(57)【要約】  冷却装置（１）は、受熱ブロック（１１）と、伝熱部材（１２）と、複数の第１ヒートパイプ（１３）と、を備える。受熱ブロック（１１）の第１主面（１１ａ）に発熱体（３１）が固定される。伝熱部材（１２）は、第１主面（１１ａ）に沿って延びて、受熱ブロック（１１）に固定される。複数の第１ヒートパイプ（１３）は、伝熱部材（１２）が延びる方向に並んで位置し、伝熱部材（１２）よりも第１主面（１１ａ）から遠い位置で受熱ブロック（１１）に固定される。
2020170428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が第１主面に固定される受熱ブロックと、
前記第１主面に沿って延びて、前記受熱ブロックに固定される伝熱部材と、
前記伝熱部材が延びる方向に並んで位置し、前記伝熱部材よりも前記第１主面から遠い位置で前記受熱ブロックに固定される複数の第１ヒートパイプと、
を備える冷却装置。
【請求項２】
前記第１ヒートパイプは、
前記伝熱部材に沿って延びる母管と、
前記母管に連通し、前記受熱ブロックから離れる方向に延びる支管と、で構成される、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記伝熱部材と前記母管とは、前記第１主面に直交する方向に並んで位置する、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記伝熱部材と前記母管とは、前記第１主面と鋭角で交差する方向に並んで位置する、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記伝熱部材は、内部に冷媒が封入された第２ヒートパイプで構成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１ヒートパイプを前記受熱ブロックに接着する接着剤をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第１ヒートパイプを前記受熱ブロックに固定する第１の半田をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記受熱ブロックは溝を有し、
前記伝熱部材は前記溝に挿入され、前記溝の壁面に直接的に当接する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記伝熱部材を前記受熱ブロックに接着する第２の半田をさらに備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記伝熱部材を前記受熱ブロックに接着する第２の半田をさらに備え、
前記第２の半田の融点は、前記第１の半田の融点より高い、
請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記受熱ブロックは、
前記発熱体が固定される前記第１主面を有し、前記伝熱部材が固定される第１ブロックと、
前記第１ヒートパイプが固定される第２ブロックと、
前記第１ブロックと前記第２ブロックを締結する締結部材と、
を備える請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置と、
電源から供給された電力を負荷装置に供給するための電力に変換し、変換した電力を前記負荷装置に供給する複数の電力変換部と、
を備え、
前記複数の電力変換部は、前記電源に共通に接続され、
前記複数の電力変換部は、前記負荷装置に共通に接続され、
前記複数の電力変換部の内、いずれかの前記電力変換部が稼動系に設定され、他の前記電力変換部が待機系に設定され、
前記発熱体を構成する前記稼動系に設定された前記電力変換部が有するスイッチング素子と前記待機系に設定された前記電力変換部が有するスイッチング素子は、前記伝熱部材が延びる方向に並べて配置されて、前記冷却装置が有する前記受熱ブロックの前記第１主面に固定される、
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置および冷却装置を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の通電時の発熱による損傷を防ぐため、冷却部材が電子部品に熱的に接続される。冷却部材は、電子部品から伝達された熱を、冷却部材の周囲の空気に放熱する。その結果、電子部品が冷却される。冷却部材の一例として、ヒートパイプ方式の冷却装置がある。この種の冷却装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている冷却装置は、主面に発熱体が固定される冷却ブロックと、冷却ブロックの内部に位置し、鉛直方向に延びる複数のヒートパイプと、冷却ブロックの主面と反対の面に固定され、水平方向に延びる複数の温度均一化用ヒートパイプとを備える。鉛直方向に延びるヒートパイプの一端は、冷却ブロックの外側に引き出され、フィンが固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される冷却装置は、水平方向に並べられ、鉛直方向に延びる複数のヒートパイプを備える。鉛直方向に延びる複数のヒートパイプは、互いに独立して、冷却ブロックに固定されている。そのため、発熱体が固定された冷却ブロックの主面で水平方向に温度差が生じると、一部のヒートパイプに封入された冷媒は暖められて気化するが、他の一部のヒートパイプに封入された冷媒は十分に暖められず、液体のままである。この場合、一部のヒートパイプでの冷媒の循環によってのみ、発熱体を冷却するため、冷却装置の冷却効率が十分でない。