CN110771025A - 电力变换装置的冷却构造 - Google Patents

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CN110771025A CN201780090596.0A CN201780090596A CN110771025A CN 110771025 A CN110771025 A CN 110771025A CN 201780090596 A CN201780090596 A CN 201780090596A CN 110771025 A CN110771025 A CN 110771025A
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Abstract

抑制固定螺栓周围的气氛温度上升。在变换器(1A)的冷却构造中，具有功率模块(3)、冷却器(5)和固定螺栓(10)。功率模块(3)是电力变换器。在冷却器(5)形成有制冷剂流路(9)。固定螺栓(10)在功率模块(3)与制冷剂流路(9)相对地配置的状态下将功率模块(3)固定于冷却器(5)。具有与功率模块(3)相对地配置的主路径(91)和使流路自主路径(91)扩张至固定螺栓(10)的螺栓端(10a)而成的扩张路径(92)作为制冷剂流路(9)。

Description

电力变换装置的冷却构造
技术领域
本公开涉及一种电力变换装置的冷却构造。
背景技术
以往，在旋转电机系统中，功率模块利用螺栓固定于变换器壳体。并且，功率模块设置于与散热片相对的面。功率模块的功率半导体元件借助散热片等向在冷却流路内流动的冷却水散热(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-182480号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在以往的系统中，没有公开对将功率模块固定于变换器壳体的螺栓进行冷却的技术。因此，在驱动功率模块时，如果该螺栓受到功率半导体元件的热量，则螺栓周围的气氛温度会上升，对于这样的情况，还具有研究讨论的余地。
本公开是着眼于上述问题而做成的，其目的在于抑制固定螺栓周围的气氛温度上升。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本公开的电力变换装置的冷却构造具有：电力变换器；形成有制冷剂流路的冷却器；以及在电力变换器与制冷剂流路相对地配置的状态下将电力变换器固定于冷却器的固定螺栓。
该电力变换装置的冷却构造具有与电力变换器相对地配置的主路径和使流路自主路径扩张至固定螺栓的螺栓端而成的扩张路径作为制冷剂流路。
发明的效果
像这样，通过具有与电力变换器相对地配置的主路径和使流路自主路径扩张至固定螺栓的螺栓端而成的扩张路径作为制冷剂流路，能够抑制固定螺栓周围的气氛温度上升。
附图说明
图1是实施例1的变换器的冷却构造的剖视图。
图2是实施例1～实施例3的功率模块的俯视图。
图3是实施例1的冷却器主体的背面侧的立体图。
图4是实施例1的凸台部的立体图。
图5是实施例2的变换器的冷却构造的剖视图。
图6是实施例2的冷却器主体的背面侧的立体图。
图7是用于说明实施例2的旁通路径附近的制冷剂的流动的说明图。
图8是实施例3的变换器的冷却构造的剖视图。
图9是实施例3的冷却器主体的背面侧的立体图。
图10是实施例3的冷却器盖的表面侧的立体图。
图11是本公开的变换器的冷却构造的变形例的剖视图。
图12是变形例的冷却器主体的背面侧的立体图。
图13A是表示本公开的凸台部的第1变形例的立体图。
图13B是用于说明第1变形例的凸台部附近的制冷剂的流动的说明图。
图14是表示本公开的凸台部的第2变形例的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施例1～实施例3对实现本发明的电力变换装置的冷却构造的最佳方式进行说明。
实施例1
首先，对结构进行说明。
实施例1的冷却构造应用于作为行驶用驱动源等搭载于增程式电动汽车(电动车辆的一例)的电动发电机的变换装置(电力变换装置的一例)。增程式电动汽车(EV)具有两个电动发电机和发电专用的发动机。在该增程式电动汽车中，该两个电动发电机中的一个被用作驱动用(行驶用)电动发电机，另一个被用作发电用电动发电机。另外，利用发电用电动发电机以发动机为动力源进行发电。以下，将实施例1的结构分为“变换器的冷却构造”、“冷却器的详细说明”进行说明。
[变换器的冷却构造]
图1表示实施例1的变换器的冷却构造的剖视图，图2表示实施例1的功率模块的俯视图。另外，图1是图2的I－I线剖视图。以下，基于图1和图2，对实施例1的变换器1A的冷却构造的详细结构进行说明。
如图1和图2所示，实施例1的变换器1A包括变换器壳体2、两个功率模块3(电力变换器)、驱动基板4、冷却器5、制冷剂流路9和固定螺栓10。该变换器1A为如下这样的构造，即：功率模块3和制冷剂流路9相对地配置，利用在制冷剂流路9内流动的制冷剂(例如，冷却水)对功率模块3和固定螺栓10进行冷却。
如图1和图2所示，在变换器壳体2收纳有功率模块3、驱动基板4、冷却器5等。变换器壳体2例如通过螺纹紧固等固定于自图外的电动发电机的马达外壳的外周面突出的壳体安装部。
功率模块3构成为具有半导体元件3a、绝缘布线基板3b、用于对驱动功率模块3时产生的热量进行散热的散热件3c(散热构件)和绝缘树脂3e的一体模块部件。两个功率模块3中的一个与图外的驱动用电动发电机电连接，另一个与图外的发电用电动发电机电连接。
