JPH10200278A - 冷却装置 - Google Patents
冷却装置Info
- Publication number
- JPH10200278A JPH10200278A JP1749897A JP1749897A JPH10200278A JP H10200278 A JPH10200278 A JP H10200278A JP 1749897 A JP1749897 A JP 1749897A JP 1749897 A JP1749897 A JP 1749897A JP H10200278 A JPH10200278 A JP H10200278A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fins
- cooling
- air
- cooling air
- cooler
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷却装置の所要体積を増やさずに単位体積当
たりの冷却能力を向上させることができ、高性能化を図
ることのできる冷却装置を提供する。 【解決手段】 発熱体１の放熱部との接触面を有する金
属製基板２と金属製基板２に固着され列状に配置された
金属から成る複数の平板状のフィン２２とを有するヒ−
トシンク２を備え、フィン２２の間を一方から他方へ強
制的に冷却風を流通させて発熱体１の熱を放熱させる冷
却装置において、複数のフィン２２は冷却風の流通方向
に対して波形状に連続して屈曲した形状をもつフィン２
２１を有し、その両端に平板状のフィン２２０を有する
ものである。冷却風がフィン２２１と衝突し乱流化され
るので、フィン２２全体と冷却風との熱伝達能力が向上
して冷却装置としての冷却性能が向上する。
たりの冷却能力を向上させることができ、高性能化を図
ることのできる冷却装置を提供する。 【解決手段】 発熱体１の放熱部との接触面を有する金
属製基板２と金属製基板２に固着され列状に配置された
金属から成る複数の平板状のフィン２２とを有するヒ−
トシンク２を備え、フィン２２の間を一方から他方へ強
制的に冷却風を流通させて発熱体１の熱を放熱させる冷
却装置において、複数のフィン２２は冷却風の流通方向
に対して波形状に連続して屈曲した形状をもつフィン２
２１を有し、その両端に平板状のフィン２２０を有する
ものである。冷却風がフィン２２１と衝突し乱流化され
るので、フィン２２全体と冷却風との熱伝達能力が向上
して冷却装置としての冷却性能が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御盤や電子装置
等に搭載される発熱体で発生した熱をフィンを介して流
体に放熱する冷却装置に関する。
等に搭載される発熱体で発生した熱をフィンを介して流
体に放熱する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、ロボットや工作機械に使
用されるインバータ制御装置等の電子機器にはトランジ
スタ等のパワーデバイスや電源モジュールなどの大きな
発熱体が搭載されている。これらの電子機器には図６に
示すように、発熱体で発生した熱を周囲の流体に放熱す
るヒートシンクを取り付けた冷却装置が知られている。
第１の従来例を図６および図７に示す。１は発熱体（例
えば、パワ−モジュ−ル）、２は発熱体１に接触固定さ
れたヒートシンクで、金属製基板２１の上に平板状の形
をした金属製のフィン２２が列状に等間隔配置され、か
つ、一体化されたものであり両部材とも熱伝導性の良好
なものからできている。３は強制風を発生させる冷却フ
ァンで、冷却ファン３から送られた冷却風の向きをＡで
表すものとする。このような構成において、発熱体１で
発生した熱は発熱体１と金属製基板２１との接触面を介
して金属製基板２１に伝わり、金属製基板２１の中では
熱伝導によって熱が拡がって金属製基板２１と一体にな
っているフィン２２へと熱が伝わる。金属製基板２１お
よびフィン２２と冷却風との間では強制対流による熱伝
達によって冷却風へ熱が伝えられる。その結果、発熱体
１の熱は冷却風に放熱されることになる。また、第２の
従来例として、図８および図９に示すように発熱体１が
例えば、複数のモジュールから成る電源装置（１ａ〜１
ｆ）であって、発熱体１の背面にベ−ス部８を介して取
り付けられるヒートシンク２の金属製基板２１の上側に
複数のフィン２２が取り付けられているものがある。ヒ
ートシンク２の前端部２２ａに対向して冷却ファン３が
所定の間隔をおいて設けられ、冷却ファン３から離れた
後端部２２ｂに向かうに従って金属製基板２１のフィン
２２の取付け面が直線的に高くなるように傾斜した形状
を有している。さらに、ヒートシンク２が冷却ファン３
から離れた後端部２２ｂに向かうに従って扇状に形成さ
れたものもある（例えば、特開平７ー２４９８８５号公
報）。このような構成において、冷却ファン３からの冷
却風はこの冷却ファン３の近傍に位置する発熱体１の前
