JP7199574B2 - 冷却装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷却装置および電力変換装置に関する。

電力変換装置には、通電時の発熱による電子部品の損傷を防ぐため、発熱体である電子部品に熱的に接続された冷却装置を有するものがある。冷却装置は、電子部品から伝達された熱を周囲の空気に放熱することで、電子部品を冷却する。この種の電力変換装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている電力変換装置は、電子部品が固定された受熱部材と、複数のヒートパイプと、複数の放熱フィンと、を備える。複数のヒートパイプはそれぞれ、受熱ブロックに取り付けられ、受熱ブロックから離れる方向に延伸する。

各ヒートパイプには、冷媒が封入されている。冷媒は、電子部品から受熱部材を介して熱を伝達されて気化する。気化した冷媒は、ヒートパイプの内部を先端に向かって移動しながら、ヒートパイプおよびヒートパイプに取り付けられた複数の放熱フィンを介して周囲の空気に熱を伝達する。空気に熱を伝達することで、冷媒の温度は下がり、冷媒は液化する。液化した冷媒は、ヒートパイプを伝って受熱ブロックに向かって流れる。このように冷媒が気化と液化を繰り返してヒートパイプの内部を循環することで、電子部品が冷却される。

特許第４９２９３２５号公報

特許文献１に開示される電力変換装置が有するヒートパイプが冷媒の融点以下の空気に接触する場所に設置されていると、ヒートパイプおよび放熱フィンを介して放熱して液化した冷媒が凍ることがある。例えば、冷媒として純水がヒートパイプに封入されていて、ヒートパイプが摂氏０度以下の空気に接触する場所に設置されている場合、ヒートパイプの内部に封入された純水がヒートパイプの先端で凍ることがある。ヒートパイプの先端で冷媒が凍ってしまうと、冷媒は受熱ブロックの方に戻ることができないため、電子部品で発生した熱を受熱ブロックを介して冷媒に伝達することができない。そのため、電子部品で生じた熱を、ヒートパイプ内を循環する冷媒を介して、ヒートパイプおよび放熱フィンから放熱することができず、電子部品を冷却することができない。

本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、冷媒が凍り得る低温の環境でも発熱体を冷却可能な冷却装置および電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の冷却装置は、受熱ブロックと、少なくとも１つのヒートパイプと、少なくとも１つの伝熱部材と、フィンと、を備える。受熱ブロックには、発熱体が取り付けられる。少なくとも１つのヒートパイプは、一部が受熱ブロックの発熱体が取り付けられる面と反対側の面に取り付けられ、受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される。少なくとも１つの伝熱部材は、ヒートパイプの少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロックから離れる方向に延伸する金属材料で形成される。フィンは、ヒートパイプの外面に取り付けられる。ヒートパイプはそれぞれ、受熱ブロックに固定され、発熱体が取り付けられる面に沿って延びる母管を有する。伝熱部材の一端は、母管の内壁に固定される。また伝熱部材の他端は、フィンよりも受熱ブロックから遠くに位置する。受熱ブロックおよびヒートパイプが有する母管を介して発熱体から伝熱部材の一端に伝達された熱は、伝熱部材を形成する金属材料によって伝熱部材の他端にまで伝達される。

本開示に係る冷却装置は、ヒートパイプの内部に設けられる伝熱部材を備える。伝熱部材を設けることで、ヒートパイプの内部の凍った冷媒を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境においても発熱体を冷却することが可能となる。

実施の形態１に係る電力変換装置の回路図 実施の形態１に係る電力変換装置の断面図 実施の形態１に係る電力変換装置の図２のＡ－Ａ線での矢視断面図 実施の形態１に係る冷却装置の斜視図 実施の形態１に係る冷却装置の図４のＢ－Ｂ線での矢視断面図 実施の形態１に係る冷却装置が有する冷媒が凍った状態を示す図 実施の形態２に係る冷却装置の断面図 実施の形態３に係る冷却装置の断面図 実施の形態４に係る伝熱部材の上面図 実施の形態５に係る冷却装置の断面図 実施の形態５に係る伝熱部材の上面図 実施の形態６に係る冷却装置の断面図 実施の形態６に係るヒートパイプの図１２のＣ－Ｃ線での矢視断面図の部分図 実施の形態７に係る冷却装置の断面図 実施の形態７に係るヒートパイプの図１４のＤ－Ｄ線での矢視断面図の部分図 実施の形態に係る冷却装置の第１変形例の断面図 実施の形態に係る冷却装置の第２変形例の断面図 実施の形態に係るヒートパイプの第１変形例の断面図 実施の形態に係るヒートパイプの第２変形例の断面図 実施の形態に係る冷却装置の第３変形例の斜視図 実施の形態に係る冷却装置の第３変形例の図２０のＥ－Ｅ線での矢視断面図 実施の形態に係る冷却装置の第４変形例の断面図

