KR20050036905A - 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

구동 장치는 전동기와, 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스(2)와, 전동기를 제어하는 인버터(3)와, 인버터를 냉각하는 냉매의 유로를 구비한다. 인버터는 그 기판과 일체의 히트 싱크(5) 사이에 공간(R)을 두고 구동 장치 케이스에 부착되고, 공간은 냉매의 유로에 연통되어 있다. 히트 싱크는 공간(R)을 횡단하는 핀(56)을 갖고, 저열전도 상태에서 구동 장치 케이스에 접촉하고 있다. 이에 의해, 히트 싱크는 넓은 면적에서의 냉각 매체와의 열교환에 의해 유효하게 냉각된다. 또한, 핀이 단열재를 개재하는 등의 저열전도 상태에서 구동 장치 케이스에 접함으로써 직접적인 열전달이 회피되고, 인버터와 전동기의 내열 온도에 따른 온도 구배를 유지한 효율적인 냉각이 가능해진다.

Description

구동 장치 {DRIVE DEVICE}
본 발명은 동력원으로서 전동기를 이용하는 구동 장치에 관한 것으로, 특히 전기 자동차용 구동 장치나 하이브리드 구동 장치에 있어서의 냉각 기술에 관한 것이다.
전동기를 차량의 구동원으로 하는 경우, 전동기는 그 제어를 위한 제어 장치(교류 전동기의 경우에는 인버터)를 필요로 한다. 이러한 인버터 등의 제어 장치는 전동기에 대해 파워 케이블로 접속되는 것이므로 전동기와는 분리시켜 적절한 위치에 배치 가능하지만, 차량 적재 상의 편의성으로부터 전동기를 내장하는 구동 장치와 일체화시키는 배치가 취해지는 경우가 있다.
그런데, 기존의 기술에서는 제어 장치의 내열 온도는 전동기의 내열 온도에 비해 낮다. 그래서, 상기한 바와 같이 제어 장치를 전동기를 내장하는 구동 장치와 일체화시키는 경우, 제어 장치를 보호하기 위해 전동기로부터 제어 장치에의 직접적인 열전달을 차단하는 어떠한 수단이 필요하다. 또한, 제어 장치는 자신의 소자에 의한 발열로 온도가 상승하므로, 내열 온도 이하로 유지하기 위해 냉각을 필요로 한다.
이러한 사정으로부터 종래 전동기의 고정자 본체의 외주에 홈을 형성하고, 이 홈의 개방면측을 제어 장치의 모듈을 부착한 바닥판으로 막아 냉각로를 설치한 제어 장치 일체화 전동기가 국제 공개 제98/28833호 팜플렛에 있어서 제안되어 있다. 이 기술에서는, 바닥판측의 홈 내로 연장 돌출되는 냉각 플랜지가 형성되어 있다.
또한, 같은 기술로서 미국 특허 제5491370호 명세서에 기재된 기술도 있다. 이 기술에서는 전동기의 하우징의 외주에 냉각 유체를 흐르게 하는 나선 통로를 형성하고, 이 통로의 개방면측을 덮도록 하우징에 외장한 슬리브에 IGBT 모듈(인버터 컴포넌트)을 부착한 구성이 채용되어 있다.
그런데, 상기 전자의 종래 기술의 구성에서는 냉각 플랜지의 형성에 의해 모듈을 부착한 바닥판측의 열교환 면적이 확대되어 있으므로 모듈측의 냉각이 촉진되지만, 고정자 본체측의 냉각은 홈 바닥면의 면적을 열교환 면적으로 하므로 반드시 충분하지는 않다. 따라서, 이러한 구성에 의한 경우, 고정자 본체측의 열이 냉각 플랜지를 거쳐서 모듈측으로 전달되는 것을 방지하는 의미로, 냉각 플랜지의 선단부는 고정자 본체의 홈 바닥면으로부터 어느 정도 분리되어 그 사이의 간극에서 냉각 유체에 의한 단열 효과를 확보할 필요가 있다. 그리고, 이와 같이 간극을 넓게 취한 경우, 냉각 플랜지의 유로 가이드로서의 효과는 저하된다.
한편, 상기 후자의 기술에서는 슬리브가 냉각 유체와 접하는 면적을 충분히 확보하는 것이 곤란하므로, 인버터 컴포넌트를 충분히 냉각하기 위해서는 나선 통로에 흐르게 하는 냉각 유체의 유량을 많게 할 필요가 있지만, 이 경우 냉각 유체의 순환을 위한 펌프 등이 대형화되어 그 구동을 위한 에너지가 커진다. 또한, 이 기술에서는 나선 통로를 구획하는 벽의 선단부가 슬리브와 직접 접촉하므로, 이 접촉 부분에서의 열전달이 생기므로 인버터 컴포넌트를 내열 온도 이하로 유지하기 위해서는 전동기의 하우징의 온도를 실질상 그 온도까지 내리는 냉각을 필요로 해 냉각 능률의 면에서도 비능률적이다.
본 발명은 이러한 종래 기술을 근거로 하여 안출된 것으로, 전동기에 인버터를 일체화시킨 구동 장치에 있어서 전동기로부터 인버터에의 열전달을 억제하면서, 한정된 냉각 공간 내에서 냉매에 대한 최대한의 방열 면적을 확보하는 것을 주된 목적으로 한다. 다음에, 본 발명은 냉각 공간 내의 방열 수단에 의해 냉매의 흐름을 촉진하여 냉각 성능을 향상시키는 것을 다른 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 구동 장치의 냉각 시스템의 시스템 구성도이다.
