CN111836512B - 冷却器 - Google Patents

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Abstract

获得一种能使提高机械强度和确保冷却性能两者兼顾的冷却器。冷却器包括：底座(4)，在其上表面装设有半导体元件(11)；框体(3)，其叠置于底座(4)的背面侧，在框体与底座(4)之间形成有制冷剂流路(6)；螺钉(12)，其配置在底座(4)与框体(3)的重叠区域的外周部，并将底座(4)与框体(3)紧固并固定；O形环(14)，其将制冷剂流路(6)的外周部密封；以及接合构件(2)，其配设在制冷剂流路(6)的比外周部更靠内侧的、与底座(4)接触的框体(3)的接合面部(7)，接合构件以非贯穿的状态嵌入底座(4)和框体(3)，通过使接合界面不露出于外部的接合构件(2)来加强框体(3)与底座(4)的接合强度。

Description

冷却器
技术领域
本申请涉及一种冷却器。
背景技术
在车辆中使用电动机作为动力源。在通过交流电来驱动电动机的情况下，为了将蓄电池等直流电流转换为交流电流，在车辆上装设有包括逆变器、转换器等的电力转换装置。电力转换装置是在电力转换电路中包含半导体元件的结构，由于半导体元件会伴随电力转换而发热，因此，需要用于对半导体元件进行冷却的冷却器。
例如，作为冷却器，公开有一种结构，将半导体元件装设于带冷却翅片的热沉的上表面，并使壳体与热沉的翅片突出的背面侧接合，从而设置冷却用水路(例如，参照专利文献1)。
此外，公开有一种结构，为了使在上表面装设功率模块的板构件薄壁化并抑制板构件变形，在与板构件的背面接触的框体侧设置引导肋，在该引导肋上设置功率模块的螺栓紧固部(例如，参照专利文献2)。
另外，公开有一种结构，在构成散热基板与热沉之间的水密封部的部分处设置双层的O形环，在外侧的O形环与内侧的O形环之间设置供漏水逸散的液体排出孔(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-36214号公报
专利文献2：日本专利特开2012-105370号公报
专利文献3：日本专利特开2001-308246号公报
为了确保与作用有振动、冲击等外力的车载环境相对应的冷却器的机械强度，除了在底座与框体的重叠区域的外周部之外，在中央部也需要配设底座与框体的固定部。但是，为了在底座与框体的重叠区域的中央部处配设由通常的螺纹紧固实现的紧固构件，需要存在对于配设紧固用螺钉和用于密封的双层的O形环等密封构件而言必要的空间，必须相应地缩小制冷剂流路，存在很难使提高机械强度和确保冷却性能两者兼顾。
发明内容
本申请为解决上述问题而作，其目的在于获得一种能提高机械强度并且确保冷却性能的冷却器。
本申请的冷却器包括：底座，在所述底座的上表面装设有半导体元件；框体，所述框体叠置于所述底座的背面侧，在所述框体与所述底座之间形成有制冷剂流路；紧固构件，所述紧固构件配置于所述底座与所述框体的重叠区域的外周部，并将所述底座与所述框体紧固并固定；密封构件，所述密封构件将所述制冷剂流路的外周部密封；以及接合构件，所述接合构件配设在所述制冷剂流路的比所述外周部更靠内侧的、与所述底座接触的所述框体的接合面部，所述接合构件以非贯穿的状态嵌入所述底座和所述框体。
根据本申请的冷却器，在制冷剂流路的比外周部更靠内侧处配设接合构件，并使接合构件以非贯穿的状态嵌入底座和框体，从而能将底座与框体接合，因此，能提高机械强度，即使制冷剂与接合构件的表面接触也不会漏水，不需要对于接合构件的密封而言必要的空间，能确保冷却性能。
附图说明
图1是包括实施方式1的冷却器的电力转换装置的立体图。
