JP2000200866A - 車両制御装置の半導体冷却装置 - Google Patents

車両制御装置の半導体冷却装置

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JP2000200866A
JP2000200866A JP11002019A JP201999A JP2000200866A JP 2000200866 A JP2000200866 A JP 2000200866A JP 11002019 A JP11002019 A JP 11002019A JP 201999 A JP201999 A JP 201999A JP 2000200866 A JP2000200866 A JP 2000200866A
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Yasuhiro Hara
康浩 原
Nobuaki Mizuguchi
信章 水口
Satoru Horie
堀江　　哲
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両制御装置において、車両の走行に関わら
ず受熱ブロック全体の温度上昇状態を正確に検出して、
異常加熱による半導体の損傷を防ぐ。 【解決手段】 車両制御装置の半導体冷却装置は、電力
変換素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃが取り付けられた受熱ブロッ
ク２と、受熱ブロック２に接続された複数のヒートパイ
プ４と、ヒートパイプ４に固定された放熱フィン５とを
有している。このような半導体冷却装置において、受熱
ブロック１上の両側端部に受熱ブロック２表面の温度を
検出する温度センサ６，７が設けられている。温度セン
サ６，７の位置は、車両走行時の走行風に対して風上側
と風下側の２ヶ所である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両制御装置の半導
体冷却装置に係り、特に車両制御装置に搭載された電力
変換素子等の半導体を冷却するのに好適な半導体冷却装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両制御装置には半導体モジュールから
なる電力変換素子が搭載されており、この電力変換素子
は発熱量が大きいので冷却する必要がある。そのため、
通常、車両制御装置には半導体冷却装置が設置されてい
る。このような半導体冷却装置として、従来より、電力
変換素子が取り付けられた受熱ブロックにヒートパイプ
を接続するとともに、ヒートパイプに複数の放熱フィン
を固定して、車両走行時の走行風で放熱フィンを冷却す
ることにより受熱ブロックを冷却し、さらに電力変換素
子を冷却するようにした半導体冷却装置が知られてい
る。
【０００３】上記構成の半導体冷却装置では、電力変換
素子の冷却が不十分であると、電力変換素子の異常加熱
により電力変換素子が故障する恐れがあるので、一般に
受熱ブロックには温度センサが設けられ、電力変換素子
の異常加熱によって受熱ブロックの温度が異常に上昇し
たときには、車両制御装置の運転を停止して電力変換素
子を保護するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、温度センサが受熱ブロックの１ヶ所にし
か取り付けられていないために、受熱ブロック全体の温
度上昇状態を正確に検知することができず、冷却が不十
分である場合には、電力変換素子が異常加熱により故障
する可能性がある。すなわち、上記構成の半導体冷却装
置においては、縦長の放熱フィンが車両走行方向に沿っ
て配置されているので、走行風に対して放熱フィンの風
上側部分は十分に冷却されるが、放熱フィンの風下側で
はヒートパイプなどが障害となって十分な走行風が供給
されず冷却が不十分となる。その結果、受熱ブロック
も、放熱フィンの風上側に対応した部分は十分に冷却さ
れるが、放熱フィンの風下側に対応した部分は冷却が不
十分となり、仮に、温度センサが走行風に対して風上側
の１ヶ所しか設けられていないと、冷却が不十分な風下
側の温度が検出されていないことになり、風下側では温
度が過度に上昇して電力変換素子にダメージを与える恐
れがある。
【０００５】本発明の課題は、車両の走行方向に関わら
ず受熱ブロック全体の温度上昇状態を正確に検出し、異
常加熱による半導体の損傷を防ぐことのできる車両制御
装置の半導体冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は、半導体が取り付けられた受熱ブロック
と、該受熱ブロックに接続された複数のヒートパイプ
と、該ヒートパイプに固定された放熱フィンとを有し、
車両走行時の走行風で放熱フィンを冷却することによ
り、前記受熱ブロック上の前記半導体の冷却を行う車両
制御装置の半導体冷却装置において、前記受熱ブロック
上の、前記走行風に対して少なくとも風上側と風下側の
２ヶ所に、該受熱ブロックの温度を検出する温度センサ
を設けたことを特徴としている。
【０００７】また、本発明は、半導体が取り付けられ受
熱ブロックと、該受熱ブロックに固定された放熱フィン
とを有し、車両走行時の走行風で放熱フィンを冷却する
ことにより、前記受熱ブロック上の前記半導体の冷却を
行う車両制御装置の半導体冷却装置において、前記受熱
ブロック上の、前記走行風に対して少なくとも風上側と
