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公開番号2024162291
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077658
出願日2023-05-10
発明の名称冷却器、冷却構造、および回転電機ユニット
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 11/33 20160101AFI20241114BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】熱交換効率を高めつつ冷媒の圧力損失を抑制可能な冷却器、冷却構造、および回転電機ユニットを提供する。
【解決手段】冷却器は、冷媒が流通する冷却流路が形成された冷却部を備え、前記冷却流路は、入口流路と、出口流路と、第1モジュール群と重なる位置に形成される第1流路と、第2モジュール群と重なる位置に形成される第2流路と、前記入口流路から排出された前記冷媒を前記第1流路と前記第2流路とに分岐させる分岐部と、前記第1流路から排出された前記冷媒および前記第2流路から前記排出された前記冷媒を前記出口流路に合流させる合流部と、を有し、前記冷却部は、前記分岐部に配置され、前記入口流路に向けてV字状に突出した形状を有する入口突出部と、前記合流部に配置され、前記出口流路に向けてV字状に突出した形状を有する出口突出部と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
固定子と、前記固定子に対して軸心回りに回転する回転子と、を有する回転電機と、第１モジュール群および第２モジュール群を含む複数のパワーモジュールを有し、前記軸心に沿った軸方向において前記回転電機と並んで配置される電力変換装置と、を有する回転電機ユニットにおいて、前記電力変換装置を冷却するための冷却器であって、
第１主面と、前記複数のパワーモジュールが配置される第２主面と、を有するヒートシンクを有し、前記第１主面に面するとともに冷媒が流通する冷却流路が形成された冷却部を備え、
前記冷却流路は、
前記冷媒が供給される入口流路と、
前記冷媒が排出される出口流路と、
前記軸方向から見て前記第１モジュール群と重なる位置に形成される第１流路と、
前記軸方向から見て前記第２モジュール群と重なる位置に形成される第２流路と、
前記入口流路から排出された前記冷媒を前記第１流路と前記第２流路とに分岐させる分岐部と、
前記第１流路から排出された前記冷媒および前記第２流路から前記排出された前記冷媒を前記出口流路に合流させる合流部と、
を有し、
前記冷却部は、
前記分岐部に配置され、前記軸方向から見て前記入口流路に向けてＶ字状に突出した形状を有し、前記入口流路から前記第１流路および前記第２流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する入口突出部と、
前記合流部に配置され、前記軸方向から見て前記出口流路に向けてＶ字状に突出した形状を有し、前記第１流路および前記第２流路から前記出口流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する出口突出部と、
を有する、
冷却器。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記冷却部は、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一方に配置される複数の放熱フィンを有し、
前記複数の放熱フィンは、前記第１主面に形成され、
前記複数の放熱フィンは、前記軸方向から見て前記複数のパワーモジュールと重なる位置に配置され、
前記第１流路および前記第２流路のうち前記複数の放熱フィンが配置された部分であるフィン流路においては、前記冷却流路の側壁面が、前記軸方向から見て直線状に延びている、
請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記冷却部は、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一方に配置される複数の放熱フィンを有し、
前記複数の放熱フィンは、前記第１主面に形成され、
前記複数の放熱フィンは、前記軸方向から見て前記複数のパワーモジュールと重なる位置に配置され、
前記第１流路および前記第２流路のうち前記複数の放熱フィンが配置された部分であるフィン流路同士の間には、前記冷媒の流れを整理する過渡流路が設けられ、
前記過渡流路においては、前記冷却流路の側壁面が、前記軸方向から見て円弧状に延びている、
請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項４】
前記冷却部は、前記第１流路および前記第２流路の少なくとも一方に配置される複数の放熱フィンを有し、
前記複数の放熱フィンは、前記第１主面に形成され、
前記複数の放熱フィンは、前記軸方向から見て前記複数のパワーモジュールと重なる位置に配置され、
前記第１流路および前記第２流路のうち前記複数の放熱フィンが配置された部分であるフィン流路同士の間には、前記冷媒の流れを整理する過渡流路が設けられ、
前記軸方向における前記フィン流路の寸法をＬ１とし、前記軸方向における前記過渡流路の寸法をＬ２とするとき、Ｌ１≠Ｌ２が成立する、
請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項５】
前記フィン流路と前記過渡流路との間には、前記フィン流路から前記過渡流路に向けて前記軸方向における寸法が漸次変化するフィレット部が設けられる、
請求項４に記載の冷却器。
【請求項６】
前記第１流路は、前記軸方向から見て前記分岐部から直線状に延びる第１入口直線路と、前記軸方向から見て前記合流部から直線状に延びる第１出口直線路と、を含み、
前記第２流路は、前記軸方向から見て前記分岐部から直線状に延びる第２入口直線路と、前記軸方向から見て前記合流部から直線状に延びる第２出口直線路と、を含み、
前記入口突出部は、前記入口流路に対向する先端部である入口先端部を有し、
前記出口突出部は、前記出口流路に対向する先端部である出口先端部を有し、
前記軸方向から見て、前記入口先端部の角度は、前記第１入口直線路と前記第２入口直線路とがなす角度よりも小さく、前記出口先端部の角度は、前記第１出口直線路と前記第２出口直線路とがなす角度よりも小さい、
請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項７】
前記入口突出部および前記出口突出部の各々は、前記第１流路および前記第２流路の側壁面に対して滑らかに接続されるフィレット面を有する、
請求項６に記載の冷却器。
【請求項８】
前記入口突出部および前記出口突出部は、前記第１主面に形成される、
請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項９】
