JP2007227437A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】要求される精度で製造することが容易にでき、その製造コストの低減化も図れる冷却装置の提供を課題とする。
【解決手段】発熱体３０が取り付けられる吸熱部１４と放熱体２０が取り付けられる冷却部１６とを有する筐体１２と、筐体１２内に回転可能に設けられ、吸熱部１４及び冷却部１６に対向する面２７が平坦面とされた蓄熱体２６と、筐体１２内に充填された潤滑用液体Ｊと、蓄熱体２６を回転させる回転駆動機構３４と、を備えた冷却装置１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に半導体等の冷却装置に関する。

ＣＰＵ等の発熱が数十Ｗの半導体部品を冷却する従来の半導体用冷却装置としては、例えば放熱効果を高めるための複数の環状突部（以下「フィン」という）が周縁部近傍の上面に垂直に立設された円板状の回転ヒートシンクと、その回転ヒートシンクを回転可能に内設する中空状の固定ヒートシンクとを有し、回転ヒートシンクと固定ヒートシンクとの間隙に熱伝導グリスを介在させた構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。この半導体用冷却装置は、固定ヒートシンクにも、フィンに対応した中空状の環状突部（以下「中空突部」という）が複数形成されている。

しかし、瞬間的な発熱が数十Ｗを超えるパワーデバイス等を冷却するためには、中空突部とフィンとの間隙寸法に１０μｍ以下という極めて高い精度が必要とされる。したがって、製造コストが掛かる問題がある。すなわち、固定ヒートシンク内において回転ヒートシンクが回転することから、中空突部内においてフィンが移動することになり、フィン及び固定ヒートシンクの真直度（又は相互の角度：平行度）、更には曲率の精度（真円度）が必要となる。つまり、回転ヒートシンクにあっては、フィンの厚み精度が必要となり、固定ヒートシンクにあっては、フィンを内部に収容する中空突部の内径精度が必要となる。そして、これらの精度は厚み等、比較的小さな寸法内の精度ばかりでなく、中心軸からフィン又は中空突部までの半径等、比較的大きな寸法においても必要となる。

なお、例えば固定ヒートシンクの機械加工においては、近年の優れたコンピューター数値制御旋盤を用いることにより、１μｍの精度が得られる。しかしながら、回転ヒートシンクのフィンの高さ及び固定ヒートシンクの中空突部の深さには制限がある。更に、コンピューター数値制御旋盤を用いて固定ヒートシンク及び回転ヒートシンクを１個ずつ作製するのは、極めて製造コストが掛かる。また、フィンを分割して作製した場合においても、組み付け固定する際に、相対的な位置の縦横２軸の位置決め精度及び軸の平行度に対して高精度な調整が必要となる。
特開２００４−３２７８８４号公報

そこで、本発明は、要求される精度で製造することが容易にでき、その製造コストの低減化も図れる冷却装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の冷却装置は、発熱体が取り付けられる吸熱部と放熱体が取り付けられる冷却部とを有する筐体と、前記筐体内に回転可能に設けられ、前記吸熱部及び前記冷却部に対向する面が平坦面とされた蓄熱体と、前記筐体内に充填された潤滑用液体と、前記蓄熱体を回転させる回転駆動機構と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、筐体の吸熱部に取り付けられた発熱体から発せられる熱は、潤滑用液体を介して、蓄熱体に伝熱される。そして、その蓄熱体に伝熱されて保持された熱は、蓄熱体が回転することにより、冷却部まで移動し、潤滑用液体を介して、冷却部に取り付けられた放熱体に伝熱され、大気に放熱される。このように、潤滑用液体が熱伝導機能を有し、吸熱部（発熱体）から冷却部（放熱体）までの熱の移動が蓄熱体の回転によって連続的に行われるので、発熱体を効率よく冷却することができる。しかも、筐体内に回転可能に設ける蓄熱体は、吸熱部及び冷却部に対向する面が平坦面とされているので、要求される精度で製造することが容易にでき、その製造コストの低減化も図ることができる。したがって、大量生産にも適応可能となる。

