特表 2024-539941 パワーエレクトロニクス用の冷却器

(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】2024-10-31

(54)【発明の名称】パワーエレクトロニクス用の冷却器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20241024BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024524477

(86)(22)【出願日】2022-10-24

(85)【翻訳文提出日】2024-06-13

(86)【国際出願番号】 US2022078588

(87)【国際公開番号】W WO2023076859

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】63/263,137

(32)【優先日】2021-10-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515301041

【氏名又は名称】アティエヴァ、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ルイス、バーナビー ジェームズ ジェラルド

(72)【発明者】

【氏名】ホール、ブラッドレイ ルーカス

(72)【発明者】

【氏名】ビスカップ、リチャード ジェイ．

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA05

5E322AA10

5E322DA00

5E322FA01

5F136CB07

5F136CB08

5F136DA27

(57)【要約】

パワーエレクトロニクス用の冷却器は、入口及び出口を有する積層構造体を備え、前記積層構造体が、平面部材のスタックを有し、前記スタックの端部の第１の最外部材が、第１のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第１の熱交換表面を形成し、前記スタックの反対側の端部に第２の最外部材が位置付けられており、前記第１の最外部材に隣接した第１の複数の前記平面部材が、前記スタック内で第１の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口が、前記第１の熱交換空間に結合されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーエレクトロニクス用の冷却器であって、前記冷却器が、
入口及び出口を有する積層構造体を備え、前記積層構造体が、平面部材のスタックを有し、前記スタックの端部の第１の最外部材が、第１のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第１の熱交換表面を形成し、前記スタックの反対側の端部に第２の最外部材が位置付けられており、前記第１の最外部材に隣接した第１の複数の前記平面部材が、前記スタック内で第１の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口が、前記第１の熱交換空間に結合されている、冷却器。

【請求項2】

前記第１の複数の前記平面部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記入口及び前記第１の熱交換空間に結合された入口マニホールドを形成する開口を有し、前記入口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第１のアパーチャが位置付けられている、請求項１に記載の冷却器。

【請求項3】

前記入口マニホールドは、前記第１の熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第１のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する、請求項２に記載の冷却器。

【請求項4】

前記第１のアパーチャは、前記入口マニホールドに対して中心にある、請求項２に記載の冷却器。

【請求項5】

前記第２の複数の前記平面部材は、前記出口及び前記第１の熱交換空間に結合された出口マニホールドをさらに形成し、前記出口マニホールドは、前記入口マニホールドに対して平行であり、前記出口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第２のアパーチャが位置付けられている、請求項４に記載の冷却器。

【請求項6】

前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して中心になく、前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して前記入口マニホールドから離れるように位置付けられている、請求項５に記載の冷却器。

【請求項7】

前記出口マニホールドは、前記第１の熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第２のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する、請求項５に記載の冷却器。

【請求項8】

前記入口マニホールドは、単一の入口マニホールドアームを含む、請求項５に記載の冷却器。

【請求項9】

前記出口マニホールドは、前記単一の入口マニホールドアームの両側に、それぞれの出口マニホールドアームを含む、請求項８に記載の冷却器。

【請求項10】

前記第１の熱交換空間の内側に構造をさらに備え、前記構造が、前記平面部材とは別個であり、穴を含む、請求項１に記載の冷却器。

【請求項11】

前記穴は、前記構造において周期的に間隔を空けられ、前記穴のそれぞれは、対応するピンと位置合わせされている、請求項１０に記載の冷却器。

【請求項12】

前記第１の最外部材における第１の開口；及び
第１の平面部材の縁部にある第１のスロット、前記第１のスロットは、前記第１の開口と位置合わせされ、前記第１のスロットは、四角ナットを受けるように構成されている、
をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却器。

【請求項13】

前記第１の平面部材は、前記第１の最外部材に当接しており、前記冷却器は、
前記第１の最外部材における第２の開口；及び
前記第１の平面部材に当接しており、前記第１の最外部材から反対側に位置付けられた第２の平面部材の縁部にある第２のスロット、前記第２のスロットは、前記第２の開口に位置合わせされている、
をさらに備える、請求項１２に記載の冷却器。

【請求項14】

前記平面部材の少なくとも一部は、互いに異なる厚さを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却器。

【請求項15】

前記冷却器は、前記第１のパワーエレクトロニクスベースプレート及び第２のパワーエレクトロニクスベースプレートのためのダブル冷却器であり、前記第２の最外部材は、前記第２のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第２の熱交換表面を形成し、前記第２の最外部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記スタック内で第２の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口は、前記第２の熱交換空間にも結合されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年１０月２７日出願の米国特許出願第６３／２６３，１３７号、名称「ＣＯＯＬＥＲ ＦＯＲ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ」の優先権を主張し、その開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本明細書は、パワーエレクトロニクス用の冷却器に関する。

