用於電氣器件的冷卻結構的製作方法

2023-09-23 05:43:15

專利名稱：用於電氣器件的冷卻結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電氣器件的冷卻結構，具體地，涉及具有多個冷卻介 質通道的用於電氣器件的冷卻結構。
背景技術：
傳統已知的用於電氣器件的冷卻結構具有沿與冷卻介質從入口到冷卻 介質通道的流動方向交叉的方向延伸的冷卻介質通道(引流通道)。
例如，美國專利No. 5,504,378公開了一種具有引流通道的用於開關模 塊的直接冷卻結構。
此外，日本專利早期公開No. 2004-28403公開了一種用於加熱元件的 冷卻器，其在一側設置有冷卻劑的入口和出口。
此外，日本專利早期公開No. 2005-64382公開了一種用於從兩側冷卻 多個電子部件的冷卻器，其在一側設置有冷卻劑的出口和入口。
根據在前述的美國專利No. 5,504,378的公布中所公開的冷卻結構，冷 卻介質可能不容易流到處於遠離冷卻介質的入口的位置處的冷卻介質通 道。在此情況下，冷卻介質到多個冷卻介質通道中的流動在各個冷卻介質 通道之間將是不同的。雖然此不同可以通過增大遠離入口的冷卻介質通道 的寬度來抑制，但是冷卻結構的尺寸由此將增大。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於電氣器件的冷卻結構，其能夠抑制在多 個冷卻介質通道處的冷卻介質流率的變化，同時允許減小尺寸。
根據本發明的用於電氣器件的冷卻結構包括電氣器件；多個冷卻介 質通道，用於所述電氣器件的冷卻介質流經所述多個冷卻介質通道；以及 入口 ，將被供應到所述多個冷卻介質通道的所述冷卻介質流入所述入口 。所述多個冷卻介質通道沿與所述入口和所述多個冷卻介質通道的排列方向 交叉的方向延伸。所述用於電氣器件的冷卻結構還包括冷卻介質分配機 構，所述冷卻介質分配機構通過抑制所述冷卻介質的流動來促進所述冷卻 介質到所述多個冷卻介質通道中的每一個的分配。
根據上述結構，不用過度增大冷卻介質通道的寬度就可以控制流入多 個冷卻介質通道的冷卻介質的流率。結果，可以抑制多個冷卻介質通道處 的冷卻介質流率的變化，同時可以減小用於電氣器件的冷卻結構的尺寸。
在用於電氣器件的冷卻結構中，所述冷卻介質分配機構優選地具有流 率抑制功能，以抑制在至少一個所述冷卻介質通道處流經的所述冷卻介質 的流率。
通過選擇性地提供具有流率抑制功能的冷卻介質通道，可以促進冷卻 介質的分配。此外，通過在對冷卻性能有要求的位置的附近提供流率抑制 功能，除了促進冷卻介質的分配之外，還可以促進在該位置處湍流的發 生，使得冷卻效率提高。
在上述的用於電氣器件的冷卻結構中，所述流率抑制功能優選通過所 述冷卻介質通道處設置成與所述冷卻介質通道交叉的壁來實現。因此，流 率抑制功能可以利用簡單的結構來實現。
在上述的用於電氣器件的冷卻結構中，所述壁優選地設置在與所述入 口的距離彼此不同的所述多個冷卻介質通道中的每一個處。設置在所述多 個冷卻介質通道處的所述壁的高度彼此不同。因此，可以根據距入口的距 離改變流率抑制水平。結果，可以抑制多個冷卻介質通道處的冷卻介質流 率的變化。
優選地，位於與入口的距離較遠的冷卻介質通道處的壁的高度較低， 而位於與入口的距離較近的冷卻介質通道處的壁的高度較高。因此，可以 促進冷卻介質到遠離入口的冷卻介質通道中的流動。結果，可以抑制多個 冷卻介質通道處的冷卻介質流率的變化。
優選地，在上述的用於電氣器件的冷卻結構中，所述壁選擇性地設置 在位置靠近所述入口的所述冷卻介質通道處。因此，可以抑制冷卻介質到 靠近入口的冷卻介質通道中的流動，同時可以促進冷卻介質到遠離入口的冷卻介質通道中的流動。結果，可以抑制多個冷卻介質通道處的冷卻介質 流率的變化。
在上述的用於電氣器件的冷卻結構中，作為示例，電氣器件包括逆變 器。在此情況下，逆變器可以被有效地冷卻。
根據本發明，可以抑制多個冷卻介質通道處的冷卻介質流率的變化， 同時可以減小用於電氣器件的冷卻結構的尺寸。