また、請求項２に記載の冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置において、前記蓄熱体が、回転軸方向から見て、円形状又は多角形状とされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、潤滑用液体の僅かな粘性により剪断応力が発生するが、そのときのエネルギー損失を低減することができる。したがって、蓄熱体を高速で回転させることができ、大量の熱を移動させることができる。

また、本発明に係る請求項３に記載の冷却装置は、発熱体が取り付けられる吸熱部と放熱体が取り付けられる冷却部とを有する筐体と、前記筐体内にスライド移動可能に設けられ、前記吸熱部及び前記冷却部に対向する面が平坦面とされた蓄熱体と、前記蓄熱体をスライド移動させる移動機構と、を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、筐体の吸熱部に取り付けられた発熱体から発せられる熱は、蓄熱体に伝熱される。そして、その蓄熱体に伝熱されて保持された熱は、蓄熱体がスライド移動することにより、冷却部まで移動し、冷却部に取り付けられた放熱体に伝熱され、大気に放熱される。このように、吸熱部（発熱体）から冷却部（放熱体）までの熱の移動が蓄熱体の往復スライド移動によって連続的に行われるので、発熱体を効率よく冷却することができる。しかも、筐体内にスライド移動可能に設ける蓄熱体は、吸熱部及び冷却部に対向する面が平坦面とされているので、要求される精度で製造することが容易にでき、その製造コストの低減化も図ることができる。したがって、大量生産にも適応可能となる。

また、請求項４に記載の冷却装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の冷却装置において、前記蓄熱体が、金属又はセラミックスで構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、発熱体から発せられる熱を速やかに取り込むことができる。したがって、短時間で高熱となる発熱量の変化に対しても充分に対応することができる。

また、請求項５に記載の冷却装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の冷却装置において、前記筐体の吸熱部及び冷却部が、金属又はセラミックスで構成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、発熱体から発せられる熱を速やかに吸熱することができるとともに、蓄熱体に取り込んだ熱を速やかに放熱することができる。したがって、短時間で高熱となる発熱量の変化に対しても充分に対応することができる。

以上、何れにしても本発明によれば、要求される精度で製造することが容易にでき、その製造コストの低減化も図れる冷却装置を提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。まず、本発明に係る冷却装置１０の第１実施例について図１を基に説明する。図１で示すように、筐体１２は、セラミックス製又は金属製（例えば銅製）の中空円柱状に形成され、一方の平面上（以下「上面１２Ａ」という）には、後述する吸熱部１４及び冷却部１６が設けられている。筐体１２の板厚Ｄは、吸熱部１４及び冷却部１６においては、熱抵抗を小さくするために、５ｍｍ以下とすることが望ましいが、構造を支えるために必要な筐体１２の板厚Ｄは、吸熱部１４及び冷却部１６以外では、０．１ｍｍ以上とすることが望ましい。したがって、この場合、筐体１２の板厚Ｄは、０．１ｍｍ≦Ｄ≦５ｍｍとすることが望ましい。

吸熱部１４は、筐体１２の上面１２Ａに、絶縁板１８（例えば窒化アルミニウム）が接合され、更に、その絶縁板１８上に、例えば銅製の配線板１９が接合されて構成されている。これらの接合は、銅−窒化アルミニウムの直接接合、即ち窒化アルミニウムの表面を酸化し、酸化アルミニウムと銅の化合物を用いる接合の他、蝋付け等により行うことができる。そして、その配線板１９上に、発熱体としてのパワーデバイス３０が半田付け等によって取り付けられている。なお、絶縁板１８は、電気的な絶縁性の観点からは厚い方がよいが、熱抵抗の観点からは薄い方がよく、この場合の絶縁板１８の厚さＥは、０．１ｍｍ≦Ｅ≦１．０ｍｍとすることが実用的である。

冷却部１６は、筐体１２の上面１２Ａに、吸熱部１４と最も離れるように、例えば１８０度反対側に、放熱体２０が半田付け又は蝋付け等によって取り付けられて構成されている。放熱体２０は、例えば基部２１に複数の突条部（以下「フィン」という）２２が突設されて構成されたり、冷却ブロック２４（図４参照）等で構成される。そして、筐体１２内には、平板状の蓄熱体２６が回転可能に設けられており、後述するように、潤滑用の液体（例えば純水等）Ｊが充填されている。

