JP2013045914A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 強制空冷式の冷却装置において、冷却性能を維持しながら、冷却装置のサイズを小さくすることが可能な技術を提供する。
【解決手段】 本明細書は、発熱素子回路を有するパワー半導体モジュールを冷却する冷却装置を開示する。その冷却装置は、上面に発熱素子回路が密着して載置されるヒートシンクと、ヒートシンクの下面に形成されたフィンと、ヒートシンクの下方に設けられたブロワを備えている。その冷却装置では、フィンが発熱素子回路の直下に配置されている。その冷却装置では、ブロワがフィンの側方に配置されている。
【選択図】図１

Description

本明細書は、パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置に関する。

ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電動車両においては、バッテリから供給される直流電力をインバータ装置によって交流電力に変換し、これにより交流モータを回転させて、駆動力を生成する。インバータ装置を構成するスイッチング素子としては、ＩＧＢＴや還流ダイオードと呼ばれるダイオードが用いられる。これらの素子には大電流が流れるため、電気抵抗は小さいものの発熱量が大きい。そのため、これらの素子は発熱素子と呼ばれることがある。本明細書でも、ＩＧＢＴなどの発熱量の大きいスイッチング素子を発熱素子と称する。発熱に伴ってこれらの素子が高温となり過ぎると、素子の熱破壊を招いてしまう。

インバータ装置のようなパワー半導体モジュールを過熱による熱破壊から保護するために、ブロワ（ファン）によってインバータ装置に冷却用空気を送風する、強制空冷式の冷却装置が用いられている。このような強制空冷式の冷却装置が、例えば特許文献１に記載されている。

国際公開第２００８／０３２５４２号パンフレット

パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置のサイズは、小さいことが好ましい。特に、パワー半導体モジュールが電動車両に搭載される場合には、搭載可能なスペースの制約から、冷却装置の高さ方向のサイズを極力小さくすることが好ましい。しかしながら、フィンやブロワを小さくしてしまうと、冷却装置の冷却性能が低下してしまう。冷却性能を維持しながら、冷却装置のサイズをより小さくすることが可能な技術が期待されている。

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、強制空冷式の冷却装置において、冷却性能を維持しながら、冷却装置のサイズを小さくすることが可能な技術を提供する。

本明細書は、発熱素子回路を有するパワー半導体モジュールを冷却する冷却装置を開示する。その冷却装置は、上面に発熱素子回路が密着して載置されるヒートシンクと、ヒートシンクの下面に形成されたフィンと、ヒートシンクの下方に設けられたブロワを備えている。その冷却装置では、フィンが発熱素子回路の直下に配置されている。その冷却装置では、ブロワがフィンの側方に配置されている。

上記の冷却装置では、ブロワがフィンの側方に配置されている。なお、ここでいう「フィンの側方」とは、フィンから見て、フィンの伝熱面に対して直交する方向を意味する。この場合、例えばヒートシンクの下面にＵ字型の空気通路を形成することで、ブロワにより送風される冷却用空気をフィンに沿って流すことができる。このような構成とすることによって、ヒートシンクの下面でフィンが形成されていない箇所をデッドスペースとすることなく、有効に活用することができ、冷却装置のサイズを小さくすることができる。

上記の冷却装置では、ヒートシンクの下面に取り付けられる片面のブロワケースによってブロワが収容されており、ブロワがヒートシンクの下方から空気を吸入するように配置されていることが好ましい。

上記の冷却装置では、ブロワを片面のブロワケースで収容している。このような構成とすることで、ブロワが取り付けられる箇所の高さ方向の寸法を、フィンを収容するフィンケースの高さ方向の寸法とほぼ同じとすることができる。ブロワを両面のブロワケースで収容する場合にくらべて、冷却装置の高さ方向のサイズを小さくすることができる。また、ブロワを片面のブロワケースで収容することにより、ブロワによってブロワケースの内部に吸入された冷却用空気が、ヒートシンクの下面に直接触れるので、冷却装置の冷却能力を向上することができる。さらに、ブロワを両面のブロワケースで収容する場合に比べて、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

上記の冷却装置は、ヒートシンクが押出し成形によって製造されていることが好ましい。

ヒートシンクをダイカスト成形ではなく、押出し成形によって製造すると、フィンのフィンピッチを狭く形成することができる。上記の冷却装置によれば、フィンにおける熱交換効率を向上して、冷却能力を向上することができる。

本明細書が開示する技術によれば、強制空冷式の冷却装置において、冷却性能を維持しながら、冷却装置のサイズを小さくすることができる。

実施例１の冷却装置１０の外観を示す斜視図である。 実施例１の冷却装置１０の底面図である。 実施例１の冷却装置１０の図２のIII−III断面で見た縦断面図である。

（実施例１）
図１−図３は、実施例１の冷却装置１０の構成を示している。冷却装置１０は、パワー半導体モジュール２を冷却するために用いられる。本実施例では、冷却装置１０およびパワー半導体モジュール２は、ハイブリッド車両のリアユニットに組み込まれて使用される。本実施例のパワー半導体モジュール２は、ハイブリッド車両のモータジェネレータとバッテリの間で電力を変換するインバータ装置の一部である。パワー半導体モジュール２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子といった発熱量の大きな発熱素子回路４と、制御用ＩＣといった発熱量の小さな非発熱素子回路６を備えている。

