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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur für
ein Wärme erzeugendes Bauteil und eine Antriebseinheit,
die die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes
Bauteil enthält. In der Kühlstruktur für das
Wärme erzeugende Bauteil ist ein Kühlmittelraum
zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche, die
thermisch mit einem Wärme erzeugenden Bauteil verbunden
ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche,
die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche
positioniert ist, ausgebildet. Eine Mehrzahl an Wärme abgebenden
Rippen ist so im Kühlmittelraum vorhanden, dass sie parallel
zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden Oberfläche
zur gegenüberliegenden Oberfläche hin hervorstehen.
Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel
strömt, ist zwischen je zwei der Mehrzahl der Wärme
abgebenden Rippen, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet.
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STAND DER TECHNIK
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Wenn
ein Elektromotor als eine Antriebskraftquelle für ein Fahrzeug
verwendet wird, benötigt der Elektromotor einen Wechselrichter
zum Steuern des Elektromotors und eine ECU (elektronische Steuereinheit)
oder dergleichen zum Steuern des Wechselrichters. Der Wechselrichter
und dergleichen sind jeweils über ein Stromkabel mit dem
Elektromotor verbunden. Somit ist es möglich, diese Elemente an
geeigneten Stellen, entfernt vom Elektromotor, zu positionieren.
Allerdings können diese Elemente der Einfachheit halber
während der Installation dieser Elemente im Fahrzeug so
angeordnet sein, dass sie mit einer Antriebseinheit, in die der
Elektromotor eingebaut ist, integriert sind.
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Im
gegenwärtigen Stand der Technik ist die Wärmebeständigkeitstemperatur
des Wechselrichters und dergleichen niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur
des Elektromotors. Somit ist es in dem Fall, in dem der Wechselrichter
und dergleichen so positioniert sind, dass sie mit der Antriebseinheit, in
die der Elektromotor eingebaut ist, integriert sind, notwendig,
eine Anordnung zum Blockieren der Wärme zu haben, die direkt
vom Elektromo tor auf den Wechselrichter und dergleichen übertragen
wird, um den Wechselrichter und dergleichen thermisch zu schützen.
Außerdem ist es, da die Temperaturen des Wechselrichters
und dergleichen aufgrund ihrer eigenen Wärmeerzeugung steigen,
notwendig, den Wechselrichter und dergleichen abzukühlen,
so dass sie unter ihren Wärmebeständigkeitstemperaturen gehalten
werden.
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Um
mit diesem Umstand zurechtzukommen, wurde eine Antriebseinheit mit
einer Kühlstruktur zum Abkühlen eines Wechselrichters
sowie eines Elektromotors vorgeschlagen, die einen Elektromotor,
ein Antriebseinheitsgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht
ist, und den Wechselrichter, der den Elektromotor steuert, enthält
(siehe z. B. Patentdokument 1).
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Bei
der Kühlstruktur, die in der in Patentdokument 1 offenbarten
Antriebseinheit enthalten ist, ist ein Kühlmittelraum zwischen
einer Wärme abgebenden Oberfläche, die thermisch
mit einem Wechselrichter verbunden ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche,
die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche
positioniert ist und thermisch mit dem Antriebseinheitsgehäuse
verbunden ist, ausgebildet. Eine Mehrzahl von Wärme abgebenden
Rippen ist so im Kühlmittelraum vorhanden, dass sie parallel
zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden
Oberfläche auf der Seite des Wechselrichtergehäuses
zu der Gehäuseoberfläche auf der Seite des Antriebseinheitsgehäuses
hervorstehen. Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel
strömt, ist zwischen je zwei der Mehrzahl der Wärme
abgebenden Rippen, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet.
Bei dieser Art Kühlstruktur strömt das Kühlmittel,
das dem Kühlmittelraum mittels einer Kühlmittelpumpe
durch die Mehrzahl an Durchlässen zwischen den Rippen,
die parallel zueinander positioniert sind, zugeführt wird.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Wechselrichter über die
Wärme abgebende Oberfläche abzukühlen,
und auch den Elektromotor über die gegenüberliegende Oberfläche
abzukühlen.
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Auch
Patentdokument 2 offenbart eine Kühlstruktur, die ähnlich
der in Patentdokument 1 offenbarten Kühlstruktur ist. Bei
der in Patentdokument 2 offenbarten Kühlstruktur sind Enden
von Durchlässen zwischen den Rippen auf einer Seite durch
ein erstes Kopfstück, das im Wesentlichen genauso hoch
ist wie die Wärme abgebenden Rippen, miteinander verbunden,
um dadurch eine Verbindung zwischen diesen zu erreichen. Die Enden
der Durchlässe zwischen den Rippen auf der anderen Seite
sind durch ein zweites Kopfstück, das den gleichen Aufbau
hat wie das erste Kopfstück, miteinander verbunden, um
dadurch eine Ver bindung zwischen diesen zu erreichen. Bei dieser
Kühlstruktur wird Kühlmittel, das dem ersten Kopfstück
zugeführt wird, so verteilt, dass es durch jeden der Durchlässe
zwischen den Rippen strömt. Das Kühlmittel, das
aus den Durchlässen zwischen den Rippen geströmt
ist, trifft sich am zweiten Kopfstück.
- Patentdokument
1: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2004/025807
- Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2001-35981
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Bei
einer Kühlstruktur für Wärme erzeugende
Bauteile, wie oben beschrieben, die zum Kühlen eines Wärme
erzeugenden Bauteils wie einem Wechselrichter verwendet wird, ist
es bevorzugt, dass das Kühlmittel in gleichmäßiger
Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt,
so dass das Wärme erzeugende Bauteil ausnahmslos abgekühlt wird.
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Allerdings
tritt bei der oben beschriebenen Kühlstruktur für
das Wärme erzeugende Element, wenn das Kühlmittel
vom ersten Kopfstück in die Durchlässe zwischen
den Rippen verteilt wird, manchmal eine Situation auf, in der es
nicht möglich ist, das Kühlmittel in gleichmäßiger
Weise auf die Durchlässe zwischen den Rippen zu verteilen,
da beispielsweise eine große Menge an Kühlmittel durch
einen Durchlass zwischen den Rippen strömt, der sich näher
an der Stelle befindet, an der das Kühlmittel dem ersten
Kopfstück zugeführt wird, wohingegen eine nicht
besonders große Menge an Kühlmittel durch einen
Durchlass zwischen den Rippen strömt, der sich weiter entfernt
von der Stelle befindet, an der das Kühlmittel dem ersten
Kopfstück zugeführt wird. In dieser Situation
variiert für jeden der Durchlässe zwischen den
Rippen die Menge des Kühlmittels, das durch die Durchlässe
strömt. Demzufolge tritt ein Problem dahingehend auf, dass
eine Möglichkeit besteht, dass die Kühlstruktur
nicht fähig sein kann, ein hohes Maß an Kühlleistung
zu erzielen.