在制造功率模块3时，将半导体元件3a、绝缘布线基板3b和散热件3c隔着由片状钎焊材料等形成的接合部地重叠起来并进行安装。之后，通过基于环氧树脂等的传导模塑形成绝缘树脂3e。如图2所示，两个功率模块3利用绝缘树脂3e成为一体。作为散热构件的散热件3c为尺寸比绝缘树脂3e的尺寸大的长方形状板，具有自绝缘树脂3e的外周突出的外周部。并且，散热件3c的两板面中的与粘接有绝缘树脂3e的板面相反的一面为与冷却器5的表面5a接触的散热面3d。即，功率模块3为一体地具有散热件3c的构造，该散热件3c具有与冷却器5的表面5a接触的散热面3d。另外，作为散热件3c的材料，能够使用铝合金材料等高传热性金属材料。另外，自功率模块3突出设置有强电系的PN母线、UVW母线。
功率模块3紧固并固定于冷却器5的表面5a的与制冷剂流路9相对的位置。并且，在功率模块3的紧固并固定状态下，如图1所示，散热件3c的与冷却器5接触的散热面3d为与表面5a密合的密合状态。
驱动基板4是在由绝缘体形成的一体的板的表面、内部形成有电路布线的驱动基板。驱动基板4例如是层叠有多张基板的多层基板。驱动基板4配置为与功率模块3隔开空间。
冷却器5包括冷却器主体51、冷却器盖52和密封件53。在冷却器主体51与冷却器盖52之间配置密封件53，使冷却器主体51与冷却器盖52组合。并且，功率模块3的冷却方式是间接冷却型(间接水冷构造)。另外，冷却器5的详细结构见后述。
固定螺栓10在功率模块3与制冷剂流路9相对地配置的状态下将功率模块3固定于冷却器主体51。固定螺栓10自形成于散热件3c的外周部的贯通孔贯穿，紧固于在冷却器主体51形成的凸台部12。另外，使固定螺栓10在贯穿贯通孔之前贯穿垫圈10b。另外，如图2所示，在向冷却器主体51固定一个功率模块3时，利用固定螺栓10固定多个部位(例如4个部位)。作为该固定螺栓10的材料，能够使用传热性的金属材料。另外，在凸台部12的内周形成有内螺纹。
[冷却器的详细结构]
图3表示实施例1的冷却器主体的背面侧的立体图。图4表示实施例1的凸台部的立体图。另外，冷却器主体的背面侧是图3中的冷却器盖的面侧。以下，基于图1、图3和图4，对实施例1的冷却器的详细结构进行说明。
在冷却器主体51形成有两个主路径槽6、两个扩张路径槽7(第1扩张路径槽)和分隔壁8。扩张路径槽7由流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72构成。如图3所示，各槽在X方向上按流入侧扩张路径槽71、主路径槽6、流出侧扩张路径槽72、流入侧扩张路径槽71、主路径槽6、流出侧扩张路径槽72的顺序配置。
主路径槽6被流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72夹着。主路径槽6配置于隔着分隔壁8与流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72相邻的位置。配置在两个主路径槽6之间的流出侧扩张路径槽72和流入侧扩张路径槽71配置于隔着分隔壁8相邻的位置。并且，相邻的两个槽局部连通。即，各槽交替连通，从槽整体而言，连通为一个槽。扩张路径槽7的高度(深度、Z方向)与主路径槽6的高度(深度、Z方向)相同。即，流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72的高度为与主路径槽6的高度相同的高度。换言之，流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72相对于主路径槽6的高度方向而言整个区域扩张。
没有配置在两个主路径槽6之间的流入侧扩张路径槽71与供制冷剂自外部流入冷却器5的制冷剂流入路径(未图示)连通(参照箭头)。流入侧扩张路径槽71和制冷剂流入路径在流入侧扩张路径槽71的Y方向(长度方向)上的与主路径槽6不连通的一侧连通。没有配置在两个主路径槽6之间的流出侧扩张路径槽72与供制冷剂自冷却器5向外部流出的制冷剂流出路径(未图示)连通(参照箭头)。流出侧扩张路径槽72和制冷剂流出路径在流出侧扩张路径槽72的Y方向上的与主路径槽6不连通的一侧连通。
另外，如图3所示，在主路径槽6形成有多个(例如4个)散热片11。散热片11为矩形形状，沿着主路径槽6的Y方向延伸。散热片11沿着主路径槽6的X方向(宽度方向)等间隔地配置。并且，如图1所示，散热片11的高度(Z方向)比主路径槽6的高度低。
如图3所示，在流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72分别形成有用于紧固固定螺栓10的多个(例如两个)凸台部12。如图4所示，凸台部12的边缘形成为圆角(日文：フィレット)形状。另外，凸台部12的边缘是在冷却器主体51的背面侧突出的凸台部12的顶端部分，是在固定螺栓10固定于凸台部12时固定螺栓10的螺栓端10a所处的部分。并且，如图1所示，凸台部12的高度(Z方向)比流入侧扩张路径槽71和流出侧扩张路径槽72的高度低。
在使冷却器主体51和冷却器盖52组合后，如图1所示，在冷却器主体51与冷却器盖52之间形成制冷剂流路9。即，作为制冷剂流路9，形成有主路径91和扩张路径92(第1扩张路径)。
主路径91由主路径槽6和冷却器盖52形成。并且，扩张路径92由流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b构成。流入侧扩张路径92a由流入侧扩张路径槽71和冷却器盖52形成。流出侧扩张路径92b由流出侧扩张路径槽72和冷却器盖52形成。因此，作为制冷剂流路9，具有主路径91、流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b。
在功率模块3固定于冷却器主体51时，主路径91与功率模块3相对地配置。并且，扩张路径92是使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的路径。
