CN103636298B - 冷却器及电动机一体型电力变换装置 - Google Patents

Abstract

将规定板厚的平板（102）的面作为冷却面（101），在一端面（102a）形成一对制冷剂入口及出口（111、112），在与冷却面（101）相反的侧的面内形成：第一及第二制冷剂流路（131、132）、与制冷剂入口（111）连通并用于将制冷剂分流到各制冷剂流路（131、132）的制冷剂分支路径（121）、以及从各制冷剂流路（131、132）的出口流出的制冷剂汇合的制冷剂汇合路径（122），在第一制冷剂流路（131）中沿顺时针方向流动的制冷剂流过与第一制冷剂流路（131）立体交叉地形成的制冷剂连通流路（123），在第二制冷剂流路（132）中沿逆时针方向流动的制冷剂与在第一制冷剂流路（131）中流动的制冷剂流入制冷剂汇合路径（122）。由此，可以避免压力损失、得到高冷却性能并且实现包括制冷剂配管等在内的冷却系统的简化。

Description

冷却器及电动机一体型电力变换装置

技术领域

本发明涉及冷却器及搭载有该冷却器的电动机一体型电力变换装置，尤其涉及通过使作为冷却介质的液体例如水在冷却器的内部贯通来进行冷却的冷却器、及使用了该冷却器的电动机一体型电力变换装置。

背景技术

电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块因伴随着通电而产生大的热损耗，因此，作为冷却器而使用从外部使制冷剂强制流通的液冷式冷却器，该液冷式冷却器的冷却流路的各种模式已公开。

例如，专利文献1所示的半导体元件用冷却器具有下部冷却体，该下部冷却体具有从冷却水的入口朝向中心部呈螺旋状形成的去路部分以及从该去路部分折返并与去路部分邻接地朝向冷却水的出口形成的回路部分，利用上部冷却体盖着该下部冷却体的上部，作为冷却器整体，实现了可以进行均匀的冷却的冷却器。

另外，专利文献2所示的电气部件用冷却器通过将螺旋状的流路分割为多条而实现了冷却性能的提高。

另外，专利文献3所示的电子设备的冷却器通过在冷却板内设置供制冷剂交替地向相反方向流动的多条流路，可以进行均匀的冷却。

另外，专利文献4所示的电动机一体型变换器装置在电动机和变换器之间设置形成有冷却水路的后框架，从而实现了简化了配线的电动机一体型变换器装置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-112034号公报

专利文献2：日本特开平8-97337号公报

专利文献3：日本特开昭59-193053号公报

专利文献4：日本特许第3975162号公报

发明内容

发明要解决的课题

近年来，作为致力于环境问题的一环，混合动力车（HEV）、电动汽车（EV）的市场很活跃，马达驱动用的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块的需求高涨。在HEV或EV的情况下，除电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块的冷却性能外，车内空间也存在制约，因此，期待使马达和变换器一体化的小型且简单的驱动系统。

在上述专利文献1及专利文献2所示的现有例中，呈螺旋状形成流路，而且包括一对制冷剂入口及制冷剂出口在内将多条流路全都形成在同一面内，因此不能避免流路长度增长而产生大的压力损失这种状况，在该情况下，存在如下问题：为了提高冷却性能而需要在外部设置高性能的泵。

另外，在上述专利文献3所示的现有例中，为了使制冷剂在冷却板内向相反方向流动而需要形成多个出入口，从而存在制冷剂配管的结构变得复杂的问题。另外，由于在多个部位具有出入口，因此存在也需要准备多台外部的泵的问题。

这样，上述专利文献1～3都存在包括了外部泵的冷却器系统大型且成本高的问题。

另外，在上述专利文献4所示的电动机一体型变换器装置中，在电动机和变换器之间设置具有冷却性能的后框架，但存在如下问题：不能充分保障冷却性能以及作为包括了制冷剂用配管的冷却系统的简化。

本发明是为了解决上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种冷却器，该冷却器同时实现优异的冷却性能和小型且简单的构造。另外，本发明的另一目的在于提供一种电动机一体型电力变换装置，该电动机一体型电力变换装置搭载该冷却器并具有优异的冷却性能，并且实现小型且简单的构造。

