专利名称：用于电气器件的冷却结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电气器件的冷却结构，具体地，涉及包括多个冷却介 质通道的用于电气器件的冷却结构。
背景技术：
日本专利早期公开No. 11-340393公开了一种用于作为电气器件的逆 变器的冷却结构。在此结构中，肋片被形成在受热构件的与安装半导体元 件的面相反的面上。通过将盖装配在肋片上，形成液体从外部源所流过的 通道。
在上述日本专利早期公开No. 11-340393的公布中所公开的冷却结构 中，肋片限定出多个冷却介质通道。冷却介质从一个入口流到多个冷却介 质通道的流率可能在各个冷却介质通道之间不同。虽然此不同可以通过增 大入口和多个冷却介质通道分支的位置之间的距离来抑制，但是冷却结构
的尺寸将增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电气器件的冷却结构，其能够抑制多个 冷却介质通道处的冷却介质流率的变化，同时允许减小尺寸。
根据本发明的用于电气器件的冷却结构包括电气器件；多个冷却介 质通道，用于所述电气器件的冷却介质流经所述多个冷却介质通道；入 口，将被供应到所述多个冷却介质通道的所述冷却介质流入所述入口，以 及冷却介质分配机构，其设置在所述入口和所述多个冷却介质通道之间， 以促进所述冷却介质到所述冷却介质通道中的每一个的分配。
通过根据上述结构设置冷却介质分配机构，可以促进冷却介质到多个 冷却介质通道的分配，而不必过度地增大冷却介质流入的入口与多个冷却介质通道的分支位置之间的距离。结果，可以抑制多个冷却介质通道处的 冷却介质流率的变化，同时可以减小用于电气器件的冷却结构的尺寸。
优选地，在上述电气器件的冷却结构中，所述冷却介质分配机构通过 抑制所述冷却介质的流动来促进所述冷却介质到所述冷却介质通道中的每 一个的分配。
作为示例，在上述的用于电气器件的冷却结构中，所述多个冷却介质 通道沿彼此相同的方向延伸，并且所述入口和所述多个冷却介质通道沿所 述多个冷却介质通道的延伸方向排列。
在上述的用于电气器件的冷却结构中，所述冷却介质分配机构优选包 括沿与所述入口和所述多个冷却介质通道的排列方向交叉的方向延伸的 壁。所述壁包括设置成随着与所述入口的距离变远而高度变低的部分。
根据上述结构，通过设置在入口和冷却介质通道之间的具有随着与所 述入口的距离变远而高度变低的部分的壁，可以促进冷却介质到位于远离 入口的冷却介质通道中的流动，同时可以抑制冷却介质到处于入口附近的 冷却介质通道的流动。
在上述的用于电气器件的冷却结构中，所述电气器件例如包括逆变 器。在此情况下，逆变器可以被有效地冷却。
根据本发明，可以抑制多个冷却介质通道处的冷却介质流率的变化， 同时可以减小用于电气器件的冷却结构的尺寸。
图1示意性地示出了包括根据本发明的实施例的用于电气器件的冷却 结构的驱动单元的构造的示例。
图2是图1所示的PCU的主要部分的构造的电路图。
图3表示根据本发明的实施例的用于电气器件的冷却结构的总体构造。
图4是图3所示的壳体的平面图。
图5是沿图4的线V-V所取的剖视图。
图6是从箭头VI的方向看到的图5的结构的视图。图7表示图4-6所示的壁的改进。
图8是根据对比例的用于电气器件的冷却结构的壳体的平面图。
具体实施例方式
下面将描述根据本发明的用于电气器件的冷却结构的实施例。相同或 相应的元件具有相同的标号，并且将不会对其进行重复描述。
图1示意性地示出了包括根据本发明的实施例的用于电气器件的冷却 结构的驱动单元的构造的示例。在图1所示的实施例中，驱动单元1被包
括在混合动力车辆中。电动发电机IOO、外壳200、减速齿轮机构300、差 动机构400、驱动轴支撑500和端子基部600构成了驱动单元。
电动发电机100是充当电动机或发电机的旋转电机，并包括经由轴承 120与外壳200以可旋转方式连接的旋转轴110、连接到旋转轴110的转子 130以及定子140。
转子130包括由诸如铁、铁合金等的磁性物质制成的板层叠形成的转 子芯以及嵌入转子芯中的永磁体。永磁体彼此等间隔地布置在转子芯的外 周附近。转子芯可以由粉末磁芯形成。
定子140包括环形定子芯141、缠绕定子芯141的定子线圈142以及 连接到定子线圈142的汇流线143。 汇流线143经由设置在外壳200处的 端子基部600和电力馈送线700A连接到PCU (电力控制单元)700。 PCU 700经由电力馈送线800A连接到电池800。因此，电池800与定子线圈 142电连接。
