JP5655575B2 - Cooler and power conversion device using the same - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に備わる発熱体を冷却するための冷却器、及びその冷却器を用いた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a cooler for cooling a heating element provided in a power converter, and a power converter using the cooler.

近年、電動機を駆動源として搭載したハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が普及してきた。このような電動車両には、電動機の他に、充放電可能なバッテリ、バッテリの直流電力を電動機駆動用の三相交流電力に変換等する電力変換装置などが搭載されている。電力変換装置は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の半導体素子のスイッチング動作によって電力変換を行うものであり、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。   In recent years, electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles equipped with an electric motor as a drive source have become widespread. In addition to the electric motor, such an electric vehicle is equipped with a chargeable / dischargeable battery, a power conversion device that converts the DC power of the battery into three-phase AC power for driving the motor, and the like. The power conversion device performs power conversion by a switching operation of a semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and the semiconductor element generates heat by the switching operation.

そのため、電力変換装置には、この熱を除去して半導体素子(発熱体)の過熱を防止するために冷却器を備えている。そして、電力変換装置は、より高出力が求められる一方で小型化や軽量化の要求が厳しくなってきている。このため、冷却器には、高い冷却性能を確保しつつ小型化及び軽量化が求められている。   For this reason, the power converter is provided with a cooler in order to remove this heat and prevent overheating of the semiconductor element (heating element). And while power converters are required to have higher output, demands for miniaturization and weight reduction have become stricter. For this reason, the cooler is required to be reduced in size and weight while ensuring high cooling performance.

そこで、電力変換装置の筐体に一体化された冷却器を備えた電力変換装置が実用化されている。そして、このような電力変換装置において、高い(良好な)冷却性能を得るために、例えば、フィン間通路の並設方向に延在して設けられ、フィン間通路の一端側に連通する流入側冷媒溜を備え、フィン間通路と流入側冷媒溜とが、少なくともフィン間通路の並設領域に亘って延在する絞り部により連通連結されるとともに、絞り部が、流入側冷媒溜よりも大きな流通抵抗を有するようにされたものがある(特許文献1)。   Therefore, a power conversion device including a cooler integrated with a housing of the power conversion device has been put into practical use. In such a power converter, in order to obtain high (good) cooling performance, for example, an inflow side that extends in the parallel direction of the inter-fin passages and communicates with one end side of the inter-fin passages. A refrigerant reservoir is provided, and the inter-fin passage and the inflow-side refrigerant reservoir are connected in communication by a throttle portion extending at least over the juxtaposed region of the inter-fin passage, and the throttle portion is larger than the inflow-side refrigerant reservoir. There is one designed to have distribution resistance (Patent Document 1).

このような構成により、流入側冷媒溜に冷媒が流入するとその冷媒が流入側冷媒溜の延在方向の略全体に均等に分配され、絞り部の全領域でフィン間通路に向けて冷媒が流入することとなり、各フィン間通路に略均一に冷媒を流入させることができるようになっている。その結果、各フィン間通路における冷媒の流通状態が略均一になり、効率よく発熱体を冷却することができる。   With such a configuration, when the refrigerant flows into the inflow side refrigerant reservoir, the refrigerant is evenly distributed over substantially the entire extending direction of the inflow side refrigerant reservoir, and the refrigerant flows toward the inter-fin passage in the entire region of the throttle portion. As a result, the refrigerant can flow into the inter-fin passages substantially uniformly. As a result, the circulation state of the refrigerant in each inter-fin passage is substantially uniform, and the heating element can be efficiently cooled.

特開2008−172024号公報JP 2008-172024 A

しかしながら、上記した電力変換装置では、流入側冷媒溜における配管抵抗の影響により、流入側冷媒溜の冷媒入口から遠くなるに従い、冷媒の圧力損失が大きくなるため、フィン間通路においては、流入側冷媒溜の冷媒入口から遠くなるに従って冷媒の流入量が減少してしまう。そのため、各フィン間通路における冷媒の流速を均一にすることができないおそれがあった。
また、フィン間通路と冷媒溜との連通部分に絞り部を設けているため、冷媒の圧力損失が増大して冷媒の循環量が低減し、冷却性能が悪化してしまうおそれもあった。
However, in the above-described power conversion device, the pressure loss of the refrigerant increases as the distance from the refrigerant inlet of the inflow side refrigerant reservoir increases due to the piping resistance in the inflow side refrigerant reservoir. As the distance from the refrigerant inlet of the reservoir increases, the amount of refrigerant flowing in decreases. Therefore, there is a possibility that the flow rate of the refrigerant in each fin passage cannot be made uniform.
Further, since the throttle portion is provided in the communication portion between the inter-fin passage and the refrigerant reservoir, the pressure loss of the refrigerant is increased, the refrigerant circulation amount is reduced, and the cooling performance may be deteriorated.

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、発熱体を冷却する部位ごとに冷媒の流速を制御することにより、発熱体を効率よく冷却することができる冷却器、及びそれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and by controlling the flow rate of the refrigerant for each part for cooling the heating element, a cooler that can cool the heating element efficiently, And it aims at providing the power converter device using the same.

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、電力変換器の筐体に一体化された冷却器において、冷媒を流すための冷媒流路と、発熱体により開口が封止され、その発熱体と冷媒の間で熱交換を行うための凹部と、前記凹部と前記冷媒通路とを接続する接続部とを有し、前記接続部の開口面積及び形状が、前記冷媒通路の入口からの距離に対応して変化していることを特徴とする。   One aspect of the present invention made to solve the above problems is that in the cooler integrated in the casing of the power converter, an opening is sealed by a refrigerant flow path for flowing the refrigerant and a heating element, A concave portion for exchanging heat between the heating element and the refrigerant, and a connecting portion for connecting the concave portion and the refrigerant passage, and an opening area and a shape of the connecting portion from an inlet of the refrigerant passage. It is characterized by a change corresponding to the distance.

