JP2022158553A

JP2022158553A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2022158553A
Application number: JP2021063536A
Authority: JP
Inventors: 大輔床桜; Daisuke Tokozakura; 聡富永; Satoshi Tominaga; 正章片山; Masaaki Katayama; 直之岸本; Naoyuki Kishimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2022-10-17

Abstract

【課題】発熱体の冷却性がより高まりやすい冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１０は、パワーカード１（発熱体）の上面２ａ（第一面）に絶縁部材４０を介して固定された放熱部材２１（第一放熱部材）を有し、放熱部材２１と冷却水２５との熱交換によってパワーカード１を冷却する冷却系統２０（第一冷却系統）と、パワーカード１における上面２ａとは反対側の下面２ｂ（第二面）に固定された放熱部材３１（第二放熱部材）を有し、放熱部材３１と絶縁性を有した潤滑油３５（冷却液）との熱交換によってパワーカード１を冷却する冷却系統３０（第二冷却系統）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関する。

従来、発熱体としてのＰＣＵのパワーカードの下面に固定された放熱部材を有し、放熱部材と冷却水との熱交換によってパワーカードを冷却する水冷却系を備えた冷却装置が、知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－０８０４３２号公報

上記従来の冷却装置では、水冷却系によってパワーカードの片側のみを冷却する構造であるため、例えば、パワーカードの上面側の冷却性が、パワーカードの下面側の冷却性と比べて低下してしまう虞があった。

また、例えば、パワーカードの上下面の両側を、冷却水を用いた水冷却系と絶縁性を有した冷却液を用いたオイル冷却系とを利用して冷却する場合、絶縁性を有した冷却液側の冷却性が、冷却水側の冷却性と比べて低下してしまう虞があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発熱体の冷却性がより高まりやすい冷却装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷却装置は、発熱体の第一面に絶縁部材を介して固定された第一放熱部材を有し、前記第一放熱部材と冷却水との熱交換によって前記発熱体を冷却する第一冷却系統と、前記発熱体における前記第一面とは反対側の第二面に固定された第二放熱部材を有し、前記第二放熱部材と絶縁性を有した冷却液との熱交換によって前記発熱体を冷却する第二冷却系統と、を備える。

本発明によれば、例えば、第一冷却系統と第二冷却系統とによって発熱体の両側を冷却することができつつ、第一面には絶縁部材を介して第一放熱部材を固定する一方で、第二面には絶縁部材を介さずに第二放熱部材を固定することで、第一面側の熱抵抗（熱伝達特性）と第二面側の熱抵抗（熱伝達特性）との差を小さくできる。これにより、例えば、第二面側（冷却液側）の冷却性が、第一面側（冷却水側）の冷却性と比べて低下してしまうのを抑制でき、ひいては発熱体の冷却性がより高まりやすい冷却装置を提供することができる。

図１は、実施形態の冷却装置の例示的かつ模式的な構成図である。図２は、実施形態の冷却装置の第一冷却系統の例示的かつ模式的な断面図である。図３は、実施形態の冷却装置の第二冷却系統の例示的かつ模式的な断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

なお、本明細書では、序数は、部品や、部材、部位、位置、方向等を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。

［実施形態］
図１は、実施形態の冷却装置１０の構成図である。図１に示されるように、冷却装置１０は、例えば、発熱体としてのＰＣＵ（Power Control Unit）のパワーカード１を冷却する装置であり、パワーカード１の上面２ａ側を冷却する冷却系統２０と、パワーカード１の下面２ｂ側を冷却する冷却系統３０と、を備えている。

上面２ａは、第一面の一例であり、冷却系統２０は、第一冷却系統の一例である。また、下面２ｂは、第一面とは反対側の第二面の一例であり、冷却系統３０は、第二冷却系統の一例である。

冷却装置１０は、例えば、金属の冷却装置１０や、パワーカード１の冷却装置１０等とも称され、パワーカード１と冷却装置１０とを含めて両面放熱パワーモジュール等とも称される。また、二つの冷却系統２０，３０は、冷却器や、冷却機構、放熱機構等とも称される。

