JP5155590B2 - Cooling system - Google Patents

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device.

従来、電気モータの駆動、各種電力変換のためにＩＧＢＴ等の半導体素子を利用したパワー半導体モジュールが使用されている。
近年、産業用途向けのパワー半導体モジュールは、燃料電池車等の電気自動車の開発を背景に、ますます高出力化が求められている。そのため定格の電流容量・電圧ともに拡大化が進められてきており、また従って、その基本構造の設計はもとより、運転時にモジュール内部で発生する損失による熱の放熱対策がより深刻な問題となってきている。 Conventionally, power semiconductor modules using semiconductor elements such as IGBTs are used for driving electric motors and various power conversions.
In recent years, power semiconductor modules for industrial applications are required to have higher output against the background of the development of electric vehicles such as fuel cell vehicles. For this reason, both the rated current capacity and voltage have been expanded. Therefore, not only the design of the basic structure but also the heat dissipation measures due to the loss generated inside the module during operation has become a more serious problem. Yes.

特許文献１にも記載されるように、車載用のパワー半導体モジュールにおいては、小型、高冷却能力が求められるため、空冷は許容されず、液冷が一般的であり、さらには、冷却性能を向上させるため、パワー半導体モジュールの金属ベースにフィンを設け、フィン付金属ベースに直接冷却液を当てる構造も提案されている。
また、小型、燃費向上のために低消費電力が要求されるため、冷却液を循環させる電動ポンプは能力の小さいものが使用される。
冷却性能を向上させるため、冷却液路の圧力損失ΔＰも小さくなければならない。圧力損失ΔＰと冷却性能、即ち、熱伝達率ｈは、トレードオフ関係にあるため、パワー半導体モジュールの金属ベースに単にフィンを設けて冷却しただけでは、十分大きな熱伝達率を得ることはできない。例えば、フィンの高さを大きくしすぎると、冷却液の流速が減少し、フィンを設けない場合と比べて、大きな熱伝達率を得ることができない場合もある。さらには、フィンを金属ベースに製造する製造コストについても配慮しなければならない。 As described in Patent Document 1, in-vehicle power semiconductor modules are required to have a small size and a high cooling capacity. Therefore, air cooling is not allowed, liquid cooling is generally used, and cooling performance is further improved. In order to improve, a structure has been proposed in which fins are provided on the metal base of the power semiconductor module and the coolant is directly applied to the metal base with fins.
In addition, since low power consumption is required in order to reduce size and improve fuel consumption, an electric pump that circulates coolant is used with a small capacity.
In order to improve the cooling performance, the pressure loss ΔP of the cooling liquid passage must also be small. Since the pressure loss ΔP and the cooling performance, that is, the heat transfer coefficient h are in a trade-off relationship, a sufficiently large heat transfer coefficient cannot be obtained simply by providing a fin on the metal base of the power semiconductor module and cooling it. For example, if the height of the fins is increased too much, the flow rate of the cooling liquid decreases, and there may be a case where a large heat transfer coefficient cannot be obtained as compared with the case where fins are not provided. Furthermore, consideration must be given to the manufacturing cost of manufacturing the fins on a metal base.

冷却性能を向上させるためには、発熱部通過部の冷却液の流れを乱流とすることが重要であり、特許文献２〜４には、発熱部通過部の冷却液の流れを乱流とするためのフィンの形状が開示されている。なお、特許文献２の図９には、上流側に上り勾配傾斜面を有し下流側に下り勾配傾斜面を有した***面が底面に形成された冷却液路が開示されている。
特開２００４−３４９３２４号公報 特開２００１−３０８２４６号公報 特開２００６−２７８７３５号公報 特開２００６−１４０３９０号公報 In order to improve the cooling performance, it is important to make the flow of the coolant in the heat generating portion passage portion turbulent. In Patent Documents 2 to 4, the flow of the coolant in the heat generating portion passage portion is referred to as turbulent flow. The shape of the fin for doing this is disclosed. Note that FIG. 9 of Patent Document 2 discloses a cooling liquid path in which a raised surface having an upwardly inclined surface on the upstream side and a downwardly inclined surface on the downstream side is formed on the bottom surface.
JP 2004-349324 A JP 2001-308246 A JP 2006-278735 A JP 2006-140390 A

しかし、以上の従来技術にあってもさらに次のような問題があった。
パワー半導体モジュールの金属ベースには、回路搭載面と、その反対面に形成される縞状のフィンとを含めて鋳造されたものが使用される場合がある。このような場合に、特許文献３，４に示されるような特殊な構造のフィンに改変することはコスト増となり好ましくない場合がある。また、特許文献２の図１０に示されるように、パワー半導体モジュールの金属ベース下の冷却液路に、乱流を起すための複数の突起を設けてしまうと、この突起と金属ベースのフィンとが干渉してしまい、フィンを有した金属ベースを冷却液路に収めることが困難になる。そのため、金属ベースのフィンの下端より高い突起を設けることはできず、冷却効率を追求できない場合がある。 However, the above-described conventional technology has the following problems.
As the metal base of the power semiconductor module, there may be used a casted product including a circuit mounting surface and striped fins formed on the opposite surface. In such a case, changing to a fin having a special structure as shown in Patent Documents 3 and 4 may increase costs and may not be preferable. Also, as shown in FIG. 10 of Patent Document 2, if a plurality of protrusions for causing turbulent flow are provided in the coolant path under the metal base of the power semiconductor module, the protrusions and the fins of the metal base Interfering with each other, making it difficult to fit the metal base having the fins into the cooling liquid passage. Therefore, a protrusion higher than the lower end of the metal-based fin cannot be provided, and cooling efficiency may not be pursued.

