JP2001245478A

JP2001245478A - インバータの冷却装置

Info

Publication number: JP2001245478A
Application number: JP2000178017A
Authority: JP
Inventors: Taku Iryo; 卓井料; Shigeki Okaguchi; 茂樹岡口; Hajime Nakagawa; 元中川; Sei Hayakawa; 聖早川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却能力が高く、かつ生産性の高いインバー
タの冷却装置を提供する。【解決手段】インバータを構成する部品のうち発熱量
の多い部品であるＩＧＢＴ１０等が配置された高温部を
冷却するための冷媒通路１４には、生産性は低いが冷却
能力が高いピンフィン１８が形成され、発熱量の少ない
部品であるコンデンサ２０等が配置された低温部を冷却
するための冷媒通路１４には、冷却能力はピンフィン１
８より低いが生産性の高いストレートフィン１６が形成
されている。このように、ピンフィン１８とストレート
フィン１６とを使い分けることにより、インバータの冷
却装置の冷却能力を向上できるとともに生産性の低いピ
ンフィン１８の数を減らすことができ、生産性の向上を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車等に使用
されるインバータの冷却装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気自動車等において電力変
換手段としてインバータが使用されている。このインバ
ータは、発熱量が多いため、これを効率よく冷却する必
要がある。例えば、特開平７−１９４１３９号公報に
は、電気自動車用インバータの冷却装置が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のイ
ンバータの冷却装置は、冷媒を冷媒通路に流すことによ
りインバータの冷却を行うものであるが、十分な冷却能
力を得ることができないという問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、冷却能力が高く、かつ生産性
の高いインバータの冷却装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、発熱量の多い部品が配置された高温部
と、発熱量の少ない部品が配置された低温部とからなる
インバータを冷却するためのインバータの冷却装置であ
って、高温部と低温部とで異なる構造の冷媒通路を有す
ることを特徴とする。

【０００６】また、上記インバータの冷却装置であっ
て、高温部にはピンフィンが形成され、低温部にはスト
レートフィンが形成されていることを特徴とする。

【０００７】また、上記インバータの冷却装置であっ
て、高温部には冷媒を噴射する噴射機構が形成され、低
温部にはストレートフィンが形成されていることを特徴
とする。

【０００８】また、上記インバータの冷却装置におい
て、ピンフィンは千鳥状に配置されていることを特徴と
する。

【０００９】また、上記インバータの冷却装置におい
て、ピンフィンが形成された部分には、冷媒が蛇行して
流れるように流路が形成されていることを特徴とする。

【００１０】また、上記インバータの冷却装置におい
て、冷媒の流れ方向に対して上流側にピンフィンが、下
流側にストレートフィンが形成されていることを特徴と
する。

【００１１】また、上記インバータの冷却装置におい
て、高温部に配置された部品はＩＧＢＴであり、低温部
に配置された部品はコンデンサであることを特徴とす
る。

【００１２】また、上記インバータの冷却装置におい
て、高温部には冷媒パイプの鋳込みが形成され、低温部
にはストレートフィンが形成されていることを特徴とす
る。

【００１３】また、発熱量の多い部品が配置された高温
部と、発熱量の少ない部品が配置された低温部とからな
るインバータを冷却するためのインバータの冷却装置で
あって、ピンフィンが形成された冷媒通路を有し、冷媒
通路がセグメント化されて冷媒が蛇行して流れることを
特徴とする。

【００１４】また、上記インバータの冷却装置におい
て、ピンフィンが形成された冷媒通路はハウジングと別
体に形成されていることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。

【００１６】インバータ等の発熱素子を冷却する場合に
は、冷媒通路に冷却用のフィンを設け、放熱性を高める
ことにより冷却装置の冷却能力を向上させることができ
る。図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）には、
このような冷却用のフィンの例が示される。図１（ａ）
に示されるように、インバータを構成するＩＧＢＴ（Ｉ
ｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａ
ｎｓｉｓｔｏｒ）１０等が収用されたハウジング１２に
は、ＩＧＢＴ１０が載せられた底部の裏側に冷媒通路１
４が設けられ、この冷媒通路１４に冷却用のストレート
フィン１６が形成されている。このストレートフィン１
６は冷媒通路１４の底部に形成された板状のフィンであ
る。ストレートフィン１６は、冷媒通路１４が形成され
たハウジング１２にこれと一体的に形成してもよいし、
また別部材として冷媒通路１４に取り付ける構成として
もよい。