この冷却器では、冷媒流路(流入側)から接続部(流入側)を介して凹部へと冷媒が供給される。そして、凹部にて、発熱体と冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換を終えた冷媒は、凹部から別の接続部(流出側)から別の冷媒流路(流出側)へと排出され、冷却された後、再度、冷媒流路(流入側)に供給されて循環する。ここで、接続部の開口面積及び形状が、冷媒通路(流入側)の入口からの距離に対応して変化しているため、凹部において部位ごとに冷媒の流速を任意に可変することができる。これにより、例えば、冷媒通路(流入側)の入口からの距離に関わらず、凹部全域で冷媒の流量を均一にすることができ、発熱体を効率よく冷却することができる。   In this cooler, the refrigerant is supplied from the refrigerant flow path (inflow side) to the recess through the connection portion (inflow side). And heat exchange is performed between a heat generating body and a refrigerant | coolant in a recessed part. After the heat exchange, the refrigerant is discharged from the recess to another connecting portion (outflow side) to another refrigerant channel (outflow side), cooled, and then supplied again to the refrigerant channel (inflow side). Circulate. Here, since the opening area and the shape of the connecting portion change corresponding to the distance from the inlet of the refrigerant passage (inflow side), the flow rate of the refrigerant can be arbitrarily varied for each part in the recess. Thereby, for example, regardless of the distance from the inlet of the refrigerant passage (inflow side), the flow rate of the refrigerant can be made uniform throughout the recess, and the heating element can be efficiently cooled.

そして、凹部が複数設けられている場合には、各凹部において冷媒の流速を任意に可変することができる。これにより、冷媒通路(流入側)の入口からの距離に関わらず、各凹部ごとに最適な流速で冷媒を供給することができる。また、各凹部においては、上記したように、それぞれの凹部全域で冷媒の流量を均一にすることができる。従って、各発熱体からの発熱量に応じて各発熱体を効率よく冷却することができる。   And when the recessed part is provided with two or more, the flow rate of a refrigerant | coolant can be arbitrarily changed in each recessed part. Thereby, a refrigerant | coolant can be supplied with the optimal flow velocity for every recessed part irrespective of the distance from the inlet_port | entrance of a refrigerant path (inflow side). Moreover, in each recessed part, as above-mentioned, the flow volume of a refrigerant | coolant can be made uniform in each recessed part whole region. Therefore, each heating element can be efficiently cooled according to the amount of heat generated from each heating element.

このように、この冷却器では、発熱体を冷却する部位ごとに冷媒の流速を制御することができ、発熱体を効率よく冷却することができる。そして、接続部には、従来技術のように絞りを設けていないため、冷媒の圧力損失が増大することがない。従って、冷媒の循環量が低減して、冷却性能が悪化することはない。   Thus, in this cooler, the flow rate of the refrigerant can be controlled for each part for cooling the heating element, and the heating element can be efficiently cooled. And since the throttle is not provided in a connection part like the prior art, the pressure loss of a refrigerant | coolant does not increase. Therefore, the circulation amount of the refrigerant is not reduced and the cooling performance is not deteriorated.

上記した冷却器において、前記接続部の開口形状は、前記冷媒通路の入口から遠くなるに従って徐々に大きくなっていることが望ましい。   In the cooler described above, it is desirable that the opening shape of the connection portion gradually increases as the distance from the inlet of the refrigerant passage increases.

このような構成にすることにより、凹部全域で冷媒の流量を均一にすることができる。従って、凹部全域において均一に熱交換を行うことができるので、発熱体からの均一な放熱を実現することができる。   By adopting such a configuration, the flow rate of the refrigerant can be made uniform over the entire recess. Therefore, since heat can be uniformly exchanged in the entire recess, uniform heat dissipation from the heating element can be realized.

上記した冷却器において、前記冷媒流路は、流路断面積が除々に変化するように内周面がテーパ状に形成されていることが望ましい。   In the above-described cooler, it is desirable that the refrigerant flow path has an inner peripheral surface formed in a taper shape so that the cross-sectional area of the flow path gradually changes.

このような構成にすることにより、冷媒流路内において冷媒の流速を変化させることができるため、凹部へ供給する冷媒の流量をより精度良く制御することができる。また、接続部における開口面積の調整が容易になる。従って、発熱体を一層効率よく冷却することができる。   By adopting such a configuration, the flow rate of the refrigerant can be changed in the refrigerant flow path, so that the flow rate of the refrigerant supplied to the recess can be controlled with higher accuracy. In addition, the opening area at the connection portion can be easily adjusted. Therefore, the heating element can be cooled more efficiently.

上記した冷却器において、前記冷媒流路は、前記筐体に設けた中空リブの内部空間により形成されていることが望ましい。   In the cooler described above, it is desirable that the refrigerant flow path is formed by an internal space of a hollow rib provided in the casing.

このような構成にすることにより、凹部の両端に中空リブが配置されるため、冷却器に備わる凹部の強度を向上させることができる。これにより、凹部の封止面に対して発熱体を加圧して密着させることができるので、凹部の封止面における熱抵抗を低減することができ、発熱体の放熱性を高めることができる。すなわち、発熱体をより一層効率よく冷却することができる。
また、中空リブにより冷却器自体の強度も向上しているため、部材を薄肉化することができ、冷却器の小型化・軽量化を図ることもできる。
By setting it as such a structure, since a hollow rib is arrange | positioned at the both ends of a recessed part, the intensity | strength of the recessed part with which a cooler is equipped can be improved. Thereby, since a heat generating body can be pressurized and stuck to the sealing surface of a recessed part, the thermal resistance in the sealing surface of a recessed part can be reduced, and the heat dissipation of a heat generating body can be improved. That is, the heating element can be cooled more efficiently.
Further, since the strength of the cooler itself is improved by the hollow rib, the member can be thinned, and the cooler can be reduced in size and weight.