蓄熱体２６は、セラミックス製又は金属製（例えば銅製）であり、少なくとも吸熱部１４及び冷却部１６に対向する表面（以下「上面２７」という）が平坦面とされた円板状（又は多角板状）に形成されている。そして、蓄熱体２６の中心には、回転軸２８が固着されており、回転軸２８は、図２（Ａ）で示すようなモーター３４等の回転駆動機構と連結されている。これにより、蓄熱体２６は、筐体１２内において、一方向に回転駆動可能となる構成である。

また、吸熱部１４及び冷却部１６に対向する（近接する）蓄熱体２６の上面２７の精度（平坦度）は、１μｍ以下とされている。この平坦度は、例えば、次のようにして得られる。すなわち、蓄熱体２６の上面２７を、汎用のフライス盤等を用いて、１０μｍ程度の普通公差で加工した後、ラップ盤（平坦度０．１μｍ、表面粗さ０．００５μｍ）を用いて加工（研磨）する。これにより、上面２７が平坦度１μｍ、表面粗さ０．０５μｍとされた蓄熱体２６を得ることができる。なお、より大量に、かつ低コストで加工するためには、ダイカスト成型により所定厚さの円板状の蓄熱体２６を作製し、その上面２７を上記ラップ盤によって加工（研磨）すればよい。

また、蓄熱体２６の外径（直径）Ｒは任意であるが、少なくともパワーデバイス３０の縦又は横の長さよりも、その半径ｒ（＝Ｒ／２）が大きいことが望ましく、冷却装置１０を設置しようとする箇所のスペースによって上限が定められる。本実施例では、蓄熱体２６の外径Ｒを３００ｍｍとしている。更に、蓄熱体２６の厚さ（高さ）Ｈは、材料とされた金属の熱伝導率・比熱・比重の他、速度（角速度×半径）が関係するため、冷却しようとするパワーデバイス３０の発熱量に対して、制御したいパワーデバイス３０の最高温度や冷却部１６の温度を考慮して最適化する必要がある。

例えば、パワーデバイス３０が１個だけ搭載され、その大きさが約１ｃｍ×１ｃｍで、発熱量が４００Ｗの場合、蓄熱体２６の速度Ｖは、約４０ｃｍ／ｓであることが望ましい。蓄熱体２６の速度Ｖは、毎分２５回転以上で回転することにより、その外周上（外径Ｒ：Ｒ＝３００ｍｍ）に、Ｖ＝約４０ｃｍ／ｓ以上を得ることができる。そして、蓄熱体２６の厚さ（高さ）Ｈは、５ｍｍ以上であることが望ましい。蓄熱体２６の厚さ（高さ）Ｈが５ｍｍ未満であると、蓄熱体２６の熱容量が発熱量に対して足りず、熱の移動が遅くなり、パワーデバイス３０の温度が上昇する原因となって好ましくない。

また、逆に蓄熱体２６を極端に厚くしても、熱の移動は過渡現象であり、熱拡散方程式で表されるように伝達速度が有限である（物性により限界がある）ため、熱が蓄熱体２６全体に瞬時に伝わることはなく、表面（上面２７）から有限の距離に留まる。そのため、熱の移動はさほど速くならない。したがって、蓄熱体２６を極端に厚くすることは、重量や体積をいたずらに増加させるだけで、材料の無駄となって好ましくない。

定性的には、パワーデバイス３０の発熱量が大きいときは、蓄熱体２６の速度（角速度×半径）、材料となる金属固有の熱伝導率、蓄熱体２６の熱容量（比熱×比重×体積：この場合は、おおよそ「パワーデバイス３０の設置面積×蓄熱体２６の厚さ」が体積の目安となる）を大きくする必要がある。また、刻々と変化する発熱量に合わせて、蓄熱体２６の回転速度が可変する場合（発熱量が小さいときは遅く、発熱量が大きいときは速く）は、想定される発熱量の最大値や定常値を考慮して、蓄熱体２６の回転速度の範囲や外径（直径）Ｒ・厚さ（高さ）Ｈ等を最適化する必要がある。