图2是冷却器的分解立体图。
图3是框体的俯视图。
图4是接合构件的放大立体图。
图5是表示通过接合构件将底座与框体接合后的状态的剖视图。
(符号说明)
1 冷却器；
2 接合构件；
2a 螺纹紧固部；
2b 卡合部；
2c 圆筒部；
3 框体；
3a 框体上表面部；
3b 框体缘部；
3d 螺纹孔；
4 底座；
4d 孔部；
5 接合部；
6 制冷剂流路；
7 接合面部；
7a 孔部；
11 半导体元件；
12 螺钉；
13 配管部；
14a O形环配置槽；
15 排水孔；
100 电力转换装置。
具体实施方式
实施方式1
使用图1至图5，对本申请实施方式1的冷却器1进行说明。上述冷却器1是用于车载用的电力转换装置100的结构，具备能耐受振动等损伤的机械强度和能实现高输出的冷却性能。但是，上述电力转换装置100也能用于车载用之外的用途，这是不言自明的。
图1是包括实施方式1的冷却器1的电力转换装置100的立体图，图2是图1的冷却器1的分解立体图，图3是使底座4重合前的阶段的框体3的俯视图，图4是接合构件2的放大立体图，图5是表示通过接合构件2使底座4与框体3接合后的状态的剖视图。
如图1至图3所示，在底座4的上表面装设有半导体元件11，上述半导体元件11是构成电力转换装置100的电子部件，在底座4的背面侧叠置有框体3。尽管作为本申请的特征性结构部的接合构件2未露出于底座4的上表面，但能通过底座4的上表面部的隆起来确认对框体3与底座4的固定强度进行加强的接合部5位于底座4的中央部。接合部5是指使接合构件2嵌入并固定于框体3和底座4这两者的结构部。
如图2和图3所示，在框体3与底座4之间形成有制冷剂流路6，制冷剂经由配管部13导入、排出。在底座4与框体3的重叠区域的外周部配置有螺钉12等(紧固构件)，将底座4与框体3紧固固定。在此，在供底座4载置的框体上表面部3a的外周部设置有螺纹孔3d，上述螺纹孔3d用于利用螺钉12将底座4与框体3紧固固定，在底座4侧的对应部位处开设有孔部4d，上述孔部4d沿厚度方向贯穿底座4。
在框体上表面部3a中，在比螺钉12靠内侧处，用于使制冷剂流路6设为水密封部的O形环14(密封构件)嵌合并配置于O形环配置槽14a，并对制冷剂流路6的外周部进行密封。在O形环配置槽14a的内侧设置有制冷剂流路6，上述制冷剂流路6由将框体上表面部3a下挖的形状的槽部构成，在由制冷剂流路6围成的接合面部7开设有孔部7a，上述孔部7a用于供接合构件2埋入。
在制冷剂流路6中的、比外周部更靠内侧即比O形环14更靠内侧处设置有接合面部7，上述接合面部7隆起至供底座4载置的框体上表面部3a的高度，在上述接合面部7处设置有例如被称为铆钉的接合构件2，通过载置底座4以对框体3侧施加压力，从而使接合构件2嵌入底座4和框体3的内部以将底座4和框体3接合固定。此时，接合构件2处于被埋入框体3和底座4的状态，但接合构件2未露出于框体3和底座4外侧的表面部，因此，不会破坏制冷剂流路6的水密封部。
如上所述，使底座4接合并固定于框体3的接合构件2配置成使下端侧与供底座4的背面接合的框体上表面部3a中的、由制冷剂流路6围成的接合面部7的孔部7a嵌合而被定位。例如，在接合面部7周围形成槽部，以使接合面部7留在制冷剂流路6的中央部(图3的俯视图中的中央)处，从而能使接合面部7形成为从制冷剂流路6的底面部隆起至框体上表面部3a的高度的岛状。另外，在图2、图3中例示了接合面部7沿着制冷剂流形成得较长且多个接合构件2在一个方向上分开配设的结构。
此外，在图1的示例中，示出了底座4的上表面与框体3的外周部的框体缘部3b的上表面为相同高度的情况。因此，框体缘部3b处于比供底座4载置的框体上表面部3a上抬与底座4厚度相当的量的状态。在设置了这样的框体缘部3b的情况下，底座4向框体3的定位变得容易。
