特表 2024-520048 冷却構造体、そのような冷却構造体を備えるパワーモジュール、そのようなパワーモジュールを備えるインバータなどの電力変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-21

(54)【発明の名称】冷却構造体、そのような冷却構造体を備えるパワーモジュール、そのようなパワーモジュールを備えるインバータなどの電力変換器

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240514BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H01L23/46 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023573006

(86)(22)【出願日】2022-05-24

(85)【翻訳文提出日】2024-01-09

(86)【国際出願番号】 EP2022063961

(87)【国際公開番号】W WO2022248427

(87)【国際公開日】2022-12-01

(31)【優先権主張番号】102021205374.2

(32)【優先日】2021-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522447473

【氏名又は名称】ヴァレオ、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 ＥＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＧＥＲＭＡＮＹ ＧＭＢＨ

(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】100130719

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 卓

(72)【発明者】

【氏名】アーノウト、シュミット

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル、ヘヒト

【テーマコード（参考）】

5F136

5H770

【Ｆターム（参考）】

5F136CB07

5F136CB08

5F136DA27

5H770AA21

5H770BA02

5H770DA03

5H770DA41

5H770PA14

5H770PA15

5H770PA17

5H770QA06

5H770QA08

(57)【要約】

冷却構造体（２１１）は、複数の層（Ｌ_１－４）と、積層方向（Ｖ）に従って互いに積層される複数の層（Ｌ_１－４）間に分布されるローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）のネットワークと、を備える。各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、少なくとも２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）を含み、当該少なくとも２つの開口部のうちの少なくとも１つは、前記層（Ｌ_１－４）の別の層のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）と連通する。各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、前記２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）間の前記ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）においてあらゆる直接路を遮る１又は複数の蛇行状構造体（Ｍ）を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層（Ｌ_１－４）と、積層方向（Ｖ）に従って互いに積層される前記複数の層（Ｌ_１－４）間に分布されるローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）のネットワークと、を備える冷却構造体（２１１）であって、各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、少なくとも２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）を含み、当該少なくとも２つの開口部のうちの少なくとも１つは、前記層（Ｌ_１－４）の別の層のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）と連通し、各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、前記２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）間の前記ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）においてあらゆる直接路を遮る１又は複数の蛇行状構造体（Ｍ）を有する、冷却構造体（２１１）。

【請求項2】

各蛇行状構造体（Ｍ）は、前記積層方向（Ｖ）の周りに湾曲部（Ｍ_１－３；Ｍ’_１－８）を有し、及び／又は各々の、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項3】

各蛇行状構造体（Ｍ）は、第１湾曲部（Ｍ_１、Ｍ_３；Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７）と、前記第１湾曲部（Ｍ_１、Ｍ_３；Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７）とは反対の又は異なる第２湾曲部（Ｍ_２；Ｍ’_２、Ｍ’_４、Ｍ’_６、Ｍ’_８）とを含む、請求項１又は２に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項4】

各層（Ｌ_１－４）のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、それらの層（Ｌ_１－４）内で互いに分離されており、それによって他の層の少なくとも１つのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）を介してのみ互いに接続される、請求項１～３のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項5】

各層（Ｌ_１－４）のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、同一のローカルチャンバーを含むか又は実質的に同一である、請求項１～４のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項6】

１つの層（Ｌ_１－４）の少なくともいくつかのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、隣り合う層（Ｌ_１－４）の少なくともいくつかのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）の鏡像である、請求項１～５のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項7】

前記層（Ｌ_１－４）をそれぞれ形成する積層されたプレート（２３２）を備え、各プレート（２３２）は、前記対応の層（Ｌ_１－４）の前記ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）をそれぞれ定める孔を含む、請求項１～６のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項8】

－ メインボディと、
－ 前記メインボディに固定される請求項１～７のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）と、を備えるパワーモジュール（２０２）。

【請求項9】

電力変換器、特にインバータ、であって、
－ 請求項８に記載のパワーモジュール（２０２）と、
－ その冷却構造体によって前記パワーモジュールを少なくとも間接的に冷却するように構成される冷却チャネル（２１２）と、
を備える電力変換器。

【請求項10】

前記冷却チャネル（２１）は、開放サイド（２１５）を有するキャビティ（２１４）を含み、前記冷却構造体（２１１）を含む前記メインボディの前記サイドが前記開放サイド（２１５）を閉じるように且つ前記冷却構造体（２１１）が前記キャビティ（２１４）において受けられるように、前記冷却チャネル（２１２）は前記パワーモジュール（２０２）に固定される、請求項９に記載の電力変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却構造体、そのような冷却構造体を備えるパワーモジュール、及びそのようなパワーモジュールを備えるインバータなどの電力変換器に関する。発明は、特に自動車車両において適用可能である。

