JP2002368170A - 冷却器 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張や熱収縮による熱応力および変形を抑
えた構成の冷却器を提供する。 【解決手段】 上蓋部と下蓋部から構成される冷却器１
の上蓋部は、アルミ材２と表面側に位置する金属基複合
材とで構成され、内面側にフィンが設けられる。金属基
複合材は、各相のスイッチング素子が取付けられた絶縁
基板４ｕ，４ｖ，…，４ｚを取付ける部分に、それぞれ
６個に分けて金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚとして
配置される。金属基複合材を複数（６個）に分けたこと
により、アルミ材２と金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３
ｚとの熱膨張係数の差による変形が生じても金属基複合
材の周辺部の変形量が緩和され、熱応力を小さく抑える
ことができるため、亀裂の発生を防止できる。
えた構成の冷却器を提供する。 【解決手段】 上蓋部と下蓋部から構成される冷却器１
の上蓋部は、アルミ材２と表面側に位置する金属基複合
材とで構成され、内面側にフィンが設けられる。金属基
複合材は、各相のスイッチング素子が取付けられた絶縁
基板４ｕ，４ｖ，…，４ｚを取付ける部分に、それぞれ
６個に分けて金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚとして
配置される。金属基複合材を複数（６個）に分けたこと
により、アルミ材２と金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３
ｚとの熱膨張係数の差による変形が生じても金属基複合
材の周辺部の変形量が緩和され、熱応力を小さく抑える
ことができるため、亀裂の発生を防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置などに
使用される冷却器に関するものであり、特に、小型化が
要求される電気自動車やハイブリット自動車の電力変換
装置などに好適な冷却器に関する。
使用される冷却器に関するものであり、特に、小型化が
要求される電気自動車やハイブリット自動車の電力変換
装置などに好適な冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力変換装置は、近年、高速スイッチン
グ化および大容量化されており、これに伴い発熱損失が
増大する傾向にある。このため、前記スイッチング素子
に冷却器を取り付けた装置構成が一般的になっている。
グ化および大容量化されており、これに伴い発熱損失が
増大する傾向にある。このため、前記スイッチング素子
に冷却器を取り付けた装置構成が一般的になっている。
【０００３】冷却器の構成としては、スイッチング素子
の発熱量の大きさにより、風冷の冷却器や水冷の冷却器
が用いられる。特に、電気自動車やハイブリット自動車
などの小型で高効率冷却が必要な場合は、クーラント等
の液体冷却であり、さらに、冷却用流体の温度も、環境
温度の影響で約−３０℃〜７０℃以上と、広範囲であ
り、特に高温時には、冷却器に高い冷却能力が必要であ
る。
の発熱量の大きさにより、風冷の冷却器や水冷の冷却器
が用いられる。特に、電気自動車やハイブリット自動車
などの小型で高効率冷却が必要な場合は、クーラント等
の液体冷却であり、さらに、冷却用流体の温度も、環境
温度の影響で約−３０℃〜７０℃以上と、広範囲であ
り、特に高温時には、冷却器に高い冷却能力が必要であ
る。
【０００４】さらに、冷却能力の向上を図るには、スイ
ッチング素子と冷却器とを一体化した構成にする必要が
あり、この場合、絶縁基板を介してスイッチング素子を
冷却器にハンダ付けしている。しかし、軽量化のために
水冷冷却器にアルミ材を使用すると、絶縁基板の熱膨張
係数と、アルミ材の熱膨張係数との違いにより、ヒート
サイクルでハンダ部分に熱疲労がたまり亀裂が発生す
る。これを回避するために、絶縁基板とアルミ材との間
の部分に、熱膨張係数が絶縁基板とアルミ材の間になる
ような材料を挟んだ構成にしている。この材料には金属
基複合材が用いられ、アルミ材で作られた冷却器では、
主にアルミ材との接合に適したＡｌＳｉＣが用いられ、
鋳造などによりアルミ材と金属基複合材を接合した後、
絶縁基板をハンダ付けする製法をとっている。
ッチング素子と冷却器とを一体化した構成にする必要が
あり、この場合、絶縁基板を介してスイッチング素子を
冷却器にハンダ付けしている。しかし、軽量化のために
水冷冷却器にアルミ材を使用すると、絶縁基板の熱膨張
係数と、アルミ材の熱膨張係数との違いにより、ヒート
サイクルでハンダ部分に熱疲労がたまり亀裂が発生す
る。これを回避するために、絶縁基板とアルミ材との間
の部分に、熱膨張係数が絶縁基板とアルミ材の間になる
ような材料を挟んだ構成にしている。この材料には金属
基複合材が用いられ、アルミ材で作られた冷却器では、
主にアルミ材との接合に適したＡｌＳｉＣが用いられ、
鋳造などによりアルミ材と金属基複合材を接合した後、
絶縁基板をハンダ付けする製法をとっている。
【０００５】ここで、図２５〜図２８を用いて従来の電
力変換装置用の冷却器について説明する。図２５は冷却
器の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
図、（ｃ）は正面図である。図２６は冷却器の上蓋部の
構成を示す背面図である。図２７は変形後の上蓋部の構
成を示す正面図である。図２８は冷却器の、吸水管、排
水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図である。
力変換装置用の冷却器について説明する。図２５は冷却
器の構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
図、（ｃ）は正面図である。図２６は冷却器の上蓋部の
構成を示す背面図である。図２７は変形後の上蓋部の構
成を示す正面図である。図２８は冷却器の、吸水管、排
