JPH0650356U - ヒートパイプ付き水冷ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】部品点数が少なく、組立作業工数も低減し、か
つ信頼性を向上したヒートパイプ付き水冷ヒートシンク
を提供する。 【構成】蛇行した溝11ａを設け、溝11ａの一方の端部に
接続する冷却水用口金12ａおよび他方の端部に接続する
冷却水用口金12ｂを設けた銅ブロック11と、この銅ブロ
ック11の開口面を塞ぐように側面に銀口一付けで接合さ
れる銅ブロック13と、この銅ブロック13の手前側に配置
された銅ブロック14と、銅ブロック13と銅ブロック14に
それぞれ端部を埋め込まれたヒートパイプ15で構成され
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、サイリスタ等の半導体素子とその周辺回路に使用される抵抗，ダイ オード等を水で冷却する水冷式電力変換装置等に用いられるヒートパイプ付き水 冷ヒートシンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来から実施されている水冷ヒートシンクを用いる電力変換装置の構成につい て、図６および図７を参照して説明する。

【０００３】 近年、半導体素子の大容量化がめざましく、数千アンペア定格の半導体素子が 一般に用いられるようになってきている。それに伴い、半導体素子から発生する ロスおよびスナバロスも千ワットを越える大きなものとなってきている。そのた め、これらのロスによる温度上昇を抑制するための冷却構造が非常に複雑かつ重 要な設計となっている。

【０００４】 最近、大容量の電力変換装置においては、冷却効率が良く小型化できるため、 半導体素子およびスナバ回路等の発熱体を水冷で行うことが増えてきており、図 ６は、サイリスタ１がシリーズに３個接続され、各々にコンデンサ２と抵抗３か らなるスナバ回路を有する電力変換装置の回路の一部を示す。

【０００５】 このような回路を水冷する場合、従来は図７に示すように構成されていた。す なわち、サイリスタ１と水冷ヒートシンク４は積層され、押え板５ａ，５ｂと加 圧用スタッド６により加圧され、半導体スタック７を構成している。半導体スタ ック７の手前にはスナバコンデンサ２が配置され、さらにその手前に水冷のスナ バ抵抗３が配置されている。スナバ回路の配線は電線８で行われている。冷却水 は、水冷ヒートシンク４へ個々に入り、サイリスタ１を冷却する。水冷ヒートシ ンク４から排出された冷却水は、絶縁チューブ９を通り、スナバ抵抗３に入り、 スナバ抵抗３を冷却していた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図７に示した従来の水冷ヒートシンク４を使用する電力変換装 置の構成においては、次のような問題点があった。すなわち、サイリスタ１とス ナバ抵抗３は個々に水冷されているため、水冷ヒートシンク４とスナバ抵抗３間 に冷却水を流すための絶縁チューブ９が必要となり、部品点数および冷却配管の 接合部分が多くなるため、組立工数、コストの上昇および信頼性の低下要素とな っていた。 そこで、本考案の目的は、部品点数が少なく、組立作業工数を低減し、かつ信 頼性を向上したヒートパイプ付き水冷ヒートシンクを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するため、金属材で形成され、内部に冷却水の流路 を設けると共に側面を第１の発熱体の当接面とした水冷ヒートシンクと、金属材 で形成され、側面を第２の発熱体の当接面としたヒートシンクと、このヒートシ ンクに一方の端部を埋設され、他方の端部を水冷ヒートシンクに埋設されたヒ− トパイプで構成したものである。

【０００８】

【作用】

半導体スタックに用いた場合、周辺回路の発熱体スナバ抵抗等が出す熱は、ヒ ートパイプにより水冷ヒートシンクに伝わり、水冷ヒートシンクにより冷却され るようになる。それにより、水冷ヒートシンクは、半導体素子と周辺回路の両方 を冷却することになり、周辺回路の発熱体を冷却するヒートシンクには冷却水を 流す必要が無くなり、冷却水配管が削減できる。

【０００９】 また、周辺回路の発熱体を冷却するヒートシンクは、半導体素子を冷却する水 冷ヒートシンクにヒートパイプで保持できるようになるため、固定用品が削減で きる。さらに、冷却配管の接続部が半導体スタックに集中するため、冷却構成が 容易となる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本考案の一実施例 を示す斜視図である。

