JP5566418B2

JP5566418B2 - 冷却器付き発熱装置

Info

Publication number: JP5566418B2
Application number: JP2012099764A
Authority: JP
Inventors: 昌和谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: JP2013229433A

Description

この発明は、冷却器に発熱源が中継部材を介して取付けられた冷却器付き発熱装置に関する。

例えば、コイルがボビンを介して磁性体のコア周りに巻かれている構成となっている電磁機器は、動作中ではコアとコイルがそれぞれ発熱し、それらの温度が許容値を超えると電磁機器の動作が不安定となる。

従来、コア、コイルの温度上昇を抑制するものとして、コイルの外周面に沿って対向しコイルからの熱を奪うコイル対向面を有するコイル冷却部、及びコアの短手部の側面に沿って対向しコアからの熱を奪うコア対向面を有するコア冷却部を具備する側部ハウジングを備えた電磁機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、この電磁機器では、側部ハウジングが、ヒートシンクに固定されており、コイル及びコアから奪った熱は、側部ハウジングを通じてこのヒートシンクに伝達されている。

特開２００２-５０５２７号公報（図４）

しかしながら、上記の電磁機器は、互いに対向した一対の側部ハウジングを通じてコイル及びコアから奪った熱が側部ハウジングを通じてヒートシンクに伝達されており、部品点数が多く、構造が複雑であるという問題点があった。
また、各側部ハウジングは、ヒートシンクに対して立設されており、各側部ハウジングとヒートシンクとの接触面積が小さく、冷却効率が悪いという問題点もあった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、部材点数が削減されるとともに、構造が簡単であり、また冷却効率が向上した冷却器付き発熱装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷却器付き発熱装置は、冷却器に、第１の発熱源及び第２の発熱源を有する発熱体が熱伝導性の中継部材を介して取付けられた冷却器付き発熱装置であって、
前記中継部材は、前記発熱体を収納した有底筒状であって、前記第１の発熱源と対向した第１の発熱対向面部と、この第１の発熱対向面部と一体であって前記第２の発熱源と対向した第２の発熱対向面部とを有しており、
またその底面部の全面が前記冷却器の冷却器面と面接触しており、
前記発熱体は、電磁機器であり、前記第１の発熱源は、コアであり、前記第２の発熱源は、前記コアにボビンを介して導線が巻回されたコイルであり、
前記中継部材は、底壁面部と、この底壁面部の各周縁部から垂直方向に延びた側壁面部と、この側壁面部と前記底壁面部とが交差する角部に互いに対向して形成された一対の段差部とを有し、
前記第１の発熱対向面部は、前記段差部の一面のコア冷却面部であり、
前記第２の発熱対向面部は、前記底壁面部の中間部位のコイル冷却面部であり、
前記側壁面部及び前記段差部からなる前記中継部材の縁部には、縁部に沿って間隔を空けて複数の凹部が形成されることで、前記凹部間に複数のリブが設けられており、
前記中継部材は、鋳造冷却部材である。

この発明に係る冷却器付き発熱装置によれば、第１の発熱源及び第２の発熱源の熱は、一部材である有底筒状の中継部材を通じて冷却器に伝達されており、部材点数を削減することができ、また構造が簡単である。
また、中継部材の底面部の全面が冷却器面と面接触しているので、第１の発熱源及び第２の発熱源の熱は、効率良く冷却器に伝達され、冷却効率が向上する。

この発明の実施の形態１の冷却器付きトランス装置を示す斜視図である。図１の冷却器付きトランス装置を示す分解斜視図である。図１の断面斜視図である。図３の矢印Ａに沿って視たときの断面図である。図１の鋳造冷却部材を示す斜視図である。この発明の実施の形態２の冷却器付きトランス装置の鋳造冷却部材を示す斜視図である。この発明の実施の形態３の冷却装置付きトランスの鋳造冷却部材を示す斜視図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の冷却器付きトランス装置を示す斜視図、図２は図１の冷却器付きトランス装置を示す分解斜視図、図３は図１の断面斜視図、図４は図３の矢印Ａに沿って視たときの断面図、図５は図１の鋳造冷却部材１０を示す斜視図である。
この実施の形態の冷却器付きトランス装置では、発熱体であって電磁機器であるトランス１が、水冷の冷却器７に熱伝導性の中継部材である鋳造冷却部材１０を介して取付けられている。
トランス１は、磁性体であるコア３と、このコア３に絶縁物である一次ボビン９ａを介して導線である銅線が巻回された一次コイル２ａと、この一次コイル２ａの外側に絶縁物である二次ボビン９ｂを介して導線である銅線が巻回された二次コイル２ｂとから構成されている。
コア３は、Ｕ字形状の対向した一対のコア部で構成されており、コア部間の継ぎ目にはギャップが生じている。第１の発熱源であるコア３は、主にヒステリアス損失と渦電流損失により発熱する。
一次コイル２ａ、二次コイル２ｂは、通電することで磁束を発生させ、コア３は磁路を形成する。第２の発熱源である、一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂは、導通損失より発熱する。