水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図である。
【０００６】冷却器１は、スイッチング素子１１を取り
付ける上蓋部１ａと、下蓋部１ｂとから構成され、上蓋
部１ａはアルミ材２とアルミ材２に鋳造などで一体化し
た金属基複合材３であるＡｌＳｉＣから構成されてい
る。金属基複合材３の表面に、スイッチング素子１１を
接合した絶縁基板４をハンダ付けする。スイッチング素
子１１の冷却は金属基複合材３の下面部分にアルミ材で
流路５を形成し、冷却水に放熱している。下蓋部１ｂは
上蓋部１ａと合わせて冷却水の経路をつくる。冷却水は
吸水管６から入り、拡大部７でフィン８の各流路に分配
され、縮小部９で合流して排水管１０より外部へ排水さ
れる。
付ける上蓋部１ａと、下蓋部１ｂとから構成され、上蓋
部１ａはアルミ材２とアルミ材２に鋳造などで一体化し
た金属基複合材３であるＡｌＳｉＣから構成されてい
る。金属基複合材３の表面に、スイッチング素子１１を
接合した絶縁基板４をハンダ付けする。スイッチング素
子１１の冷却は金属基複合材３の下面部分にアルミ材で
流路５を形成し、冷却水に放熱している。下蓋部１ｂは
上蓋部１ａと合わせて冷却水の経路をつくる。冷却水は
吸水管６から入り、拡大部７でフィン８の各流路に分配
され、縮小部９で合流して排水管１０より外部へ排水さ
れる。
【０００７】なお、上蓋部１ａと下蓋部１ｂとの接合方
法は２種類あり、ろう付けやハンダ付けにより冷却器１
を一体化した後、絶縁基板４を冷却器１の金属基複合材
３の部分にハンダ付けし、スイッチング素子１１の配線
を完成させる方法と、絶縁基板４を冷却器１の金属基複
合材３の部分にハンダ付けし、スイッチング素子１１の
配線を完成させた後に、Ｏリングや液体パッキンにより
冷却器１の上蓋部１ａと下蓋部１ｂとの接合をする方法
がある。
法は２種類あり、ろう付けやハンダ付けにより冷却器１
を一体化した後、絶縁基板４を冷却器１の金属基複合材
３の部分にハンダ付けし、スイッチング素子１１の配線
を完成させる方法と、絶縁基板４を冷却器１の金属基複
合材３の部分にハンダ付けし、スイッチング素子１１の
配線を完成させた後に、Ｏリングや液体パッキンにより
冷却器１の上蓋部１ａと下蓋部１ｂとの接合をする方法
がある。
【０００８】ここで、冷却器１の上蓋部１ａと下蓋部１
ｂとの接合を、ろう付けの方法にすると、素材を６００
℃程度に加熱するため、冷却時の収縮で、アルミ材２と
金属基複合材３との熱膨張係数の違いにより冷却器１の
上蓋部１ａが変形する。具体的には図２７に示すよう
に、冷却後にはアルミ材２の収縮（矢印Ａ）が金属基複
合材３の収縮（矢印Ｂ）よりも大きいため、冷却器１の
下側が上側よりも左右方向に大きく収縮して凸形状に変
形する。この変形により、冷却器１の中央部分が凸形状
に浮いてくるため、冷却器１の中央部分で上蓋部１ａと
下蓋部１ｂの接合不良が起こる。これを防止するため強
制的に上蓋部１ａの中央部を押さえ込んで接合すると、
アルミ材２と絶縁基複合材３との接続部で応力集中がお
こり亀裂が発生する。
ｂとの接合を、ろう付けの方法にすると、素材を６００
℃程度に加熱するため、冷却時の収縮で、アルミ材２と
金属基複合材３との熱膨張係数の違いにより冷却器１の
上蓋部１ａが変形する。具体的には図２７に示すよう
に、冷却後にはアルミ材２の収縮（矢印Ａ）が金属基複
合材３の収縮（矢印Ｂ）よりも大きいため、冷却器１の
下側が上側よりも左右方向に大きく収縮して凸形状に変
形する。この変形により、冷却器１の中央部分が凸形状
に浮いてくるため、冷却器１の中央部分で上蓋部１ａと
下蓋部１ｂの接合不良が起こる。これを防止するため強
制的に上蓋部１ａの中央部を押さえ込んで接合すると、
アルミ材２と絶縁基複合材３との接続部で応力集中がお
こり亀裂が発生する。
【０００９】また、絶縁基板４をハンダ付けする工程に
おいても、２００〜３００℃に加熱するため、上蓋部１
ａの変形および熱応力による亀裂が問題となる。
おいても、２００〜３００℃に加熱するため、上蓋部１
ａの変形および熱応力による亀裂が問題となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
冷却器においては、冷却器１の上蓋部１ａと下蓋部１ｂ
とをろう付けにより接合する場合の加熱冷却後の収縮に
よるアルミ材２と金属基複合材３との熱膨張係数の違い
による上蓋部１ａの変形、これを防止するための中央部
を押さえ込んで接合する場合の応力集中による亀裂の発
生などが問題になっていた。また、絶縁基板４のハンダ
付けにおいても、上蓋部１ａの変形および熱応力による
亀裂が問題になっていた。
冷却器においては、冷却器１の上蓋部１ａと下蓋部１ｂ
とをろう付けにより接合する場合の加熱冷却後の収縮に
よるアルミ材２と金属基複合材３との熱膨張係数の違い
による上蓋部１ａの変形、これを防止するための中央部
を押さえ込んで接合する場合の応力集中による亀裂の発
生などが問題になっていた。また、絶縁基板４のハンダ
付けにおいても、上蓋部１ａの変形および熱応力による
亀裂が問題になっていた。
【００１１】そこで、本発明は、熱膨張や熱収縮による
熱応力および変形を抑えた構成の冷却器を提供すること
を目的とする。
熱応力および変形を抑えた構成の冷却器を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の冷却器は、複数の発熱素子を冷却する冷却
器において、少なくとも１個の発熱素子をそれぞれ実装
した複数の絶縁基板と、これらの絶縁基板をそれぞれ接
合した、複数に分けた金属基複合材と、これらの金属基
複合材を接合し、金属基複合材の部分を冷却するために
配置したフィンを有するアルミ材とを備えたことを特徴
とする。
に、本発明の冷却器は、複数の発熱素子を冷却する冷却
器において、少なくとも１個の発熱素子をそれぞれ実装
した複数の絶縁基板と、これらの絶縁基板をそれぞれ接
合した、複数に分けた金属基複合材と、これらの金属基
複合材を接合し、金属基複合材の部分を冷却するために
配置したフィンを有するアルミ材とを備えたことを特徴
