(57)【要約】【課題】振動が発生せず、電子機器の小型化が実現でき、かつ空気の自由対流を利用する方法よりも冷却能力が高い冷却装置を提供する。【解決手段】本発明に係る冷却装置は、流体が流れる流路２と、流路２の側部に配置された第１の磁石１０と、流路２を挟んで第１の磁石１０と対向しており、第１の磁石１０と引き合うように極性が向いている第２の磁石２０と、少なくとも一部の面が流路２に露出しており、流体によって冷却される被冷却物１とを具備する。流路２の延伸方向を座標軸とした場合、第１の磁石１０及び第２の磁石２０によって形成される磁束密度の二乗値の勾配は、流路２の入口側と出口側それぞれにピークを有しており、被冷却物１は、前記した勾配の二乗値の一方のピーク位置より他方のピーク位置に近い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路と、
前記流路の側部に配置された第１の磁石と、
前記流路を挟んで前記第１の磁石と対向しており、前記第１の磁石と引き合うように極性が向いている第２の磁石と、
少なくとも一部の面が前記流路に露出しており、前記流体によって冷却される被冷却物と、
を具備し、
前記流路の延伸方向を座標軸とした場合、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石によって形成される磁束密度の二乗値の勾配は、前記流路の入口側と出口側それぞれにピークを有しており、
前記被冷却物は、前記勾配の二乗値の一方のピーク位置より前記磁束密度の他方のピーク位置に近い冷却装置。
【請求項２】
前記流体は空気である請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記被冷却物は電子部品の放熱フィンである請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は電磁石であり、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石を制御する制御部を更に具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被冷却物を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子機器は動作時に発熱するため、冷却する必要がある。電子機器の一般的な冷却方法としては、ファンを用いて強制的に空気の流れを作る方法、及び空気の自由対流を利用する方法がある。また、特許文献１には、板状部材を振動させることにより強制的に空気の流れを作り、電子機器を冷却する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１４７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した強制的に空気の流れを作る従来の方法では、ファン又は板状部材が物理的に動く為、騒音が発生していた。また、ファン又は板状部材の動きを確保する為の空間が必要となるため、冷却機構が電子機器の小型化を妨げていた。一方、空気の自由対流を利用する方法では、冷却能力が低かった。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、振動が発生せず、電子機器の小型化が実現でき、かつ空気の自由対流を利用する方法よりも冷却能力が高い冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る冷却装置は、流体が流れる流路と、
前記流路の側部に配置された第１の磁石と、
前記流路を挟んで前記第１の磁石と対向しており、前記第１の磁石と引き合うように極性が向いている第２の磁石と、
少なくとも一部の面が前記流路に露出しており、前記流体によって冷却される被冷却物と、
を具備し、
前記流路の延伸方向を座標軸とした場合、
前記第１の磁石及び前記第２の磁石によって形成される磁束密度の二乗値の勾配は、前記流路の入口側と出口側それぞれにピークを有しており、
前記被冷却物は、前記勾配の二乗値の一方のピーク位置より前記磁束密度の他方のピーク位置に近い。
【０００７】
前記流体は、例えば空気である。前記被冷却物は電子部品の放熱フィンであってもよい。
【０００８】
前記第１の磁石及び前記第２の磁石は電磁石である場合、前記第１の磁石及び前記第２の磁石を制御する制御部を更に具備してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動が発生せず、電子機器の小型化が実現でき、かつ空気の自由対流を利用する方法よりも冷却能力が高い冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための断面概略図である。本図に示す冷却装置は、空気が流れる流路２の側面に被冷却物１を露出させ、更に流路２の側部に第１の磁石１０及び第２の磁石２０を配置した構造を有している。流路２の延伸方向に対して垂直な方向から見た場合、被冷却物１のうち流路２の入口２ａに近い部分（すなわち先端：以下同様）は、第２の磁石２０のうち流路２の出口２ｂに近い部分（すなわち後端：以下同様）と重なっている。被冷却物１は、例えば半導体装置である。
【００１１】
第１の磁石１０及び第２の磁石２０は、流路２を介して互いに対向しており、かつ互いに引き合うように極性が向いている。本図に示す例では、第１の磁石１０はＳ極が流路２側を向いており、第２の磁石２０はＮ極が流路２側を向いている。第１の磁石１０は第２の磁石２０より大きい。流路２の延伸方向を座標軸とした場合、第１の磁石１０及び第２の磁石２０は先端が同じ位置にある。そして第１の磁石１０は被冷却物１とも対向しており、後端が、被冷却物１の後端より出口２ｂの近くに位置している。
