JP2014093882A - Cooling structure of inverter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータの冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for an inverter.
インバータは、筐体内に、スイッチング素子としてのインバータモジュールを収めて構成される。
電気自動車では、直流電力、交流電力の変換を行うインバータを搭載して、バッテリに蓄えた直流電力を交流電力に変換し、交流モータを駆動している。こうしたモータ駆動用として用いられるインバータは、走行に必要なトルクを確保するため、大電流を流すので、インバータモジュールのスイッチ動作の際、かなりの発熱を伴う。
The inverter is configured by housing an inverter module as a switching element in a housing.
An electric vehicle is equipped with an inverter that converts direct current power and alternating current power, converts direct current power stored in a battery into alternating current power, and drives an alternating current motor. Since an inverter used for driving such a motor passes a large current in order to secure a torque required for traveling, considerable heat is generated during the switching operation of the inverter module.
そのため、インバータでは、インバータモジュールの発熱対策のため、冷却構造が搭載されている。冷却構造には、安定した冷却性能の確保のため、特許文献1に開示されているような水冷式(液冷式)が採用される傾向にある。
水冷式の冷却構造の多くは、筐体の内部に、インバータモジュールと、同インバータと隣接する冷却室とを収容し、筐体に、外部から冷却室へ冷却水(冷却液)を導入する入側の流路、ヒートシンクでの冷却を終えた冷却室内の冷却水を外部へ導出させる出側の流路を設けた構造が用いられる。
Therefore, in the inverter, a cooling structure is mounted as a countermeasure against heat generation of the inverter module. The cooling structure tends to employ a water cooling type (liquid cooling type) as disclosed in
Many water-cooled cooling structures contain an inverter module and a cooling chamber adjacent to the inverter inside the housing, and the cooling water (coolant) is introduced into the housing from the outside into the cooling chamber. A structure provided with a flow path on the side and a flow path on the output side that leads out the cooling water in the cooling chamber after cooling by the heat sink to the outside is used.
ところで、インバータの冷却構造には、インバータモジュールを冷却水で適切に冷却したり、電気自動車の車種に応じて冷却水の導入・出が行えるようにしたりすることが求められる。
ところが、上記のように単に冷却水を入側流路、出側流路を通じて冷却室内に流通させる構造だと、冷却水ポンプから圧送される冷却水は、水流の勢いが強いため、冷却室に開口する入側流路の入口からそのまま出側流路の出口へ通過する水流が多く、冷却室の周囲に拡散するような水流が確保できない。
By the way, the cooling structure of the inverter is required to appropriately cool the inverter module with cooling water, or to be able to introduce and discharge cooling water according to the type of electric vehicle.
However, if the cooling water is simply circulated into the cooling chamber through the inlet and outlet channels as described above, the cooling water pumped from the cooling water pump has a strong water flow, There are many water flows that pass directly from the inlet of the inlet-side channel to the outlet of the outlet-side channel, and a water flow that diffuses around the cooling chamber cannot be secured.
インバータモジュールの冷却は、冷却室内を拡散する水流により、インバータモジュールの各部で適切に熱交換が行えるが、上記のような単純に入側流路から出側流路へ冷却水が流れるようになると、インバータモジュールの各部での熱交換は適切に行えない。
冷却水を冷却室内の周囲を拡散させるためには、冷却室内に冷却水の流れを阻害する阻害物などを設けて、冷却室内の水流の勢いを弱くすることが考えられるが、これでは構造的に複雑なものとなってしまう。
The cooling of the inverter module can be appropriately exchanged heat in each part of the inverter module by the water flow diffusing in the cooling chamber, but when the cooling water simply flows from the inlet side flow path to the outlet side flow path as described above. The heat exchange at each part of the inverter module cannot be performed properly.
In order to disperse the cooling water around the cooling chamber, it may be possible to reduce the momentum of the water flow in the cooling chamber by providing an obstacle or the like that inhibits the flow of the cooling water in the cooling chamber. It becomes complicated.
