JP2021515410A - 電源部品の冷却のための冷却機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、電源部品（２）の冷却のための冷却機構に関し、冷却機構が、底（１０）と、第１の端面（１１）と、第２の端面（１２）と、第１の側面（１３）と、第２の側面（１４）とを有する一体の冷却ハウジング（３）を含んでおり、冷却ハウジング（３）が、電源部品を収容するために適応された収容空間（１５）を規定しており、冷却機構が、冷媒を供給するための流入口（１６）を含んでおり、冷却機構が、冷媒を排出するための流出口（１７）を含んでおり、冷却機構が、第１の冷却路（１０１）と、第２の冷却路（１０２）と、第３の冷却路（１０３）と、第４の冷却路（１０４）とを含んでおり、第１の冷却路（１０１）が第１の端面（１１）に配置されており、第２の冷却路（１０２）が第２の端面（１２）に配置されており、かつ第３の冷却路（１０３）が第１の側面（１３）に配置されており、第４の冷却路（１０４）が第２の側面（１４）に配置されており、第１および第２の冷却路（１０１、１０２）がそれぞれ第３および第４の冷却路（１０３、１０４）と流体連通しており、冷却機構が、独立した第１の冷却板（４）および独立した第２の冷却板（５）を含んでおり、第３および第４の冷却路（１０３、１０４）を外面に対して画定するために、第１の冷却板（４）が第１の側面（１３）に配置されており、第２の冷却板（５）が第２の側面（１４）に配置されており、冷却機構が、第１の端面（１１）に配置された第３の冷却板（６）および第２の端面（１２）に配置された第４の冷却板（７）を含んでおり、第３の冷却板が第１の冷却路（１０１）を外面に対して画定しており、第２の冷却板（７）が第２の冷却路（１０２）を外面に対して画定しており、ならびに冷却機構が、冷却ハウジング（３）を閉鎖する蓋（８）を含んでいる。

Description

本発明は、電源部品の冷却のための冷却機構およびこのような冷却機構と電源部品とを備えた電子機器構成および車両の制御機器に関する。

とりわけ車両用の制御機器の場合、電源部品、例えばコンデンサ、チョークコイル、ブレーカ、またはその類似物を、配線図に応じて電気接続し得るように、また同時に製作可能で、設置スペースに適応しており、かつ電気的に有効であるように、空間的に配置しなければならないことに大きな挑戦が存在する。この場合、これに加えてインダクタンスおよび熱の問題に関して電気的および熱的な要求が生じる。これに関し制御機器内には、短期的な電流需要をできるだけ迅速に満たすために例えばコンデンサも取り付けられている。しかしながらこれにより制御機器内で追加的な熱問題が生じ得る。

これに対し、請求項１の特徴を有する電源部品の冷却のための本発明による冷却機構は、有意に改善された冷却性能を達成でき、したがって電源部品をとりわけ車両の制御機器内に問題なく取り付けることもできるという利点を有する。これに関しては、特にコンパクトかつ単純な構造を実現でき、さらに電源部品の非常に良好な電気接続も可能にされ得る。これは本発明によれば、冷却機構が、１つの底および４つのハウジング面を有する冷却ハウジングを備えることによって達成される。この冷却ハウジングは、電源部品を収容するための中央の部品収容空間を規定する。この冷却ハウジングには、冷媒を供給するための流入口および加熱された冷媒を排出するための流出口が設けられている。さらに第１、第２、第３、および第４の冷却路が設けられており、この第１および第２の冷却路は冷却ハウジングの第１および第２の端面に形成されている。第３および第４の冷却路は冷却ハウジングの第１および第２の側面に形成されている。さらに、第１および第２の冷却路は第３および第４の冷却路と流体連通している。第１および第２の側面に配置された第１および第２の冷却板は、第３および第４の冷却路を、とりわけ冷却ハウジングの外面に対して画定する。第３および第４の冷却板がさらに設けられており、第３および第４の冷却板は、両方の端面での第１および第２の冷却路を画定する。蓋が冷却ハウジングを閉鎖する。したがって、底および蓋を有する二重壁の冷却機構が生じ、この冷却機構は、電源部品のための中央の収容空間を有する。この場合、底および４つのハウジング面は、一体の部材として提供されており、かつ好ましくは高い熱伝導度をもつ金属性材料、とりわけアルミニウムから製造されている。さらに、両方の側面に独立した冷却板を設けることにより、冷却機構の個別の形態が簡単かつ安価に実現され得る。これにより、例えば側面での冷却板の選択に応じて、熱伝導度が、冷却機構内に配置されるそれぞれの電源部品に適合され得る。

