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JP7666344B2 - 冷却装置 - Google Patents
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JP7666344B2 - 冷却装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却装置に関する。
従来の冷却装置としては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の冷却装置は、回路構成体と、この回路構成体を覆うカバーとを備えている。回路構成体は、回路部の発熱を放熱するヒートシンクと、このヒートシンクに空気を送風する冷却ファンである遠心ファンとを備えている。ヒートシンクは、板状の底面部と、この底面部から板状に突出する放熱フィンとを有している。遠心ファンは、底面部に固定されている。
特開2017-11235号公報
一般的な遠心ファンを使用する冷却装置のヒートシンクは、例えば1対の平板状部材のうち一方の平板状部材から他方の平板状部材に向けて延設する放熱フィンによって、1対の平板状部材間に空気の流路を形成し、遠心ファンから流出された空気が流路を流れることで、冷却が行われる。一方、冷却装置を小型化することが望まれている。遠心ファンを使用する冷却装置では、軸線方向の長さが短い遠心ファンを使用することで、冷却装置の小型化を実現するという方法がある。
しかし、遠心ファンの軸線方向の長さが短い遠心ファンを使用した場合には、ヒートシンクに遠心ファンを固定したときに、遠心ファンと平板状部材との間に大きな隙間が生じる場合がある。この場合、遠心ファンと平板状部材との隙間に空気の一部が入り込むと、空気がヒートシンク内部で循環し、流路を流れる空気量が減少する。このため、冷却装置による冷却能力が低下する。そのような課題を解決しつつ、冷却装置の小型化を実現するためには、ヒートシンクの体格に合った体格の遠心ファンを選定することが考えられるが、ヒートシンクごとに適切な体格の遠心ファンを選定することは非常に困難である。
本発明の目的は、遠心ファンの選定を容易化しつつ、冷却能力を向上させることができる冷却装置を提供することである。
本発明の一態様に係る冷却装置は、一定の間隔を空けて配置された第1平板状部材及び第2平板状部材と、第1平板状部材から第2平板状部材に向けて延設され、第1平板状部材と第2平板状部材との間に空気が流れる流路を形成する放熱フィンと、開口としての流入口と、当該流入口の開口方向と交わる方向に開口する流出口とを有する遠心ファンとを備え、遠心ファンは、第1平板状部材及び第2平板状部材の少なくとも一方から所定間隔離れた位置で、かつ、流出口が流路に向かって開口するように配置されており、第1平板状部材及び第2平板状部材のうち、少なくとも遠心ファンからの距離が遠い方には、遠心ファンに向けて突出した突起部が設けられている。
このような冷却装置においては、空気が流入口から遠心ファンの内部に取り込まれて流出口から排出される。そして、遠心ファンの流出口から排出された空気は、放熱フィンにより形成された流路を流れることで、冷却装置が冷却される。ここで、第1平板状部材及び第2平板状部材のうち、少なくとも遠心ファンからの距離が遠い方には、遠心ファンに向けて突出した突起部が設けられている。従って、第1平板状部材及び第2平板状部材のうち、少なくとも遠心ファンからの距離が遠い方と、遠心ファンとの隙間が突起部の分だけ狭くなるため、遠心ファンの流出口から流出された空気が、第1平板状部材及び第2平板状部材のうち、少なくとも遠心ファンからの距離が遠い方と、遠心ファンとの隙間に入り込みにくくなる。このため、冷却装置内での空気の循環が抑制され、流路を流れる空気量及び空気の流速が増加する。従って、遠心ファンの軸線方向の長さが短くても、冷却装置の冷却が、効率良く行われる。これにより、遠心ファンの選定が容易に行えると共に、冷却装置による冷却能力が向上する。
突起部は、第1平板状部材に設けられていてもよい。このような構成では、遠心ファンの流出口から流出された空気が、遠心ファンと第1平板状部材との隙間に入り込みにくくなる。
遠心ファンは、第2平板状部材に取り付けられていてもよい。このような構成では、遠心ファンの取付を容易に行いつつ、第1平板状部材と第2平板状部材との間に遠心ファンを配置することができる。