しかも、外部から冷却水を導入する導入口、冷却室から冷却水を導出する導入口の向きは、水流の勢いを弱くする構造の影響を受けやすく、インバータは、車種毎、インバータの搭載具合に応じて、入側流路の導入口や出側流路の導出口の向きが異なる仕様を新たに製作することが求められる。
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で冷却室の周囲に拡散する液流が確保できるとともに、当該冷却室内に周囲に拡散させる流れを形成する構造はそのままに、インバータの搭載具合に応じて冷却水の導入方向や導出方向の向きの変更が行えるインバータの冷却構造を提供することにある。
Moreover, the direction of the inlet for introducing cooling water from the outside and the direction of the inlet for extracting cooling water from the cooling chamber are easily affected by the structure that weakens the momentum of the water flow. Accordingly, it is required to newly manufacture specifications with different directions of the inlet of the inlet channel and the outlet of the outlet channel.
Accordingly, an object of the present invention is to secure a liquid flow that diffuses around the cooling chamber with a simple structure, and to maintain the structure that forms the flow to diffuse around the cooling chamber, according to the mounting condition of the inverter. An object of the present invention is to provide an inverter cooling structure in which the direction of the cooling water introduction and the direction of the cooling water can be changed.
請求項1に記載の発明は、冷却液を冷却室へ流入させる入側流路の入口と、冷却液を冷却室から流出させる出側流路の出口とを、冷却室を構成する一つの面の互いに離れた地点に設け、入側流路と出側流路とを、入口と出口間の間隔を保ったまま、それぞれ同一方向に添って平行に延ばし、入側流路と出側流路のうち少なくとも一方の流路に、導入口と入口との間、または導出口と出口との間に、導入口あるいは導出口とは異なる方向へ分岐して外部に開口する口部を設けた。 According to the first aspect of the present invention, the inlet of the inlet-side flow channel for allowing the coolant to flow into the cooling chamber and the outlet of the outlet-side channel for allowing the coolant to flow out of the cooling chamber constitute one surface constituting the cooling chamber. The inlet-side channel and the outlet-side channel are extended in parallel in the same direction while keeping the distance between the inlet and the outlet, respectively. At least one of the flow paths is provided with an opening that opens to the outside by branching in a direction different from the introduction port or the outlet port between the inlet port and the inlet port or between the outlet port and the outlet port.
同構成により、冷却室の一つの面の離れた位置に入口、出口を設け、入口と出口間の間隔を保ったまま、それぞれ同一方向に添って入側流路と出側流路とを平行に延ばすという簡単な構造で、入口から冷却室へ流入する冷却液は、冷却室の壁面との衝突により流れの向きが変えられながら出口へ向かうので、入口と出口間を流れる冷却液の液流は弱くなる。このため、冷却室内には、インバータモジュールを最適に熱交換させる液流、すなわち冷却室内の周囲に拡散するような液流が形成される。しかも、インバータの搭載具合に応じて、当初の導入口、導出口、分岐した口部を選択するだけで、インバータモジュールを適切に冷却させる液流、すなわち冷却室内に周囲に拡散させる流れを形成する構造はそのままに、冷却液の導入方向や導出方向の向きの変更が行えるので、車種毎に対応しやすい。 With this configuration, an inlet and an outlet are provided at a position apart from one surface of the cooling chamber, and the inlet and outlet channels are parallel to each other along the same direction while maintaining a gap between the inlet and the outlet. The coolant flowing into the cooling chamber from the inlet is directed to the outlet while the direction of the flow is changed due to the collision with the wall of the cooling chamber, so the liquid flow of the coolant flowing between the inlet and outlet Becomes weaker. For this reason, a liquid flow that optimally exchanges heat with the inverter module, that is, a liquid flow that diffuses around the cooling chamber is formed in the cooling chamber. In addition, a liquid flow for appropriately cooling the inverter module, that is, a flow for diffusing to the surroundings in the cooling chamber, is formed simply by selecting the initial introduction port, the discharge port, and the branched port portion according to the state of installation of the inverter. The direction of the cooling liquid can be changed and the direction of the cooling liquid can be changed without changing the structure.