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、パワー半導体モジュールが搭載される放熱ベースのフィン付底面に冷却液路を形成して当該パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置であって、前記放熱ベースのフィンの形状、大きさに拘わらず適用可能で、大型化を来たさない簡素な構造で冷却性能を向上できる冷却装置を提供することを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and is a cooling device that cools a power semiconductor module by forming a cooling liquid path on a finned bottom surface of a heat dissipation base on which the power semiconductor module is mounted. It is an object of the present invention to provide a cooling device that can be applied regardless of the shape and size of the fins of the heat dissipation base and can improve the cooling performance with a simple structure that does not increase in size. .

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、パワー半導体モジュールが搭載される放熱ベースのフィンが付設された底面に冷却液路を形成して当該パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置において、
前記フィンが前記放熱ベースの長手方向に沿って形成され、
前記冷却液路の流入口と流出口とが、前記長手方向の相対する両端部にそれぞれ設けられ、
前記流入口の中心軸が前記長手方向に沿っており、
前記冷却液路の上面に形成された開口が前記放熱ベースの底面で被われて前記フィンが前記冷却液路内に配置され、
前記冷却液路の底面に突起が設けられ、
前記突起は、前記フィンの上流側端部と前記流入口との間において、前記突起の上端中央部が前記流入口の中央部正面に対向するように配置されてなる冷却装置である。 The invention according to claim 1 for solving the above-described problems is a cooling device for cooling a power semiconductor module by forming a cooling liquid path on a bottom surface provided with fins of a heat dissipation base on which the power semiconductor module is mounted. ,
The fins are formed along the longitudinal direction of the heat dissipation base;
An inlet and an outlet of the cooling liquid path are respectively provided at opposite ends in the longitudinal direction;
A central axis of the inlet is along the longitudinal direction;
An opening formed in the upper surface of the cooling liquid path is covered with a bottom surface of the heat dissipation base, and the fins are disposed in the cooling liquid path,
A protrusion is provided on the bottom surface of the cooling liquid path,
The protrusion is a cooling device in which an upper end center portion of the protrusion is disposed between the upstream end portion of the fin and the inflow port so as to face the front surface of the center portion of the inflow port.

請求項２記載の発明は、前記突起の上端が、前記フィンの下端より上に位置している請求項１に記載の冷却装置である。   The invention according to claim 2 is the cooling device according to claim 1, wherein an upper end of the protrusion is located above a lower end of the fin.

請求項３記載の発明は、所定の境界位置を基準に前記冷却液路の底面の上流側の部分が上り勾配の傾斜面に形成され、下流側の部分が下り勾配の傾斜面に形成されている請求項１又は請求項２に記載の冷却装置である。 According to a third aspect of the present invention, an upstream portion of the bottom surface of the cooling liquid passage is formed on an ascending inclined surface and a downstream portion is formed on a descending inclined surface with reference to a predetermined boundary position. The cooling device according to claim 1 or 2.

請求項４記載の発明は、前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置である請求項３に記載の冷却装置である。 The invention according to claim 4 is the cooling device according to claim 3 , wherein the predetermined boundary position is a center position of the heat dissipation base.

請求項５記載の発明は、前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置より上流位置である請求項３に記載の冷却装置である。 The invention according to claim 5 is the cooling device according to claim 3 , wherein the predetermined boundary position is an upstream position from a center position of the heat radiation base.

請求項６記載の発明は、前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置より下流位置である請求項３に記載の冷却装置である。 A sixth aspect of the present invention is the cooling device according to the third aspect , wherein the predetermined boundary position is a downstream position from a central position of the heat radiating base.

請求項７記載の発明は、前記上り勾配の傾斜面が、比較的急勾配で短い上流部と、比較的緩勾配で長い下流部とからなる請求項６に記載の冷却装置である。 A seventh aspect of the present invention is the cooling device according to the sixth aspect, wherein the inclined surface of the upward gradient is composed of a relatively steep and short upstream portion and a relatively gentle gradient and a long downstream portion.

本発明によれば、冷却液路の底面に設けられ流入口に対向して配置された突起により乱流が発生し、冷却性能を向上することができる。
また本発明によれば、突起はフィンの上流側端部と流入口との間の領域に配置されるから、突起が放熱ベースのフィンに干渉することはなく、本発明は放熱ベースのフィンの形状、大きさに拘わらず適用しやすい。
したがって本発明によれば、従来のあらゆるフィン付放熱ベースに対して、冷却性能向上のために形状、大きさを選定した突起を冷却液路の底面上流部に設置するだけで、大型化を来たさず、冷却性能を向上することができるという効果がある。
放熱ベースのフィン直下領域には突起を有さないので、上流の上り勾配傾斜面と下流の下り勾配傾斜面とにより***面を形成することができ、この上り下りの傾斜面により放熱ベース底面に対する上下流を制御し、さらなる冷却効率の向上を追求することができる。 According to the present invention, a turbulent flow is generated by the protrusion provided on the bottom surface of the cooling liquid passage and arranged to face the inflow port, so that the cooling performance can be improved.
Further, according to the present invention, since the protrusion is disposed in a region between the upstream end of the fin and the inlet, the protrusion does not interfere with the fin of the heat dissipation base. Easy to apply regardless of shape and size.
Therefore, according to the present invention, compared to all conventional finned heat dissipating bases, it is possible to increase the size by simply installing a protrusion whose shape and size are selected for improving the cooling performance in the upstream portion of the bottom surface of the cooling liquid passage. The cooling performance can be improved.
Since there are no protrusions in the region directly below the fins of the heat dissipation base, a raised surface can be formed by the upstream ascending inclined surface and the downstream descending inclined surface. By controlling the upstream and downstream, further improvement of cooling efficiency can be pursued.

