JP4218664B2 - 電子部品冷却ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電子部品と該電子部品を冷却するための冷却器とを有する電子部品冷却ユニットに関する。

従来より、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等を構成する電子部品には、大電流が流れるため大きな熱が発生する。そこで、図８に示すごとく、冷却器９３を電子部品９２に接触配置して電子部品９２を冷却する電子部品冷却ユニット９がある（特許文献１参照）。
上記冷却器９３は、冷却媒体９４を流通させる冷媒流路９３０を有しており、該冷媒流路９３０に電子部品９２を接触配置することにより、電子部品９２の熱を冷却媒体９４に放熱して、電子部品９２を冷却するよう構成してある。

冷却媒体９４は、図８に示すごとく、冷媒入口９３３から導入されて冷媒流路９３０を流通し、電子部品９２との間で熱交換を行った後、冷媒出口９３４から排出される。
冷媒流路９３０は、直線状に形成された複数の直線部９３１と、該複数の直線部９３１が角度をもって接続される屈曲部９３２とを有する。そして、この屈曲部９３２においては、冷却媒体９４が冷媒流路９３０の内壁に衝突して乱流が発生する。それ故、屈曲部９３２においては、冷却媒体９４と屈曲部９３２の外部との熱交換効率が高くなる。
しかしながら、図８に示す上記従来の電子部品冷却ユニット９においては、屈曲部９３２に電子部品９２を配置していない。従って、熱交換効率の高い屈曲部９３２を有効利用しておらず、電子部品９２の冷却効率を充分に向上させているとはいえない。

特開２００２−２６２１５号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷却効率に優れた電子部品冷却ユニットを提供しようとするものである。

本発明は、電子部品と該電子部品を冷却するための冷却器とを有する電子部品冷却ユニットであって、
上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有し、
該冷媒流路は、直線状に形成された複数の直線部と、該複数の直線部が角度をもって接続される屈曲部とを有し、
上記直線部は、流路断面積の大きい第１直線部と、該第１直線部よりも流路断面積の小さい第２直線部とからなり、複数の該第２直線部が平行に配置され、各第２直線部の一方の端部において上記第１直線部が当該第２直線部に対し直交するように接続されて上記屈曲部を構成し、全体形状が蛇行した形状となっており、
上記電子部品は、発熱量が互いに異なる複数種類よりなり、最も発熱量の大きい電子部品を上記屈曲部の上流側の上記第１直線部の延長線上に配置してあり、
かつ、上記電子部品は、２つの主面を隣り合う２つの上記第２直線部にそれぞれ接触させていることを特徴とする電子部品冷却ユニットにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電子部品の少なくとも一つは、上記屈曲部に接触配置してある。該屈曲部においては、直線部を直進してきた冷却媒体が冷媒流路の内壁面に衝突して乱流が発生する。そのため、屈曲部においては、冷却媒体と電子部品との熱交換効率が高くなる。
このように、上記電子部品冷却ユニットにおいては、屈曲部に電子部品を配置したことにより、熱交換効率の高い屈曲部を有効利用して、電子部品の冷却効率を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷却効率に優れた電子部品冷却ユニットを提供することができる。

上記電子部品冷却ユニットは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置の一部を構成するものとすることができる。
また、複数の電力変換装置、例えばコンバータとインバータとをそれぞれ構成する電子部品を、一つの冷却器によって冷却するよう構成してもよい。

上記電子部品としては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、パワー集積回路等の半導体素子を内蔵した半導体モジュール、或いは、抵抗器、コンデンサ、リアクトル等がある。
上記電子部品冷却ユニットが上記電子部品を複数個有する場合には、必ずしも全ての電子部品が上記屈曲部に配設される必要はなく、屈曲部以外に配される電子部品があってもよい。

また、上記屈曲部は、上記複数の直線部が略直角に接続されることにより形成されている。
この場合には、上記屈曲部において冷却媒体が充分に乱流状態となり、屈曲部に配置した電子部品の冷却効率をより向上させることができる。

また、上記電子部品の少なくとも一つは、２つの主面を上記冷媒流路に接触させていることが好ましい。
この場合には、電子部品を両主面から冷却することができるため、一層冷却効率を向上させることができる。

また、上記電子部品冷却ユニットは、発熱量が互いに異なる複数種類の上記電子部品を有しており、最も発熱量の大きい電子部品を上記屈曲部に接触配置していることが好ましい。
この場合には、複数種類の電子部品を均一に冷却することができる。即ち、発熱量の大きい電子部品を効率よく冷却することができ、一部の電子部品の偏った温度上昇を防ぐことができる。

