DE10317580B4

DE10317580B4 - Elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal sowie Elektrofahrzeug mit einer derartigen Wechselrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE10317580B4
Application number: DE10317580A
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Nakamura; Akihiro Tamba; Ryuichi Saito; Atsuo Nishihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: US7983044B2; JP4675975B2; US20040020231A1; DE10317580A1; US7252167B2; US20100139997A1; US20070242435A1; US6978856B2; US20040173392A1; US7090044B2; US7660122B2; US20060243504A1; JP2008167650A

Abstract

Elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal (120) für ein Kühlmittel zum Kühlen eines Heizelements im Leistungsschaltungsteil der Wechselrichtervorrichtung (100, 103, 104), der
– einen am Heizelement positionierten mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114),
– einen mit dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) durchgängig verbundenen Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) zur Zufuhr des Kühlmittels und
– einen mit dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) durchgängig verbundenen Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) zum Abgeben des Kühlmittels aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Querschnittsfläche des Flüssigkeitskanals (120) vom Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) über den mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) zum Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) im Wesentlichen konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Wechselrichtervorrichtung der im jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 5 angegebenen Gattung sowie ein Elektrofahrzeug mit einer derartigen Wechselrichtervorrichtung.
Aus der JP 10-22 428 A , 8, ist eine elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal für ein Kühlmedium zum Kühlen eines Heizelements bekannt, bei dem neben einer Kammer für das Kühlmedium mehrere Reihen von Rippen auf der Oberfläche eines Moduls ausgebildet sind. Die Rippenreihen verlaufen in Strömungsrichtung des Kühlmittels in Längsausrichtung von einem Kühlmitteleinlass zu einem Auslass. Ein Sammler für das Kühlmittel ist zwischen dem Einlass und der Kühlmittelkammer ausgebildet, um eine gleichmäßige Kühlung bei gleichförmiger Strömungsgeschwindigkeit in der Kühlkammer zu erzielen, deren Breite gegenüber dem Einlass groß ist. Bei dieser bekannten Wechselrichtervorrichtung ergibt sich das Problem eines hohen Druckverlustes in der einen Flüssigkeit skanal bildenden Kammer, weil die Tiefe dieses Flüssigkeitskanals im Bereich der Rippenreihen kleiner als am Einlass ist. Zudem sind Sammelelemente zwischen dem Flüssigkeitseinlass und dem Flüssigkeitskanal in den Rippenreihen sowie zwischen dem Flüssigkeitskanal in den Rippenreihen und dem Flüssigkeitsauslass vorgesehen.
Daher ändert sich die Tiefe des Flüssigkeitskanals in den jeweiligen Sammelelementen zwischen dem Einlasskanal und dem die Rippenreihen enthaltenden Flüssigkeitskanal abrupt, was einen Druckverlust verursacht. Ferner ändert sich auch die Tiefe des Flüssigkeitskanals zwischen dem die Rippenreihen aufweisenden Kanalabschnitt und dem Auslassabschnitt, wodurch ein weiterer Druckverlust verursacht wird. Diese Druckverluste erhöhen die Belastung einer Pumpe zur Förderung des Kühlmittels in den Flüssigkeitskanal, was größere Pumpen verlangt.
Aus der US 5 453 911 A ist ein Kühlsystem für eine elektronische Leistungsschaltungsvorrichtung bekannt, bei welcher mehrere elektronische Komponenten auf der Oberfläche einer Platte montiert sind. Diese Platte weist mehrere Hohlräume auf, die Flüssigkeitskanäle bilden und von einem zugeförderten Kühlmittel durchströmt werden. Die elektronischen Komponenten sind so auf der Platte montiert, dass ihre Unterseiten direkt von dem Kühlmittel angeströmt werden, sodass ein intensiver Wärmeübergang und eine entsprechend hohe Kühlwirkung erzielt wird. Jeweils einlass- und auslassseitig ist ein Rohrstück zum Zu- und Abführen des Kühlmittels in den Flüssigkeitskanal der Platte vorgesehen, wobei diese Rohrstücke über je einen sich im Querschnitt verändernden Übergangsabschnitt an die Stirnseite der Platte angeschlossen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem verbesserten Kühlsystem zu schaffen, das eine gleichmäßige Kühlung des Leistungsschaltungsteils bei verringertem Druckverlust im Flüssigkeitskanal ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die vorliegende Erfindung wird eine elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal geschaffen, der ohne Sammelelemente eine gleichmäßige Kühlung ermöglicht, wodurch die thermischen Charakteristika verbessert und auch Druckverluste in anderen Teilen als dem Kühlelement verringert werden.
Der Flüssigkeitskanal der elektrischen Wechselrichtervorrichtung enthält ein Zufuhrrohr und eine Ablaufrohr, die jeweils das Einströmen und Abfließen des Kühlmediums ermöglichen. Der Flüssigkeitskanal enthält ferner ein – im Folgenden auch als mittlerer Kühlabschnitt – bezeichnetes Kühlelement, das unmittelbar unter dem Heizelement im Leistungsschaltungsteil der Wechselrichtervorrichtung angeordnet ist. Zwischen dem Zufuhrrohr und dem Kühlelement ist ein – im Folgenden auch als Übergangsabschnitt bezeichnetes – Konstruktionselement angeordnet, dessen Flüssigkeitskanalquerschnittsprofil sich in Richtung der kurzen Seite des Kühlelements allmählich verjüngt und in Richtung seiner längeren Seite allmählich erweitert. Ferner ist zwischen dem Kühlelement und dem Ablaufrohr ein – im Folgenden als Übergangsabschnitt bezeichnetes – Konstruktionselement angeordnet, dessen Flüssigkeitskanalquerschnittsprofil sich von der kurzen Seite des Kühlelements allmählich vergrößert und von seiner längeren Seite allmählich verjüngt.
Dank dieser Eigenschaften ermöglicht die vorliegende Erfindung eine gleichmäßige Kühlung ohne die Notwendigkeit von Sammelele menten, wodurch die thermischen Charakteristika verbessert und eine Verringerung des Druckverlusts in anderen Teilen als dem Kühlelement ermöglicht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung ist die Änderungsrate der Länge des ersten sowie des zweiten Konstruktionselements auf der kurzen Seite und auf der langen Seite vorzugsweise konstant.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung sind das erste und das zweite Konstruktionselement sowie das Zufuhr- und das Ablaufrohr vorzugsweise parallel zu dem Kühlelement, und der Winkel zwischen den Außenwänden des Kühlelements und jedes der Konstruktionselemente beträgt nicht mehr als 45°.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung ist der Winkel θ1 zwischen den Außenwänden des ersten Konstruktionselements und des Kühlelements vorzugsweise kleiner als der Winkel θ3 zwischen den Außenwänden des zweiten Konstruktionselements und des Kühlelements.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung sind sowohl das Zufuhrrohr als auch das Ablaufrohr vorzugsweise senkrecht zum Kühlelement.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung sind das Zufuhrrohr und das Ablaufrohr in bezug auf die Wechselrichtervorrichtung vorzugsweise auf der gleichen Seite angeordnet, wobei der Winkel θ5 zwischen den Außenwänden des Zufuhrrohrs und des ersten Konstruktionselements nicht mehr als 45° und der Winkel θ6 zwischen den Außenwänden des ersten Konstruktionselements und des Kühlteils weniger als 90° beträgt.
Bei der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung sind vorzugsweise mehrere Wechselrichtervorrichtungen auf der gleichen Ebene angeordnet.
Weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht, die ein Modul einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 1B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung zeigt, und 1C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Flüssigkeitskanals der Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Flüssigkeitskanals gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt;
4A ist ein Diagramm, das Veränderungen des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals des bei der Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkeitskanalaufbaus zeigt, und 4B ist ein Diagramm, das Veränderungen des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals gemäß dem herkömmlichen Beispiel zeigt;
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Druckverlustwerts in anderen Teilen als dem Kühlelement bei der Verwendung des für die Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten Flüssigkeitskanalaufbaus;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Flüssigkeitskanals bei einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7A ist eine Draufsicht, die ein Modul einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 7B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung zeigt, und 7C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
8A ist eine Draufsicht, die ein Modul einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 8B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung zeigt, und 8C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
9A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 9B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht, die den Flüssigkeitskanalteil einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 10B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
11A ist eine perspektivische Ansicht, die den Flüssigkeitskanalteil einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 11B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
12A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
13A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 13B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt;
14 ist ein Blockdiagramm eines Kühlsystems für eine Steuerung (Wechselrichtervorrichtung) und einen Elektromotor eines elektrischen Fahrzeugs, in das eine der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen eingebaut ist; und
15 ist eine Draufsicht des Aufbaus eines Antriebssystems für eine elektrische Vorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Kühlsystem.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Zusammenhang mit den 1 bis 5 wird nachstehend der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 auf den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform Bezug genommen. Der Flüssigkeitskühlungswechselrichter gemäß dieser Ausführungsform wird als eingebauter Wechselrichter für Fahrzeuge, wie Fahrzeuge, die zum Umweltschutz beitragen, verwendet.
1A ist eine Draufsicht, die ein Modul der Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit sechs Armen (oberen und unteren Armen jeweils in der U-, der V- und der W-Phase) zeigt, und 1B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung zeigt. 1C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie A-A' in 1B ist.
Wie in 1A gezeigt, enthält das Modul 100 Halbleiterchips 103 und 104, Substrate 102 und eine Kupferbasis 101. Jeder der Halbleiterchips 103 und jeder der Halbleiterchips 104 ist typischer Weise jeweils aus einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, bipolarer Isolierschichttransistor) und einer FWD (Free Wheeling Diode, Freilaufdiode) aufgebaut. Die Wechselrichtervorrichtung wandelt von einer Gleichstromquelle, wie einer Batterie, zugeführten Gleichstrom in Wechselstrom um und führt den erhaltenen Wechselstrom einem Elektromotor zu, um diesen anzutreiben, wobei die Halbleiterchips 103 die Funktion des Schaltens durch eine Impulsbreitenmodulationssteuerung oder dergleichen ausführt.
Bei dem dargestellten Beispiel sind sechs Substrate 102 auf der Kupferbasis 101 montiert, wodurch ein sechsarmiges Modul gebildet wird. Auf jedem der Substrate 102 sind drei Halbleiterchips 103 und zwei Halbleiterchips 104 montiert. Die Oberflächengröße des Sub strats 102 beträgt beispielsweise ca. 27 mm·55 mm. Die Oberflächengröße des Halbleiterchips 103 beträgt beispielsweise ca. 9 mm². Die Oberflächengröße des Halbleiterchips 104 beträgt beispielsweise ca. 6 mm². Das Substrat 102 wird durch Hartlöten einer Kupferfolie auf sowohl die Vorder- als auch die Rückseite einer Aluminiumnitridplatte hergestellt.
Wie in 1C gezeigt, sind die Halbleiterchips 103 und 104 über ein Lötmittel 106 auf jedem der Substrate 102 montiert. Jedes der Substrate 102 ist mittels eines Lötmittels 107 auf der Kupferbasis 101 montiert. Die Oberflächengröße der Kupferbasis beträgt beispielsweise ca. 100 mm·230 mm. In der Kupferbasis 101 sind Schraubenbohrungen 105 zum Schrauben ausgebildet, deren Größe ca. M6 beträgt. Das Modul 100 wird unter Verwendung von Schrauben 111 über Fett an einem durch Aluminiumdruckguß hergestellten Gehäuse 110 befestigt.
Wie in 1C dargestellt, ist ein schraffiert dargestellter Flüssigkeitskanal 120 in dem Gehäuse 110 ausgebildet. Der Flüssigkeitskanal 120 hat die in den 1C und 1B gezeigte Form. Wie in 1C gezeigt, sind im mittleren Teil des Gehäuses 110 in dem (nachstehend als „Kühlelement” bezeichneten) Teil unter der Stelle, an der die Halbleiterchips 103 und 104 montiert sind, einstückig mit dem Gehäuse 110 ausgebildete Rippen 109 vorgesehen.
Wie in 1B gezeigt, sind die Rippen 109 parallel zur Längsrichtung des Flüssigkeitskanals 120 ausgebildet. Bei dem dargestellten Beispiel sind dreizehn zueinander parallele Rippen 109 vorgesehen. Die Breite Wf1 jeder der Rippen beträgt beispielsweise 2,5 mm.
Wie in 1B gezeigt, ist das Modul 100 an der durch dicke, gestrichelte Linien dargestellten Position in dem Flüssigkeitskanal installiert. Das Modul 100 wird durch die Zufuhr eines langlebigen Kühlmittels, bei dem es sich um Kühlwasser handelt, mittels einer (nicht dargestellten) elektrischen Wasserpumpe in den Flüssigkeitskanal 120 gekühlt. Die maximale Fördergeschwindigkeit der elektrischen Wasserpumpe beträgt 20 Liter pro Minute, und ihr maximaler Druckverlust liegt bei ca. 14 kPa.
Ein mit einem Kühler zu verbindendes Zufuhrrohr ist mit dem linken Ende des Flüssigkeitskanals 120 verbunden. Der Flüssigkeitskanal 120 umfaßt ein Zufuhrrohr 112, ein Konstruktionsrohr 113, ein Kühlteil 114, ein Konstruktionsrohr 115 und ein Ablaufrohr 116. Ein Flüssigkeitskanal 118 zwischen den Rippen ist im mittleren Teil des Kühlelements 114 ausgebildet. Ein mit dem Kühler zu verbindendes Ablaufrohr ist mit dem rechten Ende des Wasserablaufrohrs 116 verbunden.
Der Aufbau des Flüssigkeitskanals 120 wird unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Flüssigkeitskanals der Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Ein mit dem Kühler zu verbindendes Zufuhrrohr ist mit dem Einlaß 200 des Zufuhrrohrs verbunden. Der Durchmesser R1 des Einlasses 200 des Zufuhrrohrs beträgt beispielsweise 17 mm. Das Zufuhrrohr 112 weist eine viereckige Prismenform auf. Seine Höhe H1 beträgt beispielsweise 17 mm, seine Breite W1 beispielsweise 17 mm und seine Länge L1 beispielsweise 10 mm.
Das Querschnittsprofil des Flüssigkeitskanals in dem Konstruktionsrohr 113, das sich vom Zufuhrrohr 112 bis zum Kühlelement 114 erstreckt, hat im wesentlichen eine Form, die sich in der Richtung der kurzen Seite des Kühlelements 114 allmählich verjüngt und in der Richtung seiner langen Seite allmählich vergrößert, und er verbindet das Zufuhrrohr 112 und das Kühlelement 114. Das Konstruktionsrohr 113 ist nämlich so aufgebaut, daß es sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals (der langen Seite) vom Flüssigkeitskanalquerschnitt 202 allmählich auf den Flüssigkeitskanalquerschnitt 203 erweitert und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals (der kurzen Seite) allmählich verengt. Die Breite des Flüssigkeitskanalquerschnitts 202 entspricht der Breite W1 und betrügt beispielsweise 17 mm. Die Breite W2 des Flüssigkeitskanalquerschnitts 203 beträgt beispielsweise 60 mm. Die Länge L2 des Konstruktionsrohrs 113 beträgt beispielsweise 23 mm. Die Änderungsrate der Erweiterung des Konstruktionsrohrs 113 in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals und die Änderungsrate der Verjüngung in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals sind jeweils im wesentlichen konstant. Der in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals abnehmende Winkel des Konstruktionsrohrs 113, d. h. der Winkel θ1 zwischen den Außenwänden des Kühlelements 114 und des Konstruktionsrohrs 113 beträgt 30°. Wünschenswerter Weise beträgt der Winkel θ1 zur Verringerung des Druckverlusts nicht mehr als 45°. Andererseits beträgt der in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals zunehmende Winkel des Konstruktionsrohrs 113, d. h. der Winkel θ2 zwischen den Außenwänden des Kühlelements 114 und des Konstruktionsrohrs 113 30°. Wünschenswerter Weise beträgt der Winkel θ2 zur Verringerung des Druckverlusts nicht mehr als 45°.