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態の冷却装置につき、図１〜図１０を参照して説明する。図１は、本冷却装置の斜視図である。図２は、本冷却装置の右側面図である。図３は、本冷却装置の分解斜視図である。図４は、パワー半導体モジュール未搭載の本冷却装置の斜視図である。図５は、本冷却装置の底部品の平面図(a)、一部断面正面図(b)及び一部断面側面図(c)である。図６は、本冷却装置の枠部品の平面図(a)、中央縦断面図(b)及び裏面図(c)である。図７は、本冷却装置の枠部品の左側面図(a)及び右側面図(b)である。図８は、本冷却装置の突起部品の平面図(a)、正面図(b)及び裏面図(c)である。図９は、本冷却装置の中央縦断面図である。 [First Embodiment]
First, a cooling device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of the cooling device. FIG. 2 is a right side view of the cooling device. FIG. 3 is an exploded perspective view of the cooling device. FIG. 4 is a perspective view of the present cooling device in which the power semiconductor module is not mounted. FIG. 5 is a plan view (a), a partially sectional front view (b), and a partially sectional side view (c) of the bottom part of the present cooling device. FIG. 6 is a plan view (a), a central longitudinal sectional view (b), and a back view (c) of the frame component of the cooling device. FIG. 7 is a left side view (a) and a right side view (b) of the frame component of the cooling device. FIG. 8 is a plan view (a), a front view (b), and a back view (c) of the protruding parts of the cooling device. FIG. 9 is a central longitudinal sectional view of the cooling device.

本実施形態の冷却装置は、パワー半導体モジュール１を冷却する冷却装置であり、水等の冷却液を循環させる液循環方式の冷却装置である。
パワー半導体モジュール１は、放熱ベース１ａ上にセラミック絶縁層を介して回路１ｂ
が実装され、放熱ベース１ａの周縁に樹脂製の外囲ケース１ｃが嵌められ、外囲ケース１ｃに埋没保持された端子１ｄによって外部接続端子が構成されてなるものである。回路１ｂは、３相ブリッジ型のインバータで、３相モータを駆動する電力を生成するものである。回路１ｂの駆動回路、制御回路等が搭載され納められて、外囲ケース１ｃの上端開口に蓋（図示せず）がされる。 The cooling device of the present embodiment is a cooling device that cools the power semiconductor module 1, and is a liquid circulation type cooling device that circulates a coolant such as water.
The power semiconductor module 1 includes a circuit 1b on the heat dissipation base 1a via a ceramic insulating layer.
Is mounted, a resin-made outer case 1c is fitted on the periphery of the heat dissipation base 1a, and an external connection terminal is constituted by a terminal 1d embedded and held in the outer case 1c. The circuit 1b is a three-phase bridge type inverter that generates electric power for driving a three-phase motor. A drive circuit, a control circuit, and the like of the circuit 1b are mounted and housed, and a lid (not shown) is put on the upper end opening of the outer case 1c.

放熱ベース１ａの表面には回路１ｂが搭載される回路搭載面が形成され、その反対面である底面には、フィン１ｅが形成される。放熱ベース１ａはアルミ成型品で、回路搭載面及びフィン１ｅを含めて一体成型されるか、回路搭載面を含めた上部とフィン１ｅを含めた下部とを別々に成型して両者を接合して作製される。
フィン１ｅは、放熱ベース１ａの長手方向に沿って複数本が並行して形成されている。 A circuit mounting surface on which the circuit 1b is mounted is formed on the surface of the heat dissipation base 1a, and fins 1e are formed on the bottom surface which is the opposite surface. The heat dissipating base 1a is an aluminum molded product that is integrally molded including the circuit mounting surface and the fin 1e, or the upper part including the circuit mounting surface and the lower part including the fin 1e are separately molded and joined together. Produced.
A plurality of fins 1e are formed in parallel along the longitudinal direction of the heat dissipation base 1a.

図３等に示すように、枠部品２と底部品３とで上面開口２ａを有した容器が構成され、この内部空間が放熱ベース１ａに冷却液を接触させる冷却液路を形成する。上面開口２ａが放熱ベース１ａの底面で被われて密閉され、フィン１ｅが冷却液路内に配置される。   As shown in FIG. 3 and the like, the frame part 2 and the bottom part 3 constitute a container having an upper surface opening 2a, and this internal space forms a cooling liquid path for bringing the cooling liquid into contact with the heat dissipation base 1a. The upper surface opening 2a is covered and sealed by the bottom surface of the heat dissipation base 1a, and the fins 1e are arranged in the cooling liquid passage.

