果を得ることができる。冷却プレート１４の強度を確保するために第１凹部２８を深く形成できない場合であっても、第１冷媒経路１８と第３冷媒経路２２の間で冷媒が直接流通してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００２９】
本実施例の冷却装置１０では、隔壁２４と第１凹部２８の間、およびフィン２６と第２凹部３０の間には、それぞれ製造公差を考慮した間隙が確保されている。これによって、冷却ケース１２と冷却プレート１４を組み付ける際の干渉を防止することができる。また、熱膨張等に起因して冷却ケース１２や冷却プレート１４が変形した場合であっても、上記の隙間によって変形が吸収されて、干渉を防止することができる。冷媒経路１６の十分なシール性を確保することができる。
【００３０】
なお、図４に示すように、本実施例の冷却装置１０は、冷却ケース１２の上面を用いて、例えばＤＣ−ＤＣコンバータのリアクトルのような、別のパワーモジュール４を冷却することもできる。
【００３１】
上記の実施例では、冷却ケース１２と冷却プレート１４が何れもアルミニウム製であって、ダイカスト成形によって製造される場合を例として説明したが、冷却ケース１２と冷却プレート１４の材質はこれに限られない。冷却ケース１２と冷却プレート１４には、製造時の形状自由度が確保されているものであれば、どのような材料を用いてもよい。例えば、冷却ケース１２と冷却プレート１４は、何れも樹脂製であって、射出成形等によって製造されてもよい。
【００３２】
上記の実施例では、フィン２６が冷媒の流れに沿って伸びるストレートフィンである場合について説明したが、フィン２６は他の形状のものとしてもよい。例えば、フィン２６はオフセットフィンであってもよいし、クロスウェーブフィンであってもよいし、千鳥状に配列されたピンフィンであってもよい。
【００３３】
上記の実施例では、冷却装置１０が冷却するパワーモジュール２がＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング装置である場合を例として説明したが、冷却装置１０は他の用途に用いることもできる。例えば、冷却装置１０を用いて、ハイブリッド車両や燃料電池自動車などの電動車両のインバータ装置全体を冷却してもよい。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
２  パワーモジュール
４  パワーモジュール
１０  冷却装置
１２  冷却ケース
１４  冷却プレート
１６  冷媒経路
１８  第１冷媒経路
１８ａ  冷媒入口
２０  第２冷媒経路
２２  第３冷媒経路
２２ａ  冷媒出口
２４  隔壁
２６  フィン
２８  第１凹部
３０  第２凹部
３２  肉盛部
３４  肉盛部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013051274.tif 000005
【図４】
2013051274.tif 000006