JP6332289B2 - 電力制御機器の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、電力制御機器の冷却構造に関し、特に２次元的熱伝導性を備えた熱伝導素材によって発熱部から受熱部に熱を伝導可能な電力制御機器の冷却構造に関する。

近年、優れた移動度性能を有する素材としてグラフェンが注目されている。
グラフェン中の荷電粒子（電子）の移動度は、室温で１５０００ｃｍ²／Ｖｓである一方、この移動度に関連する優位特性（電気、熱、強度等）の発現は炭素原子の網目状結晶が配向している平面方向に限定されている。
グラフェンは、炭素原子が六角形の網目を描くように結合した１原子層分の厚みしかない平面状物質であるため、通常、単層のグラフェンを複数積層させた３次元ブロック状のグラファイトの形態で使用されている（例えば特許文献１）。

パソコン等の電子機器や電動モータ等の電力制御機器では、発熱部から熱伝導率の高い金属（例えばアルミニウム等）で形成された冷却フィン等の受熱部にグラファイトを用いた伝熱経路によって熱を伝導させている。
特許文献２の熱伝導部材は、熱伝導率について異方性、所謂２次元的熱伝導性を備えたグラファイトで形成された第１〜第３熱伝導体を有し、第１熱伝導体が電子部品を搭載すると共に電子部品から発生した熱を電子部品から離隔するように鉛直方向に伝導し、第２熱伝導体が熱を第１熱伝導体の下端部から離隔するように水平方向に伝導し、第３熱伝導体が熱を第２熱伝導体から離隔するように鉛直方向下方に伝導すると共に放熱フィンから放熱させている。

特開２０１０−１８９２４４号公報 特開２００２−０９３９６７号公報

特許文献２の熱伝導部材は、グラファイト特有の物性である２次元的熱伝導性を用いることにより、電子部品からの熱が各熱伝導体の表裏面から不特定な方向に分散されることなく、効率よく放熱フィンに伝達させることができる。
しかし、特許文献２の熱伝導部材では、レイアウト等の要請から、発熱部と受熱部との配置が変更されることがあり、このような場合、冷却性能を確保することが困難である。
つまり、特許文献２の技術は、発熱部である電子部品と受熱部である放熱フィンとの配置に合わせて第１〜第３熱伝導体の構造が予め設定されているため、発熱部と受熱部との配置関係が異なるデバイスに対しては、この熱伝導部材を適用することができない。

本発明の目的は、発熱部と受熱部との配置位置に拘らず冷却性能を確保することができる電力制御機器の冷却構造等を提供することである。

請求項１の発明は、所定平面に対して平行方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝導率よりも大きい２次元的熱伝導性を備えた熱伝導素材によって形成された入熱側ブロック体と、前記熱伝導素材を用いて形成された出熱側ブロック体とを備え、電力制御機器の発熱部から受熱部に熱を伝導可能な電力制御機器の冷却構造において、前記熱伝導素材を用いて形成され且つ前記入熱側ブロック体から出熱側ブロック体に熱を伝導する１又は複数のシート体と、前記入熱側ブロック体に形成され且つ前記平行方向に対応する方向に略直交する状態で前記発熱部に接触する入熱面と、前記出熱側ブロック体に形成され且つ前記平行方向に対応する方向に略直交する状態で前記受熱部に接触する出熱面とを備え、前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体に前記１又は複数のシート体を挟持可能な挟持部が夫々形成され、前記挟持部に挟持された前記１又は複数のシート体の被挟持面部が前記入熱面及び出熱面と夫々略直交するように設けられたことを特徴としている。