図６に示すように、枠部品２は、上下に開口２ａ，２ｄを有した枠状部品で、長手方向の相対する両端部中央にそれぞれ流入口用孔２ｂと、流出口用孔２ｃとが設けられている。図１,図４,図９等に示すように、流入口用孔２ｂにニップル７が螺入されて流入口９が形成され、流出口用孔２ｃにニップル８が螺入されて流出口１０が形成される。流入口９及び流出口１０の中心軸は放熱ベース１ａの長手方向に沿っており、同軸に配置される。
上面開口２ａは、長方形に形成されている。下面開口２ｄは舟形に形成され、枠部品２の内部空洞も同じく船形に形成されている。 As shown in FIG. 6, the frame part 2 is a frame-like part having openings 2a and 2d in the upper and lower sides, and an inlet hole 2b and an outlet hole 2c are respectively provided at the center of opposite ends in the longitudinal direction. Is provided. As shown in FIG. 1, FIG. 4, FIG. Is formed. The central axes of the inflow port 9 and the outflow port 10 are along the longitudinal direction of the heat dissipation base 1a and are arranged coaxially.
The upper surface opening 2a is formed in a rectangular shape. The lower surface opening 2d is formed in a boat shape, and the internal cavity of the frame part 2 is also formed in a boat shape.

図５に示すように、冷却液路の底面を形成する底部品３の上面には、***部３ａ,３ｂが形成されている。下側の垂直に***した***部３ｂは、単に枠部品２の下面開口２ｄに嵌め入れられる。上側の***部３ａは、上流部上り傾斜面３ｃと、下流部下り傾斜面３ｄとが形成されており、冷却液路の底面を傾斜面３ｃ,３ｄによって***状に形成する。本実施形態においては、上流部上り傾斜面３ｃと下流部下り傾斜面３ｄとの境界位置は、放熱ベース１ａの中央位置より上流位置であり、図９に示すようにフィン１ｅの上流側端部１ｅ−１付近とされている。   As shown in FIG. 5, raised portions 3 a and 3 b are formed on the upper surface of the bottom part 3 that forms the bottom surface of the coolant passage. The lower vertically raised portion 3 b is simply fitted into the lower surface opening 2 d of the frame component 2. The upper raised portion 3a is formed with an upstream ascending inclined surface 3c and a downstream descending inclined surface 3d, and the bottom surface of the cooling liquid passage is formed in a raised shape by the inclined surfaces 3c and 3d. In the present embodiment, the boundary position between the upstream ascending inclined surface 3c and the downstream descending inclined surface 3d is located upstream from the center position of the heat dissipating base 1a, and as shown in FIG. 9, the upstream end of the fin 1e. 1e-1 vicinity.

上流部上り傾斜面３ｃの中央には、図８に示す突起部品４が、図２、図９に示すように取り付けられ固定される。
図８に示すように、突起部品４は、作用体４ａと、取付用根部４ｂとからなる。作用体４ａは、冷却液路に露出して冷却液の流れに作用する突起部分である。図８に示すように、作用体４ａは、略菱形の水平断面形状を有し、下流側を長くし、角部を丸くした擬似菱形形状に形成されている。作用体４ａの底面４ｃは、上り傾斜面３ｃの勾配に合せて斜めに形成されている。
取付用根部４ｂが、底部品３の上り傾斜面３ｃに設けられた取付用穴３ｅに嵌め入れられ、図９に示すように、作用体４ａの底面４ｃが上り傾斜面３ｃに合わされて突起部品４が底部品３に取り付けられ、接着等によって固定される。 A protruding component 4 shown in FIG. 8 is attached and fixed to the center of the upstream rising slope 3c as shown in FIGS.
As shown in FIG. 8, the protruding component 4 includes an action body 4a and a mounting root 4b. The action body 4a is a protruding portion that is exposed to the coolant path and acts on the coolant flow. As shown in FIG. 8, the action body 4a has a substantially rhombic horizontal cross-sectional shape, is formed in a pseudo rhombus shape having a long downstream side and rounded corners. The bottom surface 4c of the acting body 4a is formed obliquely according to the gradient of the upward inclined surface 3c.
The mounting root portion 4b is fitted into a mounting hole 3e provided in the upward inclined surface 3c of the bottom part 3, and as shown in FIG. 9, the bottom surface 4c of the operating body 4a is aligned with the upward inclined surface 3c so as to project. 4 is attached to the bottom part 3 and fixed by bonding or the like.

図９に示すように、突起部品４の作用体４ａ、すなわち、突起４ａは、フィン１ｅの上流側端部１ｅ−１と流入口９との間に配置される。
また、突起４ａは、図２及び図９に示すように、流入口９に対向して配置される。
図２に示すように、突起４ａの上端中央部が、流入口９の中央部正面に対向して配置される。
さらに、図２に示すように、突起４ａの上端が、フィン１ｅの下端より上に位置している。
図２に示すように、突起４ａの上端中央部が、９枚あるうち真中のフィン１ｅ−２の下端部と、流入口９からの流入方向に見て重なって配置される。 As shown in FIG. 9, the action body 4 a of the protruding component 4, that is, the protrusion 4 a is disposed between the upstream end 1 e-1 of the fin 1 e and the inflow port 9.
Moreover, the protrusion 4a is arrange | positioned facing the inflow port 9, as shown in FIG.2 and FIG.9.
As shown in FIG. 2, the center of the upper end of the protrusion 4 a is arranged to face the front of the center of the inflow port 9.
Furthermore, as shown in FIG. 2, the upper end of the protrusion 4a is located above the lower end of the fin 1e.
As shown in FIG. 2, the center portion of the upper end of the protrusion 4 a is arranged so as to overlap the lower end portion of the fin 1 e-2 in the middle when viewed from the inflow direction 9.

