DE112007002435B4

DE112007002435B4 - Kühlstruktur für Wärme erzeugendes Bauteil und Antriebseinheit, die diese enthält

Info

Publication number: DE112007002435B4
Application number: DE112007002435.6T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Aoki; Junji Tsuruoka; Seiji Yasui; Yasushi Kabata
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2027-11-17
Also published as: JP2008172024A; DE112007002435T5; US7569957B2; CN101523595B; WO2008084597A1; US20080169088A1; CN101523595A; JP5024600B2

Abstract

Kühlstruktur (50) für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3), bei dem ein Kühlmittelraum (R) zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche (53a), die thermisch mit einem Wärme erzeugenden Bauteil (3) verbindbar ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche (6a), die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche positioniert ist, ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen (56) im Kühlmittelraum (R) vorhanden ist, die von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zur gegenüberliegenden Oberfläche hin hervorstehen und parallel zueinander nebeneinander angeordnet sind, und Durchlässe (Rp) zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordneten Rippen ausgebildet sind, durch die Kühlmittel strömen kann, wobei die Kühlstruktur (50) eine einströmseitige Öffnung (51) aufweist, durch die Kühlmittel in einen einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) strömen kann, der sich in einer Richtung erstreckt, in der die Durchlässe (Rp) in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und der mit einströmseitigen Enden der Durchlässe (Rp) über einen verengten Bereich (Rs) verbunden ist, der längs eines Bereiches, von dem die Durchlässe (Rp) der Reihe nach ausgehen, in diesen Bereich mündet und einen Strömungswiderstand hat, der größer ist als ein Strömungswiderstand im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum, und wobei die einströmseitige Öffnung (51) und der verengte Bereich (Rs) so positioniert sind, dass, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zu der gegenüberliegenden Oberfläche (6a) hin gesehen, eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels von der einströmseitigen Öffnung (51) in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) in den verengten Bereich (Rs) nicht überlappt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil und eine Antriebseinheit, die die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil enthält. In der Kühlstruktur für das Wärme erzeugende Bauteil ist ein Kühlmittelraum zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche, die thermisch mit einem Wärme erzeugenden Bauteil verbunden ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche positioniert ist, ausgebildet. Eine Mehrzahl an Wärme abgebenden Rippen ist so im Kühlmittelraum vorhanden, dass sie parallel zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche hin hervorstehen. Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet.
STAND DER TECHNIK
Wenn ein Elektromotor als eine Antriebskraftquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, benötigt der Elektromotor einen Wechselrichter zum Steuern des Elektromotors und eine ECU (elektronische Steuereinheit) oder dergleichen zum Steuern des Wechselrichters. Der Wechselrichter und dergleichen sind jeweils über ein Stromkabel mit dem Elektromotor verbunden. Somit ist es möglich, diese Elemente an geeigneten Stellen, entfernt vom Elektromotor, zu positionieren. Allerdings können diese Elemente der Einfachheit halber während der Installation dieser Elemente im Fahrzeug so angeordnet sein, dass sie mit einer Antriebseinheit, in die der Elektromotor eingebaut ist, integriert sind.
Im gegenwärtigen Stand der Technik ist die Wärmebeständigkeitstemperatur des Wechselrichters und dergleichen niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Elektromotors. Somit ist es in dem Fall, in dem der Wechselrichter und dergleichen so positioniert sind, dass sie mit der Antriebseinheit, in die der Elektromotor eingebaut ist, integriert sind, notwendig, eine Anordnung zum Blockieren der Wärme zu haben, die direkt vom Elektromotor auf den Wechselrichter und dergleichen übertragen wird, um den Wechselrichter und dergleichen thermisch zu schützen. Außerdem ist es, da die Temperaturen des Wechselrichters und dergleichen aufgrund ihrer eigenen Wärmeerzeugung steigen, notwendig, den Wechselrichter und dergleichen abzukühlen, so dass sie unter ihren Wärmebeständigkeitstemperaturen gehalten werden.
Um mit diesem Umstand zurechtzukommen, wurde eine Antriebseinheit mit einer Kühlstruktur zum Abkühlen eines Wechselrichters sowie eines Elektromotors vorgeschlagen, die einen Elektromotor, ein Antriebseinheitsgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist, und den Wechselrichter, der den Elektromotor steuert, enthält (siehe z. B. Patentdokument WO 2004/025807 A1 ).
Bei der Kühlstruktur, die in der in der WO 2004/025 807 A1 offenbarten Antriebseinheit enthalten ist, ist ein Kühlmittelraum zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche, die thermisch mit einem Wechselrichter verbunden ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche positioniert ist und thermisch mit dem Antriebseinheitsgehäuse verbunden ist, ausgebildet. Eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen ist so im Kühlmittelraum vorhanden, dass sie parallel zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden Oberfläche auf der Seite des Wechselrichtergehäuses zu der Gehäuseoberfläche auf der Seite des Antriebseinheitsgehäuses hervorstehen. Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet. Bei dieser Art Kühlstruktur strömt das Kühlmittel, das dem Kühlmittelraum mittels einer Kühlmittelpumpe durch die Mehrzahl an Durchlässen zwischen den Rippen, die parallel zueinander positioniert sind, zugeführt wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Wechselrichter über die Wärme abgebende Oberfläche abzukühlen, und auch den Elektromotor über die gegenüberliegende Oberfläche abzukühlen.
In der JP 2001-035 981 A ist eine Kühlstruktur offenbart, die ähnlich der in der WO 2004/025 807 A1 offenbarten Kühlstruktur ist und bei der Enden von Durchlässen zwischen den Rippen auf einer Seite durch ein erstes Kopfstück, das im Wesentlichen genauso hoch ist wie die Wärme abgebenden Rippen, miteinander verbunden sind, um dadurch eine Verbindung zwischen diesen zu erreichen. Die Enden der Durchlässe zwischen den Rippen auf der anderen Seite sind durch ein zweites Kopfstück, das den gleichen Aufbau hat wie das erste Kopfstück, miteinander verbunden, um dadurch eine Verbindung zwischen diesen zu erreichen. Bei dieser Kühlstruktur wird Kühlmittel, das dem ersten Kopfstück zugeführt wird, so verteilt, dass es durch jeden der Durchlässe zwischen den Rippen strömt. Das Kühlmittel, das aus den Durchlässen zwischen den Rippen geströmt ist, trifft sich am zweiten Kopfstück.
Bei den vorstehend beschriebenen Kühlstrukturen, die zum Kühlen eines Wärme erzeugenden Bauteils wie einem Wechselrichter verwendet wird, ist es bevorzugt, dass das Kühlmittel in gleichmäßiger Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt, so dass das Wärme erzeugende Bauteil ausnahmslos abgekühlt wird. Allerdings tritt dabei, wenn das Kühlmittel vom ersten Kopfstück in die Durchlässe zwischen den Rippen verteilt wird, manchmal eine Situation auf, in der es nicht möglich ist, das Kühlmittel in gleichmäßiger Weise auf die Durchlässe zwischen den Rippen zu verteilen, da beispielsweise eine große Menge an Kühlmittel durch einen Durchlass zwischen den Rippen strömt, der sich näher an der Stelle befindet, an der das Kühlmittel dem ersten Kopfstück zugeführt wird, wohingegen eine nicht besonders große Menge an Kühlmittel durch einen Durchlass zwischen den Rippen strömt, der sich weiter entfernt von der Stelle befindet, an der das Kühlmittel dem ersten Kopfstück zugeführt wird. In dieser Situation variiert für jeden der Durchlässe zwischen den Rippen die Menge des Kühlmittels, das durch die Durchlässe strömt. Demzufolge tritt ein Problem dahingehend auf, dass eine Möglichkeit besteht, dass die Kühlstruktur nicht fähig sein kann, ein hohes Maß an Kühlleistung zu erzielen.
