(57)【要約】【課題】半導体素子の増加によっても制御装置を大型化することなく効率よく冷却させるとともに、放熱体の表面に付着した水滴が制御基板の上部に滴下するのを防止し、これにより故障、誤動作等が生じることなく安定して動作を行うことができる電子部品の冷却装置及び電動機の制御装置を備えること。【解決手段】上放熱体は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する構成とされ、この上放熱体の内部には、前記凹形状に対応させてその内部に凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する冷却路３が形成され、外面には、外側面２ａとともに内側面２ｂが形成されている。下放熱体の上端部は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在し、かつ、上放熱体と嵌合するように形成された凹部を有する構成とされ、下放熱体の下端部は、アーチ形状となっている。外面には、外側面４ａとともに内側面４ｂが形成された構成とした。【選択図】　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の導体からなる放熱体を上下方向に密着させた状態で設けるとともに、前記各放熱体の表面にそれぞれ半導体素子を設け、かつ、前記両放熱体間に該放熱体から発生する水滴を回収して排出する排出路を設けたことを特徴とする電子部品の冷却装置。
【請求項２】
前記上側の放熱体の内部には冷却媒体を流通させる冷却路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の冷却装置。
【請求項３】
前記排出路は、所定の勾配を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の冷却装置。
【請求項４】
前記上側の放熱体は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する構成とされ、この放熱体の内部には、前記凹形状に対応させてその内部に凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する前記冷却路が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電子部品の冷却装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の電子部品の冷却装置を備え、前記電子部品の冷却装置の前記半導体素子を含む回路が制御装置として構成されていることを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の冷却装置及び該電子部品の冷却装置を制御装置として構成する電動機の制御装置に関し、特に、電気自動車、ハイブリッド車等の駆動系、空気調和系等に用いられる電子部品の冷却装置及び電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車、ハイブリッド車等の駆動系、空気調和系等には各種の電動機が用いられ、その駆動の制御には各種のインバータ制御装置（以下、「制御装置」という。）が用いられている。近年では、小型化、低廉化した制御装置が開発されたことから、交流電動機（例えば、誘導電動機、永久磁石電動機、リラクタンス電動機等）が主流になりつつある。
【０００３】
電気自動車等の駆動系、空気調和系等に用いられる交流電動機は１００Ａ以上の高電流で使用されることが多い。そのため、制御装置のパワートランジスタ（例えばＦＥＴトランジスタ）等の半導体素子（以下、「半導体素子」という。）をアルミ製の角柱状の放熱体の表面に設け、放熱体を介して放熱させることにより、半導体素子の温度上昇を抑えている。
【０００４】
また、放熱体による放熱だけでは十分に半導体素子の温度上昇を抑えることができない場合には、近年では、放熱体の内部に冷媒を流通させる冷却路を設け、この冷却路内に冷媒供給源から冷媒を流通させることにより、放熱体を冷却して半導体素子の温度上昇を抑えるように構成したものが提案されている。
【０００５】
図８は、従来の電動機の制御装置の一例を示すものである。
図８に示す制御装置として構成されたインバータ２１は、放熱板２２と、放熱板２２の一方の端面２２ａと接して配設されている冷却板２３とを備え、冷却板２３内部には空洞部２４が形成されて、冷却水が冷却水入口２４ａから冷却水出口２４ｂに連通している。
パワートランジスタ等の半導体素子２５は、端面２５ａを介して放熱板２２の他方の端面２２ａと接するように配設されている。
【０００６】
放熱板２２と冷却板２３との間には、断熱材２６がバイメタル２７とともに放熱板２２の端面２２ｂに設けられた凹部に配設されている。
すなわち、放熱板２２の端面２２ｂと冷却板２３の端面２３ａとは直接接する部分と、断熱材２６とバイメタル２７とを介して接する部分を有する。
【０００７】