In dem Kühlelement 114 ist der Flüssigkeitskanal 118 zwischen den Rippen vorgesehen, in dem sich einstückig mit dem Gehäuse 110 geformte Rippen 109 befinden. Die Rippenbreie Wf1 jeder der Rippen 109 beträgt beispielsweise 2,5 mm, der Abstand W12 zwischen nebeneinander liegenden Rippen beträgt beispielsweise 2 mm, und die Rippenhöhe beträgt beispielsweise 5 mm. Wenn die Strömungsge schwindigkeit 20 Liter pro Minute beträgt, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit in dem Flüssigkeitskanal 118 zwischen den Rippen ca. 2,5 m/s. Die Länge L4 des Flüssigkeitskanals 118 zwischen den Rippen beträgt beispielsweise 150 mm, und die jeweiligen Längen L3 und L5 der vor und hinter dem Wasserkanal zwischen den Rippen angeordneten Abschnitte des Kühlelements 114 betragen beispielsweise 10 mm.
Das durch die Rippen 109 strömende, langlebige Kühlmittel wird in dem Konstruktionsrohr 115 in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals in einem Winkel von 30° von dem Flüssigkeitskanalquerschnitt 204 auf den Flüssigkeitskanalquerschnitt 205 verengt und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals allmählich erweitert. Weiter fließt das langlebige Kühlmittel von dem Ablaufrohr 116 zum Auslaß 201 des Ablaufrohrs mit einem Durchmesser von 17 ϕ. Wünschenswerter Weise beträgt der in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals zunehmende Winkel des Konstruktionsrohrs 115 nicht mehr als 45°. Die Länge L6 des Konstruktionsrohrs 115 beträgt beispielsweise 23 mm. Die Breite und die Höhe des Flüssigkeitskanalquerschnitts 204 werden genau wie die des Flüssigkeitskanalquerschnitts 203 eingestellt, und die Breite und Höhe des Flüssigkeitskanalquerschnitts 205 werden genau wie die des Flüssigkeitskanalquerschnitts 202 eingestellt. Die Breite W4 des Ablaufrohrs 116 beträgt beispielsweise 17 mm, und seine Höhe H4 beträgt beispielsweise 17 mm.
Zur Verringerung des Druckverlusts im Flüssigkeitskanal ist es wünschenswert, daß der Winkel θ1 zwischen dem Konstruktionsrohr 113 und dem Kühlelement kleiner als der Winkel θ3 zwischen dem Konstruktionsrohr 115 und dem Kühlelement ist. Genauer beträgt der Winkel θ1 bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel 30°, und der Winkel θ3 beträgt ebenfalls 30°, es ist jedoch wünschenswert, den Winkel θ1 beispielsweise auf 20° zu ändern. Dadurch kann der Druckverlust weiter verringert werden, obwohl die Gesamtlänge des Flüssigkeitskanals erhöht wird. Wird versucht, die Gesamtlänge des Flüssigkeitskanals zu verringern, wenn sowohl der Winkel θ1 als auch der Winkel θ3 30° betragen, ist zu empfehlen, den Winkel θ3 auf 40° zu verändern. Dadurch würden die Länge des Flüssigkeitskanals verringert und eine Verringerung der Größe der Wechselrichtervorrichtung ermöglicht, obwohl der Druckverlust geringfügig zunähme. Da das Gehäuse 110 gleichzeitig ein Gußerzeugnis ist, weist jede seiner Ecken eine abgerundete Ecke mit einem Krümmungsradius von ca. 1 mm auf, und ebenso weist das Gehäuse 110 zum Anfasen tatsächlich einen Gradienten von einigen Grad auf.
Unter Bezugnahme auf 3 wird hier der Aufbau des Flüssigkeitskanals gemäß einem herkömmlichen Beispiel beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau des Flüssigkeitskanals gemäß dem herkömmlichen Beispiel zeigt.
Der Flüssigkeitskanal 300 mit dem in 3 gezeigten Flüssigkeitskanalaufbau tritt aus einem Zufuhrrohreinlaß 200 über einen Flüssigkeitskanaleinlaß 112 in ein Konstruktionselement 301 ein. Der Flüssigkeitskanal 300 erweitert sich in der Richtung seiner Breite von einem Flüssigkeitskanalquerschnitt 305 auf einen Flüssigkeitskanalquerschnitt 306, verändert sich in der Richtung seiner Tiefe jedoch nicht. Ebenso verjüngt sich der Flüssigkeitskanal 300 auf der Seite des Ablaufrohrs in der Richtung seiner Breite von einem Flüssigkeitskanalquerschnitt 307 auf einen Flüssigkeitskanalquerschnitt 308, verändert sich jedoch in der Richtung seiner Tiefe nicht. Auf der Seite des Zufuhrrohrs ist zwischen dem Konstruktionselement 301 und einem Kühlelement 114 ein Sammelelement 303 vorgesehen.
Ähnlich ist auf der Seite des Ablaufrohrs zwischen dem Kühlelement 114 und einem Konstruktionselement 302 ein Sammelelement 304 vorgesehen. Das langlebige Kühlmittel strömt durch das Konstruktionselement 302 und das Ablaufrohr 116 und wird aus dem Auslaß 201 des Ablaufrohrs abgegeben.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die 4A und 4B Veränderungen des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals bei der Verwendung des Flüssigkeitskanalaufbaus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel beschrieben.
4A ist ein Diagramm, das Veränderungen des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals bei dem für die Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkeitskanalaufbau zeigt, und 4B ist ein Diagramm, das Veränderungen des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals bei dem herkömmlichen Beispiel zeigt.
In 4A zeigt die Abszisse eine Position X des Flüssigkeitskanals 120 in Längsrichtung. Die Ordinate zeigt den Querschnittsbereich S des Flüssigkeitskanals. In 4A zeigt eine Position x1 die Position des in 2 gezeigten Einlasses 200 des Zufuhrrohrs. Wenn sich das Querschnittsprofil des Flüssigkeitskanals an der Position x1 von 17 ⌀ auf 17 mm² ändert, ändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals abrupt von S2 (227 mm²) auf S3 (289 mm²). Eine Position x2 bezeichnet die Position des Querschnitts 202 des Flüssigkeitskanals gemäß 2. Eine Position x3 bezeichnet die Position eines in 2 gezeigten Flüssigkeitskanalquerschnitts 203. In dem Bereich von der Position x2 zur Position x3 verändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals allmählich von S3 (289 mm²) auf S4 (300 mm²), da hier das Konstruktionsrohr 113 verwendet wird. Der Bereich von einer Position x4 zu einer Position x5 bezeichnet den Positionsbereich, in dem der Flüssigkeitskanal 118 zwischen den Rippen ausgebildet ist. An der Position x4 verändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals abrupt von S4 (300 mm²) auf S1 (150 mm²). Eine Position x6 bezeichnet die Position des Flüssigkeitskanalquerschnitts 204 gemäß 2, und eine Position x7 bezeichnet die Position des Flüssigkeitskanalquerschnitts 205 gemäß 2. Im Bereich von der Position x6 zur Position x7 verändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals allmählich von S4 (300 mm²) auf S3 (289 mm²), da hier das Konstruktionsrohr 115 verwendet wird. Eine Position x8 bezeichnet die Position des Auslasses 201 des Ablaufrohrs gemäß 2. Wenn sich das Querschnittsprofil des Flüssigkeitskanals an der Position x8 von 17 mm² auf 17 ϕ ändert, ändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals abrupt von S3 (289 mm²) auf S2 (227 mm²).
