JPH06262952A

JPH06262952A - 電気車用パワーヘッドのヒートシンク

Info

Publication number: JPH06262952A
Application number: JP5414893A
Authority: JP
Inventors: Masanori Takeso; 當範武曽
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】パワーヘッドの冷却能力が大きくかつ小型で軽
量な電気車用パワーヘッドのヒートシンクを提供する。【構成】表面にＩＧＢＴ５０、電圧変換器５１を取付け
たベース１の裏面に入口及び出口ディストリビュータ
３，５により複数化された２本の冷却パイプ４ａ，４
ｂ、がブレージングで取付けられている。２本の冷却パ
イプ４ａ，４ｂは、ＩＧＢＴ５０の下側を通るように屈
曲して引回されている。冷却パイプ４ａ、４ｂは複数化
されているため、不凍液の流水抵抗を減少させつつ、Ｉ
ＧＢＴ５０及び電圧変換器５１に対して冷却パイプをき
め細かく配列するための引回しが容易となり、これらを
効率的に冷却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクに係わり、特に、電気自動車用パワーヘッ
ド部における電気部品及び電子部品を水冷方式で冷却す
るヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等の電気車において、動力源
として交流電動機を用いる場合は、バッテリ電源からの
直流を交流に変換する必要があり、そのためにＩＧＢＴ
と呼ばれている半導体部品をパワーヘッドに搭載してい
る。このパワーヘッドにおいては、特にＩＧＢＴからの
発熱が顕著であり、パワーヘッドを効率的に冷却する必
要がある。

【０００３】一般に、電気自動車用パワーヘッドの冷却
は特開昭４７−３１３１７号公報などで知られているよ
うに空冷方式が主流である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。電気自動車では車両
の走行特性の向上要求から高出力型化の傾向にあり、パ
ワーヘッドより発生する熱量の増大が顕著である。上記
従来技術は空冷方式であるため、冷却能力が大きい場
合、冷却システムが非常に大型化し、車両搭載上スペー
ス及び強度上の問題が発生する。

【０００５】本発明の目的は、冷却能力が大きくかつ小
型で軽量な電気車用パワーヘッドのヒートシンクを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体部品を装着した電気車用パワーヘ
ッドのヒートシンクにおいて、前記半導体部品を良熱伝
導性のベースの一方の面上に配置し、前記ベースの他方
の面に冷却パイプを熱伝導関係に取付け、前記冷却パイ
プの両端を入口及び出口ディストリビュータに接続して
該冷却パイプを複数化し、その複数本の冷却パイプを前
記半導体部品の下側を通るように屈曲して引回したこと
を特徴としている。

【０００７】上記電気車用パワーヘッドのヒートシンク
において、好ましくは、前記複数本の冷却パイプ並びに
前記入口及び出口ディストリビュータはブレージングに
より前記ベースに接合されている。この場合、好ましく
は、前記入口及び出口ディストリビュータは、前記ブレ
ージングするときの位置決め及び固定手段としての取付
けボスを有している。

【０００８】また、上記電気車用パワーヘッドのヒート
シンクにおいて、好ましくは、前記ベースの他方の面
に、組立時にベースを水平に安定させるためのストッパ
をさらに設ける。この場合、好ましくは、前記ストッパ
は前記ベースのブレージングにより接合され、かつブレ
ージングするときの位置決め及び固定手段としてのネジ
穴逃げ部を有している。また、前記ストッパは前記ベー
スのブレージングにより接合され、かつブレージングす
るときの位置決め及び固定手段としてのオネジ部を有し
ていてもよい。また、好ましくは、前記ストッパはパワ
ーヘッドと電動機の接続用カプラを取付けるためのネジ
穴を有しており、この場合、好ましくは、前記ストッパ
は前記カプラを位置決めするカプラ止まりをさらに有し
ている。また、好ましくは、前記ストッパは前記入口及
び出口ディストリビュータと同一高さを有している。