また、上記したように、筐体１２内（筐体１２と蓄熱体２６の間）には、熱伝導も兼ねる潤滑用の液体Ｊが充填されている。この潤滑用液体Ｊは、熱伝導性の高い液体であればよく、本実施例では、純水が用いられている。熱伝導性の高い液体としては、通常は純水が用いられるが、水にエチレングリコール等を添加したものや、更にリン酸塩等の防錆剤を添加してなるＬＬＣ（Long Life Coolant：冷却水）等を用いることもできる。但し、吸熱部１４の近辺で水温が１２０℃を超えるような場合には、加圧下においても水が蒸発し、気泡が発生するため、熱伝導が阻害される。そのため、この場合には、より高い沸点の液体（例えばエチレングリコール１００％では、沸点１９８℃が得られる）又は潤滑油を用いることが望ましい。

また、筐体１２及び蓄熱体２６の材料として挙げられる銅は、純銅の他、無酸素銅（Ｃ−１０２０）、タフピッチ銅（Ｃ−１１００）等の熱伝導性に優れる合金材料、あるいは銅とモリブデンの複合材又は銅とタングステンの複合材等を用いることができる。また、他の熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウム、銀等も用いることができる。つまり、材料となる金属としては、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等であり、セラミックスとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、シリコン、シリコンカーバイド並びに、これらの混合物又はクラッド材（例えばＣｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｕ）等を用いることができる。

以上のような構成の冷却装置１０において、次に、その作用について説明する。絶縁板１８及び配線板１９を介して筐体１２の吸熱部１４に取り付けられたパワーデバイス３０から発せられる熱は、潤滑用液体Ｊを介して、上面２７が平坦化された蓄熱体２６に伝熱される。そして、その蓄熱体２６に伝熱されて保持された熱は、蓄熱体２６が回転軸２８を中心に回転することにより、冷却部１６まで移動し、潤滑用液体Ｊを介して、放熱体２０を構成するフィン２２に伝熱され、そのフィン２２により、大気に放熱される。このように、吸熱部１４（パワーデバイス３０）から冷却部１６（放熱体２０）までの熱の移動が、蓄熱体２６の回転によって連続的に行われるので、パワーデバイス３０が効率よく冷却される。

例えば、蓄熱体２６が、毎分２５回転とされている場合、１周するのに要する時間は２．３６秒である。したがって、発熱時間が、例えば２秒である場合には、蓄熱体２６が１周する前に、発熱は終了する。換言すると、最初に過熱された蓄熱体２６の箇所が再びパワーデバイス３０（吸熱部１４）に到達する前に、発熱は終了する。この場合、蓄熱体２６の冷却は、次の発熱が起こるまでに完了するので、冷却部１６の冷却（放熱）能力は小さくてもよい。つまり、この場合には、冷却部１６には放熱体２０を設けずに平板のままとするか、設けたとしても比較的小さなフィン２２を取り付けるだけで充分となる。

しかし、パワーデバイス３０の発熱が４００Ｗといった大きな発熱で、かつ発熱時間が２．３６秒を超える場合には、最初に過熱された蓄熱体２６の箇所が充分に冷却されないうちに、再びパワーデバイス３０（吸熱部１４）に到達することになるため、蓄熱体２６の温度が初期よりも上昇してしまう。つまり、この場合には、冷却（放熱）性能が小さくなり、パワーデバイス３０の温度が高くなってしまう。

そこで、この場合には、図２（Ａ）で示すような空冷ファン３２を設け、その空冷ファン３２によって、冷却部１６（放熱体２０）を強制冷却し、蓄熱体２６の温度を充分に低減できるようにすることが望ましい。例えば、設置面積が１２ｃｍ×１２ｃｍとされた基部２１上に、板厚０．６ｍｍのアルミニウム製フィン２２を１．６ｍｍピッチで配列して取り付けた放熱体２０の場合、空気温度が５０℃以下のときには、５０Ｌ／ｓ以上の風量を与えれば、蓄熱体２６の温度を６５℃前後に保つことができる。

ここで、本発明に係る冷却装置１０をインナー・ローター式イン・ホイール・モーターに組み込んだ場合について説明する。図２（Ａ）で示すように、冷却装置１０は、その筐体１２の周面部が支持部材４２を介してベース４０に支持固定されている。そして、蓄熱体２６の回転軸２８は、回転駆動機構としてのモーター３４に接続されている。また、そのモーター３４から図示しない変速機構を介して接続される回転軸３６は、タイヤホイール３８に直接接続されている。更に、冷却部１６を冷却する空冷ファン３２がベース４０に固定配置されている。