接着，对作用进行说明。
将实施例1的变换器1A的冷却构造的作用分为“制冷剂的流动作用”、“螺栓周围的气氛温度的上升原理”、“变换器的冷却构造的基本作用”、“变换器的冷却构造的特征作用”进行说明。
[制冷剂的流动作用]
以下，基于图1和图3，对制冷剂的流动进行说明。另外，说明在图3的冷却器主体51安装有冷却器盖52的情况。因此，在图3中，以主路径槽6为主路径91，流入侧扩张路径槽71为流入侧扩张路径92a，流出侧扩张路径槽72为流出侧扩张路径92b，因此将各路径的附图标记写在括号中并标记于各附图标记的后面。
制冷剂从外部向制冷剂流入路径流入。接着，自制冷剂流入路径流入的制冷剂向流入侧扩张路径92a的一端流入(参照箭头)。接着，流入到流入侧扩张路径92a的制冷剂自流入侧扩张路径92a向主路径91流入。即，流入侧扩张路径92a供在制冷剂流路9内流动的制冷剂向主路径91流入。并且，此时，配置于流入侧扩张路径92a的凸台部12整体被在流入侧扩张路径92a内流动的制冷剂覆盖。因此，凸台部12被冷却，固定于凸台部12的固定螺栓10的螺栓端10a被冷却。由此，固定螺栓10被冷却。
接着，流入到主路径91的制冷剂自主路径91向流出侧扩张路径92b流出。即，制冷剂自主路径91向流出侧扩张路径92b流出。并且，此时，在主路径91内流动的制冷剂在分隔壁8、散热片11等之间流动。因此，利用散热片11，通过热交换对半导体元件3a产生的热量进行散热。即，对功率模块3进行冷却。
接着，流出到流出侧扩张路径92b的制冷剂自流出侧扩张路径92b向流入侧扩张路径92a流入。此时，配置于流出侧扩张路径92b的凸台部12整体被在流出侧扩张路径92b内流动的制冷剂覆盖。因此，与上述同样地，固定螺栓10被冷却。
接着，流入到流入侧扩张路径92a的制冷剂与上述同样地向主路径91流入，自主路径91向流出侧扩张路径92b流出。因此，与上述同样地，利用制冷剂对功率模块3、固定螺栓10进行冷却。制冷剂的流动和冷却与上述同样，因此省略说明。并且，流出到流出侧扩张路径92b的制冷剂自流出侧扩张路径92b向制冷剂流出路径流出(参照箭头)。即，制冷剂向外部流出。像这样，功率模块3、固定螺栓10被冷却。
[螺栓周围的气氛温度的上升原理]
以下，基于图1，对螺栓周围的气氛温度的上升原理进行说明。
在驱动功率模块3时，半导体元件3a发热。其热量自功率模块3向散热件3c传导。接着，传导至散热件3c的热量如箭头100所示那样自散热件3c的散热面3d向冷却器主体51、固定螺栓10散热。固定螺栓10被传导至固定螺栓10的热量加热。并且，自固定螺栓10产生热量，固定螺栓10周围的气氛温度上升。例如，如箭头101所示，自固定螺栓10的头部产生热量，功率模块3与驱动基板4之间的气氛温度上升。
像这样，在驱动功率模块3时，如果固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，则固定螺栓10周围的气氛温度会上升。
[变换器的冷却构造的基本作用]
如上述那样，在驱动功率模块3时，如果固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，则螺栓周围的气氛温度会上升。对此，在实施例1中，采用了具有与功率模块3相对地配置的主路径91和使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的扩张路径92作为制冷剂流路9的变换器1A的冷却构造。即，利用在扩张路径92内流动的制冷剂对固定螺栓10的螺栓端10a进行冷却，固定螺栓10的冷却效率提高。因此，即使固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，也能够抑制固定螺栓10的热量上升。结果，能够抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
在实施例1中，采用了凸台部12配置于扩张路径92的结构。即，利用在扩张路径92内流动的制冷剂对凸台部12进行冷却，固定螺栓10的冷却效率进一步提高。因此，即使固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，也能够进一步抑制固定螺栓10的热量上升。因而，能够进一步抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
在实施例1中，在冷却器主体51和冷却器盖52中的至少一者(在实施例1中为冷却器主体51)形成有主路径槽6和扩张路径槽7。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，在冷却器主体51与冷却器盖52之间，利用主路径槽6形成主路径91。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，在冷却器主体51与冷却器盖52之间，利用扩张路径槽7形成扩张路径92。因而，仅通过在冷却器主体51和冷却器盖52中的至少一者形成路径槽6、7，就能够容易地形成作为制冷剂流路9的主路径91和扩张路径92。
[变换器的冷却构造的特征作用]
在实施例1中，在冷却器主体51形成有主路径槽6和与主路径槽6连通的扩张路径槽7。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，由主路径槽6和冷却器盖52形成主路径91。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，由扩张路径槽7和冷却器盖52形成扩张路径92。即，仅通过在冷却器主体51形成路径槽6、7，就能够形成作为制冷剂流路9的主路径91和扩张路径92。因此，可以不在冷却器盖52形成路径槽6、7。因而，能够减掉在冷却器盖52形成路径槽6、7的工时。而且，仅通过将冷却器盖52盖在冷却器主体51上，就能够形成制冷剂流路9。
