特開 2022-74100 パワーモジュールおよびパワー電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022074100

(43)【公開日】2022-05-17

(54)【発明の名称】パワーモジュールおよびパワー電子装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220510BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021176740

(22)【出願日】2021-10-28

(31)【優先権主張番号】10 2020 213 629.7

(32)【優先日】2020-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】521219051

【氏名又は名称】ヴァレオ、シーメンス、イーオートモーティブ、ジャーマニー、ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＧＥＲＭＡＮＹ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100208188

【弁理士】

【氏名又は名称】榎並 薫

(72)【発明者】

【氏名】ベネディクト、ホルウェック

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン、ヘロルト

(72)【発明者】

【氏名】モンツァー、ライヤ

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA21

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA41

5H770PA12

5H770PA22

5H770PA42

5H770QA06

5H770QA08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】冷却装置を備えたパワーモジュール及びパワー電子装置を提供する。
【解決手段】パワーモジュールは、第１ベースプレート側面Ａおよび反対側の第２ベースプレート側面を有するベースプレート４と、第１ベースプレート側面Ａに配置されるか又はこれに少なくとも熱的に結合された制御可能な電子スイッチＳ１…Ｓ３’と、第２ベースプレート側面に取り付けられるか又はこれに少なくとも熱的に結合された複数の冷却装置と、を備えている。冷却装置は、連続的に配置された複数のループを各々有している。冷却装置の第１グループのループは、冷却装置の第２グループのループに対して傾斜および／または冷却装置の第１グループのループ及び冷却装置の第２グループのループは、第２ベースプレート側面から異なる距離で突出している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

－ 第１ベースプレート側面（Ａ）および反対側の第２ベースプレート側面（Ｂ）を有するベースプレート（４）と、
－ 前記第１ベースプレート側面（Ａ）に配置された、またはこれに少なくとも熱的に結合された制御可能な電子スイッチ（Ｓ、Ｓ１…Ｓ３’）と、
－ 前記電子スイッチ（Ｓ、Ｓ１…Ｓ３’）に電気的に接続された入力（Ｅ１、Ｅ２）および出力（Ａ１…Ａ３）と、
－ 前記第２ベースプレート側面（Ｂ）に取り付けられた、またはこれに少なくとも熱的に結合された複数の冷却装置（５）と、
を備えるパワー電子装置用、特にインバータ（２）用のパワーモジュール（１）において、
－ 前記パワーモジュール（１）は、前記電子スイッチ（Ｓ、Ｓ１…Ｓ３’）によって、前記入力（Ｅ１、Ｅ２）に印加される入力電圧（Ｕ）を前記出力（Ａ１…Ａ３）に印加される出力電圧に変換するように設計され、
－ 前記冷却装置（５）は、連続的に配置された複数のループ（６、６ａ、６ｂ）を各々有し、
－ 冷却装置（５）の第１グループの前記ループ（６ａ）は、冷却装置（５）の第２グループの前記ループ（６ｂ）に対して傾斜している、および／または、冷却装置（５）の第１グループの前記ループ（６ａ）および冷却装置（５）の第２グループの前記ループ（６ｂ）は、前記第２ベースプレート側面（Ｂ）から異なる距離で突出している、
パワーモジュール（１）。

【請求項2】

前記ループ（６、６ａ、６ｂ）により形成される隣接する冷却装置（５）のアイは、前記冷却装置（５）の長手方向において互いにオフセットしている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール（１）。

【請求項3】

前記ループ（６、６ａ、６ｂ）により形成される全てのアイが同一方向を向いている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール（１）。

【請求項4】

前記ループ（６、６ａ、６ｂ）は、前記冷却装置（５）の前記長手方向に対してねじれている、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のパワーモジュール（１）。

【請求項5】

ａ）互いに傾斜した前記ループ（６、６ａ、６ｂ）を有する隣接する冷却装置（５）の割合が、前記スイッチ（Ｓ、Ｓ１…Ｓ３’）のうちの第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記スイッチ（Ｓ、Ｓ１…Ｓ３’）のうちの第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｂ）前記冷却装置（５）の高さが、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｃ）前記冷却装置（５）の長手方向において互いにオフセットした前記ループ（６、６ａ、６ｂ）を有する隣接した冷却装置（５）の割合が、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｄ）隣接する冷却装置（５）のループ（６、６ａ、６ｂ）のオフセットが、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも小さい、および／または、
ｅ）異なる方向を向く前記アイを有する隣接する冷却装置（５）の割合が、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｆ）隣接する冷却装置（５）のループ（６、６ａ、６ｂ）のねじれが、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）の領域において、前記第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）の領域におけるよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のパワーモジュール（１）。

【請求項6】

装置ハウジングと、その内部に配置された請求項１～５のいずれか一項に記載のパワーモジュール（１）と、を備えるパワー電子装置であって、
前記パワーモジュール（１）の前記ベースプレート（４）は、前記第２ベースプレート側面（Ｂ）で前記デバイスハウジングにおいてレセプタクル（７）に載置されており、
冷却チャネル（Ｋ）が形成されており、
－ 前記冷却チャネル（Ｋ）は、前記第２ベースプレート側面（Ｂ）により部分的に制限され、
－ 前記冷却チャネル（Ｋ）は、前記冷却装置（５）を受容し、
－ 前記冷却チャネル（Ｋ）は、冷却回路に接続するための入口（８）であって前記冷却流体の流入のための入口（８）を有し、
－ 前記冷却チャネル（Ｋ）は、前記冷却回路に接続するための出口（９）であって前記冷却流体の流出のための出口（９）を有し、
－ 動作中に、冷却流体が、主流れ方向（Ｆ）において、前記入口（８）から前記出口（９）に前記冷却チャネル（Ｋ）を通過して流れる、
パワー電子装置。

