DE112008000040B4

DE112008000040B4 - Kühlstruktur einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente und Antriebseinheit

Info

Publication number: DE112008000040B4
Application number: DE112008000040T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Aoki; Junji Tsuruoka; Seiji Yasui; Yasushi Kabata; Hideyuki Miyahara; Masaharu Kumagai
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Nakamura Manufacturing Co Ltd; Nakamura Seisakusho KK
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: JP4861840B2; JP2008186820A; US7728467B2; CN101548589A; CN101548589B; DE112008000040T5; US20080179972A1; WO2008090855A1

Abstract

Kühlstruktur einer Wärmesenke (53) für eine Wärme erzeugende Komponente (3), mit: einer Wärmesenke (53), die zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche (53a), die eingerichtet ist zu Wärme leitender Verbindung mit wenigstens einer Wärme erzeugenden Komponente (3), und einer der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) gegenüberliegenden Oberfläche (2a) einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelraum (R) aufweist; einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten, Wärme abgebenden Rippen (56), die in dem Kühlmittelraum (R) von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zu der gegenüberliegenden Oberfläche (2a) hin abstehen, wobei benachbarte Rippen (56) derart beabstandet sind, dass zwischen ihnen jeweils ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Durchlass (Rp) ausgebildet ist, wobei jede der Rippen (56) in Strömungsrichtung des Kühlmittels eine Mäanderform mit einer Mehrzahl von gebogenen Abschnitten (56a, 56b) aufweist, und wobei die Seitenwandflächen (56c, 56d) auf den beiden Seiten jeder der Rippen (56) unterschiedliche Formen aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente und eine Antriebseinheit. Bei der Kühlstruktur ist ein Kühlmittelraum zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche, die thermisch mit einer Wärme erzeugenden Komponente verbunden ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die gegenüber der Wärme erzeugenden Oberfläche positioniert ist, ausgebildet, eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen, die von der Wärme abgebenden Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche hin vorstehen, sind parallel zueinander im Kühlmittelraum vorhanden, und ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen ausgebildet, die nebeneinander positioniert sind.
Die Antriebseinheit enthält einen Elektromotor; ein Antriebseinheitgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist; einen Wechselrichter, der den Elektromotor steuert, und die oben beschriebene Kühlstruktur, wobei der Wechselrichter als die Wärme erzeugende Komponente verwendet wird.
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 über ein Stromkabel mit dem Elektromotor verbunden. Somit ist es möglich, diese Elemente an geeigneten Stellen, entfernt vom Elektromotor, zu positionieren. Allerdings können der Einfachheit halber während der Installation dieser Elemente im Fahrzeug, diese Elemente 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 integriert sind, in die der Elektromotor eingebaut ist, 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 der Wärme, die sie selbst erzeugen, ansteigen, notwendig, den Wechselrichter und dergleichen so abzukühlen, 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, wobei die Antriebseinheit den Elektromotor, ein Antriebseinheitgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist, und den Wechselrichter, der den Elektromotor steuert (siehe z. B. Patentdokument 1), enthält.
Bei der Kühlstruktur, die in der in Patentdokument 1 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 und thermisch mit dem Antriebseinheitgehäuse verbunden ist, ausgebildet. Eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen ist so im Kühlmittelraum vorgesehen, so dass die Rippen parallel zueinander positioniert sind, und so stehen, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche auf der Seite des Wechselrichtergehäuses zu der Gehäusefläche auf der Seite des Antriebseinheitgehäuses hin vorstehen. Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen ausgebildet, die nebeneinander positioniert sind. Bei dieser Art Kühlstruktur strömt das Kühlmittel, das durch eine Kühlmittelpumpe in den Kühlmittelraum zugeführt wird, durch die Mehrzahl von Durchlässen zwischen den Rippen, die parallel zueinander positioniert sind. Bei dieser Anordnung ist es möglich, den Wechselrichter über die Wärme abgebende Oberfläche abzukühlen, und auch den Elektromotor über die gegenüberliegende Oberfläche abzukühlen.
Bei herkömmlichen Kühlstrukturen für eine Wärme erzeugende Komponente, die zum Abkühlen einer Wärme erzeugenden Komponente wie eines Wechselrichters, wie dem oben beschriebenen verwendet werden, wurde ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem die Wärme abgebenden Rippen durch Schlitzen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche, die thermisch mit der Wärme erzeugenden Komponente verbunden ist, mithilfe eines Schneidwerkzeugs (siehe z. B. Patentdokumente 2 und 3), so ausgebildet werden, dass sie von einer Wärme abgebenden Oberfläche wegstehen.
Bei den herkömmlichen Kühlstrukturen für Wärme erzeugende Komponenten bzw. Bauteile, die in Patentdokumenten 2 und 3 offenbart sind, ist die Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet, dass sie durch Schneiden bzw. Abtragen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche mehrere Male hintereinander parallel zueinander positioniert sind, so dass ein kleiner Abstand zwischen den Wärme abgebenden Rippen besteht. Somit sind Durchlässe zwischen den Rippen, von denen jeder eine geringe Breite hat, so ausgebildet, dass ein kleiner Abstand dazwischen besteht. Bei diesem Aufbau ist berücksichtigt, dass die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Rippen vergrößert wird, und das Niveau der Wärmeabgabeleistung verbessert wird.
Eine andere Kühlstruktur für eine Wärme erzeugende Komponente wurde vorgeschlagen, bei der eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen, die von der Wärme abgebenden Oberfläche wegstehen, parallel zueinander positioniert sind. Ein Durchlass zwischen den Rippen, durch den Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei nebeneinander positionierten Rippen aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen gebildet. Weiter ist jede der Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet, dass sie eine Mäanderform hat, die eine Mehrzahl von gebogenen Bereichen entlang der Richtung aufweist, in der das Kühlmittel strömt (siehe z. B. Patentdokument 4).
Bei der im Patentdokument 4 offenbarten Kühlstruktur ist durch Anordnen der Mehrzahl von mäanderförmigen Wärme abgebenden Rippen derart, dass sie parallel zueinander positioniert sind, ein mäanderförmiger Durchlass zwischen den Rippen mit Biegungsbereichen, die die Strömungsrichtung umlenken, zwischen je zwei aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen ausgebildet, die nebeneinander positioniert sind. Bei diesem Aufbau ist berücksichtigt, dass die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Rippen vergrößert ist, und auch das Niveau der Wärmeabgabeleistung durch Biegen der Strömungsrichtung des Kühlmittels an den Biegungsbereichen der Durchlässe zwischen den Rippen verbessert wird, so dass eine Verwirbelung der Strömung gefördert wird.
