WO2024004459A1 - ユニット - Google Patents

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cooling
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俊一 忍足
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ジヤトコ株式会社
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a unit.
  • Patent Document 1 discloses a cooling member that fills a housing with metal fibers and performs cooling by utilizing the high thermal conductivity of the metal fibers.
  • An object of the present invention is to provide a novel structure for utilizing a fibrous body based on the above idea.
  • the unit includes an electric circuit unit, a cooler through which a cooling liquid passes, and a fibrous body, and the electric circuit unit is cooled by the cooler and the fibrous body has a portion disposed at the coolant inlet of the cooler.
  • FIG. 1 is a perspective view of a unit according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a unit according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view taken along arrow V in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of the water-cooled electric circuit unit 1.
  • FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG.
  • the water-cooled electric circuit unit 1 includes a power module 10 as an electric circuit unit, a cooler 20, and a fibrous body 30.
  • the power module 10 includes switching elements (not shown) such as a plurality of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) that constitute an inverter circuit that controls a rotating electric machine (not shown) as a drive source of the vehicle.
  • the power module 10 is in contact with the cooler 20 and is cooled by the cooler 20.
  • Contact is a concept that includes not only direct contact but also indirect contact (thermal contact), for example, by sandwiching a metal plate with high thermal conductivity.
  • the cooler 20 cools the power module 10, which generates heat during operation. Cooling water as a cooling liquid for cooling the power module 10 passes through the cooler 20 .
  • the cooling liquid is not limited to cooling water, and may be other liquids such as cooling oil.
  • the cooler 20 includes a main body 21 , an inlet 22 as a coolant inlet, an outlet 23 as a coolant outlet, and a plurality of partition plates 24 .
  • the main body portion 21 is formed into a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the main body portion 21 has a top surface 21a and four side surfaces 21b, 21c, 21d, and 21e (see FIG. 3).
  • a cooling water passage 25 serving as a cooling liquid passage is defined within the main body portion 21 .
  • the power module 10 is provided on the top surface 21a.
  • the side surface 21b and the side surface 21c are provided facing each other.
  • the side surface 21d and the side surface 21e are provided to face each other and are provided so as to connect the side surface 21b and the side surface 21c.
  • the introduction port 22 opens on the side surface 21b of the main body portion 21. Cooling water that flows into the cooling water passage 25 and cools the power module 10 is introduced from the inlet 22 .
  • the outlet 23 opens on the side surface 21c of the main body 21.
  • the cooling water that flows out from the cooling water passage 25 after cooling the power module 10 in the cooling water passage 25 is led out from the outlet 23 .
  • a plurality of partition plates 24 (here, three) are provided to partition the cooling water passage 25 into a plurality of (here, four) parallel passages 25a.
  • Each parallel passage 25a is formed to have a substantially rectangular cross section.
  • the partition plate 24 is provided between the pair of side surfaces 21d and 21e of the main body portion 21.
  • the partition plates 24 are arranged at equal intervals between the pair of side surfaces 21d and 21e.
  • the fibrous body 30 is formed into a substantially rectangular shape.
  • the fibrous body 30 is provided along the flow of cooling water, that is, parallel to the liquid flow direction.
  • the fibrous body 30 is provided within a predetermined length of the cooling water passage 25 from the inlet 22 . That is, the fibrous body 30 has a portion located at the inlet 22 of the cooler 20.
  • the fibrous body 30 is attached to the inner surfaces of the side surfaces 21d and 21e of the main body portion 21 and to both surfaces of the partition plate 24, respectively. Thereby, the fibrous bodies 30 are provided on both sides of all the parallel passages 25a.
