WO2020196335A1 - 冷却構造体 - Google Patents

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WO2020196335A1
WO2020196335A1 PCT/JP2020/012487 JP2020012487W WO2020196335A1 WO 2020196335 A1 WO2020196335 A1 WO 2020196335A1 JP 2020012487 W JP2020012487 W JP 2020012487W WO 2020196335 A1 WO2020196335 A1 WO 2020196335A1
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WO
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flow path
forming member
bus bar
path forming
cooling
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English (en)
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広明 庄田
孝宏 山下
藤澤　和武
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Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
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    • H10W40/611—Bolts or screws

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure.
  • Vehicles equipped with a motor such as a hybrid vehicle and an electric vehicle, are equipped with a driving means for driving the motor.
  • the drive means is composed of a power module including a plurality of power semiconductors such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), an electronic component such as a capacitor, and the like.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • an electronic component such as a capacitor, and the like.
  • Patent Document 1 in addition to a structure in which a heat sink through which a refrigerant flows is provided directly under an electronic component such as a power semiconductor or a capacitor to cool the electronic component, the electronic component provided with a heat sink is electrically bonded. Further, a structure is conceivable in which a bus bar that receives heat from the electronic component is provided, and the electronic component is cooled by thermally joining the bus bar and a cooling structure provided with cooling fins or the like that come into contact with the refrigerant. In the latter structure described above, it is desired to ensure the insulating property between the bus bar and the resin flow path forming member that forms the flow path through which the refrigerant flows.
  • One embodiment of the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a cooling structure having excellent insulation between a bus bar and a flow path forming member.
  • a resin-made flow path forming member that forms a flow path through which a cooling medium flows, and a plate-shaped heat diffusion portion that is embedded in the flow path forming member or joined to the flow path forming member.
  • the outer wall surface of the flow path forming member and the bus bar are provided with one or a plurality of cooling fins extending from the heat diffusion portion into the flow path and a bus bar that transfers heat to the heat diffusion portion.
  • a cooling structure in which there is a space between the two and the flow path forming member and the bus bar are not in contact with each other.
  • the bus bar is provided with a nut body in contact with the heat diffusion portion and a bolt inserted into the nut body, and the bus bar is fixed by the nut body and the bolt according to ⁇ 1>.
  • Cooling structure ⁇ 3> The cooling structure according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the heat diffusion portion is made of metal and at least the surface of the cooling fin is made of resin.
  • the minimum distance h 2 between the bus bar and the portion of the outer wall surface of the flow path forming member facing the bus bar is 0.2 mm or more, according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>. Cooling structure.
  • ⁇ 5> The cooling structure according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein a cooled body connected to the bus bar is arranged.
  • ⁇ 6> The cooling structure according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein a metal layer is provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member.
  • a cooled body to be connected to the bus bar is arranged, a metal layer is provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member, and the metal layer is in contact with at least a part of the cooled body.
  • ⁇ 8> The cooling structure according to ⁇ 6> or ⁇ 7>, wherein the metal layer is a metal sprayed layer.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the cross section of the main part about one Embodiment of a cooling structure. It is a figure which shows an example of the region which provided the cooling fin 24 in a cooling structure 10. It is a figure which shows another example of the region provided with the cooling fin 24 in a cooling structure 10. It is a figure which shows the cross section of the main part about the modification 1 of the cooling structure. It is a figure which shows the cross section of the main part about the modification 2 of the cooling structure. It is a figure which shows the cross section of the main part about the modification 3 of the cooling structure. It is a figure which shows the evaluation result of the magnetic field shielding performance of a metal layer. It is a figure for demonstrating the evaluation method of a cooling performance.
  • the cooling structure of the present disclosure has a plate-like shape in which a resin flow path forming member forming a flow path through which a refrigerant flows and a plate-like flow path forming member embedded in the flow path forming member or joined to the flow path forming member.
  • a heat diffusion portion, one or a plurality of cooling fins extending from the heat diffusion portion into the flow path, and a bus bar that transfers heat to the heat diffusion portion are provided outside the flow path forming member.
  • the cooling structure of the present disclosure has excellent insulation between the bus bar and the flow path forming member.
  • the cooling structure 10 shown in FIG. 1 includes a resin flow path forming member 14 that forms a flow path 12 through which a refrigerant flows.
  • the shape of the flow path may be a substantially rectangular cross section, a circular cross section, an elliptical shape, a polygon other than the rectangular cross section, or the like.
  • the flow path 12 includes an upper inner wall 16 corresponding to one inner wall of a pair of facing inner walls, a lower inner wall 18 corresponding to the other inner wall, and a side inner wall 20 connecting the upper inner wall 16 and the lower inner wall 18. It is configured to be surrounded by a side inner wall 22.
  • a plurality of cylindrical cooling fins 24 are extended in the flow path 12 from the plate-shaped heat diffusion portion 34.
  • the heat diffusion portion 34 is made of metal and the cooling fin 24 is made of resin as in the flow path 12.
  • the metal heat diffusion portion 34 has high thermal conductivity, heat is easily diffused in the surface direction, and the heat diffused in the surface direction is easily dissipated by the resin cooling fins 24 having excellent heat dissipation. ..
  • a part of the cooling fins 24 is shown by an imaginary line.
  • the bus bar 26, which is cooled by transferring heat to the heat diffusion portion 34, is fixed by the bolt 28 and the nut body 32. More specifically, the opening of the bus bar 26 is inserted into the threaded portion of the bolt 28, and a part of the bus bar 26 is sandwiched between the head of the bolt 28 and the nut body 32, so that the bus bar 26 becomes the bolt 28. And the nut body 32 are fixed.
  • the nut 30 has a nut body 32 and a heat diffusion portion 34 provided on the side opposite to the side where the bolt 28 of the nut body 32 is inserted.
  • the heat diffusion portion 34 is a rectangular plate-like object and is integrated with the nut body 32.
  • the bus bar 26 is connected to an electronic component (not shown) such as a power semiconductor or a capacitor.
  • the bus bar 26 is fixed by the bolt 28 and the nut body 32, and there is a space between the outer wall surface of the flow path forming member 14 and the bus bar 26, so that the flow path forming member 14 and the bus bar 26 are not in contact with each other. Therefore, the thickness of the flow path forming member 14 can be reduced as compared with the case where the outer wall surface and the bus bar 26 are in contact with each other, and the weight of the cooling structure 10 can be reduced.