【００１２】
図２は、流路２の延伸方向を座標軸とした場合における、第１の磁石１０及び第２の磁石２０によって生じる磁束密度Ｂｙの分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。本図に示す例において、図１に示した流路２の入口２ａから第１の磁石１０の先端までの距離Ｌ１、第２の磁石２０の長さＬ２、第２の磁石２０の後端から第１の磁石１０の後端までの距離Ｌ３、及び第１の磁石１０の後端から流路２の出口２ｂまでの距離Ｌ４は、それぞれ０．０２ｍである。また流路２の幅ｈは０．００８ｍであり、第１の磁石１０及び第２の磁石２０の強さは、それぞれ１．４テスラである。本図に示すように、第１の磁石１０及び第２の磁石２０によって生じる磁束密度Ｂｙには分布が生じている。
【００１３】
図３は、図２に示した例における磁束密度Ｂｙの二乗値の勾配ｇｒａｄ（Ｂ２）の変化を示すグラフである。磁束密度Ｂｙの二乗値の勾配には２つの大きなピークがあり、このため、本図に示すようにｇｒａｄ（Ｂ２）は、２つの大きなピークを有している。そして被冷却物１は、本図に示す例に限られず、一方（本図に示す例では入口２ａ側）のピーク位置より他方（本図に示す例では出口２ｂ側）のピーク位置に近くなるように、その位置が決められている。図２及び３に示す例では、出口２ｂ側のピーク位置は、被冷却物１の中心と略重なっている。
【００１４】
このような状態において、流路２内において空気は入口２ａから出口２ｂに向けて流れる。以下、その理由を説明する。
【００１５】
一般的に物質には、下記の（１）式に示すように、磁束密度の二乗値の勾配に比例した力ｆを受ける。
ｆ＝ｔｘ（ｇｒａｄ（Ｂ２））・・・（１）
なお、ｔは定数であり、ｘは磁化率である。
【００１６】
上記した（１）式において、磁化率ｘは、温度Ｔの二乗値（Ｔ２）に反比例する。また被冷却物１は、ｇｒａｄ（Ｂ２）の一方のピーク位置より、ｇｒａｄ（Ｂ２）の他方のピーク位置に近くなるように、その位置が決められている。このため、ｇｒａｄ（Ｂ２）の一方のピーク位置（図３に示す例では出口２ｂ側のピーク位置）及びその近傍に位置する空気は、ｇｒａｄ（Ｂ２）の他方のピーク位置（図３に示す例では入口２ａ側のピーク位置）及びその近傍に位置する空気より温度が高くなり、その結果、磁化率が低くなる。このため、流路２の入口２ａ側と出口２ｂ側で比較すると、磁束によって空気が受ける力ｆに差が生じ、この差に起因して空気に流れが生じる。
【００１７】
このため、被冷却物１は、自然対流を利用する場合と比較して効率よく冷却される。また、ファンや振動板などを駆動させる必要がないため、騒音が発生しない。また、ファン又は板状部材の動きを確保する為の空間を必要としない為、電子機器を小型化できる。
【００１８】
図４は、図２及び図３に示した条件における、流路２の延伸方向を座標軸とした場合における、空気の流速のシミュレーション結果を示す図である。被冷却物１の発熱量は１０３（Ｗ／ｍ２）として計算している。本図に示す例では、空気は０．０２（ｍ／ｓ）程度の速度で流路２の入口から出口に向けて流れる。
【００１９】
図５は、図２及び図３に示した条件における被冷却物１の発熱量ｑｗを変化させた場合における、被冷却物１の表面温度Ｔｗａｖｅのシミュレーション結果を示すグラフである。比較例として、第１及び第２の磁石１０，２０を設けずに自然対流を利用して被冷却物１を冷却した場合のシミュレーション結果も示している。本図に示すように、第１及び第２の磁石１０，２０を設けた結果、空気が流れることにより、自然対流を利用する場合と比較して、被冷却物１の表面温度Ｔｗａｖｅが大幅に低下している。例えば発熱量ｑｗが２０００Ｗ／ｍ２の場合、被冷却物１の表面温度Ｔｗａｖｅは４００Ｋほど低下する。なお、本シミュレーションにおいて、流路２の上側の面（図１において符号２ｃで示す）は、下側の面（図１において符号２ｄで示す）に対して０．１°傾いている。
【００２０】
図６は、図２及び図３に示した条件における被冷却物１の発熱量ｑｗを変化させた場合における、被冷却物１と空気の熱伝達率ｈのシミュレーション結果を示すグラフである。比較例として、第１及び第２の磁石１０，２０を設けずに自然対流を利用して被冷却物１を冷却した場合のシミュレーション結果も示している。本図に示すように、第１及び第２の磁石１０，２０を設けた結果、空気が流れることにより、自然対流を利用する場合と比較して、被冷却物１と空気の熱伝達率ｈが大幅に増加（約２倍）している。なお、本シミュレーションにおいて、流路２の上側の面（図１において符号２ｃで示す）は、下側の面（図１において符号２ｄで示す）に対して０．１°傾いている。
【００２１】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、振動が発生せず、電子機器の小型化が実現でき、かつ空気の自由対流を利用する方法よりも冷却能力が高い冷却装置を提供することができる。
【００２２】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための冷却装置の構成を説明するための断面概略図である。本図に示す冷却装置は、被冷却物１が第２の磁石２０と重なっておらず、被冷却物１の入口２ａ側の端部が、第２の磁石２０の出口２ｂ側の端部が略接している点を除いて、第１の実施形態に係る冷却装置と略同じ構成である。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための斜視概略図である
