BR102013010344A2

BR102013010344A2 - Aparelho de conversão de potência

Info

Publication number: BR102013010344A2
Application number: BRBR102013010344-6A
Authority: BR
Inventors: Tetsuya Ito
Original assignee: Yaskawa Denki Seisakusho Kk
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2015-06-23
Also published as: US20130301328A1; KR20130125723A; JP5655873B2; CN103391017B; CN103391017A; EP2662967A1; JP2013255414A; KR101475602B1

Abstract

Aparelho de conversão de potência. Um aparelho de conversão de potência de acordo com uma modalidade inclui uma camisa de resfriamento. A camisa de resfriamento inclui uma face de montagem, sobre a qual um módulo de potência incluindo um dispositivo semicondutor de potência é montado; uma pluralidade de aletas de radiação que são arranjadas ao longo de uma direção predeterminada sobre uma área substancialmente total de um lado traseiro da face de montagem; e um ressalto que é colocado ao longo da direção predeterminada em uma área central da área substancialmente total do lado traseiro

Description

“APARELHO DE CONVERSÃO DE POTÊNCIA” CAMPO A modalidade discutida aqui é dirigida a um aparelho de conversão de potência.

FUNDAMENTOS E conhecido um aparelho de conversão de potência convencional que é montado em um carro híbrido e um veículo elétrico a ser usado para acionar o controle de um motor de tração. O aparelho de conversão de potência converte potência de CC de uma bateria para potência de CA trifásica para acionar o motor de tração e também retoma potência elétrica regenerativa do motor de tração para a bateria durante a desaceleração rápida. O aparelho de conversão de potência suporta sobre o mesmo dispositivos semicondutores de potência, tais como transistores bipolares de porta isolada (IGBT), e também suporta sobre ele módulos de potência que são arranjados em série, a fim de realizar a conversão de potência de CA trifásica pelo uso dos módulos de potência.

Porque os módulos de potência controlam grandes correntes para acionar o motor de tração, os módulos de potência têm quantidade de calor muito grande. Por esta razão, é normal o fato de que o aparelho de conversão de potência inclui um mecanismo de resfriamento para os módulos de potência. O mecanismo de resfriamento emprega um tipo de resfriamento a água com uma alta eficiência de resfriamento em muitos casos, a fim de realizar eficientemente o resfriamento em um espaço de montagem limitado em um carro híbrido ou um veículo elétrico.

Por exemplo, módulos (semicondutores) de potência, expostos na Publicação de Patente Japonesa Aberta à Inspeção Pública N.° 2008- 311550, são arranjados em série no lado de superfície de uma placa de base.

No lado traseiro da placa de base, aletas de radiação, que se estendem paralelas ao longo da direção de arranjo dos módulos de potência, são providas para serem integradas com a placa de base.

Uma camisa de resfriamento é fixada ao lado traseiro da placa de base para cobrir as aletas de radiação. Como um resultado, um canal de meio de resfriamento, dentro do qual um meio de resfriamento flui através entre as aletas de radiação, é formado entre a placa de base e a camisa de resfriamento. O aparelho de conversão de potência convencional tem ainda espaço para aperfeiçoamento, na medida em que o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento é exigido.

Mais especificamente, como descrito acima, no caso do mecanismo de resfriamento que faz com que o meio de resfriamento flua entre as aletas de radiação, a velocidade de fluxo do meio de resfriamento é acelerada pelo aumento do número de aletas de radiação e assim a eficiência de resfriamento é melhorada. Todavia, existe um problema que uma perda de pressão é também aumentada ao mesmo tempo.

Um aspecto de uma modalidade foi obtido em vista do problema acima, e um objetivo da modalidade é de prover um aparelho de conversão de potência que pode manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento.

SUMÁRIO

Um aparelho de conversão de potência de acordo com uma modalidade inclui uma camisa. A camisa de resfriamento inclui uma face de montagem, sobre a qual um módulo de potência incluindo um dispositivo semicondutor de potência é montado, uma pluralidade de aletas de radiação que são arranjadas ao longo de uma direção predeterminada sobre uma área substancialmente total de um lado traseiro da face de montagem, e um ressalto que é colocado ao longo da direção predeterminada em uma área central da área substancialmente total do lado traseiro.