  • the entire heat diffusion portion 34 of the nut 30 and the side of the nut body 32 opposite to the side where the bolt 28 is inserted are embedded in the flow path forming member 14.
  • the heat diffusion portion is not limited to the configuration embedded in the flow path forming member, and is joined to the flow path forming member, for example, to the outer wall of the flow path forming member without contacting the flow path. It may be a configuration.
  • the heat diffusion portion may be joined to the flow path forming member by using the resin metal joining technique by laser roughening.
  • the plurality of cooling fins 24 are all extended from the heat diffusion portion 34 into the flow path 12. As a result, the heat diffused in the surface direction by the heat diffusion unit 34 is easily dissipated by the cooling fins 24.
  • FIG. 2 is a view of the region where the cooling fins 24 are provided in the cooling structure 10 of FIG. 1 as viewed from the insertion direction of the bolt 28.
  • the description of the bus bar 26 and the like is omitted in FIG.
  • the heat diffusion portion 34 is represented by a dotted line so that the positional relationship between the cooling fin 24 and the heat diffusion portion 34 can be easily understood.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. As shown in FIG. 2, the number of cooling fins 24 is seven, and the cooling fins 24 are provided within the range in which the heat diffusion portion 34 is arranged. Further, the main surface of the heat diffusion portion 34 faces the flow path 12.
  • bus bar 26 when a current flows through the bus bar 26, the bus bar 26 itself generates heat due to resistance loss. Further, the bus bar 26 is connected to an electronic component (not shown), and heat generated from these electronic components is diffused through the bus bar 26 by energization. Therefore, the bus bar 26 tends to be in a high temperature state.
  • the heat generated from the bus bar 26 itself and the heat diffused through the bus bar 26 are transferred to the portion integrated with the nut body of the heat diffusion unit 34 via the bolt 28 and the nut body 32. Since the heat diffusion unit 34 is a rectangular plate, the heat transferred to the heat diffusion unit 34 is diffused in the surface direction of the heat diffusion unit 34, and the heat can be diffused over a wide range.
  • the heat diffusion portion 34 is arranged at the root portion of the cooling fin 24, and the heat diffused to the heat diffusion portion 34 reaches the root portion of the cooling fin 24 via the flow path forming member 14.
  • the heat that has reached the root of the cooling fin 24 is transferred from the root of the cooling fin 24 toward the inside of the flow path 12 through the cooling fin 24.
  • heat is transferred from the cooling fins 24 to the refrigerant by the refrigerant flowing through the flow path 12. In this way, the bus bar 26 and the objects to be cooled such as electronic components connected to the bus bar 26 are cooled.
  • the cooling fins 24 do not reach from the upper inner wall 16 to the lower inner wall 18, and the tip of the cooling fins 24 is located in the flow path 12. From the viewpoint of increasing the amount of the refrigerant that comes into contact with the cooling fins 24 and increasing the cooling efficiency of the cooling structure 10, the tip portion of the cooling fins 24 may be in contact with the lower inner wall 18. Further, when the tip end portion of the cooling fin 24 is in contact with the lower inner wall 18, for example, when a load is applied from the upper inner wall 16 toward the lower inner wall 18 (or from the lower inner wall 18 toward the upper inner wall 16). In addition, it is possible to increase the strength of the cooling structure 10.
  • the distance h 1 between the bus bar 26 and the inner wall surface of the flow path forming member 14 is preferably 10 mm to 50 mm from the viewpoint of insulating properties and cooling efficiency.
  • the distance h 1 is the bus bar 26 closest to the nut body 32. It means the distance between the inner wall surface of the flow path forming member 14 and the portion facing the bus bar 26.
  • the minimum distance h 2 between the bus bar 26 and the portion of the outer wall surface of the flow path forming member 14 facing the bus bar 26 is preferably 0.2 mm or more, preferably 0.5 mm, from the viewpoint of insulation. It is more preferably 1.0 mm or more, and further preferably 1.0 mm or more.
  • the above-mentioned minimum distance h 2 is preferably 50 mm or less, more preferably 30 mm or less, still more preferably 10 mm or less, from the viewpoint of miniaturization of the cooling structure 10 and cooling efficiency of the bus bar 26. .. As shown in FIG.
  • the minimum distance h 2 is the bus bar 26 closest to the nut body 32.
  • the heat diffusion portion may be joined to the outer wall of the flow path forming member. Further, from the viewpoint of heat dissipation, it is preferable that the contact area between the bus bar and the bolt and nut main body is large.
  • the shape of the portion of the bolt and nut that comes into contact with the bus bar is not particularly limited, and may be circular, elliptical, polygonal, or the like.
  • the area (area ratio) of the observed portion of the cooling fins 24 in the area of the flow path 12 is preferably 30% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 100%.
  • the minimum distance h from the surface of the heat diffusion portion 34 on the flow path 12 side to the inner wall of the flow path forming member 14 is preferably 0.3 mm or more from the viewpoint of insulation, and is preferably from the viewpoint of moldability. Therefore, it is more preferably 0.5 mm or more, and further preferably 1.5 mm or more. Further, the above-mentioned minimum distance h is preferably 2.5 mm or less from the viewpoint of cooling efficiency.
  • the minimum distance h 3 from the surface of the heat diffusion portion 34 on the bus bar 26 side to the outer wall of the flow path forming member 14 is preferably 0.5 mm or more, preferably 1.5 mm or more, from the viewpoint of moldability. Is more preferable, and from the viewpoint of improving the cooling efficiency, it is preferably 2.5 mm or less.
  • the fact that the minimum distance h 3 is 0 mm means that at least a part of the surface of the heat diffusion portion 34 on the bus bar 26 side is not covered with the flow path forming member 14.
  • (Area ratio B) is preferably 30% or more, and more preferably 70% or more, from the viewpoint of improving the cooling efficiency.
  • the area ratio B described above is preferably 70% or less, and more preferably 30% or less, from the viewpoint of resistance in the flow path 12.
  • the heat diffusion portion 34 is a rectangular plate-like object, but the heat diffusion portion 34 is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, a polygon other than a rectangle, or the like.
