JP4293090B2

JP4293090B2 - Cooling system

Info

Publication number: JP4293090B2
Application number: JP2004242065A
Authority: JP
Inventors: 貴弘小川; 健一大濱
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: JP2006060114A

Description

本発明は、例えば車両用回転電機のインバータのパワーモジュールの冷却などに用いられる冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device used for cooling a power module of an inverter of a rotating electrical machine for a vehicle, for example.

例えば、特許文献１には、所定間隔毎に配列された複数の冷却チューブを持つ冷却装置が紹介されている。冷却チューブの内部には、冷媒が流れる冷却通路が区画されている。隣り合う冷却チューブ間には、パワーモジュールが介装されている。パワーモジュールは、半導体スイッチング素子とフライホイルダイオードとを内蔵している。 For example, Patent Document 1 introduces a cooling device having a plurality of cooling tubes arranged at predetermined intervals. A cooling passage through which the refrigerant flows is defined inside the cooling tube. A power module is interposed between adjacent cooling tubes. The power module includes a semiconductor switching element and a flywheel diode.

駆動に伴うパワーモジュールの発熱は、冷却チューブの側壁を介して、パワーモジュールの表面から冷却通路中の冷媒に伝達される。この伝熱により、パワーモジュールの温度上昇が抑制されている。
特開２００２−２６２１５号公報 The heat generated by the power module due to driving is transmitted from the surface of the power module to the refrigerant in the cooling passage through the side wall of the cooling tube. Due to this heat transfer, the temperature rise of the power module is suppressed.
JP 2002-26215 A

ところで、冷却効率を上げるためには、伝熱面積を大きくすればよい。そこで、本発明者は、冷却チューブの冷却通路に、複数の冷却フィンを配列した。具体的には、冷却通路の長さ方向に沿って延びる冷却フィンを、冷却通路の幅方向一定間隔毎に、複数配列した。また、複数の冷却フィンの長さは、互いに等長とした。 By the way, in order to increase the cooling efficiency, the heat transfer area may be increased. Therefore, the present inventor arranged a plurality of cooling fins in the cooling passage of the cooling tube. Specifically, a plurality of cooling fins extending along the length direction of the cooling passage were arranged at regular intervals in the width direction of the cooling passage. The lengths of the plurality of cooling fins are equal to each other.

しかしながら、当該冷却装置の場合、冷却チューブの冷却効率を、全体的に向上させることができるに過ぎなかった。言い換えると、冷却チューブ表面の冷却効率分布は、略均一であった。 However, in the case of the cooling device, the cooling efficiency of the cooling tube can only be improved as a whole. In other words, the cooling efficiency distribution on the cooling tube surface was substantially uniform.

これに対して、実際のパワーモジュール表面の温度分布は、パワーモジュールが内蔵する半導体スイッチング素子の位置に依存している。すなわち、半導体スイッチング素子の出力は、比較的大きい。このため、パワーモジュール表面のうち、内部に半導体スイッチング素子を有する部分が、最も高熱になる。したがって、当該部分を最高温度とする等高線状に、パワーモジュール表面の温度分布は形成される。 On the other hand, the actual temperature distribution on the power module surface depends on the position of the semiconductor switching element built in the power module. That is, the output of the semiconductor switching element is relatively large. For this reason, the part which has a semiconductor switching element inside becomes the highest in the power module surface. Therefore, the temperature distribution on the surface of the power module is formed in a contour line with the portion as the maximum temperature.

このように、パワーモジュール表面の温度分布は不均一である。一方、先述したように、冷却チューブ表面の冷却効率分布は、均一である。このため、先述の等間隔かつ等長の冷却フィンを持つ冷却装置では、パワーモジュール表面の高温部分を、優先的に冷却することができない。 Thus, the temperature distribution on the power module surface is non-uniform. On the other hand, as described above, the cooling efficiency distribution on the surface of the cooling tube is uniform. For this reason, in the cooling device having the above-described cooling fins with equal intervals and equal lengths, the high temperature portion on the surface of the power module cannot be preferentially cooled.

本発明の冷却装置は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、パワーモジュールなど電子部品の表面の高温部分を、優先的に冷却することができる冷却装置を提供することを目的とする。 The cooling device of the present invention has been completed in view of the above problems. Therefore, an object of this invention is to provide the cooling device which can cool preferentially the high temperature part of the surface of electronic components, such as a power module.

（１）上記課題を解決するため、本発明の冷却装置は、冷媒が流れる冷却通路を内蔵し電子部品の表面に面接触する冷却面を持つ冷却管と、該冷却通路に配列される複数の冷却フィンからなる冷却フィン群と、を備えてなる冷却装置であって、前記電子部品は、半導体素子を内蔵するパワーモジュールであり、複数の前記冷却フィンは、前記冷却通路の長さ方向に沿って延設されており、複数の該冷却フィンのうち少なくとも一つは、全長が最も短い最短フィンであり、該最短フィンは、該パワーモジュール表面における該半導体素子の略中央部に対向する部分と、前記冷却面を挟んで、対向して配置されていることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, a cooling device according to the present invention includes a cooling pipe having a cooling surface in which a refrigerant flows and a surface in contact with the surface of an electronic component. A cooling fin group comprising cooling fins, wherein the electronic component is a power module incorporating a semiconductor element, and the plurality of cooling fins extend along a length direction of the cooling passage. And at least one of the plurality of cooling fins is the shortest fin having the shortest overall length, and the shortest fin is a portion facing a substantially central portion of the semiconductor element on the surface of the power module. The cooling surfaces are disposed opposite to each other.