【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、冷却装置の冷却効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、受熱ブロックと、伝熱部材と、複数の第１ヒートパイプと、を備える。受熱ブロックは、発熱体が第１主面に固定される。伝熱部材は、第１主面に沿って延びて、受熱ブロックに固定される。複数の第１ヒートパイプは、伝熱部材が延びる方向に並んで位置し、伝熱部材よりも第１主面から遠い位置で受熱ブロックに固定される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る冷却装置は、受熱ブロックに固定される伝熱部材と、伝熱部材が延びる方向に並んで位置し、伝熱部材よりも発熱体が固定される受熱ブロックの第１主面から遠い位置で受熱ブロックに固定される複数の第１ヒートパイプとを備える。伝熱部材を設けることで、伝熱部材が延びる方向に並んで位置する複数の第１ヒートパイプに伝達される熱量のばらつきが低減される。この結果、冷却装置の冷却効率を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷却装置の斜視図
【図２】実施の形態１に係る冷却装置の図１のＡ−Ａ線での矢視断面図
【図３】実施の形態１に係る冷却装置の上面図
【図４】実施の形態１に係る電力変換装置の断面図
【図５】実施の形態１に係る電力変換装置の図４のＢ−Ｂ線での矢視断面図
【図６】実施の形態１に係る電力変換装置のブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る冷却装置の断面図
【図８】実施の形態２に係る第２ヒートパイプの固定方法を示す図
【図９】本発明の実施の形態３に係る冷却装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置および電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１０】
（実施の形態１）
通電時の電子部品の発熱による電子部品の故障を防止するため、電子部品には、電子部品を冷却する冷却装置が熱的に接続される。図１から図３に示す実施の形態１に係る冷却装置１は、板状部材で構成される受熱ブロック１１と、受熱ブロック１１に固定された伝熱部材１２と、受熱ブロック１１に固定された第１ヒートパイプ１３と、第１ヒートパイプ１３に固定されたフィン１４と、を備える。なお固定は、一体に形成されることを含むものとする。具体的には、受熱ブロック１１に固定された伝熱部材１２は、受熱ブロック１１と一体に形成されてもよい。同様に、第１ヒートパイプ１３は、受熱ブロック１１と一体に形成されてもよい。なお図１においては、図をわかりやすくするために、フィン１４の記載を省略した。また図２は、図１のＡ−Ａ線での矢視断面図である。実施の形態１では、伝熱部材１２は、ヒートパイプで構成されるため、以下の説明において、伝熱部材１２を第２ヒートパイプ１２と呼ぶものとする。冷却装置１はさらに、第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に固定する第１の半田１７と、伝熱部材１２を受熱ブロック１１に固定する第２の半田１８と、を備える。
【００１１】
図１から図３において、Ｚ軸を鉛直方向とする。またＸ軸は、受熱ブロック１１の第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂと直交する方向であり、Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向である。
【００１２】
上記構成を有する冷却装置１の各部について、冷却装置１が４つの第２ヒートパイプ１２と、各第２ヒートパイプ１２が延びる方向に４つずつ並んで位置する計１６本の第１ヒートパイプ１３とを備える構成を例にして説明する。
図２および図３に示すように、受熱ブロック１１の第１主面１１ａには、通電時に発熱する電子部品で構成される発熱体３１，３２が固定される。詳細については後述するが、発熱体３１，３２の発熱量にはばらつきがある。このため、第１主面１１ａ上で温度のばらつきが生じる。
【００１３】
また第１主面１１ａには、Ｙ軸方向に延びる複数の溝１１ｃが形成される。第１主面１１ａの反対に位置する受熱ブロック１１の第２主面１１ｂには、Ｙ軸方向に延びる複数の溝１１ｄが形成される。
各溝１１ｃに第２ヒートパイプ１２が挿入され、第２ヒートパイプ１２は、第２の半田１８によって、受熱ブロック１１に固定される。また各溝１１ｄに第１ヒートパイプ１３が挿入され、第１ヒートパイプ１３は、第１の半田１７によって、受熱ブロック１１に固定される。
【００１４】
なお各溝１１ｃは、Ｚ軸方向に間隔を空けて位置する。また各溝１１ｃと各溝１１ｄは、Ｘ軸方向に並んで位置する。上記構成を有する受熱ブロック１１は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。
【００１５】
第２ヒートパイプ１２は、発熱体３１，３２で生じた熱をＹ軸方向に拡散させるための均熱用のヒートパイプであって、第１主面１１ａに沿って延びて、受熱ブロック１１に固定される。具体的には、各第２ヒートパイプ１２は、溝１１ｃに挿入され、第２の半田１８によって、受熱ブロック１１に固定されている。なお図２の例では、第２ヒートパイプ１２は、溝１１ｃに挿入され、一部が露出した状態で受熱ブロック１１に固定されている。好ましくは、第２ヒートパイプ１２は、発熱体３１，３２に隣接すればよい。具体的には、第２ヒートパイプ１２は溝１１ｃに挿入され、発熱体３１，３２で生じた熱が伝達され得る程度に発熱体３１，３２の近傍に位置する。
【００１６】