さて、図示しないドライバー回路から送られた制御信号が、吸熱部１４に設置されたパワーデバイス３０（例えばＩＧＢＴ）のゲート電極に達すると、ＯＮ／ＯＦＦ動作が行われ、バッテリーから供給された直流電流が交流電流に変換されて、モーター３４が駆動する。すなわち、直流電圧パルスのデューティー比（ＯＮ時間の比率）を変えることで電圧をコントロールするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって、モーター３４の電流が制御され、モーター３４が駆動する。なお、３相式ＰＷＭでモーター３４を駆動するためには、ＩＧＢＴ及びダイオードを各６個内蔵するインバーターモジュールにより、直流電流を３相交流電流に変える必要がある。その場合、冷却装置１０を６個、軸方向に並設すればよい。

こうして、モーター３４が回転駆動すると、冷却装置１０の蓄熱体２６及びタイヤホイール３８が回転し、上記と同様にして、パワーデバイス３０が効率よく冷却される。なお、冷却部１６には、フィン２２を有する放熱体２０が設置され、その放熱体２０は、空冷ファン３２によって強制冷却される。したがって、短時間に高発熱となるパワーデバイス３０でも充分に冷却することができる。また、図２（Ａ）においては、パワーデバイス３０が１個しか示されていないが、設置面積に余裕があり、蓄熱体２６の直径Ｒを大きくできるときには、図２（Ｂ）で示す変形例のように、その円周方向にパワーデバイス３０と放熱体２０を交互に並設してもよい（図示のものは各３個とされている）。

また更に、インナー・ローター式イン・ホイール・モーターと同様に、本発明に係る冷却装置１０をアウター・ローター式イン・ホイール・モーターに組み込むことも容易である。すなわち、アウター・ローター（タイヤ側）に対するインナー・ステーターにおいて、そのインナー・ステーター内に中空を形成し、その中空内に本発明に係る冷却装置１０を設置することは容易である。

次に、本発明に係る冷却装置１０の第２実施例について図３を基に説明する。なお、第１実施例と同等の部材には同じ符号を付して、その説明は省略する。この第２実施例では、冷却部１６を、筐体１２の上面１２Ａではなく内部に設けている。すなわち、図３で示すように、筐体１２内に、フィン２２を有する放熱体２０を設置し、その放熱体２０の基部２１を蓄熱体２６の平坦とされた上面２７に対向させている。

筐体１２は、放熱体２０を収容できるように、その一部が略矩形箱状に突出するように形成されており、その突出部１３の側面には、潤滑用液体Ｊの供給口１３Ａと排出口１３Ｂが形成されている。したがって、フィン２２の周りも熱伝導性の高い潤滑用液体Ｊで満たされることになり、供給口１３Ａ及び排出口１３Ｂを介して、その潤滑用液体Ｊが筐体１２の内部と外部とで循環可能になっている。

このような構成の冷却装置１０によれば、上記第１実施例のようにして蓄熱体２６から放熱体２０へ移動した熱は、放熱体２０のフィン２２から潤滑用液体Ｊへ移動する。そして、それによって熱せられた潤滑用液体Ｊは、排出口１３Ｂから筐体１２の外部へ排出され、筐体１２の外部に設けられた図示しないラジエーター等よって冷却された後、再び供給口１３Ａから筐体１２の内部へ供給される。したがって、フィン２２を効率よく冷却することができ、結果的に、パワーデバイス３０を効率よく冷却することができる。なお、ラジエーター等は、冷却装置１０やモーター３４、エンジン等から離隔した雰囲気温度の低い場所に配置することが望ましい。これによれば、潤滑用液体Ｊを効率よく冷却することができる。

次に、本発明に係る冷却装置１０の第３実施例について図４を基に説明する。なお、第１実施例及び第２実施例と同等の部材には同じ符号を付して、その説明は省略する。この第３実施例では、蓄熱体２６が直方体（四角柱状）とされ、その上面２７の平坦度が１μｍとされている。そして、その蓄熱体２６は、例えば円運動を往復運動に変換する移動機構により、筐体１２の長手方向（図示の左右方向）に往復スライド移動可能となるように構成されている。