【背景技術】

【0003】

パワーエレクトロニクスは、様々な状況において使用される。電気自動車において、それらは、高電圧バッテリパックからの直流を、推進モータに電力供給するための交流に変換するインバータに含まれるか、又はモータから回収したエネルギーを、バッテリパックに供給するために含まれることが可能である。同様に、パワーエレクトロニクスは、例えば住宅又は別の建物のための電力解決手段としての役割を果たす場合に、非可動式のエネルギー貯蔵システムにおいて使用されることが可能である。これらの使用例に共通しているのは、パワーエレクトロニクスは、何らかの方法で管理する必要があり得る熱を発生させるということである。さらに、空間的制約が要因になることがあり、それにより熱制御のためのよりコンパクトな解決手段が好ましい場合がある。

【発明の概要】

【0004】

一態様において、パワーエレクトロニクス用の冷却器は、入口及び出口を有する積層構造体を備え、前記積層構造体が、平面部材のスタックを有し、前記スタックの端部の第１の最外部材が、第１のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第１の熱交換表面を形成し、前記スタックの反対側の端部に第２の最外部材が位置付けられており、前記第１の最外部材に隣接した第１の複数の前記平面部材が、前記スタック内で第１の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口が、前記第１の熱交換空間に結合されている。

【0005】

実装形態は、以下の特徴のうちのいずれか又は全てを含むことができる。前記第１の複数の前記平面部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記入口及び前記第１の熱交換空間に結合された入口マニホールドを形成する開口を有し、前記入口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第１のアパーチャが位置付けられている。前記入口マニホールドは、前記熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第１のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する。前記第１のアパーチャは、前記入口マニホールドに対して中心にある。前記第２の複数の前記平面部材は、前記出口及び前記第１の熱交換空間に結合された出口マニホールドをさらに形成し、前記出口マニホールドは、前記入口マニホールドに対して平行であり、前記出口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第２のアパーチャが位置付けられている。前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して中心になく、前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して前記入口マニホールドから離れるように位置付けられている。前記出口マニホールドは、前記第１の熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第２のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する。前記入口マニホールドは、単一の入口マニホールドアームを含む。前記出口マニホールドは、前記単一の入口マニホールドアームの両側に、それぞれの出口マニホールドアームを含む。前記冷却器は、前記第１の熱交換空間の内側に構造をさらに備え、前記構造が、前記平面部材とは別個であり、穴を含む。前記穴は、前記構造において周期的に間隔を空けられ、前記穴のそれぞれは、対応するピンと位置合わせされている。前記冷却器は、前記第１の最外部材における第１の開口；及び第１の平面部材の縁部にある第１のスロット、前記第１のスロットは、前記第１の開口と位置合わせされ、前記第１のスロットは、四角ナットを受けるように構成されている、をさらに備える。前記第１の平面部材は、前記第１の最外部材に当接しており、前記冷却器は、前記第１の最外部材における第２の開口；及び前記第１の平面部材に当接しており、前記第１の最外部材から反対側に位置付けられた第２の平面部材の縁部にある第２のスロット、前記第２のスロットは、前記第２の開口に位置合わせされている、をさらに備える。前記平面部材の少なくとも一部は、互いに異なる厚さを有する。前記冷却器は、前記第１のパワーエレクトロニクスベースプレート及び第２のパワーエレクトロニクスベースプレートのためのダブル冷却器であり、前記第２の最外部材は、前記第２のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第２の熱交換表面を形成し、前記第２の最外部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記スタック内で第２の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口は、前記第２の熱交換空間にも結合されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】パワーエレクトロニクス用の冷却器の一例を示す。

【0007】

【図2A】パワーエレクトロニクスベースプレートを有する冷却器の一例を概略的に示す。

【図2B】２つのパワーエレクトロニクスベースプレートを有するダブル冷却器の一例を概略的に示す。

【0008】

【図3】図１の冷却器に装着されることが可能なパワーエレクトロニクスの一例を示す。

【0009】

【図4】図１の冷却器を通る冷却剤の流路の一例を示す。

【0010】

【図5】平面部材のスタックを備える積層構造体の一例を概略的に示す。

【0011】

【図6】図４における線Ａ―Ａに沿った断面の一例を概略的に示す。

【0012】

【図7】ダブル冷却器の断面の一例を概略的に示す。

【0013】

【図8】パワーエレクトロニクス用の装着構造を有する冷却器の一例を示す。

【0014】

【図9】コンパクトな電力ユニットに対して増大した熱伝達を提供することができる冷却器を概念的に示す。

【0015】

【図10】図１の冷却器とともに使用されることが可能な例示的な平面部材を示す。

【0016】

【図11】図１の冷却器とともに使用されることが可能な平面部材の例示的な部分的スタックを示す。

【0017】

【図12】図１の冷却器の例示的な断面を示す。

【0018】

様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本明細書は、様々な状況のいずれかにおいて、パワーエレクトロニクスを冷却するためのシステム及び技術の例について説明する。いくつかの実装形態において、冷却器は、平面部材のスタックを使用して作製された積層構造体を有することができる。一部の平面部材は、それらに開口を有し、それにより積層構造体の内側に、空洞、通路、マニホールド、アパーチャ、又は他の特徴が形成されている。これにより、パワーエレクトロニクスモジュールの単一のセット又は複数のセットを冷却するように適合可能な柔軟性のある冷却器設計を提供することができる。冷却器は、冷却剤の流れを向上させ、それにより熱を伝達する際の冷却器の効率を向上させる１つ又は複数の特徴を有することができる。冷却器は、シート素材から打ち抜かれた構成要素から主に作製されることが可能であり、それにより製造コストを低減することができる。相当な個数のスイッチがインバータにおいて使用され、それによりかなりの熱量を発生させる高性能電気自動車などの困難な実装形態においても、冷却器は、向上したコンパクトさを提供することができる。そのため、本開示により、よりコンパクトは電力ユニットを提供することができる。