In 4B bezeichnet eine Position x2 die Position eines in 3 gezeigten Flüssigkeitskanalquerschnitts 305. Eine Position x9 bezeichnet die Position eines Flüssigkeitskanalquerschnitts 306 gemäß 3. An den Positionen von x2 bis x9 verändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals von S3 (289 mm²) auf S5 (1020 mm²). Eine Position x3 bezeichnet die Position des Einlasses des Kühlelements 114. An der Position x3 ändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals abrupt von S5 (1020 mm²) auf S4 (300 mm²). Ebenso bezeichnet eine Position x6 die Position des Auslasses des Kühlelements 114 gemäß 3, eine Position x10 bezeichnet die Position eines Flüssigkeitskanalquerschnitts 307, und eine Position x7 bezeichnet die Position eines Flüssigkeitskanalquerschnitts 308. An den Positionen von x10 bis x7 ändert sich der Querschnittsbereich des Flüssigkeitskanals abrupt von S5 (1020 mm²) auf S3 (289 mm²).
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 der Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement bei der Verwendung des Flüssigkeitskanalaufbaus gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel beschrieben.
In 5 ist der Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement bei der Verwendung des für die Wechselrichtervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkeitskanalaufbaus im Vergleich zu dem Druckverlust bei dem herkömmlichen Beispiel gezeigt. Die Ordinate bezeichnet den Druckverlustwert (kPa) in anderen Teilen als dem Kühlelement.
In 5 repräsentiert X den Druckverlustwert in dem Flüssigkeitskanalaufbau gemäß dem herkömmlichen Beispiel. Aufgrund des Vorhandenseins der Konstruktionsteile 301 und 302 und der Sammelteile 303 und 304 tritt zwischen diesen Rohren, den Sammelelementen und dem Kühlelement 114 eine abrupte Änderung des Querschnittsprofils und des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals auf. Der gemessene Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem in 3 gezeigten Kühlelement 114 betrug 2,4 kPa. Dieser Druckverlustwert trägt in keiner Weise zur Wärmeübertragung bei. Es ist wünschenswert, den Druckverlustwert zu minimieren.
Andererseits repräsentiert Y in 5 den Druckverlustwert bei dem Flüssigkeitskanalaufbau gemäß dieser Ausführungsform. Durch allmähliches Verändern der Konstruktionsrohre 113 und 115 in der Richtung der Breite und der Tiefe des Flüssigkeitskanals ist es möglich, das Auftreten abrupter Änderungen des Querschnittsprofils und des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitskanals zwischen den Konstruktionsrohren 113 und 115 und dem Kühlelement 114 zu verhindern und dadurch den Druckverlust zu verringern. Der gemessene Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem Kühlelement 114 betrug bei diesem Beispiel 0,5 kPa. Daher kann der Druckverlustwert bei dieser Ausführungsform im Vergleich zu den 2,4 kPa bei dem in 3 gezeigten, herkömmlichen Beispiel um einen Faktor von etwa 5 verringert werden. Die Druckverlustwerte der in 2 (vorliegende Ausführungsform) und 3 (herkömmliches Beispiel) gezeigten Kühlelemente 114 stimmen überein, d. h. die Wärmeabstrahlungskapazitäten der Module 100 stimmen überein.
Wie in 2 gezeigt, ist das Konstruktionsrohr 113 so aufgebaut, daß es sich in der Richtung der Breite und der Tiefe des Flüssigkeitskanals allmählich verändert, und daher ist es selbst dann möglich, eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums (des Kühlwassers) in dem Kühlelement 114 sicherzustellen und dadurch eine gleichmäßige Kühlung zu erreichen, wenn die Breite W2 (60 mm) des Kühlelements in bezug auf ein Zufuhrrohr (17 ϕ) groß ist. Dies bedeutet, daß der Druckverlust bei der vorliegenden Ausführungsform ohne eine Verschlechterung der Wärmeübertragungscharakteristika des Flüssigkeitskanals verringert werden kann. Dies ermöglicht eine Verringerung der Größe der Pumpe. Ebenso kann eine Verringerung der Größe des Wechselrichters implementiert werden, da die Verringerung des Druckverlusts eine effizientere Kühlung des Wechselrichters ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Konstruktionselement mit einem Querschnittsprofil, das sich in der Richtung der kurzen Seite des Kühlelements allmählich verjüngt und in der Richtung seiner langen Seite allmählich vergrößert, in dem Flüssigkeitskanal vorgesehen, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, ist ein Konstruktionselement mit einem Querschnittsprofil vorgesehen, das sich von der kurzen Seite des Kühlelements allmählich vergrößert und von seiner langen Seite allmählich verjüngt. Dadurch wird das Erzielen einer gleichmäßigen Kühlung im Kühlelement ermöglicht, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert und ebenso der Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement verringert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Gesamtaufbau des Flüssigkeitskühlungswechselrichters gemäß dieser Ausführungsform stimmt mit dem des in 1 gezeigten überein.
6 ist eine perspektivische Ansicht die den Aufbau des Flüssigkeitskanals der Wechselrichtervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In 6 sind mit den in 2 gezeigten identische Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Zufuhrrohr 501 und ein Ablaufrohr 504, die jeweils einen Flüssigkeitskanal 500 bilden, sind Zylinder mit dem gleichen Durchmesser wie der Einlaß 200 des Zufuhrrohrs und der Auslaß 201 des Ablaufrohrs. Ein Konstruktionselement 502 ist so aufgebaut, daß es sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals allmählich von einem Flüssigkeitskanalquerschnitt 505 auf einen Flüssigkeitskanalquerschnitt 506 vergrößert und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals allmählich verjüngt. Andererseits ist ein Konstruktionselement 503 so aufgebaut, daß es sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals allmählich von einem Flüssigkeitskanalquerschnitt 507 auf einen Flüssigkeitskanalquerschnitt 508 verjüngt und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals allmählich erweitert. Die Konstruktionselemente 502 und 503 können einen verschachtelten Aufbau aufweisen oder alternativ eine Kombination aus einem Halbzylinder und einem rechteckigen Parallelepiped sein, indem nur auf der an das Modul angrenzenden Oberfläche ein Öffnungsabschnitt angebracht wird.
Bei dieser Ausführungsform kann der Druckverlustwert noch mehr als bei dem in 2 gezeigten Aufbau reduziert werden. Dies liegt daran, daß das Zufuhrrohr 501 einen kreisförmigen Querschnitt mit dem gleichen Durchmesser wie dem des mit dem Kühler verbundenen Zufuhrrohrs aufweist, wodurch in diesem Teil kein Druckverlust verursacht wird, und daß das Konstruktionselement 502 einen Aufbau mit einem Querschnitt aufweist, der sich allmählich verändert, wodurch der Druckverlust verringert wird. Der gemessene Druckverlustwert in anderen den Teilen als dem Kühlelement 114 betrug 0,3 kPa. Daher kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlustwert weiter als der Druckverlustwert von 0,5 kPa bei dem in 2 gezeigten Aufbau gesenkt werden. Dies ermöglicht die Implementierung einer Verringerung der Größe der Pumpe bzw. des Wechselrichters.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anbringen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, eine gleichmäßige Kühlung in dem Kühlelement zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert und auch der Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement verringert werden. Überdies kann dadurch, daß sowohl das Zufuhrrohr als auch das Ablaufrohr zylinderförmig sind, der Druckverlust weiter verringert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 7A bis 7C der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
7A ist eine Draufsicht, die ein Modul einer Wechselrichtervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform mit sechs Armen (einem unteren und einem oberen Arm jeweils in der U-, der V- und der W-Phase) zeigt, und 7B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 7C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie B-B' in 7B ist. In den 7A bis 7C sind die mit den in 1 gezeigten identischen Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsrom wird als Wasserkühlungswechselrichter mit dem Aufbau eines Basisdirektkühlungsmoduls mit Rippen verwendet. Genauer sind Rippen 602 einstückig mit einer Kupferbasis 601 ausgebildet. In der Mitte des oberen Teils des Gehäuses 110 ist ein Öffnungsabschnitt ausgebildet. Durch Einsetzen der Rippen 602 in den vorstehend erwähnten Öffnungsabschnitt und Befestigen eines Moduls 600 durch Schrauben 111 an dem Gehäuse 110 wird ein Flüssigkeitskanal 603 gebildet. Die Größe der Rippen 602 entspricht der der in 1 gezeigten Rippen 109. Auf diese Weise kann die Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform durch einstückiges Formen der Rippen 602 mit der Kupferbasis 601 die Effizienz der Kühlung als Direktkühlsystem verbessern, das das Kühlwasser direkt auf das Modul aufbringt. Im allgemeinen wird durch Schrauben und einen (nicht dargestellten) O-Ring verhindert, daß in dem Modul 600 Wasser aus dem Flüssigkeitskanal in den Hochspannungsteil austritt. Statt dessen kann jedoch durch Schweißen oder Reibbolzenschweißen verhindert werden, daß das Modul mit Wasser bedeckt wird.
