DE112011105452T5

DE112011105452T5 - Kühlvorrichtung und motorintegrierte Spannungsformer-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112011105452T5
Application number: DE112011105452.1T
Authority: DE
Inventors: Yasushige Mukunoki; Takaharu Suzuki; Hidehito Yamauchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2014-04-17
Also published as: US20140125164A1; JPWO2013011557A1; JP5683704B2; WO2013011557A1; CN103636298B; US9647509B2; CN103636298A

Abstract

Eine Fläche einer Platte (102) mit einer vorab festgelegten Dicke wird als Kühlfläche (101) verwendet. Ein Paar von Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt (111, 112) ist auf der einen Endfläche (102a) vorgesehen. Folgende Komponenten sind auf einer Fläche ausgebildet, die der Kühlfläche (101) gegenüberliegt: Erste und zweite Kühlmittel-Strömungswege (131, 132); ein Kühlmittel-Verzweigungspfad (121), der mit dem Kühlmittel-Eintritt (111) in Verbindung steht und zum Aufteilen eines Kühlmittels verwendet wird, so dass es in die Kühlmittel-Strömungswege (131, 132) hineinfließt; und ein Kühlmittel-Vereinigungspfad (122), bei welchem sich die Kühlmittel vereinigen, die ausgehend von den Austritten der Kühlmittel-Strömungswege (131, 132) fließen. Das Kühlmittel, das im Uhrzeigersinn durch den ersten Kühlmittel-Strömungsweg (131) fließt, fließt durch einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg (123), der derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise den ersten Kühlmittel-Strömungsweg (131) kreuzt, so dass das Kühlmittel, das im Uhrzeigersinn durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg (132) fließt, und das Kühlmittel, das durch den ersten Kühlmittel-Strömungsweg (131) fließt, in den Kühlmittel-Vereinigungspfad (122) hineinfließen. Dadurch werden Druckverluste vermieden, eine hohe Kühlleistung wird erhalten, und es kann eine Vereinfachung eines Kühlsystems, das eine Kühlmittelleitung und dergleichen aufweist, erreicht werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung sowie eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung, welche eine solche Kühlvorrichtung aufweist. Sie betrifft insbesondere eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Flüssigkeit, die als Kühlmittel (z. B. Wasser) dient, das innerhalb der Kühlvorrichtung fließt, und eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung, die eine derartige Kühlvorrichtung verwendet.
Stand der Technik
Bei einer Halbleitereinrichtung zur Spannungsumformung oder einem Halbleitermodul zur Spannungsumformung treten bei der Beaufschlagung mit Strom große thermische Verluste auf. Daher ist als Kühlvorrichtung eine Kühlvorrichtung vom Flüssigkeits-Kühlungstyp bekannt, welche ein Kühlmittel mit Zwangsführung dazu veranlasst, von außen hereinzufließen, und es sind verschiedenartige Muster für die Kühlmittel-Strömungswege bekannt.
Beispielsweise weist eine Kühlvorrichtung für eine Halbleitervorrichtung, wie sie im Patentdokument 1 offenbart ist, Folgendes auf: eine untere Kühleinheit mit einem Bereich eines Vorwärtszweigs, der in einer Wirbelform oder Schleifenform, ausgehend von dem Kühlwassereinlass zu einem mittleren Bereich ausgebildet ist, und mit einem Bereich eines Rückführungszweigs, der an den Bereich des Vorwärtszweigs angrenzt und von dem Bereich des Vorwärtszweigs zum Ausgang für das Kühlwasser rückführend verläuft. Ein oberer Bereich der unteren Kühleinheit ist von einer oberen Kühleinheit bedeckt, so dass eine Kühlvorrichtung erhalten wird, welche eine gleichmäßige Kühlung über die gesamte Kühlvorrichtung hinweg durchführen kann.
Außerdem ist bei der Kühlvorrichtung für eine elektrische Komponente, wie sie im Patentdokument 2 gezeigt ist, ein wirbelförmiger oder schleifenförmiger Strömungsweg in eine Vielzahl von Pfaden unterteilt, so dass sich eine Verbesserung der Kühlleistung ergibt.
Außerdem weist eine Kühlvorrichtung für ein elektronisches Gerät, wie sie im Patentdokument 3 gezeigt ist, mehrere Strömungswege auf, die in einer Kühlplatte angeordnet sind, durch welche Kühlmedien in Richtungen fließen, die einander entgegengesetzt sind, so dass eine gleichmäßige Kühlung erreicht wird.
In der motorintegrierten Wechselrichter-Vorrichtung, die in dem Patentdokument 4 gezeigt ist, ist ein rückseitiges Gestell mit einem daran ausgebildeten Kühlwasserpfad zwischen einem Elektromotor und einem Wechselrichter angeordnet, so dass sich eine motorintegrierte Wechselrichter-Vorrichtung mit vereinfachter Verdrahtung ergibt.