  • the fibrous body 30 is, for example, copper fiber, but may be other metal fiber, carbon fiber, resin fiber, or the like.
  • turbulence is generated in the cooling water due to surface turbulence caused by the fibers.
  • the cooling water flows along the surface side of the fibrous body 30, turbulent flow can be generated by the fibrous body 30, and the pressure loss of the cooling water can be reduced. Therefore, the energy required to circulate the cooling water can be kept low.
  • the fibrous body 30 is arranged so as to overlap only a portion of the power module 10 when viewed in a cross direction that intersects the liquid flow direction in which cooling water flows in the cooler 20. That is, the power module 10 has a portion that is offset from the fiber body 30.
  • turbulent flow will occur downstream of the fiber body 30 that is offset from the fiber body 30. Therefore, by arranging the power module 10 so as to have a portion that is offset from the fiber body 30, turbulent flow can be generated.
  • the power modules 10 can be overlapped in the area, and cooling efficiency can be improved.
  • the fibrous body 30 may be further provided in the middle of the cooling water passage 25. It's okay. In this way, by providing the plurality of fiber bodies 30 intermittently along the flow of cooling water in the cooling water passage 25, turbulence can be generated in the cooling water over the entire length of the power module 10. .
  • FIGS. 4 to 6 a water-cooled electric circuit unit 1 as a unit according to a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • points different from the above embodiment will be mainly explained, and components having similar functions will be given the same reference numerals and explanations will be omitted.
  • FIG. 4 is a perspective view of the water-cooled electric circuit unit 1.
  • FIG. 5 is a view taken along arrow V in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • the water-cooled electric circuit unit 1 includes a power module 10 as an electric circuit unit, a cooler 20, and a fibrous body 30.
  • the fibrous body 30 is formed into a substantially rectangular shape.
  • the fibrous body 30 is provided at the inlet 22 of the parallel passage 25a in the cooling water passage 25.
  • the fibrous body 30 is provided along a cross direction that intersects the liquid flow direction in which the cooling water flows. Thereby, the cooling water passes through the fibrous body 30 and is introduced into the cooler 20.
  • the fibrous body 30 generates turbulence in the cooling water due to its fibers when the cooling water passes through it. Since the fibrous body 30 is provided so as to intersect substantially perpendicularly to the flow direction of the cooling water, it is desirable to use one having a coarser mesh than the case where the fiber body 30 is provided along the flow direction of the cooling water in the above embodiment.
  • the fibrous body 30 since it is only necessary to attach the fibrous body 30 to the inlet 22 of each parallel passage 25a, the fibrous body 30 can be easily attached to the cooler 20.
  • the fibrous body 30 may be further provided in the middle of the cooling water passage 25. It's okay. In this way, by providing the plurality of fiber bodies 30 intermittently along the flow of cooling water in the cooling water passage 25, it is possible to generate turbulence in the cooling water over the entire length direction of the power module 10. .
  • the water-cooled electric circuit unit 1 includes a power module 10, a cooler 20 through which cooling water passes, and a fiber body 30.
  • the power module 10 is cooled by the cooler 20, and the fiber body 30 is cooled by the cooler 20. , has a portion disposed at the inlet 22 of the cooler 20.
  • the power module 10 has a portion that is offset from the fibrous body 30 when viewed in a cross direction that intersects the liquid flow direction in which the cooling water flows in the cooler 20.
  • the power module 10 is arranged so as to have a portion that is offset from the fiber body 30.
  • the power module 10 can be overlapped with the turbulent flow generation region, and the cooling efficiency can be improved.
  • turbulent flow can be generated by the fibrous body 30, and the pressure loss of the cooling water can be reduced.
  • the cooling water passes through the fibrous body 30 and is introduced into the cooler 20.
  • the fibrous body 30 can be easily attached to the cooler 20.