端部側２２ａで遮られることはなく、冷却ファン３から
離れた後端部側２２ｂにも直接当たるようになる。これ
によりヒートシンク２全体の放熱効果を十分高めるよう
にしてある。
用されるインバータ制御装置等の電子機器にはトランジ
スタ等のパワーデバイスや電源モジュールなどの大きな
発熱体が搭載されている。これらの電子機器には図６に
示すように、発熱体で発生した熱を周囲の流体に放熱す
るヒートシンクを取り付けた冷却装置が知られている。
第１の従来例を図６および図７に示す。１は発熱体（例
えば、パワ−モジュ−ル）、２は発熱体１に接触固定さ
れたヒートシンクで、金属製基板２１の上に平板状の形
をした金属製のフィン２２が列状に等間隔配置され、か
つ、一体化されたものであり両部材とも熱伝導性の良好
なものからできている。３は強制風を発生させる冷却フ
ァンで、冷却ファン３から送られた冷却風の向きをＡで
表すものとする。このような構成において、発熱体１で
発生した熱は発熱体１と金属製基板２１との接触面を介
して金属製基板２１に伝わり、金属製基板２１の中では
熱伝導によって熱が拡がって金属製基板２１と一体にな
っているフィン２２へと熱が伝わる。金属製基板２１お
よびフィン２２と冷却風との間では強制対流による熱伝
達によって冷却風へ熱が伝えられる。その結果、発熱体
１の熱は冷却風に放熱されることになる。また、第２の
従来例として、図８および図９に示すように発熱体１が
例えば、複数のモジュールから成る電源装置（１ａ〜１
ｆ）であって、発熱体１の背面にベ−ス部８を介して取
り付けられるヒートシンク２の金属製基板２１の上側に
複数のフィン２２が取り付けられているものがある。ヒ
ートシンク２の前端部２２ａに対向して冷却ファン３が
所定の間隔をおいて設けられ、冷却ファン３から離れた
後端部２２ｂに向かうに従って金属製基板２１のフィン
２２の取付け面が直線的に高くなるように傾斜した形状
を有している。さらに、ヒートシンク２が冷却ファン３
から離れた後端部２２ｂに向かうに従って扇状に形成さ
れたものもある（例えば、特開平７ー２４９８８５号公
報）。このような構成において、冷却ファン３からの冷
却風はこの冷却ファン３の近傍に位置する発熱体１の前
端部側２２ａで遮られることはなく、冷却ファン３から
離れた後端部側２２ｂにも直接当たるようになる。これ
によりヒートシンク２全体の放熱効果を十分高めるよう
にしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】小形化要求の強い電子
機器の中で比較的大きな体積を占めるこのような冷却装
置を小形化するためには単位体積当たりの冷却性能の向
上が不可欠である。ところが、従来技術のうち第１の従
来例ではフィンの表面積を増やさずに冷却性能を向上さ
せるには図７に示すようにフィン２２の間を流れる冷却
風の風速を増加させるしかない。小形化の制約上冷却フ
ァンを増やすことはできず、また設置できる冷却ファン
の大きさにも限度があるため、速い風速を得ることは難
しく、飛躍的な冷却性能の向上は望めないという問題が
あった。また、第２の従来例では図８に示すように、ヒ
ートシンク２の前端部２２ａに対向して設けた冷却ファ
ン３から強制風を発生させ、冷却ファン３から離れた後
端部２２ｂに向かうに従って金属製基板２１のフィン２
２の取付け面が直線的に高くなるような構成にしたり、
さらに、後端部２２ｂに向かうに従って扇状の形状を有
した構成では、フィン間の風の浮き上がりを抑えて冷却
効果を上げているが、ヒートシンク２全体の所要体積が
増えるため、単位体積当たりの冷却能力を見ると向上し
ていないという問題があった。そこで、本発明は冷却装
置の所要体積を増やさずに単位体積当たりの冷却能力を
向上させることができ、高性能化、高信頼性化を図るこ
とのできる冷却装置を提供することを目的とする。
機器の中で比較的大きな体積を占めるこのような冷却装
置を小形化するためには単位体積当たりの冷却性能の向
上が不可欠である。ところが、従来技術のうち第１の従
来例ではフィンの表面積を増やさずに冷却性能を向上さ
せるには図７に示すようにフィン２２の間を流れる冷却
風の風速を増加させるしかない。小形化の制約上冷却フ
ァンを増やすことはできず、また設置できる冷却ファン
の大きさにも限度があるため、速い風速を得ることは難
しく、飛躍的な冷却性能の向上は望めないという問題が
あった。また、第２の従来例では図８に示すように、ヒ
ートシンク２の前端部２２ａに対向して設けた冷却ファ
ン３から強制風を発生させ、冷却ファン３から離れた後
端部２２ｂに向かうに従って金属製基板２１のフィン２
２の取付け面が直線的に高くなるような構成にしたり、
さらに、後端部２２ｂに向かうに従って扇状の形状を有
した構成では、フィン間の風の浮き上がりを抑えて冷却
効果を上げているが、ヒートシンク２全体の所要体積が
増えるため、単位体積当たりの冷却能力を見ると向上し
ていないという問題があった。そこで、本発明は冷却装
置の所要体積を増やさずに単位体積当たりの冷却能力を