本発明の冷却装置の冷却フィンは、電子部品表面の温度分布と冷却面の冷却効率分布とが対応するように、配列されている。本発明の冷却装置によると、電子部品表面の高温部分と、冷却面の冷却効率が高い部分とが、面接触する。このため、電子部品表面の高温部分を、優先的に冷却することができる。 The cooling fins of the cooling device of the present invention are arranged so that the temperature distribution on the surface of the electronic component corresponds to the cooling efficiency distribution on the cooling surface. According to the cooling device of the present invention, the high-temperature portion on the surface of the electronic component and the portion with high cooling efficiency on the cooling surface are in surface contact. For this reason, the high temperature part of the electronic component surface can be preferentially cooled.

本構成によると、冷却通路における最短フィンに近接する部分の圧力損失が小さくなる。このため、最短フィンに近接する部分の冷媒の流速が速くなる。したがって、冷却面における最短フィン対向部分の冷却効率が高くなる。 According to this structure, the pressure loss of the part close | similar to the shortest fin in a cooling channel becomes small. For this reason, the flow velocity of the refrigerant in the portion close to the shortest fin is increased. Therefore, the cooling efficiency of the portion facing the shortest fin on the cooling surface is increased.

一方、熱拡散抵抗の違いから、半導体素子の略中央部は、周縁部よりも冷却されにくい。並びに、半導体素子の出力は、比較的高い。このため、半導体素子の略中央部は高温になる。したがって、パワーモジュール表面において半導体素子略中央部を収容する部分は、パワーモジュール表面の他の部分と比較して、高温になる。 On the other hand, due to the difference in thermal diffusion resistance, the substantially central portion of the semiconductor element is less likely to be cooled than the peripheral portion. In addition, the output of the semiconductor element is relatively high. For this reason, the substantially central portion of the semiconductor element becomes high temperature. Therefore, the portion of the power module surface that accommodates the substantially central portion of the semiconductor element has a higher temperature than the other portions of the power module surface.

この点、本構成によると、パワーモジュール表面において半導体素子略中央部を収容する部分が、冷却面における最短フィン対向部分に、面接触している。このため、パワーモジュール表面の高温部分を、優先的に冷却することができる。 In this regard, according to the present configuration, the portion that accommodates the substantially central portion of the semiconductor element on the surface of the power module is in surface contact with the portion facing the shortest fin on the cooling surface. For this reason, the high temperature part of the power module surface can be preferentially cooled.

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記最短フィンと、該最短フィンに隣接する前記冷却フィンと、の間隔は、互いに隣接する他の該冷却フィン同士の間隔よりも狭い構成とする方がよい。 ( 2 ) Preferably, in the configuration of ( 1 ), a distance between the shortest fin and the cooling fin adjacent to the shortest fin is narrower than a distance between the other cooling fins adjacent to each other. Better to do.

本構成によると、冷却通路における最短フィンに近接する部分の伝熱面積が大きくなる。このため、当該伝熱面積の拡大化による効果と、上記（１）の冷媒流速の高速化による効果と、が相俟って、さらに冷却面における最短フィン対向部分の冷却効率を高くすることができる。 According to this structure, the heat transfer area of the part close | similar to the shortest fin in a cooling channel becomes large. For this reason, the effect of enlarging the heat transfer area and the effect of increasing the refrigerant flow rate in ( 1 ) above can be combined to further increase the cooling efficiency of the portion facing the shortest fin on the cooling surface. it can.

（３）好ましくは、前記冷却管は、所定間隔毎に複数並設されており、前記半導体素子を内蔵するパワーモジュールは、複数の該冷却管のうち互いに隣接する冷却管同士の隙間に介装されており、さらに、複数の該冷却管に前記冷媒を分流導入する導入管と、複数の該冷却管から熱交換後の該冷媒を合流導出する導出管と、を備える構成とする方がよい。 ( 3 ) Preferably, a plurality of the cooling pipes are arranged in parallel at predetermined intervals, and the power module incorporating the semiconductor element is interposed in a gap between adjacent cooling pipes among the plurality of cooling pipes. In addition, it is preferable to further include an introduction pipe that introduces the refrigerant into a plurality of cooling pipes and a lead-out pipe that joins and derives the refrigerant after heat exchange from the plurality of cooling pipes. .

半導体素子を内蔵するパワーモジュールと冷却管とは、積層構造を有している。このため、半導体素子を内蔵するパワーモジュールの積層方向両面は、各々、冷却管の冷却面に面接触する。したがって、任意の単一の半導体素子を内蔵するパワーモジュールの高温部分を、積層方向両側から、冷却することができる。また、上記積層構造を有するため、本構成の冷却装置は、高い冷却能力を有するにもかかわらずコンパクトである。 The power module incorporating the semiconductor element and the cooling pipe have a laminated structure. For this reason, both surfaces in the stacking direction of the power module incorporating the semiconductor element are in surface contact with the cooling surface of the cooling pipe. Therefore, the high temperature part of the power module incorporating any single semiconductor element can be cooled from both sides in the stacking direction. Moreover, since it has the said laminated structure, the cooling device of this structure is compact in spite of having a high cooling capability.