圖1示意性地示出了包括根據本發明的實施例的用於電氣器件的冷卻 結構的驅動單元的構造的示例。
圖2是圖1所示的PCU的主要部分的構造的電路圖。
圖3表示根據本發明的實施例的用於電氣器件的冷卻結構的總體構造。
圖4是圖3所示的殼體的平面圖。
圖5是沿圖4的線V-V所取的剖視圖。
圖6是根據比較例的用於電氣器件的冷卻結構中的殼體的平面圖。
具體實施例方式
下面將描述根據本發明的用於電氣器件的冷卻結構的實施例。相同或 相應的元件具有相同的標號，並且將不會對其進行重複描述。
圖1示意性地示出了包括根據本發明的實施例的用於電氣器件的冷卻 結構的驅動單元的構造的示例。在圖1所示的實施例中，驅動單元1被包 括在混合動力車輛中。電動發電機100、外殼200、減速齒輪機構300、差 動機構400、驅動軸支撐500和端子基部600構成了驅動單元。
電動發電機100是充當電動機或發電機的旋轉電機，並包括經由軸承 120與外殼200以可旋轉方式連接的旋轉軸110、連接到旋轉軸110的轉子 130以及定子140。
轉子130包括由諸如鐵、鐵合金等的磁性物質製成的板層疊形成的轉 子芯以及嵌入轉子芯中的永磁體。永磁體彼此等間隔地布置在轉子芯的外周附近。轉子芯可以由粉末磁芯形成。
定子140包括環形定子芯141、纏繞定子芯141的定子線圈142以及 連接到定子線圈142的匯流線143。 匯流線143經由設置在外殼200處的 端子基部600和電力饋送線700A連接到PCU (電力控制單元)700。 PCU 700經由電力饋送線800A連接到電池800。因此，電池800與定子線圈 142電連接。
諸如鐵，鐵合金等的磁性物質製成的板被層疊以構成定子芯141。在 定子芯141的內周面上形成有多個齒部分(沒有示出)和充當齒之間的凹 部的狹槽部分(沒有示出)。狹槽部分被形成為在定子芯141的內周側開 口。定子芯141可以由粉末磁性物質形成。
包括U相、V相和W相的三相繞組的定子線圈142沿著齒部分纏 繞，以裝配在狹槽部分中。定子線圈142的U相，V相和W相的繞組以 彼此偏離的方式纏繞在圓周上。匯流線143包括與定子線圈142的U相、 V相和W相對應的U相，V相和W相。
電力饋送線700A是包括U相線，V相線和W相線的三相線。U相， V相和W相匯流線143分別被連接到電力饋送線700A的U相線、V相線 和W相線。
從電動發電機100輸出的動力經由差動機構400從減速齒輪機構300 傳遞到驅動軸支撐500。傳遞到驅動軸支撐500的驅動力經由驅動軸(沒 有示出)作為轉矩傳遞到車輪(沒有示出)，以驅動車輛。
在混合動力車輛的再生制動模式中，車輪由車體的慣性力旋轉。電動 發電機100由來自車輪的轉矩經由驅動軸支撐500、差動機構400和減速 齒輪機構300而被驅動。在此階段，電動發電機IOO充當發電機。由電動 發電機IOO產生的電力經由PCU700的逆變器被儲存在電池800中。
驅動單元1設置有包括解算器轉子和解算器定子的解算器(沒有示 出)。解算器轉子被連接到電動發電機100的旋轉軸110。解算器定子包 括解算器定子芯和纏繞芯的解算器定子線圈。通過上述的解算器，電動發 電機100的轉子130的旋轉度被檢測。檢測出的旋轉度被傳輸到PCU 700。
PCU 700基於檢測出的轉子130的旋轉度以及來自外部ECU (電子控制單元)的轉矩命令值，產生用於驅動電動發電機100的驅動信號，並 將所產生的驅動信號提供到電動發電機100。圖2是PCU 700的主要部分的構造的電路圖。參考圖2， PCU 700包 括轉換器710，逆變器720，控制器件730，電容器C1和C2，電力供應線 PL1-PL3，以及輸出線740U、 740V和740W。轉換器710被連接在電池 800和逆變器720之間。逆變器720經由輸出線740U、 740V和740W連接 到電動發電機100。連接到轉換器710的電池800是諸如鎳氫化物、鋰離子等的二次電 池。電池800將所產生的直流電壓供應到轉換器710，或者由從轉換器 710接收到的直流電壓充電。轉換器710包括功率電晶體Ql和Q2、 二極體Dl和D2以及電抗器 L。