とする。
【００１３】このように金属基複合材を複数に分けたこ
とにより、アルミ材と金属基複合材との熱膨張係数の差
による変形が生じても、金属基複合材の周辺部の変形量
が緩和され、熱応力を小さく抑えることができるため、
亀裂の発生を防止できる。
とにより、アルミ材と金属基複合材との熱膨張係数の差
による変形が生じても、金属基複合材の周辺部の変形量
が緩和され、熱応力を小さく抑えることができるため、
亀裂の発生を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。なお、以下の図にお
いて、従来例を示す図を含めて、同符号は同一部分また
は対応部分を示す。
施の形態について詳細に説明する。なお、以下の図にお
いて、従来例を示す図を含めて、同符号は同一部分また
は対応部分を示す。
【００１５】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１〜
図４を用いて説明する。図１は冷却器の構成を示す平面
図である。図２は冷却器の上蓋部の構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図であ
る。図３は変形後の上蓋部の構成を示す正面図である。
図４は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた下蓋部の構
成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１〜
図４を用いて説明する。図１は冷却器の構成を示す平面
図である。図２は冷却器の上蓋部の構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図であ
る。図３は変形後の上蓋部の構成を示す正面図である。
図４は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた下蓋部の構
成を示す正面図である。
【００１６】例えば、平滑コンデンサと、Ｕ，Ｖ，Ｗ，
Ｘ，Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子と、前記スイッチング
素子を冷却する冷却器からなる電力変換装置などにおけ
る冷却器１は、上蓋部１ａと下蓋部１ｂから構成されて
おり、上蓋部１ａについては、アルミ材２と上蓋部１ａ
の表面側に位置する金属基複合材とで構成され、上蓋部
１ａの内面側にフィン８が設けられ、冷却水が流れる流
路を形成している。金属基複合材は、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，
Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子が取り付けられた絶縁基板
４ｕ，４ｖ，４ｗ，４ｘ，４ｙ，４ｚを取り付ける部分
に、それぞれ６個に分けて金属基複合材３ｕ，３ｖ，３
ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚとして配置される。下蓋部１ｂは
アルミ材から構成されており上蓋部１ａの冷却水経路と
合うように流路を形成する。
Ｘ，Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子と、前記スイッチング
素子を冷却する冷却器からなる電力変換装置などにおけ
る冷却器１は、上蓋部１ａと下蓋部１ｂから構成されて
おり、上蓋部１ａについては、アルミ材２と上蓋部１ａ
の表面側に位置する金属基複合材とで構成され、上蓋部
１ａの内面側にフィン８が設けられ、冷却水が流れる流
路を形成している。金属基複合材は、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，
Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子が取り付けられた絶縁基板
４ｕ，４ｖ，４ｗ，４ｘ，４ｙ，４ｚを取り付ける部分
に、それぞれ６個に分けて金属基複合材３ｕ，３ｖ，３
ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚとして配置される。下蓋部１ｂは
アルミ材から構成されており上蓋部１ａの冷却水経路と
合うように流路を形成する。
【００１７】このようにすると、冷却器１の上蓋部１ａ
と下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違い
により図３に示す矢印Ａ１の方向にアルミ材２は収縮
し、Ｂ１の方向に各相の金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，
３ｚが収縮するために変形が生じるが、金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚの間にあるアルミ材２の部分が変形
して、全体的に凸形状に変形するため、金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚの周辺部の変形量が緩和され、熱応
力を小さく抑えることができるため、亀裂の発生を防止
できる。
と下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違い
により図３に示す矢印Ａ１の方向にアルミ材２は収縮
し、Ｂ１の方向に各相の金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，
３ｚが収縮するために変形が生じるが、金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚの間にあるアルミ材２の部分が変形
して、全体的に凸形状に変形するため、金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚの周辺部の変形量が緩和され、熱応
力を小さく抑えることができるため、亀裂の発生を防止
できる。
【００１８】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図５〜