  • At least the surface of the cooling fin 24 may be made of resin, the entire cooling fin 24 may be made of resin, or the cooling fin 24 has a rod-shaped core material made of metal, and the surface of the core material is coated with resin. It may have been done. One end of the core material may be connected to the heat diffusion unit 34 from the viewpoint of improving the cooling efficiency.
  • the tip of the cooling fin 24 has a flat shape orthogonal to the extending direction of the cooling fin 24, but the shape of the tip of the cooling fin 24 is not particularly limited and is hemispherical or conical. , Pyramid shape, etc.
  • Examples of the object to be cooled include electronic components such as power semiconductors and capacitors connected to the bus bar 26.
  • electronic components such as power semiconductors and capacitors connected to the bus bar 26.
  • cooling fins may be provided at a position where the electronic component of the cooling structure is arranged.
  • the number of cooling fins 24 extending from the heat diffusion unit 34 into the flow path 12 may be one or two or more.
  • the cooling fins 24 may be arranged at a position away from the heat diffusion portion 34.
  • Cooling structure 100 of the first modification, the bus bar 26, the distance h 2 between the portion facing the bus bar 26 in the outer wall surface of the flow path forming member 14, and the flow path formed from the surface of the bus bar 26 side of the thermal diffusion portion 34 It differs from the above-mentioned cooling structure 10 in that the distance h 3 to the outer wall of the member 14 is constant.
  • the preferable range of the distance h 2 in FIG. 4 is the same as the minimum distance h 2 in FIG. 1 described above.
  • a preferred range of 4 in distance h 3 from the viewpoint of insulating properties, it is preferably 0mm greater, from the viewpoint of moldability, more preferably 0.5mm or more, and 1.5mm or more Is more preferable, and from the viewpoint of cooling efficiency, it is preferably 2.5 mm or less.
  • Cooling structure 200 of the second modification point distance h 3 to the outer wall of the flow path forming member 14 from the surface of the bus bar 26 side of the thermal diffusion portion 34 is 0 mm, i.e., the thermal diffusion unit 34 busbar 26 side It differs from the cooling structure 100 described above in that the surface is not covered with the flow path forming member 14. Such a cooling structure 200 is excellent in cooling efficiency.
  • a metal layer is provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member, and preferably, a power semiconductor, a capacitor or the like as the cooled body is the outer wall of the flow path forming member.
  • a metal layer is provided so that at least a portion of the object to be cooled is in contact. Since the metal layer is provided so that at least a part of the cooled body is in contact with the cooled body, the heat generated in the cooled body is transferred to the refrigerant flowing through the flow path through the metal layer, so that the cooled body is cooled. Can be cooled efficiently.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a main part of the modified example 3 of the cooling structure.
  • FIG. 6 shows a cross section of the cooling structure 44 parallel to the flow direction of the refrigerant in the flow path 12. In FIG. 6, the description of the cooling fin is omitted.
  • the power semiconductor 46 which is a cooled body, is in contact with the flow path forming member 14 via the metal layer 48 provided on the outer wall of the flow path forming member 14.
  • a bus bar 26 is connected to the power semiconductor 46 to ensure continuity with other power semiconductors (not shown), other electronic components, and the like.
  • Cooling fins are extended from the upper inner wall 16 to the lower inner wall 18 at a position where the flow path forming member 14 comes into contact with the power semiconductor 46. That is, the power semiconductor 46 is arranged at the root of the cooling fin (not shown).
  • the heat generated from the power semiconductor 46 reaches the outer wall of the flow path forming member 14 via the metal layer 48, and the heat that reaches the root of the cooling fin (not shown) passes through the cooling fin from the root to the lower part of the cooling fin. Move towards the inner wall 18. At this time, heat is transferred from the cooling fins to the refrigerant by the refrigerant flowing through the flow path 12. Since the power semiconductor 46 comes into contact with the flow path forming member 14 via the metal layer 48, the heat generated from the power semiconductor 46 can be efficiently transferred to the cooling fins, and the cooling efficiency is improved.
  • the metal layer 48 can shield a magnetic field in a low frequency region (particularly, a radio band) generated from the power semiconductor 46. Therefore, it is effective from the viewpoint of magnetic field shielding to provide the metal layer 48 on the outer wall of the flow path forming member 14.
  • the metal layer 48 may be provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member 14. Since the metal layer 48 is conductive, it is not necessary to provide the metal layer 48 at a place where insulation is required. Further, a metal layer 48 may be formed on the outer wall of the flow path forming member 14, and the metal layer 48 at a location where insulation is required may be covered with a resin layer.
  • the metal layer 48 is preferably provided on the outer wall of the flow path forming member 14 on the side opposite to the side on which the cooled body is arranged. Further, as shown in FIG. 6, when the metal layer 48 is provided on a part of the outer wall of the flow path forming member 14 on the side where the cooled body is arranged, the arrangement of the cooled body in the flow path forming member 14 is provided. A region 50 in which the metal layer 48 is not provided may exist on the outer wall on the side opposite to the side where the metal layer 48 is provided. Further, a region on which the metal layer 48 is not provided may exist on the outer wall on the side opposite to the location where the heat diffusion portion 34 is arranged in FIG.
  • the method for producing the cooling structure of the present disclosure is not particularly limited, and is not particularly limited, and is an injection molding method, a die slide injection molding method, a blow molding method, a compression molding method, a transfer molding method, an extrusion molding method, a casting molding method, etc.
  • the usual molding method of a resin molded product can be adopted.
  • the die slide injection molding method is preferable because high position accuracy may be required for manufacturing the cooling structure 10. Further, the portion of the nut 30 embedded in the flow path forming member 14 may be separately manufactured by an insert molding method.
  • the type of resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 is not particularly limited.
  • the resin include polyethylene resin, polypropylene resin (PP), composite polypropylene resin (PPC), polyphenylene sulfide resin (PPS), polyphthalamide resin (PPA), and polybutylene terephthalate resin (PBT).
  • Epoxy resin, phenol resin, polystyrene resin, polyethylene terephthalate resin, polyvinyl alcohol resin, vinyl chloride resin, ionomer resin, polyamide resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS) and polycarbonate resin Resin is mentioned.
  • the resins constituting the flow path forming member 14 and the cooling fins 24 may be the same or different.
  • the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 may contain an inorganic filler.