In der US 5 422 787 A , der DE 693 29 103 T2 , der FR 2 500 215 A1 und der US 2004/0 061 989 A1 sind Kühlstrukturen beschrieben, bei denen ein einströmseitiger Kühlmittelsammelraum mit einem Kühlmittelraum, in dem eine Mehrzahl von wärmeabgebenden Rippen vorhanden sind, über einen verengten Bereich verbunden. Bei den drei erst genannten Druckschriften überlappt, gesehen senkrecht auf eine Ebene des Kühlmittelraums, die Richtung, in der das Kühlmittel von einer einströmseitigen Öffnung in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum strömt, die Richtung, in der das Kühlmittel aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum in den verengten Bereich strömt, oder, mit anderen Worten, überlappt eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels von der einströmseitigen Öffnung in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum in den verengten Bereich. Die zuletzt genannte Druckschrift enthält diesbezüglich keine Angaben. In der US 2005/0235465 A1 ist eine Kühlstruktur offenbart, die ein wärmeerzeugendes Bauteil und ein davon verschiedenes Kühlobjekt kühlt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlstruktur für ein wärmeerzeugendes Bauteil zu schaffen, die ein hohes Maß an Kühlleistung aufweist, und auch eine Antriebseinheit zu schaffen, die eine solche Kühlstruktur für ein wärmeerzeugendes Bauteil enthält, und dadurch eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
Mit der erfindungsgemäßen Kühlstruktur wird erreicht, dass sich das Kühlmittel gleichmäßig durch im Wesentlichen den gesamten einströmseitigen Kühlmittelsammelraum hindurch verteilt und durch die gesamte Fläche des verengten Bereiches gleichmäßig in die Durchlässe zwischen den Rippen und dann durch diese hindurchströmt. Somit ist es möglich, das wärmeerzeugende Bauteil wirksam zu kühlen.
Die Ansprüche 2 bis 8 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlstruktur gerichtet.
Der Anspruch 9 kennzeichnet eine Antriebseinheit mit einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur.
Der Anspruch 10 ist auf eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gerichtet.
Es ist bevorzugt, dass die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil so aufgebaut ist, dass sie einen ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum enthält, der sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe zwischen den Rippen in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und der mit ausströmseitigen Enden der Durchlässe verbunden ist.
Bei diesem Aufbau strömt das Kühlmittel, das durch die Durchlässe zwischen den Rippen geströmt ist, in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum aus, der so beschaffen ist, dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind. Mit anderen Worten strömt das Kühlmittel von den Durchlässen zwischen den Rippen hinaus in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum, der einen Strömungswiderstand hat, der im Wesentlichen entlang der Richtung, in der sich der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum erstreckt, einheitlich ist. Infolgedessen strömt das Kühlmittel auch aus den Durchlässen zwischen den Rippen in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise.
Demzufolge strömt das Kühlmittel in gleichmäßigerer Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen, und die Kühleffizienz steigt.
Es ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil so aufgebaut ist, dass die Durchlässe zwischen den Rippen und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum über einen weiteren verengten Bereich verbunden sind, der sich längs eines Bereiches erstreckt, in den die in einer Reihe nebeneinander angeordneten Durchlässe münden, und einen Strömungswiderstand hat, der größer ist als ein Strömungswiderstand am ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum.
Bei diesem Aufbau ist es möglich, dass eine angemessene Menge (nicht zuviel, nicht zu wenig) von Kühlmittel bezüglich der Richtung, in der die Durchlässe nebeneinander angeordnet sind, verteilt wird. Auch strömt das Kühlmittel das durch die Durchlässe zwischen den Rippen geströmt ist, durch den verengten Bereich hindurch, der einen Strömungswiderstand hat, der größer ist als der Strömungswiderstand am ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum, hinaus in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum. Somit ist es möglich, dass das Kühlmittel in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise aus den Durchlässen zwischen den Rippen strömt.
Infolgedessen strömt das Kühlmittel in gleichmäßigerer Weise durch die Durchlässe zwischen den Rippen, und die Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme erzeugenden Bauteils steigt sogar noch mehr.
Weiter ist es durch Vorsehen des verengten Bereichs auf der Einströmseite und des verengten Bereichs auf der Ausströmseite und Ausgleichen dieser verengten Bereiche möglich, die Strömung des Kühlmittels, das durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt, angemessen zu steuern.
Es ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Kühlstruktur für das Wärme erzeugende Bauteil so aufgebaut ist, dass zumindest einer, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum oder der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum, als eine Kühleinheit fungiert, die ein zu kühlendes Objekt abkühlt, das verschieden von dem Wärme erzeugenden Bauteil ist.
Bei diesem Aufbau braucht, da zumindest einer, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum oder der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum, als die Kühleinheit fungiert, die ein zu kühlendes Objekt abkühlt, das verschieden von dem Wärme erzeugenden Bauteil ist, keine separate Kühleinheit vorhanden zu sein, um das zu kühlende Objekt abzukühlen. Weiter ist es selbst in dem Fall, in dem eine separate Kühleinheit vorhanden ist, möglich, den Grad der benötigten Kühlleistung zu senken. Infolgedessen ist es möglich, die Vorrichtung kleiner zu machen und die Kosten zu reduzieren.
Weiter ist es bevorzugt, die oben beschriebene Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Element so aufzubauen, dass, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche gesehen, ein Bereich, in dem die Durchlässe zwischen den Rippen ausgebildet sind, zumindest einen aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum überlappt.
Wenn der Bereich, in dem die Durchlässe zwischen den Rippen ausgebildet sind, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum in dieser Weise positioniert sind, ist es möglich, die Kühlstruktur bezüglich ihrer Breitenrichtung kleiner zu machen.
Weiter ist es bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der eine Wärme isolierende Einheit zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum vorhanden ist.
Im Allgemeinen ist die Temperatur von Kühlmittel, das in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum ausströmt, nachdem es Wärme mit einem Wärme erzeugenden Objekt ausgetauscht hat, höher als die Temperatur von Kühlmittel, das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum strömt, bevor es Wärme mit dem Wärme erzeugenden Objekt ausgetauscht hat. Somit ist es bei der oben beschriebenen Anordnung, bei der eine Wärme isolierende Einheit zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum vorhanden ist, möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum durch eine Wärmeübertragung vom ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum zum einströmseitigen Kühlmittelsammelraum erhöht wird. Demzufolge ist es möglich, die Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme erzeugenden Elements sogar noch mehr zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der, in einem Fall, in dem sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum so aufgebaut sind, dass sie in der Lage sind, das zu kühlende Objekt abzukühlen, das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts höher festgelegt ist, als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts.