図８を用いて説明する。図５は冷却器の構成を示す平面
図である。図６は冷却器の上蓋部の構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図であ
る。図７は変形後の上蓋部の構成を示す正面図である。
図８は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた下蓋部の構
成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図５〜
図８を用いて説明する。図５は冷却器の構成を示す平面
図である。図６は冷却器の上蓋部の構成を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図であ
る。図７は変形後の上蓋部の構成を示す正面図である。
図８は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた下蓋部の構
成を示す正面図である。
【００１９】この第２の実施の形態では、第１の実施の
形態の冷却器１における冷却フィン８を冷却水の流れる
方向に、金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの切れ目の
部分に合わせて、フィン８ａ，８ｂ，８ｃの３つに分割
する。即ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング素子を実装し
た絶縁基板４ｕ，４ｖ，４ｗを同一の冷却経路に所定の
間隔をあけて配置し、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子
を実装した絶縁基板４ｘ，４ｙ，４ｚを、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
の冷却経路と並列に配置された冷却経路に所定の間隔を
あけて配置し、Ｕ，Ｘ相の絶縁基板４ｕ，４ｘを取付け
た面にフィン８ａを、Ｖ，Ｙ相の絶縁基板４ｖ，４ｙを
取付けた面にフィン８ｂを、Ｗ，Ｚ相の絶縁基板４ｗ，
４ｚを取付けた面にフィン８ｃを設ける。そして、これ
らＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相の金属基複合材３ｕ，３
ｖ，３ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚを取付けた面の範囲外には
フィンを設けない構成にする。
形態の冷却器１における冷却フィン８を冷却水の流れる
方向に、金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの切れ目の
部分に合わせて、フィン８ａ，８ｂ，８ｃの３つに分割
する。即ち、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング素子を実装し
た絶縁基板４ｕ，４ｖ，４ｗを同一の冷却経路に所定の
間隔をあけて配置し、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子
を実装した絶縁基板４ｘ，４ｙ，４ｚを、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
の冷却経路と並列に配置された冷却経路に所定の間隔を
あけて配置し、Ｕ，Ｘ相の絶縁基板４ｕ，４ｘを取付け
た面にフィン８ａを、Ｖ，Ｙ相の絶縁基板４ｖ，４ｙを
取付けた面にフィン８ｂを、Ｗ，Ｚ相の絶縁基板４ｗ，
４ｚを取付けた面にフィン８ｃを設ける。そして、これ
らＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相の金属基複合材３ｕ，３
ｖ，３ｗ，３ｘ，３ｙ，３ｚを取付けた面の範囲外には
フィンを設けない構成にする。
【００２０】このようにすると、金属基複合材３ｕ，３
ｖ，…，３ｚとアルミ材２の熱膨張係数の違いにより、
加熱冷却後に図９に示すとおり、矢印Ａ２の方向に各フ
ィン８ａ，８ｂ，８ｃが収縮し、矢印Ｂ２の方向に金属
基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚが収縮する。このため、
金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの間の部分では薄い
板状のアルミ材２のみとなるため、アルミ材２と金属基
複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚとの熱膨張係数の差による
変形の影響が隣に配置された金属基複合材の部分まで拡
大しなくなり、上蓋部１ａの反りを小さく抑えることが
できる。このため、熱応力を小さく抑えることができる
ため、亀裂の発生を防止できる。
ｖ，…，３ｚとアルミ材２の熱膨張係数の違いにより、
加熱冷却後に図９に示すとおり、矢印Ａ２の方向に各フ
ィン８ａ，８ｂ，８ｃが収縮し、矢印Ｂ２の方向に金属
基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚが収縮する。このため、
金属基複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの間の部分では薄い
板状のアルミ材２のみとなるため、アルミ材２と金属基
複合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚとの熱膨張係数の差による
変形の影響が隣に配置された金属基複合材の部分まで拡
大しなくなり、上蓋部１ａの反りを小さく抑えることが
できる。このため、熱応力を小さく抑えることができる
ため、亀裂の発生を防止できる。
【００２１】さらに、冷却水の流れにおいて、フィン８
ａでは下流方向に向かって壁面部分で発達する境界層
が、フィン８ｂの入り口部で消失し、同様に、フィン８
ｂで下流方向に向かって壁面部分で発達する境界層が、
フィン８ｃの入り口部で消失するため、フィン表面から
冷却水への熱伝達を向上させることができるので、冷却