上述したように発熱体３１，３２に隣接する第２ヒートパイプ１２は、発熱体３１，３２から伝達された熱をＹ軸方向に伝達する。なお第２ヒートパイプ１２の熱伝導率は、受熱ブロック１１の熱伝導率より高いことが好ましい。具体的には、第２ヒートパイプ１２は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また第２ヒートパイプ１２の内部に、冷媒１６が封入されている。
【００１７】
複数の第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２が延びる方向に並んで位置し、第２ヒートパイプ１２よりも第１主面１１ａから遠い位置で受熱ブロック１１に固定されている。具体的には、各第２ヒートパイプ１２より第１主面１１ａから遠い位置で、各第２ヒートパイプ１２が延びる方向に、４本の第１ヒートパイプ１３が並んで位置する。各第１ヒートパイプ１３は、溝１１ｄに挿入され、第１の半田１７によって、受熱ブロック１１に固定されている。
【００１８】
また第１ヒートパイプ１３は、発熱体３１，３２から伝達された熱を放熱するため、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる形状を有することが好ましい。具体的には、第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２に沿って延びて、受熱ブロック１１に固定されている母管１３ａと、母管１３ａに連通し、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる支管１３ｂとで構成される。なお第１ヒートパイプ１３の内部に、冷媒１５が封入されている。なお第１ヒートパイプ１３を構成する母管１３ａと支管１３ｂとは、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。
【００１９】
第２ヒートパイプ１２と、母管１３ａは、第２ヒートパイプ１２の延びる方向と直交する面で、すなわち、ＸＺ平面で、第１主面１１ａに直交する方向に並んで位置する。換言すれば、第２ヒートパイプ１２と母管１３ａは、Ｘ軸方向に並んで位置する。
【００２０】
フィン１４は、貫通孔を有し、貫通孔に第１ヒートパイプ１３の支管１３ｂが通った状態で、支管１３ｂに固定される。フィン１４を設けることで、冷却装置１の冷却性能が向上する。
【００２１】
冷媒１５は、第１ヒートパイプ１３の内部に封入され、気液二相の状態で存在する。冷媒１５は、発熱体３１，３２から伝達される熱で気化し、冷却装置１の周囲の空気に放熱することで液化する物質、例えば、水、アルコール、代替フロン等で構成される。冷却装置１の周囲の空気の温度が冷媒１５の融点以下になり得る場合は、冷媒１５は、冷媒１５が凍ることを防止する凍結防止剤を含むことが好ましい。
【００２２】
冷媒１６は、第２ヒートパイプ１２に封入され、気液二相の状態で存在する。冷媒１６は、発熱体３１，３２から伝達される熱で気化し、冷却装置１の周囲の空気に放熱することで液化する物質、例えば、水、アルコール、代替フロン等で構成される。
【００２３】
第１の半田１７は、溝１１ｄに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｄに挿入された第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に固定する。第１の半田１７は、融点が、発熱体３１，３２から伝達される熱によって暖められた受熱ブロック１１の温度が取り得る値より十分に大きい値である物質で構成される。
【００２４】
第２の半田１８は、溝１１ｃに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｃに挿入された第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に固定する。第２の半田１８は、融点が、発熱体３１，３２から伝達される熱によって暖められた受熱ブロック１１の温度が取り得る値より十分に大きい値である物質で構成される。
なお第２の半田１８の融点が、第１の半田１７の融点より高くなるように、第２の半田１８を構成する物質と第１の半田１７を構成する物質とを選定することが好ましい。第２の半田１８の融点が第１の半田１７の融点より高い場合、第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に接着した後、第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に接着する作業を行う際に、第２ヒートパイプ１２が受熱ブロック１１から外れることが防止される。
【００２５】
上記構成を有する冷却装置１は、図４および図５に示すように、電力変換装置３０に搭載される。なお図５は、図４のＢ−Ｂ線での矢視断面図である。電力変換装置３０は、筐体３３、筐体３３の内部に収容される発熱体３１，３２、および、発熱体３１，３２を冷却する冷却装置１を備える。筐体３３は、筐体３３の内部を密閉部３３ａと開放部３３ｂとに分ける仕切り３４を有する。密閉部３３ａには、発熱体３１，３２が収容される。開放部３３ｂには、冷却装置１が収容される。仕切り３４は、開口部３４ａを有する。開口部３４ａは、冷却装置１が有する受熱ブロック１１の第１主面１１ａによって塞がれる。発熱体３１，３２は、開口部３４ａを塞ぐ第１主面１１ａに取り付けられる。開口部３４ａが第１主面１１ａによって塞がれることで、密閉部３３ａに外部の空気、水分、塵埃等が流入することが抑制される。
【００２６】
また筐体３３は、開放部３３ｂに面し、かつ、Ｚ軸方向と直交する二面に、吸排気口３５を有する。一方の吸排気口３５から流入した冷却風は、フィン１４に沿って、支管１３ｂの間を通り、他方の吸排気口３５から排出される。冷却装置１が発熱体３１，３２から伝達された熱を、冷却風に伝達することで、発熱体３１，３２が冷却される。