功率電晶體Ql和Q2串聯連接在電力供應線PL2和PL3之間，並在基 極接收來自控制器件730的控制信號。二極體Dl和D2分別被連接在功率 電晶體Ql和Q2的集電極和發射極之間，使得電流分別從功率電晶體Ql 和Q2的發射極側流到集電極側。電抗器L的一端連接到電力供應線 PL1，而電力供應線PL1被連接到電池800的正極端子，並且其另一端連 接到功率電晶體Ql和Q2的連接節點。轉換器710通過電抗器L升高從電池800接收到直流電壓，並將升高 了的電壓供應到電力供應線PL2。轉換器710還對從逆變器720接收到的 直流電壓進行降壓，以對電池800進行充電。逆變器720由U相臂750U、 V相臂750V和W相臂750W形成。每 一個相臂並聯連接在電力供應線PL2和PL3之間。U相臂750U由串聯連 接的功率電晶體Q3禾n Q4形成。V相臂750V由串聯連接的功率電晶體 Q5和Q6形成。W相臂750W由串聯連接的功率電晶體Q7和Q8形成。 二極體D3-D8分別被連接在功率電晶體Q3-Q8的集電極和發射極之間， 使得電流分別從功率電晶體Q3-Q8的發射極側流到集電極側。每一個相臂 的各個功率電晶體的連接節點經由輸出線740U、 740V和740W被連接到 電動發電機IOO的各相線圈的中性點的相反側。逆變器720基於來自控制器件730的控制信號，將來自電力供應線PL2的直流電壓轉換為用於輸出到電動發電機100的交流電壓。逆變器 720將由電動發電機100產生的交流電壓整流成用於輸出到電力供應線 PL2的直流電壓。電容器Cl被連接在電力供應線PL1和PL3之間，以平滑電力供應線 PL1的電壓電平。電容器C2被連接在電力供應線PL2和PL3之間，以平 滑電力供應線PL2的電壓電平。控制器件730基於電動發電機100的轉子的旋轉度、電動機轉矩命令 值、電動發電機100的各相的電流值以及逆變器720的輸入電壓，計算電 動發電機100的各相線圈的電壓，以基於所計算出的結果產生用於導通/關 斷功率電晶體Q3-Q8的PWM (脈衝寬度調製)信號，並且將所產生的信 號提供給逆變器720。控制裝置730還基於前述電動機轉矩指令值和電動機速度計算功率晶 體管Ql和Q2的佔空比以使逆變器720的輸入電壓最佳，以基於所計算出 的結果產生用於導通/關斷功率電晶體Ql和Q2的PWM信號，並將所產 生的信號提供到轉換器710。此外，控制器件730控制轉換器710和逆變器720的功率電晶體Ql-Q8的開關操作，以將電動發電機IOO產生的交流電力轉換為直流電力，並 且對電池800進行充電。在PCU 700處，轉換器710基於來自控制器件730的控制信號，升高 從電池800接收到直流電壓，以將升高了的電壓提供到電力供應線PL2。 逆變器720從電力供應線PL2接收經電容器C2平滑的直流電壓，以將所 接收到的直流電壓轉換為用於輸出到電動發電機100的交流電壓。逆變器720將由電動發電機100的再生操作產生的交流電壓轉換為用 於輸出到電力供應線PL2的直流電壓。轉換器710接收來自電力供應線 PL2的經電容器C2平滑的直流電壓，以降低所接收的直流電壓，並對電 池800進行充電。圖3示出了根據本發明的實施例的逆變器720的冷卻結構的構造。圖 4是圖3所示的殼體的平面圖。圖5是沿圖4的線V-V所取的剖視圖。在 圖4和5中，殼體721的蓋沒有示出。參考圖3-5，殼體721由例如鋁形成的模鑄殼體。諸如LLC (長壽命 冷卻劑)的冷卻介質在殼體721中流動。冷卻介質沿箭頭IN的方向從入 口 722流入殼體721，並且沿箭頭OUT方向從殼體721通過出口 723流 出。從殼體721流出的冷卻介質被輸送到散熱器760，以進行冷卻。然 後，冷卻介質再次經由入口 722流入殼體721。因此，促進了安裝在殼體 721上的逆變器720 (在圖3中，僅僅示出了功率電晶體Q3和二極體 D3)的冷卻。冷卻介質的循環由水泵實現。冷卻劑水、防凍流體等可以被 用作冷卻介質。
多個冷卻介質通道724被形成在殼體721中。多個冷卻介質通道724 由等間隔的肋725分隔，所述肋725垂直於電氣元件的安裝面突出。因 此，提供了多個沿相同方向延伸的冷卻介質通道724。