以下、本開示の実施の形態に係る冷却装置および電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
鉄道車両に搭載される電力変換装置を例にして、実施の形態１に係る電力変換装置および電力変換装置が備える発熱体を冷却するための冷却装置について説明する。
図１に示す電力変換装置３０は、図示しない電源から供給される直流電力を負荷である電動機Ｍ１に供給するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機Ｍ１に供給する。電動機Ｍ１は、例えば、三相誘導電動機である。

詳細には、電力変換装置３０は、電源に接続される一次端子３１ａと、接地される一次端子３１ｂと、両端が一次端子３１ａ，３１ｂに接続されるフィルタコンデンサＦＣ１と、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機Ｍ１に供給する電力変換部３２と、を備える。電力変換部３２は、Ｕ相に対応するスイッチング素子３３ａ，３３ｂと、Ｖ相に対応するスイッチング素子３３ｃ，３３ｄと、Ｗ相に対応するスイッチング素子３３ｅ，３３ｆとを有する。図示しないスイッチング制御部がスイッチング素子３３ａ－３３ｆのオンオフを切り替えることで、電力変換部３２は、電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機Ｍ１に供給する。

電力変換部３２の通電時に電子部品が発熱することで、電子部品が故障することを防止するため、電力変換装置３０は冷却装置を備える。詳細には、図２および図２のＡ－Ａ線での矢視断面図である図３に示すように、電力変換装置３０は、発熱体である電子部品３３と、電子部品３３を内部に収容し、開口３４ａを有する筐体３４と、筐体３４の開口３４ａを塞ぐ状態で筐体３４に取り付けられる冷却装置１と、冷却装置１を覆うカバー３５と、を備える。

電子部品３３は、スイッチング素子３３ａ－３３ｆ、ダイオード、サイリスタ等の任意の発熱体を示すものとする。また電子部品３３は、後述の冷却装置１が有する受熱ブロック１１の第１主面１１ａに取り付けられる。

筐体３４の開口３４ａは、冷却装置１の受熱ブロック１１の第１主面１１ａによって塞がれる。開口３４ａが冷却装置１によって塞がれることで、筐体３４の内部に空気、水分、塵埃等が流入することが抑制される。

カバー３５は、対向する二面に吸排気口３５ａを有する。一方の吸排気口３５ａから流入した冷却風は、冷却装置１に接触しながら流れ、他方の吸排気口３５ａから排出される。電子部品３３で生じた熱が冷却装置１を介して冷却風に伝達されることで、電子部品３３が冷却される。

図２、図３、図４および図４のＢ－Ｂ線での矢視断面図である図５に示すように冷却装置１は、電子部品３３が取り付けられる受熱ブロック１１と、一部が受熱ブロック１１に取り付けられ、受熱ブロック１１から離れる方向に延伸する少なくとも１つのヒートパイプ１２と、を備える。各ヒートパイプ１２の内部には冷媒１３が封入される。冷却装置１はさらに、ヒートパイプ１２の外面に取り付けられたフィン１４と、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられる少なくとも１つの伝熱部材１５と、を備える。なお図の複雑化を避けるために、図４においてフィン１４の記載を省略した。詳細については後述するが、冷却装置１が伝熱部材１５を備えることで、冷却装置１が低温の環境にあって、冷媒１３が凍った場合でも、速やかに冷媒１３を溶かし、電子部品３３を冷却することが可能となる。

上記構成を有する冷却装置１の各部について、冷却装置１が４つのヒートパイプ１２を備える構成を例にして説明する。なお図２から図５において、Ｚ軸は鉛直方向を示すものとする。Ｘ軸は、受熱ブロック１１の第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂのそれぞれに直交する方向に延びる。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する。

受熱ブロック１１は、Ｘ軸の延伸方向に対向する第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂを有する。第１主面１１ａには、電子部品３３が取り付けられる。第２主面１１ｂには、ヒートパイプ１２が挿入される溝１１ｃが形成される。なお受熱ブロック１１は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。