도2는 제1 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 개략 종단면도이다.
도3은 제1 실시 형태의 구동 장치를 축단부 방향으로부터 본 일부 단면 개략 측면도이다.
도4는 리브형 핀 배열 패턴을 도시하는 개략 평면도이다.
도5는 유로 형성 핀 배열 패턴을 도시하는 개략 평면도이다.
도6은 제2 실시 형태의 구동 장치의 축방향 종단면도이다.
도7은 핀(pin)형 핀(fin) 배열 패턴을 도시하는 개략 평면도이다.
도8은 제3 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도9는 제4 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도10은 제5 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도11은 제6 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도12는 제7 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도13은 제8 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도14는 제8 실시 형태의 핀 배열 패턴을 히트 싱크와 구동 장치 케이스와의 대향면을 동일 평면 상에 나란히 도시하는 개략 평면도이다.
도15는 제8 실시 형태의 다른 핀 배열 패턴을 히트 싱크와 구동 장치 케이스와의 대향면을 동일 평면 상에 나란히 도시하는 개략 평면도이다.
도16은 제9 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
도17은 제10 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전동기와, 상기 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스와, 전동기를 제어하는 인버터와, 상기 인버터를 냉각하는 냉매의 유로를 구비하는 구동 장치에 있어서, 상기 인버터는 그 기판과 일체화된 히트 싱크가 구동 장치 케이스와 대향하는 부분에 공간을 두고 구동 장치 케이스에 부착되고, 상기 공간은 냉매의 유로에 연통되고, 상기 히트 싱크는 구동 장치 케이스를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀을 갖고, 상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스는 저열전도 상태에서 접촉하고 있는 것을 제1 특징으로 한다.
이 구성에서는, 히트 싱크측 핀이 구동 장치 케이스에 접하는 위치까지 연장됨으로써 히트 싱크에 공간을 흐르는 냉매와의 충분한 전열 면적이 확보되므로, 넓은 면적에서의 냉각 매체와의 열교환에 의한 냉각의 촉진에 의해 구동 장치에 일체화되어 내열 온도적으로 불리한 인버터를 유효하게 냉각할 수 있다. 또한, 히트 싱크측 핀이 구동 장치 케이스에 저열전도 상태에서 접함으로써 구동 장치 케이스로부터 히트 싱크로의 직접적인 열전달이 회피되므로, 구동 장치 케이스측의 온도를 히트 싱크측의 인버터의 내열 온도까지 내릴 필요가 없어 양자간의 온도 구배를 유지한 효율적인 냉각이 가능해진다. 이에 의해 전동기와 인버터의 일체화에 의한 인버터의 온도 상승을 적은 냉매 유량으로 효율적으로 방지할 수 있다.
다음에, 본 발명은 전동기와, 상기 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스와, 전동기를 제어하는 인버터와, 상기 인버터를 냉각하는 냉매의 유로를 구비하는 구동 장치에 있어서, 상기 인버터는 그 기판과 일체화된 히트 싱크가 구동 장치 케이스와 대향하는 부분에 공간을 두고 구동 장치 케이스에 부착되고, 상기 공간은 냉매의 유로에 연통되고, 상기 히트 싱크는 구동 장치 케이스를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀을 구비하고, 상기 공간에 열전도를 방해하는 격리 수단이 개재되고, 상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스는 모두 격리 수단에 직접 접촉하고 있는 것을 제2 특징으로 한다.
이 구성에서는, 히트 싱크측 핀이 격리 수단에 접하는 위치까지 구동 장치 케이스 방향으로 연장됨으로써 히트 싱크에 공간을 흐르는 냉매와의 충분한 전열 면적이 확보되므로, 넓은 면적에서의 냉각 매체와의 열교환에 의한 냉각의 촉진에 의해 구동 장치에 일체화되어 내열 온도적으로 불리한 인버터를 유효하게 냉각할 수 있다. 또한, 히트 싱크측 핀이 구동 장치 케이스에 열전도를 방해하는 격리 수단을 거쳐서 접함으로써 구동 장치 케이스로부터 히트 싱크에의 직접적인 열전달이 회피되므로, 구동 장치 케이스측의 온도를 히트 싱크측 인버터의 내열 온도까지 내릴 필요가 없어 양자간의 온도 구배를 유지한 효율적인 냉각이 가능해진다. 이에 의해 전동기와 인버의 일체화에 의한 인버터의 온도 상승을 적은 냉매 유량으로 효율적으로 방지할 수 있다.
상기 제2 특징에 따르는 경우, 상기 격리 수단은 저열전도성 부재로 구성된다. 이 구성에서는 격리 수단의 개재에 의한 두께분의 공간 용적의 감소를 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 격리 수단은 사이에 공간을 두는 복수의 격리 부재로 구성할 수도 있다. 이 구성에서는, 격리 부재 사이의 공간을 단열에 이용할 수 있으므로, 격리 수단을 구성하는 부재 자체에 높은 단열성이 요구되지 않음으로써 격리 부재의 재질의 선택 폭이 넓어진다.
혹은, 상기 격리 수단은 격리 부재에 저열전도성 부재를 적층한 적층 부재로 구성해도 좋다. 이 구성에서는, 상기한 바와 같은 전동기와 인버터와의 일체화에 의한 인버터의 온도 상승을 적은 냉매 유량으로 효율적으로 방지할 수 있는 효과에다가, 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스를 사이에 두는 저열전도성 부재가 격리 부재에 의해 보강되어 형상 유지 가능해짐으로써, 저열전도성 부재로서 보다 열차단성이 우수한 폭 넓은 재료의 선택이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구동 장치 케이스는 히트 싱크를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이 구성에서는, 구동 장치 케이스측에 대해서도 공간을 흐르는 냉매와의 넓은 전열 면적이 확보되므로, 히트 싱크와 구동 장치 케이스 양방을 한층 유효하게 냉각할 수 있다.