【請求項7】

前記冷却装置（５）の長手方向は、前記冷却流体の前記主流れ方向（Ｆ）に対して横方向に配向され、
前記ループ（６、６ａ、６ｂ）により形成されるアイは、前記冷却流体の前記主流れ方向（Ｆ）において開いている、
ことを特徴とする請求項６に記載のパワー電子装置。

【請求項8】

前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）は、前記冷却流体の前記主流れ方向（Ｆ）において、前記第２スイッチ（Ｓ２、Ｓ２’）に対して下流に配置されている、
ことを特徴とする請求項６または７に記載のパワー電子装置。

【請求項9】

前記インバータ（２）のハーフブリッジに割り当てられた第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）のグループについてポイントａ）～ｆ）で採用される前記手段は、前記インバータ（２）の別のハーフブリッジに割り当てられた第２スイッチ（Ｓ２…Ｓ３’）のグループについてポイントａ）～ｆ）で採用される手段と異なるが、あるグループ内ではポイントａ）～ｆ）で採用される手段に違いはなく、前記第１スイッチ（Ｓ１、Ｓ１’）は、前記冷却流体の前記主流れ方向（Ｆ）において、前記第２スイッチ（Ｓ２…Ｓ３’）に対して下流に配置されている、
ことを特徴とする請求項８に記載のパワー電子装置。

【請求項10】

前記装置ハウジングに配置されるとともに前記パワーモジュール（１）の前記入力（Ｅ１、Ｅ２）に電気的に接続されたＤＣリンクコンデンサ（Ｃ）を有するインバータとして設計された請求項６～９のいずれか一項に記載のパワー電子装置において、
前記パワーモジュール（１）は、前記入力（Ｅ１、Ｅ２）に印加されるＤＣ電圧を前記出力に印加されるＡＣ電圧に変換するように構成されているパワー電子装置。

【請求項11】

請求項１０に記載のインバータ（２）と、前記パワーモジュール（１）の前記出力（Ａ１…Ａ３）に接続された電気機械（Ｍ）と、を備える電気駆動装置（３）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワー電子装置用のパワーモジュール、このようなパワーモジュールを有するパワー電子装置、および電気駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー電子装置の一例としてのインバータの動作中に、定格出力に依存して多量の廃熱が発生し得る。廃熱は、インバータを許容動作範囲内に維持するために放散させる必要がある。特に、パワーモジュールの電子スイッチは、比較的高度に発熱する。この熱の一部は、液体冷却媒体すなわち伝熱媒体によって放散される。従来技術によれば、廃熱をパワーモジュールから放散可能とするように、ループ状の冷却装置を冷却剤流に配置することが知られている。これでは、十分な範囲は一部のみであり、インバータの定格出力が大幅に制限されてしまう。また、パワーモジュールのスイッチは一般的に異なる程度で冷却されるが、十分に冷却されないスイッチが早期に故障して、パワーモジュールやインバータの全面的な故障を引き起こすという別の問題もある。

【発明の概要】

【0003】

したがって、本発明の１つの目的は、インバータ等のパワー電子装置用の改良されたパワーモジュール、例えばパワーコンバータ、特にインバータである改良されたパワー電子装置、および改良された電気駆動装置を規定することである。特に、パワーモジュールの冷却性を、より少ない技術的労力で改善すべきである。

【0004】

本発明の目的は、
－ 第１ベースプレート側面および反対側の第２ベースプレート側面を有するベースプレートと、
－ 前記第１ベースプレート側面に配置された、またはこれに少なくとも熱的に結合された制御可能な電子スイッチと、
－ 前記電子スイッチに電気的に接続された入力および出力と、
－ 前記第２ベースプレート側面に取り付けられた、またはこれに少なくとも熱的に結合された複数の冷却装置と、
を備えるパワー電子装置用のパワーモジュールであって、
－ 前記パワーモジュールは、前記電子スイッチによって、前記入力に印加される入力電圧を前記出力に印加される出力電圧に変換するように設計され、
－ 前記冷却装置は、連続的に配置された複数のループを各々有し、
－ 冷却装置の第１グループの前記ループは、冷却装置の第２グループの前記ループに対して傾斜している、および／または、冷却装置の第１グループの前記ループおよび冷却装置の第２グループの前記ループは、前記第２ベースプレート側面から異なる距離で突出しているパワーモジュールによって達成される。

【0005】

また、本発明の目的は、装置ハウジングと、その内部に配置された本発明によるパワーモジュールと、を備えるパワー電子装置によって達成される。この場合、前記パワーモジュールの前記ベースプレートは、前記第２ベースプレート側面で前記デバイスハウジングにおいてレセプタクルに載置されており、以下の冷却チャネルが形成されている。
－ 前記冷却チャネルは、前記第２ベースプレート側面により部分的に制限される、
－ 前記冷却チャネルは、前記冷却装置を受容する、
－ 前記冷却チャネルは、冷却回路に接続するための入口であって前記冷却流体の流入のための入口を有する、
－ 前記冷却チャネルは、前記冷却回路に接続するための出口であって前記冷却流体の流出のための出口を有する、
－ 動作中に、冷却流体が、主流れ方向において、前記入口から前記出口に前記冷却チャネルを通過して流れる。

【0006】

パワー電子装置は、例えばパワーコンバータ、特にインバータとして設計され、ＤＣリンクコンデンサを備えている。前記ＤＣリンクコンデンサは、前記装置ハウジングに配置されるとともに前記パワーモジュールの前記入力に電気的に接続されている。前記パワーモジュールは、前記入力に印加されるＤＣ電圧を前記出力に印加されるＡＣ電圧に変換するように構成されている。

