パワーモジュールの高出力化と小型化・軽量化に貢献。冷却性能と小型化・軽量化を両立するアルミ冷却器

xEVに搭載されるインバータでは、航続距離の伸長や燃費・電費向上のため、高出力化や小型化、軽量化が進んでいます。インバータを構成する部品の中でもパワーモジュールは、走行時に高温となるため適切な冷却が欠かせません。インバータの高出力化にともない、パワーモジュールの発熱量は増加します。そのため、冷却器には冷却性能の向上が求められますが、一方で小型化や軽量化といった要求とバランスをとる必要があります。
こうしたパワーモジュールの冷却に関する課題に対し、当社はアルミの材料、成形加工、接合の技術を基盤に、設計と解析の技術を組み合わせ、お客様の仕様に合った冷却器をご提案します。　　　　

パワーモジュールに取り付けられる冷却器の提案を支える当社技術の一例をご紹介します。

• 材料
• Al合金開発および鋳造を自社対応します。合金組成には規格材に加え、独自開発品があります。また、Alの軽さを活かし高放熱を達成する材料として、Cu/Al複合材もご提案できます。
• フィン設計・成形加工
• 性能シミュレーション基づき高放熱と低圧損を両立するフィンを設計し、プレス、押出、鍛造の内から適切な加工法を選定し成形加工します。
• 冷却方式、流路形状
• 冷却性能とサイズや重量といった要求とのバランスを考え、冷却構造を設計します。さらに、従来の炉中ろう付けに加え、熱影響を受けにくい適切な接合方法を選定し、冷却器にアセンブルします。また、当社内でパワーモジュールの解析評価に対応できるので、お客さまの仕様に即した提案が可能です。
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• 以上に挙げた技術以外にも、実績に基づいて蓄積した技術やノウハウを活かし、お客様のご要望に合わせた冷却器をご提案します。
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• 提案例：
• ベースにCu/Al複合材を採用し、Alフィンを狭ピッチで配置させたヒートシンク

Cuヒートシンクを比較対象に熱抵抗をシミュレーションしました。ヒートシンクのベースをCu/Al複合材に変えることで熱抵抗を下げられ、さらにAlフィンの配列を狭ピッチ化するとCuヒートシンク相当の熱抵抗が可能であることがわかりました(図1)。一方で重量は、Cuヒートシンク比で、3分の1～半分程度に軽量化できることがわかりました(図2)。

• 提案例：
• Alフィンを狭ピッチに配置し、さらにクローズドにアセンブルした冷却器

単位面積当たりの放熱性と圧力損失のバランスをとるため、Cu/Al複合材ベースに狭ピッチのAlフィンを配置します。さらにクローズド型構造とすることで、冷却器をパワーモジュールと同サイズにできるので、パワーモジュールを含むインバータの小型化に貢献します。

• 提案例：
• ベースにCu/Al複合材を採用したAl冷却器