Patentdokument 1: internationale Veröffentlichung Nr. WO 2004/025807
Patentdokument 2: japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2005-142247
Patentdokument 3: japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2005-254417
Patentdokument 4: japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP-A-2006-100293
Bei den Kühlstrukturen einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente, die zum Abkühlen von Wärme erzeugenden Bauteilen, wie einem oben beschriebenen Wechselrichter, verwendet werden, besteht ein Bedarf, das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu verbessern, da die Antriebseinheiten in letzter Zeit kompakter geworden sind.
Insbesondere sind, selbst wenn das Kühlmittel so geleitet wird, dass es in mäanderförmigen Durchlässen zwischen den Rippen strömt, wie bei der in Patentdokument 4 offenbarten Kühlstruktur für ein Wärme erzeugendes Bauteil, sind die Seitenwandflächen auf beiden Seiten jeder der Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet, dass sie die gleiche Form haben. Somit ist die Durchlassbreite der Durchlässe zwischen den Rippen bezüglich der Richtung, in der die Wärme abgebenden Rippen parallel zueinander positioniert sind, gleichmäßig. Infolgedessen ist es nicht möglich, dem Kühlmittel, das durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt, genügend Verwirbelung zu erlauben. Demzufolge wird das Niveau der Wärmeabgabeleistung nicht stark genug verbessert.
Auch besteht eine Idee zum Verbessern des Niveaus der Wärmeabgabeleistung darin, die Menge von Kühlmittel zu erhöhen, das einem Kühlmittelraum durch eine Kühlmittelpumpe zugeführt wird. Allerdings tritt, da ein Druckverlust im Kühlmittelraum verhältnismäßig hoch ist, ein Problem auf, dass die Kühlmittelpumpe groß sein muss, und der Energieverlust steigt.
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlstruktur einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente zu realisieren, die einen hohen Grad an Wärmeabgabeleistung hat, und weiter eine Antriebseinheit zu realisieren, die eine solche Kühlstruktur aufweist, und die deshalb kompakt und energiesparend sein kann.
Die vorstehende Aufgabe wird mit einer Kühlstruktur gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 7 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlstruktur gerichtet.
Die Ansprüche 8 und 9 kennzeichnen eine Antriebseinheit, die eine erfindungsgemäße Kühlstruktur enthält.
Bei dem ersten charakteristischen Aufbau der Kühlstruktur einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente bzw. ein Wärme erzeugendes Bauteil ist es, da jede der Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet ist, dass sie eine Mäanderform hat, die die Mehrzahl an gebogenen Bereichen entlang der Richtung aufweist, in der das Kühlmittel strömt, möglich, mäanderförmige Durchlässe zwischen den Rippen zu bilden, die Biegungsbereiche zwischen je zwei nebeneinander positionierten Rippen aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen haben, die die Strömungsrichtung des Kühlmittels umlenken. Infolgedessen ist es möglich, die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Rippen zu vergrößern. Auch ist es möglich, das Niveau der Wärmeabgabeleistung zu verbessern, da die Strömungsrichtung des Kühlmittels an den Biegungsbereichen der Durchlässe zwischen den Rippen gebogen wird, so dass Wirbel in der Strömung gefördert werden.
Weiter ist es, in einem Fall, in dem das Kühlmittel durch die mäanderförmigen Durchlässe zwischen den Rippen strömt, die die Biegungsbereiche aufweisen, durch die Anordnung, bei der die Seitenwandflächen auf beiden Seiten jeder der Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet sind, dass sie gegenseitig verschiedene Formen haben, möglich, die Durchlassbreite des Durchlasses zwischen den Rippen in der Richtung, in der die Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen parallel zueinander positioniert sind, durch eine Anordnung, bei der die Durchlassbreite des Bereichs zwischen zwei Seitenwandflächen, die die gegenseitig verschiedenen Formen haben, sich von der Durchlassweite anderer Bereiche unterscheidet, so aufzubauen, dass sie sich in der Strömungsrichtung des Kühlmittels unterscheiden. Infolgedessen ist es, da das Kühlmittel durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt, deren Durchlassbreite variiert, möglich, Wirbel in der Strömung des Kühlmittels weiter zu fördern, und das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu verbessern.
Demzufolge ist die vorliegende Erfindung dazu in der Lage, eine Kühlstruktur zu realisieren, die ein hohes Niveau an Wärmeabgabeleistung hat.
Ein zweiter charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass, zusätzlich zu dem ersten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur, zumindest einer aus der Mehrzahl von gebogenen Bereichen so angeordnet ist, dass er ein gebogener Bereich mit einer verschiedenen Form ist, der infolge der Anordnung der Seitenwandflächen auf beiden Seiten von jeder der Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet wurde, dass er die gegenseitig verschieden gebogenen Formen hat, und der verschieden geformte gebogene Bereich wird durch Anordnen der Seitenwandfläche auf einer Seite derart erzielt, dass sie eine Bogenform hat, während die Seitenwandfläche auf der anderen Seite so angeordnet ist, dass sie eine kantige bzw. eckige Form hat.
Bei dem zweiten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur ist es, da der gebogene Bereich der Wärme abgebenden Rippe so angeordnet ist, dass er der gebogene Bereich mit der anderen Form ist, möglich, die Durchlassbreite des Durchlasses zwischen den Rippen, durch die Anordnung, bei der die Durchlassbreite des Biegungsbereichs sich von der Durchlassbreite der anderen Bereiche unterscheidet, so aufzubauen, dass sie in der Strömungsrichtung des Kühlmittels variiert. Infolgedessen ist es, da das Kühlmittel durch die mäanderförmigen Durchlässe zwischen den Rippen strömt, bei denen sich die Durchlassbreite im Biegungsbereich ändert, möglich, sehr starke Wirbel in der Strömung des Kühlmittels zu erzeugen und aufgrund eines synergetischen Effekts, der durch die Biegung in der Strömungsrichtung des Kühlmittels und die Veränderungen in der Durchlassbreite erzeugt wird, auch ein extrem hohes Niveau von Kühlmittelleistung zu realisieren.
Ein dritter charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu dem ersten oder zweiten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur jede der Wärme abgebenden Rippen so vorgesehen ist, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche wegsteht, wobei sie in einem Winkel angeordnet ist.
Bei dem dritten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur ist es, da jede der Wärme abgebenden Rippen stehend bereitgestellt ist, so dass sie unter einem Winkel bezüglich der gegenüberliegenden Oberfläche wegsteht, möglich, die Länge jeder der Wärme abgebenden Rippen in Bezug auf die Wegstehrichtung länger zu machen. Somit ist es möglich, die Wärmeübertragungsfläche der Wärme übertragenden Rippen zu vergrößern, und das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu verbessern.
Ein vierter charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu jedem aus dem ersten bis dritten Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur ein Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen an der gegenüberliegenden Oberfläche anstößt.