Liste der Anführungen
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische geprüfte Patent-Veröffentlichung Nr. 7-112034
Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 8-97 337 A
Patentdokument 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 59-193 053 A
Patentdokument 4: Japanische Patent-Veröffentlichung Nr. 3 975 162

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
In den letzten Jahren wird als Teil eines Lösungsversuchs der Umweltprobleme die Vermarktung von elektrischen Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV) und von elektrischen Fahrzeugen (electric vehicles, EV) aktiv vorangetrieben, und es besteht ein hoher Bedarf an Halbleitereinrichtungen zur Spannungsumformung oder Halbleitermodulen zur Spannungsumformung zum Antreiben von Motoren.
Im Falle von HEV oder EV gilt Folgendes: Da Einschränkungen hinsichtlich des Raums im Fahrzeug bestehen und weil die Kühlleistung der Halbleitereinrichtung oder des Halbleitermoduls zur Spannungsumformung berücksichtigt werden muss, ist ein Antriebssystem mit kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau erforderlich, bei welchem ein Motor und ein Wechselrichter integriert ausgebildet sind.
Bei den herkömmlichen Beispielen gemäß Patentdokument 1 und Patentdokument 2 sind die Strömungswege in einer Wirbelform oder Schleifenform ausgebildet. Ferner sind eine Vielzahl von Strömungswegen mit einem Paar aus Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt sämtlich in derselben Ebene ausgebildet. Daher ist es unvermeidlich, dass die Länge des Strömungsweges lang wird und hohe Druckverluste auftreten. In diesem Fall ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass eine externe Pumpe mit einer hohen Leistung benötigt wird, um die Kühlleistung zu verbessern.
Außerdem müssen bei dem herkömmlichen Beispiel gemäß Patentdokument 3 eine Vielzahl von Eintritten und Austritten in der Kühlplatte ausgebildet sein, um die Kühlmittel in einander entgegengesetzten Richtungen fließen zu lassen. Daher ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass die Anordnung der Kühlmittelleitungen kompliziert ist. Da die Eintritte und Austritte an einer Vielzahl von Positionen angeordnet sind, ergibt sich außerdem ein dahingehendes Problem, dass eine Vielzahl von externen Pumpen vorgesehen werden muss.
Folglich besteht bei allen Patentdokumenten 1 bis 3 das Problem, dass die Größe des Kühlsystems, das externe Pumpen aufweist, groß ist und dass dessen Kosten hoch sind.
Außerdem gilt bei der motorintegrierten Wechselrichter-Vorrichtung gemäß Patentdokument 4 Folgendes: Obwohl das rückseitige Gestell mit seiner Kühleinrichtung zwischen dem Elektromotor und dem Wechselrichter angeordnet ist, ergibt sich ein dahingehendes Problem, dass es nicht gewährleistet ist, dass die Kühlleistung und die Vereinfachung des Kühlsystems, das Kühlmittelleitungen aufweist, ausreichend sind.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung anzugeben, mit welcher gleichzeitig sowohl eine ausgezeichnete Kühlleistung, als auch ein kleiner und einfacher Aufbau erreicht werden kann. Außerdem ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung anzugeben, die eine derartige Kühlvorrichtung aufweist, so dass sich eine ausgezeichnete Kühlleistung, kleine Abmessungen und ein einfacher Aufbau ergeben.
Lösung der Probleme
Eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Hauptkörper des Kühlers mit einer vorab festgelegten Dicke und einer ebenen Form, dessen eine Fläche als Kühlfläche dient; ein Paar von Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt, die derart ausgebildet sind, dass sie sich an einer äußeren Seitenfläche des Hauptkörpers des Kühlers öffnen; und einen Kühlmittel-Verzweigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Eintritt in Verbindung steht, einen Kühlmittel-Vereinigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Austritt in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen, die mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad in Verbindung stehen, welche innerhalb des Hauptkörpers des Kühlers ausgebildet sind.
Der eine von der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen ermöglicht es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad, miteinander in Verbindung zu treten. Die übrigen Kühlmittel-Strömungswege, außer dem einen Kühlmittel-Strömungsweg, ermöglichen es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad, über einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise die Kühlmittel-Strömungswege kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke ausgehend von einer Ebene verschoben ist, in welcher die Kühlmittel-Strömungswege ausgebildet sind.
Die Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen sind derart vorgesehen, dass die Strömungsrichtungen der Kühlmittel, die in den angrenzenden Kühlmittel-Strömungswegen aus der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen fließen, einander entgegengesetzt sind.
Eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Elektromotor, der eine Welle des Elektromotors aufweist, und der einen Lagerschild aufweist, der eine ebene Fläche senkrecht zur Welle des Elektromotors hat und die Welle des Elektromotors in einem drehbaren Zustand trägt; eine Halbleitereinrichtung zur Spannungsumformung oder ein Halbleitermodul zur Spannungsumformung zum Steuern des Elektromotors; und eine Kühlvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Hauptkörper des Kühlers mit einer vorab festgelegten Dicke und einer ebenen Form, dessen eine Fläche als Kühlfläche dient; ein Paar von Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt, die derart ausgebildet sind, dass sie sich an einer äußeren Seitenfläche des Hauptkörpers des Kühlers öffnen; und einen Kühlmittel-Verzweigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Eintritt in Verbindung steht, einen Kühlmittel-Vereinigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Austritt in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen, die mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad in Verbindung stehen, welche innerhalb des Hauptkörpers des Kühlers ausgebildet sind.
Der eine von der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen ermöglicht es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad, miteinander in Verbindung zu treten. Die übrigen Kühlmittel-Strömungswege, außer dem einen Kühlmittel-Strömungsweg, ermöglichen es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad über einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise die Kühlmittel-Strömungswege kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke ausgehend von einer Ebene verschoben ist, in welcher die Kühlmittel-Strömungswege ausgebildet sind.
Die Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen sind derart vorgesehen, dass die Strömungsrichtungen der Kühlmittel, die in den angrenzenden Kühlmittel-Strömungswegen aus der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen fließen, einander entgegengesetzt sind. Der Hauptkörper des Kühlers weist ein darin gebildetes Durchgangsloch auf, durch welches die Welle des Elektromotors hindurchgeht. Die eine Fläche des Hauptkörpers des Kühlers ist an dem Lagerschild oder Träger des Motors befestigt, und die Halbleitereinrichtung zur Spannungsumformung oder das Halbleitermodul zur Spannungsumformung ist an der anderen Fläche des Hauptkörpers des Kühlers befestigt.
Wirkung der Erfindung
Mit der Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Druckverluste zu vermeiden, eine hohe Kühlleistung zu erhalten und ein Kühlsystem zu vereinfachen, das Kühlmittelleitungen und dergleichen aufweist.
Mit der motorintegrierten Spannungsumformer-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung mit kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau zu erhalten, bei welcher die Kühlvorrichtung mit dem Lagerschild und dem Elektromotor mit hoher Dichte integriert ausgebildet ist, während gleichzeitig eine große Kühlleistung der Kühlvorrichtung erzielt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 1 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
2 eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 2 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
3 eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei eine Kühlvorrichtung an einer motorintegrierter Spannungsumformer-Vorrichtung Anwendung findet.
4 eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 4 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
1(a) und 1(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 1 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Eine Kühlvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Hauptkörper des Kühlers auf, der eine vorab festgelegte Dicke und eine ebene Form hat, und dessen eine Fläche als Kühlfläche dient.
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Strömungsweges zeigt, der innerhalb des Hauptkörpers des Kühlers ausgebildet ist und durch welchen ein Kühlmittel fließt. Wie in 1 gezeigt, sind ein Kühlmittel-Eintritt 111 und ein Kühlmittel-Austritt 112 ausgebildet, welche sich an der einen Endfläche 102a öffnen, welche eine äußere Seitenfläche der Kühlvorrichtung 100 ist. In derselben Ebene gegenüber einer Kühlfläche 101 einer Platte 102 sind ein erster Kühlmittel-Strömungsweg 131 und ein zweiter Kühlmittel-Strömungsweg 132 ausgebildet, durch welche Kühlmittel fließen, und zwar konzentrisch um eine Mittelachse C.
Zwischen dem Kühlmittel-Eintritt 111 und den Enden des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 131 und des zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 132 ist ein Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 ausgebildet, der zum Aufteilen des Kühlmittels dient, das ausgehend vom Kühlmittel-Eintritt 111 fließt, um das aufgeteilte Kühlmittel dazu zu veranlassen, in den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 und in den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 132 hinein zu fließen.
Auf der Seite des Kühlmittel-Austritts 112 ist ein Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 ausgebildet, an welchem sich die Kühlmittel vereinigen, die ausgehend von den anderen Enden des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 131 und des zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 132 fließen.
Das andere Ende des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 131 steht mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 über einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 123 in Verbindung, der derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke der Platte ausgehend von der Ebene verschoben ist, in welcher der erste Kühlmittel-Strömungsweg 131 und der zweite Kühlmittel-Strömungsweg ausgebildet sind.
