JPWO2012086058A1

JPWO2012086058A1 - 冷却器

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Publication number: JPWO2012086058A1
Application number: JP2012502380A
Authority: JP
Inventors: 忠史吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP5472443B2; DE112010006084B4; US20130206375A1; DE112010006084T5; US9212853B2; WO2012086058A1; CN103210707B; CN103210707A

Abstract

複数の放熱フィンが並設され、該放熱フィン間の通路（Ｒｐ）を冷媒が通流する放熱部と、放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、放熱フィン間の通路（Ｒｐ）の一端側に第１絞り部（Ｒｓ）を介して連通する流入側冷媒溜（Ｒｉ）と、放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、放熱フィン間の通路（Ｒｐ）の他端側に第２絞り部（Ｒｓ）を介して連通する流出側冷媒溜（Ｒｏ）とを備える冷却器。流入側冷媒溜（Ｒｉ）の第１絞り部（Ｒｓ）と対向する面には流入側フィン（２１）が形成され、かつ、流入側冷媒溜（Ｒｉ）の流通断面積は、流出側冷媒溜（Ｒｏ）の流通断面積よりも小さく設定される。

Description

本発明は冷却器に関し、特に冷媒流量の改善に関する。

従来から、電動機と、電動機を収容する駆動装置ケースと、電動機を制御するインバータとを備えた駆動装置において、インバータや電動機を冷却するための冷却構造を有するものが提案されている。

図６、図７及び図８に、下記の特許文献１に開示された従来の冷却器構造を示す。図６は冷却構造の全体斜視図、図７は冷却構造の縦断面図、図８は冷却構造の主要部の縦断面図である。インバータ３や電動機１等の放熱体が放熱した熱を、冷媒循環路４においてラジエータ４２との間で循環する冷媒に対して放熱させて、放熱体を熱的に保護する。

インバータ３は、バッテリ電源の直流を交流に変換するスイッチングトランジスタや付随の回路素子と、これらを配した回路基板からなる。インバータ３は、基板自体又は別部材を基板に取り付けることで基板と一体化されたヒートシンク５３の上面側に取り付けられ、ヒートシンク５３がインバータ３を収容するインバータケース７の底部に固定される。ヒートシンク５３の下面がインバータ３と熱的に接続された放熱面５３ａとして形成される。インバータケース７は、内部のインバータ３を雨水や埃から保護すべく覆うように形成される。

電動機１は、駆動装置ケース２に収容され、駆動装置ケース２の上面にスペーサ部材６が設けられる。スペーサ部材６の上面には、放熱面５３ａと対向配置され、かつ、電動機１と熱的に接続された対向面６ａが形成される。スペーサ部材６の上面には、ヒートシンク５３をスペーサ部材６の上に搭載した状態で、ヒートシンク５３の下面、すなわち放熱面５３ａとの間に冷媒空間Ｒを形成するための矩形の凹部が形成される。凹部の底面は対向面６ａを形成する。スペーサ部材６の下面には、駆動装置ケース２の上面と協働して、流入側冷媒路Ｒｉを形成する凹部６１及び流出側冷媒路Ｒｏを形成する凹部６２が互いに平行に形成される。

冷却構造は、ヒートシンク５３の放熱面５３ａとスペーサ部材６の対向面６ａとの間に冷媒空間Ｒを形成し、この冷媒空間Ｒに放熱面５３ａから対向面６ａに向けて立設された複数の放熱フィン５６を並列配置して、複数の放熱フィン５６のそれぞれの隣接間に冷媒が通流するフィン間通路Ｒｐを形成してなる。放熱フィン５６は、熱交換面積確保のために、ヒートシンク５３側の放熱面５３ａからスペーサ部材６の対向面６ａに向けて冷媒空間Ｒ内に延出し、冷媒空間Ｒをその厚さ方向に横断する。

放熱フィン５６は、ヒートシンク５３の下側を削り起し形成され、放熱面５３ａはインバータ３側に近接されている。フィン５６の立設に際しては、削り起し前の面より立設された部位に関して放熱フィン５６の先端部の長さが基端部の長さより短く設定され、フィン間通路Ｒｐの端面が放熱フィン５６の立設方向に対して傾斜している。