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In
Anbetracht des oben beschriebenen Problems, ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Kühlstruktur für
ein Wärme erzeugendes Bauteil zu realisieren, die ein hohes
Maß an Kühlleistung aufweist, und auch eine Antriebseinheit
zu realisieren, die eine solche Kühlstruktur für
ein Wärme erzeugendes Bauteil enthält und dadurch
eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
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Ein
erster charakteristischer Aufbau einer Kühlstruktur für
ein Wärme erzeugendes Element nach der vorliegenden Erfindung
ist, dass bei der Kühlstruktur für ein Wärme
erzeugendes Element ein Kühlmittelraum zwischen einer Wärme
abgebenden Oberfläche, die thermisch mit einem Wärme
erzeugenden Element verbunden ist und einer gegenüberliegenden
Oberfläche, die gegenüber der Wärme abgebenden
Oberfläche positioniert ist, ausgebildet ist, eine Mehrzahl
von Wärme abgebenden Rippen so im Kühlmittelraum
angeordnet ist, das sie parallel zueinander sind und von der Wärme
abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche
hin hervorstehen, und ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den
das Kühlmittel strömt, zwischen je zwei der Mehrzahl
von Wärme abgebenden Rippen, die nebeneinander positioniert
sind, ausgebildet ist. Die Kühlstruktur für das
Wärme erzeugende Bauteil enthält einen einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum, der so beschaffen ist, dass er sich
in einer Richtung erstreckt, in der die Durchlässe zwischen
den Rippen in einer Reihe angeordnet sind und der mit Enden der Durchlässe
zwischen den Rippen auf einer Seite so verbunden ist, dass er eine
Verbindung dazwischen ermöglicht. Die Durchlässe
zwischen den Rippen und der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
sind so miteinander verbunden, dass eine Verbindung dazwischen mittels
eines verengten Bereiches möglich ist, der so beschaffen
ist, dass er sich zumindest durch einen Bereich hindurch erstreckt,
in dem die Durchlässe zwischen den Rippen in Reihe angeordnet
sind, und der verengte Bereich hat einen Strömungswiderstand,
der größer ist als ein Strömungswiderstand
am einströmseitigen Kühlmittelsammelraum.
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Bei
diesem Aufbau strömt das Kühlmittel, das in den
einströmseitigen Kühlmittelsammelraum geströmt
ist, durch den verengten Bereich hindurch in die Durchlässe
zwischen den Rippen. Dabei ist der verengte Bereich so beschaffen,
dass er sich zumindest durch den Bereich hindurch erstreckt, in
dem die Durchgänge zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet
sind, und hat einen Strömungswiderstand, der größer
ist als der Strömungswiderstand am einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum. Somit wird, nachdem das Kühlmittel
in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum strömt,
das Kühlmittel gleichmäßig durch im Wesentlichen
den gesamten einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
in einer Richtung verteilt, in der sich der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum erstreckt. Danach strömt
das Kühlmittel durch die gesamte Fläche des verengten
Bereichs in die Durchlässe zwischen den Rippen. Somit ist
es möglich, dass das Kühlmittel in einer im Wesentlichen
gleichmäßigen Weise in die Durchlässe zwischen
den Rippen strömt.
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Infolgedessen
strömt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen
gleichmäßigen Weise durch die Durchlässe
zwischen den Rippen. Somit ist es möglich, das Wärme
erzeugende Bauteil effizient abzukühlen.
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Es
ist bevorzugt, dass die Kühlstruktur für das Wärme
erzeugende Bauteil so aufgebaut ist, dass sie einen einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum enthält, der so beschaffen
ist, dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe
zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind, und der mit
Enden der Durchlässe zwischen den Rippen auf der anderen
Seite so verbunden ist, dass er eine Verbindung dazwischen ermöglicht.
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Bei
diesem Aufbau strömt das Kühlmittel, das durch
die Durchlässe zwischen den Rippen geströmt ist,
in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum aus,
der so beschaffen ist, dass er sich in der Richtung erstreckt, in
der die Durchlässe zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet
sind. Mit anderen Worten strömt das Kühlmittel
von den Durchlässen zwischen den Rippen hinaus in den ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum, der einen Strömungswiderstand
hat, der im Wesentlichen entlang der Richtung, in der sich der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
erstreckt, einheitlich ist. Infolgedessen strömt das Kühlmittel
auch aus den Durchlässen zwischen den Rippen in einer im
Wesentlichen gleichmäßigen Weise.
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Demzufolge
strömt das Kühlmittel in gleichmäßigerer
Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen, und die
Kühleffizienz steigt.
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Es
ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Kühlstruktur
für ein Wärme erzeugendes Bauteil so aufgebaut
ist, dass die Durchlässe zwischen den Rippen und der ausströmseitige
Kühlmittelsammelraum so miteinander verbunden sind, dass
eine Verbindung dazwischen mittels eines verengten Bereiches möglich
ist, der so beschaffen ist, dass er sich zumindest durch den Bereich
bzw. die Fläche hindurch erstreckt, in dem die Durchlässe
zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind, und der einen Strömungswiderstand
hat, der größer ist als der Strömungswiderstand
am ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum.
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Bei
diesem Aufbau ist es, da die Durchlässe zwischen den Rippen
und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum so
beschaffen sind, dass sie sich zumindest durch den Bereich hindurch
erstrecken, in dem die Durchgänge zwischen den Rippen in
einer Reihe angeordnet sind, möglich, dass eine angemessene
Menge (nicht zuviel, nicht zu wenig) von Kühlmittel bezüglich
der Richtung, in die sie sich erstrecken, verteilt wird. Auch strömt
das Kühlmittel das durch die Durchlässe zwischen
den Rippen geströmt ist, durch den verengten Bereich hindurch,
der einen Strömungswiderstand hat, der größer
ist als der Strömungswiderstand am ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum, hinaus in den ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum. Somit ist es möglich, dass
das Kühlmittel in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise
aus den Durchlässen zwischen den Rippen strömt.
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Infolgedessen
strömt das Kühlmittel in gleichmäßigerer
Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen, und die
Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme
erzeugenden Bauteils steigt sogar noch mehr.
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Weiter
ist es durch Vorsehen des verengten Bereichs auf der Einströmseite
und des verengten Bereichs auf der Ausströmseite und Ausgleichen
dieser verengten Bereiche möglich, die Strömung
des Kühlmittels, das durch die Durchlässe zwischen
den Rippen strömt, angemessen zu steuern.
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Es
ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Kühlstruktur
für das Wärme erzeugende Bauteil so aufgebaut
ist, dass zumindest einer, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
oder der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum,
als eine Kühleinheit fungiert, die ein zu kühlendes
Objekt abkühlt, das verschieden von dem Wärme
erzeugenden Bauteil ist.