図３に示すように、放熱ベース１ａと枠部品２との間はＯ−リング５によりシールされる。枠部品２の上面開口２ａの周縁上側に保持溝２ｅが形成されており、保持溝２ｅにＯ−リング５が入れられて保持される。ボルト１１等によって放熱ベース１ａと枠部品２とが締結されることによって両者が固定されるとともに、Ｏ−リング５が放熱ベース１ａと枠部品２の間に挟まれて圧され、上面開口２ａの周りで放熱ベース１ａと枠部品２との間がシールされる。   As shown in FIG. 3, the space between the heat dissipation base 1a and the frame part 2 is sealed by an O-ring 5. A holding groove 2e is formed on the upper peripheral edge of the upper surface opening 2a of the frame component 2, and an O-ring 5 is inserted into the holding groove 2e and held. The heat radiation base 1a and the frame part 2 are fastened together by bolts 11 and the like, and both are fixed, and the O-ring 5 is sandwiched and pressed between the heat radiation base 1a and the frame part 2 so that the upper surface opening 2a The space between the heat dissipation base 1a and the frame part 2 is sealed around.

一方、底部品３と枠部品２との間はＯ−リング６によりシールされる。底部品３には、***部３ｂの周縁に沿って保持溝３ｆが形成されており、保持溝３ｆにＯ−リング６が入れられて保持される。ボルト１２等によって底部品３と枠部品２とが締結されることによって両者が固定されるとともに、Ｏ−リング６が底部品３と枠部品２の間に挟まれて圧され、下面開口２ｄの周りで底部品３と枠部品２との間がシールされる。
以上のＯ−リング５及びＯ−リング６を介した組立構造より、冷却液路の密閉性が保持され、耐漏液圧が向上する。 On the other hand, the bottom part 3 and the frame part 2 are sealed by an O-ring 6. A holding groove 3f is formed in the bottom part 3 along the periphery of the raised portion 3b, and an O-ring 6 is inserted and held in the holding groove 3f. The bottom part 3 and the frame part 2 are fastened together by bolts 12 or the like, so that both are fixed, and the O-ring 6 is sandwiched and pressed between the bottom part 3 and the frame part 2 so that the lower surface opening 2d The space between the bottom part 3 and the frame part 2 is sealed around.
From the assembly structure via the O-ring 5 and the O-ring 6 described above, the hermeticity of the cooling liquid passage is maintained, and the leak-proof pressure is improved.

図示しない冷却液循環システムに、流入口９、流出口１０が接続されて本冷却装置が組み込まれる。   An inlet 9 and an outlet 10 are connected to a coolant circulation system (not shown) and the present cooling device is incorporated.

本実施形態に拘わらず、枠部品２と底部品３とを一体品として成型等により作製してもよい。この場合、Ｏ−リング６は不要であり、放熱ベース１ａとの間のみＯ−リング５でシールすればよい。
本実施形態のように、枠部品２と底部品３と別部品とする場合には、各部品の加工が容易である。また、フィン１ｅの高さに応じて、高さの異なる枠部品２を適用して対応し、底部品３を共通部品として使用することができる。 Regardless of the present embodiment, the frame part 2 and the bottom part 3 may be produced as a single piece by molding or the like. In this case, the O-ring 6 is unnecessary, and the O-ring 5 only needs to be sealed with the heat dissipation base 1a.
When the frame part 2 and the bottom part 3 are separate parts as in this embodiment, the processing of each part is easy. Further, the bottom part 3 can be used as a common part by applying the frame part 2 having a different height according to the height of the fin 1e.

本実施形態に拘わらず、突起部品４と底部品３とを一体品として成型等により作製してもよい。
本実施形態のように、突起部品４と底部品３と別部品とする場合には、共通の底部品３に対して異なる突起部品４を適用して使用することができ、底部品３を交換することなく突起部品４を交換することができる。例えば、フィン１ｅ等の放熱ベース１ａの形状に合せて突起を単独変更することができる。すなわち、異なる用途に対して、突起部品４のみ変更し底部品３を共通使用することができる。但し、使用中に突起部品４が脱落しないように十分に底部品３に固定する必要がある。そのため、底部品３を共通使用や突起部品４の変更が予定されない場合には、突起部品４と底部品３とを一体品とすることも有効である。 Regardless of the present embodiment, the protruding component 4 and the bottom component 3 may be formed as an integral product by molding or the like.
When the projecting part 4 and the bottom part 3 are separate parts as in the present embodiment, different projecting parts 4 can be applied to the common bottom part 3, and the bottom part 3 is replaced. The protruding component 4 can be replaced without doing so. For example, the protrusions can be changed independently according to the shape of the heat dissipation base 1a such as the fin 1e. That is, only the protruding part 4 can be changed and the bottom part 3 can be commonly used for different applications. However, it is necessary to sufficiently fix the bottom part 3 so that the protruding part 4 does not fall off during use. Therefore, when the bottom part 3 is not commonly used or the projection part 4 is not changed, it is also effective to integrate the projection part 4 and the bottom part 3 together.

