JP2012124261A - Laminated type cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器の構造の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in the structure of a stacked cooler that cools electronic components from both sides.
従来から、冷媒が流れる冷媒流路を、発熱体である電子部品の両面にそれぞれ接触させて、この電子部品を冷却する積層型冷却器が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a multilayer cooler is known that cools an electronic component by bringing a refrigerant flow path through which the refrigerant flows into contact with both surfaces of the electronic component that is a heating element.
下記特許文献1には、冷却媒体が流れる複数の冷却管を、発熱体である半導体素子を内蔵する半導体モジュールの両面にそれぞれ接触させて、半導体モジュールを冷却する電力変換装置が記載されている。 Patent Document 1 below describes a power conversion device that cools a semiconductor module by bringing a plurality of cooling pipes through which a cooling medium flows into contact with both surfaces of the semiconductor module containing a semiconductor element that is a heating element.
この電力変換装置は、冷却管と半導体モジュールが積層する積層方向の一方側に延在し、各冷媒管に冷媒を導入する導入管と、導入管と同じ方向に延在し、各冷却管から冷媒を導出する導出管とを有する。 This power conversion device extends to one side of the stacking direction in which the cooling pipe and the semiconductor module are stacked, introduces a refrigerant into each refrigerant pipe, extends in the same direction as the introduction pipe, and extends from each cooling pipe. A lead-out pipe for leading out the refrigerant.
このように構成される電力変換装置においては、半導体モジュールの熱が、半導体モジュールの両面から冷却管の冷媒に伝達され、半導体モジュールが効率よく冷却される。 In the power conversion device configured as described above, the heat of the semiconductor module is transmitted from both surfaces of the semiconductor module to the refrigerant in the cooling pipe, and the semiconductor module is efficiently cooled.
従来の積層型冷却器は、電子部品を制御する基板とともにケースに収容される。ケースに収容される基板は、通常、ブラケットを介してケースの内壁に支持される。 A conventional stacked cooler is housed in a case together with a substrate for controlling electronic components. The substrate accommodated in the case is usually supported on the inner wall of the case via a bracket.
このような積層型冷却器の電子部品が、自動車を駆動する回転電機に電力を供給する部品、すなわちインバータである場合、ケースは車両のトランクアクスル付近に搭載される例がある。この場合、トランクアクスルの熱が、ケースとブラケットを介して基板に伝達してしまい、基板に不具合が生じる可能性があった。 When the electronic component of such a stacked cooler is a component that supplies electric power to a rotating electrical machine that drives an automobile, that is, an inverter, there is an example in which the case is mounted in the vicinity of the trunk axle of the vehicle. In this case, the heat of the trunk axle is transmitted to the board via the case and the bracket, and there is a possibility that a problem occurs in the board.
この不具合を防止するために、基板に実装される部品を、耐熱仕様の部品に置き換えるという対応が考えられる。しかし、耐熱仕様の部品の採用により、コストが上昇してしまうという問題がある。 In order to prevent this problem, it is conceivable to replace the component mounted on the substrate with a heat-resistant component. However, there is a problem that the cost increases due to the use of heat-resistant specification parts.
また、積層型冷却器が、車両などの設置スペースが制限される装置に搭載される場合、積層型冷却器のケースの体格においては小型化が当然に要求されるので、その小型化に対応しなければならないという問題がある。 Also, when the stacked cooler is mounted on a device such as a vehicle where the installation space is limited, the size of the case of the stacked cooler is naturally required to be reduced. There is a problem of having to.
本発明の目的は、簡易な構造で、基板の冷却性能を高めるとともに省スペース化を図ることができる積層型冷却器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stacked type cooler that has a simple structure, can enhance the cooling performance of a substrate, and can save space.
本発明は、電子部品を両面から挟持し、冷媒が流れる冷媒流路と、電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、を有し、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、電子部品を制御する基板と、冷媒流路、供給ヘッダ部又は排出ヘッダ部の少なくとも一つに接続して、基板を支持する支持部材と、を有することを特徴とする。 The present invention includes an electronic component sandwiched from both sides, a refrigerant flow path through which a refrigerant flows, a supply header portion that extends to one side in the stacking direction of the electronic component and the refrigerant flow path, and supplies the refrigerant to each refrigerant flow path. A stack header that extends in the same direction as the supply header portion and discharges the refrigerant from each refrigerant flow path, and cools the electronic component from both sides, and a substrate that controls the electronic component; And a support member connected to at least one of the refrigerant flow path, the supply header section, and the discharge header section to support the substrate.
