專利名稱：熱管式冷卻裝置及使用了該裝置的車輛控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于半導(dǎo)體元件等的冷卻的熱管式冷卻裝置及使用了該裝置的車輛控制裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，作為冷卻半導(dǎo)體元件的熱管式冷卻裝置，多使用以下裝置將多根熱管安裝在導(dǎo)熱性良好的吸熱塊上，在該吸熱塊上安裝半導(dǎo)體元件等發(fā)熱體并進(jìn)行冷卻。在該熱管的冷凝部安裝有用于促進(jìn)冷凝的多個散熱翅片。專利文獻(xiàn)1記載了在吸熱塊上安裝了環(huán)狀熱管或相對的兩個冷凝部為相同長度的大致U字形熱管的熱管式冷卻裝置。由于熱管的一部分形成水平的加熱部而具有良好的換熱效率。但是，在密封例如水作為熱管的工作液的情況下，由于環(huán)境溫度在0°c以下而使熱管內(nèi)的水凍結(jié)，因而，在該狀態(tài)下半導(dǎo)體元件發(fā)熱的場合，相對的兩個冷凝部的相同長度的熱管未充分地工作，有時導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的溫度超過了規(guī)定溫度。專利文獻(xiàn)2記載了將多根棒狀熱管分成兩個以上的組，在各組中密封了不同的工作液的熱管式冷卻裝置。例如，在密封了氟利昂制冷劑R-113作為一個組的熱管工作液，而密封了水作為另一個組的熱管工作液的情況下，由于氟利昂制冷劑R-113即使環(huán)境溫度在 0°C以下也不凍結(jié)，因而即使在低溫下也充分地工作。另外，在平常的使用溫度下也能得到高的性能。專利文獻(xiàn)3記載的熱管式冷卻裝置的構(gòu)成為，將多根棒狀熱管分成兩個以上的組，分別使各組的熱管或散熱翅片各不相同，且各組具有不同的冷凝能力。長的熱管與短的熱管相比，由于安裝有較多的散熱翅片，因而冷凝能力高。在低溫下，即使在長的熱管的冷凝部的工作液凍結(jié)的場合，由于長的熱管的冷凝部作為熱管而工作，因而仍能對發(fā)熱體進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第3700870號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平2-229455號公報專利文獻(xiàn)3 日本專利第3020790號公報如上所述，當(dāng)使用如專利文獻(xiàn)1記載的U字形熱管時，則如上所述存在環(huán)境溫度在 O0C以下散熱器的熱管就不能充分地工作之類的問題。在使用如專利文獻(xiàn)2或3記載的多根棒狀熱管的場合，由于為使用各獨立的熱管而增加熱管根數(shù)，因而存在價格增高之類的問題。于是，在將專利文獻(xiàn)2應(yīng)用于專利文獻(xiàn)1記載的U字形熱管的情況下，必須準(zhǔn)備使用了多種冷媒作為工作液的熱管，若就各熱管而言，依然不能作為各自獨立的熱管充分地發(fā)揮作用，配置變得復(fù)雜的同時價格增高。另外，在將專利文獻(xiàn)3應(yīng)用于專利文獻(xiàn)1記載的U字形熱管的情況下，通過使用多種長度的U字形熱管而分別具有不同的冷凝能力，由于長度短的U字形熱管即使在低溫下也起動，雖能提高性能，但長的U字形熱管與短的U字形熱管的配置不平衡，若就各熱管而言，依然不能作為各自獨立的熱管充分地發(fā)揮作用，不能有效地利用散熱翅片，作為整體仍存在散熱器的性能降低的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型鑒于上述情況，其目的在于提供一種各熱管作為各自獨立的熱管發(fā)揮作用，高效地進(jìn)行與發(fā)熱體的熱交換，具有高性能且在低溫時也能穩(wěn)定地起動、廉價的熱管式冷卻裝置。本實用新型為了實現(xiàn)上述實用新型目的而提供的熱管式冷卻裝置，具有吸熱塊和多個散熱翅片，該吸熱塊中埋入有作為蒸發(fā)部(也稱為加熱部)的熱管的一部分，并安裝有作為被冷卻物的發(fā)熱體，該多個散熱翅片安裝在作為冷凝部的熱管的另一部分，該熱管式冷卻裝置的特征在于，上述熱管是對兩個部位進(jìn)行了彎曲加工而形成為J字形狀的熱管， 上述熱管具備中央部作為蒸發(fā)部的熱管部；除了作為上述蒸發(fā)部的熱管部以外，安裝有多個散熱翅片的作為冷凝部的第一熱管部；除了作為上述蒸發(fā)部的熱管部及第一熱管部以夕卜，比第一熱管部更長、安裝有比第一熱管部上所安裝的散熱翅片還多的散熱翅片的、作為冷凝部的第二熱管部。