CN102573412A - 带冷却功能的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带冷却功能的控制装置，其能够在实现散热器的小型化的同时良好地进行冷却风的生成。该带冷却功能的控制装置在密封框体(11)内至少配置有：工作时发热的功率元件(21、22)；和安装有控制该功率元件的控制电路的控制基板(33)，该带冷却功能的控制装置冷却上述功率元件和控制基板，并包括：安装上述功率元件并对上述功率元件进行冷却的散热器(12)；冷却风生成部(24)，其具有：在该散热器的一部分安装的散热片(25)；和设置于该散热片的附近的第一送风风扇(26)；和使在该冷却风生成部生成的冷却风在上述框体内循环的冷却风循环通路。

Description

带冷却功能的控制装置

技术领域

本发明涉及带冷却功能的控制装置，其在密封框体内至少配置有：工作时发热的半导体模块；和安装有控制该半导体模块的控制电路的控制基板，该带冷却功能的控制装置冷却上述半导体模块和控制基板。

背景技术

在具有逆变器装置、开关电源等密闭构造的框体内设置电路部件的功率电子学的领域中，为了消除在框体内分散分布的电路部件的发热所产生的损失，而设置冷却功能。

电路部件产生损失的主要是半导体模块、电抗器。在框体采用密闭构造的情况下，有时会使半导体模块、电抗器等主要发热部件直接接触液冷散热器，利用在该液冷散热器内循环的冷却液向外部散热。此时，构成控制装置的电解电容器、印刷基板等在框体内散布的电路部件，也有数W左右的损失，需要快速地使它们散热，将各个电路部件的温度保持在上限值以下。

在利用自然对流对散布在框体内的部件发出的热进行冷却的情况下，框体内空气与框体壁面以及液冷散热器表面进行热交换。在该方法中，将希望散热的电路部件安装于框体壁面，或者为了防止电路部件彼此产生的热量累积而确保自然对流风路，或者为了有效地进行框体壁面的热交换而增加壁面的厚度，这些措施均成为控制装置的设计方面的制约。

因此，目前已经提出一种电子设备的冷却装置，在密闭框体内，使带翼片的液冷散热器与风扇一体化，利用风扇进行框体内的循环送风(例如参照文献1)。

专利文献1：日本特开平8-186388号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1记载的现有例子中，在密闭框体内使用翼片一体式的液冷散热器，因此在形成有翼片的部分不能够安装遮挡来自风扇的送风的电路部件，因此仍然存在液冷散热器必然增大、控制装置大型化这样的未解决的问题。

于是，本发明鉴于上述现有例子的未解决的问题而提出，其目的在于提供一种能够使散热器小型化并且能够良好地进行冷却风的生成的带冷却功能的控制装置。

为了达到上述目的，本发明的一个方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在密封框体内至少配置有：工作时发热的功率元件；和安装有控制该功率元件的控制电路的控制基板，该带冷却功能的控制装置冷却上述功率元件和控制基板，该带冷却功能的控制装置包括：安装上述功率元件并对上述功率元件进行冷却的散热器；冷却风生成部，其具有：在该散热器的一部分安装的散热片；和设置于该散热片的附近的第一送风风扇；和使在该冷却风生成部生成的冷却风在上述框体内循环的冷却风循环通路。

根据该结构，对于功率元件、电抗器等发热部件能够利用散热器进行冷却，并且在散热器的一部分安装包括散热翼片和第一送风风扇的冷却风生成部，使在该冷却风生成部生成的冷却风沿冷却风循环通路在框体内循环，由此能够使框体内的冷却温度均一化，确保散热器的功率元件等被冷却部件的安装面积，使散热器本身小型化，能够使控制装置小型化。

本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在风洞内一体化地设置有上述散热片和上述第一送风风扇。

根据该结构，散热翼片和送风风扇在风洞内一体化，因此能够使由送风风扇送出的风的全部风量通过散热翼片，能够提高冷却性能，实现散热翼片和送风风扇的小型化。

此外，本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在上述第一送风风扇的冷却风吹出口形成有确保冷却风向预期方向吹出的吹出方向控制部。