有底四角筒状の鋳造冷却部材１０は、鋳造品であり、高熱伝導率であるアルミダイキャストで成形されている。
鋳造冷却部材１０は、底壁面部１４と、この底壁面部１４の各周縁部から垂直方向に延びた、それぞれ一対の第１の側壁面部１２ａ，第２の側壁面部１２ｂと、第１の側壁面部１２ａと底壁面部１４とが交差する角部に、互いに対向して形成された一対の段差部１５と、一対の段差部１５の表面の両端部に設けられたボビン固定台１３とを有している。
段差部１５の表面は、コア３の底面の両側部と対向した第１の発熱対向面部である、コア冷却面部１４ａである。
底壁面部１４の中間部位は、二次コイル２ｂの全面と対向した第２の発熱対向面部であって、コイル冷却面部１４ｂである。

側壁面部１２ａ及び段差部１５からなる鋳造冷却部材１０両縁部には、それぞれ縁部に沿って間隔を空けて複数の凹部が形成されている。この凹部を形成することで、凹部間に複数のリブ５ａが設けられている。
このリブ５ａは、鋳造時に第１の側壁面部１２ａから鋳抜くことによって形成される。
鋳巣は、鋳物の厚みが急激に変化する箇所で発生し易いため、リブ５ａの隣接した凹部間の厚みは、底壁面部１４の厚みと同程度である。
ボビン固定台１３には、二次ボビン９ｂの固定部２０が載置され、固定手段を用いて、ボビン固定台１３に二次ボビン９ｂの固定部２０を締付けることで、トランス１は、鋳造冷却部材１０に固定される。
このとき、コア３とコア冷却面部１４ａとの間、二次コイル２ｂとコイル冷却面部１４ｂとの間にはそれぞれ、１ｍｍの隙間が設けられる。

トランス１を鋳造冷却部材１０に収納後は、鋳造冷却部材１０とトランス１との間の隙間にウレタン樹脂であるポッティング剤６が注入される。ポッティング剤６の熱伝導率が高い程冷却効率は高くなる。確実にポッティング剤６を隙間に流し込むためには、真空引きすることが望ましい。
その結果として、トランス１と鋳造冷却部材１０との間の熱交換が活発になり、放熱効率が向上する。

冷却器７は、内部に水路７ａが形成されている。この水路７ａには、入口配管２１からの冷却水が流入し、出口配管２２から外部に流出するようになっている。

トランス１を収納した鋳造冷却部材１０は、その底面部にグリスが塗布された後、冷却器７の冷却器面８に載置し、ボルト（図示せず）を用いて鋳造冷却部材１０は冷却器７に固定される。

上記構成の冷却器付きトランス装置では、トランス１の安定的な動作を確保するために、コイル２ａ，２ｂ及びコア３の熱は外部に放出し、これらの温度を許容値まで冷却しなければならない。
ところで、この冷却器付きトランス装置は、電気的絶縁性を確保するために、コア３と、一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂとの間には、絶縁物の一次ボビン９ａ、二次ボビン９ｂが介在している。そして、一次ボビン９ａ、二次ボビン９ｂは、熱伝導率が小さいこと、さらにコア３と一次ボビン９ａとの間と、一次コイル２ａと二次ボビン９ｂとの間には空気層を挟むために、コイル２ａ，２ｂとコア３との間では熱交換がほとんど行われない。よって、コイル２ａ，２ｂとコア３とを別個に冷却する必要がある。

この冷却器付きトランス装置では、コア３の熱は、主に第１の側壁面部１２ａ及び段差部１５の表面であるコア冷却面部１４ａを介してリブ５ａから冷却器７へ熱伝達される。
また、コイル２の熱は、コイル冷却面部１４ｂから冷却器７へ熱伝達される。
冷却器７に伝達されたそれぞれの熱は、冷却器７と冷媒液である水との間で熱交換され、循環している水によって熱輸送される。
さらに、コア３の熱は、鋳造冷却部材１０のリブ５ａを通じて外気に放出される。

以上説明したように、この実施の形態の冷却器付きトランス装置によれば、第１の発熱源であるコア３及び第２の発熱源であるコイル２ａ，２ｂの熱は、一部材である有底筒状の鋳造冷却部材１０を通じて冷却器７に伝達されており、部材点数を削減することができ、また構造が簡単である。
また、鋳造冷却部材１０の底面部の全面が冷却器７の冷却器面８と面接触しているので、コア３及びコイル２ａ，２ｂの熱は、効率良く冷却器７に伝達され、冷却効率が向上する。
また、底壁面部１４の冷却器面８に対する接触面が大きいために安定したグリス塗布が可能である。