次に、以上のように構成される冷却液路中における冷却液の流れについて説明する。図１０は、冷却液路中の流れを示す模式図で、フィンより下の位置での冷却液路の水平断面を示す。   Next, the flow of the cooling liquid in the cooling liquid path configured as described above will be described. FIG. 10 is a schematic diagram showing a flow in the cooling liquid path, and shows a horizontal cross section of the cooling liquid path at a position below the fins.

放熱ベース１ａ、枠部品２、底部品３によって囲まれて形成された冷却液路１３に流入口９から流入した冷却液は、突起４ａに当たって、左右に分かれる流れ（図１０のＢ，Ｃ部）、上に逃げる流れ、突起４ａ背後の渦流（図１０のＤ部）を含めて乱流が発生し、フィン１ｅが配置された領域に進行する。突起４ａで発生した乱流の流路断面は、上流部上り傾斜面３ｃにより上部に限定、縮小され、流速の上昇を伴いつつ乱流の大部分がフィン１ｅ配置域に進行する。したがって、フィン１ｅ配置域における乱流化を効率よく促進することができ、冷却性能が向上する。   The coolant flowing from the inlet 9 into the coolant passage 13 formed by being surrounded by the heat radiating base 1a, the frame component 2, and the bottom component 3 hits the projection 4a and flows into left and right parts (B and C portions in FIG. 10). A turbulent flow is generated including a flow escaping upward and a vortex behind the protrusion 4a (D portion in FIG. 10), and proceeds to a region where the fins 1e are disposed. The cross section of the turbulent flow generated by the protrusion 4a is limited and reduced to the upper part by the upstream rising slope 3c, and most of the turbulent flow proceeds to the fin 1e arrangement area while increasing the flow velocity. Therefore, turbulent flow in the fin 1e arrangement area can be efficiently promoted, and the cooling performance is improved.

フィン１ｅ配置域に進行した冷却液流の流路断面積は、下流部下り傾斜面３ｄにより緩やかに下部に拡大され元の面積に戻る。この下流部下り傾斜面３ｄが形成された流路部分により圧力損失が低減されて、冷却性能が向上する。   The flow path cross-sectional area of the coolant flow that has progressed to the fin 1e arrangement area is gradually expanded downward by the downstream inclined surface 3d and returns to the original area. The pressure loss is reduced by the flow path portion in which the downstream portion downward inclined surface 3d is formed, and the cooling performance is improved.

フィン１ｅ配置域を過ぎると、流出口１０に向かって冷却液路１３の幅は縮小する。流出口１０直前の幅が縮小する部分Ａでも、流路断面縮小に伴い乱流が発生し、冷却液は流出口１０から排出される。   After passing through the fin 1e arrangement area, the width of the coolant passage 13 decreases toward the outlet 10. Even in the portion A where the width immediately before the outlet 10 is reduced, a turbulent flow is generated as the flow path cross-section is reduced, and the coolant is discharged from the outlet 10.

以上のように、本実施形態によれば、冷却液路１３の底面に設けられ流入口９に対向して配置された突起４ａにより乱流が発生し、冷却性能を向上することができる。
また本実施形態によれば、突起４ａはフィン１ｅの上流側端部１ｅ−１と流入口９との間の領域に配置されるから、放熱ベース１ａのフィン１ｅに干渉することはなく、放熱ベース１ａのフィン１ｅの形状、大きさに拘わらず適用可能である。
したがって、従来のあらゆるフィン付放熱ベースに対して、冷却性能向上のために形状、大きさを選定した突起を冷却液路１３の底面上流部に設置するだけで、大型化を来たさず、冷却性能を向上することができる。突起部品４を交換するだけで、突起４ａの形状、大きさ、構造等を変更することができる。 As described above, according to the present embodiment, a turbulent flow is generated by the protrusions 4a provided on the bottom surface of the cooling liquid passage 13 and arranged to face the inflow port 9, so that the cooling performance can be improved.
Further, according to the present embodiment, since the protrusion 4a is disposed in the region between the upstream end 1e-1 of the fin 1e and the inflow port 9, it does not interfere with the fin 1e of the heat radiating base 1a. The present invention is applicable regardless of the shape and size of the fin 1e of the base 1a.
Therefore, with respect to all conventional finned heat dissipation bases, simply installing a projection whose shape and size are selected for improving the cooling performance on the upstream side of the bottom surface of the cooling liquid passage 13 does not increase in size. Cooling performance can be improved. The shape, size, structure, etc. of the protrusion 4a can be changed by simply replacing the protrusion component 4.

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の中央縦断面図である。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a central longitudinal sectional view of a cooling device according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態の冷却装置は、上記第１実施形態に対し底部品３の***部の傾斜面を以下に説明するように変更したものであり、その他は上記第１実施形態と同様である。   The cooling device of the present embodiment is obtained by changing the inclined surface of the raised portion of the bottom part 3 as described below with respect to the first embodiment, and is otherwise the same as the first embodiment.

