JP2002139284A - 車両用半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却器全体の冷却効果を上げ、小型でも冷却効
率の良い車両用半導体冷却装置を提供する。 【解決手段】電力変換用半導体素子をヒートパイプ式冷
却器で冷却する電力変換装置を備えた車両用半導体冷却
装置において、ヒートパイプ冷却器のヒートパイプに取
付けられた放熱フィンの材質はヒートパイプ先端部に取
付けられた放熱フィンの材質の方が冷却ブロック側に取
付けられた放熱フィンより熱伝導率に優れ、車両走行風
が流れている部分にヒートパイプ先端部分に取付けられ
た放熱フィンを配置した構成であるので、重量増を抑制
し、冷却器全体の冷却効率を上げることが可能となり、
小型でも効率良く放熱部から放散させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を用い
た電力変換装置を備えた車両用半導体冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用半導体冷却装置を図を参照
して説明する。一般的な半導体素子を用いた電力変換装
置を備えた車両用半導体冷却装置は図１０の側面図に示
すように、半導体素子１をヒートパイプ式冷却器２のよ
うな冷却器の冷却ブロック３面に取付け、ヒートパイプ
４に取付けられた放熱フィン５を電力変換装置６の開放
部７に配置することにより、半導体素子１からの発熱を
電力変換装置６の開放部７に廃熱するように構成されて
いる。このような一般的な電力変換装置６では、図１１
の上面図に示すように、電力変換装置６の開放部７にヒ
ートパイプ４と放熱フィン５で構成される放熱部全面を
配置するため、車両用走行風８を放熱部全体に取り入れ
ることができ、ヒートパイプ式冷却器２の冷却効率をあ
げることができるが、放熱部全体を開放部７に配置する
ため電力変換装置６の外形の大型化が避けられない状態
であった。

【０００３】そこで、これを解決するために、図１２に
示すように、一部の放熱フィン５を電力変換装置６内部
に押し込み、装置の外形を小さくする構成とした電力変
換装置の冷却装置が開発された。

【０００４】しかしながら、このような配置では、図１
２および図１３の上面図に示すように、開放部７ではあ
るが放熱部に走行風が当らない箇所いわゆる半開放部９
ができてしまい、放熱フィンに走行風８が当る部分が縮
小され、冷却器全体の冷却効率が低下してしまった。そ
のため、冷却効率を補うために放熱フィン５の外形を大
きくしたり、放熱フィン５の取付けピッチを詰めること
により放熱フィン５の枚数を増やし放熱面積を大きく
し、更には、放熱フィン５の材質を例えば熱伝導率の大
きい銅とすることにより冷却効果を上げるようにしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電力変換装置の冷却装置では、装置の小型化を図ろうと
すると冷却性能が十分に取れず、逆に冷却性能を上げよ
うとすると放熱部の大型化、重量増となり装置全体が大
型化してしまう問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来の問題を解決す
るためになされたもので、走行風が放熱フィンに流れる
ことにより、フィン効率が上がることに着目し、放熱フ
ィンの材質を２種類とし、走行風が流れる部分の放熱フ
ィンの材質を熱伝導率の大きい材質及び構成とすること
により冷却器全体の冷却効果を上げ、小型でも冷却効率
の良い車両用半導体冷却装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電力変換用半導体素子をヒートパイプ式冷却器で冷却す
る電力変換装置を備えた車両用半導体冷却装置におい
て、前記ヒートパイプ冷却器のヒートパイプに取付けら
れた放熱フィンの材質はヒートパイプ先端部に取付けら
れた放熱フィンの材質の方が冷却ブロック側に取付けら
れた放熱フィンより熱伝導率に優れ、車両走行風が流れ
ている部分にヒートパイプ先端部分に取付けられた放熱
フィンを配置したことを特徴とする。