De acordo com um aspecto de uma modalidade, é possível manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIG. IA é um diagrama esquemático ilustrando a configuração de um sistema de acionamento de motor que inclui um aparelho de conversão de potência de acordo com uma modalidade. A FIG. 1B é um diagrama esquemático em perspectiva ilustrando a configuração do aparelho de conversão de potência de acordo com a modalidade. A FIG. 1C é um diagrama esquemático ilustrando um sistema circulatório para água de resfriamento. A FIG. 2A é uma vista de seção transversal quando observada a partir da linha A-A’ da FIG. 1B. A FIG. 2B é um diagrama esquemático ampliado de uma parte Ml ilustrada na FIG. 2A. A FIG. 3 A é um diagrama esquemático em perspectiva ilustrando a configuração de um módulo de potência. A FIG. 3B é uma vista plana esquemática ilustrando a configuração do módulo de potência. A FIG. 4A é um diagrama esquemático em perspectiva observado a partir do lado de superfície de uma camisa de resfriamento. A FIG. 4B é um diagrama esquemático em perspectiva observado a partir do lado traseiro da camisa de resfriamento. A FIG. 5 é um diagrama esquemático explicando um efeito obtido por um ressalto. A FIG. 6A é um diagrama esquemático ilustrando um exemplo alternativo no qual um ressalto falso é provido. A FIG. 6B é um diagrama esquemático ilustrando um exemplo alternativo no qual um tubo de suprimento de água e um tubo de drenagem são arranjados um oposto ao outro.

As FIGS. 7A e 7B são diagramas ilustrando pré-condições de um primeiro exemplo de validação.

As FIGS. 8A e 8D são diagramas ilustrando pré-condições de um segundo exemplo de validação.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE

Daqui em diante, um aparelho de conversão de potência de acordo com uma modalidade da presente exposição será explicado em detalhe com referência aos desenhos anexos. Em adição, a modalidade exposta abaixo não é destinada a limitar a presente invenção.

Daqui em diante, um aparelho de conversão de potência que processa uma corrente alternada trifásica será explicado como um exemplo.

Aqui, é assumido que um módulo de potência é um módulo de IGBT que inclui IGBT como um elemento de comutação. Um meio de resfriamento pode ser referido como “água de resfriamento”. Aqui, “água de resfriamento” é um exemplo de refrigerante que inclui água ou um meio de resfriamento diferente de água. A fim de tomar uma explanação compreensível, cada desenho que é usado para as seguintes explanações pode mostrar um sistema de coordenada retangular tridimensional que inclui o eixo Z, cuja direção verticalmente para cima é uma direção positiva e cuja direção verticalmente para baixo é uma direção negativa. Na presente modalidade, a direção positiva do eixo X no sistema de coordenada retangular é definida como a direção dianteira do aparelho de conversão de potência.

Daqui em diante, apenas um dos componentes tem um número de referência e os números de referência dos outros componentes podem ser omitidos. Neste caso, um componente com um número de referência e os outros componentes têm a mesma configuração. A FIG. IA é um diagrama esquemático ilustrando a configuração de um sistema de acionamento de motor 1, que inclui um aparelho de conversão de potência 10 de acordo com a modalidade. Como ilustrado na FIG. IA, o sistema de acionamento de motor 1 inclui um veículo 2, um motor de tração 3, uma batería 4, e o aparelho de conversão de potência 10. O veículo 2 é um automóvel, tal como um carro híbrido e um veículo elétrico, que tem um motor elétrico (em outras palavras, o motor de tração 3 a ser descrito posteriormente) como uma fonte de potência de um sistema de acionamento. O motor de tração 3 é uma fonte de potência de um sistema de acionamento do veículo 2 e é configurado de um motor de IPM (Interior / Permanent Magnet Motor) (Motor de Imãs Permanentes Internos) e similar.