請求項2に記載の発明は、口部が利用しやすいよう、口部は、冷却配管と接続可能なニップル部材あるいは口部の開口を塞ぐプラグ部材が組み付くものとした。 In the second aspect of the invention, the mouth portion is assembled with a nipple member that can be connected to the cooling pipe or a plug member that closes the opening of the mouth portion so that the mouth portion can be easily used.
請求項1の発明によれば、冷却室の一つの面の離れた位置に入口、出口を設け、入口と出口間の間隔を保ったまま、それぞれ同一方向に添って入側流路と出側流路とを平行に延ばすという簡単な構造により、入口と出口間を流れる冷却液の液流を弱くさせ、冷却室内に周囲に拡散するような液流が形成できる。
それ故、インバータモジュールを最適に熱交換させることができる。しかも、インバータの搭載具合に応じて、当初の導入・出口や分岐した口部を選択するだけで、冷却室内に周囲に拡散するような流れを形成する構造はそのままに、簡単に、求められる冷却液の導入方向や導出方向の変更ができ、インバータの搭載される車種に対応しやすい。
According to the first aspect of the present invention, the inlet and the outlet are provided at a position apart from one surface of the cooling chamber, and the inlet-side flow path and the outlet-side are provided along the same direction while maintaining a gap between the inlet and the outlet. With a simple structure in which the flow path is extended in parallel, the liquid flow of the cooling liquid flowing between the inlet and the outlet is weakened, and a liquid flow that diffuses around in the cooling chamber can be formed.
Therefore, the inverter module can be heat-exchanged optimally. In addition, simply by selecting the initial introduction / exit and branching opening according to the inverter installation condition, the structure that forms a flow that diffuses to the surroundings in the cooling chamber remains as it is, and the required cooling is simple. It is possible to change the direction of liquid introduction and the direction of discharge, and it is easy to deal with the type of vehicle on which the inverter is installed.
請求項2の発明によれば、口部が利用しやすくなる。 According to the invention of claim 2, the mouth portion can be easily used.
以下、本発明を図1ないし図5に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図1は、例えば電気自動車(車両)を示していて、図1中1は車体で、車体1の後部に形成されたパワーユニットスペース(図示しない)の中央には、走行駆動となる走行用モータ3(交流モータ)が据え付けられている。この走行用モータ3の直上には、モータ駆動用の水冷式インバータ5(以下、単にインバータ5という)が据え付けられる。ちなみに、インバータ5を挟んだ車幅方向一側には、インバータ5と隣接して、車載充電器7やDC−DCコンバータ(図示しない)などが据え付けられ、車幅方向他側には、制動システムを構成する電動バキュームポンプ8が据え付けてあり、パワーユニットスペース内を各機器が占めている。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in FIGS.
FIG. 1 shows, for example, an electric vehicle (vehicle). In FIG. 1,
インバータ5は、車体1の搭載されたバッテリ9に蓄えた直流電力を交流電力に変換して、走行用モータ3へ駆動電力として供給する。このインバータ5が、冷却水配管11を介して、車体前部のラジエータ13や冷却水ポンプ15などに接続される。これら機器で構成される冷却システムにより、インバータ5が、冷却水(本願の冷却液に相当)で冷却される。
The inverter 5 converts the DC power stored in the battery 9 on which the
この冷却水で冷却されるインバータ5の冷却構造が、図2〜図5に示されている。図2は同冷却構造の全体を示し、図3は同じく分解した図を示し、図4および図5は異なる方向から見た各部を示している。
すなわち、インバータ5は、例えば上下二分割式の角形の筐体17内の中段に、コンデンサモジュールや端子モジュール(いずれも図示しない)が収容され、筐体17内の最下部(コンデンサモジュールの下側)に、スッチング素子となるIGBTモジュール19(本願のインバータモジュールに相当)が収容されている。IGBTモジュール19は、スイッチング動作により、かなりの発熱を伴うモジュールである。
The cooling structure of the inverter 5 cooled by this cooling water is shown in FIGS. FIG. 2 shows the entire cooling structure, FIG. 3 shows an exploded view, and FIGS. 4 and 5 show parts viewed from different directions.