Bei dem vierten charakteristischen Aufbau der Kühlstruktur wird, da der Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen in Anlage an der gegenüberliegenden Oberfläche ist, das Kühlmittel, das durch einen der Durchlässe zwischen den Rippen strömt, daran gehindert, durch die Randbereichseite der Wärme abgebenden Rippe in einen anderen, benachbarten Durchlass zwischen den Rippen zu strömen. Somit ist es möglich, dass das Kühlmittel in gleichmäßiger Weise durch jeden aus der Mehrzahl von Durchlässen zwischen den Rippen strömt. Infolgedessen ist es möglich, sicherzustellen, dass die Niveaus der Wärmeabgabeleistung in der Mehrzahl von Durchlässen zwischen den Rippen im Wesentlichen einheitlich sind. Weiter ist es, da der Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen an der gegenüberliegenden Oberfläche in Anlage ist, möglich, die Wärme, die zu der gegenüberliegenden Oberfläche zu der Kühlmittelseite übertragen wurde, durch die Wärme abgebenden Rippen angemessen abzugeben.
Ein fünfter charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu einer der oben beschriebenen Bauformen eins bis vier der Kühlstruktur in der Wärme abgebenden Oberfläche in den Durchlässen zwischen den Rippen ein konkaver Bereich und ein konvexer Bereich entlang der Richtung, in der das Kühlmittel strömt, ausgebildet sind.
Bei der fünften charakteristischen Anordnung der oben beschriebenen Kühlstruktur ist es, da auf der Wärme abgebende Oberfläche der konkave Bereich und der konvexe Bereich ausgebildet sind, möglich, die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Oberfläche zu vergrößern, und das Niveau der Wärmeübertragungsleistung weiter zu verbessern.
Weiter ist es, da das Kühlmittel entlang des konkaven Bereichs und des konvexen Bereichs, die auf der Wärme abgebenden Oberfläche ausgebildet sind, durch die Durchlässe zwischen den Rippen strömt, möglich, Wirbel in der Strömung des Kühlmittels weiter zu fördern und das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu verbessern.
Es ist möglich, die Wärme abgebende Oberfläche so anzuordnen, dass sie, zusätzlich zu der Ausbildung der Wärme abgebenden Rippen, den konkaven Bereich und den konvexen Bereich, wie oben beschrieben, aufweist. In dem Fall, in dem die Wärme abgebenden Rippen so ausgebildet sind, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche wegstehen, indem die Wärme abgebenden Oberfläche unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs geschnitten bzw. abgetragen und angehoben wird, ist es möglich, die konkaven und konvexen Bereiche und die Wärme abgebenden Rippen durch Gestalten der Form des Schneidwerkzeugs in dem Bereich, der in Anlage mit der Wärme abgebenden Fläche ist, gleichzeitig auszubilden.
Ein sechster charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu einer der ersten bis fünften Bauform der oben beschriebenen Kühlstruktur ein Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen auf der Kühlmitteleinströmseite so gestaltet ist, dass der Winkel, der durch die Richtung, in der das Kühlmittel in den Kühlmittelraum strömt und die Richtung, in der das Kühlmittel in den Durchlass zwischen den Rippen strömt, gebildet wird, stumpf ist, und ein Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen auf der Kühlmittelausströmseite ist so gestaltet, dass der Winkel, der durch die Richtung, in die das Kühlmittel aus dem Durchlass zwischen den Rippen strömt, und die Richtung, in der das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum strömt, gebildet wird, stumpf ist.
Mit dem sechsten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur ist es möglich, das Kühlmittel, das in den Kühlmittelraum geströmt ist, nur durch Umlenken der Einströmrichtung derart, dass sie den stumpfen Winkel bildet, dazu zu veranlassen, in die Durchlässe zwischen den Rippen zu strömen. Auch ist es möglich, das Kühlmittel, das aus den Durchlässen zwischen den Rippen geströmt ist, nur durch Umlenken der Ausströmrichtung derart, dass sie in einem stumpfen Winkel bildet, dazu zu veranlassen, aus dem Kühlmittelraum zu strömen. Somit ist es möglich, das Kühlmittel dazu zu bringen, gleichmäßig in und aus dem Kühlmittelraum und den Durchlässen zwischen den Rippen zu strömen. Als Ergebnis ist es möglich eine Zunahme des Druckverlusts zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, die Kühlmittelpumpe, die zum Zuführen des Kühlmittels in den Kühlmittelraum verwendet wird, so aufzubauen, dass sie kompakt und energiesparend ist.
Ein siebter charakteristischer Aufbau der Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu einer der Bauformen eins bis sechs der oben beschriebenen Kühlstruktur die Wärme abgebende Oberfläche in den Durchlässen zwischen den Rippen so ausgebildet ist, dass sie eine konkave Form hat, und ein Niveauunterschied zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche und einem Kühlmitteleinströmbereich in den Durchlässen zwischen den Rippen und ein Niveauunterschied zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche und einem Kühlmittelausströmbereich in den Durchlässen zwischen den Rippen jeweils durch eine schräge Oberfläche verbunden sind.
Mit dem siebten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Kühlstruktur ist es, da die Wärme abgebende Oberfläche in den Durchlässen zwischen den Rippen so ausgebildet ist, dass sie einen konkaven Bereich hat, möglich, die Wärme abgebende Oberfläche näher an der Seite des Wärme erzeugenden Bauteils zu positionieren. Somit kann sichergestellt werden, dass die Wärme, die von dem Wärme erzeugenden Bauteil erzeugt wird, einwandfrei auf die Wärme abgebende Oberfläche übertragen wird. Weiter ist es, da der Niveauunterschied zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche und dem Kühlmitteleinströmbereich in den Durchlässen zwischen den Rippen, und der Niveauunterschied zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche und dem Kühlmittelausströmbereich in den Durchlässen zwischen den Rippen jeweils durch die schräge Oberfläche verbunden sind, die entweder flach oder gewölbt ist, möglich, sicherzustellen, dass das Kühlmittel gleichmäßig in die und aus den Durchlässen zwischen den Rippen strömt. Es ist somit möglich, einen steigenden Druckverlust zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, die Kühlmittelpumpe, die dazu verwendet wird, dem Kühlmittelraum Kühlmittel zuzuführen, kompakt und energiesparend aufzubauen.
Außerdem ist es in dem Fall, in dem die Wärme abgebenden Rippen durch Schneiden und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs so ausgebildet sind, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche vorstehen, möglich, die schräge Oberfläche und die Wärme abgebenden Rippen durch Gestalten der Form des Schneidwerkzeugs in dem Bereich, der an der Wärme abgebenden Oberfläche in Anlage ist, gleichzeitig auszubilden.
Zum Erzielen der oben beschriebenen Aufgabe, enthält die Antriebseinheit in einem ersten charakteristischen Aufbau einer Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung: einen Elektromotor; ein Antriebseinheitgehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist; einen Wechselrichter, der den Elektromotor steuert; und die Kühlstruktur, die eine der oben beschriebenen Bauformen eins bis sieben aufweist, während der Wechselrichter als die Wärme erzeugende Komponente verwendet wird.