Embora o caso onde o método de acionamento do sistema de acionamento é acionamento de rodas dianteiras seja ilustrado na FIG. IA, o método de acionamento do veículo 2 nãoi é limitado a este. A batería 4 é uma assim chamada batería secundária que fornece potência para o motor de tração 3 através do aparelho de conversão de potência 10 e acumula potência elétrica regenerativa através do aparelho de conversão de potência 10. O aparelho de conversão de potência 10 converte potência de CC a partir da bateria 4 em potência de CA trifásica para acionar o motor de tração 3. Além disso, o aparelho de conversão de potência 10 retoma potência elétrica regenerativa do motor de tração 3 para a bateria 4 durante a desaceleração rápida para carregar a bateria 4. Quando o veículo 2 é um carro híbrido, o aparelho de conversão de potência 10 carrega a bateria 4 com potência proveniente do motor de tração 3, que atua como um gerador elétrico durante a marcha normal por um motor. A seguir, a configuração do aparelho de conversão de potência 10 será explicada com referência à FIG. 1B. A FIG. 1B é um diagrama esquemático em perspectiva ilustrando a configuração do aparelho de conversão de potência 10 de acordo com a modalidade. Como ilustrado na FIG. 1B, o aparelho de conversão de potência 10 inclui uma caixa 11, uma cobertura 12, uma camisa 13, um tubo de suprimento de água 14, e um tubo de drenagem 15. A caixa 11 é um alojamento que tem um formato substancialmente retangular sólido e cuja superfície superior é aberta. A caixa 11 aloja um módulo de potência, um mecanismo de resfriamento, e similar, a serem descritos posteriormente. A cobertura 12 é fixada sobre a superfície superior da caixa aberta 11. O suporte 13 é um suporte do aparelho de conversão de potência 10, quando o aparelho de conversão de potência 10 é montado no veículo 2. O tubo de suprimento de água 14 é uma entrada de água de alimentação da água de resfriamento que é fornecida a partir de uma bomba 5 (ver a FIG. 1C) para resfriar água em circulação. O tubo de drenagem 15 é uma saída de drenagem de água de resfriamento que é provida em uma superfície oposta à superfície sobre a qual o tubo de suprimento de água 14 é provido. Como ilustrado na FIG. 1B, na presente modalidade, o tubo de suprimento de água 14 e o tubo de drenagem 15 são arranjados altemadamente para ficarem diagonalmente opostos um ao outro. O aparelho de conversão de potência 10 é conectado ao motor de tração 3 através de um cabo de motor 16. O aparelho de conversão de potência 10 é ainda conectado à batería 4 através de um cabo de bateria 17.

Aqui, um sistema circulatório para a água de resfriamento é explicado com referência à FIG. 1C. A FIG. 1C é um diagrama esquemático ilustrando um sistema circulatório para água de resfriamento. Neste caso, setas ilustradas na FIG. 1C indicam a direção de fluxo da água de resfriamento.

Como ilustrado na FIG. 1C, o sistema circulatório para a água de resfriamento inclui a bomba 5, um radiador 6, o aparelho de conversão de potência 10, e o motor de tração 3.

Primeiro, água de resfriamento é enviada para fora a partir da bomba 5 para o radiador 6, e seu calor é irradiado no radiador 6. Depois disto, a água de resfriamento é fornecida para o aparelho de conversão de potência 10. No aparelho de conversão de potência 10, o módulo de potência é resfriado pelo uso da água de resfriamento fornecida. A água de resfriamento é ainda enviada para fora a partir do aparelho de conversão de potência 10 para o motor de tração 3.

Então, o motor de tração 3 é também resfriado pela água de resfriamento. Depois disto, a água de resfriamento é retomada a partir do motor de tração 3 para a bomba 5. A água de resfriamento circula através do sistema circulatório. Por conseguinte, por exemplo, reduzindo uma perda de pressão do mecanismo de resfriamento do aparelho de conversão de potência 10 no sistema circulatório conduz à redução de carga da bomba 5, à redução de consumo de potência, e à miniaturização da bomba 5. A seguir, a configuração do aparelho de conversão de potência 10 será explicada ainda em detalhe com referência à FIG. 2A, que é uma vista em seção transversal observada a partir da linha A-A’ da FIG. 1B e FIG. 2B que é uma vista ampliada de uma parte Ml ilustrada na FIG. 2A.

Como ilustrado na FIG. 2A, o aparelho de conversão de potência 10 inclui, dentro da caixa 11, uma placa de controle 11a, uma placa de porta 11b, um módulo de potência 11c, e um mecanismo de resfriamento 20. Aqui, o módulo de potência 11c é um exemplo de um dispositivo de conversão de potência. O mecanismo de resfriamento 20 é um exemplo de um dispositivo de resfriamento.

Aqui, antes de ser explicada com referência à FIG. 2B, a configuração detalhada do módulo de potência 11c será explicada com referência às FIGS. 3A e 3B. A FIG. 3A é um diagrama esquemático em perspectiva ilustrando a configuração do módulo de potência 1 lc. A FIG. 3B é uma vista plana esquemática ilustrando a configuração do módulo de potência 11c.

