JP2012028714A - Radiator, inverter device, and resistor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動機の回生動作における回生電力等を処理するための誘導加熱装置、電力変換回路、および、電力処理装置などの発熱体を放熱するための放熱体およびインバータ装置および抵抗器に関し、特に放熱能力が異なる箇所を有するものである。 The present invention relates to an induction heating device for processing regenerative electric power and the like in a regenerative operation of an electric motor, a power conversion circuit, and a heat radiator, an inverter device, and a resistor for radiating a heat generating body such as a power processing device, in particular. It has a part with different heat dissipation capability.
従来の放熱体は、載置している素子温度を検出し、中央内部の温度制御手段により素子温度を個別に制御している。この方式の場合、それぞれの面の温度を検出し、冷却体の流量を調整するため、流路を形成している（例えば、特許文献１参照）。 The conventional heat radiator detects the temperature of the mounted element and individually controls the element temperature by temperature control means inside the center. In the case of this method, a flow path is formed in order to detect the temperature of each surface and adjust the flow rate of the cooling body (see, for example, Patent Document 1).
放熱体に実装するインバータ装置は、主回路電流のスイッチングを行うスイッチング素子（メイン素子）と、そのメイン素子を制御するための素子（制御素子）とを有する。しかし、例えばメイン素子としてワイドバンドギャップ半導体素子（例えば、ＳｉＣ素子）が構成されており、ワイドバンドギャップ半導体素子の特徴である高温動作が可能となる、一方、制御素子はＳｉを主体とした半導体素子で構成されており、ワイドバンドギャップ半導体素子のような高温動作が不可能となる。このようなインバータ装置を従来の一体型の放熱体に実装すると、Ｓｉ素子の耐熱に対応する必要があり、ワイドバンドギャップ半導体素子を使用する場合の利点が十分に生かされないという問題点があった。 The inverter device mounted on the radiator has a switching element (main element) for switching the main circuit current and an element (control element) for controlling the main element. However, for example, a wide bandgap semiconductor element (for example, a SiC element) is configured as a main element, and high-temperature operation, which is a feature of the wide bandgap semiconductor element, is possible, while the control element is a semiconductor mainly composed of Si. It is composed of elements and cannot operate at a high temperature like a wide band gap semiconductor element. When such an inverter device is mounted on a conventional integrated heat sink, it is necessary to cope with the heat resistance of the Si element, and there is a problem in that the advantages of using a wide band gap semiconductor element cannot be fully utilized. .
また、誘導加熱を用いる電力処理装置とは、入力された電力を誘導加熱の技術を用いて被加熱物（以後、発熱体とする）を加熱し消費する抵抗装置がある。この技術は電力を印加する回路（以後、制御回路とする）と加熱される発熱体を熱的に分離し、かつ発熱体を高温に加熱する構成にすることにより単位体積あたりのエネルギー処理能力を高めることを目的としている。しかしこの場合、放熱体と制御回路とには大きな温度差が生じるため、制御回路と発熱体とを冷却するための放熱容量の大きい放熱体が必要となるという問題点があった。 A power processing apparatus using induction heating includes a resistance apparatus that heats and consumes an object to be heated (hereinafter referred to as a heating element) using induction heating technology. In this technology, a circuit for applying electric power (hereinafter referred to as a control circuit) and a heating element to be heated are thermally separated, and the heating element is heated to a high temperature, thereby improving the energy processing capacity per unit volume. The purpose is to increase. However, in this case, since a large temperature difference is generated between the heat radiating body and the control circuit, there is a problem in that a heat radiating body having a large heat radiation capacity for cooling the control circuit and the heat generating body is required.
またこれらのことを、特許文献１のように冷却体により放熱体の温度調整を行う場合、構造が複雑になり高コストになるという問題点があった。 In addition, when the temperature of the heat radiating body is adjusted by the cooling body as in Patent Document 1, there is a problem that the structure becomes complicated and the cost becomes high.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱的に分離されて放熱能力の異なる箇所を有する放熱体およびインバータ装置および抵抗器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat dissipator, an inverter device, and a resistor that are thermally separated and have different heat dissipating capabilities.