すなわち、例えば図４で示すように、円運動する動力（例えばモーターやエンジン等）に連結したクランクシャフトのクランクピン部４４に、コネクティングロッド４６の一端が枢支連結され、そのコネクティングロッド４６の他端が蓄熱体２６の一端部に枢支連結されている。したがって、クランクピン部４４が図示の矢印方向に回転することにより、蓄熱体２６が図示の左右方向にスライド移動可能になる。

また、筐体１２の上面１２Ａには、吸熱部１４と冷却部１６が設けられており、吸熱部１４には、絶縁板１８及び配線板１９を介してパワーデバイス３０が取り付けられている。また、冷却部１６は、吸熱部１４（パワーデバイス３０）を挟んで左右両側に設けられており、冷却ブロック２４で構成された放熱体２０が取り付けられている。なお、この第３実施例では、筐体１２内に潤滑用の液体Ｊが充填されない。

このような構成の冷却装置１０によれば、まず、図４（Ａ）で示すように、蓄熱体２６の中央部２６Ａは、吸熱部１４においてパワーデバイス３０から熱を受け取り、図示の左方向に移動する。そして、図４（Ｂ）で示すように、熱を受け取った中央部２６Ａは、左側の冷却部１６まで移動し、その冷却部１６上の冷却ブロック２４に熱を伝熱する。熱が伝熱された冷却ブロック２４は、その熱を大気へ放熱する。そして、このとき、蓄熱体２６の右端部２６Ｂは、吸熱部１４においてパワーデバイス３０から熱を受け取る。

その後、蓄熱体２６は、図示の右方向に移動し、図４（Ｃ）で示すように、熱を受け取った右端部２６Ｂが、右側の冷却部１６に達すると、その冷却部１６上の冷却ブロック２４に熱を伝熱する。熱が伝熱された冷却ブロック２４は、その熱を大気へ放熱する。そして、このとき、蓄熱体２６の中央部２６Ａは、吸熱部１４において再びパワーデバイス３０から熱を受け取る。その後、蓄熱体２６は、図示の右方向に更に移動し、図４（Ｄ）で示すように、熱を受け取った中央部２６Ａが、右側の冷却部１６に達すると、その冷却部１６上の冷却ブロック２４に熱を伝熱する。熱が伝熱された冷却ブロック２４は、その熱を大気へ放熱する。そして、このとき、蓄熱体２６の左端部２６Ｃは、吸熱部１４においてパワーデバイス３０から熱を受け取る。

その後、蓄熱体２６は、図示の左方向へ移動し、熱を受け取った左端部２６Ｃが、左側の冷却部１６に達すると、その冷却部１６上の冷却ブロック２４に熱を伝熱する。熱が伝熱された冷却ブロック２４は、その熱を大気へ放熱する。そして、このとき、蓄熱体２６の中央部２６Ａは、吸熱部１４において再びパワーデバイス３０から熱を受け取る。以降、このような往復スライド移動を蓄熱体２６が連続して繰り返し行うことにより、パワーデバイス３０が効率よく冷却される。なお、円運動を往復運動に変換する移動機構は、図示のものに限定されるものではなく、例えば図示しないカム等による移動機構も採用可能である。

以上、説明したように、本発明に係る冷却装置１０は、熱伝導媒体として、上面２７が平坦面とされた金属製又はセラミックス製の蓄熱体２６を用い、その蓄熱体２６を回転可能又は往復スライド移動可能に構成したので、パワーデバイス３０から発せられる熱を速やかに取り込むことができ、かつ、その取り込んだ熱を連続的に放熱することができる。したがって、２秒という短い時間で３００Ｗ以上の高発熱になるなどの発熱量の変化に対しても、回転速度やスライド移動速度を速くするなどして、充分に対応することができ、パワーデバイス３０を効率よく冷却することができる。

