(57)【要約】      （修正有）【課題】強制空冷式の冷却装置に適したヒートシンクを押出し成形により製造する際に、フィンを精度良く形成することが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１０は、上面に発熱素子４が載置されるベースプレート１４とベースプレート１４の下面に形成された複数の平行なフィン１６を備えるヒートシンク１２を備えている。複数のフィン１６は、ベースプレート１４の下面で偏在して配置されている。複数のフィン１６の直上が発熱素子４の配置領域になっている。平行に並んだ複数のフィン１６のうち両端のフィン１６ａは、他のフィン１６ｂに比べて厚く形成されている。【選択図】図３
2013110186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子を冷却する冷却装置であって、
上面に前記発熱素子が載置されるベースプレートと、前記ベースプレートの下面に形成された複数の平行なフィンを備えるヒートシンクと、
前記複数のフィンは、前記ベースプレートの下面で偏在して配置されており、
前記複数のフィンの直上が前記発熱素子の配置領域であり、
平行に並んだ前記複数のフィンのうち両端のフィンが他のフィンに比べて厚く形成されている冷却装置。
【請求項２】
前記複数のフィンを覆う平板状のカバーをさらに備えており、
前記カバーが締結部材を介して前記両端のフィンに固定されている請求項１の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、発熱素子を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電動車両においては、バッテリから供給される直流電力をインバータ装置によって交流電力に変換し、これにより交流モータを回転させて、駆動力を生成する。インバータ装置を構成するスイッチング素子としては、ＩＧＢＴや還流ダイオードと呼ばれるダイオードが用いられる。これらの素子には大電流が流れるため、電気抵抗は小さいものの発熱量が大きい。そのため、これらの素子は発熱素子と呼ばれることがある。本明細書でも、ＩＧＢＴなどの発熱量の大きいスイッチング素子を発熱素子と称する。発熱に伴ってこれらの素子が高温となり過ぎると、素子の熱破壊を招いてしまう。
【０００３】
発熱素子を過熱による熱破壊から保護するために、フィン付きヒートシンクを備えており、ブロワ（ファン）から送風される冷却用の空気によって発熱素子を冷却する、強制空冷式の冷却装置が用いられる。このような強制空冷式の冷却装置が、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
強制空冷式の冷却装置では、上面に発熱素子が搭載されるベースプレートと、ベースプレートの下面に形成された複数のフィンを備えるヒートシンクが用いられる。このようなヒートシンクは、生産性の高い押出し成形によって製造することが一般的である。
【０００６】
上記のようなヒートシンクでは、熱容量を確保するために、ベースプレートは厚く形成される。他方、フィンからの放熱性を確保するために、個々のフィンは薄く形成され、フィンピッチも狭く形成される。このような形状のヒートシンクを押出し成形によって製造する場合、ベースプレートの面内方向に材料が流動しやすく、フィンの面内方向（すなわちベースプレートの板厚方向）に材料が流動しにくくなる。その結果、フィンの先端まで材料が十分に流動せず、フィンを精度良く形成することが困難となる。このような傾向は、ベースプレートの下面においてフィンが一方に偏在しており、ヒートシンクの断面形状が左右非対称となっている場合に、特に顕著となる。なお、ベースプレートの中心ではなく偏った位置に発熱素子を配置する予定の場合に、発熱素子の配置に合わせて、フィンが一方に偏在するヒートシンクが採用されることになる。
【０００７】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、強制空冷式の冷却装置に適したヒートシンクを押出し成形により製造する際に、フィンを精度良く形成することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、発熱素子を冷却する冷却装置を開示する。その冷却装置は、上面に発熱素子が載置されるベースプレートとベースプレートの下面に形成された複数の平行なフィンを備えるヒートシンクを備えている。複数のフィンは、ベースプレートの下面で偏在して配置されている。別言すれば、フィン群の中心がベースプレートの中心から外れた場所に位置する。複数のフィンの直上が発熱素子の配置領域となっている。平行に並んだ複数のフィンのうち両端のフィンは、他のフィンに比べて厚く形成されている。