【発明の概要】

【0002】

公開された欧州出願番号ＥＰ ２４１６ ４８３ Ａ２号は、直接冷却される両面単相パワーモジュールを記述する。特に、パワーモジュールは、ピンが突き出たプレートを備える。そのピンは、流路形成部の開口部に挿入されることが意図され、それによって流路形成部に流入するクーラントがピンと接触するようになっている。

【0003】

発明の目的は、冷却構造体とクーラントとの間の熱伝達を改善することである。

【0004】

発明の目的は、複数の層と、積層方向に従って互いに積層された複数の層間に分散された複数のローカルチャンバーのネットワークと、を備える冷却構造体によって解決され、各ローカルチャンバーが少なくとも２つの開口部を含み、当該少なくとも２つの開口部のうちの少なくとも１つが層の別のローカルチャンバーと連通し、各ローカルチャンバーが、２つの開口部間のローカルチャンバーにおいてあらゆる直接路をブロックする１又は蛇行状構造体を備える。

【0005】

発明のおかげで、各ローカルチャンバーにおいて、２つの開口部間を流れるクーラントは、少なくとも１つの蛇行状構造体と接触させられ、それによって熱が蛇行状構造体のからクーラントに比較的容易に伝達されうる。これは、例えば、２つの開口部がそれぞれの頂点に配置される三角チャンバーとは対照的であり、それにおいて、クーラントの一部は、チャンバーの壁に接触することなく、２つの開口部間の直接路を進みうる。特に、各層は１つ以上の蛇行状構造体を含み、特に１つ以上の蛇行状構造体によって形成される。

【0006】

次に、発明のオプションの特徴が列挙される。これらの特徴は、個別に実行されてもよいし、任意の組み合わせで実行されてもよい。

【0007】

いくつかの実施形態において、各蛇行状構造体は、積層方向の周りに少なくとも１つの湾曲、すなわち単一の曲線又は複数の曲線、を有する。好ましくは、その湾曲は楕円、円、又は二重放物線である。

【0008】

いくつかの実施形態において、各ローカルチャンバーは、少なくとも第１湾曲と、第１湾曲とは反対の又は異なる少なくとも第２湾曲とを特に含む複数の蛇行状構造体を備える。有利には、反対の湾曲を持つ２つの湾曲部は、２つの開口部間のあらゆる直接路を比較的容易に遮断する。特に、各層は、少なくとも第１湾曲と、第１湾曲とは反対の又は異なる少なくとも１つの第２湾曲とを特に含む複数の蛇行状構造体を備える。

【0009】

好ましくは、第１湾曲及び第２湾曲は楕円、円又は二重放物線である。

【0010】

いくつかの実施形態において、各層の複数のローカルチャンバーは、それらの層内で互いに分離されており、他の層の少なくとも１つのローカルチャンバーを介してのみ互いに接続されるようになっている。有利には、異なるレベルに向かうクーラントの流れが達成される。

【0011】

いくつかの実施形態において、２つのそれぞれの隣り合う層の２つのローカルチャンバーが互いにオーバーラップし、そのオーバーラップは、両方のローカルチャンバーのための開口を形成し、これら２つのローカルチャンバーは、そのオーバーラップにおいて、３０°～９０°に含まれる、好ましくは４５°～９０°に含まれる角度を互いに形成する２つのそれぞれのクーラントの流れの方向を定める壁を有する。有利には、ローカルチャンバーは、したがって、ローカルチャンバーの接合部（オーバーラップ部）の横断壁に対する衝突流を得るように形作られている。衝突流は熱伝達を大幅に改善しうるものであり、それによってチャンバーの壁からクーラントに熱が容易に伝達される。特に、連続する２つの層の蛇行状構造体が互いにオーバーラップすることで、ローカルチャンバーの開口部を形成する。

【0012】

いくつかの実施形態において、各層のローカルチャンバーは同一のローカルチャンバーを含む。有利には、同一のローカルチャンバーは冷却構造体の設計を単純化する。

【0013】

いくつかの実施形態において、１つの層の少なくともいくつかのローカルチャンバーは、隣り合う層の少なくともいくつかのローカルチャンバーの鏡像である。有利には、鏡像チャンバーは、クーラントが冷却構造体からより均質に熱を排出することを可能にする。

【0014】

いくつかの実施形態において、冷却構造体は、それぞれ層を形成する積層されたプレートを含み、各プレートは、それぞれ対応する層のローカルチャンバーを定める孔を備える。有利には、積層されたプレートは、ローカルチャンバーのネットワークを構築する簡単な方法を提供する。

【0015】

発明はまた、メインボディと、メインボディに固定された発明による冷却構造体とを備えるパワーモジュールに関する。特に、メインボディはベースプレートを含み、冷却構造体はベースプレートに固定される。

