JP5705570B2

JP5705570B2 - 電子部品冷却装置

Info

Publication number: JP5705570B2
Application number: JP2011021132A
Authority: JP
Inventors: 小西　和弘; 和弘小西; 正造西澤
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-02-02
Also published as: JP2012160669A

Description

本発明は、電子部品冷却装置に関するものである。

電気で駆動する車両等は、駆動用のモータ等を制御するために、電力制御筐体内に電力制御装置を備えている。電力制御装置は、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスやその他の電子部品で構成されている。これらの電子部品は熱損失によって発熱するため、通常は電子部品冷却装置に取り付けられ、冷却されている。この種の電気部品冷却装置は、強制空冷や車両移動によって発生する風を利用して、取り付けられた電気部品を効率良く冷却するように構成されている（特許文献１、２参照）。

特許第３７００８７０号公報特開２００６−３２７９８号公報

車両等の高性能化に伴い、電力制御装置は複雑になってきている。それに伴って、電力制御装置を構成する電子部品として、種類の異なる複数の素子が使用されるようになっている。また、各電子部品の発熱量も高くなっている。したがって、より冷却効率の良い電子部品冷却装置が求められている。しかしながら、従来の電子部品冷却装置は、風の向きによっては冷却効率が大きく低下する場合があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却効率の低下が抑制された電子部品冷却装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電子部品冷却装置は、発熱する電子部品に熱的に接続される受熱ブロックと、受熱部と、前記受熱部の一部から延伸する放熱部とを有し、前記受熱部が前記受熱ブロックの表面に沿って延伸し、前記放熱部が前記受熱ブロックの表面に対して立設するように前記受熱ブロックに取り付けられた複数のヒートパイプと、前記複数のヒートパイプの前記放熱部に設けられた複数のフィンと、を備え、前記複数のヒートパイプは、第１のヒートパイプと、前記第１のヒートパイプよりも前記受熱部の長さが長い第２のヒートパイプとを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る電子部品冷却装置は、上記の発明において、前記第１のヒートパイプと前記第２のヒートパイプとは、前記各受熱部が互いに略平行になり、かつ該各受熱部の一端が所定の方向に略揃うように配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電子部品冷却装置は、上記の発明において、前記第２のヒートパイプは、前記受熱部が前記受熱ブロックの高温部から低温部にわたるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却効率の低下が抑制された電子部品冷却装置を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る電子部品冷却装置の模式的な平面図である。図２は、図１に示す電子部品冷却装置のＡ矢視図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る電子部品冷却装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る電子部品冷却装置の模式的な平面図である。図２は、図１に示す電子部品冷却装置のＡ矢視図である。

図１、２に示すように、電子部品冷却装置１０は、受熱ブロック１と、１６本のヒートパイプ２と、４本のヒートパイプ３と、放熱フィン４とを備えている。

受熱ブロック１は、板状であり、対向する表面１ａ、１ｂとを有する。受熱ブロック１は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金などの熱伝導性の高い金属材料からなる。受熱ブロック１の表面１ａには電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が載置されている。電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はたとえばＩＧＢＴ、サイリスタ、ダイオード、抵抗器などの発熱する電子部品である。受熱ブロック１は表面１ａにおいて電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に熱的に接続されている。

第１のヒートパイプであるヒートパイプ２は、受熱部２ａと、受熱部２ａの両端から延伸する２つの放熱部２ｂとを有している。ヒートパイプ２は全体的にＵ字型の形状を有している。ヒートパイプ２は、受熱ブロック１の表面１ｂ側に取り付けられている。受熱部２ａは、受熱ブロック１の表面１ｂに形成された溝１ｃに収容され、表面１ｂに沿って延伸している。放熱部２ｂは表面１ｂに対して立設している。

第２のヒートパイプであるヒートパイプ３は、ヒートパイプ２と同様に、受熱部３ａと、受熱部３ａの両端から延伸する２つの放熱部３ｂとを有しており、全体的にＵ字型の形状を有している。ヒートパイプ３は、受熱ブロック１の表面１ｂ側に取り付けられている。受熱部３ａは、受熱ブロック１の表面１ｂに形成された溝１ｄに収容され、表面１ｂに沿って延伸している。放熱部３ｂは表面１ｂに対して立設している。ここで、ヒートパイプ３の受熱部３ａの長さはヒートパイプ２の受熱部２ａより長い。

なお、ヒートパイプ２、３はいずれも熱伝導性の高い金属材料からなる。また、ヒートパイプ２、３の内部には作動液が収容されている。

放熱フィン４は、熱伝導性の高い金属材料からなる複数の板材が略平行に配列された構造を有する。放熱フィン４はヒートパイプ２、３の放熱部２ｂ、３ｂに取り付けられている。

ここで、１６本のヒートパイプ２は、各受熱部２ａが互いに略平行になり、かつ各受熱部２ａの一端が矢印Ａの方向に沿って略直線状に揃うように、３列に配置されている。また、４本のヒートパイプ３は、それぞれヒートパイプ２の間に配置されている。各ヒートパイプ３は、各受熱部３ａがヒートパイプ２の各受熱部２ａに略平行になり、かつ各受熱部３ａの一端が各受熱部２ａの一端に対して略直線状に揃うように配列されている。このように、各ヒートパイプ２、３が、その各受熱部２ａ、３ａの一端が略揃うように配置されるので、受熱ブロック１に対してより多数のヒートパイプ２、３を設けることができる。