【0020】

本明細書で説明する例では、パワーエレクトロニクスに言及する。本明細書において使用されるとき、パワーエレクトロニクスは、固体電子機器（例えば、１つ又は複数の半導体デバイス）を使用して電力を変換する任意の回路を含む。パワーエレクトロニクスの構成要素は、１つ又は複数のトランジスタを含むことができる。いくつかの実装形態において、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）を使用することができる。例えば、パワーエレクトロニクスは、１つ又は複数の炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴを含むことができる。いくつかの実装形態において、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）を使用することができる。パワーエレクトロニクス構成要素の回路は、ダイオード、抵抗器、及び／又はコンデンサを含むがこれらに限定されない１つ又は複数の要素を、スイッチに加えて含むことができる。

【0021】

本明細書で説明する例は、冷却剤に言及する。本明細書において使用されるとき、冷却剤は、温度を調整するために使用される任意の流体を含む。ほんの１つ例を挙げると、冷却剤は水を含むことができる（任意選択で１つ又は複数の添加剤を有する）。本明細書で説明する冷却器を通過する冷却剤は、熱システムにおいて循環されることが可能である。例えば、そのようなシステムは、伝導、対流、及び／又は放射などにより、熱を開放するための１つ又は複数の特徴も含むことができる。

【0022】

本明細書で説明する例は、第１の特徴及び第２の特徴が互いに結合されることを説明するとき、「結合」という用語又はその変化形を使用する。本明細書において使用されるとき、結合されているとは、特徴同士が互いに流体連通していることを示す。例えば、冷却剤は、第１の特徴から第２の特徴に流れることができ、及び／又は第２の特徴から第１の特徴に流れることができる。

【0023】

図１は、パワーエレクトロニクス用の冷却器１００の一例を示す。冷却器１００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。冷却器１００は、積層構造体を使用して作製され、ポート１０２及びポート１０４を有する。ポート１０２及び１０４のそれぞれは、冷却器１００の内部への開口である。例えば、ポート１０２は、冷却剤の入口として、ポート１０４は出口としての役割を果たすことができ、又はその逆もまた同様である。ポート１０２及び１０４のそれぞれは、熱システムの１つ又は複数のタイプの導管、及び／又は別の構成要素に取り付けられるように構成されることが可能である。

【0024】

冷却器１００は、熱交換表面１０６を有する。いくつかの実装形態において、熱交換表面１０６は、積層構造体を構成するスタックの端部の最外平面部材によって形成される。熱交換表面１０６は、１つ又は複数のパワーエレクトロニクスモジュール（不図示）を冷却するための熱界面としての役割を果たすことができる。例えば、熱交換表面１０６に隣接した冷却器１００の内側に、熱交換空間を形成することができ、この熱交換空間が、ポート１０２及び１０４に結合されている。最外平面部材において（例えば、熱交換表面１０６内で）、冷却器は、パワーエレクトロニクスモジュールのベースプレートを取り付けるための１つ又は複数の特徴を有することができる。ここで、最外平面部材は、例えば他の中でもとりわけ、開口１０８Ａ及び１０８Ｂを有する。

【0025】

図２Ａは、パワーエレクトロニクスベースプレート２０２を有する冷却器２００の一例を概略的に示し、図２Ｂは、パワーエレクトロニクスベースプレート２０６及び２０８を有するダブル冷却器２０４の一例を概略的に示す。冷却器２００又は２０４は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。パワーエレクトロニクスベースプレート２０２、２０６、又は２０８は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。

【0026】

冷却器２００は、シングルモデルと呼ばれることが可能である。パワーエレクトロニクスベースプレート２０２は、冷却器２００の外部に形成された１つの熱交換表面に装着されることが可能である。冷却器２００の入口又は出口は、簡潔にするために図示されていない。冷却器２００は、パワーエレクトロニクスベースプレート２０２の構成要素を効率的に冷却するための、低コストでコンパクトな解決手段を提供することができる。例えば、冷却器２００は、パワーエレクトロニクスベースプレート２０２の外部寸法を越えて延在しなくてよい。