向上させることができ、高性能化、高信頼性化を図るこ
とのできる冷却装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は発熱体の放熱部との接触面を有する金属製
基板と前記金属製基板に固着されるとともに列状に配置
された金属から成る複数の平板状のフィンとを有するヒ
−トシンクを備え、前記フィンの間を一方から他方へ強
制的に流体を流通させるようにして前記発熱体の熱を放
熱させる冷却装置において、前記複数のフィンが流体の
流通方向に対して波形状に連続して屈曲させた形状を有
するものである。また、前記複数のフィンはその隣り合
う間隔が流体の流通方向に対して変動を繰り返すように
形成された千鳥型またはハの字型に配列してあるもので
ある。
め、本発明は発熱体の放熱部との接触面を有する金属製
基板と前記金属製基板に固着されるとともに列状に配置
された金属から成る複数の平板状のフィンとを有するヒ
−トシンクを備え、前記フィンの間を一方から他方へ強
制的に流体を流通させるようにして前記発熱体の熱を放
熱させる冷却装置において、前記複数のフィンが流体の
流通方向に対して波形状に連続して屈曲させた形状を有
するものである。また、前記複数のフィンはその隣り合
う間隔が流体の流通方向に対して変動を繰り返すように
形成された千鳥型またはハの字型に配列してあるもので
ある。
【０００５】上記手段により、フィンの屈曲した箇所で
冷却風がフィンと衝突するので、この衝突現象によって
衝突箇所で乱流化した冷却風が発生する。この乱流化し
た冷却風は速度境界層の境界部分を搾取して速度境界層
を薄くすることにより、フィンと冷却風との熱伝達能力
が向上して冷却装置としての冷却性能が向上する。ま
た、フィンの配列を千鳥型あるいはハの字型として、各
流路間の断面積が流体の流れ方向に対して漸増あるい漸
減を繰り返して常に変動するので、冷却風は拡大縮小を
繰り返しながら各流路を通過していくことにより、冷却
風の乱流化が促進され、さらに冷却性能が向上する。
冷却風がフィンと衝突するので、この衝突現象によって
衝突箇所で乱流化した冷却風が発生する。この乱流化し
た冷却風は速度境界層の境界部分を搾取して速度境界層
を薄くすることにより、フィンと冷却風との熱伝達能力
が向上して冷却装置としての冷却性能が向上する。ま
た、フィンの配列を千鳥型あるいはハの字型として、各
流路間の断面積が流体の流れ方向に対して漸増あるい漸
減を繰り返して常に変動するので、冷却風は拡大縮小を
繰り返しながら各流路を通過していくことにより、冷却
風の乱流化が促進され、さらに冷却性能が向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図５までを参照しながら説明する。図１は本発明の
第１の実施例を示す冷却装置の斜視図である。図２の
（ａ）は図１の冷却装置を上方から見た平面図、（ｂ）
はフィン間の冷却風の流れを示す図である。図１におい
て、発熱体１の上面に金属製基板２１と平板状の形をし
たフィン２２が一体化されたヒートシンク２が接触固定
され、冷却ファン３によって冷却風がフィン２２間に送
り込まれるようにした構成は従来例と同じである。従来
例と異なる点は、フィン２２のうち、両側にある平板状
のフィン２２０の内側にあるフィン２２１が冷却風の流
れ方向に対して列状に配置されるとともに、波形状に連
続して屈曲させた形状を有するものである。また、図２
の（ａ）に示すように金属製基板２１の幅方向における
隣り合う各々の屈曲したフィンの間隔は等間隔としたも
のである。このような構成において、平板状のフィン２
２０と屈曲したフィン２２１とで構成されるフィン２２
の流体流通路間に冷却風が送り込まれるようにしてあ
り、発熱体１で発生した熱が金属製基板２１との接触面
を介して金属製基板２１の熱伝導によりフィン２２０，
２２１へと伝わると、フィン２２０，２２１と冷却風と
の間で強制対流による熱伝達が行われて冷却風へ放熱さ
れるようにしてある。次に動作について説明する。フィ
ン２２１は冷却風の流れ方向における形状が屈曲してい
るので冷却風がフィン２２１と衝突する部分ができる。
このフィン２２１と冷却風との衝突現象によって図２の
（ｂ）に示すように衝突箇所で乱流化した冷却風が発生
する。乱流化した冷却風は下流に行くにしたがいフィン
２２１によって流れを規制されるため徐々に乱流の度合
いがおさまってくるが、フィン２２１に一定の長さ間隔
に屈曲を設けているために再び乱流化が起こりフィン２
２の全体にわたって乱流化されることになる。図３の
（ａ）に冷却風の流れに沿うフィン上の発達した速度境
界層と、同じく（ｂ）に乱流化された冷却風による速度
境界層の変化とを比較して示した。これにより図３の
（ｂ）に示すように乱流化された冷却風は速度境界層Ｂ
Vの境界部分を搾取して速度境界層ＢVを薄くする。速度
境界層ＢVが薄くなることでフィン２２と冷却風との間
の熱伝達能力が向上し、結果として冷却装置の単位体積