この電力制御機器の冷却構造では、入熱側ブロック体に形成され且つ平行方向に対応する方向に略直交する状態で発熱部に接触する入熱面と、出熱側ブロック体に形成され且つ平行方向に対応する方向に略直交する状態で受熱部に接触する出熱面とを備えるため、発熱部からの入熱量及び受熱部への出熱量を夫々確保することができる。
熱伝導素材を用いて形成され且つ入熱側ブロック体から出熱側ブロック体に熱を伝導する１又は複数のシート体を備えるため、発熱部と受熱部との配置に影響を受けることなく入熱側ブロック体から出熱側ブロック体に熱を伝導することができる。
入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体に１又は複数のシート体を挟持可能な挟持部が夫々形成され、挟持部に挟持された１又は複数のシート体の被挟持面部が入熱面及び出熱面と夫々略直交するように設けられているため、入熱側ブロック体とシート体との連結性及び出熱側ブロック体とシート体との連結性を強固にしつつ入熱側ブロック体からの入熱量及び出熱側ブロック体への出熱量を増加することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体が複数の板状ブロックの積層体によって夫々形成され、前記隣接する板状ブロックが前記シート体を挟持するように構成したことを特徴としている。
この構成によれば、入熱側ブロック体とシート体との連結性及び出熱側ブロック体とシート体との連結性を簡単な構成で強固にすることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記入熱側ブロック体又は出熱側ブロック体が前記シート体を挟持した挟持面積が、前記入熱面又は出熱面が前記発熱部又は受熱部に接触した接触面積よりも大きくなるように設定されたことを特徴としている。
この構成によれば、入熱側ブロック体に入熱した熱を損失することなくシート体に伝導し、シート体に伝導された熱を損失なく出熱側ブロック体に出熱することができ、冷却能力を高くすることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体がグラファイトブロックで形成され、前記１又は複数のシート体がグラファイトシートで形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、２次元的熱伝導性を備えたグラファイトブロックとグラファイトシートとを用いて冷却性能を確保することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記電力制御機器が、ロータと、コイルが巻回されたステータと、前記ロータ及びステータを収容するハウジングと、このハウジングとステータのコイルエンドとの間に形成された空間部とを備えた電動モータであり、前記発熱部及び受熱部がコイルエンド及びハウジングに夫々設定され、前記空間部に前記コイルエンドに対して前記入熱側ブロック体を押圧する加圧空気収容バッグを設けたことを特徴としている。
この構成によれば、潤滑油等の熱交換用冷却媒体を省略しながら、コイルエンドからハウジングまでを結ぶ直接的な熱伝導経路を確保して電動モータ内を熱伝導型乾式冷却することができる。

本発明の電力制御機器の冷却構造によれば、２次元的熱伝導性の熱伝導素材を用いて発熱部と受熱部との配置に影響を受けることなく冷却性能を確保することができる。

実施例１に係る半導体の冷却装置の側面図である。 平面図である。 正面図である。 要部説明図である。 実施例２に係る冷却装置を備えた電動モータの縦断面図である。 収容バッグ上部周辺部分の要部拡大図である。 シート体の説明図である。 挟持部及び被挟持面部の説明図である。 被挟持面部の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明の適用例を例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
尚、図４において、矢印は熱の伝導方向を示している。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４に基づいて説明する。
冷却装置１は、パワーデバイスチップに相当する半導体２（発熱部）に発生した熱を金属製放熱部３（受熱部）に伝導することによって半導体２を冷却可能に構成されている。
図１〜図４に示すように、冷却装置１は、半導体２に面接触して熱を入熱する入熱側ブロック体４と、放熱部３に面接触して熱を出熱する出熱側ブロック体５と、入熱側ブロック体４から出熱側ブロック体５に熱を伝導する２組のシート体６等を備えている。
半導体２及び放熱部３は、夫々載置され、これらの上端部には平面部が夫々形成されている。

入熱側ブロック体４と、出熱側ブロック体５は、グラファイトブロックによって夫々構成され、シート体６は、矩形帯状のグラファイトシートによって構成されている。
ここで、グラファイトブロックとは、炭素原子が六角形の網目を描くように結合した１原子層分の厚みのグラフェンが複数積層されて成形されたブロック状グラファイト成形体であり、所定の強度や剛性を備えている。グラファイトシートとは、炭素原子が六角形の網目を描くように結合した１原子層分の厚みのグラフェンが複数積層されて成形されたシート状グラファイト成形体であり、所定の曲げ性能や屈曲性能を備えている。

グラファイトは、炭素原子の網目状結晶の１層のみが平面状に存在するグラフェンを均一に複数積層することによって３次元積層体として構成されている。
このグラファイトは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向の熱伝導率（例えば１０００〜１５００Ｗ／ｍ・Ｋ）が炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して垂直方向の熱伝導率（例えば３０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも極めて大きい２次元的熱伝導性を備えている。また、垂直方向の熱伝導率は、熱源に対して垂直方向からの押圧力が大きい程熱伝導率が増加し、押圧力が十分に大きくなった時点で熱伝導率が収束する特性を有している。

