(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱筐体のサイズを大きくすることなく発熱体の放熱効果を向上する。【解決手段】発熱体２１の下面に接触設置される熱拡散体２３と、この熱拡散体２３の外側面、即ち、下面及び側端面に接触して当該熱拡散体２３及び発熱体２１を収納する収納体２５とを備え、この収納体２５の底部３１に冷却水等の冷媒が流れる冷媒経路２７を形成するとともに、熱拡散体２３及び収納体２５の側部３３等の内部にヒートパイプ２９を形成する。冷媒経路２７をヒートパイプ２９を跨ぐようにするなどして、ヒートパイプ２９の軸方向と、複数のヒートパイプ２９の並置方向の両方に熱拡散を行いながら、効率よく放熱を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に接触設置される熱拡散体と、
前記熱拡散体に接触して当該熱拡散体及び前記発熱体を収納する収納体と
を備え、
少なくとも前記熱拡散体の内部に前記発熱体の熱を拡散するためのヒートパイプが形成され、
前記収納体の内部に、前記ヒートパイプにより拡散された熱を外部に排出するための冷媒経路が形成されたことを特徴とする放熱筐体。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱筐体であって、
前記収納体が、前記熱拡散体の側端面に接触設置された側部を備え、
前記ヒートパイプが、前記熱拡散体の側端面を経て前記側部に延設されて形成されたことを特徴とする放熱筐体。
【請求項３】
請求項２に記載の放熱筐体であって、
前記収納体が、前記熱拡散体の下面に接触設置された底部をさらに備え、
前記冷媒経路が、前記底部内で前記ヒートパイプを跨ぐように形成されたことを特徴とする放熱筐体。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の放熱筐体であって、
前記収納体が、前記側部の外側側面に位置する外延側部をさらに備え、
前記冷媒経路が、前記外延側部内で前記ヒートパイプを横切るように形成されたことを特徴とする放熱筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス等の発熱体を放熱しながら収納する放熱筐体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車等の電気自動車において、高出力の電気モータが搭載されるようになっている。自動車における電動モータは交流動作しており、インバータを介してモータを駆動している。
【０００３】
このインバータは、パワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体デバイスを用いており、この半導体デバイスが高速に動作するため、その発熱量は大きくならざるを得ない。そして、発熱体である半導体デバイスの動作不良を防止するためには、熱放散が非常に重要である。
【０００４】
かかる半導体デバイスの発熱を効率良く放散するために、この半導体デバイスに対して熱放散し得る構造の放熱筐体を設置することが行われていた。
【０００５】
図７は従来の放熱筐体を示す底面視断面模式図、図８は内部に発熱体が収納された放熱筐体を示す側面視断面模式図である。この図７及び図８に示した例では、パワーＭＯＳＦＥＴ等の発熱体１に熱伝導性の高い銅合金等の熱拡散材３が接触設置され、この熱拡散材３に放熱筐体５が接触設置される。放熱筐体５は、発熱体１及び熱拡散材３を収納する保護ケースとしても機能するもので、底部７、側部８及び天部９を備えている。そして、特に熱拡散材３との接触面積の大きい底部７においては、内部に冷却水等の冷媒が流れる冷媒経路１１が形成されている。
【０００６】
かかる構成において、発熱体１が発熱したとき、その熱が熱拡散材３に伝達され、この熱拡散材３の熱が放熱筐体５に伝達される。この際、放熱筐体５の底部７内の冷媒経路１１には冷媒が流されており、冷媒経路１１の冷媒供給口１３から当該冷媒経路１１内に導入された冷媒が放熱筐体５の底部７の熱を吸収し、この冷媒が冷媒経路１１の冷媒排出口１５から排出されることで、放熱筐体５が冷却される。このように、冷媒により放熱筐体５を冷却することで、発熱体１で発生した熱が、熱拡散材３及び放熱筐体５を通じて冷媒により外部に効率良く排出され、その発熱体１の動作不良を防止することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、放熱筐体５の内部に発熱体１を収納し、放熱筐体５を通じて放熱を行う場合、放熱筐体５のサイズを大きくするなどして、この放熱筐体５の外気との接触面積を増大することで、放熱効果を大きくすることができる。
