(57)【要約】【課題】被冷却部材に向かって流れる冷却流体の流れに大きな流速変化をもたせ、冷却効率の向上を図ることができる冷却装置を提供すること。【解決手段】発熱するＣＰＵ２に熱的に接続されると共に、弾性変形可能な冷却フィン１０と、前記冷却フィン１０に対して、空気を間欠的に供給する送風ユニット２０と、を備える構成とした。【選択図】図１
2014093439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する被冷却部材に熱的に接続されると共に、弾性変形可能な冷却フィンと、
前記冷却フィンに対して、冷却流体を間欠的に供給する冷却流体供給手段と、
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載された冷却装置において、
前記冷却流体供給手段は、前記冷却流体を流すファンと、前記冷却流体が流れる流路と、この流路の流路抵抗を間欠的に変動させる抵抗変動手段と、を有する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載された冷却装置において、
前記抵抗変動手段は、前記冷却流体の流れを間欠的に遮断する遮断部を有する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項２に記載された冷却装置において、
前記抵抗変動手段は、前記冷却流体の流れを遮断する遮断部と、この遮断部に隣接する開口部と、を有し、前記流路の延在方向に回転軸方向が一致すると共に、前記流路に直交するように配置された回転可能な回転部材により構成する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載された冷却装置において、
前記冷却流体供給手段は、前記冷却流体の供給量を変化する供給量変化手段を有する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された冷却装置において、
前記冷却フィンを、前記冷却流体供給手段による前記冷却流体の間欠的な供給によって振動させる
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載された冷却装置において、
前記冷却フィンの振動方向を、前記冷却流体の流れ方向に対して異なる方向に設定する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項７に記載された冷却装置において、
前記冷却フィンの振動方向を、前記冷却流体の流れ方向に対して直交しない方向に設定する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載された冷却装置において、
前記冷却フィンの振動方向を、前記冷却流体の流れ方向に対して４５°傾斜する方向に設定する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された冷却装置において、
前記冷却フィンを、金属よりも低いヤング率を有すると共に、前記金属と同程度の熱伝導率を有する素材によって形成する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された冷却装置において、
前記素材を、複合素材とする
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する被冷却部材を、冷却流体を供給することで冷却する冷却装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱する被冷却部材に対して空気を供給する軸流ファンと、この軸流ファンの回転運動を軸方向の運動に変換するカム機構と、を備え、被冷却部材に向かって流れる空気流に振動を与える冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2005-136250号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の冷却装置では、カム機構によって軸流ファンの位置を軸方向に変化させるだけであるため、被冷却部材に向かって流れる空気流に振動を与えることはできても、大きな振動流とすることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、被冷却部材に向かって流れる冷却流体の流れに大きな流速変化をもたせ、冷却効率の向上を図ることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の冷却装置は、冷却フィンと、冷却流体供給手段と、を備える。
前記冷却フィンは、発熱する被冷却部材に熱的に接続されると共に、弾性変形可能となっている。