入熱側ブロック体４は、３つの板状ブロック４ａを重畳させた積層体で構成されている。
図４に示すように、３つの板状ブロック４ａは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向に延びるように夫々形成され、半導体２の上端部に面接触する接触部４ｂと、シート体６を挟持するための挟持部４ｃとを夫々備えている。
尚、接触部４ｂは、直接的に半導体２に面接触させても良く、また、ベルチェ素子等の熱電素子を介して半導体２に面接触させても良い。
接触部４ｂは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交するように形成され、３つの接触部４ｂによって入熱側ブロック体４の入熱面を構成している。この入熱側ブロック体４の入熱面の面積が、半導体２と入熱側ブロック体４の入熱側接触面積Ｓ１に相当している。

挟持部４ｃは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行に形成され、板状ブロック４ａの積層方向に隣接する挟持部４ｃと協働してシート体６の入熱側端部分に形成された入熱側被挟持面部６ａを所定の押圧力によって挟持している。
入熱側ブロック体４が２つのシート体６を挟持した挟持面積Ｓ１ａ、具体的には２組のシート体６の入熱側被挟持面部６ａの合計面積が、入熱側接触面積Ｓ１よりも大きくなるように設定されている。

出熱側ブロック体５は、３つの板状ブロック５ａを重畳させた積層体で構成されている。
図４に示すように、３つの板状ブロック５ａは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向に延びるように夫々形成され、放熱部３の上端部に面接触する接触部５ｂと、シート体６を挟持するための挟持部５ｃとを夫々備えている。
接触部５ｂは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交するように形成され、３つの接触部５ｂによって出熱側ブロック体５の出熱面を構成している。この出熱側ブロック体５の出熱面の面積が、放熱部３と出熱側ブロック体５の出熱側接触面積Ｓ２に相当している。

挟持部５ｃは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行に形成され、板状ブロック５ａの積層方向に隣接する挟持部５ｃと協働してシート体６の出熱側端部分に形成された出側被挟持面部６ｂを所定の押圧力によって挟持している。
出熱側ブロック体５が２つのシート体６を挟持した挟持面積Ｓ２ａ、具体的には２組のシート体６の出熱側被挟持面部６ｂの合計面積が、出熱側接触面積Ｓ２よりも大きくなるように設定されている。

図４に矢印で示すように、半導体２に発生した熱は、各接触部４ｂを介して３つの板状ブロック４ａの夫々に伝導され、３つの板状ブロック４ａに伝導された熱は、各入熱側被挟持面部６ａを介して２組のシート体６の夫々に伝導される。
そして、２組のシート体６に伝導された熱は、各出熱側被挟持面部６ｂを介して３つの板状ブロック５ａの夫々に伝導され、３つの板状ブロック５ａに伝導された熱は、各接触部５ｂを介して放熱部３に伝導されている。

次に、上記半導体２の冷却装置１の作用、効果について説明する。
この半導体２の冷却装置では、入熱側ブロック体４に形成され且つ炭素原子の網目状結晶の配向に平行な方向に対応する方向に略直交する状態で半導体２に接触する接触部４ｂと、出熱側ブロック体５に形成され且つ炭素原子の網目状結晶の配向に平行な方向に対応する方向に略直交する状態で放熱部３に接触する接触部５ｂとを備えるため、半導体２からの入熱量及び放熱部３への出熱量を夫々確保することができる。
グラファイトを用いて形成され且つ入熱側ブロック体４から出熱側ブロック体５に熱を伝導する２組のシート体６を備えるため、半導体２と放熱部３との配置に影響を受けることなく入熱側ブロック体４から出熱側ブロック体５に熱を伝導することができる。
入熱側ブロック体４及び出熱側ブロック体５に２つのシート体６を挟持可能な挟持部４ｃ，５ｃが夫々形成され、挟持部４ｃ，５ｃに挟持された２組のシート体６の被挟持面部６ａ，６ｂが接触部４ｂ，５ｂと夫々略直交するように設けられているため、入熱側ブロック体４とシート体６との連結性及び出熱側ブロック体５とシート体６との連結性を強固にしつつ入熱側ブロック体４からの入熱量及び出熱側ブロック体５への出熱量を増加することができる。

入熱側ブロック体４及び出熱側ブロック体５が複数の板状ブロック４ａ，５ａの積層体によって夫々形成され、隣接する板状ブロック４ａ，５ａがシート体６を夫々挟持するように構成したため、入熱側ブロック体４とシート体６との連結性及び出熱側ブロック体５とシート体６との連結性を簡単な構成で強固にすることができる。

