CN103812356B - 逆变器的冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逆变器的冷却结构，其能够以简单结构确保扩散到冷却室四周的液流，并在该液流的形成结构保持不变的状态下根据逆变器安装状态改变冷却液导入方向和导出方向。其中，使冷却液流入冷却室（23）的导入侧流路（33）的入口（27）和使冷却液从冷却室（23）流出的导出侧流路（35）的出口（29）设于构成冷却室（23）的一侧表面的相互隔开的位置，导入侧流路（33）和导出侧流路（35）在保持着入口（27）和出口（29）之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸，在导入侧流路（33）和导出侧流路（35）中的至少一条流路上，在导入口和入口之间或导出口和出口之间设有向着与导入口或导出口不同的方向分岔并朝向外部开口的开口部（47）。

Description

逆变器的冷却结构

技术领域

本发明涉及一种逆变器的冷却结构。

背景技术

逆变器呈在壳体内收容有作为开关元件的逆变器模块的结构。

在电动汽车中，搭载有进行直流电力、交流电力之间的转换的逆变器，其将蓄电池中所蓄积的直流电力转换为交流电力，以驱动交流马达。在用作这样的马达驱动用的逆变器中，为了确保行驶中所需的转矩，需要流过大电流，因此逆变器模块的开关动作时，将伴随着相当多的发热。

因此，为了应对逆变器模块的发热，逆变器中搭载有冷却结构。而为了确保稳定的冷却性能，倾向于采用如专利文献1所公开的水冷式（液冷式）冷却结构。

大部分水冷式冷却结构采用如下结构：在壳体的内部收容有逆变器模块和与该逆变器相邻的冷却室，壳体设置有从外部向冷却室导入冷却水（冷却液）的导入侧流路和将结束了散热器中的冷却后的冷却室内的冷却水导出到外部的导出侧流路。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-105174号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在逆变器的冷却结构中，需要用冷却水将逆变器模块适度冷却或者需要根据电动汽车的车型进行冷却水的导入和导出。

然而，如果仅是如上所述的使冷却水通过导入侧流路和导出侧流路在冷却室内部流通的结构，则由于由冷却水泵压送的冷却水的水流的水势很强，以致水流多从开口于冷却室的导入侧流路的入口直接流向导出侧流路的出口，而不能确保扩散到冷却室周围的水流。

逆变器模块的冷却可通过在冷却室内扩散的水流，在逆变器模块的各部位进行适当的热交换来实现，如果如上所述地冷却水单纯地从导入侧流路向导出侧流路流动，则逆变器模块各部位的热交换不能适度进行。

为了使冷却水扩散到冷却室内的四周，尽管可考虑在冷却室内设置用于阻碍冷却水的流动的阻碍物等，以减弱冷却室内水流的水势，但这将使结构变得复杂。

而且，从外部导入冷却水的导入口和从冷却室导出冷却水的导出口的朝向易受到用于减弱水流的水势的结构的影响，逆变器需要根据每种车型及逆变器的搭载情况重新制作导入侧流路的导入口和/或导出侧流路的导出口的朝向各异的规格。

因此，本发明的目的在于提供一种逆变器的冷却结构，其能够以简单的结构确保扩散到冷却室四周的液流，并且在该冷却室内部向周围扩散的水流的形成构造保持不变的状态下，根据逆变器的安装状态，改变冷却水的导入方向和导出方向的朝向。

用于解决课题的手段

根据本发明，提供一种逆变器的冷却结构，其特征在于，

壳体的内部收容有逆变器模块和与上述逆变器模块相邻配置的冷却室，

上述壳体形成有：

导入侧流路，该导入侧流路的一端具有将冷却液从壳体外部导入的导入口，另一端具有使冷却液流入上述冷却室的入口；和

导出侧流路，该导出侧流路的一端具有将冷却液向壳体外部导出的导出口，另一端具有使冷却液从上述冷却室流出的出口，

其中，

上述入口和上述出口设置在构成上述冷却室的一侧表面的相互隔开的位置；

上述导入侧流路与上述导出侧流路在保持着上述入口和上述出口之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸；并且，在上述导入侧流路和上述导出侧流路中的至少一个流路上，在上述导入口和上述入口之间，或者在导出口和上述出口之间，设置有向着与上述导入口或者上述导出口不同的方向分岔并朝向外部开口的开口部。