そして、上記したいずれか1つの冷却器を用いた電力変換装置においては、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子から発生する熱を放熱する放熱部とを備え、前記冷却器の凹部を覆うように前記放熱部が配置されて前記凹部の開口が封止されるパワーモジュールと、前記開口部の反対側にて前記冷却器に接触して配置されるリアクトルと、を有することを特徴とする。   In the power conversion device using any one of the coolers described above, a semiconductor element that performs power conversion between DC power and AC power, and a heat dissipating unit that dissipates heat generated from the semiconductor element. A power module in which the heat dissipating part is disposed so as to cover the recess of the cooler and the opening of the recess is sealed, and a reactor disposed in contact with the cooler on the opposite side of the opening It is characterized by having.

この電力変換装置では、上記したいずれか1つの冷却器を有しているため、発熱体である半導体素子を効率よく冷却することができる。また、別の発熱体であるリアクトルが、凹部の開口側とは反対側にて冷却器に接触して配置されているため、リアクトルも効率よく冷却することができる。   Since this power converter includes any one of the coolers described above, the semiconductor element that is a heating element can be efficiently cooled. Moreover, since the reactor which is another heat generating body is arrange | positioned in contact with a cooler on the opposite side to the opening side of a recessed part, a reactor can also be cooled efficiently.

上記した電力変換装置において、前記開口部の封止面は、前記筐体のうち前記パワーモジュールが配置される側の端面から突出していることが望ましい。   In the above-described power conversion device, it is preferable that the sealing surface of the opening protrudes from an end surface of the housing on the side where the power module is disposed.

このように、開口部の封止面を、筐体のうち前記パワーモジュールが配置される側の端面より外側に突出させることにより、凹部の封止面の加工性を高めることができるため、冷却器とパワーモジュールとの密着性を向上させることができる。その結果として、半導体素子の放熱性を向上させることができるとともに、凹部の封止面におけるシール性も向上させることができる。   As described above, since the sealing surface of the opening protrudes outward from the end surface of the housing on the side where the power module is disposed, the workability of the sealing surface of the recess can be improved. The adhesion between the container and the power module can be improved. As a result, the heat dissipation of the semiconductor element can be improved, and the sealing performance on the sealing surface of the recess can be improved.

本発明に係る冷却器及び電力変換装置によれば、上記した通り、発熱体を冷却する部位ごとに冷媒の流速を制御することにより、発熱体を効率よく冷却することができる。   According to the cooler and the power conversion device according to the present invention, as described above, the heating element can be efficiently cooled by controlling the flow rate of the refrigerant for each part for cooling the heating element.

実施の形態に係るインバータ装置の概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the inverter apparatus which concerns on embodiment. インバータ装置に備わる冷却器の斜視図である。図1に示す熱交換器の分解斜視図である。It is a perspective view of the cooler with which an inverter apparatus is equipped. It is a disassembled perspective view of the heat exchanger shown in FIG. 冷却器の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of a cooler. 筐体の外枠上端面と凹部の封止面との位置関係を説明する図である。It is a figure explaining the positional relationship of the outer-frame upper end surface of a housing | casing, and the sealing surface of a recessed part. 第1変形例に係る冷却器の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the cooler which concerns on a 1st modification. 第1変形例に係る冷却器の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the cooler which concerns on a 1st modification. 第2変形例に係る冷却器の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the cooler which concerns on a 2nd modification. 第2変形例に係る冷却器の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the cooler which concerns on a 2nd modification.

以下、本発明の冷却器及びそれを用いた電力変換装置を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、電動車両に搭載される車両駆動用のインバータ装置を例に挙げて説明する。実施の形態に係るインバータ装置は、3相交流モータジェネレータの駆動を制御する制御装置として車両駆動用電機システムに備えられ、車載電源を構成するバッテリから供給された直流電力を所定の交流電力に変換し、得られた交流電力を3相交流モータジェネレータに供給して3相交流モータジェネレータの駆動を制御する。また、3相交流モータジェネレータは発電機としての機能も有しているので、インバータ装置は、運転モードに応じ、3相交流モータジェネレータの発生する交流電力を直流電力に変換する機能も有している。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a cooler and a power conversion device using the same according to the present invention will be described below in detail based on the drawings. Here, an inverter device for driving a vehicle mounted on an electric vehicle will be described as an example. The inverter device according to the embodiment is provided in a vehicle drive electrical machine system as a control device that controls driving of a three-phase AC motor generator, and converts DC power supplied from a battery constituting an in-vehicle power source into predetermined AC power. Then, the obtained AC power is supplied to the three-phase AC motor generator to control the driving of the three-phase AC motor generator. Moreover, since the three-phase AC motor generator also has a function as a generator, the inverter device also has a function of converting AC power generated by the three-phase AC motor generator into DC power according to the operation mode. Yes.

このような実施の形態に係るインバータ装置について、図1〜図4を参照しながら説明する。図1は、実施の形態に係るインバータ装置の概略構成を示す分解斜視図である。図2は、インバータ装置に備わる冷却器の斜視図である。図3は、冷却器の概略構成を示す平面図である。図4は、筐体の外枠上端面と凹部の封止面との位置関係を説明する図である。   The inverter device according to such an embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inverter device according to the embodiment. FIG. 2 is a perspective view of a cooler provided in the inverter device. FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the cooler. FIG. 4 is a diagram for explaining the positional relationship between the outer frame upper end surface of the housing and the sealing surface of the recess.

図1に示すように、本実施の形態に係るインバータ装置10は、3つの3相交流モータジェネレータそれぞれの駆動を制御するパワーモジュール11,12,13と、昇圧用のリアクトル14と、パワーモジュール11〜13及びリアクトル14が取り付けられる筐体15と、パワーモジュール11〜13及びリアクトル14を冷却する冷却器30と、筐体15の上面に配置されパワーモジュール11〜13を覆う上蓋16と、筐体15の下面に配置されリアクトル14を覆う下蓋17とを備えている。   As shown in FIG. 1, the inverter device 10 according to the present embodiment includes power modules 11, 12, and 13 that control driving of three three-phase AC motor generators, a boosting reactor 14, and a power module 11. ˜13 and the reactor 14 to which the reactor 14 is attached, the cooler 30 that cools the power modules 11-13 and the reactor 14, the upper lid 16 that is disposed on the upper surface of the housing 15 and covers the power modules 11-13, and the housing 15 and a lower lid 17 that covers the reactor 14.