前記冷却流体供給手段は、前記冷却フィンに対して、冷却流体を間欠的に供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の冷却装置では、冷却流体供給手段によって冷却流体を間欠的に供給する。これにより、冷却流体に大きな流速変化を与えることができる。一方、被冷却部材に熱的に接続された冷却フィンは、弾性変形可能となっている。そのため、この冷却フィンに対して流速変化が大きい冷却流体を供給することで、冷却フィンが大きく変形し、冷却流体の流速をさらに増加させることができる。この結果、被冷却部材からの放熱量を増加させて、冷却効率の向上を図ることができる。
さらに、冷却フィンの周囲には、乱流熱伝達を阻害する冷却流体の対流層が存在するが、冷却流体の流速変化が大きいことで、この対流層を吹き飛ばすことができる。これにより、乱流熱伝達を促進し、さらに冷却効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の冷却装置を示す全体斜視図である。
【図２】(a)は、実施例１の冷却フィンを示す平面図であり、(b)は、図２(a)におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。
【図４】第２比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。
【図５】第３比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。
【図６】実施例１の冷却装置における空気流の流れを示す説明図である。
【図７】実施例２の冷却装置を示す平面図である。
【図８】実施例２のホイールを示す正面図である。
【図９】本発明の冷却装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の冷却装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。
【００１０】
（実施例１）
まず、実施例１の冷却装置の構成を、「冷却装置の全体構成」、「冷却フィンの詳細構成」、「ファンユニットの詳細構成」に分けて説明する。
【００１１】
［冷却装置の全体構成］
図１は、実施例１の冷却装置を示す全体斜視図である。以下、図１に基づき、実施例１の冷却装置の全体構成を説明する。
【００１２】
実施例１の冷却装置１は、発熱する被冷却部材であるＣＰＵ２に対し、冷却流体である空気を供給することで、ＣＰＵ２が発する熱を空気へ移動させてＣＰＵ２を冷却する。この冷却装置１は、図１に示すように、冷却フィン１０と、送風ユニット２０と、を有している。
【００１３】
前記冷却フィン１０は、筐体形状のＣＰＵ２のケース上面２ａに立設した複数のプレート部材であり、このケース上面２ａに一体的に固定されている。すなわち、この冷却フィン１０は、ＣＰＵ２と熱的に接続されている。ここで、「熱的に接続される」とは、熱伝導による熱移動が可能な接続或いは接触を意味する。これにより、ＣＰＵ２の熱は、この冷却フィン１０を介して空気へ放熱可能となっている。
【００１４】
前記送風ユニット２０は、空気を吸い込むと共に、冷却フィン１０に向けて空気を放出し、この冷却フィン１０に対して空気を供給する。この送風ユニット２０は、ここではＣＰＵ２に隣接して配置されている。
【００１５】
［冷却フィンの詳細構成］
図２(a)は、実施例１の冷却フィンを示す平面図であり、(b)は、図２(a)におけるＡ−Ａ断面図である。以下、図２に基づき、冷却フィンの詳細構成について説明する。
【００１６】
前記冷却フィン１０は、送風ユニット２０に対向し、この送風ユニット２０によって供給された空気が接触する空気受け面１０ａを有している。この冷却フィン１０では、この空気受け面１０ａの表面に沿って流れる空気と、ＣＰＵ２から移動した熱との間で熱交換を行い、熱を空気中に放出することでＣＰＵ２の冷却を促進する。ここで、空気受け面１０ａは、空気流れの上流から下流に向けて延在されている。
【００１７】
前記冷却フィン１０は、チタン等の金属より低いヤング率を有すると共に、このチタン等の金属と同等の熱伝導率を有する素材によって形成されている。この冷却フィン１０は、ここでは、図２(b)に示すように、ＣＰＵ２のケース上面２ａに立設するように一体成型されたアルミニウム製のプレート芯１１と、このプレート芯１１の外側を覆う複合素材であるカーボングラファイトからなるコーティング材１２と、を有している。
また、冷却フィン１０は、空気受け面１０ａに対して直交する方向（図２(a)におけるＺ方向）に弾性変形可能になっている。
【００１８】
さらに、前記冷却フィン１０は、図２(a)に示すように、送風ユニット２０からの送風方向（冷却流体の流れ方向）Ｘと、空気受け面１０ａとでなす角θが、平面視した状態でここでは４５°になるように傾斜している。一方、冷却フィン１０は、空気受け面１０ａに対して直交する方向（Ｚ方向）に弾性変形する。このため、この冷却フィン１０が振動する際の振動方向Ｚは、送風方向Ｘに対して直交する方向や送風方向Ｘと一致する方向には延在しておらず、送風方向Ｘに対し、４５°傾斜することとなる。