Como ilustrado na FIG. 3A, o módulo de potência 11c é um módulo que é obtido por acondicionamento de componentes eletrônicos, que incluem um dispositivo semicondutor de potência (daqui em diante, “dispositivo semicondutor”), com resina de moldagem 11 ca. Um furo de parafuso llcb, que é um furo atravessante, é formado na porção central da superfície principal do módulo de potência 1 lc.

Terminais principais llcc e terminais de controle llcd são providos no módulo de potência 1 lc.

Como ilustrado na FIG. 3B, um par de elementos de comutação llce e um par de dispositivos de retificação llcf são altemadamente arranjados dentro do módulo de potência 11c. Aqui, elementos de aquecimento principais do módulo de potência 11c são os elementos de comutação llce. Por conseguinte, regiões de aquecimento do módulo de potência 11c são alocadas às áreas esquerda e direita do módulo de potência 11c, na colocação da porção central da superfície principal do módulo de potência 11c entre elas.

Os elementos de comutação llce são ilustrados como um círculo perfeito e os dispositivos de retificação llcf são ilustrados como um retângulo na FIG. 3B. Seu objetivo é identificá-los. Por conseguinte, a modalidade não é limitada a esses formatos.

Na presente modalidade, foi explicado que os dispositivos de retificação llcf são diodos de freewheeling (FWDi). Todavia, este ponto não limita o tipo de dispositivos de retificação llcf.

Na presente modalidade, o um módulo de potência 11c processa uma corrente alternada de fase única de uma corrente alternada trifásica. Por conseguinte, os três módulos de potência 11c tomam-se necessários para tratar uma corrente alternada trifásica.

Retomando para a FIG. 2B, o mecanismo de resfriamento 20 será explicado. Como ilustrado na FIG. 2B, o mecanismo de resfriamento 20 inclui uma camisa de resfriamento 21. A camisa de resfriamento 21 é um exemplo de um meio de formação de canal.

Um furo 21a é formado no lado da superfície da camisa de resfriamento 21. Além disso, um ressalto 21b que é uma projeção substancialmente cilíndrica é formado no lado traseiro da camisa de resfriamento 21 em uma região em tomo do furo 21a.

Aqui, o módulo de potência 11c é montado no lado de superfície da camisa de resfriamento 21 por engatar rosqueadamente um parafuso B (elemento de fixação) com um furo 21a através do furo de parafuso acima 1 lcb (ver a FIG. 3A). Em outras palavras, o lado de superfície da camisa de resfriamento 21 é a face de montagem do módulo de potência 1 lc. Aqui, o parafuso B é um exemplo de um dispositivo de fixação. A face de montagem do módulo de potência 11c é um exemplo de um meio de montagem. Além disso, o ressalto 21b é um exemplo de um meio de separação para fixar os dispositivos de fixação e separar um meio de resfriamento.

Como ilustrado na FIG. 2B, uma pluralidade de aletas de radiação 21c é formada na área (substancialmente) total do lado traseiro da face de montagem do módulo de potência 11 c na camisa de resfriamento 21 de acordo com o comprimento de projeção do ressalto 21b para se estender em paralelo ao longo do eixo Y do diagrama.

Aqui, “a área (substancialmente) total do lado traseiro”, descrita acima, significa uma área em que canais de meio de resfriamento são providos no lado traseiro da face de montagem, sobre a qual o módulo de potência 1 lc é montado.

Além disso, “em paralelo”, descrito acima, significa a mesma direção. Além disso, “o comprimento de projeção” significa um comprimento desde a posição de raiz para a extremidade dianteira do ressalto 21b e aletas de radiação 21c. Aqui, as aletas de radiação 21c são um exemplo de um meio de radiação de calor. A camisa de resfriamento 21 é moldada a partir de material, tal como alumínio, tendo alta condutividade térmica. Por conseguinte, o furo 21a, o ressalto 21b, e as aletas de radiação 21c são integrados com a camisa de resfriamento 21.

Uma cobertura 22 é montada no lado traseiro da camisa de resfriamento 21 com um interstício predeterminado a partir do ressalto 21b e as aletas de radiação 21c. Aqui, um espaço entre a camisa de resfriamento 21 e a cobertura 22 é vedado por meio de junção, de uma junta, ou similar.