用于解决课题的方案

本发明的冷却器具备：具有规定的厚度并将其表面作为冷却面的平板状的冷却器基体；在上述冷却器基体的外侧面开口地形成的一对制冷剂入口和制冷剂出口；在上述冷却器基体的内部形成的、与上述制冷剂入口连通的制冷剂分支路径、与上述制冷剂出口连通的制冷剂汇合路径；以及与上述制冷剂分支路径连通的多条制冷剂流路，上述多条制冷剂流路中的任一条制冷剂流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，除上述一条制冷剂流路之外的其他制冷剂流路，经由制冷剂连通流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，上述制冷剂连通流路在与上述制冷剂流路的形成面在上述厚度方向上不同的面内与上述制冷剂流路立体交叉地形成，上述多条制冷剂流路被设置成，在上述多条制冷剂流路中的邻接的制冷剂流路内流动的制冷剂的流动方向相互成为相反方向。

本发明的电动机一体型电力变换装置具备电动机、控制上述电动机的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块、以及冷却器，上述电动机具备电动机轴及电动机托架，该电动机托架具有与上述电动机轴垂直的平面并将上述电动机轴能够旋转地支承，上述冷却器具备：具有规定的厚度并将其表面作为冷却面的平板状的冷却器基体；在上述冷却器基体的外侧面开口地形成的一对制冷剂入口和制冷剂出口；在上述冷却器基体的内部形成的、与上述制冷剂入口连通的制冷剂分支路径、与上述制冷剂出口连通的制冷剂汇合路径；以及与上述制冷剂分支路径连通的多条制冷剂流路，上述多条制冷剂流路中的任一条制冷剂流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，除上述一条制冷剂流路之外的其他制冷剂流路，经由制冷剂连通流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，上述制冷剂连通流路在与上述制冷剂流路的形成面在上述厚度方向上不同的面内与上述制冷剂流路立体交叉地形成，上述多条制冷剂流路被设置成，在上述多条制冷剂流路中的邻接的制冷剂流路内流动的制冷剂的流动方向相互成为相反方向，在上述电动机一体型电力变换装置中，在上述冷却器基体上形成供上述电动机轴贯通的中空孔，将上述冷却器基体的一个面固定于上述电动机托架，在上述冷却器基体的另一个面上固定上述电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块。

发明的效果

根据本发明的冷却器，可以避免压力损失、得到高冷却性能并且实现包括制冷剂配管等在内的冷却系统的简化。

根据本发明的电动机一体型电力变换装置，可以得到小型且简单的电动机一体型电力变换装置，在实现冷却器的高冷却性能的同时使冷却器、电动机托架及电动机高密度地一体化。

附图说明

图1是表示本发明的冷却器的实施方式1的立体图及主视图。

图2是表示本发明的冷却器的实施方式2的立体图及主视图。

图3是表示将本发明的冷却器应用于电动机一体型电力变换装置的实施方式3的立体图及主视图。

图4是表示本发明的冷却器的实施方式4的立体图及主视图。

具体实施方式

实施方式1.

图1（a）、图1（b）是表示本发明的冷却器的实施方式1的立体图及主视图。本发明的冷却器100由具有规定的厚度并将其表面作为冷却面的平板状的冷却器基体构成。图1是表示在冷却器基体的内部形成的供制冷剂流动的流路的结构的图。如图1所示，形成有在冷却器100的外侧面即一端面102a开口的制冷剂入口111和制冷剂出口112。在平板102的与冷却面101相反的一侧的同一面内，绕中心轴C呈同轴状地形成有供制冷剂流动的第一制冷剂流路131和第二制冷剂流路132。在制冷剂入口111与第一制冷剂流路131及第二制冷剂流路132的一端之间，形成有用于将从制冷剂入口111流入的制冷剂分流到第一制冷剂流路131和第二制冷剂流路132的制冷剂分支路径121。在制冷剂出口112侧，形成有从第一制冷剂流路131及第二制冷剂流路132的另一端流出的制冷剂汇合的制冷剂汇合路径122。第一制冷剂流路131的另一端经由制冷剂连通流路123与制冷剂汇合路径122连通，所述制冷剂连通流路123在平板的厚度方向上与形成有第一制冷剂流路131及第二制冷剂流路132的面不同的面，与第一制冷剂流路131立体交叉地形成。

即，第二制冷剂流路132将制冷剂分支路径121和制冷剂汇合路径122连通，第一制冷剂流路131经由制冷剂连通流路123将制冷剂分支路径121和制冷剂汇合路径122连通，所述制冷剂连通流路123在与上述制冷剂流路的形成面在上述厚度方向上不同的面内与上述制冷剂流路立体交叉地形成。