スペーサ部材６の凹部６１と駆動装置ケース２の上面により、流入側冷媒溜Ｒｉがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成され、スペーサ部材６の凹部６２と駆動装置ケース２の上面により、流出側冷媒溜Ｒｏがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成される。流入側冷媒溜Ｒｉとフィン間通路Ｒｐの一端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部Ｒｓにより連通連結され、流出側冷媒溜Ｒｏとフィン間通路Ｒｐの他端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部Ｒｓにより連通連結される。

駆動装置ケース２の凹部６１，６２と対向する位置には、流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏ内に向けて、フィン２１が立設し、伝熱面積を増加させている。

スペーサ部材６の一方側の側端部には、流入側冷媒溜Ｒｉに冷媒を流入させる流入側ポート５１と、流出側冷媒溜Ｒｏから冷媒を流出させる流出側ポート５２とが互いに平行に接続される。そして、冷媒循環路に設けられた冷媒ポンプ４１により流入側冷媒溜Ｒｉに供給された冷媒を、絞り部Ｒｓを介して並列配置された複数のフィン間通路Ｒｐに通流させることで放熱面５３ａを介してインバータ３が冷却される。インバータ３を冷却後の冷媒は、絞り部Ｒｓを介して流出側冷媒溜Ｒｏに流出される。

特開２００８−１７２０２４号公報

流入側冷媒溜Ｒｉに供給された冷媒は、絞り部Ｒｓを介してフィン間通路Ｒｐに通流される構成であるが、流入側冷媒溜Ｒｉにはフィン２１が立設しており、このため流入側冷媒溜Ｒｉに供給された冷媒は、フィン２１と絞り部Ｒｓとの間に存在する空間に選択的に流れることとなり、フィン２１の底部への冷媒流量が相対的に減少して冷却性能が低下してしまう問題がある。

本発明の目的は、放熱面の冷媒通路に絞り部を介して流入側冷媒溜及び流出側冷媒溜が連通される冷却器において、流入側冷媒溜における冷却性能を向上させることにある。

本発明は、冷却器であって、複数の放熱フィンが並設され、該放熱フィン間の通路を冷媒が通流する放熱部と、前記放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、前記放熱フィン間の通路の一端側に第１絞り部を介して連通する流入側冷媒溜と、前記放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、前記放熱フィン間の通路の他端側に第２絞り部を介して連通する流出側冷媒溜とを備え、前記流入側冷媒溜に供給された冷媒は、前記第１絞り部を介して前記放熱フィン間の通路に通流し、前記第２絞り部を介して前記流出側冷媒溜に流出し、前記流入側冷媒溜の前記第１絞り部と対向する面には流入側フィンが形成され、かつ、前記流入側冷媒溜の流通断面積は、前記流出側冷媒溜の流通断面積よりも小さく設定される。

本発明の１つの実施形態では、前記流入側冷媒溜の流通抵抗と前記流出側冷媒溜の流通抵抗、並びに前記第１、第２絞り部の流通抵抗は、
（第１、第２絞り部の流通抵抗）＞（流出側冷媒溜の流通抵抗）＞（流入側冷媒溜の流通抵抗）
の関係を満たす。

また、本発明の他の実施形態では、前記流入側フィンは、無方向性フィンである。

また、本発明の他の実施形態では、前記無方向性フィンは、ピンフィンである。

また、本発明の他の実施形態では、前記ピンフィンは、前記第１絞り部が形成された面に到達せずに立設形成される。

また、本発明の他の実施形態では、前記ピンフィンは、前記第１絞り部が形成された面に到達するように立設形成される。

また、本発明の他の実施形態では、さらに、前記流出側冷媒溜の前記第２絞り部と対向する面に流出側フィンが形成され、前記流入側フィン及び前記流出側フィンは無方向性フィンである。

本発明によれば、流入側冷媒溜における冷媒の流速が増大し、流入側冷媒溜の流入側フィンにも冷媒が供給されて流入側冷媒溜の冷却性能が従来以上に向上する。

第１実施形態における冷却器の縦断面図である。第１実施形態における冷却器の横断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。第２実施形態における冷却器の横断面図である。第３実施形態における冷却器の横断面図である。さらに他の実施形態における冷却器の縦断面図である。従来の冷却構造の斜視図である。従来の冷却構造の縦断面図である。従来の冷却構造の主要部の縦断面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