【００２７】
図６に示すように、電力変換装置３０は、正極端子３０ａを介して電源から供給された電力を負荷装置である電動機５１に供給するための電力に変換し、変換した電力を電動機５１に供給する。
詳細には、電力変換装置３０は、電源に接続される正極端子３０ａと、接地された負極端子３０ｂと、一端が正極端子３０ａに接続された接触器ＭＣ１１，ＭＣ２１とを備える。また電力変換装置３０は、一端が接触器ＭＣ１１の他端に接続されたフィルタリアクトルＦＬ１と、一端が接触器ＭＣ２１の他端に接続されたフィルタリアクトルＦＬ２と、を備える。さらに電力変換装置３０は、一端がフィルタリアクトルＦＬ１の他端に接続され、他端が負極端子３０ｂに接続されたフィルタコンデンサＦＣ１と、一端がフィルタリアクトルＦＬ２の他端に接続され、他端が負極端子３０ｂに接続されたフィルタコンデンサＦＣ２と、を備える。
【００２８】
さらに電力変換装置３０は、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ１が接続された電力変換部４１と、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ２が接続された電力変換部４２と、を備える。また電力変換装置３０は、各一次端子が電力変換部４１の二次端子に接続され、各二次端子が電動機５１に接続された接触器ＭＣ１２と、各一次端子が電力変換部４２の各二次端子に接続され、各二次端子が電動機５１に接続された接触器ＭＣ２２と、を備える。
【００２９】
なお電力変換装置３０は待機二重系の電力変換装置である。詳細には、電力変換部４１が稼動系に設定され、電力変換部４２が待機系に設定されている。そのため、電力変換部４１が正常に動作している間は、接触器ＭＣ１１，ＭＣ１２が投入されていて、接触器ＭＣ２１，ＭＣ２２は開放されている。なお電力変換部４１の故障が生じて、電力変換部４２が稼動系に設定されると、電力変換部４２が動作し、接触器ＭＣ１１，ＭＣ１２は開放され、接触器ＭＣ２１，ＭＣ２２は投入されている。
【００３０】
正極端子３０ａは、図示しない高速遮断器等を介して、電源に接続される。電力変換装置３０が電気鉄道車両に搭載される場合、正極端子３０ａは集電装置に接続される。また負極端子３０ｂは、接地される。
【００３１】
接触器ＭＣ１１，ＭＣ２１は、図示しない接触器制御部によって、投入または開放される。接触器ＭＣ１１が投入されると、接触器ＭＣ１１の一端と他端が電気的に接続される。この結果、電力変換部４１が電源と電気的に接続される。また接触器ＭＣ１１が開放されると、接触器ＭＣ１１の一端と他端は電気的に遮断される。この結果、電力変換部４１は、電源から電気的に切り離される。
同様に、接触器ＭＣ２１が投入されると、接触器ＭＣ２１の一端と他端が電気的に接続される。この結果、電力変換部４２が電源と電気的に接続される。また接触器ＭＣ２１が開放されると、接触器ＭＣ２１の一端と他端は電気的に遮断される。この結果、電力変換部４２は、電源から電気的に切り離される。
【００３２】
フィルタリアクトルＦＬ１，ＦＬ２は、高調波成分を逓減する。フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２は、電源から供給される電力で充電される。
電力変換部４１，４２は、図示しないスイッチング制御部によって、制御される。具体的には、スイッチング制御部は、電力変換部４１，４２が有するスイッチング素子のオンオフを切り替える。稼動系に設定されている電力変換部４１は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を接触器ＭＣ１２を介して電動機５１に供給する。電力変換部４１の故障が生じ、電力変換部４２が稼動系に設定されると、電力変換部４２は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を接触器ＭＣ２２を介して電動機５１に供給する。
【００３３】
接触器ＭＣ１２，ＭＣ２２は、接触器ＭＣ１１，ＭＣ２１と同様に、接触器制御部によって制御される。接触器ＭＣ１２が投入されると、接触器ＭＣ１２の各一次端子と各二次端子とが電気的に接続される。接触器ＭＣ１２が開放されると、接触器ＭＣ１２の各一次端子と各二次端子とは電気的に遮断される。また接触器ＭＣ２２が投入されると、接触器ＭＣ２２の各一次端子と各二次端子とが電気的に接続される。接触器ＭＣ２２が開放されると、接触器ＭＣ２２の各一次端子と各二次端子とは電気的に遮断される。
【００３４】
電力変換部４１が有する電子部品が、図１から図５の発熱体３１を構成する。また電力変換部４２が有する電子部品が、図１から図５の発熱体３２を構成する。稼動系である電力変換部４１が正常に動作している間は、発熱体３１を構成する電子部品が通電されて発熱し、発熱体３２を構成する電子部品は通電されていないため、発熱しない。その結果、受熱ブロック１１の第１主面１１ａ上で温度のばらつきが生じる。
【００３５】
待機二重系の電力変換装置３０が備える冷却装置１が発熱体３１，３２を冷却する仕組みについて、稼動系に設定された電力変換部４１が正常に動作している場合を例にして説明する。発熱体３１で生じた熱が受熱ブロック１１と第２ヒートパイプ１２を介して冷媒１６に伝達されると、一部の冷媒１６は気化して、第２ヒートパイプ１２の内部で温度が低い部分に向かって移動する。気化した冷媒１６は、移動しながら、第２ヒートパイプ１２を介して周囲の受熱ブロック１１に放熱する。そして、放熱した冷媒１６は、液化する。液化した冷媒１６は、発熱体３１から伝達された熱で暖められると、再び気化する。冷媒１６が上述した気化と液化を繰り返して循環することで、発熱体３１から伝達された熱は、第２ヒートパイプ１２が延びる方向であるＹ軸方向に伝達され、第２ヒートパイプ１２の周囲の受熱ブロック１１に伝達される。