このインバータ２１において、半導体素子２５の温度が上昇すると、熱は放熱板２２を介して冷却板２３に伝わり、冷却板２３内を流通する冷却水によって冷却されて排熱される。
【０００８】
冷却板２３によって放熱板２２が冷却されるとバイメタル２７も冷却されて変形し、断熱材２６が押圧されて放熱板２２の端面２２ｂと冷却板２３の端面２３ａとが離されて、放熱板２２の冷却が断たれる。
これによって、インバータは過熱及び過冷却されることなく適正温度に保たれる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３５１６７９号公報（第９頁、図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電動機の制御装置においては、半導体素子を追加する場合、冷却板等も増設する必要があるため、インバータが大型化・複雑化する問題があった。
【００１１】
また、冷却に伴って放熱板表面に結露が発生するため、水滴となって半導体素子や基板上に滴下し、これによる故障、誤動作が発生する問題があった。
【００１２】
さらに、放熱板の一方の面上にのみ半導体素子が配設可能に構成されているため、あらかじめ大きさが制限された筐体においては、半導体素子の搭載数が限定されてしまう問題があった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、半導体素子の増加によっても制御装置を大型化することなく効率よく冷却させるとともに、放熱体の表面に付着した水滴が制御基板の上部に滴下するのを防止し、これにより故障、誤動作等が生じることなく安定して動作を行うことができる電子部品の冷却装置及び電動機の制御装置を備えることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、一対の導体からなる放熱体を上下方向に密着させた状態で設けるとともに、前記各放熱体の表面にそれぞれ半導体素子を設け、かつ、前記両放熱体間に該放熱体から発生する水滴を回収して排出する排出路を設けたことを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることで、上側の放熱体から発生する水滴は排出路内に回収され、排出路を介して外部に排出されることになる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電子部品の冷却装置であって、前記上側の放熱体の内部には冷却媒体を流通させる冷却路が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることで、上側の放熱体の内部に設けられた冷却路に冷却媒体を流通させることにより上側の放熱体が冷却され、このとき上側の放熱体に発生する水滴は上側の放熱体と下側の放熱体との間の排出路内に回収され、排出路を介して外部に排出されることになる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電子部品の冷却装置であって、前記排出路は、所定の勾配を有することを特徴とする
【００１９】
このような構成としたことで、上側の放熱体から排出路内に回収された水滴は排出路の勾配に沿って流れ、排出路を介して外部に排出されることになる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の電子部品の冷却装置であって、前記上側の放熱体は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する構成とされ、この放熱体の内部には、前記凹形状に対応させてその内部に凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する前記冷却路が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成としたことで、上側の放熱体から排出路内に回収された水滴は排出路の勾配に沿って流れ、下側の放熱体から排出された水滴とともに、排出路を介して外部に排出されることになる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の電子部品の冷却装置を備え、前記電子部品の冷却装置の前記半導体素子を含む回路が制御装置として構成されていることを特徴とする。
【００２３】
このような構成としたことで、電動機の制御装置を構成する半導体素子が配設された放熱体に付着した水滴は、電子部品の冷却装置の排出路を介して外部に排出されることになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
ここで説明する実施形態は、本発明を電動機の制御装置に適用した場合である。
図１〜図３に、本発明の第１の実施形態を示す。