이 경우, 상기 격리 수단은 공간을 상기 히트 싱크측에 면하는 제1 실과 구동 장치 케이스측에 면하는 제2 실로 분리하는 것이 바람직하다. 이 구성에는, 격리 수단을 사이에 두고 히트 싱크와 구동 장치 케이스 사이의 공간을 제1 실과 제2 실로 분리하고 있으므로, 양 실이 단열 상태에서 대치하게 되어 양 실간의 온도 구배를 한층 확실하게 유지한 효율적인 냉각이 가능해진다.
상기 어떠한 구성에 따르는 경우도 상기 인버터는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스 내에 상기 인버터 케이스의 바닥벽에 기판을 고정하여 수용되어, 인버터 케이스의 바닥벽이 기판과 일체화된 히트 싱크를 구성하도록 할 수 있다. 혹은, 상기 인버터는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스 내에 기판과 일체화된 히트 싱크와 함께 수용된 구성으로 할 수도 있다.
또한, 상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스측 핀은 협동하여 공통의 냉매 흐름 패턴을 공간 내에 생기게 하는 것으로 할 수 있다. 이 구성에서는 핀을 이용한 공통의 냉매 흐름이 공간 내의 히트 싱크측, 구동 장치 케이스측 모두에 생기므로, 공간 내에 냉매 흐름의 간섭에 의한 침전물이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 저열전도성 부재는 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스측 핀의 접촉부에 따른 형상으로 된 구성으로 할 수도 있다. 이 구성에서는, 저열전도성 부재의 개재에 의한 두께분의 공간 용적의 감소를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 공간 용적을 유효하게 냉각 매체의 유동 공간으로 하는 장치의 콤팩트화가 가능해진다.
이하, 도면에 따라서 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 우선, 도1은 본 발명을 적용한 구동 장치의 냉각 시스템을 개략화하여 개념적으로 도시한다. 이 장치는 도시를 생략하는 전동기와, 상기 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스(2)와, 전동기를 제어하는 인버터(3)와, 인버터(3)를 냉각하는 냉매의 유로(4)를 구비한다. 본 명세서에서 말하는 인버터라 함은, 배터리 전원의 직류를 스위칭 작용으로 교류(전동기가 3상 교류 전동기인 경우에는 3상 교류)로 변환하는 스위칭 트랜지스터나 딸려있는 회로 소자와, 그들을 배치한 회로 기판으로 이루어지는 파워 모듈을 의미한다. 이 형태에 있어서의 구동 장치는 전기 자동차 또는 하이브리드차용 구동 장치를 구성하는 것으로, 구동 장치 케이스(2)는 도시하지 않은 전동기로서의 모터 또는 제너레이터 혹은 그들 양방과, 디퍼렌셜 장치, 카운터 기어 기구 등의 부속 기구를 수용하고 있다. 인버터(3)는 그 기판 자체 또는 별개 부재를 기판에 부착함으로써, 기판과 일체화된 히트 싱크(53)가 구동 장치 케이스(2)와 대향하는 부분에 공간을 두고 구동 장치 케이스(2)에 부착되고, 상기 공간은 냉매의 유로(4)에 연통되어 있다. 이 형태에 있어서의 냉매의 유로(4)는 히트 싱크(53)와 구동 장치 케이스(2) 사이의 공간을 통해 단일의 냉매를 순환시키는 냉매 순환로로 되어 있다.
냉매 순환로는 압송원으로서의 워터 펌프(41)와, 열교환기로서의 라디에이터(42)와, 그들을 연결하는 유로(43, 44, 45)로 구성되어 있다. 또, 워터 펌프(41)의 구동 모터 등의 부속 설비에 대해서는 도시가 생략되어 있다. 냉매 순환로의 기점으로서의 워터 펌프(41)의 토출측 유로(43)는 히트 싱크(53)의 입구측 포트(51)에 접속되고, 히트 싱크(53)의 출구측 포트(52)는 복귀 유로(44)를 경유하여 라디에이터(42)의 입구(421)측에 접속되고, 라디에이터(42)의 출구(422)측이 워터 펌프(41)의 흡입측 유로(45)에 접속되어 있다. 따라서, 이 냉매 순환로에 있어서 냉매로서의 냉각수는 워터 펌프(41)로부터 송출된 후, 히트 싱크(53) 내의 공간을 흐를 때에 인버터(3)를 구성하는 모듈로부터의 열과 구동 장치 케이스(2)의 열을 흡수하여 가열되고, 복귀 유로(44)를 경유하여 라디에이터(42)로 송입되어 공기로의 방열에 의해 냉각되고, 워터 펌프(41)로 복귀되어 한바퀴 사이클을 종료하는 순환을 반복하게 된다. 또, 이 냉매 순환로는 도중, 예를 들어 복귀 유로(44)의 부분에서 한층 더 냉각을 위해 구동 장치 케이스(2) 내를 통과하는 유로로 할 수도 있다.