【０００８】請求項１によると、ヒートパイプ冷却器の
ヒートパイプに取付けられた放熱フィンの材質が、冷却
ブロック側に取付けられた放熱フィンとヒートパイプ先
端部に取付けられた放熱フィンとで異なり、ヒートパイ
プ先端部に取付けられた放熱フィンの材質の方が熱伝導
率に優れ、車両走行風が流れている部分にヒートパイプ
先端部分に取付けられた放熱フィンを配置したことによ
り小型でも効率良く放熱部から放散させることができ
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の車
両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却
器のヒートパイプ長さは、上下段ヒートパイプ長さより
中央部ヒートパイプ長さの方が短いことを特徴とする。

【００１０】請求項２によると、請求項１記載の半導体
冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却器のヒート
パイプ長さが、上下段ヒートパイプ長さより中央部ヒー
トパイプ長さの方が短いことにより小型でも効率良く放
熱部から放散させることができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の車
両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却
器の上下段ヒートパイプ先端に取付けられた放熱フィン
を２分割したことを特徴とする。

【００１２】請求項３によると、請求項１記載の半導体
冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段
ヒートパイプ先端に取付けられた放熱フィンを２分割し
たことにより小型でも効率良く放熱部から放散させるこ
とができる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の車
両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却
器の上下段ヒートパイプに２分割され取付けられた放熱
フィンの取付けピッチが、冷却ブロック側に取付けられ
た放熱フィンの取付けピッチより大きいことを特徴とす
る。

【００１４】請求項４によると、請求項１記載の半導体
冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段
ヒートパイプに２分割され取付けられた放熱フィンの取
付けピッチが、冷却ブロック側に取付けられた放熱フィ
ンの取付けピッチより大きいことにより小型でも効率良
く放熱部から放散させることができる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の車
両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却
器の上下段ヒートパイプそれぞれの中央部ヒートパイプ
の長さを他の上下段ヒートパイプ長さより短くしたこと
を特徴とする。

【００１６】請求項５によると、請求項１記載の半導体
冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段
ヒートパイプそれぞれの中央部ヒートパイプの長さを他
の上下段ヒートパイプ長さより短くしたことにより小型
でも効率良く放熱部から放散させることができる。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項１記載の車
両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却
器の冷却ブロック側に取付けられた放熱フィンの取付け
ピッチよりヒートパイプ先端部に取付けられた放熱フィ
ンの取付けピッチの方が大きいことを特徴とする。

【００１８】請求項６によると、請求項１記載の半導体
冷却装置において、前記ヒートパイプ式冷却器の冷却ブ
ロック側に取付けられた冷却フィンの取付けピッチより
ヒートパイプ先端部に取付けられた冷却フィンの取付け
ピッチの方が大きいことにより効率良く放熱部から放散
させることができる。

【００１９】請求項７記載の発明は、請求項１ないし請
求項６記載のいずれかの車両用半導体冷却装置におい
て、前記ヒートパイプ式冷却器と両面が電極面で且つ冷
却面となる圧接形半導体素子とを積層してなる半導体ス
タックを半導体スタックの軸方向にほぼ上下となるよう
に構成したことを特徴とする。

【００２０】請求項７によると、請求項１ないし請求項
６のいずれかの半導体冷却装置において、前記ヒートパ
イプ式冷却器と両面が電極面で且つ冷却面となる圧接形
半導体素子とを積層して構成した半導体スタックを、半
導体スタックの軸方向にほぼ上下となるように構成する
ことにより効率良く放熱部から放散させることができ
る。

【００２１】請求項８記載の発明は、電力変換用半導体
素子をカシメフィン式冷却器で冷却する電力変換装置を
備えた車両用半導体冷却装置において、前記カシメ式冷
却器に取付けられた放熱フィンの材質は、中央部に取付
けられた放熱フィンの材質の方が上下段に取付けられた
放熱フィンより熱伝導率に優れ、車両走行風が流れてい
る部分に放熱フィンを配置したことを特徴とする。

【００２２】請求項８によると、電力変換用半導体素子
をカシメフィン式冷却器で冷却するように組み立てられ
た車両用半導体冷却装置において、カシメ式冷却器に取
付けられた放熱フィン材質が、上下段に取付けられた放
熱フィンと中央部に取付けられた放熱フィンとで異な
り、中央部に取付けられた放熱フィンの材質の方が熱伝
導率に優れ、車両走行風が流れている部分に放熱フィン
を配置することにより効率良く放熱部から放散させるこ
とができる。