在本发明中，用于使冷却液流入冷却室的导入侧流路的入口与用于使冷却液从冷却室流出的导出侧流路的出口，设置在构成冷却室的一侧表面的相互隔开的位置；导入侧流路与导出侧流路在保持着入口和出口之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸；导入侧流路和导出侧流路中的至少一个流路上，在导入口和入口之间或者在导出口和出口之间，设置有向着与导入口或者导出口不同的方向分岔并朝向外部开口的开口部。

根据上述结构，由于能够以在冷却室的一侧表面的相互隔开的位置设置入口和出口，使导入侧流路和导出侧流路在保持着入口和出口之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸的这样的简单结构，使得从入口流入冷却室的冷却液在与冷却室壁面的碰撞而改变流动的方向的状态下转向出口，因此能够减弱在入口和出口之间流动的冷却液的液流。因此，在冷却室内部，形成最适于逆变器模块进行热交换的液流，即，形成向冷却室内部的四周扩散的液流。而且，由于根据逆变器的搭载状态，仅选择最初的导入口、导出口、分岔的开口部，就能在不改变形成使逆变器模块适当冷却的液流的结构，即不改变形成向冷却室内四周扩散的液流的结构的状态下，改变冷却液的导入方向和/或导出方向的朝向，因此容易因应每种车型。

根据本发明，上述开口部也可以是安装有能够与冷却配管连接的管接头构件或者堵塞该开口部的开口的插塞构件的部件。

在本发明中，为了便于开口部的利用，开口部采用安装有能够与冷却配管连接的管接头构件或者堵塞开口部的开口的插塞构件的部件。

发明的效果

根据本发明的一个实施方式，通过在冷却室的一侧表面的相互隔开的位置设置入口和出口，导入侧流路和导出侧流路在保持着入口和出口之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸的这样的简单结构，减弱在入口和出口之间流动的冷却液的液流，从而能够形成向冷却室内部的四周扩散的液流。

因此，能够使逆变器模块进行最适度的热交换。而且，根据逆变器的搭载状态，仅选择最初的导入口/导出口或分岔的开口部，就能够在不改变用于形成向冷却室内四周扩散的流动的结构的状态下，简单地改变所需的冷却液的导入方向或导出方向的朝向，因此容易因应搭载有逆变器的车型。

根据本发明的一个实施方式，开口部的利用将变得容易。

附图说明

图1是搭载有本发明一个实施方式的逆变器的电动汽车（车辆）的立体示意图。

图2是该逆变器的冷却结构的立体示意图。

图3是该冷却结构的各部位的立体示意图。

图4是沿图3中的A-A线的剖示图。

图5是从图3中的B箭头所示方向观察到的壳体的仰视图。

符号说明

5 逆变器

17 壳体

19 IGBT模块（逆变器模块）

21、21a 散热器、散热片（散热部）

23 冷却室

27 入口

29 出口

33 导入流路（导入侧流路）

35 导出流路（导出侧流路）

39 导入口

41 导出口

47 开口部

51 第二导出口

具体实施方式

以下，基于图1～图5所示的实施方式对本发明进行说明。

图1表示车辆，例如电动汽车。图1中的符号1表示车身，在形成于车身1后部的动力单元空间（未图示）的中央，安装有用于驱动车辆行驶的驱动用马达3（交流马达）。在该驱动用马达3的正上方，安装有用于驱动马达的水冷式逆变器5（下文中简称为逆变器5）。即，在夹着逆变器5的车辆宽度方向的一侧，与逆变器5相邻地安装有车载充电器7和DC-DC转换器（未图示）等，在车辆宽度方向的另一侧，安装有构成制动系统的电动真空泵8，上述各装置均设置在动力单元空间内。

逆变器5将搭载于车身1的蓄电池9中所蓄积的直流电转换为交流电，作为驱动电力提供给驱动用马达3。该逆变器5藉助冷却水配管11与车身前部的热交换器（radiator）13和冷却水泵15等连接。利用由这些装置构成的冷却系统，用冷却水（相当于本发明的冷却液）将逆变器5冷却。

由该冷却水冷却的逆变器5的冷却结构示于图2～图5。图2示出了该冷却结构的整体，图3是该冷却结构拆解后的示意图，图4和图5示出了从不同的方向观察所见的各部位。

即，逆变器5在例如分为上下两部分的方形壳体17内的中段收容有电容器模块和/或端子模块（均未示出）等，在壳体17内的最下部（电容器模块的下侧），收容有作为开关元件的IGBT模块19（相当于本发明的逆变器模块）。IGBT模块19是因开关动作而伴随有相当多的发热的模块。