【0007】

最後に、本発明の目的は、本発明によるインバータと、前記パワーモジュールの前記出力に接続された電気機械と、を備える電気駆動装置によって達成される。

【0008】

パワーモジュールは、一般に、入力に印加される入力電圧を出力に印加される出力電圧に変換するために設けられる。入力電圧は特にＤＣ電圧であり、この結果、入力は特にＤＣ電圧入力である。また、出力電圧は特にＡＣ電圧であり、この結果、出力はＡＣ電圧出力である。

【0009】

動作中に冷却流体が冷却チャネルを流れる結果、冷却装置、特にそのループは、冷却流体すなわち伝熱媒体と接触する。提案された手段により、冷却媒体の乱流が増加するため、冷却性能が向上する。特に、局所的に設けられる手段によって、異なるスイッチの冷却能力を互いに一致させることができるため、パワーモジュールのスイッチが均等に冷却される。この結果、特に、ある１つのスイッチが非常に早期に故障することでパワーモジュールの全面的な故障が引き起こされるという事態を回避することができる。

【0010】

制御可能な電子スイッチは、特に、例えばＩＧＢＴなどの制御可能な半導体スイッチである。これらは、一般的に知られた方法で、ＤＣ電圧入力に印加されるＤＣ電圧、一般的には入力に印加される入力電圧を、ＡＣ電圧出力に印加されるＡＣ電圧、一般的には出力に印加される出力電圧に変換する。ＡＣ電圧は、特に、多相ＡＣ電圧、好ましくは三相ＡＣ電圧である。

【0011】

インバータのＤＣリンクコンデンサは、パワーモジュールのＤＣ電圧を平滑化するために設けられる。ＤＣ電圧は、例えば、電池、特に二次電池により供給される。

【0012】

ここで、第１グループのループおよび第２グループのループが異なる方向に傾斜している、すなわち、両者とも傾斜していることが想定され得る。換言すれば、冷却装置の異なるグループのループは、この場合、第２ベースプレート側面の法線に対して異なる方向に傾斜している。ただし、第１グループのループが直立している、すなわち傾斜していなく、第２グループのループのみが傾斜していることも想定され得る。換言すれば、この場合、第２グループのループのみが、第２ベースプレート側面の法線に対して傾斜している。他方で、第１グループのループは、第２ベースプレート側面に対して垂直に配向されている。第１および／または第２グループのループの傾斜は、特に、少なくとも３°、特に少なくとも５°、好適には少なくとも１０°の顕著な傾斜であり得る。ただし、傾斜は、好適には６０°未満であるため、顕著な傾斜とは、特に３°～６０°である。これらの傾斜角度は、第２ベースプレート側面の法線に対するものである。

【0013】

これに加えて、またはこれに代えて、第１グループの前記ループおよび第２グループの前記ループは、前記第２ベースプレート側面から異なる距離で突出し得る。換言すれば、第２ベースプレート側面に対して垂直にまたは直角に測定した異なるグループの高さは、互いに異なっている。

【0014】

ループは、冷却装置の適切な形状を有する金属ストリップにより形成され得る。冷却装置は、冷却装置の長手方向に連続的に設けられる複数のループを形成するような形状とされた金属ストリップによって形成され得る。例えば、金属ストリップは、ベースプレートにはんだ付けされ得る、または溶接され得る。また、金属ストリップは、集積回路の配線にも利用される「ボンディングプロセス」の一部としてベースプレートに取り付けられることが多い。

【0015】

冷却装置は、一般に、第２ベースプレート側面に対して垂直に測定された高さ、当該高さに対して垂直に測定された長さ、並びに当該高さおよび当該長さに対して垂直に測定された幅を有しており、幅は長さより小さい。

【0016】

例えば、バッテリまたはアキュムレータがＤＣ電圧入力に接続され得る。また、電気機械、例えば、永久励磁型の同期機や非同期機が、ＡＣ電圧出力に接続され得る。これらは、好適には、三相機械として、すなわち三相式に設計される。

【0017】

また、ＤＣリンクコンデンサが、バッテリまたはアキュムレータにより供給されたＤＣ電圧を平滑化する（例えば電力ピークを補う）ように、ＤＣ電圧入力に設けられ得る。

【0018】

電子スイッチは、特にペアをなすように直列に接続されて複数のハーフブリッジを形成し得る。この場合、ＤＣ電圧入力は、ハーフブリッジの外側極に接続され、ＡＣ電圧出力はハーフブリッジの中間極に接続される。特に、ＡＣ電圧出力は三相式に設計され得る。一般に知られている適切なハーフブリッジの作動により、ＤＣ電圧入力に印加されるＤＣ電圧を、ＡＣ電圧出力に印加されるＡＣ電圧に変換することができる。

【0019】

また、パワーモジュールは、電子スイッチを収容するとともに、それらを周囲の影響から保護するハウジングを有し得る。

【0020】

冷却チャネルは、直方体、または少なくとも直方体状に設計され得る。冷却チャネルの高さは、第２ベースプレート側面に対して垂直または直角に測定される。冷却チャネルの長さは、冷却チャネルの幅よりも大きい。

【0021】

また、パワー電子装置又はインバータは、電子スイッチ用のドライバーステージを収容する装置ハウジング、および必要であればドライバーステージ用の制御装置も有し得る。ドライバーステージは、通常、パワーモジュールの一部ではないが、少なくとも部分的にパワーモジュールに内蔵され得る。装置ハウジングは、他の構造ユニットを冷却するようにさらなる冷却チャネルも有し得る。制御装置は、インバータとパワーモジュールのＡＣ電圧出力に接続された電気機械とを備える駆動装置用の調整システムも実装し得る。