在实施例1中，主路径91和扩张路径92配置于隔着分隔壁8相邻的位置。并且，扩张路径92是扩张为流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b的路径(第1扩张路径)，该流入侧扩张路径92a供在制冷剂流路9内流动的制冷剂向主路径91流入，该流出侧扩张路径92b供制冷剂自主路径91流出。即，在流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b内流动的制冷剂与在主路径91内流动的制冷剂同样地成为在制冷剂流路9内流动的制冷剂的主流。因此，凸台部12整体被制冷剂覆盖，因此固定螺栓10的冷却效率进一步提高。因此，即使固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，也能够进一步抑制固定螺栓10的热量上升。因而，能够进一步抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
在实施例1中，凸台部12的边缘形成为圆角形状。即，在扩张路径92内流动的制冷剂与凸台部12碰撞时，由于凸台部12的边缘形成为圆角形状，因此与边缘没有形成为圆角形状的情况相比能够降低碰撞时的压力损失。因而，能够降低扩张路径92(流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b)的压力损失。
接着，对效果进行说明。
实施例1的变换器1A的冷却构造能够得到下述列举的效果。
(1)具有电力变换器(功率模块3)、形成有制冷剂流路9的冷却器5、以及在电力变换器(功率模块3)与制冷剂流路9相对地配置的状态下将电力变换器(功率模块3)固定于冷却器5的固定螺栓10。
作为制冷剂流路9，具有与电力变换器(功率模块3)相对地配置的主路径91和使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的扩张路径92。
因此，能够提供一种抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升的电力变换装置(变换器1A)的冷却构造。
(2)在冷却器5形成有用于紧固固定螺栓10的凸台部12。
凸台部12配置于扩张路径92。
因此，除(1)的效果之外，还能够进一步抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
(3)冷却器5由冷却器主体51和冷却器盖构成。
在冷却器主体51和冷却器盖52中的至少一者(在实施例1中为冷却器主体51)形成主路径槽6和扩张路径槽7。
在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，在冷却器主体51与冷却器盖52之间，由主路径槽6形成主路径91，由扩张路径槽7形成扩张路径92。
因此，除(1)或(2)的效果之外，仅通过在冷却器主体51和冷却器盖52中的至少一者形成路径槽6、7，就能够容易地形成作为制冷剂流路9的主路径91和扩张路径92。
(4)在冷却器主体51形成有主路径槽6和与主路径槽6连通的扩张路径槽7。
在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，由主路径槽6和冷却器盖52形成主路径91，由扩张路径槽7和冷却器盖52形成扩张路径92。
因此，除(3)的效果之外，还能够减掉在冷却器盖52形成路径槽6、7的工时。
(5)主路径91和扩张路径92配置于隔着分隔壁8相邻的位置。
扩张路径92是扩张为流入侧(流入侧扩张路径92a)和流出侧(流出侧扩张路径92b)的第1扩张路径(扩张路径92)，该流入侧(流入侧扩张路径92a)供在制冷剂流路9内流动的制冷剂向主路径91流入，该流出侧(流出侧扩张路径92b)供制冷剂自主路径91流出。
因此，除(1)～(4)的效果之外，还能够进一步抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
(6)凸台部12的边缘形成为圆角形状。
因此，除(2)～(5)的效果之外，还能够降低扩张路径92(流入侧扩张路径92a和流出侧扩张路径92b)的压力损失。
实施例2
实施例2是通过在扩张路径配置凸台部来形成绕过凸台部的旁通路径的例子。
首先，对结构进行说明。
实施例2的冷却构造与实施例1同样地应用于作为行驶用驱动源等搭载于增程式电动汽车(电动车辆的一例)的电动发电机的变换装置(电力变换装置的一例)。以下，关于实施例2的“冷却器的详细说明”进行说明。另外，实施例2的“变换器1B的冷却构造”与实施例1的“变换器的冷却构造”同样，因此对图5中的对应的结构标注同一附图标记并省略说明。
图5表示实施例2的变换器的冷却构造的剖视图。图6表示实施例2的冷却器主体的背面侧的立体图。以下，基于图5和图6，对实施例2的冷却器的详细结构进行说明。
在冷却器主体51形成有两个主路径槽6和8个扩张路径槽7(第2扩张路径槽)。
如图6所示，两个主路径槽6局部连通。即，利用两个主路径槽6连通为一个槽。并且，在一个主路径槽6的X方向的两侧形成有两个扩张路径槽7。即，各扩张路径槽7是使主路径槽6的局部扩张而成的槽。各扩张路径槽7的高度(深度、Z方向)与主路径槽6的高度(深度、Z方向)相同。换言之，各扩张路径槽7相对于主路径槽6的高度方向(Z方向)而言整个区域扩张。