【０００９】さらに、上記電気車用パワーヘッドのヒー
トシンクにおいて、好ましくは、前記ベースに水抜き穴
が形成され、この水抜き穴に水抜きパイプがブレージン
グでロー付けしてある。この水抜きパイプは、好ましく
は、前記ベースの面に平行に曲げられている。また、好
ましくは、前記冷却パイプ及び前記水抜きパイプは前記
入口及び出口ディストリビュータの高さ以内に納められ
ている。

【００１０】また、好ましくは、前記半導体部品は交流
・直流変換用のＩＧＢＴである。

【００１１】

【作用】以上のように構成した本発明においては、ベー
スに熱伝導関係に取付けた冷却パイプを複数化すること
により、不凍液の流水抵抗を減少させつつ冷却したい部
品に対して冷却パイプをきめ細かく配列するための引回
しが容易となり、その複数本の冷却パイプを半導体部品
の下側を通るように屈曲して引回すことにより、半導体
部品を効率的に冷却することが可能となる。その結果、
冷却能力が大きく小型で軽量なヒートシンクを提供でき
る。

【００１２】複数本の冷却パイプ並びに入口及び出口デ
ィストリビュータをブレージングによりベースに接合す
ることにより、これらは熱伝達関係にベースに取付けら
れる。この場合、入口及び出口ディストリビュータにブ
レージングするときの位置決め及び固定手段としての取
付けボスを設けることにより、冷却パイプと入口及び出
口ディストリビュータをベースに密着して位置決め固定
することが容易となり、ブレージングが安定して行なえ
る。

【００１３】組立時にベースを水平に安定させるための
ストッパを設けることにより、組立作業が容易となる。
このとき、ストッパにブレージングするときの位置決め
及び固定手段としてのネジ穴逃げ部やオネジ部を設ける
ことにより、ストッパをベースに接合するためのブレー
ジングを安定して行なえる。また、ストッパにカプラ取
付け用のネジ穴を設けることにより、パワーヘッドの組
立後、そのストッパをカプラの取付部材として利用でき
る。この場合、ストッパにカプラ止まりを設けることに
より、カプラの位置決めが容易となる。さらに、ストッ
パを入口及び出口ディストリビュータと同一高さにする
ことにより、ストッパと入口及び出口ディストリビュー
タとで組立時にベースを床上に水平に安定して支持する
ことができる。

【００１４】ベースに水抜き穴を形成し、この水抜き穴
に水抜きパイプを取付けることにより、水侵入があって
も何時までも保留されずに排出される。水抜きパイプを
ベースの面に平行に曲げることにより、下側から水抜き
パイプを介して水が入り込むことが防止される。冷却パ
イプ及び水抜きパイプを入口及び出口ディストリビュー
タの高さ以内に納めることにより、ヒートシンクを床等
においても、干渉がないよう保護される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は電気自動車用パワーヘッドのヒートシンク
の上面図、図２はその正面図であり、ベース１の一側表
面上には、図示しないバッテリ電源からの直流を３相
（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流に変換する半導体部品である
各組３個の３組のＩＧＢＴ５０と、交流の電圧変換器５
１等の電気部品及び電子部品が搭載されている。ベース
１はアルミニウム合金等の良熱伝動性の金属板から構成
されている。

【００１６】ベース１の他方の面である裏面には、ＩＧ
ＢＴ５０、電圧変換器５１等の電気部品及び電子部品を
冷却するための２本の冷却パイプ４ａ，４ｂがベース１
と熱伝導関係に取付けられている。具体的には、これら
冷却パイプ４ａ，４ｂはブレージングによりベース１に
接合されている。冷却パイプ４ａ，４ｂの両端は入口デ
ィストリビュータ３及び出口ディストリビュータ５に連
結され、入口ディストリビュータ３には入口パイプ２が
設けられ、出口ディストリビュータ５には出口パイプ６
が設けられている。冷却パイプ４ａ，４ｂはこの入口及
び出口ディストリビュータ３，５により複数化すなわち
２本にされている。入口及び出口ディストリビュータ
３，５もベース１にブレージングにより接合されてい
る。冷却媒体例えば不凍液は、入口パイプ２、入口ディ
ストリビュータ３、２本の冷却パイプ４ａ，４ｂ、出口
ディストリビュータ５及び出口パイプ６を経由して循環
する。