Bei dem ersten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Antriebseinheit ist selbst in dem Fall, in dem die Antriebseinheit, in die der Elektromotor eingebaut ist, integral mit dem Wechselrichter ausgebildet ist, die Kühlstruktur nach der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung in der Antriebseinheit enthalten, während der Wechselrichter als die Wärme erzeugende Komponente verwendet wird. Somit ist es möglich, den gleichen charakteristischen Aufbau zu erzielen, wie der charakteristische Aufbau der Kühlstruktur. Infolgedessen ist es möglich, die Wärme angemessen vom Wechselrichter abzugeben und den Wechselrichter thermisch zu schützen.
Ein zweiter charakteristischer Aufbau der Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zusätzlich zu dem ersten charakteristische Aufbau der oben beschriebenen Antriebseinheit das Antriebseinheitgehäuse in Bezug auf die Wärme abgebende Oberfläche auf der Seite der gegenüberliegenden Oberfläche positioniert ist, und das Antriebseinheitgehäuse thermisch mit der gegenüberliegenden Oberfläche verbunden ist.
Bei dem zweiten charakteristischen Aufbau der oben beschriebenen Antriebseinheit ist es, da das Antriebseinheitgehäuse thermisch mit der Wärme abgebenden Oberfläche verbunden ist, möglich, die Wärme, die durch den Elektromotor und dergleichen im Antriebseinheitgehäuse erzeugt wird, über die Wärme abgebende Oberfläche zur Kühlmittelseite hin abzugeben.
Außerdem ist es in dem Fall, in dem das Antriebseinheitgehäuse thermisch mit der Wärme abgebenden Oberfläche verbunden ist, wie oben beschrieben, dadurch, dass der Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen in Anlage mit der gegenüberliegenden Oberfläche ist, möglich, das Niveau der Wärmeabgabeleistung von der Wärme abgebenden Oberfläche zu der Kühlmittelseite zu verbessern.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
1 ist eine Zeichnung, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelzirkulationspfades in einer Kühlstruktur einer Wärmesenke zeigt.
2 ist eine Seitenquerschnittansicht eines schematischen Aufbaus einer Antriebseinheit, die die Kühlstruktur enthält.
3 ist eine Draufsicht, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums zeigt.
4 ist eine vertikale Schnittansicht, die die Beschaffenheit des Kühlmittelraums zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die zeigt, wie man Wärme abgebende Rippen ausbildet.
6 ist eine Draufsicht, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums einer anderen Ausführungsform zeigt.
7 ist eine vertikale Schnittansicht, die die Beschaffenheit eines Kühlmittelraums eines noch einer anderen Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Seitenteilschnittansicht von Wärme abgebenden Rippen.
9 ist eine Seitenteilschnittansicht von Wärme abgebenden Rippen einer anderen Ausführungsform.
10 ist eine Seitenteilschnittansicht von Wärme abgebenden Rippen einer noch einer anderen Ausführungsform.
Ausführungsformen einer Kühlstruktur und einer Antriebseinheit, die die Kühlstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt, 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 Antriebseinheitgehäuse 2, in dem der Elektromotor 1 untergebracht ist, und einen Wechselrichter 3, der den Elektromotor 1 steuert. Die Antriebseinheit verwendet eine Kühlstruktur 50 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. In dem Antriebseinheitgehäuse 2 sind ein Motor und/oder ein Generator untergebracht, die als der Elektromotor 1 dienen, sowie Hilfsmechanismen wie eine Differenzialvorrichtung und ein Vorlegeradmechanismus.
Der detaillierte Aufbau der Kühlstruktur 50 wird später beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist die Kühlstruktur 50 so aufgebaut, dass die Wärme, die von den Wärme erzeugenden Bauteilen bzw. Komponenten, wie dem Wechselrichter 3 und dem 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, auf dem der Schalttransistor und die Schaltungselemente bereitgestellt sind, enthält. Durch einen Schaltvorgang wandelt der Schalttransistor einen Gleichstrom von einer Batteriestromquelle in einen Wechselstrom um (einen Dreiphasenwechselstrom, wenn der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstromelektromotor ist).
Wie in 2 gezeigt, ist der Wechselrichter 3 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 Teil am Substrat angebracht ist. Die Wärmesenke 53 ist am Bodenbereich eines Wechselrichtergehäuses 7 fixiert, in dem der Wechselrichter 3 angebracht ist. Die untere Fläche bzw. Unterseite der Wärmesenke 53 dient als eine Wärme abgebende Oberfläche 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 in dem Antriebseinheitgehäuse 2 untergebracht. Die obere Fläche des Antriebseinheitgehäuses 2 ist der Wärme abgebenden Oberfläche 53a gegenüber positioniert und eine gegenüberliegende Oberfläche 2a, die thermisch mit dem Elektromotor 1 verbunden ist, ist gebildet.
Genauer, ist ein rechteckiger ausgesparter Bereich auf der oberen Fläche bzw. Oberseite des Antriebseinheitgehäuses 2 ausgebildet, so dass ein Kühlmittelraum R (der später erklärt wird) zwischen dem Antriebseinheitgehäuse 2 und der unteren Fläche bzw. Unterseite der Wärmesenke 53 (d. h., der Wärme abgebenden Fläche 53a) ausgebildet ist, während die Wärmesenke 53 auf dem Antriebseinheitgehäuse 2 installiert ist. Die Bodenfläche des ausgesparten Bereichs dient als die gegenüberliegende Oberfläche 2a.
Außerdem ist ein Dichtungsteil (in der Zeichnung nicht gezeigt), das den Kühlmittelraum R luftdicht von dessen Umgebung abdichtet, wenn nötig, zwischen der oberen Fläche des Antriebseinheitgehäuses 2 und der unteren Fläche der Wärmesenke 53 vorgesehen.
Bei der vorliegenden Anmeldung ist, wenn es heißt „die Wärme abgebende Oberfläche 53a und die gegenüberliegende Oberfläche 2a sind thermisch mit dem Wechselrichter 3 bzw. dem Elektromotor 1 verbunden”, gemeint, dass die Wärme, die von dem Wechselrichter 3 und von dem Elektromotor 1 erzeugt wird, entweder direkt oder indirekt auf die Wärme abgebende Oberfläche 53a bzw. die gegenüberliegende Oberfläche 2a übertragen wird.