１．第１実施形態
本実施形態における冷却器の全体構成は、図６〜図８に示す従来の冷却構造とほぼ同一である。すなわち、冷却構造は、ヒートシンク５３の放熱面５３ａとスペーサ部材６の対向面６ａとの間に冷媒空間Ｒを形成し、この冷媒空間Ｒに放熱面５３ａから対向面６ａに向けて立設された複数の放熱フィン５６を並列配置して、複数の放熱フィン５６のそれぞれの隣接間に冷媒が通流するフィン間通路Ｒｐを形成してなる。放熱フィン５６は、熱交換面積確保のために、ヒートシンク５３側の放熱面５３ａからスペーサ部材６の対向面６ａに向けて冷媒空間Ｒ内に延出し、冷媒空間Ｒをその厚さ方向に横断する。

スペーサ部材６の凹部６１と駆動装置ケース２の上面により、流入側冷媒溜Ｒｉがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成される。また、スペーサ部材６の凹部６２と駆動装置ケース２の上面により、流出側冷媒溜Ｒｏがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成される。流入側冷媒溜Ｒｉとフィン間通路Ｒｐの一端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部（第１絞り部）Ｒｓにより連通連結され、流出側冷媒溜Ｒｏとフィン間通路Ｒｐの他端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部（第２絞り部）Ｒｓにより連通連結される。駆動装置ケース２の凹部６１，６２と対向する位置には、流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏ内に向けて、フィン２１が立設し、伝熱面積を増加させている。

従来の冷却構造と異なる点は、流入側冷媒溜Ｒｉと流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積である。すなわち、従来においては、流入側冷媒溜Ｒｉと流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積は同一であるが、本実施形態においては、流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積を小さくし、
（流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積）＜（流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積）
に設定する点である。

図１に、本実施形態における冷却器５０の縦断面図を示す。従来の冷却構造を示す図８に対応するものである。また、図２に、流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏを横断する横断面図、すなわち図１のＡ−Ａ断面図を示す。上記のように、スペーサ部材６の凹部６１と駆動装置ケース２の上面により、流入側冷媒溜Ｒｉがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成される。また、スペーサ部材６の凹部６２と駆動装置ケース２の上面により、流出側冷媒溜Ｒｏがフィン間通路Ｒｐの並設方向に延在して形成される。

流入側冷媒溜Ｒｉとフィン間通路Ｒｐの一端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部Ｒｓにより連通連結される。また、流出側冷媒溜Ｒｏとフィン間通路Ｒｐの他端とがフィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在する絞り部Ｒｓにより連通連結される。流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏ内には、フィン２１が立設する。流入側冷媒溜Ｒｉに供給された冷媒は、絞り部Ｒｓを介して並列配置された複数のフィン間通路Ｒｐに通流され、インバータ３を冷却後の冷媒は、絞り部Ｒｓを介して流出側冷媒溜Ｒｏに流出される。

絞り部Ｒｓは、流入側冷媒溜Ｒｉから上方に延在しているので、冷媒が流入側冷媒溜Ｒｉに充満されてからフィン間通路Ｒｐに流入することになる。また、絞り部Ｒｓの下方に流出側冷媒溜Ｒｏが位置しているので、冷媒の逆流が防止される。