前記冷却部は、前記第１主面に対向して前記冷却流路と面するように設けられる流路ベースをさらに有し、
前記入口突出部および前記出口突出部は、前記流路ベースに形成される、
請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項１０】
前記冷却部は、
前記分岐部に配置され、前記入口流路から前記第１流路および前記第２流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する、前記軸方向から見て、前記入口流路から離れるにつれて間隔が開くハの字状に配された、少なくとも一対の入口ガイド部と、
前記合流部に配置され、前記第１流路および前記第２流路から前記出口流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する、前記軸方向から見て、前記出口流路から離れるにつれて間隔が開くハの字状に配された、少なくとも一対の出口ガイド部と、
を有する、
請求項１または２に記載の冷却器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷却器、冷却構造、および回転電機ユニットに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、一般産業用、電鉄用のみならず自動車用に、電力変換装置と回転電機とが広く使用されるようになってきており、電動化や軽量化によって自動車の燃費向上に寄与することが求められてきている。特に電気自動車用の電力変換装置および回転電機においては、バッテリーの容量増大と重量減少とによって航続距離が向上するため、スペースの利用効率を向上させる必要がある。ハイブリット車においては、エンジンおよび回転電機をエンジンルーム内に共存させるために、スペースの利用効率が重要となる。このような背景の中で、電力変換装置と回転電機とを一つの筐体の中に収めた機電一体型の回転電機ユニットが、電力変換装置と回転電機の各々を小型化して出力密度を向上させる手段の一つとして知られている。
【０００３】
回転電機ユニットの小型軽量化とともに、配線損失の低減を図るため、例えば特許文献１のような構造が提案されている。特許文献１の構造においては、回転電機の軸方向において回転電機と隣接する位置に円板が配置され、当該円板上に電力変換用のパワーモジュールが配置される。特許文献１の回転電機ユニットは、パワーモジュール等の発熱体を冷却するための冷却器をさらに備える。この冷却器には、ヒートシンクを介して発熱体から熱を受け取る冷媒が流れる、円環状の冷却流路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－１１６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車の電気化に伴って機電一体型の回転電機ユニットの出力が高まった一方、パワーモジュールの発熱密度も高くなる。特許文献１の構造においては、熱交換効率を高めるために、ヒートシンクと冷媒との熱交換面積を増大するピンフィンが用いられている。このようなピンフィンは、冷媒の圧力損失を増大させる場合がある。また、周辺部品も同時に冷却できるように、複数の冷却器（例えば、電力変換装置用の冷却器と回転電機用の冷却器）を一体化する場合がある。このように冷却器を一体化させると、冷媒の流通経路が長くなったり冷媒の流量が増加したりし、冷媒の圧力損失が増大する可能性がある。冷媒の圧力損失が増大すると、冷媒供給用のモータへの負荷が高まり、冷却器の冷却効率が低下する。
【０００６】
本開示は、このような事情を考慮してなされ、熱交換効率を高めつつ冷媒の圧力損失を抑制可能な冷却器、冷却構造、および回転電機ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示に係る冷却器は、固定子と、前記固定子に対して軸心回りに回転する回転子と、を有する回転電機と、第１モジュール群および第２モジュール群を含む複数のパワーモジュールを有し、前記軸心に沿った軸方向において前記回転電機と並んで配置される電力変換装置と、を有する回転電機ユニットにおいて、前記電力変換装置を冷却するための冷却器であって、第１主面と、前記複数のパワーモジュールが配置される第２主面と、を有するヒートシンクを有し、前記第１主面に面するとともに冷媒が流通する冷却流路が形成された冷却部を備え、前記冷却流路は、前記冷媒が供給される入口流路と、前記冷媒が排出される出口流路と、前記軸方向から見て前記第１モジュール群と重なる位置に形成される第１流路と、前記軸方向から見て前記第２モジュール群と重なる位置に形成される第２流路と、前記入口流路から排出された前記冷媒を前記第１流路と前記第２流路とに分岐させる分岐部と、前記第１流路から排出された前記冷媒および前記第２流路から前記排出された前記冷媒を前記出口流路に合流させる合流部と、を有し、前記冷却部は、前記分岐部に配置され、前記軸方向から見て前記入口流路に向けてＶ字状に突出した形状を有し、前記入口流路から前記第１流路および前記第２流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する入口突出部と、前記合流部に配置され、前記軸方向から見て前記出口流路に向けてＶ字状に突出した形状を有し、前記第１流路および前記第２流路から前記出口流路へ向けた前記冷媒の流れを案内する出口突出部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、熱交換効率を高めつつ冷媒の圧力損失を抑制可能な冷却器、冷却構造、および回転電機ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態１に係る回転電機ユニットを示す斜視図である。
図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
実施の形態１に係る冷却構造を示す斜視図である。
実施の形態１に係る冷却器を示す分解図である。
図４に示す流路ベースを矢視Ｖから見る図である。
図４に示すヒートシンクを矢視ＶＩから見る図である。
実施の形態１に係るフィン流路および過渡流路の例を示す模式図である。
実施の形態１に係るフィレット部の例を示す模式図である。
実施の形態２に係る流路ベースの一部を示す上面図である。
実施の形態２に係る流路ベースを示す上面図である。
実施の形態２に係る冷却流路が満たす幾何関係の一例を示す図である。
入口突起部および出口突起部がない場合における、冷媒の流れを示す図である。
実施の形態３に係る入口突起部を示す図である。
実施の形態３の変形例に係るヒートシンクの一部を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る冷却器、冷却構造、および回転電機ユニットについて、図面を参照して説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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