冷却装置１０は、ヒートシンク１２を備えている。ヒートシンク１２の上面には、発熱素子回路４と非発熱素子回路６がそれぞれ密着して載置されている。ヒートシンク１２の下面には、冷却用空気との熱交換によって放熱するフィン１４が形成されている。フィン１４は互いに平行に直線状に伸びる複数の凸条により構成されている。フィン１４は、発熱素子回路４の直下に配置されている。ヒートシンク１２は、アルミニウム製であって、押出し成形によって製造される。

ヒートシンク１２の下面には、フィン１４を覆うように、フィンケース１６が取り付けられている。フィンケース１６は、樹脂製であって、射出成形によって製造される。フィンケース１６は、ボルト１６ａを介してヒートシンク１２の下面に固定されている。フィンケース１６の内部には、フィンケース１６の内面と、ヒートシンク１２の下面と、フィン１４の外面により区画された複数の空気通路が形成される。フィンケース１６の内部の空気通路の端部には、空気吐出口１６ｂが形成される。

ヒートシンク１２の下面において、フィン１４の側方の、フィン１４が形成されていない箇所に、ブロワ１８を収容したブロワケース２０が取り付けられている。ブロワ１８はブロワケース２０に回転可能に支持されている。ブロワケース２０は、樹脂製であって、射出成形によって製造される。ブロワケース２０は、ボルト２０ａを介してヒートシンク１２に固定されている。ブロワケース２０の内部には、ブロワケース２０の内面と、ヒートシンク１２の下面により区画された空気通路が形成される。ブロワケース２０の下面には、ブロワ１８と対向するように、空気吸入口２０ｂが形成されている。

ヒートシンク１２の下面には、ダクトケース２２が取り付けられている。ダクトケース２２は、樹脂製であって、射出成形によって製造される。ダクトケース２２は、ボルト２２ａを介してヒートシンク１２に固定されている。ダクトケース２２の内部には、ダクトケース２２の内面と、ヒートシンク１２の下面により区画された空気通路が形成される。ダクトケース２２の内部の空気通路によって、フィンケース１６の内部の空気通路と、ブロワケース２０の内部の空気通路が連通している。図２に示すように、ヒートシンク１２の下面には、ブロワケース２０、ダクトケース２２、フィンケース１６によって、Ｕ字型の空気通路が形成される。

冷却装置１０の動作について説明する。発熱素子回路４が発熱して高温となると、その熱はヒートシンク１２へ伝達する。この際に、ブロワ１８を回転駆動することにより、空気吸入口２０ｂを介して、冷却装置１０の下方からブロワケース２０の内部に、冷却用空気が吸入される。ブロワケース２０の内部に吸入された空気は、ダクトケース２２の内部を通って、フィンケース１６の内部に流れ込む。フィンケース１６の内部に流れ込んだ空気は、フィン１４と熱交換した後、空気吐出口１６ｂから排出される。これによって、ヒートシンク１２が冷却されて、発熱素子回路４が冷却される。

本実施例の冷却装置１０では、ヒートシンク１２の下面において、フィン１４の側方にブロワ１８が配置されている。このような構成とすることで、ヒートシンク１２の下面でフィン１４が形成されていない箇所をデッドスペースとすることなく、有効に活用することができる。ブロワ１８をこのように配置することによって、冷却装置１０のサイズを小さくすることができる。

本実施例の冷却装置１０では、ブロワ１８を片面のブロワケース２０で収容しており、ブロワ１８がヒートシンク１２の下方から空気を吸入するように配置されている。このような構成とすることで、ブロワ１８が取り付けられる箇所の高さ方向の寸法を、フィンケース１６の高さ方向の寸法とほぼ同じとすることができる。ブロワ１８を両面のブロワケースで収容する場合に比べて、冷却装置１０の高さ方向のサイズを小さくすることができる。また、ブロワ１８を片面のブロワケース２０で収容することにより、ブロワ１８によってブロワケース２０の内部に吸入された冷却用空気が、ヒートシンク１２の下面に直接触れるので、冷却装置１０の冷却能力を向上することができる。さらに、ブロワ１８の両面をブロワケースで収容する場合に比べて、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。

本実施例の冷却装置１０では、ヒートシンク１２の形状が簡素化されているため、ダイカスト成形ではなく、押出し成形によってヒートシンク１２を製造することができる。これにより、フィン１４のフィンピッチを狭く形成することができる。フィン１４における熱交換効率を向上することができ、冷却装置１０の冷却能力を向上することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ パワー半導体モジュール
４ 発熱素子回路
６ 非発熱素子回路
１０ 冷却装置
１２ ヒートシンク
１４ フィン
１６ フィンケース
１６ａ ボルト
１６ｂ 空気吐出口
１８ ブロワ
２０ ブロワケース
２０ａ ボルト
２０ｂ 空気吸入口
２２ ダクトケース
２２ａ ボルト

Claims (3)

1. 発熱素子回路を有するパワー半導体モジュールを冷却する冷却装置であって、
   上面に発熱素子回路が密着して載置されるヒートシンクと、
   ヒートシンクの下面に形成されたフィンと、
   ヒートシンクの下方に設けられたブロワを備えており、
   フィンが発熱素子回路の直下に配置されており、
   ブロワがフィンの側方に配置されている冷却装置。
2. ヒートシンクの下面に取り付けられる片面のブロワケースによってブロワが収容されており、
   ブロワがヒートシンクの下方から空気を吸入するように配置されている請求項１の冷却装置。
3. ヒートシンクが押出し成形によって製造されている請求項１または２の冷却装置。

Images