(57)【要約】【課題】被冷却部材を冷却する冷媒路において、当該冷媒路の被冷却部材を冷却する冷却面を流通する冷媒流量の偏りを低減する。【解決手段】冷却ケース３に、銅ベース４面と平行な面（対向面３ａ）を有する溝部５を形成し、この溝部５を閉塞するように冷却ケース３に銅ベース４を設け、対向面３ａと銅ベース４の面（冷却面４ａ）に挟まれた冷媒路２を形成する。そして、冷媒路２の側端部に冷媒を供給する冷媒供給路６を設ける。この冷媒供給路６の内壁面であって、銅ベース４と対向する（冷却面４ａと対向する）流路面に突起部１０を形成する。突起部１０は、冷媒供給路６と冷媒路２との接続部分の中間位付近に設けられ、その高さは、冷媒供給路６の奥壁部６ａの高さの半分程度とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路と、
前記冷媒路の側端部に設けられ、前記冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給路と、
前記冷媒供給路と連通して設けられ、当該冷媒供給路に冷媒を供給する継手と、
を有し、
前記冷媒供給路の内壁面であって、前記被冷却部材を冷却する冷媒路面と対向する面に、突起部を設ける
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
被冷却部材が設けられる冷却部と当該冷却部と対向して設けられる対向部により形成される冷媒路と、
前記冷媒路の側端部に設けられ、前記冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給路と、
前記冷媒供給路と連通して設けられ、当該冷媒供給路に冷媒を供給する継手と、
を有し、
前記冷媒供給路の内壁面の前記冷却部と対向する面に、突起部を設ける
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒供給路は、前記冷媒路の対向部側の面に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却部の前記冷媒路側の面に、冷却フィンを設ける
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒路であって、前記冷媒供給路が設けられる側端部の他端側に、前記冷媒路から冷媒を排出する冷媒排出路を設ける
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１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、被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路を有する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動するための電力変換装置（インバータなど）には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールなどの半導体モジュールが搭載されている。この半導体モジュールは、モータの一次巻線に流れる電流をスイッチング制御しているため、半導体素子の発熱量が非常に大きくなる。そこで、半導体素子は、一般的に空冷により冷却されているが、近年では大電流で高いスイッチング周波数を制御しているものがあり、半導体素子を水冷により冷却する場合もある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体モジュールの冷却装置は、半導体素子が設けられる絶縁基板面（半導体素子との接触面）と平行な面を有する冷媒路を形成し、この冷媒路に水を流通させることで半導体素子を冷却している。そして、冷媒路に仕切板を設ける方法や、冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給口と冷媒が排出される冷媒排出口を前記冷媒路の対角上に設ける方法により、冷媒路を流通する冷媒の流通量が半導体素子との接触する冷媒路面全体にわたって均一となるにようしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５１９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の半導体モジュールに形成される冷媒路に例示されるように、被冷却部材を均一に冷却するために、冷却装置の冷媒路において当該冷媒路を流通する冷媒の流通量をより均一化することが求められている。