また、支持部材は、接続対象である冷媒流路、供給ヘッダ部又は排出ヘッダ部の外形と嵌り合う接続面を有することが好適である。 Moreover, it is preferable that the support member has a connection surface that fits the outer shape of the coolant channel, the supply header portion, or the discharge header portion to be connected.
また、支持部材と、この支持部材の接続対象とは同じ材質であり、ろう付け又はかしめにより接合されることが好適である。 The support member and the connection target of the support member are made of the same material, and are preferably joined by brazing or caulking.
本発明の積層型冷却器によれば、簡易な構造で、基板の冷却性能を高めるとともに省スペース化を図ることができる。 According to the stacked type cooler of the present invention, it is possible to improve the cooling performance of the substrate and save space with a simple structure.
以下、本発明に係る積層型冷却器の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、自動車を駆動するモータに電力を供給するパワーモジュールを挙げ、これを冷却する積層型冷却器について説明する。なお、本発明は、上記パワーモジュールに限らず、発熱体である電子部品を冷却する積層型冷却器にも適用することができる。 Hereinafter, an embodiment of a stacked cooler according to the present invention will be described with reference to the drawings. As an example, a power module that supplies power to a motor that drives an automobile will be described, and a stacked cooler that cools the power module will be described. The present invention can be applied not only to the power module described above but also to a stacked cooler that cools an electronic component that is a heating element.
図1は、本実施形態に係る積層型冷却器の分解斜視図であり、図2は、図1のA方向から見た積層型冷却器の側面図であり、図3は、図1のB方向から見た積層型冷却器の側面図であり、図4は、図1のC−C線による積層型冷却器の断面図である。なお、図に示されるX軸は、後述する電子部品及び冷媒流路が積層する積層方向である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the stacked cooler according to the present embodiment, FIG. 2 is a side view of the stacked cooler viewed from the direction A in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a side view of the stacked cooler viewed from the direction, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the stacked cooler taken along line CC in FIG. Note that the X axis shown in the figure is a stacking direction in which electronic components and a refrigerant flow path, which will be described later, are stacked.
積層型冷却器10は、電子部品12を両面から挟持する冷媒流路14と、各冷媒流路14に冷媒を供給する供給ヘッダ部16と、各冷媒流路14から冷媒を排出する排出ヘッダ部18とを有する。本実施形態の冷媒は、LLC(Long Life Coolant)であるが、本発明はこの構成に限定されず、周知の冷媒を用いることができる。
The stacked
電子部品12は、スイッチングモジュールである。電子部品12は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と電極とを含み、これらを絶縁性の樹脂でモールドして形成される。電子部品12は、積層方向に対して潰れた矩形板状である。本実施形態の自動車は、駆動用のモータを1個有し、このモータに対応するインバータを1個有する。1個のインバータは6個のスイッチングモジュールにより構成されるので、本実施形態の電子部品12は計6個となる。電子部品12は2個を1組にして積層方向に計3組配置される。
The
なお、電子部品12の数及び積層数は一例であって、本発明は電子部品12の数6個及び積層数3組に限定されない。例えば、自動車が駆動用のモータを2個有し、これらのモータにそれぞれ対応するインバータを2個有する場合、各インバータは、6個のスイッチングモジュールによりそれぞれ構成されるので、電子部品12は計12個となる。この場合、電子部品12は2個を1組にして積層方向に計6組配置することができる。
The number of
冷媒流路14はアルミニウム製である。冷媒流路14は積層方向に対して潰れた角筒状である。冷媒流路14は、積層方向に計4個配置される。冷媒流路14の長手方向一端には、冷媒が流れ込む流入口20が形成され、他端には、冷媒が流れ出す流出口22が形成される。流入口20と流出口22とは、冷媒流路14の内部において区画された空間により連通している。
The
