JP5724474B2

JP5724474B2 - 冷却装置

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Publication number: JP5724474B2
Application number: JP2011052547A
Authority: JP
Inventors: 宣幸藤澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP2012190962A

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に、熱を発生する発熱部を空気との熱交換により冷却する空冷式の冷却装置に関する。

空冷式の冷却装置に関し、従来、主受熱体の一方の面に発熱体が並設され、他方の面に放熱フィンが並べて立設され、主受熱体および副受熱体を厚さ方向に並設し、ヒートパイプが主受熱体と副受熱体との間に配設される構造が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、半導体素子と複数個のヒートパイプとを積層した積層体の積層軸に直角方向に伸びるヒートパイプ放熱部が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平８−３０３９６９号公報実開昭６３−８０８５５号公報

特許文献１に記載の冷却装置では、発熱体の片面から主受熱体に伝熱されるので、発熱体から受熱体への熱伝達率を高くすることが困難であり、そのため発熱体の冷却効率の向上に限界があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、発熱部の冷却効率を向上できる冷却装置を提供することである。

本発明に係る冷却装置は、表面と裏面とを有する発熱部と、発熱部の表面側に配置され、発熱部からの熱を受ける第一受熱部と、発熱部の裏面側に配置され、発熱部からの熱を受ける第二受熱部と、第一受熱部に取り付けられ、熱を放出する放熱部と、第二受熱部から放熱部へ熱を伝える伝熱部と、を備える。

上記冷却装置において好ましくは、放熱部は、第一受熱部に熱的に接触する第一放熱部と、伝熱部を介して第二受熱部に熱的に接触し第一放熱部とは別体の第二放熱部と、を含む。

好ましくは、第一受熱部は、発熱部が第一受熱部に実装される実装部と、発熱部が第一受熱部に実装されない非実装部と、を含む。第一放熱部は、実装部から延出する主放熱部と、非実装部から延出する副放熱部と、を有する。主放熱部が第一受熱部から延出する長さは、副放熱部が第一受熱部から延出する長さよりも大きい。

好ましくは、第二放熱部は、副放熱部の第一受熱部に対向する側に対して反対側に配置されている。

上記冷却装置において好ましくは、放熱部は、第一受熱部に熱的に接触する第一放熱部と、伝熱部を介して第二受熱部に熱的に接触する第二放熱部と、が一体で形成されている。

上記冷却装置において好ましくは、第二受熱部に取り付けられた、発熱部と異なる他の発熱部をさらに備える。

上記冷却装置において好ましくは、第一受熱部は、平板状の外形を有する中空容器の内部に作動流体を封入した平板状ヒートパイプである。

上記冷却装置において好ましくは、伝熱部は、管状の外形を有する中空容器の内部に作動流体を封入した管状ヒートパイプである。

本発明の冷却装置によると、発熱部の冷却効率を向上することができる。

ハイブリッド自動車を示す側面図である。ハイブリッド自動車の駆動ユニットを模式的に表わす図である。図２中のＰＣＵの構成を示す電気回路図である。冷却装置の平面図である。冷却装置の正面図である。冷却装置の左側面図である。冷却装置の右側面図である。放熱部の分解斜視図である。第一受熱部を経由した放熱部への熱伝達について示す断面図である。第二受熱部を経由した放熱部への熱伝達について示す断面図である。冷却装置の放熱部の第一変形例を示す斜視図である。冷却装置の放熱部の第二変形例を示す斜視図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、ハイブリッド自動車１を示す側面図である。本実施の形態では、本発明が、ハイブリッド自動車１に搭載された電力制御ユニット（ＰＣＵ：power control unit）に含まれるパワー半導体を冷却するための冷却装置に適用されている。

図１を参照して、車両としてのハイブリッド自動車１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。

ハイブリッド自動車１には、エンジンルーム１５が形成されている。エンジンルーム１５は、車両前方に配置されている。エンジンルーム１５は、ハイブリッド自動車１の走行時に、格子状のフロントグリルなどを通じて走行風を取り込み可能なように設けられている。本実施の形態における冷却装置２０は、エンジンルーム１５に配置されている。