例えば、被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路において、冷媒供給口と冷媒排出口を対角に設けることができないなどの理由により、前記被冷却部材が設けられる冷却面を流通する冷媒に不均衡が生じた場合、被冷却部材を均一に冷却することができなくなるおそれがある。また、冷却ケースの側面を貫通するようにホースニップルなどの継手を設け、この継手と冷媒供給路とを連通させた構造では、継手を設けることによって、冷媒供給路と継手の接続部分の流路断面を傾斜させることができないなどの制約を受け、冷媒供給路を流通する冷媒の流れが不均衡になってしまう。
【０００６】
このように冷媒供給路を流通する冷媒が不均衡となると、冷媒供給路から冷媒路に流入する冷媒が不均衡となってしまうため、冷媒路に仕切り板を設けても、冷媒路を流通する冷媒が不均一となり、被冷却部材を均一に冷却することができないおそれがある。その結果、部分的に被冷却部材の温度が上昇し、被冷却部材及びこの部材を備えたモジュールの性能及び寿命を低下させるおそれがある。
【０００７】
そこで、被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路において、冷媒供給口と冷媒排出口の配置に関係なく、当該冷媒路を流通する冷媒の流通量をより均一化することが求められている。また、冷媒供給路に継手を設けた構成とした場合にも、冷媒路を流通する冷媒量を均一化することが求められている。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路において、冷媒供給口と冷媒排出口の配置の自由度を高めながら、且つ冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給路に継手を連通して設ける構成とした場合にも、被冷却部材を冷却する冷媒路の冷却面を流通する冷媒流量の偏りを低減することに貢献する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の冷却装置は、被冷却部材を冷却する冷媒が流通する冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給路と、この冷媒供給路と連通する継手を有し、前記冷媒供給路の内壁面であって、前記被冷却部材を冷却する冷媒路面と対向するように突起部を設けることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上の発明によれば、被冷却部材を冷却する冷媒路において、被冷却部材を冷却する冷却面を流通する冷媒流量の偏りを低減することに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る冷却装置の説明図であり、（ａ）冷媒路の冷媒流通方向に対して垂直な冷媒路の断面図、（ｂ）冷媒路の冷媒流通方向に対して平行な冷媒路の断面図である。
【図２】比較例に係る冷却装置の説明図であり、（ａ）冷媒路の冷媒流通方向に対して垂直な冷媒路の断面図、（ｂ）冷媒路の冷媒流通方向に対して平行な冷媒路の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る冷却装置について、図を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施形態）
本発明の一実施形態に係る冷却装置について、図１（ａ），（ｂ）に示す冷却装置を参照して詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る冷却装置１は、冷却ケース３と銅ベース４との間に形成される冷媒路２を有する。
【００１４】
冷却ケース３の銅ベース４が設けられる面には、冷却ケース３と対向する銅ベース４面と略平行な面を有する溝部５が形成されており、冷却ケース３に銅ベース４を設けたときに、冷却ケース３と銅ベース４との間に冷媒路２が形成される。つまり、銅ベース４は、溝部５を密封するように設けられ、溝部５の底面（以後、対向面３ａとする）と銅ベース４の一面（以後、冷却面４ａとする）に挟まれた冷媒路２が形成される。