この電動機の制御装置（電子部品の冷却装置）１は、所謂インバータ制御装置であって、上下方向に密着した状態で設けられる一対の放熱体２、４と、各放熱体２、４の表面に設けられるパワートランジスタ（例えばＦＥＴトランジスタ）等の半導体素子６（以下、「半導体素子」という。）と、上放熱体２の上部に設けられるパワー系基板１１と、下放熱体４の下部に設けられる制御系基板１２と、それらを収納する筺体（図示せず）とを備えている。
【００２５】
半導体素子６は、トランジスタ本体７と、トランジスタ本体７から引き出される３本の接続端子８と、トランジスタ本体７と一体に成形されるアルミ等の導体からなる板状の取付け板９とから構成されている。
【００２６】
上放熱体２は、アルミ、銅等の導体からなる角柱状をなすものであって、両側面２ａ、２ａの中央部に長手方向に向かって所定の間隔ごとに複数の半導体素子６が密着した状態で設けられるようになっている。この場合、各半導体素子６は、取付け板９をネジ１０により上放熱体２側に固定することにより、上放熱体２側に密着した状態に保持されるようになっている。
【００２７】
上放熱体２の上部には、パワー系の電子部品が実装されたパワー系基板１１が設けられ、このパワー系基板１１に上放熱体２がネジ等（図示せず）を介して一体に連結されるようになっている。上放熱体２の両側面２ａ、２ａの各半導体素子６の接続端子８は半田付け等によりパワー系基板１１側に接続されるようになっている。
【００２８】
上放熱体２の内部には冷媒（冷却媒体）を流通させるための冷却路３が設けられ、この冷却路３は配管（図示せず）を介して冷媒供給源（図示せず）に接続され、冷媒供給源の作動により配管を介して冷却路３内に冷媒が供給され、上放熱体２を介して各半導体素子６が冷却されるようになっている。
【００２９】
上放熱体２の下端部は後述する下放熱体４の凹部５内に位置し得る形状に形成されるとともに、長手方向の一端から他端に向かって所定の勾配に形成されるようになっている。
【００３０】
下放熱体４は、アルミ、銅等の導体からなる角柱状をなすものであって、両側面４ａ、４ａに長手方向に向かって所定の間隔ごとに複数の半導体素子６が密着した状態で設けられるようになっている。この場合、各半導体素子６は、取付け板９をネジ１０により下放熱体４側に固定することにより、下放熱体４側に密着した状態に保持されるようになっている。
【００３１】
下放熱体４の下部には、制御系の電子部品が実装された制御系基板１２が設けられ、この制御系基板１２に下放熱体４がネジ等（図示せず）を介して一体に連結されるようになっている。下放熱体４の両側面４ａ、４ａの各半導体素子６の接続端子８は半田付け等により制御系基板１２側に接続されるようになっている。
【００３２】
下放熱体４の上端部は一端から他端に向かって上放熱体２の下端部と合致する勾配に形成されるようになっている。下放熱体４は上放熱体２よりも全長が長く、全幅が広く形成されている。下放熱体４の上面側には上放熱体２の下端部を位置させる凹部５が全長に渡って設けられるようになっている。
【００３３】
凹部５内に上放熱体２の下端部を位置させたときに、上放熱体２の下面は凹部５の底面側に密着するとともに、上放熱体２の両側面２ａ、２ａと凹部５の両側面５ａ、５ａとの間にそれぞれ上部が開口する略Ｖ形状の排出路１３が形成されるようになっている。
【００３４】
排出路１３は、上放熱体２及び下放熱体４の一端から他端にかけて所定の勾配を有し、他端の最低部において垂直方向下方を向く排出口１４を介して筺体外に排出されるようになっている。
【００３５】
上記のように構成したこの実施の形態による電動機の制御装置１にあっては、上放熱体２の冷却路３内に冷媒供給源から冷媒を流通させることにより、上放熱体２を介して上放熱体２の表面に設けられている半導体素子６を冷却することができるとともに、上放熱体２に密着している下放熱体４の表面に設けられている半導体素子６も冷却することができることになる。従って、上放熱体２のみに冷媒を流通させるだけで、上放熱体２の表面の半導体素子６と下放熱体４の表面の半導体素子６の両方を冷却することができるので、冷却効率を高めることができることになる。
【００３６】
また、上放熱体２に冷媒を流通させて上放熱体２を冷却したときに、使用環境によって上放熱体２の表面に水滴が付着した場合には、その水滴は上放熱体２の表面を介して排出路１３内に回収することができ、排出路１３内を勾配に沿って流して排出口１４から筺体外に排出することができることになる。従って、下放熱体４の下部に位置している制御系基板１２の上部に水滴が滴下するようなことはなく、制御系基板１２の誤動作、故障等を防止できることになる。
【００３７】
図４〜図７は本発明の第２の実施形態を示す。なお、上記実施形態においてすでに説明した同一の構成要素には、同一符号を付して以下の説明は省略する。
本実施形態の電動機の制御装置の全体構成は、第１の実施形態と同様である。
【００３８】
上放熱体２は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する構成とされ、この上放熱体２の内部には、前記凹形状に対応させてその内部に凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在する冷却路３が形成されており、外表面には、外側面２ａとともに内側面２ｂが形成されている。