Dies bedeutet Folgendes: Der zweite Kühlmittel-Strömungsweg 132 ermöglicht es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 122, miteinander in Verbindung zu treten. Der erste Kühlmittel-Strömungsweg 131 ermöglicht es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 122, über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 123 in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise den Kühlmittel-Strömungsweg kreuzt, und zwar in der Ebene, welche in Richtung der Dicke ausgehend von der Ebene verschoben ist, in welcher die Kühlmittel-Strömungswege ausgebildet sind.
Nachfolgend werden bestimmte Beispiele des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 131 und des zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 132 beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit wird bei der Erläuterung hierbei der Ausdruck „Kanal” für jeden Strömungsweg verwendet.
Der erste Kühlmittel-Strömungsweg 131 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut: einem ersten Kanal 131a, der mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 in Verbindung steht; einem zweiten Kanal 131b, der in einer Bogenform ausgebildet ist und mit dem ersten Kanal 131a in Verbindung steht; und einen dritten Kanal 131c, der mit dem zweiten Kanal 131b in Verbindung steht. Außerdem ist der Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 123, der mit dem dritten Kanal 131c in Verbindung steht und mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 in Verbindung steht, derart ausgebildet, dass er den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 auf dreidimensionale Weise kreuzt.
Der zweite Kühlmittel-Strömungsweg 132 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut: einem vierten Kanal 132a, welcher entlang der äußeren Seite des dritten Kanals 131c des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 131 ausgebildet ist und mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 in Verbindung steht; einem fünften Kanal 132b, der mit dem vierten Kanal 132a in Verbindung steht und entlang der äußeren Seite des zweiten Kanals 131b ausgebildet ist; und einem sechsten Kanal 132c, der mit dem fünften Kanal 132b in Verbindung steht, entlang der äußeren Seite des ersten Kanals 131a ausgebildet ist und mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 in Verbindung steht.
In 1 verzweigt sich ein Kühlmittel auf niedriger Temperatur, das ausgehend von dem Kühlmittel-Eintritt 111 fließt, am Kühlmittel-Verzweigungspfad 121. Das aufgeteilte Kühlmittel fließt in Richtungen, die einander entgegengesetzt sind, und zwar durch den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 auf der inneren Seite und durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 132 auf der äußeren Seite. Dadurch kühlt es eine Halbleitereinrichtung oder ein Halbleitermodul zur Spannungsumformung, die bzw. das an der Kühlfläche 101 vorgesehen ist.
Das Kühlmittel, das ausgehend von dem Kühlmittel-Strömungsweg 132 auf der äußeren Seite fließt, und das Kühlmittel, das ausgehend von dem ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 fließt, vereinigen sich am Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 und fließen durch den Kühlmittel-Austritt 112 nach draußen.
Obwohl sich die Temperaturen des Kühlmittels während des Kühlvorganges von einer niedrigen Temperatur auf eine hohe Temperatur erhöhen, fließen das Kühlmittel, das durch den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 fließt, und das Kühlmittel, das durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 132 fließt, in einander entgegengesetzten Richtungen, so dass eine Kühlvorrichtung 100 erhalten werden kann, welche eine gleichmäßige Kühlleistung über die gesamte Kühlfläche 101 hinweg aufweist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 ist der Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 123, der den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 kreuzt, in einer Ebene vorgesehen, die in Richtung der Dicke der Platte, ausgehend von der Ebene verschoben ist, in welcher der erste Kühlmittel-Strömungsweg 131 und der zweite Kühlmittel-Strömungsweg 132 ausgebildet sind, so dass das Kühlmittel, das ausgehend von dem anderen Ende des ersten Kühlmittel-Strömungsweges 131 fließt, in den Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 123 hineinfließt, so dass die Länge des Strömungsweges verkürzt und die Druckverluste verringert werden können.
Da außerdem das Kühlmittel, das durch den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 131 fließt, und das Kühlmittel, das durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg fließt, in einander entgegengesetzten Richtungen fließen, kann eine Kühlvorrichtung 100 erhalten werden, welche eine gleichmäßige und große Kühlleistung über die gesamte Kühlfläche 101 hinweg aufweist.
Da nur ein Paar von Kühlmittel-Eintritt 111 und Kühlmittel-Austritt 112 vorgesehen sind, können beispielsweise externe Kühlmittel-Verbindungsteile, wie beispielsweise ein Stutzen, der ein Verbindungsteil darstellt, auf nur ein einziges Paar verringert werden. Außerdem kann auch die Länge des Strömungsweges verkürzt werden, so dass das Auftreten von Druckverlusten unterbunden werden kann.
Außerdem ist es ausreichend, nur ein Paar von Kühlmittelleitungen vorzusehen, und eine einzige Pumpe, die außen vorgesehen ist, ist ausreichend. Daher ist es möglich, ein einfaches Kühlsystem aufzubauen und eine Vereinfachung und Kostenreduzierung des gesamten Kühlsystems zu erreichen.