【0016】

有利には、パワーモジュールは、ひいてはピンフィンベースプレート（ｐｉｎ ｆｉｎ ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）用のキャビティを持つ冷却チャネルに簡単に取り付けられることができる。そして層は、ピンフィンの代わりに、キャビティにおいて延在することになる。

【0017】

特に、パワーモジュールは制御可能なスイッチ、例えばＩＧＢＴなどの制御可能な半導体スイッチ、を含む。パワーモジュールは、特に、当業者に知られている方法で制御可能なスイッチを制御することにより、パワーモジュールの入力に印加される直流電圧を、パワーモジュールの出力に存在する交流電圧に変換するように構成される。

【0018】

交流電圧は、多相交流電圧、特に三相電圧、であってもよい。

【0019】

パワーモジュールは、発明による２つの冷却構造体、特に、一方がパワーモジュールのメインボディの一方のサイドに固定され且つ他方がメインボディの反対サイドに固定される２つの冷却構造体、を備えてもよい。そのようなパワーモジュールは、両サイド冷却パワーモジュール（ｄｏｕｂｌｅ－ｓｉｄｅｄ ｃｏｏｌｅｄ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ）として知られていることがある。

【0020】

発明はまた、１つのパワーモジュール又は複数のパワーモジュールと、その冷却構造体によってパワーモジュールを少なくとも間接的に冷却するように構成された冷却チャネルとを含む電力変換器に関する。電力インバータは、１つのパワーモジュール又は複数のパワーモジュールによって直流電圧を交流電圧に変換するように構成されたインバータであってもよい。そのインバータは、インバータに印加される直流電圧を平滑化するための直流リンクコンデンサ（ＤＣ ｌｉｎｋ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を含んでもよい。

【0021】

電力変換器は、開放サイドを有するキャビティを冷却チャネルが備えるように構成されてもよく、冷却構造体を含むメインボディのサイド、特にベースプレート、が開放サイドを閉じるように且つ冷却構造体がキャビティに受容されるように、冷却チャネルは電力モジュールに固定される。そして、冷却チャネルを流れる冷却液又は冷却流体は、冷却構造体と直接接触し、その結果、パワーモジュール、特にその制御可能なスイッチ、の改善された冷却がもたらされる。

【0022】

また、発明は、発明によるインバータと、そのインバータによって駆動される電動機とを備える電気駆動に関する。

【0023】

発明はまた、例えば自動車車両の少なくとも１つの車輪を駆動するように構成された、発明による電気駆動を備える自動車車両に関する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

本発明は、添付図面を参照してより具体的に説明され、当該添付図面において：

【図1】図１は、発明による冷却構造体を備える電力変換器の断面図である。

【図2】図２は、図１の冷却構造体で使用されうるチャンバーのネットワークの第１の例において流れるクーラントの三次元図である。

【図3】図３は、図２のチャンバーのいくつかにおけるクーラントの上面図である。

【図4】図４は、図１の冷却構造体で使用されうるチャンバーのネットワークの第２の例において流れるクーラントの三次元図である。

【図5】図５は、図４のチャンバーのいくつかにおけるクーラントの上面図である。

【図6】図６は、図１の冷却構造体で使用されうるチャンバーのネットワークの第３の例のチャンバーのいくつかにおけるクーラントの上面図である。

【図7】図７は、発明による共通の冷却構造体を有する３つのパワーモジュールの三次元図であり、クーラントを見るための透明なハウジングを有する。

【図8】図８は、発明による冷却構造体が使用されうるインバータを含む自動車車両の簡略化された図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

次に、図１を参照して、発明が実施される電力変換器２００の例が説明される。電力変換器は、直流電圧を交流電圧に変換するように構成されたインバータであってもよい。インバータは、直流電圧を平滑化するように構成された直流リンクコンデンサを含んでもよい。

【0026】

以下の説明は、例えば垂直方向としてとられた任意の方向Ｖを参照して行われる。

【0027】

電力変換器２００は、特に直流電圧の交流電圧への変換を行うパワーモジュール２０２を備える。

【0028】

パワーモジュール２０２は、ベースプレート２０４を含むメインボディと、ベースプレート２０４の上面に固定された基板２０６とを備える。基板２０６は、例えば両サイドに銅層を有するセラミック板を備えるＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）基板である。基板２０６は、例えば、ベースプレート２０４に何らかの形で接続された絶縁層の上のリードフレームでもありうる。パワーモジュール２０２は、制御可能なスイッチ、例えば基板２０６によって支持された半導体パワー部品２０８、を更に備える。