性能の向上を図ることができる。
ａでは下流方向に向かって壁面部分で発達する境界層
が、フィン８ｂの入り口部で消失し、同様に、フィン８
ｂで下流方向に向かって壁面部分で発達する境界層が、
フィン８ｃの入り口部で消失するため、フィン表面から
冷却水への熱伝達を向上させることができるので、冷却
性能の向上を図ることができる。
【００２２】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図９〜
図１２を用いて説明する。図９は冷却器の構成を示す平
面図である。図１０は冷却器の上蓋部の構成を示す図
で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は背
面図である。図１１は変形後の、吸水管、排水管を取付
けた上蓋部の構成を示す正面図である。図１２は冷却器
の下蓋部の構成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図９〜
図１２を用いて説明する。図９は冷却器の構成を示す平
面図である。図１０は冷却器の上蓋部の構成を示す図
で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は背
面図である。図１１は変形後の、吸水管、排水管を取付
けた上蓋部の構成を示す正面図である。図１２は冷却器
の下蓋部の構成を示す正面図である。
【００２３】この第３の実施の形態では、第１及び第２
の実施の形態の冷却器１において、さらに、冷却器１の
上蓋部１ａの周辺部分１２の板厚を厚くして冷却経路の
周囲を覆うケースとなるようにし、下蓋部１ｂの周辺部
分１３を薄くした冷却器の構成にする。
の実施の形態の冷却器１において、さらに、冷却器１の
上蓋部１ａの周辺部分１２の板厚を厚くして冷却経路の
周囲を覆うケースとなるようにし、下蓋部１ｂの周辺部
分１３を薄くした冷却器の構成にする。
【００２４】このようにすると、冷却器１の上蓋部１ａ
と下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違い
により図１１の通り、フィン８ａ，８ｂ，８ｃには矢印
Ａ３ａの方向に変形が生じ、金属基複合材３ｕ，３ｖ，
…，３ｚの部分には矢印Ｂ３の方向に変形が生じ、周辺
部分１２には矢印Ａ３ｂの方向に変形が生じるが、上蓋
部１ａの周辺部分１２の厚さの増大に伴う剛性向上によ
り、上蓋部１ａの反りを小さく抑えることができる。
と下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３
ｕ，３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違い
により図１１の通り、フィン８ａ，８ｂ，８ｃには矢印
Ａ３ａの方向に変形が生じ、金属基複合材３ｕ，３ｖ，
…，３ｚの部分には矢印Ｂ３の方向に変形が生じ、周辺
部分１２には矢印Ａ３ｂの方向に変形が生じるが、上蓋
部１ａの周辺部分１２の厚さの増大に伴う剛性向上によ
り、上蓋部１ａの反りを小さく抑えることができる。
【００２５】なお、上述の説明では、フィンを３分割し
た第２の実施の形態の冷却器１において、さらに、上蓋
部１ａの周辺部分１２の板厚を厚くし、下蓋部１ｂの周
辺部分１３を薄くしたものについて図示して説明した
が、フィンが３分割されていない第１の実施の形態の冷
却器１においても、さらに、上蓋部１ａの周辺部分１２
の板厚を厚くし、下蓋部１ｂの周辺部分１３を薄くする
ことにより同様に実施することができる。
た第２の実施の形態の冷却器１において、さらに、上蓋
部１ａの周辺部分１２の板厚を厚くし、下蓋部１ｂの周
辺部分１３を薄くしたものについて図示して説明した
が、フィンが３分割されていない第１の実施の形態の冷
却器１においても、さらに、上蓋部１ａの周辺部分１２
の板厚を厚くし、下蓋部１ｂの周辺部分１３を薄くする
ことにより同様に実施することができる。
【００２６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１３
〜図１６を用いて説明する。図１３は冷却器の構成を示
す平面図である。図１４は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
背面図である。図１５は変形後の、吸水管、排水管を取
付けた上蓋部の構成を示す正面図である。図１６は冷却
器の下蓋部の構成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１３
〜図１６を用いて説明する。図１３は冷却器の構成を示
す平面図である。図１４は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
背面図である。図１５は変形後の、吸水管、排水管を取
付けた上蓋部の構成を示す正面図である。図１６は冷却
器の下蓋部の構成を示す正面図である。
【００２７】この第４の実施の形態では、第１〜第３の
実施の形態の冷却器１において、さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
のスイッチング素子の冷却フィンと、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のス
イッチング素子の冷却フィンとを分割し、その中間部１
４は冷却経路にしないで、上蓋部１ａと下蓋部１ｂとの
接合面を設けた構成にする。
実施の形態の冷却器１において、さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
のスイッチング素子の冷却フィンと、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のス
イッチング素子の冷却フィンとを分割し、その中間部１
４は冷却経路にしないで、上蓋部１ａと下蓋部１ｂとの
接合面を設けた構成にする。
【００２８】このようにすると、冷却器の上蓋部１ａと
下蓋部１ｂの接合では、冷却後に金属基複合材３ｕ，３
ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違いにより
図１５の矢印の方向に変形が生じるが、上蓋部１ａの中
央部の剛性が向上するため、上蓋部１ａの反りを小さく
抑えることができる。
下蓋部１ｂの接合では、冷却後に金属基複合材３ｕ，３
ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違いにより
図１５の矢印の方向に変形が生じるが、上蓋部１ａの中
央部の剛性が向上するため、上蓋部１ａの反りを小さく
抑えることができる。
【００２９】さらに、中央部の接合面積が増加するた
め、接合強度が増加する。また、スイッチング素子から
の放熱はアルミ材内部を図１４の斜線部１５のような熱
伝導経路で拡がりながら熱伝導し冷却水に放熱される。
しかし、中間部１４は、熱伝導の範囲外になるため、中
間部１４にフィンを付けなくても冷却性能に顕著な差は
生じない。
め、接合強度が増加する。また、スイッチング素子から
の放熱はアルミ材内部を図１４の斜線部１５のような熱
伝導経路で拡がりながら熱伝導し冷却水に放熱される。
しかし、中間部１４は、熱伝導の範囲外になるため、中
間部１４にフィンを付けなくても冷却性能に顕著な差は
生じない。
【００３０】なお、上述の説明では、第３の実施の形態
の冷却器１において、さらに、フィンを２つに分け、分
けたフィンの中間部を接合面としたものについて図示し
て説明したが、第１及び第２の実施の形態の冷却器１に
おいても、さらに、フィンを２つに分け、分けた２つの
フィンの中間部を接合面として同様に実施することがで
きる。
の冷却器１において、さらに、フィンを２つに分け、分
けたフィンの中間部を接合面としたものについて図示し
て説明したが、第１及び第２の実施の形態の冷却器１に
おいても、さらに、フィンを２つに分け、分けた２つの
フィンの中間部を接合面として同様に実施することがで
きる。
【００３１】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１７
〜図２０を用いて説明する。図１７は冷却器の構成を示
す平面図である。図１８は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
背面図である。図１９は変形後の、上吸水管、排水管を
取付けた上蓋部の構成を示す正面図である。図２０は冷
却器の下蓋部の構成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図１７
〜図２０を用いて説明する。図１７は冷却器の構成を示
す平面図である。図１８は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は
背面図である。図１９は変形後の、上吸水管、排水管を
取付けた上蓋部の構成を示す正面図である。図２０は冷
却器の下蓋部の構成を示す正面図である。
【００３２】この第５の実施の形態では、第１〜第３の
実施の形態の冷却器１において、さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
のスイッチング素子を冷却するための第１の冷却経路１
６ａと、第１の冷却経路と独立した冷却経路で、Ｘ，
Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子を冷却するための第２の冷
却経路１６ｂと、前記２つの冷却経路の中間部分に上蓋
部１ａと下蓋部１ｂとを接合する部分、即ち中間部１４
を設け、冷却器１の一方の側の周辺部分１２から、反対
側の周辺部分１２まで接続した構成にする。
実施の形態の冷却器１において、さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相
のスイッチング素子を冷却するための第１の冷却経路１
６ａと、第１の冷却経路と独立した冷却経路で、Ｘ，
Ｙ，Ｚ相のスイッチング素子を冷却するための第２の冷
却経路１６ｂと、前記２つの冷却経路の中間部分に上蓋
部１ａと下蓋部１ｂとを接合する部分、即ち中間部１４
を設け、冷却器１の一方の側の周辺部分１２から、反対
側の周辺部分１２まで接続した構成にする。
【００３３】このようにすると、冷却器の上蓋部１ａと
下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３ｕ，
３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違いによ
り図１９の矢印の方向に変形が生じるが、上蓋部１ａの
中央部の剛性が向上するため、上蓋部１ａの反りを小さ
く抑えることができる。さらに、中央部の接合面積が増
加するため、接合強度が増加する。また、スイッチング
素子からの放熱はアルミ材内部を斜線部１５のような熱
伝導経路で拡がりながら熱伝導し冷却水に放熱される。
しかし、中間部１４は、熱伝導の範囲外になるため、中
間部１４にフィンを付けなくても冷却性能に顕著な差は
生じない。なお、図では、フィンは、流れの方向に一体
となっているが、第２の実施の形態のように、金属基複
合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの切れ目の部分にあわせて、
フィンを３分割すると、さらに、上蓋部１ａの反りを小
さく抑えることができる。
下蓋部１ｂとの接合では、冷却後に金属基複合材３ｕ，
３ｖ，…，３ｚとアルミ材２との熱膨張係数の違いによ
り図１９の矢印の方向に変形が生じるが、上蓋部１ａの
中央部の剛性が向上するため、上蓋部１ａの反りを小さ
く抑えることができる。さらに、中央部の接合面積が増
加するため、接合強度が増加する。また、スイッチング
素子からの放熱はアルミ材内部を斜線部１５のような熱
伝導経路で拡がりながら熱伝導し冷却水に放熱される。
しかし、中間部１４は、熱伝導の範囲外になるため、中
間部１４にフィンを付けなくても冷却性能に顕著な差は
生じない。なお、図では、フィンは、流れの方向に一体
となっているが、第２の実施の形態のように、金属基複
合材３ｕ，３ｖ，…，３ｚの切れ目の部分にあわせて、
