【手続補正書】
【提出日】平成16年10月18日(2004.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】発熱機器の冷却装置および電子機器の放熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】振動する場所に設置される発熱機器の冷却装置において、前記発熱機器の近傍に、板状物体を揺動自在に取り付けるとともに、前記板状物体と前記発熱機器の一部との間に弾性体を介在させ、かつ、前記発熱機器の振動により、前記板状物体を共振させて冷却風を発生し、前記発熱機器を冷却する構成としたことを特徴とする発熱機器の冷却装置。
【請求項２】振動する場所は電気自動車内部であり、発熱機器は三相交流電動機を可変速駆動する電力変換装置である請求項１記載の発熱機器の冷却装置。
【請求項３】電力変換装置は密閉型である請求項２記載の発熱機器の冷却装置。
【請求項４】前記板状物体の共振周波数を、外気からの前記発熱機器内部温度上昇が最高になる運転条件で、冷却風風量が最大になるように、設定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の発熱機器の冷却装置。
【請求項５】前記板状物体の共振周波数を、外気からの前記発熱機器内部温度上昇が最高になる運転条件よりもわずかにずれた周波数で、冷却風風量が最大になるように、設定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の発熱機器の冷却装置。
【請求項６】振動環境で使用される電子機器に装着され、その電子機器の振動に伴って空気流を発生させることにより前記電子機器からの放熱を促進する放熱手段を備えたことを特徴とする電子機器の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車内部などの振動する場所に設置される電力変換装置等の発熱機器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電気自動車内部に設置される車輪駆動用の三相交流電動機を可変速駆動する電力変換装置は、電力損失が発生するため、電力変換装置内部空気温度は上昇する。特に、密閉された電力変換装置内部は熱抵抗が高いため、開放型に比べ温度上昇が大きい。電力変換装置内にはＣＰＵ等の電子部品が設けられることがあるが、これらの電子部品は許容温度以下で使用しなければならず、電力変換装置内部に冷却装置が必要な場合がある。
従来、電力変換装置内部冷却にファンを使用した例を図６に示す。図中７は密閉型インバータ、８は冷却ファン、９はＣＰＵ等の耐熱温度の低い電子部品である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ファン８を使用することにより、さらに電力損失が発生する。また、高密度実装された部品間には、冷却風を送る効率が悪く、耐熱温度の低い部品の冷却が困難であり、また、ファンの体積が大きく重いため、電力変換装置の小型、軽量化の妨げになるという問題があった。
本発明の目的は、薄型、軽量で、電力損失がなく、特に密閉型の発熱機器に効果のある冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の発熱機器の冷却装置は、振動する場所に設置される発熱機器の冷却装置において、前記発熱機器の近傍に、板状物体を揺動自在に取り付けるとともに、前記板状物体と前記発熱機器の一部との間に弾性体を介在させ、かつ、前記発熱機器の振動により、前記板状物体を共振させて冷却風を発生し、前記発熱機器を冷却する構成とした。
上記構成により、振動する場所に設置された発熱機器の振動により、板状物体が発熱機器と異なる周波数で振動し、冷却風を発生する。このため、発熱機器内部の熱抵抗が下がり、発熱機器内部の温度上昇が抑えられる。
この装置の実施態様として次のことが挙げられる。
（１）振動する場所は電気自動車内部であり、発熱機器は三相交流電動機を可変速駆動する電力変換装置である。
（２）電力変換装置は密閉型である。
（３）前記板状物体の共振周波数を、外気からの前記発熱機器内部温度上昇が最高になる運転条件で、冷却風風量が最大になるように、設定する。
（４）前記板状物体の共振周波数を、外気からの前記発熱機器内部温度上昇が最高になる運転条件よりも高い方または低い方にわずかにずれた周波数で、冷却風風量が最大になるように、設定する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明を電気自動車用インバータに搭載した場合の実施例である。図において、１は電気自動車、２は電気自動車１内部に固定された密閉型インバータ、３は可動子３ａと固定子３ｂを有する接続部品、４は板状物体、５は弾性体、６はＣＰＵや電子部品等の耐熱温度の低い電子部品である。
電気自動車１が走行することにより、インバータ２が振動し、板状物体４を共振させ、密閉型インバータ内部で冷却風を発生する。なお、共振（反共振も含む）の条件は、インバータ２の振動周波数、板状物体４の質量、弾性体５のバネ定数等の関数となる。
【０００６】
外気からインバータ内部空気までの熱モデルは図２に示すようになる。ΔＴ１はインバータ筐体−インバータ内部空気間の温度上昇、ΔＴ２は外気−インバータ筐体間の温度上昇、ΔＴ３は外気−インバータ内部空気間の温度上昇、Ｒ１はインバータ筐体−インバータ内部空気間の熱抵抗、Ｒ２は外気−インバータ内部空気間の熱抵抗、Ｐは出力である。
自然空冷の場合、外気−インバータ筐体間の風速は車速に比例する。
このときの熱抵抗Ｒ２は次式であらわされる。
Ｒ２＝Ｋ／Ｖ0 . 8
ただし、Ｋは定数、Ｖは車速である。
また、全領域インバータ効率が一定とすると損失は出力Ｐに比例する。通常、電気自動車用インバータの車速に対する最大出力は図３のようになる。
【０００７】
従来例のようにファンで冷却するとき、もしくは内部に冷却装置がないとき、すなわち内部空気からインバータ筐体の熱抵抗Ｒ１が一定のとき、出力が図３に示される特性であるとすると、ΔＴ１、ΔＴ２及び外気からのインバータ内部空気温度ΔＴ３は図４のようになる。
本発明の冷却装置を、外気−インバータ内部間の温度上昇ΔＴ３がピークの速度で共振するように設定すると、斜線の領域で熱抵抗Ｒ１を下げることができ、各温度上昇は図５のようになり、外気−インバータ内部間の温度上昇ΔＴ３のピークを抑えることができる。
内部の温度上昇が最大になる車速より、わずかに遅い車速で共振する同様な冷却装置と、内部の温度上昇が最大になる車速より、わずかに速い車速で共振する同様な冷却装置を併用した場合、弾性体の経年変化のため、共振周波数が変化しても、インバータ内部の温度上昇を長期間にわたって抑えることができる。
なお、上記の実施例では電気自動車用インバータについて説明したが、そこに使われている耐熱温度の低いＣＰＵ等の電子部品のために温度上昇を抑えるのが本願発明の趣旨であり、本願発明にこれら電子機器の放熱装置が包含されることはいうまでもない。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、冷却装置をファンの代替もしくはファンと併用で使用することにより、電力変換装置等の発熱機器内部の温度上昇を効果的に抑えることができ、ファンによる冷却の割合を下げることができる。このため小型、軽量で電力損失が少なく、高信頼性の電力変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】外気からインバータ内部空気までの熱モデルを示す説明図である。
【図３】電気自動車用インバータの車速−最大出力特性図である。
【図４】従来の冷却装置を用いた場合の各部の車速−温度上昇特性図である。
【図５】本発明の冷却装置を用いた場合の各部の車速−温度上昇特性図である。
【図６】従来の冷却装置を用いた電力変換装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 電気自動車、２ 密閉型インバータ、３ 接続部品、３ａ 固定子、３ｂ可動子、４ 板状物体、５ 弾性体、６ 耐熱温度の低い電子部品、７ 密閉型インバータ、８ 冷却ファン、９ 耐熱温度の低い電子部品