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Bei
diesem Aufbau braucht, da zumindest einer, der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum oder der ausströmseitige
Kühlmittelsammelraum, als die Kühleinheit fungiert,
die ein zu kühlendes Objekt abkühlt, das verschieden
von dem Wärme erzeugenden Bauteil ist, keine separate Kühleinheit
vorhanden zu sein, um das zu kühlende Objekt abzukühlen. Weiter
ist es selbst in dem Fall, in dem eine separate Kühleinheit
vorhanden ist, möglich, den Grad der benötigten
Kühlleistung zu senken. Infolgedessen ist es möglich,
die Vorrichtung kleiner zu machen und die Kosten zu reduzieren.
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Weiter
ist es bevorzugt, die oben beschriebene Kühlstruktur für
ein Wärme erzeugendes Element so aufzubauen, dass, in einer
Draufsicht, gesehen von der Wärme abgebenden Oberfläche
zur gegenüberliegenden Oberfläche, ein Bereich,
in dem die Durchlässe zwischen den Rippen ausgebildet sind, zumindest
einen aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum überlappt.
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Wenn
der Bereich, in dem die Durchlässe zwischen den Rippen
ausgebildet sind, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum in
dieser Weise positioniert sind, ist es möglich, die Kühlstruktur
bezüglich ihrer Breitenrichtung kleiner zu machen.
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Weiter
ist es bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
auf einer Ebene positioniert sind, die die gleiche Ebene ist, auf
der ein Bereich positioniert ist, in dem die Durchlässe
zwischen den Rippen ausgebildet sind.
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Wenn
der Bereich, in dem die Durchlässe zwischen den Rippen
ausgebildet sind, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum in
einer solchen Weise positioniert sind, ist es möglich,
die Kühlstruktur bezüglich ihrer Höhenrichtung
kleiner zu machen.
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Weiter
ist es bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der eine Wärme
isolierende Einheit zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum und
dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum vorhanden
ist.
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Im
Allgemeinen ist die Temperatur von Kühlmittel, das in den
ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum ausströmt,
nachdem es Wärme mit einem Wärme erzeugenden Objekt
ausgetauscht hat, höher als die Temperatur von Kühlmittel,
das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
strömt, bevor es Wärme mit dem Wärme
erzeugenden Objekt ausgetauscht hat. Somit ist es bei der oben beschriebenen
Anordnung, bei der eine Wärme isolierende Einheit zwischen
dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum und
dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum vorhanden
ist, möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels
im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum durch
eine Wärmeübertragung vom ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum zum einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
er höht wird. Demzufolge ist es möglich, die Kühleffizienz zum
Abkühlen des Wärme erzeugenden Elements sogar
noch mehr zu erhöhen.
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Es
ist bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der, in einem Fall,
in dem sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
so aufgebaut sind, dass sie in der Lage sind, das zu kühlende
Objekt abzukühlen, das Niveau der Kühlleistung
des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum
Abkühlen des zu kühlenden Objekts höher
festgelegt ist, als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen
Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts.
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Bei
der oben beschriebenen Anordnung, bei der das Niveau der Kühlleistung
des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum
Abkühlen des zu kühlenden Objekts höher
festgelegt ist als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen
Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts,
ist es möglich, das Kühlen des zu kühlenden Objekts
durch den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
zu unterdrücken. Infolgedessen ist es möglich,
zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels in dem
einströmseitigen Kühlmittelsammelraum ansteigt.
Somit ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühleffizienz
zum Abkühlen des Wärme erzeugenden Bauteils gesenkt
wird, während das andere zu kühlende Objekt gekühlt
wird.
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Auch
ist es bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der die Wärme
abgebenden Rippen so ausgebildet sind, dass die Länge jeder
der Wärme abgebenden Rippen bezüglich der Richtung,
in der die Durchlässe zwischen den Rippen ausgebildet sind,
an einem Randbereich davon anders ist als die Länge in
einem Basisendbereich davon, und ein schräger Einströmbereich
in der Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen ausgebildet
sind, an einem Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen vorgesehen
ist, wobei der schräge Einströmbereich eine Endfläche
hat, die bezüglich der Richtung, in der die Wärme
abgebenden Rippen stehen, schräg ist.
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Bei
der oben beschriebenen Anordnung, bei der der Einströmbereich
zu den Durchlässen zwischen den Rippen in einem Winkel
bezüglich der Richtung ist, in der die Wärme abgebenden
Rippen stehen, ist es möglich, die Strömungsfläche
des Einströmbereichs größer zu machen
als in dem Fall, in dem der Einströmbereich senkrecht zu
der Richtung ist, in der die Wärme abgebenden Rippen stehen.
Infolgedessen ist es möglich, den Strömungswiderstand
am Einströmbereich zu den Durchlässen zwischen
den Rippen zu reduzieren. Somit ist es möglich, das Kühlmittel
dazu zu bringen, angemessen durch die Durchlässe zwischen
den Rippen zu strömen. Infolgedessen ist es möglich,
die Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme
erzeugenden Elements sogar noch mehr zu erhöhen.
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Ein
erster charakteristischer Aufbau der Antriebseinheit nach der vorliegenden
Erfindung ist, dass die Antriebseinheit enthält: einen
Elektromotor; ein Antriebseinheitsgehäuse, in dem der Elektromotor
untergebracht ist; einen Wechselrichter, der den Elektromotor steuert;
und die Kühlstruktur für das Wärme erzeugende
Bauteil, die eine der oben beschriebenen charakteristischen Bauformen
und Anordnungen hat, wobei der Wechselrichter als das Wärme
erzeugende Bauteil verwendet wird.
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Selbst
in dem Fall, in dem die Antriebseinheit, in die der Elektromotor
eingebaut ist, integral mit dem Wechselrichter ausgebildet ist,
ist eine der oben beschriebenen Kühlstrukturen für
ein Wärme erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden Erfindung
in der Antriebseinheit enthalten, wobei der Wechselrichter als das
Wärme erzeugende Bauteil verwendet wird. Somit kann die
Antriebseinheit die gleichen charakteristischen Bauformen erzielen
wie die charakteristischen Bauformen der Kühlstruktur für
das Wärme erzeugende Bauteil. Somit ist es möglich,
die Wärme vom Wechselrichter angemessen abzugeben und den
Wechselrichter thermisch zu schützen.
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Es
ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Antriebseinheit so aufgebaut
ist, dass das Antriebseinheitsgehäuse in Bezug auf die
Wärme abgebende Oberfläche auf der gegenüberliegenden
Oberflächenseite positioniert ist, und das Antriebseinheitsgehäuse
thermisch mit der gegenüberliegenden Oberfläche
verbunden ist.