다음에 도시하는 도2 및 도3은 제1 실시 형태의 구동 장치의 축 방향 종단면 및 축단부 방향으로부터 본 측면(일부 단면)을 간략화하여 도시하는 것으로, 도2에 있어서 부호 1은 전동기를 나타내고, 11은 그 회전자축, 12는 회전자 코어, 13은 고정자 코어를 나타내고, 도3에 있어서 파선으로 나타내는 원은 전동기(1)의 외경, 최대 직경의 일점 쇄선으로 나타내는 원은 디퍼렌셜 장치의 링 기어의 맞물림 피치 직경, 최소 직경과 중간 직경의 일점 쇄선으로 나타내는 각 원은 회전자축(11)과 디퍼렌셜 장치의 링 기어 사이에서 동력을 전달하는 카운터 기어 기구의 각 기어의 맞물림 피치 직경을 나타낸다.
이 형태에 있어서의 인버터(3)는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스(5) 내에 상기 인버터 케이스의 바닥벽(53)에 기판을 고정하여 수용되고, 인버터 케이스(5)의 바닥벽(53)이 기판과 일체화된 히트 싱크를 구성한다. 구동 장치 케이스(2)에는 그 상부에 인버터 케이스(5)의 부착부(20)가 일체 형성되어 있다. 인버터 케이스(5)의 부착부(20)는 전동기 수용부의 외주에 접하도록 케이스 상부에 돌출되는 형태로 설치되고, 인버터 케이스(5)의 평면 외형과 실질상 부합하는 평면 외형의 다이형으로 되어 있다.
인버터 케이스(5)는 그 바닥벽(53)으로부터 외형을 프레임형으로 둘러싸도록 상방으로 연장되는 평면으로부터 보아 직사각형인 주위벽(54)을 구비하는 케이스형이 되고, 그 내부가 인버터(3)의 수용 공간으로 되어 있다. 그리고, 인버터(3)를 구성하는 단일 또는 복수의 모듈은 그것을 전열 저항이 생기지 않도록 밀접하게 부착하기 위해 평탄하게 마무리 가공된 인버터 케이스(5)의 바닥벽(53)에 적절한 수단으로 긴밀하게 고정되어 있다. 그리고, 인버터 케이스(5)의 상측 개방부는 내부의 인버터(3)를 빗물이나 먼지로부터 보호하기 위해 커버(7)로 덮여져 있다. 인버터 케이스(5)의 바닥벽(53)에는 그 외형을 프레임형으로 둘러싸도록 하방으로 연장되는 평면으로부터 보아 직사각형인 주위벽(55)이 설치되고, 그에 의해 둘러싸여 공간(R)이 마련되어 있다.
이와 같이 구성된 인버터 케이스(5)는 구동 장치 케이스(2)의 부착면에 주위벽(55)의 단부면을 접촉시켜 필요에 따라서 O링 등의 밀봉재(9)에 의해 누설이 멈추어지고, 볼트 체결 등의 적절한 고정 수단으로 고정 일체화되어 있다. 이 접촉부는 도시한 예에서는 직접 접촉하는 배치로 되어 있지만, 부착부에서의 냉매 누설과 열전달을 방지하도록 인버터 케이스(5)와 구동 장치 케이스(2)의 맞춤면 사이에 밀봉 기능 또는 단열 기능 혹은 그들 양방의 기능을 갖는 적절한 중간 부재를 개재 삽입하는 배치로 할 수도 있다. 이 중간 부재는 단열재 또는 단열 밀봉재로 하는 경우에는 도시한 바와 같은 밀봉재(9)의 배치 대신에, 맞춤면 사이에 개재 삽입하는 배치가 되지만, 단열재와 밀봉재를 별개 부재로 하는 경우에는 밀봉재(9)에 대해서는 인버터 케이스(5)와 구동 장치 케이스(2) 각각의 맞춤면에 홈을 형성하여 그 속에 배치하고, 맞춤면 사이에 개재 삽입한 단열재와의 접촉면 사이를 밀봉하는 구성으로 할 수도 있다.
본 발명의 특징에 따라서, 히트 싱크(53)는 열교환 면적 확보를 위해 구동 장치 케이스(2)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되고, 공간(R)을 그 두께 방향으로 실질상 횡단하는 다수의 히트 싱크측 핀(56)을 갖고, 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스(2)는 저열전도 상태에서 접촉되어 있다. 이 저열전도 상태에서의 접촉은 본 형태에서는 핀(56)의 선단부에 라운딩을 갖게 하고, 구동 장치 케이스(2)와의 접촉이 실질상 선접촉이 되어 접촉부의 전열 저항이 커지도록 함으로써 실현되어 있다. 또, 나중에 설명하는 실시 형태를 나타내는 도면을 포함하는 모든 도면에 있어서, 각 핀은 공간(R)에 대한 크기를 확대 과장하여 도시하고 있고, 그들의 수도 도면의 착종을 피하는 의미로 실제의 배치 개수보다 줄여서 나타내고 있다.
다음에 도시하는 도4는 히트 싱크측 핀(56)의 배열 패턴을 평면으로부터 보아 개략화하여 도시한다. 히트 싱크측 핀(56)은 입구측 포트(51)와 출구측 포트(52) 사이에서 나란히 연장되어 서로 등간격으로 배치되어 있고, 그들 길이 방향 양단부는 각 핀(56) 사이의 공간을 입구측 포트(51)와 출구측 포트(52)에 통하게 하기 위해 주위벽(55) 사이에 소정의 간극을 유지하여 종단하고 있다. 이러한 핀(56) 배열에 의해 공간(R)에는 양단부가 입구측 포트(51)와 출구측 포트(52)를 통해 도중이 핀(56)에 의해 구획된 병행 유로가 구획 형성되어 있다.