【００１９】
[送風ユニット２０の詳細構成]
前記送風ユニット２０は、図１に示すように、ファン２１と、回転盤（回転部材）２２と、円筒部材２３と、回転駆動ユニット２４と、を有している。
【００２０】
前記ファン２１は、多数の羽根２１ａの回転によって空気が軸方向に流れる軸流ファンである。ここでは、ファン２１が回転駆動することで、図１において左側から右側へと空気が送風される。
【００２１】
前記回転盤２２は、ファン２１から冷却フィン１０へと向かう空気流れの途中位置に、回転可能に配置されたプレート部材であり、ここでは冷却フィン１０に隣接している。この回転盤２２は、回転軸方向Ｙが、後述する流路２３ａの延在方向に一致し、流路２３ａに対して直交する。また、この回転盤２２は、流路２３ａを流れる空気を遮断する複数の遮断部２２ａと、流路２３ａを流れる空気を通過させる複数の開口部２２ｂと、を有している。この遮断部２２ａと開口部２２ｂは、回転盤２２の円周方向に沿って交互に形成されている。なお、この回転盤２２の直径寸法は、ファン２１の直径寸法とほぼ同じ大きさになっている。
そして、回転盤２２が回転することで、流路２３ａに対して遮断部２２ａと開口部２２ｂが交互に直交する。これにより、流路２３ａの流路抵抗が変動し、空気の流れが間欠的に遮断される。すなわち、この回転盤２２により、流路２３ａの流路抵抗を変動する抵抗変動手段が構成されている。
【００２２】
前記円筒部材２３は、両端が開放した中空の円筒部材であり、ファン２１と回転盤２２の間に配置され、内側に空気が流れる流路２３ａを形成している。この円筒部材２３は、ファン２１側の一方の開口２３ｂが、ファン２１を取り囲む内径寸法に形成されており、ファン２１によって送られる空気をすべて流路２３ａに取り込めるようになっている。また、回転盤２２に対向する他方の開口２３ｃは、冷却フィン１０の高さ寸法に応じた内径寸法に形成されており、ここでは、一方の開口２３ｂよりも小さくなっている。そして、この円筒部材２３は、一方の開口２３ｂから他方の開口２３ｃに向けて、内径寸法が円滑に縮小する。さらに、他方の開口２３ｃがＣＰＵ２のケース上面２ａよりも上方に向かって開放するように設定され、流路２３ａを流れた空気が冷却フィン１０に向かうようになっている。
【００２３】
前記回転駆動ユニット２４は、円筒部材２３の内側、つまり流路２３ａ内に配置され、ファン２１と回転盤２２をそれぞれ回転駆動する。ここでは、ファン用モータ２４ａと、回転盤用モータ２４ｂと、変速機２４ｃと、を有し、それぞれ図示しない固定手段によって円筒部材２３の内側に固定されている。
前記ファン用モータ２４ａは、モータ出力軸が変速機２４ｃに接続され、この変速機２４ｃを介してファン２１を回転駆動するモータである。前記回転盤用モータ２４ｂは、モータ出力軸が回転盤２２に接続され、この回転盤２２を回転駆動するモータである。前記変速機２４ｃは、ファン用モータ２４ａの回転速度を変速ギヤの組み合わせにより任意の速度に変更する。
【００２４】
次に、作用を説明する。まず、「冷却装置における一般的課題と比較例の冷却装置」の説明を行い、続いて、実施例１の冷却装置における「冷却作用」を説明する。
【００２５】
［冷却装置における一般的課題と比較例の冷却装置］
図３は、第１比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。図４は、第２比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。図５は、第３比較例の冷却装置の構成を示す説明図である。
【００２６】
一般的に、モータやＣＰＵのような発熱する被冷却部材に冷却フィンを設け、この冷却フィンの周囲に空気や水等の冷却流体を供給し、被冷却部材からの放熱を促進させて冷却する冷却装置が知られている。このとき、冷却フィンからの放熱は、輻射熱と乱流熱伝達が支配的になっている。また、冷却フィンから空気への熱伝達量は、下記式（１）によって示すことができる。
Ｑ＝α（Ｔ−Ｔ０）          ・・・（１）
このとき、Ｑ：熱伝達量
α：熱伝達率
Ｔ：被冷却部材の温度（冷却フィンの温度）
Ｔ０：冷却フィンの周囲の冷却流体の温度        とする。
なお、熱伝達率αは、下記式（２）によって求められる。
α＝ａ×Ｕｂ                ・・・（２）
このとき、Ｕ：冷却フィンの周囲の冷却流体の流速
ａ：比例係数（任意に設定）
ｂ：乗数（任意に設定）                        とする。
【００２７】