【0029】

パワーモジュール２０２は、具体的にはそのメインボディは、基板２０６及び半導体パワー部品２０８を取り囲む電気絶縁性ハウジング２１０を備え、その一方でベースプレート２０４の下向きの面の少なくとも一部が見えることを許容する。電気絶縁性ハウジング２１０は、例えばエポキシ樹脂、又は代替的に電気絶縁性ゲルが充填されるプラスチックケーシング、を含んでいてもよい。

【0030】

パワーモジュール２０２は、メインボディに、特にベースプレート２０４の底面に、固定された冷却構造体２１１を更に備える。

【0031】

電力変換器２００は、パワーモジュール２０２を、特にその制御可能なスイッチを、冷却するための冷却チャネル２１２を更に備える。冷却チャネル２１２は、例えば冷却液や冷却流体であるクーラントを導くように構成される。クーラントは、水などの液体、あるいは（例えば空調回路又はヒートポンプにおけるような）二相冷媒などの液体－気体混合体であってもよい。冷却チャネル２１２は、開放トップサイド２１５を有するキャビティ２１４と、キャビティ２１４にクーラントが流入するのを許容するための一般的なクーラント入口部２１６と、キャビティ２１４からクーラントが流出するのを許容するための一般的なクーラント出口部２１８とを備える。

【0032】

パワーモジュール２０２のベースプレート２０４が開放トップサイド２１５を閉じるように及び冷却構造体２１１がキャビティ２１４に受け入れられるように、冷却チャネル２１２は、パワーモジュール２０２に対して、例えばベースプレート２０４に対して、固定されるように構成されており、そこで冷却構造体２１１と冷却チャネル２１２はお互いに固定される。この固定は、シーリングを含んでいてもよい。

【0033】

次に、冷却構造体２１１がより詳細に説明される。

【0034】

冷却構造体２１１は、以下で更に詳しく説明するように、蛇行状構造体が設けられるチャンバー２３０のネットワークを備える。

【0035】

説明した例において、冷却構造体２１１は、一般クーラント入口部２１６に接続された一般入口チャンバー２２６と、一般クーラント出口部２１８に接続された一般出口チャンバー２２８とを画定する。このように、クーラントは、一般入口チャンバー２２６から一般出口チャンバー２２８に流れるために、特に説明した例において垂直方向Ｖに対して直角を成す流れＦの大まかな方向又は主要な方向に従って、チャンバー２３０を横切るように意図されている。

【0036】

示されているように、チャンバー２３０は、垂直方向Ｖに従って互いに積み重ねられた複数の層の間に分布している。特に、各層は１つ以上の蛇行状構造体Ｍを含み、特に１つ以上の蛇行状構造体Ｍによって形成されている。

【0037】

例えば、それらの相は、それぞれ穴が設けられたプレート２３２によって形成される。プレート２３２は、垂直方向Ｖに従って互いに積み重ねられる。各穴は、積み重ねにおいて前のプレートによって、又は最下位置のプレート２３２に関しては冷却チャネル２１２によって、下方から部分的に閉じられ、積み重ねにおいて次のプレートによって、又は最上位置のプレート２３２に関してはパワーモジュール２０２のベースプレート２０４によって上方から閉じられ、それによって穴がそれぞれチャンバー２３０を形成するようになっている。例えば、穴は、エッチング、ウォータージェットカット又はレーザージェットにカット及びスタンピングなどによって、得られる。プレート２３２は、例えば、冷間圧延及び／又ははんだ付け又はろう付け又は接着によって、接合されうる。

【0038】

有利には、パワーモジュール２０２は、ピンフィン冷却構造体のためのキャビティ、すなわちベースプレート２０４から下方に突出するピンフィンのためのキャビティ、を有する冷却チャネルに容易に取り付けられうる。冷却構造体２１１は、ピンフィンの代わりに、キャビティにおいて延びることになる。

【0039】

冷却チャネル２１２は、図１に示すように、別個の部品とすることもできるが、別個の壁を必要とせず、プレート２３２自体が冷却チャネルを画定する外壁を形成するプレート２３２の構造体に組み込まれるも可能である（それは最終的に図７の構成につながる）。

【0040】

次に、図２を参照して、冷却構造体２１１のチャンバー２３０のネットワークの例をより詳細に説明する。図２は、図１の冷却構造体で使用されうるチャンバーのネットワークの第１の例で流れるクーラントの三次元図である。

【0041】

図示の例において、チャンバー２３０は、垂直方向Ｖに積み重ねられる４つの層Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４間に配置される。