図２は、ハイブリッド自動車１の駆動ユニット１０を模式的に表わす図である。図２を参照して、ハイブリッド自動車１を駆動させるためのＨＶ（Hybrid Vehicle）システムについて説明する。駆動ユニット１０は、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部９００と、端子台６００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ１００は、回転シャフト１１０と、ロータ１３０と、ステータ１４０とを含む。回転シャフト１１０は、軸受１２０を介してハウジング２００に回転可能に取り付けられている。ロータ１３０は、回転シャフト１１０と一体となって回転する。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部９００に伝達される。ドライブシャフト受け部９００に伝達された駆動力は、ドライブシャフトを介して車輪に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド自動車１の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部９００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ７００を介してバッテリ８００に供給される。

図３は、図２中のＰＣＵ７００の構成を示す電気回路図である。図３を参照して、ＰＣＵ７００は、コンバータ７１０と、インバータ７２０と、制御装置７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗとを含む。

コンバータ７１０は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３を介してバッテリ８００と接続されている。インバータ７２０は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３を介してコンバータ７１０と接続されている。インバータ７２０は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００と接続されている。バッテリ８００は、直流電源であって、たとえばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池から形成されている。バッテリ８００は、蓄えた直流電力をコンバータ７１０に供給したり、コンバータ７１０から受け取る直流電力によって充電される。

コンバータ７１０は、半導体モジュールから構成された上アームおよび下アームと、リアクトルＬとを含む。上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続されている。電源ラインＰＬ２に接続される上アームは、パワートランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）Ｑ１と、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続されるダイオードＤ１とからなる。電源ラインＰＬ３に接続される下アームは、パワートランジスタＱ２と、パワートランジスタＱ２に逆並列に接続されるダイオードＤ２とからなる。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１と、上アームおよび下アームの接続点との間に接続されている。

コンバータ７１０は、バッテリ８００から受け取る直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。コンバータ７１０は、インバータ７２０から受け取る直流電圧を降圧し、バッテリ８００を充電する。

インバータ７２０は、Ｕ相アーム７５０Ｕと、Ｖ相アーム７５０Ｖと、Ｗ相アーム７５０Ｗとを含む。Ｕ相アーム７５０Ｕ、Ｖ相アーム７５０ＶおよびＷ相アーム７５０Ｗは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続されている。Ｕ相アーム７５０Ｕ、Ｖ相アーム７５０ＶおよびＷ相アーム７５０Ｗの各々は、半導体モジュールから構成された上アームおよび下アームからなる。各相アームの上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続されている。

Ｕ相アーム７５０Ｕの上アームは、パワートランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ３と、パワートランジスタＱ３に逆並列に接続されるダイオードＤ３とからなる。Ｕ相アーム７５０Ｕの下アームは、パワートランジスタＱ４と、パワートランジスタＱ４に逆並列に接続されるダイオードＤ４とからなる。Ｖ相アーム７５０Ｖの上アームは、パワートランジスタＱ５と、パワートランジスタＱ５に逆並列に接続されるダイオードＤ５とからなる。Ｖ相アーム７５０Ｖの下アームは、パワートランジスタＱ６と、パワートランジスタＱ６に逆並列に接続されるダイオードＤ６とからなる。Ｗ相アーム７５０Ｗの上アームは、パワートランジスタＱ７と、パワートランジスタＱ７に逆並列に接続されるダイオードＤ７とからなる。Ｗ相アーム７５０Ｗの下アームは、パワートランジスタＱ８と、パワートランジスタＱ８に逆並列に接続されるダイオードＤ８とからなる。各相アームのパワートランジスタの接続点は、対応する出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００の対応する相のコイルの反中性点側に接続されている。

なお、図中では、Ｕ相アーム７５０ＵからＷ相アーム７５０Ｗの上アームおよび下アームが、それぞれ、パワートランジスタとダイオードとからなる１つの半導体モジュールから構成されている場合が示されているが、複数の半導体モジュールにより構成されてもよい。