この発明は、発熱体を載置して上記発熱体の放熱を行う放熱体において、
複数の放熱部が積層されるとともに、断熱部を介して上記放熱部間に熱的に分離して構成される箇所を備えたものである。
The present invention provides a heat radiator that places a heat generator and dissipates heat from the heat generator.
A plurality of heat dissipating parts are stacked, and the heat dissipating part is provided between the heat dissipating parts via a heat insulating part.
また、この発明は、ワイドバンドギャップ半導体により構成された第１の素子と、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体により構成された第２の素子とを有するインバータ装置であって、上記第１の素子と上記第２の素子とを、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の上記放熱体において熱的に分離されたそれぞれの箇所に載置するものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided an inverter device including a first element configured by a wide bandgap semiconductor and a second element configured by a semiconductor other than the wide bandgap semiconductor, The said 2nd element is mounted in each location thermally separated in the said heat radiating body of any one of Claim 1 thru | or 4.
また、この発明は、ワイドバンドギャップ半導体により構成された第１の素子と、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体により構成された第２の素子とを有する抵抗器であって、上記第１の素子と上記第２の素子とを、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の上記放熱体において熱的に分離されたそれぞれの箇所に載置するものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a resistor having a first element made of a wide bandgap semiconductor and a second element made of a semiconductor other than the wide bandgap semiconductor, The said 2nd element is mounted in each location thermally separated in the said heat radiating body of any one of Claim 1 thru | or 4.
この発明の放熱体は、発熱体を載置して上記発熱体の放熱を行う放熱体において、
複数の放熱部が積層されるとともに、断熱部を介して上記放熱部間に熱的に分離して構成される箇所を備えたので、
熱的に分離された放熱能力の異なる箇所を有することができる。
The radiator of the present invention is a radiator that dissipates heat from the heating element by placing the heating element.
Since a plurality of heat dissipating parts are stacked and provided with a place configured to be thermally separated between the heat dissipating parts via a heat insulating part,
It is possible to have portions that are thermally separated and have different heat dissipation capabilities.
また、この発明は、ワイドバンドギャップ半導体により構成された第１の素子と、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体により構成された第２の素子とを有するインバータ装置であって、上記第１の素子と上記第２の素子とを、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の上記放熱体において熱的に分離されたそれぞれの箇所に載置するので、
熱的に分離された放熱能力の異なる箇所を有することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided an inverter device including a first element configured by a wide bandgap semiconductor and a second element configured by a semiconductor other than the wide bandgap semiconductor, Since the second element is placed at each location thermally separated in the radiator according to any one of claims 1 to 4,
It is possible to have portions that are thermally separated and have different heat dissipation capabilities.
また、この発明は、ワイドバンドギャップ半導体により構成された第１の素子と、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体により構成された第２の素子とを有する抵抗器であって、上記第１の素子と上記第２の素子とを、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の上記放熱体において熱的に分離されたそれぞれの箇所に載置するので、
熱的に分離された放熱能力の異なる箇所を有することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a resistor having a first element made of a wide bandgap semiconductor and a second element made of a semiconductor other than the wide bandgap semiconductor, Since the second element is placed at each location thermally separated in the radiator according to any one of claims 1 to 4,
It is possible to have portions that are thermally separated and have different heat dissipation capabilities.
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の放熱体を備えた抵抗器の構成を示す断面図である。図において、放熱体１０は、複数の放熱部１１、１２、１３、１４が積層されて形成されている。各放熱部１１、１２、１３、１４には、フィン１０１が複数個それぞれ形成されて構成されている。放熱部１１には一方の面にのみフィン１０１が形成されている。また、放熱部１２、１３、１４には両方の面にフィン１０１が形成され、各放熱部１２、１３、１４は同型の構造にてなる。そして、断熱部１５を介して放熱部１１と放熱部１２、１３、１４と間に熱的に分離して構成される箇所を備える。よって、放熱体１０は、放熱能力の異なる、１つの放熱部１１にてなる第１放熱部２０と、３つの放熱部１２、１３、１４にてなる第２放熱部２１とにて構成されることとなる。また、放熱部１１、１２、１３、１４のフィン１０１により冷却媒体の放熱路１００が構成されている。ここで冷却媒体とは空気を示す。
Embodiment 1 FIG.