冷卻介質通道724沿與冷卻介質從入口 722朝向多個冷卻介質通道 724的流動方向(圖4中的箭頭a的方向)交叉的方向延伸。在本實施例 中，箭頭a的方向與冷卻介質通道724的延伸方向垂直。
壁726A， 726B和726C被設置在冷卻介質通道724處。肋725和壁 726A， 726B和726C與殼體721 —體地形成。
圖6是根據比較例的用於電氣器件的冷卻結構的平面圖。參考圖6， 在比較例中沒有設置前述的壁。在此情況下，冷卻介質容易流到靠近入口 722 (圖6中的區域A)的冷卻介質通道724，而不容易流到遠離入口 722 (圖6中的區域B)的冷卻介質通道724。因此，存在對於如下問題的擔 心由於多個冷卻介質通道724之間的冷卻介質流率的不同，導致逆變器 720的冷卻性能的劣化。
相反，如圖4和5所示，根據本實施例的冷卻結構的壁726A形成得 比壁726B高，並且壁726B形成得比壁726C高。換句話說，遠離入口 722的壁的高度被設定得較低。在距離入口 722的最遠區域處不設置壁。 因此，可以促進冷卻介質流到遠離入口 722的冷卻介質通道724，同時可 以調節冷卻介質到靠近入口 722的冷卻介質通道724的流動。結果，可以 防止多個冷卻介質通道724處的冷卻介質流率的變化。
上述的壁726A、 726B和726C的設置促進了在壁726A、 726B和726C的下遊側湍流的形成。預計可以提高冷卻性能。
雖然在圖4和5的實施例中，壁726A、 726B和726C中的每一個的高 度沿寬度方向整體不變，但是壁726A， 726B和726C中的每一個的高度 可以隨著距離入口 722的距離而減小。
概括地說，根據本實施例的用於電氣器件的冷卻結構包括充當"電 氣器件"的逆變器720;多個冷卻介質通道724，其中，用於逆變器720 的冷卻介質流經所述多個冷卻介質通道724，以及入口 722，將被供應到 所述多個冷卻介質通道724的所述冷卻介質流入所述入口 722。所述多個 冷卻介質通道724沿與所述入口 722和冷卻介質通道724的排列方向交叉 的方向延伸。所述用於電氣器件的冷卻結構還包括冷卻介質分配機構，所 述冷卻介質分配機構通過抑制所述冷卻介質的流動來促進所述冷卻介質到 所述多個冷卻介質通道724中的每一個的分配。具體地，所述冷卻介質分 配機構具有流率抑制功能，以抑制流經至少一個冷卻介質通道724的所述 冷卻介質的流率。所述流率抑制功能通過在所述冷卻介質通道724處分別 設置成與所述冷卻介質通道724交叉的壁726A、 726B, 726C來實現。由
此，流率抑制功能可以由上述簡單結構來實現。
壁726A、 726B和726C可以設置在多個距入口 722的距離彼此不同 的冷卻介質通道724處。此外，壁726A、 726B和726C的高度彼此不 同。具體地，位於距入口 722的距離較遠的冷卻介質通道724處的壁726C 的高度比較低，而位於距入口 722的距離較近的冷卻介質通道724處的壁 726A的高度比較高。
通過如上所述使壁726A、 726B和726C的高度不同，可以根據距入 口 722的距離來改變抑制流率的水平。具體地，通過將靠近入口 722的壁 726A的高度設置得較高而將遠離入口 722的壁726C的高度設置得較低， 可以促進冷卻介質到遠離入口 722的冷卻介質通道724的流動。
此外，在距入口 722最遠的冷卻介質通道724處沒有設置上述的壁。 換句話說，壁726A、 726B和726C被選擇性地設置在靠近入口 722的冷 卻介質通道724處。因此，可以促進冷卻介質到遠離入口 722的冷卻介質 通道724的流動，同時抑制冷卻介質到靠近入口 722的冷卻介質通道724的流動。
在本實施例中，通過改變壁726A、 726B和726C的高度促進冷卻介 質的分配。但是，通過在遠離入口 722的壁726C中選擇性地形成孔，或 通過在所有壁726A、 726B和726C中形成尺寸不同的孔(具體地，在壁 726A處的孔比較小，而在壁726C處的孔比較大)，可以利用高度設為恆 定的壁來促進冷卻介質的分配。