パワーカード１は、例えば、ケース２や、複数の素子３、リードフレーム４等を有している。ケース２は、パワーカード１の長手方向（図１の左右方向）に延びており、複数の素子３およびリードフレーム４の一部を収容している。

本実施形態では、例えば、パワーカード１の長手方向に互いに間隔をあけて三つの素子３が配置されている。なお、素子３の数は、三つには限定されず、一つや、二つ、あるいは四つ以上であってもよい。素子３は、パワー素子等とも称される。

リードフレーム４は、複数の素子３のそれぞれと電気的に接続されるとともに、パワーカード１の長手方向の両端部から外側に引き出されている。なお、ケース２の内部における素子３やリードフレーム４の周囲には、シール材やモールド材等が充填されうる。

図２は、冷却装置１０の冷却系統２０の断面図である。図２に示されるように、冷却系統２０は、例えば、放熱部材２１や、放熱部材２１と熱交換を行う冷却水２５（図１参照）、絶縁部材４０等を有している。冷却系統２０は、水冷却系等とも称される。

放熱部材２１は、例えば、パワーカード１の幅方向（図２の左右方向）に並んだ複数のフィン２２と、複数のフィン２２を連結したベース部分２３と、を有している。放熱部材２１は、第一放熱部材の一例である。

ベース部分２３は、パワーカード１（ケース２）の上面２ａに沿って延びた四角形状の板状に構成されている。ベース部分２３は、絶縁部材４０を介してパワーカード１の上面２ａに固定されている。

すなわち、ベース部分２３は、絶縁部材４０を介してパワーカード１の上面２ａと熱的に接続されている。上面２ａは、例えば、ケース２の一部を構成する熱拡散板等によって構成されており、熱伝導性を有した接着剤やグリス等の熱伝導部材を介して素子３と熱的に接続されている。

絶縁部材４０は、例えば、絶縁シート４１や、グリス４２，４３等を有している。グリス４２は、絶縁シート４１と放熱部材２１との間に設けられ、グリス４３は、絶縁シート４１と上面２ａとの間に設けられている。本実施形態では、このような絶縁部材４０によって、放熱部材２１とパワーカード１（素子３）との間の絶縁性が確保されている。

複数のフィン２２は、それぞれベース部分２３から上方に突出し、パワーカード１の長手方向（図１の左右方向）に沿って延びている。本実施形態では、例えば、複数のフィン２２どうしの間の隙間によって、冷却水２５（図１参照）が流れる冷却系統２０の通路が構成されている。

冷却水２５は、パワーカード１の長手方向において、例えば、上述した通路を図１の右側から左側へと向かう一方向に流れるように構成されている。なお、冷却系統２０は、この例には限定されず、例えば、放熱部材２１の他に冷却水２５が流れる通路を構成する部材（チューブ等）を有してもよい。

図３は、冷却装置１０の冷却系統３０の断面図である。図３に示されるように、冷却系統３０は、例えば、放熱部材３１や、放熱部材３１と熱交換を行う絶縁性を有したモータやギヤ用の潤滑油３５（図１参照）等を有している。潤滑油３５は、冷却液の一例である。冷却系統３０は、オイル冷却系等とも称される。

放熱部材３１は、例えば、パワーカード１の幅方向（図３の左右方向）に並んだ複数のフィン３２と、複数のフィン３２を連結したベース部分３３と、を有している。放熱部材３１は、第二放熱部材の一例である。

ベース部分３３は、パワーカード１（ケース２）の下面２ｂに沿って延びた四角形状の板状に構成されている。ベース部分３３は、例えば、接着剤や溶接部等の接合部５０を介してパワーカード１の下面２ｂに固定されている。

すなわち、ベース部分３３は、上述した絶縁部材４０を介さずにパワーカード１の下面２ｂと熱的に接続されている。下面２ｂは、例えば、ケース２の一部を構成する熱拡散板等によって構成されており、熱伝導性を有した接着剤やグリス等の熱伝導部材を介して素子３と熱的に接続されている。