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Bei
dem zweiten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Antriebseinheit
ist es, da das Antriebseinheitsgehäuse thermisch mit der
Wärme abgebenden Oberfläche verbunden ist, möglich, die
Wärme, die durch den Elektromotor und dergleichen im Antriebseinheitsgehäuse
erzeugt wird, über die Wärme abgebende Oberfläche
angemessen zur Kühlmittelseite abzugeben.
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Außerdem
ist es, in dem Fall, in dem das Antriebseinheitsgehäuse
thermisch mit der Wärme abgebenden Oberfläche
verbunden ist, wie oben beschrieben, dadurch, dass der Randbereich
jeder der Wärme abgebenden Rippen an die gegenüberliegende
Oberfläche angrenzt, möglich, das Niveau der Wärmeabgabeleistung
von der Wärme abgebenden Oberfläche zur Kühlmittelseite
zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Zeichnung, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelzirkulationspfades
in einer Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes
Bauteil zeigt.
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2 ist
ein Querschnitt eines schematischen Aufbaus einer Antriebseinheit,
die die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes
Bauteil enthält.
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3 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums
zeigt.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Beschaffenheit des Kühlmittelraums
zeigt.
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5 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit von Kühlmittelsammelräumen
zeigt.
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6 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit von Durchlässen
zwischen den Rippen zeigt.
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7 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums
nach einer anderen Ausführungsform zeigt.
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8 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums
nach einer weiteren anderen Ausführungsform zeigt.
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9 ist
ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums
nach einer weiteren anderen Ausführungsform zeigt.
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BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
einer Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes
Bauteil und eine Antriebseinheit, die die Kühlstruktur
für ein Wärme erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden
Erfindung enthält, werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erklärt.
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Wie
in 2 gezeigt, enthält eine Antriebseinheit
nach der vorliegenden Erfindung (im Folgenden als „die
Antriebseinheit” bezeichnet) einen Elektromotor 1,
ein Antriebseinheitsgehäuse 2, in dem der Elektromotor 1 untergebracht
ist, und einen Wechselrichter 3, der den Elektromotor 1 steuert.
Die Antriebseinheit verwendet eine Kühlstruktur 50 für ein Wärme
erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden Erfindung (im Folgenden
als „die Kühlstruktur 50” bezeichnet).
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Die
Antriebseinheit kann als eine Antriebseinheit dienen, die in einem
Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder dergleichen verwendet
wird. Im Antriebseinheitsgehäuse 2 sind ein Motor
und/oder ein Generator untergebracht, die als der Elektromotor 1 dienen,
sowie Hilfsmechanismen wie eine Differenzialvorrichtung und ein
Vorgelegeradmechanismus.
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Der
detaillierte Aufbau der Kühlstruktur 50 wird später
erklärt. Wie in 1 gezeigt, ist die Kühlstruktur 50 so
aufgebaut, dass die Wärme, die durch die Wärme
erzeugenden Bauteile, wie den Wechselrichter 3 und den
Elektromotor 1, erzeugt wird, an ein Kühlmittel
abgegeben wird, das in einem Kühlmittelzirkulationspfad 4 zu
und von einem Kühler 42 zirkuliert und dadurch
die Wärme erzeugenden Bauteile thermisch schützt.
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Der
Wechselrichter 3 bezeichnet ein Leistungsmodul, das einen
Schalttransistor, Hilfsschaltungselemente und ein Schaltungssubstrat
enthält, auf dem der Schalttransistor und die Schaltungselemente
vorhanden sind. Durch einen Schaltvorgang wandelt der Schalttransistor
einen Gleichstrom von einer Batteriestromquelle in einen Wechselstrom
um (einen Dreiphasenwechselstrom, wenn der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstromelektromotor
ist).
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Der
Wechselrichter 3 ist auf der Oberseite einer Wärmesenke 53 angeordnet,
die integral mit dem Substrat des Wechselrichters 3 bereitgestellt
ist, indem sie am Substrat selbst oder über ein anderes Bauteil
an dem Substrat befestigt ist. Die Wärmesenke 53 ist
an dem Bodenbereich eines Wechselrichtergehäuses 7 angebracht,
in dem der Wechselrichter 3 untergebracht ist. Die Unterseite
der Wärmesenke 53 dient als eine Wärme
abgebende Fläche 53a, die thermisch mit dem Wechselrichter 3 verbunden
ist.
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Das
Wechselrichtergehäuse 7 ist so aufgebaut, dass
es den Wechselrichter 3 vor Regen, Wasser oder Staub schützt,
während der Wechselrichter 3 darin untergebracht
ist.
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Der
Elektromotor 1 ist im Antriebseinheitsgehäuse 2 untergebracht.
Ein Abstandshalter 6 ist an der Oberseite des Antriebsgehäuses 2 vorhanden. Der
Abstandshalter 6 hat an seiner Oberseite eine gegenüberliegende
Oberfläche 6a, die gegenüber der Wärme
abgebenden Oberfläche 53a positioniert ist und
auch thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden ist.
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Um
genauer zu sein, ist ein rechteckiger ausgesparter Bereich auf der
Oberseite des Abstandshalters 6 ausgebildet, so dass ein
Kühlmittelraum R (der später erklärt
wird) zwischen dem Abstandshalter 6 und der Unterseite
der Wärmesenke 53 ausgebildet ist (d. h., der
Wärme abgebenden Oberfläche 53a), während
die Wärmesenke 53 auf der Oberseite des Abstandshalters 6 installiert
ist. Die Bodenfläche des ausgesparten Bereichs dient als
die gegenüberliegende Oberfläche 6a.
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Auch
sind, wie in 3 und 4 gezeigt, ein
ausgesparter Bereich 61 und ein ausgesparter Bereich 62 so
auf der Unterseite des Abstandshalters 6 (d. h., auf der
Fläche, die gegenüber dem Antriebseinheitsgehäuse 2 positioniert
ist) ausgebildet, dass sie parallel zueinander positioniert sind.
Zusammen mit der Oberseite des Antriebsgehäuses 2 bildet
der ausgesparte Bereich 61 einen einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri, wohingegen der ausgesparte Bereich 62 einen
ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro bildet.
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Bei
der vorliegenden Anmeldung ist, wenn es heißt „die
Wärme abgebende Oberfläche 53a und die gegenüberliegende
Oberfläche 6a sind thermisch mit dem Wechselrichter 3 bzw.
mit dem Elektromotor 1 verbunden”, gemeint, dass
die Wärme, die vom Wechselrichter 3 und dem Elektromotor 1 erzeugt wird,
entweder direkt oder indirekt auf die Wärme abgebende Oberfläche 53a bzw.
die gegenüberliegende Oberfläche 6a übertragen
wird.