另外，本實用新型提供的熱管式冷卻裝置是在上述熱管式冷卻裝置中，其特征是， 作為上述蒸發(fā)部的熱管部由直線部構(gòu)成。另外，本實用新型提供的熱管式冷卻裝置是在上述熱管式冷卻裝置中，其特征是， 上述第一熱管部和第二熱管部由直線部構(gòu)成。另外，本實用新型提供的熱管式冷卻裝置是在上述熱管式冷卻裝置中，其特征是， 上述熱管部在作為上述蒸發(fā)部的熱管部的預(yù)定位置，通過壓力加工或鉚接加工部分成兩部分。另外，本實用新型提供的熱管式冷卻裝置是在設(shè)置有多根熱管的上述熱管式冷卻裝置中，其特征是，作為上述冷凝部的第一熱管部和第二熱管部以交替配置的關(guān)系埋入吸熱塊中。再有，本實用新型提供一種車輛控制裝置，用于控制驅(qū)動車輛的電動機，其特征是，作為冷卻上述控制裝置的主回路的半導(dǎo)體的熱管式冷卻裝置，使用了上述的熱管式冷卻裝置。本實用新型的效果如下。根據(jù)本實用新型，熱管式冷卻裝置構(gòu)成為第二熱管部比第一熱管部長，安裝有比第一熱管部上所安裝的散熱翅片更多的散熱翅片，因此在外部氣溫比工作液的凝固點低的環(huán)境下具有預(yù)定的冷卻性能，而且在常溫下也具有較高的冷卻性能，因此能夠效率良好地冷卻半導(dǎo)體元件等。另外，能夠?qū)⒈緦嵱眯滦偷臒峁苁嚼鋮s裝置作為車輛控制裝置的有效冷卻裝置來使用。

圖1是作為本實用新型的第一實施例的熱管式冷卻裝置的俯視圖。圖2是作為本實用新型的第一實施例的熱管式冷卻裝置的主視圖。[0024]圖3是作為本實用新型的第一實施例的熱管式冷卻裝置的側(cè)視圖。圖4是表示對第一實施例的比較例的圖。圖5是作為本實用新型的第二實施例的熱管式冷卻裝置的俯視圖。圖6是表示對第二實施例的比較例的圖。圖中1-熱管，2-散熱翅片，3-吸熱塊，4-發(fā)熱體，5-第二加熱管部(長者的冷凝部)， 6-第一加熱管部(短者的冷凝部)，7-中央直線部(蒸發(fā)部)，8-冷凝部長的U字形的熱管，9-冷凝部短的U字形的熱管，10-長者的L字形的熱管，11-短者的L字形的熱管，12-沖壓-鉚接加工部。
具體實施方式
下面，根據(jù)附圖對本實用新型的實施例進(jìn)行說明。實施例1圖1 圖3表示本實用新型的第一實施例。本實施例的熱管式冷卻裝置主要包括 安裝在吸熱塊3上的多根熱管1 ；安裝在該熱管1的長度方向上的多個散熱翅片2 ；以及安裝在吸熱塊3上的半導(dǎo)體等的發(fā)熱體4。在圖1和圖2中，只圖示了在最前面能見到的熱管。作為熱管1的容器材料使用銅，作為工作液使用水。吸熱塊3使用銅或鋁等導(dǎo)熱性良好的材料，在吸熱塊3與熱管1的接合中，可以采用錫焊接合或鉚接、以及對熱管加熱使其膨脹的加熱擴管接合等。對于熱管1與散熱翅片2的接合，也可以采用錫焊接合或鉚接、以及加熱擴管接合等。熱管1在兩處進(jìn)行彎曲加工而做成J字形狀，中央直線部分形成中央直線部7 (稱為熱管部7)并安裝在吸熱塊3上，作為蒸發(fā)部工作。在作為蒸發(fā)部的熱管部7的端部直線部安裝有多個散熱翅片的第一熱管部6作為冷凝部工作。另外，作為熱管部7的另一個端部直線部的第二熱管部5也作為冷凝部工作。第一熱管部6與第二熱管部5有意地做成長度不同的結(jié)構(gòu)。散熱翅片2與吸熱塊 3平行地設(shè)置，用相同的板狀翅片還形成相同的翅片間隔。由于作為冷凝部的第一熱管部6 與第二熱管部5的長度不同，因而在第二熱管部5上安裝了比第一熱管部6多的散熱翅片， 必然地增大了散熱面積。通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠改變長的第二熱管部5和短的第一熱管部6的冷凝能力。實際上，在第二熱管部5的長度為300mm 400mm的場合，優(yōu)選將第一熱管部6的長度設(shè)定為第二熱管部5的長度的1/2 2/3左右，散熱翅片的間隔往往以3mm 7mm左右的間隔進(jìn)行安裝。圖1表示的是兩者的長度比為3比2構(gòu)成的例子。