根据该结构，能够使从第一送风风扇吹出的冷却风向预期的方向吹出，能够指定冷却范围。

此外，本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在上述冷却风循环通路中，从经上述散热片进行了冷却的冷却风的吹出口起，以温度上限值较低的电路构成元件靠近该吹出口设置的方式设置有电路构成元件。

根据该结构，由于从温度上限值较低的电路构成元件开始依次供给冷却风，因此能够防止冷却不足的发生。

此外，本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在上述冷却风循环通路中配置有第二送风风扇，利用该第二送风风扇对在该冷却风循环通路中循环的冷却风的循环进行辅助。

根据该结构，通过在冷却风循环通路中设置第二送风风扇，对于流路阻力高的基板彼此间等的冷却风难以流动、会发生热量积累的部分，也能够有效地供给冷却风，能够提高冷却性能。

此外，本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在上述第二送风风扇的冷却风吹出口形成有吹出方向控制部，该吹出方向控制部抑制冷却风直接吹向冷却风吸入口，并且确保冷却风向预期方向吹出。

根据该结构，能够提高在第二送风风扇的循环通路中循环的冷却风的送风功能，并且能够向预期的冷却部位供给冷却风，使冷却风到达框体内的各个角落。

此外，本发明的另一方面的带冷却功能的控制装置的特征在于，在上述冷却风循环通路中配置有第二送风风扇，利用该第二送风风扇对在该冷却风循环通路中循环的冷却风的循环进行辅助，并且在该冷却风循环通路中，从经上述散热片进行了冷却的冷却风的吹出口起，以温度上限值较低的电路构成元件靠近该吹出口设置的方式设置有电路构成元件。

根据该结构，利用第二送风风扇对在冷却风循环通路中循环的冷却风的循环进行辅助，防止热量积累的发生，而且从温度上限值较低的电路构成元件开始依次供给冷却风，因此能够防止冷却不足。

根据本发明，在散热器的一部分中设置包括散热翼片和送风风扇的冷却风生成部，因此能够确保散热器的安装被冷却部件的面积较大，因此能够在确保冷却性能的同时实现散热器的小型化，能够实现带冷却功能的控制装置整体的小型化。

附图说明

图1是包括本发明的带冷却功能的控制装置的***结构图。

图2是卸下带冷却功能的控制装置的框体的状态的立体图。

图3是卸下带冷却功能的控制装置的前面板的状态的平面图。

图4是卸下带冷却功能的控制装置的左侧面板的状态的侧面图。

图5是卸下带冷却功能的控制装置的上面板的状态的平面图。

图6是卸下带冷却功能的控制装置的底面板的状态的底面图。

图7是表示本发明的第二实施方式的卸下前面板的状态的正面图。

图8是图7的A-A线的截面图。

附图标记

1……带冷却功能的控制装置；2……冷却水供给口；3……冷却水排出口；4……热交换器；5……蓄存箱；6……泵；11……框体；12……液冷散热器；P1～P3……气体通路；21、22……IGBT模块；23……电抗器；24……冷却风生成部；25……散热翼片；26……第一送风风扇；27……风洞；28……百叶窗；31、32……电容器；33……控制基板；34……电源基板；35……第二送风风扇；36……百叶窗；12a、12b……气体通路

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的实施方式。

图1是表示包括本发明的带冷却功能的控制装置的冷却***的结构的图，图中1是具有逆变器装置的结构的带冷却功能的控制装置，该逆变器装置对搭载于电动汽车、混合动力汽车等中的电机进行驱动。在该带冷却功能的控制装置1中设置有露出至外部的冷却水供给口2和冷却水排出口3。冷却水排出口3排出的水被供给至搭载于车辆的空冷散热器等热交换器4，与冷却风进行热交换而被冷却，成为冷却水，被储存在蓄存箱5中。储存在蓄存箱5中的冷却水被泵6加压，然后供给至带冷却功能的控制装置1的冷却水供给口2，由此构成冷却水循环***。

如图2所示，带冷却功能的控制装置1中，在密闭构造的框体11内的上下方向的略偏下侧的位置固定有被供给冷却水的液冷散热器12。该液冷散热器12具有上述冷却水供给口2和冷却水排出口3，冷却水在内部通流。该液冷散热器12形成为扁平的长方体形状，如图3和图4所示以下述方式设定外形尺寸：形成相对于框体11的左右侧面板11Lt和11Rt离开规定距离的间隙较宽的气体通路P1；形成相对于前面板11Ft具有较小的间隙的气体通路P2；形成相对于背面板11Rr具有较大的间隙的气体通路P3。