【００１１】 同図において、10はヒートパイプ付き水冷ヒートシンクを示す、このヒートパ イプ付き水冷ヒートシンク10は、冷却水の流路となる蛇行した溝11ａを設け、溝 11ａの一方の端部に接続する冷却水用口金12ａおよび溝11ａの他方の端部に接続 する冷却水用口金12ｂをそれぞれ設けた銅ブロック11と、この銅ブロック11の側 面に配置され、銅ブロック11の開口面を塞ぐように銀口一付けにより一体となる 銅ブロック13と、この銅ブロック13の手前側に配置された銅ブロック14と、銅ブ ロック13と銅ブロック14にそれぞれ端部を埋め込まれ、銀口一付けて接合されヒ ートパイブ15で構成される。

【００１２】 以上の構成において、一体に接合された銅ブロック11と銅ブロック13は、外側 面が平坦で半導体素子１等の端面に良好に接触し、必要に応じ加圧用スタッドの 貫通する孔を設ける。また銅ブロック14の側面にスナバ抵抗３を張り付けるとき には、スナバ抵抗３の厚さが比較的薄いので、シリコンゴムを介挿し接着剤等で 接着する。

【００１３】 図２は、以上のように構成されたヒートパイプ付き水冷ヒートシンク10を用い た半導体スタック16の構成を示し、サイリスタ１はヒートパイプ付き水冷ヒート シンク10と積層され、押え板５ａ，５ｂと加圧用スタッド６により加圧される。 スナバ抵抗３の下方にはスナバコンデンサ２が配置され、このスナバ抵抗３の一 方の端子はスナバコンデンサ２に電線８で接続され、他方の端子はヒートパイプ 15を介してサイリスタ１に接続される。

【００１４】 なお、上記銅ブロック11は複雑な形状の溝11ａを設けているが、近年加工技術 の進歩によって加工が可能となっている。これにより、銅ブロック11の内部に直 接冷却水が接触するので、冷却能力の高いものが容易に製作できるようになって きており、サイリスタ１とスナバ抵抗３の両者を冷却できる十分な能力を持たせ るものが製作できる。

【００１５】 なお、本考案は、上述した実施例に限定されず、図３に示すようにヒートパイ プ付き水冷ヒートシンク17を、冷却水の溝11ａを加工した銅ブロック11側に冷却 水の溝11ａを避けてヒートパイプ15を埋め込むように構成してもよい。また、図 ４および図５に示すようにヒートパイプ付き水冷ヒートシンク18を、ヒートパイ プの中間部にセラミック等で形成された絶縁部19を設けた絶縁タイプのヒートパ イプ20を用いることにより、電気的に絶縁が必要な場合のサイリスタ１の並列ス タック等に対しても用いることが可能である。この場合、スナバ抵抗３，スナバ コンデンサ２は従来と同様に取付ける。

【００１６】 なお、以上の説明は、ヒートパイプ付き水冷ヒートシンクにより、サイリスタ とスナバ抵抗を冷却する例で行っているが、当然被冷却体はそれらに限定される ものではない。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、金属材で形成され、内部に冷却水の流路 を設けると共に側面を第１の発熱体の当接面とした水冷ヒートシンクと、金属材 で形成され、側面を第２の発熱体の当接面としたヒートシンクと、このヒートシ ンクに一端を埋設され、他方の端部をヒートシンクに埋設するヒートパイプで構 成しているので、冷却配管を削減でき、冷却配管を被冷却装置の主要部のみで処 理できることが可能となって冷却構成が容易となり、部品点数が減り、冷却配管 接合部を少なくして信頼性を向上したヒートパイプ付き水冷ヒートシンクを提供 することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を一部分解して示す斜視図。

【図２】本考案の一実施例を用いた半導体スタックの構
成図。

【図３】本考案の他の実施例を一部分解して示す斜視
図。

【図４】本考案のさらに異なる他の実施例を用いた半導
体スタックの構成図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】本考案に関連する半導体変換装置の一部を示し
回路図。

【図７】従来の半導体変換装置の構成図。

【符号の説明】

１…サイリスタ、２…スナバコンデンサ、３…スナバ抵
抗、４…水冷ヒートシンク、５ａ，５ｂ…押え板、６…
加圧用スタッド、７，16…半導体スタック、８…電線、
９…絶縁チューブ、10，17，18…ヒートパイプ付き水冷
ヒートシンク、11，13，14…銅ブロック、11ａ…溝、12
ａ，12ｂ…冷却水用口金、15，20…ヒートパイプ、19…
絶縁部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材で形成され、内部に冷却水の流路
   を設けると共に側面を第１の発熱体の当接面とした水冷
   ヒートシンクと、金属材で形成され、側面を第２の発熱
   体の当接面としたヒートシンクと、このヒートシンクに
   一方の端部を埋設され、他方の端部を前記水冷ヒートシ
   ンクに埋設されたヒ−トパイプとから構成したことを特
   徴とするヒートパイプ付き水冷ヒートシンク。