あたりの冷却能力が向上する。次にその他の実施例につ
いて説明する。冷却風の流れ方向に対して、上方から見
て波形状に連続して屈曲した形状をもつように配置され
たフィン２２１は、図４および図５に示すような金属製
基板２１の幅方向における隣り合う間隔が冷却風の流通
方向に対して漸増あるい漸減を繰り返すように形成され
るとともに、ハの字型構造や千鳥型構造のように配列し
ても良い。このような配列構造を持った冷却装置は、金
属製基板２１の幅方向において等間隔に配置された屈曲
したフィンを持つ冷却装置と同等の効果を有するが、さ
らにフィンの配列が千鳥型あるいはハの字型の場合、各
流路間の断面積は流体の流れ方向に対して漸増あるい漸
減を繰り返して常に変動する。このため、冷媒は拡大縮
小を繰り返しながら各流路を通過していく。この拡大縮
小によって冷媒の乱流化が促進され、より高い乱流効果
を得ることができる。
から図５までを参照しながら説明する。図１は本発明の
第１の実施例を示す冷却装置の斜視図である。図２の
（ａ）は図１の冷却装置を上方から見た平面図、（ｂ）
はフィン間の冷却風の流れを示す図である。図１におい
て、発熱体１の上面に金属製基板２１と平板状の形をし
たフィン２２が一体化されたヒートシンク２が接触固定
され、冷却ファン３によって冷却風がフィン２２間に送
り込まれるようにした構成は従来例と同じである。従来
例と異なる点は、フィン２２のうち、両側にある平板状
のフィン２２０の内側にあるフィン２２１が冷却風の流
れ方向に対して列状に配置されるとともに、波形状に連
続して屈曲させた形状を有するものである。また、図２
の（ａ）に示すように金属製基板２１の幅方向における
隣り合う各々の屈曲したフィンの間隔は等間隔としたも
のである。このような構成において、平板状のフィン２
２０と屈曲したフィン２２１とで構成されるフィン２２
の流体流通路間に冷却風が送り込まれるようにしてあ
り、発熱体１で発生した熱が金属製基板２１との接触面
を介して金属製基板２１の熱伝導によりフィン２２０，
２２１へと伝わると、フィン２２０，２２１と冷却風と
の間で強制対流による熱伝達が行われて冷却風へ放熱さ
れるようにしてある。次に動作について説明する。フィ
ン２２１は冷却風の流れ方向における形状が屈曲してい
るので冷却風がフィン２２１と衝突する部分ができる。
このフィン２２１と冷却風との衝突現象によって図２の
（ｂ）に示すように衝突箇所で乱流化した冷却風が発生
する。乱流化した冷却風は下流に行くにしたがいフィン
２２１によって流れを規制されるため徐々に乱流の度合
いがおさまってくるが、フィン２２１に一定の長さ間隔
に屈曲を設けているために再び乱流化が起こりフィン２
２の全体にわたって乱流化されることになる。図３の
（ａ）に冷却風の流れに沿うフィン上の発達した速度境
界層と、同じく（ｂ）に乱流化された冷却風による速度
境界層の変化とを比較して示した。これにより図３の
（ｂ）に示すように乱流化された冷却風は速度境界層Ｂ
Vの境界部分を搾取して速度境界層ＢVを薄くする。速度
境界層ＢVが薄くなることでフィン２２と冷却風との間
の熱伝達能力が向上し、結果として冷却装置の単位体積
あたりの冷却能力が向上する。次にその他の実施例につ
いて説明する。冷却風の流れ方向に対して、上方から見
て波形状に連続して屈曲した形状をもつように配置され
たフィン２２１は、図４および図５に示すような金属製
基板２１の幅方向における隣り合う間隔が冷却風の流通
方向に対して漸増あるい漸減を繰り返すように形成され
るとともに、ハの字型構造や千鳥型構造のように配列し
ても良い。このような配列構造を持った冷却装置は、金
属製基板２１の幅方向において等間隔に配置された屈曲
したフィンを持つ冷却装置と同等の効果を有するが、さ
らにフィンの配列が千鳥型あるいはハの字型の場合、各
流路間の断面積は流体の流れ方向に対して漸増あるい漸
減を繰り返して常に変動する。このため、冷媒は拡大縮
小を繰り返しながら各流路を通過していく。この拡大縮
小によって冷媒の乱流化が促進され、より高い乱流効果
を得ることができる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば波形
状に連続して屈曲された複数のフィンを金属製基板に設
置して成る冷却装置において、フィン間を流れる冷却風
を乱流化するようにしたので、従来のフィンを備えた冷
却装置に比べ、冷却装置の所要体積を増やさずに単位体
積あたりの冷却能力を向上させることができ、高性能
化、高信頼性化を図ることができるという効果がある。
状に連続して屈曲された複数のフィンを金属製基板に設
置して成る冷却装置において、フィン間を流れる冷却風
を乱流化するようにしたので、従来のフィンを備えた冷
却装置に比べ、冷却装置の所要体積を増やさずに単位体
積あたりの冷却能力を向上させることができ、高性能
化、高信頼性化を図ることができるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す冷却装置の斜視図
