JP5439933B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本願発明は、電力変換装置などに搭載される冷却装置に関する。

電力変換装置などに搭載される冷却装置として図４のような構造のものがある。図５は図４に示す冷却装置１００の平面図、図６は図５に示す冷却装置１００のＢ−Ｂ線断面図を表している。図４〜図６に示す冷却装置においては、発熱体１５の発する熱がフィン１８ａを介して冷却器２１内を流れる冷媒に放熱される。また、特許文献１で開示された従来技術では、内部に冷却水の水路を有する金属性のベース板と、当該ベース板の上面に半導体チップが搭載された絶縁基板とを備える冷却器において、半導体チップが搭載される部位に対応するベース板の上面部が傾斜面を有する構造が開示されている。

特開２００２−３４３９０９号公報

しかしながら、図４〜図６で示された構造において、冷却装置１００を小型化したいという要望がある。また、特許文献１で開示された従来技術においては、半導体チップが搭載される傾斜面が冷却水入口に対して上方に位置しているため、傾斜面の周辺に供給される冷却水が循環しにくく、半導体チップの冷却効率が悪くなるという問題があった。

本願発明は上記課題を解決するためになされたもので、冷却装置の小型化を図るとともに発熱部材の冷却効率を向上させることを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の本願発明は、底部と、前記底部から垂直方向に延設される側部と、前記側部から延設される上部と、からなる中空状の冷却器を備えた冷却装置であって、前記上部は、前記底部に対して傾斜し、発熱部材が搭載される傾斜部と、前記傾斜部から延設され、前記発熱部材よりも高さが大きい磁性部品が固定される水平部とからなり、
前記側部には冷媒を冷却器内部に流入するための冷媒流入口と冷媒を冷却器内部から排出するための冷媒排出口が設けられ、前記傾斜部は、前記冷媒流入口および冷媒排出口に対向することを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、冷媒流入口および冷媒排出口と発熱部材が搭載される傾斜部とは対向しているため、冷却器における冷媒流入方向の小型化を実現できるとともに発熱部材が搭載される傾斜部に供給される冷媒を効率よく循環させることができるため発熱部材の冷却効率を向上させることができる。
ここで、本発明でいう「対向」とは、互いに向かい合うことに相当し、一方に対し他方が傾斜している場合も含まれる。すなわち、例えば、「ＡはＢに対向する」とは、Ａの一端から垂直方向に延びる第１の仮想線と前記一端とは対角線上に位置するＡの他端から垂直方向に延びる第２の仮想線との間にＢが存在する状態のことをいう。

また、冷却器の上流側で発熱部材を冷却することができ、更に発熱部材の冷却効率を向上させることができる。

本発明によれば、発熱部材を冷却する冷却装置の小型化を図るとともに発熱部材の冷却効率を向上することを可能とする。

実施の形態における冷却装置の斜視図である。 実施の形態におけるカバーを固定後の冷却装置の平面図である。 実施の形態におけるカバーを固定後の冷却装置のＡ−Ａ線断面図である。 従来技術における冷却装置の斜視図である。 従来技術におけるカバーを固定後の冷却装置の平面図である。 従来技術におけるカバーを固定後の冷却装置のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は本発明の実施の形態に係る冷却装置１０の斜視図を示す図である。一方、図２は本発明の実施の形態に係るカバー１４を固定後の冷却装置１０の平面図である。
図２に示すようにカバー１４は平面視矩形状であり、冷却装置１０は冷却器１１とカバー１４とから構成されている。冷却器１１とカバー１４とは図示しないネジでネジ止め固定される。
冷却器１１は、底部１１０と、第１〜第４の側部（１１１ａ〜１１１ｄ）と、上部１１２とから構成されており、放熱性の良い金属、具体的には、アルミニウムにより形成されている。冷却器１１の内部には冷媒としての冷却液が循環する冷媒流路が冷却器１１の内部に設けられた仕切板（図示せず）により平面視Ｕ字状に形成されている。

第１〜第４の側部（１１１ａ〜１１１ｄ）は、底部１１０から垂直方向に延設されるとともに平面視ロ字状に配置されるように互いに連結されている。詳述すると、第１〜第４の側部（１１１ａ〜１１１ｄ）は、第１の側部１１１ａと第３の側部１１１ｃとは平行に配置されるとともに第２の側部１１１ｂと第４の側部１１１ｄとは平行に配置されている。

第１の側部１１１ａには冷却器１１の内部と外部とを繋ぐ貫通孔１２が形成され、冷却液を冷却器１１の内部に流入させるための入口パイプ１３ａと、冷却液を冷却器１１の内部から流出させるための出口パイプ１３ｂとが、図示しないシール材を介して貫通孔１２に圧入され、ロウ付けにて接合される。