インバータ７２０は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受け取る直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。インバータ７２０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置７３０は、モータジェネレータ１００のトルク指令値、各相電流値、およびインバータ７２０の入力電圧に基づいて、モータジェネレータ１００の各相コイル電圧を演算する。制御装置７３０は、その演算結果に基づいて、パワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ７２０へ出力する。モータジェネレータ１００の各相電流値は、インバータ７２０の各アームを構成する半導体モジュールに組込まれた電流センサによって検出される。この電流センサは、Ｓ／Ｎ比が向上するように半導体モジュール内に配設されている。制御装置７３０は、上述したトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ７２０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算する。制御装置７３０は、その結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ７１０へ出力する。

制御装置７３０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ８００に充電するため、コンバータ７１０およびインバータ７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

続いて、本実施の形態における冷却装置２０について詳細に説明する。図４は、冷却装置２０の平面図である。図５は、冷却装置２０の正面図である。図６は、冷却装置２０の左側面図である。図７は、冷却装置２０の右側面図である。図４〜７を適宜参照して、冷却装置２０の構成について説明する。

本実施の形態の冷却装置２０は、冷却装置２０により冷却される被冷却部としての発熱部３０を備える。冷却装置２０はまた、発熱部３０と異なる他の発熱部としての発熱部８０を、冷却装置２０により冷却される他の被冷却部として備える。冷却装置２０は、図３に示すＰＣＵ７００の作動に伴って発熱する発熱部３０，８０を、冷却対象物である被冷却部として備える。

発熱部３０は、複数の発熱素子３０ａ〜３０ｆを含む。複数の発熱素子３０ａ〜３０ｆは、一列に並べられて配置されている。発熱素子３０ａ〜３０ｆは、たとえば、図３に示すインバータ７２０に含まれるパワートランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ３〜Ｑ８である。発熱素子３０ａは、表面３１ａと、表面３１ａに対し反対側の面である裏面３２ａとを有する。他の発熱素子３０ｂ〜３０ｆも同様に、表面と裏面とを有する。発熱素子３０ａ〜３０ｆの表面により、発熱部３０の表面３１が形成される。発熱素子３０ａ〜３０ｆの裏面により、発熱部３０の裏面３２が形成される。発熱部３０は、表面３１と裏面３２とを有する。

発熱部８０は、複数の発熱素子８１，８２を含む。発熱素子８１は、たとえば、図３に示すコンバータ７１０に含まれるリアクトルＬである。発熱素子８２は、たとえば、図３に示すＰＣＵ７００に含まれるコンデンサＣ１，Ｃ２である。発熱素子８１，８２は、発熱素子３０ａ〜３０ｆの周辺に配置された発熱部品である。

発熱部３０の表面３１側には、発熱部３０の表面３１から放出される熱を受ける第一受熱部４０が配置されている。第一受熱部４０は、図７に示すように、発熱部３０が第一受熱部４０に実装される実装部４４と、発熱部３０が第一受熱部４０に実装されない非実装部４６と、を含む。発熱部３０は、第一受熱部４０の一部である実装部４４に実装されている。

第一受熱部４０は、平板状の外形を有する。第一受熱部４０は、矩形状の平面形状を有する。複数の発熱素子３０ａ〜３０ｆは、第一受熱部４０の矩形の短辺方向の中央部付近において、矩形の長辺方向に沿って並んで配置される。これにより発熱部３０は、平板状の第一受熱部４０の一方側の面上に実装されている。第一受熱部４０が形成する矩形形状の短辺方向の中央部付近に、実装部４４が設けられる。第一受熱部４０が形成する矩形形状の短辺方向の両方の端側に、非実装部４６が設けられる。発熱部３０は、第一受熱部４０に熱を放出することにより冷却される。発熱部３０から第一受熱部４０に熱が受け渡されることにより、発熱部３０が冷却される。このとき、発熱部３０に含まれる複数の発熱素子３０ａ〜３０ｆが同時に冷却される。

第一受熱部４０に発熱部３０が実装される一方側の面と反対側の、第一受熱部４０の他方側の面には、放熱部６０が設けられている。放熱部６０は、第一受熱部４０の他方側の面上に取り付けられている。放熱部６０は、第一受熱部４０に対して発熱部３０の反対側において、第一受熱部４０に取り付けられている。放熱部６０は、発熱部３０で発生し第一受熱部４０を経由して伝達された熱を、周辺の空気に放出する。放熱部６０は、多数の放熱フィンが一列に並べられて形成されている。これにより放熱部６０は、その表面積が増加しており、より効率よく熱を外部に放出できるような形状とされている。

