JP4667817B2 - 発熱体の冷却構造 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車用二次電池やインバーター、半導体装置などの発熱体の冷却に適した冷却構造に関する。
従来の発熱体の冷却構造は、図３に示すように、発熱体（半導体装置）２１を冷却ブロック２２に押圧して冷却する構造であり、前記押圧力は、ねじ２３締結により生じる縦方向（ねじの軸方向）の押圧力を、傾斜面が相互に接触する２個の楔状放熱ブロック２４、２５により横方向に変換して発生させている（特許文献１）。図３で、２６は絶縁基板、２７は冷却水である。
前記従来の冷却構造は、ねじ２３の緩みで、押圧力が経時的に低下するため、ねじ２３を定期的に締め直す必要があり、管理に手間を要した。
本発明は、発熱体と冷却体間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる冷却構造の提供を目的とする。
本発明は、発熱体と冷却体間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる冷却構造の提供を目的とする。
請求項１記載発明は、複数の楔状冷却体が頭部（幅広側）を一方に向け、間隙を設けて並列配置されており、前記間隙に、楔状発熱体が頭部を他方に向け、前記冷却体と傾斜面を相互に接触させて配置されており、前記冷却体または発熱体の少なくとも一つの頭部が弾性部材により、その足部（幅狭側）方向に押圧されていることを特徴とする発熱体の冷却構造である。
請求項２記載発明は、複数の楔状冷却体が頭部（幅広側）を一方に向け、間隙を設けて並列配置されており、前記間隙に、楔状複合発熱体が頭部を他方に向け、前記冷却体と傾斜面を相互に接触させて配置されており、前記冷却体または発熱体の少なくとも一つの頭部が弾性部材により、その足部（幅狭側）方向に押圧されていることを特徴とする発熱体の冷却構造である。
請求項３記載発明は、前記楔状複合発熱体が、断面四角形の発熱体の冷却体に対向する面に楔状の伝熱部材を一体に設けて形成されていることを特徴とする請求項２記載の発熱体の冷却構造である。
請求項４記載発明は、前記伝熱部材が、楔状の熱伝導性金属部材を芯材とし、前記芯材の冷却体に対向する面に熱伝導性軟質材を被覆して形成されていることを特徴とする請求項３記載の発熱体の冷却構造である。
請求項５記載発明は、前記発熱体が二次電池であり、前記弾性部材が前記二次電池の電極で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発熱体の冷却構造である。
請求項１記載発明は、頭部（幅広側）を一方に向け、間隙を設けて並列配置された複数の楔状冷却体の前記間隙に、楔状発熱体が頭部を他方に向け、前記冷却体と傾斜面を相互に接触させて配置され、前記冷却体または発熱体の少なくとも一方の頭部を弾性部材により、その足部（幅狭側）方向に押圧して両者の密着性を楔効果により高めた発熱体の冷却構造であり、前記弾性部材は、従来のねじ締結におけるような緩みが生じないため、発熱体と冷却体間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる。
請求項２記載発明は、請求項１記載発明における楔状発熱体に代えて楔状複合発熱体を用いたもので、前記複合発熱体は、非楔状発熱体に楔状伝熱部材を一体に設けて全体の形状を楔状にしたものである。この冷却構造においても請求項１記載発明と同様に、複合発熱体と冷却体間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる。
請求項３記載発明は、前記楔状複合発熱体が、断面四角形の発熱体の冷却体と対向する面に楔状の伝熱部材を一体に設けて形成された冷却構造である。この冷却構造においても請求項１記載発明と同様に、発熱体と冷却体間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる。
請求項４記載発明は、前記伝熱部材の冷却体と対向する面に熱伝導性軟質材を被覆した冷却構造であり、この冷却構造では、前記伝熱部材と冷却体の接触面に隙間があっても、前記熱伝導性軟質材が押圧力により変形して前記隙間を埋めるので、両者間の熱伝達が良好になされる。