Bei der oben beschriebenen Anordnung, bei der das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts höher festgelegt ist als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts, ist es möglich, das Kühlen des zu kühlenden Objekts durch den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum zu unterdrücken. Infolgedessen ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels in dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum ansteigt. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme erzeugenden Bauteils gesenkt wird, während das andere zu kühlende Objekt gekühlt wird.
Auch ist es bevorzugt, eine Anordnung zu haben, bei der die Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet sind, dass Längen ihrer der gegenüberliegenden Oberfläche zugewandten Ränder verschieden von Längen ihrer Basisränder sind, so dass der Bereich, von dem die Durchlässe der Reihe nach ausgehen, als ein schräger Einströmbereich an einem Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen ausgebildet ist, der eine Endfläche hat, die bezüglich der Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen stehen, geneigt ist.
Bei der oben beschriebenen Anordnung, bei der der Einströmbereich zu den Durchlässen zwischen den Rippen in einem Winkel bezüglich der Richtung ist, in der die Wärme abgebenden Rippen stehen, ist es möglich, die Strömungsfläche des Einströmbereichs größer zu machen als in dem Fall, in dem der Einströmbereich senkrecht zu der Richtung ist, in der die Wärme abgebenden Rippen stehen. Infolgedessen ist es möglich, den Strömungswiderstand am Einströmbereich zu den Durchlässen zwischen den Rippen zu reduzieren. Somit ist es möglich, das Kühlmittel dazu zu bringen, angemessen durch die Durchlässe zwischen den Rippen zu strömen. Infolgedessen ist es möglich, die Kühleffizienz zum Abkühlen des Wärme erzeugenden Elements sogar noch mehr zu erhöhen.
Ein erster charakteristischer Aufbau der Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung ist, dass die Antriebseinheit enthält: einen Elektromotor; ein Antriebseinheitsgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist; einen Wechselrichter, der den Elektromotor steuert; und die Kühlstruktur für das Wärme erzeugende Bauteil, die eine der oben beschriebenen charakteristischen Bauformen und Anordnungen hat, wobei der Wechselrichter als das Wärme erzeugende Bauteil verwendet wird.
Selbst in dem Fall, in dem die Antriebseinheit, in die der Elektromotor eingebaut ist, integral mit dem Wechselrichter ausgebildet ist, ist eine der oben beschriebenen Kühlstrukturen für ein Wärme erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden Erfindung in der Antriebseinheit enthalten, wobei der Wechselrichter als das Wärme erzeugende Bauteil verwendet wird. Somit kann die Antriebseinheit die gleichen charakteristischen Bauformen erzielen wie die charakteristischen Bauformen der Kühlstruktur für das Wärme erzeugende Bauteil. Somit ist es möglich, die Wärme vom Wechselrichter angemessen abzugeben und den Wechselrichter thermisch zu schützen.
Es ist bevorzugt, dass die oben beschriebene Antriebseinheit so aufgebaut ist, dass das Antriebseinheitsgehäuse in Bezug auf die Wärme abgebende Oberfläche auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite positioniert ist, und das Antriebseinheitsgehäuse thermisch mit der gegenüberliegenden Oberfläche verbunden ist.
Bei dem zweiten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Antriebseinheit ist es, da das Antriebseinheitsgehäuse thermisch mit der Wärme abgebenden Oberfläche verbunden ist, möglich, die Wärme, die durch den Elektromotor und dergleichen im Antriebseinheitsgehäuse erzeugt wird, über die Wärme abgebende Oberfläche angemessen zur Kühlmittelseite abzugeben.
Außerdem ist es, in dem Fall, in dem das Antriebseinheitsgehäuse thermisch mit der Wärme abgebenden Oberfläche verbunden ist, wie oben beschrieben, dadurch, dass der Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen an die gegenüberliegende Oberfläche angrenzt, möglich, das Niveau der Wärmeabgabeleistung von der Wärme abgebenden Oberfläche zur Kühlmittelseite zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Zeichnung, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelzirkulationspfades in einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil zeigt.
2 ist ein Querschnitt eines schematischen Aufbaus einer Antriebseinheit, die die erfindungsgemäße Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil enthält.
3 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur zeigt,
4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Beschaffenheit des Kühlmittelraums einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur zeigt,
5 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit von Kühlmittelsammelräumen einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur zeigt,
6 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit von Durchlässen zwischen den Rippen einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur zeigt.
7 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums nach einer anderen, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Querschnitt, der die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsformen einer Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil und eine Antriebseinheit, die die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden Erfindung enthält, werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
Wie in 2 gezeigt, enthält eine Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung (im Folgenden als „die Antriebseinheit” bezeichnet) einen Elektromotor 1, ein Antriebseinheitsgehäuse 2, in dem der Elektromotor 1 untergebracht ist, und einen Wechselrichter 3, der den Elektromotor 1 steuert. Die Antriebseinheit verwendet eine Kühlstruktur 50 für ein Wärme erzeugendes Bauteil nach der vorliegenden Erfindung (im Folgenden als „die Kühlstruktur 50” bezeichnet).
Die Antriebseinheit kann als eine Antriebseinheit dienen, die in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder dergleichen verwendet wird. Im Antriebseinheitsgehäuse 2 sind ein Motor und/oder ein Generator untergebracht, die als der Elektromotor 1 dienen, sowie Hilfsmechanismen wie eine Differenzialvorrichtung und ein Vorgelegeradmechanismus.
Der detaillierte Aufbau der Kühlstruktur 50 wird später erklärt. Wie in 1 gezeigt, ist die Kühlstruktur 50 so aufgebaut, dass die Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Bauteile, wie den Wechselrichter 3 und den Elektromotor 1, erzeugt wird, an ein Kühlmittel abgegeben wird, das in einem Kühlmittelzirkulationspfad 4 zu und von einem Kühler 42 zirkuliert und dadurch die Wärme erzeugenden Bauteile thermisch schützt.
Der Wechselrichter 3 bezeichnet ein Leistungsmodul, das einen Schalttransistor, Hilfsschaltungselemente und ein Schaltungssubstrat enthält, auf dem der Schalttransistor und die Schaltungselemente vorhanden sind. Durch einen Schaltvorgang wandelt der Schalttransistor einen Gleichstrom von einer Batteriestromquelle in einen Wechselstrom um (einen Dreiphasenwechselstrom, wenn der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstromelektromotor ist).
