JPWO2012049765A1 - 冷却液用温度検出装置 - Google Patents

Abstract

冷却液用温度検出装置１０は、冷却液が流れる冷却部１６と、冷却液の温度を検出する温度センサ１８と、温度センサ１８を支持するとともに、冷却部１６に対してろう付け接合され、冷却液の熱を温度センサ１８に伝えるブラケット２０とを有する。ブラケット２０には、冷却部１６に接合する接合面３０と外部とを連通するスリット３２が形成される。この構成により、ろう付け接合による熱伝導性の低下を抑制することができる。

Description

本発明は、冷却液の温度を検出する冷却液用温度検出装置の構造の改良に関する。

従来から、電気機器の発熱体を冷却するため、電気機器に、冷却液が流れる冷却部を取り付ける技術が知られている。この技術においては、冷却液の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、冷却対象である発熱体の温度を推定し、電気機器の温度制御が行われる例がある。

下記特許文献１には、電子機器を冷却する水冷ヒートシンクが記載されている。この水冷ヒートシンクと、このヒートシンクに対して冷却水が出入りする出入口パイプとは、ろう付けにより接合される。

特開２００８−２１１１４７号公報

上記特許文献１に記載されるような水冷ヒートシンクにおいても、電子機器の温度制御の観点から、ヒートシンクあるいは出入口パイプに、冷却水の温度を検出する温度センサが設けられる場合がある。この場合、製造効率を考慮すると、温度センサを支持するブラケットと、ヒートシンクあるいは出入口パイプとは、上述の接合方法、すなわちろう付けにより固定される。

ブラケットには、温度センサに冷却水の熱を効率よく伝える熱伝導性が要求される。熱伝導性を向上させるため、ヒートシンクあるいは出入口パイプに接合するブラケットの接合面を大きくすることが考えられる。しかし、接合面を単に大きくすると、ろう付け時にボイドが発生してしまい、熱伝導が阻害されてしまうという問題がある。

また、ブラケットには、温度センサの支持に必要な強度が要求される。強度の確保には、ブラケットの容積を所定量確保する必要がある。そうすると、その所定容積に対応するブラケットの熱容量の影響で、温度センサまで熱の移動に時間がかかってしまうという問題がある。

本発明の目的は、簡易な構造で、部材間のろう付け接合による熱伝導性の低下を抑制することができる冷却液用温度検出装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、簡易な構造で、温度センサの応答性を高めることができる冷却液用温度検出装置を提供することにある。

本発明の冷却液用温度検出装置は、冷却液が流れる冷却部と、冷却液の温度を検出する温度センサと、温度センサを支持するとともに、冷却部に対してろう付け接合され、冷却液の熱を温度センサに伝えるブラケットと、を有し、ブラケットには、冷却部に接合する接合面と外部とを連通する連通部が形成されることを特徴とする。

また、ブラケットは、冷却部に接合する領域である一端部と、温度センサが設けられる領域である他端部とを有し、一端部の厚さは他端部の厚さより小さいことが好適である。

また、連通部は、ブラケットの接合面に形成されるスリットであることが好適である。

また、スリットは、３ｍｍ以下の間隔を空けて形成されることが好適である。

また、連通部は、ブラケットの接合面と、この面に対向する面とを貫通するように形成される貫通孔であることが好適である。

また、冷却部は、電気機器の発熱体を冷却するように電気機器に取り付けられることが好適である。

本発明の冷却液用温度検出装置によれば、簡易な構造で、部材間のろう付け接合による熱伝導性の低下を抑制することができる。さらに、この装置によれば、簡易な構造で、温度センサの応答性を高めることができる。

本実施形態に係る冷却液用温度検出装置の構成を示す図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 ブラケットの構成を示す図である。

以下、本発明に係る冷却液用温度検出装置の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、自動車を駆動するモータに電力を供給するパワーモジュールを挙げ、このパワーモジュールに設けられる半導体モジュールを冷却する冷却液の温度を検出する冷却液用温度検出装置について説明する。なお、本発明は、自動車のパワーモジュールに限らず、電気機器の発熱体を冷却する冷却液の温度を検出する冷却液用温度検出装置にも適用することができる。