引用形式請求項は本発明の好ましい変形形態を示している。
端面での第１および第２の冷却路を画定する第３および第４の冷却板も、冷却ハウジングと一体的に形成されることがさらに好ましい。この場合に特に好ましいのは、冷却ハウジングの底が端面で延長されており、この張り出し部に第３および第４の冷却板が配置されることである。

さらに好ましいのは、第３および第４の冷却板に直接的に流入口および／または流出口も配置されることである。これにより、さらなる費用節減が達成され得る。
本発明のさらなる好ましい一形態によれば、冷却機構が第５の冷却路をさらに含んでおり、この第５の冷却路は、冷却ハウジングの底に形成されており、かつ第３の冷却板によって画定されている。これにより電源部品の５つの側が冷却され得る。第５の冷却路が第１および／または第２の冷却路と流体連通していることが好ましい。代替策としては、第５の冷却路が第３および／または第４の冷却路と流体連通している。

冷却機構の蓋が、電気絶縁材料、とりわけ電気絶縁プラスチックから成ることがさらに好ましい。冷却ハウジングは、金属、とりわけアルミニウムから成ることが好ましく、かつ独立した側面は、銅またはアルミニウムから成ることが好ましい。

本発明のさらなる好ましい一形態によれば、流入口および流出口が、冷却ハウジングの第１の端面で一緒に配置されている。これにより、とりわけ冷却機構に対する供給配管および排出配管が簡略化され得る。この場合、第１の端面は、流入口を流出口から隔てるための流体分割器、とりわけ隔壁を有することが好ましい。

代替策としては、流入口および流出口が、冷却機構の相互に向かい合う端面に配置されている。これにより冷却機構は、冷却路の１つだけの貫流方向を有する。
側面の第１および第２の冷却板に、冷却路内に突き出ている要素、例えば冷却リブ、冷却シリンダ、またはその類似物が設けられることがさらに好ましい。これにより冷却路内で乱流が生成され、それにより放熱が改善され得る。

さらに本発明は、本発明による冷却機構と、冷却ハウジング内に配置された電源部品とを備えた電子機器構成に関する。電源部品は、冷却ハウジング内でポッティング材によってポッティングされることが好ましい。ポッティング材が電気を通さない材料から用意される場合、これによりポッティング材によって、電源部品の冷却ハウジングに対する電気絶縁が可能にされ得る。電源部品は、コンデンサ、とりわけ中間回路コンデンサであることが好ましい。

電子機器構成が、冷却機構の第１および第２の冷却板に配置された第１および第２のブレーカを含むことがさらに好ましい。これに関し、第１および第２のブレーカが、電子機器構成の長手平面に対称的に配置されることが特に好ましい。これにより、ブレーカから、冷却ハウジング内に配置された電源部品への同じ電気配線長が保証され得る。

電子機器構成が、冷却機構の蓋内に配置された電気接続部を含むことがさらに好ましい。この電気接続がバスバーへと行われることが好ましい。ブレーカへの電気接触がボンディング接続によって行われることがさらに好ましい。

さらに本発明は、本発明による電子機器構成を備えた、車両の制御機器に関する。この制御機器が、車両の電気機械の制御に用いられ、かつ中間回路コンデンサを含むことが好ましい。これにより、短い配線経路および低い電気インダクタンスでの、電気機械の迅速な制御が保証され得る。