上部１１２は、傾斜部１１２ａと水平部１１２ｂとからなる。
傾斜部１１２ａは、第１の側部１１１ａ、第２の側部１１１ｂおよび第４の側部１１１ｄから延設され、第１の側部１１１ａから離れるにしたがい底部１１０との距離が短くなるように傾斜して配置されるとともに入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂと対向するように配置されている。つまり、傾斜部１１２ａは底部１１０に対して傾斜している。
なお、傾斜部１１２ａは、傾斜角が３５°、若しくは３０°〜４５°に設定されることが望ましい。
水平部１１２ｂは、傾斜部１１２ａおよび第２〜第４の側部（１１１ｂ〜１１１ｄ）から延設されるとともに底部１１０に対して平行に配置されている。

カバー１４は、カバー上部１４ａと第１〜第３のカバー側部（１４ｂ〜１４ｄ）とから構成されており、冷却器１１の上部１１２を覆うように冷却器１１にネジ止めされる。
第１〜第３のカバー側部（１４ｂ〜１４ｄ）は、カバー上部１４ａから垂直方向に延設されており、平面視コ字状に配置されるように互いに連結されている。詳述すると、第１のカバー側部１４ｂと第３のカバー側部１４ｄとは平行に配置され、第１のカバー側部１４ｂおよび第３のカバー側部１４ｄは第２のカバー側部１４ｃとそれぞれ垂直に配置されている。また、第１のカバー側部１４ｂの一辺と第３のカバー側部１４ｄの一辺は傾斜部１１２ａに対応した形に形成され、冷却器１１に取り付けられる際、傾斜部１１２ａに当接する。

図３はカバー１４を冷却器１１に固定後の冷却装置１０のＡ−Ａ線断面図を示している。
図３に示すように傾斜部１１２ａにはＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ダイオードのような発熱部材としての発熱体１５が図示しない放熱用のシートを介してネジ１５０で固定され、水平部１１２ｂにはトランス等のような磁性部品１６が図示しない熱伝導材を介して板バネ１６０で固定されている。なお、発熱体１５や磁性部品１６はプリント基板１７に電気的に繋がっている。

また、上部１１２における底部１１０側の面には冷却効率を向上させるためにフィン１８が設けられている。例えば、発熱体１５が搭載される部分の裏側にフィン１８が設けられ、磁性部品１６が搭載される部分の裏側にフィン１８が設けられている。

次に、上記構成を有する冷却装置１０について、図３〜図６に基づいて作用説明を行う。
図４〜６は図１〜３と比較するための比較例を示している。

図４は比較例に係る冷却装置１００の斜視図を示す図である。一方、図５は比較例に係るカバー１９を固定後の冷却装置１００の平面図である。
図５に示すようにカバー１９は平面視矩形状であり、図４〜６に示す冷却装置１００は、上部２１２が水平面のみで構成された冷却器２１とカバー１９とからなる。この冷却装置１００は、図３における冷却器１１の上部１１２及び第２〜第４の側部（１１１ｂ〜１１１ｄ）の形状とカバー１４の形状を変更したものに相当し、その他の構成は同じである。
詳述すると、冷却装置１００は、底部２１０と、底部２１０から垂直方向に延設されるとともに平面視ロ字状に配置されるように互いに連結される第１〜第４の側部（２１１ａ〜２１１ｄ）と、第１〜第４の側部（２１１ａ〜２１１ｄ）から延設する上部２１２とから構成される直方体である。

カバー１９は、カバー上部１９ａと、カバー上部１９ａから垂直方向に延設されるとともに平面視ロ字状に配置されるように互いに連結される第１〜第４のカバー側部（１９ｂ〜１９ｅ）とから構成されている。

図６は、カバー１９を冷却器２１に固定後の冷却装置１００のＢ−Ｂ線断面図を示している。
図６に示すように、冷却器２１は、底部２１０と上部２１２との距離が一定であり、冷却器２１およびカバー１９はＢ−Ｂ線断面が側面視コ字状になるように形成されている。

ここで、入口パイプ１３ａの外径をａ１、上部２１２とカバー上部１９ａとの距離をｂ１、底部２１０の厚さ、上部２１２の厚さ及びカバー上部１９ａの厚さをｃ１とすると、冷却装置１００の高さはａ１＋ｂ１＋３ｃ１で表される。

一方、図３に示す冷却装置１０において入口パイプ１３ａの外径をａ１、水平部１１２ｂと底部１１０との距離をａ２、水平部１１２ｂとカバー上部１４ａとの距離をｂ１、底部１１０の厚さ、上部１１２の厚さ及びカバー上部１４ａの厚さをｃ１とすると、冷却装置１０の高さは、ａ１＋３ｃ１≧ａ２＋ｂ１＋３ｃ１の場合、ａ１＋３ｃ１となり、ａ１＋３ｃ１＜ａ２＋ｂ１＋３ｃ１の場合は、ａ２＋ｂ１＋３ｃ１となる。
したがって、本発明の実施例に係る冷却装置１０は冷却装置１００に比べて、ａ１≧ａ２＋ｂ１の場合は、ｂ１分、高さを低くすることができ、ａ１＜ａ２＋ｂ１の場合は、ａ１−ａ２分、高さを低くすることができる。