【００３６】
また発熱体３１で生じた熱が冷媒１６に伝達されると、気化しなかった他の一部の冷媒１６、換言すれば、液体の状態の冷媒１６で対流が生じる。冷媒１６で生じた対流によって、発熱体３１から伝達された熱は、Ｙ軸方向に伝達され、第２ヒートパイプ１２の周囲の受熱ブロック１１に伝達される。
【００３７】
冷媒１６の循環によって、受熱ブロック１１に伝達された熱は、第１ヒートパイプ１３を構成する母管１３ａ介して、冷媒１５に伝達される。母管１３ａに封入され、受熱ブロック１１から熱を伝達された冷媒１５の一部は気化して、支管１３ｂに流入し、支管１３ｂの内部を鉛直方向上端に向かって移動する。気化した冷媒１５は、移動しながら、第１ヒートパイプ１３とフィン１４とを介して、周囲の空気に放熱する。
【００３８】
以上説明したとおり、本実施の形態１に係る冷却装置１は、第２ヒートパイプ１２を備えるため、発熱体３１，３２で生じた熱がＹ軸方向に伝達され、Ｙ軸方向での受熱ブロック１１の温度差が小さくなる。このため、Ｙ軸方向に並んで位置する複数の第１ヒートパイプ１３のそれぞれに伝達される熱量の差が小さくなる。その結果、Ｙ軸方向に並んで位置する複数の第１ヒートパイプ１３のそれぞれで放熱が行われるため、第２ヒートパイプ１２を備えない従来の冷却装置と比べて、冷却装置１の冷却効率を高くすることができる。
【００３９】
冷却装置１では、第２ヒートパイプ１２は、発熱体３１，３２が固定される受熱ブロック１１の第１主面１１ａに隣接して配置される。また放熱用の第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２よりも第１主面１１ａから遠い位置に配置、換言すれば、第１主面１１ａの反対に位置する第２主面１１ｂに隣接して配置される。このため、発熱体３１，３２で発生した熱は第２ヒートパイプ１２によって、Ｙ軸方向に拡散され、均熱効果が得られる。また第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２より第２主面１１ｂの近くに配置されているため、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる支管１３ｂは、第２ヒートパイプ１２によって遮られることがない。そのため、冷却装置１では、第２ヒートパイプ１２の形状または本数による制約を受けることなく、複数の放熱用の第１ヒートパイプ１３を配置することができ、放熱効果が向上する。
【００４０】
（実施の形態２）
第２ヒートパイプ１２によって、熱を伝達することで、第２ヒートパイプ１２が延びる方向での受熱ブロック１１の温度差が小さくなり、第２ヒートパイプ１２が延びる方向に並んで位置する複数の第１ヒートパイプ１３のそれぞれによって放熱することが可能であれば、第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２のそれぞれを受熱ブロック１１に固定する位置は、任意である。また第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２のそれぞれを受熱ブロック１１に固定する方法は、任意である。
【００４１】
図７に示す実施の形態２に係る冷却装置２は、第２ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１への固定方法と、第１ヒートパイプ１３の固定位置とが、実施の形態１に係る冷却装置１と異なる。なお冷却装置２は、冷却装置１と同様に、電力変換装置３０に搭載可能である。
【００４２】
冷却装置２が有する受熱ブロック１１の第２主面１１ｂには、複数の溝１１ｄに代えて、複数の溝１１ｅが形成される。各溝１１ｅに、第１ヒートパイプ１３が挿入される。溝１１ｃと溝１１ｅは鉛直方向の高さが異なる位置で、受熱ブロック１１に形成される。このため、溝１１ｃに挿入された第２ヒートパイプ１２と、溝１１ｅに挿入された第１ヒートパイプ１３の母管１３ａは、第２ヒートパイプ１２の延びる方向と直交する面で、すなわち、ＸＺ平面で、第１主面１１ａと鋭角で交差する方向に並んで位置する。つまり、第１ヒートパイプ１３の母管１３ａは、第２ヒートパイプ１２とはＺ軸方向の位置が異なる位置に配置される。好ましくは、溝１１ｃに挿入された第２ヒートパイプ１２と、溝１１ｅに挿入された第１ヒートパイプ１３の母管１３ａは、ＸＺ平面で、第１主面１１ａと４５度で交差する方向に並んで位置すればよい。このように第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２とを配列することで、冷却装置１と比べて、第１ヒートパイプ１３を第１主面１１ａに近づけて配置することが可能である。この結果、発熱体３１，３２で生じた熱は、第１ヒートパイプ１３に効率よく伝達される。また受熱ブロック１１の厚みを薄く形成することができるので、冷却装置２の小型化を図ることができる。
【００４３】
また冷却装置２は、第２の半田１８を有さない。半田づけの代わりに、第２ヒートパイプ１２を溝１１ｃに挿入してから、第２ヒートパイプ１２の径を押し広げて溝１１ｃの壁面に当接させることで、第２ヒートパイプ１２は受熱ブロック１１に固定される。具体的には、図８に示すように、第２ヒートパイプ１２が溝１１ｃに挿入され、治具２１が図示しない締結部材によって受熱ブロック１１に固定される。受熱ブロック１１の第１主面１１ａと治具２１の主面とは、互いに向き合う。治具２１が受熱ブロック１１に固定された状態で、第２ヒートパイプ１２を内部から押圧することで、第２ヒートパイプ１２の径が拡大される。径が拡大された第２ヒートパイプ１２の外周面は、溝１１ｃに当接し、第２ヒートパイプ１２は受熱ブロック１１に固定される。第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に固定した後に、治具２１を取り外し、第１の半田１７によって、第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に固定し、フィン１４を、第１ヒートパイプ１３を構成する支管１３ｂに固定することで、冷却装置２が得られる。