而且，在液冷散热器12的上表面，如图2～图4所示，作为构成斩波电路的半导体模块的IGBT模块21和作为构成逆变器电路的半导体模块的三个IGBT模块22，在前后方向上延伸并且在左右方向上隔开规定间隔地并列设置，其中，该斩波电路对例如由蓄电池构成的直流电源的直流电力进行升压降压，该逆变器电路将从斩波电路输出的直流电力例如转换成三相交流电力。此处，IGBT模块21和22内置有串联连接的作为开关元件的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、保护电路等。

此外，在液冷散热器12的下表面，如图2～图4所示，构成上述斩波电路的较大型的立方体形状的电抗器23设置在冷却水排出口14侧的一半部分，并且与该电抗器23邻接地在冷却水供给口13侧设置有冷却风生成部24。该冷却风生成部24包括：前后方向上较长且上表面与液冷加热器12接触的散热翼片25；设置于该散热翼片25的后端面侧的送风风扇26；和包围这些散热翼片25和送风风扇26且一体化的风洞27。

这样，通过在风洞27内一体化地设置散热翼片25和送风风扇26，被送风风扇26送出的风的全部风量通过散热翼片25，能够高效地生成冷却风，因此能够实现冷却风生成部24的小型化。因此，向液冷散热器12的安装面积也变小，能够使液冷散热器12的被冷却部件的安装面积扩大，结果能够实现液冷散热器12本身的小型化。

此处，在送风风扇26，在后端侧的冷却风吹出口安装有作为控制冷却风的吹出方向的吹出方向控制部的百叶窗28。

而且，如图3和图4所示，构成上述斩波电路的电容器31和***上述斩波电路与逆变器之间的用于平滑的三个电容器32，以其端子侧的头部被收纳在液冷散热器12后方侧的气体通路P3内的关系，被固定于框体11的底面板11Bm。而且，上述百叶窗28控制冷却风的方向，使得向各个电容器31和32均匀地供给冷却风。

另一方面，在固定于液冷散热器12的IGBT模块21和22的上方，如图2～图4所示，控制基板33和安装有电源电路、继电器等的电源基板34在上下方向隔开规定间隔地平行设置，该控制基板33安装有对内置于IGBT模块21和22中的IGBT的栅极进行控制的栅极驱动电路等控制电路。

这些控制基板33和电源基板34各自利用未图示的支承部件被固定支承在框体11的前面板11Ft、背面板11Rr和左侧面板11Lt。

而且，在控制基板33和电源基板34与框体11的右侧面板11Rt的空间部分配置有第二送风风扇35。该送风风扇35构成为，空气吸入口以从上方与气体通路P3相对的方式在下部侧开口，吸入从气体通路P3由送风风扇26供给的冷却风，利用作为配置于前表面的吹出方向控制部的百叶窗36，以通过控制基板33与电源基板34之间再到达气体通路P3侧的方式对冷却风进行分散送风。

由此，从冷却风生成部24的第一送风风扇26的百叶窗28吹出的冷却风，对上限温度最低的电容器31和32进行冷却，接着通过气体通路P2和P1，如图3所示，从下方抽吸至第二送风风扇35，从其前表面侧的百叶窗36通过上限温度次低的控制基板33与电源基板34之间以及电源基板34的上表面侧，向气体通路P2去，并且从气体通路P3向上方吹出的冷却风的一部分通过控制基板33的下表面，向气体通路P2去，在气体通路P2中汇合的冷却后的冷却风从风洞27被吸入，由散热翼片进行热交换而被冷却，从而形成冷却风循环通路。

下面，说明上述实施方式的动作。

将带冷却功能的控制装置1的液冷散热器12的冷却水供给口2和冷却水排出口3与冷却***的泵6和热交换器4连结，由此从冷却***向冷却水供给口2供给冷却水，并且从冷却水排出口3排出的冷却后的冷却水返回冷却***。

如果在此状态下使带冷却功能的控制装置1处于工作状态，则作为发热量大的电路部件的IGBT模块21、22和电抗器23直接安装于液冷散热器12，由流经液冷散热器12的冷却水进行热交换而被冷却。