【0022】

パワーモジュール用の冷却チャネルは、好適には、少なくとも部分的にインバータハウジングに組み込まれる。

【0023】

装置ハウジングは、好適には、アルミニウム等の金属から構成される。

【0024】

また、電気駆動装置は、ドライバーステージ用の制御装置または電気駆動装置用の調整システムを収容するハウジングも有し得る。電気機械用の調整システムが存在する場合、電気駆動装置は、調整された電気駆動装置である。電気駆動装置は、電気機械に接続された歯車機構も備え得る。上述のように、電気駆動装置は、具体的には車両を駆動するように使用され得る。

【0025】

本発明のさらに有利な実施形態および改良点は、従属請求項および図面と併せて考察される説明から明らかになる。

【0026】

前記ループにより形成される隣接する冷却装置のアイ(eye)は、有利には、前記冷却装置の長手方向において互いにオフセットしている。この結果、ループの領域における冷却媒体の乱流がさらに増加するため、冷却装置の冷却効果がさらに向上し得る。ただし、冷却装置のループをマトリックス状に配置することも想定可能である。

【0027】

また、前記ループにより形成される全てのアイが同一方向を向いていると有利である。この結果、冷却装置の流れ抵抗が低く維持される。ただし、冷却装置のループにより形成されるアイが全て異なる方向を向くことも想定可能である。また、全ての冷却装置のループのアイが同一方向を向き得る、または、異なる冷却装置のループのアイが異なる方向を向き得る。

【0028】

また、前記ループは、前記冷却装置の前記長手方向に対してねじれていると有利である。特に、このことは、第２ベースプレート側面に対して垂直に延びる冷却装置の鉛直軸を中心として、ループが冷却装置の長手方向に対してねじれ得るということを意味する。すなわち、それらは、第２ベースプレート側面の法線に対しても傾斜し得る。ループが冷却装置の適切な形状を有する金属ストリップによって形成されている場合、２つの採用可能な主要選択肢がある。例えば、ループの間にある金属ストリップのセクションを、冷却装置の横方向において、互いに横方向にオフセットさせ得る。これにより、ループが自動的にねじれる。または、ループは、金属ストリップの横方向オフセットなくねじられる。ループをねじることで、ループの領域における冷却媒体の乱流がさらに増加するため、冷却装置の冷却効果がさらに向上し得る。

【0029】

また、以下のようであれば特に有利である。
ａ）互いに傾斜した前記ループを有する隣接する冷却装置の割合が、前記スイッチのうちの第１スイッチの領域において、前記スイッチのうちの第２スイッチの領域におけるよりも大きい、および／または、
ｂ）前記冷却装置の高さが、前記第１スイッチの領域において、前第２記スイッチの領域におけるよりも大きい、および／または、
ｃ）前記冷却装置の長手方向において互いにオフセットした前記ループを有する隣接した冷却装置の割合が、前記第１スイッチの領域において、前記第２スイッチの領域におけるよりも大きい、および／または、
ｄ）隣接する冷却装置のループのオフセットが、前記第１スイッチの領域において、前記第２スイッチの領域におけるよりも小さい、および／または、
ｅ）異なる方向を向く前記アイを有する隣接する冷却装置の割合が、前記第１スイッチの領域において、前記第２スイッチの領域におけるよりも大きい、および／または、
ｆ）隣接する冷却装置のループのねじれが、前記第１スイッチの領域において、前記第２スイッチの領域におけるよりも大きい。

【0030】

上記の文脈において、第１スイッチが、冷却流体の主流れ方向において、第２スイッチに対して下流に配置されていれば有益である。換言すれば、第１スイッチは冷却チャネルの出口により近く、第２スイッチは冷却チャネルの入口により近い。したがって、以下が提供され得る。
ｉ）互いに傾斜したループを有する隣接する冷却装置の割合が、冷却流体の主流れ方向に基づいて、下流におけるよりも上流において小さい、または、互いに傾斜したループを有する隣接する冷却装置の割合が、冷却チャネルの出口付近におけるよりも冷却チャネルの入口付近において小さい、および／または、
ｉｉ）冷却装置の高さが、冷却流体の主流れ方向に基づいて、下流におけるよりも上流において低い、または、冷却装置の高さが、冷却チャネルの出口付近におけるよりも冷却チャネルの入口付近において低い、および／または、
ｉｉｉ）冷却装置の長手方向において互いにオフセットしたループを有する隣接した冷却装置の割合が、冷却流体の主流れ方向に基づいて、下流におけるよりも上流において小さい、または、冷却装置の長手方向において互いにオフセットしたループを有する隣接した冷却装置の割合が、冷却チャネルの出口付近におけるよりも冷却チャネルの入口付近において小さい、および／または、
ｉｖ）隣接する冷却装置のループのオフセットが、冷却流体の主流れ方向に基づいて、上流におけるよりも下流において小さい、または、隣接する冷却装置のループのオフセットが、冷却チャネルの入口付近におけるよりも冷却チャネルの出口付近において小さい、および／または、
ｖ）異なる方向を向くアイを有する隣接する冷却装置の割合が、下流におけるよりも上流において小さい、または、異なる方向を向くアイを有する隣接する冷却装置の割合が、冷却チャネルの出口付近におけるよりも冷却チャネルの入口付近において小さい、および／または、
ｖｉ）隣接する冷却装置のループのねじれが、冷却流体の主流れ方向に基づいて、下流におけるよりも上流において小さい、または、隣接する冷却装置のループのねじれが、冷却チャネルの出口付近におけるよりも冷却チャネルの入口付近において小さい。

【0031】

提案された手段は、ターゲットを絞って異なるスイッチの冷却効果に影響を及ぼすように利用され得る。例えば、冷却媒体の温度は異なるが、冷却能力は全てのスイッチで同じにすることができる。ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）に開示された手段は、徐々に、または急激に変化し得る。換言すれば、ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）に開示された手段は、冷却装置によって異なり得る、または、２つの隣接する冷却装置の間で比較的極端な変化があり、その後、手段は複数の冷却装置に亘って一定である。特に、スイッチの１つの領域で採用される手段は同一のままであり得るが、一部または全部のスイッチで採用される手段には違いがある。