【０００８】
しかしながら、放熱筐体５のサイズをむやみに大きくすることは、自動車のスペース効率を害することになる。即ち、放熱筐体５のサイズを大きくして放熱効果を増大することと、自動車のスペース効率を向上することとは、いわばトレードオフの関係にあると言え、両者を両立して向上させることが困難であった。したがって、放熱筐体５のサイズを大きくすることなく、他の方法によって放熱効果の向上を図ることができる技術が望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、放熱筐体のサイズを大きくする以外にも発熱体の放熱効果を向上し得る放熱筐体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、発熱体に接触設置される熱拡散体と、前記熱拡散体に接触して当該熱拡散体及び前記発熱体を収納する収納体とを備え、少なくとも前記熱拡散体の内部に前記発熱体の熱を拡散するためのヒートパイプが形成され、前記収納体の内部に、前記ヒートパイプにより拡散された熱を外部に排出するための冷媒経路が形成されたものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放熱筐体であって、前記収納体が、前記熱拡散体の側端面に接触設置された側部を備え、前記ヒートパイプが、前記熱拡散体の側端面を経て前記側部に延設されて形成されたものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の放熱筐体であって、前記収納体が、前記熱拡散体の下面に接触設置された底部をさらに備え、前記冷媒経路が、前記底部内で前記ヒートパイプを跨ぐように形成されたものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の放熱筐体であって、前記収納体が、前記側部の外側側面に位置する外延側部をさらに備え、前記冷媒経路が、前記外延側部内で前記ヒートパイプを横切るように形成されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明では、発熱体に設けられる熱拡散体にヒートパイプを形成することにより、熱拡散の効果を大きくできる。そして、このように熱拡散体内で拡散された熱を、冷媒経路内の冷媒によって外部に排出することができ、放熱筐体のサイズをあまり大きくしなくても、放熱効果を向上することができる。特に、冷媒経路が複数形成されている場合に、各ヒートパイプで熱を拡散しつつ、その複数のヒートパイプ間の熱分布を冷媒経路内の冷媒で均一化しながら外部に放出でき、放熱効果を容易に向上できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、ヒートパイプを収納体の側部にまで延設しているので、放熱筐体の全体に熱を容易に分散させて放熱効果を向上することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、熱拡散体の下面に接触配置される底部内に冷媒経路を形成しているので、熱拡散体を板状に形成すれば、この熱拡散体に対して接触面積の大きな底部内に冷媒経路を配策形成でき、冷媒による冷却効果を向上できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、ヒートパイプの熱拡散機能を積極的に活用して側面側に熱を集中させつつ、側面に形成された外延側部に冷媒経路を形成しているので、底部を設けない場合は高さ方向のサイズを抑制して放熱筐体の小型化を図ることができ、また底部を設けて当該底部内に冷媒経路を形成する場合は、冷媒経路を側面側にまで広げることでヒートパイプにより拡散された熱の放熱を効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
｛第１実施形態｝
図１は本発明の第１実施形態に係る放熱筐体２０の一部を示す底面視断面模式図、図２は内部に発熱体が収納された放熱筐体２０を示す側面視断面模式図である。
【００１９】