诸如铁、铁合金等的磁性物质制成的板被层叠以构成定子芯141。在 定子芯141的内周面上形成有多个齿部分(没有示出)和充当齿之间的凹 部的狭槽部分(没有示出)。狭槽部分被形成为在定子芯141的内周侧开 口 。定子芯141可以由粉末磁性物质形成。
包括U相、V相和W相的三相绕组的定子线圈142沿着齿部分缠 绕，以装配在狭槽部分中。定子线圈142的U相，V相和W相的绕组以 彼此偏离的方式缠绕在圆周上。忙流线143包括与定子线圈142的U相、 V相和W相对应的U相，V相和W相。电力馈送线700A是包括U相线、V相线和W相线的三相线。U相， V相和W相汇流线143分别被连接到电力馈送线700A的U相线、V相线 和W相线。
从电动发电机100输出的动力经由差动机构400从减速齿轮机构300 传递到驱动轴支撑500。传递到驱动轴支撑500的驱动力经由驱动轴(没 有示出)作为转矩传递到车轮(没有示出)，以驱动车辆。
在混合动力车辆的再生制动模式中，车轮由车体的惯性力旋转。电动 发电机100由来自车轮的转矩经由驱动轴支撑500、差动机构400和减速 齿轮机构300而被驱动。在此阶段，电动发电机100充当发电机。由电动 发电机IOO产生的电力经由PCU 700的逆变器被储存在电池800中。
驱动单元1设置有包括解算器转子和解算器定子的解算器(没有示 出)。解算器转子被连接到电动发电机100的旋转轴110。解算器定子包 括解算器定子芯和缠绕芯的解算器定子线圈。通过上述的解算器，电动发 电机100的转子130的旋转度被检测。检测出的旋转度被传输到PCU 700。 PCU 700基于检测出的转子130的旋转度以及来自外部ECU (电子 控制单元)的转矩命令值，产生用于驱动电动发电机100的驱动信号，并 将所产生的驱动信号提供到电动发电机100。
图2是PCU 700的主要部分的构造的电路图。参考图2， PCU 700包 括转换器710，逆变器720，控制器件730，电容器C1和C2，电力供应线 PL1-PL3，以及输出线740U、 740V和740W。转换器710被连接在电池 800和逆变器720之间。逆变器720经由输出线740U、 740V和740W连接 到电动发电机100。
连接到转换器710的电池800是诸如镍氢化物、锂离子等的二次电 池。电池800将所产生的直流电压供应到转换器710，或者由从转换器 710接收到的直流电压充电。
转换器710包括功率晶体管Ql和Q2、 二极管Dl和D2以及电抗器 L。功率晶体管Ql和Q2串联连接在电力供应线PL2禾卩PL3之间，并在基 极接收来自控制器件730的控制信号。二极管Dl和D2分别被连接在功率 晶体管Ql和Q2的集电极和发射极之间，使得电流分别从功率晶体管Ql和Q2的发射极侧流到集电极侧。电抗器L的一端连接到电力供应线
PL1，而电力供应线PL1被连接到电池800的正极端子，并且其另一端连 接到功率晶体管Qi和Q2的连接节点。
转换器710通过电抗器L升高从电池800接收到直流电压，并将升高 了的电压供应到电力供应线PL2。转换器710还对从逆变器720接收到的 直流电压进行降压，以对电池800进行充电。
逆变器720由U相臂750U、 V相臂750V和W相臂750W形成。每 一个相臂并联连接在电力供应线PL2和PL3之间。U相臂750U由串联连 接的功率晶体管Q3和Q4形成。V相臂750V由串联连接的功率晶体管 Q5和Q6形成。W相臂750W由串联连接的功率晶体管Q7和Q8形成。 二极管D3-D8分别被连接在功率晶体管Q3-Q8的集电极和发射极之间， 使得电流分别从功率晶体管Q3-Q8的发射极侧流到集电极侧。每一个相臂 的各个功率晶体管的连接节点经由输出线740U、 740V和740W被连接到 电动发电机100的各相线圈的中性点的相反侧。
逆变器720基于来自控制器件730的控制信号，将来自电力供应线 PL2的直流电压转换为用于输出到电动发电机100的交流电压。逆变器 720将由电动发电机100产生的交流电压整流成用于输出到电力供应线 PL2的直流电压。
电容器Cl被连接在电力供应线PL1和PL3之间，以平滑电力供应线 PL1的电压电平。电容器C2被连接在电力供应线PL2和PL3之间，以平 滑电力供应线PL2的电压电平。
