(57)【要約】【課題】本発明は、電力変換機器におけるパワーモジュール等を有する基盤の他面に液体溜まり部を対応させ、均一かつ高効率に全てのパワー素子の冷却を行うことを目的とする。【解決手段】本発明による冷却装置は、基盤(1)の他面(1B)に設けた冷却部(20)が、箱状の第１液体溜まり部(10)と、前記第１液体溜まり部(10)に液体を供給するためのパイプ(2)とからなり、前記第１液体溜まり部(10)は前記基盤(1)のパワーモジュール(4)に対応している構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換機器における基盤(1)の一面(1A)に設けられ複数の電力変換半導体素子であるパワー素子(3)を有するパワーモジュール(4)を、前記基盤(1)の他面(1B)に設けた冷却部(20)により冷却するようにした冷却装置において、
前記冷却部(20)は、前記基盤(1)の前記他面(1B)に設けられた箱状の第１液体溜まり部(10)と、前記第１液体溜まり部(10)に液体を供給するためのパイプ(2)とからなり、
前記第１液体溜まり部(10)は前記パワーモジュール(4)に対応していることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記基盤(1)の一面(1A)には、前記パワーモジュール(4)とは独立してダイオードモジュール(6)が設けられ、前記他面(1B)には前記ダイオードモジュール(6)に対応して箱状の第２液体溜まり部(11)が設けられ、前記第１、第２液体溜まり部(10,11)は前記パイプ(2)により連結されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１、第２液体溜まり部(10,11)は、前記基盤(1)を貫通して前記各モジュール(4,6)の裏面に接合していることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記パワー素子(3)は、クリーンルームにおけるモータ可変速駆動手段として用いられている前記電力変換機器における前記電力変換半導体素子であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、特に、電力変換機器におけるパワーモジュール等を有する基盤の他面に、これと対応させるようにパイプで接続された液体溜まり部を設け、均一かつ高効率にパワーモジュールのパワー素子等を冷却するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種の冷却装置としては、クリーンルーム等の清浄な環境下でのモータ可変速駆動手段として用いられている電力変換機器であるサーボドライバ、インバータ装置等における電力変換半導体素子の各種パワーモジュール、ダイオードモジュール、サイリスタ等を含む複合モジュール等の冷却装置としては、一般に、アルミニウム製のヒートシンク＋空冷ファンの組合せが用いられているが、ゴミ等の粉塵を吸い上げて撒き散らす等の理由から、実際には使用が困難であった。
【０００３】
そのため、代替手段として、ステンレスのパイプをアルミニウムで鋳込んだ冷却プレートが採用されている。
すなわち、図３及び図４において符号１で示されるものは電力変換機器における所定の肉厚を有するアルミニウムからなる冷却プレートであり、この冷却プレート１内には冷却水からなる液体を循環供給するためのパイプ２が鋳込みにより内設されている。
【０００４】
前記冷却プレート１上には、電力変換半導体素子としての複数のパワー素子３を有するパワーモジュール４が設けられ、このパワーモジュール４の隣接位置には、複数のダイオードチップ５を有するダイオードモジュール６が設けられている。
【０００５】
前述の構成において、前記パイプ２を図示しない冷却水供給装置に接続し、冷却水の循環を行うと、冷却プレート１内のパイプ２が冷却され、このパイプ２とパワーモジュール４及びパワー素子３との熱交換が行われ、各パワー素子３の冷却を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の冷却装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述のようにパイプのみで熱交換を行う場合、パイプの曲げ加工の難しさから電力変換半導体素子の大きさやその配置に対してきめ細かな対応ができず、また鋳込み時の金属組成の不均一さ、鋳込み時のパイプとの密着接合度のバラツキ等から一様な温度分布や損失熱回収ができず、結果として十分な冷却効果を発揮することができなかった。
また、図３及び図４に示されるように、パイプ２の位置と対応した位置のパワー素子３のうちのａ，ｂ及びダイオードチップ５のうちのｇ，ｈ，ｉは冷却効果が高いが、パワー素子３のうちのｃ〜ｆ及びダイオードチップ５のうちのｊ，ｋ，ｌは冷却には不利な位置になる。
そのため、結果的には、各モジュール４、６の温度上昇が装置としてのパワーパフォーマンスの上限を決めることになるので、各モジュール４、５の全てのパワー素子３及び各ダイオードチップ５の温度上昇を均一に抑えることができず、装置自体のパワーパフォーマンスを最大に発揮することは不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による冷却装置は、電力変換機器における基盤の一面に設けられ複数の電力変換半導体素子であるパワー素子を有するパワーモジュールを、前記基盤の他面に設けた冷却部により冷却するようにした冷却装置において、前記冷却部は、前記基盤の前記他面に設けられた箱状の第１液体溜まり部と、前記第１液体溜まり部に液体を供給するためのパイプとからなり、前記第１液体溜まり部は前記パワーモジュールに対応している構成であり、また、前記基盤の一面には、前記パワーモジュールとは独立してダイオードモジュールが設けられ、前記他面には前記ダイオードモジュールに対応して箱状の第２液体溜まり部が設けられ、前記第１、第２液体溜まり部は前記パイプにより連結されている構成であり、また、前記第１、第２液体溜まり部は、前記基盤を貫通して前記各モジュールの裏面に接合している構成であり、また、前記パワー素子は、クリーンルームにおけるモータ可変速駆動手段として用いられている前記電力変換機器における前記電力変換半導体素子である構成である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による冷却装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、基盤の一面に設けられたパワーモジュールに対して、基盤の他面側に設けた液体溜まり部を対応させることにより、従来のパイプのみの構造とは異なって、パワーモジュール内の各パワー素子の全てを均一にかつ十分に冷却することができ、一様な温度分布や損失熱回収を実現することにより、効率的な冷却効果を発揮できる冷却装置を提供でき、装置の小型化が促進され、省資源及び省エネ、低価格化を実現することができる。