風下側の２ヶ所に、該受熱ブロックの温度を検出する温
度センサを設けたことを特徴としている。
【０００８】上記各構成によれば、走行風に対して少な
くとも風上側と風下側の２ヶ所に温度センサが設けられ
ているので、万一、車両走行時に受熱ブロックの風下側
が冷却不十分となったときは、当該部分の温度の異常上
昇を風下側の温度センサにより検知することができる。
そしてこのとき、車両制御装置の運転を停止させること
によって、風下側に取り付けられた半導体の異常加熱に
よる損傷を未然に防ぐことができる。
【０００９】車両が逆方向に走行するときは、走行風の
向きも逆向きになるが、上記のように風上側と風下側の
２ヶ所に温度センサが設けられていれば、風上側であっ
た温度センサが風下側に、風下側であった温度センサが
風上側となるため、この場合も、風下側の温度センサに
よって、冷却が不十分な風下側の温度の異常上昇を検出
することができる。
【００１０】また、前記温度センサを、風上側と風下側
の前記２ヶ所以外に、前記受熱ブロック上の中央部に設
けることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１による
車両制御装置の半導体冷却装置の斜視図である。図１に
示すように、半導体冷却装置１はアルミで形成された受
熱ブロック２を有し、この受熱ブロック２上に半導体モ
ジュール等の電力変換素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃが取り付け
られている。受熱ブロック２にはＬ字状をなした５本の
ヒートパイプ４が接続されている。各ヒートパイプ４の
内部は真空状態をなし、その内部に純水が充填されてい
る。また、各ヒートパイプ４の上部先端側には、放熱板
５Ａ〜５Ｅからなる放熱フィン５が固定されている。各
放熱板５Ａ〜５Ｅは矩形状をなし、その長手方向（図の
左右方向）が車両の走行方向に沿って配置されている。
なお、放熱フィン５は５枚の放熱板から構成されている
が、放熱板は１，２，３、４枚または５枚以上でもよ
い。
【００１２】また、本実施の形態では、受熱ブロック２
の両側端部の２ヶ所に受熱ブロック２表面の温度を検出
する温度センサ６，７が設けられている。図３は半導体
冷却装置１を上から見た図である。図３においては、矢
印Ａ・Ｂ方向が車両の走行方向であり、車両が矢印Ａ方
向に走行すると走行風は矢印ａのように流れ、車両が矢
印Ｂ方向に走行すると走行風は矢印ｂのように流れる。
したがって、車両が矢印Ａ方向に走行している場合は、
温度センサ６が風上側の温度センサに、温度センサ７が
風下側の温度センサとなる。また、車両が矢印Ｂ方向に
走行している場合は、温度センサ７が風上側の温度セン
サに、温度センサ６が風下側の温度センサとなる。
【００１３】図２は、上記構成の半導体冷却装置１を、
車両床下の車両制御装置に取り付けた様子を示してい
る。図２において、車両１０の床下には車両制御装置１
１が設置され、この車両制御装置１１の筐体１２内部に
半導体冷却装置１が設置されている。また、半導体冷却
装置１は、受熱ブロック２の半導体受熱表面側（電力変
換素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃの取付面側）は筐体１２の密閉
室内に配置され、放熱部であるヒートパイプ４と放熱フ
ィン５は筐体１２から外気部に露出されている。なお、
図２において、１３はレールである。
【００１４】上記構成の半導体冷却装置１において、車
両運転時に電力変換素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃは発熱し、そ
の熱は受熱ブロック２、各ヒートパイプ４を介して放熱
フィン５に伝熱され、放熱フィン５から外気に放熱され
る。このとき、各ヒートパイプ４の内部では、純水の蒸
発と凝縮が繰り返され、これによって伝熱が行われる。
そして図３に示すように、車両が矢印Ａ方向に走行して
いる場合には、走行風がａの向きに流れ、放熱フィン５
が冷却される。この場合、放熱フィン５は走行風に対し
て風上側の部分は十分に冷却されるが、風下側の部分は
ヒートパイプ４等のために流速が弱められ、十分に冷却
されない。また、５本のヒートパイプ４もそれぞれ独立
しており、ヒートパイプ内部の純水が他のヒートパイプ
内部の純水と混じり合うことはない。このため、受熱ブ
ロック２の表面も、風上側（温度センサ６側）では十分
に冷却されて温度はあまり上昇しないが、風下側（温度
センサ７側）では冷却が不十分なため温度がかなり上昇
する。
【００１５】また、車両が矢印Ｂ方向に走行している場
合には、走行風がｂの向きに流れ、放熱フィン５が冷却
される。この場合も、上記と同様に、受熱ブロック２の
表面は、風上側（温度センサ７側）では十分に冷却され
て温度はあまり上昇しないが、風下側（温度センサ６
側）では冷却が不十分なため温度がかなり上昇する。
【００１６】図４は、受熱ブロック表面の温度分布を示
したものである。実線は車両がＡ方向に走行している場
合の温度分布を、破線は車両がＢ方向に走行している場
合の温度分布をそれぞれ示している。図に示すように、
温度分布は風上側から風下側へ直線的に上昇している。
【００１７】そして、例えば車両がＡ方向に走行してい
る場合に、万一、風下側が冷却不十分となり、受熱ブロ
ック２上の電力変換素子３Ａ付近の温度が異常に上昇す
ると、このことを風下側にある温度センサ７で検出する
ことができる。電力変換素子３Ａ付近の温度の異常上昇