另外，尽管在图1中省略了记载，但在冷却器1上安装有电容器、控制基板等电气部件和将电容器与半导体元件11连接的端子台等。
接着，使用图4对压入到框体3与底座4之间前的阶段的接合构件2的形状进行说明。进行冷却器1内的机械接合的接合构件2是一端(下端侧)被拧入框体3的接合面部7的螺纹紧固部2a，在上述螺纹紧固部2a的外周部刻有螺旋。
此外，在接合构件2的中央部设置有平板状的卡合部2b，上述卡合部2b用于供螺纹紧固用夹具卡合。上述卡合部2b的外周形状被加工成六边形等形状，以使螺纹紧固部2a旋转而与框体3螺纹紧固，在使螺纹紧固部2a埋入框体3的状态下，卡合部2b的上表面与框体上表面部3a共面。
在接合构件2的另一端(上端侧)形成有嵌入底座4的圆筒部2c。在将接合构件2固定于框体3的状态下，圆筒部2c从框体上表面部3a向上突出，圆筒内的开口部的直径形成为在前端部处最大。
此外，接合构件2的圆筒部2c设置成其前端部比圆筒部2c的根基部分更薄。因此，通过使底座4相对于圆筒部2c推压，从而使埋入底座4内部的圆筒部2c以前端部的直径逐渐变大的方式向外推压扩开而获得嵌入到底座4的状态，圆筒部2c前端的扩展部变成楔形状，起到防脱的作用。
图5中示出通过接合构件2将底座4与框体3接合的接合部5，接合构件2的圆筒部2c未在底座4的表面部突出，接合构件2的螺纹紧固部2a与框体3固定，且接合构件2的圆筒部2c与底座4固定，因此，能加强冷却器1的机械强度。由此，能缓和伴随着为提高冷却性而使底座4薄壁化引起的刚性下降的影响。此外，通过将接合构件2的配置设定为制冷剂流路6的中央部，与配设于制冷剂流路6的靠近外周部的区域的情况相比，能通过更少的接合部位高效地提高机械强度。
此外，如图5所示，在为了加强冷却器1的机械强度而使接合构件2压入框体3与底座4之间的结构中，接合构件2与框体3或底座4的接合界面未到达冷却器1的外部，即使在冷却水侵入接合构件2的表面部的情况下，也不会因接合构件2的压入而发生经由接合构件2与框体3或底座4的接合界面的漏水。由此，不需要对接合构件2使用O形环14等的密封，因此，能在不缩小制冷剂流路6的形成空间的情况下确保冷却性能。
另一方面，如图2所示，通过使用了双层的O形环14和螺钉12的机械性的紧固来进行底座4的外周部朝框体3的接合，在冷却水从制冷剂流路6泄漏的情况下，如图3所示，冷却水会从设置在双层的O形环14之间的排水孔15向电力转换装置100的外部排出。由此，不会导致强电部件短路。
另外，对于底座4的外周部与框体3的连接，能应用利用了FIPG(Formed In PlaceGasket：就地成型垫片)、金属垫片等的防水结构和螺纹紧固的组合、或是由FSW(FrictionStir Welding：摩擦搅拌接合)/激光束接合等扩散接合/熔接等实现的机械接合。
此外，作为应对经由框体3与底座4的接合界面的漏水的对策，有效的是采取例如使底座4扩展等对策，以免接合界面到达电力转换装置100的内部。
在此，供半导体元件11装设的底座4由导热率高且在制造上具有较小的空洞部(气孔)等内部缺陷的铝的挤压成型件形成，形成制冷剂流路6的框体3通过生产率优良的铝的铸造而形成。由此，利用底座4的铝的挤压成型件的特性即延展性优良，能在不使接合界面露出于外部的情况下使接合构件2相对于底座4压入。此外，同时确保了框体3的生产率，且通过在铝的铸造侧进行螺纹紧固，能抑制因螺纹紧固部2a的压入而导致裂缝的产生等。
另外，通过由与框体3及底座4相同的金属材料、即铝或铜等来构成接合构件2自身，从而能降低接合界面处产生的应力，这是不言自明的。