入熱側ブロック体４及び出熱側ブロック体５がシート体６を夫々挟持した挟持面積Ｓ１ａ，Ｓ２ａが、接触部４ｂ及び接触部５ｂが半導体２及び放熱部３に夫々接触した接触面積Ｓ１，Ｓ２よりも大きくなるように夫々設定されたため、入熱側ブロック体４に入熱した熱を損失することなくシート体６に伝導し、シート体６に伝導された熱を損失なく出熱側ブロック体５に出熱することができ、冷却能力を高くすることができる。

入熱側ブロック体４及び出熱側ブロック体５がグラファイトブロックで形成され、２組のシート体６がグラファイトシートで形成されているため、２次元的熱伝導性を備えたグラファイトブロックとグラファイトシートとを用いて冷却性能を確保することができる。

次に、本発明の実施例２について図５〜図８に基づいて説明する。
実施例１の半導体２の冷却装置１は半導体２から放熱部３に熱を伝導したのに対し、実施例２の永久磁石同期モータ（電動モータ）の冷却装置１Ａはコイルエンド２３から本体部３１に熱を伝導している。以下、図における左側を左方とし、図における上側を上方として説明する。

図５に示すように、電動機としての電動モータＭは、円筒状のロータ１０と、このロータ１０の外周側に配設された円筒状のステータ２０と、ロータ１０及びステータ２０を収容する円筒状のハウジング３０と、冷却装置１Ａ等を備えている。
この電動モータＭは、ステータ２０に制御された交流電流が流されることにより発生する磁界によって、ステータ２０の内側に収容されたロータ１０が回転するように構成されている。

まず、ロータ１０について説明する。
図５に示すように、ロータ１０は、電動モータＭの出力軸を兼ねたロータシャフト１１と、ロータコア１２と、左右１対のエンドプレート１３とを備えている。
ロータシャフト１１は、右端部が負荷装置１４に連結され、左端部及び右端側途中部が軸受３５，３６を介してハウジング３０に回転自在に支持されている。

ロータコア１２は、電磁鋼板からなる鉄心が左右方向に多数積層され、熱圧着等により一体形成されている。このロータコア１２は、ロータシャフト１１に回り止め嵌合され、その外径側内部には周方向に所定数の永久磁石（図示略）が埋設されている。
左右１対のエンドプレート１３は、ロータコア１２の左右両端部に当接状に設けられ、ロータシャフト１１に対してロータコア１２の左右方向の位置決めを行っている。

次に、ステータ２０について説明する。
図５，図６に示すように、ステータ２０は、円筒状のステータコア２１と、ステータコイル２２等を備えている。
ステータコア２１は、電磁鋼板からなる鉄心が左右方向に多数積層され、熱圧着等により一体形成されている。このステータコア２１は、ハウジング３０の内壁部に外周が回り止め嵌着され、その内径部分がロータコア１２の外径部分と微小な間隔を空けて対向配置されている。ステータコア２１には、周方向に等間隔で複数のリブ（図示略）が突設され、これらのリブにＵ相コイル群、Ｖ相コイル群及びＷ相コイル群から構成された銅製エナメル線のステータコイル２２が定法に従って巻装されている。

ステータコイル２２は、ステータコア２１の左右両端部から夫々左右（軸心）方向外側に突出した状態で折り返された左右１対のコイルエンド２３を備えている。
左右１対のコイルエンド２３は、ステータコア２１から離隔した位置に形成された大径部と、この大径部とステータコア２１との間に形成され且つ縦断面視にて大径部よりも上下方向の幅が狭く形成された小径部とを備えている。左右１対のコイルエンド２３（大径部及び小径部）の絶縁被覆の表面には、絶縁性放熱ペーストが夫々塗布されている。
本実施例では、各磁極の重なりがなく、ステータコイル２２同士の干渉が少ない集中巻方式を採用しているため、１対のコイルエンド２３の左右方向両端部には、上下に延びる平面部が夫々形成されている。

次に、ハウジング３０について説明する。
図５，図６に示すように、ハウジング３０は、アルミニウム合金材材料で形成され、有底筒状の本体部３１と、この本体部３１の右側開口を閉塞する略円板状のエンド部３２等を備えている。ハウジング３０内には、コイルエンド２３とハウジング３０とを空気絶縁させるために空間部３３が形成され、コイルエンド２３が本体部３１やエンド部３２から所定距離離隔されている。

