JP4861840B2 - 発熱体冷却構造及び駆動装置 - Google Patents
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Description
前記冷媒空間に、前記放熱面から前記対向面に向けて立設された複数の放熱フィンが並列配置されて、当該複数の放熱フィンの夫々の隣接間に前記冷媒が通流するフィン間通路が形成されている発熱体冷却構造、
及び、電動機と、
前記電動機を収容する駆動装置ケースと、
前記電動機を制御するインバータとを備えると共に、前記発熱体冷却構造を、前記インバータを前記発熱体として備えた駆動装置に関する。
ところで、現状の技術では、インバータ等の耐熱温度は電動機の耐熱温度に対して低い。そこで、上記のようにインバータ等を、電動機を内蔵する駆動装置と一体化させる場合、インバータ等を熱的に保護すべく、電動機からインバータ等への直接的な熱伝達を遮断する何らかの手段が必要である。また、インバータ等は、自身の素子による発熱で温度上昇するため、耐熱温度以下に保つために冷却を必要とする。
かかる特許文献1に記載の駆動装置に備えられる冷却構造は、インバータと熱的に接続された放熱面と、当該放熱面と対向配置され上記駆動装置ケースと熱的に接続された対向面との間に、冷媒空間を形成し、その冷媒空間に、インバータケース側の放熱面から駆動装置ケース側のケース面に向けて立設された複数の放熱フィンを並列配置して、それら複数の放熱フィンの夫々の隣接間に前記冷媒が通流するフィン間通路を形成している。そして、この種の冷却構造は、冷媒ポンプにより上記冷媒空間に供給された冷媒が、上記並列配置された複数のフィン間通路に通流することで、上記放熱面を介してインバータを冷却し、上記対向面を介して電動機を冷却することができる。
かかる特許文献2及び3に記載の発熱体冷却構造は、微小間隔で連続して放熱面を削り起こすことで、互いに並列に配置された複数の放熱フィンを形成し、微小幅のフィン間通路を微細な間隔で形成している。そして、このような構成により、放熱フィンの伝熱面積を拡大し、放熱能力を向上できるとされている。
かかる特許文献2に記載の発熱体冷却構造は、蛇行状の放熱フィンの複数を並列配置することで、当該複数の放熱フィンの夫々の隣接間に、冷媒の通流方向を屈折させる屈折部分を有する蛇行状のフィン間通路を形成している。そして、このような構成により、放熱フィンの伝熱面積を拡大すると共に、フィン間通路の屈折部分において冷媒の通流方向を屈折させて乱流の発生を促進させることで、放熱能力を向上できるとされている。
特に、上記特許文献4に記載の発熱体冷却構造のように蛇行状のフィン間通路に冷媒を通流させた場合でも、放熱フィンの両側壁面が同じ形状に形成されており、よって、フィン間通路の放熱フィンの並列配置方向における通路幅が一様なものであるので、そのフィン間通路を通流する冷媒に十分な乱流を発生させることができず、放熱能力の向上は十分なものでは無かった。
前記冷媒空間に、前記放熱面から前記対向面に向けて立設された複数の放熱フィンが並列配置されて、当該複数の放熱フィンの夫々の隣接間に前記冷媒が通流するフィン間通路が形成されている発熱体冷却構造であって、その第1特徴構成は、前記放熱フィンが、前記冷媒の通流方向に沿って複数の曲部を有する蛇行状に形成されていると共に、
前記放熱フィンと前記放熱面との接続部から前記放熱フィンの先端部へ向かう方向であるフィン立設方向に沿って見た、前記放熱フィンの両側壁面の形状が、互いに異なる形状に形成されている点にある。
更に、このように屈折部分を有する蛇行状のフィン間通路に冷媒を通流させる場合において、放熱フィンの両側壁面を互いに異なる形状に形成することで、フィン間通路の複数の放熱フィンの並列配置方向における通路幅を、当該互いに異なる両側壁面に挟まれた部分の通路幅を他の部分とは異ならせる形態で、冷媒の通流方向において変化させることができる。よって、このように通路幅が変化するフィン間通路に冷媒を通流させることで、冷媒の流れにおける乱流の発生を一層促進させて、放熱能力を一層向上することができる。