【0027】

ダブル冷却器２０４においては、パワーエレクトロニクスベースプレート２０６及び２０８のそれぞれが、ダブル冷却器２０４の外部に形成されたそれぞれの熱交換表面に装着されることが可能である。例えば、熱交換表面は、ここでダブル冷却器２０４の対向する主表面に形成される。いくつかの実装形態において、それぞれの熱交換空間は、熱交換表面のそれぞれに隣接したダブル冷却器２０４の内側に形成されることが可能である。パワーエレクトロニクスベースプレート２０６及び２０８のそれぞれの構成要素は、互いに類似していてもよいし、又はそれらは異なる設計を有していてもよい。ダブル冷却器２０４の入口又は出口は、簡潔にするために図示されていない。ダブル冷却器２０４は、パワーエレクトロニクスベースプレート２０６及び２０８の構成要素を効率的に冷却するための、低コストでコンパクトな解決手段を提供することができる。例えば、ダブル冷却器２０４は、パワーエレクトロニクスベースプレート２０６及び２０８のいずれの外部寸法も越えて延在しなくてよい。

【0028】

図３は、例えば図１の冷却器１００に装着されることが可能なパワーエレクトロニクス３００の一例を示す。パワーエレクトロニクス３００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。パワーエレクトロニクス３００は、現状では見えない平坦な主表面を有し得るベースプレート３０２を含む。ベースプレート３０２は、金属（例えば、銅）を含むがこれに限定されない熱伝導性の材料から作製されることが可能である。少なくとも１つのモジュール３０４が、ベースプレート３０２の表面に組み付けられることが可能である。ここで、パワーエレクトロニクス３００は、３つのモジュール３０４を含む。モジュール３０４は、スイッチ３０８の１つ又は複数の列３０６を含むことができる。ここで、モジュール３０４は、それぞれ５つのスイッチ３０８を有する２つの列３０６を含む。列３０６内のスイッチ３０８は、ダイで形成されることが可能である。スイッチ３０８は、ほんの２つの例を挙げると、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴとすることができる。パワーエレクトロニクス３００は、その平坦な主表面が、本明細書で説明するいずれかの冷却器の熱交換表面に当接する状態で装着されることが可能である。

【0029】

図４は、例えば図１の冷却器１００を通る冷却剤の流路４００の一例を示す。流路４００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。例えば、流路４００は、熱交換表面１０６を通る方向に見たときの冷却器１００の内部構造を図示することができる。

【0030】

流路４００は、入口経路４０２を含む。いくつかの実装形態において、入口経路４０２は実質的にＬ字形状を有する。入口経路４０２は、入口４０４で始まることが可能であり、入口マニホールド内で少なくとも１つのアーム４０２Ａ（例えば単一のアーム）を形成し、その後、入口経路４０２の終わりである１つ又は複数の流れ方向４０２Ｂに沿って移動する。流れ方向４０２Ｂは、アーム４０２Ａに対しておおよそ垂直とすることができる。例えば、流れ方向４０２Ｂに通過する冷却剤は、冷却器の熱交換表面の内側に沿って移動することができ、それにより冷却剤が熱エネルギーを吸収する場所で熱交換を促進する。

【0031】

流路４００は、出口経路４０６を含む。いくつかの実装形態において、出口経路４０６は、実質的にＦ字形状を有する。出口経路４０６は、流れ方向４０２Ｂのうちの１つ又は複数において始まることができ、少なくとも１つのそれぞれの出口マニホールド内で、１つ又は複数のアーム４０６Ａ～４０６Ｂ（例えば２つのアーム）を形成する。アーム４０６Ａ～４０６Ｂは、実質的に互いに平行とすることができる。例えば、アーム４０６Ａ～４０６Ｂは、入口経路４０２のアーム４０２Ａの両側に位置することが可能である。出口経路４０６は、出口４０８で終端することができる。

【0032】

流れ方向４０２Ｂは、効率的な熱交換を提供することができる。いくつかの実装形態において、流れ方向４０２Ｂは、パワーエレクトロニクスユニットにおいてスイッチの個々の列が位置付けられる場所に揃えることができる。例えば、パワーエレクトロニクスのそれぞれのダイが、冷却剤の平行な流れを受けるように、流れ方向４０２Ｂを配置することができる。

【0033】

図５は、平面部材５０２のスタックを備える積層構造体５００の一例を概略的に示す。積層構造体５００及び／又は任意の平面部材５０２は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。例えば、本明細書で説明する任意又は全ての冷却器が、積層構造体５００を含むことができる。

【0034】

平面部材５０２は、材料のシート素材から形成された複数の平面要素を含むことができる。いくつかの実装形態において、材料は、金属又は金属合金である。ほんの少しの例を挙げると、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用することができる。平面部材５０２は、図１の冷却器１００の形状を含むがこれに限定されない任意の形状を有することができる。平面部材５０２は、全てが共通の材料を有することができ、及び／又は共通の厚さを有することができる。別の例として、平面部材５０２の少なくとも一部は、互いに異なる厚さを有することができる。