【００１５】
溝部５の側端部には、さらに冷媒路２に水などの冷媒を供給するための冷媒供給路６が溝部５と一体に形成される。この冷媒供給路６は、冷却ケース３の側面を貫通するように形成され、この貫通路にホースニップル７が設けられる。これら冷媒供給路６とホースニップル７との接続部分では、ホースニップル７の断面形状に合わせて冷媒供給路６の流路断面が形成されている。さらに、冷媒供給路６が形成される側端部の他端側の溝部５には、冷媒路２から冷媒が排出される冷媒排出路８が溝部５と一体に形成される。この冷媒排出路８も、冷却ケース３の側面を貫通するように形成され、この貫通路にホースニップル９が設けられる。冷媒排出路８のホースニップル９接続部分も冷媒供給路６と同様に、ホースニップル９の断面形状に合わせて冷媒排出路８の断面形状が形成されている。
【００１６】
冷媒供給路６であって、ホースニップル７から流入する冷媒が突き当たる部分（奥壁部６ａ）は、冷媒供給路６の奥にいくにしたがって、奥壁部６ａと冷却面４ａで形成される流路断面が小さくなるように、なだらかに傾斜して形成される。すなわち、奥壁部６ａは、冷媒供給路６の奥にいくにしたがって、奥壁部６ａと冷却面４ａとの距離が短くなるように形成される。そして、この奥壁部６ａの傾斜面により、冷媒が冷媒路２方向に誘導される。さらに、冷媒供給路６の銅ベース４（冷却面４ａ）と対向する面であって、奥壁部６ａとホースニップル７との間には、突起部１０が形成される。
【００１７】
突起部１０は、ホースニップル７と奥壁部６ａの中間付近に設けられる。つまり、突起部１０の設けられる位置は、冷媒供給路６に流入する冷媒の流入速度や冷媒供給路６及び冷媒路２の形状によって適宜設定されるものであり、好ましくは、突起部１０を冷媒供給路６と冷媒路２の接続部分の範囲に収まるように設けるとよく、より好ましくは、突起部１０を冷媒供給路６と冷媒路２との接続部分の中間位に設けるとよい。また、突起部１０高さは、特に限定されるものではないが、奥壁部６ａの高さの半分程度とすると、冷媒供給路６の奥壁部６ａまで流通する冷媒の流れを妨げず、且つ、冷媒路２のホースニップル７が設けられる側の冷却ケース３側面近傍（以後、冷媒路２の内側とする）を流通する冷媒量を増加させることができる。
【００１８】
なお、図示省略しているが、銅ベース４の冷却面４ａの反対側の面には、半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ）などの被冷却部材が半導体モジュールに内蔵されて取り付けられている。また、半導体素子の冷却効率を向上させるために、銅ベース４の冷却面４ａに、冷却フィン１２が設けられる。冷却フィン１２は、冷媒と被冷却部材（銅ベース４）との熱変換効率を向上させるために、銅ベース４の表面積を増やすものである。なお、冷却フィン１２の形状を整流を目的とした仕切り板として作用させる形状としてもよい。
【００１９】
上記構成からなる冷却装置１において、冷媒路２は、冷却ケース３の溝部５と銅ベース４の冷却面４ａとの間の空間に形成された流路であり、冷媒が銅ベース４を介して被冷却部材を冷却するように流れる。そして、この冷媒路２に冷媒を供給する冷媒供給路６及びこの冷媒路２から冷媒を排出する冷媒排出路８が設けられる。この冷媒供給路６と冷媒排出路８は、それぞれ冷媒路２の対向面３ａの側端部に設けられる。このように形成された冷媒の流路において、冷媒は、冷却ケース３の一側面に設けられたホースニップル７から供給され、冷媒路２を通り、ホースニップル７が設けられる冷却ケース３の側面と同一の側面に設けられたホースニップル９から排出される。
【００２０】
本発明の実施形態に係る冷却装置１の作用について、図１に示す冷却装置１と、図２に示す冷却装置１１とを比較して説明する。比較例に係る冷却装置１１は、冷媒供給路６に突起部１０を設けないこと以外は冷却装置１と同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）において、冷媒路２（及び、冷媒供給路６、冷媒排出路８）中の矢印は冷媒の流通方向を示し、矢印の太さは、冷媒の流通量を示す。
【００２１】