本発明によると、電子部品の表面の高温部分を、優先的に冷却することができる冷却装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling device which can cool preferentially the high temperature part of the surface of an electronic component can be provided.

以下、本発明の冷却装置の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the cooling device of the present invention will be described.

＜第一実施形態＞
まず、本実施形態の冷却装置の構成について説明する。図１に、本実施形態の冷却装置の分解斜視図を示す。図２に、同冷却装置の合体斜視図を示す。図３に、同冷却装置により冷却されるパワーモジュールの分解斜視図を示す。図４に、同冷却装置の断面図を示す。 <First embodiment>
First, the configuration of the cooling device of the present embodiment will be described. In FIG. 1, the disassembled perspective view of the cooling device of this embodiment is shown. FIG. 2 shows a combined perspective view of the cooling device. FIG. 3 shows an exploded perspective view of the power module cooled by the cooling device. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the cooling device.

これらの図に示すように、本実施形態の冷却装置１は、冷却チューブ２と導入管４と導出管５とを備えている。冷却チューブ２は、本発明の冷却管に含まれる。 As shown in these drawings, the cooling device 1 of this embodiment includes a cooling tube 2, an introduction pipe 4, and a lead-out pipe 5. The cooling tube 2 is included in the cooling tube of the present invention.

冷却チューブ２は、アルミニウム製であって、長さ方向両端部が丸い扁平角筒状を呈している。冷却チューブ２の長さ方向両端部には、導入口２０と導出口２１とが開設されている。これら導入口２０と導出口２１とは、冷却チューブ２内部に形成された冷却通路２２により連通している。冷却通路２２には、冷却通路２２の長さ方向に沿って、冷却フィン（図略）が配置されている。冷却フィンについては、後で詳しく説明する。冷却チューブ２は、合計十枚、互いに略平行に配置されている。隣り合う冷却チューブ２同士の間には、冷却チューブ２の長さ方向に沿って二個ずつ、パワーモジュール９４０が介装されている。 The cooling tube 2 is made of aluminum and has a flat rectangular tube shape with rounded end portions in the length direction. At both ends in the length direction of the cooling tube 2, an inlet 20 and an outlet 21 are opened. The inlet 20 and the outlet 21 communicate with each other through a cooling passage 22 formed inside the cooling tube 2. In the cooling passage 22, cooling fins (not shown) are arranged along the length direction of the cooling passage 22. The cooling fin will be described in detail later. A total of ten cooling tubes 2 are arranged substantially parallel to each other. Two power modules 940 are interposed between adjacent cooling tubes 2 along the length direction of the cooling tubes 2.

パワーモジュール９４０は、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｒａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）９４０ａ（図３において点線で示す）とフライホイルダイオード９４０ｂ（図３において点線で示す）と電極端子９４０ｃと信号端子９４０ｄと絶縁板９４０ｅと樹脂モールド９４０ｆとを備えている。ＩＧＢＴ９４０ａは、本発明の半導体素子に含まれる。パワーモジュール９４０は、ＭＧ（ＭｏｔｏｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）の駆動用として用いられている。樹脂モールド９４０ｆは、絶縁樹脂製であって、扁平の矩形板状を呈している。ＩＧＢＴ９４０ａとフライホイルダイオード９４０ｂとは、樹脂モールド９４０ｆ内部に封入されている。電極端子９４０ｃは、銅製であって短冊状を呈している。電極端子９４０ｃは、樹脂モールド９４０ｆの上面から、突設されている。電極端子９４０ｃは、合計二つ配置されている。信号端子９４０ｄは、銅製であってピン状を呈している。信号端子９４０ｄは、樹脂モールド９４０ｆの下面から、突設されている。信号端子９４０ｄは、合計五つ配置されている。信号端子９４０ｄは、制御基板（図略）に接続されている。絶縁板９４０ｅは、セラミック製であって矩形板状を呈している。絶縁板９４０ｅは、樹脂モールド９４０ｆの対向する両面に、合計二枚配置されている。 The power module 940 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 940a (indicated by a dotted line in FIG. 3), a flywheel diode 940b (indicated by a dotted line in FIG. 3), an electrode terminal 940c, a signal terminal 940d, an insulating plate 940e, and a resin mold 940f. And. The IGBT 940a is included in the semiconductor element of the present invention. The power module 940 is used for driving an MG (Motor Generator). The resin mold 940f is made of an insulating resin and has a flat rectangular plate shape. The IGBT 940a and the flywheel diode 940b are sealed inside the resin mold 940f. The electrode terminal 940c is made of copper and has a strip shape. The electrode terminal 940c protrudes from the upper surface of the resin mold 940f. A total of two electrode terminals 940c are arranged. The signal terminal 940d is made of copper and has a pin shape. The signal terminal 940d protrudes from the lower surface of the resin mold 940f. A total of five signal terminals 940d are arranged. The signal terminal 940d is connected to a control board (not shown). The insulating plate 940e is made of ceramic and has a rectangular plate shape. A total of two insulating plates 940e are disposed on opposite surfaces of the resin mold 940f.