【0032】

前記冷却装置の長手方向は、前記冷却流体の前記主流れ方向に対して横方向に配向され、前記ループにより形成されるアイは、前記冷却流体の前記主流れ方向において開いていれば有益である。この結果、冷却装置の流れ抵抗が低く維持される。

【0033】

最後に、前記インバータのハーフブリッジに割り当てられた第１スイッチのグループについてポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｉｖ）で採用される前記手段は、前記インバータの別のハーフブリッジに割り当てられた第２スイッチのグループについてポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｉｖ）で採用される手段と異なるが、あるグループ内ではポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｉｖ）で採用される手段に違いはなく、前記第１スイッチは、前記冷却流体の前記主流れ方向において、前記第２スイッチに対して下流に配置されていれば、特に有利である。換言すれば、特に、ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）で採用される手段に関して、最も下流に配置されたハーフブリッジのスイッチのみが、全ての他のハーフブリッジのスイッチと異なるということが提供され得る。従来技術によれば、最も下流に配置されたハーフブリッジのスイッチは、冷却媒体が上流に配置されたスイッチにより既に加熱されているため、不十分にしか冷却されないことが多い。しかしながら、提案された手段では、これを補うことができる。すなわち、冷却媒体の温度が異なっていても、全てのスイッチについて冷却能力を同一とすることができる。

【0034】

本発明の上述の実施形態および改良点は、任意に組み合わせられ得る。

【0035】

本発明の例示的な実施形態を添付の概略図面に例として示す。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】図１は、パワーモジュール、パワー電子装置の例としてのインバータ、および電気駆動装置の基本的な電気回路図を示す。

【図2】図２は、パワーモジュールを上方から見た概略斜視図を示す。

【図3】図３は、図２のパワーモジュールを上方から見た分解斜視図を示す。

【図4】図４は、図２のパワーモジュールを下方から見た分解斜視図を示す。

【図5】図５は、互いに対して傾斜するループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図6】図６は、反対方向に傾斜するループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図7】図７は、ベースプレートから異なる距離で突出するループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図8】図８は、シングルオフセットのループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図9】図９は、ダブルオフセットのループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図10】図１０は、高さの異なる傾斜したオフセットループを有する冷却装置の正面図を示す。

【図11】図１１は、金属ストリップの横方向オフセットなしでねじれたループを有する冷却装置の平面図を示す。

【図12】図１２は、金属ストリップの横方向オフセットありでねじれたループを有する冷却装置の平面図を示す。

【図13】図１３は、第２ベースプレート側面の平面図であって、冷却装置５が矢印として概略的に示され、ループ用手段が均等に分散配置された平面図を示す。

【図14】図１４は、図１３と同様の図であるが、第１スイッチのグループと第２スイッチのグループの領域でループが異なった態様で傾斜していることを示す。

【図15】図１５は、図１３と同様の図であって、第１スイッチのグループと第２スイッチのグループの領域でループが異なった態様で傾斜していることを示す。

【図16】図１６は、図１３と同様の図であるが、第１スイッチのグループと第２スイッチのグループの領域でループが異なった態様で傾斜してオフセットしていることを示す。

【図17】図１７は、図１３と同様の図であるが、第１スイッチのグループと第２スイッチのグループの領域でループが異なった態様で傾斜してねじれていることを示す。

【図18】図１８は、概略的に図示された提案されるタイプの電気駆動装置を有する車両を示す。

【発明を実施するための形態】

【0037】

まず、異なる実施形態における同一の部品は、同じ参照符号または同じ部品呼称を有するが、場合により異なる指標を有することを述べておく。本明細書に含まれる部品の開示は、同じ参照符号または同じ部品呼称を有する別の部品に適切に転移され得る。また、本明細書で選択された位置情報、例えば、「上／上方」、「下／下方」、「後／後方」、「前／前方」、「横／側方」等は、直接記述ないし描写された図面に関するものであり、位置変更の際には、それに応じて新しい位置に転移されるべきである。

【0038】

図１は、インバータ２用のパワーモジュール１、インバータ２、および電気駆動装置３の基本的な電気回路図である。パワーモジュール１は、複数の制御可能な電子スイッチＳ１…Ｓ３’、並びに、電子スイッチＳ１…Ｓ３’に電気的に接続されたＤＣ電圧入力Ｅ１、Ｅ２およびＡＣ電圧出力Ａ１…Ａ３’を備えている。インバータ２は、パワーモジュール１と、パワーモジュール１のＤＣ電圧入力Ｅ１、Ｅ２に電気的に接続されたＤＣリンクコンデンサＣと、を備えている。また、ＤＣ電圧Ｕを供給するバッテリまたはアキュムレータがＤＣ電圧入力Ｅ１、Ｅ２に接続されている。電気機械ＭがＡＣ電圧出力Ａ１…Ａ３に接続されている。インバータ２および電気機械Ｍは、電気駆動装置３を形成している。インバータ２は、電子スイッチＳ１…Ｓ３’用のドライバーステージと、ドライバーステージ用の制御装置ＣＴＲＬも有し得る。図１において、ドライバーステージは、別個に図示されず、制御装置ＣＴＲＬの一部として図示されている。制御装置ＣＴＲＬは、電気駆動装置３用の調整システムも実装し得る。このシステムは、電気機械Ｍから離間する測定線によって示されている。この場合、電気駆動装置３は、調整された電気駆動装置である。電気駆動装置３は、電気機械Ｍに接続された歯車機構も備え得る。電気駆動装置３は、具体的には車両を駆動するように使用され得る（図１８も参照）。電気機械Ｍは、例えば、永久に励起される同期機または非同期機として設計され得る。これは、好適には、三相機械、すなわち三相式に設計される。