  • the inorganic filler include silica, alumina, zircon, magnesium oxide, calcium silicate, calcium carbonate, potassium titanate, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, beryllium and zirconia.
  • examples of the inorganic filler having a flame-retardant effect include aluminum hydroxide and zinc borate.
  • the inorganic filler contained in the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 may be the same or different. Further, one of the resins constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 may contain an inorganic filler, and the other may not contain the inorganic filler.
  • the metal constituting the heat diffusion unit 34 examples include metals such as aluminum, iron, copper, gold, silver, and stainless steel, and alloys. Further, the bolt 28 and the nut body 32 may also be made of the above-mentioned metal, and the metal constituting the heat diffusion portion 34 and the bolt 28 and the nut body 32 may be the same or different.
  • the heat diffusion portion 34 has a mesh shape from the viewpoint of suppressing the load on the cooling structure 10 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 and the metal constituting the heat diffusion portion 34. , Punching metal or the like.
  • the metals constituting the heat diffusion unit 34 are aluminum, iron, copper, gold, silver and stainless steel from the viewpoint of the heat diffusion of the heat diffusion unit 34 in the surface direction and the heat dissipation of the cooling fin 24.
  • the resin constituting the cooling fin 24 is at least one selected from the group consisting of polyphenylene sulfide resin, polyamide resin, polyphthalamide resin, polybutylene terephthalate resin, phenol resin and epoxy. It is preferably at least one selected from the group consisting of based resins.
  • Preferred polyamide-based resins include nylon 6, nylon 66 and the like.
  • the type of refrigerant flowing through the flow path is not particularly limited.
  • the refrigerant include water, liquids such as organic solvents, and gases such as air.
  • Water used as a refrigerant may contain components such as antifreeze.
  • the components constituting the metal layer 48 are not particularly limited, and zinc, aluminum, zinc-aluminum alloy, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloy, tin, copper, copper alloy, silver, silver alloy, gold, Examples include gold alloys and molybdenum. Among these, silver and copper are preferable from the viewpoint of enhancing the magnetic field shielding effect. On the other hand, silver and gold are preferable from the viewpoint of cooling efficiency of the object to be cooled.
  • the method for forming the metal layer 48 is not particularly limited, and examples thereof include electrolytic plating, electroless plating, thin film deposition, sticking of a metal plate, and metal spraying.
  • the metal layer 48 is preferably a metal sprayed layer formed by a metal spraying method from the viewpoint of formability, and zinc is preferable from the viewpoint of processability.
  • the average thickness of the metal layer 48 is not particularly limited, and is preferably 1 ⁇ m to 2 mm.
  • the average thickness of the metal layer 48 in contact with the power semiconductor 46, which is the object to be cooled is preferably 200 ⁇ m to 2 mm, more preferably 500 ⁇ m to 2 mm, from the viewpoint of cooling efficiency.
  • the average thickness of the metal layer 48 provided on the outer wall of the flow path forming member 14 opposite to the side on which the cooled body is arranged is preferably 1 ⁇ m to 2 mm, preferably 200 ⁇ m to 2 mm from the viewpoint of magnetic field shielding. More preferably, it is 500 ⁇ m to 2 mm.
  • the cooling structure 10 may be provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant, or may be provided with a temperature sensor downstream of the region in which the cooling fins 24 are extended in the flow path 12. Further, the amount of the refrigerant may be adjusted according to the temperature of the temperature sensor, or a control unit may be provided for adjusting the amount of the refrigerant according to the temperature of the temperature sensor.
  • the cooling structure of the present disclosure is used for cooling a vehicle equipped with a motor such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, such as a power module having a plurality of power semiconductors, electronic components such as capacitors, and a bus bar that electrically joins these electronic components. It is valid.
  • a PPS resin plate having a length of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness of 5 mm was prepared and used as a test piece 1.
  • a zinc layer having an average thickness of 200 ⁇ m was formed on one surface of the test piece 1 by a thermal spraying method. This was designated as test piece 2.
  • an aluminum plate having a length of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness of 500 ⁇ m was used as the test piece 3.
  • the magnetic field shielding performance of the test piece 1, the test piece 2, and the test piece 3 was evaluated by the magnetic field shielding effect evaluation device in the KEC method (500 Hz to 1 GHz) shown below. The obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 7, according to the test piece 2 and the test piece 3, it can be seen that an excellent magnetic field shielding effect can be obtained as compared with the test piece 1.
  • a water channel model 1 having an outer diameter of 30 mm in width ⁇ 15 mm in length, an inner diameter of 25 mm in width ⁇ 10 mm in length, and a length of 110 mm was formed.
  • a zinc layer 48 having an average thickness of 200 ⁇ m was formed on the upper surface of an outer wall of 110 mm ⁇ 30 mm in the water channel model 1 by a thermal spraying method. This was designated as a waterway model 2.
  • An iron block 52 having a size of 95 mm ⁇ 25 mm ⁇ 15 mm heated to 100 ° C. is shown in FIG.