一主路径槽6与供制冷剂自外部流入冷却器5的制冷剂流入路径(未图示)连通(参照箭头)。另一主路径槽6与供制冷剂自冷却器5向外部流出的制冷剂流出路径(未图示)连通(参照箭头)。
并且，如图6所示，在主路径槽6形成有多个(例如4个)散热片11。散热片11为矩形形状，沿着主路径槽6的Y方向延伸。散热片11沿着主路径槽6的X方向等间隔地配置。并且，如图1所示，散热片11的高度(Z方向)比主路径槽6的高度低。
如图6所示，在各扩张路径槽7形成有用于紧固固定螺栓10的凸台部12。如图5所示，凸台部12配置于与扩张路径槽7的侧壁7a分开的位置。并且，如图5所示，凸台部12的高度(Z方向)与主路径槽6、各扩张路径槽7的高度相同。另外，与实施例1不同，实施例2的凸台部12没有形成为圆角形状。
在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，如图5所示，在冷却器主体51与冷却器盖52之间形成制冷剂流路9。即，作为制冷剂流路9，形成有主路径91和扩张路径92(第2扩张路径)。
主路径91由主路径槽6和冷却器盖52形成。并且，扩张路径92由扩张路径槽7和冷却器盖52形成。即，扩张路径92是使主路径91的局部扩张而成的路径。而且，由扩张路径槽7、凸台部12和冷却器盖52形成旁通路径92c。即，在扩张路径92形成有旁通路径92c。因此，作为制冷剂流路9，具有主路径91和旁通路径92c。
在将功率模块3固定于冷却器主体51时，主路径91配置为与功率模块3相对。并且，扩张路径92是使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的路径。
接着，对作用进行说明。
实施例2的上升原理与实施例1同样地表示“螺栓周围的气氛温度的上升原理”。因此，对图5中的对应的结构标注同一附图标记并省略说明。并且，实施例2的作用与实施例1同样地表示“变换器的冷却构造的基本作用”。并且，以下，将实施例2的变换器1B的冷却构造的作用分为“制冷剂的流动作用”、“变换器的冷却构造的特征作用”进行说明。
[制冷剂的流动作用]
图7表示实施例2的制冷剂的流动。以下，基于图5～图7，对制冷剂的流动进行说明。另外，说明在图6的冷却器主体51安装有冷却器盖52的情况。因此，在图6中，以主路径槽6为主路径91，因此将路径的附图标记写在括号中并标记于附图标记的后面。并且，在图6中，以扩张路径槽7中的侧壁7a与凸台部12之间为旁通路径92c，因此将路径的附图标记写在括号中并标记于侧壁7a的后面。
制冷剂从外部向制冷剂流入路径流入。接着，从制冷剂流入路径流入的制冷剂向一主路径91的一端流入(参照箭头)。接着，流入到一主路径91的制冷剂自一主路径91向另一主路径91流入。
此时，在一主路径91内流动的制冷剂在散热片11等之间流动。因此，利用散热片11，通过热交换对半导体元件3a产生的热量进行散热。即，对功率模块3进行冷却。
并且，此时，如图7的箭头121所示，在一主路径91内流动的制冷剂的一部分在中途向旁通路径92c流入。而且，流入到旁通路径92c的制冷剂在扩张路径槽7的侧壁7a与凸台部12之间流动。之后，流经侧壁7a与凸台部12之间的制冷剂如图7的箭头122所示那样向一主路径91流入。即，在制冷剂流路9内流动的制冷剂中的在一主路径91内流动的制冷剂成为主流(图7的箭头120)，在旁通路径92c内流动的制冷剂成为副流。换言之，使制冷剂自主流旁通，供给至旁通路径92c。因此，向旁通路径92c流入的制冷剂在凸台部12的周围流动。由此，凸台部12被冷却，固定于凸台部12的固定螺栓10的螺栓端10a被冷却。因此，固定螺栓10被冷却。另外，同样地，其他的凸台部12也被冷却，因此其他的固定螺栓10也被冷却。
接着，流入到另一主路径91的制冷剂自另一主路径91向制冷剂流出路径流出(参照箭头)。即，制冷剂向外部流出。并且，在另一主路径91内流动的制冷剂与在一主路径91内流动的制冷剂同样地在散热片11等之间流动。而且，在另一主路径91内流动的制冷剂的一部分与上述同样地在中途向旁通路径92c流入(参照图7的箭头121)。并且，流入到旁通路径92c的制冷剂与上述同样地向另一主路径91流入(参照图7的箭头122)。因此，与上述同样地，利用制冷剂对功率模块3、固定螺栓10进行冷却。制冷剂的流动和冷却与上述同样，因此省略说明。并且，主流和副流也与上述同样，因此省略说明。像这样，对功率模块3、固定螺栓10进行冷却。
[变换器的冷却构造的特征作用]
在实施例2中，与实施例1同样地，在冷却器主体51形成有主路径槽6和与主路径槽6连通的扩张路径槽7。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，由主路径槽6和冷却器盖52形成主路径91，由扩张路径槽7和冷却器盖52形成扩张路径92。因而，能够减掉在冷却器盖52形成路径槽6、7的工时。而且，仅通过将冷却器盖52盖在冷却器主体51上，就能够形成制冷剂流路9。
在实施例2中，扩张路径92是使主路径91的局部扩张而成的路径(第2扩张路径)。在该路径配置凸台部12，而形成绕过凸台部12的旁通路径92c。即，在制冷剂流路9内流动的制冷剂中的在主路径91内流动的制冷剂成为主流，在旁通路径92c内流动的制冷剂成为副流。因此，凸台部12配置于偏离主流的位置。由此，能够削减主流的因凸台部12导致的压力损失。并且，凸台部12被向旁通路径92c流入的制冷剂冷却，因此固定螺栓10的冷却效率也提高。因此，即使固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，也能够抑制固定螺栓10的热量上升。因而，既能够削减主流的因凸台部12导致的压力损失，又能够抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。而且，与像实施例1那样在主流配置凸台部12相比，在实施例2的情况下，能够降低主流的因凸台部12导致的压力损失。