Como um resultado, um canal de meio de resfriamento 23 incluindo o interstício acima predeterminado é formado, e assim água de resfriamento escoa ou flui através do canal de meio de resfriamento 23. Daqui em diante, uma direção ao longo do eixo Y do diagrama pode ser referida como uma “direção predeterminada”.

Aqui, a configuração total da camisa de resfriamento 21, com base nas explanações acima, será explicada com referência às FIGS. 4A e 4B. A FIG. 4A é um diagrama esquemático em perspectiva, observada a partir do lado de superfície da camisa de resfriamento 21. A FIG. 4B é um diagrama esquemático em perspectiva, observado a partir do lado traseiro da camisa de resfriamento 21.

Como ilustrado na FIG. 4A, quando o aparelho de conversão de potência 10 trata uma corrente alternada trifásica, os três módulos de potência 11c são arranjados em série sobre a camisa de resfriamento 21, lado a lado ao longo do eixo Y do diagrama. Este ponto é similar a um caso em que os módulos de potência são aplicados a uma corrente alternada de seis fases, por exemplo. Neste caso, os seis módulos de potência 11c são arranjados em série, lado a lado.

Agua de resfriamento a partir do tubo de suprimento de água 14 flui ao longo de uma direção de fluxo indicada por uma seta 401 do diagrama e é drenada a partir do tubo de drenagem 15. Embora a direção de fluxo de água de resfriamento seja grosseiramente indicada pela seta linear 401 na FIG. 4A, a direção de fluxo (e velocidade de fluxo) pode ser estritamente ajustada pelo ressalto 21b provido na camisa de resfriamento 21 para manter equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão e para eficientemente resfriar o módulo de potência 11c. Os detalhes deste ponto são explicados abaixo com referência à FIG. 5.

Porque o ressalto 21b é associado com o furo de parafuso 1 lcb provido na porção central do módulo de potência 11c (ver a FIG. 2B), os ressaltos 21b são arranjados em áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21 ao longo do eixo Y do diagrama, como ilustrado na FIG. 4B.

Em seguida, um efeito obtido pelo arranjo dos ressaltos 21b, como descrito acima, será explicado com referência à FIG. 5. A FIG. 5 é um diagrama esquemático explicando um efeito obtido pelos ressaltos 21b. Como ilustrado na FIG. 5, os ressaltos 21b são arranjados nas áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21 ao longo do eixo Y do diagrama, e assim a água de resfriamento a partir do tubo de suprimento de água 14 é fácil de ser separada para as áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21 (ver as setas com espaço branco no diagrama).

Isto significa que a velocidade de fluxo de água de resfriamento é fácil de ser aumentada nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21, isto é, que a eficiência é fácil de ser melhorada nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21.

Como já explicado acima com referência à FIG. 3B, as regiões de aquecimento principais do módulo de potência 11c são alocadas aos lados esquerdo e direito do módulo de potência 11c, quando da colocação de suas porções centrais entre eles. Por conseguinte, porque o ressalto 21b é fácil de separar água de resfriamento nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21, como descrito acima, as regiões de aquecimento do módulo de potência 1 lc podem ser efetivamente resfriadas.

Como indicado por setas pretas do diagrama, porque os ressaltos 21b são arranjados nas áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21 ao longo do eixo Y do diagrama, fluxos turbulentos de água de resfriamento são fáceis de ocorrer em tomo dos ressaltos 21b. Porque água de resfriamento é moderadamente agitada pelo fluxo turbulento, um efeito condutivo para melhorar a eficiência de resfriamento pode ser obtido.

Em comparação a quando os ressaltos 21b não são providos provisão uniforme das aletas de radiação 21c no lado traseiro da camisa de resfriamento 21, o caso em que os ressaltos 21b são providos pode reduzir uma perda de pressão, porque uma área de contato com água de resfriamento no lado traseiro da camisa de resfriamento 21 toma-se pequena.

Em comparação a quando os ressaltos 21b não são efetivamente providos, a presente modalidade obtém um resultado de validação que a perda de pressão é reduzida por 5% como dados experimentais do caso em que os três ressaltos 21b são providos, como ilustrado na FIG. 5. O resultado de validação é explicado em detalhe por “o primeiro exemplo de validação”, a ser descrito posteriormente.

Por conseguinte, o aparelho de conversão de potência 10 de acordo com a modalidade pode separar água de resfriamento nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21 e melhorar a velocidade de fluxo nas áreas esquerda e direita e assim pode melhorar a eficiência de resfriamento e também reduzir uma perda de pressão. Em outras palavras, é possível manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento 20.