【0039】

パワーモジュール１およびインバータ２は、図１に図示しない固有のハウジングを各々有している。パワーモジュール１のハウジングは、電子スイッチＳ１…Ｓ３’を収容し得るとともに、それらを周囲の影響から保護し得る。また、インバータ２のハウジングは、電子スイッチＳ１…Ｓ３’用のドライバーステージ、および必要であれば制御装置ＣＴＲＬを収容し得る。ドライバーステージは、通常、パワーモジュール１の一部ではないが、少なくとも部分的にパワーモジュール１に内蔵され得る。

【0040】

一般的に知られたハーフブリッジの適切な作動により、ＤＣ電圧入力Ｅ１、Ｅ２に印加されるＤＣ電圧Ｕは、ＡＣ電圧出力Ａ１…Ａ３’に印加されるＡＣ電圧に変換され得る。この目的のために、本例では、電子スイッチＳ１…Ｓ３’は、ペアをなすように直列に接続されて複数のハーフブリッジを形成している。この場合、ＤＣ電圧入力Ｅ１、Ｅ２はハーフブリッジの外側極に接続され、ＡＣ電圧出力Ａ１…Ａ３’はハーフブリッジの中間極に接続される。ＤＣリンクコンデンサＣは、ここでは、バッテリまたはアキュムレータにより供給されたＤＣ電圧Ｕを平滑化する、例えば、電力ピークを補うように使用される。

【0041】

この場合、パワーモジュール１は三相設計であるが、異なる個数の相を設けることも可能である。

【0042】

図２～図４は、パワーモジュール１の概略図を示す。図２は上方から見た斜視図であり、図３は上方から見た分解斜視図であり、図４は下方から見た分解斜視図を示す。

【0043】

パワーモジュール１は、第１ベースプレート側面Ａおよび反対側の第２ベースプレート側面Ｂを有するベースプレート４を備えている。制御可能な電子スイッチＳ１…Ｓ３’は、第１ベースプレート側面Ａに配置されている、またはこれに少なくとも熱的に結合されている。

【0044】

複数の冷却装置５が、第２ベースプレート側面Ｂに配置されている、またはこれに少なくとも熱的に結合されている。冷却装置５は、連続的に配置された複数のループ６を各々備えている。ループ６は、冷却装置５の適切な形状を有する金属ストリップにより形成され得る。換言すれば、冷却装置５は、冷却装置５の長手方向に連続的に設けられる複数のループ６を形成するような形状とされた金属ストリップによって形成され得る。金属ストリップは、特に「ボンディングプロセス」の一部として、ベースプレート４にはんだ付けされ得る、または溶接され得る。

【0045】

インバータ２は、インバータハウジング内にレセプタクル７を有している。レセプタクル７上に、ベースプレート４が第２ベースプレート側面Ｂで載置される。インバータハウジングは、図２～図４において概略的に示されるのみであるか、パワーモジュール１と相互作用する部分のみ示されている。インバータハウジングは、特に、図示のものより大きくすることができる、かつ異なる形状とすることができる。ベースプレート４をレセプタクル７に配置することにより、冷却チャネルＫが形成されている。冷却チャネルＫは、第２ベースプレート側面Ｂにより部分的に制限されて冷却装置５を収容する。また、冷却チャネルＫは、冷却回路に接続するための入口８であって冷却流体の流入のための入口８、ならびに冷却回路に接続するための出口９であって冷却流体の流出のための出口９を有している。動作中に、冷却流体は、矢印で示す主流れ方向Ｆにおいて、入口８から出口９に冷却チャネルＫを通過して流れる。この結果、冷却装置５は、冷却流体すなわち伝熱媒体と直接接触する。インバータ２における冷却は、パワーモジュール１に限定されず、インバータハウジングは他の構造ユニットを冷却するようにさらなる冷却チャネルも有し得る。

【0046】

冷却チャネルＫは、図２～図４に示すように、直方体であり得る。または、例えば、丸みを帯びた隅部や縁部を有することで直方体状の設計を有し得る。冷却チャネルＫの高さは、一般に、第２ベースプレート側面Ｂに対して垂直または直角に測定される。冷却チャネルＫの長さは、冷却チャネルＫの幅よりも大きい。

【0047】

図５～図１０は、冷却装置５またはループ６の種々の配置を、各々正面図において、すなわち冷却流体の主流れ方向Ｆから見た方向において示す。ここで、冷却装置５の第１グループのループ６ａを黒で示し、第２グループのループ６ｂを白で示す。

【0048】

図５に示す例において、第１グループのループ６ａは直立している、すなわち傾斜していない。第２グループのループ６ｂのみが傾斜している。換言すれば、この場合、第２グループのループ６ｂのみが、第２ベースプレート側面Ｂの法線ｎに対して傾斜している。他方で、第１グループのループ６ａは、第２ベースプレート側面Ｂに対して垂直に配向されている。

【0049】

図６に示す例において、第１グループのループ６ａと第２グループのループ６ｂとは、異なる方向に傾斜している。すなわち、両者とも傾斜している。換言すれば、冷却装置５の異なるグループのループ６ａ、６ｂは、この場合、第２ベースプレート側面Ｂの法線ｎに対して異なる方向に傾斜している。冷却装置５の異なるグループのループ６ａ、６ｂは、同一方向に傾斜しているが、異なる傾斜角度を有していることも想定され得る。

【0050】

第１および／または第２グループのループ６ａ、６ｂの傾斜は、一般的に、例えば３°度よりも大きい明確な傾斜であり得る。

【0051】

図７は、冷却装置５の第１グループのループ６ａおよび冷却装置５の第２グループのループ６ｂが、第２ベースプレート側面Ｂから異なる距離で突出している例を示す。換言すれば、第２ベースプレート側面Ｂに対して垂直または直角に測定した異なるグループの高さは、互いに異なっている。