図２に示すように、冷媒供給路６に突起部１０を設けない場合、ホースニップル７から冷媒供給路６に流入した冷媒は、冷媒供給路６に流入する冷媒の余勢により、冷媒供給路６の奥壁部６ａに突き当たり、奥壁部６ａの傾斜によって冷媒路２に誘導される。その結果、冷媒路２を流通する冷媒は、冷却ケース３のホースニップル７が設けられる側面から離れた部分（以後、冷媒路２の外側とする）に偏って流れる。
【００２２】
一方、図１に示すように、冷媒供給路６の内壁面であって、ホースニップル７と奥壁部６ａとの間に突起部１０を設けることで、ホースニップル７から流入した冷媒は、突起部１０に衝突し、奥壁部６ａに向かう流れの一部が突起部１０で堰き止められるとともに、突起部１０から冷媒路２方向に向かう冷媒流が発生する。よって、冷媒路２において、冷却ケース３のホースニップル７が設けられる側面近傍を流れる冷媒の相対量が増加するので、図２を示して説明した冷却装置１１と比較して冷媒路２を流通する冷媒の偏りを低減することができる。
【００２３】
つまり、冷媒供給路６に突起部１０を形成することにより、冷媒供給路６の流路断面が減少して冷媒路２の外側を流通する冷媒量が低減するとともに、突起部１０により冷媒路２の内側を流通する冷媒量が増加する。また、この突起部１０を冷却面４ａと対向する冷媒供給路６の内壁面に設けることにより、突起部１０に衝突した冷媒が冷却面４ａ方向に向かう流れを生じるため、冷媒と冷却面４ａの接触が促進され冷却面４ａの冷却効率が向上する。
【００２４】
以上のように、本発明の実施形態に係る冷却装置１によれば、被冷却部材が設けられる冷却面４ａとその対向面３ａとによって形成される冷媒路２に冷媒を供給する冷媒供給路６において、冷媒供給路６の流路断面の一部を閉塞するように、突起部１０を形成することにより、冷媒路２に供給される冷媒の偏りを低減し、冷媒路２を流通する冷媒の流量を略均一にすることができる。その結果、冷却面４ａに設けられる被冷却部材を均一に冷却することができる。さらに、冷却面４ａに対して複数の被冷却部材を設けた場合においても、それぞれの被冷却部材の温度のバラつきを低減させることができるので、被冷却部材の性能及び寿命を向上させることができる。
【００２５】
特に、冷却ケース３の側面を貫通するようにホースニップル７を設け、このホースニップル７と冷媒供給路６とを連通させる構成とした場合、冷媒供給路６にホースニップル７を設けるために冷媒供給路６の流路断面を傾斜させて徐々に冷媒供給路６の流路断面を小さくすることができない場合がある。このような場合でも、冷媒供給路６に突起部１０を設けるだけで冷媒供給路６から冷媒路２に供給される冷媒の偏りを低減することができる。
【００２６】
そして、この冷却装置１は、冷媒路２に冷媒を供給する冷媒供給路６の内壁面であって、被冷却部材が設けられる冷却面４ａに対向する面に突起部１０を形成するだけなので、製造の手間やコストを増加させることなく、冷媒供給路６と冷媒排出路８の配置に制限なく、冷媒路２を流通する冷媒を略均一とすることができる。
【００２７】
また、冷媒路２に仕切り板を設けることで、冷媒路２を流通する冷媒の流れを均一にすることはできるが、冷媒路２に冷媒を供給する冷媒供給路６における冷媒の流れが不均一である場合、単に、冷媒路２に仕切り板を設けるだけでは、冷媒路２を流通する冷媒の流れを均一にすることができない。そこで、冷媒供給路６に突起部１０を設けることで、冷媒路２に流入する冷媒量の偏りが低減し、冷媒路２を流通する冷媒を略均一にすることができる。このように冷媒路２に仕切り板を設けることなく、冷媒路２を流通する冷媒の流通量（冷媒路２の内側及び外側を流通する冷媒の流通量）を略等しくすることができるので、冷媒路２に仕切り板を配置し加工するコストを低減することができる。
【００２８】
さらに、冷媒供給路６に突起部１０を設けることで、冷媒路２を流通する冷媒流量を均一化することができると、冷媒路２の流路内に冷媒と被冷却部材との熱交換を促進するための冷却フィン１２を形成する場合において、冷却フィン１２の配置形態の設計が容易になる。つまり、従来は、冷媒路２の流路内に冷却フィン１２を形成する場合、冷却フィン１２による熱交換効率と、仕切り板による冷媒流通量の均一化の両方を考慮して、冷却フィン１２や仕切り板の配置形態を設計していたが、仕切り板を設けることなく冷媒路２を流通する冷媒を略均一にすることができることで、冷却フィン１２の熱交換効率を考慮するだけでよくなり、冷却フィン１２の配置設計が容易となる。
【００２９】