供給ヘッダ部16はアルミニウム製である。供給ヘッダ部16は、供給ヘッダ本体部24と供給ヘッダ連通管26とを有する。供給ヘッダ連通管26は、短軸の円筒状である。供給ヘッダ連通管26は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路14に接続される。具体的には、互いの冷媒流路14の流入口20をそれぞれ覆うように接続される。供給ヘッダ連通管26は、積層方向に直線上に並んで計3個配置される。
The
供給ヘッダ本体部24は、供給ヘッダ連通管26よりも長軸の円筒状である。供給ヘッダ本体部24は、供給ヘッダ連通管26と同じ直線上に、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。供給ヘッダ本体部24の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路14に、これの流入口20を覆うように接続される。供給ヘッダ本体部24の他端は、放熱装置(図示せず)に接続される。また、供給ヘッダ本体部24は、積層型冷却器10を収容するケース27(図3に示す)に固定される。
The supply header
排出ヘッダ部18はアルミニウム製である。排出ヘッダ部18は、排出ヘッダ本体部28と排出ヘッダ連通管30とを有する。排出ヘッダ連通管30は、短軸の円筒状である。排出ヘッダ連通管30は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路14に接続される。具体的には、互いの冷媒流路14の流出口22をそれぞれ覆うように接続される。排出ヘッダ連通管30は、積層方向に直線上に並んで計3個配置される。
The
排出ヘッダ本体部28は、排出ヘッダ連通管30よりも長軸の円筒状である。排出ヘッダ本体部28は、排出ヘッダ連通管30と同じ直線上に、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。排出ヘッダ本体部28の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路14に、これの流出口22を覆うように接続される。排出ヘッダ本体部28の他端は、放熱装置(図示せず)に接続される。また、排出ヘッダ本体部28は、積層型冷却器10を収容するケース27に固定される。
The discharge header
本実施形態の積層型冷却器10は、電子部品12を制御する基板32と、供給ヘッダ連通管26及び排出ヘッダ連通管30にそれぞれ接続して、基板32を支持する支持部材34とを有する。
The
この構成により、基板32と、冷媒が流れる供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30が熱的に接続されるので、基板32の冷却性能を高めることができる。また、仮に、積層型冷却器10が車両のトランクアクスル付近に搭載されたとしても、従来技術のように基板がケースから直接支持されていないので、トランクアクスルの熱が基板32に伝達することを防ぐことができる。また、本実施形態においては、従来技術のように基板がケースから直接支持されていないので、ケースから内部側に突出して形成され、基板を支持するベース部のスペースを省略することができ、図3に示されるように、ケース27の体格、特に冷媒流路14の長手方向を小型化することができる。
With this configuration, the
支持部材34はアルミニウム製である。支持部材34は、断面L字状である。支持部材34は、L字状一方の辺の平面を貫通するように形成された孔34aと、L字状他方の辺の端部に、接続対象である供給ヘッダ連通管26及び排出ヘッダ連通管30の外形に対して嵌り合うように形成された接続面34bとを有する。支持部材34は、接続対象である供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30に、それぞれ、積層方向に所定の間隔をあけて2個配置される。なお、本発明は支持部材34の数、計4個に限定されない。
The
支持部材34の上部、すなわち一方の辺の平面上に基板32を載せて、ボルト(図示せず)を、基板32に形成される孔32aと支持部材34の孔34aとに挿入し締め付けることで、基板32と支持部材34が固定される。本実施形態の基板32と支持部材34の固定手段は、ボルトであるが、本発明はこの構成に限定されず、周知の固定手段を用いることができる。
By placing the
冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18と支持部材34とは、それらの各接合部がろう付け、またはかしめにより接合される。そして、積層方向において隣接する冷媒流路14の間に、電子部品12をそれぞれ配置し、これらからなる積層体を積層方向外側から所定圧力で挟みこむことにより、電子部品12が冷媒流路14により挟持される。具体的には、上記所定圧力の挟みこみにより、供給及び排出ヘッダ連通管26,30が積層方向に縮むように塑性変形し、隣接する冷媒流路14の距離が小さくなることで、電子部品12と冷媒流路14とが、積層方向に直交する接触面において密着することができる。
The
さらに、積層体をケース27に組み付ける際に、図4に示されるように、弾性変形させた弾性部材36が、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路14に対して押し当てられる。弾性部材36は、例えば板ばねである。この弾性部材36の復元力により、電子部品12と冷媒流路14との密着が保持される。
Further, when the laminated body is assembled to the
このように、支持部材34の接触面34bと、接続対象である供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30の外形とが、冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18の接合工程において接続されることにより、組み立て工程における手間を省くことができる。
As described above, the
上述のように構成される積層型冷却器10における冷媒の流れについて、図4を用いて説明する。なお、パワーモジュールが動作中であり、電子部品12が発熱している場合について説明する。
The flow of the refrigerant in the stacked cooler 10 configured as described above will be described with reference to FIG. A case where the power module is in operation and the