パワーモジュール11,12,13は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う半導体素子21,22,23と、半導体素子21,22,23から発生する熱を放熱する放熱部24,25,26とを備えている。各放熱部24,25,26は、それぞれ平板状のフィンベース24a,25a,26aと、フィンベース24a,25a,26aから突出して設けられた放熱フィン24b,25b,26bとを備えている。そして、各半導体素子21,22,23は、それぞれ絶縁部材27,28,29を介して各フィンベース24a,25a,26aに対し放熱フィン24b,25b,26bとは反対側に接合されている。これにより、後述する冷却器30の凹部31,32,33に、放熱フィン24b,25b,26bがそれぞれ配置されるようになっている。   The power modules 11, 12, and 13 include semiconductor elements 21, 22, and 23 that perform power conversion between DC power and AC power, and heat radiating units 24 and 25 that radiate heat generated from the semiconductor elements 21, 22, and 23. , 26. Each of the heat radiating portions 24, 25, and 26 is provided with flat fin bases 24a, 25a, and 26a, and heat radiating fins 24b, 25b, and 26b that protrude from the fin bases 24a, 25a, and 26a. The semiconductor elements 21, 22, and 23 are joined to the fin bases 24a, 25a, and 26a via the insulating members 27, 28, and 29, respectively, on the opposite side to the radiation fins 24b, 25b, and 26b. Thereby, the radiation fins 24b, 25b, and 26b are respectively disposed in the recesses 31, 32, and 33 of the cooler 30 that will be described later.

冷却器30は、図2及び図3に示すように、上端面に形成された凹部31,32,33を備えており、インバータ装置10の筐体15に一体化されている。各凹部31,32,33の周囲には、パワーモジュール11,12,13を取り付けるためのパワーモジュール取付面31a,32a,33aが設けられている。そして、凹部31,32,33の各開口は、例えばOリングなどのシール部材36(図4参照)を介して各パワーモジュール11,12,13が冷却器30のパワーモジュール取付面31a,32a,33aに固定されることにより液密に封止される。なお、本実施の形態では、冷却器に3つの凹部(開口面積は同じ)を設けているが、凹部の数はこれに制限されることなく、パワーモジュールの数に応じた数だけ設ければよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the cooler 30 includes recesses 31, 32, and 33 formed on the upper end surface, and is integrated with the casing 15 of the inverter device 10. Power module mounting surfaces 31a, 32a, and 33a for mounting the power modules 11, 12, and 13 are provided around the recesses 31, 32, and 33, respectively. And each opening of recessed part 31, 32, 33 is the power module attachment surface 31a, 32a of each cooler 30, and each power module 11,12,13 via seal members 36 (refer FIG. 4), such as an O-ring, for example. By being fixed to 33a, it is liquid-tightly sealed. In the present embodiment, the cooler is provided with three recesses (the opening area is the same). However, the number of recesses is not limited to this, and only a number corresponding to the number of power modules may be provided. Good.

筐体15は、外枠18と、筐体長手方向に並列に設けられた2本の中空リブ34,35とを備えている。外枠18の上端には、上蓋16を取り付けるための上蓋取付面18aが形成され、外枠18の下端には、下蓋17を取り付けるための下蓋取付面18bが形成されている。
各中空リブ34,35は、筐体15の高さ方向の中央に配置され、それぞれの両端部が外枠18に接合されている。中空リブ34,35の一端部は筐体外部に開口し、他端部は埋栓されている。これら中空リブ34,35は、冷却器30の両端近傍に配置され、中空リブ34,35の内部空間が冷却器30の冷媒通路34a,35aとなっている。詳細には、中空リブ34の内部空間が流入側冷媒通路34aとなり、中空リブ35の内部空間が流出側冷媒通路35aとなっている。これら冷媒通路34a,35aは不図示のラジエターに接続されており、冷媒通路34a,35aとラジエターとの間で冷媒が循環するようになっている。
The housing 15 includes an outer frame 18 and two hollow ribs 34 and 35 provided in parallel in the longitudinal direction of the housing. An upper lid attachment surface 18 a for attaching the upper lid 16 is formed at the upper end of the outer frame 18, and a lower lid attachment surface 18 b for attaching the lower lid 17 is formed at the lower end of the outer frame 18.
Each of the hollow ribs 34 and 35 is disposed at the center of the casing 15 in the height direction, and both end portions thereof are joined to the outer frame 18. One end portions of the hollow ribs 34 and 35 open to the outside of the housing, and the other end portions are plugged. These hollow ribs 34 and 35 are disposed in the vicinity of both ends of the cooler 30, and the internal spaces of the hollow ribs 34 and 35 serve as refrigerant passages 34 a and 35 a of the cooler 30. Specifically, the internal space of the hollow rib 34 serves as the inflow side refrigerant passage 34a, and the internal space of the hollow rib 35 serves as the outflow side refrigerant passage 35a. These refrigerant passages 34a and 35a are connected to a radiator (not shown), and the refrigerant circulates between the refrigerant passages 34a and 35a and the radiator.