根據本實施例的冷卻結構，不用過度增大冷卻介質通道724的寬度就 可以控制冷卻介質流入多個冷卻介質通道724中的流率。結果，可以抑制 多個冷卻介質通道724處冷卻介質流率的變化，同時可以減小用於逆變器 720的冷卻結構的尺寸。
應該理解在此公開的實施例在任何方面都是示例性和非限制性的。本 發明教導的範圍由所附權利要求限定，並且權利要求意在涵蓋所有落入權 利要求的限定和限制內的變化或其等同物。
本發明的工業實用性
本發明可應用到用於諸如逆變器的電氣器件的冷卻結構。
權利要求
1.一種用於電氣器件的冷卻結構，包括電氣器件(720)，多個冷卻介質通道(724)，用於所述電氣器件(720)的冷卻介質流經所述多個冷卻介質通道(724)，以及入口(722)，將被供應到所述多個冷卻介質通道(724)的所述冷卻介質流入所述入口(722)，所述多個冷卻介質通道(724)沿與所述入口(722)和所述多個冷卻介質通道(724)的排列方向交叉的方向延伸，所述用於電氣器件的冷卻結構還包括冷卻介質分配機構(726A，726B，726C)，所述冷卻介質分配機構通過抑制所述冷卻介質的流動來促進所述冷卻介質到所述冷卻介質通道(724)中的每一個的分配。
2. 如權利要求1所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中，所述冷卻介 質分配機構(726A， 726B， 726C)具有流率抑制功能，以抑制在所述冷 卻介質通道(724)中的至少一個處流經的所述冷卻介質的流率。
3. 如權利要求2所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中，所述流率抑 制功能通過在所述冷卻介質通道(724)處設置成與所述冷卻介質通道(724)交叉的壁(726A， 726B， 726C)來實現。
4. 如權利要求3所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中，所述壁 (726A， 726B, 726C)選擇性地設置在位置靠近所述入口 (722)的所述冷卻介質通道(724)處。
5. 如權利要求3所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中，所述壁 (726A， 726B， 726C)設置在與所述入口 (722)的距離彼此不同的所述多個冷卻介質通道(724)中的每一個處，以及設置在所述多個冷卻介質通道(724)處的所述壁(726A， 726B， 726C)的高度彼此不同。
6. 如權利要求5所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中位於與所述入口 (722)的距離較遠的所述冷卻介質通道(724)處的 所述壁(726C)的高度較低，以及位於與所述入口 (722)的距離較近的所述冷卻介質通道(724)處的 所述壁(726A)的高度較高。
7.如權利要求1所述的用於電氣器件的冷卻結構，其中，所述電氣器 件(720)包括逆變器。
全文摘要
本發明公開一種用於電氣器件的冷卻結構，其具有逆變器；多個冷卻介質通道(724)，用於逆變器的冷卻介質在其中流動；以及入口(722)，將被供應到冷卻介質通道(724)的冷卻介質流入其中。冷卻介質通道(724)沿與入口(722)和冷卻介質通道(724)的排列方向垂直交叉的方向延伸。用於電氣器件的冷卻結構還設置有冷卻介質分配機構，其通過抑制冷卻介質的流動來促進所述冷卻介質到冷卻介質通道(724)中每一個的分配。冷卻介質分配機構設置有流率抑制功能，以抑制在冷卻介質通道(724)中的至少一個處流動的冷卻介質的流率。流率抑制功能通過布置在冷卻介質通道(724)上的壁(726A、726B、726C)來實現。
文檔編號H05K7/20GK101297400SQ20068004015
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月26日 優先權日2005年10月28日
發明者朝倉健 申請人:豐田自動車株式會社