右側の空間部３３内には、アルミニウム合金製の押え板３４と、この押え板３４よりも左方に配設された複数の第１，第２シート体４１，４２と、入熱側ブロック体５０と、出熱側ブロック体６０と、入熱側ブロック体５０等を所定の加圧力で押圧するための収容バッグ３７（加圧空気収容バッグ）等が配設されている。
本実施例では、右側の空間部３３に複数の第１，第２シート体４１，４２や収容バッグ３７等を配設しているため、以下、右側部分の構成について主に説明する。
尚、左右両側の空間部３３に複数の第１，第２シート体４１，４２や収容バッグ３７等を夫々配設しても良い。

次に、冷却装置１Ａについて説明する。
冷却装置１Ａは、コイルエンド２３（発熱部）に発生した熱を本体部３１（受熱部）に伝導することによってコイルエンド２３を冷却可能な乾式冷却機構を構成している。
冷却装置１Ａは、コイルエンド２３の右側平面部に面接触して熱を入熱する入熱側ブロック体５０と、本体部３１に面接触して熱を出熱する出熱側ブロック体６０と、入熱側ブロック体５０から出熱側ブロック体６０に熱を伝導する複数の第１，第２シート体４１，４２等を備えている。環状の入熱側ブロック体５０と、この入熱側ブロック体５０よりも大径に形成された環状の出熱側ブロック体６０は、グラファイトブロックによって夫々構成され、第１，第２シート体４１，４２は、グラファイトシートによって構成されている。

複数の第１シート体４１は、所定径を有する円周上に等間隔に複数（例えば１５）配置され、複数の第２シート体４２は、複数の第１シート体４１に夫々対応して上記円周と径が異なる円周上に等間隔に配置されている。
図７に示すように、第１シート体４１は、グラファイトシート４３を平行な２辺の折畳み線で偶数回、例えば１４回折畳むことにより約２ｍｍの厚さを有する長尺状の積層体を形成し、この積層体を３組重ね合わせることにより矩形帯状に構成されている。第２シート体４２は、第１シート体４１と同様に構成されている。

図６，図８に示すように、入熱側ブロック体５０は、環状ブロック５１と、この環状ブロック５１の外周側に重畳された複数（例えば１５）の部分環状ブロック５２と、これら複数の部分環状ブロック５２の外周側に分割部が一致しない状態で重畳された複数（例えば１５）の部分環状ブロック５３と、これら複数の部分環状ブロック５３を縮径することにより外周側から内周側に向けて押圧可能なばね部材５４等を備えた積層構造に構成されている。複数の部分環状ブロック５２と複数の部分環状ブロック５３は、ばね部材５４によって内径方向に移動されたとき、環状構造を形成可能に構成されている。
各々のブロック５１〜５３は、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向に延びるように夫々形成されているため、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交する方向と径（放射）方向とが略一致している。

ブロック５１〜５３は、コイルエンド２３の右側平面部に面接触する接触部５１ａ〜５３ａと、第１，第２シート体４１，４２を挟持するための挟持部５１ｂ〜５３ｂとを夫々備えている。接触部５１ａ〜５３ａは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交するようにブロック５１〜５３の左端壁部に夫々形成されている。これら環状の接触部５１ａ〜５３ａによって入熱側ブロック体５０の入熱面を構成し、入熱面の面積がコイルエンド２３と入熱側ブロック体５０の入熱側接触面積Ｓ３に相当している。

挟持部５１ｂ〜５３ｂは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行に形成され、径方向に隣接する挟持部５１ｂ〜５３ｂと協働して第１，第２シート体４１，４２入熱側端部分に夫々形成された入熱側被挟持面部４１ａ，４２ａをばね部材５４による押圧力によって挟持している。
図６，図８に示すように、内径側において挟持部５１ｂと挟持部５２ｂが各第１シート体４１の入熱側被挟持面部４１ａを挟持し、外径側において挟持部５２ｂと挟持部５３ｂが各第２シート体４２の入熱側被挟持面部４２ａを挟持している。
入熱側ブロック体５０が第１，第２シート体４１，４２を挟持した挟持面積Ｓ３ａは、入熱側被挟持面部４１ａの合計と入熱側被挟持面部４２ａの合計とが合算された面積であり、この挟持面積Ｓ３ａが入熱側接触面積Ｓ３よりも大きくなるように設定されている。