【0035】

ここで平面部材５０２は、スタックの端部に最外部材５０２Ａを含む。例えば、最外部材５０２Ａは、熱交換表面５０４を形成することができる。平面部材５０２は、ここでスタックの反対側の端部に最外部材５０２Ｂを含む。例えば、最外部材５０２Ｂは、別の熱交換表面を形成することができる。平面部材５０２は、最外部材５０２Ａ～５０２Ｂの間に位置付けられた平面部材５０２Ｃを含む。平面部材５０２Ｃの一部又は全部は、１つ又は複数の開口を有する。ここで、平面部材５０２Ｄは、開口５０６Ａ～５０６Ｃを有するように示してある。例えば、開口５０６Ｂは、冷却剤のための入口マニホールドの一部分を、冷却材が熱交換表面５０４に向かう道の途中に形成することができる。別の例として、開口５０６Ａ及び５０６Ｃは、冷却剤のための出口マニホールドの一部分を、冷却剤が積層構造体５００から出る道の途中に形成することができる。

【0036】

平面部材５０２は、積層構造体５００を形成するように組み立てられることが可能である。いくつかの実装形態において、ろう付けを実行することができる。例えば、金属（例えばアルミニウム）のプレクラッドプレートを組立体へとスタックし、オーブン内で加熱してそれらを互いに接合することができる。

【0037】

上述した例は、パワーエレクトロニクス用の冷却器（例えば、冷却器１００、２００、又は２０４のいずれか）が、入口及び出口（例えば、ポート１０２及び１０４）を有する積層構造体（例えば、積層構造体５００）を含み得ることを図示している。積層構造体は、平面部材（例えば平面部材５０２）のスタックを含むことができる。スタックの端部の第１の最外部材（例えば、最外部材５０２Ａ）は、第１のパワーエレクトロニクスベースプレート（例えば、パワーエレクトロニクスベースプレート３０２）を装着するための第１の熱交換表面（例えば、熱交換表面１０６）を形成することができる。第２の最外部材（例えば、最外部材５０２Ｂ）は、スタックの反対側の端部に位置付けられることが可能である。第１の最外部材に隣接した第１の複数の平面部材（例えば、平面部材５０２Ｃのうちの一部）は、（例えば、実質的に流れ方向４０２Ｂに沿って移動する冷却剤を収容するために）スタック内で第１の熱交換空間を形成する開口を有することができる。入口及び出口は、（例えば、それぞれ入口経路４０２及び出口経路４０６によって）第１の熱交換空間に結合されることが可能である。

【0038】

図６は、図４における線Ａ―Ａに沿った断面の一例６００を概略的に示す。例６００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。例６００は、コンパクトな解決手段における効率的な熱交換のために、冷却剤がどのように冷却器を通って流れ得るかを図示する。

【0039】

例６００の冷却器は、冷却剤が流れるときにパワーエレクトロニクスから熱を吸収できる熱交換空間６０２を提供する。最初に、冷却剤は、熱交換空間６０２に結合された入口マニホールド６０４に入ることができる。例えば、入口マニホールド６０４は、積層構造体のそれぞれの平面部材内の開口によって形成されることが可能である。熱交換空間６０２を横切った後、冷却剤は、熱交換空間６０２に結合された１つ又は複数の出口マニホールド６０６Ａ～６０６Ｂに入ることができる。例えば、出口マニホールド６０６Ａ～６０６Ｂは、平面部材内のそれぞれの開口によって形成されることが可能である。

【0040】

いくつかの状況において、熱交換空間６０２を通した冷却剤の分配は、いくぶん不均等な流れを有することがある。例えば、熱交換空間６０２の部分６０２Ｂ及び６０２Ｄにおいて相対的により多くの流れが存在するのに対して、熱交換空間６０２の部分６０２Ａ、６０２Ｃ、及び６０２Ｅは、相対的に少ない流れしか有することができないか、又は流れがない場合があることを観察することができる。冷却剤の流れのこの欠乏は、熱交換空間６０２の部分６０２Ａ、６０２Ｃ、及び６０２Ｅにおいて、熱交換が低減することを示す。

【0041】

冷却剤の分配を向上させるために、１つ又は複数のアパーチャを提供することができる。いくつかの実装形態において、アパーチャ６０８は、入口マニホールド６０４及び熱交換空間６０２の間に（例えば、その部分６０２Ｃに面するように）位置付けられることが可能である。アパーチャ６０８は、入口マニホールド６０４に対して中心にあることが可能である。例えば、入口マニホールド６０４は、熱交換空間６０２における流れ方向に対して平行な方向に沿って測定された幅６１０を有することができ、アパーチャ６０８は、幅６１０より小さい幅６１２を有することができる。アパーチャ６０８は、熱交換空間６０２の少なくとも部分６０２Ｃにおいて、冷却剤の流れを向上させることができる。アパーチャ６０８は、積層構造体の１つ又は複数の平面部材によって形成されることが可能である。