図１は、本実施形態の冷却液用温度検出装置の構成を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。

冷却液用温度検出装置（以降、単に「温度検出装置」と記す）１０は、パワーモジュール１２に取り付けられる。パワーモジュール１２は、発熱体である半導体モジュール（図示せず）と、このモジュールを制御する制御部（図示せず）とを収容するハウジング１４を有する。ハウジング１４は、絶縁性能が高い材質、例えば樹脂（複合繊維材料を含む）により形成される。

半導体モジュールは、図示しないが、半導体素子と、この素子を配置した基板とを有する。半導体素子は、インバータや昇圧コンバータに用いられるスイッチング素子であり、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、サイリスタ等などで構成される。スイッチング素子は、駆動により発熱する。基板は、電気回路を有し、この電気回路上に半導体素子が電気的に接続される。

このように構成される半導体モジュールにおいては、半導体素子の損傷を防止する観点から、予め動作温度範囲（特に上限温度）が設定されている。そして、パワーモジュール１２の制御部は、その動作温度範囲を超える前に、半導体モジュールの能力を制限するように制御する。

温度検出装置１０は、冷却液が流れる冷却部１６と、冷却液の温度を検出する温度センサ１８とを有する。そして、温度検出装置１０は、温度センサ１８を支持するとともに、冷却部１６に対してろう付け接合されるブラケット２０を有する。本実施形態の冷却液は、自動車に使用される冷却媒体であり、例えばＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）またはＬＬＣ（Long Life Coolant）である。

冷却部１６は、パワーモジュール１２に接続される冷却器２２と、冷却器２２の出入り口にそれぞれ接続される流路２４とを有する。冷却器２２と流路２４は、ともに熱伝導性に優れた材質、例えばアルミニウムにより形成され、これらは、ろう付け接合される。

本実施形態の冷却器２２は、図１に示されるように、パワーモジュール１２のハウジング１４の下部に接続される。そして、冷却器２２は、ハウジング１４内の半導体モジュールの熱を冷却液に放熱する。上述のように冷却器２２がアルミニウムで形成されることにより、半導体モジュールの熱を効率よく冷却液に放熱することができる。本実施形態の流路２４は、ポンプと放熱部材（ともに図示せず）に接続され、半導体モジュールの熱を外部に放出する。

次に、ブラケット２０の構成について、図１から３を用いて説明する。図３は、ブラケット２０の構成を示す図であり、図２のＢ方向から見た平面図である。

ブラケット２０は、熱伝導性に優れた材質、例えばアルミニウムにより形成される。このようにブラケット２０がアルミニウムで形成されることにより、冷却部２２を流れる冷却液の熱を効率よく温度センサ１８に伝えることができる。ブラケット２０は、冷却部１６に接合する領域である一端部２０ａと、温度センサ１８が設けられる領域である他端部２０ｂとを有する。本実施形態のブラケット２０は、冷却部１６の入口、すなわち上流側に接合されるが、本発明はこの構成に限定されず、冷却部１６の出口、すなわち下流側に接合されてもよい。

他端部２０ｂには、ボルト２６が嵌り合うねじ孔２８が形成される。温度センサ１８には、ボルト２６が貫通する端子１８ａが設けられている。この端子１８ａを貫通させたボルト２６をねじ孔２８にねじ込むことにより、温度センサ１８が他端部２０ｂに固定される。本実施形態の温度センサ１８は、サーミスタであり、この温度センサ１８の検出値がパワーモジュール１２の制御部に出力される。なお、ブラケット２０に対する温度センサ１８の固定方法は一例であり、本発明はこの構成に限定されず、その他の固定方法、例えば溶着も採用できる。

一方、一端部２０ａには、冷却部１６に接合する接合面３０が形成される。本実施形態の接合面３０は、冷却器２２と接合するが、これは一例であり、流路２４と接合することもできる。接合面３０には、５本のスリット３２が、所定の間隔を空けて形成される。なお、スリット３２の数は一例であって、本発明はスリット３２の数５個に限定されない。