これにより、接触部５１ａからの熱は、第１シート体４１の環状ブロック５１側グラファイトシート４３に入熱し、このグラファイトシート４３の折曲部を伝導して重畳された中間グラファイトシート４３に伝導される。接触部５２ａからの熱は、第１シート体４１の部分環状ブロック５２側グラファイトシート４３に入熱し、このグラファイトシート４３の折曲部を伝導して重畳された中間グラファイトシート４３に伝導される。これにより、第１シート体４１の３組のグラファイトシート４３が伝熱経路として機能している。
同様に、接触部５３ａからの熱は、第２シート体４２の部分環状ブロック５３側グラファイトシート４３に入熱し、このグラファイトシート４３の折曲部を伝導して重畳された中間グラファイトシート４３に伝導される。接触部５２ａからの熱は、第２シート体４２の部分環状ブロック５２側グラファイトシート４３に入熱し、このグラファイトシート４３の折曲部を伝導して重畳された中間グラファイトシート４３に伝導される。これにより、第２シート体４２の３組のグラファイトシート４３が伝熱経路として機能している。

図６，図８に示すように、出熱側ブロック体６０は、環状ブロック６１と、この環状ブロック６１の内周側に重畳された複数（例えば１５）の部分環状ブロック６２と、これら複数の部分環状ブロック６２の内周側に分割部が一致しない状態で重畳された複数（例えば１５）の部分環状ブロック６３と、これら複数の部分環状ブロック６３を拡径することにより内周側から外周側に向けて押圧可能なばね部材６４等を備えた積層構造に構成されている。複数の部分環状ブロック６２と複数の部分環状ブロック６３は、ばね部材６４によって外径方向に移動されたとき、環状構造を形成可能に構成されている。
各々のブロック６１〜６３は、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向に延びるように夫々形成されているため、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交する方向と径方向とが略一致している。

ブロック６１〜６３は、本体部３１の内径側右端平面部に面接触する接触部６１ａ〜６３ａと、第１，第２シート体４１，４２を挟持するための挟持部６１ｂ〜６３ｂとを夫々備えている。接触部６１ａ〜６３ａは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して直交するようにブロック６１〜６３の左端壁部に夫々形成されている。これら環状の接触部６１ａ〜６３ａによって出熱側ブロック体６０の入熱面を構成し、入熱面の面積がハウジング３０と出熱側ブロック体６０の出熱側接触面積Ｓ４に相当している。

挟持部６１ｂ〜６３ｂは、炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行に形成され、径方向に隣接する挟持部６１ｂ〜６３ｂと協働して第１，第２シート体４１，４２出入熱側端部分に夫々形成された出熱側被挟持面部４１ｂ，４２ｂをばね部材６４による押圧力によって挟持している。
図６，図８に示すように、外径側において挟持部６１ｂと挟持部６２ｂが各第１シート体４１の出熱側被挟持面部４１ｂを挟持し、内径側において挟持部６２ｂと挟持部６３ｂが各第２シート体４２の出熱側被挟持面部４２ｂを挟持している。
出熱側ブロック体６０が第１，第２シート体４１，４２を挟持した挟持面積Ｓ４ａは、出熱側被挟持面部４１ｂの合計と出熱側被挟持面部４２ｂの合計とが合算された面積であり、この挟持面積Ｓ４ａが出熱側接触面積Ｓ４よりも大きくなるように設定されている。

第１シート体４１からの熱は、環状ブロック６１と部分環状ブロック６２に伝導され、接触部６１ａ及び接触部６２ａを介して本体部３１に放熱される。同様に、第２シート体４２からの熱は、部分環状ブロック６３と部分環状ブロック６２に伝導され、接触部６３ａ及び接触部６２ａを介して本体部３１に放熱される。これにより、グラファイト（グラフェン）の優位特性を用いて熱損失を生じることなく、コイルエンド２３から本体部３１に熱を伝導することができる。