【0042】

いくつかの実装形態において、アパーチャ６１４Ａは、出口マニホールド６０６Ａ及び熱交換空間６０２の間に（例えば、その部分６０２Ｅに面するように）位置付けられることが可能である。アパーチャ６１４Ａは、出口マニホールド６０６Ａに対して中心になくてよい。アパーチャ６１４Ａは、出口マニホールド６０６Ａに対して、入口マニホールド６０４から離れるように位置付けられてよい。出口マニホールド６０６Ａは、熱交換空間６０２における流れ方向に対して平行な方向に沿って測定された幅６１６Ａを有することができ、アパーチャ６１４Ａは、幅６１６Ａより小さい幅６１８Ａを有することができる。アパーチャ６１４Ａは、熱交換空間６０２の少なくとも部分６０２Ｅにおいて、冷却剤の流れを向上させることができる。アパーチャ６１４Ａは、積層構造体の１つ又は複数の平面部材によって形成されることが可能である。

【0043】

いくつかの実装形態において、アパーチャ６１４Ｂは、出口マニホールド６０６Ｂ及び熱交換空間６０２の間に（例えば、その部分６０２Ａに面するように）位置付けられることが可能である。アパーチャ６１４Ｂは、出口マニホールド６０６Ｂに対して中心になくてよい。アパーチャ６１４Ｂは、出口マニホールド６０６Ｂに対して、入口マニホールド６０４から離れるように位置付けられてよい。出口マニホールド６０６Ｂは、熱交換空間６０２における流れ方向に対して平行な方向に沿って測定された幅６１６Ｂを有することができ、アパーチャ６１４Ｂは、幅６１６Ｂより小さい幅６１８Ｂを有することができる。アパーチャ６１４Ｂは、熱交換空間６０２の少なくとも部分６０２Ａにおいて、冷却剤の流れを向上させることができる。アパーチャ６１４ｂは、積層構造体の１つ又は複数の平面部材によって形成されることが可能である。

【0044】

冷却剤の流れを制御するために及び／又は熱伝達を向上させるために、熱交換空間６０２に、１つ又は複数の特徴を置くことができる。いくつかの実装形態において、構造６２０（ここでは挿入図として示してある）が、熱交換空間６０２の内側に提供されることが可能である。構造６２０は、熱交換空間６０２を画成する平面部材とは別個である（例えば、それによって形成されていない）ことが可能である。例えば、構造６２０は、組み立て中に平面部材のうちの１つ又は複数にろう付けされることが可能である。構造６２０は、任意の方向に配向されることが可能である。例えば、構造６２０に対して示してある矢印６２２が、熱交換空間６０２内の流れ方向に（例えば平行又は逆平行に）位置合わせされることが可能である。構造は、穴６２４を含むことができる。穴６２４は、例えばピン６２６の対応する１つと位置合わせされるように、構造６２０において周期的に間隔を空けられることが可能である。構造６２０は、本明細書で説明する１つ又は複数の他の冷却器とともに使用されることが可能である。

【0045】

図７は、ダブル冷却器の断面の一例７００を概略的に示す。例７００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。例７００は、コンパクトな解決手段における効率的な熱交換のために、冷却剤がどのようにダブル冷却器を通って流れ得るかを図示する。

【0046】

例７００のダブル冷却器は、冷却剤が流れるときにパワーエレクトロニクスから熱を吸収できる熱交換空間７０２Ａ～７０２Ｂを提供する。ダブル冷却器は、熱交換空間７０２Ａ～７０２Ｂのそれぞれに結合された入口マニホールド７０４を含む。例えば、入口マニホールド７０４は、積層構造体のそれぞれの平面部材内の開口によって形成されることが可能である。ダブル冷却器は、熱交換空間７０２Ａ～７０２Ｂの両方にそれぞれ結合された出口マニホールド７０６Ａ～７０６Ｂを含む。例えば、出口マニホールド７０６Ａ～７０６Ｂは、平面部材内のそれぞれの開口によって形成されることが可能である。

【0047】

ダブル冷却器は、入口マニホールド７０４及び熱交換空間７０２Ａの間に位置付けられたアパーチャ７０８Ａを含むことができる。ダブル冷却器は、入口マニホールド７０４及び熱交換空間７０２Ｂの間に位置付けられたアパーチャ７０８Ｂを含むことができる。ダブル冷却器は、出口マニホールド７０６Ａ及び熱交換空間７０２Ａの間に位置付けられたアパーチャ７１４Ａを含むことができる。ダブル冷却器は、出口マニホールド７０６Ａ及び熱交換空間７０２Ｂの間に位置付けられたアパーチャ７１５Ａを含むことができる。ダブル冷却器は、出口マニホールド７０６Ｂ及び熱交換空間７０２Ａの間に位置付けられたアパーチャ７１４Ｂを含むことができる。ダブル冷却器は、出口マニホールド７０６Ｂ及び熱交換空間７０２Ｂの間に位置付けられたアパーチャ７１５Ｂを含むことができる。アパーチャ７０８Ａ～７０８Ｂ、７１４Ａ～７１４Ｂ、及び７１５Ａ～７１５Ｂのそれぞれは、積層構造体のそれぞれの１つ又は複数の平面部材によって形成されることが可能である。

【0048】

図８は、パワーエレクトロニクス用の装着構造を有する冷却器の一例８００を示す。例８００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。例えば、例８００は、図１の冷却器１００とともに使用されることが可能である。