Embodiments of the present invention will be described below. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a resistor including a heat dissipating body according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the
放熱体１０に、入力電圧を検出もしくは外部信号により電子抵抗器を制御・駆動するためＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体素子やその他の素子にて構成されている駆動回路部３と、共振スイッチングをするための共振コンデンサ４と、入力された電気的エネルギー（電力）を誘導加熱現象を用いて発熱体６にエネルギーを入力するための加熱コイル５と、加熱コイル５が生成した磁束を受け誘導加熱により加熱される発熱体６とがそれぞれ載置されて構成されている。尚、発熱体４と放熱体１０との間には熱伝導性グリースなどが介在している。第２放熱部２１は、複数の放熱部１２、１３、１４から形成されおり、発熱体６を取り付けるためのガイド（図示せず）が設けられている。また、上記構成素子と放熱部１１、１２、１３、１４もしくは発熱体６間は電気的に絶縁されている。
A drive circuit composed of a semiconductor element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or other elements for detecting
上記のように構成された実施の形態１によれば、放熱体１０にて、駆動回路部３、共振コンデンサ４、加熱コイル５および発熱体６の熱が放熱されている。
According to the first embodiment configured as described above, heat from the
上記のように構成された実施の形態１における放熱体を備えた抵抗器によれば、放熱体は２種類の放熱能力の異なる部分により構成されているため、複数箇所に温度仕様の異なる素子を別々に実装することができるため、高密度実装が可能となり、かつ、装置に応じて効率よく放熱を行うことができる。また、複数の放熱体を積層して構成しているため、放熱能力の調整を容易に行うことができる。
また、第２放熱部は同型の放熱部を組み合わせて構成しているため、コストメリットが生じる。
尚、発熱体の発熱量が駆動回路等の発熱量よりも大きい場合には、発熱体を第１放熱部に、駆動回路を第２放熱部に設置してもよい。
According to the resistor having the heat dissipating body in the first embodiment configured as described above, since the heat dissipating body is composed of two types of portions having different heat dissipating capabilities, elements having different temperature specifications are provided at a plurality of locations. Since they can be mounted separately, high-density mounting is possible, and heat can be efficiently radiated according to the device. In addition, since a plurality of heat dissipators are laminated, the heat dissipating capacity can be easily adjusted.
Moreover, since the 2nd thermal radiation part is comprised combining the same type thermal radiation part, a cost merit arises.
When the heat generation amount of the heat generating body is larger than the heat generation amount of the drive circuit or the like, the heat generating body may be installed in the first heat radiating portion and the drive circuit may be installed in the second heat radiating portion.
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における放熱器を備えたワイドバンドギャップ半導体素子を用いたインバータ装置の構成を示した断面図である。ワイドバンドギャップ半導体は、その他の半導体、例えばＳｉ半導体よりもバンドギャップが大きく、高い耐電圧性、高い許容電流密度耐性、高い耐熱性を有し、その電力損失が少ない。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンカーバイド（以後、ＳｉＣと称す）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドから形成される。本実施の形態では、一例としてワイドバンドギャップ半導体素子として、ＳｉＣ素子を用いたインバータ装置について説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an inverter device using a wide bandgap semiconductor element provided with a radiator in Embodiment 2 of the present invention. A wide band gap semiconductor has a larger band gap than other semiconductors such as Si semiconductors, has high voltage resistance, high allowable current density resistance, and high heat resistance, and has low power loss. The wide band gap semiconductor is formed of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC), a gallium nitride-based material, or diamond. In the present embodiment, an inverter device using a SiC element as a wide band gap semiconductor element will be described as an example.
図において、上記実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。放熱体１０は、複数の放熱部３１、３２、３３、３４が積層されて形成されている。各放熱部３１、３２、３３、３４には、一方の面にのみフィン１０１が形成され、同型の構造にてなる。そして、断熱部１５を介して放熱部３１と放熱部３２、３３、３４と間に熱的に分離して構成される箇所を備える。よって、放熱体１０は、放熱能力の異なる、１つの放熱部３１にてなる第１放熱部４０と、３つの放熱部３２、３３、３４にてなる第２放熱部４１とにて構成されることとなる。
In the figure, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The
放熱体１０において、第１放熱部４０にはインバータ装置の制御回路部８が載置され、第２放熱部４２にはインバータ装置の主回路の半導体素子、メイン素子７が載置される。この構成のインバータ装置では、第２の素子としてのシリコン半導体素子などで構成される制御回路部８と、第１の素子としてのＳｉＣ半導体素子などで構成されるメイン素子７とで構成されるため、メイン素子７は制御回路部８にくらべ高温動作が可能となる。
In the
上記のように構成された実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、第１放熱部の温度は第２放熱部に接続された制御回路の素子の安全温度以上に上げられるため、インバータ装置を小型、軽量化を図ることができる。 According to the second embodiment configured as described above, the temperature of the first heat radiating section is not limited to that of the control circuit connected to the second heat radiating section, as well as the same effect as the first embodiment. Since the temperature is raised above the safe temperature of the element, the inverter device can be reduced in size and weight.