複数のフィン３２は、それぞれベース部分３３から下方に突出し、パワーカード１の長手方向（図１の左右方向）に沿って延びている。本実施形態では、例えば、複数のフィン３２どうしの間の隙間によって、潤滑油３５（図１参照）が流れる冷却系統３０の通路が構成されている。

潤滑油３５は、パワーカード１の長手方向において、例えば、上述した通路を図１の左側から右側へと向かう一方向に流れるように構成されている。なお、冷却系統３０は、この例には限定されず、例えば、放熱部材３１の他に潤滑油３５が流れる通路を構成する部材（チューブ等）を有してもよい。

上述した構成により、本実施形態では、放熱部材３１とパワーカード１（素子３）との間の構造的な熱抵抗は、放熱部材２１とパワーカード１（素子３）との間の構造的な熱抵抗よりも低減する。一方、潤滑油３５は、冷却水２５よりも液体自体の熱伝達特性が悪い。よって、上面２ａ側のトータルの熱抵抗と下面２ｂ側のトータルの熱抵抗との差が小さくなり、パワーカード１の両側からの抜熱性のムラを小さくできる。

以上のように、本実施形態では、冷却装置１０は、パワーカード１（発熱体）の上面２ａ（第一面）に絶縁部材４０を介して固定された放熱部材２１（第一放熱部材）を有し、放熱部材２１と冷却水２５との熱交換によってパワーカード１を冷却する冷却系統２０（第一冷却系統）と、パワーカード１における上面２ａとは反対側の下面２ｂ（第二面）に固定された放熱部材３１（第二放熱部材）を有し、放熱部材３１と絶縁性を有した潤滑油３５（冷却液）との熱交換によってパワーカード１を冷却する冷却系統３０（第二冷却系統）と、を備える。

このような構成によれば、例えば、冷却系統２０と冷却系統３０とによってパワーカード１の両側を冷却することができつつ、上面２ａには絶縁部材４０を介して放熱部材２１を固定する一方で、下面２ｂには絶縁部材４０を介さずに放熱部材３１を固定することで、上面２ａ側の熱抵抗（熱伝達特性）と下面２ｂ側の熱抵抗（熱伝達特性）との差を小さくできる。これにより、例えば、下面２ｂ側（潤滑油３５側）の冷却性が、上面２ａ側（冷却水２５側）の冷却性と比べて低下してしまうのを抑制でき、ひいてはパワーカード１の冷却性がより高まりやすい冷却装置１０を提供することができる。

また、本実施形態では、冷却水２５と絶縁性を有した潤滑油３５（冷却液）とが、パワーカード１の長手方向（図１の左右方向）において、互いに反対方向に流れるように構成されている。

このような構成によれば、例えば、パワーカード１の長手方向に並んだ複数の素子３のうち冷却水２５の下流側（図１の左端部）に位置する素子３の冷却性が、冷却水２５の上流側（図１の右端部）に位置する素子３の冷却性と比べて低下してしまうのを抑制でき、ひいてはパワーカード１の冷却性がより一層高まりやすい冷却装置１０を提供することができる。

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、形式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１…パワーカード（発熱体）
２ａ…上面（第一面）
２ｂ…下面（第二面）
１０…冷却装置
２０…冷却系統（第一冷却系統）
２１…放熱部材（第一放熱部材）
２５…冷却水
３０…冷却系統（第二冷却系統）
３１…放熱部材（第二放熱部材）
３５…潤滑油（冷却液）
４０…絶縁部材

Claims

発熱体の第一面に絶縁部材を介して固定された第一放熱部材を有し、前記第一放熱部材と冷却水との熱交換によって前記発熱体を冷却する第一冷却系統と、
前記発熱体における前記第一面とは反対側の第二面に固定された第二放熱部材を有し、前記第二放熱部材と絶縁性を有した冷却液との熱交換によって前記発熱体を冷却する第二冷却系統と、
を備えた、冷却装置。