【0042】

各層Ｌ_１－４のチャンバー２３０は、大まかな又は主な流れＦの一般的な方向に平行なライン上（図示の例では、各層Ｌ_１－４に関してＬＮ_１、ＬＮ_２、ＬＮ_３、ＬＮ_４、ＬＮ_５で言及される５つ）に整列されている。記載された例において、各ラインＬＮ_１－５は、同一のチャンバー（記載された例では２つ）と、例えば、冷却構造体２１１を一般入口チャンバー２２６と一般出口チャンバー２２８との間の距離に調整するために、完全なチャンバーの周囲における、ラインＬＮ_１－５の２つの先端における２つの先端が切り取られたチャンバーと、を備える。先端が切り取られたチャンバーは、例えば、それらの先端が切り取られた以外は、完全なチャンバーと同じである。

【0043】

ラインＬＮ_１－５の連続する２つのチャンバー２３０間を流れるためにクーラントが別の層Ｌ_１－４の少なくとも１つのチャンバー２３０を通過しなければならないように、各層Ｌ_１－４のチャンバー２３０はそれらの層内で分離されている。異なる層Ｌ_１－４のチャンバー２３０間のクーラントの流れを可能にするため、各チャンバー２３０は、隣り合う層Ｌ_１－４（上位層及び／又は下位層）のチャンバー２３０とオーバーラップする。好ましくは、ラインＬＮ_１－５における連続する２つのチャンバー２３０の両者は、隣り合う層Ｌ_１－４の同じチャンバー２３０とオーバーラップする。隣り合う層の２つのチャンバー２３０間のオーバーラップは、これら２つのチャンバー間でのクーラント連通を可能にするクーラント開口部を形成する。従って、開口部は、そのチャンバー２３０の一方に関するローカルクーラント入口部と、そのチャンバーの他方に関するローカルクーラント出口部と、を形成する。

【0044】

更に、各ラインＬＮ_１－５の先端における先端部が切り取られたチャンバー２３０は、一般入口チャンバー２２６を有するローカル入口部又は出口チャンバー２２８を有するローカル出口部を備える。このようにして、各チャンバー２３０は、少なくとも１対のクーラント開口部（１つのローカル入口部及び１つのローカル出口部）を含む。

【0045】

各完全なチャンバー２３０は、大まかな流れ又は主な流れＦの方向に沿った少なくとも１つの蛇行状構造体Ｍを備える（記載された例では矩形の断面を有する）管の形状を有する。記載された例において、各完全なチャンバー２３０は３つの連続した蛇行状構造体を備え：２つの蛇行状構造体は第１湾曲部Ｍ_１、Ｍ_３を有し；Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７は垂直方向Ｖの周りにあり、それらの間に、更なる蛇行状構造体が、第１湾曲部とは逆の、垂直方向Ｖの周りにあるＭ’_２、Ｍ’_４、Ｍ’_６、Ｍ’_８を有する。

【0046】

説明した例において、１つの層Ｌ_１－４の完全なチャンバー２３０は、（すなわち垂直方向Ｖ及び流れ方向Ｆに平行な面に関して）次の層Ｌ_１－４の完全なチャンバー２３０の垂直方向の鏡像である。

【0047】

図３には、連続する２つの層Ｌ_１－４の完全なチャンバー２３０が、上方からそれぞれ単純線と破線で示されている。完全なチャンバー２３０_Ａは、他の隣り合う層の整列したチャンバー２３０_Ｂ及び２３０_Ｃとオーバーラップする。チャンバー２３０_Ａに関し、チャンバー２３０_Ｂからのローカル入口部を形成するオーバーラップはＩ_１、Ｉ_２で言及され、チャンバー２３０_Ｃへのローカル出口部を形成するオーバーラップはＯ_１、Ｏ_２で言及される。

【0048】

見てわかるように、湾曲部Ｍ_１－２は、ローカル入口部Ｉ_１からローカル出口部Ｏ_１へのあらゆる直接的な流路（すなわち直線のライン）を遮断する。湾曲部Ｍ_１－３は、ローカル入口部Ｉ_１からローカル出口部Ｏ_２へのあらゆる直接的な流路を遮断する。湾曲部Ｍ_１－３は、ローカル入口部Ｉ_２からローカル出口部Ｏ_２へのあらゆる直接的な流路を遮断する。このようにして、ローカル入口部Ｉ_１からローカル出口部Ｏ_１へ、ローカル入口部Ｉ_１からローカル出口部Ｏ_２へ、及びローカル入口部Ｉ_２からローカル出口部Ｏ_２へ流れるクーラントは、蛇行状構造体の少なくともいくつかと、特にその湾曲部Ｍ_１－３と、接触させられ、それは冷却構造体２１１とクーラントとの間の熱伝達を増加させる。