このようにして、冷却器30が筐体15に一体化されており、中空リブ34,35により冷却器30の強度が向上している。また、凹部31,32,33の封止面(パワーモジュール取付面31a,32a,33a)は、図4に示すように、上蓋取付面18aから上方へ突出して形成されている。そのため、パワーモジュール取付面31a,32a,33aの加工性を高めることができるため、冷却器30とパワーモジュール11,12,13との密着性を向上させることができる。そして、冷却器30の強度が向上しているため、凹部31,32,33の封止面、つまりパワーモジュール取付面31a,32a,33aにパワーモジュール11,12,13を加圧して取り付けることができる。これらのことにより、パワーモジュール11,12,13のパワーモジュール取付面31a,32a,33aに対する密着性が高められるため、パワーモジュール取付面31a,32a,33aにおける熱抵抗を低減することができる。従って、パワーモジュール11,12,13の放熱性を高めることができるとともに、凹部31,32,33に各開口におけるシール性も向上させることができる。   In this way, the cooler 30 is integrated with the housing 15, and the strength of the cooler 30 is improved by the hollow ribs 34 and 35. Further, the sealing surfaces (power module mounting surfaces 31a, 32a, 33a) of the recesses 31, 32, 33 are formed so as to protrude upward from the upper lid mounting surface 18a, as shown in FIG. Therefore, the workability of the power module attachment surfaces 31a, 32a, and 33a can be improved, so that the adhesion between the cooler 30 and the power modules 11, 12, and 13 can be improved. And since the intensity | strength of the cooler 30 is improving, the power modules 11, 12, and 13 can be attached by pressurizing on the sealing surfaces of the recesses 31, 32, and 33, that is, the power module mounting surfaces 31a, 32a, and 33a. it can. As a result, the adhesion of the power modules 11, 12, and 13 to the power module mounting surfaces 31a, 32a, and 33a is enhanced, so that the thermal resistance of the power module mounting surfaces 31a, 32a, and 33a can be reduced. Therefore, the heat dissipation of the power modules 11, 12, and 13 can be enhanced, and the sealing performance at the openings in the recesses 31, 32, and 33 can be improved.

また、冷却器30の強度向上により、冷却器30の構成部材を薄肉化することができ、冷却器30の小型化・軽量化を図ることもできる。さらに、凹部31〜33の開口側とは反対側に配置されているリアクトル14を冷却器30に対し加圧して密着させることができる。これにより、リアクトル14の放熱性を高めることができる。   Further, the strength of the cooler 30 can be improved, so that the constituent members of the cooler 30 can be thinned, and the cooler 30 can be reduced in size and weight. Furthermore, the reactor 14 disposed on the side opposite to the opening side of the recesses 31 to 33 can be pressed against the cooler 30 to be brought into close contact therewith. Thereby, the heat dissipation of the reactor 14 can be improved.

そして、図3及び図4に示すように、凹部31〜33の底部両端には接続部37i〜39oが設けられており、これらの接続部37i〜39oを介して凹部31〜33が冷媒通路34a,35aの上部に連通している。具体的には、流入側接続部37i,38i,39iを介して、凹部31,32,33と流入側冷媒通路34aとが連通している。また、流出側接続部37o,38o,39oを介して、凹部31,32,33と流出側冷媒通路35aとが連通している。これにより、流入側冷媒通路34aを流れる冷媒が、各流入側接続部37i,38i,39iを介して、凹部31,32,33にそれぞれ供給され、凹部31,32,33に供給された冷媒が、それぞれ流出側接続部37o,38o,39oを介して、流出側冷媒通路35aに流出するようになっている。   As shown in FIGS. 3 and 4, connecting portions 37i to 39o are provided at both ends of the bottoms of the recesses 31 to 33, and the recesses 31 to 33 are connected to the refrigerant passage 34a via these connecting portions 37i to 39o. , 35a. Specifically, the recesses 31, 32, 33 and the inflow side refrigerant passage 34a communicate with each other through the inflow side connection portions 37i, 38i, 39i. Further, the recesses 31, 32, 33 and the outflow side refrigerant passage 35a communicate with each other through the outflow side connection portions 37o, 38o, 39o. Thereby, the refrigerant flowing through the inflow side refrigerant passage 34a is supplied to the recesses 31, 32, 33 via the inflow side connection portions 37i, 38i, 39i, respectively, and the refrigerant supplied to the recesses 31, 32, 33 is supplied. The refrigerant flows out into the outflow side refrigerant passage 35a through the outflow side connection portions 37o, 38o, and 39o, respectively.

ここで、各接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口面積(流路断面積)及び形状は、流入側冷媒通路34aの入口からの距離に対応して変化している。これにより、凹部31,32,33へ供給する冷媒の流速及び流量を任意に可変することができる。なお、接続部37iと37o、38iと38o、39iと39oは、それぞれ凹部31,32,33の中心線(2本の中空リブの中間位置)において対称な形状をなしており、それぞれの開口面積が等しい。   Here, the opening areas (flow channel cross-sectional areas) and shapes of the connection portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o change in accordance with the distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a. Thereby, the flow velocity and flow rate of the refrigerant supplied to the recesses 31, 32, 33 can be arbitrarily varied. The connecting portions 37i and 37o, 38i and 38o, 39i and 39o have symmetrical shapes on the center lines of the recesses 31, 32 and 33 (intermediate positions of the two hollow ribs), respectively, Are equal.

本実施の形態では、流入側冷媒通路34aの入口から遠くなるに従って、各接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oにおいて、開口面積が徐々に大きくなっている。つまり、各接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口形状は、略台形となっている。そして、接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口面積は、この順に大きくなっている。これにより、流入側冷媒通路34aの入口からの距離に関わらず、つまり流入側冷媒通路34aの配管抵抗に影響されずに、すべての凹部31,32,33における冷媒の流量を等しくするとともに、各凹部31,32,33において全域で冷媒の流側を均一にすることができるようになっている。   In the present embodiment, the opening area gradually increases in each of the connection portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o as the distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a increases. That is, the opening shape of each connection part 37i * 37o, 38i * 38o, 39i * 39o is a substantially trapezoid. And the opening area of the connection part 37i * 37o, 38i * 38o, 39i * 39o becomes large in this order. Thereby, regardless of the distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a, that is, without being affected by the piping resistance of the inflow side refrigerant passage 34a, the flow rates of the refrigerant in all the recesses 31, 32, 33 are equalized, In the recesses 31, 32, and 33, the refrigerant flow side can be made uniform over the entire area.