이 핀(56)의 배열 패턴은 다른 형태를 취할 수도 있다. 다음에 도시하는 도5는 히트 싱크측 핀(56)의 배열 패턴의 변형예를 도4와 같은 평면으로부터 본 것을 나타낸다. 이 경우, 히트 싱크측 핀(56)은 입구측 포트(51)와 출구측 포트(52) 사이의 공간(R) 내에 지그재그형인 1조의 유로를 구획하는 벽을 구성하고 있다. 이러한 핀 배열은 앞의 병행 유로를 구성하는 리브형 핀 배열에 반해 압력 손실은 커지지만, 히트 싱크 상에 내열 온도가 다른 복수의 모듈을 나란히 배치하는 경우에 모듈의 배치 위치에 따라서 히트 싱크 바닥벽(53) 각부의 온도를 흐름 패턴의 선택에 의해 미세하게 조절 가능한 점에서 유효하다.
다음에 도시하는 도6은 상기 제1 실시 형태와 기본 구성을 동일하게 하는 제2 실시 형태를 나타낸다. 이 형태에 있어서, 히트 싱크(53)는 구동 장치 케이스(2)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀(56)을 구비하는 점은 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 이 형태에서는 공간(R)에 열전도성이 낮은 재질로 이루어지는 격리 수단으로서 저열전도성 부재(61), 즉 단열재가 개재되어 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스(2)는 모두 저열전도성 부재(61)에 직접 접촉하고 있다. 이 저열전도성 부재(61)의 개재에 의해 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스(2)의 부착부(20) 사이의 저열전도 상태가 실현되고 있다. 이 경우의 저열전도성 부재(61)는 판형으로 구동 장치 케이스(2)의 부착부(20)의 공간(R)에 면하는 부분의 전체면을 덮는 외형 치수가 되고, 구동 장치 케이스(2)가 부착부(20)에 덧붙여 배치되어 있다. 그 나머지 구성은 도시를 생략하는 맞춤면 부분의 밀봉 구성을 포함해서 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 상당하는 부재에 같은 부호를 붙여 설명을 대신한다. 이 점은 후속의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지로 한다.
이 형태에서는 저열전도성 부재(61)의 개재에 의해 저열전도 상태가 실현되고 있으므로, 히트 싱크측 핀(56)의 선단부는 앞의 실시 형태와는 달리 저열전도성 부재(61)에 접촉하는 평면으로 되어 있다. 히트 싱크측 핀(56)의 배열에 대해서는 앞의 실시 형태에 있어서 도4 또는 도5를 참조하여 설명한 배열 패턴과 같은 리브형 또는 유로 구성벽 배열을 취할 수 있지만, 공간(R) 내의 흐름을 핀에 의해 규제하는 일 없이 자연스럽게 흐름을 생기게 하는 경우, 다음의 도7에 같은 개략화한 평면으로부터 본 것을 나타낸 바와 같이 히트 싱크측 핀(56)을 소정 피치로 종횡으로 배열한 다수의 핀(pin)형 핀(fin)으로 할 수도 있다. 이러한 핀형 핀의 채용에 따른 이점은 공간(R) 내에서의 냉매 흐름의 압력 손실을 매우 작게 할 수 있는 점에 있다.
다음에 도8을 참조하여 나타내는 제3 실시 형태도 기본 구성은 앞의 각 실시 형태와 마찬가지이다. 이 형태에서는, 저열전도성 부재(61)는 판형으로 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)을 인버터 케이스(5)와의 맞춤면도 포함시켜 덮는 외형 치수가 되고, 구동 장치 케이스(2)가 부착면(20) 전체에 덧붙여 배치되어 있다. 이러한 구성을 채용하는 경우, 구동 장치 케이스(2)와 인버터 케이스(5)의 맞춤면, 즉 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)과 인버터 케이스 주위벽(55)의 단부면과의 접촉부의 열전달도 저열전도성 부재(6)에 의해 차단되므로, 구동 장치 케이스(2)와 히트 싱크(53) 사이의 열차단 효과는 한층 향상된다. 또, 이 저열전도성 부재(61)는 앞에 대략 설명한 바와 같이 밀봉 기능과 단열 기능을 갖는 적절한 부재로 할 수 있다. 또한, 저열전도성 부재(61)가 밀봉 기능이 떨어지는 부재인 경우에는 제1 실시 형태에 대해 설명한 바와 같은 밀봉 구성에 의한 맞춤면간의 밀봉이 이루어진다.
다음의 도9에 나타내는 제4 실시 형태도 앞의 제2, 제3 실시 형태와 기본 구성은 마찬가지다. 이 형태에서는, 히트 싱크(53)는 구동 장치 케이스(2)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀(56)을 구비하고, 공간(R)에 열전도성이 낮은 재질로 이루어지는 저열전도성 부재(61)가 개재되어 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스(2)는 모두 저열전도성 부재(61)에 직접 접촉하고 있는 점은 제2 실시 형태와 마찬가지이지만, 저열전도성 부재(61)는 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스(2)의 접촉부에 따른 형상으로 되어 있다. 이 구성은 핀(56)을 핀형 핀으로 하는 경우에는 적합하지 않지만, 도4 또는 도5를 참조하여 앞에서 설명한 배열 패턴과 같은 리브형 또는 유로 구성벽 배열의 핀에는 적합하다. 이 경우, 저열전도성 부재(61)는 핀의 선단부 형상에 따르는 것이 되므로, 핀의 선단부에 접착제에 의해 고정되는 것이 구동 장치 케이스(2)에의 인버터 케이스(5)의 조립 부착은 유효하다.