接着，说明第一制冷剂流路131及第二制冷剂流路132的具体的一例。在此，为便于说明，各流路采用槽的表现形态。

第一制冷剂流路131由与制冷剂分支路径121连通的第一槽131a、与第一槽131a连通且形成为圆弧状的第二槽131b、以及与第二槽131b连通的第三槽131c形成。另外，与第三槽131c连通并且与制冷剂汇合路径122连通的制冷剂连通流路123，与第一制冷剂流路131立体交叉地形成。

第二制冷剂流路132由沿着第一制冷剂流路131的第三槽131c形成在其外侧并与制冷剂分支路径121连通的第四槽132a、与第四槽132a连通并沿着第二槽131b形成在其外侧的第五槽132b、以及与第五槽132b连通并沿着第一槽131a形成在其外侧且与制冷剂汇合路径122连通的第六槽132c构成。

在图1中，从制冷剂入口111流入的低温的制冷剂在制冷剂分支路径121被分支，在内侧的第一制冷剂流路131和外侧的第二制冷剂流路132中相互向相反方向流动，从而对设置于冷却面101的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块进行冷却。在外侧的第二制冷剂流路132中流动的制冷剂和在第一制冷剂流路131中流动的制冷剂在制冷剂汇合路径122汇合并从制冷剂出口112流出。制冷剂在冷却的过程中温度从低温上升到高温，但通过使在第一制冷剂流路131中流动的制冷剂和在第二制冷剂流路132中流动的制冷剂相互向相反方向流动，可以得到冷却面101整体具有均匀的冷却性能的冷却器100。

根据本实施方式1，在与第一制冷剂流路131及第二制冷剂流路132的形成面在平板的厚度方向上不同的面，设置与第一制冷剂流路131交叉的制冷剂连通流路123，从第一制冷剂流路131的另一端流出的制冷剂经由制冷剂连通流路123流到制冷剂汇合路径122，因此，可以缩短流路长度并减小压力损失。另外，在第一制冷剂流路131流动的制冷剂和在第二制冷剂流路132流动的制冷剂相互向相反方向流动，因此，可以得到冷却面101整体具有均匀且高冷却性能的冷却器100。另外，制冷剂入口111和制冷剂出口112仅有一对，可以在外部仅设置一对例如作为连接部件的管接头等制冷剂连接部件，而且，可以缩短流路长度，因此，可以抑制压力损失的产生。

另外，制冷剂配管设置一对就足够，外部设置的泵也通过一台泵起作用，因此，可以构筑简单的冷却系统，作为冷却系统整体，可以简单且低成本地构成。

实施方式2.

图2（a）、图2（b）是表示本发明的冷却器的实施方式2的立体图及主视图，表示制冷剂流动的流路的结构。如图2所示，在冷却器200的冷却器基体的外侧面即一端面202a，形成有一对制冷剂入口211和制冷剂出口212。在平板202的与冷却面201相反的一侧的同一面内，绕中心轴C呈同轴状地形成有供制冷剂流动的第一制冷剂流路231、第二制冷剂流路232、第三制冷剂流路233、以及第四制冷剂流路234。在制冷剂入口211与第一制冷剂流路231～第四制冷剂流路234的一端之间，形成有用于将从制冷剂入口211流入的制冷剂分流到第一制冷剂流路231、第二制冷剂流路232、第三制冷剂流路233及第四制冷剂流路234的制冷剂分支路径221。在制冷剂出口212侧形成有与第一制冷剂流路231、第二制冷剂流路232、第三制冷剂流路233及第四制冷剂流路234的另一端连通的制冷剂汇合路径222。第二制冷剂流路232的另一端直接与制冷剂汇合路径222连通，除第二制冷剂流路232之外的其他制冷剂流路231、233、234的另一端，经由制冷剂连通流路223与制冷剂汇合路径222连通，所述制冷剂连通流路223在平板的厚度方向上与形成有第一制冷剂流路231～第四制冷剂流路234的面不同的面，与第一制冷剂流路231、第三制冷剂流路233、第四制冷剂流路234立体交叉地形成。

即，第二制冷剂流路232将制冷剂分支路径221和制冷剂汇合路径222连通，除第二制冷剂流路232之外的其他制冷剂流路231、233、234，经由与第一制冷剂流路231、第三制冷剂流路233、第四制冷剂流路234立体交叉地形成的制冷剂连通流路223，将制冷剂分支路径221和制冷剂汇合路径222连通。