例えば、蓄熱体２６の初期温度が６５℃で、吸熱部１４の筐体１２の間隙を５μｍにした冷却装置１０の場合、パワーデバイス３０が４００Ｗで２秒間の発熱を行ったときには、パワーデバイス３０の最表面の温度が約１８０℃となった。通常の水冷式冷却装置の場合では、パワーデバイス３０の最表面が３００℃以上になることから、本発明に係る冷却装置１０は遥かに高い冷却能力を有することが判る。

また、金属製品又はセラミックス製品の機械的加工精度は、表面が平坦なものに対しては、平坦度：１μｍ〜１０μｍが容易に得られるため、筐体１２との近接面である上面２７が平坦な形状をしている蓄熱体２６を製造しやすい。つまり、金属製又はセラミックス製で、その上面２７が平坦面とされた蓄熱体２６を用いる本発明に係る冷却装置１０は、製造実施が容易で、低コスト化にも寄与でき、大量生産にも容易に適応可能である。

また、本発明が対象とする大発熱量のパワーデバイス３０に対して充分な冷却能力を得るためには（パワーデバイス３０から発せられる熱を速やかに蓄熱体２６に伝えるためには）、筐体１２と蓄熱体２６との間に存在する潤滑用液体Ｊの層を薄くし（蓄熱体２６と筐体１２の間隙を小さくし）、熱抵抗を減らすことが必要である。このため、潤滑用液体Ｊの層の厚さは５０μｍ以下、できれば１０μｍ以下にすることが望ましい。本発明に係る冷却装置１０では、上記のように蓄熱体２６の上面２７が平坦面とされているため、筐体１２への組み付けにおいて、潤滑用液体Ｊの層の厚さを５０μｍ以下にすることが簡単にできる。

なお、第１実施例及び第２実施例で説明した冷却装置１０では、固定ヒートシンクである筐体１２と回転ヒートシンクである蓄熱体２６との間の領域（隙間）に存在する潤滑用液体Ｊの僅かな粘性により剪断応力が発生する。しかしながら、蓄熱体２６は、回転軸２８方向から見て円形状又は多角形状とされているので、そのエネルギー損失は小さい。特に定常速度で蓄熱体２６を回転させるときには、慣性運動のため、剪断応力以外のエネルギー損失は、軸受けや回転駆動機構（モーター３４）に働く摩擦力のみとなり、極めて小さい。したがって、蓄熱体２６を高速で回転させることができ、大量の熱を移動させることができる。

本発明に係る第１実施例の冷却装置を示す概略側断面図 （Ａ）本発明に係る第１実施例の冷却装置がインナー・ローター式イン・ホイール・モーターに組み込まれた場合を示す概略斜視図、（Ｂ）本発明に係る第１実施例の冷却装置の変形例を示す概略斜視図 本発明に係る第２実施例の冷却装置を示す概略側断面図 本発明に係る第３実施例の冷却装置を示す概略側断面図

符号の説明

１０ 冷却装置
１２ 筐体
１４ 吸熱部
１６ 冷却部
１８ 絶縁板
１９ 配線板
２０ 放熱体
２２ フィン
２４ 冷却ブロック
２６ 蓄熱体
２７ 上面（面）
２８ 回転軸
３０ パワーデバイス（発熱体）
３２ 空冷ファン
３４ モーター（回転駆動機構）
Ｊ 潤滑用液体

Claims (5)

1. 発熱体が取り付けられる吸熱部と放熱体が取り付けられる冷却部とを有する筐体と、
   前記筐体内に回転可能に設けられ、前記吸熱部及び前記冷却部に対向する面が平坦面とされた蓄熱体と、
   前記筐体内に充填された潤滑用液体と、
   前記蓄熱体を回転させる回転駆動機構と、
   を備えたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記蓄熱体が、回転軸方向から見て、円形状又は多角形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 発熱体が取り付けられる吸熱部と放熱体が取り付けられる冷却部とを有する筐体と、
   前記筐体内にスライド移動可能に設けられ、前記吸熱部及び前記冷却部に対向する面が平坦面とされた蓄熱体と、
   前記蓄熱体をスライド移動させる移動機構と、
   を備えたことを特徴とする冷却装置。
4. 前記蓄熱体が、金属又はセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の冷却装置。
5. 前記筐体の吸熱部及び冷却部が、金属又はセラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の冷却装置。

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