控制器件730基于电动发电机100的转子的旋转度、电动机转矩命令 值、电动发电机100的各相的电流值以及逆变器720的输入电压，计算电 动发电机IOO的各相线圈的电压，以基于所计算出的结果产生用于导通/关 断功率晶体管Q3-Q8的PWM (脉冲宽度调制)信号，并且将所产生的信 号提供给逆变器720。
控制装置730还基于前述电动机转矩指令值和电动机速度计算功率晶 体管Ql和Q2的占空比以使逆变器720的输入电压最佳，以基于所计算出 的结果产生用于导通/关断功率晶体管Ql和Q2的PWM信号，并将所产生的信号提供到转换器710。
此外，控制器件730控制转换器710和逆变器720的功率晶体管Ql-Q8的开关操作，以将电动发电机100产生的交流电力转换为直流电力，并 且对电池800进行充电。
在PCU 700处，转换器710基于来自控制器件730的控制信号，升高 从电池800接收到直流电压，以将升高了的电压提供到电力供应线PL2。 逆变器720从电力供应线PL2接收经电容器C2平滑的直流电压，以将所 接收到的直流电压转换为用于输出到电动发电机100的交流电压。
逆变器720将由电动发电机100的再生操作产生的交流电压转换为用 于输出到电力供应线PL2的直流电压。转换器710接收来自电力供应线 PL2的经电容器C2平滑的直流电压，以降低所接收的直流电压，并对电 池800进行充电。
图3示出了根据本发明的实施例的逆变器720的冷却结构的构造。图 4是图3所示的壳体的平面图。图5是沿图4的线V-V所取的剖视图。图 6是从箭头VI的方向看到的图5的结构的视图。
在图4-6中，壳体721的盖没有示出。
参考图3-6，壳体721是由例如铝形成的模铸壳体。诸如LLC (长寿 命冷却剂)的冷却介质在壳体721中流动。冷却介质沿箭头IN的方向从 入口 722流入壳体721，并且沿箭头OUT方向通过出口 723从壳体721流 出。从壳体721流出的冷却介质被输送到散热器760，以进行冷却。然 后，冷却介质再次经由入口 722流入壳体721。因此，促进了安装在壳体 721上的逆变器720 (在图3中，仅仅示出了功率晶体管Q3和二极管 D3)的冷却。冷却介质的循环由水泵770实现。冷却剂水、防冻流体等可 以被用作冷却介质。
多个冷却介质通道724被形成在壳体721中。多个冷却介质通道724 由等间隔的肋片725分隔，所述肋片725垂直于电气元件的安装面突出。 因此，提供了多个沿相同方向延伸的冷却介质通道724。
在入口 722和多个冷却介质通道724分支的位置之间设置壁726。壁 726沿与多个冷却介质通道724的延伸方向交叉的方向设置。在图4-6的示例中，冷却介质通道724的延伸方向与壁726的延伸方向垂直。肋片 725和壁726与壳体721 —体形成。
因为壳体721的沿宽度方向的中央部分靠近冷却介质流入所通过的入 口 722，所以冷却介质容易流到靠近壳体721沿宽度方向的中央部分的冷 却介质通道724。相反，与壳体721沿宽度方向的中央部分相比，由于远 离壳体721沿宽度方向的中央部分的冷却介质通道724的位置远离冷却介 质流入所通过的入口 722，冷却介质不容易流到该冷却介质通道724。因 此，存在对于如下问题的担心由于多个冷却介质通道724之间的冷却介 质流率的不同，导致逆变器720的冷却性能的劣化。
在本实施例的冷却结构中，如图6所示，壁726的高度被设置成随着 与壳体721的沿宽度方向的中央部分的距离越远而越低。因此，可以促进 冷却介质到远离入口 722的冷却介质通道724的流动，同时可以抑制冷却 介质到靠近入口 722的冷却介质通道724的流动。结果，可以抑制多个冷 却介质通道724处冷却介质流率的变化。
通过如上所述设置壁726，促进了壁726和肋片725之间的湍流的形 成。预期可以提高冷却性能。
本申请的发明人已经确认，在不在上述结构中形成壁726的情况下， 在位于壳体721沿宽度方向的中央部分处的冷却介质通道724处的流率最 高，并随着与壳体721沿宽度方向的中央部分的距离越远而减小，并且在 壳体721沿宽度方向的端部处再次增大。因此，壁726可以设置成高度从 壳体721的中央部分到外围部分逐渐降低，然后在壳体721沿宽度方向的 端部处再次增大。
图8是根据对比例的用于电气器件的冷却结构的壳体的平面图。参考 图8，从入口 722到肋片725的距离(L0)在本对比例中被设置得较之图 4-7的示例(L)更大。结果，从入口 722到多个冷却介质通道724的分支 位置的距离被增大，促进了冷却介质的分配。但是，从入口 722到肋片 725的距离(LO)的增大导致壳体721更大。这将妨碍用于逆变器720的 冷却结构的尺寸的减小。