Bei der Kühlstruktur 50 ist der Kühlmittelraum R zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke 53 und der gegenüberliegenden Oberfläche 2a des Antriebseinheitgehäuses 2 ausgebildet, und eine Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56 sind in dem Kühlmittelraum R so vorhanden, dass sie parallel zueinander positioniert sind und von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a hin hervorstehen, und ein Durchlass Rp zwischen den Rippen, durch den das Kühlmittel strömt, ist zwischen je zwei aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet, die nebeneinander positioniert sind. Das Kühlmittel, das dem Kühlmittelraum R mittels einer Kühlmittelpumpe 41 (siehe 1) zugeführt wurde, die in einem Kühlmittelzirkulationspfad (der später erklärt wird) bereitgestellt ist, ist so geführt, dass es durch die Mehrzahl von Durchlässen Rp zwischen den Rippen strömt, die parallel zueinander positioniert sind. Infolgedessen wird der Wechselrichter 3 über die Wärme abgebende Oberfläche 53a abgekühlt. Auch der Elektromotor 1 wird über die gegenüberliegende Oberfläche 2a abgekühlt.
Weiter ist, wie in 3 gezeigt, jede aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56, die parallel zueinander positioniert sind, so ausgebildet, dass sie eine Mäanderform hat, die eine Mehrzahl von gebogenen Bereichen 56a und 56b entlang der Richtung aufweist, in der das Kühlmittel strömt.
Genauer ist jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet, dass sie eine Zickzackform hat, bei der die gebogenen Bereiche 56a und die gebogenen Bereiche 56b alternierend angeordnet sind, wobei die gebogenen Bereiche 56a in einer bestimmten Richtung gebogen sind und die gebogenen Bereiche 56b in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung gebogen sind, in der die gebogenen Bereiche 56a gebogen sind.
Bei diesem Aufbau ist jeder der Durchlässe Rp, der zwischen je zwei aus der Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet ist, die nebeneinander positioniert sind, so aufgebaut, dass er eine Mäanderform mit Biegungsbereichen hat, die die Strömungsrichtung des Kühlmittels ablenken. Genauer ist jeder der Durchlässe Rp zwischen den Rippen so ausgebildet, dass er eine Zickzackform hat. Infolgedessen ist es möglich, die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Rippen 56 zu vergrößern und auch Wirbel in der Strömung des Kühlmittels zu fördern, um das Niveau der Wärmeabgabeleistung zu verbessern.
Weiter sind die Seitenwandflächen auf beiden Seiten von jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet, dass sie gegenseitig verschiedene Formen haben. Genauer ist zumindest einer aus der Mehrzahl der gebogenen Bereiche 56a und der gebogenen Bereiche 56b der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet, dass er ein gebogener Bereich 56a mit einer verschiedenen Form ist, der infolge der Anordnung der Seitenwandflächen 56c und 56d auf beiden Seiten jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 so gebildet ist, dass er gegenseitig verschiedene gebogene Formen hat. Weiter wird der verschieden gebogene Bereich 56a durch Anordnen der Seitenwandfläche 56c auf der konvexen Seite derart erzielt, dass sie eine Bogenform hat, während die Seitenwandfläche 56d auf der konkaven Seite so angeordnet ist, dass sie eine eckige Form hat.
Bei diesen Anordnungen ist eine Durchlassbreite W1 in einem Bereich der Durchlässe Rp zwischen den Rippen, der sich zwischen den Seitenwandflächen 56c und 56d befindet, die gegenseitig verschieden ausgebildet sind (d. h., eine Durchlassbreite W1 in einem Biegungsbereich, der sich zwischen einem Bereich von gebogenen Bereichen 56a befindet), größer als eine Durchgangsbreite W2 in anderen Bereichen der Durchlässe Rp zwischen den Rippen. Somit hat jeder der Durchlässe Rp zwischen den Rippen eine Mäanderform, bei der sich die Durchlassbreite verändert und an den Biegungsbereichen breiter wird. Infolgedessen verändert sich, wenn das Kühlmittel durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömt, die wie oben aufgebaut sind, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels an den Biegungsbereichen. Demzufolge ist es möglich, Wirbel in der Strömung des Kühlmittels weiter zu fördern und das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu verbessern.
Um sicherzustellen, dass genügend Fläche für den Wärmeaustausch vorhanden ist, ist jede aus der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet, dass sie sich von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a auf der Seite der Wärmesenke 53 zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a auf der Seite des Antriebseinheitgehäuses 2 in den Kühlmittelraum R erstreckt, so dass sie im Wesentlichen den Kühlmittelraum R in dessen Dickenrichtung durchquert.
Weiter ist, wie in 8 gezeigt, jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so beschaffen, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a hin hervorsteht, während sie unter einem Winkel ist und auch gewellt ist. Mit dieser Anordnung ist die Länge jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet, dass sie in der stehenden Richtung länger ist. Infolgedessen ist es möglich, die Wärmeübertragungsfläche der Wärme abgebenden Rippen 56 zu vergrößern, und auch das Niveau der Wärmeabgabeleistung zu verbessern.
Außerdem ist der Randbereich jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 entfernt von der gegenüberliegenden Oberfläche 2a auf der Seite des Antriebseinheitgehäuses 2 so angeordnet, dass ein kleiner Abstand dazwischen ist.
Eine andere Anordnung ist akzeptabel, bei der ein Teil oder alle der Randbereiche der Wärme abgebenden Rippen 56 an der gegenüberliegenden Oberfläche 2a so in Anlage sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen den Wärme abgebenden Rippen 56 und dem Antriebsgehäuse 2 möglich ist. Mit anderen Worten, wenn die Randbereiche der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet sind, dass sie an der gegenüberliegenden Oberfläche 2a in Anlage sind, wird das Kühlmittel an einer Strömung durch die Mehrzahl von Durchlässen Rp zwischen den Rippen durch Einströmen und Ausströmen durch die Seite des Randbereichs der Wärme abgebenden Rippen 56 gehindert. Somit ist es möglich, dass das Kühlmittel in gleichbleibender Weise strömt, und dass das Niveau der Wärmeabgabeleistung im Wesentlichen einheitlich gemacht wird. Weiter ist es möglich, die Wärme, die vom Elektromotor 1 oder dergleichen zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a übertragen wurde, über die Wärme abgebenden Rippen 56 angemessen zur Kühlmittelseite abzugeben.
Weiter sind, wie in 3 gezeigt, eine einströmseitige Öffnung 57 und eine ausströmseitige Öffnung 58 mit einem seitlichen Endbereich auf einer Seite des Kühlmittelraums R verbunden, wobei sie parallel zueinander positioniert sind. Die einströmseitige Öffnung 57 ist so gestaltet, dass das Kühlmittel in den Kühlmittelraum R strömen kann, wohingegen die ausströmseitige Öffnung 58 so gestaltet ist, dass das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum R strömen kann. Weiter sind im Kühlmittelraum R ein Kühlmitteleinströmbereich Ri und ein Kühlmittelausströmbereich Ro so vorhanden, dass sie parallel zueinander positioniert sind. Der Kühlmitteleinströmbereich Ri erstreckt sich von der einströmseitigen Öffnung 57 zu dem seitlichen Endbereich des Kühlmittelraums R an der anderen Seite. Der Kühlmittelausströmbereich Ro erstreckt sich von der ausströmseitigen Öffnung 58 zum seitlichen Endbereich des Kühlmittelraums R an der anderen Seite. Die Mehrzahl von Durchlässen Rp zwischen den Rippen sind parallel zueinander angeordnet, so dass sie quer zwischen dem Kühlmitteleinströmbereich Ri und dem Kühlmittelausströmbereich Ro verlaufen.