そして、筐体15に一体化された冷却器30の上面にパワーモジュール11,12,13が固定され、冷却器30の下面にリアクトル14が固定された状態で、上蓋取付面18aに上蓋16が取り付けられ、下蓋取付面18bに下蓋17が取り付けられる。これにより、筐体15の外枠18、上蓋16及び下蓋17によって、冷却器30、パワーモジュール11,12,13、及びリアクトル14が雨水や埃から保護されている。   The power module 11, 12, 13 is fixed to the upper surface of the cooler 30 integrated with the housing 15, and the upper cover 16 is mounted on the upper cover mounting surface 18 a with the reactor 14 fixed to the lower surface of the cooler 30. The lower lid 17 is attached to the lower lid attachment surface 18b. Thus, the cooler 30, the power modules 11, 12, 13 and the reactor 14 are protected from rainwater and dust by the outer frame 18, the upper lid 16 and the lower lid 17 of the casing 15.

続いて、上記した構成を有するインバータ装置10及び冷却器30の動作について簡単に説明する。インバータ装置10は、バッテリから供給された直流電力の電圧をリアクトル14により昇圧した後、各パワーモジュール11,12,13で所定の交流電力に変換してそれぞれ3相交流モータジェネレータに供給する。また、インバータ装置10は、3相交流モータジェネレータが発電機として機能する場合には、その3相交流モータジェネレータの発生する交流電力を直流電力に変換してバッテリに供給する。   Next, operations of the inverter device 10 and the cooler 30 having the above-described configuration will be briefly described. The inverter device 10 boosts the voltage of the DC power supplied from the battery by the reactor 14, converts the voltage into predetermined AC power by the power modules 11, 12, and 13 and supplies the AC power to the three-phase AC motor generator. Further, when the three-phase AC motor generator functions as a generator, the inverter device 10 converts the AC power generated by the three-phase AC motor generator into DC power and supplies it to the battery.

一方、冷却器30においては、流入側冷媒通路34aを流れる冷媒が、各流入側接続部37i,38i,39iを介して、凹部31,32,33にそれぞれ供給される。そして、凹部31に導入された冷媒は放熱フィン24b間を流れていき、流出側接続部37oから流出側冷媒通路35aへと排出される。同様に、凹部32に導入された冷媒は放熱フィン25b間を流れていき、流出側接続部38oから流出側冷媒通路35aへと排出される。同様に、凹部33に導入された冷媒は放熱フィン26b間を流れていき、流出側接続部39oから流出側冷媒通路35aへと排出される。このとき、各凹部31,32,33は、シール部材36を介して各パワーモジュール11,12,13によって液密に封止されているため、各凹部31,32,33内を流れる冷媒が外部に漏れることはない。   On the other hand, in the cooler 30, the refrigerant flowing through the inflow side refrigerant passage 34a is supplied to the recesses 31, 32, 33 via the inflow side connection portions 37i, 38i, 39i, respectively. Then, the refrigerant introduced into the recess 31 flows between the radiation fins 24b and is discharged from the outflow side connection portion 37o to the outflow side refrigerant passage 35a. Similarly, the refrigerant introduced into the recess 32 flows between the radiation fins 25b and is discharged from the outflow side connection portion 38o to the outflow side refrigerant passage 35a. Similarly, the refrigerant introduced into the recess 33 flows between the radiation fins 26b and is discharged from the outflow side connection portion 39o to the outflow side refrigerant passage 35a. At this time, since the recesses 31, 32, and 33 are liquid-tightly sealed by the power modules 11, 12, and 13 via the seal member 36, the refrigerant that flows through the recesses 31, 32, and 33 is external. Will not leak.

ここで、流入側冷媒通路34aを流れる冷媒は、配管抵抗の影響により入口から遠くなるに従って徐々に流速が減少するが、各接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口形状は、流入側冷媒通路34aの入口から遠くなるに従って徐々に大きくなる略台形をなしているので、凹部31,32,33のそれぞれにおいて全域で冷媒の流速が等しくなっている。また、接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口面積はこの順に大きくなっており、すべての凹部31,32,33における冷媒の流量が等しくなっている。このように、冷却器30では、流入側冷媒通路34aの入口からの距離に関わらず、各凹部31,32,33において全域で冷媒の流量が均一になっている。これにより、凹部31,32,33のそれぞれにおいて全域で均一に熱交換を行うことができるので、パワーモジュール11,12,13からは均一に放熱が行われる。従って、冷却器30により、パワーモジュール11,12,13を効率よく冷却することができる。   Here, the flow rate of the refrigerant flowing through the inflow side refrigerant passage 34a gradually decreases as the distance from the inlet increases due to the influence of the piping resistance, but the opening shapes of the connection portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o are as follows: Since it has a substantially trapezoidal shape that gradually increases with increasing distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a, the flow rates of the refrigerant are equal throughout the recesses 31, 32, and 33, respectively. Further, the opening areas of the connecting portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o increase in this order, and the flow rates of the refrigerant in all the concave portions 31, 32, 33 are equal. As described above, in the cooler 30, the flow rate of the refrigerant is uniform throughout the recesses 31, 32, 33 regardless of the distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a. As a result, heat can be uniformly exchanged in the entire area in each of the recesses 31, 32, 33, so that heat is uniformly radiated from the power modules 11, 12, 13. Therefore, the power module 11, 12, 13 can be efficiently cooled by the cooler 30.