【００２３】請求項９記載の発明は、請求項８記載の車
両用半導体冷却装置において、上下段に取付けられた放
熱フィンの取付けピッチより中央部に取付けられた放熱
フィンの取付けピッチの方が大きいことを特徴とする。

【００２４】請求項９によると、請求項８記載の半導体
冷却装置において、上下段に取付けられた放熱フィンの
取付けピッチより中央部に取付けられた放熱フィンの取
付けピッチの方が大きいことにより効率良く放熱部から
放散させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１に対応）の側面図である。図に示すように、ヒートパ
イプ冷却器２のヒートパイプ４に取付けられた放熱フィ
ン５の材質が、冷却ブロック３側に取付けられた放熱フ
ィン５とヒートパイプ４の先端部に取付けられた放熱フ
ィン５とで異なっている。例えばヒートパイプ先端部に
取付けられた放熱フィン５は、材質を熱伝導率に優れた
銅を用いた銅製放熱フィン１０とし、冷却ブロック３側
に取付けられた放熱フィン５は、材質を軽量化に優れた
アルミを用いたアルミ製放熱フィン１１としている。し
たがって、車両走行風８が流れている部分にはヒートパ
イプ４の先端部分に取付けられた銅製放熱フィン１０が
配置している。

【００２６】本実施例では、開放部７に設置されたヒー
トパイプ４の先端部分の放熱フィン５は、車両走行風８
があるため、放熱フィン５表面の空気の流速が大きく放
熱フィン５のヒートパイプ４貫通部分と放熱フィン５の
周辺部とでの温度差が大きくなるため、放熱フィン５周
辺のフィン効率が悪い。それと比べると冷却ブロック３
側の放熱フィン５は半開放部９に設置されていることか
ら、車両走行風８があたりにくく自然冷却が主であり放
熱フィン５表面の空気の流速が遅く放熱フィン５全体が
温まりフィン効率は良くなる。つまりヒートパイプ４先
端部分の放熱フィン５は、冷却ブロック３側の放熱フィ
ン５と同じ大きさの放熱フィン５であってもフィン効率
が落ちるので熱伝導率の高い材料、例えば銅材の銅製放
熱フィン１０とすることにより放熱フィン５周辺まで温
まり、フィン効率が上がることにより、ヒートパイプ式
冷却器２の冷却効率が上がる。

【００２７】本実施例によれば、車両走行風が当る部分
の放熱フィン材質を銅のような熱伝導率に優れた材質と
することにより熱を効率良く大気へ放散することがで
き、走行風が当らない部分の放熱フィン材質をアルミの
ような軽量化に優れた材質とすることにより、放熱部全
てに走行風が当らなくても効果的に冷却を行うことがで
き、更には装置全体の小型軽量化にもつながる。

【００２８】図２は本発明の第２実施例（請求項２に対
応）の側面図である。本実施例では、図１の第１実施例
において、ヒートパイプ式冷却器２のヒートパイプ長さ
が、上下段ヒートパイプ１２長さより中央部ヒートパイ
プ１３長さの方を短くして組み立てられている。

【００２９】本実施例は、第１実施例と同じ作用効果を
有するが、車両走行風が当る放熱部の中央部の送風抵抗
が低減されることにより、より走行風が流れ易くなり放
熱フィン効率が上がりヒートパイプ式冷却器の冷却効率
が上がる。

【００３０】図３は本発明の第３実施例（請求項３に対
応）の側面図である。本実施例では、図２の第２実施例
において、ヒートパイプ式冷却器２の上下段ヒートパイ
プ１２の先端に取付けられた銅製放熱フィン１０を２分
割して組み立てられている。本実施例は、第１及び第２
実施例と同じ作用効果を有する。