発熱部３０の裏面３２側には、発熱部３０の裏面３２から放出される熱を受ける第二受熱部５０が配置されている。第二受熱部５０は、矩形箱状の外形を有する。第二受熱部５０は、矩形状の平面形状を有する。第二受熱部５０が形成する矩形形状の短辺方向の中央部付近において、矩形の長辺方向に沿って複数の発熱素子３０ａ〜３０ｆが並んで配置されており、これにより、第二受熱部５０に発熱部３０が実装されている。

第二受熱部５０に発熱部３０が実装される一方側の面と反対側の、第二受熱部５０の他方側の面には、上述した発熱部８０が取り付けられている。第二受熱部５０は、その一方側の面である上面に実装された発熱部３０が発する熱を受け、他方側の面である下面に実装された発熱部８０が発する熱を受ける。発熱部３０，８０は、第二受熱部５０に熱を放出することにより冷却される。発熱部３０，８０から第二受熱部５０に熱が受け渡されることにより、発熱部３０，８０が冷却される。

第二受熱部５０と放熱部６０とを熱的に接触させる伝熱部７０が、第二受熱部５０を貫通し、かつ、放熱部６０を貫通するように、設けられている。伝熱部７０は、第二受熱部５０をその矩形形状の長辺方向に貫通する受熱管部７１と、放熱部６０を放熱フィンの積層方向に貫通する放熱管部７３と、受熱管部７１および放熱管部７３を連結する伝熱管部７２と、を有する。

伝熱部７０は、受熱管部７１において第二受熱部５０からの熱を受け、伝熱管部７２を経由して受熱管部７１から放熱管部７３へ熱を伝達し、放熱管部７３において放熱部６０へ熱を放出する。伝熱部７０は、第二受熱部５０から放熱部６０へ熱を伝える機能を有する。図４および図６に明確に示すように、伝熱部７０は、二本の管を有する。この二本の管の各々が、受熱管部７１ａ，７１ｂ、伝熱管部７２ａ，７２ｂおよび放熱管部７３ａ，７３ｂを有し、それぞれ第二受熱部５０から放熱部６０へ熱を輸送する。

放熱部６０は、第一放熱部６１と、第二放熱部６６とを含む。第一放熱部６１は、第一受熱部４０に取り付けられており、第一受熱部４０から放熱部６０へ伝達される熱を受けて、空気中に放出する。第一放熱部６１は、第一受熱部４０に熱的に接触している。第二放熱部６６は、放熱部６０のうち第二受熱部５０から伝達される熱を受けて空気中に熱を放出する部分である。伝熱部７０の放熱管部７３は、第二放熱部６６の内部を貫通している。第二放熱部６６は、伝熱部７０を介して第二受熱部５０に熱的に接触している。

ここで「熱的に接触」とは、２つの部材間において熱が直接的に伝達可能であることをいう。熱的に接触とは、２つの部材が物理的に接触している場合のほか、互いに一体的に接合されている場合、および、２つの部材が中間に他の熱伝導性の部材を介在させて接触している場合も含む。

発熱部３０，８０で発生した熱は、第二受熱部５０へ伝達され、伝熱部７０を介して放熱部６０の第二放熱部６６へ移動し、第二放熱部６６において空気中へ放出される。冷却装置２０は、発熱部３０が発する熱に加えて、発熱部８０が発する熱もまた、放熱部６０から空気中に放出することができる。これにより、冷却装置２０による発熱部３０，８０の冷却効率が一層高められている。発熱部３０から第一受熱部４０へ伝達された熱を拡散させる第一放熱部６１と、発熱部３０，８０から第二受熱部５０へ伝達された熱を拡散させる第二放熱部６６と、の両方が、発熱部３０に対する片側である表面３１側に集められている。