Der Wechselrichter 3 ist auf der Oberseite einer Wärmesenke 53 angeordnet, die integral mit dem Substrat des Wechselrichters 3 bereitgestellt ist, indem sie am Substrat selbst oder über ein anderes Bauteil an dem Substrat befestigt ist. Die Wärmesenke 53 ist an dem Bodenbereich eines Wechselrichtergehäuses 7 angebracht, in dem der Wechselrichter 3 untergebracht ist. Die Unterseite der Wärmesenke 53 dient als eine Wärme abgebende Fläche 53a, die thermisch mit dem Wechselrichter 3 verbunden ist.
Das Wechselrichtergehäuse 7 ist so aufgebaut, dass es den Wechselrichter 3 vor Regen, Wasser oder Staub schützt, während der Wechselrichter 3 darin untergebracht ist.
Der Elektromotor 1 ist im Antriebseinheitsgehäuse 2 untergebracht. Ein Abstandshalter 6 ist an der Oberseite des Antriebsgehäuses 2 vorhanden. Der Abstandshalter 6 hat an seiner Oberseite eine gegenüberliegende Oberfläche 6a, die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche 53a positioniert ist und auch thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden ist.
Um genauer zu sein, ist ein rechteckiger ausgesparter Bereich auf der Oberseite des Abstandshalters 6 ausgebildet, so dass ein Kühlmittelraum R (der später erklärt wird) zwischen dem Abstandshalter 6 und der Unterseite der Wärmesenke 53 ausgebildet ist (d. h., der Wärme abgebenden Oberfläche 53a), während die Wärmesenke 53 auf der Oberseite des Abstandshalters 6 installiert ist. Die Bodenfläche des ausgesparten Bereichs dient als die gegenüberliegende Oberfläche 6a.
Auch sind, wie in 3 und 4 gezeigt, ein ausgesparter Bereich 61 und ein ausgesparter Bereich 62 so auf der Unterseite des Abstandshalters 6 (d. h., auf der Fläche, die gegenüber dem Antriebseinheitsgehäuse 2 positioniert ist) ausgebildet, dass sie parallel zueinander positioniert sind. Zusammen mit der Oberseite des Antriebsgehäuses 2 bildet der ausgesparte Bereich 61 einen einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri, wohingegen der ausgesparte Bereich 62 einen ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro bildet.
Bei der vorliegenden Anmeldung ist, wenn es heißt „die Wärme abgebende Oberfläche 53a und die gegenüberliegende Oberfläche 6a sind thermisch mit dem Wechselrichter 3 bzw. mit dem Elektromotor 1 verbunden”, gemeint, dass die Wärme, die vom Wechselrichter 3 und dem Elektromotor 1 erzeugt wird, entweder direkt oder indirekt auf die Wärme abgebende Oberfläche 53a bzw. die gegenüberliegende Oberfläche 6a übertragen wird.
Wie in 2 gezeigt, ist bei der Kühlstruktur 50 der Kühlmittelraum R zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke 53 und der gegenüberliegenden Oberfläche 6a des Abstandshalters 6 ausgebildet, und eine Mehrzahl an Wärme abgebenden Rippen 56 sind so in dem Kühlmittelraum R vorhanden, dass sie parallel zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 6a hervorstehen, und ein Durchlass zwischen den Rippen Rp, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56, die nebeneinander positioniert sind, ausgebildet.
Um sicherzustellen, dass eine ausreichende Fläche für den Wärmeaustausch vorhanden ist, ist jede aus der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet, dass sie sich in den Kühlmittelraum R von der Wärme abgebenden Oberfläche 5a auf der Seite der Wärmesenke 53 zu der gegenüberliegenden Oberfläche 6a des Abstandshalters 6 erstreckt, so dass sie den Kühlmittelraum R in der Richtung seiner Dicke durchquert.
Die Wärme abgebenden Rippen 56 sind durch Schneiden bzw. Abtragen und Anheben der unteren Fläche der Wärmesenke 53 ausgebildet. Somit ist die Wärme abgebende Oberfläche 53a nahe an der Seite des Wechselrichters 3 positioniert. Auch wenn die Wärme abgebenden Rippen 56 stehend ausgebildet sind, die Bereiche, die zum Stehen auf der Ebene, von der sich die Wärme abgebenden Rippen erheben, ausgebildet sind, ist die Länge des Rand- bzw. Kantenbereichs jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 kürzer als die Länge des Basisendbereichs (in der Richtung von links nach rechts in 3), wie in 3 gezeigt. Die Endfläche Re (d. h., die Endfläche, die nahe an einem verengten Bereich Rs positioniert ist) jedes Durchlasses Rp zwischen den Rippen ist bezüglich der Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen 56 stehen, geneigt.
Weiter ist, wie in 3 und 4 gezeigt, ein einströmseitiger Kühlmittelsammelraum Ri durch den ausgesparten Bereich 61 des Abstandshalters 6 und die Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 so ausgebildet, dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind. Ein ausströmseitiger Kühlmittelsammelraum Ro ist so durch den ausgesparten Bereich 62 des Abstandshalters 6 und die Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 ausgebildet, dass er sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind.
Auch sind, wie in 3 und 6 gezeigt, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und die Enden der Durchlässe Rp zwischen den Rippen auf einer Seite so miteinander verbunden, dass eine Verbindung dazwischen möglich ist, mittels des verengten Bereiches Rs, der so beschaffen ist, dass er sich durch die Fläche erstreckt, in der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind. Der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro und die Enden der Durchlässe Rp zwischen den Rippen auf der anderen Seite sind so miteinander verbunden, dass eine Verbindung dazwischen möglich ist, mittels des verengten Bereiches Rs, der so beschaffen ist, dass er sich durch die Fläche erstreckt, in der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen in einer Reihe angeordnet sind.
In dieser Situation sind die Größe und die Formen des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri, des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro und der verengten Bereiche Rs so angeordnet, dass der Strömungswiderstand an jedem der verengten Bereiche Rs größer ist als der Strömungswiderstand an dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro. Jeder der verengten Bereiche Rs ist so ausgebildet, dass er im Wesentlichen die gleiche Breite durch die gesamte Fläche hat, in der sich der verengte Bereich Rs erstreckt.
Beispielsweise ist es möglich, dafür zu sorgen, dass der Strömungswiderstand an jedem der verengten Bereiche Rs größer ist als der Strömungswiderstand am einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und am ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro, indem die folgenden Bauformen verwendet werden: die Länge der Fläche, in der die Durchlässe Rp in der Reihe angeordnet sind: 70 Millimeter; die Länge jedes der Durchlässe Rp zwischen den Rippen in der Erstreckungsrichtung: 200 Millimeter; die gesamte Strömungsfläche der Durchlässe Rp zwischen den Rippen, die in einer Reihe angeordnet sind: 1000 Quadratmillimeter (wenn die Fläche der Wärme abgebenden Rippen ausgenommen ist); die Kapazität des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro: jeweils 1,0 Liter; die Länge des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro in der Erstreckungsrichtung: jeweils 200 Millimeter; die Strömungsfläche des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro: jeweils 400 Quadratmillimeter; und die Strömungsfläche der verengten Bereiche Rs: jeweils 500 Quadratmillimeter. Diese Werte sind nur Beispiele und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Weiter sind, wie in 3 und 4 gezeigt, der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro unter der Fläche bzw. dem Bereich positioniert, in der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind. Die verengten Bereiche Rs sind so beschaffen, dass sie sich so über die Oberseiten (die Seiten, die gegenüber dem Antriebseinheitsgehäuse 2 positioniert sind) der Sammelräume Ro und Ri erstrecken, dass sie die Sammelräume Ro und Ri und die Durchlässe Rp zwischen den Rippen so miteinander verbinden, dass die Verbindung zwischen ihnen möglich ist.
