JP7164022B2 - 冷却構造体 - Google Patents
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Description
モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等、これら電子部品を接合するバスバーに大電流が流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却する必要がある。
<1> 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路は、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有する冷却構造体。
<2> 前記整流部の前記突出部側の端部は、前記上流側の内壁よりも流路外方向に突出する<1>に記載の冷却構造体。
<3> 前記流路外方向における整流部の高さhと、前記流路外方向における前記突出部よりも上流側の前記流路の幅wとの比(h/w)は、0.5以上である<1>又は<2>に記載の冷却構造体。
<4> 前記突出部は、前記冷媒が流通する方向における前記突出部よりも下流側の前記流路の内壁よりも前記流路外方向に突出している<1>~<3>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<5> 前記突出部の内壁の少なくとも一部と対向するように被冷却体が配置され、前記突出部を流通する前記冷媒により前記被冷却体が冷却される<1>~<4>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<6> 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた<1>~<5>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<7> 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられ、前記被冷却体と、前記流路形成部材との間に前記金属層の少なくとも一部が設けられ、前記金属層は、前記被冷却体の少なくとも一部と接している<5>に記載の冷却構造体。
<8> 前記金属層が、金属溶射層である<6>又は<7>に記載の冷却構造体。
本開示の冷却構造体は、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路は、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有する。本開示の冷却構造体は、流路外方向に突出する突出部と、冷媒が流通する方向を突出部側に整流する整流部と、を有するため、突出部に冷媒の流れが形成され、突出部に供給された冷媒は滞留しにくくなり、長期間にわたって冷媒が突出部に溜まる滞留の発生が抑制されると考えられる。また、突出部における滞留の発生が抑制されることにより、突出部における冷却効率が高まると考えられる。
本開示において、「流路外方向」とは、流路の内壁から外壁を介して流路形成部材の外部に向かう方向を意味する。
図3に示す冷却構造体200は、上流側の上部内壁42及び突出部の側部内壁45と対向するように被冷却体50が配置され、突出部40を流通する冷媒により被冷却体50が冷却される構成を有する。
被冷却体50は、上流側の上部内壁42から流路12内に向けて延設されたヒートシンク(図示せず)、及び側部内壁45から突出部40に向けて延設されたヒートシンク(図示せず)を備えていてもよい。
本開示の冷却構造体の変形例は、流路形成部材の外壁の少なくとも一部に金属層が設けられており、好ましくは、被冷却体であるパワー半導体、キャパシタ等と、流路形成部材との間に金属層の少なくとも一部が設けられ、金属層は被冷却体の少なくとも一部と接している。被冷却体の少なくとも一部が金属層と接触することにより、被冷却体にて生じた熱が金属層を介して流路を流通する冷媒に移動するため、被冷却体を効率よく冷却することができる。
被冷却体50から生じた熱は、金属層48を介して流路形成部材14の外壁に達し、さらに上流側の上部内壁42及び突出部の側部内壁45に到達した熱は、不図示の冷却フィンに移動する。このときに、流路12を流通する冷媒により冷却フィンから熱が冷媒に移動する。被冷却体50が金属層48を介して流路形成部材14と接するため、被冷却体50から生じた熱が、効率的に冷却フィンへ移動しやすくなり、冷却効率が向上する。
金属層48は、例えば、流路形成部材14における被冷却体50の配置された側とは反対側の外壁に設けることが好ましい。また、図4に示すように、金属層48が流路形成部材14における被冷却体50の配置された側の外壁の一部に設けられている場合、流路形成部材14における被冷却体50の配置された側とは反対側の外壁には、金属層48の設けられていない領域54が存在してもよい。
流路形成部材14及び冷却フィンを構成する樹脂に含まれる無機充填材は、同じであっても異なっていてもよい。また、流路形成部材14を構成する樹脂及び冷却フィンを構成する樹脂の一方に無機充填材が含まれ、他方に無機充填材が含まれなくてもよい。
金属層を形成する方法は特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、金属板の張り付け、金属溶射等が挙げられる。金属層は、形成性の観点から、金属溶射法により形成された金属溶射層であることが好ましく、加工性の観点から亜鉛が好ましい。
縦120mm、横120mm、厚み5mmのPPS樹脂板を準備し、試験片1とした。
試験片1の一方の面に、溶射法により平均厚み200μmの亜鉛層を形成した。これを試験片2とした。
また、縦120mm、横120mm、厚み500μmのアルミニウム板を試験片3とした。
試験片1、試験片2及び試験片3について、磁界シールド性能を以下に示すKEC法(500Hzから1GHz)における磁界シールド効果評価用装置で評価した。
得られた結果を図5に示す。図5から明らかなように、試験片2及び試験片3によれば、試験片1に比較して優れた磁界シールド効果の得られることがわかる。
PPS樹脂を用いて、外径が横30mm×縦15mmで、内径が横25mm×縦10mmで、長さが110mmの断面矩形の水路モデル1を形成した。水路モデル1における110mm×30mmの外壁の上面に、溶射法により平均厚み200μmの亜鉛層48を形成した。これを水路モデル2とした。
水路モデル1の110mm×30mmの外壁及び水路モデル2の亜鉛層48を形成した面上に、各々、100℃に熱した95mm×25mm×15mmの大きさの鉄ブロック52を図6に示すようにして配置し、各水路モデル内に20℃の水を8L/分の流量で流通させた。
鉄ブロック52の配置直後から、図6に示すA~Dの計4箇所の温度変化を、株式会社KEYENCE製 高機能レコーダ GR-3500を用いて測定したところ、鉄ブロック52の配置から17分後の各測定箇所の温度は、下記表1に示すとおりであり、亜鉛層48は被冷却体の冷却に有効であることが明らかとなった。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
14 流路形成部材
40 突出部
41 整流部
42 上流側の上部内壁
43 下部内壁
44 下流側の上部内壁
45、47 側部内壁
46 上部内壁
48 金属層
50 被冷却体
52 鉄ブロック
54 領域
100、200、300 冷却構造体
Claims (6)
- 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
被冷却体と、
金属層と、を有し、
前記流路は、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有し、
前記被冷却体は、前記突出部の内壁の少なくとも一部と対向するように配置され、前記突出部を流通する前記冷媒により前記被冷却体が冷却され、
前記金属層は、前記流路形成部材における前記被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けられている冷却構造体。 - 前記整流部の前記突出部側の端部は、前記上流側の内壁よりも流路外方向に突出する請求項1に記載の冷却構造体。
- 前記流路外方向における整流部の高さhと、前記流路外方向における前記突出部よりも上流側の前記流路の幅wとの比(h/w)は、0.5以上である請求項1又は請求項2に記載の冷却構造体。
- 前記突出部は、前記冷媒が流通する方向における前記突出部よりも下流側の前記流路の内壁よりも前記流路外方向に突出している請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の冷却構造体。
- 前記金属層は、前記流路形成部材における前記被冷却体の配置された側の外壁の一部にさらに設けられ、
前記被冷却体と、前記流路形成部材との間に前記金属層の一部がさらに設けられ、前記金属層は、前記被冷却体の少なくとも一部と接している請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の冷却構造体。 - 前記金属層が、金属溶射層である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の冷却構造体。
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