導入管４は、導入本管４０と導入連通管４１とを備えている。導入連通管４１は、アルミニウム製であって蛇腹（図略）を持つ短軸円筒状を呈している。導入連通管４１は、互いに隣接する冷却チューブ２の導入口２０同士を連結している。導入連通管４１は、合計九個、略一直線に並んで配置されている。 The introduction pipe 4 includes an introduction main pipe 40 and an introduction communication pipe 41. The introduction communication pipe 41 is made of aluminum and has a short-axis cylindrical shape having a bellows (not shown). The introduction communication pipe 41 connects the introduction ports 20 of the cooling tubes 2 adjacent to each other. A total of nine introduction communication pipes 41 are arranged in a substantially straight line.

導入本管４０は、アルミニウム製であって、導入連通管４１よりも長軸の円筒状を呈している。導入本管４０の一端は、最上流側の冷却チューブ２の導入口２０を覆っている。導入本管４０を介して、放熱装置１０から冷却チューブ２に、水希釈ＬＬＣ（ＬｏｎｇＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）が導入される。水希釈ＬＬＣは、本発明の冷媒に含まれる。 The introduction main pipe 40 is made of aluminum and has a cylindrical shape with a longer axis than the introduction communication pipe 41. One end of the introduction main pipe 40 covers the introduction port 20 of the cooling tube 2 on the most upstream side. Water dilution LLC (Long Life Coolant) is introduced from the heat radiating device 10 to the cooling tube 2 through the introduction main pipe 40. Water dilution LLC is contained in the refrigerant of the present invention.

導出管５は、導出本管５０と導出連通管５１とを備えている。導出連通管５１は、アルミニウム製であって蛇腹（図略）を持つ短軸円筒状を呈している。導出連通管５１は、互いに隣接する冷却チューブ２の導出口２１同士を連結している。導出連通管５１は、合計九個、略一直線に並んで配置されている。 The lead-out pipe 5 includes a lead-out main pipe 50 and a lead-out communication pipe 51. The lead-out communication pipe 51 is made of aluminum and has a short-axis cylindrical shape having a bellows (not shown). The outlet communication pipe 51 connects the outlet ports 21 of the cooling tubes 2 adjacent to each other. A total of nine lead-out communication pipes 51 are arranged in a substantially straight line.

導出本管５０は、アルミニウム製であって円筒状を呈している。導出本管５０は、導入本管４０に対して、略平行に配置されている。導出本管５０の一端は、最下流側の冷却チューブ２の導出口２１を覆っている。導出本管５０を介して、冷却チューブ２から放熱装置１０に、熱交換後の水希釈ＬＬＣが導出される。 The lead-out main pipe 50 is made of aluminum and has a cylindrical shape. The lead-out main pipe 50 is arranged substantially parallel to the introduction main pipe 40. One end of the outlet main pipe 50 covers the outlet 21 of the cooling tube 2 on the most downstream side. The water dilution LLC after heat exchange is led out from the cooling tube 2 to the heat radiating device 10 via the lead-out main pipe 50.

次に、本実施形態の冷却装置における水希釈ＬＬＣの流れについて説明する。図４に示すように、水希釈ＬＬＣは、放熱装置１０から導入本管４０に供給される。そして、水希釈ＬＬＣは、導入本管４０から、直接あるいは導入連通管４１を介して、十枚の冷却チューブ２各々の冷却通路２２に、導入される。ところで、ＭＧの駆動により、パワーモジュール９４０は発熱している。パワーモジュール９４０の熱は、冷却チューブ２の管壁を介して、冷却通路２２を流れる水希釈ＬＬＣに伝達される。パワーモジュール９４０の熱を受け昇温した水希釈ＬＬＣは、冷却通路２２から、直接あるいは導出連通管５１を介して、導出本管５０に流れ込む。導出本管５０にて合流した水希釈ＬＬＣは、放熱装置１０に導出される。放熱装置１０により再冷却された水希釈ＬＬＣは、再び導入本管４０に導入される。すなわち、水希釈ＬＬＣは、放熱装置１０→導入管４→冷却チューブ２（冷却通路２２）→導出管５→再び放熱装置１０という経路で、放熱装置１０と冷却装置１との間を循環している。そして、水希釈ＬＬＣは、パワーモジュール９４０の温度を、許容温度以下になるように保持している。 Next, the flow of the water dilution LLC in the cooling device of this embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the water dilution LLC is supplied from the heat radiating device 10 to the introduction main 40. The water dilution LLC is introduced into the cooling passage 22 of each of the ten cooling tubes 2 from the introduction main pipe 40 directly or via the introduction communication pipe 41. By the way, the power module 940 generates heat by driving the MG. The heat of the power module 940 is transmitted to the water dilution LLC flowing through the cooling passage 22 through the tube wall of the cooling tube 2. The water dilution LLC heated by the heat of the power module 940 flows into the lead-out main pipe 50 directly or via the lead-out communication pipe 51 from the cooling passage 22. The water dilution LLC merged in the lead-out main pipe 50 is led out to the heat radiating device 10. The water diluted LLC recooled by the heat radiating device 10 is again introduced into the introduction main 40. That is, the water dilution LLC circulates between the heat dissipation device 10 and the cooling device 1 through the path of the heat dissipation device 10 → the introduction pipe 4 → the cooling tube 2 (cooling passage 22) → the outlet pipe 5 → the heat dissipation device 10 again. Yes. The water dilution LLC holds the temperature of the power module 940 so as to be equal to or lower than the allowable temperature.