安裝在第二熱管部 5與第一熱管部6上的散熱翅片根據(jù)上述間隔由與長度比相對應(yīng)的片數(shù)構(gòu)成。在圖1的例子中，因長度比為3比2，在第一熱管部6上安裝了 6片散熱翅片，在第二熱管部5上安裝了 9片散熱翅片。下面，對這樣構(gòu)成的本實施例的熱管式冷卻裝置的動作及作用進(jìn)行說明。在比工作液的水的凍結(jié)溫度0°C低的溫度使用本實施例的熱管式冷卻裝置的情況下，起動時工作液凍結(jié)在作為蒸發(fā)部的熱管部7中。因半導(dǎo)體等的發(fā)熱體4的發(fā)熱，當(dāng)熱通過吸熱塊3傳遞到作為蒸發(fā)部的熱管部7時，則熱管部7的溫度上升工作液融化后產(chǎn)生蒸汽，便開始向冷凝部輸送熱。在此，由于在長的第二熱管部5上設(shè)置了比短的第一熱管部6多的散熱翅片2，因而第二熱管部5的冷凝能力強，作為工作液的水有時在第二熱管部5再次凍結(jié)。這時，第二熱管部5不作為熱管工作，不進(jìn)行熱輸送。相對于此，由于在短的第一熱管部6上設(shè)置的散熱翅片2較少，因而其冷凝能力低，工作液不會在冷凝部凍結(jié)，因向蒸發(fā)部回流而依然作為熱管工作。這時，雖然作為熱管工作的冷凝部只有第一熱管部6，冷卻裝置整體的散熱性能降低，但由于外部氣體的溫度是比作為工作液的水的凍結(jié)溫度更低的溫度，與發(fā)熱體4的標(biāo)準(zhǔn)溫度有足夠的溫度差，因而不成為問題。密封在熱管內(nèi)的工作液量優(yōu)選設(shè)定為，即使工作液在長的第二熱管部5中凍結(jié)，還向短的第一熱管部6供給蒸汽的量。這樣，由于能有效地防止第一熱管部6凍結(jié)，因而作為冷媒能不使用氟利昂制冷劑的代替物而使用水，可以減小對環(huán)境帶來的負(fù)擔(dān)。相對于此，在常溫(比工作液的凍結(jié)溫度高的溫度)下使用本冷卻裝置的場合，所有的冷凝部(第一熱管部6和第二熱管部幻都作為熱管工作，發(fā)揮了高的冷卻性能。這樣根據(jù)本實施例，對應(yīng)于一個吸熱塊3，中央部的熱管部7、第一熱管部6及第二熱管部5形成一個獨立的熱管，從而能夠得到高性能而且在低溫下也具有預(yù)定的冷卻性能的熱管式冷卻
直ο在本實施例中，重力方向為在圖2的主視圖中以箭頭A所示的方向。在圖2中，熱管1雖與地面水平地配置，但為了促進(jìn)熱管1內(nèi)被冷凝的工作液的回流，也可以使熱管1前端向上傾斜5 10度左右。圖4表示與第一實施例的熱管式冷卻裝置的比較例。被比較的熱管式冷卻裝置使用第一熱管部與第二熱管部的長度相同，而冷凝部長的U字形熱管8和冷凝部短的U字形熱管9。使各自的冷凝能力具有差異，在比水的凍結(jié)溫度低的溫度下得到預(yù)定的性能的方式與第一實施例相同。這種情況，在冷卻裝置中，長的熱管8和短的熱管9的配置不平衡，不能有效地利用散熱翅片，導(dǎo)致冷卻裝置整體的性能降低。相對于此，圖1 圖3所示的第一實施例的熱管式冷卻裝置由于將各熱管做成獨立的結(jié)構(gòu)，由于能均勻地配置長的熱管(第二熱管部5) 和短的熱管(第一熱管部6)，因而能有效地利用散熱翅片，能得到高性能的冷卻裝置。圖5表示本實用新型的第二實施例。熱管式冷卻裝置的總體結(jié)構(gòu)和工作原理及使用方法與圖1 圖3所示的第一實施例相同，對于相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)上相同的標(biāo)號。圖5中著眼于一根熱管進(jìn)行圖示。在熱管Ib中對兩處進(jìn)行了彎曲加工，將冷凝部長度有意地做成不同，使冷凝能力具有差異這點與第一實施例相同。這時，在熱管Ib的中央直線部的熱管部 7(蒸發(fā)部)的預(yù)定位置，為了分離熱管容器而進(jìn)行了沖壓 鉚接加工，形成了沖壓 鉚接加工部。由于該沖壓 鉚接加工部12能夠做成最小長度，因而能夠?qū)⒎枪ぷ鞑糠肿龀勺钚￠L度。這樣一來，使用一根熱管得到的熱管Ib被設(shè)置成如同長度不同的兩條L字形熱管，由于如實施例1那樣不考慮長者的冷凝部5的工作液凍結(jié)量，可以設(shè)定各熱管部5、6內(nèi)的工作液，進(jìn)一步增加了自由度。這時，在熱管部7分離的各熱管部5、6的長度比只要與上述冷凝能力之差相應(yīng)地設(shè)定即可。