【0049】

冷却器は、最外部材８０２に開口１０８Ａを含む。冷却器は、平面部材８０６の縁部にスロット８０４を含む。例えば、スロット８０４は、（例えば、熱交換空間用などの１つ又は複数の他の開口の形成に関連して）平面部材８０６内に打ち抜かれることが可能である。スロット８０４は、開口１０８Ａに位置合わせされる。スロット８０４は、四角ナット８０８を受けるように構成される。四角ナットは、雌ねじを含むことができる。いくつかの実装形態において、これにより、四角ナット８０８を使用して固定すべき締め具（例えばボルト）を開口１０８Ａに通して挿入することができるようになり得る。例えば、これにより、最外部材８０２に対するパワーエレクトロニクスベースボードの取り付けを容易にすることができる。

【0050】

平面部材８０６は、最外部材８０２に当接することができる。冷却器は、平面部材８１２の縁部にスロット８１０を含むことができる。平面部材８１２は、平面部材８０６に当接し、最外部材８０２から反対に位置付けられている。スロット８１０は、（例えば、熱交換空間用などの１つ又は複数の他の開口の形成に関連して）平面部材８１２内に打ち抜かれることが可能である。スロット８１０は、開口１０８Ｂに位置合わせされる。スロット８１０は、別の四角ナット８０８を受けるように構成される。そのため、平面部材８１２も、又は代わりに、パワーエレクトロニクスベースボードを取り付ける際に使用されることが可能である。

【0051】

図９は、コンパクトな電力ユニットに対して増大した熱伝達を提供することができる冷却器９００を概念的に示す。冷却器９００は、本明細書の他の箇所で説明する１つ又は複数の他の例とともに使用されることが可能である。冷却器９００、例えば以下で例示する個々の構造体は、積層構造体を形成するようにスタックされた個々の平面部材によって形成されることが可能である。

【0052】

冷却器９００は、冷却剤用の入口９０２を含む。冷却器９００は、入口９０２に結合された入口マニホールド９０４を含む。冷却器９００は、入口マニホールド９０４及び熱交換ゾーン９０８の間にアパーチャ９０６を有する。例えば、熱交換ゾーンは、冷却器９００の熱交換表面の内側に沿って延在している。冷却器９００は、熱交換ゾーン９０８及び出口マニホールド９１２の間のアパーチャ９１０を含む。出口マニホールド９１２は、出口９１４に結合されている。入口マニホールド９０４、熱交換ゾーン９０８、及び出口マニホールド９１２のうちの２つ又はそれより多くは、互いに異なる平面に位置することができる。例えば、入口マニホールド９０４及び出口マニホールド９１２は、本質的に冷却器９００の共通のレベルに位置付けられることが可能である。別の例として、熱交換ゾーン９０８は、入口マニホールド９０４又は出口マニホールド９１２の少なくとも１つとは異なるレベルに位置付けられることが可能である。

【0053】

図１０は、図１の冷却器１０００とともに使用されることが可能な例示的な平面部材１００を示す。平面部材１０００は、冷却剤用の流路を形成することができる。平面部材１０００は、入口１００２で始まる入口経路を有し、入口マニホールド内で少なくとも１つのアーム１００４（例えば単一のアーム）を形成する。いくつかの実装形態において、出口経路は、実質的にＦ字形状を有する。出口経路は、少なくとも１つのそれぞれの出口マニホールド内で１つ又は複数のアーム１００６Ａ～１００６Ｂ（例えば、２つのアーム）を形成することができる。出口経路は、出口１００８において終わることができる。

【0054】

図１１は、図１の冷却器１００とともに使用されることが可能な平面部材の例示的な部分的スタック１１００を示す。部分的スタック１１００は、アーム１００４、１００６Ａ、及び１００６Ｂを示す。部分的スタック１１００は、アーム１００４、１００６Ａ、及び１００６Ｂのうちの１つ又は複数において、又はマニホールドにおいて、少なくとも１つの凹部１１０２を形成することができる。

【0055】

図１２は、図１の冷却器１００の例示的な断面１２００を示す。断面１２００は、アーム１００４、１００６Ａ、及び１００６Ｂを示す。

【0056】

本明細書の全体を通して使用される「実質的に」及び「約」という用語は、処理時のばらつきに起因するものなどの小さい変動を説明及び報告するために使用される。例えば、それらは、±５％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±２％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±１％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±０．５％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±０．２％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±０．１％より小さいか又はそれに等しいこと、例えば、±０．０５％より小さいか又はそれに等しいことを指すことがある。また、本明細書で使用するとき、「ａ」又は「ａｎ」などの不定冠詞は「少なくとも１つ」を意味する。

【0057】

上記の概念及び以下でより詳細に論じる追加の概念の全ての組み合わせが（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件として）、本明細書で開示する本発明の主題の一部分であると想定されることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求の範囲に係る主題の全ての組み合わせが、本明細書で開示する本発明の主題の一部分であると想定される。

【0058】

いくつかの実装形態について説明してきた。とは言え、本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な修正が行われ得ることが理解されるであろう。

