JP2010034215A - 車両用半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メインテナンスの手数を減少させることが可能な車両用半導体冷却装置を提供する。
【解決手段】車両用半導体冷却装置は、冷却風ダクト内にヒートシンク４を収容し、ヒートシンク４の素子取付部４ｂを電力変換用半導体素子に密着して取り付け、ヒートシンク４の放熱フィン４ａを前記冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタ５ａ、５ｂを取り付け、前記冷却風ダクト内の前記入風口側若しくは排風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす逆回転可能な冷却ファン６を設置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用半導体冷却装置に関する。

従来一般に、強制風冷タイプの車両用半導体冷却装置では、冷却風ダクト内への塵埃の侵入防止のために、冷却風ダクト入風口部分にエアフィルタが取り付けられている。このような車両用半導体冷却装置では、冷却風は冷却風ダクトの入風口から排風口へ一定の方向で流れるために、入風側に設置されているエアフィルタの入風口側の面に塵埃が堆積して目詰まりし、入風を妨げるようになる。このため、必要な冷却風量確保のためにはエアフィルタを定期的に清掃するメインテナンスが必要であった。

本発明は、上述した従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、メインテナンスの手数を減少させることが可能な車両用半導体冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの特徴は、ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、前記冷却風ダクト内の前記入風口側若しくは排風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす逆回転可能な冷却ファンを設置した車両用半導体冷却装置である。

本発明の他の特徴は、ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、前記冷却風ダクト内の前記入風口側若しくは排風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンと、前記排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンとを設置した車両用半導体冷却装置である。

本発明のさらに他の特徴は、ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、前記冷却風ダクト内の前記入風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンを設置し、前記冷却風ダクト内の前記排風口側に、前記排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンを設置した車両用半導体冷却装置である。

本発明の車両用半導体冷却装置によれば、冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、冷却風ダクト内の入風口側若しくは排風口側に、入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす逆回転可能な冷却ファンを設置したので、この冷却ファンを定期的に逆方向に運転することにより、入風口側のエアフィルタにとっては冷却ファンの順方向の運転時に堆積した塵埃を冷却ファンの逆方向の運転時に排風口側から入風口側へ逆方向に流れる冷却風にて吹き飛ばすことができ、その結果、エアフィルタを自動的に清掃でき、エアフィルタ清掃のためのメインテナンス周期を長くして省メインテナンス化が図れる。

また、本発明の車両用半導体冷却装置によれば、冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、冷却風ダクト内の入風口側若しくは排風口側に、入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンと、排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンとを設置したので、第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとの運転を定期的に切り替えることにより、入風口側のエアフィルタにとっては第１の冷却ファンの運転時に堆積した塵埃を第２の冷却ファンの運転時に排風口側から入風口側へ逆方向に流れる冷却風にて吹き飛ばすことができ、また、排風口側のエアフィルタにとっては第２の冷却ファンの運転時に堆積した塵埃を第１の冷却ファンの運転時に入風口側から排風口側へ順方向に流れる冷却風にて吹き飛ばすことができ、その結果、エアフィルタを自動的に清掃でき、エアフィルタ清掃のためのメインテナンス周期を長くして省メインテナンス化が図れる。

さらに、本発明の車両用半導体冷却装置によれば、冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、冷却風ダクト内の入風口側に、入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンを設置し、冷却風ダクト内の排風口側に、排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンを設置したので、第１の冷却ファンと第２の冷却ファンとの運転を定期的に切り替えることにより、入風口側のエアフィルタにとっては第１の冷却ファンの運転時に堆積した塵埃を第２の冷却ファンの運転時に排風口側から入風口側へ逆方向に流れる冷却風にて吹き飛ばすことができ、また、排風口側のエアフィルタにとっては第２の冷却ファンの運転時に堆積した塵埃を第１の冷却ファンの運転時に入風口側から排風口側へ順方向に流れる冷却風にて吹き飛ばすことができ、その結果、エアフィルタを自動的に清掃でき、エアフィルタ清掃のためのメインテナンス周期を長くして省メインテナンス化が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、各実施の形態において、共通する構成要素には同一の符号を用いて説明する。

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の車両用半導体冷却装置を、図１を参照して説明する。図１において、筐体１の内部は開放部２と密閉部３から構成されている。開放部２は冷却風ダクトとして使用する。開放部２と密閉部３の境界部にはヒートシンク４が取り付けられている。このヒートシンク４のフィン４ａが開放部２側に、半導体素子取付部４ｂが密閉部３側になっている。一方、筐体１の開放部２で、ヒートシンク４の冷却風の流れる方向、つまり順方向である方向７ａ、逆方向である方向７ｂそれぞれに対応する面は開口させ、一方の開口である入風口側に第１のエアフィルタ５ａを取り付け、他方の開口である排風口側に第２のエアフィルタ５ｂを取り付けてある。第１のエアフィルタ５ａとヒートシンク４のフィン４ａとの間には、順逆両方向の運転が可能な冷却ファン６を設置してある。この冷却ファン６は制御装置１０により通常は正転させ、定期的に逆転させるように運転制御がなされる。

