JP6351926B2 - 液冷抵抗装置 - Google Patents

Description

本発明は、液冷抵抗装置に関する。

従来周知である液冷抵抗装置は様々な用途に用いられている。用途の一例としては、発電機としても機能し得るインバータ駆動電気モータを用いて行う、装置の回生制動が挙げられる。

特許文献１は、電気自動車用の液冷抵抗装置を開示している。この装置においては、電気的に絶縁された２つの液冷ブロックの間に平坦状の抵抗器が配置されている。この抵抗器は、単に２つのブロックの堅固な連結によって所定の位置に保持されている。特許文献２は、電気自動車用の液冷ブレーキ抵抗装置を開示している。この装置においては、電気絶縁性の液冷ブロックと、遮断板又は別の液冷ブロックとの間に平坦状の抵抗器が配置されている。この抵抗器は、ブロックと遮断板の堅固な連結、もしくは２つのブロックの堅固な連結、及び膨張ガイド手段により所定の位置に保持される。膨張ガイド手段は、抵抗器の膨張をその主平面のみに制限すべく抵抗器の少なくとも一部を包囲しているものである。

従来装置の短所のひとつは、抵抗器とブロックの接触面、もしくは抵抗器と絶縁層の接触面における熱接触抵抗により、熱伝導の効率及び効果が制限されることである。さらに、冷却液に対してブロックの熱容量が低いため、抵抗器からの全体的な放熱率が制限される。

インバータ駆動電気モータを制御する装置に使用する場合、必要とされる高い程度の放熱を実現するためには比較的大型の抵抗器及び液冷ブロックが必要となる。このため、実施において装置が大型化するとともに重量が増す。

独国特許発明第３９３３９５６号明細書 英国特許第２４７８５４７号明細書

本発明の技術課題は、従来技術の技術的な欠点を解消する液冷抵抗装置を抵抗することである。
この技術課題の範囲において、本発明の目的は、抵抗器からの放熱の効率及び効果が向上されている液冷抵抗装置を提供することである。

本発明の別の目的は、小型かつ軽量の液冷抵抗装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、安全で経済的な液冷抵抗装置を提供することである。

本発明の技術課題、上記の目的、及び他の目的は、請求項１に記載の液冷抵抗装置により達成される。
熱伝導性及び電気絶縁性の平坦層を抵抗器に向かって加圧する弾性加圧手段を設けることにより、抵抗器と平坦層の間の熱伝導が向上する。さらに、ブロックの空隙を平坦層により閉鎖すること、及び空隙に弾性加圧手段を配置することにより、平坦層から液体への熱伝導が向上する。全体的な熱伝導の効率及び効果が高くなることにより、本発明による装置は従来の装置に比べて小型化及び軽量化されている。

さらに、弾性加圧手段を設けることにより、抵抗器の平面に直交する方向において装置の剛性が増加する。その結果、自動車及び車両の固有振動数を実質的に上回ることになるため、使用において装置の耐振動性及び耐衝撃性が向上する。

本発明の他の特徴は特許請求の範囲にさらに定義する。本発明の他の特徴及び効果は、添付の例示的な図面を参照して、以下に記載する本発明による液冷抵抗装置の好適な実施形態の説明により明らかとなるであろう。なお、以下に記載する好適な実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の一実施形態を示す分解図。

図に示すように、液冷抵抗装置１は抵抗器２を有する。好適には、抵抗器２は、平坦な格子状の電気抵抗材である。好適には、抵抗器２は端子を介して電源回路に接続される。端子は、抵抗器２の一部であってもよいし、抵抗器２に接続されていてもよい。

抵抗器２は、熱伝導性及び電気絶縁性である平坦層７の上に、抵抗器２及び平坦層７の主平面が互いに平行となるように配置される。平坦層７は好適には窒化アルミニウムセラミックスから形成され、剛性シートを含む。

少なくとも１つのブロック３が配されるが、このブロック３は好適には電気的絶縁性及び熱的絶縁性を有する材料により形成される。特に好適には、ブロック３は、型成形された熱硬化プラスチックである。ブロック３は液体入口４及び液体出口５を有する。好適には、入口４及び出口５は互いに平行に配置され、ブロックの幅に応じて配置される。ブロックは、入口４及び出口５の間の液体流路６を含む空隙をさらに有する。この空隙は、ブロック３の、抵抗器２に対向する面に形成することができ、このように構成することにより、熱伝導性及び電気絶縁性の平坦層７により閉じることができる開放辺を空隙が有することなる。

好適には、空隙は周囲肩部を有し、平坦層７がこの周囲肩部上に配置される。このように構成することにより、液体流路６が閉じ、液体が抵抗器２に接触することがない。
好適には、エネルギー放散を最大にするために、流路６が抵抗器２の最大面積と同じ占有面積を有する。冷却用の液体としては水を用いることができる。好適には、流路全体において乱流を維持できる速さの流速にて、水が流路６に導入される。

好適には、空隙内にて液体流路６を区画する隔壁の最高部は平坦層７から離間され、最高部の上に小さなバイパス流路が設けられる。このように構成することにより、抵抗器２が配置される部分の平坦層７において、乾燥する領域が発生することがない。その結果、装置の熱伝導及び整合性を損なう虞のある高温領域の発生が防止される。