【００４４】
以上説明したとおり、本実施の形態２に係る冷却装置２は、第１主面１１ａと鋭角で交差する方向に並んで位置する第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２を備える。このため、冷却装置１と比べて、第１ヒートパイプ１３を発熱体３１，３２が固定される第１主面１１ａに近づけて配置することが可能となり、発熱体３１，３２で生じた熱は、第１ヒートパイプ１３に効率よく伝達される。その結果、冷却装置２の冷却効率を冷却装置１よりも高くすることができる。
また第２ヒートパイプ１２の径を拡大して、第２ヒートパイプ１２の外周面を溝１１ｃに当接させることで、第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に固定するため、融点の異なる二種類の半田を用意する必要がない。
【００４５】
（実施の形態３）
受熱ブロック１１の構造は、発熱体３１，３２から伝達された熱を第２ヒートパイプ１２と第１ヒートパイプ１３とに伝達可能な構造であれば、任意である。図９に示す冷却装置３は、受熱ブロック１１に代えて、第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂとで構成される受熱ブロック２２を備える。さらに冷却装置３は、第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂとの接触面に塗布された伝熱性部材２３と、第１ブロック２２ａを第２ブロック２２ｂに固定する締結部材２４とを備える。また冷却装置３は、第１の半田１７と第２の半田１８のそれぞれに代えて、第３の半田２５を備える。冷却装置３の構造は、受熱ブロック２２の構造を除いて、冷却装置１の構造と同じである。また冷却装置３は、冷却装置１，２と同様に、電力変換装置３０に搭載可能である。
【００４６】
受熱ブロック２２を構成する第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂとは、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。
第１ブロック２２ａの第１主面１１ａに、実施の形態１と同様に、複数の溝１１ｃが形成され、各溝１１ｃに第２ヒートパイプ１２が挿入される。また第１ブロック２２ａの第１主面１１ａと反対の第３主面１１ｆに、伝熱性部材２３、例えば、熱伝導率が高いグリース、コンパウンド等が塗布される。
第２ブロック２２ｂの第２主面１１ｂに、実施の形態１と同様に、複数の溝１１ｄが形成され、各溝１１ｄに第１ヒートパイプ１３が挿入される。また第２ブロック２２ｂの第２主面１１ｂの反対の第４主面１１ｇに、伝熱性部材２３が塗布される。伝熱性部材２３を第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂとの接触面に塗布することで、第１ブロック２２ａと第２ブロック２２ｂとの接触面で熱伝導率が低下することが抑制される。
【００４７】
締結部材２４は、第１ブロック２２ａを第２ブロック２２ｂに固定する。具体的には、締結部材２４は、第１ブロック２２ａに形成された貫通孔を通り、第２ブロック２２ｂに形成されたねじ穴に挿入され、締結される。この結果、第１ブロック２２ａは、第１ブロック２２ａの第３主面１１ｆが、第２ブロック２２ｂの第４主面１１ｇに当接した状態で、第２ブロック２２ｂに固定される。
【００４８】
第３の半田２５は、溝１１ｄに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｄに挿入された第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に固定する。また第３の半田２５は、溝１１ｃに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｃに挿入された第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に固定する。第３の半田２５は、融点が、発熱体３１，３２から伝達される熱によって暖められた受熱ブロック１１の温度が取り得る値より十分に大きい値である物質で構成される。
【００４９】
第２ヒートパイプ１２が固定された第１ブロック２２ａを、締結部材２４によって、第１ヒートパイプ１３が固定された第２ブロック２２ｂに固定し、フィン１４を、第１ヒートパイプ１３を構成する支管１３ｂに固定することで、冷却装置３が得られる。
【００５０】
以上説明したとおり、本実施の形態３に係る冷却装置３は、第２ヒートパイプ１２を第１ブロック２２ａに固定し、第１ヒートパイプ１３を第２ブロック２２ｂに固定してから、第１ブロック２２ａを第２ブロック２２ｂに固定することで得られる。そのため、第２ヒートパイプ１２を第１ブロック２２ａに固定する半田と、第１ヒートパイプ１３を第２ブロック２２ｂに固定する半田として、同じ第３の半田２５を用いることができる。そのため、融点の異なる複数の半田を用意する必要がない。
【００５１】
本発明は、上述の実施の形態に限られない。一例として、上述の実施の形態の内、複数の実施の形態を任意に組み合わせてもよい。
例えば、冷却装置１が有する受熱ブロック１１に、鉛直方向の位置が異なる溝１１ｃと溝１１ｄとが形成されてもよい。この結果、第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２とは、第１主面１１ａと鋭角で交差する方向に並んで位置する。