【００１７】かかるストレートフィン１６が形成された
冷媒通路１４には、図１（ｂ）に示されるように、冷媒
がストレートフィン１６の間を蛇行して流れる構成とな
る。ＩＧＢＴ１０等から発生した熱はストレートフィン
１６を介して冷媒が受け取り、冷却装置外部に運び出す
ことによってインバータの冷却が行われる。

【００１８】図２（ａ）には、図１（ａ）、（ｂ）に示
されたストレートフィン１６の代わりにピンフィン１８
が冷媒通路１４に形成された例が示される。このピンフ
ィン１８は、冷媒通路１４の底部から突出した柱状の突
起であり、図２（ｂ）に示されるようにその断面形状が
例えば四角形となっている。この断面形状としては、四
角形に限らず、円形、楕円形等も使用することができ
る。また、四角形である場合にも、正方形、長方形、菱
形、平行四辺形等とすることができる。これらは、発熱
量やハウジング１２の大きさ等により適宜変更すること
ができる。ピンフィン１８は、ストレートフィン１６と
同様に、冷媒通路１４が形成されたハウジング１２にこ
れと一体的に形成してもよいし、また別部材として冷媒
通路１４に取り付ける構成としてもよい。

【００１９】このように、ピンフィン１８が形成された
冷媒通路１４には、図２（ｂ）に示されるように、冷媒
が流される。ＩＧＢＴ１０等から発生した熱はピンフィ
ン１８を介してこの冷媒が受け取り、冷却装置外部に運
び出すことによってインバータの冷却が行われる。

【００２０】上述したストレートフィン１６及びピンフ
ィン１８では、その冷却能力が異なる。図３には、スト
レートフィン１６及びピンフィン１８の冷却能力の測定
結果が示される。図３において、横軸にはインバータを
構成するＩＧＢＴ１０の出力電流が示され、縦軸には各
電流値に応じたＩＧＢＴ１０の温度が示される。例え
ば、ＩＧＢＴ１０の出力電流が３００Ａである場合に
は、ストレートフィンとピンフィンとで７℃の温度差が
生じた。このため、ストレートフィン１６よりもピンフ
ィン１８の方が冷却能力が高いことがわかる。

【００２１】ただし、ピンフィン１８はストレートフィ
ン１６よりも生産性が低く、インバータの冷却装置の生
産性を向上させようとすればピンフィン１８よりもスト
レートフィン１６を使用する方が有利である。

【００２２】そこで、発熱量の多い部品が配置された高
温部と、発熱量の少ない部品が配置された低温部とで冷
媒通路１４を異なる構造とし、温度分布に応じて冷却能
力を変え、生産性と冷却性とを両立させることが考えら
れる。具体的には、図４（ａ）に示されるように、ＩＧ
ＢＴ１０等の発熱量の多い部品が配置された高温部には
その冷媒通路１４にピンフィン１８を形成し、インバー
タのスイッチング回路を構成するコンデンサ２０、制御
基板２４等の発熱量の少ない部品が配置された低温部で
はその冷媒通路１４にストレートフィン１６を形成す
る。なお、図４（ａ）の例では、コンデンサ２０は制御
基板２４の上に配置されている。このように、大きな冷
却能力を必要とする高温部にはピンフィン１８を形成
し、冷却能力をあまり大きくする必要のない低温部には
ストレートフィン１６を形成するようにすれば、大きな
冷却能力を有し、かつ全てをピンフィン１８とするより
も生産性の高いインバータの冷却装置を得ることができ
る。

【００２３】図４（ｂ）には、以上に述べたピンフィン
１８とストレートフィン１６の配置及び冷媒の流れ方の
例が示される。図４（ｂ）において、ピンフィン１８は
千鳥状に配置されており、このようなピンフィン１８が
形成された部分を、冷媒が蛇行して流れるようにじゃま
板２２を設け流路が形成されている。また、冷媒は先ず
高温部であるピンフィン１８が形成された部分を流れ、
その後にストレートフィン１６が形成された低温部を流
れていく。その冷媒の流れは図４（ｂ）に矢印で示され
たとおりである。このように、冷媒の流れ方向に対して
上流側にピンフィン１８を設け、下流側にストレートフ
ィン１６を設けることにより、より冷却能力を向上させ
ることができる。