次に、本実施の形態の冷却器１１について、図３に基づいて作用説明を行う。
本実施の形態の冷却器１１では、冷却水は図３において矢印で示すように流れる。つまり、入口パイプ１３ａから冷却器１１内部に入り、傾斜領域（傾斜部１１２ａと底部１１０との間の領域）から水平領域（水平部１１２ｂと底部１１０との間の領域）に流れる。
ここで、本実施の形態の冷却器１１は、上部１１２の傾斜部１１２ａが入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂと対向するように配置されている。したがって、入口パイプ１３ａから冷却器１１内部に流入する冷却水の一部は、傾斜部１１２ａに当たった後、水平領域に流れることになる。したがって、本実施の形態の冷却器１１によれば傾斜部１１２ａ周辺に供給される冷却水を効率よく循環させることができるため発熱体１５の冷却効率を向上させることができる。

この実施の形態に係る冷却装置１０によれば以下の効果を奏する。
（１）発熱体１５が搭載される傾斜部１１２ａは、入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂと対向するように配置されているため、入口パイプ１３ａから冷却器１１内部に流入する冷却水の一部は、傾斜部１１２ａに当たった後、水平領域に流れる。したがって、傾斜部１１２ａ周辺に供給される冷却水を効率よく循環させることができ、発熱体１５の冷却効率を向上させることができる。
（２）冷却装置１０は、冷却器１１とカバー１４とからなり、冷却器１１の上部１１２は、入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂと対向する傾斜部１１２ａと傾斜部１１２ａから延設されるとともに底部１１０と平行に配置される水平部１１２ｂとからなるため、冷却器１１の冷媒流入方向の小型化を実現できるとともに冷却装置１０の高さ方向の小型化を実現できる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○実施の形態では、図３に示すようにカバー上部１４ａが底部１１０に対して平行であるが、これに限らない。カバー上部１４ａが底部１１０に対して傾斜した構造でも良い。この場合、上部１１２に搭載する発熱体１５及び磁性部品１６とを配置する設計の自由度を向上させることができる。
○実施の形態では、シール部材を介して入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂとを貫通孔１２に圧入してロウ付けすると説明したが、圧入せずに接着剤で固着しても良い。
○実施の形態では、上部１１２に傾斜部１１２ａを形成し、傾斜部１１２ａと第１の側部１１１ａに形成された入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂとが対向すると説明したが、上部１１２と底部１１０とに傾斜部を形成し、上部１１２の傾斜部および底部１１０の傾斜部と第１の側部１１１ａに形成された入口パイプ１３ａおよび出口パイプ１３ｂとが対向しても良い。このような構成にすることにより発熱体１５を搭載する面積を拡大させることができる。
○実施の形態では、冷媒として冷却水を用いたが、これに限られない。例えば水以外ではアルコール等が流れても良いし、液体に限らず、空気などの気体であっても良い。
○実施の形態では、上部１１２の水路側の面には冷却効率を向上させるためにフィン１８を設けると説明したが、底部１１０の水路側の面に設けても、フィン１８が上部１１２と底部１１０とを連結するよう構成されていても良い。この場合、上部１１２のみならず底部１１０からも放熱できるために発熱体１５及び磁性部品１６の冷却効率を向上させることができる。さらに、フィン１８が上部１１２と底部１１０とを連結するよう構成される場合には、冷却器１１の強度を向上させることができる。
○入口パイプ１３ａの外径および出口パイプ１３ｂの外径は、第１の側部１１１ａの底部１１０と直交する方向の長さと同じであってもよい。つまり、入口パイプ１３ａの外径および出口パイプ１３ｂの外径は、冷却器１１の第１の側部１１１ａ側の高さと同じであってもよい。このような構成にすることにより、冷却器１１の高さは入口パイプ１３ａ及び出口パイプ１３ｂの外径と等しくなるために冷却器１１の高さを最小とすることができる。

１０ 冷却装置
１１ 冷却器
１１０ 底部
１１１ａ 第１の側部
１１１ｂ 第２の側部
１１１ｃ 第３の側部
１１１ｄ 第４の側部
１１２ 上部
１１２ａ 傾斜部
１１２ｂ 水平部
１３ａ 入口パイプ
１３ｂ 出口パイプ
１４ カバー
１４ａ カバー上部
１４ｂ 第１のカバー側部
１４ｃ 第２のカバー側部
１４ｄ 第３のカバー側部
１５ 発熱体
１６ 磁性部品
１８ フィン

Claims (1)

1. 底部と、
   前記底部から垂直方向に延設される側部と、
   前記側部から延設される上部と、
   からなる中空状の冷却器を備えた冷却装置であって、
   前記上部は、
   前記底部に対して傾斜し、発熱部材が搭載される傾斜部と、
   前記傾斜部から延設され、前記発熱部材よりも高さが大きい磁性部品が固定される水平部とからなり、
   前記側部には冷媒を冷却器内部に流入するための冷媒流入口と冷媒を冷却器内部から排出するための冷媒排出口が設けられ、
   前記傾斜部は、前記冷媒流入口および冷媒排出口に対向することを特徴とする冷却装置。