Ein Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 auf der Einströmseite ist so ausgebildet, dass sie zur einströmseitigen Öffnung 57 hin so gebogen ist, dass der Winkel θi, der durch die Kühlmitteleinströmrichtung von der einströmseitigen Öffnung 57 zu dem Kühlmitteleinströmbereich Ri und der Kühlmitteleinströmrichtung vom Kühlmitteleinströmbereich Ri zum Durchlass Rp zwischen den Rippen Rp gebildet wird, stumpf ist. Bei dieser Anordnung strömt das Kühlmittel, das von der einströmseitigen Öffnung 57 in den Kühlmitteleinströmbereich Ri geströmt ist, gleichmäßig in den Durchlass Rp zwischen den Rippen. Somit ist es möglich, einen Anstieg des Druckverlustes zu vermeiden.
Weiter ist ein Ende jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 auf der Kühlmittelausströmseite so gebildet, dass es zur ausströmseitigen Öffnung 58 hin so gebogen ist, dass der Winkel θo, der durch die Kühlmittelausströmrichtung vom Durchlass Rp zwischen den Rippen zu dem Kühlmittelausströmbereich Ro und die Kühlmittelausströmrichtung vom Kühlmittelausströmbereich Ro zur ausströmseitigen Öffnung gebildet wird, stumpf ist. Bei dieser Anordnung strömt das Kühlmittel, das aus dem Durchlass Rp zwischen den Rippen in den Kühlmittelausströmbereich Ro geströmt ist, gleichmäßig durch die ausströmseitige Öffnung 58 aus dem Kühlmittelraum R. Somit ist es in ähnlicher Weise wie oben möglich, einen Anstieg des Druckverlustes zu verhindern.
Es ist wünschenswert, die Winkel θi und θo so auszubilden, dass sie so nahe wie möglich an 180 Grad sind. Allerdings ist es möglich, die Winkel θi und θo, wenn nötig, abhängig von den Lageanordnungen der einströmseitigen Öffnung 57 und der ausströmseitigen Öffnung 58 in Bezug auf den Kühlmitteleinströmbereich Ri und den Kühlmittelausströmbereich Ro festzulegen.
Weiter hat, wie in 4 gezeigt, die Wärme abgebende Oberfläche 53a in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen konkave und konvexe Bereichen, entlang der Richtung, in der das Kühlmittel strömt, darauf ausgebildet. Genauer sind auf der Wärme abgebenden Oberfläche 53a in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen die konkaven und konvexen Bereiche alternierend angeordnet. Jeder der konkaven Bereiche ist in der Nähe eines entsprechenden Bereichs der verschieden geformten gebogenen Bereiche 56a der Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet. Jeder der konvexen Bereiche ist in der Nähe eines entsprechenden Bereichs der anderen gebogenen Bereichen 56b der Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet. Da das Kühlmittel durch die Durchlässe Rp zwischen den Rippen entlang der konkaven Bereiche und der konvexen Bereiche strömt, die auf der Wärme abgebenden Oberfläche 53a ausgebildet sind, ist es möglich, Wirbel in der Strömung des Kühlmittels weiter zu fördern und das Niveau der Wärmeabgabeleistung weiter zu steigern.
Wie in 5 gezeigt, ist es möglich, die Mehrzahl an Wärme abgebenden Rippen 56 wie oben beschrieben durch Abtragen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke, die aus einem Material besteht, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, wie z. B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung, eine Kupferlegierung, Edelstahl oder dergleichen, mithilfe eines Schneidwerkzeugs T, das eine bestimmte Form hat, so auszubilden, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a hervorstehen.
Genauer ist das Schneidwerkzeug T so vorbereitet, dass sein Rand mit einer Reihe konvexer Formen ausgebildet ist, die zu der Form der Seitenwandfläche 56d passen, die eine eckige Form hat. Mithilfe des wie oben vorbereiteten Schneidwerkzeugs T ist es möglich, die Mehrzahl von Wärme abgebenden Rippen 56, die parallel zueinander positioniert sind, durch mehrmaliges aufeinander folgendes Schneiden bzw. Abtragen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a so zu bilden, dass ein kleiner Abstand zwischen den Wärme abgebenden Rippen ist.
Durch geeignetes Bestimmen verschiedener Bedingungen, z. B. wie tief und unter welchem Winkel die Wärme abgebende Oberfläche 53a durch das Schneidwerkzeug T geschnitten wird, ist es in den gebogenen Bereichen 56a der Wärme abgebenden Rippen 56, die durch die Spitzen der Reihe von konvexen Formen an dem Rand des Schneidwerkzeugs T ausgebildet sind, möglich, die Seitenwandfläche 56d auf der Seite, die an dem Schneidwerkzeug T anliegt, so auszubilden, dass sie eine eckige Form hat, und die Seitenwandfläche 56c auf der gegenüberliegenden Seite so auszubilden, dass sie eine Bogenform hat, aufgrund einer Zugspannung oder dergleichen.
Da die Wärme abgebende Oberfläche 53a durch Verwenden des Schneidwerkzeugs T ausgeschnitten und angehoben wird, wenn die Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet werden, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a wegstehen, ist die Form des Randbereichs jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 aufgrund von Variationen des Schneidwinkels und der Schneidtiefe wellig. Wenn die Wärme abgebenden Rippen 56, die wellige Randbereiche haben, so verwendet werden wie sie sind, ist es möglich, die Randbereiche der Wärme abgebenden Rippen 56 so zu positionieren, dass einige Teile mit der gegenüberliegenden Oberfläche 2a auf der Seite des Antriebseinheitgehäuses 2 in Anlage sind, während andere Teile von der gegenüberliegenden Oberfläche 2a mit einem kleinen Abstand dazwischen getrennt sind sind.
Außerdem ist, wenn die Wärme abgebende Oberfläche 53a geschnitten wird, während das Schneidewerkzeug T eine relative Bewegung in einem Winkel macht, jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet, dass sie konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf der Seite der Wärme abgebenden Oberfläche 53a hat, wie der Rand des Schneidewerkzeugs T, wo die Spitzen der Reihe von konvexen Formen am tiefsten sind. Infolgedessen hat in jedem der Durchlässe Rp zwischen den Rippen, die durch je zwei nebeneinander positionierten Rippen aus der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet sind, die Wärme abgebende Oberfläche 53a die konkaven Bereiche und die konvexen Bereiche (siehe 4).