【００１７】また、ベース１の裏面には、パワーヘッド
の組立時にベースを水平に安定させるための第１及び第
２の２つのストッパ７，８が取付けられている。これら
ストッパ７，８もベース１にブレージングにより接合さ
れている。さらに、ベース１には３箇所に水抜き穴１ｃ
が形成されている。

【００１８】２本の冷却パイプ４ａ，４ｂは、図示のご
とく、ＩＧＢＴ５０や電圧変換器５１の下側を通るよう
に屈曲して引回されている。特に、冷却パイプ４ａ，４
ｂはＩＧＢＴ５０の矩形の配置領域の４つのコーナ部を
通るように、当該配置領域の入口部分から図示下方に９
０°に曲げられ、下側部分でＵ字形に曲げられ、さらに
上側部分で９０°に曲げられてＩＧＢＴ５０の配置領域
の外に出るようにレイアウトされている。これにより３
組の合計９個のＩＧＢＴ５０の全て下側を２本の冷却パ
イプ４ａ，４ｂの少なくとも１本が通り、ＩＧＢＴ５０
の全てを可能な限り一様に冷却するようにしている。

【００１９】また、電圧変換器５１は図示のごとくＬ字
形をしており、２本のうちの一方の冷却パイプ４ａはそ
のＬ字の一方の腕部分を横切って図示上下方向に伸びる
と共に、他方の冷却パイプ４ｂはＬ字の他方の腕部分を
横切るように一方の冷却パイプ４ａから部分的に離れア
ピン状に曲げられている。これにより、電圧変換器５１
も可能な限り一様に冷却するようにしている。

【００２０】このように２本の冷却パイプ４ａ，４ｂ
は、冷却パイプ４ｂのヘアピン状部分を除いて互いにほ
ぼ平行に並走し、ベース１に取付けられたＩＧＢＴ５
０、電圧変換器５１等の電気部品及び電子部品を効率的
に冷却するようにレイアウトされている。

【００２１】上記構成において、冷却パイプ４ａ、４ｂ
は複数（２本）化されているため、不凍液の流水抵抗を
減少させかつ冷却したい部品に対する配管の引き回しを
容易にしている。この作用を図３及び図４により説明す
る。

【００２２】図３は圧力損失とパイプ外径との関係を示
すものである。この図から、例えば２０Ｋｇ／ｍｉｎの
不凍液を長さ２ｍの冷却パイプに流した場合、パイプ外
径φ２０ｍｍ×２本とパイプ外径φ３０ｍｍ×１本でほ
ぼ圧損は同一になることが分かる。一方、図４はパイプ
外径とパイプを曲げたときのピッチとの関係を示すもの
である。ここで、パイプを曲げたときの最小半径Ｒｍｉ
ｎはパイプ外径をｄとするとＲｍｉｎ＝１．５ｄである
ことが知られている。このため、パイプ外径φ２０ｍｍ
の時の最小曲げ半径Ｒｍｉｎは３０ｍｍ、パイプ外径φ
３０ｍｍの時の最小曲げ半径Ｒｍｉｎは４５ｍｍとな
り、冷却パイプを１８０角度曲げたときの冷却パイプピ
ッチＰ＝３ｄが、それぞれ６０ｍｍ，９０ｍｍとなる。
パイプピッチＰはあまり大きくすると、冷却パイプの引
き回しのレイアウトが制限され、冷却パイプを細かく配
列することができなくなる。パワーヘッドのヒートシン
クでは、冷却したい部品であるＩＧＢＴ５０及び電圧変
換器５１に対して決め細かく冷却パイプを配列するため
には、パイプピッチＰが７０ｍｍ以下であることが好ま
しいことが分かった。