次に、本実施形態の冷却装置の冷却フィンの配列について説明する。図５に、同冷却装置の冷却チューブの拡大斜視図を示す。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。図７に、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図を示す。なお、図５〜図７に示す「幅方向」とは、冷却通路２２の幅方向をいう。また、「長さ方向」とは、冷却通路２２の長さ方向をいう。 Next, the arrangement of the cooling fins of the cooling device of this embodiment will be described. FIG. 5 shows an enlarged perspective view of the cooling tube of the cooling device. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. The “width direction” shown in FIGS. 5 to 7 refers to the width direction of the cooling passage 22. The “length direction” refers to the length direction of the cooling passage 22.

これらの図に示すように、冷却チューブ２は、二枚の断面Ｃ字状のプレート２３ａ、２３ｂが互いの開口を合わせて接合されることにより、形成されている。プレート２３ａの外面には、平面状の冷却面２４ａが配置されている。同様に、プレート２３ｂの外面には、平面状の冷却面２４ｂが配置されている。図６に点線で示すように、パワーモジュール９４０は、冷却面２４ａ、２４ｂに、面接触している。同じく図６に示すように、冷却通路２２には、冷却フィン群２５が配置されている。冷却フィン群２５は、一枚の波板により形成されている。冷却フィン群２５により、冷却通路２２は、冷却通路２２の幅方向に沿って、ジグザグに仕切られている。このため、冷却面２４ａ側から見て、冷却通路２２には、合計五つの冷却フィン２５０ａ（波板の山部分）が配置されていることになる。また、冷却面２４ｂ側から見て、冷却通路２２には、合計四つの冷却フィン２５０ｂが配置されていることになる。 As shown in these drawings, the cooling tube 2 is formed by joining two plates 23a and 23b having a C-shaped cross section with their openings aligned. A flat cooling surface 24a is disposed on the outer surface of the plate 23a. Similarly, a planar cooling surface 24b is disposed on the outer surface of the plate 23b. As indicated by a dotted line in FIG. 6, the power module 940 is in surface contact with the cooling surfaces 24a and 24b. Similarly, as shown in FIG. 6, a cooling fin group 25 is arranged in the cooling passage 22. The cooling fin group 25 is formed of a single corrugated plate. The cooling passage 22 is partitioned by the cooling fin group 25 in a zigzag manner along the width direction of the cooling passage 22. Therefore, a total of five cooling fins 250a (corrugated crest portions) are arranged in the cooling passage 22 when viewed from the cooling surface 24a side. Further, a total of four cooling fins 250b are arranged in the cooling passage 22 when viewed from the cooling surface 24b side.

図７に示すように、五つの冷却フィン２５０ａの全長は、冷却通路２２の幅方向端部から幅方向中央部に向かって、徐々に短くなるように設定されている。すなわち、冷却通路２２の幅方向両端部の二つの冷却フィン２５０ａの全長Ｌ３と、当該冷却フィン２５０ａに各々隣接する二つの冷却フィン２５０ａの全長Ｌ２と、冷却通路２２の幅方向中央部の一つの冷却フィン２５０ａの全長Ｌ１とは、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係がある。全長Ｌ１の冷却フィン２５０ａは、本発明の最短フィンに含まれる。図５に実線ハッチングで示すように、冷却通路２２の幅方向中央部の一つの冷却フィン２５０ａの外側には、冷却面２４ａの幅方向中央部が、対向している。 As shown in FIG. 7, the total length of the five cooling fins 250 a is set to gradually shorten from the width direction end of the cooling passage 22 toward the width direction center. That is, the total length L3 of the two cooling fins 250a at both ends in the width direction of the cooling passage 22, the total length L2 of the two cooling fins 250a adjacent to the cooling fin 250a, and one of the central portions in the width direction of the cooling passage 22 are provided. The total length L1 of the cooling fin 250a has a relationship of L1 <L2 <L3. The cooling fin 250a having the total length L1 is included in the shortest fin of the present invention. As shown by the solid line hatching in FIG. 5, the center in the width direction of the cooling surface 24 a faces the outside of one cooling fin 250 a in the center in the width direction of the cooling passage 22.

前出図３に戻って、パワーモジュール９４０のうち、最も出力が大きいのは、ＩＧＢＴ９４０ａである。このため、図中点線ハッチングで示すように、ＩＧＢＴ９４０ａの略中央部分は、他の部分と比較して高温になる。ＩＧＢＴ９４０ａの外側には、絶縁板９４０ｅが配置されている。したがって、図中実線ハッチングで示すように、絶縁板９４０ｅ表面の略中央部分は、他の部分と比較して高温になる。すなわち、絶縁板９４０ｅ表面言い換えるとパワーモジュール９４０表面には、当該実線ハッチング部分を最高温度とする温度分布が形成されている。図３の実線ハッチング部分（つまり最高温度部分）は、図５の帯状の実線ハッチング部分（つまり冷却面の幅方向中央部）に、面接触している。 Returning to FIG. 3, the IGBT 940a has the largest output among the power modules 940. For this reason, as shown by the dotted line hatching in the figure, the substantially central portion of the IGBT 940a is hotter than the other portions. An insulating plate 940e is disposed outside the IGBT 940a. Therefore, as indicated by the solid line hatching in the figure, the substantially central portion of the surface of the insulating plate 940e is hotter than the other portions. That is, on the surface of the insulating plate 940e, in other words, on the surface of the power module 940, a temperature distribution with the solid line hatched portion as the maximum temperature is formed. The solid line hatched portion (that is, the highest temperature portion) in FIG. 3 is in surface contact with the belt-shaped solid line hatched portion (that is, the central portion in the width direction of the cooling surface) in FIG.