Ausführungsform 2
2(a) und 2(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 2 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Sie zeigen den Aufbau eine Strömungsweges, durch welchen ein Kühlmittel fließt. Wie in 2 gezeigt, sind ein Kühlmittel-Eintritt 211 und ein Kühlmittel-Austritt 212 an der einen Endfläche 202a ausgebildet, welche eine äußere Seitenfläche eines Hauptkörpers eines Kühlers einer Kühlvorrichtung 200 ist.
In derselben Ebene gegenüber einer Kühlfläche 201 einer Platte 202 sind ein erster Kühlmittel-Strömungsweg 231, ein zweiter Kühlmittel-Strömungsweg 232, ein dritter Kühlmittel-Strömungsweg 233 und ein vierter Kühlmittel-Strömungsweg 234 ausgebildet, durch welche Kühlmittel fließen, und zwar konzentrisch um eine Mittelachse C.
Zwischen dem Kühlmittel-Eintritt 211 und den Enden des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 231 bis zum vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 ist ein Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 ausgebildet, der zum Aufteilen eines Kühlmittels dient, das ausgehend vom Kühlmittel-Eintritt 211 fließt, um das aufgeteilte Kühlmittel dazu zu veranlassen, in den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 231, in den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 232, in den dritten Kühlmittel-Verzweigungspfad 233 und in den vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 hinein zu fließen.
Auf der Seite des Kühlmittel-Austritts 212 ist ein Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 ausgebildet, der in Verbindung steht mit den anderen Enden des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 231, des zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 232, des dritten Kühlmittel-Strömungswegs 233 sowie des vierten Kühlmittel-Strömungswegs 234. Das andere Ende des zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 232 steht in direkter Verbindung mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222.
Die anderen Enden der Kühlmittel-Strömungswege 231, 233 und 234, die sich von dem Kühlmittel-Strömungsweg 232 unterscheiden, stehen mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 in Verbindung, der derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 231, den dritten Kühlmittel-Strömungsweg 233 und den vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke der Platte ausgehend von der Ebene verschoben ist, in welcher der erste Kühlmittel-Strömungsweg 231 bis vierte Kühlmittel-Strömungsweg 234 ausgebildet sind.
Dies bedeutet Folgendes: Der zweite Kühlmittel-Strömungsweg 232 ermöglicht es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222, miteinander in Verbindung zu treten. Die Kühlmittel-Strömungswege 231, 233 und 234, die sich von dem zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 232 unterscheiden, ermöglichen es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222, miteinander über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 231, den dritten Kühlmittel-Strömungsweg 233 sowie den vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 kreuzt.
Einer der Unterschiede gegenüber der obigen Ausführungsform 1 ist, dass der dritte Kühlmittel-Strömungsweg 233 entlang der inneren Seite des ersten Kühlmittel-Strömungswegs 231 ausgebildet ist, und dass der vierte Kühlmittel-Strömungsweg 234 entlang dem dritten Kühlmittel-Strömungsweg 233 ausgebildet ist.
Nachfolgend werden bestimmte Beispiele des dritten Kühlmittel-Strömungswegs 233 und des vierten Kühlmittel-Strömungswegs 234 beschrieben.
Aus Gründen der Einfachheit wird bei der Erläuterung hierbei der Ausdruck „Kanal” für jeden Strömungsweg verwendet.
Der dritte Kühlmittel-Strömungsweg 233 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut: einem siebten Kanal 233a, welcher mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 in Verbindung steht und entlang der inneren Seite eines dritten Kanals 231c ausgebildet ist; einem achten Kanal 233b, welcher mit dem siebten Kanal 233a in Verbindung steht und entlang der inneren Seite eines zweiten Kanals 231b ausgebildet ist; und einem neunten Kanal 233c, der mit dem achten Kanal 233b in Verbindung steht und entlang der inneren Seite eines ersten Kanals 231a ausgebildet ist.
Außerdem ist der Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223, der mit dem neunten Kanal 233c in Verbindung steht und mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 in Verbindung steht, derart ausgebildet, dass er den ersten Kanal 231a, den siebten Kanal 233a und einen zehnten Kanal 234a auf dreidimensionale Weise kreuzt. Der neunte Kanal 233c steht mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 in Verbindung.
Der vierte Kühlmittel-Strömungsweg 234 ist aus folgenden Komponenten aufgebaut: dem zehnten Kanal 234a, welcher mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 in Verbindung steht und entlang der inneren Seite des neunten Kanals 233c ausgebildet ist; einem elften Kanal 234b, welcher mit dem zehnten Kanal 234a in Verbindung steht und entlang der inneren Seite des achten Kanals 233b ausgebildet ist; und einem zwölften Kanal 234c, der mit dem elften Kanal 234b in Verbindung steht und entlang der inneren Seite des siebten Kanals 233a ausgebildet ist. Der zwölfte Kanal 234c steht mit dem Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 in Verbindung.