突起部は、第2平板状部材に設けられていてもよい。このような構成では、遠心ファンの流出口から流出された空気が、遠心ファンと第2平板状部材との隙間に入り込みにくくなる。
遠心ファンは、突起部に取り付けられていてもよい。このような構成では、遠心ファンの取付を容易に行いつつ、第1平板状部材と第2平板状部材との間に遠心ファンを配置することができる。
本発明によれば、遠心ファンの選定を容易化しつつ、冷却能力を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る冷却装置を示す垂直方向断面図である。 図1のII-II線断面図である。 比較例としての冷却装置を示す垂直方向断面図である。 本発明の第2実施形態に係る冷却装置を示す垂直方向断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る冷却装置を示す垂直方向断面図である。図2は、図1のII-II線断面図である。図1及び図2において、本実施形態の冷却装置1は、例えば車両に搭載されるACインバータ等の電子機器を冷却するために使用される。
冷却装置1は、ヒートシンク6と、放熱フィン4と、遠心ファン5とを備えている。冷却装置1は、冷却対象である電子部品7を冷却する装置である。
本実施形態のヒートシンク6は、上部平板状部材2(第1平板状部材)と、下部平板状部材3(第2平板状部材)と、上部平板状部材2及び下部平板状部材3に接続される4つの側壁9と、を有している。
上部平板状部材2及び下部平板状部材3は、一定の間隔を空けて対向して配置されている。上部平板状部材2及び下部平板状部材3は、例えば平面視で矩形状を呈している。側壁9は、上部平板状部材2の外周縁及び下部平板状部材3の外周縁に接続されている。4つの側壁9のうちの1つの側壁9には、貫通孔としての側壁孔9aが設けられている。側壁9は、上部平板状部材2と下部平板状部材3との間隔を決めているものといえる。
上部平板状部材2の外側主面2aには、複数の電子部品7が伝熱材8を介して固定されている。電子部品7は、発熱しやすい半導体素子等である。電子部品7で発生した熱は、伝熱材8を通って上部平板状部材2に伝わる。上部平板状部材2の外側主面2aは、上部平板状部材2における下部平板状部材3とは反対側の主面である。上部平板状部材2の内側主面2bは、上部平板状部材2における下部平板状部材3側の主面であり、ヒートシンク6の内部を区画する面である。上部平板状部材2は、例えばアルミニウム等の金属材で形成されている。
下部平板状部材3の内側主面3aは、下部平板状部材3における上部平板状部材2側の主面であり、ヒートシンク6の内部を区画する面である。下部平板状部材3の外側主面3bは、下部平板状部材3における上部平板状部材2とは反対側の主面である。下部平板状部材3は、例えば鉄等の金属材で形成されている。下部平板状部材3の中央部近傍には、貫通孔である連通口10が設けられている。
放熱フィン4は、上部平板状部材2から下部平板状部材3に向けて複数延設されている。これらの放熱フィン4は、上部平板状部材2と下部平板状部材3との間(言い換えると、ヒートシンク6の内部)に空気が流れる流路11を形成する。放熱フィン4の先端(言い換えると、放熱フィン4における下部平板状部材3の内側主面3a側の端)と下部平板状部材3の内側主面3aとの間には、僅かな隙間S1が存在している。なお、放熱フィン4の先端と下部平板状部材3の内側主面3aとは、接していてもよい。
複数の放熱フィン4は、上部平板状部材2における後述する突起部20付近から側壁孔9aに向かい、かつ流路11が側壁孔9aと連通するように延在している。これにより、ヒートシンク6の内部の空気は、流路11を流れて側壁孔9aからヒートシンク6の外部に排出される。本実施形態の放熱フィン4は、電子部品7が載置された箇所を効率良く冷却できるよう曲がり部分を有する形状となっている。なお、図1は、流路11に沿った垂直方向断面図である。
遠心ファン5は、モータ13と、このモータ13の出力軸13aに連結されたインペラ14と、モータ13及びインペラ14を収容する収容部12と有している。インペラ14は、複数の羽根15から構成されている。モータ13の出力軸13aの軸線方向(言い換えると、遠心ファン5の軸線方向)は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の配列方向(X方向)に相当する。