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Wie
in 2 gezeigt, ist bei der Kühlstruktur 50 der
Kühlmittelraum R zwischen der Wärme abgebenden
Oberfläche 53a der Wärmesenke 53 und
der gegenüberliegenden Oberfläche 6a des
Abstandshalters 6 ausgebildet, und eine Mehrzahl an Wärme abgebenden
Rippen 56 sind so in dem Kühlmittelraum R vorhanden,
dass sie parallel zueinander positioniert sind und von der Wärme
abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden
Oberfläche 6a hervorstehen, und ein Durchlass
zwischen den Rippen Rp, durch den das Kühlmittel strömt,
ist zwischen je zwei der Mehrzahl von Wärme abgebenden
Rippen 56, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet.
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Um
sicherzustellen, dass eine ausreichende Fläche für
den Wärmeaustausch vorhanden ist, ist jede aus der Mehrzahl
der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet,
dass sie sich in den Kühlmittelraum R von der Wärme
abgebenden Oberfläche 5a auf der Seite der Wärmesenke 53 zu
der gegenüberliegenden Oberfläche 6a des
Abstandshalters 6 erstreckt, so dass sie den Kühlmittelraum
R in der Richtung seiner Dicke durchquert.
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Die
Wärme abgebenden Rippen 56 sind durch Schneiden
bzw. Abtragen und Anheben der unteren Fläche der Wärmesenke 53 ausgebildet.
Somit ist die Wärme abgebende Oberfläche 53a nahe an
der Seite des Wechselrichters 3 positioniert. Auch wenn
die Wärme abgebenden Rippen 56 stehend ausgebildet
sind, die Bereiche, die zum Stehen auf der Ebene, von der sich die
Wärme abgebenden Rippen erheben, ausgebildet sind, ist
die Länge des Rand- bzw. Kantenbereichs jeder der Wärme
abgebenden Rippen 56 kürzer als die Länge
des Basisendbereichs (in der Richtung von links nach rechts in 3),
wie in 3 gezeigt. Die Endfläche Re (d. h., die
Endfläche, die nahe an einem verengten Bereich Rs positioniert
ist) jedes Durchlasses Rp zwischen den Rippen ist bezüglich
der Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen 56 stehen,
geneigt.
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Weiter
ist, wie in 3 und 4 gezeigt, ein
einströmseitiger Kühlmittelsammelraum Ri durch den
ausgesparten Bereich 61 des Abstandshalters 6 und
die Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 so
ausgebildet, dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die
Durchlässe Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet
sind. Ein ausströmseitiger Kühlmittelsammelraum
Ro ist so durch den ausgesparten Bereich 62 des Abstandshalters 6 und
die Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 ausgebildet,
dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind.
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Auch
sind, wie in 3 und 6 gezeigt, der
einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und die
Enden der Durchlässe Rp zwischen den Rippen auf einer Seite
so miteinander verbunden, dass eine Verbindung dazwischen möglich
ist, mittels des verengten Bereiches Rs, der so beschaffen ist,
dass er sich durch die Fläche erstreckt, in der die Durchlässe Rp
zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind. Der ausströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ro und die Enden der Durchlässe
Rp zwischen den Rippen auf der anderen Seite sind so miteinander
verbunden, dass eine Verbindung dazwischen möglich ist,
mittels des verengten Bereiches Rs, der so beschaffen ist, dass
er sich durch die Fläche erstreckt, in der die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind.
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In
dieser Situation sind die Größe und die Formen
des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri,
des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro
und der verengten Bereiche Rs so angeordnet, dass der Strömungswiderstand
an jedem der verengten Bereiche Rs größer ist
als der Strömungswiderstand an dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro. Jeder der verengten Bereiche Rs ist
so ausgebildet, dass er im Wesentlichen die gleiche Breite durch
die gesamte Fläche hat, in der sich der verengte Bereich
Rs erstreckt.
-
Beispielsweise
ist es möglich, dafür zu sorgen, dass der Strömungswiderstand
an jedem der verengten Bereiche Rs größer ist
als der Strömungswiderstand am einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und am ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro, indem die folgenden Bauformen
verwendet werden: die Länge der Fläche, in der
die Durchlässe Rp in der Reihe angeordnet sind: 70 Millimeter;
die Länge jedes der Durchlässe Rp zwischen den
Rippen in der Erstreckungsrichtung: 200 Millimeter; die gesamte
Strömungsfläche der Durchlässe Rp zwischen
den Rippen, die in einer Reihe angeordnet sind: 1000 Quadratmillimeter
(wenn die Fläche der Wärme abgebenden Rippen ausgenommen
ist); die Kapazität des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ro: jeweils 1,0 Liter; die Länge des einströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ro in der Erstreckungsrichtung: jeweils
200 Millimeter; die Strömungsfläche des einströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ro: jeweils 400 Quadratmillimeter; und
die Strömungsfläche der verengten Bereiche Rs: jeweils
500 Quadratmillimeter. Diese Werte sind nur Beispiele und die vorliegende
Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
-
Weiter
sind, wie in 3 und 4 gezeigt, der
einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und der
ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro unter der
Fläche bzw. dem Bereich positioniert, in der die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind. Die verengten Bereiche
Rs sind so beschaffen, dass sie sich so über die Oberseiten
(die Seiten, die gegenüber dem Antriebseinheitsgehäuse 2 positioniert
sind) der Sammelräume Ro und Ri erstrecken, dass sie die
Sammelräume Ro und Ri und die Durchlässe Rp zwischen
den Rippen so miteinander verbinden, dass die Verbindung zwischen
ihnen möglich ist.
-
Ein
Dichtungsbauteil (in der Zeichnung nicht gezeigt), das den einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro luftdicht abdichtet, ist, wenn
nötig, zwischen der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 und
der Unterseite des Abstandshalters 6 vorhanden. Auch ein
anderes Dichtungsbauteil (in der Zeichnung nicht gezeigt), das den
Kühlmittelraum R von dessen Außenseite luftdicht
abdichtet, ist, wenn nötig, zwischen der Unterseite des
Abstandshalters 6 und der Unterseite des Wechselrichtergehäuses 5 vorhanden.
-
Außerdem
sind, wie in 1 und 4 gezeigt,
eine einströmseitige Öffnung 51 und eine
ausströmseitige Öffnung 52 mit einem
seitlichen Endbereich auf einer Seite des Abstandshalters 6 verbunden,
während sie parallel zueinander positioniert sind. Die
einströmseitige Öffnung 51 ist so ausgebildet,
dass das Kühlmittel in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri strömen kann, während die ausströmseitige Öffnung 52 so
ausgebildet ist, dass das Kühlmittel aus dem ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro strömen kann.
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Weiter
wird, wie in 3 und 6 gezeigt, der
Wechselrichter 3 über die Wärme abgebende Oberfläche 53a abgekühlt,
da das Kühlmittel, das dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri durch eine Kühlmittelpumpe 41 zugeführt
wurde, die in dem Kühlmittelzirkulationspfad (der später
erklärt wird) vorhanden ist, über den verengten
Bereich Rs durch die Mehrzahl an Durchlässen Rp zwischen
den Rippen strömt, die parallel zueinander angeordnet sind.