また、冷却器30では、中空リブ34,35による強度向上と、パワーモジュール取付面31a,32a,33aの加工性向上との結果、パワーモジュール取付面31a,32a,33aにおける熱抵抗が低減されている。そのため、パワーモジュール11,12,13の放熱性がより高められており、パワーモジュール11,12,13をより一層効率よく冷却することができる。
さらに、冷却器30の強度向上により、リアクトル14が冷却器30に対し加圧されて密着している。そのため、リアクトル14も効率よく冷却することができる。
Moreover, in the cooler 30, as a result of the improvement in strength by the hollow ribs 34 and 35 and the improvement in workability of the power module attachment surfaces 31a, 32a and 33a, the thermal resistance in the power module attachment surfaces 31a, 32a and 33a is reduced. Yes. Therefore, the heat dissipation of the power modules 11, 12, and 13 is further enhanced, and the power modules 11, 12, and 13 can be cooled more efficiently.
Furthermore, the reactor 14 is pressurized and adhered to the cooler 30 due to the strength improvement of the cooler 30. Therefore, the reactor 14 can also be efficiently cooled.

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るインバータ装置10によれば、冷却器30における各接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口形状が、流入側冷媒通路34aの入口から遠くなるに従って徐々に大きくなる台形となっているとともに、接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口面積はこの順に大きくなっている。これにより、インバータ装置10では、流入側冷媒通路34aの入口からの距離に関わらず、各凹部31,32,33において全域で冷媒の流量を均一にすることができるので、冷却器30によりパワーモジュール11,12,13を効率よく冷却することができる。   As described above in detail, according to the inverter device 10 according to the present embodiment, the opening shapes of the connection portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o in the cooler 30 are the same as those of the inflow-side refrigerant passage 34a. The trapezoid gradually increases as the distance from the entrance increases, and the opening areas of the connecting portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o increase in this order. Thus, in the inverter device 10, the flow rate of the refrigerant can be made uniform in the entire recesses 31, 32, 33 regardless of the distance from the inlet of the inflow side refrigerant passage 34a. 11, 12, 13 can be efficiently cooled.

ここで、インバータ装置に備わる冷却器の変形例について、図5〜図8を参照しながら説明する。図5、図6は、第1変形例に係る冷却器の概略構成を示す平面図である。図7、図8は、第2変形例に係る冷却器の概略構成を示す断面図である。   Here, a modified example of the cooler provided in the inverter device will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are plan views showing a schematic configuration of the cooler according to the first modification. 7 and 8 are cross-sectional views showing a schematic configuration of a cooler according to a second modification.

第1変形例に係る冷却器では、基本的な構成を冷却器30とほぼ同じくするが、各接続部における開口面積が異なっている。これにより、凹部ごとに冷媒の流量を変えることができる。従って、パワーモジュール11,12,13の発熱量に応じて、各凹31,32,33における冷媒の流量を調整することができる。その結果、冷媒の循環量を抑えつつ、パワーモジュール11,12,13を効率よく冷却することができる。このように、冷媒の循環量を抑えることができることから、冷却器の小型化・軽量化をさらに図ることができる。   In the cooler according to the first modification, the basic configuration is substantially the same as that of the cooler 30, but the opening areas at the respective connecting portions are different. Thereby, the flow volume of a refrigerant | coolant can be changed for every recessed part. Therefore, the flow rate of the refrigerant in each of the recesses 31, 32, 33 can be adjusted according to the heat generation amount of the power modules 11, 12, 13. As a result, the power modules 11, 12, and 13 can be efficiently cooled while suppressing the circulation amount of the refrigerant. Thus, since the circulation amount of the refrigerant can be suppressed, the cooler can be further reduced in size and weight.

例えば、パワーモジュール31,32,33の順で発熱量が大きい場合であれば、図5に示すように、接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oの開口面積を、この順で大きくすればよい。
また、パワーモジュール32の発熱量が最も大きい場合であれば、図6に示すように、38i・38oの開口面積を最も大きくすればよい。なお、接続部37i・37oの開口面積と39i・39oの開口面積の大きさは、パワーモジュール11と13の発熱量に応じて決定すればよい。なお、図6では、パワーモジュール11と13の発熱量がほぼ等しいため、接続部37i・37oの開口面積が39i・39oの開口面積より小さくなっている。
For example, if the amount of heat generation is large in the order of the power modules 31, 32, 33, as shown in FIG. do it.
If the heat generation amount of the power module 32 is the largest, as shown in FIG. 6, the opening areas of 38i and 38o may be maximized. Note that the size of the opening areas of the connection portions 37i and 37o and the opening areas of 39i and 39o may be determined according to the amount of heat generated by the power modules 11 and 13. In FIG. 6, since the heat generation amounts of the power modules 11 and 13 are substantially equal, the opening areas of the connecting portions 37i and 37o are smaller than the opening areas of 39i and 39o.

第2変形例に係る冷却器も、基本的な構成を冷却器30とほぼ同じくするが、流入側冷媒通路の形状が異なっている。具体的には、流入側冷媒流路34aの流路断面積が除々に変化するように内周面がテーパ状に形成されている。これにより、流入側冷媒流路34a内において冷媒の流速を変化させることができるため、凹部31,32,33へ供給する冷媒の流量をより精度良く制御することができる。また、接続部37i・37o,38i・38o,39i・39oにおける開口面積の調整が容易になる。   The basic configuration of the cooler according to the second modified example is substantially the same as that of the cooler 30, but the shape of the inflow side refrigerant passage is different. Specifically, the inner peripheral surface is formed in a taper shape so that the flow passage cross-sectional area of the inflow side refrigerant flow passage 34a gradually changes. Thereby, since the flow velocity of the refrigerant can be changed in the inflow side refrigerant flow path 34a, the flow rate of the refrigerant supplied to the recesses 31, 32, 33 can be controlled with higher accuracy. Moreover, the adjustment of the opening area in the connection portions 37i, 37o, 38i, 38o, 39i, 39o is facilitated.