【００３１】図４は本発明の第４実施例（請求項４に対
応）の側面図である。本実施例では、図３の第３実施例
において、ヒートパイプ式冷却器２の上下段ヒートパイ
プ１２に２分割され取付けられた銅製放熱フィン１０の
取付けピッチが、冷却ブロック３側に取付けられたアル
ミ製放熱フィン１１の取付けピッチより大きく組み立て
られている。本実施例は、第１及び第２実施例と同じ作
用効果を有する。

【００３２】図５は本発明の第５実施例（請求項５に対
応）の側面図である。本実施例では、図４の第４実施例
において、ヒートパイプ式冷却器２の上下段ヒートパイ
プ１２それぞれの中央部ヒートパイプ１４の長さを他の
上下段ヒートパイプ１２長さより短くして組み立てられ
ている。本実施例は、第１及び第２実施例と同じ作用効
果を有する。

【００３３】図６は本発明の第６実施例（請求項６に対
応）の側面図である。本実施例では、図１の第１実施例
において、ヒートパイプ式冷却器２の冷却ブロック３側
に取付けられたアルミ製放熱フィン１１の取付けピッチ
よりヒートパイプ２先端部に取付けられた銅製放熱フィ
ン１２の取付けピッチの方が大きく組み立てられてい
る。本実施例は、第１及び第２実施例と同じ作用効果を
有する。

【００３４】図７は本発明の第７実施例（請求項７に対
応）の側面図である。図に示すように、本実施例はヒー
トパイプ式冷却器２と両面が電極面で且つ冷却面となる
圧接形半導体素子１５とを積層して構成した半導体スタ
ックを半導体スタックの軸方向にほぼ上下となるように
組み立てられている構成が、上記第１〜第６実施例とは
異なる構成である。その他の構成は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。本実
施例は、第１及び第２実施例と同じ作用効果を有する。

【００３５】図８は本発明の第８実施例（請求項８に対
応）の側面図である。図に示すように、本実施例は半導
体素子１をカシメフィン式冷却器１６で冷却するように
組み立てられた車両用半導体冷却装置において、カシメ
式冷却器１６の冷却ブロック１７の中央部に半導体素子
１を取付け冷却ブロック１７に取付けられた放熱フィン
の材質が、上下段に取付けられた放熱フィン１９と中央
部に取付けられた放熱フィン１８とで異なるようにした
ものである。例えば中央部に取付けられた放熱フィン
は、材質を熱伝導率に優れた銅を用いた銅製放熱フィン
１８とし、上下段に取付けられた放熱フィンは、材質を
軽量化に優れたアルミを用いたアルミ製放熱フィン１９
として、車両走行風８が流れている部分に放熱フィンを
配置組み立てられている。

【００３６】したがって、半導体素子１が取付けられて
いる近傍の放熱フィン材質を熱伝導率に優れている銅製
放熱フィン１８とすることにより、放熱フィン効率が上
がり、カシメフィン式冷却器１７の冷却効率が上がる。

【００３７】本実施例によれば、半導体素子の近傍の放
熱フィン材質を銅のような熱伝導率に優れた材質とする
ことにより効率良く大気へ放散することができ、他の放
熱フィン材質をアルミのような軽量化に優れた材質とす
ることにより、効果的に冷却を行うことができると共
に、装置全体の小型・軽量化にもつながる。

【００３８】図９は本発明の第９実施例（請求項９に対
応）の側面図である。本実施例では、図８の第８実施例
において上下段に取付けられたアルミ製放熱フィン１９
の取付けピッチより中央部に取付けられた銅製放熱フィ
ン１８の取付けピッチの方が大きく組み立てられてい
る。

【００３９】本実施例は、第８実施例と同じ作用効果を
有するが、車両走行風が当る放熱部の中央部の送風抵抗
が低減されることにより、より走行風が流れ易くなりフ
ィン効率が上がりカシメフィン式冷却器の冷却効果が上
がる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走行風が当る部分の放熱部分の放熱フィンを熱伝導率の
大きい銅製とし、車両走行風が当らない箇所の放熱フィ
ンを銅より軽いアルミ製とすることにより、重量増を抑
制し冷却器全体の冷却効率を上げることが可能となるた
め、従来のように全ての放熱フィンを銅にしたものと比
べ軽量化が図れると同時に、このような半導体冷却装置
を組み込む電力変換装置の小型化、軽量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の側面図。