次に、本実施形態の冷却装置の作用効果について説明する。本実施形態の冷却装置１によると、五つの冷却フィン２５０ａの全長が、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３となるように、設定されている（図７参照）。このため、冷却通路２２の幅方向端部よりも幅方向中央部の方が、圧力損失が小さくなる。したがって、冷却通路２２の幅方向端部よりも幅方向中央部の方が、冷媒の流速が速くなる。すなわち、冷却面２４ａ、２４ｂの幅方向端部よりも幅方向中央部の方が、冷却効率が高くなる。ここで、冷却面２４ａの幅方向中央部（図５中、実線ハッチングで示す）には、パワーモジュール９４０表面の最高温度部分（図３中、実線ハッチングで示す）が、面接触している。したがって、本実施形態の冷却装置１によると、パワーモジュール９４０表面の最高温度部分を、冷却面２４ａ、２４ｂのうち最も冷却効率の高い部分で、優先的に冷却することができる。 Next, the effect of the cooling device of this embodiment is demonstrated. According to the cooling device 1 of the present embodiment, the total length of the five cooling fins 250a is set such that L1 <L2 <L3 (see FIG. 7). For this reason, the pressure loss is smaller in the central portion in the width direction than in the end portion in the width direction of the cooling passage 22. Therefore, the flow rate of the refrigerant is faster in the center portion in the width direction than in the end portion in the width direction of the cooling passage 22. That is, the cooling efficiency is higher in the center portion in the width direction than in the end portions in the width direction of the cooling surfaces 24a and 24b. Here, the maximum temperature portion (indicated by solid line hatching in FIG. 3) of the surface of the power module 940 is in surface contact with the central portion in the width direction of the cooling surface 24a (indicated by solid line hatching in FIG. 5). Therefore, according to the cooling device 1 of the present embodiment, the highest temperature portion on the surface of the power module 940 can be preferentially cooled by the portion having the highest cooling efficiency among the cooling surfaces 24a and 24b.

＜第二実施形態＞
本実施形態と第一実施形態との相違点は、冷却フィンの配列のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。 <Second embodiment>
The difference between the present embodiment and the first embodiment is only the arrangement of the cooling fins. Therefore, only the differences will be described here.

図８に、本実施形態の冷却装置の冷却チューブの幅方向断面図を示す。なお、図６と対応する部位については、同じ符号で示す。図９に、同冷却チューブの図８のＩＸ方向から見た長さ方向断面図を示す。なお、図７と対応する部位については、同じ符号で示す。 FIG. 8 shows a cross-sectional view in the width direction of the cooling tube of the cooling device of the present embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 6, it shows with the same code | symbol. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the cooling tube as viewed from the IX direction of FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 7, it shows with the same code | symbol.

これらの図に示すように、冷却通路２２の幅方向中央に配置された一対の冷却フィン２５０ｂの間には、リブ状の冷却フィン２５０ｂ’が配置されている（図９においては、点線で示す）。冷却フィン２５０ｂ’は、本発明の最短フィンに含まれる。並びに、冷却通路２２の幅方向中央に配置された単一の冷却フィン２５０ａの両側には、リブ状の冷却フィン２５０ａ’が一対配置されている。隣接する冷却フィン２５０ｂと冷却フィン２５０ｂ’との間隔Ｄ１と、隣接する冷却フィン２５０ｂ同士の間隔Ｄ２、Ｄ３とは、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３となるように、設定されている。 As shown in these drawings, a rib-like cooling fin 250b ′ is arranged between a pair of cooling fins 250b arranged at the center in the width direction of the cooling passage 22 (indicated by a dotted line in FIG. 9). ). The cooling fin 250b 'is included in the shortest fin of the present invention. In addition, a pair of rib-like cooling fins 250 a ′ are disposed on both sides of a single cooling fin 250 a disposed at the center in the width direction of the cooling passage 22. The distance D1 between the adjacent cooling fins 250b and the cooling fins 250b 'and the distances D2 and D3 between the adjacent cooling fins 250b are set to satisfy D1 <D2 = D3.

また、五つの冷却フィン２５０ｂ、２５０ｂ’の全長は、冷却通路２２の幅方向端部から幅方向中央部に向かって、徐々に短くなるように設定されている。すなわち、冷却通路２２の幅方向両端部の二つの冷却フィン２５０ｂの全長Ｌ３’と、当該冷却フィン２５０ｂに各々隣接する二つの冷却フィン２５０ｂの全長Ｌ２’と、冷却通路２２の幅方向中央部の一つの冷却フィン２５０ｂ’の全長Ｌ１’とは、Ｌ１’＜Ｌ２’＜Ｌ３’の関係がある。 Further, the total length of the five cooling fins 250b and 250b 'is set so as to gradually become shorter from the end in the width direction of the cooling passage 22 toward the center in the width direction. That is, the total length L3 ′ of the two cooling fins 250b at both ends in the width direction of the cooling passage 22, the total length L2 ′ of the two cooling fins 250b adjacent to the cooling fin 250b, and the central portion of the cooling passage 22 in the width direction. The total length L1 ′ of one cooling fin 250b ′ has a relationship of L1 ′ <L2 ′ <L3 ′.