各ヒートパイプ１２は、母管１２ａと、母管１２ａに連通する複数の支管１２ｂとを有する。詳細には、各ヒートパイプ１２は、母管１２ａと、４つの支管１２ｂとを有する。 母管１２ａは、受熱ブロック１１に形成された溝１１ｃに挿入され、接着剤による接着、はんだ付け等の任意の固定方法によって、受熱ブロック１１に固定されている。なお母管１２ａは、一部が露出した状態で受熱ブロック１１に固定されている。なお母管１２ａは、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。

支管１２ｂは、溶接、はんだ付け等によって、母管１２ａに固定され、母管１２ａに連通している。また支管１２ｂは、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる。なお支管１２ｂは、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。

冷媒１３は、各ヒートパイプ１２に封入される。常温では、冷媒１３は気液二相の状態で存在する。なお冷媒１３は、電子部品３３から伝達される熱で気化し、ヒートパイプ１２およびフィン１４を介して冷却装置１の周囲の空気に放熱することで液化する物質、例えば、水である。

各フィン１４は、ヒートパイプ１２の外面に取り付けられる。詳細には、フィン１４は、貫通孔を有し、貫通孔を支管１２ｂが通った状態で、支管１２ｂに固定される。なおフィン１４は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。電力変換装置３０が車両に搭載される場合、フィン１４の主面が車両の進行方向に沿う向きで、電力変換装置３０を設置することが好ましい。上述したように電力変換装置３０を設置することで、走行風がフィン１４の間をスムーズに流れ、冷却装置１の冷却効率が高くなる。

伝熱部材１５は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられる。また伝熱部材１５は、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延伸する。なお伝熱部材１５は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材１５の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材１５は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材１５の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材１５の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材１５の他端は、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する。そして、伝熱部材１５は、一端から他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材１５の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端に隣接することが好ましい。換言すれば、伝熱部材１５の他端は、支管１２ｂの先端、すなわち、支管１２ｂの受熱ブロック１１から遠い一端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材１５の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

実施の形態１では、各支管１２ｂの内部に棒状の形状を有する伝熱部材１５が設けられ、伝熱部材１５の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材１５の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。なお伝熱部材１５は、後述する冷媒１３の循環を妨げない形状であることが好ましい。例えば、伝熱部材１５の内径は、支管１２ｂの内径の２０％以下であればよい。伝熱部材１５を設けることで、後述するように支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

上記構成を有する冷却装置１が電子部品３３を冷却する仕組みについて説明する。電子部品３３が発熱すると、電子部品３３から受熱ブロック１１および母管１２ａを介して、冷媒１３に熱が伝達される。その結果、冷媒１３の温度が上昇し、冷媒１３の一部が気化する。気化した冷媒１３は、母管１２ａから支管１２ｂに流入し、さらに支管１２ｂの内部を支管１２ｂの鉛直方向上端に向かって移動する。

支管１２ｂの内部を支管１２ｂの鉛直方向上端に向かって移動する間に、冷媒１３は、支管１２ｂとフィン１４とを介して、冷却装置１の周囲の空気に放熱する。冷媒１３が放熱することで、冷媒１３の温度は下がる。この結果、冷媒１３は、液化する。液化した冷媒１３は、支管１２ｂの内壁を伝って母管１２ａに戻る。液化した冷媒１３は、受熱ブロック１１を介して電子部品３３から熱を伝達されると、再び気化し、支管１２ｂに流入し、支管１２ｂの鉛直方向上端に向かって移動する。冷媒１３が上述の気化と液化を繰り返して循環することで、電子部品３３で生じた熱は、冷却装置１の周囲の空気、具体的には支管１２ｂとフィン１４の周囲の空気に放熱されて、電子部品３３は冷却される。

また電子部品３３が発熱し、電子部品３３から受熱ブロック１１および母管１２ａを介して冷媒１３に熱が伝達されると、気化しなかった冷媒１３、すなわち、液体の状態の冷媒１３に温度差が生じて、対流が生じる。対流によって、冷媒１３が、電子部品３３から伝達された熱をＹ軸方向に拡散して伝達するため、電子部品３３は効率よく冷却される。

冷媒１３が凍った状態では、上述した冷媒１３の循環と対流が起こらないため、冷却装置１は電子部品３３を冷却することができない。具体的には、冷却装置１の周囲の空気が摂氏０度以下になると、水である冷媒１３が凍ることがある。例えば、図６に示すように、冷媒１３が凍って、支管１２ｂの先端の内壁に付着することがある。冷媒１３が凍ることによる冷却装置１の冷却効率の低下を抑制するためには、冷媒１３を溶かす必要がある。