在此示出冷却器1的制造工序的一例。首先，通过铸造成型出框体3，通过挤压成型出底座4。接着，进行半导体元件11等向底座4上的安装、配管部13与框体3的连接以及双层的O形环14的配设。接着，将接合构件2固定于框体3的接合面部7，使底座4重合，将底座4朝框体3侧推压，从而将接合构件2的圆筒部2c压入底座4以进行铆接固定。接着，通过螺钉12将底座4的外周部固定于框体3。由此，能获得图1的电力转换装置100的结构。
根据本申请的冷却器1，能够实现下述结构：能实现电力转换装置100的高输出和小型化，保持高冷却性能，并且兼具与作用有振动、冲击等外力的车载环境相对应的机械强度。另外，由于接合构件2与螺钉12是不同构件，因此，能够实现将接合构件2压入使用以及将螺钉12螺纹紧固来使用这样的机械接合方法的灵活使用，并且能由具有适于压入的延展性的材料形成底座4，因此，能够降低制造成本。此外，通过将接合构件2的单侧螺纹紧固于框体3、使底座4压入接合构件2，从而能容易地进行组装，能降低组装成本。
本公开虽记载有例示的实施方式，但实施方式所记载的各种各样的特征、形态以及功能并不局限于应用于特定的实施方式，能以单独或是各种各样的组合应用于实施方式。
因此，未被例示的无数的变形例被设想在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，包括使至少一个构成要素变形的情况、追加至少一个构成要素的情况或是省略至少一个构成要素的情况。

Claims (9)

1.一种冷却器，其特征在于，包括：
底座，在所述底座的上表面装设有半导体元件；
框体，所述框体叠置于所述底座的背面侧，在所述框体与所述底座之间形成有制冷剂流路；
紧固构件，所述紧固构件配置于所述底座与所述框体的重叠区域的外周部，并将所述底座与所述框体紧固并固定；
密封构件，所述密封构件将所述制冷剂流路的外周部密封；以及
接合构件，所述接合构件配设在所述制冷剂流路的比所述外周部更靠内侧的、与所述底座接触的所述框体的接合面部，所述接合构件以非贯穿的状态嵌入所述底座和所述框体，
所述制冷剂流路由形成于所述框体的上表面的槽部构成，
所述接合面部是供所述底座的背面接合的所述框体的所述上表面中的、由所述槽部围成的面部。
2.如权利要求1所述的冷却器，其特征在于，
所述接合面部配置于所述底座与所述框体的重叠区域的中央部。
3.如权利要求1所述的冷却器，其特征在于，
所述接合构件的一端是与设置于所述框体的螺纹孔紧固的螺纹紧固部，另一端是嵌入所述底座的圆筒部，
所述圆筒部的前端部具有向外扩展的形状。
4.如权利要求2所述的冷却器，其特征在于，
所述接合构件的一端是与设置于所述框体的螺纹孔紧固的螺纹紧固部，另一端是嵌入所述底座的圆筒部，
所述圆筒部的前端部具有向外扩展的形状。
5.如权利要求3所述的冷却器，其特征在于，
所述接合构件在所述螺纹紧固部与所述圆筒部之间包括卡合部，所述卡合部供将所述螺纹紧固部紧固于所述框体时使用的紧固夹具卡合。
6.如权利要求4所述的冷却器，其特征在于，
所述接合构件在所述螺纹紧固部与所述圆筒部之间包括卡合部，所述卡合部供将所述螺纹紧固部紧固于所述框体时使用的紧固夹具卡合。
7.如权利要求1至6中任一项所述的冷却器，其特征在于，
所述底座、所述框体、所述接合构件由相同的金属构成。
8.如权利要求1至6中任一项所述的冷却器，其特征在于，
所述冷却器应用于车载用的电力转换装置。
9.如权利要求7所述的冷却器，其特征在于，
所述冷却器应用于车载用的电力转换装置。
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