請求項５記載発明は、二次電池（発熱体）の電極を弾性部材に兼用した冷却構造であり、この冷却構造では弾性部材を作製する必要がなく、部品数およびコストを削減できる。
以下に本発明を図を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の冷却構造の第１の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）図（イ）のＡ−Ａ断面図である。
なお本発明を説明する全図において、同一符号の繰り返しの説明は省略する。
楔状の複数の冷却体１が頭部１ａ（幅広側）を下方に向け、間隙２を設けて並列配置されており、間隙２に、楔状発熱体（インバーター）３が頭部３ａを上方に向け、その傾斜面３ｂを冷却体１の傾斜面１ｂに接触させて配置されており、発熱体３の頭部３ａが、圧縮状態のＳ字状板ばね４により足部（幅狭側）３ｃ方向に押圧されている。
発熱体３への給電は外部端子（図示せず）と電気接続されたバスバー５からリード（図示せず）を介してなされる。バスバー５は筐体６床面に立設されたポスト７にボルト８で固定されている。図１で、１ｃは冷却体１の足部、６ａは筐体６の蓋、９は冷却水路、９ａは給水口、９ｂは排水口である。
図１は本発明の冷却構造の第１の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）図（イ）のＡ−Ａ断面図である。
なお本発明を説明する全図において、同一符号の繰り返しの説明は省略する。
楔状の複数の冷却体１が頭部１ａ（幅広側）を下方に向け、間隙２を設けて並列配置されており、間隙２に、楔状発熱体（インバーター）３が頭部３ａを上方に向け、その傾斜面３ｂを冷却体１の傾斜面１ｂに接触させて配置されており、発熱体３の頭部３ａが、圧縮状態のＳ字状板ばね４により足部（幅狭側）３ｃ方向に押圧されている。
発熱体３への給電は外部端子（図示せず）と電気接続されたバスバー５からリード（図示せず）を介してなされる。バスバー５は筐体６床面に立設されたポスト７にボルト８で固定されている。図１で、１ｃは冷却体１の足部、６ａは筐体６の蓋、９は冷却水路、９ａは給水口、９ｂは排水口である。
この冷却構造では、押圧力を弾性部材のＳ字状板ばね４により発生させており、弾性部材では、従来のねじ締結のような経時的緩みが生じないため、楔状発熱体３と冷却体１間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる
前記冷却体１には、熱伝導性に優れる銅系、アルミ系などの金属或いは合金で形成された、内部に通水路を有する楔状容器が用いられる。
前記弾性部材には、板ばね４の他、コイルばねなど任意の弾性部材が使用できる。
材料には、ばね性に優れる鉄系、銅系、アルミ系などの合金が用いられる。
材料には、ばね性に優れる鉄系、銅系、アルミ系などの合金が用いられる。
図２は本発明の冷却構造の第２の実施形態を示す（イ）縦断面図および（ロ）複合発熱体部分の斜視図である。
楔状の複数の冷却体１が頭部１ａ（幅広側）を下方に向け、間隙２を設けて並列配置されており、間隙２に、楔状の複合発熱体１３が頭部１３ａを上方に向け、その傾斜面１３ｂを冷却体１の傾斜面１ｂに接触させて配置されている。
前記複合発熱体１３は、縦断面四角形（直方体）の鉛蓄電池（発熱体）１４の両側面（冷却体に対向する面）に楔状の伝熱部材１５が一体に設けられて全体が楔状に形成されたものである。
楔状の複数の冷却体１が頭部１ａ（幅広側）を下方に向け、間隙２を設けて並列配置されており、間隙２に、楔状の複合発熱体１３が頭部１３ａを上方に向け、その傾斜面１３ｂを冷却体１の傾斜面１ｂに接触させて配置されている。
前記複合発熱体１３は、縦断面四角形（直方体）の鉛蓄電池（発熱体）１４の両側面（冷却体に対向する面）に楔状の伝熱部材１５が一体に設けられて全体が楔状に形成されたものである。
この冷却構造では、複合発熱体１３の頭部１３ａが、鉛蓄電池１４の圧縮状態のＳ字状電極１４ａにより足部（幅狭側）１３ｃ方向に押圧されており、複合発熱体１３と冷却体１とは楔効果により、その各々の傾斜面１３ｂ、１ｂが相互に強固に密着して、複合発熱体１３は冷却体１により効率良く冷却される。