尚、上記実施の形態２は、第２放熱部を３個の放熱部にて形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば図３に示すように、１つの放熱部の厚みを厚く形成することも可能である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。放熱体１０は、複数の放熱部５１、５２、５３が積層されて形成されている。各放熱部５１、５２、５３には、一方の面にのみフィン１０１が形成され、同型の構造にてなる。そして、断熱部１５を介して放熱部５１と放熱部５２、５３と間に熱的に分離して構成される箇所を備える。よって、放熱体１０は、放熱能力の異なる、１つの放熱部５１にてなる第１放熱部６０と、２つの放熱部５２、５３にてなる第２放熱部６１とにて構成されることとなる。
In the second embodiment, the example in which the second heat dissipating part is formed by three heat dissipating parts has been shown. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. It is also possible to increase the thickness. In the figure, the same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The
このように放熱部の厚みを厚くすることにより、フィンの熱容量を大きくおよびフィン長さ方向への熱抵抗を小さく調整することにより、フィンの温度が均一になり、フィンの長さが長くなっても放熱能力が高めることができる。これにより、第１放熱部にくらべ、第２放熱部の放熱能力を向上することができる。 By increasing the thickness of the heat radiating portion in this way, the heat capacity of the fin is increased and the thermal resistance in the fin length direction is adjusted to be small, so that the temperature of the fin becomes uniform and the length of the fin increases. Even heat dissipation capability can be increased. Thereby, compared with a 1st heat radiation part, the heat dissipation capability of a 2nd heat radiation part can be improved.
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における放熱器を備えた抵抗器の構成を示した断面図である。図において、上記実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。放熱体１０は、複数の放熱部７１、７２、７３、７４が積層されて形成されている。放熱部７１には、一方の面にのみフィン１０１が形成されている。また、各放熱部７２、７３、７４には両方の面に互い違いの位置にフィン１０１が形成され、各放熱部７２、７３、７４は同型の構造にてなる。そして、断熱部１５を介して放熱部７１と放熱部７２、７３、７４と間に熱的に分離して構成される箇所を備える。よって、放熱体１０は、放熱能力の異なる、１つの放熱部７１にてなる第１放熱部８０と、３つの放熱部７２、７３、７４にてなる第２放熱部８１とにて構成されることとなる。また、放熱部７２、７３、７４は加熱コイル５の発熱体として機能するように形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a resistor including a heat radiator according to
上記のように構成された実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、放熱体の第２放熱部は、互い違いに上記放熱フィンの凹凸を複数にすることにより複数の放熱路を放熱体内部に形成することができる。そしてこれらを例えば、温度の低い空気を加熱コイルに近い外側の放熱路を通し（行き）、温められた空気を戻すための放熱路を中央（帰り）にとることができる。また、放熱体を発熱体の機能を備えるように形成しているため、発熱体を直接冷却する形状にて形成することができ、発熱体の温度上昇を抑制でき、放熱効率を向上することができる。また、このことにより、発熱体と放熱体とに間に介在していたグリースなどをなくすことができ、放熱体と空気などの冷媒間の熱抵抗を小さくすることができる。 According to the third embodiment configured as described above, the second heat radiating portion of the radiator has a plurality of irregularities of the radiating fins alternately, as well as the same effect as the first embodiment. Thus, a plurality of heat radiation paths can be formed inside the heat radiator. Then, for example, low-temperature air can be passed through the outer heat radiation path close to the heating coil, and a heat radiation path for returning the warmed air can be taken at the center (return). In addition, since the radiator is formed to have the function of a heating element, it can be formed in a shape that directly cools the heating element, the temperature rise of the heating element can be suppressed, and the heat dissipation efficiency can be improved. it can. In addition, this makes it possible to eliminate grease or the like interposed between the heat generating body and the heat radiating body, and to reduce the thermal resistance between the heat radiating body and the refrigerant such as air.