Ein Dichtungsbauteil (in der Zeichnung nicht gezeigt), das den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro luftdicht abdichtet, ist, wenn nötig, zwischen der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 und der Unterseite des Abstandshalters 6 vorhanden. Auch ein anderes Dichtungsbauteil (in der Zeichnung nicht gezeigt), das den Kühlmittelraum R von dessen Außenseite luftdicht abdichtet, ist, wenn nötig, zwischen der Unterseite des Abstandshalters 6 und der Unterseite des Wechselrichtergehäuses 5 vorhanden.
Außerdem sind, wie in 1 und 4 gezeigt, eine einströmseitige Öffnung 51 und eine ausströmseitige Öffnung 52 mit einem seitlichen Endbereich auf einer Seite des Abstandshalters 6 verbunden, während sie parallel zueinander positioniert sind. Die einströmseitige Öffnung 51 ist so ausgebildet, dass das Kühlmittel in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri strömen kann, während die ausströmseitige Öffnung 52 so ausgebildet ist, dass das Kühlmittel aus dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro strömen kann.
Weiter wird, wie in 3 und 6 gezeigt, der Wechselrichter 3 über die Wärme abgebende Oberfläche 53a abgekühlt, da das Kühlmittel, das dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri durch eine Kühlmittelpumpe 41 zugeführt wurde, die in dem Kühlmittelzirkulationspfad (der später erklärt wird) vorhanden ist, über den verengten Bereich Rs durch die Mehrzahl an Durchlässen Rp zwischen den Rippen strömt, die parallel zueinander angeordnet sind. Nach dem Abkühlen des Wechselrichters 3 strömt das Kühlmittel durch den verengten Bereich Rs hinaus in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro.
Bei den oben beschriebenen Anordnungen strömt das Kühlmittel, das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri geströmt ist, in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise in die Durchlässe zwischen den Rippen, durch die gesamte Fläche des verengten Bereichs Rs, und strömt in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise aus den Durchlässen Rp zwischen den Rippen.
Weiter strömt, wie oben beschrieben, da der verengte Bereich Rs so beschaffen ist, dass er sich über dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt, das Kühlmittel in die Durchlässe Rp zwischen den Rippen, nachdem der gesamte Raum des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri mit dem Kühlmittel gefüllt ist. Infolgedessen ist es möglich, die Strömungsmenge des Kühlmittels in der Richtung, in der sich der verengte Bereich erstreckt, zu Vereinheitlichen. Demzufolge ist es auch möglich, dass das Kühlmittel in gleichmäßiger Weise durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt. Außerdem ist es, da der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro unter dem verengten Bereich Rs positioniert ist, möglich, zu verhindern, dass das Kühlmittel in der entgegengesetzten Richtung strömt.
Weiter bildet, wie in 3 gezeigt, die Oberseite des Antriebsgehäuses 2 einen Teil des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und einen Teil des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro. Somit wird der Elektromotor 1 über das Antriebsgehäuse 2 durch das Kühlmittel, das in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro geströmt ist, und das Kühlmittel, das aus den Durchlässen Rp zwischen den Rippen in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro geströmt ist, abgekühlt. Mit anderen Worten fungieren der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro als eine Kühleinheit für den Elektromotor 1.
Auch sind, wie in 3 und 5 gezeigt, Rippen 21 an Positionen des Antriebseinheitsgehäuses, die den ausgesparten Bereichen 61 und 62 gegenüberliegen, so beschaffen, dass die Rippen zu dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro hin hervorstehen. Bei dieser Anordnung wird die Wärmeübertragungsfläche vergrößert.
Außerdem sind der Kühlmittelraum R und der Elektromotor 1 über die gegenüberliegende Oberfläche 6a und den Abstandshalter 6 thermisch miteinander verbunden. Somit wird auch der Elektromotor 1 durch das Kühlmittel gekühlt, das durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt.
Weiter sind, wie in 6 gezeigt, die einströmseitige Öffnung 51 und der verengte Bereich Rs so positioniert, dass, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 6a hin gesehen, die Richtung, in der das Kühlmittel von der einströmseitigen Öffnung 51 in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri strömt, nicht die Richtung überlappt, in der das Kühlmittel aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri in den verengten Bereich Rs strömt. Mit anderen Worten ist in einer Draufsicht von der wärmeabgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 6a hin gesehen eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels von der einströmseitigen Öffnung 51 in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri derart gerichtet, dass sie eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri in den verengten Bereich Rs nicht überlappt.
Die Öffnung der einströmseitigen Öffnung 51 und die Öffnung des verengten Bereichs Rs sind so angeordnet, dass sie einander nicht gegenüberliegen. Ähnlich ist die Lagebeziehung zwischen der ausströmseitigen Öffnung 52 und dem verengten Bereich Rs in der gleichen Weise angeordnet.
Bei der Anordnung, in der die einströmseitige Öffnung 51 und der verengte Bereich Rs wie oben beschrieben positioniert sind, wird das Kühlmittel, das in die einströmseitige Öffnung 51 geströmt ist, daran gehindert, nur in einen Teil des verengten Bereichs Rs zu strömen. Somit ist es möglich, die Menge des Kühlmittels, das durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt, weiter zu Vereinheitlichen.
Als nächstes wird der Kühlmittelzirkulationspfad 4, mit dem der Kühlmittelraum R verbunden ist, unter Bezugnahme auf 1 weiter im Detail beschrieben.
Der Kühlmittelzirkulationspfad 4 wird dazu verwendet, eine Art von Kühlmittel durch den Kühlraum R zirkulieren zu lassen, der zwischen der Wärmesenke 53 und dem Antriebseinheitsgehäuse 2 vorhanden ist. Der Kühlmittelzirkulationspfad 4 wird aus der Kühlmittelpumpe 41, die als eine Pumpendruckquelle dient, einem Kühler 42, der als ein Wärmetauscher dient, und Strömungspfaden 43, 44 und 45, die diese Elemente miteinander verbinden, gebildet.
Die Hilfseinrichtungen für die Kühlmittelpumpe 41, wie z. B. ein Antriebsmotor, sind in der Zeichnung weggelassen. Ein auslassseitiger Strömungspfad 43 der Kühlmittelpumpe 41, der als ein Startpunkt des Kühlmittelzirkulationspfades 4 dient, ist mit der einströmseitigen Öffnung 51 auf der Eingangsseite des Kühlmittelraums R verbunden. Die ausströmseitige Öffnung 52 auf der Ausgangsseite des Kühlmittelraums R ist mit der Eingangsseite des Kühlers 42 über einen Rückströmungspfad 44 verbunden. Die Ausgangsseite des Kühlers 42 ist mit einem einlassseitigen Strömungspfad 45 der Kühlmittelpumpe 41 verbunden. Somit wird beim Kühlmittelzirkulationspfad 4 das Kühlmittel, wie z. B. Kühlwasser, von der Kühlmittelpumpe 41 hinausgepumpt und wird dann erwärmt, während es durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt, die im Kühlmittelraum R ausgebildet sind, und die Wärme von dem Modul im Wechselrichter 3 und die Wärme von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 absorbiert. Danach wird das Kühlmittel über den Rückströmungspfad 44 in den Kühler geleitet und abgekühlt, wenn die Wärme in die Luft abgegeben wird. Anschließend wird das Kühlmittel in die Kühlmittelpumpe 41 zurückgeleitet, und somit ein Zirkulationszyklus abgeschlossen. Das Kühlmittel wiederholt diese Zirkulation.
Es ist eine andere Ausführungsform akzeptabel, bei der beispielsweise ein Abschnitt des Kühlmittelzirkulationspfades 4, der dem Rückströmungspfad 44 entspricht, als ein Strömungspfad dient, der zum weiteren Kühlen durch das Antriebseinheitsgehäuse 2 verläuft.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