【図２】本発明の第２実施例の側面図。

【図３】本発明の第３実施例の側面図。

【図４】本発明の第４実施例の側面図。

【図５】本発明の第５実施例の側面図。

【図６】本発明の第６実施例の側面図。

【図７】本発明の第７実施例の側面図。

【図８】本発明の第８実施例の側面図。

【図９】本発明の第９実施例の側面図。

【図１０】従来の電力変換装置の冷却装置の側面図。

【図１１】図１０の上面図。

【図１２】従来の電力変換装置の冷却装置の側面図。

【図１３】図１２の上面図。

【符号の説明】

１…半導体素子、２…ヒートパイプ式冷却器、３，１６
…冷却ブロック、４…ヒートパイプ、５…放熱フィン、
６…電力変換装置、７…開放部、８…車両走行風、９…
半開放部、１０，１８…銅製放熱フィン、１１，１９…
アルミ製放熱フィン、１２…上下段ヒートパイプ、１
３，１４…中央部ヒートパイプ、１５…圧接形半導体素
子、１７…カシメフィン式冷却器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BB07 DB09 DB10 EA10 EA11 5F036 AA01 BA08 BA25 BB05 BB60

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力変換用半導体素子をヒートパイプ式
   冷却器で冷却する電力変換装置を備えた車両用半導体冷
   却装置において、前記ヒートパイプ冷却器のヒートパイ
   プに取付けられた放熱フィンの材質はヒートパイプ先端
   部に取付けられた放熱フィンの材質の方が冷却ブロック
   側に取付けられた放熱フィンより熱伝導率に優れ、車両
   走行風が流れている部分にヒートパイプ先端部分に取付
   けられた放熱フィンを配置したことを特徴とする車両用
   半導体冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、前記ヒートパイプ式冷却器のヒートパイプ長さ
   は、上下段ヒートパイプ長さより中央部ヒートパイプ長
   さの方が短いことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段ヒートパイ
   プ先端に取付けられた放熱フィンを２分割したことを特
   徴とする車両用半導体冷却装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段ヒートパイ
   プに２分割され取付けられた放熱フィンの取付けピッチ
   が、冷却ブロック側に取付けられた放熱フィンの取付け
   ピッチより大きいことを特徴とする車両用半導体冷却装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、前記ヒートパイプ式冷却器の上下段ヒートパイ
   プそれぞれの中央部ヒートパイプの長さを他の上下段ヒ
   ートパイプ長さより短くしたことを特徴とする車両用半
   導体冷却装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、前記ヒートパイプ式冷却器の冷却ブロック側に
   取付けられた放熱フィンの取付けピッチよりヒートパイ
   プ先端部に取付けられた放熱フィンの取付けピッチの方
   が大きいことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６記載のいずれか
   の車両用半導体冷却装置において、前記ヒートパイプ式
   冷却器と両面が電極面で且つ冷却面となる圧接形半導体
   素子とを積層してなる半導体スタックを半導体スタック
   の軸方向にほぼ上下となるように構成したことを特徴と
   する車両用半導体冷却装置。
8. 【請求項８】 電力変換用半導体素子をカシメフィン式
   冷却器で冷却する電力変換装置を備えた車両用半導体冷
   却装置において、前記カシメ式冷却器に取付けられた放
   熱フィンの材質は、中央部に取付けられた放熱フィンの
   材質の方が上下段に取付けられた放熱フィンより熱伝導
   率に優れ、車両走行風が流れている部分に放熱フィンを
   配置したことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の車両用半導体冷却装置に
   おいて、上下段に取付けられた放熱フィンの取付けピッ
   チより中央部に取付けられた放熱フィンの取付けピッチ
   の方が大きいことを特徴とする車両用半導体冷却装置。