したがって、本発明により、良好な放熱能力を有する発熱体冷却構造を実現することができる。
前記異形曲部が、前記フィン立設方向に沿って見た一方側の側壁面の形状を弓状に形成し、前記フィン立設方向に沿って見た他方側の側壁面の形状を角状に形成したものである点にある。
更に、フィン間通路において放熱面に配置された上記凹凸に沿って冷媒が通流することで、冷媒の流れにおける乱流の発生を一層促進させて、放熱能力を一層向上することができる。
尚、放熱面に対して、放熱フィンを形成するのとは別に上記凹凸を設けることができるが、放熱面を切削工具により削り起こすことで放熱面に放熱フィンを起立形成させる場合には、その切削工具の放熱面への当接部の形状を工夫することで、放熱フィンと同時に当該凹凸を形成することができる。
前記フィン間通路からの冷媒流出方向に対する前記冷媒空間からの冷媒流出方向の成す角度が鈍角となるように、前記放熱フィンの冷媒流出部側の端部が形成されている点にある。
前記放熱面の前記フィン間通路の冷媒流入部及び冷媒流出部の段差が傾斜面で接続されている点にある。
尚、放熱面を切削工具により削り起こすことで放熱面に放熱フィンを起立形成させる場合には、その切削工具の放熱面への当接部の形状を工夫することで、放熱フィンと同時に当該傾斜面を形成することができる。
前記電動機を収容する駆動装置ケースと、
前記電動機を制御するインバータとを備えると共に、
請求項1〜6の何れか一項に記載の発熱体冷却構造を、前記インバータを前記発熱体として備えた点にある。
また、このように駆動装置ケースを放熱面と熱的に接続する場合には、放熱フィンの先端部を対向面に当接させて、放熱面から冷媒側への放熱能力を向上させることもできる。
一方、本冷却構造50は、詳細については後述するが、図1に示すように、インバータ3や電動機1等の発熱体が発生した熱を、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、当該発熱体を熱的に保護するものである。
そして、このインバータ3は、図2に示すように、その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ており、そのヒートシンク53が上記インバータ3を収容するインバータケース7の底部に固定されている。そして、そのヒートシンク53の下面が、インバータ3と熱的に接続された放熱面53aとして形成されている。
尚、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インバータ3を覆うように形成されている。
即ち、駆動装置ケース2の上面には、ヒートシンク53を駆動装置ケース2の上に搭載した状態で、ヒートシンク53の下面即ち放熱面53aとの間に後述する冷媒空間Rを形成するための矩形の凹部が形成されている。そして、その凹部の底面が上記対向面2aとなる。
また、上記駆動装置ケース2の上面とヒートシンク53の下面との間には、図示は省略するが、上記冷媒空間Rを外部に対して密閉するためにシール材が適宜設けられている。
尚、本願において放熱面53a及び対向面2aがインバータ3及び電動機1と熱的に接続されるとは、インバータ3及び電動機1が発生した熱が直接又は間接的に、当該放熱面53a及び対向面2aに伝達される状態を言う。
具体的には、放熱フィン56は、特定の方向に屈曲する曲部56aと、当該曲部56aとは反対に屈曲する曲部56bとを交互に配置した状態で、ジグザグ状に形成されている。
この構成により、複数の放熱フィン56の夫々の隣接間に形成される夫々のフィン間通路Rpが、冷媒の通流方向を屈折させる屈折部分を有する蛇行状、具体的にはジグザグ状のものとされている。よって、放熱フィン56の伝熱面積の拡大、及び、冷媒流れにおける乱流の発生促進が図られて、放熱能力が向上されている。