此外，在液冷散热器12的下表面，与电抗器23接近地在冷却水供给口2侧设置有冷却风生成部24，该冷却风生成部24将与液冷散热器12接触的散热翼片25和送风风扇26一体化地设置在风洞27内，因此被送风风扇26送出的风的全部风量通过散热翼片25，能够高效地生成冷却风。因此能够实现冷却风生成部24的小型化，并且能够减少安装冷却风生成部24的液冷散热器12的安装面积，相应地能够扩大液冷散热器12的成为被冷却部件的IGBT模块21、22和电抗器23的安装面积，结果也能够实现液冷散热器12本身的小型化。因此，也能实现内置有液冷散热器12的框体11的小型化，能够实现带冷却功能的控制装置1的小型化。

而且，如图6所示，从冷却风生成部24的送风风扇26吹出的冷却风被百叶窗28向各个电容器31、32均等地吹出，在冷却这些电容器31、32之后，通过气体通路P2和P1，从下方被设置在冷却风循环通路的第二送风风扇35吸入，从该第二送风风扇35的前面吹出的冷却气体，如图4和图5所示，通过控制基板33与电源基板34间和控制基板33的下方以及电源基板34的上方，对安装于这些基板上的发热部件进行冷却，然后通过气体通路P2，如图6所示，从冷却风生成部24的风洞27的入口被吸入，到达散热翼片25，在该散热翼片25再次被冷却，被第一送风风扇26吹向电容器31、32。

这样，根据上述第一实施方式，由安装于液冷散热器12的下表面侧的冷却风生成部24所生成的冷却风，在冷却作为上限温度最低的电路部件的电容器31、32之后，被吸入第二送风风扇35，从其前面侧被吹出，通过作为上限温度次低的电路部件的控制基板33和电源基板34的正面背面，从气体通路P2返回冷却风生成部24，形成冷却风循环通路。

因此，能够使框体11内的温度均一化，并且不会产生形成积热的空间，能够高效地冷却在框体11内分散配置的电容器31、32和控制基板33以及电源基板34。

而且，在冷却风循环通路的中途设置有第二送风风扇35，因此利用该送风风扇35能够吸入冷却电容器31、32后的冷却风，并均匀地向控制基板33和电源基板34侧吹出，提高进行循环的冷却风的风速，在控制基板33与电源基板34的间隔窄并且流路阻力大的情况下，也能够可靠地向两者间送入冷却风，能够高效地冷却控制基板33和电源基板34。

而且，在第一送风风扇26和第二送风风扇35的吹出口分别设置有百叶窗28和36，由此能够正确地控制冷却风的吹出方向，使冷却风通过电容器31、32、控制基板33和电源基板34的整个正面背面，能够提高冷却性能。

下面，根据图7和图8说明本发明的第二实施方式。

在该第二实施方式中，将框体11分割成下部分割框体11L和上部分割框体11H这两部分，并且将液冷散热器12设定为能够封闭下部分割框体11L的上表面和上部分割框体11H的下表面的尺寸，利用液冷散热器12分割下部分割框体11L和上部分割框体11H。

因此，在液冷散热器12，代替上述气体通路P2和P3，窄的气体通路12a和宽的气体通路12b在前后位置上保持规定间隔地沿左右方向延伸并贯通形成，除此之外具有与上述第一实施方式相同的结构，对与图3和图4对应的部分标注相同的符号，省略其详细的说明。

此处，电容器31、32以其连接端子侧***并贯通形成于液冷散热器12的宽的气体通路12b的方式配置。

此外，在液冷散热器12的上下表面的外周面上隔着密封垫41和42设置下部分割框体11L和上部分割框体11H，而且，在上部分割框体11H的上表面隔着密封垫44安装盖体43，形成密闭构造的框体11。

根据该第二实施方式，从设置于液冷散热器12的冷却风生成部24的第一送风风扇25吹出的冷却风，被百叶窗28向各个电容器31、32均匀地供给，冷却这些电容器31、32后的冷却风通过气体通路12b，被设置于上部分割框体11H的右后方部的第二送风风扇35从其下方抽吸，然后利用百叶窗36从前方朝向控制基板33和电源基板34吹出，冷却这些控制基板33和电源基板34，之后通过气体通路12a返回冷却风生成部24，形成冷却风顺序管路。因此，能够获得与上述第一实施方式同样的作用效果。