Die Flüssigkeitskanalabschnitte 112, 113, 114, 115 und 116 entsprechen im wesentlichen den in den 1 und 2 gezeigten, bei denen die Flüssigkeitskanalabschnitte 113 und 115 als Konstruktionselemente vorgesehen sind. Als Ergebnis der Herstellung des Flüssigkeitskanals unter Verwendung der Kupferbasis 601 wird die Breite des Flüssigkeitskanals am Endteil 110A neben dem mittleren Teil der oberen Platte des Gehäuses 110 um die Plattendicke t1 (beispielsweise 2 mm) schmaler, und es besteht die Gefahr der Veranlassung eines Druckverlusts. Daher ist zur Verringerung des Druckverlusts an dem dem Endteil 110A entsprechenden Teil die abgerundete Ecke R117 vorgesehen.
Bei dem Flüssigkeitskanalaufbau mit der in 7 gezeigten Form betrug der gemessene Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem Kühlelement 114 0,6 kPa. Obwohl der Druckverlustwert in diesem Fall um ca. 0,1 kPa höher als bei dem in 2 gezeigten Aufbau ist, kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlustwert im Vergleich zu dem herkömmlichen Aufbau verringert werden. Dadurch wird eine Verringerung der Größe der Pumpe oder des Wechselrichters ermöglicht. Zudem ist zu erkennen, daß die Verwendung eines Direktkühlsystems die Effizienz der Kühlung verbessert.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstrecken, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich von dem Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert und auch der Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement verringert werden. Überdies kann durch die Verwendung eines Direktkühlsystems die Effizienz der Kühlung verbessert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
8A ist eine Draufsicht, die ein Modul einer Wechselrichtervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit sechs Armen (jeweils einem unteren und einem oberen Arm in der U-, der V- und der W-Phase) zeigt, und 8B ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 8C ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie C-C' in 8B ist. In den 8A bis 8C sind die mit den in 1 gezeigten identischen Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird als Wasserkühlungswechselrichtung mit dem Aufbau eines Basisdirektkühlmoduls ohne Rippen verwendet. Genauer ist die Kupferbasis 100 eine flache Platte ohne Rippen. Der Aufbau stimmt mit Ausnahme der Kupferbasis 100 mit dem in 6 gezeigten überein. Als Kühlsystem wird auch in diesem Fall ein Direktkühlsystem verwendet. Durch Verbinden des Moduls 100 durch Verschrauben oder Verschweißen mit dem Gehäuse 110 wird ein Flüssigkeitskanal 700 gebildet. Die Tiefe H6 des Flüssigkeitskanals im Kühlelement 701 beträgt beispielsweise ca. 2 mm. Wenn die Fördergeschwindigkeit 20 Liter pro Minute beträgt, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit im Kühlelement 701 ca. 2,5 m/s.
Bei dem Flüssigkeitskanalaufbau mit der in 8 gezeigten Form wurde betrug der Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem Kühlelement 114 1 kPa. Obwohl der Druckverlustwert in diesem Fall höher als bei dem in 7 gezeigten Aufbau ist, kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlustwert im Vergleich zu dem herkömmlichen Aufbau verringert werden. Dadurch wird eine Verringerung der Größe der Pumpe oder des Wechselrichters möglich. Zudem ist zu erkennen, daß durch die Verwendung eines Direktkühlsystems die Effizienz der Kühlung verbessert wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern. Überdies kann die Effizienz der Kühlung durch die Verwendung eines Direktkühlsystems verbessert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 9A und 9B der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
9A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 9B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie D-D' in 9A ist. In den 9A und 9B sind die mit den in 1 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Wechselrichter gemäß dieser Ausführungsform ist ein System mit zwei Wechselrichtern mit Flüssigkeitskanälen, die Ende an Ende parallel miteinander verbunden sind. Der ebene Aufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist dem in 1A gezeugten ähnlich, bei dieser Ausführungsform sind jedoch in der Strömungsrichtung des Flüssigkeitskanals zwei Module in Reihe auf der gleichen Ebene angeordnet.
In einem Flüssigkeitskanal 800 strömt das Kühlwasser von einem vorgeschalteten Kühlelement 114 über einen Flüssigkeitskanal 801 zu einem nachgeschalteten Kühlelement 802. Die Größe der Rippen 803 entspricht der der Rippen 109. Die Rippen 109 und die Rippen 803 können in der Mitte einstückig miteinander verbunden sein. Das Zufuhr- und das Ablaufrohr 112 und 116 können jeweils im wesentlichen senkrecht zu dem Kühlelement 114 angeordnet sein.
Wenn das Kühlwasser mit einer Fördergeschwindigkeit von 20 Liter pro Minute zugeführt wurde, betrug der gemessene Druckverlust in den anderen Teilen als den Kühlelementen 114 und 802 1,5 kPa. Dies liegt daran, daß der Druckverlust im Flüssigkeitskanal 801 groß ist. Wenn jedoch der in 3 gezeigte herkömmliche Aufbau für einen Typ mit zwei Wechselrichtern verwendet wurde, betrug der festgestellte Druckverlustwert 3,4 kPa, und daher ist ersichtlich, daß durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlust im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau verringert werden kann. Gleichzeitig sollte die Strömungsgeschwindigkeit auf eine der zulässigen Obergrenze für den Druckverlust entsprechende verringert werden, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Strömungsge schwindigkeit die Förderkapazität der Pumpe übersteigt. Auch bei dem vorliegenden Aufbau kann eine Verringerung der Größe des Wechselrichters implementiert werden. Hierbei wird ein indirektes Kühlsystem als Flüssigkeitskühlsystem verwendet, statt dessen kann jedoch auch ein direktes Kühlsystem, wie das in den 7A bis 7C und das in den 8A bis 8C gezeigte, verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 10A und 10B der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
10A ist eine perspektivische Ansicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 10B ist eine Schnittansicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie E-E' in 10A ist. In den 10A und 10B sind die mit den in 1 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform sind die Zufuhr- und Ablaufrohre jeweils im wesentlichen senkrecht zum Kühlteil angeordnet, und im allgemeinen verjüngt sich das Querschnittsprofil des Wasserrohrs in der Richtung der kurzen Seite des Verbindungsquerschnitts zwischen dem Konstruktionselement und dem Kühlelement vom Zufuhrrohr zum Kühlteil allmählich und erweitert sich in der Richtung seiner langen Seite allmählich. Andererseits vergrößert sich das Querschnittsprofil des Wasserrohrs im allgemeinen von der kurzen Seite des Verbindungsquerschnitts zwischen dem Kühlelement und dem Konstruktionselement vom Kühlelement zum Ablaufrohr allmählich und verjüngt sich von seiner langen Seite allmählich.