収容部12は、一定の間隔を空けて対向して配置された1対の平板状部材18,19と、これらの平板状部材18,19を連結する図示しない隔壁とから構成されている。収容部12には、平板状部材18を貫通する開口としての流入口16と、隔壁を貫通する流出口17とが形成されている。即ち、流出口17は、流入口16の開口方向と交わる方向に開口しているといえる。なお、平板状部材19にも、流入口16が設けられていてもよい。
遠心ファン5は、上部平板状部材2から所定間隔離れた位置で、かつ、流出口17が流路11に向かって開口するように、下部平板状部材3の内側主面3aに固定されている。また、本実施形態の遠心ファン5は、連通口10と流入口16とが連通されるように、下部平板状部材3の内側主面3aに固定されている。従って、本実施形態の遠心ファン5は、上部平板状部材2と下部平板状部材3との間に配置されている。
遠心ファン5は、モータ13が回転することでインペラ14が回転し、連通口10及び流入口16から収容部12内(言い換えると、遠心ファン5の内部)に空気を取り込む。収容部12内に取り込まれた空気は、インペラ14によって押し出されて流出口17から排出される。流出口17は流路11に向かって開口しているため、流出口17から排出された空気が流路11に流入する。
遠心ファン5の軸線方向の長さL1は、上部平板状部材2における放熱フィン4が設けられたフィン形成部分Rの内側主面2bと下部平板状部材3の内側主面3aとの最短距離L2よりも短い。
上部平板状部材2には、遠心ファン5に向けて突出した突起部20が設けられている。言い換えると、突起部20は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3のうち、遠心ファン5からの距離が遠い方である上部平板状部材2に設けられている。本実施形態の突起部20は、上部平板状部材2の内側主面2bにおける遠心ファン5と対向する部分に設けられている。
本実施形態の突起部20は、円柱状を呈している。つまり、突起部20は、平面視で円形状を呈している。突起部20の径は、例えば遠心ファン5の径と同等でもよいし、遠心ファン5の径よりも大きくても小さくてもよい。即ち、突起部20は、突起部20を設けない場合と比較して空気の回り込みを抑制できれば、突起部20の大きさ及び形状等は特に限定されない。
また、突起部20の先端(言い換えると、突起部20における上部平板状部材2の内側主面2b側(突起部20の基端側)とは反対側の端)と遠心ファン5との間には、僅かな隙間S2が設けられている。なお、突起部20の先端と遠心ファン5とは、接していてもよい。
また、突起部20は、上部平板状部材2と同じ金属材料で形成されていても、異なる金属材料で形成されていてもよいし、耐熱性を有する樹脂等で形成されていてもよい。
以上のような冷却装置1において、遠心ファン5のモータ13を回転駆動させることで、インペラ14が回転すると、冷却装置1外の空気が連通口10及び流入口16から遠心ファン5の内部に取り込まれる。遠心ファン5の内部に取り込まれた空気は、インペラ14によって押し出されて流出口17から排出される。流出口17から排出された空気は、流路11に流入し、流路11を流れて側壁9の側壁孔9aからヒートシンク6の外部に排出される。これにより、ヒートシンク6が冷却されることで、電子部品7が冷却される。
図3は、比較例としての冷却装置を示す垂直方向断面図である。図3において、本比較例の冷却装置100は、突起部20が無い点で、上記の第1実施形態と異なっている。冷却装置100の他の構成は、上記の第1実施形態と同様である。
本比較例の冷却装置100では、遠心ファン5と上部平板状部材2の内側主面2bとの間に大きな隙間S0が存在する。このため、遠心ファン5の流出口17から流出された空気の一部が隙間S0に回り込んでしまう。このような空気の回り込みが発生すると、発熱体である電子部品7で温められた空気が、ヒートシンク6の内部から排出されず、ヒートシンク6の内部で循環してしまう。また、空気の回り込みが発生すると、流路11を流れる空気量が減少すると共に空気の流速が下がってしまう。その結果、冷却装置100による冷却能力が低下する。
上記課題を解決しつつ、冷却装置の小型化を実現するためには、ヒートシンク6の体格に合った体格の遠心ファン5を選定することが考えられるが、ヒートシンク6ごとに適切な体格の遠心ファン5を選定することは非常に困難である。