次に、収容バッグ３７について説明する。
図５に示すように、収容バッグ３７は、加圧空気が充填された充填状態のとき、入熱側ブロック体５０を炭素原子の網目状結晶が配向している面に対して平行方向に均一な加圧力で押圧し、接触部５１ａ〜５３ａをコイルエンド２３の右側平面部に対して均一な押圧力で面接触するように構成されている。
収容バッグ３７は、加圧空気を収容可能なリング状のバッグ部３７ａと、このバッグ部３７ａに連結されたパイプ状の導入路３７ｂと、加圧空気をバッグ部３７ａ内に注入し且つ内圧を所定圧力に調圧可能な調圧バルブ３７ｃを備えている。

加圧空気が排出された非充填状態でバッグ部３７ａが空間部３３に配置されたとき、導入路３７ｂはバルブ開口を貫通して外部に突出されている。
導入路３７ｂの先端に装着された調圧バルブ３７ｃは、加圧空気供給装置（図示略）から加圧空気を供給され、バッグ部３７ａの内圧を所定圧力、例えば、大気圧に対して＋１００〜＋７００ｋＰａに調圧している。加圧空気が充填された充填状態の収容バッグ３７は、左右方向位置を押え板３４と入熱側ブロック体５０とステータコア２１との３箇所によって当接規制され、上下方向位置を押え板３４と入熱側ブロック体５０とステータコア２１と本体部３１と出熱側ブロック体６０との５箇所によって当接規制されている。

押え板３４は、円環部と、この円環部の内周縁部から左側に延びる筒部によって構成されている。この押え板３４は、複数の締結部材によって円環部の外周縁側部分が本体部３１の右側平面部に固定されている。複数の締結部材は、複数のシート体４０を避けた位置に配置され、出熱側ブロック体６０に左右に挿通された状態で締結されている。

次に、上記電動モータＭの冷却装置１Ａの作用、効果について説明する。
本電動モータＭの冷却装置１Ａによれば、入熱側ブロック体５０に形成され且つ炭素原子の網目状結晶の配向に平行な方向に対応する方向に略直交する状態でコイルエンド２３に接触する接触部５１ａ〜５３ａと、出熱側ブロック体６０に形成され且つ炭素原子の網目状結晶の配向に平行な方向に対応する方向に略直交する状態で本体部３１に接触する接触部６１ａ〜６３ａとを備えるため、コイルエンド２３からの入熱量及び受熱部への出熱量を夫々確保することができる。
グラファイトを用いて形成され且つ入熱側ブロック体５０から出熱側ブロック体６０に熱を伝導する複数の第１，第２シート体４１，４２を備えるため、コイルエンド２３と本体部３１との配置に影響を受けることなく入熱側ブロック体５０から出熱側ブロック体６０に熱を伝導することができる。
入熱側ブロック体５０及び出熱側ブロック体６０に複数の第１，第２シート体４１，４２を挟持可能な挟持部５１ｂ〜５３ｂ及び６１ｂ〜６３ｂが夫々形成され、挟持部５１ｂ〜５３ｂ及び６１ｂ〜６３ｂに挟持された複数の第１，第２シート体４１，４２の被挟持面部４１ａ，４２ａ及び４１ｂ，４２ｂが接触部５１ａ〜５３ａ及び接触部６１ａ〜６３ａと夫々略直交するように設けられているため、入熱側ブロック体５０と第１，第２シート体４１，４２との連結性及び出熱側ブロック体６０と第１，第２シート体４１，４２との連結性を強固にしつつ入熱側ブロック体５０からの入熱量及び出熱側ブロック体６０への出熱量を増加することができる。

電力制御機器が、ロータ１０と、コイルが巻回されたステータ２０と、ロータ１０及びステータ２０を収容するハウジング３０と、このハウジング３０とステータ２０のコイルエンド２３との間に形成された空間部３３とを備えた電動モータＭであり、発熱部及び受熱部がコイルエンド２３及びハウジング３０に夫々設定され、空間部３３にコイルエンド２３に対して入熱側ブロック体５０を押圧する収容バッグ３７を設けている。
この構成によれば、潤滑油等の熱交換用冷却媒体を省略しながら、コイルエンド２３からハウジング３０までを結ぶ直接的な熱伝導経路を確保して電動モータＭ内を熱伝導型乾式冷却することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、半導体及び電動モータの例を説明したが、少なくとも電力制御される電力制御機器であれば何れの機器にも適用することができる。
電力制御機器は、電動モータ等の電動デバイスや、電力変換器に用いられる半導体素子等のパワーデバイスを含むものである。