【００２３】したがって本実施例においては、２本の冷
却パイプ４ａ，４ｂを用いることにより、不凍液の流水
抵抗を減少させつつ、ＩＧＢＴ５０、電圧変換器５１等
の部品に対して冷却パイプをきめ細かく配列するための
引回しを容易にし、ＩＧＢＴ５０、電圧変換器５１等を
効率的に冷却することができる。

【００２４】図５及び図６は出口ディストリビュータ５
がベース１に固定された状態を示すもので、出口ディス
トリビュータ５にはその中央部２箇所に取付ボス５ａが
設けられ、取付ネジ１０により固定されている。図示は
しないが、入口ディストリビュータ３も同様に構成され
ている。

【００２５】冷却パイプ４ａ，４ｂと入口及び出口ディ
ストリビュータ３，５は前述したようにベース１にブレ
ージングで接合されている。ここで、ブレージングとは
ロー付け溶接のことであり、本実施例では、ベース１の
母材表面にブレージング材（ロー付け合金）を予めクラ
ッドしておき、その上に冷却パイプ４ａ，４ｂと入口及
び出口ディストリビュータ３，５を位置決め固定し、加
熱炉でブレージング材のみを溶融して溶接する。このブ
レージング材では、冷却パイプ４ａ，４ｂと入口及び出
口ディストリビュータ３，５をベース１に密着しておく
必要がある。しかし、冷却パイプ４ａ，４ｂと入口及び
出口ディストリビュータ３，５とは互いにロー付けさ
れ、さらに入口及び出口ディストリビュータ３，５には
入口及び出口パイプ２，６がロー付けされており、この
ためこれらを一体にベース１に密着して位置決め固定す
ることは容易ではない。

【００２６】すなわち、上記取付ボス５ａが無い時に
は、入口及び出口ディストリビュータ３，５がベースに
密着してブレージングされず、雇で押さえてもベース１
との間に０．５ｍｍ程度のギャップが発生しやすい。入
口及び出口ディストリビュータ３，５がベースに密着し
てブレージングされなければ、これと一体の冷却パイプ
４，４ｂも同様にベースに密着してブレージングされな
い。

【００２７】取付ボス５ａを設けることにより、これを
ブレージングする時の位置決め及び固定手段として用い
ることができ、冷却パイプ４ａ，４ｂと入口及び出口デ
ィストリビュータ３，５をベース１に位置決め固定する
作業が非常にしやすくなり、ブレージングが安定してで
きる。

【００２８】図７は第１のストッパー７の取付状態を示
したもので、第１のストッパー７は入口及び出口ディス
トリビュータ３，５と同一の高さＨを有している。ま
た、図８は第２のストッパ８の正面図、図９は第２のス
トッパ８の上面図であり、第２のストッパ８も入口及び
出口ディストリビュータ３，５と同一の高さＨを有して
いる。これら第１及び第２のストッパ７，８は、図１に
示すように、入口及び出口ディストリビュータ３，５に
対して所定の間隔で配置されている。冷却パイプ４ａ，
４ｂ及び後述の水抜きパイプ９はその高さＨ以内に納め
られている。これら第１及び第２のストッパ７，８及び
入口及び出口ディストリビュータ３，５でベース１を支
持することにより、組立時にベース１を床上に水平に安
定して支持することができる。

【００２９】また、第１のストッパー７にもネジ穴逃げ
部７ｂが設けられ、取付ネジ１１によりベース１のネジ
穴１ｂに固定される。このネジ穴逃げ部７ｂの設置によ
り、上記の入口及び出口ディストリビュータ３，６の場
合と同様にベース１にブレージングする時の位置決め及
び固定手段として用い、位置決め及び固定を容易にし押
え雇が不要となる。