(1) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Beispiel beschrieben, bei dem, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche hin gesehen, der Bereich, in dem die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind, so gebildet ist, dass er den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro teilweise überlappt. Allerdings ist die Lagebeziehung zwischen dem Bereich, in dem die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind, und dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt. Die Lagebeziehung kann, wie benötigt, modifiziert werden.

In der 7 ist eine nicht erfindungsgemäße Anordnung gezeigt, bei der der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro auf einer Ebene positioniert sind, die die gleiche Ebene ist, auf der die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind. Durch Positionieren des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro auf diese Weise, ist es möglich, die Kühlstruktur 50 vorzusehen, die in ihrer Höhenrichtung einen kompakten Aufbau hat.
Als ein weiteres Beispiel ist, wie in 8 gezeigt, eine Anordnung akzeptabel, bei der, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche gesehen, der Bereich, in dem die Durchlässe Rp zwischen den Rippen ausgebildet sind, den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro vollständig überlappt. Durch Positionieren des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri und des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro auf diese Weise, ist es möglich, die Kühlstruktur 50 vorzusehen, die bezüglich ihrer Breitenrichtung einen kompakten Aufbau hat.

(2) In dem Fall, in dem, wie oben beschrieben, sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro so aufgebaut sind, dass sie das zu kühlende Objekt (d. h., den Elektromotor 1), das von dem zu erwärmenden Objekt (d. h., der Wechselrichter 3) verschieden ist, abkühlen können, ist es wünschenswert, eine Anordnung zu haben, bei der das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts höher ist als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri zum Abkühlen des zu kühlenden Objekts. Bei dieser Anordnung ist es möglich, das Kühlen des zu kühlenden Objekts mittels des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, die Temperatur des Kühlmittels im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri am Ansteigen zu hindern. Demzufolge ist es möglich, zu verhindern, dass die Kühleffizienz zum Abkühlen des Erwärmungsobjekts abnimmt.