図示しない放熱装置から供給ヘッダ本体部24に導入される冷媒は、直接または供給ヘッダ連通管26を介して、4個の冷媒流路14にそれぞれ供給される。電子部品12の熱は、冷媒流路14を流れる冷媒に伝達される。電子部品12の熱を受けて温度が上昇した冷媒は、冷媒流路14から、直接または排出ヘッダ連通管30を介して、排出ヘッダ本体部28に流れ込む。このとき、基板32の熱も、支持部材32を介して、供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30を流れる冷媒に伝達される。排出ヘッダ本体部28において合流した冷媒は、放熱装置へ供給され冷却される。そして、放熱装置において冷却された冷媒は、再び供給ヘッダ本体部24に導入される。
The refrigerant introduced into the supply header
本実施形態の積層型冷却器10によれば、基板32がケース27から直接支持されなくなるので、基板32がケース27からの熱の影響を受けにくくなる。また、基板32が支持部材34を介して供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30に接続されるので、基板32の冷却性能を高めることができる。また、支持部材34と、供給ヘッダ連通管26及び排出ヘッダ連通管30との接続が、冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18の接合工程において実現されるので、組み立て工程における手間を省くことができる。さらに、従来技術で採用されたケース27から内側へ突出したベース部のスペースが空くので、その空間を、冷媒流路14の長手方向において小さくするようにケース27の体格を構成することができる。
According to the
本実施形態においては、支持部材34の接続対象が、供給ヘッダ連通管26と排出ヘッダ連通管30である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。冷媒が流れる部材であれば、接続対象が、冷媒流路14、供給ヘッダ部16又は排出ヘッダ部18の少なくとも一つとすることができる。
In the present embodiment, the case where the connection target of the
また、本実施形態においては、冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18と支持部材34とは、アルミニウム製である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。熱伝導性に優れた材質であれば、例えば銅製であってもよい。
In the present embodiment, the
10 積層型冷却器、12 電子部品、14 冷媒流路、16 供給ヘッダ部、18 排出ヘッダ部、20 流入口、22 流出口、24 供給ヘッダ本体部、26 供給ヘッダ連通管、27 ケース、28 排出ヘッダ本体部、30 排出ヘッダ連通管、32 基板、34 支持部材、36 弾性部材。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、
供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、
を有し、
電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、
電子部品を制御する基板と、
冷媒流路、供給ヘッダ部又は排出ヘッダ部の少なくとも一つに接続して、基板を支持する支持部材と、
を有することを特徴とする積層型冷却器。 A refrigerant flow path that sandwiches electronic components from both sides and through which refrigerant flows;
A supply header portion that extends to one side of the stacking direction of the electronic component and the refrigerant flow path and supplies the refrigerant to each refrigerant flow path;
A discharge header portion extending in the same direction as the supply header portion and discharging the refrigerant from each refrigerant flow path;
Have
In a stacked cooler that cools electronic components from both sides,
A substrate for controlling electronic components;
A support member connected to at least one of the refrigerant flow path, the supply header part or the discharge header part to support the substrate;
A laminated cooler characterized by comprising:
支持部材は、接続対象である冷媒流路、供給ヘッダ部又は排出ヘッダ部の外形と嵌り合う接続面を有する、
ことを特徴とする積層型冷却器。 The stacked cooler according to claim 1, wherein
The support member has a connection surface that fits the outer shape of the refrigerant flow path, the supply header part or the discharge header part to be connected,
A laminated cooler characterized by that.
支持部材と、この支持部材の接続対象とは同じ材質であり、ろう付け又はかしめにより接合される、
ことを特徴とする積層型冷却器。 The stacked cooler according to claim 2, wherein
The support member and the connection target of the support member are the same material, and are joined by brazing or caulking.
A laminated cooler characterized by that.
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