本実施形態の底部品３の***部には、上流部上り傾斜面３ｃ−１と、下流部下り傾斜面３ｄ−１とが形成されている。上記第１実施形態においては、上流部上り傾斜面３ｃと下流部下り傾斜面３ｄとの境界位置は、放熱ベース１ａの中央位置より上流位置とされたが、本実施形態においては、上流部上り傾斜面３ｃ−１と下流部下り傾斜面３ｄ−１との境界位置は、放熱ベース１ａの中央位置とされている。   In the raised portion of the bottom part 3 of the present embodiment, an upstream rising slope 3c-1 and a downstream falling slope 3d-1 are formed. In the first embodiment, the boundary position between the upstream ascending inclined surface 3c and the downstream descending inclined surface 3d is located upstream from the center position of the heat dissipation base 1a. The boundary position between the inclined surface 3c-1 and the downstream descending inclined surface 3d-1 is the center position of the heat dissipation base 1a.

上記第１実施形態においては、上流部上り傾斜面３ｃと下流部下り傾斜面３ｄとの境界位置は、フィン１ｅの上流側端部１ｅ−１付近とされているため、最も冷却効率のよい部分が比較的上流側に偏り、放熱ベース１ａ上に搭載された回路１ｂの下流側部分が上流側部分に比較して冷却効率が劣る。
これに対し、本実施形態の冷却装置においては、上流部上り傾斜面３ｃ−１と下流部下り傾斜面３ｄ−１との境界位置が、放熱ベース１ａの中央位置とされているため、上記第１実施形態に比較して下流側の冷却が促進される。 In the first embodiment, the boundary position between the upstream ascending inclined surface 3c and the downstream descending inclined surface 3d is in the vicinity of the upstream end 1e-1 of the fin 1e. However, the downstream portion of the circuit 1b mounted on the heat dissipation base 1a is inferior in cooling efficiency compared to the upstream portion.
On the other hand, in the cooling device of the present embodiment, the boundary position between the upstream ascending inclined surface 3c-1 and the downstream descending inclined surface 3d-1 is the central position of the heat dissipation base 1a. Compared to one embodiment, downstream cooling is facilitated.

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の第３実施形態に係る冷却装置の中央縦断面図である。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a central longitudinal sectional view of the cooling device according to the third embodiment of the present invention.

本実施形態の冷却装置は、上記第１実施形態に対し底部品３の***部の傾斜面を以下に説明するように変更したものであり、その他は上記第１実施形態と同様である。   The cooling device of the present embodiment is obtained by changing the inclined surface of the raised portion of the bottom part 3 as described below with respect to the first embodiment, and is otherwise the same as the first embodiment.

本実施形態の底部品３の***部には、上流部上り傾斜面３ｃ−２、中間部上り傾斜面３ｃ−３と、下流部下り傾斜面３ｄ−２とが形成されている。本実施形態においては、上り傾斜面３ｃ−３と下流部下り傾斜面３ｄ−２との境界位置は、放熱ベース１ａの中央位置より下流位置とされている。   In the raised portion of the bottom part 3 of the present embodiment, an upstream rising slope 3c-2, an intermediate rising slope 3c-3, and a downstream falling slope 3d-2 are formed. In the present embodiment, the boundary position between the ascending inclined surface 3c-3 and the downstream descending inclined surface 3d-2 is a downstream position from the center position of the heat dissipation base 1a.

上記第１実施形態及び第２実施形態においては、上り傾斜面は勾配一様な傾斜面とされたが、本実施形態においては、上り傾斜面が、比較的急勾配で短い上流部３ｃ−２と、比較的緩勾配で長い下流部３ｃ−３とからなる。上流部上り傾斜面３ｃ−２の最上位置は、フィン１ｅの上流側端部１ｅ−１付近とされ、中間部上り傾斜面３ｃ−３の最上位置は、フィン１ｅの下流側端部１ｅ−３付近とされている。   In the first embodiment and the second embodiment, the ascending inclined surface is an inclined surface having a uniform gradient. However, in this embodiment, the ascending inclined surface is a relatively steep and short upstream portion 3c-2. And a relatively slow gradient and a long downstream portion 3c-3. The uppermost position of the upstream rising surface 3c-2 is in the vicinity of the upstream end 1e-1 of the fin 1e, and the uppermost position of the intermediate rising surface 3c-3 is the downstream end 1e-3 of the fin 1e. It is said to be near.

上記第１実施形態においては、最も冷却効率のよい部分が比較的上流側に偏り、上記第２実施形態においては、最も冷却効率のよい部分が比較的下流側に偏る傾向がある。
これに対し、本実施形態の冷却装置においては、第一段階の上流部上り傾斜面３ｃ−２により上流部の冷却効率が高まり、第２段階中間部上り傾斜面３ｃ−３により、下流部の冷却効率が高まるため、比較的均一な冷却効率を達成することができ、回路１ｂの温度の偏りを少なくすることができる。 In the first embodiment, the portion with the highest cooling efficiency tends to be relatively upstream, and in the second embodiment, the portion with the highest cooling efficiency tends to be relatively downstream.
On the other hand, in the cooling device of the present embodiment, the upstream cooling efficiency is increased by the upstream upstream slope 3c-2 of the first stage, and the downstream of the downstream intermediate slope 3c-3 is increased by the second intermediate slope 3c-3. Since the cooling efficiency is increased, a relatively uniform cooling efficiency can be achieved, and the temperature deviation of the circuit 1b can be reduced.