を検出したときは、当該車両制御装置１の運転を停止さ
せる。車両には、通常、複数台の車両制御装置が設置さ
れているので、この場合は、運転を停止させた車両制御
装置に代わって、他の車両制御装置を運転させることに
なる。
【００１８】このように本実施の形態によれば、電力変
換素子付近の温度が異常に上昇したときは、当該車両制
御装置の運転を停止させるので、異常加熱による電力変
換素子の損傷を未然に防ぐことができ、車両制御装置の
信頼性を向上させることができる。
【００１９】図５は、本実施の形態の変形例を示してい
る。この変形例では、走行風に対して風上側と風下側の
２ヶ所に加えて、受熱ブロック２の中央部にも温度セン
サ８が設けられている。他の構成は図１の場合と同様で
ある。
【００２０】上記構成によれば、何らかの理由で電力変
換素子３Ｂ付近の温度が異常上昇したとき、そのことを
直ちに検知できるので、受熱ブロック２上の温度分布を
より一層正確に検出することができる。
【００２１】なお、図１において温度センサは走行風に
対して風上側に２ヶ所、風下側に２ヶ所の合計４ヶ所に
設けることもできる。また、それぞれ３ヶ所以上に設け
ることもできる。
【００２２】（実施の形態２）図６は、本発明の実施の
形態２による車両制御装置の半導体冷却装置の斜視図で
ある。本実施の形態では、受熱ブロック２の背面側（電
力変換素子３Ａ，３Ｂ，３Ｃ取付面の裏側）に放熱フィ
ン２０がロウ付けにより固定されている。放熱フィン２
０は断面が櫛歯状をなしており、押出し成形等で形成さ
れている。また、受熱ブロック２には、電力変換素子３
Ａ，３Ｂ，３Ｃの取付面に温度センサ６，７が取り付け
られており、この点は図１の場合と同じである。
【００２３】本実施の形態の場合も、車両走行時に走行
風に対して風下側の部分の温度が異常上昇したときは、
そのことが温度センサ６，７により検出され、車両制御
装置１の運転を停止させることによって、電力変換素子
３Ａ，３Ｂ，３Ｃの異常加熱による損傷を未然に防ぐこ
とができる。
【００２４】また、本実施の形態の場合も、図５のよう
に、走行風に対して風上側と風下側の２ヶ所に加えて、
受熱ブロック２の中央部にも温度センサ８を設けること
ができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受熱ブロック上の走行風に対して風下側の部分の温度を
正確に検出することができるので、冷却不足による半導
体の異常加熱を未然に防ぐことができ、車両制御装置の
信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体冷却装置の
概略斜視図である。
【図２】図１の半導体冷却装置を車両に設置した様子を
示した図である。
【図３】図１の半導体冷却装置を上から見た図である。
【図４】走行風によって冷却した場合の受熱ブロックの
温度分布図である。
【図５】実施の形態１の変形例による半導体冷却装置の
概略斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２による半導体冷却装置の
概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 半導体冷却装置 ２ 受熱ブロック ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 電力変換素子 ４ ヒートパイプ ５ 放熱フィン ６，７，８ 温度センサ １０ 車体 １１ 筐体 １２ 車両制御装置 ２０ 放熱フィン
フロントページの続き (72)発明者 堀江 哲 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA25 BB05 BB08 BB60 BF01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体が取り付けられた受熱ブロック
    と、該受熱ブロックに接続された複数のヒートパイプ
    と、該ヒートパイプに固定された放熱フィンとを有し、
    車両走行時の走行風で前記放熱フィンを冷却することに
    より、前記受熱ブロック上の前記半導体の冷却を行う車
    両制御装置の半導体冷却装置において、 前記受熱ブロック上の、前記走行風に対して少なくとも
    風上側と風下側の２ヶ所に、該受熱ブロックの温度を検
    出する温度センサを設けたことを特徴とする車両制御装
    置の半導体冷却装置。
  2. 【請求項２】 半導体が取り付けられ受熱ブロックと、
    該受熱ブロックに固定された放熱フィンとを有し、車両
    走行時の走行風で前記放熱フィンを冷却することによ
    り、前記受熱ブロック上の前記半導体の冷却を行う車両
    制御装置の半導体冷却装置において、 前記受熱ブロック上の、前記走行風に対して少なくとも
    風上側と風下側の２ヶ所に、該受熱ブロックの温度を検
    出する温度センサを設けたことを特徴とする車両制御装
    置の半導体冷却装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の車両制御装置の
    半導体冷却装置において、 前記温度センサを、風上側と風下側の前記２ヶ所以外
    に、前記受熱ブロック上の中央部に設けたことを特徴と
    する車両制御装置の半導体冷却装置。
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