また例えば、冷却装置２が有する受熱ブロック１１を、受熱ブロック２２のように複数の部材で構成してもよい。
【００５２】
受熱ブロック１１の形状は、板状の形状に限られず、第１主面１１ａに発熱体３１，３２が固定可能であって、かつ、第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２が固定可能な形状であれば、任意である。
【００５３】
第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２のそれぞれを受熱ブロック１１に固定する方法は任意である。一例として、冷却装置１−３は、第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック１１に接着する接着剤を備えてもよい。また冷却装置１−３は、第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に接着する接着剤を備えてもよい。
【００５４】
第２ヒートパイプ１２、母管１３ａ、および支管１３ｂのそれぞれの長手方向に直交する断面の形状は、円形に限られず、扁平形状でもよい。なお扁平形状は、円の一部の幅を元の円より狭く変形することで得られる形状であり、楕円、流線型、長円等を含む。なお長円は、同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状を意味する。この場合、扁平形状の長手方向がＺ軸方向に平行する向きで第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック１１に固定すると、受熱ブロック１１から第２ヒートパイプ１２への熱の伝達効率が向上する。同様に、扁平形状の長手方向がＺ軸方向に平行する向きで母管１３ａを受熱ブロック１１に固定すると、第２ヒートパイプ１２から受熱ブロック１１を介した母管１３ａへの熱の伝達効率が向上する。また支管１３ｂの長手方向が冷却風の流れる方向に一致する向きで支管１３ｂを母管１３ａに固定すると、支管１３ｂの近傍での乱流が抑制され、冷却効率が向上する。
【００５５】
第２ヒートパイプ１２によって、第２ヒートパイプ１２が延びる方向での受熱ブロック１１の温度差が小さくなり、第２ヒートパイプ１２が延びる方向に並んで位置する複数の第１ヒートパイプ１３のそれぞれによって放熱することが可能であれば、第１ヒートパイプ１３と第２ヒートパイプ１２のそれぞれを受熱ブロック１１に固定する位置は、任意である。一例として、第２ヒートパイプ１２は、受熱ブロック１１の内部に配置されてもよい。また他の一例として、第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２に当接してもよい。
【００５６】
第１ヒートパイプ１３の構造は、受熱ブロック１１から伝達された熱を周囲の空気に放熱する構造であれば、任意である。一例として、第１ヒートパイプ１３は、第２ヒートパイプ１２に沿って延びる母管１３ａと、母管１３ａの両端から、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる２つの支管１３ｂとで構成されてもよい。
また第１ヒートパイプ１３の数も任意である。
【００５７】
伝熱部材１２の構造は、発熱体３１，３２から伝達された熱を受熱ブロック１１の内部で伝達する構造であれば、任意である。一例として、伝熱部材１２は、Ｙ軸方向に延び、受熱ブロック１１より高い熱伝導率を有する物質で形成された部材、例えば板状のグラフェンでもよい。
また伝熱部材１２の数も任意である。
【００５８】
実施の形態２では、第２ヒートパイプ１２の径を拡大する方法の一例として、第２ヒートパイプ１２を内部から押圧する手法について説明したが、第２ヒートパイプ１２の径を拡大する方法として、上述の例に限られず、従来公知の任意の方法を採用することができる。一例として、第２ヒートパイプ１２を高温に加熱して内圧を高め、第２ヒートパイプ１２の径を拡大する方法がある。
【００５９】
冷却装置３が有する伝熱性部材２３は、第１ブロック２２ａの第３主面１１ｆにのみ、あるいは、第２ブロック２２ｂの第４主面１１ｇにのみ塗布されてもよい。
また、締結部材２４は、第２ブロック２２ｂに形成された貫通孔を通り、第１ブロック２２ａに形成されたねじ穴に挿入され、締結されてもよい。
【００６０】
電力変換装置３０は、待機二重系の電力変換装置に限られず、発熱量の異なる電子部品を有する任意の電力変換装置である。
また上述の例では、第１主面１１ａに複数の発熱体３１，３２が固定されているが、発熱体３１，３２の数は、任意である。一例として、場所によって温度にむらがある１つの発熱体が第１主面１１ａに固定されていてもよい。
【００６１】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００６２】
１，２，３  冷却装置、１１，２２  受熱ブロック、１１ａ  第１主面、１１ｂ  第２主面、１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ  溝、１１ｆ  第３主面、１１ｇ  第４主面、１２  伝熱部材（第２ヒートパイプ）、１３  第１ヒートパイプ、１３ａ  母管、１３ｂ  支管、１４  フィン、１５，１６  冷媒、１７  第１の半田、１８  第２の半田、２１  治具、２２ａ  第１ブロック、２２ｂ  第２ブロック、２３  伝熱性部材、２４  締結部材、２５  第３の半田、３０  電力変換装置、３０ａ  正極端子、３０ｂ  負極端子、３１，３２  発熱体、３３  筐体、３３ａ  密閉部、３３ｂ  開放部、３４  仕切り、３４ａ  開口部、３５  吸排気口、４１，４２  電力変換部、５１  電動機、ＦＣ１，ＦＣ２  フィルタコンデンサ、ＦＬ１，ＦＬ２  フィルタリアクトル、ＭＣ１１，ＭＣ１２，ＭＣ２１，ＭＣ２２  接触器。