このような構成において、図１及び図２に示すように、流入側冷媒溜Ｒｉの流通幅Ｗｉは、流出側冷媒溜の流通幅Ｗｏよりも小さく、流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積は、流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積よりも小さい。例えば、流入側冷媒溜Ｒｉの流通幅Ｗｉと流出側冷媒溜の流通幅Ｗｏの比率を、Ｗｉ：Ｗｏ＝１：２とし、流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積と流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積の比率を１：４とする等である。従来技術との比較で説明すると、従来の冷却構造における流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積を４００ｍｍ^２、絞り部Ｒｓの流通断面積を５００ｍｍ^２とした場合、本実施形態においては、流出側冷媒溜Ｒｏ及び絞り部Ｒｓの流通断面積をそれぞれ維持しつつ、流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積を１００ｍｍ^２あるいは２００ｍｍ^２と従来よりも小さく設定する等である。流入側冷媒溜Ｒｉ、流出側冷媒溜Ｒｏ、絞り部Ｒｓの流通抵抗に着目すると、従来の冷却構造では
（絞り部Ｒｓの流通抵抗）＞（流入側冷媒溜Ｒｉの流通抵抗）＝（流出側冷媒溜Ｒｏの流通抵抗）
の関係にあるが、本実施形態では、
（絞り部Ｒｓの流通抵抗）＞（流出側冷媒溜Ｒｏの流通抵抗）＞（流入側冷媒溜Ｒｉの流通抵抗）
の関係にある。流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積を小さく設定することで、冷媒循環路から流入側冷媒溜Ｒｉに供給された冷媒の、流入側冷媒溜内における流速がその分だけ速くなり、フィン２１の立設による冷媒の流量低下を補償できる。これにより、フィン２１の底部の冷却性能が向上し、言い換えれば駆動装置ケース２の冷却性能が向上する。

２．第２実施形態
第１実施形態では、流入側冷媒溜Ｒｉ及び流出側冷媒溜Ｒｏの内部にフィン２１を立設しているが、流入側冷媒溜Ｒｉ内部のフィン２１に代えて、無方向性フィン２２を立設してもよい。

図３に、本実施形態における冷却器の横断面図を示す。流入側冷媒溜Ｒｉの通路断面積は流出側冷媒溜Ｒｏの通路断面積よりも小さく設定され、かつ、流入側冷媒溜Ｒｉの内部にはフィン２１に代えて無方向性フィンとしてのピンフィン２２が立設する。なお、流出側冷媒溜Ｒｏの内部は第１実施形態と同様にフィン２１が立設する。

流入側冷媒溜Ｒｉ内のフィンをピンフィン２２とすることで、伝熱面積を増加させるとともに、ピンフィン２２を絞り部Ｒｓの方向にさらに延在させてピンフィン２２と絞り部Ｒｓとの間の空間を埋めるように構成したとしても、冷媒を絞り部Ｒｓを介してフィン間通路Ｒｐに通流させることが可能であり、かつ、フィン２１を立設させた場合に該空間部に選択的に集中していた冷媒の流れをピンフィン２２の底部にも流れさせることができるので、駆動装置ケース２の冷却性能がさらに向上する。

３．第３実施形態
第２実施形態は、流入側冷媒溜Ｒｉ内部のフィンを無方向性のピンフィン２２としているが、本実施形態では流入側冷媒溜Ｒｉのみならず流出側冷媒溜Ｒｏの内部も無方向性フィンとする。

図４に、本実施形態における冷却器の横断面図を示す。流入側冷媒溜Ｒｉの通路断面積は流出側冷媒溜Ｒｏの通路断面積よりも小さく設定され、かつ、流入側冷媒溜Ｒｉの内部及び流出側冷媒溜Ｒｏの内部にはフィン２１に代えて無方向性フィンとしてのピンフィン２２が立設する。

流入側冷媒溜Ｒｉ内のフィンをピンフィン２２とすることで、伝熱面積を増加させるとともに、ピンフィン２２を絞り部Ｒｓの方向にさらに延在させてピンフィン２２と絞り部Ｒｓとの間の空間を埋めるように構成したとしても、冷媒を絞り部Ｒｓを介してフィン間通路Ｒｐに通流させることが可能であり、かつ、フィン２１を立設させた場合に該空間部に選択的に集中していた冷媒の流れをピンフィン２２の底部にも流れさせることができるので、駆動装置ケース２の冷却性能がさらに向上する。また、流出側冷媒溜Ｒｏ内部のピンフィン２２により、ピンフィン２２の底部まで冷媒がより流れやすくなり、冷却性能がさらに向上する。

４．変形例
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の変形例も可能である。

例えば、本実施形態では、冷却器５０がインバータ３を冷却するとともに電動機１を収容する駆動装置ケース２を冷却する構成としているが、駆動装置ケース２内にＤＣ−ＤＣコンバータやリアクトル等の電動機駆動ユニットが収容され、冷却器５０によりこれらの駆動ユニットを冷却する構成としてもよい。