与上述实施方式1不同之处在于：沿着第一制冷剂流路231在其内侧形成有第三制冷剂流路233，沿着第三制冷剂流路233形成有第四制冷剂流路234。

接着，说明第三制冷剂流路233及第四制冷剂流路234的具体的一例。在此，为便于说明，各流路采用槽的表现形态。

第三制冷剂流路233由与制冷剂分支路径221连通并沿着第三槽231c形成在其内侧的第七槽233a、与第七槽233a连通并沿着第二槽231b形成在其内侧的第八槽233b、以及与第八槽233b连通并沿着第一槽231a形成在其内侧的第九槽233c构成。另外，与第九槽233c连通并且与制冷剂汇合路径222连通的制冷剂连通流路223，与第一槽231a、第七槽233a及第十槽234a立体交叉地形成，第九槽233c经由制冷剂连通流路223与制冷剂汇合路径222连通。

第四制冷剂流路234由与制冷剂分支路径221连通并沿着第九槽233c形成在其内侧的第十槽234a、与第十槽234a连通并沿着第八槽233b形成在其内侧的第十一槽234b、以及与第十一槽234b连通并沿着第七槽233a形成在其内侧的第十二槽234c构成，第十二槽234c经由制冷剂连通流路223与制冷剂汇合路径222连通。

在图2中，从制冷剂入口211流入的低温的制冷剂在制冷剂分支路径221被分支到第一～第四制冷剂流路231～234的一方的端部，在第一～第四制冷剂流路231～234中的相邻的流路内交替地向相反方向流动，从而对设置于冷却面201的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块进行冷却。在第二制冷剂流路232中流动并从其端部流出的制冷剂直接进入制冷剂汇合路径222，在第一制冷剂流路231、第三制冷剂流路233及第四制冷剂流路234中流动的制冷剂，经由制冷剂连通流路223进入制冷剂汇合路径222并与从第二制冷剂流路232流来的制冷剂汇合后从制冷剂出口212流出。制冷剂在冷却的过程中温度从低温上升到高温，但通过使在第一～第四制冷剂流路231～234中流动的制冷剂在相邻的制冷剂流路中相互向相反方向流动，可以得到冷却面201整体具有均匀的冷却性能的冷却器200。

根据本实施方式2，由于设置有与第一制冷剂流路231、第三制冷剂流路233、第四制冷剂流路234立体交叉地形成的制冷剂连通流路223，因此，可以缩短流路长度并减小压力损失。另外，由于在第一～第四制冷剂流路231、232、233、234中流动的制冷剂在相邻的制冷剂流路中相互向相反方向流动，因此，可以得到冷却面201整体具有均匀的冷却性能的冷却器200。另外，制冷剂入口211和制冷剂出口212仅有一对，不需要在外部额外地设置例如作为连接部件的管接头等制冷剂连接部件，而且，可以缩短流路长度，因此，可以抑制压力损失的产生。

另外，制冷剂配管设置一对就足够，外部设置的泵也通过一台泵起作用，因此，可以构筑简单的冷却系统，作为冷却系统整体，可以得到利用制冷剂的简单且低成本的冷却器。

另外，在上述实施方式1及2中，示出制冷剂流路为2个和4个这样的偶数个的情况，但也可以是3个那样的奇数个，还可以是4个以上。在制冷剂流路为奇数个的情况下，通过改变制冷剂流路的槽宽，可以使冷却器的冷却性能在冷却面整体都均匀。

另外，例如在图2中，示出第二槽231b、第五槽232b、第八槽233b及第十一槽234b的形状呈同轴状形成的圆弧的例子，但并不限于圆弧，例如，也可以采用呈同轴状形成的四边形等各种形状。

另外，在上述实施方式1及2中，也可以构成为，使制冷剂入口111和制冷剂出口112的入口和出口、制冷剂入口211和制冷剂出口212的入口和出口颠倒，将制冷剂汇合路径122、222作为制冷剂分支路径，将制冷剂分支路径121、221作为制冷剂汇合路径。

实施方式3.

图3是表示本发明的电动机一体型电力变换装置的图，尤其是，图3（a）、图3（c）是立体图、图3（b）是主视图。另外，在图3（c）中，以冷却面301处于跟前侧的方式图示冷却器300、电动机托架3100、电动机3200。

如图3所示，冷却器300以与上述实施方式1所示的结构大致相同的结构为例进行图示。

与上述实施方式1的不同之处在于：在冷却器300的第一制冷剂流路331及第二制冷剂流路332的圆弧的中心轴上形成有供电动机轴3201穿过的中空孔350，在冷却面301上固定有用于控制电动机3200的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块3001～3012。