【００３９】
下放熱体４の上端部は、凹形状の断面輪郭をもって一方向に延在し、かつ、上放熱体２と嵌合するように形成された凹部５を有する構成とされ、下放熱体４の下端部は、アーチ形状が形成されており、外表面には、外側面４ａとともに内側面４ｂが形成されている。
【００４０】
上記のように構成された電動機の制御装置１において、上記第１の実施形態と同様に、上放熱体２に配設された各半導体素子６から発生した熱は、上放熱体２に吸熱されて、冷却路３内を流通している冷却水とともに外部へ排熱される。
【００４１】
使用環境によって上放熱体２表面に発生した水滴は、側面２ａに沿って下方に流れ排出路１３に至る。このとき、排出路１３は勾配をもって配設されていることから、集められた水滴は上方から下方へと流れ、排出口１４を流れ落ち、制御系基板１２に設けられた水滴排出装置（図示せず）から外部に排出される。
下放熱体４に発生した水滴は、側面４ａに沿って下方に流れ、前記水滴排出装置によって同様に外部に排出される。
【００４２】
この電動機の制御装置によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、上放熱体２が有する冷却路３が半導体素子６の取付け部近傍に形成されているため、半導体素子の冷却効率が向上できる。
また、上放熱体２の内側面２ｂ、及び下放熱体４の内側面４ｂ上にも半導体素子６が配設可能となるため、半導体素子の増加によっても制御装置を大型化することなく効率よく冷却させることができる。
【００４３】
なお、上記の説明においては、排出路１３を一端から他端にかけて所定の勾配に形成したが、中央部から両端にかけて所定の勾配に形成しても良いものであり、その場合にも、同様の作用効果を奏することは勿論のことである。
また、冷却媒体として冷却水を使用しても何ら問題はない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明は、上側の放熱体に発生する水滴を排出路内に回収し、排出路を介して外部に排出することができることになる。従って、水滴が制御基板の上部に滴下することがなくなるので、水滴により誤動作、故障を起こすことなく電子部品を冷却できる。
【００４５】
請求項２記載の発明は、上側の放熱体の内部に設けられた冷却路内に冷媒を流通させることにより、上側の放熱体及び上側の放熱体に密着している下側の放熱体を冷却することができることになる。従って、上側の放熱体のみに冷媒を流通させるだけで、上側の放熱体の表面の半導体素子及び下側の放熱体の表面の半導体素子を冷却することができるので、冷却効率を高めることができることになる。
【００４６】
請求項３記載の発明は、排出路は所定の勾配に形成されているので、排出路内に回収した水滴を排出路の勾配に沿って確実に外部に排出することができることになる。従って、水滴により誤動作、故障を起こすことなく電子部品を冷却できる。
【００４７】
請求項４記載の発明は、半導体素子の冷却効率を向上させるとともに、半導体素子の配設可能面が増大するため、多数の半導体素子を配設、冷却することができる。
【００４８】
請求項５記載の発明は、電子部品の冷却効率を向上させるとともに、放熱体に発生した水滴による誤動作、故障を起こすことなく、安定して電動機の駆動を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の概略図である。
【図２】図１に示すものの上放熱体と下放熱体との関係を示した説明図であって、組み立て前の状態を示した説明図である。
【図３】図１に示すものの上放熱体と下放熱体との関係を示した説明図であって、組み立て後の状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における電動機の制御装置の概略図である。
【図５】図４に示すものの上放熱体と下放熱体との関係を示した説明図であって、組み立て前の状態を示した断面図である。
【図６】図４に示すものの上放熱体と下放熱体との関係を示した説明図であって、組み立て後の状態を示した放熱体端部の説明図である。
【図７】図５の（Ａ−Ａ）断面図である。
【図８】従来の電動機の制御装置の放熱体の断面図である。
【符号の説明】
１　制御装置
２　上放熱体（上側放熱体）
３　冷却路
４　下放熱体（下側放熱体）
６　半導体素子
１３　排出路
【図１】
2004047920.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004047920.tif 000005
【図４】
2004047920.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004047920.tif 000008
【図７】
2004047920.tif 000009
【図８】
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