以下に、本発明の好ましい例示的実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の第１の例示的実施形態による冷却機構の冷却ハウジングの概略的な透視図である。 第１の例示的実施形態の冷却機構の概略的な断面図である。 図１の冷却ハウジングの透視断面図である。 図２の冷却機構の部分断面図である。 第２の例示的実施形態による冷却機構の透視断面図である。 第２の例示的実施形態の冷却機構の断面図である。

以下に図１〜図４を参照しながら、本発明の第１の好ましい例示的実施形態による冷却機構１を備えた電子機器構成１００を詳細に説明する。とりわけ図１および図３から明らかであるように、冷却機構１は、５つのハウジング面を有する一体の冷却ハウジング３を含んでいる。冷却ハウジング３は、底１０と、第１の端面１１と、第２の端面１２と、第１の側面１３と、第２の側面１４とを含んでいる。これにより、５つのハウジング面を有する直方体形の冷却ハウジングが生じ、この冷却ハウジングは上が開いている。図２で示されているように、冷却ハウジング３は、電源部品２を収容するための中央の収容空間１５を規定している。

冷却機構１は、流入口１６および流出口１７をさらに含んでいる。冷媒は、流入口を経て冷却機構１に供給され、かつ流出口１７を経て排出される。この場合、冷却ハウジング３の外周面に冷却路が規定されている。より正確には、第１の冷却路１０１が第１の端面１１に形成されており、第２の冷却路１０２が第２の端面１２に形成されている。第３の冷却路１０３は第１の側面１３に形成されており、第４の冷却路１０４は第２の側面１４に形成されている。ここでは、第１および第２の冷却路１０１、１０２が第３および第４の冷却路１０３、１０４と流体連通しており、したがって冷媒は流入口から冷却路を経て流出口１７へと流れ得る。

とりわけ図１および図２から明らかであるように、この例示的実施形態の冷却路１０１、１０２、１０３、１０４は、平面状の冷却路である。これらの冷却路は、一方では冷却ハウジング３のハウジング面によって、他方では以下に説明するような冷却板によって規定されている。これに関し、冷却機構１は第１の冷却板４を含んでおり、第１の冷却板４は、第１の側面１３に配置されており、かつ第３の冷却路１０３を規定している。さらに第２の冷却板５が設けられており、第２の冷却板５は、第２の側面１４に配置されており、かつ第４の冷却路１０３を規定している。それだけでなく第３の冷却板６が設けられており、第３の冷却板６は、第１の端面１１に配置されており、かつ第１の冷却路１０１を規定している。さらに第４の冷却板７が設けられており、第４の冷却板７は、第２の端面１２に配置されており、かつ第２の冷却路１０２を規定している（図２を参照）。

この例示的実施形態では、第３の冷却板６および第４の冷却板７も、冷却ハウジング３と一体的に形成されている。さらに流入口１６および流出口１７も、第１および第２の端面１１、１２での冷却板６、７と一体的に形成されている。

この例示的実施形態の一体の冷却ハウジング３は、金属から、好ましくはアルミニウムから製作されている。これに関しとりわけ図３から明らかであるように、第３の冷却板６および第４の冷却板７は、端面側で端面１１、１２より突き出ている底１０を介して冷却ハウジングに結合している。さらに、図１に示されているように、底と向かい合う領域では、第３および第４の冷却板６、７を固定するために、ならびに蓋８を収容するために、フレーム状の構造が設けられている。

したがってこの冷却機構は、電源部品２を収容するための中央の収容空間１５を有しており、この収容空間１５は４つの側で冷媒が周囲を流れ得る。これに関しては冷却路１０１、１０２、１０３、１０４の平面的な形成により、十分な放熱が保証され得る。冷媒による冷却機構１の貫流は、図２に矢印で示唆されている。

さらに図２から明らかであるように、第１および第２の冷却板４、５のうち冷却ハウジング３に向いている側にはそれぞれ、第１および第２の側面１３、１４の方向に突き出ている冷却体４０または５０が設けられている。この突き出ている冷却体４０、５０が、シリンダであり、かつ乱流を生成するためにずらして配置されることが好ましい。