Bei der in 10 gezeigten Konstruktion stimmen die Teile mit Ausnahme des Flüssigkeitskanals 900 mit denen gemäß 1 überein. Das Zufuhrrohr 901 und das Ablaufrohr 904 sind jeweils im wesentlichen senkrecht zum Kühlelement 114 angeordnet. Zwischen dem Zufuhrrohr 901 und dem Kühlelement 114 ist ein Konstruktionselement 902 vorgesehen, das sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals (der langen Seite) vom Flüssigkanalquerschnitt 905 auf den Flüssigkanalquerschnitt 906 erweitert und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals (der kurzen Seite) verjüngt. Ebenso ist zwischen dem Kühlelement 114 und dem Ablaufrohr 904 ein Konstruktionselement 903 vorgesehen, das sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals (der langen Seite) von einem Flüssigkeitskanalquerschnitt 907 auf einen Flüssigkanalquerschnitt 908 verjüngt und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals (der kurzen Seite) erweitert.
Bei dem Flüssigkeitskanalaufbau mit dem in 10 gezeigten Aufbau betrug der gemessene Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem Kühlelement 114 1,7 kPa. Daher kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlustwert im Vergleich zu dem in 3 gezeigten, herkömmlichen Aufbau um ca. 30% verringert werden. Dies ermöglicht das Realisieren einer Verringerung der Größe der Pumpe bzw. des Wechselrichters. Ebenso können durch Anordnen der Seite des Zufuhrrohrs und der Seite des Ablaufrohrs senkrecht zum Kühlelement die Abmessungen des Flüssigkeitskühlungswechselrichters im Vergleich zu dem herkömmlichen Aufbau verkleinert werden, woraus ein Wechselrichter mit verringerter Größe resultiert. Da zudem das Zufuhr- und das Ablaufrohr in bezug auf den Wechselrichter auf der gleichen Seite angeordnet sind, ist bei der Konstruktion ein hoher Grad an Flexibilität möglich.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11A und 11B der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
11A ist eine perspektivische Ansicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 11B ist eine Schnittansicht, die den Flüssigkeitskanalabschnitt der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie F-F' in 11A ist. In den 11A und 11B sind die mit den in 1 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Wie bei der in den 10A und 10B gezeigten, sechsten Ausführungsform sind bei der vorliegenden Ausführungsform das Zufuhr- und das Ablaufrohr jeweils im wesentlichen senkrecht zum Kühlelement angeordnet. Die Konstruktion stimmt mit Ausnahme des Aufbaus eines Flüssigkeitskanals 1000 mit dem gemäß 1 überein. Sowohl das Zufuhrrohr 1001 als auch das Ablaufrohr 1004 sind, wie vorstehend beschrieben, im wesentlichen normal zum Kühlelement 114. Zwischen dem Zufuhrrohr 1001 und dem Kühlelement 114 ist ein Konstruktionsteil 1002 vorgesehen, das sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanals vom Flüssigkanalquerschnitt 1005 auf den Flüssigkanalquerschnitt 1006 erweitert und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals verjüngt. Ebenso ist zwischen dem Kühlelement 114 und dem Ablaufrohr 1004 ein Konstruktionselement 1003 vorgesehen, das sich in der Richtung der Breite des Flüssigkeitskanal von dem Flüssigkanalquerschnitt 1007 auf den Flüssigkanalquerschnitt 1008 verjüngt und in der Richtung der Tiefe des Flüssigkeitskanals erweitert.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich hinsichtlich des Winkels zwischen der Außenwand jedes der Konstruktionselemente 1002 und 1003 und dem Kühlelement 114 von der in 10 dargestellten, sechsten Ausführungsform. Genauer beträgt der Winkel θ5 zwischen den Außenwänden des Zufuhrrohrs 1001 und des Konstruktionsteils 1002 45°. Ebenso beträgt der Winkel θ6 zwischen den Außenwänden des Konstruktionselements 1002 und des Kühlelements 114 45°. Dadurch dreht das in den Einlaß 200 des Zufuhrrohrs eintretende Kühlwasser seine Strömungsrichtung zwischen dem Zufuhrrohr 1001 und dem Konstruktionselement 10022 um einen Winkel von ca. 45°, und ferner dreht es seine Strömungsrichtung zwischen dem Konstruktionselement 1002 und dem Kühlelement 114 um einen Winkel von ca. 45°, wodurch es in das Kühlelement 114 strömt. Ebenso wird die Strömungsrichtung des Kühlwassers zwischen dem Kühlelement 114 und dem Konstruktionselement 1003 in bezug auf die Seite des Ablaufrohrs um einen Winkel von ca. 45° ge dreht, und ferner wird seine Strömungsrichtung zwischen dem Konstruktionselement 1003 und dem Ablaufrohr 1004 um einen Winkel von ca. 45° gedreht, wodurch es aus dem Auslaß 201 des Ablaufrohrs strömt.
Wie vorstehend beschrieben wird bei dieser Ausführungsform durch Aufteilen der Änderung (der Vektoränderung) der Strömungsrichtung zwischen dem Zufuhr- und dem Ablaufrohr 1001 und 1004 und dem Kühlelement 114 in zwei Schritte und Einstellen der einstufigen Vektoränderung auf 45° das Auftreten eines Druckverlusts aufgrund einer steilen Vektoränderung verhindert. Wünschenswerter Weise beträgt der Winkel θ5 zwischen den Außenwänden des Zufuhrrohrs 1001 und des Konstruktionselements 1002 nicht mehr als 45°. Ebenso ist es wünschenswert, daß der Winkel θ6 zwischen den Außenwänden des Zufuhrrohrs 1002 und des Kühlelements 114 weniger als 45° beträgt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der gemessene Druckverlustwert in den anderen Teilen als dem Kühlelement 114 1,1 kPa. Daher kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlustwert im Vergleich zu dem in 10 gezeigten Beispiel verringert werden. Ebenso können durch Anordnen der Zufuhrrohrseite und der Ablaufrohrseite senkrecht zu dem Kühlelement die Abmessungen kleiner als bei dem herkömmlichen Aufbau gehalten werden, was zu einer verringerten Größe des Wechselrichters führt. Zudem wird hinsichtlich der Konstruktion ein höherer Grad an Flexibilität möglich, da das Zufuhr- und das Ablaufrohr in bezug auf den Wechselrichter auf der gleichen Seite angeordnet sind.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühl element erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 12A und 12B der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
12A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 12B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie G-G' in 12A ist. In den 12A und 12B sind die mit den in 1 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Wechselrichter gemäß dieser Ausführungsform ist ein System mit zwei Wechselrichtern mit Flüssigkeitskanälen, die in L-Form in Reihe verbunden sind. Der ebene Aufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ähnelt dem in 1A gezeigten, doch bei dieser Ausführungsform sind auf der gleichen Ebene zwei Module vorgesehen. In einem Flüssigkeitskanal 1100 sind in der Strömungsrichtung zwei Module in Reihe angeordnet und bilden zwischen den beiden Wechselrichtern im wesentlichen eine L-Form.
In dem Flüssigkeitskanal 1100 strömt das Kühlwasser durch einen Flüssigkeitskanal 1101 von einem vorgeschalteten Kühlelement 114 zu einem nachgeschalteten Kühlelement 1102. Die Größe der Rippen 1103 entspricht der der Rippen 109. Die Rippen 109 und die Rippen 1103 können in der Mitte einstückig miteinander verbunden sein. Das Zufuhr- und das Ablaufrohr 112 und 116 sowie die Konstruktionselemente 113 und 115 können jeweils im wesentlichen senkrecht zum Kühlelement 114 angeordnet sein. Hier wird ein indirektes Kühlsystem als Flüssigkeitskühlsystem verwendet, es kann statt dessen jedoch auch ein direktes Kühlsystem, wie die in den 7A bis 7C und den 8A bis 8C gezeigten, verwendet werden.