Genauer kann, wie beispielsweise in 8 gezeigt, die Anzahl von Rippen 21, die von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 in den ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro vorstehen, größer festgelegt sein als die Anzahl der Rippen 21, die von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri vorstehen. Durch Festlegen der Anzahl an Rippen 21 auf diese Weise ist es möglich, sicherzustellen, dass die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro und dem Antriebseinheitsgehäuse 2 größer ist als die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem Antriebseinheitsgehäuse 2. Infolgedessen ist das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ro zum Abkühlen des Kühlobjekts höher festgesetzt als das Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums Ri zum Abkühlen des Kühlobjekts.
Weiter ist, wie beispielsweise in 9 gezeigt, die Fläche der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2, die in Berührung mit dem Kühlmittel im ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro ist, größer festgesetzt als die Fläche der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2, die in Berührung mit dem Kühlmittel in dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri ist, und auch die Anzahl von Rippen 21 in dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro ist größer festgesetzt als die Anzahl von Rippen in dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri. Bei dieser Anordnung ist auch die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro und dem Antriebseinheitsgehäuse 2 größer als die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem Antriebseinheitsgehäuse 2. Infolgedessen ist das Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro zum Abkühlen des Kühlobjekts höher festgelegt.

(3) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Beispiel erklärt, bei dem sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro thermisch so mit dem Elektromotor 1 verbunden sind, dass sie in der Lage sind, den Elektromotor 1 zu kühlen. Allerdings ist auch eine andere Anordnung akzeptabel, bei der nur einer aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro so aufgebaut ist, dass er in der Lage ist, den Elektromotor 1 abzukühlen. In diesem Fall kann der andere Kühlmittelsammelraum so positioniert sein, dass er nicht thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. Beispielsweise kann der andere Kühlmittelsammelraum auf der Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 positioniert sein, während ein Wärme isolierendes Bauteil dazwischen angeordnet ist, oder kann so positioniert sein, dass er einen Abstand von dem Antriebseinheitsgehäuse 2 hat.

Weiter ist eine andere Anordnung akzeptabel, bei der weder der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri noch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden sind, so dass der Elektromotor 1 von keinem aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro abgekühlt wird.

(4) Weiter ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform eine Anordnung akzeptabel, bei der eine Wärme isolierende Einheit 63 zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro vorgesehen ist, wie in 8 und 9 gezeigt. Bei dieser Anordnung ist es möglich, zu verhindern, dass die Temperatur des Kühlmittels in dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri durch eine Wärmeübertragung vom ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro zu dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri erhöht wird. Infolgedessen ist es möglich, die Kühleffizienz sogar noch weiter zu erhöhen.
(5) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und die einströmseitige Öffnung 51 so positioniert, dass die Richtung, in der sich der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt, mit der Richtung übereinstimmt, in der sich die einströmseitige Öffnung 51 erstreckt. Allerdings ist die Lagebeziehung zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri und der einströmseitigen Öffnung 51 nicht auf das in der Ausführungsform beschriebene Beispiel beschränkt. Es ist akzeptabel, die Lagebeziehung, wie benötigt, zu modifizieren. Beispielsweise ist eine andere Anordnung akzeptabel, bei der die einströmseitige Öffnung 51 in einer Richtung vorhanden ist, die senkrecht zu der Richtung ist, in der sich der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt, oder bei der die einströmseitige Öffnung 51 über oder unter dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri vorhanden ist.

Auch ist es, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform erklärt, bevorzugt, dass die Lagebeziehung zwischen der einströmseitigen Öffnung 51 und dem verengten Bereich Rs so angeordnet ist, dass die Öffnung der ausströmseitigen Öffnung 51 und die Öffnung des verengten Bereichs Rs einander nicht gegenüberliegen. Allerdings muss die Lagebeziehung nicht unbedingt auf diese Weise angeordnet sein. Selbst in einem Fall, in dem die Öffnung der ausströmseitigen Öffnung 51 und die Öffnung des verengten Bereichs Rs so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, verteilt sich, da der Strömungswiderstand an dem verengten Bereich Rs so festgelegt ist, dass er größer ist als der Strömungswiderstand an dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ri, das Kühlmittel über die gesamte Länge, über die sich der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri erstreckt. Somit ist es möglich, die Menge des Kühlmittels, das durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt, im Wesentlichen einheitlich zu machen.
Obwohl die Lagebeziehung zwischen der einströmseitigen Öffnung 51 und dem verengten Bereich Rs oben als ein Beispiel erklärt wird, ist es möglich, das gleiche auf die Lagebeziehung zwischen der ausströmseitigen Öffnung 52 und dem verengten Bereich Rp anzuwenden.
Wie oben erklärt ist es, unabhängig von den Positionen, an denen die einströmseitige Öffnung 51 und die ausströmseitige Öffnung 52 vorhanden sind, möglich, den Strömungszustand des Kühlmittels, das durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt, einheitlich zu halten. Somit ist es, abhängig von dem Lagezustand der zu installierenden Kühlstruktur 50, möglich, die Positionen, an denen die einströmseitige Öffnung 51 und die ausströmseitige Öffnung 52 vorhanden sind, wie benötigt, zu bestimmen. Demzufolge steigt der Grad der Freiheit in Bezug auf die Gestaltung der Vorrichtung.

(6) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Beispiel erklärt, in dem der einströmseitige Kühlmittelsammelraum Ri und der verengte Bereich Rs auf der Einströmseite sowie der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro und der verengte Bereich Rs auf der Ausströmseite vorhanden sind. Allerdings ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro und der verengte Bereich Rs auf der Ausströmseite vorhanden sind. Es ist akzeptabel, den Aufbau, wie benötigt, zu modifizieren. Beispielsweise ist ein Aufbau akzeptabel, bei dem der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum Ro und der verengte Bereich Rs auf der Ausströmseite nicht vorhanden sind, oder ein Aufbau, bei dem die Durchlässe Rp zwischen den Rippen mit dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum Ro so verbunden sind, dass eine Verbindung dazwischen möglich ist, ohne dass sich der verengte Bereich Rs dazwischen befindet.