さらに図２および図３から明らかであるように、第１の端面１１には、もう１つの流体分割器９がさらに形成されており、この流体分割器９は底１０から垂直に突き出ている。これにより、流入口１６を経て供給される冷媒が、両方の側面１３、１４に沿って流れるために２つの流れに分けられる。これにより、冷媒の対称的な分配がもたらされることが好ましい。

冷却機構１は、図４から細部が明らかな蓋８をさらに含んでいる。蓋８は、電気絶縁材料、とりわけプラスチックから製造されている。蓋８は、とりわけ、中央の収容空間１５内に配置された電源部品２を覆っている。図４から明らかであるように、この場合、電源部品２は、第１および第２の側面１３、１４への電気接触を回避するため、ポッティング材２０内に配置されている。これにより、冷却ハウジング３内の電源部品２の直接的なポッティングが達成され得る。

電子機器構成１００は、第１のブレーカ２１および第２のブレーカ２２をさらに含んでいる。図４で示されているように、両方のブレーカ２１、２２は、電気配線を介して第１および第２のバスバー接続部２３、２４と電気接続されている。電源部品２もバスバー接続部２３、２４と電気接続されている。両方のブレーカ２１、２２は、電子機器構成１００の中心平面Ｅに対称的に配置されている。これにより、バスバー接続部２３、２４とブレーカ２１、２２との間に同じ電気配線長をもたらすことが簡単に可能である。

したがって電子機器構成１００は、冷却機構の両方の端面および両方の側面に配置された４つの平面的な冷却路１０１、１０２、１０３、１０４を有する冷却機構１を備えている。これにより電源部品２は４つの側で冷却され得る。

この例示的実施形態の電源部品２は、車両の制御機器内で使用されるコンデンサである。コンデンサが制御機器内に直接的に配置され得るので、コンデンサにより制御機器に迅速に必要な電力が提供され得る。これに関してはとりわけ、電気配線が、対称的に設けられており、かつ低インダクタンスでもあり、なぜならブレーカ２１、２２の対称的な配置によって電界が実質的に相殺されるからである。コンデンサは、好ましくは中間回路コンデンサであり、かつ車両の電気機械を制御するための制御機器内で使用される。この場合、６極の機械制御が、または２つの３極の電気機械のためのダブルインバータも実施され得る。

冷却路を密閉するため、図４に示されているように、第１および第２の側面１３、１４と第１および第２の冷却板４、５との間にパッキン３０が設けられている。パッキンは、冷却ハウジング３内に設けられた溝３１に入れられ得る。冷却板４、５は、冷却ハウジングに溶接または接着され得る。

図５および図６は、本発明の第２の例示的実施形態による冷却機構１を備えた電子機器構成１００を示している。これに関しては、同じまたは機能的に同じ部分を同じ符号で表している。第１の例示的実施形態とは異なり第２の例示的実施形態の冷却機構１は、追加的にもう１つの第５の冷却路１０５を有している。第５の冷却路１０５は、底１０と第５の冷却板１８の間で規定されている。図５から明らかであるように、この場合、流入口１６および流出口１７は、冷却機構１の同じ端面に、つまりこの例示的実施形態では第１の端面１１に配置されている。これにより第５の冷却路１０５は、第２の端面１２からの冷媒の還流のために使用される。これによりとりわけ、冷却機構１における流体媒体用の流体ポートがより単純に形成され得る。これに関し、第５の冷却路１０５が流出口１７と直接的に結合しているのではなく、流入口１６と直接的に結合しているように、およびこの場合に流出口１７が第１の冷却路１０１を介してそのほかの冷却路と流体連通しているように、第２の例示的実施形態の冷却機構が形成されてもよいことを付け加えておく。

Claims (15)