接着，对效果进行说明。
实施例2的变换器1B的冷却构造能够得到实施例1的(1)～(4)中记载的效果。并且，实施例2的变换器1B的冷却构造还能够得到下述(7)的效果。
(7)扩张路径92是使主路径91的局部扩张而成的第2扩张路径(扩张路径92)。
通过在第2扩张路径(扩张路径92)配置凸台部12，而形成绕过凸台部12的旁通路径92c。
因此，除(2)～(4)的效果之外，既能够削减主流的因凸台部12导致的压力损失，又能够抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
实施例3
实施例3是在冷却器盖形成扩张路径槽并且利用扩张路径槽和冷却器主体形成扩张路径的例子。
首先，对结构进行说明。
实施例3的冷却构造与实施例1同样地应用于作为行驶用驱动源等搭载于增程式电动汽车(电动车辆的一例)的电动发电机的变换装置(电力变换装置的一例)。以下，将实施例3的结构分为“变换器的冷却构造”、“冷却器的详细说明”进行说明。
[变换器的冷却构造]
图8表示实施例3的变换器的冷却构造的剖视图。以下，基于图8，对实施例3的变换器1C的冷却构造的详细结构进行说明。
在冷却器主体51形成有内螺纹孔13，没有形成凸台部。
固定螺栓10自形成于散热件3c的外周部的贯通孔贯穿，紧固于内螺纹孔13。
另外，“变换器1C的冷却构造”的其他结构与实施例1同样，因此对相对应的结构标注同一附图标记并省略说明。
[冷却器的详细说明]
图9表示实施例3的冷却器主体的背面侧的立体图。图10表示实施例3的冷却器盖的表面侧的立体图。以下，基于图8～图10，对实施例3的冷却器的详细结构进行说明。另外，冷却器盖的表面侧是图8中的功率模块3的面侧。
在冷却器主体51形成有两个主路径槽6。
在冷却器盖52形成有4个扩张路径槽7。扩张路径槽7由4个扩张路径槽7中的配置在内侧的两个内侧扩张路径槽73和4个扩张路径槽7中的配置在外侧的两个外侧扩张路径槽74构成。如图10所示，各扩张路径槽7在X方向上按外侧扩张路径槽74、内侧扩张路径槽73、内侧扩张路径槽73、外侧扩张路径槽74的顺序配置。
如图9所示，两个主路径槽6局部连通。即，利用两个主路径槽6连通为一个槽。并且，在一个主路径槽6的X方向的两侧配置有两个内螺纹孔。
一主路径槽6与供制冷剂自外部流入冷却器5的制冷剂流入路径(未图示)连通(参照箭头)。另一主路径槽6与供制冷剂自冷却器5向外部流出的制冷剂流出路径(未图示)连通(参照箭头)。
并且，如图9所示，在主路径槽6形成有多个(例如4个)散热片11。散热片11为矩形形状，沿着主路径槽6的Y方向延伸。散热片11沿着主路径槽6的X方向等间隔地配置。并且，如图1所示，散热片11的高度(Z方向)比主路径槽6的高度低。
如图10所示，两个内侧扩张路径槽73局部连通。即，利用两个内侧扩张路径槽73连通为一个槽。如图10所示，两个外侧扩张路径槽74局部连通。即，利用两个外侧扩张路径槽74连通为一个槽。并且，内侧扩张路径槽73与外侧扩张路径槽74不连通。
在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，如图8所示，两个主路径槽6与4个扩张路径槽7连通，在冷却器主体51与冷却器盖52之间形成制冷剂流路9。即，作为制冷剂流路9，形成有主路径91和扩张路径92。
主路径91由主路径槽6和冷却器盖52形成。并且，扩张路径92由内侧扩张路径92d和外侧扩张路径92e构成。内侧扩张路径92d由内侧扩张路径槽73和冷却器主体51形成。外侧扩张路径92e由外侧扩张路径槽74和冷却器主体51形成。并且，内侧扩张路径92d和外侧扩张路径92e经由主路径91连通。因此，作为制冷剂流路9，具有主路径91、内侧扩张路径92d和外侧扩张路径92e。
在将功率模块3固定于冷却器主体51时，主路径91与功率模块3相对地配置。并且，扩张路径92是使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的路径。
接着，对作用进行说明。
实施例3的上升原理与实施例1同样地表示“螺栓周围的气氛温度的上升原理”。因此，对图8中的对应的结构标注同一附图标记并省略说明。并且，以下，将实施例3的变换器1C的冷却构造的作用分为“制冷剂的流动作用”、“变换器的冷却构造的基本作用”、“变换器的冷却构造的特征作用”进行说明。
[制冷剂的流动作用]
以下，对于制冷剂的流动，基于图8～图10对制冷剂的流动进行说明。另外，说明在图9的冷却器主体51安装有图10的冷却器盖52的情况。因此，在图9中，以主路径槽6为主路径91，因此将路径的附图标记写在括号中并标记于附图标记的后面。并且，在图10中，以内侧扩张路径槽73为内侧扩张路径92d，以外侧扩张路径槽74为外侧扩张路径92e，因此将各路径的附图标记写在括号中并标记于各附图标记的后面。
制冷剂从外部向制冷剂流入路径流入。接着，从制冷剂流入路径流入的制冷剂向一主路径91的一端流入(参照箭头)。此时，如图8的箭头130所示，从制冷剂流入路径流入的制冷剂经由一主路径91向一内侧扩张路径92d和一外侧扩张路径92e流入。
接着，流入到一主路径91的制冷剂自一主路径91向另一主路径91流入。同样地，流入到一内侧扩张路径92d的制冷剂自一内侧扩张路径92d向另一内侧扩张路径92d流入。并且，流入到一外侧扩张路径92e的制冷剂自一外侧扩张路径92e向另一外侧扩张路径92e流入。
此时，在一主路径91内流动的制冷剂在散热片11等之间流动。因此，利用散热片11，通过热交换对半导体元件3a产生的热量进行散热。即，对功率模块3进行冷却。