そして、上述の式（１）より、熱伝達率αを大きくすれば熱伝達量Ｑが増大し、被冷却部材の冷却を促進することができることがわかる。また、上述の式（２）より、冷却フィンの周囲に流れる冷却流体の流速Ｕを増加すれば、熱伝達率αが大きくなることが分かる。つまり、冷却フィンの周囲に流れる冷却流体の流速Ｕを増加することで、冷却フィンの熱伝達量Ｑを増大させ、被冷却部材の冷却効率を向上することができることとなる。
【００２８】
これに対し、冷却フィンを弾性変形可能に構成し、この冷却フィンを振動変形させれば、被冷却部材に向けて供給された冷却流体の流速、つまり、冷却フィンの周囲を流れる冷却流体の流速Ｕが増加する。この結果、熱伝達率αが増大し、熱伝達量Ｑが増加して被冷却部材の冷却を促進することができる。
【００２９】
すなわち、冷却フィンからの放熱量を増加させて冷却促進を図るためには、冷却フィンを大きく振動変形させて、冷却フィンの周囲を流れる冷却流体の流速Ｕを増加させることが必要である。さらに、通常、冷却フィンの周囲には、乱流熱伝達の阻害となる冷却流体の対流層が存在する。これに対し、冷却フィンの振動変形を大きくすれば、冷却流体の対流層が吹き飛ばされ、乱流熱伝達が大幅に向上し、さらに冷却効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
そして、冷却フィンを大きく振動変形させるためには、冷却流体を振動させるか、冷却フィン自体を強制的に振動させることが考えられる。
【００３１】
しかしながら、例えば図３に示す第１比較例の冷却装置３０のように、被冷却部材３１に熱的に接続した多数の冷却フィン３２に、送風ファン３３から空気を供給すると共に、この供給された空気に対してスピーカユニット３４によって振動を与える構成では、冷却フィン３２に供給された後の空気に振動を与えるものであり、冷却フィン３２を振動変形させるほど空気を振動させることはできない。そのため、冷却フィン３２の周囲を流れる空気の流速Ｕの増加は僅かであり、冷却フィン３２の周囲に生じる対流層を吹き飛ばす効果はほとんどないと考えられる。
【００３２】
また、例えば図４に示す第２比較例の冷却装置４０のように、被冷却部材４１に熱的に接続した多数の冷却フィン４２に、アクチュエータ４３で駆動する連結軸４４を設けた構成では、冷却フィン４２はアクチュエータ４３によって連結軸４４を駆動することで強制的に振動する。しかしながら、この場合では、冷却フィン４２と連結軸４４の接合部分４４ａが劣化し、破損するおそれがあるので、耐久性が問題になる。その上、冷却フィン４２を振動させるためのアクチュエータ４３が不可欠であり、エネルギーロスが発生するのは明らかである。
【００３３】
さらに、例えば図５に示す第３比較例の冷却装置５０のように、被冷却部材５１に多数の冷却フィン５２を片持ち梁式に形成し、各冷却フィン５２を弾性変形可能とするものがある。この場合、送風ファン５３から送風される空気の流れ方向（図５において破線矢印で示す）に対し、冷却フィン５２の空気受け面５２ａが正対する構成であるため、送風力と冷却フィン５２の変形応力がつりあった角度（力学的な平衡状態の角度）で冷却フィン５２の変形は停止してしまい、振動変形は生じない。
つまり、空気受け面５２ａに対して直交する方向である冷却フィンが変形する方向（振動方向）に対して、冷却流体が同じ方向に流入すると、冷却フィンと冷却流体が衝突してしまう。そのため、冷却流体の流速は圧力に変換され、流体の運動量保存則によって減速する。すなわち、冷却フィンの周囲の冷却流体の流速Ｕは低下することとなる。
【００３４】
従って、エネルギーロスを生じることなく冷却フィンに振動変形を発生させるためには、振動する開口部或いは回転する開口部を有する部材を通して、冷却流体に振動を与えると共に、冷却フィンの配置の工夫（冷却流体の流れ方向に対して傾斜させる）によって、フィン振動を起こし続ける必要がある。
【００３５】
［実施例１の冷却効果］
図６は、実施例１の冷却装置における空気流の流れを示す説明図である。
【００３６】
実施例１の冷却装置１によってＣＰＵ２を冷却するには、まず、送風ユニット２０のファン２１をファン用モータ２４ａによって回転駆動し、冷却流体である空気を吸い込んで円筒部材２３の中に取り込む。この一方の開口２３ｂから円筒部材２３内に流れ込んだ空気は、流路２３ａを流れて他方の開口２３ｃから排出される。なお、ファン２１によって吸い込まれた空気を円筒部材２３内に取り込むことで、吸い込んだ空気が拡散することを防止すると共に、空気の流れを一方向流に整流することができる。
【００３７】
ここで、他方の開口２３ｃと冷却フィン１０の間には、回転盤２２が配置され、他方の開口２３ｃに対して回転盤２２が対向している。そして、この回転盤２２を回転盤用モータ２４ｂによって回転駆動すると、他方の開口２３ｃに、回転盤２２の遮断部２２ａと開口部２２ｂが交互に対向することになる。
【００３８】