図８は、放熱部６０の分解斜視図である。図８に示すように、本実施の形態の放熱部６０に含まれる第一放熱部６１と第二放熱部６６とは、別体の構造物として設けられている。第一放熱部６１は、発熱部３０が第一受熱部４０に実装される実装部４４から延出する主放熱部６２と、発熱部３０が第一受熱部４０に実装されない非実装部４６から延出する副放熱部６４と、を有する。発熱部３０の直上の主放熱部６２が第一受熱部４０から延出する長さは、副放熱部６４が第一受熱部４０から延出する長さよりも、大きくなっている。平板状の第一受熱部４０の表面に対し垂直な方向において、主放熱部６２の先端部から第一受熱部４０までの距離は、副放熱部６４の先端部から第一受熱部４０までの距離と比較して、より大きくなっている。

第一放熱部６１がこのような形状に形成されていることにより、副放熱部６４の先端側（第一受熱部４０から離れる側）、すなわち、副放熱部６４が第一受熱部４０に対向する側に対して反対側には、第一放熱部６１が設けられていない空間が形成される。主放熱部６２の側部と、副放熱部６４の先端部とは、当該空間の境界面の一部を形成する。この空間は、第二受熱部５０からの熱を受ける第二放熱部６６を収容可能なように形成されている。典型的には、当該空間は、第二放熱部６６と同一の外形を有するように形成されている。

このように、第一放熱部６１に対して第一受熱部４０と反対側に空間を形成することにより、第二放熱部６６を当該空間の内部に収容することができる。主放熱部６２の両側に設けられた副放熱部６４の、第一受熱部４０に対向する側に対して反対側に、一対の第二放熱部６６ａ，６６ｂを配置することで、第二放熱部６６ａ，６６ｂは上記空間の内部に収容される。その結果、図４〜７に示すように、放熱部６０全体としての外形が矩形箱形状であるように、放熱部６０は形成される。

冷却装置２０はまた、放熱部６０に冷却風を通風させる、図４，５に示すファン９０を備える。放熱部６０に隣接して配置されたファン９０が起動して、放熱部６０に送風することにより、放熱部６０に温度の低い空気が常に供給される。これにより、発熱部３０，８０で発生した熱が伝達されて温度の高くなった放熱部６０と空気との熱交換が促進され、放熱部６０の温度を効率的に低下させることができる。第一放熱部６１と第二放熱部６６との両方が発熱部３０の表面３１側に配置されているので、一つのファン９０で第一放熱部６１と第二放熱部６６との両方に風を送ることができる。したがって、放熱部６０の温度が上昇して発熱部３０，８０から放熱部６０への熱輸送が妨げられることを抑制でき、発熱部３０，８０から熱を効率的に放熱部６０へ伝達できるので、冷却装置２０による発熱部３０，８０の冷却効率を向上することができる。

冷却装置２０は、図４に示す放熱部６０の後方もしくは前方に配置されたファン９１を備えてもよく、または、図５に示す放熱部６０の上方に配置されたファン９２を備えてもよい。ファン９１，９２は、放熱部６０へ向かって空気を送り込む押込ファンであってもよく、または、放熱部６０側から空気を引き込む誘引ファンであってもよい。いずれの場合でも、放熱部６０の周囲の空気を流動させることにより、相対的に温度の低い空気を放熱部６０に連続的に供給して、放熱部６０を効率的に冷却できる。さらに、ファン９０による通風が第一受熱部４０の表面を通過することで、第一受熱部４０が直接冷却されるので、発熱部３０から第一受熱部４０への熱伝達を促進して発熱部３０の冷却効率をより向上することができる。

なお、伝熱部７０の伝熱管部７２がファン９０により冷却されると、後述する受熱管部７１から放熱管部７３への熱輸送の妨げとなる。そのため、ファン９０による通風により伝熱管部７２が直接冷却されないように、ファン９０を配置するのが望ましい。具体的には、図４および図５に示すように、放熱部６０の延在長さに合わせてファン９０を配置することが望ましい。また、車両前方側のエンジンルーム１５内に冷却装置２０が配置され、車両の走行時に発生する自然通風により放熱部６０を十分に冷却できる場合には、ファン９０は省略されても構わない。