并且，在一内侧扩张路径92d和一外侧扩张路径92e内流动的制冷剂在螺栓端10a的下方流动。因此，利用制冷剂对固定螺栓10的螺栓端10a进行冷却。
由此，固定螺栓10被冷却。
流入到另一主路径91、另一内侧扩张路径92d和另一外侧扩张路径92e的制冷剂自另一主路径91向制冷剂流出路径流出(参照箭头)。换言之，在另一内侧扩张路径92d和另一外侧扩张路径92e内流动的制冷剂经由另一主路径91向制冷剂流出路径流出。即，制冷剂向外部流出。并且，在另一主路径91内流动的制冷剂与在一主路径91内流动的制冷剂同样地在散热片11等之间流动。而且，在另一内侧扩张路径92d和另一外侧扩张路径92e内流动的制冷剂与在一内侧扩张路径92d和一外侧扩张路径92e内流动的制冷剂同样地在螺栓端10a的下方流动。因此，与上述同样地，利用制冷剂对功率模块3、固定螺栓10进行冷却。
[变换器的冷却构造的基本作用]
在实施例3中，与实施例1同样地，采用了具有与功率模块3相对地配置的主路径91和使流路自主路径91扩张至固定螺栓10的螺栓端10a而成的扩张路径92作为制冷剂流路9的变换器1A的冷却构造。结果，能够抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
在实施例3中，在冷却器主体51形成有主路径槽6，在冷却器盖52形成有与主路径槽6连通的扩张路径槽7。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，在冷却器主体51与冷却器盖52之间，由主路径槽6形成主路径91。并且，在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，在冷却器主体51与冷却器盖52之间，由扩张路径槽7形成扩张路径92。因而，仅通过在冷却器主体51和冷却器盖52形成路径槽6、7，就能够容易地形成作为制冷剂流路9的主路径91和扩张路径92。
[变换器的冷却构造的特征作用]
在实施例3中，在冷却器主体51形成有主路径槽6。在冷却器盖52形成有扩张路径槽7。在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，主路径槽6与扩张路径槽7连通，由主路径槽6和冷却器盖52形成主路径91，由扩张路径槽7和冷却器主体51形成扩张路径92。即，即使在因空间的限制等而冷却器主体51的板厚(Z方向上的厚度、高度方向上的厚度)较薄并且在冷却器主体51无法形成扩张路径槽7的情况下，也能够将扩张路径槽7形成于冷却器盖52。因此，利用在扩张路径92内流动的制冷剂对固定螺栓10的螺栓端10a进行冷却，固定螺栓10的冷却效率提高。因此，即使固定螺栓10受到半导体元件3a的热量，也能够抑制固定螺栓10的热量上升。并且，能够使冷却器5整体的Z方向上的厚度比实施例1、实施例2低。因而，即使在冷却器主体51无法形成扩张路径槽7的情况下，也能够通过将扩张路径槽7形成于冷却器盖52来抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
而且，仅通过使形成有扩张路径槽7的冷却器盖52与形成有主路径槽6的现有的冷却器主体51组合，就能够在冷却器主体51与冷却器盖52之间形成作为制冷剂流路9的主路径91和扩张路径92。因此，能够使用现有的冷却器主体51。
接着，对效果进行说明。
实施例3的变换器1C的冷却构造与实施例1同样地能够得到实施例1的(1)和(3)中记载的效果。并且，实施例3的变换器1C的冷却构造还能够得到下述(8)的效果。
(8)在冷却器主体51形成有主路径槽6。
在冷却器盖52形成有扩张路径槽7。
在使冷却器主体51与冷却器盖52组合后，主路径槽6与扩张路径槽7连通，由主路径槽6和冷却器盖52形成主路径91，由扩张路径槽7和冷却器主体51形成扩张路径92。
因此，除(1)或(3)的效果之外，即使在冷却器主体51无法形成扩张路径槽7的情况下，也能够通过将扩张路径槽7形成于冷却器盖52来抑制固定螺栓10周围的气氛温度上升。
以上，基于实施例1～实施例3，对本公开的电力变换装置的冷却构造进行了说明，但具体的结构并不受这些实施例限制，容许在不脱离权利要求书的各权利要求的发明的要旨的范围内进行设计的变更、追加等。
在实施例1中，示出了在冷却器主体51形成有分隔壁8的例子。但是，也可以没有分隔壁8。此时，扩张路径成为使主路径全部在X方向上扩张而成的路径。
在实施例2中，示出了凸台部12配置于与扩张路径槽7的侧壁7a分开的位置的例子。但是，也可以将凸台部配置于与扩张路径槽的侧壁接触的位置。此时，自主路径向扩张路径流入的制冷剂在凸台部的周围流动。因而，即使像这样配置凸台部，也能够与实施例2同样地对固定螺栓进行冷却。
在实施例1和实施例2中，示出了在扩张路径槽7形成有用于紧固固定螺栓10的凸台部12的例子。但是，也可以不形成凸台部，而是像实施例3那样在冷却器主体仅形成内螺纹孔。
在实施例1和实施例2中，示出了扩张路径槽7的高度(深度)与主路径槽6的高度(深度)相同的例子。但是，也可以使扩张路径槽7的高度(深度)比主路径槽6的高度(深度)低。换言之，也可以是，扩张路径槽7的一部分在主路径槽6的高度方向(Z方向)上扩张。例如，作为本公开的变换器的冷却构造的变形例(变换器1D)，如图11和图12所示，也可以为这样的结构：各扩张路径槽7相对于主路径槽6的高度方向而言一部分扩张，而且在扩张路径槽7没有形成凸台部12。即使像这样构成，也能够得到实施例1的(1)、(3)和(4)中记载的效果。而且，扩张路径槽7相对于主路径槽6的高度方向而言一部分扩张，因此，与扩张路径槽7相对于主路径槽6的高度方向而言整个区域扩张相比，能够降低制冷剂流路9的压力损失。另外，其他结构与实施例的“变换器的冷却构造”同样，因此对图11和图12中的对应的结构标注同一附图标记并省略说明。