凍った冷媒１３を溶かす冷却装置１の仕組みについて説明する。電子部品３３が発熱すると、受熱ブロック１１および母管１２ａを介して、伝熱部材１５の受熱ブロック１１に隣接する一端に熱が伝達される。そして、伝熱部材１５の一端から他端に熱が伝わり、伝熱部材１５の他端から支管１２ｂの先端の内壁に付着している凍った冷媒１３に熱が伝達される。

伝熱部材１５を備えない従来の冷却装置では、低温の環境でヒートパイプに温度差が生じ、ヒートパイプの先端では冷媒が凍ってしまうことがある。この場合、ヒートパイプを介して冷媒に熱を伝達して冷媒を溶かす必要があるが、電子部品からヒートパイプに伝達された熱は、ヒートパイプの先端に到達するまでに外部の空気に放熱されてしまう。このため、従来の冷却装置は、凍った冷媒を速やかに溶かすことができない。この結果、冷媒は受熱ブロックの方に戻ることができず、電子部品で発生した熱を受熱ブロックを介して冷媒に伝達することができないことがある。そのため、電子部品で生じた熱を、冷媒を介してヒートパイプおよび放熱フィンから放熱することができず、電子部品を冷却することができないことがある。

一方、実施の形態１に係る冷却装置１は、伝熱部材１５を備えるため、外部の空気に影響を受けることなく、従来の冷却装置よりも速やかに凍った冷媒１３に熱を伝達する。この結果、冷却装置１は、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。また伝熱部材１５を備えることで、ヒートパイプ１２の温度差は、従来の冷却装置より小さくなる。このため、低温の環境でも、冷却装置１の冷媒１３は循環することができ、電子部品３３の冷却が可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態１に係る冷却装置１によれば、伝熱部材１５を備えることで、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境でも、冷却装置１による電子部品３３の冷却が可能となる。

（実施の形態２）
伝熱部材１５の形状および固定方法は、凍った冷媒１３を溶かすことができる形状および固定方法であれば、任意である。図７に示す実施の形態２に係る冷却装置２は、実施の形態１に係る冷却装置１の構成に加えて、支管１２ｂの先端の内壁に固定される断熱材１６をさらに備える。なお冷却装置２が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置２が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

断熱材１６は、支管１２ｂの先端の内壁に、例えば接着剤によって接着される。また断熱材１６は、伝熱部材１５が嵌合する嵌合穴１６ａを有する。なお断熱材１６は、熱伝導率の低い材料、例えば、樹脂、ゴム等で形成される。断熱材１６は熱伝導率が低いため、冷却装置２の周囲の空気の熱は断熱材１６に嵌合している伝熱部材１５には伝わりにくい。このため、凍った冷媒１３を溶かす際に、伝熱部材１５は、冷却装置２の周囲の空気の温度の影響を受けにくい。

伝熱部材１５の一端は、実施の形態１と同様に母管１２ａの内壁に固定される。また伝熱部材１５の他端は、断熱材１６の嵌合穴１６ａに挿入され、嵌合する。これにより、伝熱部材１５は両端が固定される。実施の形態１と同様に、伝熱部材１５は、一端から他端に向けて熱を伝達する。

以上説明したとおり、本実施の形態２に係る冷却装置２によれば、伝熱部材１５を複数箇所で固定することで、冷却装置１が振動を受ける場所に設置される場合に、振動を受けて伝熱部材１５がヒートパイプ１２に接触して破損することが抑制される。

また断熱材１６に伝熱部材１５を嵌合させて伝熱部材１５を固定することで、伝熱部材１５が冷却装置２の周囲の空気の温度の影響を受けることなく、凍った冷媒１３を溶かすことが可能となる。

（実施の形態３）
伝熱部材１５の形状および固定方法は、凍った冷媒１３を溶かすことができる形状および固定方法であれば、任意である。図８に示す実施の形態３に係る冷却装置３は、それぞれがヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられる少なくとも１つの伝熱部材１７を備える。なお冷却装置３が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置３が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

伝熱部材１７は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延伸する。なお伝熱部材１７は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材１７の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材１７は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材１７の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材１７の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材１７の他端は、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する。そして、伝熱部材１７は、一端から他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材１７の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端、すなわち、支管１２ｂの先端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材１７の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

実施の形態３では、各支管１２ｂの内部に先細りの棒状の形状を有する伝熱部材１７が設けられ、伝熱部材１７の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材１７の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。伝熱部材１７を設けることで、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