フィンを３分割すると、さらに、上蓋部１ａの反りを小
さく抑えることができる。
【００３４】また、第１の実施の形態の冷却器１におい
ても、さらに、冷却経路を２つに分け、分けた２つの冷
却経路の中間部分に上蓋部１ａと下蓋部１ｂとを接合す
る部分、即ち中間部を設けて同様に実施することができ
る。
ても、さらに、冷却経路を２つに分け、分けた２つの冷
却経路の中間部分に上蓋部１ａと下蓋部１ｂとを接合す
る部分、即ち中間部を設けて同様に実施することができ
る。
【００３５】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図２１
〜図２４を用いて説明する。図２１は冷却器の構成を示
す平面図である。図２２は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面
図である。図２３は変形後の上蓋部の構成を示す正面図
である。図２４は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた
下蓋部の構成を示す正面図である。
の形態に係る電力変換装置用の冷却器について、図２１
〜図２４を用いて説明する。図２１は冷却器の構成を示
す平面図である。図２２は冷却器の上蓋部の構成を示す
図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面
図である。図２３は変形後の上蓋部の構成を示す正面図
である。図２４は冷却器の、吸水管、排水管を取付けた
下蓋部の構成を示す正面図である。
【００３６】この第６の実施の形態では、第２〜第５の
実施の形態の冷却器１において、金属基複合材３ｕ，３
ｖ，…，３ｚの部分のフィン１７を、流れの方向に複数
に、さらに、分けたフィン１７を千鳥状に配置した構成
にする。
実施の形態の冷却器１において、金属基複合材３ｕ，３
ｖ，…，３ｚの部分のフィン１７を、流れの方向に複数
に、さらに、分けたフィン１７を千鳥状に配置した構成
にする。
【００３７】このようにすると、冷却水の流れでは、フ
ィン１７の切れ目部分での流れが乱れるため、伝熱性能
が向上し冷却性能の向上を図ることができる。
ィン１７の切れ目部分での流れが乱れるため、伝熱性能
が向上し冷却性能の向上を図ることができる。
【００３８】なお、上述の説明では、フィン１７を、流
れの方向に６つに分け、さらに、分けたフィン１７を千
鳥状に配置したものについて図示して説明したが、第２
〜第４の実施の形態のようにフィンが流れの方向に３つ
に分かれた冷却器１においても、３つに分かれたフィン
を千鳥状に配置して同様に実施することができる。ま
た、第５の実施の形態の冷却器１のように、冷却経路を
２つに分け、中間部分に上蓋部１ａと下蓋部１ｂとを接
合する中間部を設けたものにおいても、さらに、各冷却
経路のフィンを、複数（例えば３つ、または６つ）に分
け、分けたフィンを千鳥状に配置して同様に実施するこ
とができる。
れの方向に６つに分け、さらに、分けたフィン１７を千
鳥状に配置したものについて図示して説明したが、第２
〜第４の実施の形態のようにフィンが流れの方向に３つ
に分かれた冷却器１においても、３つに分かれたフィン
を千鳥状に配置して同様に実施することができる。ま
た、第５の実施の形態の冷却器１のように、冷却経路を
２つに分け、中間部分に上蓋部１ａと下蓋部１ｂとを接
合する中間部を設けたものにおいても、さらに、各冷却
経路のフィンを、複数（例えば３つ、または６つ）に分
け、分けたフィンを千鳥状に配置して同様に実施するこ
とができる。
【００３９】
【発明の効果】このように本発明によれば、電力変換装
置などに用いる冷却器の熱応力による変形を防止でき、
さらに、冷却性能の向上を図ることができる。
置などに用いる冷却器の熱応力による変形を防止でき、
さらに、冷却性能の向上を図ることができる。
【図１】 本発明の第1の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図２】 第1の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
【図３】 第1の実施の形態における変形後の上蓋部の
構成を示す正面図。
構成を示す正面図。
【図４】 第1の実施の形態に係る冷却器の、吸水管、
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図６】 第２の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
【図７】 第２の実施の形態における変形後の上蓋部の
構成を示す正面図。
構成を示す正面図。
【図８】 第２の実施の形態に係る冷却器の、吸水管、
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図１０】第３の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
【図１１】第３の実施の形態における変形後の、上吸水
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
【図１２】第３の実施の形態に係る冷却器の下蓋部の構
成を示す正面図。
成を示す正面図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図１４】第４の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
【図１５】第４の実施の形態における変形後の、吸水
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
【図１６】第４の実施の形態に係る冷却器の下蓋部の構
成を示す正面図。
成を示す正面図。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図１８】第５の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、
（ｃ）は背面図。
【図１９】第５の実施の形態における変形後の、吸水