次に、上記構成の第１の実施の形態の車両用半導体冷却装置の動作を説明する。冷却ファン６が正転動作すると、開放部２の内部に冷却風が順方向７ａに起こる。この冷却風がフィン４ａを通過することにより、ヒートシンク４が冷却器として半導体素子取付部４ｂに設置されている素子を冷却する。冷却風は第１のエアフィルタ５ａを通過後に開放部２に取り込まれるため、第１のエアフィルタ５ａには、使用時間の経過とともに塵埃が堆積していくことになる。冷却ファン６の回転方向を逆転にした場合には冷却風は逆方向７ｂの方向に起こり、冷却風は第２のエアフィルタ５ｂから取り込まれるようになり、塵埃が第２のエアフィルタ５ｂに堆積することになる。

冷却風が、例えば順方向７ａの方向に流れる状態にて長時間使用すると、第１のエアフィルタ５ａへの塵埃の堆積量が増加していく。その結果、冷却風の取込み効率が低下し、冷却上必要な冷却性能が維持できなくなる。そのため、従来装置では入風側の第１のエアフィルタの清掃が定期的に必要となっていた。ところが、本実施の形態によれば、冷却ファン６の回転方向を逆転させることで、冷却風を順方向７ａから逆方向７ｂに逆に流すことができ、その結果、逆転させるまでは入風フィルタとして働いていた第１のエアフィルタ５ａに対して、塵埃が堆積している面の反対側の面から冷却風が通過することになり、堆積した塵埃を吹き飛ばして清掃できることになる。

このように、本実施の形態の車両用半導体冷却装置によれば、制御装置１０により定期的に冷却ファン６の回転方向を逆転させるだけで冷却風の方向も逆転し、その結果、エアフィルタ５ａを自動的に清掃でき、エアフィルタ清掃のためのメインテナンス周期を長くして省メインテナンス化が可能となる。尚、冷却ファン６の逆転運転期間は正転運転期間と同じ長さとする必要はなく、上記の入風側の第１のエアフィルタ５ａに堆積した塵埃を必要十分に吹き飛ばすことができる時間だけ、定期的に逆転させる制御をすればよい。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の車両用半導体冷却装置を、図２を参照して説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態における冷却ファン６の代わりに、第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂの２台を直列に設置している。第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂそれぞれは、一方向の回転時に十分な冷却風を発生するように最適設計されており、その時の風量は第１の実施の形態の冷却ファン６より多い。この第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂは、冷却風を発生する方向が互いに逆になっている。そしてここでは、第１の冷却ファン８ａが順方向７ａの冷却風を起こし、第２の冷却ファン８ｂが逆方向７ｂの冷却風を起こす設定にしてある。また、制御装置１１はこれらの第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂそれぞれを定期的に運転する制御をする。

次に、上記構成の第２の実施の形態の車両用半導体冷却装置の動作を説明する。第１の冷却ファン８ａが動作する時には、冷却風は順方向７ａの方向に流れ、その時には第１の実施の形態より大きな冷却風量が得られる。この冷却風がフィン４ａを通過することにより、ヒートシンク４が冷却器として半導体素子取付部４ｂに設置されている素子を冷却する。冷却風は入風側の第１のエアフィルタ５ａを通過後に冷却風ダクトとしての開放部２に取り込まれるため、第１のエアフィルタ５ａには使用時間の経過とともに塵埃が堆積していくことになる。

他方の第２の冷却ファン８ｂが動作する時には、冷却風は第１の冷却ファン８ａが動作する時とは逆に逆方向７ｂの方向に流れ、その時も第１の実施の形態より大きな冷却風量が得られる。この逆方向７ｂの方向に流れる冷却風がフィン４ａを通過することにより、ヒートシンク４が冷却器として半導体素子取付部４ｂに設置されている素子を冷却する。この時、冷却風は先には排風側であった第２のエァフィルタ５ｂから取り込まれるために、塵埃はエアフィルタ５ｂに堆積することになる。

本実施の形態の場合、第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂのどちらが動作するかにより、冷却風の流れる方向は順方向７ａと逆方向７ｂとの間で変化する。冷却風が順方向７ａの方向に流れる時には、第１のエアフィルタ５ａが入風側のエアフィルタとして働くために塵埃が堆積し、冷却風が逆方向７ｂの方向に流れる時には、第２のエアフィルタ５ｂが入風側のエアフィルタとして働き、塵埃が堆積する。