Wenn das Kühlwasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 Liter pro Minute zugeführt wurde, betrug der gemessene Druckverlust in den anderen Teilen als den Kühlelementen 114 und 1102 3,2 kPa. Daher kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlust im Vergleich zu einem Fall verringert werden, in dem der herkömmliche Aufbau für den in 3 gezeigten Typ mit zwei Wechselrichtern verwendet wird. Gleichzeitig sollte die Strömungsgeschwindigkeit auf eine der zulässigen Obergrenze für den Druckverlust entsprechende reduziert werden, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Strömungsgeschwindigkeit die Förderkapazität der Pumpe übersteigt. Durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau kann auch eine Verringerung der Größe des Wechselrichters implementiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 13A und 13B der Aufbau einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
13A ist eine perspektivische Draufsicht, die den Flüssigkeitskanalteil der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 13B ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei die Schnittansicht eine Ansicht entlang der Linie H-H' in 13A ist. In den 13A und 13B sind die mit den in 1 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Wechselrichter gemäß dieser Ausführungsform ist ein System mit zwei Wechselrichtern mit Flüssigkeitskanälen, die U-förmig in Reihe verbunden sind. Der ebene Aufbau der Wechselrichtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ähnelt dem in 1A gezeigten, doch bei dieser Ausführungsform sind zwei Module auf der gleichen Ebene vorgesehen. In einem Flüssigkeitskanal 1200 sind in der Strömungsrichtung zwei Module in Reihe angeordnet, wobei zwischen den beiden Wechselrichtern im wesentlichen eine U-Form gebildet wird.
In dem Flüssigkeitskanal 1200 strömt das Kühlwasser über einen Flüssigkeitskanal 1201 von einem vorgeschalteten Kühlelement 114 zu einem nachgeschalteten Kühlelement 1202. Die Größe der Rippen 1203 stimmt mit der der Rippen 109 überein. Die Rippen 109 und die Rippen 1203 können in der Mitte einstückig miteinander verbunden sein. Das Zufuhr- und das Ablaufrohr 112 und 116 und die Konstruktionselemente 113 und 115 können jeweils im wesentlichen senkrecht zum Kühlelement 114 angeordnet sein. Hier wird ein indirektes Kühlsystem als Flüssigkeitskühlsystem verwendet, es kann statt dessen jedoch auch ein direktes Kühlsystem, wie die in den 7A bis 7C und in den 8A bis 8C gezeigten, verwendet werden.
Wenn das Kühlwasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 Liter pro Minute zugeführt wurde, betrug der gemessene Druckverlust in den anderen Teilen als den Kühlelementen 114 und 1202 4,2 kPa. Daher kann durch den vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau der Druckverlust im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, in dem der herkömmliche Aufbau für den in 3 gezeigten Typ mit zwei Wechselrichtern verwendet wird. Gleichzeitig sollte die Strömungsmenge auf eine der zulässigen Obergrenze für den Druckverlust entsprechende reduziert werden, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Strömungsgeschwindigkeit die Förderkapazität der Pumpe übersteigt. Auch bei dem vorliegenden Flüssigkeitskanalaufbau kann eine Verringerung der Größe des Wechselrichters implementiert werden.
Wie aus Vorstehendem hervorgeht, ist es bei der vorliegenden Ausführungsform durch Anordnen jeweiliger Konstruktionselemente in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Einlaß des Zufuhrrohrs zum Kühlelement erstreckt, und in dem Flüssigkeitskanal, der sich vom Kühlelement zum Auslaß des Ablaufrohrs erstreckt, möglich, in dem Kühlelement eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert werden, und ebenso den Druckverlust in anderen Teilen als dem Kühlelement zu verringern.
14 zeigt ein Kühlsystem für eine Steuereinheit (eine Wechselrichtervorrichtung) und einen Elektromotor eines elektrischen Fahrzeugs, wie eines elektrischen Automobils oder eines Hybridfahrzeugs, mit einer der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen. Das Kühlsystem wird hergestellt, indem unter Verwendung eines Kühlrohrs 5 ein Elektromotor 2 zum Antreiben einer Achse, eine Steuereinheit 1 (eine Wechselrichtervorrichtung) zum Steuern des Ausgangs des Elektromotors 2, ein Kühler 3 zum Kühlen eines Kühlmediums und eine elektrische Pumpe 4 verbunden werden. Eine als Kühlmedium verwendete Frostschutzlösung ist in dem Kühlrohr 5 versiegelt. Ein Kühlergebläsemotor 6 zum zwangsweisen Kühlen des Kühlmediums ist an der Seitenfläche des Kühlers 3 angebracht. Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau stimmen die von der Steuereinheit 1 (der Wechselrichtervorrichtung) und die von dem Elektromotor 2 erzeugte Wärmemenge im wesentlichen überein. Der Heizwert der elektronischen Komponenten, wie Transistoren, Kondensatoren und dergleichen, die die Steuereinheit 1 (die Wechselrichtervorrichtung) bilden, hat jedoch einen hohen Wert von 150°. Eine derart warme Umgebung ist sehr schädlich für diese elektronischen Bauteile, die eine geringe Wärmebeständigkeit aufweisen. Daher ist das System so aufgebaut, daß der Steuereinheit 1 (der Wechselrichtervorrichtung) in der Kühlreihenfolge eine höhere Priorität als dem Elektromotor 2 eingeräumt wird und der Elektromotor 2 mit der höheren Wärmebeständigkeit nach der Steuereinheit 1 (der Wechselrichtervorrichtung) gekühlt wird, um eine effiziente Kühlung mit verbessertem Wärmeausgleich zu erzielen.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform eine der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen, d. h. eine Wechselrichtervorrichtung, durch die der Druckverlust reduziert werden kann, vorgesehen ist, kann die Kapazität der elektrischen Pumpe 4 verringert werden, die eine Frostschutzlösung oder Wasser als Kühlmedium zwangsweise umwälzt, d. h. die Größe der elektrischen Pumpe 4 kann verringert werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann daher ein kostengünstiges Kühlsystem geschaffen werden.
15 zeigt den Aufbau eines Antriebssystems einer elektrischen Vorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Kühlsystem. Bei dieser Ausführungsform wird ein Fall als Beispiel herangezogen, in dem eine der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen auf einem elektrischen Automobil montiert ist, dessen einzige Antriebsquelle ein Elektromotor ist. Statt dessen kann jedoch auch jede der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen für ein Hybridfahrzeug verwendet werden, bei dem ein Motor in Form eines Verbrennungsmotors und ein Elektromotor als Antriebsquellen für das Fahrzeug verwendet werden.
In 15 bezeichnet das Bezugszeichen 39 eine Fahrzeugkarosserie. Eine Achse 42 mit an ihren gegenüberliegenden Enden vorgesehenen Rädern 40a und 40b ist drehbar am vorderen Teil der Fahrzeugkarosserie 39 installiert. Die Vorderräder sind nämlich am vorderen Teil der Fahrzeugkarosserie 39 montiert. Eine Achse, an deren einander gegenüberliegenden Enden Räder 41a und 41b vorgesehen sind, ist drehbar im hinteren Teil der Fahrzeugkarosserie 39 montiert. Die Hinterränder sind nämlich am hinteren Teil der Fahrzeugkarosserie 39 befestigt. Ein Elektromotor 2 ist über ein Getriebe 44 mechanisch mit der Achse 42 verbunden. Eine Wechselrichtervorrichtung 100 ist elektrisch mit dem Elektromotor 2 verbunden. Von einer Batterie 20 als Stromquelle des Fahrzeugs zugeführter Gleichstrom wird von der Wechselrichtervorrichtung 100 in Drei-Phasen-Wechselstrom umgewandelt, der dem Elektromotor 2 zugeführt wird. Eine Steuereinheit 21 höherer Ebene ist elektrisch mit der Wechselrichtervorrichtung 100 verbunden und gibt das dem Ausmaß des Niederdrückens eines Gaspedals entsprechende Befehlssignal in die Wechselrichtervorrichtung 100 ein.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform eine der vorstehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen, d. h. eine Wechselrichtervorrichtung vorgesehen ist, durch die der Druckverlust reduziert werden kann, kann die Kapazität der Pumpe 4 verringert werden, die das Kühlsystem zum Kühlen der Wechselrichtervorrichtung bildet, d. h. die Größe der elektrischen Pumpe 4 kann verringert werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann daher ein kostengünstiges Kühlsystem geschaffen werden. Dadurch wird die Montierbarkeit des Kühlsystems in dem elektrischen Fahrzeug verbessert, und es trägt zu einer Verringerung der Herstellungskosten des elektrischen Fahrzeugs bei.