That is, the inverter 5 has a capacitor module and a terminal module (both not shown) accommodated in, for example, a middle stage in a vertically divided
そのため、筐体17の内部には、IGBTモジュール19と隣接した位置に冷却室23が収容され(図3)、先の冷却システムの冷却水で、IGBTモジュール19を冷却させる構造にしている。この冷却構造には、IGBTモジュール19の下部に、角形プレート状のヒートシンク21(放熱部)を設け、このヒートシンク21の下側に冷却室23を設ける構造が用いられている。
Therefore, a
具体的には、図3〜図5に示されるように冷却室23は、筐体17の下部壁17aの一部に、角形で平坦状をなした凹部25を形成し、この凹部25の開口部にヒートシンク21を載せて固定(例えばボルト止め)する構造で、室空間を形成してある。これで、ヒートシンク21の下面が臨む冷却室23を形成している。ちなみに、ヒートシンク21の下面には、冷却室23内へ突き出る多数の冷却フィン21aが設けてある。
Specifically, as shown in FIGS. 3 to 5, the
この冷却室23には、冷却室23内で適切な冷却水の流れが確保されるよう、水流の勢いを弱めながら冷却水を流通させる流路構造が組み合わせられている。この流路構造には、図3〜図5に示されるように冷却室23を構成する一つの面の互いに離れた位置、ここでは冷却室23の底面の車幅方向両端側の平行な二点位置に形成された入口27および出口29と、筐体17の下部をなす平坦な下部壁7aに平行に添わせて形成した導入路33(本願の入側流路に相当)および導出路35(本願の出側流路に相当)とを組み合わせて、水流の勢いを弱める構造が用いられる。
The
具体的には、入口27、出口29は、下部壁7aに一対の円形の通孔を形成してなる。導入路33および導出路35は、下部壁7aの下面に、縦向きに開口する入口27および出口29に続いて、車両前後方向、ここでは車両前方方向に沿って、トンネル状の一対の筒部33a,35aを形成してなる。一対の筒部33a,35aは、縦向きで開口する入・出口27.29から、入口27と出口29間の間隔を保ったまま、横向き、すなわち車両前方方向(同一方向)へ平行に、例えば下部壁17aの縁部まで延ばしてなる。そして、下部壁17a端で開口する入側の筒部27aの端を、冷却水を導入する導入口39とし、同じく下部壁17a端で開口する出側の筒部29aの端を、冷却水を導出する導出口41としている。つまり、導入路33および導出路35は、入口27と出口29間の間隔を保ったまま、同一方向に添って平行に延びるように、筐体17に形成してある。
Specifically, the
この流路構造により、冷却室23内に、水流の勢いを弱めた冷却水が流れるようにしている。つまり、冷却水は、導入路33により横向きに受け入れ、この横向きの水流が、入口27を通過する際に縦向きになり、さらに入口27からヒートシンク21の下面と衝突する縦向きの流れや冷却室23の壁面に衝突する横向きの流れに変化することにより、入口27と出口29間を流れる冷却水の水流を弱くさせる。出側でも同様であり、これらにより、冷却室23内に周囲に拡散するような水流を形成する。
With this flow path structure, cooling water with weakened water flow flows in the cooling
このインバータ5の導入口39と入側の冷却配管11とは、ニップル部材43(冷却配管接続用の継手部材)を介して接続される。インバータ5の導出口41と出側の冷却配管11とは、ニップル部材44(冷却配管接続用の継手部材)を介して接続され、ラジエータ13を経た冷却水が冷却室23内に循環されるようにしている(図2)。
またインバータ5には、こうした向きの制約のある導入口39、導出口41以外から、冷却水の導入や導出を可能にした構造が組み付けられている。これは、導入路33および導出路35のうちの少なくとも一方の流路、ここでは図2〜図5に示されるように導出路35の途中に口部47を形成したものである。
The
In addition, the inverter 5 is assembled with a structure that allows introduction and discharge of cooling water from other than the
具体的には口部47は、出口29と導出口41との間の筒部35a部分、ここでは中間の部位に、導出路35から分岐する分岐部45を形成し、この分岐部45から、筒部49を、当初の導出口41とは異なる向き、ここでは導出口41が有る地点とは直角にずれた向き、つまり車幅方向側方(ここでは電動バキュームポンプ8が搭載されている側)へ向け、下部壁7aに添わせて形成される。この筒部49の端、ここでは下部壁7aの端に臨む開口を第2の導出口51としている。つまり、第2の導出口51からでも冷却水の導出が行える分岐路53を形成している。これで、下部壁17aに、当初の導出口41とは異なる向きで冷却水を導出させるための口部47を設けている。ちなみに、第2の導出口51は、不使用のときは同導出口51を塞ぐプラグ部材57(図4に図示)が組み付き、使用するときは冷却配管と接続可能なニップル部材59(図4に図示)が組み付く。