【００３０】さらに、この第１のストッパー７にはネジ
穴７ａ及びカプラ止り７ｃが設けられており、パワーヘ
ッドの組立後、図８に示すようにカプラ１２をカプラ取
付ネジ１３により安定した状態に固定することができ
る。なお、カプラ１２はパワーヘッドと電気自動車の動
力源である電動機とを接続するもので、カプラ１２はパ
ワーヘッドを車両に搭載する時に固定する。

【００３１】第２のストッパ８にも、ベース１に取付け
られる側にオネジ部８ａを設けてある。このオネジ部８
ａをベース１にネジ込むことにより、上記と同様にベー
ス１にブレージングする時の位置決め及び固定手段とし
て用い、ブレージングを安定して行なうことができる。

【００３２】図１１は水抜き穴１ｃの構成を示す図で、
水抜き穴１ｃには水抜きパイプ９が圧入及びブレージン
グで取付けられている。ヒートシンク上面に取付けられ
たＩＧＢＴ５０、電圧変換器５１等の電気部品、電子部
品（防水カバーで保護されている）に水が浸入してきた
場合、この水抜き穴１ｃ及び水抜きパイプ９より水が抜
ける。水抜きパイプ９は下面からの水が入らないように
ベース１に水平に曲げてある。この水抜きパイプ９は、
前述したように入口ディストリビュータ３及び出口ディ
ストリビュータ５、第１のストッパー７及び第２のスト
ッパー８の高さＨ以内に納められ、床等に置いても干渉
しないよう保護される。

【００３３】

【発明の効果】したがって、本発明によれば、冷却パイ
プを複数化しているので、不凍液の圧力損失を小さく
し、かつ冷却したい部品に対して冷却パイプをきめ細か
く配列するための引回しを容易にし、半導体部品の下側
を通るように冷却パイプを屈曲して引回すことにより半
導体部品を効率的に冷却することができる。その結果、
冷却能力が大きく小型で軽量なヒートシンクを提供でき
る。

【００３４】また、入口及び出口ディストリビュータに
取付けボスを設けたので、冷却パイプと入口及び出口デ
ィストリビュータをベースに密着して位置決め固定する
ことが容易となり、それらをベースに接合するためのブ
レージングが安定して行なえる。

【００３５】また、ベースにストッパを設けたので、組
立時にベースを水平に安定した状態に保つことができ、
組立作業が容易となる。

【００３６】また、ストッパにネジ穴逃げ部やオネジ部
を設けたので、ストッパをベースに接合するためのブレ
ージングを安定して行なえる。

【００３７】また、ストッパにカプラ取付け用のネジ穴
を設けたので、パワーヘッド組立後、そのストッパをカ
プラの取付部材として利用できる。

【００３８】また、ストッパにカプラ止まりを設けたの
で、カプラの位置決めが容易となる。

【００３９】さらに、ストッパを入口及び出口ディスト
リビュータと同一高さにしたので、組立時にベースを床
上に水平に安定した状態に保つことができ、組立作業が
容易となる。

【００４０】また、ベースに水抜き穴及び水抜きパイプ
を設けたので、水侵入があっても何時までも保留されず
に排出される。

【００４１】さらに、水抜きパイプをベースの面に平行
に曲げたので、下側から水抜きパイプを介して水が入り
込むことが防止される。

【００４２】また、冷却パイプ及び水抜きパイプを入口
及び出口ディストリビュータの高さ以内に納めるたの
で、ヒートシンクを床等においても、干渉がないよう保
護される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるヒートシンクを備えた
電気自動車用パワーヘッドの上面図である。