そして、このような構成により、フィン間通路Rpにおいて互いに異なる両側壁面56c,56dに挟まれた部分の通路幅W1、即ち一対の曲部56aで挟まれた屈折部分の通路幅W1が、他の部分の通路幅W2よりも広くなり、当該フィン間通路Rpが、屈折部分で通路幅が拡大変化する蛇行状のものとなる。よって、このようなフィン間通路Rpに冷媒が通流すると、当該冷媒の流速が上記屈折部分において変化するなどして、冷媒の流れにおける乱流の発生が一層促進され、放熱能力が一層向上されることになる。
更に、当該放熱フィン56は、図8に示すように、放熱面53aから対向面2aに向けて斜めに且つカールした状態で立設しており、これにより、当該放熱フィン56の立設方向における長さが長くなり、放熱フィン56の伝熱面積が拡大され、放熱能力の向上が図られている。
尚、当該放熱フィン56の先端部の一部又は全部を、対向面2aに対して当接させることで、当該放熱フィン56と駆動ケース2との熱伝導を許容するように構成しても構わない。即ち、当該放熱フィン56の先端部を対向面2aに当接させれば、複数のフィン間通路Rpにおいて、冷媒が放熱フィン56の先端側を通って相互に行き来することが防止されて安定して冷媒が通流し、放熱能力が略均一なものとなる。更に、電動機1等から対向面2aに伝わる熱が当該放熱フィン56を介して冷媒側に良好に放熱されることになる。
尚、上記角度θi,θoは、できるだけ180度に近い方が望ましいが、流入側ポート57及び流出側ポート58の冷媒流入部Ri及び冷媒流出部Roに対する配置状態に応じて適宜これらの角度θi,θoを設定することができる。
即ち、切削工具Tの先端形状を、角状に形成された側壁面56d形状に合わせた山形の先端形状を有する切削工具Tを作成し、その切削工具Tにより、上記放熱面53aを、微小間隔で連続して削り起こすことで、互いに並列に配置された複数の放熱フィン56が形成される。
そして、この切削工具Tによる削りこみ深さや削り角度等の種々の条件を適切に決定することにより、切削工具Tの先端の山形頂点により形成される放熱フィン56の曲部56aにおいて、切削工具Tに当接する側の側壁面56dが角状に形成されるのに対して、それとは反対側の側壁面56cが引張応力等により弓状に形成されるのである。
尚、このように放熱面53aを切削工具Tにより削り起こすことで、当該放熱面53aに放熱フィン56を起立形成する場合には、放熱フィン56の先端部の形状が、各部の削り角度や深さの違いにより波形となる。そして、このような波型の先端部を有する放熱フィン56をそのまま使用することで、放熱フィン56の先端部を、駆動装置ケース2側の対向面2aに対して、一部を当接させ、他部を僅かな隙間を設けて離間させた状態で配置することができる。
冷媒循環路4は、ヒートシンク53と駆動装置ケース2との間の冷媒空間Rを通して単一の冷媒を循環させるものとされている。冷媒循環路4は、圧送源としての冷媒ポンプ41と、熱交換器としてのラジエータ42と、それらをつなぐ流路43,44,45とから構成されている。
尚、上述したように、本冷却構造50は、良好な放熱能力を有すると共に、冷媒の圧力損失の増大を防止することができるので、上記冷媒ポンプ41の小型化を実現し、更には、当該冷媒ポンプ41の駆動動力を低くして、省エネルギー化を実現することができる。
尚、この冷媒循環路4は、途中、例えば戻り流路44の部分で、更なる冷却のために駆動装置ケース2内を通る流路とすることもできる。
(1)上記実施の形態では、放熱フィン56を特定の方向に屈曲する曲部56aと当該曲部56aとは反対に屈曲する曲部56bとを交互に配置したジグザグ状に形成し、当該複数の放熱フィン56の夫々の隣接間に形成される夫々のフィン間通路Rpをジグザグ状のものとしたが、これら放熱フィン56及びフィン間通路Rpを上記ジグザグ状以外のあらゆる形状の蛇行状に構成することができる。