【0049】

それぞれ隣り合う２つの層の２つのチャンバー、例えばチャンバー２３０_Ａと２３０_Ｂ、は互いにオーバーラップし、そのオーバーラップは両チャンバーの開口部（例えば開口部Ｉ_１）を形成する。その２つのチャンバーは、好ましくは、そのオーバーラップにおいて（すなわち開口部Ｉ_１において）、それぞれ２つのクーラント流れ方向（矢印Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂ）を定める壁を有し、当該それぞれ２つのクーラント流れ方向（矢印Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂ）は互いに３０°～９０°、好ましくは４５°～９０°、に含まれる角度αを形成する。このようにして、衝突流を得ることができる。例えば、チャンバー２３０_Ｂから来るクーラントは、開口部Ｉ_１を介してチャンバー２３０_Ａに入る際に、少なくとも部分的にチャンバー２３０_Ａの壁Ｗに角度αで衝突する。したがって、壁Ｗは衝突壁を形成する。

【0050】

チャンバー２３０の配置の他の例が図４に示される。この例において、各完全なチャンバー２３０は合計７つの蛇行状構造体を含み、下層及び／又は上層の隣り合う層Ｌ_１－４の連続する２つの整列したチャンバー２３０とオーバーラップする。

【0051】

図５を参照しながら、２３０’_Ａによって言及される図４の完全なチャンバーのうちの一つが詳細に説明される。

【0052】

完全なチャンバー２３０’_Ａは、例えば、垂直方向Ｖの周りに第１湾曲部を有する４つの湾曲部Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７を有する蛇行状構造体と、それらの間に、垂直方向Ｖの周りに反対の湾曲部を有する４つの湾曲部Ｍ’_２、Ｍ’_４、Ｍ’_６、Ｍ’_８を有する蛇行状構造体Ｍとを備える。完全なチャンバー２３０’_Ａは、下層又は上層の隣り合う層の連続する２つの整列したチャンバー２３０’_Ｂ、２３０’_Ｃとオーバーラップする。このオーバーラップは、チャンバー２３０’_Ａにおいて、チャンバー２３０’_Ｂからの６つのローカル入口部Ｉ’_１、Ｉ’_２、Ｉ’_３、Ｉ’_４、Ｉ’_５、Ｉ’_６と、チャンバー２３０’_ｃへの４つのローカル出口部Ｏ’_１、Ｏ’_２、Ｏ’_３、Ｏ’_４とを定める。

【0053】

図示されているように、ローカル入口部Ｉ’_１－６のいずれかからローカル出口部Ｏ’_１－４のいずれかに至るあらゆる直接路は、直接路が存在するローカル入口部Ｉ’_６とローカル出口部Ｏ’_１を除いて、蛇行部Ｍ’_１－８の少なくともいくつかによって遮断される。

【0054】

図６を参照して、チャンバー２３０のネットワークの別の例を説明する。図６には、完全なチャンバーのみが図示されている。

【0055】

完全なチャンバー２３０は図３のものと同じであり、特にそれは３つの蛇行部Ｍ_１－３を含む。しかし、各完全なチャンバー２３０が、隣り合う層の（同じライン上の）連続する２つのチャンバーとオーバーラップするだけではなく、隣り合うライン上に位置するこの隣り合う層の少なくとも１つのチャンバーともオーバーラップするように、それらは異なって配置されている。

【0056】

例えば、完全なチャンバー２３０”_Ａは、隣り合う層のチャンバー２３０”_Ｂ、２３０”_Ｃ、２３０”_Ｄ、２３０”_Ｅとオーバーラップし、第１のラインＬＮ”_１の整列した連続チャンバー２３０”_Ｂ及び２３０”_Ｃ、並びに、第１のラインＬＮ”_１に隣り合うラインＬＮ”_２の２つの整列した連続チャンバー２３０”_Ｄ及び２３０”_Ｅを含む。

【0057】

このように、記載された例において、チャンバー２３０”_Ａは、チャンバー２３０”_Ｂからの２つのローカル入口部Ｉ”_１、Ｉ”_３及びチャンバー２３０”_Ｄからの１つのローカル入口部Ｉ”_２、並びに、チャンバー２３０”_Ｃへの２つのローカル出口部Ｏ”_１、Ｏ”_３及びチャンバー２３０”_Ｅへの１つのローカル出口部Ｏ”_２を含む。

【0058】

見てわかるように、湾曲部Ｍ_１－３の少なくともいくつかは、直接路が存在するローカル入口部Ｉ”_３及びローカル出口部Ｏ”_１を除く、ローカル入口部Ｉ”_１－３のいずれかとローカル出口部Ｏ”_１－３のいずれかとの間のあらゆる直接路をブロックする。