进一步，在该第二实施方式中，液冷散热器12的冷却水供给口2和冷却水排出口3露出至外部，无需对它们进行密封，并且，使密封垫41和42与平面度形成得较高的冷却散热器12的上下面接触而密封，因此能够获得高的密封度。

另外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，对利用在左右方向上延伸的一个间隙或长孔形成气体通路11和12的情况进行了说明，但是并非局限于此，也能够在延伸方向上分割各个气体通路P2和P3或者12a和12b而形成。此外，在不使电容器31、32***贯通的情况下，也能够仅在第二送风风扇35的下侧形成气体通路P3或12b。此外，气体通路并非局限于两个，也能够形成三个以上的气体通路。

进一步，设置于上部分割框体11H内的控制基板33、电源基板34等基板的数量并非局限于两个，可以是任意的数量。

同样地，IGBT模块21、22、电容器31、32的个数也能够任意地设定，进行电力转换的交流的相数也能够根据所使用的电机的相数而任意地更改。

此外，在上述实施方式中，对使用冷却水作为冷却介质的情况进行了说明，但是并非局限于此，也可以应用氢氯氟碳化物(HCFC)类和氢氟碳化合物(HFC)类等氟利昂替代物、其它冷却气体、冷却液等冷却介质。此时，在使用氟利昂替代物的情况下，也能够将在空调装置中使用的氟利昂替代物分流而使用。

另外，在上述实施方式中，对应用液冷散热器的情况进行了说明，但是并非局限于此，只要是导热管等能够进行外部和密闭框体内的热交换的散热器就能够应用。

此外，在上述实施方式中，对应用内置有IGBT的IGBT模块作为功率元件的情况进行了说明，但是并非局限于此，还能够应用内置有MOSFET、其它的功率半导体元件的半导体模块、芯片等。

进一步，在上述实施方式中，对在逆变器装置中应用本发明的带冷却功能的控制装置的情况进行了说明，但是并非局限于此，也能够在开关电源装置等中应用本发明，总之，在将需要冷却的半导体模块、电容器、控制基板等基板收纳在密闭构造的框体内的控制装置中能够应用本发明。

Claims (7)

1.一种带冷却功能的控制装置，其在密封框体内至少配置有：工作时发热的功率元件；和安装有控制该功率元件的控制电路的控制基板，该带冷却功能的控制装置冷却所述功率元件和控制基板，该带冷却功能的控制装置的特征在于，包括：

安装所述功率元件并对所述功率元件进行冷却的散热器；

冷却风生成部，其具有：在该散热器的一部分安装的散热片；和设置于该散热片的附近的第一送风风扇；和

使在该冷却风生成部生成的冷却风在所述框体内循环的冷却风循环通路。

2.如权利要求1所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在风洞内一体化地设置有所述散热片和所述第一送风风扇。

3.如权利要求1所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在所述第一送风风扇的冷却风吹出口形成有确保冷却风向预期方向吹出的吹出方向控制部。

4.如权利要求1～3中任一项所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在所述冷却风循环通路中，从经所述散热片进行了冷却的冷却风的吹出口起，以温度上限值较低的电路构成元件靠近该吹出口设置的方式设置有电路构成元件。

5.如权利要求1～3中任一项所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在所述冷却风循环通路中配置有第二送风风扇，利用该第二送风风扇对在该冷却风循环通路中循环的冷却风的循环进行辅助。

6.如权利要求5所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在所述第二送风风扇的冷却风吹出口形成有吹出方向控制部，该吹出方向控制部抑制冷却风直接吹向冷却风吸入口，并且确保冷却风向预期方向吹出。

7.如权利要求1～3中任一项所述的带冷却功能的控制装置，其特征在于：

在所述冷却风循环通路中配置有第二送风风扇，利用该第二送风风扇对在该冷却风循环通路中循环的冷却风的循环进行辅助，并且在该冷却风循环通路中，从经所述散热片进行了冷却的冷却风的吹出口起，以温度上限值较低的电路构成元件靠近该吹出口设置的方式设置有电路构成元件。

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