そのような課題に対し、本実施形態では、上部平板状部材2に遠心ファン5に向けて突出した突起部20が設けられている。従って、遠心ファン5と上部平板状部材2との隙間が突起部20の分だけ狭くなるため、遠心ファン5の流出口17から流出された空気が遠心ファン5と上部平板状部材2との隙間に入り込みにくくなる。このため、冷却装置1内での空気の循環が抑制され、流路11を流れる空気量及び空気の流速が増加する。従って、例えば遠心ファン5の軸線方向の長さL1が短くても、ヒートシンク6の冷却が効率良く行われる。これにより、遠心ファン5の選定が容易に行えると共に、冷却装置1による冷却能力が向上する。
また、本実施形態では、突起部20は、上部平板状部材2に設けられている。この場合には、遠心ファン5の流出口17から流出された空気が、遠心ファン5と上部平板状部材2との隙間に入り込みにくくなる。
また、本実施形態では、遠心ファン5は、下部平板状部材3に取り付けられている。この場合には、遠心ファン5の取付を容易に行いつつ、上部平板状部材2と下部平板状部材3との間に遠心ファン5を配置することができる。
また、本実施形態では、下部平板状部材3には、遠心ファン5の流入口16と連通する連通口10が設けられている。この場合には、空気が連通口10及び流入口16を介して遠心ファン5の内部に流入するため、冷却装置1の周辺の空気が遠心ファン5にスムーズに導入される。
図4は、本発明の第2実施形態に係る冷却装置を示す垂直方向断面図である。図4において、本実施形態の冷却装置1Aは、ヒートシンク6Aと、上記の遠心ファン5とを備えている。
ヒートシンク6Aは、上部平板状部材2A(第1平板状部材)と、下部平板状部材3A(第2平板状部材)と、上部平板状部材2A及び下部平板状部材3Aに接続される側壁9(図2参照)と、上記の放熱フィン4とを有している。
上部平板状部材2Aの構成は、上記の第1実施形態における上部平板状部材2と同様である。上部平板状部材2Aには、上記の第1実施形態における突起部20が設けられていない。上部平板状部材2Aの外側主面2Aaは、上部平板状部材2Aにおける下部平板状部材3Aとは反対側の主面である。上部平板状部材2Aの内側主面2Abは、上部平板状部材2Aにおける下部平板状部材3A側の主面であり、ヒートシンク6Aの内部を区画する面である。
下部平板状部材3Aは、連通口10の代わりに貫通孔35を有する点で、上記の第1実施形態における下部平板状部材3と異なる。下部平板状部材3Aの内側主面3Aaは、下部平板状部材3Aにおける上部平板状部材2A側の主面であり、ヒートシンク6Aの内部を区画する面である。下部平板状部材3Aの外側主面3Abは、下部平板状部材3Aにおける上部平板状部材2Aとは反対側の主面である。下部平板状部材3Aには、遠心ファン5に向けて突出した突起部30が設けられている。
突起部30は、下部平板状部材3Aの貫通孔35を区画する貫通孔35の外周縁から上部平板状部材2Aに向かって延設する円筒状の筒部33と、筒部33における上部平板状部材2A側の端部に設けられた円形状の底部32とから構成されており、有底円筒状である。底部32には、貫通孔である連通口10Aが設けられている。
本実施形態の下部平板状部材3Aと突起部30とは、一体形成されており、例えばプレス加工等によって形成されている。突起部30は、上部平板状部材2A及び下部平板状部材3Aのうち、遠心ファン5からの距離が遠い方である下部平板状部材3Aに設けられている。
底部32の径は、例えば遠心ファン5の径と同等でもよいし、遠心ファン5の径よりも大きくても小さくてもよい。即ち、突起部30は、突起部30を設けない場合と比較して空気の回り込みを抑制できれば、突起部30の大きさ及び形状等は特に限定されない。
遠心ファン5は、下部平板状部材3Aから所定間隔離れた位置で、かつ、流出口17が流路11に向かって開口するように、底部32の内側主面32aに固定されている。また、本実施形態の遠心ファン5は、連通口10Aと流入口16とが連通されるように、底部32の内側主面32aに固定されている。従って、本実施形態の遠心ファン5は、上部平板状部材2Aと下部平板状部材3Aとの間に配置されている。
なお、遠心ファン5の軸線方向の長さL1は、上部平板状部材2Aにおける放熱フィン4が設けられたフィン形成部分Rの内側主面2Abと下部平板状部材3Aの内側主面3Aaとの最短距離L2よりも短い。