なお、この突起部１０の冷却面４ａ側の端部を冷媒路２を流通する冷媒の流通方向（または、冷媒供給路６を流通する冷媒の流通方向）に傾斜させると、突起部１０での圧力損失を低減することができる。つまり、突起部１０の形状を奥壁部６ａと同様に、冷媒供給路６の奥にいくにしたがって、突起部１０の端部と冷却面４ａとの距離が短くなるように突起部１０の端部を傾斜させることにより、突起部１０に衝突した冷媒を冷却面４ａ方向に導くことができる。また、突起部１０の形状を、突起部１０の冷媒供給路６を流通する冷媒の流通方向の幅が、突起部１０の冷媒路２側にいくにつれて狭くなるように、ヒートシンク３のホースニップル７が設けられる側面と対向する突起部１０面を傾斜させることにより、突起部１０に衝突した冷媒を冷媒路２の流通方向に導くことができる。
【００３０】
また、冷媒供給路６を冷媒路２の対向面３ａに設けることで、冷媒供給路６から冷媒路２に流入する冷媒の流れる方向が、冷却面４ａに向かう方向となるので、冷却面４ａに設けられる被冷却部材の冷却効率が向上する。
【００３１】
また、冷媒供給路６から冷媒路２に流入する冷媒は、冷媒供給路６から供給される冷媒の余勢により、冷媒路２の内側近傍の冷媒流通量が相対的に減少する。そこで、冷媒供給路６に、冷媒の流れを矯正する突起部１０を形成することにより、冷媒路２を流通する冷媒の流通量を略等しくすることができる。この突起部１０は、複数設けてもよく、その場合は、冷媒の流入口（ホースニップル７）から奥壁部６ａにかけて、突起部１０の高さを高くすると、冷媒供給路６の奥にいくにしたがって冷媒供給路６の流通抵抗が増大し、冷媒路２の内側を流通する冷媒量を増加させることができる。
【００３２】
以上、本発明の冷却装置に関して、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が本発明の冷却装置に属することは当然のことである。
【００３３】
例えば、本発明の冷却装置は、被冷却部材を冷却する冷媒路に冷媒を供給する冷媒供給路に関する発明であるので、冷媒路は、被冷却部材を冷却する冷却面を有する冷媒路であればよい。つまり、冷媒路の形成形態は実施形態に限定されるものではなく、予め、一組の平面によって形成された流路を有するヒートシンクに被冷却部材を設ける形態など、冷媒路の形成形態は周知の冷媒路のいずれであっても本発明の冷却装置として適応することができる。同様に、冷媒路に接続される冷媒供給路及び冷媒排出路の配置形態も、実施形態に限定されることなく、適宜設計変更が可能である。また、冷媒路を流通する冷媒は、水に限定するものではなく、発熱体を冷却するために用いられる冷媒を適宜選択して用いればよい。
【００３４】
そして、本発明の冷却装置が冷却する被冷却部材は、半導体素子に限定されるものではなく、適宜冷媒により冷却される発熱部材に対して、本発明の冷却装置を用いればよく、モータを駆動するための電力変換装置など、冷媒により冷却を必要とする様々な用途の発熱部材の冷却装置として本発明の冷却装置を適用することができる。
【００３５】
また、本発明の冷却装置について、冷媒路に冷却フィンを設けた形態を例示して説明したが、本発明の冷却装置は、冷媒路に冷却フィンを設けない形態であっても、冷媒路を流通する冷媒量を略等しくできる効果を得ることができる。
【００３６】
また、本発明の冷却装置によれば、仕切り板を設けることなく冷媒路を流通する冷媒の流量を略等しくすることができるが、仕切り板を設けることを妨げるものではない。よって、冷媒路に仕切り板を設け、冷媒路を流通する冷媒の流通量がより均一となるようにしてもよい。
【００３７】
また、突起部は、冷媒供給路であって、冷媒路の冷却部と対向する面に設けることに限定されるものではなく、例えば、冷媒供給路の内壁面であって、冷却ケースの側面と平行な壁面から突出するように突起部を設けてもよい。この突起部を複数設ける場合は、冷媒供給路入口から奥にいくにしたがって、冷媒路の冷却面から対向面に近づくような段状に突起部を設けると、冷媒路を流通する冷媒量がより均一となる。
【符号の説明】
【００３８】
１，１１…冷却装置
２…冷媒路
３…冷却ケース（対向部）
３ａ…対向面
４…銅ベース（冷却部）
４ａ…冷却面
５…溝部
６…冷媒供給路
６ａ…奥壁部
７，９…ホースニップル（継手）
８…冷媒排出路
１０…突起部
１２…冷却フィン
【図１】
2013058518.tif 000003
【図２】
2013058518.tif 000004