因此，在本发明的冷却结构中，在壳体17内部的与IGBT模块19相邻的位置收容有冷却室23（图3），以在先的冷却系统的冷却水对IGBT模块19进行冷却。该冷却结构采用在IGBT模块19的下部设置有方形板状的散热器21（散热部），在该散热器21的下侧设置有冷却室23的结构。

具体而言，如图3～图5所示，冷却室23在壳体17的下部腔壁17a的一部分形成方形平坦状凹部25，将散热器21设置于并固定（例如用螺栓固定）在该凹部25的开口部的结构，从而形成一个腔室空间。由此形成散热器21的下表面所面对的冷却室23。另外，在散热器21的下表面，设置有多个向冷却室23内突出的散热片21a。

在该冷却室23中，组合有减弱水流的水势但使冷却水仍然流通的流路结构，以确保冷却室23内冷却水的适度流动。在该流路结构中，采用了在如图3～图5所示地形成于构成冷却室23的一个表面的相互隔开的位置，即冷却室23的底面的车辆宽度方向两端侧的平行的两点位置的入口27和出口29，与形成壳体17的下部的平坦的下部腔壁17a平行配置而形成的导入流路33（相当于本发明的导入侧流路）和导出流路35（相当于本发明的导出侧流路）进行组合，以减弱水流的冲力的结构。

具体而言，入口27、出口29是在下部腔壁17a上形成的一对圆形的贯通孔。导入流路33和导出流路35是在下部腔壁17a的下表面接续纵向开口的入口27和出口29，沿车辆的前后方向，本例中为车辆的前方方向形成的一对隧道状的筒部33a、35a。一对筒部33a、35a从沿纵向开口的入口27和出口29在保持着入口27和出口29之间的间隔的状态下，沿横向，即车辆的前方方向（相同方向）平行延伸至例如下部腔壁17a的边缘部。而且，将在下部腔壁17a端部开口的导入侧筒部27a的端部作为导入冷却水的导入口39，同样地将在下部腔壁17a的端部开口的导出侧筒部29a的端部作为导出冷却水的导出口41。即，导入流路33和导出流路35在保持着入口27和出口29之间的间距的状态下沿同一方向平行延伸，从而形成于壳体17。

通过此流路结构，水流的水势被减弱的冷却水在冷却室23内流动。换言之，冷却水由导入流路33沿横向输入，该横向的水流通过入口27时变为纵向，进而变化为从入口27与散热器21的下表面碰撞的纵向水流或与冷却室23的壁面碰撞的横向水流，由此使入口27和出口29之间流动的冷却水的水流减弱。在导出侧也同样，由此在冷却室23内形成向四周扩散的水流。

该逆变器5的导入口39和导入侧的冷却配管11通过管接头构件43（冷却配管连接用接头部件）互相连接。逆变器5的导出口41和导出侧的冷却配管11通过管接头构件44（冷却配管连接用接头部件）互相连接，使得经由热交换器13的冷却水在冷却室23内循环（图2）。

另外，在逆变器5上安装有能够从上述方向受限制的导入口39、导出口41以外的部位导入和导出冷却水的结构。该结构是在导入流路33以及导出流路35中的至少一个流路中，本例中如图2～图5所示是在导出流路35的中间形成开口部47。

具体而言，开口部47在出口29和导出口41之间的筒部35a的局部，在本例中为中间部位，形成从导出流路35分岔的分支部45，从该分支部45使筒部49朝向与最初的导出口41不同的方向，本例中为与导出口41所在的位置呈直角偏转（偏转90度）的方向，即朝向车宽方向侧方（本例中为搭载有电动真空泵8的一侧），沿着下部腔壁17a形成。以面临该筒部49的端部，在本例中为下部腔壁17a的端部的开口作为第二导出口51。即，形成有从第二导出口51也能导出冷却水的分支路53。因此，在下部腔壁17a设置有用于沿着与最初的导出口41不同的方向将冷却水导出的开口部47。另外，第二导出口51在不使用时安装堵塞该第二导出口51的插塞构件57（如图4所示），使用时则安装能够与冷却配管连接的管接头构件59（如图4所示）。

以下对这样构成的逆变器5的冷却结构的作用进行说明。

如图1所示，当逆变器5被夹持安装于车载充电器7与电动真空泵8之间时，第二导出口51安装有如图5的双点划线所示的插塞构件57，以将第二导出口51堵塞。

此时，通过冷却泵15的压送动作，从热交换器13向逆变器5流动的冷却水，如图3～图5所示，从朝向车身前后方向前侧的导入口39，经由横向的导入流路33到达入口27，从靠近冷却室23的宽度方向一侧的纵向入口27导入到冷却室23内。