相反，本实施例的冷却结构可以通过设置壁726而不必过度地增大从入口 722到肋片725的距离来分配冷却介质。
概括地说，根据本实施例的用于电气器件的冷却结构包括充当"电
气器件"的逆变器720;多个冷却介质通道724，其中，用于逆变器720 的冷却介质流经所述多个冷却介质通道724;入口 722，将被供应到所述 多个冷却介质通道724的所述冷却介质流入所述入口 722;以及壁726， 其设置在入口 722和多个冷却介质通道724之间，充当"冷却介质分配机 构"，以促进冷却介质到冷却介质通道724中的每一个的分配。壁726通 过抑制冷却介质的流动，来促进冷却介质到冷却介质通道724中的每一个 的分配。
多个冷却介质通道724沿彼此相同的方向延伸。入口 722和多个冷却 介质通道724沿多个冷却介质通道724的延伸方向排列。此外，壁726沿 与从入口 722朝向冷却介质通道724的方向交叉的方向延伸。壁726被设 置成随着与入口 722的距离越远而高度变得越低。
在本实施例中，通过改变壁726的高度来促进冷却介质的分配。但 是，通过在远离入口 722的壁726中选择性地形成孔，或通过在壁726中 靠近入口 722的位置和远离入口 722的位置处都形成孔(远离入口 722的 位置处的孔的尺寸较大)，可以利用高度被设为恒定的壁726来促进冷却 介质的分配。
通过在本实施例的冷却结构中设置上述壁726，可以促进冷却介质到 多个冷却介质通道724的分配，而不必过度地增大冷却介质流入的入口 722与多个冷却介质通道724的分支位置之间的距离。结果，可以抑制冷 却介质到多个冷却介质通道724的流率的变化，同时可以减小用于逆变器 720的冷却结构的尺寸。
在本实施例中，描述了位于壳体721沿宽度方向的中央部分处的入口 722的示例。但是，入口 722可以被设置在偏离壳体721沿宽度方向的中 央部分的部分处。
应该理解在此公开的实施例在任何方面都是示例性和非限制性的。本 发明教导的范围由所附权利要求限定，并且权利要求意在涵盖所有落入权 利要求的限定和限制内的变化或其等同物。本发明的工业实用性
本发明可应用于用于诸如上述逆变器的电气器件的冷却结构。
权利要求
1.一种用于电气器件的冷却结构，包括电气器件(720)，多个冷却介质通道(724)，用于所述电气器件(720)的冷却介质流经所述多个冷却介质通道(724)，入口(722)，将被供应到所述多个冷却介质通道(724)的所述冷却介质流入所述入口(722)，以及冷却介质分配机构(726)，其设置在所述入口(722)和所述多个冷却介质通道(724)之间，以促进所述冷却介质到所述冷却介质通道(724)中的每一个的分配。
2. 如权利要求1所述的用于电气器件的冷却结构，其中，所述冷却介 质分配机构(726)通过抑制所述冷却介质的流动来促进所述冷却介质到 所述冷却介质通道(724)中的每一个的分配。
3. 如权利要求1所述的用于电气器件的冷却结构，其中 所述多个冷却介质通道(724)沿彼此相同的方向延伸，以及 所述入口 (722)和所述多个冷却介质通道(724)沿所述多个冷却介质通道(724)的延伸方向排列。
4. 如权利要求1所述的用于电气器件的冷却结构，其中，所述冷却介 质分配机构(726)包括沿与所述入口 (722)和所述多个冷却介质通道(724)的排列方向交叉的方向延伸的壁。
5. 如权利要求4所述的用于电气器件的冷却结构，其中，所述壁 (726)包括设置成随着与所述入口 (722)的距离变远而高度变低的部分。
6. 如权利要求1所述的用于电气器件的冷却结构，其中，所述电气器 件(720)包括逆变器。
全文摘要
本发明公开一种用于电气器件的冷却结构，其设置有多个冷却介质通道(724)，用于所述逆变器的冷却介质流经所述多个冷却介质通道(724)，入口(722)，将被供应到所述冷却介质通道(724)的所述冷却介质流入所述入口(722)，以及壁(726)，其布置在所述入口(722)和所述冷却介质通道(724)之间，以促进所述冷却介质到所述冷却介质通道(724)中的每一个的分配。
文档编号H02M7/48GK101297401SQ20068004018
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月26日 优先权日2005年10月28日
发明者朝仓健 申请人:丰田自动车株式会社