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
管、排水管を取付けた上蓋部の構成を示す正面図。
【図２０】第５の実施の形態に係る冷却器の下蓋部の構
成を示す正面図。
成を示す正面図。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る冷却器の構
成を示す平面図。
成を示す平面図。
【図２２】第５の実施の形態に係る冷却器の上蓋部の構
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は背面図。
【図２３】第５の実施の形態における変形後の上蓋部の
構成を示す正面図。
構成を示す正面図。
【図２４】第５の実施の形態に係る冷却器の、吸水管、
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
排水管を取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
【図２５】従来の冷却器の構成を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図。
【図２６】従来の冷却器の上蓋部の構成を示す背面図。
【図２７】従来の冷却器における変形後の上蓋部の構成
を示す正面図。
を示す正面図。
【図２８】従来の変形後の冷却器の、吸水管、排水管を
取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
取付けた下蓋部の構成を示す正面図。
１…冷却器 １ａ…冷却器の上蓋部 １ｂ…冷却器の下蓋部 ２…アルミ材 ３…金属基複合材 ３ｕ…Ｕ相の金属基複合材 ３ｖ…Ｖ相の金属基複合材 ３ｗ…Ｗ相の金属基複合材 ３ｘ…Ｘ相の金属基複合材 ３ｙ…Ｙ相の金属基複合材 ３ｚ…Ｚ相の金属基複合材 ４…絶縁基板 ４ｕ…Ｕ相の絶縁基板 ４ｖ…Ｖ相の絶縁基板 ４ｗ…Ｗ相の絶縁基板 ４ｘ…Ｘ相の絶縁基板 ４ｙ…Ｙ相の絶縁基板 ４ｚ…Ｚ相の絶縁基板 ５…冷却水経路 ６…吸水管 ７…拡大部 ８…フィン ９…縮小部 １０…排水管 １１…スイッチング素子 １２…上蓋部の周辺部分 １３…下蓋部の周辺部分 １４…中間部 １５…熱伝導経路 １６ａ…第１の冷却経路 １６ｂ…第２の冷却経路 １７…千鳥状に配置したフィン Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３ａ…アルミ材の収縮方向 Ａ３ｂ…周辺部アルミ材の収縮方向 Ｂ、Ｂ１、Ｂ２…金属基複合材の収縮方向
Claims (6)
- 【請求項１】複数の発熱素子を冷却する冷却器におい
て、少なくとも１個の発熱素子をそれぞれ実装した複数
の絶縁基板と、これらの絶縁基板をそれぞれ接合した、
複数に分けた金属基複合材と、これらの金属基複合材を
接合し、前記金属基複合材の部分を冷却するために配置
したフィンを有するアルミ材とを備えたことを特徴とす
る冷却器。 - 【請求項２】請求項１に記載の冷却器において、前記複
数の絶縁基板を冷却経路の方向に、所定の間隔をおいて
複数配置し、これらの絶縁基板をそれぞれ接合した金属
基複合材を取付けた面の範囲にフィンを設けたことを特
徴とする冷却器。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の冷却器に
おいて、前記冷却器を上蓋部と下蓋部から構成し、前記
上蓋部が複数の金属基複合材と、少なくとも金属基複合
材の部分に配置したアルミ材のフィンと、冷却経路の周
囲を覆うケースとからなることを特徴とする冷却器。 - 【請求項４】請求項１乃至請求項３に記載の冷却器にお
いて、前記冷却器を上蓋部と下蓋部から構成し、前記フ
ィンを冷却経路に対して並列になる２つのフィンに分
け、前記２つのフィンの中間部分に前記上蓋部と前記下
蓋部とを接合する部分を設けたことを特徴とする冷却
器。 - 【請求項５】請求項１乃至請求項３に記載の冷却器にお
いて、前記冷却器を上蓋部と下蓋部から構成し、前記上
蓋部と前記下蓋部の間に、第１のグループの発熱素子を
冷却するための第１の冷却経路と、第１の冷却経路と独
立した冷却経路で、第２のグループの発熱素子を冷却す
るための第２の冷却経路と、前記２つの冷却経路の中間
部分に前記上蓋部と前記下蓋部とを接合する部分とを設
けたことを特徴とする冷却器。 - 【請求項６】請求項２乃至請求項５に記載の冷却器にお
いて、前記フィンを、流れの方向に複数に分割し、分割
された複数のフィンを千鳥状に配置したことを特徴とす
る冷却器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001167576A JP3880812B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 冷却器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001167576A JP3880812B2 (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 冷却器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002368170A true JP2002368170A (ja) | 2002-12-20 |
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Family
ID=19009943
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|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-06-04 JP JP2001167576A patent/JP3880812B2/ja not_active Expired - Fee Related
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