以下、発熱部３０，８０から放熱部６０への熱伝達について説明する。図９は、第一受熱部４０を経由した放熱部６０への熱伝達について示す断面図である。図９に示すように、第一受熱部４０は、平板状の外形を有する中空容器４１の内部の、密閉構造の中空空間４２を真空脱気した状態で、凝縮性を有する流体を中空空間４２に作動流体４３として封入した、平板状ヒートパイプとして形成されている。

平板状ヒートパイプは、下面４７側の外表面に取り付けられた発熱部３０から伝達される熱により作動流体４３を蒸発させ、作動流体４３の蒸気を下面４７側から上面４８側へ上昇させ、作動流体４３の蒸気が第一放熱部６１に熱を放出することで作動流体４３を再度凝縮させて下面４７側へ落下させることにより、作動する。平板状ヒートパイプは、発熱部３０をヒートパイプの加熱部とし第一放熱部６１をヒートパイプの冷却部として作動する。平板状ヒートパイプは、蒸発および凝縮を伴って流動する作動流体４３によって、下面４７側の発熱部３０から上面４８側の第一放熱部６１へ熱を輸送する。作動流体４３は、発熱部３０からの熱を受けて蒸発し、第一放熱部６１へ放熱して凝縮する。

第一受熱部４０は、たとえば銅やアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属材料製のヒートシンクであってもよいが、図９に示すように平板状のヒートパイプである第一受熱部４０を経由して発熱部３０から第一放熱部６１へ熱輸送することで熱伝達効率が高められるので、一層効率よく第一受熱部４０を経由して発熱部３０から第一放熱部６１へ熱を伝達することができる。したがって、発熱部３０の冷却効率を向上させることができる。平板状のヒートパイプは、図９に示す構成に限られず、たとえば平板状のブロックの内部に複数の管状ヒートパイプを挿入してもよく、または管状ヒートパイプをプレス加工などにより径方向に変形させて平板状に成形してもよい。

図１０は、第二受熱部５０を経由した放熱部６０への熱伝達について示す断面図である。図１０に示すように、第二受熱部５０は、矩形箱状の外形を有し、熱伝導性材料により形成されており、その内部に矩形の長辺方向に第二受熱部５０を貫通する貫通孔５１が形成されている。第二受熱部５０の下面５４には発熱部８０が取り付けられており、第二受熱部５０の上面５５には発熱部３０が取り付けられている。

第二受熱部５０に形成された貫通孔５１の内部には、伝熱部７０の受熱管部７１が挿通されている。伝熱部７０は、管状の外形を有する中空容器７６を有する。中空容器７６の内部には、密閉構造の中空空間７４が形成されており、中空空間７４を真空脱気した状態で中空空間７４の内部に凝縮性を有する流体が作動流体７５として封入されている。伝熱部７０は、中空容器７６の内部に作動流体７５を封入した、管状ヒートパイプとして形成されている。

第二受熱部５０の下面５４に取り付けられた発熱部８０と上面５５に取り付けられた発熱部３０とから受熱管部７１に伝達される熱により、作動流体７５は加熱されて蒸発する。作動流体７５の蒸気は、受熱管部７１から伝熱管部７２を経由して、放熱管部７３へ上昇する。放熱管部７３において作動流体７５の蒸気が第二放熱部６６に熱を放出することで、作動流体７５は再度凝縮し、受熱管部７１へ落下する。

このように管状ヒートパイプは、発熱部３０，８０から熱を受ける受熱管部７１をヒートパイプの加熱部とし、第二放熱部６６へ熱を放出する放熱管部７３をヒートパイプの冷却部として、作動する。管状ヒートパイプは、蒸発および凝縮を伴って流動する作動流体７５によって、発熱部３０，８０から第二放熱部６６へ熱を輸送する。作動流体７５は、発熱部３０，８０からの熱を受けて蒸発し、第二放熱部６６へ放熱して凝縮する。

発熱部３０，８０から第二受熱部５０へ伝達された熱を、図１０に示す管状のヒートパイプである伝熱部７０を経由して第二放熱部６６へ熱輸送することにより、一層効率よく伝熱部７０を経由して発熱部３０，８０から第二放熱部６６へ熱を伝達することができる。したがって、発熱部３０，８０をさらに効率よく冷却することができる。