다음에 도10에 나타내는 제5 실시 형태는 앞의 제2 실시 형태에 대한 제3 실시 형태의 관계와 마찬가지로, 제4 실시 형태에 대해 저열전도성 부재(61)를 구동 장치 케이스(2)의 외면과 인버터 케이스(5)의 맞춤면에도 덧붙여 배치한 것이다. 이러한 구성을 채용하는 경우에도 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)과 인버터 케이스 주위벽(55)의 단부면과의 접촉부의 열전달도 저열전도성 부재(61)에 의해 차단되므로, 구동 장치 케이스(2)와 히트 싱크(53) 사이의 열차단 효과는 한층 향상된다. 또, 이 저열전도성 부재(61)에 대해서도, 먼저 대략 설명한 바와 같이 밀봉 기능과 단열 기능을 갖는 적절한 부재로 할 수 있다. 또한, 저열전도성 부재(61)를 밀봉 기능이 충분하지 않은 부재로 하는 경우, 먼저 서술한 밀봉 구성을 취할 수 있다.
다음의 도11에 나타내는 제6 실시 형태는 지금까지의 각 실시 형태와는 달리, 구동 장치 케이스(2)에도 히트 싱크(53)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀(22)을 설치한 것이다. 이 형태에 있어서의 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스측 핀(22)은 협동하여 공통의 냉매 흐름 패턴을 공간(R) 내에 생기도록 하기 위해 모두 저열전도성 부재(61)에 직접 접촉하고 있다. 이 경우의 저열전도성 부재(61)는 앞의 제4 실시 형태와 마찬가지로 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스측 핀(22)의 접촉부에 따른 형상으로 되어 있다. 그리고, 양 핀의 형상은 먼저 설명한 리브형 또는 유로 구성벽 배열의 핀이 된다.
이와 같이 구동 장치 케이스(2)에도 핀(22)을 설치한 경우, 구동 장치 케이스(2)측에 대해서도 냉매 흐름에 대한 접촉 면적을 넓게 취할 수 있으므로 구동 장치 케이스(2)의 냉각 효과도 향상시킬 수 있다. 또한, 이 구성에서는 저열전도성 부재(61)를 거쳐서 접하는 양 핀(56, 22)에 의해 공간(R) 내에 공통의 냉매 흐름 패턴이 생기므로, 냉매 흐름의 간섭에 의한 침전물이 생기는 것을 방지할 수 있다.
다음의 도12에 나타내는 제7 실시 형태는 앞의 제2 실시 형태와 제3 실시 형태의 관계와 마찬가지로 제6 실시 형태를 변경한 것이다. 이 경우, 저열전도성 부재(61)는 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)과 인버터 케이스(5)의 맞춤면에도 덧붙여 배치되어 있다. 이러한 구성을 채용하는 경우에도 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)과 인버터 케이스 주위벽(55)의 단부면과의 접촉부의 열전달도 저열전도성 부재(61)에 의해 차단되므로, 구동 장치 케이스(2)와 히트 싱크(53) 사이의 열차단 효과는 한층 향상된다. 또, 이 저열전도성 부재(61)에 대해서도 앞에서 대략 설명한 바와 같이 밀봉 기능과 단열 기능을 갖는 적절한 부재로 할 수 있다. 또한, 저열전도성 부재(61)가 밀봉 기능이 불충분한 부재인 경우에는 앞에서 서술한 밀봉 구성이 적용된다.
다음의 도13에 나타내는 제8 실시 형태는 앞의 제7 실시 형태와 마찬가지로 구동 장치 케이스(2)에도 히트 싱크(5)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀(22)을 설치한 것에 있어서, 저열전도성 부재(61)가 격리 부재(60)와 함께 공간(R)을 히트 싱크(5)측에 면하는 제1 실(R1)과 구동 장치 케이스(2)측에 면하는 제2 실(R2)로 분리하는 구성이 취해지고 있다. 이 경우의 저열전도성 부재(61)는 도8을 참조하여 앞에 설명한 제3 실시 형태의 것과 같이 판형이고, 그 자체로 형상 유지가 가능한 경우에는 마찬가지로 단독으로 배치 가능해 그러한 구성의 채용도 당연히 가능하지만, 이 형태에서는 스스로 형상 유지가 불가능한 필름형 또는 도포제를 상정하므로, 형상 유지를 위한 보강 부재로서의 판형의 격리 부재(60)를 병설한 구성으로 되어 있다.
이 형태에 있어서의 저열전도성 부재(61)와 격리 부재(60)는 구동 장치 케이스(2)측에 대해 부착부(20)의 맞춤면도 제2 실(R2)과 함께 덮고, 히트 싱크(5)측에 대해 주위벽(55)의 단부면도 제1 실(R1)과 함께 덮는 외형 치수가 되어 구동 장치 케이스(2)와 인버터 케이스(5)의 대향하는 부분에 개재 장착되어 있다. 도면 상에서 저열전도성 부재(61)는 격리 부재(60)의 한 쪽 면에만 덧붙여 설치되어 있지만, 격리 부재(60)의 양면에 덧붙여 설치하는 구성도 당연히 가능하다.