２〕前記実施形態においては、入熱側及び出熱側の被挟持面部の幅と途中部の幅が同じ寸法に形成された矩形帯状のシート体の例を説明したが、被挟持面部の幅を途中部の幅よりも大きく形成しても良い。
図９に示すように、被挟持面部を筒状（リング状）に形成し、被挟持面部の軸方向端部から各シート体の途中部を等間隔毎に延設しても良い。これにより、挟持面積を接触面積よりも容易に大きくすることができる。

３〕前記実施形態においては、入熱側ブロック体と出熱側ブロック体との間を複数のシート体で連結した例を説明したが、単一のシート体を用いて連結しても良く、また、１５以上のシート体を用いて連結しても良く、シート体の数は期待する熱伝導性能に応じて任意に設定することができる。

４〕前記実施形態においては、入熱側ブロック体と出熱側ブロック体とシート体にグラフェンを均一に複数積層したグラファイトを用いた例を説明したが、少なくとも所定平面に対して平行方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝導率よりも大きい２次元的熱伝導性を備えた熱伝導素材であれば良く、例えばボロンナイトライド（ｈ−ＢＮ）等を用いても良い。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１，１Ａ 冷却装置
２ 半導体
３ 放熱体
４ 入熱側ブロック体
４ａ 板状ブロック
４ｂ 接触部
４ｃ 挟持部
５ 出熱側ブロック体
５ａ 板状ブロック
５ｂ 接触部
５ｃ 挟持部
６ シート体
６ａ，６ｂ 被挟持面部
４１ 第１シート体
４１ａ，４１ｂ 被挟持面部
４２ 第２シート体
４２ａ，４２ｂ 被挟持面部
５０ 入熱側ブロック体
５１ 環状ブロック
５１ａ 接触部
５１ｂ 挟持部
５２ 第１部分環状ブロック
５２ａ 接触部
５２ｂ 挟持部
５３ 第２部分環状ブロック
５３ａ 接触部
５３ｂ 挟持部
６０ 出熱側ブロック体
６１ 環状ブロック
６１ａ 接触部
６１ｂ 挟持部
６２ 第１部分環状ブロック
６２ａ 接触部
６２ｂ 挟持部
６３ 第２部分環状ブロック
６３ａ 接触部
６３ｂ 挟持部

Claims (5)

1. 所定平面に対して平行方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝導率よりも大きい２次元的熱伝導性を備えた熱伝導素材によって形成された入熱側ブロック体と、前記熱伝導素材を用いて形成された出熱側ブロック体とを備え、電力制御機器の発熱部から受熱部に熱を伝導可能な電力制御機器の冷却構造において、
   前記熱伝導素材を用いて形成され且つ前記入熱側ブロック体から出熱側ブロック体に熱を伝導する１又は複数のシート体と、
   前記入熱側ブロック体に形成され且つ前記平行方向に対応する方向に略直交する状態で前記発熱部に接触する入熱面と、
   前記出熱側ブロック体に形成され且つ前記平行方向に対応する方向に略直交する状態で前記受熱部に接触する出熱面とを備え、
   前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体に前記１又は複数のシート体を挟持可能な挟持部が夫々形成され、
   前記挟持部に挟持された前記１又は複数のシート体の被挟持面部が前記入熱面及び出熱面と夫々略直交するように設けられたことを特徴とする電力制御機器の冷却構造。
2. 前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体が複数の板状ブロックの積層体によって夫々形成され、前記隣接する板状ブロックが前記シート体を挟持するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の電力制御機器の冷却構造。
3. 前記入熱側ブロック体又は出熱側ブロック体が前記シート体を挟持した挟持面積が、前記入熱面又は出熱面が前記発熱部又は受熱部に接触した接触面積よりも大きくなるように設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御機器の冷却構造。
4. 前記入熱側ブロック体及び出熱側ブロック体がグラファイトブロックで形成され、前記１又は複数のシート体がグラファイトシートで形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電力制御機器の冷却構造。
5. 前記電力制御機器が、ロータと、コイルが巻回されたステータと、前記ロータ及びステータを収容するハウジングと、このハウジングとステータのコイルエンドとの間に形成された空間部とを備えた電動モータであり、
   前記発熱部及び受熱部がコイルエンド及びハウジングに夫々設定され、
   前記空間部に前記コイルエンドに対して前記入熱側ブロック体を押圧する加圧空気収容バッグを設けたことを特徴とする請求項４に記載の電力制御機器の冷却構造。