また、上記電子部品は、上記屈曲部の上流側の上記直線部の延長線上に配置してあることが好ましい。
この場合には、上記直線部を直進してきた冷却媒体は、上記電子部品の接触した屈曲部の内壁面に衝突するため、電子部品の冷却効率を一層向上させることができる。

また、上記冷媒流路は、流路断面積の大きい上記直線部である第１直線部と該第１直線部よりも流路断面積の小さい上記直線部である第２直線部とを有し、上記電子部品は、上記第１直線部の延長線上に配置してあることが好ましい。
この場合には、流路断面積の大きい第１直線部を直進してきた冷却媒体が、上記電子部品の接触した屈曲部の内壁面に衝突するため、電子部品の冷却効率を一層向上させることができる。即ち、流路断面積の大きい第１直線部を流れる冷却媒体は、流量が多く、流速も速いため、屈曲部の内壁面に衝突したとき、その流れが大きく乱れる。その結果、上記屈曲部に接触配置された上記電子部品との熱交換を効率よく行うことができる。

また、上記電子部品冷却ユニットは、発熱量が互いに異なる複数種類の上記電子部品を有しており、最も発熱量の大きい電子部品を上記屈曲部の上流側の上記直線部の延長線上に配置していることが好ましい。
この場合には、発熱量の大きい電子部品を効率よく冷却することができ、一部の電子部品の偏った温度上昇をより効果的に防ぐことができる。

（参考例１）
本発明の実施例にかかる電子部品冷却ユニットにつき、図１を用いて説明する。
本例の電子部品冷却ユニット１は、図１に示すごとく、電子部品２と該電子部品２を冷却するための冷却器３とを有する。
冷却器３は、内部に冷却媒体４を流通させる冷媒流路３０を有する。
該冷媒流路３０は、直線状に形成された複数の直線部３１と、該複数の直線部３１が角度をもって接続される屈曲部３２とを有する。
そして、電子部品２は上記屈曲部３２に接触配置してある。

また、屈曲部３２は、複数の直線部３１が略直角に接続されることにより形成されている。
電子部品２は、屈曲部３２の上流側の直線部３１の延長線上に配置してある。
また、冷媒流路３０は、流路断面積の大きい直線部３１である第１直線部３１１と該第１直線部３１１よりも流路断面積の小さい直線部３１である第２直線部３１２とを有する。電子部品２は、第１直線部３１１の延長線上に配置してある。

例えば、第２直線部３１２は扁平形状を有する冷却チューブによって構成し、第１直線部３１１は複数の第２直線部３１２を連結する連結管によって構成することができる。そして、本例においては、複数の第２直線部３１２が平行に配置され、各第２直線部３１２の一方の端部において、第１直線部３１１が第２直線部３１２に対して直交するように接続されている。これにより、冷媒流路３０は、図１に示すごとく蛇行した形状を有する。また、電子部品２は、一方の面において冷却器３に接触している。
また、並列配置した複数の第２直線部３１２のうちの両端の第２直線部３１２には、第１直線部３１１の一つとしての冷媒入口３３及び冷媒出口３４が設けてある。

また、上記電子部品２としては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、パワー集積回路等の半導体素子を内蔵した半導体モジュール、或いは、抵抗器、コンデンサ、リアクトル等がある。
また、電子部品冷却ユニット１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置の一部を構成するものとすることができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電子部品２の少なくとも一つは、上記屈曲部３２に接触配置してある。該屈曲部３２においては、直線部３１を直進してきた冷却媒体４が冷媒流路３０の内壁面に衝突して乱流が発生する。そのため、屈曲部３２においては、冷却媒体４と電子部品２との熱交換効率が高くなる。
このように、上記電子部品冷却ユニット１においては、屈曲部３２に電子部品２を配置したことにより、熱交換効率の高い屈曲部３２を有効利用して、電子部品２の冷却効率を向上させることができる。

また、屈曲部３２は、複数の直線部３１が略直角に接続されることにより形成されている。そのため、屈曲部３２において冷却媒体４が充分に乱流状態となり、屈曲部３２に配置した電子部品２の冷却効率をより向上させることができる。
また、電子部品２は、屈曲部３２の上流側の直線部３１の延長線上に配置してある。
この場合には、直線部３１を直進してきた冷却媒体４は、電子部品２の接触した屈曲部３２の内壁面に衝突するため、電子部品２の冷却効率を一層向上させることができる。