【0059】

さらに、図に示す論理フローは、望ましい結果を達成するために、示した特定の順序、又は連続した順序を必要としない。さらに、他のプロセスが提供されてよく、又は説明したフローからプロセスが排除されてよく、説明したシステムに他の構成要素が追加されてよく、又は説明したシステムから他の構成要素が削除されてよい。したがって、他の実装形態が以下の特許請求の範囲に記載の範囲内に含まれる。

【0060】

説明した実装形態の特定の特徴が、本明細書で説明するように図示されてきたが、今や多くの修正、置換、変更、及び均等物が当業者には思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、これらの実装形態の範囲に含まれる全てのそのような修正及び変更を包含するように意図されていることが理解されるべきである。それらは限定ではなく単なる例として提示されており、形態及び詳細の様々な変更が行われてよいことを理解されたい。相互に排他的な組み合わせを除き、本明細書で説明する装置及び／又は方法の任意の部分が任意の組み合わせで組み合わされてよい。本明細書で説明する実装形態は、説明した異なる実装形態の機能、構成要素、及び／又は特徴の様々な組み合わせ及び／又は副次的組み合わせを含むことができる。
（他の可能な形態）
（項目１）
パワーエレクトロニクス用の冷却器であって、前記冷却器が、
入口及び出口を有する積層構造体を備え、前記積層構造体が、平面部材のスタックを有し、前記スタックの端部の第１の最外部材が、第１のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第１の熱交換表面を形成し、前記スタックの反対側の端部に第２の最外部材が位置付けられており、前記第１の最外部材に隣接した第１の複数の前記平面部材が、前記スタック内で第１の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口が、前記第１の熱交換空間に結合されている、冷却器。
（項目２）
前記第１の複数の前記平面部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記入口及び前記第１の熱交換空間に結合された入口マニホールドを形成する開口を有し、前記入口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第１のアパーチャが位置付けられている、項目１に記載の冷却器。
（項目３）
前記入口マニホールドは、前記第１の熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第１のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する、項目２に記載の冷却器。
（項目４）
前記第１のアパーチャは、前記入口マニホールドに対して中心にある、項目２または３に記載の冷却器。
（項目５）
前記第２の複数の前記平面部材は、前記出口及び前記第１の熱交換空間に結合された出口マニホールドをさらに形成し、前記出口マニホールドは、前記入口マニホールドに対して平行であり、前記出口マニホールド及び前記第１の熱交換空間の間に、第２のアパーチャが位置付けられている、項目４に記載の冷却器。
（項目６）
前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して中心になく、前記第２のアパーチャは、前記出口マニホールドに対して前記入口マニホールドから離れるように位置付けられている、項目５に記載の冷却器。
（項目７）
前記出口マニホールドは、前記第１の熱交換空間における流れ方向に沿った第１の幅を有し、前記第２のアパーチャは、前記第１の幅より小さい第２の幅を有する、項目５または６に記載の冷却器。
（項目８）
前記入口マニホールドは、単一の入口マニホールドアームを含む、項目５から７のいずれか一項に記載の冷却器。
（項目９）
前記出口マニホールドは、前記単一の入口マニホールドアームの両側に、それぞれの出口マニホールドアームを含む、項目８に記載の冷却器。
（項目１０）
前記第１の熱交換空間の内側に構造をさらに備え、前記構造が、前記平面部材とは別個であり、穴を含む、項目１から９のいずれか一項に記載の冷却器。
（項目１１）
前記穴は、前記構造において周期的に間隔を空けられ、前記穴のそれぞれは、対応するピンと位置合わせされている、項目１０に記載の冷却器。
（項目１２）
前記第１の最外部材における第１の開口；及び
第１の平面部材の縁部にある第１のスロット、前記第１のスロットは、前記第１の開口と位置合わせされ、前記第１のスロットは、四角ナットを受けるように構成されている、
をさらに備える、項目１から１１のいずれか一項に記載の冷却器。
（項目１３）
前記第１の平面部材は、前記第１の最外部材に当接しており、前記冷却器は、
前記第１の最外部材における第２の開口；及び
前記第１の平面部材に当接しており、前記第１の最外部材から反対側に位置付けられた第２の平面部材の縁部にある第２のスロット、前記第２のスロットは、前記第２の開口に位置合わせされている、
をさらに備える、項目１２に記載の冷却器。
（項目１４）
前記平面部材の少なくとも一部は、互いに異なる厚さを有する、項目１から１３のいずれか一項に記載の冷却器。
（項目１５）
前記冷却器は、前記第１のパワーエレクトロニクスベースプレート及び第２のパワーエレクトロニクスベースプレートのためのダブル冷却器であり、前記第２の最外部材は、前記第２のパワーエレクトロニクスベースプレートを装着するための第２の熱交換表面を形成し、前記第２の最外部材に隣接した第２の複数の前記平面部材は、前記スタック内で第２の熱交換空間を形成する開口を有し、前記入口及び前記出口は、前記第２の熱交換空間にも結合されている、項目１から１４のいずれか一項に記載の冷却器。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】