Nach dem Abkühlen des Wechselrichters 3 strömt
das Kühlmittel durch den verengten Bereich Rs hinaus in
den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro.
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Bei
den oben beschriebenen Anordnungen strömt das Kühlmittel,
das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri geströmt ist, in einer im Wesentlichen gleichförmigen
Weise in die Durchlässe zwischen den Rippen, durch die
gesamte Fläche des verengten Bereichs Rs, und strömt
in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise aus
den Durchlässen Rp zwischen den Rippen.
-
Weiter
strömt, wie oben beschrieben, da der verengte Bereich Rs
so beschaffen ist, dass er sich über dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt, das Kühlmittel
in die Durchlässe Rp zwischen den Rippen, nachdem der gesamte
Raum des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ri mit dem Kühlmittel gefüllt ist. Infolgedessen
ist es möglich, die Strömungsmenge des Kühlmittels
in der Richtung, in der sich der verengte Bereich erstreckt, zu
Vereinheitlichen. Demzufolge ist es auch möglich, dass
das Kühlmittel in gleichmäßiger Weise
durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt.
Außerdem ist es, da der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro
unter dem verengten Bereich Rs positioniert ist, möglich,
zu verhindern, dass das Kühlmittel in der entgegengesetzten
Richtung strömt.
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Weiter
bildet, wie in 3 gezeigt, die Oberseite des
Antriebsgehäuses 2 einen Teil des einströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ri und einen Teil des ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ro. Somit wird der Elektromotor 1 über
das Antriebsgehäuse 2 durch das Kühlmittel,
das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro geströmt ist, und das Kühlmittel, das aus den
Durchlässen Rp zwischen den Rippen in den ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro geströmt ist, abgekühlt.
Mit anderen Worten fungieren der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ri und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro als eine Kühleinheit für den Elektromotor 1.
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Auch
sind, wie in 3 und 5 gezeigt, Rippen 21 an
Positionen des Antriebseinheitsgehäuses, die den ausgesparten
Bereichen 61 und 62 gegenüberliegen,
so beschaffen, dass die Rippen zu dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro hin hervorstehen. Bei dieser Anordnung
wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert.
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Außerdem
sind der Kühlmittelraum R und der Elektromotor 1 über
die gegenüberliegende Oberfläche 6a und
den Abstandshalter 6 thermisch miteinander verbunden. Somit
wird auch der Elektromotor 1 durch das Kühlmittel
gekühlt, das durch die Durchlässe Rp zwischen
den Rippen strömt.
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Weiter
sind, wie in 6 gezeigt, die einströmseitige Öffnung 51 und
der verengte Bereich Rs so positioniert, dass, in einer Draufsicht
von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu
der gegenüberliegenden Oberfläche 6a hin
gesehen, die Richtung, in der das Kühlmittel von der einströmseitigen Öffnung 51 in
den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri strömt,
nicht die Richtung überlappt, in der das Kühlmittel
aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri in den verengten Bereich Rs strömt. Mit anderen Worten
sind die Öffnung der ausströmseitigen Öffnung 51 und
die Öffnung des verengten Bereichs Rs so angeordnet, dass
sie einander nicht gegenüberliegen. Ähnlich ist
die Lagebeziehung zwischen der ausströmseitigen Öffnung 52 und
dem verengten Bereich Rs in der gleichen Weise angeordnet.
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Bei
der Anordnung, in der die einströmseitige Öffnung 51 und
der verengte Bereich Rs wie oben beschrieben positioniert sind,
wird das Kühlmittel, das in die einströmseitige Öffnung 51 geströmt
ist, daran gehindert, nur in einen Teil des verengten Bereichs Rs
zu strömen. Somit ist es möglich, die Menge des
Kühlmittels, das durch die Durchlässe Rp zwischen
den Rippen strömt, weiter zu Vereinheitlichen.
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Als
nächstes wird der Kühlmittelzirkulationspfad 4,
mit dem der Kühlmittelraum R verbunden ist, unter Bezugnahme
auf 1 weiter im Detail beschrieben.
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Der
Kühlmittelzirkulationspfad 4 wird dazu verwendet,
eine Art von Kühlmittel durch den Kühlraum R zirkulieren
zu lassen, der zwischen der Wärmesenke 53 und
dem Antriebseinheitsgehäuse 2 vorhanden ist. Der
Kühlmittelzirkulationspfad 4 wird aus der Kühlmittelpumpe 41,
die als eine Pumpendruckquelle dient, einem Kühler 42,
der als ein Wärmetauscher dient, und Strömungspfaden 43, 44 und 45,
die diese Elemente miteinander verbinden, gebildet.
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Die
Hilfseinrichtungen für die Kühlmittelpumpe 41,
wie z. B. ein Antriebsmotor, sind in der Zeichnung weggelassen.
Ein auslassseitiger Strömungspfad 43 der Kühlmittelpumpe 41,
der als ein Startpunkt des Kühlmittelzirkulationspfades 4 dient,
ist mit der einströmseitigen Öffnung 51 auf
der Eingangsseite des Kühlmittelraums R verbunden. Die
ausströmseitige Öffnung 52 auf der Ausgangsseite
des Kühlmittelraums R ist mit der Eingangsseite des Kühlers 42 über
einen Rückströmungspfad 44 verbunden. Die
Ausgangsseite des Kühlers 42 ist mit einem einlassseitigen
Strömungspfad 45 der Kühlmittelpumpe 41 verbunden.
Somit wird beim Kühlmittelzirkulationspfad 4 das
Kühlmittel, wie z. B. Kühlwasser, von der Kühlmittelpumpe 41 hinausgepumpt
und wird dann erwärmt, während es durch die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen strömt, die im Kühlmittelraum
R ausgebildet sind, und die Wärme von dem Modul im Wechselrichter 3 und
die Wärme von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 absorbiert.
Danach wird das Kühlmittel über den Rückströmungspfad 44 in
den Kühler geleitet und abgekühlt, wenn die Wärme
in die Luft abgegeben wird. Anschließend wird das Kühlmittel
in die Kühlmittelpumpe 41 zurückgeleitet,
und somit ein Zirkulationszyklus abgeschlossen. Das Kühlmittel wiederholt
diese Zirkulation.
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Es
ist eine andere Ausführungsform akzeptabel, bei der beispielsweise
ein Abschnitt des Kühlmittelzirkulationspfades 4,
der dem Rückströmungspfad 44 entspricht,
als ein Strömungspfad dient, der zum weiteren Kühlen
durch das Antriebseinheitsgehäuse 2 verläuft.