Specifically, the
このように構成されたインバータ5の冷却構造の作用について説明する。
図1に示されるようにインバータ5が、車載充電器7と電動バキュームポンプ8との間に挟まれるように据付けられた場合、第2の導出口51には、図5中の二点鎖線で示されるようにプラグ部材57を装着して、導出口51を塞いでおく。
このときは、冷却ポンプ15の圧送動作により、ラジエータ13からインバータ5へ向かう冷却水は、図3〜図5に示されるように車体前後方向前側に向いている導入口39から、横向きの導入路33を経て入口27に至り、冷却室23の幅方向片側に寄せた縦向きの入口27から、冷却室23内に導入される。
The effect | action of the cooling structure of the inverter 5 comprised in this way is demonstrated.
As shown in FIG. 1, when the inverter 5 is installed so as to be sandwiched between the on-vehicle charger 7 and the
At this time, the cooling water sent from the
ここで、冷却室23へ向かう冷却水の水流は、冷却室23へ導入される間で、流れる方向が変化したり、入口27から導出する冷却水が、ヒートシンク21の下面と衝突したり冷却室23の壁面と衝突したりするため、勢いは弱まる。冷却室23内の冷却水は、出口29へ向かい、縦向きの出口29および横向きの導出路35を経て、導出口41から冷却配管11へ向かい、導入路33を流れる冷却水と同じ方向の向きにて、冷却配管11へ導出される。
Here, the flow direction of the cooling water flowing toward the cooling
この出側での冷却水の水流の勢いを弱める作用、入側での冷却水の勢いを弱める作用により、入口27から出口29へは、周囲に拡散しながら流れ、冷却室23内の各部に冷却水が行き渡る。これで冷却室23内の冷却水は、ヒートシンク21の各部や冷却フィン群の各部との熱交換に適した流れとなり、インバータ5のIGBTモジュール19を効率良く冷却する。
By the action of weakening the momentum of the cooling water flow on the outlet side and the action of weakening the momentum of the cooling water on the inlet side, the flow from the
このインバータ5の冷却は、導入路33、導出路35共、同じ方向を冷却水が流れているときに成立するため、図1に示されるようなインバータ5の両側に車載充電器7や電動バキュームポンプ8が配置される搭載される状況下では発揮しやすい。
ここで、インバータ5を搭載する電気自動車の車種が変更し、例えば電動バキュームポンプ8が、インバータ5の横ではなく他の地点に搭載され、機器のレイアウトの関係で、図1中の一点鎖線に示されるように電動バキュームポンプ8が配置されていたインバータ5の側方のスペースから、冷却水の導出を求められたとする。
Since the cooling of the inverter 5 is established when the cooling water flows in the same direction in both the
Here, the vehicle type of the electric vehicle on which the inverter 5 is mounted is changed. For example, the
このときには、第2の導出口51を選択する。すなわち、当初の車両前方側に向いている導出口41にプラグ部材(図示しない)を装着して導出口41を塞ぎ、側方に向いている第2の導出口51にニップル部材59を装着し、同ニップル部材59を介して、出側の冷却配管11を導出口51に接続させる。つまり、当初の導出方向と異なる横方向の向きから、冷却室23内の冷却水を導出させる。
At this time, the
これにより、IGBTモジュール19を適切に冷却するための、水流の勢いを弱める構造は、そのままに、IGBTモジュール19の冷却が行える。
このようにインバータ5は、冷却室23の同一面に入口27、出口29を設け、入口27と出口29間の間隔を保ったまま、入口27、出口29から同一方向に添って導入路33、導出路35を平行に延ばすという簡単な構造で、IGBTモジュール19を最適に冷却(熱交換)することができる。
Thereby, the
In this way, the inverter 5 is provided with the
しかも、インバータ5の搭載具合に応じて、導出路35の途中にある第2の導出口51を選択するだけで、冷却室23内の周囲に拡散するような流れを形成する構造はそのままに、簡単に、求められる冷却水の導入方向や導出方向の変更ができる。このため、インバータ5を製作し直したりせずにすむ。特に口部47は、閉塞用のプラグ部材57や配管接続用のニップル部材59が組み付くようにしてあるので、利用しやすい。