このように、接合面３０にスリット３２が形成されることにより、ろう付け時に、接合面３０に発生する空気を、スリット３２を介して外部へ逃がすことができる。空気が逃げることで、ボイドの形成が防止されるので、ボイドによる冷却部１６からブラケット２０へ熱伝導の低下を防止することができる。

スリット３２は、例えば３ｍｍ以下の間隔を空けて形成されることが好適である。この構成により、接合面３０で発生する空気を、効率よくスリット３２に逃がすことができる。なお、この間隔は、接合面３０の両端部にも適用することができる。すなわち、この間隔３ｍｍ以下は、図３に示される、右端のスリット３２と、一端部２０ａの右端との間、および左端のスリット３２と、一端部２０ａの左端（破線部）との間にも適用することができる。

また、本実施形態のブラケット２０においては、図２に示されるように、一端部２０ａの厚さｔ１が他端部２０ｂの厚さｔ２より小さいことを特徴とする。ここで、厚さｔ１，ｔ２とは、接合面３０に対して直交する方向におけるブラケット２０の長さのことである。

この構成により、他端部２０ｂで温度センサ１８の支持に必要な強度を確保しつつ、一端部２０ａにおけるブラケット２０の容積、言い換えれば熱容量を小さくすることができる。ブラケット２０の熱容積が小さくなることで、冷却部１６から温度センサ１８まで熱の移動時間が短縮され、温度センサ１８の応答性を高めることができる。

本実施形態の温度検出装置１０によれば、上述のようなブラケット２０の特徴的な構成により、冷却液の温度を精度よく検出することができる。そうすると、冷却液を介した半導体モジュールの温度検出の精度が向上するので、予め設定された、誤差あるいは余裕を考慮した半導体モジュールの上限温度をより高く設定することができる。上限温度が高くなることにより、半導体モジュールの能力が制限されにくくなるので、自動車の運動性能の向上を図ることができる。また、上限温度が高くなると、サージ電圧保護の上限値も高く設定することができるので、これにより余裕ができた電圧分で半導体素子の動作が向上し、結果として、燃費性能の向上を図ることができる。

本実施形態においては、冷却部１６とブラケット２０がアルミニウム製である場合について説明したが、この構成に限定されず、熱伝導性に優れた材質であれば、例えば銅で形成されてもよい。

また、本実施形態では、ブラケット２０の接合面３０にスリット３２が形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。接合面３０と外部とを連通し、ろう付け時に、接合面３０に発生する空気を外部へ逃がして、ボイドの形成を防止することができるのであれば、他の構成であってもよい。例えば、スリット３２の代わりに、接合面３０と、この面３０に対向する一端部２０ａの面とを貫通する貫通孔が形成されてもよい。

１０ 冷却液用温度検出装置、１２ パワーモジュール、１４ ハウジング、１６ 冷却部、１８ 温度センサ、２０ ブラケット、２２ 冷却器、２４ 流路、２６ ボルト、２８ ねじ孔、３０ 接合面、３２ スリット。

Claims (6)

1. 冷却液が流れる冷却部と、
   冷却液の温度を検出する温度センサと、
   温度センサを支持するとともに、冷却部に対してろう付け接合され、冷却液の熱を温度センサに伝えるブラケットと、
   を有し、
   ブラケットには、冷却部に接合する接合面と外部とを連通する連通部が形成される、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。
2. 請求項１に記載の冷却液用温度検出装置において、
   ブラケットは、冷却部に接合する領域である一端部と、温度センサが設けられる領域である他端部とを有し、
   一端部の厚さは他端部の厚さより小さい、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。
3. 請求項１に記載の冷却液用温度検出装置において、
   連通部は、ブラケットの接合面に形成されるスリットである、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。
4. 請求項３に記載の冷却液用温度検出装置において、
   スリットは、３ｍｍ以下の間隔を空けて形成される、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。
5. 請求項１に記載の冷却液用温度検出装置において、
   連通部は、ブラケットの接合面と、この面に対向する面とを貫通するように形成される貫通孔である、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。
6. 請求項１に記載の冷却液用温度検出装置において、
   冷却部は、電気機器の発熱体を冷却するように電気機器に取り付けられる、
   ことを特徴とする冷却液用温度検出装置。

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