  • Cooling structure 12 Flow path 14
  • Flow path forming member 16 Upper inner wall 18
  • Lower inner wall 20 Side inner wall 22
  • Cooling fin 26 Bus bar 28
  • Bolt 30 Nut 32
  • Nut body 34 Heat diffusion part 46
  • Metal layer 50 Region 52

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Abstract

冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材と接合された、板状の熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設された１つ又は複数の冷却フィンと、前記熱拡散部に伝熱するバスバーと、を備え、前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない冷却構造体。

Description

冷却構造体
　本発明は、冷却構造体に関する。
　ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両には、モータを駆動する駆動手段が搭載されている。駆動手段は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品などから構成される。
　モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等に大電流の流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却する必要がある。
　駆動手段を冷却するための構造として、駆動手段の直下に冷却水が流通するヒートシンクを設ける構造が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－１８２８３１号公報
　特許文献１のように、パワー半導体、キャパシタ等の電子部品の直下に冷媒が流通するヒートシンクを設けて電子部品を冷却する構造のほか、ヒートシンクが設けられたこれら電子部品と電気的に接合し、かつ電子部品から熱を受け取るバスバーを設け、バスバーと、冷媒と接触する冷却フィン等を備える冷却構造体と、を熱的に接合することで電子部品を冷却する構造が考えられる。
　上述した後者の構造では、バスバーと、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材との絶縁性を確保することが望まれる。
　本発明の一形態は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、バスバーと流路形成部材との絶縁性に優れる冷却構造体を提供することを目的とする。
　前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞　冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状の熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設された１つ又は複数の冷却フィンと、前記熱拡散部に伝熱するバスバーと、を備え、前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない冷却構造体。
＜２＞　前記熱拡散部と接触しているナット本体と、前記ナット本体に挿入されるボルトと、を備え、前記バスバーは、前記ナット本体と前記ボルトとで固定されている＜１＞に記載の冷却構造体。
＜３＞　前記熱拡散部は金属製であり、前記冷却フィンの少なくとも表面は樹脂製である＜１＞又は＜２＞に記載の冷却構造体。
＜４＞　前記バスバーと、前記流路形成部材の外壁面における前記バスバーと対面する部分との最小距離ｈ２は、０．２ｍｍ以上である＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の冷却構造体。
＜５＞　前記バスバーと接続する被冷却体が配置された＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の冷却構造体。
＜６＞　前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の冷却構造体。
＜７＞　前記バスバーと接続する被冷却体が配置され、前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられ、前記金属層は、前記被冷却体の少なくとも一部と接している＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の冷却構造体。
＜８＞　前記金属層が、金属溶射層である＜６＞又は＜７＞に記載の冷却構造体。
　本発明の一形態によれば、バスバーと流路形成部材との絶縁性に優れる冷却構造体を提供することができる。
冷却構造体の一実施形態についての要部断面を示す図である。 冷却構造体１０における冷却フィン２４の設けられた領域の一例を示す図である。 冷却構造体１０における冷却フィン２４の設けられた領域の他の一例を示す図である。 冷却構造体の変形例１についての要部断面を示す図である。 冷却構造体の変形例２についての要部断面を示す図である。 冷却構造体の変形例３についての要部断面を示す図である。 金属層の磁界シールド性能の評価結果を示す図である。 冷却性能の評価方法を説明するために図である。
＜冷却構造体＞
　本開示の冷却構造体は、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状の熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設された１つ又は複数の冷却フィンと、前記熱拡散部に伝熱するバスバーと、を備え、前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない。本開示の冷却構造体は、バスバーと流路形成部材との絶縁性に優れる。
　以下、本開示の冷却構造体を、図面を参照して説明する。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
　図１に示す冷却構造体１０は、冷媒を流通させる流路１２を形成する樹脂製の流路形成部材１４を備える。流路の形状は、図１に示すように断面が略矩形であってもよく、断面が円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
　流路１２は、対向する一対の内壁のうちの一方側の内壁に相当する上部内壁１６及び他方側の内壁に相当する下部内壁１８並びに上部内壁１６及び下部内壁１８を接続する側部内壁２０及び側部内壁２２に取り囲まれて構成されている。
　上部内壁１６側では、板状である熱拡散部３４から流路１２内に円筒状の冷却フィン２４が複数延設されている。熱拡散部３４は、金属製であり、冷却フィン２４は、流路１２と同様に樹脂製であることが好ましい。これにより、金属製の熱拡散部３４は熱伝導性が高いため、面方向に熱が拡散されやすく、面方向に拡散された熱は放熱性に優れる樹脂製の冷却フィン２４により放熱されやすくなる。
　図１では、冷却フィン２４の一部が想像線で示されている。
　熱拡散部３４に伝熱することで冷却されるバスバー２６が、ボルト２８とナット本体３２とで固定されている。より具体的には、バスバー２６の開口部がボルト２８のネジ部に挿通され、かつボルト２８の頭部及びナット本体３２にバスバー２６の一部が挟持されることにより、バスバー２６が、ボルト２８とナット本体３２とで固定されている。ナット３０は、ナット本体３２とナット本体３２のボルト２８が挿入される側とは反対側に設けられた熱拡散部３４とを有する。熱拡散部３４は、矩形の板状物とされ、ナット本体３２と一体化されている。
　バスバー２６は、パワー半導体、キャパシタ等の不図示の電子部品と接続されている。
　バスバー２６が、ボルト２８とナット本体３２とで固定され、かつ流路形成部材１４の外壁面と、バスバー２６との間に空間があり、流路形成部材１４とバスバー２６とが接触していないため、前述の外壁面とバスバー２６とが接触している場合と比較して流路形成部材１４の厚みを小さくすることができ、冷却構造体１０の軽量化が可能である。
　ナット３０における熱拡散部３４の全体及びナット本体３２のボルト２８が挿入される側と反対側は、流路形成部材１４に埋設されている。なお、熱拡散部は、流路形成部材に埋設された構成に限定されず、流路形成部材に接合された構成、例えば、流路と接触せずに流路形成部材の外壁に接合された構成であってもよい。例えば、レーザー粗化による樹脂金属接合技術を用い、熱拡散部を流路形成部材に接合させてもよい。
　また、複数の冷却フィン２４はいずれも熱拡散部３４から流路１２内に延設されている。これにより、熱拡散部３４にて面方向に拡散された熱が冷却フィン２４にて放熱されやすい構造となっている。