である。
である。
【図２】（ａ）は図１の冷却装置を上方から見た平面
図、（ｂ）はフィン間の冷却風の流れを示す図である。
図、（ｂ）はフィン間の冷却風の流れを示す図である。
【図３】（ａ）は冷却風の流れに沿うフィン上の発達し
た速度境界層を示す図、（ｂ）は乱流化された冷却風に
よる速度境界層の変化を示す図である。
た速度境界層を示す図、（ｂ）は乱流化された冷却風に
よる速度境界層の変化を示す図である。
【図４】本発明のその他の実施例を示す冷却装置の上方
から見た平面図である。
から見た平面図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す冷却装置の上方から
見た平面図である。
見た平面図である。
【図６】第１の従来例を示す冷却装置の斜視図である。
【図７】図６のフィン間の冷却風の流れを示す図であ
る。
る。
【図８】第２の従来例を示す冷却装置の斜視図である。
【図９】第２のその他の従来例を示す冷却装置の斜視図
である。
である。
１：発熱体 ２：ヒ−トシンク ２１：金属製基板 ２２：フィン ２２０：フィン（平板状） ２２１：フィン（屈曲状） ３：冷却ファン Ａ：冷却風 ＢV：速度境界層
Claims (2)
- 【請求項１】 発熱体の放熱部との接触面を有する金属
製基板と前記金属製基板に固着されるとともに列状に配
置された金属から成る複数の平板状のフィンとを有する
ヒ−トシンクを備え、前記フィンの間を一方から他方へ
強制的に流体を流通させるようにして前記発熱体の熱を
放熱させる冷却装置において、 前記複数のフィンが流体の流通方向に対して波形状に連
続して屈曲させた形状を有することを特徴とする冷却装
置。 - 【請求項２】 前記複数のフィンはその隣り合う間隔が
流体の流通方向に対して変動を繰り返すように形成され
た千鳥型またはハの字型に配列してあることを特徴とす
る請求項１に記載の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1749897A JPH10200278A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1749897A JPH10200278A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200278A true JPH10200278A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11945668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1749897A Pending JPH10200278A (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10200278A (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008187754A (ja) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Aisin Aw Co Ltd | 発熱体冷却構造及び駆動装置 |
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| JP2011134819A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Hitachi Ltd | 消音構造を有するヒートシンク |
| JP4835807B2 (ja) * | 2009-05-22 | 2011-12-14 | トヨタ自動車株式会社 | 熱交換器及びその製造方法 |
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| US8291967B2 (en) | 2006-06-14 | 2012-10-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat sink and cooler |
| WO2013027877A1 (ko) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | 주식회사 파랑 | 방열모듈의 제조방법 |
| WO2013027875A1 (ko) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | 주식회사 파랑 | 전자부품 방열모듈 및 이것의 제조방법 |
| WO2013027874A1 (ko) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | 주식회사 파랑 | 일체형 방열장치의 제조방법 |
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