弾性部材のＳ字状電極１４aは、従来のねじ締結におけるような緩みが生じないため、複合発熱体１３と冷却体１間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる。
弾性部材のＳ字状電極１４aは、従来のねじ締結におけるような緩みが生じないため、複合発熱体１３と冷却体１間の押圧力維持に手間を要さずに、良好な冷却効果が安定して得られる。
S字状電極１４ａは、前述のように複合発熱体１３をその足部１３ｃに向け押圧するとともに、一端が鉛蓄電池１４の内部回路（図示せず）に電気接続され、他端がバスバー５に電気接続されていてリードとしての役目も果たす。バスバー５は筐体６床面に立設されたポスト７にボルト８で固定され、外部端子（図示せず）と電気接続される。S字状電極１４ａには、ばね性と熱伝導性に優れる銅系或いはアルミ系などの合金が使用される。
伝熱部材１５に、炭素粉を混合したゴムシートや錫などの熱伝導性軟質材からなる部材、銅系或いはアルミ系の金属（合金）芯材に前記熱伝導性軟質材をコーティングした部材などを用いると、複合発熱体１３と冷却体１の間に隙間があっても前記熱伝導性軟質材が変形して前記隙間を埋めるので両者間の熱伝達が良好になされる。
以上、発熱体がインバーターまたは鉛蓄電池の場合について説明したが、本発明は半導体装置など他の発熱体に対しても同様の効果が得られる。
１ 楔状冷却体
１ａ 楔状冷却体の頭部
１ｂ 楔状冷却体の傾斜面
１ｃ 楔状冷却体の足部
２ 間隙
３ 楔状発熱体（インバーター）
３ａ 楔状発熱体の頭部
３ｂ 楔状発熱体の傾斜面
３ｃ 楔状発熱体の足部
４ Ｓ字状板ばね
５ バスバー
６ 筐体
６ａ 筐体の蓋
７ ポスト
８ ボルト
９ 冷却水路
９ａ 給水口
９ｂ 排水口
１３ 楔状複合発熱体
１３ａ楔状複合発熱体の頭部
１３ｂ複合発熱体の傾斜面
１３ｃ複合発熱体の足部
１４ 鉛蓄電池（発熱体）
１４ａ鉛蓄電池のＳ字状に形成された電極
１５ 伝熱部材
２１ 発熱体（半導体装置）
２２ 冷却ブロック
２３ ねじ
２４、２５ 放熱ブロック
２６ 絶縁基板
２７ 冷却水
１ａ 楔状冷却体の頭部
１ｂ 楔状冷却体の傾斜面
１ｃ 楔状冷却体の足部
２ 間隙
３ 楔状発熱体（インバーター）
３ａ 楔状発熱体の頭部
３ｂ 楔状発熱体の傾斜面
３ｃ 楔状発熱体の足部
４ Ｓ字状板ばね
５ バスバー
６ 筐体
６ａ 筐体の蓋
７ ポスト
８ ボルト
９ 冷却水路
９ａ 給水口
９ｂ 排水口
１３ 楔状複合発熱体
１３ａ楔状複合発熱体の頭部
１３ｂ複合発熱体の傾斜面
１３ｃ複合発熱体の足部
１４ 鉛蓄電池（発熱体）
１４ａ鉛蓄電池のＳ字状に形成された電極
１５ 伝熱部材
２１ 発熱体（半導体装置）
２２ 冷却ブロック
２３ ねじ
２４、２５ 放熱ブロック
２６ 絶縁基板
２７ 冷却水
Claims (5)
- 複数の楔状冷却体が頭部（幅広側）を一方に向け、間隙を設けて並列配置されており、前記間隙に、楔状発熱体が頭部を他方に向け、前記冷却体と傾斜面を相互に接触させて配置されており、前記冷却体または発熱体の少なくとも一つの頭部が弾性部材により、その足部（幅狭側）方向に押圧されていることを特徴とする発熱体の冷却構造。
- 複数の楔状冷却体が頭部（幅広側）を一方に向け、間隙を設けて並列配置されており、前記間隙に、楔状複合発熱体が頭部を他方に向け、前記冷却体と傾斜面を相互に接触させて配置されており、前記冷却体または発熱体の少なくとも一つの頭部が弾性部材により、その足部（幅狭側）方向に押圧されていることを特徴とする発熱体の冷却構造。
- 前記楔状複合発熱体が、断面四角形の発熱体の冷却体に対向する面に楔状の伝熱部材を一体に設けて形成されていることを特徴とする請求項２記載の発熱体の冷却構造。
- 前記伝熱部材が、楔状の熱伝導性金属部材を芯材とし、前記芯材の冷却体に対向する面に熱伝導性軟質材を被覆して形成されていることを特徴とする請求項３記載の発熱体の冷却構造。
- 前記発熱体が二次電池であり、前記弾性部材が前記二次電池の電極で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発熱体の冷却構造。
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