本実施形態の冷却装置１と第一実施形態の冷却装置とは、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の冷却装置１によると、隣接する冷却フィン同士の間隔が、冷却通路２２の幅方向中央部から幅方向両端部に向かって、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３となるように、設定されている。このため、冷却通路２２の幅方向中央部の方が幅方向両端部よりも、伝熱面積が大きい。したがって、冷却面２４ａ、２４ｂの幅方向端部よりも幅方向中央部の方が、より一層冷却効率が高くなる。 The cooling device 1 of this embodiment and the cooling device of 1st embodiment have the same effect. Further, according to the cooling device 1 of the present embodiment, the interval between the adjacent cooling fins is set such that D1 <D2 = D3 from the center in the width direction of the cooling passage 22 toward both ends in the width direction. ing. For this reason, the heat transfer area is larger in the width direction center part of the cooling passage 22 than in the width direction both ends. Therefore, the cooling efficiency is further increased in the center portion in the width direction than in the width direction ends of the cooling surfaces 24a and 24b.

＜第三実施形態＞
本実施形態と第一実施形態との相違点は、冷却フィンの配列のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。 <Third embodiment>
The difference between the present embodiment and the first embodiment is only the arrangement of the cooling fins. Therefore, only the differences will be described here.

図１０に、本実施形態の冷却装置の冷却チューブの幅方向断面図を示す。なお、図６と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、プレート２３ａ、２３ｂ間には、冷却通路２２を合計十二室に仕切る仕切り部材６が介装されている。仕切部材６により、冷却フィン群２５が形成されている。冷却フィン群２５は、冷却面２４ａ側に六つの冷却フィン２５０ａを備えている。並びに、冷却フィン群２５は、冷却面２４ｂ側に六つの冷却フィン２５０ｂを備えている。冷却フィン２５０ａ、２５０ｂは、互いに背中合わせに配置されている。 FIG. 10 shows a cross-sectional view in the width direction of the cooling tube of the cooling device of the present embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 6, it shows with the same code | symbol. As shown in the figure, a partition member 6 that partitions the cooling passage 22 into a total of twelve chambers is interposed between the plates 23a and 23b. A cooling fin group 25 is formed by the partition member 6. The cooling fin group 25 includes six cooling fins 250a on the cooling surface 24a side. In addition, the cooling fin group 25 includes six cooling fins 250b on the cooling surface 24b side. The cooling fins 250a and 250b are disposed back to back.

冷却通路２２の幅方向端部から幅方向中央部に向かって、隣り合う冷却フィン２５０ｂ同士、冷却フィン２５０ａ同士の間隔は、Ｄ３’＞Ｄ２’＞Ｄ１’となるように設定されている。間隔Ｄ１’の隙間（幅方向中央部の隙間）を区画する一対の冷却フィン２５０ａ、および一対の冷却フィン２５０ｂは、それぞれ本発明の最短フィンに含まれる。本実施形態の冷却装置１は、第二実施形態の冷却装置と同様の作用効果を有する。 The intervals between the adjacent cooling fins 250b and the cooling fins 250a from the end in the width direction of the cooling passage 22 toward the center in the width direction are set to satisfy D3 '> D2'> D1 '. The pair of cooling fins 250a and the pair of cooling fins 250b that define the gap (the gap in the center in the width direction) of the interval D1 'are included in the shortest fin of the present invention. The cooling device 1 of the present embodiment has the same effects as the cooling device of the second embodiment.

＜その他＞
以上、本発明の冷却装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。 <Others>
The embodiment of the cooling device of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.

例えば、上記実施形態のパワーモジュール９４０は、いずれもＩＧＢＴとフライホイルダイオードとを備えている。しかしながら、半導体素子の種類は、これらＩＧＢＴ、フライホイルダイオードに特に限定するものではない。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎ−ｏｆｆＴｈｙｒｉｓｔｏｒ）などであってもよい。また、一つの半導体モジュールにおける半導体素子の配置数も特に限定するものではない。例えば、一つの半導体モジュールに一つのパワーＭＯＳを配置してもよい。 For example, each of the power modules 940 of the above embodiment includes an IGBT and a flywheel diode. However, the types of semiconductor elements are not particularly limited to these IGBTs and flywheel diodes. For example, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a GTO (Gate Turn-off Thyristor), or the like may be used. Further, the number of semiconductor elements arranged in one semiconductor module is not particularly limited. For example, one power MOS may be arranged in one semiconductor module.

また、上記実施形態においては、冷却フィンの全長をＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３（Ｌ１’＜Ｌ２’＜Ｌ３’）としたが、Ｌ１＝Ｌ２＜Ｌ３（Ｌ１’＝Ｌ２’＜Ｌ３’）としてもよい。この場合、全長Ｌ１、Ｌ２（Ｌ１’、Ｌ２’）の冷却フィンは、本発明の最短フィンに含まれる。あるいは、冷却フィンの全長を、Ｌ１＜Ｌ２＝Ｌ３（Ｌ１’＜Ｌ２’＝Ｌ３’）としてもよい。すなわち、冷却フィンの全長は、冷却通路２２の幅方向端部から幅方向中央部に向かって、「スロープ状」あるいは「ステップ状」に変化させることができる。 In the above embodiment, the total length of the cooling fin is L1 <L2 <L3 (L1 ′ <L2 ′ <L3 ′), but it may be L1 = L2 <L3 (L1 ′ = L2 ′ <L3 ′). . In this case, the cooling fins having the total length L1, L2 (L1 ', L2') are included in the shortest fin of the present invention. Alternatively, the total length of the cooling fins may be L1 <L2 = L3 (L1 ′ <L2 ′ = L3 ′). In other words, the total length of the cooling fins can be changed to “slope shape” or “step shape” from the width direction end portion of the cooling passage 22 toward the width direction center portion.