　図２は、図１の冷却構造体１０における冷却フィン２４の設けられた領域を、ボルト２８の挿入方向から見た図である。冷却フィン２４と熱拡散部３４との位置関係をわかりやすくするため、図２では、バスバー２６等の記載を割愛している。また、冷却フィン２４と熱拡散部３４との位置関係がわかりやすいように、熱拡散部３４を点線で表している。なお、図１は、図２に示すＡＡ線で切断したときの断面図である。
　図２に示すように、冷却フィン２４は７本とされており、熱拡散部３４の配置された範囲内に冷却フィン２４が設けられている。また、熱拡散部３４の主面は流路１２と対向している。
　ここで、バスバー２６に電流が流れると、抵抗損失によってバスバー２６自体が発熱する。また、バスバー２６は不図示の電子部品と接続されており、通電によりこれら電子部品から生じた熱がバスバー２６を通じて拡散される。そのため、バスバー２６は高温状態になりやすい。
　バスバー２６自体から生じた熱及びバスバー２６を通じて拡散された熱は、ボルト２８及びナット本体３２を介して熱拡散部３４のナット本体と一体化されている箇所に伝達される。熱拡散部３４は矩形の板状物とされているため、熱拡散部３４に伝達された熱は熱拡散部３４の面方向に拡散され、広範囲に熱を拡散することができる。
　熱拡散部３４は冷却フィン２４の根元部に配置されており、熱拡散部３４まで拡散された熱は、流路形成部材１４を介して冷却フィン２４の根元部に到達する。冷却フィン２４の根元部に到達した熱は、冷却フィン２４を通じて冷却フィン２４の根元部から流路１２内に向けて移動する。このときに、流路１２を流通する冷媒により冷却フィン２４から熱が冷媒に移動する。このようにして、バスバー２６、バスバー２６に接続する電子部品等の被冷却体が冷却される。
　冷却構造体１０では、冷却フィン２４が上部内壁１６から下部内壁１８にまで到達せずに、冷却フィン２４の先端部が流路１２内に位置している。冷却フィン２４に触れる冷媒の量を増加させて冷却構造体１０の冷却効率を高める観点から、冷却フィン２４の先端部が下部内壁１８に接触していてもよい。また、冷却フィン２４の先端部が下部内壁１８に接触している場合、例えば、上部内壁１６から下部内壁１８に向けて（又は、下部内壁１８から上部内壁１６に向けて）荷重がかかった際に、冷却構造体１０の強度を高めることが可能となる。
　図１において、バスバー２６と、流路形成部材１４の内壁面との距離ｈ１は、絶縁性及び冷却効率の観点から、１０ｍｍ～５０ｍｍであることが好ましい。
　なお、図１に示すように複数のバスバー２６（図中では２つ）が、ボルト２８とナット本体３２とで固定されている場合、距離ｈ１は、ナット本体３２に最も近いバスバー２６と、流路形成部材１４の内壁面におけるバスバー２６と対面する部分と、の距離を意味する。
　図１において、バスバー２６と、流路形成部材１４の外壁面におけるバスバー２６と対面する部分との最小距離ｈ２は、絶縁性の観点から、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。前述の最小距離ｈ２は、冷却構造体１０の小型化及びバスバー２６の冷却効率の観点から、５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
　なお、図１に示すように複数のバスバー２６（図中では２つ）が、ボルト２８とナット本体３２とで固定されている場合、最小距離ｈ２は、ナット本体３２に最も近いバスバー２６と、流路形成部材１４の外壁面におけるバスバー２６と対面する部分と、の最小距離を意味する。
　放熱性の観点から、熱拡散部は流路形成部材の外壁に接合されていてもよい。また、放熱性の観点から、バスバーとボルト及びナット本体との接触面積は大きい方が好ましい。ボルト及びナット本体のバスバーと接触する部分の形状は特に限定されず、円形、楕円形、多角形等であってもよい。
　図１において、流路１２の冷却フィン２４の設けられた領域を冷媒が流通する方向上流側から観察したときに、流路１２の面積に占める冷却フィン２４の観察される部分の面積（面積比率Ａ）は、冷却効率を向上する観点から、３０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、１００％であることがさらに好ましい。
　図１において、熱拡散部３４の流路１２側の面から流路形成部材１４の内壁までの最小距離ｈは、絶縁性の観点から、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、前述の最小距離ｈは、冷却効率の観点から２．５ｍｍ以下であることが好ましい。
　図１において、熱拡散部３４のバスバー２６側の面から流路形成部材１４の外壁までの最小距離ｈ３は、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましく、冷却効率を向上する観点から、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、最小距離ｈ３が０ｍｍであることは、熱拡散部３４のバスバー２６側の面の少なくとも一部が流路形成部材１４で覆われていないことを意味する。
　図２において、熱拡散部３４の主面の面積に対する、熱拡散部３４の主面と平行な方向における、熱拡散部３４から流路１２内に延設された冷却フィン２４の断面積の合計の比率（面積比率Ｂ）は、冷却効率を向上する観点から、３０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。前述の面積比率Ｂは、流路１２内の抵抗の観点から、７０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがさらに好ましい。
　図２では、熱拡散部３４は矩形の板状物となっているが、矩形に限定されず、円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
　冷却フィン２４は、少なくとも表面が樹脂製であってもよく、冷却フィン２４全体が樹脂製であってもよいし、金属製の棒状の芯材を有し、この芯材の表面が樹脂で被覆されていてもよい。芯材の一端は、冷却効率を向上する観点から、熱拡散部３４と接続されていてもよい。
　図１においては、冷却フィン２４の先端は冷却フィン２４の延設方向に直交する平坦状とされているが、冷却フィン２４の先端の形状は特に限定されるものではなく、半球状、円錐状、角錐状等であってもよい。
　被冷却体としては、バスバー２６と接続するパワー半導体、キャパシタ等の電子部品が挙げられる。被冷却体が電子部品である場合、冷却構造体の電子部品の配置される箇所に冷却フィンを設けてもよい。
　熱拡散部３４から流路１２内に延設された冷却フィン２４の本数は、１本であってもよく、２本以上であってもよい。
　例えば、図３に示すように、熱拡散部３４から外れた位置に冷却フィン２４が配置されていてもよい。
（変形例１）
　次に、前述の一実施形態の冷却構造体１０の変形例１について、図４を用いて説明する。変形例１の冷却構造体１００は、バスバー２６と、流路形成部材１４の外壁面におけるバスバー２６と対面する部分との距離ｈ２、及び熱拡散部３４のバスバー２６側の面から流路形成部材１４の外壁までの距離ｈ３がそれぞれ一定である点で、前述の冷却構造体１０と異なる。図４中の距離ｈ２の好ましい範囲は、前述の図１中の最小距離ｈ２と同様である。
　図４中の距離ｈ３の好ましい範囲は、絶縁性の観点から、０ｍｍ超であることが好ましく、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、冷却効率の観点から、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。
（変形例２）
　さらに、前述の一実施形態の冷却構造体１０の変形例２について、図５を用いて説明する。変形例２の冷却構造体２００は、熱拡散部３４のバスバー２６側の面から流路形成部材１４の外壁までの距離ｈ３が０ｍｍである点、すなわち、熱拡散部３４のバスバー２６側の面が流路形成部材１４で覆われていない点で、前述の冷却構造体１００と異なる。
　このような冷却構造体２００は、冷却効率に優れる。
（変形例３）
　本開示の冷却構造体の変形例は、流路形成部材の外壁の少なくとも一部に金属層が設けられており、好ましくは、被冷却体であるパワー半導体、キャパシタ等が流路形成部材の外壁上に配置され、被冷却体の少なくとも一部が接触するように金属層が設けられている。被冷却体の少なくとも一部が接触するように金属層が設けられていることにより、被冷却体にて生じた熱が金属層を介して流路を流通する冷媒に移動するため、被冷却体を効率よく冷却することができる。
　以下、本開示の冷却構造体の変形例について、図６を用いて説明する。図６は、冷却構造体の変形例３についての要部断面を示す図である。図６は、冷却構造体４４における流路１２の冷媒が流通する方向に平行な断面を示す。なお、図６では、冷却フィンの記載を省略している。