尚、上記各実施の形態においてはフィンについて特に示さなかったが、マイクロフィンにて形成することが可能である。これは放熱部を複数個積層して構成にすることにより、放熱部内側にマイクロチャネルの複雑なフィン構造を作ることが可能となるためである。よって、放熱体の冷却能力を高めることができる。
また、上記放熱体の放熱は自然空冷にて放熱する例を示したが、これに限られることはなく、ファンを形成して冷却媒体として強制空冷にて放熱したり、冷却媒体として水による水冷方式にて放熱したりしてもよい。
また、放熱部の個数は、上記各実施の形態に示したものに限られることはなく、載置する発熱体に応じて適宜変更することができる。
Although the fins are not particularly shown in the above embodiments, they can be formed with micro fins. This is because a complicated fin structure of a microchannel can be formed inside the heat dissipation part by stacking a plurality of heat dissipation parts. Therefore, the cooling capacity of the radiator can be increased.
In addition, although the heat dissipation of the radiator has been shown as an example of heat dissipation by natural air cooling, it is not limited to this, and a fan is formed to dissipate heat by forced air cooling as a cooling medium, or water cooling by water as a cooling medium. The heat may be dissipated by a method.
Further, the number of heat dissipating parts is not limited to those shown in the above embodiments, and can be appropriately changed according to the heating element to be placed.
また、断熱材にて分離する放熱能力の大きい側を１つの放熱部にて構成する例を示したが、これに限られることはなく、複数の放熱部にて構成することも可能である。
また、断熱部が放熱部の端部のみにて設置する例を示したが、これに限られることはなく、２つの放熱部のフィン間に断熱材を設置して熱伝導を防ぐ形状としてもよい。
また、第１放熱部と第２放熱部との熱伝導を低減するために、第１放熱部または第２放熱部の少なくともいずれか一方にふく射を受けにくい色を塗る、または、対面する面を研磨して熱伝導を低減するなどし、第１放熱部と第２放熱部との熱伝導をより一層小さくすることができる。
Moreover, although the example which comprises the side with the large heat dissipation capability isolate | separated with a heat insulating material by one heat radiating part was shown, it is not restricted to this, It is also possible to comprise with a several heat radiating part.
Moreover, although the example which installed a heat insulation part only in the edge part of a thermal radiation part was shown, it is not restricted to this, As a shape which installs a heat insulating material between the fins of two thermal radiation parts, and prevents heat conduction Good.
In addition, in order to reduce heat conduction between the first heat radiating portion and the second heat radiating portion, at least one of the first heat radiating portion and the second heat radiating portion is painted with a color that is not easily exposed to radiation, or a surface facing the surface is provided. The heat conduction between the first heat radiating part and the second heat radiating part can be further reduced by polishing to reduce the heat conduction.
３ 駆動回路部、４ 共振コンデンサ、５ 加熱コイル、６ 発熱体、
７ メイン素子、８ 制御回路部、
１１，１２，１３，１４，３１，３２，３３，３４，５１，５２，５３，７１，７２，７３，７４ 放熱部、
１５ 断熱部、１００，１０１ａ，１０１ｂ 放熱路、１０１ フィン。
3 drive circuit section, 4 resonant capacitor, 5 heating coil, 6 heating element,
7 Main element, 8 Control circuit part,
11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34, 51, 52, 53, 71, 72, 73, 74
15 heat insulation part, 100, 101a, 101b heat radiation path, 101 fin.
Claims (6)
複数の放熱部が積層されるとともに、断熱部を介して上記放熱部間に熱的に分離して構成される箇所を備えたことを特徴とする放熱体。 In a radiator that places a heating element and dissipates heat from the heating element,
A heat radiating body comprising a plurality of heat radiating portions stacked and a portion thermally separated between the heat radiating portions via a heat insulating portion.
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| JP (1) | JP2012028714A (en) |
-
2010
- 2010-07-28 JP JP2010168794A patent/JP2012028714A/en active Pending
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