1. 電源部品（２）の冷却のための冷却機構であって、
   − 前記冷却機構が、底（１０）と、第１の端面（１１）と、第２の端面（１２）と、第１の側面（１３）と、第２の側面（１４）とを有する一体の冷却ハウジング（３）を含んでおり、前記冷却ハウジング（３）が、前記電源部品を収容するために適応された収容空間（１５）を規定しており、
   − 前記冷却機構が、冷媒を供給するための流入口（１６）を含んでおり、
   − 前記冷却機構が、冷媒を排出するための流出口（１７）を含んでおり、
   − 前記冷却機構が、第１の冷却路（１０１）と、第２の冷却路（１０２）と、第３の冷却路（１０３）と、第４の冷却路（１０４）とを含んでおり、前記第１の冷却路（１０１）が前記第１の端面（１１）に配置されており、前記第２の冷却路（１０２）が前記第２の端面（１２）に配置されており、かつ
   − 前記第３の冷却路（１０３）が前記第１の側面（１３）に配置されており、前記第４の冷却路（１０４）が前記第２の側面（１４）に配置されており、
   − 前記第１および第２の冷却路（１０１、１０２）がそれぞれ前記第３および第４の冷却路（１０３、１０４）と流体連通しており、
   − 前記冷却機構が、独立した第１の冷却板（４）および独立した第２の冷却板（５）を含んでおり、前記第３および第４の冷却路（１０３、１０４）を画定するために、前記第１の冷却板（４）が前記第１の側面（１３）に配置されており、前記第２の冷却板（５）が前記第２の側面（１４）に配置されており、
   − 前記冷却機構が、前記第１の端面（１１）に配置された第３の冷却板（６）および前記第２の端面（１２）に配置された第４の冷却板（７）を含んでおり、前記第３の冷却板（６）が前記第１の冷却路（１０１）を画定しており、前記第４の冷却板（７）が前記第２の冷却路（１０２）を画定しており、ならびに
   − 前記冷却機構が、前記冷却ハウジング（３）を閉鎖する蓋（８）を含んでいる冷却機構。
2. 前記第３の冷却板（６）および前記第４の冷却板（７）が、前記冷却ハウジング（３）と一体的に形成されている、請求項１に記載の冷却機構。
3. 前記流入口（１６）および／または前記流出口（１７）が、前記第３の冷却板（６）または前記第４の冷却板（７）と一体的に形成されている、請求項２に記載の冷却機構。
4. 前記冷却ハウジング（３）の前記底（１０）に形成されており、かつ第５の冷却板（１８）によって画定されている第５の冷却路（１０５）をさらに含んでいる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却機構。
5. 前記第５の冷却路（１０５）が、前記第１の冷却路（１０１）および／または前記第２の冷却路（１０２）と流体連通している、請求項４に記載の冷却機構。
6. 前記流入口（１６）および前記流出口（１７）が前記第３の冷却板（６）に配置されており、または前記流入口（１６）が前記第３の冷却板（６）に配置されており、かつ前記流出口（１７）が前記第４の冷却板（７）に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却機構。
7. 前記第１の冷却路（１０１）内に流体分割器（９）が配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却機構。
8. 前記冷却ハウジング（３）が直方体形をしている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却機構。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却機構（１）と、前記冷却機構内に配置された電源部品（２）とを含んでいる電子機器構成。
10. 前記電源部品（２）が、前記冷却機構（１）の前記冷却ハウジング（３）内でポッティング材（２０）によってポッティングされている、請求項９に記載の電子機器構成。
11. 第１のブレーカ（２１）および第２のブレーカ（２２）をさらに含んでおり、前記第１のブレーカ（２１）が前記第１の冷却板（４）に配置されており、かつ前記第２のブレーカ（２２）が前記第２の冷却板（５）に配置されている、請求項９または１０に記載の電子機器構成。
12. 前記第１のブレーカ（２１）および前記第２のブレーカ（２２）が、前記電子機器構成の長手平面（Ｅ）に対称的に配置されている、請求項１１に記載の電子機器構成。
13. 少なくとも１つのバスバー接続部（２３、２４）をさらに含んでおり、前記バスバー接続部（２３、２４）が前記冷却機構（１）の前記蓋（８）内に配置されている、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の電子機器構成。
14. 前記電源部品（２）が、コンデンサ、とりわけ中間回路コンデンサである、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の電子機器構成。
15. 請求項９〜１４のいずれか一項に記載の電子機器構成を含んでいる、とりわけ電気機械を制御するための車両の制御機器。

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