そして、円筒部材２３の他方の開口２３ｃに遮断部２２ａが対向しているときには、この開口２３ｃから排出される空気の流れが遮断される。また、円筒部材２３の他方の開口２３ｃに開口部２２ｂが対向しているときには、この開口部２２ｂを介して空気は流れ、開口２３ｃから空気が排出される。
【００３９】
すなわち、回転盤２２の回転に伴って、他方の開口２３ｃに遮断部２２ａと開口部２２ｂが交互に対向することで、空気の流れが遮断される状態と、空気が流れる状態が交互に発生することとなる。これにより、円筒部材２３から排出される空気の流れが間欠的になり、空気流にいわゆる脈動が発生する。
【００４０】
そして、円筒部材２３の他方の開口２３ｃは、冷却フィン１０に向かって開放しているため、このように間欠的に流れる空気は冷却フィン１０に向けて流れることになる。そのため、冷却フィン１０に供給される空気が大きな流速変化を持つことになり、大きな流速変化を持つ空気が供給された冷却フィン１０は、大きく振動変形する。これにより、この冷却フィン１０の周囲を流れる空気の流速をさらに増加させることができる。この結果、冷却フィン１０における熱伝達量が向上し、ＣＰＵ２の冷却効率の向上を図ることができる。
【００４１】
さらに、冷却フィン１０の周囲を流れる空気の流速変化が大きいことで、冷却フィン１０の周囲に発生する対流層を吹き飛ばすことができる。これにより、冷却フィン１０の表面での乱流熱伝達を促進し、さらに冷却効率の向上を図ることができる。
【００４２】
また、冷却フィン１０に供給された空気によって、冷却フィン１０を振動させているので、例えばアクチュエータ等を利用して冷却フィンを強制的に振動させる場合と比べると、耐久性に優れると共に、フィン振動のために必要なエネルギーを必要としないので経済性にも優れる。
【００４３】
また、実施例１では、遮断部２２ａと開口部２２ｂを有する回転盤２２を、ファン２１と冷却フィン１０の間に回転可能に配置すると共に、流路２３ａに対して直交させている。そして、この回転盤２２を回転させことで、流路２３ａにおける流路抵抗を間欠的に変動させ、この流路２３ａを流れる空気流を間欠的にする。
そのため、空気の流れを簡単な構造で確実に間欠的にすることができ、大きな流速変化を持った空気の流れを発生させることができる。また、遮断部２２ａと開口部２２ｂの流路２３ａに対向する領域面積の割合を調整することで、空気の供給周期を容易に調整することができる。
【００４４】
なお、変速機２４ｃによってファン用モータ２４ａからの出力を変速（減速又は加速）することで、この空気の供給量を調整すると共に、回転盤用モータ２４ｂの出力を調整することで、空気流の脈動周期（空気の供給周期）を冷却フィン１０の振動周期に一致させることができる。この場合には、冷却フィン１０の振動振幅を大きくさせることができ、熱伝達率を増加し、さらに冷却効果を高めることができる。
【００４５】
さらに、空気流の脈動周期（空気の供給周期）を、冷却フィン１０の振動周期に対して共振するように調整した場合には、冷却フィン１０の共振周波数が、空気流の脈流周波数と共振同調する。そのため、空気の供給周期と冷却フィン１０の振動周期が一致する場合よりも、さらに冷却フィン１０の振動振幅を大きくすることができ、熱伝達率をさらに増加させ、冷却効率の更なる向上を図ることができる。
【００４６】
そして、実施例１の冷却装置１では、送風ユニット２０からの送風方向Ｘと、冷却フィン１０の空気受け面１０ａとでなす角θが、平面視した状態で４５°になるように傾斜している（図２(a)参照）。すなわち、この冷却フィン１０の振動方向Ｚが、冷却フィン１０に供給される空気の流れ方向に対して４５°傾斜している。
【００４７】
ここで、送風方向Ｘと空気受け面１０ａとでなす角θが平面視した状態で０°、つまり、冷却フィン１０の振動方向Ｚが送風方向Ｘに対して直交する方向になっている場合では、冷却フィン１０に供給される空気の流れは阻害されないものの、空気受け面１０ａに大きな流速変化を有する空気流が当たらない。そのため、冷却フィン１０を十分に振動させることができない。
【００４８】
また、送風方向Ｘと空気受け面１０ａとでなす角θが平面視した状態で９０°、つまり、冷却フィン１０の振動方向Ｚが送風方向Ｘと一致する方向になっている場合では、空気受け面１０ａに空気がぶつかることで冷却フィン１０を振動させることはできるものの、空気流自身の動圧が静圧に変換され、流速が低下する。そのため、乱流熱伝達を阻害する対流層を吹き飛ばすことができず、冷却効率の低下を招く。
【００４９】
これに対し、実施例１の冷却装置１では、上述のように、送風方向Ｘと空気受け面１０ａとでなす角θが４５°となっているため、図６に示すように、回転盤２２の開口部２２ｂを通過した空気は、空気受け面１０ａにぶつかり、冷却フィン１０を十分に振動変形させることができる。さらに、この空気受け面１０ａにぶつかった空気は、空気受け面１０ａに沿いながら円滑に流れていくため、流速の大きな低下を抑制することができ、乱流熱伝達の低下を防いで、冷却フィン１０による冷却効率の低減を防止することができる。