また、コア冷却面部１４ａとコイル冷却面部１４ｂとはフラットな段状であり、コア３及びコイル２の大きさに応じて、コア冷却面部１４ａ及びコイル冷却面部１４ｂのそれぞれの最適な冷却面積を簡単に設定することができる。
また、コア３からの熱は、主に段差部１５、第１の側壁面部１２ａを通じて底壁面部１４に伝達され、コイル２ａ、２ｂからの熱は、底壁面部１４に直接伝達され、熱の伝達経路が短く、それだけ熱抵抗が小さい。

また、第１の側壁面部１２ａ及び段差部１５からなる鋳造冷却部材１０の縁部には、縁部に沿って間隔を空けて複数の凹部が形成されることで、凹部間に複数のリブ５ａが設けられているので、温度バラツキを引き起こす鋳巣の発生が防止され、鋳造冷却部材１０は、各部位とも均等な熱伝導性が確保される。
また、リブ５aにより、鋳造冷却部材１０の縁部での空気との接触面積が増大し、自然対流による高い空冷効果を得ることができる。

また、二次ボビン９ｂは、固定手段によりコア３をコア冷却面部１４ａとの間で空隙を有して保持、固定するための固定部２０を有しているので、鋳造冷却部材１０にトランス１を固定する際に、コア冷却面部１４ａからのＵ字状のコア部間のコア３の継ぎ目でのストレスによる破損を防止することができ、固定時のコア３の割れの発生を懸念することなく、コア３は冷却される。
また、鋳造冷却部材１０は、鋳抜きのみで製造でき、製造が容易である。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２の冷却器付きトランス装置の鋳造冷却部材１０Ａを示す斜視図である。
この実施の形態では、第１の側壁面部１２ａ、底壁面部１４及び段差部１５からなる鋳造冷却部材１０Ａの縁部には、縁部に沿って間隔を空けて複数の切り欠き部が形成されることで、切り欠き部間に複数のリブ５ａが設けられている。
他の構成は、実施の形態２の冷却器付きトランス装置の構成と同じである。

この実施の形態では、リブ５ａは、第１の側壁面部１２ａ及び底壁面部１４の二面方向からの鋳抜きで形成されるので、実施の形態１に比べて製造コストが低減される。
他の作用、効果は、実施の形態１の冷却器付きトランス装置と同じである。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３の冷却器付きトランス装置の鋳造冷却部材１０Ｂを示す斜視図である。
この実施の形態では、段差部１５Ａは、間隔を空けて配置された板状の複数のリブ５ｃで構成されている。
他の構成は、実施の形態１の冷却器付きトランス装置の構成と同じである。

この実施の形態では、リブ５ｃは、鋳造冷却部材１０Ｂの開口部の方向から鋳抜くことで形成される。
他の作用、効果は、実施の形態１の冷却器付きトランス装置と同じである。

なお、上記各実施の形態では、中継部材は、アルミダイキャストで成形された鋳造冷却部材１０，１０Ａ，１０Ｂであったが、アルミニウム以外の素材であってもよいし、また鋳造以外の成形で中継部材を成形してもよい。
また、中継部材は、トランスの形状に合わせて有底四角筒状であったが、収納される発熱体に応じて例えば有底円筒状であってもよい。
また、各実施の形態では、発熱体は電磁機器であるトランスであるが、トランス以外の例えばリアクトルにもこの発明は適用することができる。
また、発熱源は、コア、コイル以外のものでもよいのは勿論である。
また、冷却器７は、水以外の液冷媒を用いてもよいし、空冷であってもよい。
また、冷却器７と底壁面部１４との間にグリスの代りに放熱シートを介在させるようにしてもよい。
また、ボビン固定台１３は、円形に限らない。また、ボビン固定台１３を設ける位置は、コイル冷却面部１４ｂまたは冷却器７の冷却器面８でも構わない。
また、ポッティング剤６は、ウレタン樹脂以外に、エポキシ樹脂、シリコーン等でもよい。
また、実施の形態３において、隣接したリブ５ｃ間の第１の側壁面部１２ａの部位を貫通孔を形成し、リブ５ｃでの表面積を増大させ、リブ５ｃでの放熱性を向上させるようにしてもよい。