在实施例1中，示出了凸台部12的边缘形成为圆角形状的例子。但是，并不局限于此。例如，也可以如图13A和图13B所示那样，凸台部200的形状是制冷剂的分流(箭头201)和合流(箭头202)相对于在扩张路径内流动的制冷剂的流动方向顺畅的凸部形状。即，在扩张路径内流动的制冷剂与凸台部碰撞时，由于凸台部的形状为凸部形状，因此与凸台部的形状不是凸部形状的情况相比能够降低碰撞时的压力损失。因而，能够降低扩张路径92的压力损失。
另外，例如，如图14所示，也可以在凸台部210沿着在扩张路径内流动的制冷剂的流动方向设置凸台部用散热片211。由此，能够使流到凸台部的制冷剂的流动稳定。并且，利用凸台部用散热片211，通过热交换对固定螺栓产生的热量进行散热。即，凸台部用散热片211实现冷却功能，从而能够提高固定螺栓的冷却性能。因此，能够进一步抑制固定螺栓周围的气氛温度上升。
此外，在实施例2的凸台部12的情况下，也可以在凸台部12的周围沿着在扩张路径内流动的制冷剂的流动方向设置凸台部用散热片。即使像这样构成，也与上述同样地，凸台部用散热片实现冷却功能，从而能够提高固定螺栓的冷却性能。因此，能够进一步抑制固定螺栓周围的气氛温度上升。
在实施例1～实施例3中，示出了本公开的电力变换装置的冷却构造应用于功率模块3的冷却方式为间接冷却型(间接水冷构造)的情况的例子。但是，并不局限于此。例如，也能够将本公开的电力变换装置的冷却构造应用于直接冷却型、冷却器一体型。
在实施例1～实施例3中，示出了本公开的电力变换装置的冷却构造应用于两个功率模块3的例子。但是，也能够将本公开的电力变换装置的冷却构造应用于一个功率模块。
在实施例1～实施例3中，示出了电力变换器为功率模块3的例子。但是，作为电力变换器，也可以是这样的例子：除功率模块以外，例如，采用平滑电容器、放电电阻等中的一个、两个以上的组合部件。
在实施例1～实施例3中，示出了本公开的电力变换装置的冷却构造应用于被用作电动发电机的交流/直流的变换装置的变换器的例子。但是，本公开的冷却构造也能够应用于利用电力变换器抑制实质的电力损失并变换电压·电流·频率·相位·相数·波形等电气特性中的一者以上的除了变换器以外的各种电力变换装置。

Claims (10)

1.一种电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
该电力变换装置的冷却构造具有：
电力变换器；
形成有制冷剂流路的冷却器；以及
在所述电力变换器与所述制冷剂流路相对地配置的状态下将所述电力变换器固定于所述冷却器的固定螺栓，
该电力变换装置的冷却构造具有与所述电力变换器相对地配置的主路径和使流路自所述主路径扩张至所述固定螺栓的螺栓端而成的扩张路径作为所述制冷剂流路。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
在所述冷却器形成有用于紧固所述固定螺栓的凸台部，
所述凸台部配置于所述扩张路径。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
所述冷却器由冷却器主体和冷却器盖构成，
在所述冷却器主体和所述冷却器盖中的至少一者形成有主路径槽和扩张路径槽，
在使所述冷却器主体与所述冷却器盖组合后，在所述冷却器主体与所述冷却器盖之间，由所述主路径槽形成所述主路径，由所述扩张路径槽形成所述扩张路径。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
在所述冷却器主体形成有所述主路径槽和与所述主路径槽连通的所述扩张路径槽，
在使所述冷却器主体与所述冷却器盖组合后，由所述主路径槽和所述冷却器盖形成所述主路径，由所述扩张路径槽和所述冷却器盖形成所述扩张路径。
5.根据权利要求3所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
在所述冷却器主体形成有所述主路径槽，
在所述冷却器盖形成有所述扩张路径槽，
在使所述冷却器主体与所述冷却器盖组合后，所述主路径槽与所述扩张路径槽连通，由所述主路径槽和所述冷却器盖形成所述主路径，由所述扩张路径槽和所述冷却器主体形成所述扩张路径。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
所述主路径和所述扩张路径配置于隔着分隔壁相邻的位置，
所述扩张路径是扩张为流入侧和流出侧的第1扩张路径，该流入侧供在所述制冷剂流路内流动的制冷剂向所述主路径流入，该流出侧供所述制冷剂自所述主路径流出。
7.根据权利要求2～5中任一项所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
所述扩张路径是使所述主路径的局部扩张而成的第2扩张路径，
通过在所述第2扩张路径配置所述凸台部，形成绕过所述凸台部的旁通路径。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
所述凸台部的边缘形成为圆角形状。
9.根据权利要求2～7中任一项所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
所述凸台部的形状是所述制冷剂的分流和合流相对于在所述扩张路径内流动的制冷剂的流动方向顺畅的凸部形状。
10.根据权利要求2～7中任一项所述的电力变换装置的冷却构造，其特征在于，
在所述凸台部沿着在所述扩张路径内流动的制冷剂的流动方向设有散热片。
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