【００５０】
さらに、実施例１では、冷却フィン１０を金属より低いヤング率を有すると共に、金属と同等の熱伝導率を有する素材によって形成している。そのため、振動振幅を十分に確保することができると共に、冷却フィン１０からの放熱を妨げることもないので、熱伝達率の低減を防止することができる。
【００５１】
しかも、実施例１の冷却装置１では、図２(b)に示すように、冷却フィン１０を形成する素材としてカーボングラファイトのような複合素材を利用すると共に、アルミニウムからなる金属との２層構造としている。
そのため、単一の金属素材を利用して冷却フィンを形成する場合よりも、より低ヤング率で高熱伝達率を有する冷却フィンとすることができる。
【００５２】
次に、効果を説明する。
実施例１の冷却装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００５３】
(1) 発熱する被冷却部材（ＣＰＵ）２に熱的に接続されると共に、弾性変形可能な冷却フィン１０と、
前記冷却フィン１０に対して、冷却流体（空気）を間欠的に供給する冷却流体供給手段（送風ユニット）２０と、
を備える構成とした。
これにより、被冷却部材（ＣＰＵ）２に向かって流れる冷却流体（空気）の流れに大きな流速変化をもたせ、冷却効率の向上を図ることができる。
【００５４】
(2) 前記冷却流体供給手段（送風ユニット）２０は、前記冷却流体（空気）を流すファン２１と、前記冷却流体（空気）が流れる流路２３ａと、前記流路２３ａ内の流路抵抗を変動する抵抗変動手段（回転盤）２２と、を有する構成とした。
これにより、冷却流体（空気）の流れを確実に間欠的にすることができ、大きな流速変化を持った冷却流体（空気）の流れを発生させることができる。
【００５５】
(3) 前記抵抗変動手段は、前記冷却流体（空気）の流れを遮断する遮断部２２ａと、この遮断部２２ａに隣接する開口部２２ｂと、を有し、前記流路２３ａの延在方向に回転軸方向Ｙが一致すると共に、前記流路２３ａに直交するように配置された回転可能な回転部材（回転盤）２２により構成する構成とした。
これにより、冷却流体（空気）の流れを簡単な構造で確実に間欠的にすることができると共に、遮断部２２ａと開口部２２ｂの流路２３ａに対向する領域面積の割合を調整することで、冷却流体（空気）の供給周期を容易に調整することができる。
【００５６】
(4) 前記冷却フィン１０を、前記冷却流体供給手段（送風ユニット）２０による前記冷却流体（空気）の間欠的な供給によって振動させる構成とした。
これにより、アクチュエータ等を利用して冷却フィンを強制的に振動させる場合と比べると、耐久性に優れると共に、フィン振動のために必要なエネルギーを余分に必要としないので経済性にも優れる。
【００５７】
(5) 前記冷却フィン１０の振動方向Ｚを、前記冷却流体（空気）の流れ方向（送風方向）Ｘに対して異なる方向に設定する構成とした。
これにより、冷却フィン１０の空気受け面１０ａによって冷却流体（空気）を受け止め、冷却フィン１０を振動させつつ、冷却流体の流速の低下を防止して、冷却効率の低下を抑制することができる。
【００５８】
(6) 前記冷却フィン１０の振動方向Ｚを、前記冷却流体（空気）の流れ方向（送風方向）Ｘに対して直交しない方向に設定する構成とした。
これにより、冷却フィン１０の空気受け面１０ａによって受け止めることができ、冷却フィン１０を十分に振動させることができる。
【００５９】
(7) 前記冷却フィン１０の振動方向Ｚを、前記冷却流体（空気）の流れ方向（送風方向）Ｘに対して４５°傾斜する方向に設定する構成とした。
これにより、冷却フィン１０を十分に振動変形させることができると共に、空気受け面１０ａにぶつかった冷却流体（空気）を円滑に流し、流速の大きな低下を抑制して乱流熱伝達の低下を防ぎ、冷却フィン１０による冷却効率の低減を防止することができる。
【００６０】
(8) 前記冷却フィン１０を、金属よりも低いヤング率を有すると共に、金属と同程度の熱伝導率を有する素材（コーティング材）１２によって形成する構成とした。
これにより、振動振幅を十分に確保することができると共に、熱伝達率の低減を防止することができる。
【００６１】
(9) 前記素材を、複合素材（コーティング材）１２とする構成とした。
これにより、単一の金属素材を利用して冷却フィンを形成する場合よりも、より低ヤング率で高熱伝達率を有する冷却フィンとすることができる。
【００６２】
（実施例２）
実施例２は、遮断部と開口部を有する回転部材に、冷却流体を導入する流体導入翼を設けた例である。
【００６３】
まず、構成を説明する。
図７は、実施例２の冷却装置を適用したインホイールモータユニットを模式的に示す平面図である。図８は、実施例２のホイールを示す正面図である。以下、図７,８に基づき、実施例２の冷却装置の構成について説明する。