【図２】図１に示すヒートシンク及びパワーヘッドの正
面図である。

【図３】パイプの圧力損失とパイプ外径の関係を示す図
である。

【図４】パイプ外径とピッチの関係を示す図である。

【図５】図１に示す出口ディストリビュータの取付詳細
図である。

【図６】図５に示す出口ディストリビュータの上面図で
ある。

【図７】図１に示す第１のストッパの取付詳細図であ
る。

【図８】図１に示す第２のストッパの正面図である。

【図９】図８に示す第２のストッパの上面図である。

【図１０】図７に示す第１のストッパにカプラを取付け
た状態を示す図である。

【図１１】図１に示す水抜き穴及び水抜きパイプの拡大
断面図である。

【符号の説明】

１：ベース板１ａ：ネジ穴１ｂ：ネジ穴１ｃ：水抜け穴２：入口パイプ３：入口ディストリビュータ４ａ：冷却パイプ４ｂ：冷却パイプ５：出口ディストリビュータ５ａ：取付ボス６：出口パイプ７：第１のストッパー７ａ：ネジ穴７ｂ：ネジ穴逃げ部７ｃ：カプラ止り８：第２のストッパー８ａ：ストッパーネジ９：水抜きパイプ１０：取付ネジ１１：取付ネジ１２：カプラ１３：カプラ取付ネジ５０：ＩＧＢＴ（直流・交流変換用の半導体部品）５１：電圧変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体部品を装着した電気車用パワーヘ
ッドのヒートシンクにおいて、前記半導体部品を良熱伝
導性のベースの一方の面上に配置し、前記ベースの他方
の面に冷却パイプを熱伝導関係に取付け、前記冷却パイ
プの両端を入口及び出口ディストリビュータに接続して
該冷却パイプを複数化し、その複数本の冷却パイプを前
記半導体部品の下側を通るように屈曲して引回したこと
を特徴とする電気車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項２】請求項１記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記複数本の冷却パイプ並びに
前記入口及び出口ディストリビュータはブレージングに
より前記ベースに接合されていることを特徴とする電気
車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項３】請求項２記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記入口及び出口ディストリビ
ュータは、前記ブレージングするときの位置決め及び固
定手段としての取付けボスを有することを特徴とする電
気車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項４】請求項１記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ベースの他方の面に、組立
時にベースを水平に安定させるためのストッパをさらに
設けたことを特徴とする電気車用パワーヘッドのヒート
シンク。
【請求項５】請求項４記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ストッパは前記ベースのブ
レージングにより接合され、かつブレージングするとき
の位置決め及び固定手段としてのネジ穴逃げ部を有する
ことを特徴とする電気車用パワーヘッドのヒートシン
ク。
【請求項６】請求項４記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ストッパは前記ベースのブ
レージングにより接合され、かつブレージングするとき
の位置決め及び固定手段としてのオネジ部を有すること
を特徴とする電気車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項７】請求項４記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ストッパはパワーヘッドと
電動機の接続用カプラを取付けるためのネジ穴を有する
ことを特徴とする電気車用パワーヘッドのヒートシン
ク。
【請求項８】請求項７記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ストッパは前記カプラを位
置決めするカプラ止まりをさらに有することを特徴とす
る電気車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項９】請求項４記載の電気車用パワーヘッドの
ヒートシンクにおいて、前記ストッパは前記入口及び出
口ディストリビュータと同一高さを有することを特徴と
する電気車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項１０】請求項１記載の電気車用パワーヘッド
のヒートシンクにおいて、前記ベースに水抜き穴を形成
し、この水抜き穴に水抜きパイプをブレージングでロー
付けしたことを特徴とする電気車用パワーヘッドのヒー
トシンク。
【請求項１１】請求項１０記載の電気車用パワーヘッ
ドのヒートシンクにおいて、前記水抜きパイプは前記ベ
ースの面に平行に曲げられていることを特徴とする電気
車用パワーヘッドのヒートシンク。
【請求項１２】請求項１０記載の電気車用パワーヘッ
ドのヒートシンクにおいて、前記冷却パイプ及び前記水
抜きパイプは前記入口及び出口ディストリビュータの高
さ以内に納められていることを特徴とする電気車用パワ
ーヘッドのヒートシンク。
【請求項１３】請求項１０記載の電気車用パワーヘッ
ドのヒートシンクにおいて、前記半導体部品は交流・直
流変換用のＩＧＢＴであることを特徴とする電気車用パ
ワーヘッドのヒートシンク。