この電子部品冷却装置１０はたとえば車両等に備えられた電力制御装置において使用される。電子部品冷却装置１０は、放熱フィン４の表面に沿って風が流れるように配置される。電力制御装置を構成する電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が動作時に発熱した場合、発生した熱は受熱ブロック１を介して各ヒートパイプ２、３の各受熱部２ａ、３ａに伝導する。各受熱部２ａ、３ａにおいては、伝導された熱によって内部の作動液が蒸発して各放熱部２ｂ、３ｂに移動する。各放熱部２ｂ、３ｂは、放熱フィン４がその表面に沿って風が当てられることによって冷却されている。その結果、蒸発した作動液は各放熱部２ｂ、３ｂにおいて冷却されて凝縮し、各受熱部２ａ、３ａに戻ってくる。以上のような動作によって、電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３で発生した熱は各放熱部２ｂ、３ｂに移動してそこで放熱される。これによって電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は冷却される。

ここで、矢印Ａの方向に風が吹くとすると、風下に位置する各ヒートパイプ２の放熱部２ｂは、最も風上のヒートパイプ２の放熱部２ｂによって風がさえぎられる。しかしながら、図２に示すように、矢印Ａの方向に見た場合に、ヒートパイプ３の一方の端部の放熱部３ｂは、最も風上のヒートパイプ２の放熱部２ｂとは重ならない。したがって、その放熱部３ｂには放熱部２ｂによってさえぎられずに風が当たることとなる。その結果、電子部品冷却装置１０の冷却効率の低下は抑制される。

また、図１に示す矢印Ｂの方向に風が吹く場合は、矢印Ａの方向に見た場合には放熱部２ｂと重ならない放熱部３ｂが、最も風上のヒートパイプ２の放熱部２ｂと重なってしまう。しかし、この場合は、ヒートパイプ３のもう一方の端部の放熱部３ｂ、および風下に位置する幾つかのヒートパイプ２の放熱部２ｂは、最も風上のヒートパイプ２の放熱部２ｂにはさえぎられずに風が当たることとなる。その結果、電子部品冷却装置１０の冷却効率の低下は抑制される。

また、受熱ブロック１は、電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が載置された領域が高温部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３となっており、その周囲は高温部よりも温度が低い低温部Ｓ４となっている。図１に示すように、たとえば電子部品Ｄ２の下側に配置されたヒートパイプ３は、受熱部３ａが高温部Ｓ２から低温部Ｓ４にわたるように配置されている。その結果、受熱ブロック１の面内で温度分布がより均一化される。これによって、電子部品冷却装置１０は、各電子部品Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をより均一に冷却することができる。

なお、上記実施の形態では、ヒートパイプはＵ字型の形状を有しているが、受熱部の一方の端部のみから放熱部が延伸しているＬ字型のヒートパイプを用いてもよいし、ループ型のヒートパイプを用いてもよい。また、ヒートパイプの配置は上記実施の形態のものに限られない。たとえば受熱ブロックの外周のいずれの方向から見た場合にも、他のヒートパイプの放熱部とは重ならない放熱部の数が一定数、または所定の範囲内になるように、ヒートパイプを配置してもよい。また、上記実施の形態では、受熱部の長さが互いに異なる２種類のヒートパイプを備えているが、受熱部の長さが互いに異なる３種類以上のヒートパイプを備えるようにしてもよい。

また、本発明に係る電子部品冷却装置は、ヒートパイプの受熱部が水平となるような向きであり、地面に対して放熱部が受熱部と同じ高さあるいは受熱部よりも高い位置となっていれば、受熱ブロックの設置角度はいずれの角度でも使用することができる。すなわち、たとえば受熱ブロックの表面を水平、鉛直、または傾斜させて設置してもよい。

また、本発明に係る電子部品冷却装置は、車両用に限らず、たとえば、エレベータのモータ制御用の電気部品冷却に使用することもできる。あるいは、太陽光発電装置からの直流電源を交流電源に変換するインバータ装置等の電子部品冷却に使用することも可能である。

また、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。

１受熱ブロック
１ａ、１ｂ表面
１ｃ、１ｄ溝
２、３ヒートパイプ
２ａ、３ａ受熱部
２ｂ、３ｂ放熱部
４放熱フィン
１０電子部品冷却装置
Ａ、Ｂ矢印
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３電子部品
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３高温部
Ｓ４低温部

Claims

発熱する電子部品に熱的に接続される受熱ブロックと、
受熱部と、前記受熱部の一部から延伸する放熱部とを有し、前記受熱部が前記受熱ブロックの表面に沿って延伸し、前記放熱部が前記受熱ブロックの表面に対して立設するように前記受熱ブロックに取り付けられた複数のヒートパイプと、
前記複数のヒートパイプの前記放熱部に設けられた複数のフィンと、
を備え、前記複数のヒートパイプは、前記受熱部が前記受熱ブロックの高温部に配置されている第１のヒートパイプと、前記第１のヒートパイプよりも前記受熱部の長さが長くかつ前記受熱部が前記受熱ブロックの高温部から低温部にわたるように配置されている第２のヒートパイプと、前記受熱部が前記受熱ブロックの低温部のみに配置されている第３のヒートパイプとを含むことを特徴とする電子部品冷却装置。
前記第１のヒートパイプと前記第２のヒートパイプとは、前記各受熱部が互いに略平行になり、かつ該各受熱部の一端が所定の方向に略揃うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品冷却装置。