Erfindungsgemäß kann ohne die Notwendigkeit von Sammelelementen eine gleichmäßige Kühlung erzielt werden, wodurch die Wärmecharakteristika verbessert und ebenso eine Verringerung des Druckverlusts in anderen Teilen als dem Kühlelement ermöglicht werden.

Claims

Elektrische Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal (120) für ein Kühlmittel zum Kühlen eines Heizelements im Leistungsschaltungsteil der Wechselrichtervorrichtung (100, 103, 104), der – einen am Heizelement positionierten mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114), – einen mit dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) durchgängig verbundenen Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) zur Zufuhr des Kühlmittels und – einen mit dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) durchgängig verbundenen Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) zum Abgeben des Kühlmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Querschnittsfläche des Flüssigkeitskanals (120) vom Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) über den mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) zum Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) im Wesentlichen konstant ist.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (120) so aufgebaut ist, dass das Kühlmittel linear fließen kann.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals (120) im Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) allmählich so ändern, dass die Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals an der Vorderkante des Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitts (112) jeweils zur Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals im mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) werden, wobei sich die Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals im Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) allmählich so ändern, dass die Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals am Ende des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) jeweils zur Höhe und Breite des Flüssigkeitskanals an der Hinterkante des Flüssigkeitskanalablaufabschnitts (116) werden.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (W₁) des Flüssigkeitskanals (120) an der Vorderkante des Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitts (112) mit der Breite (W₄) an der Hinterkante des Flüssigkeitskanalablaufabschnitts (116) übereinstimmt und kleiner als die Breite (W₂) im mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) ist, wobei die Höhe (H₁) des Flüssigkeitskanals an der Vorderkante des Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitts (112) mit der Höhe (H₄) an der Hinterkante des Flüssigkeitskanalablaufabschnitts (116) übereinstimmt und größer als die Höhe (H₃) im mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) ist.
Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskanal (120) in einem Gehäuse (110) für ein Kühlmittel zum Kühlen eines Heiz elements im Leistungsschaltungsteil der Wechselrichtervorrichtung (100, 103, 104), der – einen Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) mit einem Einlass (200) zur Zufuhr des Kühlmittels, – einen Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) mit einem Auslass (201) zum Abgeben des Kühlmittels, – einen direkt unterhalb des Heizelements angeordneten mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114), – einen zwischen dem Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) und dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) angeordneten ersten Übergangsabschnitt (113), und – einen zwischen dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) und dem Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) angeordneten zweiten Übergangsabschnitt (115) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – sich das Querschnittsprofil des Flüssigkeitskanals (120) in Richtung der kurzen Seite des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) allmählich verjüngt und auf seiner längeren Seite allmählich vergrößert und – sich das Querschnittsprofil des Flüssigkeitskanals (120) auf der kurzen Seite des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) allmählich vergrößert und auf seiner längeren Seite allmählich verjüngt, – wobei die Querschnittsfläche des Flüssigkeitskanals (120) vom Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) über den mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) zum Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) im Wesentlichen konstant ist.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Änderung der Länge des ersten und des zweiten Übergangsabschnitts (113; 115) in Richtung der kurzen Seite konstant ist und dass das Ausmaß der Änderung der Länge des ersten und zweiten Übergangsabschnitts (113, 114) in Richtung der langen Seite konstant ist.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Übergangsabschnitt (113, 115), der Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt (112) und der Flüssigkeitskanalablaufabschnitt (116) parallel zu dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) angeordnet sind und der Winkel (θ1, θ3) zwischen den Außenwänden des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) und jedes Übergangsabschnitts (113, 115) nicht größer als 45° ist.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (θ1) zwischen den Außenwänden des ersten Übergangsabschnitts (113) und des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) kleiner als der Winkel (θ3) zwischen den Außenwänden des zweiten Übergangsabschnitts (115) und des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts (114) ist.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt und der Flüssigkeitskanalablaufabschnitt jeweils senkrecht zu dem mittleren Flüssigkeitskanalabschnitt (114) angeordnet sind.
Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitt und der Flüssigkeitskanalablaufabschnitt in Bezug auf die Wechselrichtervorrichtung auf der gleichen Seite angeordnet sind, wobei der Winkel (θ5) zwischen den Außenwänden des Flüssigkeitskanalzufuhrabschnitts und des ersten Übergangsabschnitts nicht größer als 45° ist und der Winkel (θ6) zwischen den Außenwänden des ersten Übergangsabschnitts und des mittleren Flüssigkeitskanalabschnitts kleiner als 90° ist.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wechselrichtervorrichtungen auf der gleichen Ebene angeordnet sind.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe von am Gehäuse (110) ausgebildeten Kühlrippen (109) etwa der Tiefe des Strömungsquerschnittes des mittlere n Flüssigkeitskanalabschnitts (114) entspricht.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Flüssigkeitskanalabschnitt (114, 1101, 1102, 1201, 1202) des Flüssigkeitskühlkanals (120) in dem Gehäuse (110) einen ersten und einen zweiten Kühlabschnitt (114, 1102, 1202) zwischen dem Einlass (200) und dem Auslass (201) aufweist, das Halbleitermodul (100) an dem ersten und zweiten der beiden Kühlabschnitte (114, 1102, 1202) befestigt ist, der Bereich des ersten und zweiten Kühlabschnitts (114, 1102, 1202) eine in Fließrichtung des Kühlmittels, insbesondere Kühlwassers, geradlinige Form hat, der erste und zweite Kühlabschnitt (114, 1102, 1202) mehrere Kühlrippen hat, die sich jeweils in Strömungsrichtung des Kühlmittels erstrecken, der erste und zweite Kühlabschnitt (114, 1102, 1202) miteinander mit einem bogenförmigen Flüssigkeitskanalabschnitt in Strömungsrichtung des Kühlmittels verbunden sind, und die Kühlrippen des ersten Kühlabschnitts (114) und die Kühlrippen des zweiten Kühlabschnitts (1102, 1202) in dem bogenförmigen Flüssigkeitskanalabschnitt miteinander verbunden sind.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Flüssigkeitskanalabschnitt (114, 1101, 1102, 1201, 1202) des Flüssigkeitskühlkanals (120) in dem Gehäuse (110) einen ersten und einen zweiten Kühlabschnitt (114; 1102, 1202) aufweist, die in Fließrichtung des Kühlmittels insbesondere Kühlwassers, im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (200) und der Auslass (201) an den entgegengesetzten Seiten quer zu derjenigen Seite vorgesehen sind, an welcher die Wechselrichtervorrichtung befestigt ist.
Elektrofahrzeug mit einer Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, in welchem ein elektrischer Antrieb mit einem Gleichstromerzeuger und ein Kühlsystem mit Flüssigkeitskühlung und ein Elektromotor vorgesehen sind, wobei eine Elektropumpe (4) die Kühlflüssigkeit fördert, die von dem Kühlsystem als Kühlmittel zum Flüssigkeitskanal der Wechselrichtervorrichtung für den Elektromotor (2) des Elektrofahrzeugs zugeführt wird.