【0059】

図７を参照すると、いくつかの実施形態において、複数のパワーモジュール２０２_１、２０２_２、２０２_３を冷却するのに、発明による共通の冷却構造体２１１_Ａが使用されうる。図７において、冷却構造体２１１_Ａは、流れＦ_Ａの方向に従って、パワーモジュール２０２_１－３を上方から冷却する。冷却構造体２１１_Ａのチャンバーは、上述した配置のいずれかによって配置されうる、或いは、任意の他の配置によって配置されうる。冷却構造体２１１_Ａのチャンバーは、一般入口チャンバー２２６_Ａから一般出口チャンバー２２８_Ａまで延び、それぞれ冷却チャネル２１２の一般クーラント入口部２１６及び一般クーラント出口部２１８に接続される。

【0060】

更に、２つの冷却構造体がそれぞれに設けられうる２つの冷却チャネルが、両サイド冷却体のための１又は複数のパワーモジュールの両サイドに配置されうる。２つの冷却構造体は、同じクーラント入口部及びクーラント出口部に接続されうる。例えば、図７において、冷却構造体２１１_Ａと同様の別の冷却構造体（見えない）が、パワーモジュール２０２_１－３を下から冷却するように設けられる。好ましくは、２つの冷却構造体に関するそれぞれの流れ方向は、互いに反対方向である。説明される例において、下の冷却構造体のチャンバーは、一般入口チャンバー２２６_Ｂから一般出口チャンバー２２８_Ｂまで延び、それぞれ一般クーラント入口部２１６及び一般クーラント出口部２１８に接続される。

【0061】

次に、図８を参照して、発明が実施されうる車両１００の例について説明する。説明される例において、車両１００は自動車車両（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）である。

【0062】

車両１００は、地面（例えば道路）における摩擦によって車両１００を移動させるための車輪１０２と、車輪１０２のうちの少なくとも１つを少なくとも間接的に駆動するように構成された電気駆動部１０４とを備える。車両１００は、電気駆動部１０４に電力を供給するための、バッテリなどの直流電圧源１０６を更に備える。直流電圧源１０６は、直流電圧Ｅを供給するように構成される。

【0063】

電気駆動部１０４は、電動機１０８と、例えば電力を供給することによって、電動機１０８を駆動するように構成されたインバータ１１０とを備える。例えば、電動機１０８は固定子相を備える回転電動機である。説明した例において、電動機１０８は、３つの固定子相を備える三相電動機である。

【0064】

インバータ１１０は、直流電圧Ｅが入力端子ＩＴ_＋、ＩＴ_－に存在するように、直流電圧源１０６に接続された入力端子ＩＴ_＋、ＩＴ_－を備える。より詳細には、入力端子ＩＴ_＋、ＩＴ_－は、直流電圧源１０６のプラス端子に接続されたプラス入力端子ＩＴ_＋と、直流電圧源１０６のマイナス端子及び電気グランドＧＮＤに接続されたマイナス入力端子ＩＴ_－とを含む。

【0065】

インバータ１１０は、電動機１０８に接続された出力端子ＯＴを更に備える。交流電圧は、電動機１０８に電力を供給するために、出力端子ＯＴに存在することが意図されている。交流電圧は、単相交流電圧でもよいし、多相交流電圧でもよい。電動機１０８が三相電動機である説明される例において、交流電圧は三相交流電圧である。

【0066】

インバータ１１０は、入力端子ＩＴ_＋、ＩＴ_－及び出力端子ＯＴに接続されたメインスイッチと呼ばれる制御可能なスイッチＱ、Ｑ’を更に備える。メインスイッチＱ、Ｑ’は、例えばトランジスタを備える半導体スイッチである。各メインスイッチＱ、Ｑ’は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴ（ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ）のうちの１つを備える。これらのスイッチＱ、Ｑ’は、例えば図１の半導体パワー部品２０８に対応する。

【0067】

説明した例において、インバータ１１０は、電動機１０８の固定子相にそれぞれ関連付けられるスイッチ脚部１１４_１－３を備える。各スイッチ脚部１１４_１－３は、プラス入力端子ＩＴ_＋に接続されたハイサイド（ＨＳ）メインスイッチＱ’と、マイナス入力端子ＩＴ_－に接続されたローサイド（ＬＳ）メインスイッチＱとを備える。ＨＳメインスイッチＱ’及びＬＳメインスイッチＱは、電動機１０８の関連付けられる固定子相に接続される出力端子ＯＴに接続された中間点で、互いに接続されている。

【0068】

各スイッチ脚部１１４_１－３は、２つの構成間で切り替えるように制御されることが意図される。ハイサイド（ＨＳ）構成と呼ばれる第１のものにおいて、直流電圧Ｅが関連付けられる固定子相に実質的に印加されるように、ＨＳメインスイッチＱ’が閉じられ（オン）、ＬＳメインスイッチＱが開かれる（オフ）。ローサイド（ＬＳ）構成と呼ばれる第２のものにおいて、関連付けられる固定子相にゼロ電圧が基本的に印加されるように、ＨＳメインスイッチＱ’が開かれ（オフ）、ＬＳメインスイッチＱが閉じられる（オン）。