In dem Fall, in dem die Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet sind, dass sie durch Schneiden bzw. Abtragen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke 53, unter Verwendung des Schneidwerkzeugs T, stehen, wie oben beschrieben, ist die Wärme abgebende Oberfläche 53a in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen so gebildet, dass sie in Bezug auf den Kühlmitteleinströmbereich Ri und den Kühlmittelausströmbereich Ro eine konkave Form hat, wie in 4 gezeigt. Die Niveaudifferenz zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a und dem Kühlmitteleinströmbereich Ri in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen und die Niveaudifferenz zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a und dem Kühlmittelausströmbereich Ro in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen sind jeweils durch eine schräge Oberfläche 53b verbunden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, dass das Kühlmittel gleichmäßig ruhig vom Kühlmitteleinströmbereich Ri in die Durchlässe Rp zwischen den Rippen strömen kann, und aus den Durchlässen Rp zwischen den Rippen in den Kühlmittelausströmbereich Ro strömen kann. Infolgedessen ist es möglich, einen Anstieg des Druckverlusts zu verhindern.
Als nächstes wird der Kühlmittelzirkulationspfad 4, mit dem der Kühlmittelraum R verbunden ist, unter Bezugnahme auf 1 ausführlicher erklärt.
Der Kühlmittelzirkulationspfad 4 wird dazu verwendet, einen Typ von Kühlmittel durch den Kühlmittelraum R zirkulieren zu lassen, der zwischen der Wärmesenke 53 und dem Antriebseinheitgehäuse 2 vorhanden ist. Der Kühlmittelzirkulationspfad 4 ist 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.
Wie oben erklärt, hat die Kühlstruktur 50 ein hohes Niveau an Wärmeabgabeleistung und ist in der Lage, einen Anstieg des Druckverlustes des Kühlmittels zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, die Kühlmittelpumpe 41 kompakt zu gestalten und auch die Antriebsleistung für die Kühlmittelpumpe 41 kleiner zu machen und dadurch eine Energieersparnis zu erzielen.
Die Hilfseinrichtungen für die Kühlmittelpumpe 41, wie z. B. ein Antriebsmotor, sind in der Zeichnung weggelassen. Der auslassseitige Strömungspfad 43 der Kühlmittelpumpe 41, der als ein Startpunkt des Kühlmittelzirkulationspfades 4 dient, ist mit der einströmseitigen Öffnung 57 auf der Eingangsseite des Kühlmittelraums R verbunden. Die ausströmseitige Öffnung 58 auf der Ausgangsseite des Kühlmittelraums R ist mit der Eingangsseite des Kühlers 42 über den Rückströmungspfad 44 verbunden. Die Ausgangsseite des Kühlers 42 ist mit dem einlassseitigen Strömungspfad 45 der Kühlmittelpumpe 41 verbunden. Somit wird im 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 in dem Kühlmittelraum R ausgebildet sind, und die Wärme von dem Modul, das im Wechselrichter 3 enthalten ist, und die Wärme von dem Antriebseinheitgehäuse 2 absorbiert. Danach wird das Kühlmittel über den Rückströmungspfad 44 in den Kühler 42 geleitet und wird abgekühlt, wenn die Wärme an die Luft abgegeben wird. Anschließend wird das Kühlmittel wieder in die Kühlmittelpumpe 41 zurückgeleitet und schließt damit einen Zirkulationszyklus ab. Das Kühlmittel wiederholt diese Zirkulation.
Andere Ausführungsformen sind akzeptabel, bei denen beispielsweise ein Abschnitt des Kühlmittelzirkulationspfad 4, der dem Rückströmungspfad 44 entspricht, als ein Strömungspfad dient, der durch das Antriebseinheitgehäuse 2 verläuft, um weiter eine Kühlfunktion bereitzustellen.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN

(1) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so ausgebildet, dass sie eine Zickzackform hat, bei der die gebogenen Bereiche 56a, die in einer bestimmten Richtung gebogen sind und die gebogenen Bereiche 56b, die in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der die gebogenen Bereiche 56a gebogen sind, abwechselnd angeordnet sind.

Entsprechend hat auch jeder der Durchlässe Rp zwischen den Rippen, die zwischen je zwei benachbart positionierten Rippen aus der Mehrzahl der Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet sind, eine Zickzackform. Allerdings ist es auch akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen 56 und die Durchlässe Rp zwischen den Rippen so aufzubauen, dass sie eine beliebige andere Schlangenform haben, die sich von der Zickzackform unterscheidet.
Beispielsweise ist es, wie in 6 gezeigt, akzeptabel, jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so zu gestalten, dass sie eine Schlangenform hat, bei der ein Paar von gebogenen Bereichen 56a, die in bestimmte Richtungen gebogen sind, und ein Paar von gebogenen Bereichen 56b, die in Richtungen entgegengesetzt zu den Richtungen gebogen sind, in denen das Paar von gebogenen Seitenbereichen 56a gebogen ist, alternierend angeordnet sind.
Auch in diesem Fall ist zumindest einer aus der Mehrzahl der gebogenen Bereiche 56a und der gebogenen Bereiche 56b der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet, dass er ein gebogener Bereich 56a mit einer anderen Form ist, der dadurch gebildet ist, dass die Seitenwandflächen 56c und 56d auf beiden Seiten jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet sind, dass sie gegenseitig verschieden gebogene Formen haben. Weiter wird der gebogene Bereich 56a mit der verschiedenen Form durch Anordnen der Seitenwandfläche 56c auf der konvexen Seite derart, dass sie eine Bogenform hat, erzielt, während die Seitenwandfläche 56d auf der konkaven Seite so angeordnet ist, dass sie eine kantige bzw. eckige Form hat.
In dem Fall, in dem ein Durchlass Rp zwischen je zwei nebeneinander positionierten Rippen aus der Mehrzahl an Wärme abgebenden Rippen 56 ausgebildet ist, die wie oben beschrieben geformt sind, ist es auch möglich, das Niveau der Wärmeabgabeleistung, durch Gestaltung der Wärme abgebenden Oberfläche 53a in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen zu verbessern derart, dass sie konkave Bereiche und konvexe Bereiche entlang der Richtung, in der das Kühlmittel strömt, aufweist, wie in 7 gezeigt. Weiter ist es möglich, die Anordnung anzuwenden, bei der die Niveaudifferenz zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a und dem Kühlmitteleinströmbereich Ri in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen, und die Niveaudifferenz zwischen der Wärme abgebenden Oberfläche 53a und dem Kühlmittelausströmbereich Ro in den Durchlässen Rp zwischen den Rippen jeweils durch die schräge Oberfläche 53b verbunden sind, so dass ein Anstieg des Druckverlustes verhindert wird.