In 2 verzweigt sich ein Kühlmittel auf einer niedrigen Temperatur, das ausgehend von dem Kühlmittel-Eintritt 211 fließt, am Kühlmittel-Verzweigungspfad 221 auf die jeweiligen Enden der einen Seite des ersten bis vierten Kühlmittel-Strömungswegs 231 bis 234 auf. Das aufgeteilte Kühlmittel fließt in Richtungen, die abwechselnd einander entgegengesetzt sind, und zwar durch den ersten bis vierten Kühlmittel-Strömungsweg 231 bis 234.
Dadurch kühlt es eine Halbleitereinrichtung oder ein Halbleitermodul zur Spannungsumformung, die bzw. das an der Kühlfläche 201 vorgesehen ist. Das Kühlmittel, das durch den zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 232 fließt und dann aus dessen Ende herausfließt, fließt direkt in den Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 hinein.
Das Kühlmittel, das jeweils ausgehend von dem ersten Kühlmittel-Strömungsweg 231, dem dritten Kühlmittel-Strömungsweg 233 und dem vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 fließt, fließt in den Kühlmittel-Vereinigungspfad 222 über den Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 hinein, um sich mit dem Kühlmittel zu vereinigen, das ausgehend von dem zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 232 fließt. Dann fließt es durch den Kühlmittel-Austritt 212 hinaus.
Obwohl sich die Temperaturen des Kühlmittels während des Kühlvorganges von einer niedrigen auf eine hohe Temperatur erhöhen, fließen das Kühlmittel, das durch den ersten bis vierten Kühlmittel-Strömungsweg 231 bis 234 fließt, in zwischen benachbarten Kühlmittel-Strömungswegen einander entgegengesetzten Richtungen, so dass eine Kühlvorrichtung 200 erhalten werden kann, welche eine gleichmäßige Kühlleistung über die gesamte Kühlfläche 201 hinweg aufweist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2 ist der Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg 223 derart ausgebildet, dass er auf dreidimensionale Weise den ersten Kühlmittel-Strömungsweg 231, den dritten Kühlmittel-Strömungsweg 233 und den vierten Kühlmittel-Strömungsweg 234 kreuzt, so dass die Länge des Strömungsweges verkürzt und die Druckverluste verringert werden können. Da außerdem das Kühlmittel, das durch den ersten bis vierten Kühlmittel-Strömungsweg 231, 232, 233 und 234 fließt, in zwischen benachbarten Kühlmittel-Strömungswegen einander entgegengesetzten Richtungen fließt, kann eine Kühlvorrichtung 200 erhalten werden, welche eine gleichmäßige Kühlleistung über die gesamte Kühlfläche 201 hinweg aufweist.
Da nur ein Paar von Kühlmittel-Eintritt 211 und Kühlmittel-Austritt 212 vorgesehen ist, können beispielsweise externe Kühlmittel-Verbindungsteile, wie beispielsweise ein Stutzen, der ein Verbindungsteil darstellt, auf eine Anzahl verringert werden, die nicht mehr als die notwendige Anzahl beträgt. Außerdem kann auch die Länge des Strömungsweges verkürzt werden, so dass das Auftreten von Druckverlusten unterbunden werden kann.
Außerdem ist es ausreichend, nur ein Paar von Kühlmittelleitungen vorzusehen, und eine einzige Pumpe, die außen vorgesehen wird, ist ausreichend. Daher ist es möglich, ein einfaches Kühlsystem aufzubauen und eine Kühlvorrichtung zu erhalten, mit welcher eine Vereinfachung und Kostenreduzierung des gesamten Kühlsystems erreicht werden kann.
Bei den obigen Ausführungsformen 1 und 2 wurde der Fall einer geraden Anzahl (z. B. zwei oder vier) von Kühlmittel-Strömungswegen gezeigt. Es kann jedoch auch eine ungerade Anzahl (z. B. drei) von Kühlmittel-Strömungswegen vorgesehen sein, oder es können vier oder mehr Kühlmittel-Strömungswege vorgesehen sein. Im Falle einer ungeraden Anzahl kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung über die gesamte Kühlfläche vereinheitlicht werden, indem die Kanalbreiten der Kühlmittel-Strömungswege verändert werden.
Außerdem wurde in 2 beispielhaft der Fall gezeigt, in welchem die Formen des zweiten Kanals 231b, des fünften Kanals 232b, des achten Kanals 233b und des elften Kanals 234b eine konzentrisch geformte Bogenform aufweisen. Es können jedoch anstelle eines solchen Bogens verschiedenartige Formen, wie etwa konzentrisch geformte Vierecke zum Einsatz kommen.