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ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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- (1) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird
das Beispiel beschrieben, bei dem, in einer Draufsicht von der Wärme
abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche
hin gesehen, der Bereich, in dem die Durchlässe Rp zwischen
den Rippen ausgebildet sind, so gebildet ist, dass er den einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro teilweise überlappt. Allerdings
ist die Lagebeziehung zwischen dem Bereich, in dem die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind, und dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro nicht auf das oben beschriebene
Beispiel beschränkt. Die Lagebeziehung kann, wie benötigt,
modifiziert werden.
-
Beispielsweise
ist, wie in 7 gezeigt, eine Anordnung akzeptabel,
bei der der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ri und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro auf einer Ebene positioniert sind, die die gleiche Ebene ist,
auf der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind.
Durch Positionieren des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ro auf diese Weise, ist es möglich, die Kühlstruktur 50 vorzusehen,
die in ihrer Höhenrichtung einen kompakten Aufbau hat.
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Als
ein weiteres Beispiel ist, wie in 8 gezeigt,
eine Anordnung akzeptabel, bei der, in einer Draufsicht von der
Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden
Oberfläche gesehen, der Bereich, in dem die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind, den einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro vollständig überlappt. Durch Positionieren
des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri
und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ro auf diese Weise, ist es möglich, die Kühlstruktur 50 vorzusehen,
die bezüglich ihrer Breitenrichtung einen kompakten Aufbau
hat.
- (2) In dem Fall, in dem, wie oben beschrieben,
sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri
als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro so aufgebaut sind, dass sie das zu kühlende Objekt (d.
h., den Elektromotor 1), das von dem zu erwärmenden
Objekt (d. h., der Wechselrichter 3) verschieden ist, abkühlen
können, ist es wünschenswert, eine Anordnung zu haben,
bei der das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ro zum Abkühlen des zu kühlenden
Objekts höher ist als das Niveau der Kühlleistung
des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri
zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts. Bei dieser
Anordnung ist es möglich, das Kühlen des zu kühlenden
Objekts mittels des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums
Ri zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur
des Kühlmittels im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri am Ansteigen zu hindern. Demzufolge ist es möglich,
zu verhindern, dass die Kühleffizienz zum Abkühlen des
Erwärmungsobjekts abnimmt.
-
Genauer
kann, wie beispielsweise in 8 gezeigt,
die Anzahl von Rippen 21, die von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 in
den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro vorstehen,
größer festgelegt sein als die Anzahl der Rippen 21,
die von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri vorstehen. Durch Festlegen der Anzahl an Rippen 21 auf
diese Weise ist es möglich, sicherzustellen, dass die Wärmeübertragungsfläche
zwischen dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro und dem Antriebseinheitsgehäuse 2 größer
ist als die Wärmeübertragungsfläche zwischen
dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und
dem Antriebseinheitsgehäuse 2. Infolgedessen ist
das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraums Ro zum Abkühlen des Kühlobjekts
höher festgesetzt als das Niveau der Kühlleistung
des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri
zum Abkühlen des Kühlobjekts.
-
Weiter
ist, wie beispielsweise in 9 gezeigt,
die Fläche der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2,
die in Berührung mit dem Kühlmittel im ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro ist, größer festgesetzt
als die Fläche der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2,
die in Berührung mit dem Kühlmittel in dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri ist, und auch die Anzahl von Rippen 21 in
dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro ist
größer festgesetzt als die Anzahl von Rippen in dem
einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri. Bei dieser
Anordnung ist auch die Wärmeübertragungsfläche
zwischen dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro und dem Antriebseinheitsgehäuse 2 größer
als die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem
einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem
Antriebseinheitsgehäuse 2. Infolgedessen ist das
Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro zum Abkühlen des Kühlobjekts höher
festgelegt.
- (3) Bei der oben beschriebenen
Ausführungsform ist das Beispiel erklärt, bei
dem sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ri als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro thermisch so mit dem Elektromotor 1 verbunden sind,
dass sie in der Lage sind, den Elektromotor 1 zu kühlen.
Allerdings ist auch eine andere Anordnung akzeptabel, bei der nur
einer aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro so aufgebaut ist, dass er in der Lage ist, den Elektromotor 1 abzukühlen.
In diesem Fall kann der andere Kühlmittelsammelraum so
positioniert sein, dass er nicht thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden
ist. Beispielsweise kann der andere Kühlmittelsammelraum
auf der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 positioniert
sein, während ein Wärme isolierendes Bauteil dazwischen
angeordnet ist, oder kann so positioniert sein, dass er einen Abstand
von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 hat.
-
Weiter
ist eine andere Anordnung akzeptabel, bei der weder der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ri noch der ausströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ro thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden
sind, so dass der Elektromotor 1 von keinem aus dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ro abgekühlt wird.
- (4) Weiter ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform
eine Anordnung akzeptabel, bei der eine Wärme isolierende
Einheit 63 zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro vorgesehen ist, wie in 8 und 9 gezeigt. Bei
dieser Anordnung ist es möglich, zu verhindern, dass die
Temperatur des Kühlmittels in dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri durch eine Wärmeübertragung
vom ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro zu
dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri erhöht
wird. Infolgedessen ist es möglich, die Kühleffizienz
sogar noch weiter zu erhöhen.
- (5) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind
der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und
die einströmseitige Öffnung 51 so positioniert,
dass die Richtung, in der sich der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ri erstreckt, mit der Richtung übereinstimmt, in der sich
die einströmseitige Öffnung 51 erstreckt.
Allerdings ist die Lagebeziehung zwischen dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri und der einströmseitigen Öffnung 51 nicht
auf das in der Ausführungsform beschriebene Beispiel beschränkt.
Es ist akzeptabel, die Lagebeziehung, wie benötigt, zu
modifizieren. Beispielsweise ist eine andere Anordnung akzeptabel,
bei der die einströmseitige Öffnung 51 in
einer Richtung vorhanden ist, die senkrecht zu der Richtung ist,
in der sich der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ri erstreckt, oder bei der die einströmseitige Öffnung 51 über oder
unter dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ri vorhanden ist.
-
Auch
ist es, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform erklärt,
bevorzugt, dass die Lagebeziehung zwischen der einströmseitigen Öffnung 51 und
dem verengten Bereich Rs so angeordnet ist, dass die Öffnung
der ausströmseitigen Öffnung 51 und die Öffnung
des verengten Bereichs Rs einander nicht gegenüberliegen.