電気絶縁性の遮断板が設けられ、抵抗器２が遮断板及び平坦層７の間に配置された状態にて、遮断板がブロック３に対して固定される。好適には、図１に示すように、遮断板が別のブロック３であり、熱伝導性及び電気絶縁性を有する別の平坦層７が、抵抗器２及び別のブロック３の間に配置される。好適には、２つのブロック３は固定リベット９を用いて互いに固定される。

弾性加圧手段が、ブロック３と熱伝導性及び電気絶縁性の平坦層７との間に配置され、抵抗器２に向かう力を平坦層７に付与する。弾性加圧手段はブロック３の空隙内に収容される。好適には、弾性加圧手段が、平坦層７と抵抗器２の接触面においてほぼ均等な接触圧がかかるように抵抗器２に向かって平坦層７に力を加えるべく構成される。本装置の一実施形態において、弾性手段は、ブロック３内部の液体流路６内に配置された複数のばね８である。

図１に示すように抵抗器２の両側にブロック３が配置される場合、各平坦層７の全面にわたって配分された力を供するようにばね８が構成される。このため、抵抗器２と各平坦層７との間の接触が密にされる。ブロック３の内部液体流路６にばねを配置することにより、抵抗器２と平坦層７の間の熱伝導が向上されるだけでなく、液流における乱流が増加する。その結果、平坦層７から液体への熱伝導も向上する。さらに、ばねを配置することにより内部液体流路６の断面積が減少するため、液流の速度が増加する。その結果、必要とされる体積流量を増加させることなく、平坦層７から液体への熱伝導率を増加させることができる。

弾性加圧手段を配置することにより、抵抗器２からの熱伝導を全体で２００〜３００％増加させることができる。このため、装置を従来のものよりも小型及び軽量にすることができる。ブロック３に熱硬化プラスチックを用いることにより、装置をさらにコンパクト化及び軽量化することが可能となる。

また、装置は、抵抗器２のフィン間に配置される膨張ガイド手段（図示しない）を備えていてもよい。膨張ガイド手段は、フィン同士が接触して短絡が発生することを防止するために、抵抗器の膨張をその主平面に制限するものである。好適には、膨張ガイド手段は、少なくとも１つのマイカ紙片を含む。このマイカ紙片の厚さは抵抗器２の厚さを超えないため、抵抗器２と平坦層７の接触が阻害されない。

本発明による液冷抵抗装置は、本発明の趣旨を逸脱すること無く様々に変形することができる。また、詳細な部分は、技術的に同等の他の要素に置き換えてもよい。
実施時においては、用途及び実施時の技術水準に応じて、いかなる材料及び寸法を採用してもよい。

Claims (9)

1. 液体入口（４）と、液体出口（５）と、空隙と、を有するブロック（３）を備え、
   前記空隙は、前記ブロック（３）から構造的に独立した、熱伝導性及び電気絶縁性を有する平坦層（７）により閉鎖される開放辺を有し、
   前記平坦層（７）は、前記ブロック（３）の前記開放辺を囲む周囲肩部上に置かれ、同平坦層（７）の主平面と平坦状の抵抗器（２）の主平面とが互いに平行であるように同平坦状の抵抗器（２）を支持し、
   電気絶縁性の遮断板をさらに備え、
   前記遮断板が、前記平坦層（７）上に前記抵抗器（２）を設置すべく抵抗器（２）に対向する状態にて前記ブロック（３）に対して堅固に固定可能であり、
   前記空隙が、前記抵抗器（２）に向かって前記平坦層（７）を加圧するように構成された弾性加圧手段を収容し、
   前記空隙が、前記液体入口（４）及び液体出口（５）の間に位置する内部液体流路（６）を備え、
   前記弾性加圧手段が、前記平坦層（７）と前記抵抗器（２）とが接触する領域において均等な接触圧を供するよう前記抵抗器（２）に向かって前記平坦層（７）を加圧するように構成され、
   前記弾性加圧手段が、前記ブロック（３）の前記内部液体流路（６）に位置する複数のばね（８）を含み、
   前記ブロック（３）は、前記複数のばね（８）が配置される前記内部液体流路（６）内を区画する複数の隔壁を有することを特徴とする液冷抵抗装置（１）。
2. 前記複数のばね（８）のそれぞれが、ばね（８）の軸線が前記内部液体流路（６）に対して直交するように配置される請求項１に記載の液冷抵抗装置（１）。
3. 前記複数のばね（８）がステンレス鋼から形成される請求項１又は２に記載の液冷抵抗装置（１）。
4. 前記電気絶縁性の遮断板が別のブロック（３）を備え、
   前記別のブロック（３）が、
   同別のブロック（３）及び前記抵抗器（２）の間に位置するとともに熱伝導性及び電気絶縁性を有する別の平坦層（７）と、
   前記別のブロック（３）の空隙に収容されるとともに前記抵抗器（２）に向かって前記別の平坦層（７）を加圧するように構成された弾性加圧手段と、を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液冷抵抗装置（１）。
5. 前記ブロック（３）が電気絶縁性及び熱絶縁性を有する材料から形成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液冷抵抗装置（１）。
6. 前記ブロック（３）が熱硬化プラスチックから形成される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液冷抵抗装置（１）。
7. 前記平坦層（７）が窒化アルミニウムセラミックスから形成される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液冷抵抗装置（１）。
8. 前記抵抗器（２）のフィンの間に配置された膨張ガイド手段を備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液冷抵抗装置（１）。
9. 前記膨張ガイド手段が少なくとも１つのマイカ紙片を有する請求項８に記載の液冷抵抗装置（１）。