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Abstract

［課題］繊維体の利用形態の新規構造を提供する。 ［解決手段］ユニットは、電気回路ユニットと、冷却液が通過する冷却器と、繊維体と、を有し、前記電気回路ユニットは、前記冷却器により冷却され、前記繊維体は、前記冷却器の冷却液導入口に配置された部分を有する。

Description

ユニット
　本発明は、ユニットに関する。
　特許文献１には、収容体内に金属繊維を充填し、金属繊維の熱伝導性の高さを利用して冷却を行う冷却部材が開示されている。
特開２０１９－００９４３３号公報
　本発明者らは、鋭意検討の結果、冷却液が繊維を通過すると乱流が発生し、その乱流効果により冷却が促進されることを見出した。更に、繊維表面を冷却液が通過することにより、繊維表面の乱れに起因して乱流が発生し、その乱流効果によっても冷却が促進されることを見出した。これらの知見によれば、繊維体の材料を問わず冷却性を高めることができることを意味し、特許文献１に記載の技術的思想とはまったく異なる形での繊維体の利用が可能となる。
　本発明は、上記思想に基づく繊維体の利用形態の新規構造を提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、ユニットは、電気回路ユニットと、冷却液が通過する冷却器と、繊維体と、を有し、前記電気回路ユニットは、前記冷却器により冷却され、前記繊維体は、前記冷却器の冷却液導入口に配置された部分を有する。
　本発明のある態様によれば、冷却液導入口に繊維体を設けることで、冷却器内に乱流を引き起こして、冷却液を介した電気回路ユニットの冷却効率を向上させることができる。したがって、繊維体の利用形態の新規構造を提供することができる。
図１は、本発明の実施形態に係るユニットの斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ矢視図である。 図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、本発明の実施形態の変形例に係るユニットの斜視図である。 図５は、図４におけるＶ矢視図である。 図６は、図４におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るユニットとしての水冷電気回路ユニット１について説明する。
　まず、図１から図３を参照して、水冷電気回路ユニット１について説明する。
　図１は、水冷電気回路ユニット１の斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ矢視図である。図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
　図１に示すように、水冷電気回路ユニット１は、電気回路ユニットとしてのパワーモジュール１０と、冷却器２０と、繊維体３０と、を有する。
　パワーモジュール１０は、車両の駆動源としての回転電機（図示省略）を制御するインバータ回路を構成する複数のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子（図示省略）を有する。パワーモジュール１０は、冷却器２０と接触しており、冷却器２０によって冷却される。接触とは、直接的に接触している場合だけでなく、例えば熱伝導率の高い金属プレート等を挟んで間接的に接触（熱的に接触）している場合も含む概念である。
　冷却器２０は、作動時に発熱するパワーモジュール１０を冷却する。冷却器２０は、パワーモジュール１０を冷却するための冷却液としての冷却水が通過するものである。冷却液は、冷却水に限られるものではなく、例えば冷却油等の他の液体であってもよい。冷却器２０は、本体部２１と、冷却液導入口としての導入口２２と、冷却液導出口としての導出口２３と、複数の仕切板２４と、を有する。
　本体部２１は、略直方体形状に形成される。本体部２１は、天面２１ａと、４つの側面２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ（図３参照）と、を有する。本体部２１内には、冷却液通路としての冷却水通路２５が画成される。
　図１及び図２に示すように、天面２１ａには、パワーモジュール１０が設けられる。図３に示すように、側面２１ｂと側面２１ｃとは、互いに対向して設けられる。側面２１ｄと側面２１ｅとは、互いに対向して設けられ、側面２１ｂと側面２１ｃとの間をつなぐように設けられる。
　導入口２２は、本体部２１の側面２１ｂに開口する。導入口２２からは、冷却水通路２５に流入してパワーモジュール１０を冷却する冷却水が導入される。
　導出口２３は、本体部２１の側面２１ｃに開口する。導出口２３からは、冷却水通路２５内にてパワーモジュール１０を冷却した後に冷却水通路２５から流出する冷却水が導出される。
　図１に示すように、仕切板２４は、複数（ここでは３つ）設けられ、冷却水通路２５を複数（ここでは４つ）の並列通路２５ａに仕切る。各々の並列通路２５ａは、略矩形の流路断面を有するように形成される。仕切板２４は、本体部２１の一対の側面２１ｄ，２１ｅの間に設けられる。仕切板２４は、一対の側面２１ｄ，２１ｅの間に等間隔に並べて設けられる。
　図３に示すように、繊維体３０は、略矩形に形成される。繊維体３０は、冷却水の流れに沿うように、即ち液流方向と平行に設けられる。繊維体３０は、冷却水通路２５における導入口２２から所定の長さまでの範囲に設けられる。即ち、繊維体３０は、冷却器２０の導入口２２に配置された部分を有する。繊維体３０は、本体部２１の側面２１ｄ，２１ｅの内面と、仕切板２４の両面と、に各々貼り付けられる。これにより、繊維体３０は、すべての並列通路２５ａの両側面に設けられる。
　繊維体３０は、例えば銅繊維であるが、他の金属繊維、炭素繊維、若しくは樹脂繊維等であってもよい。繊維体３０は、表面に沿って冷却水が通過することにより、繊維質による表面の乱れに起因して冷却水に乱流を発生させる。
　このように、導入口２２に繊維体３０を設けることで、冷却器２０内に乱流を引き起こして、冷却水を介したパワーモジュール１０の冷却効率を向上させることができる。したがって、繊維体３０の利用形態の新規構造を提供することができる。また、冷却効率の向上に伴い、同等の冷却性能を有する冷却器を小型化することができる。