遠心ファン5と上部平板状部材2Aの内側主面2Abとの間には、僅かな隙間S2が設けられている。なお、遠心ファン5と上部平板状部材2Aの内側主面2Abとは、接していてもよい。
このような本実施形態においては、下部平板状部材3Aに遠心ファン5に向けて突出した突起部30が設けられている。従って、遠心ファン5と上部平板状部材2Aとの隙間が突起部30の分だけ狭くなるため、遠心ファン5の流出口17から流出された空気が遠心ファン5と上部平板状部材2Aとの隙間に入り込みにくくなる。これにより、上記の第1実施形態と同様に、遠心ファン5の選定が容易に行えると共に、冷却装置1Aによる冷却能力が向上する。
また、本実施形態では、突起部30は、下部平板状部材3に設けられている。この場合には、遠心ファン5の流出口17から流出された空気が、遠心ファン5と上部平板状部材2Aとの隙間に入り込みにくくなる。
また、本実施形態では、遠心ファン5は、突起部30に取り付けられている。この場合には、遠心ファン5の取付を容易に行いつつ、上部平板状部材2Aと下部平板状部材3Aとの間に遠心ファン5を配置することができる。
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記の第1実施形態では、上部平板状部材2の突起部20は、上部平板状部材2と別体であるが、特にその形態には限られず、上部平板状部材2と突起部20とが一体形成されていてもよい。
また、上記の第2実施形態では、下部平板状部材3Aの突起部30は、下部平板状部材3Aと一体形成されているが、特にその形態には限られず、下部平板状部材3Aと突起部30とが別体であってもよい。
また、上記の第1実施形態では、上部平板状部材2のみに突起部20が設けられているが、突起部20は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3のうち、少なくとも遠心ファン5からの距離が遠い方である上部平板状部材2に設けられていればよく、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の両方に設けられていてもよい。なお、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の両方に突起部20を設ける場合は、遠心ファン5は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の両方と所定間隔離れた位置に設けられる。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記の第1実施形態の突起部20は円柱状であるが、突起部20の形状としては、遠心ファン5に向けて突出し、遠心ファン5と上部平板状部材2との隙間への空気の入り込みを抑制できるのであれば、特にそれには限られず、種々変更可能である。また、上記の第2実施形態の突起部30は有底円筒状であるが、突起部30の形状としては、遠心ファン5に向けて突出し、遠心ファン5と上部平板状部材2との隙間への空気の入り込みを抑制できるのであれば、特にそれには限られず、種々変更可能である。
例えば、上記の第1実施形態の突起部の形状を筒状や有底筒状としてもよい。この場合であっても、突起部20の先端と遠心ファン5との隙間が狭くなるため、上部平板状部材2と遠心ファン5との隙間に空気が入り込みにくくなる。なお、突起部が遠心ファン5に向けて突出するとは、突起部における上部平板状部材2の基端部よりも先端側の少なくとも一部分が遠心ファン5に近づくように突出していることをいい、突起部の先端部よりも基端側の部分の方が遠心ファン5との距離が短くなるように形成されていてもよい。
また、上記の第1実施形態では、遠心ファン5は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の中央部近傍に配置されているが、遠心ファン5の配置箇所としては、特にそれには限られず、例えば上部平板状部材2及び下部平板状部材3の外周縁付近であってもよい。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記の第1実施形態では、遠心ファン5は、その全体が上部平板状部材2と下部平板状部材3との間に配置されているが、特にそれに限られず、遠心ファン5の一部が上部平板状部材2及び下部平板状部材3からはみ出ていてもよい。つまり、遠心ファン5の一部は、上部平板状部材2と下部平板状部材3との間に配置されていなくてもよい。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記の第1実施形態では、遠心ファン5は下部平板状部材3に固定されているが、特にそのような形態には限られない。遠心ファン5は、上部平板状部材2及び下部平板状部材3の少なくとも一方から所定間隔離れた位置で、かつ、流出口17が流路11に向かって開口するように配置されていればよい。例えば、ヒートシンク6ではない他の部品に遠心ファン5が固定されていてもよい。