この放熱筐体２０は、図１及び図２の如く、例えば自動車用のインバータ等に使用されるパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体デバイスである発熱体２１を収納して保護するとともに、この発熱体２１で発生した熱を外部に放熱するためのものであって、発熱体２１の下面に接触設置される熱拡散体２３と、この熱拡散体２３の外側面、即ち、下面及び側端面に接触して当該熱拡散体２３及び発熱体２１を収納する収納体２５とを備え、この収納体２５の底部３１に冷却水等の冷媒が流れる冷媒経路２７が形成されるとともに、熱拡散体２３及び収納体２５の側部３３の内部にヒートパイプ２９が形成されたものである。
【００２０】
熱拡散体２３は、例えばアルマイト等の絶縁性を有し、且つ熱伝導性に優れた材料が使用された板体であり、その上面に、伝熱シールやシリコングリス等の熱伝導性の高い接着材等を用いて発熱体２１が接着される。
【００２１】
収納体２５は、例えばアルマイト等の高い熱伝導性を有する絶縁材料を用いて、底部３１、側部３３及び天部３５を備えて略箱形に形成されている。
【００２２】
ヒートパイプ２９は、極細線ウィックを用いるなどして、液体の蒸発と凝縮の潜熱を利用することで、小さな温度差で大量の熱輸送が可能な閉ループの電熱素子である。このヒートパイプ２９は、図１の如く、その軸が熱拡散体２３の板面に平行にその一方向（例えば長手方向）に沿って形成されるとともに、その端部が収納体２５の側部に、その上方に向かって延設されるようにして配置される。そして、このヒートパイプ２９は、熱拡散体２３の一方向に対して直交する方向（例えば幅方向）に沿って複数本並列形成される。これにより、熱拡散体２３及び収納体２５の側部３３の一定の単位面積の全ての部分に、ヒートパイプ２９が配置されるように形成されることになり、特にヒートパイプ２９の軸方向に対して発熱体２１の熱を効率良く分散させることができるようになっている。
【００２３】
収納体２５の底部３１内に形成される冷媒経路２７は、当該底部３１の熱分布をできるだけ均一にするため、図１の如く、蛇行状またはジグザグ状等に形成されており、且つ、底面視または平面視した場合に、複数本のヒートパイプ２９を横切るようにして形成される。このように、冷媒経路２７が複数本のヒートパイプ２９を横切るようにして形成されることで、複数のヒートパイプ２９同士の温度差を可及的に均一にすることが可能となる。そして、この冷媒経路２７の冷媒供給口３２ａから当該冷媒経路２７内に冷媒を導入し、この冷媒が冷媒経路２７の冷媒排出口３２ｂから排出されることで、収納体２５の底部３１の全体が冷却される。
【００２４】
上記構成によれば、発熱体２１が発熱したとき、その熱が熱拡散体２３を通じて収納体２５の底部３１及び側部３３に伝達され、外部に放出される。
【００２５】
この際、熱拡散体２３から収納体２５の側部３３にかけて内部設置された複数のヒートパイプ２９により、その各ヒートパイプ２９の軸方向に熱拡散が効率よく行われる。
【００２６】
そして、熱拡散体２３及び収納体２５の側部３３に拡散された熱は、これらの全底面に密接された底部３１に伝達される。そして、この底部３１に内部形成された冷媒経路２７に冷媒が流れることで、底部３１の熱が外部に効率よく排出される。特に、冷媒経路２７がヒートパイプ２９の軸方向に対して直交するように形成されているので、一旦複数のヒートパイプ２９同士の熱分布を可及的に均一にできる。このように、複数のヒートパイプ２９でその軸方向に熱拡散を行い、この各ヒートパイプ２９に直交するように形成された冷媒経路２７内に冷媒を流すことで、ほぼ面状に熱拡散を行いながら放熱を行うことができるので、極めて効率の良い放熱が行われる。
【００２７】
したがって、従来のように、放熱筐体のサイズをやみくもに大きくしなくても、複数のヒートパイプ２９と冷媒経路２７との相乗作用により効率良く放熱を行うことができる。
【００２８】
｛第２実施形態｝
図３は本発明の第２実施形態に係る放熱筐体２０を示す底面視断面模式図、図４は内部に発熱体が収納された放熱筐体２０を示す側面視断面模式図である。なお、図３及び図４では図１及び図２に示した第１実施形態と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。また、図３及び図４では、冷媒経路２７の冷媒供給口３２ａ及び冷媒排出口３２ｂを省略して図示している。
【００２９】