【０００９】
上記の冷却装置では、ベースプレートの下面に形成される平行に並んだ複数のフィンのうち、両端のフィンが厚く形成されている。これにより、ベースプレートの面内方向への材料の流動性とフィンの面内方向（ベースプレートの板厚方向）への材料の流動性のバランスが取れ、フィンの先端まで材料が十分に流動させることができる。これにより、フィンを精度良く形成することができる。
【００１０】
また、上記の冷却装置では、両端のフィンのみを厚く形成し、他のフィンを薄く形成している。従って、フィンの間に形成される冷却用空気の通路の断面積を必要以上に狭めてしまうことがない。
【００１１】
上記の冷却装置では、複数のフィンを覆う平板状のカバーをさらに備えており、カバーが締結部材を介して両端のフィンに固定されていることが好ましい。
【００１２】
ブロワ（ファン）から送風される冷却用空気の通路を形成するために、フィンをカバーで覆うことがある。このようなカバーは、締結部材によってヒートシンクに固定される。一般に、上面に載置される発熱素子を保護するために、ベースプレートには貫通孔を設けることができない。従って、カバーを固定するための締結部材を締結する穴をベースプレートに形成する場合には、その穴が貫通しないようにベースプレートを厚くする必要がある。これに対して、上記の冷却装置では、ベースプレートに穴を形成する必要がないので、ベースプレートを不必要に厚くする必要がない。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書が開示する技術によれば、強制空冷式の冷却装置に適したヒートシンクを押出し成形により製造する際に、フィンを精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】冷却装置１０の外観を示す斜視図である。
【図２】冷却装置１０の底面図である。
【図３】冷却装置１０の図２のIII−III断面で見た縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１−図３は、本実施例の冷却装置１０の構成を示している。冷却装置１０は、パワー半導体モジュール２を冷却するために用いられる。本実施例では、冷却装置１０およびパワー半導体モジュール２は、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電動車両に使用される。本実施例のパワー半導体モジュール２は、電動車両のバッテリとモータジェネレータの間で電力を変換するインバータ装置の一部である。パワー半導体モジュール２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子といった発熱量の大きな発熱素子の回路（発熱素子回路４）と、制御用ＩＣといった発熱量の小さな非発熱素子の回路（非発熱素子回路６）を備えている。
【００１６】
冷却装置１０は、ヒートシンク１２を備えている。ヒートシンク１２は、平板状のベースプレート１４と、ベースプレート１４の下面に形成されたフィン１６を備えている。ベースプレート１４の上面には、発熱素子回路４と非発熱素子回路６が載置されている。本実施例では、発熱素子回路４は、ベースプレート１４の上面の一方側（図１の左上側）に偏在しており、非発熱素子回路６は、ベースプレート１４の上面の他方側（図１の右下側）に偏在している。フィン１６は、発熱素子回路４の直下に配置されている。従って、発熱素子回路４と同様に、フィン１６はベースプレート１４の下面の一方側に偏在している。フィン１６は互いに平行に直線状に伸びる複数の凸条により構成されている。フィン１６のうち、両端に位置するフィン１６ａは、他のフィン１６ｂに比べて、厚く形成されている。ヒートシンク１２は、アルミニウム製であって、押出し成形によって製造される。ベースプレート１４の上面の領域のうち、発熱素子回路４が載置される領域が、素子の配置領域に相当する。
【００１７】