また、上記の第2実施形態では、遠心ファン5は底部32の内側主面32aに固定されているが、特にそのような形態には限られない。遠心ファン5は、上部平板状部材2A及び下部平板状部材3Aの少なくとも一方から所定間隔離れた位置で、かつ、流出口17が流路11に向かって開口するように配置されていればよい。例えば、ヒートシンク6Aではない他の部品に遠心ファン5が固定されていてもよい。
また、上記の第1実施形態では、上部平板状部材2に電子部品7が載置されているが、特にそれには限られず、下部平板状部材3に電子部品7が載置されていてもよいし、上部平板状部材2及び下部平板状部材3に電子部品7が載置されていてもよい。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記の第1実施形態では、ヒートシンク6は側壁9を有しているが、特にそれには限られず、ヒートシンク6は側壁9を有していなくてもよい。例えば、上部平板状部材2及び下部平板状部材3が放熱フィン4と接合される構成や、上部平板状部材2及び下部平板状部材3がヒートシンク6ではない他の部品に固定される構成が考えられる。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記の第1実施形態では、遠心ファン5の軸線方向の長さは、上部平板状部材2における放熱フィン4が設けられたフィン形成部分Rの内側主面2bと下部平板状部材3の内側主面3aとの最短距離L2よりも短くなっているが、特にそのような形態には限られない。上記の第2実施形態についても、同様である。
また、上記実施形態の冷却装置1,1Aは、車両用の電子機器に適用されているが、本発明は、車両用以外の電子機器にも適用可能である。
1,1A…冷却装置、2,2A…上部平板状部材(第1平板状部材)、3,3A…下部平板状部材(第2平板状部材)、4…放熱フィン、5…遠心ファン、10,10A…連通口、11…流路、16…流入口、17…流出口、20…突起部、30…突起部。

Claims (5)

  1. 一定の間隔を空けて配置された第1平板状部材及び第2平板状部材と、
    前記第1平板状部材から前記第2平板状部材に向けて延設され、前記第1平板状部材と前記第2平板状部材との間に空気が流れる流路を形成する放熱フィンと、
    開口としての流入口と、当該流入口の開口方向と交わる方向に開口する流出口とを有する遠心ファンとを備え、
    前記遠心ファンは、前記第1平板状部材及び前記第2平板状部材の少なくとも一方から所定間隔離れた位置で、かつ、前記流出口が前記流路に向かって開口するように配置されており、
    前記第1平板状部材及び前記第2平板状部材のうち、少なくとも前記遠心ファンからの距離が遠い方には、前記遠心ファンに向けて突出した突起部が設けられており、
    前記遠心ファンは、平板状部材と、前記平板状部材上に配置されたモータと、前記モータの出力軸に連結されたインペラとを有し、
    前記流入口は、前記平板状部材に形成されており、
    前記突起部は、前記第1平板状部材及び前記第2平板状部材のうち、少なくとも前記遠心ファンからの距離が遠い方における前記遠心ファンと対向する部分に設けられ、前記少なくとも前記遠心ファンからの距離が遠い方の前記部分と前記遠心ファンとの間における空気の回り込みを抑制する冷却装置。
  2. 前記突起部は、前記第1平板状部材に設けられている請求項1記載の冷却装置。
  3. 前記遠心ファンは、前記第2平板状部材に取り付けられている請求項2記載の冷却装置。
  4. 前記突起部は、前記第2平板状部材に設けられている請求項1記載の冷却装置。
  5. 前記遠心ファンは、前記突起部に取り付けられている請求項4記載の冷却装置。
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