【００６４】
図７に示すインホイールモータユニット６０は、例えば電気自動車に搭載されるものであり、タイヤ６１を支持するホイール６２と、このホイール６２の内側領域に配置された駆動モータ６３と、を有している。なお、「ホイール６２の内側領域」とは、ホイール６２のホイールディスク６２ａとリム６２ｂによって囲まれる領域である。
【００６５】
前記駆動モータ６３は、モータ出力軸６３ａの先端にホイール６２が結合固定されている。ここで、モータ出力軸６３ａに対してホイール６２を結合固定するには、まず、モータ出力軸６３ａをホイールハブ６４ａに挿通する。次に、このホイールハブ６４ａに複数個のホイールボルト６４ｂを植設する。このとき、各ホイールボルト６４ｂは、ホイールハブ６４ａを駆動モータ６３側から貫通し、軸方向に突出する。そして、各ホイールボルト６４ｂが、ホイール６２のホイールディスク６２ａに穿ったボルト孔（図示せず）を貫通するよう、ホイールハブ６４ａにホイールディスク６２ａを密接させる。このとき、モータ出力軸６３ａは、ホイールディスク６２ａの中心位置に形成された軸貫通孔６２ｃを貫通する。そして、この状態でホイールボルト６４ｂにホイールナット６４ｃを緊締螺合させる。これにより、モータ出力軸６３ａに対してホイール６２が結合固定される。
なお、ホイールハブ６４ａは、ハブベアリング６４ｄを介して駆動モータ６３に回転可能に支持される。
【００６６】
そして、実施例２の冷却装置７０は、被冷却部材である駆動モータ６３に設けられた冷却フィン７１と、冷却流体供給手段としてのホイール６２と、を備えている。
【００６７】
前記冷却フィン７１は、駆動モータ６３のモータケース６３ｂの周面に立設した複数のプレート部材であり、このモータケース６３ｂに一体的に固定されている。すなわち、この冷却フィン７１は、駆動モータ６３と熱的に接続されている。また、この冷却フィン７１は、ホイール６２に対向した空気受け面７１ａを有し、この空気受け面７１ａに対して直交する方向（振動方向Ｚ）に弾性変形可能になっている。
【００６８】
さらに、前記冷却フィン７１は、空気導入翼７２によってホイール６２の内側領域に吸い込まれた空気の送風方向（冷却流体の流れ方向）Ｘと、空気受け面７１ａとでなす角θが、平面視した状態で４５°になるように傾斜している。つまり、冷却フィン７１の振動方向Ｚは、空気の送風方向Ｘに対して４５°傾斜している。
【００６９】
前記ホイール６２は、図８に示すように、複数のスポーク部６５ａと、複数の開口部６５ｂと、複数の空気導入翼７２と、を有している。
前記スポーク部６５ａは、ホイールディスク６２ａの中心から径方向に延在した骨格部である。
前記開口部６５ｂは、ホイールディスク６２ａに形成された開口であり、複数のスポーク部６５ａと円周方向に交互に形成されている。
前記空気導入翼７２は、ホイール６２の外側に突出形成されており、ホイール６２の回転に伴ってホイール６２の内側領域に空気を導入する部位である。この空気導入翼７２は、開口部６５ｂの縁部に沿って、スポーク部６５ａに形成されている。
【００７０】
そして、ホイール６２が回転すると、空気導入翼７２も回転し、開口部６５ｂからホイール６２の内側領域に空気が吸い込まれる。このとき、開口部６５ｂがスポーク部６５ａと円周方向に交互に形成されているため、ホイール６２の内側領域に吸い込まれた空気に間欠的な流速の変化が生じる。すなわち、このホイール６２は、冷却フィン７１に供給される空気量を間欠的に変化させる供給量変化手段に相当するスポーク部６５ａ、開口部６５ｂ、空気導入翼７２を有している。
【００７１】
次に、実施例２の冷却装置７０における冷却作用を説明する。
【００７２】
実施例２の冷却装置７０では、駆動モータ６３を駆動してホイール６２を回転させて走行することで、空気導入翼７２により、ホイールディスク６２ａに形成された開口部６５ｂからホイール６２の内側領域へ空気が吸い込まれる。そして、この吸い込まれた空気が、駆動モータ６３のモータケース６３ｂに形成された冷却フィン７１と接触することで、冷却フィン７１からの放熱が促され、被冷却部材である駆動モータ６３が冷却される。
【００７３】
このとき、ホイールディスク６２ａには、複数のスポーク部６５ａと複数の開口部６５ｂが円周方向に交互に形成されているので、ホイール６２の内側領域へ吸い込まれる空気に間欠的な流速の変化が生じる。つまり、空気の流れにいわゆる脈動が発生し、大きな流速変化を持つ空気が供給された冷却フィン７１は、大きく振動変形する。この結果、冷却フィン７１における熱伝達量が向上し、駆動モータ６３の冷却効率の向上を図ることができる。
【００７４】