本図に示す例において、２つのステージ３０が互いに対向するように配置されている。そして２つのステージ３０の間に、第１の磁石１０及び第２の磁石２０が、互いに離間して配置されることにより、流路２が形成されている。第１の磁石１０、第２の磁石２０、及び被冷却物１の相対位置は、第１又は第２の実施形態と同様である。
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための斜視概略図である。本実施形態に係る冷却装置において、発熱体１ａ（例えば半導体装置）には放熱用のフィン４０が取り付けられている。フィン４０は断面が略コ字状であり、２つの放熱板４１を有している。一方の放熱板４１のうち流路２を形成しない面には第１の磁石１０が位置しており、他方の放熱板４１のうち流路２を形成しない面には第２の磁石２０が位置している。
【００２５】
第１の磁石１０及び第２の磁石２０は、ステージ３０によって支持されている。ステージ３０の側面は、フィン４０の放熱板４１の先端面に面している。このような構成において、流路２は、第１の磁石１０、第２の磁石２０、ステージ３０、及びフィン４０によって形成されている。フィン４０の放熱板４１は、流路２の延伸方向と略並行に配置されている。
【００２６】
本実施形態において、放熱板４１が第１の実施形態における被冷却物１に相当する。流路２の延伸方向を座標軸とした場合、第１の磁石１０、第２の磁石２０、及び放熱板４１の相対位置は、第１の磁石１０の後端が被冷却物１の後端と略同じ位置にある点を除いて、第１の実施形態と略同じである。
【００２７】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、流路２にはフィン４０の２つの放熱板４１が露出しているため、発熱体１ａの冷却効率が向上する。
【００２８】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための断面概略図である。本実施形態に係る冷却装置は、第１の磁石１０及び第２の磁石２０が電磁石である点、並びに第１の磁石１０及び第２の磁石２０のオンオフ及び磁束密度の大きさが制御部５０によって制御される点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。
【００２９】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、必要に応じて空気の流れをオンオフさせることができる。これにより、例えば被冷却物１の表面温度を、冷却装置を動作させつづけた場合に平衡状態になる温度超の温度で安定させることができる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。流路２を流れる流体は空気である必要はなく、他の気体であっても良いし、液体（例えば冷却水）であってもよい。
【００３１】
また、第２〜第４の実施形態において、第５の実施形態と同様に、第１の磁石１０及び第２の磁石２０を電磁石にして、第１の磁石１０及び第２の磁石２０のオンオフ及び磁束密度の強さを制御部５０で制御するようにしても良い。そして、被冷却物１又は発熱体１ａが制御回路装置である場合、この制御回路装置が制御部５０を兼ねていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための断面概略図。
【図２】流路２の延伸方向を座標軸とした場合における、第１の磁石１０及び第２の磁石２０によって生じる磁束密度Ｂｙの分布のシミュレーション結果の一例を示す図。
【図３】図２に示した例における磁束密度Ｂｙの二乗値の勾配ｇｒａｄ（Ｂ２）の変化を示すグラフ。
【図４】流路２の延伸方向を座標軸とした場合における、空気の流速のシミュレーション結果を示す図。
【図５】被冷却物１の発熱量ｑｗを変化させた場合における、被冷却物１の表面温度Ｔｗａｖｅのシミュレーション結果を示すグラフ。
【図６】被冷却物１の発熱量ｑｗを変化させた場合における、被冷却物１と空気の熱伝達率ｈのシミュレーション結果を示すグラフ。
【図７】第２の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための断面概略図。
【図８】第３の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための斜視概略図。
【図９】第４の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための斜視概略図。
【図１０】第５の実施形態に係る冷却装置の構成を説明するための断面概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１…被冷却物、１ａ…発熱体、２…流路、２ａ…入口、２ｂ…出口、１０…第１の磁石、２０…第２の磁石、３０…ステージ、４０…フィン、４１…放熱板、５０…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１０】
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【図４】
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