冷媒１３が気化と液化を繰り返して支管１２ｂの内部を循環している間に支管１２ｂの先端に熱が伝わると、支管１２ｂの先端にはフィン１４が取り付けられていないため、冷却効率が低下する。実施の形態３では、伝熱部材１７の一端の延伸方向に直交する断面の面積が、伝熱部材１７の他端の延伸方向に直交する断面の面積より大きい。このため、冷却装置１と比べて、伝熱部材１７から支管１２ｂの先端に熱が伝わりにくく、冷媒１３が気化と液化を繰り返して支管１２ｂの内部を循環している間の冷却効率の低下が抑制される。なお伝熱部材１７の他端は、凍った冷媒１３を溶かすことができる程度の断面の大きさを有していればよい。

以上説明したとおり、本実施の形態３に係る冷却装置３によれば、伝熱部材１７を備えることで、冷媒１３が気化と液化を繰り返して支管１２ｂの内部を循環している間の冷却効率の低下を抑制しながら、低温の環境でも、冷却装置３による電子部品３３の冷却が可能となる。

（実施の形態４）
凍った冷媒１３を速やかに溶かすことを可能とする伝熱部材の変形例について実施の形態４で説明する。実施の形態４に係る冷却装置３の構造は、図９に示す伝熱部材１８を備える点で実施の形態３に係る冷却装置３と異なる。なお冷却装置３が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置３が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

伝熱部材１８は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延伸する。なお伝熱部材１８は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材１８の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材１８は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材１８の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材１８の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材１８は、少なくとも１つの分岐を有し、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する複数の他端を有する。そして、伝熱部材１８は、一端から複数の他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材１８の複数の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端、すなわち、支管１２ｂの先端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材１８の複数の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

伝熱部材１８は少なくとも１つの分岐を有するため、伝熱部材１８の表面積は伝熱部材１７の表面積より大きい。この結果、伝熱部材１７と比べて、速やかに凍った冷媒１３を溶かすことが可能となる。

実施の形態４では、各支管１２ｂの内部に分岐を有する伝熱部材１８が設けられ、伝熱部材１８の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材１８の複数の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。また伝熱部材１８は、複数の他端のそれぞれに向かうにつれて細くなる形状を有する。伝熱部材１８を設けることで、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態４に係る冷却装置３によれば、分岐を有する伝熱部材１８を備えることで、伝熱部材１８の表面積が大きくなり、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境でも、冷却装置３による電子部品３３の冷却が可能となる。

（実施の形態５）
凍った冷媒１３を速やかに溶かすことを可能とする伝熱部材の他の変形例について実施の形態５で説明する。図１０に示す実施の形態５に係る冷却装置４は、図１０および図１１に示すように螺旋状に延伸する伝熱部材１９を備える。なお冷却装置４が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置４が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

伝熱部材１９は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に螺旋状に延伸する。なお伝熱部材１９は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材１９の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材１９は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材１９の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材１９の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材１９の他端は、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する。そして、伝熱部材１９は、一端から他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材１９の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端、すなわち、支管１２ｂの先端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材１９の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

また伝熱部材１９は、支管１２ｂの側面の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材１９は、支管１２ｂの側面の内壁に付着した凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの側面の内壁に隣接することが好ましい。

実施の形態５では、各支管１２ｂの内部に螺旋状に延伸する伝熱部材１９が設けられ、伝熱部材１９の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材１９の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。伝熱部材１９を設けることで、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態５に係る冷却装置４によれば、螺旋状に延びる伝熱部材１９を備えることで、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。また実施の形態１に係る冷却装置と比べて、伝熱部材１９は支管１２ｂの側面の内壁に近い位置にあるため、支管１２ｂの側面の内壁に付着した凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境でも、冷却装置４による電子部品３３の冷却が可能となる。

（実施の形態６）
凍った冷媒１３を速やかに溶かすことを可能とする伝熱部材の他の変形例について実施の形態６で説明する。図１２に示す実施の形態６に係る冷却装置５は、曲面を有する板状部材で形成される伝熱部材２０を備える。なお冷却装置５が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置５が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

伝熱部材２０は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延伸する。具体的には、伝熱部材２０は、図１２におけるＣ－Ｃ線での矢視断面図の部分図である図１３に示すように、ヒートパイプ１２の内壁に間隔を空けて沿う曲面を有する板状部材で形成される。具体的には、伝熱部材２０は、筒を中心軸を含む面で二分割して得られる形状を有する。なお伝熱部材２０は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材２０の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材２０は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材２０の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材２０の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材２０の他端は、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する。そして、伝熱部材２０は、一端から他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材２０の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端、すなわち、支管１２ｂの先端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材２０の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