Außerdem können bei den obigen Ausführungsformen 1 und 2 für den Kühlmittel-Eintritt 111 und den Kühlmittel-Austritt 112 oder für den Kühlmittel-Eintritt 211 und den Kühlmittel-Austritt 212 der Eintritt und der Austritt umgekehrt werden, so dass der Kühlmittel-Vereinigungspfad 122 oder 222 zu einem Kühlmittel-Verzweigungspfad wird und der Kühlmittel-Verzweigungspfad 121 oder 221 zu einem Kühlmittel-Vereinigungspfad.
Ausführungsform 3
3 ist ein Diagramm, das eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Genauer gesagt, es sind 3(a) und 3(b) perspektivische Ansichten, und 3(b) ist eine Vorderansicht. Es sei angemerkt, dass in 3(c) eine Kühlvorrichtung 300, ein Lagerschild 3100 und ein elektrischer Motor 3200 derart darstellt sind, dass die Kühlfläche 301 nach vorn zeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist als ein Beispiel die Kühlvorrichtung 300 fast die gleiche wie diejenige, die in der obigen Ausführungsform 1 gezeigt ist.
Einer der Unterschiede gegenüber der obigen Ausführungsform 1 ist, dass ein Durchgangsloch 350, durch welches eine Welle 3201 des Elektromotors hindurchgeht, ausgebildet ist, und zwar an der Mittelachse der Bögen eines ersten Kühlmittel-Strömungswegs 331 und eines zweiten Kühlmittel-Strömungswegs 332 der Kühlvorrichtung 300. Außerdem sind Halbleitereinrichtungen zur Spannungsumformung oder Halbleitermodule zur Spannungsumformung 3001 bis 3012 zum Steuern des Elektromotors 3200 an der Kühlfläche 301 befestigt.
Wie in 3(c) gezeigt, weist die motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung den Elektromotor 3200 auf, welcher die Welle 3201 des Elektromotors und den Lagerschild 3100 mit einer ebenen Fläche senkrecht zu der Welle 3201 des Elektromotors aufweist, der die Welle 3201 des Elektromotors in einem drehbaren Zustand trägt.
Der Lagerschild 3100 hat einen zylindrischen vorstehenden Bereich 3101, welcher es ermöglicht, dass die Welle 3201 des Elektromotors an seiner Innenumfangsseite angebracht wird. Außerdem sind die Halbleitereinrichtungen zur Spannungsumformung oder die Halbleitermodule zur Spannungsumformung 3001 bis 3012 an der einen Fläche befestigt, d. h. an der Kühlfläche 301 der Kühlvorrichtung 300, und ein Deckel 360 ist an der anderen Fläche vorgesehen. Eine Befestigungsschrauben-Platte 361 ist auf dem Deckel 360 vorgesehen.
Der vorstehende Bereich 3101 des Lagerschilds 3100 ist in das Durchgangsloch 350 eingepasst, und die Kühlvorrichtung 300 ist am Lagerschild 3100 mittels einer Schraube 370 befestigt. Da der vorstehende Bereich 3101 eine Zylinderform aufweist, kann der vorstehende Bereich 3101 direkt die Welle 3201 des Elektromotors erreichen, die an der inneren Umfangsseite angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3 ist es möglich, eine motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung mit einer kleinen Größe und einem einfachen Aufbau zu erhalten, wobei die Kühlvorrichtung 300 mit dem Lagerschild 3100 und dem Elektromotor 3200 mit hoher Dichte integriert ausgebildet ist, während gleichzeitig eine große Kühlleistung der Kühlvorrichtung 300 erzielt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 wurde der Fall gezeigt, in welchem eine Kühlvorrichtung 300 verwendet wird, die fast die gleiche ist wie diejenige bei der obigen Ausführungsform 1. Es kann jedoch auch die Kühlvorrichtung 200 verwendet werden, die bei der Ausführungsform 2 angegeben ist. In diesem Fall kann das Durchgangsloch, das in der Kühlvorrichtung 200 ausgebildet ist, auf der Mittelachse des Bogens des vierten Kühlmittel-Strömungsweges 234 ausgebildet sein, der an dem am weitesten innenliegenden Umfang ausgebildet ist.
Ausführungsform 4
4(a) und 4(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, die Ausführungsform 4 einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie in 4 gezeigt, ist als ein Beispiel die Kühlvorrichtung 400 fast die gleiche wie diejenige, die in der obigen Ausführungsform gezeigt ist. Einer der Unterschiede gegenüber der obigen Ausführungsform 1 ist, dass eine Rippe 451, die sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckt, stehend auf einem ersten Kühlmittel-Strömungsweg 431 ausgebildet ist.