１トランス（発熱体）、２ａ一次コイル（第２の発熱源）、２ｂ二次コイル（第２の発熱源）、３コア（第１の発熱源）、５ａ，５ｂ，５ｃリブ、６ポッティング剤、７冷却器、７ａ水路、８冷却器面、９ａ一次ボビン、９ｂ二次ボビン、１０，１０Ａ，１０Ｂ鋳造冷却部材、１２ａ第１の側壁面部、１２ｂ第２の側壁面部、１３ボビン固定台、１４底壁面部、１４ａコア冷却面部（第１の発熱対向面部）、１４ｂコイル冷却面部（第２の発熱対向面部）、１５，１５Ａ段差部、２０固定部、２１入口配管、２２出口配管。

Claims

冷却器に、第１の発熱源及び第２の発熱源を有する発熱体が熱伝導性の中継部材を介して取付けられた冷却器付き発熱装置であって、
前記中継部材は、前記発熱体を収納した有底筒状であって、前記第１の発熱源と対向した第１の発熱対向面部と、この第１の発熱対向面部と一体であって前記第２の発熱源と対向した第２の発熱対向面部とを有しており、
またその底面部の全面が前記冷却器の冷却器面と面接触しており、
前記発熱体は、電磁機器であり、前記第１の発熱源は、コアであり、前記第２の発熱源は、前記コアにボビンを介して導線が巻回されたコイルであり、
前記中継部材は、底壁面部と、この底壁面部の各周縁部から垂直方向に延びた側壁面部と、この側壁面部と前記底壁面部とが交差する角部に互いに対向して形成された一対の段差部とを有し、
前記第１の発熱対向面部は、前記段差部の一面のコア冷却面部であり、
前記第２の発熱対向面部は、前記底壁面部の中間部位のコイル冷却面部であり、
前記側壁面部及び前記段差部からなる前記中継部材の縁部には、縁部に沿って間隔を空けて複数の凹部が形成されることで、前記凹部間に複数のリブが設けられており、
前記中継部材は、鋳造冷却部材であることを特徴とする冷却器付き発熱装置。
冷却器に、第１の発熱源及び第２の発熱源を有する発熱体が熱伝導性の中継部材を介して取付けられた冷却器付き発熱装置であって、
前記中継部材は、前記発熱体を収納した有底筒状であって、前記第１の発熱源と対向した第１の発熱対向面部と、この第１の発熱対向面部と一体であって前記第２の発熱源と対向した第２の発熱対向面部とを有しており、
またその底面部の全面が前記冷却器の冷却器面と面接触しており、
前記発熱体は、電磁機器であり、前記第１の発熱源は、コアであり、前記第２の発熱源は、前記コアにボビンを介して導線が巻回されたコイルであり、
前記中継部材は、底壁面部と、この底壁面部の各周縁部から垂直方向に延びた側壁面部と、この側壁面部と前記底壁面部とが交差する角部に互いに対向して形成された一対の段差部とを有し、
前記第１の発熱対向面部は、前記段差部の一面のコア冷却面部であり、
前記第２の発熱対向面部は、前記底壁面部の中間部位のコイル冷却面部であり、
前記側壁面部、前記底壁面部及び前記段差部からなる中継部材の縁部には、縁部に沿って間隔を空けて複数の切り欠き部が形成されることで、前記切り欠き部間に複数のリブが設けられており、
前記中継部材は、鋳造冷却部材であることを特徴とする冷却器付き発熱装置。
冷却器に、第１の発熱源及び第２の発熱源を有する発熱体が熱伝導性の中継部材を介して取付けられた冷却器付き発熱装置であって、
前記中継部材は、前記発熱体を収納した有底筒状であって、前記第１の発熱源と対向した第１の発熱対向面部と、この第１の発熱対向面部と一体であって前記第２の発熱源と対向した第２の発熱対向面部とを有しており、
またその底面部の全面が前記冷却器の冷却器面と面接触しており、
前記発熱体は、電磁機器であり、前記第１の発熱源は、コアであり、前記第２の発熱源は、前記コアにボビンを介して導線が巻回されたコイルであり、
前記中継部材は、底壁面部と、この底壁面部の各周縁部から垂直方向に延びた側壁面部と、この側壁面部と前記底壁面部とが交差する角部に互いに対向して形成された一対の段差部とを有し、
前記第１の発熱対向面部は、前記段差部の一面のコア冷却面部であり、
前記第２の発熱対向面部は、前記底壁面部の中間部位のコイル冷却面部であり、
前記段差部は、間隔を空けて配置された板状の複数のリブで構成されており、
前記中継部材は、鋳造冷却部材であることを特徴とする冷却器付き発熱装置。
前記ボビンは、固定手段により前記コアを前記コア冷却面部との間で空隙を有して保持、固定するための固定部を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却器付き発熱装置。
前記電磁機器は、トランスであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の冷却器付き発熱装置。