이 형태의 경우도 구동 장치 케이스(2)와 인버터 케이스(5)의 맞춤면, 즉 구동 장치 케이스(2)의 부착면(20)과 인버터 케이스 주위벽(55)의 단부면과의 접촉부의 열전달도 저열전도성 부재(61)에 의해 차단되므로, 구동 장치 케이스(2)와 히트 싱크(53) 사이의 열차단 효과는 한층 향상된다. 또, 이 저열전도성 부재(61)와 격리 부재(60)는 앞에 대략 설명한 바와 같이 밀봉 기능과 단열 기능을 갖는 적절한 부재로 할 수 있다. 또한, 저열전도성 부재(61)와 격리 부재(60)가 밀봉 기능이 떨어지는 부재인 경우에는 먼저 서술한 밀봉 구성이 적용된다.
이와 같이, 공간(R)을 히트 싱크(5)측에 면하는 제1 실(R1)과 구동 장치 케이스(2)측에 면하는 제2 실(R2)로 분리하는 구성을 취하는 경우, 이들 양 실(R1, R2)을 흐르는 냉매 흐름의 간섭을 고려할 필요가 없으므로, 이 형태의 경우의 냉매 흐름 패턴은 다른 것으로 할 수도 있다.
다음에 도시하는 도14는 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스측 핀(22)의 배열 패턴을 실제로는 마주 보는 관계에 있는 히트 싱크(5)의 바닥면과 구동 장치 케이스(2)측의 부착면을 동일 평면에 나란히 표기하여, 이 형태에 채용 가능한 핀 배열 패턴을 개략 평면으로 도시한다. 이 경우, 제1 실(R1)로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀(56)에 대해서는 유로의 압력 손실이 작아지도록 핀형 핀으로 하고, 구동 장치 케이스측 핀(22)에 대해서는 리브형 핀으로 되어 있다. 또한, 이와 같이 공간(R)을 분리하는 구성을 취하는 경우, 각각의 실의 냉매 순환로에 대한 접속 관계가 문제가 되지만, 이 예에서는 단순히 각각의 실의 입구 포트(51a, 51b)를 토출측 유로(43)에 접속하고, 출구 포트(52a, 52b)를 복귀 유로(44)에 접속하여 양 실이 서로 냉매 순환로에 대해 병렬 관계로 접속되어 있다.
이러한 핀 배열 패턴과 유로에의 접속 구성을 취한 경우, 제2 실(R2)측보다 제1 실(R1)측의 유동 저항이 적어지므로 상대적으로 제1 실(R1)측의 유량이 많아지고, 히트 싱크(53)측의 냉각 능력을 올려 인버터(3)의 내열 온도가 낮은 데 맞추어 양 실간에 온도 구배를 갖게 해, 보다 적은 유량으로 인버터(3)와 구동 장치 케이스(2)의 냉각을 능률적으로 행할 수 있다.
다음에 도시하는 도15는 핀 배열 패턴과 냉매 순환로에 대한 접속 관계를 다시 변경한 변형예를 앞의 도14와 마찬가지의 수법으로 나타낸다. 이 경우, 제1 실(R1)로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀(56)과 제2 실(R2)로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀(22)을 모두 리브형 핀으로 하고 있지만, 히트 싱크측 핀(56)에 대해서는 구동 장치 케이스측 핀(22)보다 배열 간격을 좁힌 배치로 하고 있다. 또한, 이 예에서는 제1 실(R1)의 입구 포트(51a)를 토출측 유로(43)에 접속하여 출구 포트(52a)를 접속 유로(46)를 거쳐서 제2 실(R2)의 입구 포트(51b)에 접속하고, 제2 실(R2)의 출구 포트(51b)를 복귀 유로(44)에 접속하여 양 실이 서로 냉매 순환로에 대해 직렬 관계로 접속되어 있다.
이러한 핀 배열 패턴과 유로에의 접속 구성을 취한 경우, 양 실(R1, R2)의 두께를 동일하게 해도 제2 실(R2)측보다 제1 실(R1)측의 냉각 면적이 커지므로 상대적으로 제1 실(R1)측의 냉각 효과가 커진다. 따라서, 이를 이용하여 히트 싱크(53)측의 냉각 능력을 올리고, 인버터(3)의 내열 온도가 낮은 것에 맞추어 양 실간 온도 구배를 갖게 하여, 앞의 경우와 마찬가지로 적은 유량으로 인버터(3)와 구동 장치 케이스(2)의 냉각을 능률적으로 행할 수 있다.
다음의 도16에 나타내는 제9 실시 형태는 앞의 제8 실시 형태와 마찬가지로 구동 장치 케이스(2)에도 히트 싱크(5)를 향해 공간(R) 내로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀(22)을 설치한 것에 있어서, 공간에 공간을 히트 싱크(53)측에 면하는 제1 실(R1)과, 구동 장치 케이스(2)측에 면하는 제2 실(R2)과, 그들 양 실 사이의 공간으로서의 제3 실(R3)로 분리하는 2층의 격리 수단(6a, 6b)을 개재시키고, 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스측 핀(22)을 모두 각 격리 수단(6a, 6b)에 직접 접촉시킨 것이다. 이 형태의 경우, 격리 수단(6a, 6b)은 앞의 각 실시 형태의 격리 부재(60)라도, 저열전도성 부재(61)라도, 그들의 적층체라도 좋다. 또한, 이 형태의 경우, 적어도 제1 실(R1)과 제2 실(R2)은 냉매의 유로에 연통시킬 필요가 있지만, 제3 실(R3)에 대해서는 냉매의 유로에 연통하지 않는 단순한 폐쇄 공간 또는 대기 개방 공간으로 해도 좋다.