回路１ｂには、局所的に高温になる部分がある場合がある。
回路１ｂの発熱の分布に応じて傾斜面の形態を上記第１〜第３実施形態から選択したり、上記第１〜第３実施形態を参考に傾斜面を設計したりして、回路１ｂに局所的な高温部が生じないようにすることが好ましい。上記実施形態においては、複数の平面を組み合わせて傾斜面を構成したが、傾斜面に全体的又は部分的に曲面を採用してもよい。 There may be a portion of the circuit 1b that is locally hot.
Depending on the distribution of heat generation in the circuit 1b, the shape of the inclined surface is selected from the first to third embodiments, or the inclined surface is designed with reference to the first to third embodiments, so that the circuit 1b It is preferable not to generate a local high temperature part. In the said embodiment, although the inclined surface was comprised combining several planes, you may employ | adopt a curved surface as a whole or a part for an inclined surface.

本発明の第１実施形態に係る冷却装置の斜視図である。It is a perspective view of the cooling device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の右側面図である。It is a right view of the cooling device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the cooling device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュール未搭載の冷却装置の斜視図である。1 is a perspective view of a cooling device not mounted with a power semiconductor module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の底部品の平面図(a)、一部断面正面図(b)及び一部断面側面図(c)である。It is a top view (a) of a bottom part of a cooling device concerning a 1st embodiment of the present invention, a partial section front view (b), and a partial section side view (c). 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の枠部品の平面図(a)、中央縦断面図(b)及び裏面図(c)である。It is the top view (a), center longitudinal cross-sectional view (b), and back view (c) of the frame components of the cooling device which concern on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の枠部品の左側面図(a)及び右側面図(b)である。It is the left view (a) and right view (b) of the frame components of the cooling device which concern on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の突起部品の平面図(a)、正面図(b)及び裏面図(c)である。It is the top view (a) of the protrusion component of the cooling device which concerns on 1st Embodiment of this invention, a front view (b), and a back view (c). 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the cooling device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明に係る冷却液路中の流れを示す模式図で、フィンより下の位置での冷却液路の水平断面を示す。It is a schematic diagram which shows the flow in the cooling fluid path which concerns on this invention, and shows the horizontal cross section of the cooling fluid path in the position below a fin. 本発明の第２実施形態に係る冷却装置の中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the cooling device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る冷却装置の中央縦断面図である。It is a center longitudinal cross-sectional view of the cooling device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ パワー半導体モジュール
１ｅ フィン
１ａ 放熱ベース
２ 枠部品
３ 底部品
４ 突起部品
４ａ 突起（作用体）
９ 流入口
１０ 流出口
１３ 冷却液路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power semiconductor module 1e Fin 1a Heat radiation base 2 Frame component 3 Bottom component 4 Protrusion component 4a Protrusion (action body)
9 Inlet 10 Outlet 13 Cooling liquid passage

Claims (7)

パワー半導体モジュールが搭載される放熱ベースのフィンが付設された底面に冷却液路を形成して当該パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置において、
前記フィンが前記放熱ベースの長手方向に沿って形成され、
前記冷却液路の流入口と流出口とが、前記長手方向の相対する両端部にそれぞれ設けられ、
前記流入口の中心軸が前記長手方向に沿っており、
前記冷却液路の上面に形成された開口が前記放熱ベースの底面で被われて前記フィンが前記冷却液路内に配置され、
前記冷却液路の底面に突起が設けられ、
前記突起は、前記フィンの上流側端部と前記流入口との間において、前記突起の上端中央部が前記流入口の中央部正面に対向するように配置されてなる冷却装置。 In the cooling device for cooling the power semiconductor module by forming a cooling liquid path on the bottom surface provided with the fin of the heat dissipation base on which the power semiconductor module is mounted,
The fins are formed along the longitudinal direction of the heat dissipation base;
An inlet and an outlet of the cooling liquid path are respectively provided at opposite ends in the longitudinal direction;
A central axis of the inlet is along the longitudinal direction;
An opening formed in the upper surface of the cooling liquid path is covered with a bottom surface of the heat dissipation base, and the fins are disposed in the cooling liquid path,
A protrusion is provided on the bottom surface of the cooling liquid path,
The projection is in between the inlet and the upstream end portion of the fin, the top center portion of the projection is disposed so as to face the central portion front of the inlet cooler. 前記突起の上端が、前記フィンの下端より上に位置している請求項１に記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein an upper end of the protrusion is located above a lower end of the fin. 所定の境界位置を基準に前記冷却液路の底面の上流側の部分が上り勾配の傾斜面に形成され、下流側の部分が下り勾配の傾斜面に形成されている請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。 Upstream portion of the bottom surface of the predetermined said coolant channel relative to the boundary position is formed on the inclined surface of the upward gradient, claim portions of the downstream side is formed on the inclined surface of the downward slope 1 or claim 2 the cooling device according to. 前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置である請求項３に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 3 , wherein the predetermined boundary position is a center position of the heat dissipation base. 前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置より上流位置である請求項３に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 3 , wherein the predetermined boundary position is an upstream position from a center position of the heat dissipation base. 前記所定の境界位置が前記放熱ベースの中央位置より下流位置である請求項３に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 3 , wherein the predetermined boundary position is a downstream position from a central position of the heat dissipation base. 前記上り勾配の傾斜面が、比較的急勾配で短い上流部と、比較的緩勾配で長い下流部とからなる請求項６に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 6 , wherein the inclined surface having an upward slope includes a relatively steep and short upstream portion and a relatively gentle slope and a long downstream portion.
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