以上説明した冷却装置２０によると、発熱部３０は、両面から第一受熱部４０および第二受熱部５０により挟まれる。発熱部３０は、表面３１側の第一受熱部４０と裏面３２側の第二受熱部５０との両方に熱を伝えることができる。発熱部３０が表面３１と裏面３２との両面に放熱可能であることにより、発熱部３０から第一および第二受熱部４０，５０への熱伝達率を高くできるので、冷却装置２０による発熱部３０の冷却効率を向上することができる。

第一受熱部４０に放熱部６０が取り付けられ、第一受熱部４０から放熱部６０へ熱が伝達されることにより、第一受熱部４０から空気への放熱が行なわれる。第二受熱部５０から伝熱部７０を介して放熱部６０へ熱が伝達されることにより、第二受熱部５０から空気への放熱が行なわれる。発熱部３０で発生した熱を空気中へ放出する放熱部６０を、発熱部３０の表面３１側の第一受熱部４０に組み付け、発熱部３０から第一受熱部４０へ伝達された熱と第二受熱部５０へ伝達された熱との両方を放熱部６０へ輸送する。

これにより、放熱部６０とは異なる他の放熱部を第二受熱部５０に取り付ける必要がないので、冷却装置２０の部品点数を削減でき、加えて、冷却装置２０の体格を小型化できる。したがって、車両の内部における冷却装置２０の配置の自由度を向上でき、冷却装置２０の組み付け時の作業性を向上することができる。

第一受熱部４０から伝熱される第一放熱部６１と、第二受熱部５０から伝熱される第二放熱部６６と、を別体の構造にすることにより、第一放熱部６１と第二放熱部６６との間での熱干渉の発生を抑制できる。したがって、放熱部６０における空気との熱交換効率が熱干渉によって低下することを抑制することができ、冷却装置２０による発熱部３０の冷却効率を向上することができる。

第一受熱部４０の実装部４４において、発熱部３０は第一受熱部４０に実装される。そのため、発熱部３０から第一放熱部６１へ伝達される熱量のうち、実装部４４から延出する主放熱部６２に伝達される熱量が相対的に大きくなり、非実装部４６から延出する副放熱部６４に伝達される熱量が相対的に小さくなる。発熱部３０からの伝熱量の大きい主放熱部６２の長さをより大きくすることで、第一受熱部４０からの放熱性能を確保できる。加えて、発熱部３０からの伝熱量の小さい副放熱部６４の長さを小さくすることにより、第一受熱部４０を小型化できる。その結果、副放熱部６４の第一受熱部４０に対向する側に対して反対側に、スペースを確保することができる。

副放熱部６４は、主放熱部６２よりも長さが短く形成されているので、副放熱部６４の第一受熱部４０に対向する側に対して反対側に、第一放熱部６１の設けられていないスペースを確保できる。このスペースに第二放熱部６６を配置することで、放熱部６０の外形寸法を小さくできるので、冷却装置２０の体格をより小型化することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明した冷却装置２０の各種変形例について説明する。

図１１は、冷却装置２０の放熱部６０の第一変形例を示す斜視図である。実施の形態１の放熱部６０では第二放熱部６６（６６ａ，６６ｂ）は四角柱状の外形を有したが、実施の形態２では、図１１に示すように、第二放熱部６６（６６ａ，６６ｂ）は三角柱状の外形を有している。第一放熱部６１は、副放熱部６４の第一受熱部４０に対向する側に対して反対側に、第二放熱部６６を収容可能な空間を形成する。これにより、図１１に示すように、放熱部６０全体として外形が矩形箱形状に、放熱部６０が形成される。

このように、放熱部６０を形成する第一放熱部６１と第二放熱部６６とは、任意の形状に形成できる。この場合、第一受熱部４０からの熱を第一放熱部６１に伝達し、第二受熱部５０から伝熱部７０を介して第二放熱部６６へ熱伝達し、第一放熱部６１の主放熱部６２と副放熱部６４との第一受熱部４０からの延出長さを調整することで、実施の形態１で述べた効果を同様に得ることができる。