冷却風が順方向７ａの方向に流れる態様にて長時間使用すると、第１のエアフィルタ５ａへの塵埃の堆積量が増加していく。その結果、冷却風の取込み効率が低下し、冷却上必要な冷却性能が維持できなくなるため、従来装置では入風側エアフィルタの清掃を定期的に行う必要があった。ところが、本実施の形態では、第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂの２台のどちらを動作させるかにより、冷却風の流れの方向を順方向７ａから逆方向７ｂに切り替えることができる。その結果、逆転させるまでは入風フィルタとして働いていた第１のエアフィルタ５ａには、塵埃が堆積している面の反対面から冷却風が通過することになり、堆積した塵埃が吹き飛ばされ、自動的に清掃されることになる。さらに、第１の実施の形態と比較してより大きな冷却風量を得られるため、ヒートシンク４の冷却性能が高い。

尚、本実施の形態の場合、制御装置１１による第１、第２の冷却ファン８ａ，８ｂの運転の切り替えは定期的に同一時間ずつ交互に行うことができ、また第１の冷却ファン８ａによる運転を主とし、定期的に一定時間だけ第２の冷却ファン８ｂによる運転に切り替えて行うように制御することもできる。

以上のように、第２の実施の形態の車両用半導体冷却装置では、定期的に運転する冷却ファンを切り替えることで冷却風の方向を逆転させるので、エアフィルタ５ａ，５ｂが自動的に清掃され、省メインテナンス化が可能となる。さらに第１の実施の形態より風量が大きくなることで、高い冷却性能を得ることができる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の車両用半導体冷却装置を、図３を参照して説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態における冷却ファン６の代わりに、２台の第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂを、その一方の第１の冷却ファン９ａは入風口側の第１のエアフィルタ５ａとフィン４ａとの間に、他方の第２の冷却ファン９ｂは排風口側の第２のエアフィルタ５ｂとフィン４ａとの間に設置してある。第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂはそれぞれ一方向の回転時に十分な冷却風を発生するように最適設計されており、その時の風量は第１の実施の形態の冷却ファン６より多い。第１の冷却ファン９ａは冷却風を順方向７ａの方向に起こすように回転し、第２の冷却ファン９ｂは冷却風を逆方向７ｂの方向に起こすように回転する。この運転制御は制御装置１２により行う。

また、第１の冷却ファン９ａと入風口側の第１のエアフィルタ５ａ、第２の冷却ファン９ｂと排風口側の第２のエアフィルタ５ｂは、それぞれ冷却ファンとエアフィルタとの間が機構的に剛体により繋がった構造にして、冷却ファン各々の振動がエアフィルタ各々に伝達するようにしてある。そして、エアフィルタ部分の固有振動数は、冷却ファンの定常動作時に発生する振動数より低い構成にして、各冷却ファンが起動して定常動作速度に到達するまでに発生する上記の固有振動数と同一の周波数の振動をしている時に共振するようにしてある。

次に、上記構成の第３の実施の形態の車両用半導体冷却装置の動作を説明する。一方の順方向の第１の冷却ファン９ａが動作する時には、冷却風は順方向７ａの方向に流れ、その時に第１の実施の形態より大きな冷却風量が得られる。この冷却風がフィン４ａを通過することにより、ヒートシンク４が冷却器として半導体素子取付部４ｂに設置されている素子を冷却する。冷却風は入風口側の第１のエアフィルタ５ａを通過後に冷却風ダクトとしての開放部２に取り込まれるため、第１のエアフィルタ５ａには使用時間の経過とともに塵埃が堆積していくことになる。

他方の逆方向の第２の冷却ファン９ｂが動作する時には、冷却風が第１の冷却ファン９ａが動作する時とは逆の逆方向７ｂに起こり、その時にも第１の実施の形態より大きな冷却風量が得られる。この冷却風がフィン４ａを通過することにより、ヒートシンク４が冷却器として半導体素子取付部４ｂに設置されている素子を冷却する。この時には、冷却風は元は排風口側であった第２のエァフィルタ５ｂから取り込まれるために、塵埃は第２のエアフィルタ５ｂに堆積することになる。