本実施例のように、ベースプレート１４とフィン１６を備えるヒートシンク１２を押出し成形によって製造する場合、押出し成形時のフィン１６への材料の流動性を確保する必要がある。一般的なヒートシンク１２では、熱容量を確保するために、ベースプレート１４は厚く形成される。他方、フィン１６からの放熱性を確保するために、個々のフィン１６は薄く形成され、フィンピッチも狭く形成される。このような形状のヒートシンク１２を押出し成形によって製造する場合、ベースプレート１４の面内方向（図３の左右方向）に材料が流動しやすく、フィン１６の面内方向（図３の上下方向）に材料が流動しにくくなり、フィン１６を精度良く形成することが困難となる。このような傾向は、ベースプレート１４の下面においてフィン１６が一方に偏在しており、ヒートシンク１２の断面形状が左右非対称となっている場合に、特に顕著となる。なお、断面形状が左右非対称であるとは、典型的には、フィン１６の長手方向に交差する断面において、平行なフィン１６群の中心がベースプレート１４の中心から外れていることである。本実施例では、両端のフィン１６ａを厚く形成することで、フィン１６の面内方向（図３の上下方向）にも材料が流動しやすくしている。これにより、フィン１６を精度良く形成することができる。
【００１８】
ヒートシンク１２の下面には、フィン１６を覆うように、ダクトカバー１８が取り付けられている。ダクトカバー１８は、樹脂製であって、射出成形によって製造される。ダクトカバー１８は、ボルト１８ａを介して両端のフィン１６ａに固定されている。発熱素子回路４の直下には、ダクトカバー１８の内面と、ベースプレート１４の下面と、フィン１６の外面により区画された複数の空気通路２０が形成される。空気通路２０の端部には、空気流入口２０ａと空気流出口２０ｂが形成される。
【００１９】
本実施例の冷却装置１０では、両端のフィン１６ａのみを厚く形成し、他のフィン１６ｂを薄く形成している。従って、空気通路２０の断面積を必要以上に狭めてしまうことがない。
【００２０】
本実施例の冷却装置１０では、両端のフィン１６ａが厚く形成されているので、両端のフィン１６ａにボルト１８ａを締結するためのボルト穴１８ｂを形成することができる。一般に、発熱素子回路４や非発熱素子回路６を保護するために、ベースプレート１４には貫通孔を設けることができない。従って、ダクトカバー１８を固定するためのボルト穴をベースプレート１４に形成する場合には、ボルト穴が貫通しないようにベースプレート１４を厚くする必要がある。これに対して、本実施例の冷却装置１０では、ベースプレート１４にボルト穴を形成する必要がないので、ベースプレート１４を不必要に厚くする必要がない。
【００２１】
冷却装置１０は、ブロワ２２を備えている。ブロワ２２によって送風された冷却用空気は、フィン１６へ送られる。
【００２２】
なお、ブロワ２２は、ベースプレート１４の下方の、フィン１６の側方のスペース（図３においてフィン１６の右側のスペース）に配置し、Ｕ字型の空気流路によってブロワ２２からの空気をフィン１６に送る構成としてもよい。このような構成とすることで、ベースプレート１４の下面でフィン１６が形成されていない箇所をデッドスペースとすることなく、有効に活用することができる。ブロワ２２をこのように配置することによって、冷却装置１０のサイズを小さくすることができる。
【００２３】
冷却装置１０の動作について説明する。発熱素子回路４が発熱して高温となると、その熱はヒートシンク１２へ伝達する。この際に、ブロワ２２を回転駆動することにより、空気流入口２０ａを介して、空気通路２０に冷却用空気が流入する。空気通路２０に流れ込んだ空気は、フィン１６と熱交換した後、空気流出口２０ｂから排出される。これによって、ヒートシンク１２が冷却されて、発熱素子回路４が冷却される。
【００２４】
なお、上記では発熱素子回路４を備えるパワー半導体モジュール２がインバータ装置の一部である場合について説明したが、パワー半導体モジュール２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の他の装置の一部であってもよい。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２６】
２  パワー半導体モジュール
４  発熱素子回路
６  非発熱素子回路
１０  冷却装置
１２  ヒートシンク
１４  ベースプレート
１６  フィン
１６ａ  両端のフィン
１６ｂ  他のフィン
１８  ダクトカバー
１８ａ  ボルト
１８ｂ  ボルト穴
２０  空気通路
２０ａ  空気流入口
２０ｂ  空気流出口
２２  ブロワ
【図１】
2013110186.tif 000003
【図２】
2013110186.tif 000004
【図３】
2013110186.tif 000005