また、電子部品２は、流路断面積の大きい第１直線部３１１の延長線上に配置してある。そのため、流路断面積の大きい第１直線部３１１を直進してきた冷却媒体３が、電子部品２の接触した屈曲部３２の内壁面に衝突するため、電子部品２の冷却効率を一層向上させることができる。即ち、流路断面積の大きい第１直線部を流れる冷却媒体４は、流量が多く、流速も速いため、屈曲部３２の内壁面に衝突したとき、その流れが大きく乱れる。その結果、屈曲部３２に接触配置された電子部品２との熱交換を効率よく行うことができる。

以上のごとく、本例によれば、冷却効率に優れた電子部品冷却ユニットを提供することができる。

（参考例２）
本例は、図２に示すごとく、電子部品２の２つの主面２１を冷媒流路３０に接触させた電子部品冷却ユニット１の例である。
その他は、参考例１と同様である。
本例の場合には、電子部品２を両主面２１から冷却することができるため、一層冷却効率に優れた電子部品冷却ユニット１を得ることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（実施例１）
本例は、図３に示すごとく、発熱量が互いに異なる２種類の電子部品２ａ、２ｂを有しており、発熱量の大きい方の電子部品２ａを屈曲部３２の上流側の直線部３１の延長線上に接触配置した電子部品冷却ユニット１の例である。
また、電子部品２ａは、流路断面積の大きい第１直線部３１１の延長線上に配置してある。
また、発熱量の小さい方の電子部品２ｂは、屈曲部３２の上流側の直線部３１の延長線上とは異なる部分において、冷媒流路３０に接触している。
その他は、参考例２と同様である。

本例の場合には、２種類の電子部品２ａ、２ｂを均一に冷却することができる。即ち、発熱量の大きい電子部品２ａを効率よく冷却することができ、一部の電子部品２ａの偏った温度上昇を防ぐことができる。
また、直線部３１を直進してきた冷却媒体４は、電子部品２の接触した屈曲部３２の内壁面に衝突するため、電子部品２の冷却効率を一層向上させることができる。

また、流路断面積の大きい第１直線部３１１を直進してきた冷却媒体４が、上記電子部品２ａの接触した屈曲部３２の内壁面に衝突するため、電子部品２ａの冷却効率を一層向上させることができる。即ち、流路断面積の大きい第１直線部３１１を流れる冷却媒体４は、流量が多く、流速も速いため、屈曲部３２の内壁面に衝突したとき、その流れが大きく乱れる。その結果、上記屈曲部３２に接触配置された上記電子部品２ａとの熱交換を効率よく行うことができる。
その他、参考例２と同様の作用効果を有する。

（参考例３）
本例は、図４に示すごとく、並列配置された複数種類の第２直線部３１２の両端部を第１直線部３１１によって接続した形状の冷媒流路３０を有する冷却器３を用いた電子部品冷却ユニット１の例である。
本例の電子部品冷却ユニット１は、２つの主面２１を冷媒流路３０に接触させて配置した両面冷却電子部品２０１と、一方の主面２１を冷媒流路３０に接触させて配置した片面冷却電子部品２０２とを有し、該片面冷却電子部品２０２は屈曲部３２に接触配置してある。

即ち、両面冷却電子部品２０１は、隣り合う第２直線部３１２に２つの主面２１を接触させるようにして配置してある。また、片面冷却電子部品２０２は、冷媒入口３３を設けた第１直線部３１１と冷媒入口３３から最も遠い第２直線部３１２との接続部である屈曲部３２に接触配置してある。そして、該片面冷却電子部品２０２は、屈曲部３２の上流側の第１直線部３１１の延長線上に配置してある。

また、両面冷却電子部品２０１と片面冷却電子部品２０２とは、互いに異なる電力変換装置を構成する半導体モジュールとすることができる。即ち、両面冷却電子部品２０１を比較的発熱量の大きいインバータ用の半導体モジュールとし、片面冷却電子部品２０２を比較的発熱量の小さいコンバータ用の半導体モジュールとすることができる。
その他は、参考例１と同様である。