また伝熱部材２０の曲面は、支管１２ｂの側面の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材２０の曲面は、支管１２ｂの側面の内壁に付着した凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの側面の内壁に隣接することが好ましい。

実施の形態６では、各支管１２ｂの内部に２つの伝熱部材２０が設けられる。各伝熱部材２０の外面は曲面であり、支管１２ｂの側面の内壁に間隔を空けて沿う。なお伝熱部材２０の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材２０の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。伝熱部材２０を設けることで、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態６に係る冷却装置５によれば、曲面を有する板状部材で形成される伝熱部材２０を備えることで、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。また実施の形態１に係る冷却装置と比べて、伝熱部材２０は支管１２ｂの側面の内壁に近い位置にあるため、支管１２ｂの側面の内壁に付着した凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境でも、冷却装置５による電子部品３３の冷却が可能となる。

（実施の形態７）
凍った冷媒１３を速やかに溶かすことを可能とする伝熱部材の他の変形例について実施の形態７で説明する。図１４に示す実施の形態７に係る冷却装置６は、平板状の部材で形成される伝熱部材２１を備える。なお冷却装置６が電子部品３３を冷却する仕組み、および、冷却装置６が凍った冷媒１３を溶かす仕組みは、冷却装置１と同様である。

伝熱部材２１は、ヒートパイプ１２の少なくともいずれかの内部に設けられ、受熱ブロック１１から離れる方向、詳細には、第２主面１１ｂから離れる方向に延伸する。具体的には、伝熱部材２１は、ヒートパイプ１２の内壁に間隔を空けて位置する平板状の部材で形成される。なお伝熱部材２１は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、アルミニウム等の金属で形成される。また伝熱部材２１の熱伝導率の値は、ヒートパイプ１２の熱伝導率の値以上であることが好ましい。例えば、伝熱部材２１は、ヒートパイプ１２と同じ材料で形成されればよい。

伝熱部材２１の一端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１に取り付けられた一部の内壁に隣接する。詳細には、伝熱部材２１の一端は、母管１２ａの内壁に隣接する。また伝熱部材２１の他端は、フィン１４よりも受熱ブロック１１から遠くに位置する。そして、伝熱部材２１は、一端から他端に向けて熱を伝達する。なお伝熱部材２１の他端は、ヒートパイプ１２の受熱ブロック１１から遠い先端、すなわち、支管１２ｂの先端の内壁に隣接することが好ましい。具体的には、伝熱部材２１の他端は、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３に熱を伝達できる程度に支管１２ｂの先端に隣接することが好ましい。

実施の形態７では、各支管１２ｂの内部に伝熱部材２１が設けられる。各伝熱部材２１は、支管１２ｂの延伸方向およびＺ軸方向に延びる２つの平板状部材と、２つの平板状部材に挟まれ、支管１２ｂの延伸方向およびＹ軸方向に延びる平板状部材と、を有する。図１４におけるＤ－Ｄ線での矢視断面図の部分図である図１５に示すように、ＹＺ平面での伝熱部材２１の形状はＨ字状の形状を有する。なお伝熱部材２１の一端は、支管１２ｂが取り付けられた母管１２ａの内壁に、溶接、はんだ付け等によって固定される。また伝熱部材２１の他端は、支管１２ｂの先端に隣接して位置する。上述したように伝熱部材２１を設けることで、支管１２ｂの先端で凍った冷媒１３を溶かし、低温の環境でも電子部品３３を冷却することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態７に係る冷却装置６によれば、平板状の部材で形成される伝熱部材２１を備えることで、凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。また実施の形態１に係る冷却装置１と比べて、伝熱部材２１は支管１２ｂの側面の内壁に近い位置にあるため、支管１２ｂの側面の内壁に付着した凍った冷媒１３を速やかに溶かすことが可能となる。その結果、低温の環境でも、冷却装置６による電子部品３３の冷却が可能となる。

なお各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
一例として、冷却装置１が備えるヒートパイプ１２の一部に伝熱部材１５を設け、他の一部に伝熱部材１７，１８，１９，２０，２１の少なくともいずれかを設けてもよい。また各ヒートパイプ１２に伝熱部材１５，１７，１８，１９，２０，２１を設ける必要はなく、一部のヒートパイプ１２にのみ伝熱部材１５，１７，１８，１９，２０，２１を設ければよい。