Allerdings muss die Lagebeziehung nicht unbedingt auf diese Weise
angeordnet sein. Selbst in einem Fall, in dem die Öffnung
der ausströmseitigen Öffnung 51 und die Öffnung
des verengten Bereichs Rs so angeordnet sind, dass sie einander
gegenüberliegen, verteilt sich, da der Strömungswiderstand
an dem verengten Bereich Rs so festgelegt ist, dass er größer
ist als der Strömungswiderstand an dem einströmseitigen
Kühlmittelsammelraum Ri, das Kühlmittel über
die gesamte Länge, über die sich der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt. Somit ist es möglich,
die Menge des Kühlmittels, das durch die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen strömt, im Wesentlichen einheitlich
zu machen.
-
Obwohl
die Lagebeziehung zwischen der einströmseitigen Öffnung 51 und
dem verengten Bereich Rs oben als ein Beispiel erklärt
wird, ist es möglich, das gleiche auf die Lagebeziehung
zwischen der ausströmseitigen Öffnung 52 und
dem verengten Bereich Rp anzuwenden.
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Wie
oben erklärt ist es, unabhängig von den Positionen,
an denen die einströmseitige Öffnung 51 und
die ausströmseitige Öffnung 52 vorhanden
sind, möglich, den Strömungszustand des Kühlmittels,
das durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt,
einheitlich zu halten. Somit ist es, abhängig von dem Lagezustand
der zu installierenden Kühlstruktur 50, möglich,
die Positionen, an denen die einströmseitige Öffnung 51 und
die ausströmseitige Öffnung 52 vorhanden
sind, wie benötigt, zu bestimmen. Demzufolge steigt der
Grad der Freiheit in Bezug auf die Gestaltung der Vorrichtung.
- (6) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird
das Beispiel erklärt, in dem der einströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ri und der verengte Bereich Rs auf
der Einströmseite sowie der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro und der verengte Bereich Rs auf der Ausströmseite vorhanden
sind. Allerdings ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der ausströmseitige
Kühlmittelsammelraum Ro und der verengte Bereich Rs auf der
Ausströmseite vorhanden sind. Es ist akzeptabel, den Aufbau,
wie benötigt, zu modifizieren. Beispielsweise ist ein Aufbau
akzeptabel, bei dem der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum
Ro und der verengte Bereich Rs auf der Ausströmseite nicht
vorhanden sind, oder ein Aufbau, bei dem die Durchlässe
Rp zwischen den Rippen mit dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum
Ro so verbunden sind, dass eine Verbindung dazwischen möglich
ist, ohne dass sich der verengte Bereich Rs dazwischen befindet.
-
Weiter
ist es, in Bezug auf die Beziehung zwischen der Reduzierung der
Fläche des verengten Bereichs Rs auf der Einströmseite
und der Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs Rs
auf der Ausströmseite, möglich, sicherzustellen,
dass das Kühlmittel gleichmäßig strömt,
indem die Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs
Rs auf der Ausströmseite so festgelegt ist, dass sie geringer
ist als die Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs
Rs auf der Einströmseite.
- (7) In der
oben beschriebenen Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben,
bei dem die Kühlstruktur 50 durch Anordnen des
Abstandshalters 6 und der Wärmesenke 53 auf
der oberen Fläche bzw. Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 aufgebaut
ist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel
beschränkt, und auch andere Bauformen sind akzeptabel.
Beispielsweise ist es akzeptabel, die Kühlstruktur 50 integral
mit den anderen Elementen auszubilden.
- (8) In der oben beschriebenen Ausführungsform sind
die Wärme abgebenden Rippen 56 durch Schneiden
und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der
Wärmesenke 53 so ausgebildet, dass sie von der
Wärme abgebenden Oberfläche 53a hervorstehen.
Allerdings ist es akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen
durch Verwendung anderer Verfahren auszubilden. Beispielsweise ist
es akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen, die separat
hergestellt wurden, auf die Wärme abgebende Oberfläche
zu schweißen. Alternativ ist es auch akzeptabel, die Wärme abgebenden
Rippen unter Verwendung einer Form integral zusammen mit der Wärmesenke auszubilden.
- (9) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die
Kühlstruktur 50 so aufgebaut, dass sie die Wärme
erzeugenden Bauteile thermisch schützt, indem sie die Wärme,
die durch die Wärme erzeugenden Bauteile, wie den Wechselrichter 3 und den
Elektromotor 1, die in der Antriebseinheit enthalten sind,
erzeugt wurde, an das Kühlmittel abgibt. Allerdings ist
eine andere Anordnung akzeptabel, bei der die Kühlstruktur
so aufgebaut ist, dass die Wärme, die von einem Wechselrichter oder
anderen elektronischen Teilen in einer anderen Vorrichtung erzeugt
wurde, an das Kühlmittel abgegeben wird.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil
und die Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung können
effektiv als eine Kühlstruktur für ein Wärme
erzeugendes Bauteil verwendet werden, die ein hohes Niveau an Wärmeabgabeleistung hat,
und eine Antriebseinheit, die eine solche Kühlstruktur
für ein Wärme erzeugendes Bauteil enthält, und
deshalb in der Lage ist, als eine Vorrichtung zu dienen, die kompakt
und energiesparend ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes
Bauteil und eine Antriebseinheit, die die Kühlstruktur
enthält, sind vorgesehen. Bei der Kühlstruktur
ist ein Kühlmittelraum (R) zwischen einer Wärme abgebenden
Oberfläche (53a), die thermisch mit einem Wärme
erzeugenden Bauteil verbunden ist, und einer gegenüberliegenden
Oberfläche (6a), die gegenüber der Wärme
abgebenden Oberfläche (53a) positioniert ist,
ausgebildet. Wärme abgebende Rippen (56) sind
so beschaffen, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche
(53a) zur gegenüberliegenden Oberfläche
(6a) hin hervorstehen. Ein Durchlass (Rp) zwischen den
Rippen, durch den ein Kühlmittel strömt, ist zwischen
je zwei der Wärme abgebenden Rippen (56), die
nebeneinander positioniert sind, ausgebildet. Die Kühlstruktur
enthält einen einströmseitigen Kühlmittelsammelraum
(Ri), der so beschaffen ist, dass er sich in der Richtung erstreckt,
in der die Durchlässe zwischen den Rippen (56)
in einer Reihe angeordnet sind, so dass der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
(Ri) mit Enden der Durchlässe (56) auf einer Seite
so verbunden ist, dass eine Verbindung dazwischen möglich
ist. Die Durchlässe (Rp) zwischen den Rippen und der einströmseitige Kühlmittelsammelraum
(Ri) sind so miteinander verbunden, dass eine Verbindung dazwischen
mittels eines verengten Bereiches (Rs) möglich ist, der
so beschaffen ist, dass er sich zumindest durch den Bereich hindurch
erstreckt, in dem die Durchlässe zwischen den Rippen (Rp)
in einer Reihe angeordnet sind. Der verengte Bereich (Rs) hat einen
Strömungswiderstand, der größer ist als
der im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/025807 [0006]
- - JP 2001-35981 A [0006]