同様に、図８（Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３）と図１０（Ｄ１’＜Ｄ２’＜Ｄ３’）とを対比すれば判るように、隣り合う冷却フィン間の間隔も、冷却通路２２の幅方向端部から幅方向中央部に向かって、「スロープ状」あるいは「ステップ状」に変化させることができる。 Similarly, as shown in FIG. 8 (D1 <D2 = D3) and FIG. 10 (D1 ′ <D2 ′ <D3 ′), the distance between the adjacent cooling fins is also the width direction end of the cooling passage 22. It can be changed to “slope shape” or “step shape” from the portion toward the center in the width direction.

また、上記実施形態においては、冷却フィン群２５を、プレート２３ａ、２３ｂとは別の部材（例えば波板、仕切り部材６）により形成したが、冷却フィン群２５は、プレート２３ａ、２３ｂと一体に形成してもよい。こうすると、部品点数が少なくて済む。 Moreover, in the said embodiment, although the cooling fin group 25 was formed by the member (for example, corrugated board, the partition member 6) different from plate 23a, 23b, the cooling fin group 25 is integrated with plate 23a, 23b. It may be formed. In this way, the number of parts can be reduced.

第一実施形態の冷却装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the cooling device of a first embodiment. 同冷却装置の合体斜視図である。It is a united perspective view of the cooling device. 同冷却装置により冷却されるパワーモジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the power module cooled by the cooling device. 同冷却装置の断面図である。It is sectional drawing of the cooling device. 同冷却装置の冷却チューブの拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the cooling tube of the cooling device. 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。It is VII-VII sectional drawing of FIG. 第二実施形態の冷却装置の冷却チューブの幅方向断面図である。It is width direction sectional drawing of the cooling tube of the cooling device of 2nd embodiment. 図８のＩＸ方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the IX direction of FIG. 第三実施形態の冷却装置の冷却チューブの幅方向断面図である。It is width direction sectional drawing of the cooling tube of the cooling device of 3rd embodiment.

Explanation of symbols

１：冷却装置、２：冷却チューブ（冷却管）、２０：導入口、２１：導出口、２２：冷却通路、２３ａ：プレート、２３ｂ：プレート、２４ａ：冷却面、２４ｂ：冷却面、２５：冷却フィン群、２５０ａ：冷却フィン、２５０ａ’：冷却フィン、２５０ｂ：冷却フィン、２５０ｂ’：冷却フィン、４：導入管、４０：導入本管、４１：導入連通管、５：導出管、５０：導出本管、５１：導出連通管、６：仕切り部材、９４０：パワーモジュール、９４０ａ：ＩＧＢＴ（半導体素子）、９４０ｂ：フライホイルダイオード、９４０ｃ：電極端子、９４０ｄ：信号端子、９４０ｅ：絶縁板、９４０ｆ：樹脂モールド、１０：放熱装置。 1: cooling device, 2: cooling tube (cooling tube), 20: introduction port, 21: outlet port, 22: cooling passage, 23a: plate, 23b: plate, 24a: cooling surface, 24b: cooling surface, 25: cooling Fin group, 250a: cooling fin, 250a ′: cooling fin, 250b: cooling fin, 250b ′: cooling fin, 4: introduction pipe, 40: introduction main pipe, 41: introduction communication pipe, 5: lead-out pipe, 50: lead-out Main pipe 51: Lead-out communication pipe 6: Partition member 940: Power module 940a: IGBT (semiconductor element) 940b: Flywheel diode 940c: Electrode terminal 940d: Signal terminal 940e: Insulating plate 940f: Resin mold, 10: heat dissipation device.

Claims

A cooling device comprising a cooling pipe having a cooling surface in which a coolant flows and having a cooling surface in surface contact with the surface of an electronic component, and a cooling fin group composed of a plurality of cooling fins arranged in the cooling passage. And
The electronic component is a power module containing a semiconductor element,
The plurality of cooling fins extend along the length direction of the cooling passage,
At least one of the plurality of cooling fins is the shortest fin having the shortest overall length,
The shortest fin is disposed opposite to a portion of the power module surface facing a substantially central portion of the semiconductor element, with the cooling surface interposed therebetween .

The cooling device according to claim 1 , wherein an interval between the shortest fin and the cooling fin adjacent to the shortest fin is narrower than an interval between the other cooling fins adjacent to each other.

A plurality of the cooling pipes are arranged in parallel at predetermined intervals,
The power module incorporating the semiconductor element is interposed in a gap between adjacent cooling pipes among the cooling pipes,
Furthermore, the cooling device according the inlet pipe to divert introducing the refrigerant to a plurality of said cooling tube, in claim 1 or 2 comprising a lead-out pipe, the merging deriving the refrigerant after the heat exchange of a plurality of the cooling tubes .