Na FIG. 5, foi explicado que água de resfriamento é facilmente separada nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21 por meio do arranjo dos ressaltos 21b nas áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21 ao longo do eixo Y do diagrama. Em adição a isto, um mecanismo que separa água de resfriamento pode ser adicionalmente provido.

Por exemplo, o ressalto 21b pode ter aletas que se estendem nas direções das setas pretas da FIG. 5. Altemativamente, aletas substancialmente verticais à direção de fluxo de água de resfriamento podem ser providas entre os ressaltos 21b.

Até agora foi explicado que os ressaltos 21b correspondentes aos módulos de potência 11c são providos como um exemplo. Assim chamados ressaltos falsos 21b’ que não correspondem ao módulo de potência 11c podem ser providos nas áreas integrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21.

Este exemplo alternativo será explicado com referência à FIG. 6A. A FIG. 6A é um diagrama esquemático ilustrando um exemplo alternativo, no qual os ressaltos falsos 21b’ são providos.

Como ilustrado na FIG. 6A, o aparelho de conversão de potência 10 pode ser provido com os ressaltos 21b’ que não correspondem ao módulo de potência 11c nas áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21. Em outras palavras, os ressaltos 21b’ são projeções que não funcionam como parafuso recebendo parafuso B para fixar o módulo de potência 11c.

Por consequência, os ressaltos 21b’ funcionam para manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento 20. Na FIG. 6A, foi ilustrado que os ressaltos 21b’ são providos entre os ressaltos 21b a intervalos iguais a partir dos ressaltos 21b.

Todavia, a presente modalidade não é limitada a isto. Além disto, o número dos ressaltos 21b’ não é limitado a este.

Em outras palavras, é apenas necessário que os ressaltos 21b’ sejam arranjados em posições nas quais o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão é otimizado. É somente necessário que as posições de arranjo sejam determinadas com base em um resultado de simulação em um processo de projeto do aparelho de conversão de potência 10, dados experimentais de um processo de verificação, ou similares.

Até agora foi explicado que o tubo de suprimento de água 14 e o tubo de drenagem 15 são arranjados para ficarem diagonalmente opostos um ao outro. Eles podem ser arranjados para ficar opostos um ao outro.

Este exemplo alternativo será explicado com referência à FIG. 6B. A FIG. 6B é um diagrama esquemático ilustrando um exemplo alternativo no qual o tubo de suprimento de água 14 e o tubo de drenagem 15 são arranjados um oposto ao outro.

Como ilustrado na FIG. 6B, quando os ressaltos 21b são arranjados nas áreas centrais do lado traseiro da camisa de resfriamento 21, água de resfriamento é separada nas áreas esquerda e direita da camisa de resfriamento 21 e é facilmente agitada, como descrito acima.

Por conseguinte, mesmo se o tubo de suprimento de água 14 e o tubo de drenagem 15 forem arranjados um oposto ao outro, o módulo de potência 11c pode ser efetivamente resfriado sem a redução da eficiência de resfriamento.

Para manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento 20, a posição de arranjo entre o tubo de suprimento de água Meo tubo de drenagem 15 pode ser considerada. Em outras palavras, embora considerando a posição de arranjo entre o tubo de suprimento de água Meo tubo de drenagem 15 em adição à posição de arranjo e o número de ressaltos 21b e os ressaltos 21b’ descritos acima, é apenas necessário ajudar a eficiência de resfriamento e perda de pressão, de forma que o equilíbrio entre eles é otimizado. É óbvio que os outros componentes que constituem o mecanismo de resfriamento 20 podem ser acrescentados para realizar este ajuste. Embora não esteja ilustrado, o comprimento de projeção da aleta de radiação 21c pode ser acrescentado, por exemplo. Com relação a isto, o comprimento de projeção do ressalto 21b em relação ao comprimento de projeção da aleta de radiação 21c pode ser acrescentado. Por exemplo, assumindo que o comprimento de projeção da aleta de radiação 21c, um efeito de redução de peso pode ser obtido.

De forma inversa, o comprimento de projeção do ressalto 21b pode ser maior do que o comprimento de projeção da aleta de radiação 21c.