伝熱部材１５，１７，１８，１９，２０，２１の固定位置および方法は上述の例に限られず、電子部品３３から伝達された熱で凍った冷媒１３を溶かすことができる位置に任意の方法で固定すればよい。一例として、図１６に示す冷却装置７が備える伝熱部材２２の一端は母管１２ａの内壁の鉛直方向下端に固定されている。他の一例として、図１７に示す冷却装置８が備える伝熱部材２３の一端は母管１２ａの内壁に固定され、他端は支管１２ｂの先端の内壁に固定されている。また他の一例として、伝熱部材１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３は、支管１２ｂに固定された任意の形状の断熱材に固定されてもよい。

各ヒートパイプ１２における伝熱部材１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３の個数および形状は、電子部品３３から伝達された熱を凍った冷媒１３に伝達することができる個数および形状であれば任意である。一例として、図１８に示すように、ヒートパイプ１２に４つの伝熱部材２０が設けられてもよい。この伝熱部材２０は、筒を、筒の中心軸を含む互いに直交する二面で四分割して得られる形状を有する。他の一例として、図１９に示すように、伝熱部材２１は、互いに間隔を空けて位置する平板状部材２１ａ，２１ｂとを有してもよい。平板状部材２１ａは支管１２ｂの延在方向およびＹ軸方向に延在する。２つの平板状部材２１ｂは平板状部材２１ａを挟んで位置する。

受熱ブロック１１の形状は、板状の形状に限られず、第１主面１１ａに電子部品３３が固定可能であって、かつ、ヒートパイプ１２が固定可能な形状であれば、任意である。

ヒートパイプ１２の構造および形状は、電子部品３３から伝達された熱を放熱可能な構造および形状であれば、任意である。一例として、図２０に示す冷却装置９は、折れ曲がった管の形状を有するヒートパイプ２４を備える。図２０のＥ－Ｅ線での矢視断面図である図２１に示すように、ヒートパイプ２４の内部に折れ曲がった棒状の形状を有する伝熱部材２５が設けられる。

他の一例として、図２２に示す冷却装置１０は、受熱ブロック１１に形成された溝１１ｄに連通するヒートパイプ２６を備える。ヒートパイプ２６の一端は、受熱ブロック１１に固定される。伝熱部材１５の一端は溝１１ｄの内壁に固定され、他端はヒートパイプ２６の受熱ブロック１１から遠い先端に隣接する。

ヒートパイプ１２の延伸方向に直交する断面の形状は、円形に限られず、扁平形状でもよい。詳細には、母管１２ａおよび支管１２ｂのそれぞれの延伸方向に直交する断面の形状は、円形に限られず、扁平形状でもよい。なお扁平形状は、円の一部の幅を元の円より狭く変形することで得られる形状であり、楕円、流線型、長円等を含む。なお長円は、同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状を意味する。

また受熱ブロック１１に取り付けられるヒートパイプ１２の個数は任意である。同様に、母管１２ａの個数、各母管１２ａに取り付けられる支管１２ｂの個数は任意である。
フィン１４の個数は上述の例に限られず、任意である。

電子部品３３として、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されるスイッチング素子を受熱ブロック１１に取り付けてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドを含む。

本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。

１，２，３，４、５，６，７，８，９，１０ 冷却装置、１１ 受熱ブロック、１１ａ 第１主面、１１ｂ 第２主面、１１ｃ，１１ｄ 溝、１２，２４，２６ ヒートパイプ、１２ａ 母管、１２ｂ 支管、１３ 冷媒、１４ フィン、１５，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２５ 伝熱部材、１６ 断熱材、１６ａ 嵌合穴、２１ａ，２１ｂ 平板状部材、３０ 電力変換装置、３１ａ，３１ｂ 一次端子、３２ 電力変換部、３３ 電子部品、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ スイッチング素子、３４ 筐体、３４ａ 開口、３５ カバー、３５ａ 吸排気口、ＦＣ１ フィルタコンデンサ、Ｍ１ 電動機。

Claims (18)