如图3（c）所示，本发明的电动机一体型电力变换装置具有电动机3200，该电动机3200具有：电动机轴3201、以及具有与电动机轴3201垂直的平面并将电动机轴3201能够旋转地支承的电动机托架3100。在电动机托架3100上，设置有在其内周侧配置有电动机轴3201的圆筒状的突起部3101。另外，在冷却器300的冷却面301的一个面上固定有电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块3001～3012，在另一个面上设置有盖360。在盖360上装备有安装用螺纹台361。设置于电动机托架3100的突起部3101嵌合在中空孔350中，通过螺钉370将冷却器300固定在电动机托架3100上。由于突起部3101是圆筒状，因此，成为可以直接进到处于圆筒的内周侧的电动机轴3201的构造。

根据本实施方式3，可以得到小型且简单的电动机一体型电力变换装置，在实现冷却器300的高冷却性的同时使冷却器300、电动机托架3100及电动机3200高密度地一体化。

另外，在本实施方式3中，示出了搭载与上述实施方式1所示的冷却器大致相同的冷却器300的例子，但也可以搭载上述实施方式2所示的冷却器200。在该情况下，设置于冷却器200的中空孔设置成穿过在最内周形成的第四制冷剂流路234的圆弧的中心轴即可。

实施方式4.

图4（a）、图4（b）是表示本发明的冷却器的实施方式4的立体图及主视图。如图4所示，冷却器400以与上述实施方式1所示的结构大致相同的结构为例进行图示。与上述实施方式1的不同之处在于：在第一制冷剂流路431竖立设置有沿制冷剂的流动方向延伸的翅片451，在第二制冷剂流路432竖立设置有沿制冷剂的流动方向延伸的翅片452。该翅片451、452也可以应用于上述实施方式2的各制冷剂流路。

根据本实施方式4，由于在第一制冷剂流路431设置有翅片451，在第二制冷剂流路432设置有翅片452，因此，可以得到发挥高冷却性能的冷却器。

产业上的可利用性

本发明的冷却器及电动机一体型电力变换装置可以有效用于机动车、列车等的车辆用电动机。

Claims (4)

1.一种冷却器，其特征在于，具备：

平板状的冷却器基体，将表面作为冷却面；

制冷剂入口和制冷剂出口，在上述冷却器基体的外侧面开口地形成；

在上述冷却器基体的内部形成的、与上述制冷剂入口连通的制冷剂分支路径、与上述制冷剂出口连通的制冷剂汇合路径；以及

与上述制冷剂分支路径连通的多条制冷剂流路，

上述多条制冷剂流路中的一条制冷剂流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，

除上述一条制冷剂流路之外的其他制冷剂流路，经由制冷剂连通流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，上述制冷剂连通流路在与上述制冷剂流路的形成面在厚度方向上不同的面内与上述制冷剂流路立体交叉地形成，

上述多条制冷剂流路被设置成，在上述多条制冷剂流路中的邻接的制冷剂流路内流动的制冷剂的流动方向相互成为相反方向。

2.如权利要求1所述的冷却器，其特征在于，

在上述制冷剂流路的内部竖立设置有沿制冷剂的流动方向延伸的翅片。

3.一种电动机一体型电力变换装置，其特征在于，具备电动机、控制上述电动机的电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块、以及冷却器，

上述电动机具备电动机轴及电动机托架，该电动机托架具有与上述电动机轴垂直的平面并将上述电动机轴能够旋转地支承，

上述冷却器具备：

平板状的冷却器基体，将表面作为冷却面；

制冷剂入口和制冷剂出口，在上述冷却器基体的外侧面开口地形成；

在上述冷却器基体的内部形成的、与上述制冷剂入口连通的制冷剂分支路径、与上述制冷剂出口连通的制冷剂汇合路径；以及

与上述制冷剂分支路径连通的多条制冷剂流路，

上述多条制冷剂流路中的一条制冷剂流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，除上述一条制冷剂流路之外的其他制冷剂流路，经由制冷剂连通流路将上述制冷剂分支路径和上述制冷剂汇合路径连通，上述制冷剂连通流路在与上述制冷剂流路的形成面在厚度方向上不同的面内与上述制冷剂流路立体交叉地形成，上述多条制冷剂流路被设置成，在上述多条制冷剂流路中的邻接的制冷剂流路内流动的制冷剂的流动方向相互成为相反方向，

在上述冷却器基体上形成供上述电动机轴贯通的中空孔，

将上述冷却器基体的一个面固定在上述电动机托架，在上述冷却器基体的另一个面上固定上述电力变换用半导体元件或电力变换用半导体模块。

4.如权利要求3所述的电动机一体型电力变换装置，其特征在于，

在上述制冷剂流路的内部竖立设置有沿制冷剂的流动方向延伸的翅片。