此处，由于向冷却室23流动的冷却水的水流在被导入冷却室23的期间流动方向会发生变化，或者由于从入口27导出的冷却水与散热器21的下表面或冷却室23的壁面撞击，以致该冷却水的水流的水势减弱。冷却室23内的冷却水向着出口29，经由纵向的出口29以及横向的导出流路35，从导出口41向着冷却配管11，以与导入流路33中流动的冷却水相同的方向，向着冷却配管11导出。

通过该导出侧的冷却水的水流水势的减弱作用、及导入侧的冷却水的水势的减弱作用，冷却水从入口27至出口29，一边向四周扩散一边流动，使冷却水流经冷却室23内的各部位。因此，冷却室23内的冷却水形成适于与散热器21的各部位及散热片组的各部位进行热交换的水流，能够高效地将逆变器5的IGBT模块19冷却。

由于该逆变器5的冷却在冷却水以相同方向流动时，对于导入流路33和导出流路35两者都成立，因此，如图1所示，在逆变器5的两侧配置有车载充电器7和电动真空泵8的搭载情况下容易发挥冷却水的冷却作用。

在此，改变搭载逆变器5的电动汽车的车型，例如，电动真空泵8不是设置在逆变器5的一侧而是搭载于其它部位，则由于装置布局的关系，如图1中的点划线所示，需要从配置有电动真空泵8的逆变器5的侧方的空间导出冷却水。

此时，选择第二导出口51。即，在最初的朝向车辆前侧的导出口41上安装插塞构件（未图示）以堵塞导出口41，在朝向侧方的第二导出口51上安装管接头构件59，藉助该管接头构件59将导出侧的冷却配管11与第二导出口51连接。即，从与最初的导出方向不同的横向方向导出冷却室23内的冷却水。

由此，用于适度冷却IGBT模块19的减弱水流的水势的结构能够直接用于IGBT模块19的冷却。

这样，逆变器5采用在冷却室23的同一表面设置入口27、出口29，在保持入口27和出口29之间的间隔的状态下，使导入流路33、导出流路35从入口27、出口29沿着同一方向平行延伸的这样的简单结构，就能够最适度冷却（热交换）IGBT模块19。

而且，仅通过根据逆变器5的搭载状态选择位于导出流路35中部的第二导出口51，就能够在不改变向冷却室23内的四周扩散的液流的形成结构的状态下，简单进行所需冷却水的导入方向和/或导出方向的变更。因此，无需重新制造逆变器5。特别是由于开口部47安装有堵塞用插塞构件57或配管连接用管接头构件59，因而便于使用。

当然，为了利用冷却结束后的冷却水的热量，第二导出口51也可以另外连接配管构件，将来自冷却室23的冷却水分配到导出口41或第二导出口51。

此外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。例如，在上述实施方式中，以在导出流路35的中部设置开口部47为例进行了说明，但如图5中的双点划线所示的导入流路33的中部设置开口部47，也可以达到同样的效果。此外，在本实施方式中使用了横向分岔的开口部47，但是并不局限于此，也可以是与最初的导入口39和/或导出口41的方向不同的朝向。

Claims (2)

1.一种逆变器的冷却结构，其特征在于，

壳体的内部收容有逆变器模块和与所述逆变器模块相邻配置的冷却室，

所述壳体形成有：

导入侧流路，所述导入侧流路的一端具有将冷却液从所述壳体的外部导入的导入口，所述导入侧流路的另一端具有使冷却液流入所述冷却室的入口；和

导出侧流路，所述导出侧流路的一端具有将冷却液向壳体外部导出的导出口，所述导出侧流路的另一端具有使冷却液从所述冷却室流出的出口，

其中，

所述冷却室被形成为具有方形平坦状凹部，

所述入口和所述出口设置在构成所述冷却室的一侧表面的相互隔开的位置，并且，在与所述导入侧流路和所述导出侧流路的延伸方向正交的方向即纵向开口，

所述导入侧流路和所述导出侧流路在保持着所述入口和所述出口之间的间隔的状态下沿同一方向平行地各自延伸，并且，在所述导出口和所述出口之间，设置有向着与所述导出口不同的方向分岔并朝向外部开口的开口部。

2.根据权利要求1所述的逆变器的冷却结构，其特征在于，

所述开口部是安装有能够与冷却配管连接的管接头构件或者是堵塞所述开口部的开口的插塞构件。