【００２４】図５（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる
インバータの冷却装置の他の例が示され、図４（ａ）、
（ｂ）と同一部材には同一符号を付してその説明を省略
する。図５（ａ）において、ＩＧＢＴ１０等の発熱量の
多い部品が配置された高温部には、その冷媒通路１４
に、ＩＧＢＴ１０が載せられたハウジング１２の底部の
裏側に冷媒を噴水状に噴射する噴射機構２６が形成され
ている。また、インバータのスイッチング回路を構成す
るコンデンサ２０、制御基板２４等の発熱量の少ない部
品が配置された低温部では、図４（ａ）、（ｂ）と同様
に、その冷媒通路１４にストレートフィン１６が形成さ
れている。

【００２５】図５（ｂ）には、以上に述べた噴射機構２
６とストレートフィン１６の配置及び冷媒の流れ方の例
が示される。図５（ｂ）において、噴射機構２６からハ
ウジング１２の底部の裏側に噴射された冷媒は、冷媒通
路１４中をストレートフィン１６の方向に移動し、スト
レートフィン１６の間を図の矢印方向に流れた後、ハウ
ジング１２の外に排出される。これにより、インバータ
の高温部、冷温部で発生した熱は効率よく系外に持ち去
られる。

【００２６】以上に述べた噴射機構２６は、ストレート
フィン１６に対して５℃以上の冷却能力の向上が図れる
ので、高温部の冷却性をより向上できる。

【００２７】図６（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる
インバータの冷却装置のさらに他の例が示され、図４
（ａ）、（ｂ）と同一部材には同一符号を付してその説
明を省略する。図６（ａ）、（ｂ）において、高温部側
の冷媒通路１４には、発熱量の多いＩＧＢＴ１０等の直
下に冷媒を通す冷媒パイプの鋳込み２８が形成されてい
る。また、低温部側の冷媒通路１４には、ストレートフ
ィン１６が形成されている。このストレートフィン１６
は、図５（ａ）、（ｂ）と同様の構成となっている。

【００２８】上記のような冷媒パイプの鋳込み２８は、
鋳物の中に冷媒を通すための冷媒パイプ３０が配置さ
れ、一体化したものであり、ストレートフィン１６と比
較して放熱性が高く、５℃以上の冷却性能の向上を図る
ことができる。このため、高温部の冷却を効率よく行う
ことができる。

【００２９】図７（ａ）、（ｂ）には、本発明にかかる
インバータの冷却装置のさらに他の例が示され、図４
（ａ）、（ｂ）と同一部材には同一符号を付してその説
明を省略する。図７（ａ）、（ｂ）において、冷媒通路
１４には、発熱量の多い部品が配置された高温部と、発
熱量の少ない部品が配置された低温部に対応する全面に
亘って冷却能力の高いピンフィン１８が形成されてい
る。また、本実施形態では、冷媒通路がじゃま板２２に
よりセグメント化されており、冷媒が蛇行して流れる構
成となっている。

【００３０】このような構成により、ピンフィン１８の
冷却能力がさらに向上でき、インバータの冷却性能をよ
り向上することができる。

【００３１】図８には、本発明にかかるインバータの冷
却装置のさらに他の例が示され、図４（ａ）、（ｂ）と
同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。図
８において、冷媒通路１４には、アルミニウム、銅など
の熱伝導率の高い材料で構成したピンフィン１８が形成
されている。このピンフィン１８が形成された冷媒通路
１４は、ハウジング１２と別体に形成されており、ボル
ト、溶接その他の適宜な接合手段３２によりハウジング
１２に接合されている。このような構成により、ハウジ
ング１２の材質にかかわらず、放熱性の高い材料でピン
フィン１８を形成でき、インバータの冷却性能をより向
上することができる。例えば、従来のストレートフィン
の場合に対して、７℃以上の冷却性能の向上も可能であ
る。

【００３２】なお、ハウジング１２と別体に形成される
冷媒通路１４は、ピンフィン１８が形成された部分に限
られるものではなく、ストレートフィン１６やその他の
形式の放熱フィンにも適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータの高温部と低温部とで冷媒通路の構造を異な
らせるので、インバータの温度分布に応じて冷却能力を
変えることができ、インバータの冷却装置の生産性と冷
却性とを両立させることができる。この場合、高温部の
冷媒通路にピンフィンまたは噴射機構を使用すれば、高
温部の冷却性をより向上できる。