Weiter ist es, in Bezug auf die Beziehung zwischen der Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs Rs auf der Einströmseite und der Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs Rs auf der Ausströmseite, möglich, sicherzustellen, dass das Kühlmittel gleichmäßig strömt, indem die Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs Rs auf der Ausströmseite so festgelegt ist, dass sie geringer ist als die Reduzierung der Fläche des verengten Bereichs Rs auf der Einströmseite.

(7) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, bei dem die Kühlstruktur 50 durch Anordnen des Abstandshalters 6 und der Wärmesenke 53 auf der oberen Fläche bzw. Oberseite des Antriebseinheitsgehäuses 2 aufgebaut ist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und auch andere Bauformen sind akzeptabel. Beispielsweise ist es akzeptabel, die Kühlstruktur 50 integral mit den anderen Elementen auszubilden.
(8) In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Wärme abgebenden Rippen 56 durch Schneiden und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke 53 so ausgebildet, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a hervorstehen. Allerdings ist es akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen durch Verwendung anderer Verfahren auszubilden. Beispielsweise ist es akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen, die separat hergestellt wurden, auf die Wärme abgebende Oberfläche zu schweißen. Alternativ ist es auch akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen unter Verwendung einer Form integral zusammen mit der Wärmesenke auszubilden.
(9) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Kühlstruktur 50 so aufgebaut, dass sie die Wärme erzeugenden Bauteile thermisch schützt, indem sie die Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Bauteile, wie den Wechselrichter 3 und den Elektromotor 1, die in der Antriebseinheit enthalten sind, erzeugt wurde, an das Kühlmittel abgibt. Allerdings ist eine andere Anordnung akzeptabel, bei der die Kühlstruktur so aufgebaut ist, dass die Wärme, die von einem Wechselrichter oder anderen elektronischen Teilen in einer anderen Vorrichtung erzeugt wurde, an das Kühlmittel abgegeben wird.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil und die Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung können effektiv als eine Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil verwendet werden, die ein hohes Niveau an Wärmeabgabeleistung hat, und eine Antriebseinheit, die eine solche Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil enthält, und deshalb in der Lage ist, als eine Vorrichtung zu dienen, die kompakt und energiesparend ist.

Claims

Kühlstruktur (50) für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3), bei dem ein Kühlmittelraum (R) zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche (53a), die thermisch mit einem Wärme erzeugenden Bauteil (3) verbindbar ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche (6a), die gegenüber der Wärme abgebenden Oberfläche positioniert ist, ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen (56) im Kühlmittelraum (R) vorhanden ist, die von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zur gegenüberliegenden Oberfläche hin hervorstehen und parallel zueinander nebeneinander angeordnet sind, und Durchlässe (Rp) zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordneten Rippen ausgebildet sind, durch die Kühlmittel strömen kann, wobei die Kühlstruktur (50) eine einströmseitige Öffnung (51) aufweist, durch die Kühlmittel in einen einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) strömen kann, der sich in einer Richtung erstreckt, in der die Durchlässe (Rp) in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und der mit einströmseitigen Enden der Durchlässe (Rp) über einen verengten Bereich (Rs) verbunden ist, der längs eines Bereiches, von dem die Durchlässe (Rp) der Reihe nach ausgehen, in diesen Bereich mündet und einen Strömungswiderstand hat, der größer ist als ein Strömungswiderstand im einströmseitigen Kühlmittelsammelraum, und wobei die einströmseitige Öffnung (51) und der verengte Bereich (Rs) so positioniert sind, dass, in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zu der gegenüberliegenden Oberfläche (6a) hin gesehen, eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels von der einströmseitigen Öffnung (51) in den einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) eine gedachte Verlängerung eines Strömungspfades der Strömung des Kühlmittels aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) in den verengten Bereich (Rs) nicht überlappt.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach Anspruch 1, weiter enthaltend: einen ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ro), der sich in der Richtung erstreckt, in der die Durchlässe (Rp) zwischen den Rippen (56) in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, und der mit ausströmseitigen Enden der Durchlässe verbunden ist.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach Anspruch 2, wobei die Durchlässe (Rp) und der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum (Ro) über einen weiteren verengten Bereich (Rs) verbunden sind, der sich längs eines Bereiches erstreckt, in den die in einer Reihe nebeneinander angeordneten Durchlässe münden, und einen Strömungswiderstand hat, der größer ist als ein Strömungswiderstand im ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ro).
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest einer aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ro) als eine Kühleinheit fungiert, die ein Kühlobjekt (1) abkühlt, das von dem Wärme erzeugenden Bauteil (3) verschieden ist.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in einer Draufsicht von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zu der gegenüberliegenden Oberfläche (6a) gesehen, ein Bereich, in dem die Durchlässe (Rp) ausgebildet sind, zumindest einen aus dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ro) überlappt.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Wärme isolierende Einheit (63) zwischen dem einströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ri) und dem ausströmseitigen Kühlmittelsammelraum (Ro) vorgesehen ist.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach Anspruch 4, wobei sowohl der einströmseitige Kühlmittelsammelraum (Ri) als auch der ausströmseitige Kühlmittelsammelraum (Ro) so aufgebaut sind, dass sie das Kühlobjekt (1) abkühlen können, und ein Niveau der Kühlleistung des ausströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des Kühlobjekts höher festgelegt ist als ein Niveau der Kühlleistung des einströmseitigen Kühlmittelsammelraums zum Abkühlen des Kühlobjekts.
Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wärme abgebenden Rippen (56) so ausgebildet sind, dass Längen ihrer der gegenüberliegenden Oberfläche (6a) zugewandten Ränder verschieden von Längen ihrer Basisränder sind, so dass der Bereich, von dem die Durchlässe (Rp) der Reihe nach ausgehen, als ein schräger Einströmbereich an einem Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen ausgebildet ist, der eine Endfläche hat, die in Bezug auf eine Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen (56) stehen, geneigt ist.
Antriebseinheit, enthaltend: einen Elektromotor; ein Antriebseinheitsgehäuse (2), in dem der Elektromotor (1) untergebracht ist; einen Wechselrichter (3), der den Elektromotor steuert; und die Kühlstruktur (50) für ein Wärme erzeugendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Wechselrichter (3) das Wärme erzeugende Bauteil ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei das Antriebseinheitsgehäuse (2) in Bezug auf die Wärme abgebende Oberfläche (53a) auf der Seite der gegenüberliegenden Oberfläche positioniert ist, und das Antriebseinheitsgehäuse thermisch mit der gegenüberliegenden Oberfläche verbunden ist.