Incidentalmente, na presente modalidade, o resultado de validação deste caso mostra melhoria da eficiência de resfriamento. O resultado de validação é indicado por “o segundo exemplo de validação” a ser descrito posteriormente.

Até agora foi explicado que os ressaltos 21b e os ressaltos 21b’ são arranjados em série nas porções centrais da camisa de resfriamento 21.

Todavia, a presente modalidade não é limitada a isto. Por exemplo, arranjo em zigue-zague pode ser realizado.

Em seguida, o primeiro e segundo exemplos de validação da presente mo são explicados. No primeiro e segundo exemplos de validação, a camisa de resfriamento 21 do mesmo tipo que aquele das FIGS. 4A e 4B foi usada, cuja dimensão externa é 200 mm (comprimento: direção Y) * 60 mm (largura: direção X) * 20 mm (altura: direção Z) e o fluxo nominal é 10 L/min.

Primeiro Exemplo de Validação As FIGS. 7A e 7B são diagramas ilustrando pré-condições do primeiro exemplo de validação. Primeiro, de acordo com o primeiro exemplo de validação, quando vazões de água de resfriamento são 10 L/min. e 20 L/min. Em uma camisa de resfriamento 2Γ (daqui em diante, “sem ressalto”) ilustrada na FIG. 7A, em que o ressalto 21b não existe e a camisa de resfriamento 21 (daqui em diante, “com ressalto”) ilustrada na FIG. 7B, em que o ressalto 21b existe, suas perdas de pressão foram comparadas.

Em qualquer caso em que vazões são 10 L/min. e 20 L/min., a temperatura de base da água de resfriamento é 20 graus Celsius. Além disso, pontos de medição de tem estão mais próximos dos elementos de comutação llce, respectivamente correspondente à “fase U”, “fase V”, e “fase W”, ilustradas nas FIGS. 7A e 7B. O resultado de validação o primeiro exemplo de validação que é validado pelas pré-condições é indicado pela Tabela 1.

Como ilustrado na Tabela 1, em qualquer caso em que um volume de água de resfriamento é 10 L/min. e 20 L/min., “com ressalto” pode reduzir uma perda de pressão por 5% em comparação com “sem resalto”. Em outras palavras, uma perda de pressão pode ser reduzida por meio da provisão do ressalto 21b. Porque uma perda de pressão é reduzida, a carga da bomba 5 é reduzida e miniaturização pode ser realizada.

Segundo Exemplo de Validação A seguir, nas FIGS. 8A até 8D estão diagramas ilustrando pré- condições do segundo exemplo de validação. Aqui, as FIGS. 8A até 8D são diagramas que são obtidos por outra simplificação do diagrama esquemático ampliado da FIG. 2B. No segundo exemplo de validação, eficiências de resfriamento foram validadas sob a “Condição 0” até a “Condição 3”, que são obtidas por tomar diferentes combinações entre o comprimento hb de projeção do ressalto 21b e o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c.

Como ilustrado na FIG. 8A, na “Condição 0”, o comprimento hb de projeção do ressalto 21b e o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c são conjuntamente “11 mm”. Em outras palavras, “Condição 0” corresponde ao caso em que “o comprimento hb de projeção do ressalto 21b = o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c". esta “Condição 0” é considerada como um “nominal”.

Como ilustrado na FIG. 8B, na “Condição 1”, o comprimento hb de projeção do ressalto 21b é “12 mm” que é obtido por adição de 1 mm ao nominal. Além disso, o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c é “11 mm”, que é igual ao nominal. Em outras palavras, a “Condição 1” coresponde ao caso em que “o comprimento hb da projeção do ressalto 21b > o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c”.

Como ilustrado na FIG. 8C, na “Condição 2”, o comprimento hb de projeção do ressalto 21b é “11 mm”, que é igual ao nominal. Além disso, o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c é “12 mm”, que é obtido pela adição de 1 mm ao nominal. Em outras palavras, a “Condição 2” corresponde ao caso em que “o comprimento hb de projeção do ressalto 21b < o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c".

Como ilustrado na FIG. 8D, na “Condição 3”, o comprimento hb de projeção do ressalto 21b é “11 mm”, que é igual ao nominal. Além disso, o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c é “bomba 5,5 mm”, que é obtido por tomar a metade do comprimento do nominal. Em outras palavras, a “Condição 3" corresponde ao caso em que “o comprimento hb de projeção do ressalto 21b = o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c *2”.