이 형태에 있어서 취할 수 있는 핀의 배열이나 냉매의 흐름에 대해서는, 제3 실(R3)을 단순한 공간으로 하는 경우에는 앞의 제8 실시 형태에 있어서 도14 및 도15를 참조하여 서술한 바와 같은 구성으로 할 수 있다. 또한, 제3 실(R3)도 냉매의 유로에 연통시키는 경우에는 상기 도14를 참조하여 서술한 병렬 접속 구성으로부터 유추되도록 각 실을 모두 병렬로 유로에 접속해도 좋고, 온도 구배를 고려하여 상기 도15를 참조하여 서술한 직렬 접속 구성으로부터 유추되도록 제1 실(R1), 제2 실(R2), 제3 실(R3)의 순으로 냉매가 흐르도록 직렬로 접속해도 좋다.
마지막의 도17에 나타내는 제10 실시 형태는 지금까지의 각 실시 형태와는 달리 인버터(3)가 히트 싱크(33)와 일체화되거나, 혹은 인버터(3)의 기판 자체가 히트 싱크(33)를 구성하는 인버터 모듈로서 구성되는 것인 경우를 상정하고 있다. 이 형태에 있어서의 인버터(3)는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스(5) 내에 기판과 일체화된 히트 싱크(33)와 함께 수용하여 고정된 구성이 채용되어 있다. 그리고, 이와 같이 히트 싱크(33)와 인버터 케이스(5)가 별개 부재이므로, 그들 사이에는 도시를 생략하는 적절한 밀봉 수단으로 밀봉되어 있다.
이상, 본 발명을 제10 실시 형태를 기초로 하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 사항의 범위 내에서 다양하게 구체적 구성을 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 제8 실시 형태를 제외한 저열전도성 부재(6)에 대해 자신 정도의 강성을 갖는 부재를 상정한 구성으로 하고 있지만, 저열전도성 부재(61)가 스스로 강성을 갖지 않은 필름형의 부재나 도포제인 경우, 금속재, 세라믹재, 고무 등의 적절한 재질로 이루어지는 격리 수단에 저열전도성 부재가 덧붙여 설치된 구성을 취할 수도 있다. 이 경우의 저열전도성 부재(61)는 격리 수단의 한 쪽 면에 덧붙여 설치되어도 좋고, 양면에 덧붙여 설치되어도 좋다. 또한, 저열전도성 부재(61)를 히트 싱크측 핀(56)과 구동 장치 케이스측 핀(22)의 접촉부에 따른 형상으로 하는 경우, 저열전도성 부재(61)는 반드시 자기강성을 필요로 하지 않으므로 필름형의 부재나 도포제로 할 수도 있다. 또한, 냉매를 오로지 냉각수로서 예시하였지만, 다른 적절한 냉매를 이용하는 것도 당연히 가능하다.
본 발명은, 전기 자동차용 구동 장치나 하이브리드 구동 장치 외에 전동기와 인버터를 일체화시킨 장치에 폭 넓게 적용 가능한 것이다.

Claims (11)

  1. 전동기(1)와,
    상기 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스(2)와,
    전동기를 제어하는 인버터(3)와,
    상기 인버터를 냉각하는 냉매의 유로(4)를 구비하는 구동 장치에 있어서,
    상기 인버터는 그 기판과 일체화된 히트 싱크(53)가 구동 장치 케이스와 대향하는 부분에 공간(R)을 두고 구동 장치 케이스에 부착되고,
    상기 공간은 냉매의 유로에 연통되고,
    상기 히트 싱크는 구동 장치 케이스를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀(56)을 갖고,
    상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스는 저열전도 상태로 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 전동기와,
    상기 전동기를 수용하는 구동 장치 케이스와,
    전동기를 제어하는 인버터와,
    상기 인버터를 냉각하는 냉매의 유로를 구비하는 구동 장치에 있어서,
    상기 인버터는 그 기판과 일체화된 히트 싱크가 구동 장치 케이스와 대향하는 부분에 공간을 두고 구동 장치 케이스에 부착되고,
    상기 공간은 냉매의 유로에 연통되고,
    상기 히트 싱크는 구동 장치 케이스를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 히트 싱크측 핀을 구비하고,
    상기 공간에 열전도를 방해하는 격리 수단(6)이 개재되고,
    상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스는 모두 격리 수단에 직접 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 격리 수단은 저열전도성 부재(61)로 구성되는 구동 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 격리 수단은 사이에 공간(R3)을 두는 복수의 격리 부재(60)로 구성되는 구동 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 격리 수단은 격리 부재에 저열전도성 부재를 적층한 적층 부재로 구성되는 구동 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 장치 케이스는 히트 싱크를 향해 공간 내로 연장 돌출되는 구동 장치 케이스측 핀(22)을 구비하는 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 격리 수단은 공간을 상기 히트 싱크측에 면하는 제1 실(R1)과 구동 장치 케이스측에 면하는 제2 실(R2)로 분리하는 것인 구동 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스(5) 안에 상기 인버터 케이스의 바닥벽에 기판을 고정하여 수용되고, 인버터 케이스의 바닥벽이 기판과 일체화된 히트 싱크를 구성하는 구동 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터는 그와는 별개 부재로 이루어지는 인버터 케이스 내에 기판과 일체화된 히트 싱크(33)와 함께 수용된 구동 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스측 핀은 협동하여 공통의 냉매 흐름 패턴을 공간 내에 생기게 하는 것인 구동 장치.
  11. 제3항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저열전도성 부재는 히트 싱크측 핀과 구동 장치 케이스측 핀의 접촉부에 따른 형상으로 된 구동 장치.
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