　図６に示す冷却構造体４４では、被冷却体であるパワー半導体４６が、流路形成部材１４の外壁に設けられた金属層４８を介して流路形成部材１４と接している。パワー半導体４６にはバスバー２６が接続されており、不図示の他のパワー半導体、その他の電子部品等と導通が確保されている。流路形成部材１４のパワー半導体４６と接触する箇所には、不図示の冷却フィンが上部内壁１６から下部内壁１８に向けて延設されている。つまり、不図示の冷却フィンの根元部に、パワー半導体４６が配置されている。
　パワー半導体４６から生じた熱は、金属層４８を介して流路形成部材１４の外壁に達し、さらに不図示の冷却フィンの根元部に到達した熱は、冷却フィンを通じて冷却フィンの根元部から下部内壁１８に向けて移動する。このときに、流路１２を流通する冷媒により冷却フィンから熱が冷媒に移動する。パワー半導体４６が金属層４８を介して流路形成部材１４と接するため、パワー半導体４６から生じた熱が、効率的に冷却フィンへ移動しやすくなり、冷却効率が向上する。
　また、金属層４８は、パワー半導体４６から発生する低周波域（特に、ラジオ帯）の磁界をシールドすることができる。そのため、流路形成部材１４の外壁に金属層４８を設けることは磁界シールドの観点から有効である。金属層４８は、流路形成部材１４の外壁の少なくとも一部に設ければよい。なお、金属層４８は導電性であるため、絶縁性を求められる箇所には金属層４８を設けなくともよい。また、流路形成部材１４の外壁に金属層４８を形成し、さらに絶縁性を求められる箇所の金属層４８を樹脂層で覆ってもよい。
　金属層４８は、例えば、流路形成部材１４における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けることが好ましい。また、図６に示すように、金属層４８が流路形成部材１４における被冷却体の配置された側の外壁の一部に設けられている場合、流路形成部材１４における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁には、金属層４８の設けられていない領域５０が存在してもよい。さらに、図６における熱拡散部３４の配置された箇所とは反対側の外壁には、金属層４８の設けられていない領域が存在してもよい。
　本開示の冷却構造体の製造方法は、特に限定されるものではなく、インジェクション成形法、ダイスライドインジェクション成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、トランスファ成形法、押出成形法、注型成形法等の通常の樹脂成形体の成形方法を採用することができる。なお、冷却構造体１０の製造には高い位置精度を要求される場合があることから、ダイスライドインジェクション成形法が好ましい。
　また、ナット３０の流路形成部材１４に埋設されている箇所は、別途インサート成形法により製造してもよい。
　流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂の種類は特に限定されるものではない。樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド系樹脂（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド系樹脂（ＰＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート系樹脂（ＰＢＴ）、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）及びポリカーボネート系樹脂が挙げられる。流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂は同じであっても異なっていてもよい。
　流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂は、無機充填材を含有してもよい。無機充填材としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコン、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア及びジルコニアが挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては、水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛等が挙げられる。
　流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂に含まれる無機充填材は、同じであっても異なっていてもよい。また、流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂の一方に無機充填材が含まれ、他方に無機充填材が含まれなくてもよい。
　熱拡散部３４を構成する金属は、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、ステンレス等の金属、合金などが挙げられる。また、ボルト２８及びナット本体３２も前述の金属から構成されていてもよく、熱拡散部３４並びにボルト２８及びナット本体３２を構成する金属は同じであっても異なっていてもよい。
　熱拡散部３４は、流路形成部材１４及び冷却フィン２４を構成する樹脂と熱拡散部３４を構成する金属との熱膨張係数差による冷却構造体１０への負荷を抑制する観点から、メッシュ状、パンチングメタル等であってもよい。
　冷却構造体１０では、熱拡散部３４の熱の面方向への拡散性及び冷却フィン２４の放熱性の観点から、熱拡散部３４を構成する金属はアルミニウム、鉄、銅、金、銀及びステンレスからなる群より選択される少なくともいずれか１つであり、冷却フィン２４を構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、フェノール系樹脂及びエポキシ系樹脂からなる群より選択される少なくともいずれか１つであることが好ましい。好ましいポリアミド系樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６等が挙げられる。
　流路を流通する冷媒の種類は、特に限定されるものではない。冷媒としては、水、有機溶媒等の液体、空気等の気体などが挙げられる。冷媒として用いられる水には、不凍液等の成分が含まれていてもよい。
　金属層４８を構成する成分は特に限定されるものではなく、亜鉛、アルミニウム、亜鉛・アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、スズ、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、磁界シールド効果を高める観点からは、銀及び銅が好ましい。一方、被冷却体の冷却効率の観点からは、銀及び金が好ましい。
　金属層４８を形成する方法は特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、金属板の張り付け、金属溶射等が挙げられる。金属層４８は、形成性の観点から、金属溶射法により形成された金属溶射層であることが好ましく、加工性の観点から亜鉛が好ましい。
　金属層４８の平均厚みは特に限定されるものではなく、１μｍ～２ｍｍが好ましい。
　被冷却体であるパワー半導体４６と接触する金属層４８の平均厚みは、冷却効率の観点から、２００μｍ～２ｍｍが好ましく、５００μｍ～２ｍｍがより好ましい。
　流路形成部材１４における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けられた金属層４８の平均厚みは、磁界シールドの観点から、１μｍ～２ｍｍが好ましく、２００μｍ～２ｍｍが好ましく、５００μｍ～２ｍｍがより好ましい。
　冷却構造体１０は、冷媒の温度を測定する温度センサを備えていてもよく、流路１２内の冷却フィン２４が延設された領域よりも下流に温度センサを備えていてもよい。また、温度センサの温度に応じて冷媒の量を調節してもよく、温度センサの温度に応じて冷媒の量を調節する制御部を備えていてもよい。
　本開示の冷却構造体は、ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両における、パワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーなどの冷却に有効である。
　以下、実験例に基づいて、金属層の磁界シールド性能及び冷却性能を検証した。
－磁界シールド性能評価－
　縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５ｍｍのＰＰＳ樹脂板を準備し、試験片１とした。
　試験片１の一方の面に、溶射法により平均厚み２００μｍの亜鉛層を形成した。これを試験片２とした。
　また、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５００μｍのアルミニウム板を試験片３とした。
　試験片１、試験片２及び試験片３について、磁界シールド性能を以下に示すＫＥＣ法（５００Ｈｚから１ＧＨｚ）における磁界シールド効果評価用装置で評価した。