【００３４】また、上記ピンフィンの配置を千鳥状にす
ることにより、さらに放熱性を向上させることができ
る。

【００３５】また、上記ピンフィンが形成された部分を
冷媒が蛇行して流れるように流路を形成すれば、冷却水
分布の均一化を図ることができ、冷却装置の冷却能力を
向上できる。

【００３６】また、インバータの高温部分を先に低温の
冷媒で冷却し、高温部の冷却に使用した冷媒を次に低温
部に流すことにより、より大きな温度差を確保でき、冷
却能力を向上することができる。

【００３７】また、インバータの高温部の冷却通路に冷
媒パイプの鋳込みを形成することにより、高温部の冷却
性をより向上できる。

【００３８】また、冷媒通路をセグメント化し、冷媒を
蛇行させることにより、冷却装置の冷却能力を向上でき
る。

【００３９】また、冷媒通路をハウジングと別体に形成
することにより、ハウジングとは異なる、熱伝導率の高
い材料で放熱フィンを形成でき、冷却装置の冷却能力を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷媒通路にストレートフィンを形成した例を
示す図である。

【図２】冷媒通路にピンフィンを形成した例を示す図
である。

【図３】ストレートフィンとピンフィンとの冷却能力
を比較した図である。

【図４】本発明に係るインバータの冷却装置の例を示
す図である。

【図５】本発明に係るインバータの冷却装置の他の例
を示す図である。

【図６】本発明に係るインバータの冷却装置のさらに
他の例を示す図である。

【図７】本発明に係るインバータの冷却装置のさらに
他の例を示す図である。

【図８】本発明に係るインバータの冷却装置のさらに
他の例を示す図である。

【符号の説明】

１０ＩＧＢＴ、１２ハウジング、１４冷媒通路、
１６ストレートフィン、１８ピンフィン、２０コ
ンデンサ、２２じゃま板、２４制御基板、２６噴
射機構２８鋳込み、３０冷媒パイプ、３２接合
手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川元愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者早川聖愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H007 CA01 CC03 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱量の多い部品が配置された高温部
と、発熱量の少ない部品が配置された低温部とからなる
インバータを冷却するためのインバータの冷却装置であ
って、前記高温部と前記低温部とで異なる構造の冷媒通
路を有することを特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項２】請求項１記載のインバータの冷却装置に
おいて、前記高温部にはピンフィンが形成され、前記低
温部にはストレートフィンが形成されていることを特徴
とするインバータの冷却装置。
【請求項３】請求項１記載のインバータの冷却装置に
おいて、前記高温部には冷媒を噴射する噴射機構が形成
され、前記低温部にはストレートフィンが形成されてい
ることを特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項４】請求項２記載のインバータの冷却装置に
おいて、前記ピンフィンは千鳥状に配置されていること
を特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項５】請求項２記載のインバータの冷却装置に
おいて、前記ピンフィンが形成された部分には、冷媒が
蛇行して流れるように流路が形成されていることを特徴
とするインバータの冷却装置。
【請求項６】請求項２記載のインバータの冷却装置に
おいて、冷媒の流れ方向に対して上流側に前記ピンフィ
ンが、下流側に前記ストレートフィンが形成されている
ことを特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項７】請求項１または請求項２記載のインバー
タの冷却装置において、前記高温部に配置された部品は
ＩＧＢＴであり、前記低温部に配置された部品はコンデ
ンサであることを特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項８】請求項１記載のインバータの冷却装置に
おいて、前記高温部には冷媒パイプの鋳込みが形成さ
れ、前記低温部にはストレートフィンが形成されている
ことを特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項９】発熱量の多い部品が配置された高温部
と、発熱量の少ない部品が配置された低温部とからなる
インバータを冷却するためのインバータの冷却装置であ
って、ピンフィンが形成された冷媒通路を有し、前記冷
媒通路がセグメント化されて冷媒が蛇行して流れること
を特徴とするインバータの冷却装置。
【請求項１０】請求項２、４、５、６、９のいずれか
一項記載のインバータの冷却装置において、前記ピンフ
ィンが形成された冷媒通路はハウジングと別体に形成さ
れていることを特徴とするインバータの冷却装置。