1. 発熱体が取り付けられる受熱ブロックと、
   一部が前記受熱ブロックの前記発熱体が取り付けられる面と反対側の面に取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも１つのヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの少なくともいずれかの内部に設けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸する金属材料で形成される少なくとも１つの伝熱部材と、
   前記ヒートパイプの外面に取り付けられたフィンと、
   を備え、
   前記ヒートパイプはそれぞれ、前記受熱ブロックに固定され、前記発熱体が取り付けられる面に沿って延びる母管を有し、
   前記伝熱部材の一端は、前記母管の内壁に固定され、
   前記伝熱部材の他端は、前記フィンよりも前記受熱ブロックから遠くに位置し、
   前記受熱ブロックおよび前記ヒートパイプが有する前記母管を介して前記発熱体から前記伝熱部材の前記一端に伝達された熱は、前記伝熱部材を形成する前記金属材料によって前記伝熱部材の前記他端にまで伝達される、
   冷却装置。
2. 前記伝熱部材の熱伝導率の値は、前記ヒートパイプの熱伝導率の値以上である、
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 発熱体が取り付けられる受熱ブロックと、
   一部が前記受熱ブロックに取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも１つのヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの少なくともいずれかの内部に設けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸する金属材料で形成される少なくとも１つの伝熱部材と、
   前記ヒートパイプの外面に取り付けられたフィンと、
   を備え、
   前記伝熱部材の一端は、前記ヒートパイプの前記受熱ブロックに取り付けられた一部の内壁に固定され、
   前記伝熱部材の他端は、前記フィンよりも前記受熱ブロックから遠くに位置し、
   前記伝熱部材の熱伝導率の値は、前記ヒートパイプの熱伝導率の値以上であり、
   前記受熱ブロックおよび前記ヒートパイプを介して前記発熱体から前記伝熱部材の前記一端に伝達された熱は、前記伝熱部材を形成する前記金属材料によって前記伝熱部材の前記他端にまで伝達される、
   冷却装置。
4. 前記伝熱部材の前記他端は、前記ヒートパイプの前記受熱ブロックから遠い先端の内壁に隣接する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記伝熱部材の前記他端は、前記ヒートパイプの前記先端の内壁に取り付けられる、
   請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記ヒートパイプの前記先端の内壁に固定される断熱材をさらに備え、
   前記伝熱部材の前記他端は前記断熱材に取り付けられる、
   請求項４に記載の冷却装置。
7. 発熱体が取り付けられる受熱ブロックと、
   一部が前記受熱ブロックに取り付けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸し、内部に冷媒が封入される少なくとも１つのヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの少なくともいずれかの内部に設けられ、前記受熱ブロックから離れる方向に延伸する少なくとも１つの伝熱部材と、
   前記ヒートパイプの外面に取り付けられたフィンと、
   前記ヒートパイプの前記受熱ブロックから遠い先端の内壁に固定される断熱材と、
   を備え、
   前記伝熱部材の一端は、前記ヒートパイプの前記受熱ブロックに取り付けられた一部の内壁に固定され、
   前記伝熱部材の他端は、前記フィンよりも前記受熱ブロックから遠くに位置し、
   前記伝熱部材の前記他端は前記断熱材に取り付けられる、
   冷却装置。
8. 前記伝熱部材の熱伝導率の値は、前記ヒートパイプの熱伝導率の値以上である、
   請求項７に記載の冷却装置。
9. 前記伝熱部材は、前記一端から前記他端に向けて熱を伝達する、
   請求項７または８に記載の冷却装置。
10. 前記伝熱部材の前記一端の延伸方向に直交する断面の面積は、前記伝熱部材の前記他端の前記延伸方向に直交する断面の面積より大きい、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置。
11. 前記伝熱部材は、少なくとも１つの分岐を有し、前記フィンよりも前記受熱ブロックから遠くに位置する複数の他端を有する、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
12. 前記伝熱部材は、棒状の形状を有する、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
13. 前記伝熱部材は、前記受熱ブロックから離れる方向に螺旋状に延びる、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
14. 前記伝熱部材は、前記ヒートパイプの内壁に間隔を空けて沿う曲面を有する板状部材で形成される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
15. 前記伝熱部材は、前記ヒートパイプの内壁に間隔を空けて位置する平板状の部材で形成される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
16. 複数の前記伝熱部材を備える、
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の冷却装置。
17. 前記ヒートパイプはそれぞれ、
    前記受熱ブロックに固定された母管と、
    前記母管に取り付けられ、前記母管に連通し、前記受熱ブロックから離れる方向に延びる複数の支管と、を有する、
    請求項１から１６のいずれか１項に記載の冷却装置。
18. 供給された電力を、負荷に供給するための電力に変換して、変換した電力を前記負荷に供給する電力変換部と、
    請求項１から１７のいずれか１項に記載の冷却装置と、を備え、
    前記電力変換部が有する電子部品は前記発熱体であり、前記冷却装置が備える前記受熱ブロックに取り付けられる、
    電力変換装置。

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