　得られた結果を図７に示す。図７から明らかなように、試験片２及び試験片３によれば、試験片１に比較して優れた磁界シールド効果の得られることがわかる。
－冷却性能評価－
　ＰＰＳ樹脂を用いて、外径が横３０ｍｍ×縦１５ｍｍで、内径が横２５ｍｍ×縦１０ｍｍで、長さが１１０ｍｍの断面矩形の水路モデル１を形成した。水路モデル１における１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁の上面に、溶射法により平均厚み２００μｍの亜鉛層４８を形成した。これを水路モデル２とした。
　水路モデル１の１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁及び水路モデル２の亜鉛層４８を形成した面上に、各々、１００℃に熱した９５ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの鉄ブロック５２を図８に示すようにして配置し、各水路モデル内に２０℃の水を８Ｌ／分の流量で流通させた。
　鉄ブロック５２の配置直後から、図８に示すＡ～Ｄの計４箇所の温度変化を、株式会社ＫＥＹＥＮＣＥ製　高機能レコーダ　ＧＲ－３５００を用いて測定したところ、鉄ブロック５２の配置から１７分後の各測定箇所の温度は、下記表１に示すとおりであり、亜鉛層４８は被冷却体の冷却に有効であることが明らかとなった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　２０１９年３月２２日に出願された日本国特許出願２０１９－０５５６９６の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
１０、４４、１００、２００　冷却構造体
１２　流路
１４　流路形成部材
１６　上部内壁
１８　下部内壁
２０　側部内壁
２２　側部内壁
２４　冷却フィン
２６　バスバー
２８　ボルト
３０　ナット
３２　ナット本体
３４　熱拡散部
４６　パワー半導体
４８　金属層
５０　領域
５２　鉄ブロック

Claims (8)

  1. 　冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
    　前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状の熱拡散部と、
    　前記熱拡散部から前記流路内に延設された１つ又は複数の冷却フィンと、
    　前記熱拡散部に伝熱するバスバーと、
    　を備え、
    　前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない冷却構造体。
  2. 　前記熱拡散部と接触しているナット本体と、前記ナット本体に挿入されるボルトと、を備え、
    　前記バスバーは、前記ナット本体と前記ボルトとで固定されている請求項１に記載の冷却構造体。
  3. 　前記熱拡散部は金属製であり、前記冷却フィンの少なくとも表面は樹脂製である請求項１又は請求項２に記載の冷却構造体。
  4. 　前記バスバーと、前記流路形成部材の外壁面における前記バスバーと対面する部分との最小距離ｈ２は、０．２ｍｍ以上である請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷却構造体。
  5. 　前記バスバーと接続する被冷却体が配置された請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の冷却構造体。
  6. 　前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の冷却構造体。
  7. 　前記バスバーと接続する被冷却体が配置され、前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられ、
    　前記金属層は、前記被冷却体の少なくとも一部と接している請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の冷却構造体。
  8. 　前記金属層が、金属溶射層である請求項６又は請求項７に記載の冷却構造体。
     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022178698A (ja) * 2021-05-20 2022-12-02 昭和電工マテリアルズ株式会社 冷却構造体

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204068A (ja) * 1995-01-20 1996-08-09 Fuji Electric Co Ltd モジュール構造の半導体装置
JP2003003248A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Sawaki Kogyo:Kk 金属溶射層被覆シート
JP2012015240A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
WO2016080333A1 (ja) * 2014-11-21 2016-05-26 株式会社村田製作所 モジュール
JP2017161204A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 富士通株式会社 冷却装置、冷却装置の製造方法、及び電子機器
JP2019055696A (ja) 2017-09-21 2019-04-11 Ｊｏｙｓｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｊａｐａｎ株式会社 エアバッグ及びエアバッグ装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11346480A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Hitachi Ltd インバータ装置
US7027304B2 (en) * 2001-02-15 2006-04-11 Integral Technologies, Inc. Low cost thermal management device or heat sink manufactured from conductive loaded resin-based materials
JP2012009498A (ja) * 2010-06-22 2012-01-12 Fujitsu Ten Ltd 発熱体の放熱構造と放熱構造を備えたオーディオアンプ
US9674984B2 (en) * 2015-06-23 2017-06-06 Cubic Corporation Plastic chassis for liquid cooled electronic components
JP6548146B2 (ja) * 2016-05-17 2019-07-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 回路構成体
JP2018166400A (ja) * 2018-07-18 2018-10-25 三菱電機株式会社 電力変換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204068A (ja) * 1995-01-20 1996-08-09 Fuji Electric Co Ltd モジュール構造の半導体装置
JP2003003248A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Sawaki Kogyo:Kk 金属溶射層被覆シート
JP2012015240A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
WO2016080333A1 (ja) * 2014-11-21 2016-05-26 株式会社村田製作所 モジュール
JP2017161204A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 富士通株式会社 冷却装置、冷却装置の製造方法、及び電子機器
JP2019055696A (ja) 2017-09-21 2019-04-11 Ｊｏｙｓｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｊａｐａｎ株式会社 エアバッグ及びエアバッグ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3923320A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022178698A (ja) * 2021-05-20 2022-12-02 昭和電工マテリアルズ株式会社 冷却構造体
JP7619163B2 (ja) 2021-05-20 2025-01-22 株式会社レゾナック 冷却構造体

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