　また、冷却水は、繊維体３０の表面側に沿って流れるので、繊維体３０によって乱流を発生させることができると共に、冷却水の圧力損失を小さくすることができる。よって、冷却水を循環させるのに必要なエネルギを小さく抑えることができる。
　繊維体３０は、冷却器２０にて冷却水が流れる液流方向と交差する交差方向視において、パワーモジュール１０の一部のみに重複するように配置される。即ち、パワーモジュール１０は繊維体３０とオフセットする部分を有する。
　乱流作用を考慮すれば繊維体３０とオフセットする繊維体３０の下流側において乱流が発生するため、パワーモジュール１０を繊維体３０とオフセットする部分を有するように配置することで、乱流発生領域にパワーモジュール１０をオーバーラップさせることができ、冷却効率を向上させることができる。
　即ち、冷却水に発生した乱流は下流へと伝播するので、導入口２２に繊維体３０を設けるだけで、下流へ至る範囲における冷却効率を向上させることができる。
　なお、図３に示すように、繊維体３０が冷却水に発生される乱流に対して、パワーモジュール１０の長さが大きい場合には、冷却水通路２５の途中に更に繊維体３０を設けてもよい。このように、複数の繊維体３０を冷却水通路２５内の冷却水の流れに沿って間欠的に設けることで、パワーモジュール１０の長さ方向全域にわたって冷却水に乱流を発生させることができる。
　続いて、図４から図６を参照して、本発明の実施形態の変形例に係るユニットとしての水冷電気回路ユニット１について説明する。以下に示す変形例では、上記実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　図４は、水冷電気回路ユニット１の斜視図である。図５は、図４におけるＶ矢視図である。図６は、図４におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。
　図４及び図５に示すように、水冷電気回路ユニット１は、電気回路ユニットとしてのパワーモジュール１０と、冷却器２０と、繊維体３０と、を有する。
　繊維体３０は、略矩形に形成される。繊維体３０は、冷却水通路２５における並列通路２５ａの導入口２２に設けられる。繊維体３０は、冷却水が流れる液流方向と交差する交差方向に沿って設けられる。これにより、冷却水は、繊維体３０を通過して冷却器２０に導入される。
　繊維体３０は、冷却水が通過する際に、繊維質によって冷却水に乱流を発生させる。繊維体３０は、冷却水の液流方向と略垂直に交差するように設けられるので、上記実施形態の液流方向に沿って設けられる場合よりも網目が粗いものを用いることが望ましい。
　このように、上記実施形態と同様に、導入口２２に繊維体３０を設けることで冷却器２０内に乱流を引き起こして冷却水を介したパワーモジュール１０の冷却効率を向上させることができる。したがって、繊維体３０の利用形態の新規構造を提供することができる。
　また、この変形例によれば、繊維体３０を各々の並列通路２５ａの導入口２２に取り付けるだけでよいので、繊維体３０の冷却器２０への取り付けを容易に行うことができる。
　なお、図６に示すように、繊維体３０が冷却水に発生される乱流に対して、パワーモジュール１０の長さが大きい場合には、冷却水通路２５の途中に更に繊維体３０を設けてもよい。このように、複数の繊維体３０を冷却水通路２５内の冷却水の流れに沿って間欠的に設けることで、パワーモジュール１０の長さ方向全域にわたって冷却水に乱流を発生させることができる。
　以上の本実施形態の構成及び作用効果について、まとめて説明する。
　（１）水冷電気回路ユニット１は、パワーモジュール１０と、冷却水が通過する冷却器２０と、繊維体３０と、を有し、パワーモジュール１０は、冷却器２０により冷却され、繊維体３０は、冷却器２０の導入口２２に配置された部分を有する。
　この構成によれば、導入口２２に繊維体３０を設けることで、冷却器２０内に乱流を引き起こして、冷却水を介したパワーモジュール１０の冷却効率を向上させることができる。したがって、繊維体３０の利用形態の新規構造を提供することができる。
　（２）また、冷却器２０にて冷却水が流れる液流方向と交差する交差方向視において、パワーモジュール１０は繊維体３０とオフセットする部分を有する。
　この構成によれば、乱流作用を考慮すれば繊維体３０とオフセットする繊維体３０の下流側において乱流が発生するため、パワーモジュール１０を繊維体３０とオフセットする部分を有するように配置することで、乱流発生領域にパワーモジュール１０をオーバーラップさせることができ、冷却効率を向上させることができる。
　（３）また、冷却水は、繊維体３０の表面側に沿って流れる。
　この構成によれば、繊維体３０によって乱流を発生させることができると共に、冷却水の圧力損失を小さくすることができる。
　（４）また、冷却水は、繊維体３０を通過して冷却器２０に導入される。
　この構成によれば、繊維体３０の冷却器２０への取り付けを容易に行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
１　　　水冷電気回路ユニット（ユニット）
１０　　パワーモジュール（電気回路ユニット）
２０　　冷却器
２２　　導入口（冷却液導入口）
３０　　繊維体

Claims (4)

  1. 　電気回路ユニットと、冷却液が通過する冷却器と、繊維体と、を有するユニットであって、
    　前記電気回路ユニットは、前記冷却器により冷却され、
    　前記繊維体は、前記冷却器の冷却液導入口に配置された部分を有する、
    ユニット。
  2. 　請求項１に記載のユニットであって、
    　前記冷却器にて冷却液が流れる液流方向と交差する交差方向視において、前記電気回路ユニットは前記繊維体とオフセットする部分を有する、
    ユニット。
  3. 　請求項１又は２に記載のユニットであって、
    　冷却液は、前記繊維体の表面側に沿って流れる、
    ユニット。
  4. 　請求項１又は２に記載のユニットであって、
    　冷却液は、前記繊維体を通過して前記冷却器に導入される、
    ユニット。
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