第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂのどちらが動作するかにより、冷却風は順方向７ａと逆方向７ｂとの間で変化する。冷却風が順方向７ａの時には、第１のエアフィルタ５ａが入風側のエアフィルタとして働くためにその入風側の面に塵埃が堆積し、冷却風が逆方向７ｂの方向の時には、元は排風側であった第２のエアフィルタ５ｂが入風側のエアフィルタとして働くためにその入風側の面に塵埃が堆積する。第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂについては、各々が停止状態から定常回転速度に達する途中、エアフィルタ５ａ，５ｂの固有振動数付近で動作し、その時にエアフィルタ５ａ，５ｂは共振により大きく振動することになる。

冷却風が順方向７ａの方向に流れる状態で長時間使用すると、第１のエアフィルタ５ａへの塵埃の堆積量が増加していく。その結果、冷却風の取込み効率が低下し、冷却上必要な冷却性能が維持できなくなるため、従来装置では入風側エアフィルタの清掃を定期的に行う必要があった。ところが、本実施の形態では、第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂのどちらを動作させるかにより、冷却風の方向も順方向７ａから逆方向７ｂに切り替えることができる。その結果、逆転させるまでは入風側フィルタとして働いていた第１のエアフィルタ５ａには、塵埃が堆積している面の反対面から冷却風が通過することになり、堆積した塵埃が吹き飛ばされて自動的に清掃されることになる。さらに、第１の実施の形態と比較して、大きな冷却風量を得られるため、ヒートシンク４の冷却性能が高い。また、第１、第２のエアフィルタ５ａ，５ｂには第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂの動作時に共振による振動が発生するためにこの振動によっても第１、第２のエアフィルタ５ａ，５ｂに堆積している塵埃をふるい落とすことができ、第１、第２の実施の形態に比べて、より効果的に塵埃を清掃することが可能である。

以上に加えて、第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂの２台を、吸い込みまたは押し込みと同条件で使用することになるため、冷却風量は順方向７ａ、逆方向７ｂとも方向によらず同一とすることが可能であり、ヒートシンク４では一定の冷却性能が得られる。

尚、本実施の形態の場合にも、制御装置１２による第１、第２の冷却ファン９ａ，９ｂの運転の切り替えは定期的に同一時間ずつ交互に行うことができ、また第１の冷却ファン９ａによる運転を主とし、定期的に一定時間だけ第２の冷却ファン９ｂによる運転に切り替えて行うように制御することもできる。

以上のように、本実施の形態の車両用半導体冷却装置によれば、動作する冷却ファンを定期的に変えることで冷却風の方向を逆転させ、エアフィルタを自動的に清掃することができるので省メインテナンス化が可能となる。さらに本実施の形態によれば、第１の実施の形態より風量が大きくなることで、高い冷却性能を得ることができる。また、エアフィルタを共振させる構造にしたことにより、エアフィルタの塵埃をより効果的に除去することが可能である。さらに、冷却風の方向によらず一定の冷却性能を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の車両用半導体冷却装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の車両用半導体冷却装置のブロック図。 本発明の第３の実施の形態の車両用半導体冷却装置のブロック図。

符号の説明

１…筐体
２…開放部
３…密閉部
４…ヒートシンク
４ａ…フィン
４ｂ…半導体素子取付部
５ａ，５ｂ…エアフィルタ
６…冷却ファン
７ａ，７ｂ…冷却風の方向
８ａ，８ｂ…冷却ファン
９ａ，９ｂ…冷却ファン
１０，１１，１２…制御装置

Claims (4)

1. ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、
   前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、
   前記冷却風ダクト内の前記入風口側若しくは排風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす逆回転可能な冷却ファンを設置したことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
2. ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、
   前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、
   前記冷却風ダクト内の前記入風口側若しくは排風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンと、前記排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンとを設置したことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
3. ヒートシンクの素子取付部を電力変換用半導体素子に密着して取り付け、前記ヒートシンクの放熱フィンを冷却風ダクト内の冷却風の通り道に置き、
   前記冷却風ダクトの入風口、排風口それぞれにエアフィルタを取り付け、
   前記冷却風ダクト内の前記入風口側に、前記入風口から排風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第１の冷却ファンを設置し、
   前記冷却風ダクト内の前記排風口側に、前記排風口から入風口に向かう方向に流れる冷却風を起こす第２の冷却ファンを設置したことを特徴とする車両用半導体冷却装置。
4. 前記第１の冷却ファンと入風口側のエアフィルタとの間、及び前記第２の冷却ファンと排風口側のエアフィルタとの間は前記第１の冷却ファンの振動、第２の冷却ファンの振動それぞれが前記エアフィルタそれぞれに伝達する構造にし、前記エアフィルタそれぞれの部分の固有振動数を第１の冷却ファン、第２の冷却ファンそれぞれの定常動作時に発生する振動数よりも低くしたことを特徴とする請求項３に記載の車両用半導体冷却装置。

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