【0069】

インバータ１１０は制御装置１１６を更に備え、当該制御装置１１６は、メインスイッチＱ、Ｑ’が直流電圧Ｅを交流電圧に変換するようにメインスイッチＱ、Ｑ’を制御するように構成される。説明される例において、制御装置１１６は、各スイッチ脚部１１４を上述の２つの構成の間で切り替えるように構成される。

【0070】

パワーモジュール２０２は、例えば、スイッチ脚部１１４_１－３のうちの１つ又はすべてのスイッチ脚部１１４_１－３を実装しうる。

【0071】

発明は上述の実施形態に限定されないことに留意される。ちょうど開示された教示に照らし、上述の実施形態に様々な変更を加えることができることは、当業者には確かに明らかであろう。

【0072】

特に、層は異なっていてもよい（例えば、ある層のチャンバーの形状は、別の層のチャンバーの形状と異なる）。更に、湾曲部は非対称でもありうるものであり、例えば異なる曲率を有しうる。蛇行部はまた、「Ｖ」形状でも、すなわちある角度で互いに接合する２つの平面壁によっても、得られうる。

【0073】

これまでの発明の詳細な説明において、使用された用語は、発明を本明細書において提示された実施形態に限定するものとして解釈されるべきではなく、当業者の一般的な知識を、ちょうど開示された教示の実施に適用することによって、当業者の理解できる範囲内にあるすべての同等のものを含むものとして解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層（Ｌ_１－４）と、積層方向（Ｖ）に従って互いに積層される前記複数の層（Ｌ_１－４）間に分布されるローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）のネットワークと、を備える冷却構造体（２１１）であって、各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、少なくとも２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）を含み、当該少なくとも２つの開口部のうちの少なくとも１つは、前記層（Ｌ_１－４）の別の層のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）と連通し、各ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、前記２つの開口部（Ｉ_１－２、Ｏ_１－２；Ｉ’_１－６、Ｏ’_１－４；Ｉ”_１－３；Ｏ”_１－３）間の前記ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）においてあらゆる直接路を遮る１又は複数の蛇行状構造体（Ｍ）を有する、冷却構造体（２１１）。

【請求項2】

各蛇行状構造体（Ｍ）は、前記積層方向（Ｖ）の周りに湾曲部（Ｍ_１－３；Ｍ’_１－８）を有し、及び／又は各々の、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項3】

各蛇行状構造体（Ｍ）は、第１湾曲部（Ｍ_１、Ｍ_３；Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７）と、前記第１湾曲部（Ｍ_１、Ｍ_３；Ｍ’_１、Ｍ’_３、Ｍ’_５、Ｍ’_７）とは反対の又は異なる第２湾曲部（Ｍ_２；Ｍ’_２、Ｍ’_４、Ｍ’_６、Ｍ’_８）とを含む、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項4】

各層（Ｌ_１－４）のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、それらの層（Ｌ_１－４）内で互いに分離されており、それによって他の層の少なくとも１つのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）を介してのみ互いに接続される、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項5】

各層（Ｌ_１－４）のローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、同一のローカルチャンバーを含むか又は実質的に同一である、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項6】

１つの層（Ｌ_１－４）の少なくともいくつかのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）は、隣り合う層（Ｌ_１－４）の少なくともいくつかのローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）の鏡像である、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項7】

前記層（Ｌ_１－４）をそれぞれ形成する積層されたプレート（２３２）を備え、各プレート（２３２）は、前記対応の層（Ｌ_１－４）の前記ローカルチャンバー（２３０；２３０_Ａ－Ｃ；２３０’_Ａ－Ｃ；２３０”_Ａ－Ｅ）をそれぞれ定める孔を含む、請求項１に記載の冷却構造体（２１１）。

【請求項8】

－ メインボディと、
－ 前記メインボディに固定される請求項１～７のいずれかに記載の冷却構造体（２１１）と、を備えるパワーモジュール（２０２）。

【請求項9】

電力変換器、特にインバータ、であって、
－ 請求項８に記載のパワーモジュール（２０２）と、
－ その冷却構造体によって前記パワーモジュールを少なくとも間接的に冷却するように構成される冷却チャネル（２１２）と、
を備える電力変換器。

【請求項10】

前記冷却チャネル（２１）は、開放サイド（２１５）を有するキャビティ（２１４）を含み、前記冷却構造体（２１１）を含む前記メインボディの前記サイドが前記開放サイド（２１５）を閉じるように且つ前記冷却構造体（２１１）が前記キャビティ（２１４）において受けられるように、前記冷却チャネル（２１２）は前記パワーモジュール（２０２）に固定される、請求項９に記載の電力変換器。

【国際調査報告】