前述の効果により、パワー素子の十分な冷却を行うことができるため、装置の温度上昇の上限を決める必要はなくなり、パワー素子の最大パワーパフォーマンスを得ることができる。
また、基盤上に設けられたパワーモジュールだけではなく、例えば、パワーモジュールに隣接するダイオードモジュールの各ダイオードチップに対しても、これに対応して設けられた液体溜まり部により、従来と異なって均一に冷却することができ、装置としてのパフォーマンスを十分に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、一面にパワーモジュール等を有する基盤の他面に、これと対応させるようにパイプで接続された液体溜まり部を設け、均一かつ高効率にパワーモジュールのパワー素子等を冷却して、装置の十分なパワーパフォーマンスを得ることができるようにした冷却装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１０】
以下、図面と共に本発明による冷却装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１及び図２において符号１で示されるものは所定の肉厚を有するアルミニウム等からなる電力変換機器の冷却プレートとしての基盤であり、この基盤１の一面１Ａには、複数のパワー素子３を有するパワーモジュール４が設けられ、このパワーモジュール４の各パワー素子３は、例えば、クリーンルーム等の清浄な環境下でのモータ可変速駆動手段として用いられている前記電力変換機器と云われるサーボドライバ、インバータ装置等における電力変換半導体素子である。
【００１１】
前記基盤１の一面１Ａには、前記パワーモジュール４に隣接して、複数のダイオードチップ５を有する前記電力変換半導体素子としてのダイオードモジュール６が設けられている。
尚、前記基盤１には、パワーモジュール４及びダイオードモジュール６が設けられているが、他の発熱性の電力変換半導体素子を任意の数だけ設けることもできる。
【００１２】
前記基盤１の他面１Ｂ側には、前記パワーモジュール４及びダイオードモジュール６を冷却するための冷却部２０が設けられている。
前記冷却部２０は、前記基盤１の他面１Ｂに設けられ、前記パワーモジュール４及びダイオードモジュール６に対応して各々その図では直下位置に設けられた箱状の第１、第２液体溜まり部１０、１１と、前記各液体溜まり部１０、１１を連結するパイプ２とから構成されている。
【００１３】
前記パイプ２は、外部の図示しない冷媒である液体（冷却水）の液体循環装置に接続され、この液体は図１の供給口２ａから供給されて、第１液体溜まり部１０から第２液体溜まり部１１を経て吐出口２ｂに達し、前記液体循環装置に戻され、図示しない温度制御手段によって液体の冷却温度が制御されるように構成されている。
【００１４】
前記各液体溜まり部１０、１１は、前記基盤１に形成された第１、第２開口３０、３１を他面１Ｂから一面１Ａに向けて貫通して設けられており、各液体溜まり部１０、１１の上面は、前記各モジュール４、６の裏面に直接接合し、各液体溜まり部１０、１１の冷熱が直接各モジュール４、６に伝達され、相互の熱交換が行われるように構成されている。
【００１５】
前記各液体溜まり部１０、１１は、平面的にみると、図１で示されるように、前記第１液体溜まり部１０の平面積は前記パワーモジュール４の平面積よりもやや大きく形成され、さらに、前記第２液体溜まり部１１の平面積は前記ダイオードモジュール６の平面積よりもやや大きく形成されていることにより、前記パワーモジュール４の各パワー素子３（符号ａ〜ｆ）と各ダイオードチップ５（符号ｇ〜ｌ）と完全に対応して、かつ、完全に冷却することができる。
【００１６】
次に、動作について述べる。まず、前述の図１及び図２の状態において、図示しない液体循環装置から送り出された液体は、パイプ２の供給口２ａから各液体溜まり部１０、１１を経て吐出口２ｂから再び前記液体循環装置に戻り、この動作が連続されることにより、図示しない温度制御装置を用いることによって各液体溜まり部１０、１１を介して各モジュール４、６のパワー素子３及びダイオードチップ５の温度上昇を抑制することができる。
【００１７】
従って、クリーンルーム等の清浄な環境下でのモータ可変速駆動手段として用いられている電力変換機器における電力変換半導体素子の大きさやその配置に対してきめ細かな対応ができ、一様な温度分布や損失熱回収を実現することにより十分な冷却効果を発揮できる冷却装置を提供することができる。
また、前記各液体溜まり部１０、１１は、箱状に形成され、その大きさ及び形状は自在に変形可能であるため、前記パワーモジュール４及びダイオードモジュール６の形状が変更された場合でも、その形状を変更して全てのパワー素子３及びダイオードチップ５の温度上昇を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による冷却装置を示す平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】従来の冷却装置を示す平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    基盤
１Ａ    一面
１Ｂ    他面
２    パイプ
２ａ    供給口
２ｂ    吐出口
３    パワー素子（電力変換半導体素子）
４    パワーモジュール
５    ダイオードチップ
６    ダイオードモジュール
１０    第１液体溜まり部
１１    第２液体溜まり部
２０    冷却部
３０    第１開口
３１    第２開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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