また、本実施形態では、無方向性フィンとしてピンフィン２２を例示したが、その断面形状は図２あるいは図３のように必ずしも円形である必要はなく、他の形状、例えば楕円や菱形等であってもよい。

また、本実施形態では、無方向性フィンとしてのピンフィン２２を流入側冷媒溜Ｒｉ内部のみ、あるいは流入側冷媒溜Ｒｉと流出側冷媒溜Ｒｏの内部のいずれにも立設しているが、無方向性フィンは絞り部Ｒｓが形成されたスペーサ部材６の面に到達するまで延在していてもよく、あるいはスペーサ部材６の面に到達せず途中まで延在していてもよい。

図５に、無方向性フィンとしてのピンフィン２２をスペーサ部材６の面に到達するまで延在させた場合の構成を示す。図１と同様に流入側冷媒溜Ｒｉの流通断面積は流出側冷媒溜Ｒｏの流通断面積よりも小さく設定される。また、流入側冷媒溜Ｒｉの内部及び流出側冷媒溜Ｒｏの内部のいずれにも無方向性フィンとしてピンフィン２２が駆動装置ケース２の上面から立設され、かつ、ピンフィン２２は絞り部Ｒｓが形成されているスペーサ部材６の面に到達するまで延在し、図１において存在していた絞り部Ｒｓとフィン２１との間の空間を埋めている。絞り部Ｒｓは、フィン間通路Ｒｐの並設領域にわたって延在しているため、このようにピンフィン２２がスペーサ部材６の面に到達するまで延在していても冷媒は流入側冷媒溜Ｒｉから絞り部Ｒｓを介してフィン間通路Ｒｐに流入でき、かつ、フィン間通路から流出側冷媒溜Ｒｏに流出できる。この構成によれば、ピンフィン２２の表面積が増大するため伝熱面積がさらに増大する。

３インバータ、２１フィン、２２ピンフィン、５０冷却器、５６放熱フィン、Ｒｐフィン間通路、Ｒｉ流入側冷媒溜、Ｒｏ流出側冷媒溜、Ｒｓ絞り部。

Claims

冷却器であって、
複数の放熱フィンが並設され、該放熱フィン間の通路を冷媒が通流する放熱部と、
前記放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、前記放熱フィン間の通路の一端側に第１絞り部を介して連通する流入側冷媒溜と、
前記放熱フィンの並設方向に延在して設けられ、前記放熱フィン間の通路の他端側に第２絞り部を介して連通する流出側冷媒溜と、
を備え、
前記流入側冷媒溜に供給された冷媒は、前記第１絞り部を介して前記放熱フィン間の通路に通流し、前記第２絞り部を介して前記流出側冷媒溜に流出し、
前記流入側冷媒溜の前記第１絞り部と対向する面には流入側フィンが立設形成され、かつ、
前記流入側冷媒溜の流通断面積は、前記流出側冷媒溜の流通断面積よりも小さく設定される
ことを特徴とする冷却器。
請求項１記載の冷却器において、
前記流入側冷媒溜の流通抵抗と前記流出側冷媒溜の流通抵抗、並びに前記第１、第２絞り部の流通抵抗は、
（第１、第２絞り部の流通抵抗）＞（流出側冷媒溜の流通抵抗）＞（流入側冷媒溜の流通抵抗）
の関係を満たすことを特徴とする冷却器。
請求項１記載の冷却器において、
前記流入側フィンは、無方向性フィンであることを特徴とする冷却器。
請求項３記載の冷却器において、
前記無方向性フィンは、ピンフィンであることを特徴とする冷却器。
請求項４記載の冷却器において、
前記ピンフィンは、前記第１絞り部が形成された面に到達せずに立設形成されることを特徴とする冷却器。
請求項４記載の冷却器において、
前記ピンフィンは、前記第１絞り部が形成された面に到達するように立設形成されることを特徴とする冷却器。
請求項１記載の冷却器において、さらに、
前記流出側冷媒溜の前記第２絞り部と対向する面に流出側フィンが形成され、
前記流入側フィン及び前記流出側フィンは、無方向性フィンであることを特徴とする冷却器。
請求項７記載の冷却器において、
前記無方向性フィンは、ピンフィンであることを特徴とする冷却器。