この実施の形態の放熱筐体２０は、基本的には第１実施形態と同様に、図３の如く、熱拡散体２３から収納体２５の側部３３内にかけて複数のヒートパイプ２９が形成され、このヒートパイプ２９にできるだけ直交するように収納体２５に冷媒経路２７が形成されている。ただし、収納体２５の側部３３のさらに外側の外延側部３７に、冷媒経路２７が延設されており、この外延側部３７の冷媒経路２７が、複数のヒートパイプ２９の端部同士を横切るように配置されている。
【００３０】
このような構成とすることで、収納体２５の側部３３に配置された複数のヒートパイプ２９同士の温度分布をできるだけ均一化しながら、この側部３３の熱を冷媒経路２７内の冷媒により効率よく外部に放出することができる。したがって、第１実施形態に比べて放熱筐体２０のサイズが若干大きくなるものの、この放熱筐体２０の放熱効率をさらに向上することが可能となる。
【００３１】
｛第３実施形態｝
図５は本発明の第３実施形態に係る放熱筐体２０を示す底面視断面模式図、図６は内部に発熱体が収納された放熱筐体２０を示す側面視断面模式図である。なお、図５及び図６では図３及び図４に示した第２実施形態と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。また、図５及び図６では、冷媒経路２７の冷媒供給口３２ａ及び冷媒排出口３２ｂを省略して図示している。
【００３２】
この実施の形態の放熱筐体２０は、第２実施形態における収納体２５の底部３１を省略し、外延側部３７内に形成された冷媒経路２７のみで、熱拡散体２３及び側部３３内の複数のヒートパイプ２９で拡散された熱を外部に放出するようになっている。外延側部３７の冷媒経路２７が、複数のヒートパイプ２９の端部同士を横切るように配置されている点で、この実施形態の構成は、第２実施形態と共通している。
【００３３】
この場合、外延側部３７の冷媒経路２７は、主として側部３３の熱のみを冷媒により外部に排出することになるが、第２実施形態の構成から底部３１とその内部の冷媒経路２７を省略しても、ヒートパイプ２９自体が、小さな温度差で大量の熱輸送が可能な構造となっているため、このヒートパイプ２９により熱拡散体２３と側部３３の全体の熱を大量に外延側部３７に輸送し、この外延側部３７の冷媒経路２７内の冷媒により外部に熱を排出することが可能である。したがって、高さ方向にコンパクトで、且つ放熱効率の高い放熱筐体２０を提供できる。
【００３４】
尚、上記各実施形態は放熱筐体２０の一例を説明したものであり、収納体２５内の冷媒経路２７が、複数のヒートパイプ２９を跨ぐようにしてまたは横切るようにして形成されているのであれば、冷媒経路２７及びヒートパイプ２９の形状は図１〜図６に示した形状に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放熱筐体を示す底面視断面模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る放熱筐体であって内部に発熱体が収納された状態を示す側面視断面模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る放熱筐体を示す底面視断面模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る放熱筐体であって内部に発熱体が収納された状態を示す側面視断面模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る放熱筐体を示す底面視断面模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る放熱筐体であって内部に発熱体が収納された状態を示す側面視断面模式図である。
【図７】従来の放熱筐体を示す底面視断面模式図である。
【図８】従来の放熱筐体であって内部に発熱体が収納された状態を示す側面視断面模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
２０  放熱筐体
２１  発熱体
２３  熱拡散体
２５  収納体
２７  冷媒経路
２９  ヒートパイプ
３１  底部
３２ａ  冷媒供給口
３２ｂ  冷媒排出口
３３  側部
３５  天部
３７  外延側部
【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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