例えば、図6に示すように、放熱フィン56を、特定の方向に屈曲する一対の曲部56aと、当該曲部56aとは反対に屈曲する一対の曲部56bとを交互に配置した蛇行状に形成することができる。
また、この場合においても、放熱フィン56が有する複数の曲部56a,56bの少なくとも一つを、放熱フィン56の両側壁面56c,56dを互いに異なる曲状に形成してなる異形曲部56aとして構成し、更に、その異形曲部56aが、山部側の側壁面56cを弓状に形成し、谷部側の側壁面56dを角状に形成することができる。
また、かかる形状の複数の放熱フィン56の隣接間にフィン間通路Rpを形成する場合においても、図7に示すように、フィン間通路Rpにおける放熱面53aに冷媒の通流方向に沿って凹凸を配置して放熱能力を向上したり、更には、放熱面53aのフィン間通路Rpの冷媒流入部Ri及び冷媒流出部Roの段差を傾斜面53bで接続して圧力損失の増大を防止することができる。
2a:対向面
3:インバータ
7:インバータケース
50:発熱体冷却構造
53a:放熱面
53b:傾斜面
56:放熱フィン
56a,56b:曲部
56c,56d:側壁面
R:冷媒空間
Rp:フィン間通路
Ro:冷媒流出部
Ri:冷媒流入部
T:切削工具
W1,W2:通路幅
θi,θo:角度
Claims (9)
- 発熱体と熱的に接続された放熱面と、当該放熱面と対向配置された対向面との間に、冷媒空間が形成され、
前記冷媒空間に、前記放熱面から前記対向面に向けて立設された複数の放熱フィンが並列配置されて、当該複数の放熱フィンの夫々の隣接間に前記冷媒が通流するフィン間通路が形成されている発熱体冷却構造であって、
前記放熱フィンが、前記冷媒の通流方向に沿って複数の曲部を有する蛇行状に形成されていると共に、
前記放熱フィンと前記放熱面との接続部から前記放熱フィンの先端部へ向かう方向であるフィン立設方向に沿って見た、前記放熱フィンの両側壁面の形状が、互いに異なる形状に形成されている発熱体冷却構造。 - 前記複数の曲部の少なくとも一つが、前記フィン立設方向に沿って見た前記放熱フィンの両側壁面の形状を互いに異なる曲状に形成してなる異形曲部として構成され、
前記異形曲部が、前記フィン立設方向に沿って見た一方側の側壁面の形状を弓状に形成し、前記フィン立設方向に沿って見た他方側の側壁面の形状を角状に形成したものである請求項1に記載の発熱体冷却構造。 - 前記放熱フィンが、前記放熱面から前記対向面に向けて斜めに立設されている請求項1又は2に記載の発熱体冷却構造。
- 前記放熱フィンの先端部が、前記対向面に当接されている請求項1〜3の何れか一項に記載の発熱体冷却構造。
- 前記フィン間通路における前記放熱面に、前記冷媒の通流方向に沿って凹凸が配置されている請求項1〜4の何れか一項に記載の発熱体冷却構造。
- 前記冷媒空間への冷媒流入方向に対する前記フィン間通路への冷媒流入方向の成す角度が鈍角となるように、前記放熱フィンの冷媒流入部側の端部が形成され、
前記フィン間通路からの冷媒流出方向に対する前記冷媒空間からの冷媒流出方向の成す角度が鈍角となるように、前記放熱フィンの冷媒流出部側の端部が形成されている請求項1〜5の何れか一項に記載の発熱体冷却構造。 - 前記放熱面が前記フィン間通路において凹状に形成されていると共に、
前記放熱面の前記フィン間通路の冷媒流入部及び冷媒流出部の段差が傾斜面で接続されている請求項1〜6の何れか一項に記載の発熱体冷却構造。 - 電動機と、
前記電動機を収容する駆動装置ケースと、
前記電動機を制御するインバータとを備えると共に、
請求項1〜7の何れか一項に記載の発熱体冷却構造を、前記インバータを前記発熱体として備えた駆動装置。 - 前記駆動装置ケースが、前記放熱面に対して前記対向面側に設けられ、前記駆動装置ケースと前記対向面が熱的に接続されている請求項8に記載の駆動装置。
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