【図１】
2020170428.tif 000003
【図２】
2020170428.tif 000004
【図３】
2020170428.tif 000005
【図４】
2020170428.tif 000006
【図５】
2020170428.tif 000007
【図６】
2020170428.tif 000008
【図７】
2020170428.tif 000009
【図８】
2020170428.tif 000010
【図９】
2020170428.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月20日(2021.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、受熱ブロックと、伝熱部材と、複数の第１ヒートパイプと、を備える。受熱ブロックは、発熱体が第１主面に固定される。伝熱部材は、第１主面に沿って延びて、一部が露出した状態で受熱ブロックに固定され、露出した部分と発熱体とが当接している。複数の第１ヒートパイプは、伝熱部材が延びる方向に並んで位置し、伝熱部材よりも第１主面から遠い位置で受熱ブロックに固定される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
第３の半田２５は、溝１１ｄに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｄに挿入された第１ヒートパイプ１３を受熱ブロック２２に固定する。また第３の半田２５は、溝１１ｃに塗布され、加熱されることで溶融し、その後冷却されて固化することで、溝１１ｃに挿入された第２ヒートパイプ１２を受熱ブロック２２に固定する。第３の半田２５は、融点が、発熱体３１，３２から伝達される熱によって暖められた受熱ブロック２２の温度が取り得る値より十分に大きい値である物質で構成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が第１主面に固定される受熱ブロックと、
前記第１主面に沿って延びて、一部が露出した状態で前記受熱ブロックに固定され、露出した部分と前記発熱体とが当接している伝熱部材と、
前記伝熱部材が延びる方向に並んで位置し、前記伝熱部材よりも前記第１主面から遠い位置で前記受熱ブロックに固定される複数の第１ヒートパイプと、
を備える冷却装置。
【請求項２】
前記第１ヒートパイプは、
前記伝熱部材に沿って延びる母管と、
前記母管に連通し、前記受熱ブロックから離れる方向に延びる支管と、で構成される、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記伝熱部材と前記母管とは、前記第１主面に直交する方向に並んで位置する、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記伝熱部材と前記母管とは、前記第１主面と鋭角で交差する方向に並んで位置する、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記伝熱部材は、内部に冷媒が封入された第２ヒートパイプで構成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１ヒートパイプを前記受熱ブロックに接着する接着剤をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第１ヒートパイプを前記受熱ブロックに固定する第１の半田をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記受熱ブロックは溝を有し、
前記伝熱部材は前記溝に挿入され、前記溝の壁面に直接的に当接する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記伝熱部材を前記受熱ブロックに接着する第２の半田をさらに備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記伝熱部材を前記受熱ブロックに接着する第２の半田をさらに備え、
前記第２の半田の融点は、前記第１の半田の融点より高い、
請求項７に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記受熱ブロックは、
前記発熱体が固定される前記第１主面を有し、前記伝熱部材が固定される第１ブロックと、
前記第１ヒートパイプが固定される第２ブロックと、
前記第１ブロックと前記第２ブロックを締結する締結部材と、
を備える請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置と、
電源から供給された電力を負荷装置に供給するための電力に変換し、変換した電力を前記負荷装置に供給する複数の電力変換部と、
を備え、
前記複数の電力変換部は、前記電源に共通に接続され、
前記複数の電力変換部は、前記負荷装置に共通に接続され、
前記複数の電力変換部の内、いずれかの前記電力変換部が稼動系に設定され、他の前記電力変換部が待機系に設定され、
前記発熱体を構成する前記稼動系に設定された前記電力変換部が有するスイッチング素子と前記待機系に設定された前記電力変換部が有するスイッチング素子は、前記伝熱部材が延びる方向に並べて配置されて、前記冷却装置が有する前記受熱ブロックの前記第１主面に固定される、
電力変換装置。
【国際調査報告】
2020170428.tif 000012
2020170428.tif 000013
2020170428.tif 000014
2020170428.tif 000015