In addition, the structure that forms a flow that diffuses around the inside of the cooling
もちろん、第2の導出口51に、冷却を終えた冷却水の熱を利用するため、別途、配管部材を接続して、冷却室23からの冷却水を導出口41や導出口51に分けるようにしても構わない。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、導出路35の途中に口部47を設けた例を挙げたが、図5中の二点鎖線に示されるように導入路33の途中に口部57を設けても、同様な効果を奏する。また一実施形態では、横向きに分岐した口部47を用いたが、これに限らず、当初の導入口39や導出口41の向きと異なる向きであれば構わない。
Of course, in order to use the heat of the cooled cooling water for the
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in one embodiment, the example in which the
5 インバータ
17 筐体
19 IGBTモジュール(インバータモジュール)
21,21a ヒートシンク,冷却フィン(放熱部)
23 冷却室
27 入口
29 出口
33 導入路(入側流路)
35 導出路(出側流路)
39 導入口
41 導出口
47 口部
51 第2の導出口
5
21,21a Heat sink, cooling fin (heat dissipation part)
23
35 Lead-out path (exit-side flow path)
39
Claims (2)
一端に筐体外部から冷却液を導入する導入口を、他端に冷却液を前記冷却室に流入する入口を有する入側流路と、一端に筐体外部から冷却液を導出する導出口を、他端に冷却液を前記冷却室から流出させる出口を有する出側流路と、を前記筐体に形成したインバータの冷却構造において
前記入口と前記出口とは、前記冷却室を構成する一つの面の互いに離れた地点に設けられ、
前記入側流路と前記出側流路とは、前記入口と前記出口間の間隔を保ったまま、それぞれ同一方向に添って平行に延びるとともに、前記入側流路と前記出側流路のうち少なくとも一方の流路には、前記導入口と前記入口との間、または導出口と前記出口との間に、前記導入口あるいは前記導出口とは異なる方向へ分岐して外部に開口する口部が設けられる
ことを特徴とするインバータの冷却構造。 An inverter module inside the housing, and a cooling chamber disposed adjacent to the inverter module,
An inlet for introducing the coolant from the outside of the housing at one end, an inlet channel having an inlet for introducing the coolant into the cooling chamber at the other end, and an outlet for extracting the coolant from the outside of the housing at one end In the cooling structure of the inverter formed in the housing, the outlet side passage having an outlet for allowing the coolant to flow out from the cooling chamber at the other end, the inlet and the outlet constitute one of the cooling chambers. Are located at different points on the surface,
The inlet-side channel and the outlet-side channel extend in parallel along the same direction while maintaining a gap between the inlet and the outlet, and the inlet-side channel and the outlet-side channel In at least one of the channels, an opening that opens to the outside by branching in a direction different from the introduction port or the outlet port between the inlet port and the inlet port or between the outlet port and the outlet port. Inverter cooling structure characterized in that a part is provided.
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