本例の場合には、電子部品の配置を容易に行うことができると共に、電子部品の冷却効率を向上させることができる。即ち、配線等の関係上、一部の電子部品については一方の主面のみを冷媒流路３０に接触させて配置する必要がある場合もある。かかる場合、片面冷却電子部品２０２の冷却効率を確保するために、上記のごとく、片面冷却電子部品２０２を屈曲部３２に接触配置することにより、冷却効率を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（参考例４）
本例は、図５に示すごとく、冷媒入口３３及び冷媒出口３４から最も遠い第２直線部３１２と２つの第１直線部３１１との接続部である２つの屈曲部３２に、それぞれ片面冷却電子部品２０２ａ、２０２ｄを接触配置した例である。
そして、冷媒入口３３を設けた第１直線部３１１が上流側に配された屈曲部３２に、発熱量の大きい片面冷却電子部品２０２ａが接触配置され、冷媒出口３４を設けた第１直線部３１１が下流側に配された屈曲部３２に、発熱量の小さい片面冷却電子部品２０２ｄが接触配置されている。そして、発熱量の大きい片面冷却電子部品２０２ａは、屈曲部３２の上流側の第１直線部３１１の延長線上に配置してある。
その他は、参考例３と同様である。

本例の場合には、発熱量の大きい片面冷却電子部品２０２ａを効率よく冷却することができ、一部の片面冷却電子部品２０２ａの偏った温度上昇を防ぐことができる。
その他、参考例３と同様の作用効果を有する。

（参考例５）
本例は、図６に示すごとく、冷媒入口３３及び冷媒出口３４から最も遠い第２直線部３１２における、冷媒入口３３及び冷媒出口３４から遠い側の面に、発熱量が互いに異なる複数種類の片面冷却電子部品２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを接触配置した例である。片面冷却電子部品２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、この順に発熱量が大きい。

そして、片面冷却電子部品２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを、冷却媒体４の流通方向に沿って上流側から順に配置している。
最も上流側の片面冷却電子部品２０２ａは、屈曲部３２の上流側における第１直線部３１１の延長線上に配置してある。
その他は、参考例４と同様である。

本例の場合には、発熱量の大きい片面冷却電子部品２０２ほど効率よく冷却することができ、片面冷却電子部品２０２の温度上昇を均一に抑制することができる。
その他、参考例４と同様の作用効果を有する。

（参考例６）
本例は、図７に示すごとく、冷媒流路３０の複数の屈曲部３２に、一つの電子部品２０３を配置した例である。
即ち、冷媒流路３０の一部に上記電子部品２０３を接触配置し、該電子部品２０３が接触した領域において、冷媒流路３０の屈曲部３２を６個設けている。
上記電子部品２０３としては、例えばリアクトル等がある。
その他は、参考例１と同様である。

本例の場合には、冷却効率の高い複数の屈曲部３２を電子部品２０３に接触させるため、電子部品２０３の冷却効率を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

なお、電子部品は、冷媒流路に直接接触させてもよいし、冷媒流路との間に熱伝導性の高い金属部材等を介在させてもよい。

参考例１における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 参考例２における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 実施例１における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 参考例３における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 参考例４における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 参考例５における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 参考例６における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。 従来例における、電子部品冷却ユニットの断面説明図。

符号の説明

１ 電子部品冷却ユニット
２ 電子部品
２０１ 両面冷却電子部品
２０２ 片面冷却電子部品
３ 冷却器
３０ 冷媒流路
３１ 直線部
３１１ 第１直線部
３１２ 第２直線部
３２ 屈曲部
４ 冷却媒体

Claims (3)

1. 電子部品と該電子部品を冷却するための冷却器とを有する電子部品冷却ユニットであって、
   上記冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有し、
   該冷媒流路は、直線状に形成された複数の直線部と、該複数の直線部が角度をもって接続される屈曲部とを有し、
   上記直線部は、流路断面積の大きい第１直線部と、該第１直線部よりも流路断面積の小さい第２直線部とからなり、複数の該第２直線部が平行に配置され、各第２直線部の一方の端部において上記第１直線部が当該第２直線部に対し直交するように接続されて上記屈曲部を構成し、全体形状が蛇行した形状となっており、
   上記電子部品は、発熱量が互いに異なる複数種類よりなり、最も発熱量の大きい電子部品を上記屈曲部の上流側の上記第１直線部の延長線上に配置してあり、
   かつ、上記電子部品は、２つの主面を隣り合う２つの上記第２直線部にそれぞれ接触させていることを特徴とする電子部品冷却ユニット。
2. 請求項１において、上記電子部品は、発熱量が互いに異なる２種類の上記電子部品よりなり、発熱量の大きい方の電子部品を上記屈曲部の上流側の上記第１直線部の延長線上に配置してあり、発熱量の小さい方の電子部品を上記屈曲部の上流側の上記第１直線部の延長線上とは異なる位置に配置してあることを特徴とする電子部品冷却ユニット。
3. 請求項１又は２において、上記第２直線部は、偏平形状を有する冷却チューブよりなり、上記第１直線部は上記第２直線部を連結する連結管よりなることを特徴とする電子部品冷却ユニット。

Images