【0052】

図８および図９は、ループ６ａ…６ｃにより形成される隣接する冷却装置５のアイが、冷却装置５の長手方向において互いにオフセットしている例を示す。図８では、シングルオフセットが存在する。図９では、ダブルオフセットが存在する。したがって、図８のオフセットは図９のよりも大きい。ただし、冷却装置５のループ６ａ、６ｂをマトリックス状に、すなわちオフセットさせずに配置することも想定可能である。

【0053】

特定された手段を任意の所望の組み合わせにおいて採用することもできる。すなわち、第１グループのループ６ａおよび第２グループのループ６ｂは、傾斜するとともに異なる高さを有してもよいし、傾斜するとともにオフセットしてもよいし、異なる高さを有してオフセットしているとともに傾斜してもよいし、異なる高さを有してオフセットしてもよい。異なる高さを有して傾斜しオフセットしたループ６ａ、６ｂの例を図１０に示す。

【0054】

さらなる実施形態において、ループ６は、冷却装置５の長手方向に対してねじれている。特に、これは、第２ベースプレート側面に対して垂直に延びる冷却装置５の鉛直軸ｎを中心として、ループ６が冷却装置５の長手方向に対してねじれ得るということを意味する。ループ６が冷却装置５の適切な形状を有する金属ストリップによって形成されている場合、２つの採用可能な主要選択肢がある。例えば、図１１に示すように、ループ６の間にある金属ストリップのセクションを、金属ストリップの横方向オフセットなくねじることができる。ただし、図１２に示すように、ループ６の間にある金属ストリップのセクションの横方向のオフセットによって、ループ６のねじりが冷却装置５の横方向に実施されることも想定され得る。このオフセットにより、ループ６が自動的にねじれる。

【0055】

一般的に、ループ６により形成される全てのアイが同じ方向を向くことが想定され得る。ただし、冷却装置５のループ６により形成されたアイが全て異なる方向を向くことも想定可能である。また、すべての冷却装置５のループ６のアイが同じ方向を向き得る、または異なる冷却装置５のループ６のアイが異なる方向を向き得る。

【0056】

一般的に、冷却装置５の長手方向は、好適には、冷却流体の主流れ方向Ｆに対して横方向に配向され、ループ６により形成されるアイは、冷却流体の主流れ方向Ｆの方向において開口している。

【0057】

この点で、ループ６のねじれは、ループ６の傾斜、ループ６の異なる高さ、またはループ６のオフセットとの任意の所望の組み合わせにおいて利用され得ることに留意されたい。

【0058】

一般的に、提案された手段は、第２ベースプレート側面Ｂ全体に亘って、または、スイッチＳ１…Ｓ３’の領域において第２ベースプレート側面Ｂ全体に亘って均一に分散させた態様で適用され得る。図１３は、この例を第２ベースプレート側面Ｂの平面図で示す。ここでは、冷却装置５は、概略的に矢印で示されている。この場合、矢印は、ループ６ａ、６ｂの傾斜方向を指す。図示例において、隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂは、図６にも示すように、相互に傾斜している。図１３における矢印はループ６ａ、６ｂの傾斜を表すが、それらは同様にループ６ａ、６ｂの異なる高さ、ループ６ａ、６ｂのオフセット、またはループ６ａ、６ｂの異なるねじれ、ならびに提案された手段の任意の所望の組み合わせも示し得る。例えば、右を向く矢印はより高いループ６ａを示し得るとともに、左を向く矢印はより低い高さを有するループ６ｂを示し得る（図７も参照）。また、右を向く矢印は右にオフセットしたループ６ａを示し得るとともに、左を向く矢印は左にオフセットしたループ６ｂを示し得る（図８も参照）。また、右を向く矢印は右にねじれたループ６ａを示し得るとともに、左を向く矢印は左にねじれたループ６ｂを示し得る（図１１および図１２も参照）。

【0059】

ただし、提案された手段を均一に分散させることは必須ではない。パワーモジュール１の場合、以下のようにすれば有利である。
ａ）互いに傾斜したループ６ａ、６ｂを有する隣接する冷却装置５の割合が、スイッチＳ１…Ｓ３’のうちの第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、スイッチＳ１…Ｓ３’のうちの第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｂ）冷却装置５の高さが、第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｃ）冷却装置５の長手方向において互いにオフセットしたループ６ａ、６ｂを有する隣接した冷却装置５の割合が、第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｄ）隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのオフセットが、第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも小さい、および／または、
ｅ）異なる方向を向くアイを有する隣接する冷却装置５の割合が、第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも大きい、および／または、
ｆ）隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのねじれが、第１スイッチＳ１、Ｓ１’の領域において、第２スイッチＳ２、Ｓ２’の領域におけるよりも大きい。