(2) In der Beschreibung der obengenannten Ausführungsform ist jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so vorhanden, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zur gegenüberliegenden Oberfläche 2a hin wegsteht, wobei sie unter einem Winkel angeordnet und auch gewellt ist, wie in 8 gezeigt. Allerdings ist auch eine andere Anordnung akzeptabel, wie in 9 gezeigt, bei der jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so geschaffen ist, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a hin wegsteht, wobei unter in einem Winkel angeordnet ist und gerade ist. Alternativ ist noch eine weitere Anordnung akzeptabel, wie in 10 gezeigt, bei der jede der Wärme abgebenden Rippen 56 so geschaffen ist, dass sie senkrecht von der Wärme abgebenden Oberfläche 53a zu der gegenüberliegenden Oberfläche 2a hin wegsteht.
(3) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist zumindest einer der gebogenen Bereiche der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet, dass er der gebogene Bereich 56a mit der unterschiedlichen Form ist, so dass die Seitenwandflächen auf beiden Seiten jeder der Wärme abgebenden Rippen 56 so angeordnet sind, dass sie die gegenseitig verschiedenen Formen haben. Allerdings ist auch eine andere Anordnung akzeptabel, bei der alle gebogenen Bereiche der Wärme abgebenden Rippen so angeordnet sind, dass sie die gebogenen Bereiche mit der verschiedenen Form sind. Alternativ ist noch eine weitere Anordnung akzeptabel, bei der in einem Bereich, der nicht einer der gebogenen Bereiche der Wärme abgebenden Rippen ist, die Seitenwandflächen auf beiden Seiten so angeordnet sind, dass sie gegenseitig verschiedene Formen haben.
(4) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Wärme abgebenden Rippen 56 durch Schneiden bzw. Abtragen und Anheben der Wärme abgebenden Oberfläche 53a der Wärmesenke 53 unter Verwendung eines Schneidewerkzeugs T so ausgebildet, dass sie von der Wärme abgebenden Oberfläche 53 vorstehen. Allerdings ist es akzeptabel, die Wärme abgebenden Rippen unter Verwendung anderer Verfahren zu bilden. Beispielsweise ist es akzeptabel, Wärme abgebende Rippen, die separat hergestellt wurden, auf die Wärme abgebende Oberfläche zu schweißen. Alternativ ist es auch möglich, die Wärme abgebenden Oberflächen unter Verwendung einer Form integral zusammen mit der Wärmesenke auszubilden.
(5) Bei der Beschreibung der obengenannten Ausführungsform ist die Kühlstruktur 50 so aufgebaut, dass sie die Wärme erzeugenden Teile thermisch schützt, durch Abgeben der Wärme, die durch die Wärme erzeugenden Teile erzeugt wird, wie z. B. den Wechselrichter 3 und den Elektromotor 1, die in der Antriebseinheit enthalten sind, in das Kühlmittel. Allerdings ist eine andere Anordnung akzeptabel, bei der die Kühlstruktur so aufgebaut ist, dass die Wärme, die durch einen Wechselrichter oder andere elektronische Teile, die in einer anderen Vorrichtung enthalten sind, an das Kühlmittel abgegeben wird.

Die Kühlstruktur und die Antriebseinheit nach der vorliegenden Erfindung können effektiv als eine Kühlstruktur einer Wärmesenke für eine Wärme erzeugende Komponente verwendet werden, die ein hohes Niveau an Wärmeabgabeleistung hat, und eine Antriebseinheit, die eine solche Kühlstruktur enthält, und deshalb kompakt sein kann und eine Energieersparnis erzielen kann.

Claims

Kühlstruktur einer Wärmesenke (53) für eine Wärme erzeugende Komponente (3), mit: einer Wärmesenke (53), die zwischen einer Wärme abgebenden Oberfläche (53a), die eingerichtet ist zu Wärme leitender Verbindung mit wenigstens einer Wärme erzeugenden Komponente (3), und einer der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) gegenüberliegenden Oberfläche (2a) einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelraum (R) aufweist; einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten, Wärme abgebenden Rippen (56), die in dem Kühlmittelraum (R) von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) zu der gegenüberliegenden Oberfläche (2a) hin abstehen, wobei benachbarte Rippen (56) derart beabstandet sind, dass zwischen ihnen jeweils ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Durchlass (Rp) ausgebildet ist, wobei jede der Rippen (56) in Strömungsrichtung des Kühlmittels eine Mäanderform mit einer Mehrzahl von gebogenen Abschnitten (56a, 56b) aufweist, und wobei die Seitenwandflächen (56c, 56d) auf den beiden Seiten jeder der Rippen (56) unterschiedliche Formen aufweisen.
Kühlstruktur nach Anspruch 1, wobei bei zumindest einem der gebogenen Abschnitte (56a, 56b) die Seitenwandfläche (52c) der einen Seite bogenförmig und die Seitenwandfläche (56d) der anderen Seite winkelförmig ist.
Kühlstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rippen (56) in einem Winkel zu der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) geneigt sind.
Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der von der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) abgewandte Randbereich der Rippen (56) an der gegenüberliegenden Oberfläche (2a) des Kühlmittelraums (R) anliegt.
Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärme abgebende Oberfläche (53a) des Kühlmittelraums (R) in Strömungsrichtung des Kühlmittels im Durchlass (Rp) alternierend konkave und konvexe Bereiche aufweist.
Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mäanderförmigen Rippen (56) jeweils derart enden, dass sowohl zwischen der Einströmrichtung des Kühlmittels in den Kühlmittelraum (R) und dem Durchlass (Rp) als auch zwischen dem Durchlass (Rp) und der Ausströmrichtung des Kühlmittels aus dem Kühlmittelraum (R) ein stumpfer Winkel gebildet ist.
Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wärme abgebende Oberfläche (53a) und ein Kühlmitteleinströmbereich (Ri) in den Durchlässen (Rp) und die Wärme abgebende Oberfläche (53a) und ein Kühlmittelausströmbereich (Ro) in den Durchlässen (Rp) jeweils durch eine schräge Oberfläche (53b) verbunden sind.
Antriebseinheit, aufweisend: einen in einem Gehäuse (2) angeordneten Elektromotor (1); einen Wechselrichter (3) zum Ansteuern des Elektromotors (1) und eine Wärmesenke (53) mit einer Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wechselrichter (3) als Wärme erzeugende Komponente (3) mit der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) der Wärmesenke (53) Wärme leitend verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 8, wobei das Gehäuse (2) auf der der Wärme abgebenden Oberfläche (53a) gegenüberliegenden Oberfläche (2a) des Kühlmittelraums (R) angeordnet und Wärme leitend mit dieser verbunden ist.