図１２は、冷却装置２０の放熱部６０の第二変形例を示す斜視図である。これまでに説明した放熱部６０は、第一放熱部６１と第二放熱部６６とが別体構造を有しているのに対し、図１２に示す放熱部６０は、第一受熱部４０に熱的に接触する第一放熱部６１と、伝熱部７０を介して第二受熱部５０に熱的に接触する第二放熱部６６と、が一体で形成されている。

第一受熱部４０から伝熱される第一放熱部６１と、第二受熱部５０から伝熱される第二放熱部６６と、を一体の構造にすることにより、第一受熱部４０と第二受熱部５０との両方から一体の放熱部６０へ伝熱される。そのため、第一放熱部６１と第二放熱部６６とを別体構造とする場合と比較して、放熱部６０の温度がより高くなる。放熱部６０から周囲の空気への放熱は、空気と放熱部６０との温度差が大きいほど、効率が向上する。放熱部６０の温度が高ければ、放熱部６０の空気に対する熱交換性能が良くなる。したがって、放熱部６０から空気により効率よく排熱することができ、冷却装置２０による発熱部３０の冷却効率を向上することができる。

なお、実施の形態１および２の説明においては、パワートランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ３〜Ｑ８を例として、車両に搭載された半導体素子を冷却する冷却装置２０について説明した。本発明の冷却装置２０により冷却される発熱部３０は、半導体素子に限られるものではない。たとえば基板などの、任意の発熱する機器または発熱する機器から伝熱される部材を冷却するために、本発明の冷却装置２０を用いてもよい。

冷却装置２０は、車両のエンジンルーム内に配置される構成に限られず、たとえばリヤシートの後方側などの、任意の位置において車両に搭載されてもよい。さらに、本発明の冷却装置２０により冷却される発熱源は、車両に搭載された機器に限られず、熱を発生する任意の機器、または任意の機器の発熱する一部分であってもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ハイブリッド自動車、１０駆動ユニット、２０冷却装置、３０，８０発熱部、３０ａ〜３０ｆ，８１，８２発熱素子、３１表面、３２裏面、４０第一受熱部、４１，７６中空容器、４２，７４中空空間、４３，７５作動流体、４４実装部、４６非実装部、４７，５４下面、４８，５５上面、５０第二受熱部、５１貫通孔、６０放熱部、６１第一放熱部、６２主放熱部、６４副放熱部、６６，６６ａ，６６ｂ第二放熱部、７０伝熱部、７１，７１ａ，７１ｂ受熱管部、７２，７２ａ，７２ｂ伝熱管部、７３，７３ａ，７３ｂ放熱管部、９０，９１，９２ファン。

Claims

表面と裏面とを有する発熱部と、
前記発熱部の前記表面側に配置され、前記発熱部からの熱を受ける第一受熱部と、
前記発熱部の前記裏面側に配置され、前記発熱部からの熱を受ける第二受熱部と、
前記第一受熱部に取り付けられ、熱を放出する放熱部と、
前記第二受熱部から前記放熱部へ熱を伝える伝熱部と、を備え、
前記放熱部は、前記第一受熱部に熱的に接触する第一放熱部と、前記伝熱部を介して前記第二受熱部に熱的に接触し前記第一放熱部とは別体の第二放熱部と、を含み、
前記第一受熱部は、前記発熱部が前記第一受熱部に実装される実装部と、前記発熱部が前記第一受熱部に実装されない非実装部と、を含み、
前記第一放熱部は、前記実装部から延出する主放熱部と、前記非実装部から延出する副放熱部と、を有し、
前記主放熱部が前記第一受熱部から延出する長さは、前記副放熱部が前記第一受熱部から延出する長さよりも大きい、冷却装置。
前記第二放熱部は、前記副放熱部の前記第一受熱部に対向する側に対して反対側に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
前記放熱部は、前記第一受熱部に熱的に接触する第一放熱部と、前記伝熱部を介して前記第二受熱部に熱的に接触する第二放熱部と、が一体で形成されている、請求項１に記載の冷却装置。
前記第二受熱部に取り付けられた、前記発熱部と異なる他の発熱部をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置。
前記第一受熱部は、平板状の外形を有する中空容器の内部に作動流体を封入した平板状ヒートパイプである、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置。
前記伝熱部は、管状の外形を有する中空容器の内部に作動流体を封入した管状ヒートパイプである、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。