【0060】

第１スイッチＳ１、Ｓ１’は、好適には、冷却流体の主流れ方向Ｆにおいて、第２スイッチＳ２、Ｓ２’に対して下流に配置されている。換言すれば、第１スイッチＳ１、Ｓ１’は冷却チャネルＫの出口９により近く、第２スイッチＳ２、Ｓ２’は冷却チャネルＫの入口８により近い。したがって、以下が提供され得る。
ｉ）互いに傾斜したループ６ａ、６ｂを有する隣接する冷却装置５の割合が、冷却流体の主流れ方向Ｆに基づいて下流におけるよりも上流において小さい、または、互いに傾斜したループ６ａ、６ｂを有する隣接する冷却装置５の割合が、冷却チャネルＫの出口９付近におけるよりも冷却チャネルＫの入口８付近において小さい、および／または、
ｉｉ）冷却装置５の高さが、冷却流体の主流れ方向Ｆに基づいて下流におけるよりも上流において低い、または、冷却装置５の高さが、冷却チャネルＫの出口９付近におけるよりも冷却チャネルＫの入口８付近において低い、および／または、
ｉｉｉ）冷却装置５の長手方向において互いにオフセットしたループ６ａ、６ｂを有する隣接した冷却装置５の割合が、冷却流体の主流れ方向Ｆに基づいて下流におけるよりも上流において小さい、または、冷却装置５の長手方向において互いにオフセットしたループ６ａ、６ｂを有する隣接した冷却装置５の割合が、冷却チャネルＫの出口９付近におけるよりも冷却チャネルＫの入口８付近において小さい、および／または、
ｉｖ）隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのオフセットが、冷却流体の主流れ方向Ｆに基づいて上流おけるよりも下流において小さい、または、隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのオフセットが、冷却チャネルＫの入口８付近におけるよりも冷却チャネルＫの出口９付近において小さい、および／または、
ｖ）異なる方向を向くアイを有する隣接する冷却装置５の割合が、下流におけるよりも上流において小さい、または、異なる方向を向くアイを有する隣接する冷却装置５の割合が、冷却チャネルＫの出口９付近におけるよりも冷却チャネルＫの入口８付近において小さい、および／または、
ｖｉ）隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのねじれが、冷却流体の主流れ方向Ｆに基づいて下流におけるよりも上流において小さい、または、隣接する冷却装置５のループ６ａ、６ｂのねじれが、冷却チャネルＫの出口９付近におけるよりも冷却チャネルＫの入口８付近において小さい。

【0061】

ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）に開示された手段は、徐々に、または急激に変化し得る。換言すれば、ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）に開示された手段は、冷却装置５によって異なり得る、または、２つの隣接する冷却装置５の間で比較的極端な変化があり、その後、手段は複数の冷却装置５に亘って一定である。特に、スイッチＳ１…Ｓ３’の１つの領域で採用される手段は同一のままであり得るが、一部または全部のスイッチＳ１…Ｓ３’で採用される手段には違いがある。

【0062】

インバータ２のハーフブリッジに割り当てられた第１スイッチＳ１、Ｓ１’のグループについてポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）で採用される手段は、好適には、インバータ２の別のハーフブリッジに割り当てられた第２スイッチＳ２…Ｓ３’のグループについてポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）で採用される手段と異なるが、あるグループ内ではポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）で採用される手段に違いはなく、第１スイッチＳ１、Ｓ１’は、冷却流体の主流れ方向Ｆにおいて第２スイッチＳ２…Ｓ３’に対して下流に配置されている。換言すれば、特に、ポイントａ）～ｆ）またはｉ）～ｖｉ）で採用される手段に関して、最も下流に配置されたハーフブリッジのスイッチＳ１、Ｓ１’のみが、全ての他のハーフブリッジのスイッチＳ２…Ｓ３’と異なるということが提供され得る。

【0063】

この点について、図１４は、第１スイッチＳ１、Ｓ１’のグループの領域におけるループ６ａが左に傾斜し、第２スイッチＳ２…Ｓ３’のグループの領域におけるループ６ｂが右に傾斜している例を示す。

【0064】

図１５は、第１スイッチＳ１、Ｓ１’のグループの領域におけるループ６ａが左右に交互に傾斜し、第２スイッチＳ２…Ｓ３’のグループの領域におけるループ６ｂが右のみに傾斜している別の例を示す。

【0065】

同じく、図１４および図１５の矢印はループ６ａ、６ｂの傾斜を表すが、それらは同様にループ６ａ、６ｂの異なる高さ、ループ６ａ、６ｂのオフセット、またはループ６ａ、６ｂの異なるねじれ、ならびに提案された手段の任意の所望の組み合わせも示し得る。図１６および図１７は、この点に関してやや詳細な図を示す。ここでも、矢印の方向は、ループ６ａ、６ｂの傾斜方向を示すが、水平線がさらにループ６ａ、６ｂの位置および配向も示している。したがって、図１６は、第１スイッチＳ１、Ｓ１’のグループの領域におけるループ６ａが左右に交互に傾斜するとともに互いにオフセットし、第２スイッチＳ２…Ｓ３’のグループの領域におけるループ６ｂは右にのみ傾斜して互いにオフセットしていない実施形態を開示している。また、図１７は、第１スイッチＳ１、Ｓ１’のグループの領域におけるループ６ａが左右に交互に傾斜するとともに互いに対してねじれており、第２スイッチＳ２…Ｓ３’のグループの領域におけるループ６ｂは右にのみ傾斜して互いに対してねじれていない実施形態を開示している。

【0066】

最後に、図１８は、車両１０に設置された電気駆動装置３を示している。車両１０は、少なくとも２つの車軸を有し、そのうちの少なくとも一方が駆動される。具体的には、電気駆動装置３は、任意の歯車機構を介して後車軸の半車軸１１に接続される。最後に、駆動ホイール１２が半車軸１１に装着される。車両１０の駆動は、電気駆動装置３によって少なくとも部分的に、または一時的に提供される。これは、電気駆動装置３は、単独で車両１０を駆動するように機能してもよいし、または、例えば内燃機関と組み合わせて設けられてもよい（ハイブリッド駆動）。

【0067】

最後に、保護範囲は、特許請求の範囲により定められることが制定されている。しかしながら、明細書および図面は、請求項を解釈するための参考となるべきである。図面に含まれる特徴は、任意に互いに交換したり組み合わせたりすることができる。特に、図示された装置は、実際には図示のものよりも多い、または少ない構成要素を備え得ることも制定されている。場合により、図示の装置、それらの構成要素は、縮尺通りに描かれていないことがあり得る、および／または、拡大および／または縮小されていることがあり得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【外国語明細書】