Eine Rippe 452, die sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckt, ist stehend auf einem zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 432 ausgebildet. Die Rippen 451 und 452 können auch bei den Kühlmittel-Strömungswegen der obigen Ausführungsform 2 angewendet werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform 4 gilt Folgendes: Da die Rippe 451 an dem ersten Kühlmittel-Strömungsweg 431 vorgesehen ist und die Rippe 452 an dem zweiten Kühlmittel-Strömungsweg 432, kann eine Kühlvorrichtung mit großer Kühlleistung erhalten werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Kühlvorrichtung und die motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können wirkungsvoll eingesetzt werden bei einem Elektromotor für ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil oder einen Zug.

Claims

Kühlvorrichtung, die Folgendes aufweist: – einen Hauptkörper eines Kühlers mit einer vorab festgelegten Dicke und einer ebenen Form, dessen eine Fläche als Kühlfläche dient; – ein Paar von Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt, die derart ausgebildet sind, dass sie sich an einer äußeren Seitenfläche des Hauptkörpers des Kühlers öffnen; und – einen Kühlmittel-Verzweigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Eintritt in Verbindung steht, einen Kühlmittel-Vereinigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Austritt in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen, die mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad in Verbindung stehen, welche innerhalb des Hauptkörpers des Kühlers ausgebildet sind, – wobei der eine von der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad ermöglicht, miteinander in Verbindung zu treten, – wobei die übrigen Kühlmittel-Strömungswege außer dem einen Kühlmittel-Strömungsweg es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad ermöglichen, über einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise die Kühlmittel-Strömungswege kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke ausgehend von einer Ebene versetzt ist, in welcher die Kühlmittel-Strömungswege ausgebildet sind, und – wobei die Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen derart vorgesehen sind, dass die Strömungsrichtungen der Kühlmittel, die in den angrenzenden Kühlmittel-Strömungswegen aus der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen fließen, einander entgegengesetzt sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Rippe, die sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckt, stehend innerhalb des Kühlmittel-Strömungswegs ausgebildet ist.
Motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: – einen Elektromotor, der eine Welle des Elektromotors aufweist und der einen Lagerschild für den Elektromotor aufweist, der eine ebene Fläche senkrecht zur Welle des Elektromotors hat und die Welle des Elektromotors in einem drehbaren Zustand trägt; – eine Halbleitereinrichtung zur Spannungsumformung oder ein Halbleitermodul zur Spannungsumformung zum Steuern des Elektromotors; und – eine Kühlvorrichtung, die Folgendes aufweist: – einen Hauptkörper eines Kühlers mit einer vorab festgelegten Dicke und einer ebenen Form, dessen eine Fläche als Kühlfläche dient; – ein Paar von Kühlmittel-Eintritt und Kühlmittel-Austritt, die derart ausgebildet sind, dass sie sich an einer äußeren Seitenfläche des Hauptkörpers des Kühlers öffnen; und – einen Kühlmittel-Verzweigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Eintritt in Verbindung steht, einen Kühlmittel-Vereinigungspfad, der mit dem Kühlmittel-Austritt in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen, die mit dem Kühlmittel-Verzweigungspfad in Verbindung stehen, welche innerhalb des Hauptkörpers des Kühlers ausgebildet sind, – wobei der eine von der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad ermöglicht, miteinander in Verbindung zu treten, – wobei die übrigen Kühlmittel-Strömungswege außer dem einen Kühlmittel-Strömungsweg es dem Kühlmittel-Verzweigungspfad und dem Kühlmittel-Vereinigungspfad ermöglichen, über einen Kühlmittel-Kommunikations-Strömungsweg in Verbindung zu treten, welcher derart ausgebildet ist, dass er auf dreidimensionale Weise die Kühlmittel-Strömungswege kreuzt, und zwar in einer Ebene, welche in Richtung der Dicke ausgehend von einer Ebene verschoben ist, in welcher die Kühlmittel-Strömungswege ausgebildet sind, – wobei die Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen derart vorgesehen sind, dass die Strömungsrichtungen der Kühlmittel, die in den angrenzenden Kühlmittel-Strömungswegen aus der Vielzahl von Kühlmittel-Strömungswegen fließen, einander entgegengesetzt sind, – wobei der Hauptkörper des Kühlers ein darin gebildetes Durchgangsloch aufweist, durch welches die Welle des Elektromotors hindurchgeht, und – wobei die eine Fläche des Hauptkörpers des Kühlers an dem Lagerschild befestigt ist, und die Halbleitereinrichtung zur Spannungsumformung oder das Halbleitermodul zur Spannungsumformung an der anderen Fläche des Hauptkörpers des Kühlers befestigt ist.
Motorintegrierte Spannungsumformer-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Rippe, die sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckt, stehend innerhalb des Kühlmittel-Strömungswegs ausgebildet ist.