例えば、パワーモジュール31,32,33の順で発熱量が大きい場合であれば、図7に示すように、流入側冷媒流路34aを、下流側に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状とすればよい。
また、パワーモジュール32の発熱量が最も大きい場合であれば、図8に示すように、流入側冷媒流路34aを、下流側に向かって内径が徐々に小さくなっていき、凹部32において内径が最小となり、その後内径が徐々に大きくなるテーパ形状とすればよい。
For example, if the heat generation amount is large in the order of the power modules 31, 32, 33, as shown in FIG. 7, the inflow-side refrigerant flow path 34a has a tapered shape in which the inner diameter gradually decreases toward the downstream side. do it.
If the heat generation amount of the power module 32 is the largest, as shown in FIG. 8, the inner diameter of the inflow-side refrigerant flow path 34 a gradually decreases toward the downstream side, and the inner diameter is reduced in the recess 32. The taper shape may be minimized and then the inner diameter gradually increases.

ここでは、第1変形例と第2変形例とを別々に説明したが、もちろん、第1変形例と第2変形例とを組み合わせることもできる。   Here, the first modification example and the second modification example have been described separately, but of course, the first modification example and the second modification example can be combined.

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、各凹部31,32,33の開口面積が等しい場合を例示したが、各凹部の開口面積はパワーモジュールの大きさに合わせて異なっていてもよい。凹部31,32,33ごとに開口面積を変化させることによっても、上記した変形例のように、凹部31,32,33ごとに冷媒の流量を変えることができる。   It should be noted that the above-described embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the opening areas of the recesses 31, 32, and 33 are equal is illustrated, but the opening area of each recess may be different according to the size of the power module. Also by changing the opening area for each of the recesses 31, 32, 33, the flow rate of the refrigerant can be changed for each of the recesses 31, 32, 33 as in the above-described modification.

また、上記した実施の形態では、電動車両の車両駆動用インバータ装置を例示したが、本発明はこれ以外の電力変換装置、例えば電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、あるいは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用することができる。   In the above-described embodiment, the inverter device for driving a vehicle of an electric vehicle has been exemplified. However, the present invention drives other power conversion devices, for example, power conversion devices such as trains, ships, and aircrafts, and further drives plant equipment. It is also applicable to industrial power converters used as motor control devices, or home power converters used in home solar power generation systems and motor control devices that drive household appliances. Can do.

10 インバータ装置
11 パワーモジュール
12 パワーモジュール
13 パワーモジュール
14 リアクトル
15 筐体
21 半導体素子
22 半導体素子
23 半導体素子
24 放熱部
25 放熱部
26 放熱部
30 冷却器
31 凹部
32 凹部
33 凹部
34 中空リブ
34a 流入側冷媒通路
35 中空リブ
35a 流出側冷媒通路
37i 流入側接続部
37o 流出側接続部
38i 流入側接続部
38o 流出側接続部
39i 流入側接続部
39o 流出側接続部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inverter apparatus 11 Power module 12 Power module 13 Power module 14 Reactor 15 Case 21 Semiconductor element 22 Semiconductor element 23 Semiconductor element 24 Heat radiation part 25 Heat radiation part 26 Heat radiation part 30 Cooler 31 Recess 32 Recess 33 Recess 34 Hollow rib 34a Inflow side Refrigerant passage 35 Hollow rib 35a Outflow side refrigerant passage 37i Inflow side connection portion 37o Outflow side connection portion 38i Inflow side connection portion 38o Outflow side connection portion 39i Inflow side connection portion 39o Outflow side connection portion

Claims (6)

電力変換器の筐体に一体化された冷却器において、
冷媒を流すための冷媒流路と、
発熱体により開口が封止され、その発熱体と冷媒との間で熱交換を行うための凹部と、
前記凹部と前記冷媒通路とを接続する接続部とを有し、
前記接続部の開口面積及び形状が、前記冷媒通路の入口からの距離に対応して変化している
ことを特徴とする冷却器。
In the cooler integrated in the casing of the power converter,
A refrigerant flow path for flowing refrigerant;
The opening is sealed by the heating element, and a recess for exchanging heat between the heating element and the refrigerant;
A connecting portion connecting the recess and the refrigerant passage;
The cooler, wherein an opening area and a shape of the connection portion are changed corresponding to a distance from an inlet of the refrigerant passage.
請求項1に記載する冷却器において、
前記接続部の開口形状は、前記冷媒通路の入口から遠くなるに従って徐々に大きくなっている
ことを特徴とする冷却器。
The cooler according to claim 1, wherein
The opening shape of the connection part gradually increases as the distance from the inlet of the refrigerant passage increases.
請求項1又は請求項2に記載する冷却器において、
前記冷媒流路は、流路断面積が除々に変化するように内周面がテーパ状に形成されている
ことを特徴とする冷却器。
In the cooler according to claim 1 or 2,
The cooler characterized in that the refrigerant channel has an inner peripheral surface tapered so that the channel cross-sectional area gradually changes.
請求項1に記載する冷却器において、
前記冷媒流路は、前記筐体に設けられた中空リブの内部空間により形成されている
ことを特徴とする冷却器。
The cooler according to claim 1, wherein
The cooler, wherein the coolant channel is formed by an internal space of a hollow rib provided in the housing.
請求項1から請求項4に記載するいずれか1つの冷却器と、
直流電力と交流電力との間で電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子から発生する熱を放熱する放熱部とを備え、前記冷却器の凹部を覆うように前記放熱部が配置されて前記凹部の開口が封止されるパワーモジュールと、
前記開口部の反対側にて前記冷却器に接触して配置されるリアクトルと、
を有することを特徴とする電力変換装置。
Any one cooler according to claim 1 to claim 4,
A semiconductor element that performs power conversion between DC power and AC power; and a heat dissipation part that dissipates heat generated from the semiconductor element, and the heat dissipation part is disposed so as to cover the recess of the cooler. A power module in which the opening of the recess is sealed;
A reactor arranged in contact with the cooler on the opposite side of the opening;
The power converter characterized by having.
請求項5に記載する電力変換装置において、
前記開口の封止面は、前記筐体のうち前記パワーモジュールが配置される側の端面から突出している
ことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 5,
The sealing surface of the opening protrudes from an end surface on the side where the power module is disposed in the housing.
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