また、実施例２では、スポーク部６５ａ及び開口部６５ｂを有し、空気の流れを間欠的にするホイール６２に、冷却フィン７１に向けて空気を供給するための空気導入翼７２を形成している。そのため、このホイール６２に、空気を冷却フィン７１に向けて供給するためのファン機能と、冷却フィン７１に供給される空気の流れを間欠的にする脈動発生機能と、を持たせることができる。これにより、例えば実施例１のようにファンと回転盤の双方を有する必要がなくなり、製造コストの低減や重量低減を図ることができる。
【００７５】
すなわち、実施例２の冷却装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００７６】
(10) 前記冷却流体供給手段（ホイール）６２は、前記冷却流体（空気）の供給量を間欠的に変化させる供給量変化手段（スポーク部６５ａ、開口部６５ｂ、空気導入翼７２）を有する。
これにより、冷却流体（空気）を供給する機能（ファン機能）と、冷却流体（空気）の流れを間欠的にする機能（脈動発生機能）を、冷却流体供給手段（ホイール）６２に持たせることができ、コスト低減を図ることができる。
【００７７】
以上、本発明の冷却装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００７８】
実施例１では、遮断部２２ａと開口部２２ｂを有する回転盤２２が回転することで、流路２３ａを遮断部２２ａが間欠的に閉鎖し、空気流に脈動を発生させている。しかしながら流路２３ａの流路抵抗を間欠的に変動可能であれば、このような回転盤２２に限らない。つまり、図９に示すように、遮断部のみを有するプレート状の遮断部材８０を流路２３ａに対して直交させ、この遮断部材８０をアクチュエータ８２によって流路２３ａに対して出没させることで空気の流れを間欠的に遮断するものであってもよい。
この場合であっても、大きな流速変化を持った空気の流れを確実に発生させることができ、冷却効率の向上を図ることができる。
なおこの場合では、遮断部材を、例えば電磁弁等の駆動機構を有するシャッターや、開閉弁等によって構成してもよい。
【００７９】
さらに、空気流に脈動を発生させ、冷却フィンに供給される空気の流れに大きな流速変化を持たせる構造としては、空気の流れの上流側或いは下流側において、空気の圧力を間欠的に変動させるものであってもよい。また、実施例１に示す送風ユニット２０におけるファン２１を回転駆動させるファン用モータ２４ａの出力を間欠的に変動させるものであってもよく、例えばコギング運動させたり、断続的に通電させたりする。
【００８０】
そして、実施例１では、送風ユニット２０における円筒部材２３が、ファン２１及び回転盤２２に対して独立して設けられ、回転しない例を示したが、これに限らない。ファン２１、或いは回転盤２２と一体に形成し、回転可能となっていてもよい。また、回転盤２２を、ファン２１と同軸に設置されていなくてもよい。
【００８１】
また、実施例１では、冷却フィン１０をアルミニウム製のプレート芯１１と、カーボングラファイトからなるコーティング材１２の２層構造とした例を示したが、これに限らない。例えば、カーボングラファイトのみで形成したものであってもよい。また、複合素材として、カーボングラファイト以外のものであってもよい。
【００８２】
また、上記各実施例では、冷却フィンの振動方向Ｚを空気の流れ方向Ｘに対して４５°傾斜させた例を示したが、これに限らない。振動方向Ｚが流れ方向Ｘと異なる角度であって、直交しない角度であればよい。
【００８３】
さらには、被冷却部材と冷却フィンとの接合部分だけを振動可能とする構成としてもよい。つまり、この接合部分のみをヤング率が低い素材にしてもよい。この場合では、冷却フィンのうち、放熱する部分と振動する部分とで異なる素材を個別に選択することができ、製造しやすくすることができる。
【００８４】
また、実施例２において、本発明の冷却装置をインホイールモータユニット６０に適用する例を示したが、これに限らない。ホイールの内側領域に配置されない通常のモータの冷却に対しても適用することができる。
【００８５】
また、上記各実施例では、冷却流体として空気とする例を示したが、これに限らず、流れが発生するものであれば、水や不凍液、ガス冷媒等であってもよく、気体や液体のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１  冷却装置
２  ＣＰＵ（被冷却部材）
２ａ  ケース上面
１０  冷却フィン
１０ａ  空気受け面
１１  プレート芯
１２  コーティング材
２０  送風ユニット
２１  ファン
２２  回転盤
２２ａ  遮断部
２２ｂ  開口部
２３  円筒部材
２３ａ  流路
２４  回転駆動ユニット
２４ａ  ファン用モータ
２４ｂ  回転盤用モータ
２４ｃ  変速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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