Em qualquer caso de “Condição 0” até a “Condição 3", a temperatura da água de resfriamento no tubo de suprimento de água 14 (entrada) é 65 graus Celsius e sua vazão é 10 L/min. Além disto, similarmente ao primeiro exemplo de validação, os pontos de medição de temperatura são próximos aos elementos de comutação llce, respectivamente correspondendo à “fase U”, “fase V”, e “fase W” (ver as FIGS. 7A e 7B). O resultado de validação do segundo exemplo de validação que é validado pelas pré- condições está indicado pela Tabela 2.

Como ilustrado na Tabela 2, a “Condição 1” pode melhorar amplamente a eficiência de resfriamento em comparação com a “Condição 0”. Além disso, a “Condição 2” pode também melhorar a eficiência de resfriamento em comparação com a “Condição 0”. Aqui, a eficiência de resfriamento da “Condição 2” é inferior àquela da “Condição 1”. Todavia, no caso da “Condição 2”, a perda de pressão é ligeiramente aumentada em comparação com a “Condição 0” e a “Condição 1”, porque o ressalto 21b é pequeno relativamente à aleta de radiação 21c e assim uma área de contato com água de resfriamento aumenta quando a aleta de radiação 21c toma-se mais longa. A “Condição motor de tração 3” pode obter um efeito de resfriamento substancialmente igual àquele da “Condição 0”. Além disso, a “Condição motor de tração 3” pode reduzir consideravelmente uma perda de pressão porque uma área de contato entre a aleta de radiação 21c e água de resfriamento pode ser consideravelmente reduzida.

De acordo com o resultado de validação do segundo exemplo de validação, pelo menos no caso de “o comprimento hb de projeção do ressalto 21b > o comprimento hf de projeção da aleta de radiação 21c”, a eficiência de resfriamento pode ser melhorada e a perda de pressão pode ser moderadamente reduzida. Em outras palavras, é possível manter o equilíbrio entre eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento 20.

Como descrito acima, o aparelho de conversão de potência de acordo com a modalidade inclui a camisa de resfriamento. A camisa de resfriamento inclui a face de montagem, sobre a qual o módulo de potência incluindo um dispositivo semicondutor de potência é montado, a pluralidade de aletas de radiação que são arranjadas ao longo de uma direção predeterminada sobre a área substancialmente total do lado traseiro da face de montagem, e o ressalto que é colocado ao longo da direção predeterminada na área central da área substancialmente total do lado traseiro.

Por conseguinte, o aparelho de conversão de potência de acordo com a modalidade pode manter o equilíbrio entre a eficiência de resfriamento e perda de pressão do mecanismo de resfriamento.

Na modalidade descrita acima, foi explicado que o módulo de potência inclui IGBT como um elemento de comutação e FWDi como um dispositivo de retificação, como um exemplo. Todavia, a presente modalidade não é limitada a isto. Por exemplo, o módulo de potência pode incluir um transistor de efeito de campo, realizado em tecnologia de Semicondutor de Óxido de Metal, e um díodo de barreira de Schottky (SBD).

Claims

1. Aparelho de conversão de potência, caracterizado pelo fato de compreender uma camisa de resfriamento, a camisa de resfriamento compreendendo: uma face de montagem, sobre a qual um módulo de potência incluindo um dispositivo semicondutor de potência é montado; uma pluralidade de aletas de radiação que são arranjadas ao longo de uma direção predeterminada sobre uma área substancialmente total de um lado traseiro da face de montagem; e um ressalto que é colocado ao longo da direção predeterminada em uma área central da área substancialmente total do lado traseiro.

2. Aparelho de conversão de potência de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um furo atravessante é formado em uma porção central de uma superfície principal do módulo de potência, e um furo no qual e para o qual um elemento de fixação inserido através do furo atravessante é inserido e fixado é formado na face de montagem do ressalto.

3. Aparelho de conversão de potência de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a camisa de resfriamento tem, de superfícies voltadas entre si na direção predeterminada entre superfícies externas da camisa de resfriamento, uma entrada de suprimento de água para um meio de resfriamento na uma superfície e uma saída de drenagem para o meio de resfriamento na outra superfície, e a entrada de suprimento de água e a saída de drenagem são arranjadas em respectivas posições alternadas.

4. Aparelho de conversão de potência de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ressalto é provido de forma que um comprimento de projeção do ressalto não é inferior a um comprimento de projeção da aleta de radiação.