即，只要以與第二熱管部5(長者的冷凝部)和第一熱管部6 (短者的冷凝部)的冷凝能力之比相一致的方式來決定各自的長度比即可。實際上，在第二熱管部5的長度為300mm 400mm的場合，優(yōu)選將第一熱管部6的長度設(shè)定為第二熱管部5的長度的1/2 2/3左右，散熱翅片的間隔往往以3mm 7mm左右的間隔進(jìn)行安裝。圖6表示與第二實施例的比較例。為了得到與圖5的熱管同等的效果，設(shè)置了長的L字形熱管10和短的L字形熱管11。這樣一來，雖然提供了相似形狀的熱管，但熱管的制作根數(shù)為2倍，價格增高。另外，在熱管前端，由于進(jìn)行了縮管、焊接等容器末端的密封加工，因而存在非工作部分。通過如圖6那樣設(shè)置，因熱管10、11與吸熱塊3接觸的非工作部分鄰接而有效長度減小，導(dǎo)致空間效率惡化、熱交換效率惡化，產(chǎn)生冷卻裝置整體性能的降低。在將第一實施例和第二實施例用于車輛控制裝置的主電路元件的冷卻的場合，通過將車輛行進(jìn)的方向配置在圖1的箭頭B方向，可以將行駛時的風(fēng)利用于冷卻，由于散熱翅片2沿移動方向配置，散熱翅片2部分的通風(fēng)性良好，與散熱翅片2與移動方向?qū)χ渲玫那闆r比較，其散熱效率提高。若散熱翅片2沿移動方向配置，則冷卻裝置的設(shè)置方向可以是任何方向，例如可以是熱管前端朝向重力方向向上的方向。另外，若將吸熱塊3設(shè)置成兼作為車輛控制裝置的箱體，則空間效率提高，有利于裝置的縮小。本實用新型的實際產(chǎn)品不僅能應(yīng)用于上述的車輛控制裝置，而且還能廣泛地應(yīng)用于例如在寒冷地區(qū)使用控制交流電動機的通用變換器裝置的場合以及在寒冷地區(qū)使用通信用的光傳輸裝置的場合等寒冷地區(qū)的半導(dǎo)體冷卻裝置。在如上所述的實施例中，作為熱管的容器材料雖使用銅，而作為工作液使用水，但并不限定于此，熱管的容器材料及工作液為其它材料也可以。另外，吸熱塊及散熱翅片的材質(zhì)也不為上述材質(zhì)所限定，可以為其它材質(zhì)。
權(quán)利要求1.一種熱管式冷卻裝置，具有吸熱塊和多個散熱翅片，該吸熱塊中埋入有作為蒸發(fā)部的熱管的一部分，并安裝有作為被冷卻物的發(fā)熱體，該多個散熱翅片安裝在作為冷凝部的熱管的另一部分，該熱管式冷卻裝置的特征在于，上述熱管是對兩個部位進(jìn)行了彎曲加工而形成為J字形狀的熱管，上述熱管具備中央部作為蒸發(fā)部的熱管部；除了作為上述蒸發(fā)部的熱管部以外，安裝有多個散熱翅片的作為冷凝部的第一熱管部；除了作為上述蒸發(fā)部的熱管部和第一熱管部以外，比第一熱管部更長、安裝有比第一熱管部上所安裝的散熱翅片還多的散熱翅片的、作為冷凝部的第二熱管部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于， 作為上述蒸發(fā)部的熱管部由直線部構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于， 上述第一熱管部和第二熱管部由直線部構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于，上述熱管部在作為上述蒸發(fā)部的熱管部的預(yù)定位置，通過壓力加工或鉚接加工部分成兩部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于，上述熱管部在作為上述蒸發(fā)部的熱管部的預(yù)定位置，通過壓力加工或鉚接加工部分成兩部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于，在設(shè)置有多根熱管的上述熱管式冷卻裝置中，作為上述冷凝部的第一熱管部和第二熱管部以交替配置的關(guān)系埋入吸熱塊中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于，在設(shè)置有多根熱管的上述熱管式冷卻裝置中，作為上述冷凝部的第一熱管部和第二熱管部以交替配置的關(guān)系埋入吸熱塊中。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱管式冷卻裝置，其特征在于，在設(shè)置有多根熱管的上述熱管式冷卻裝置中，作為上述冷凝部的第一熱管部和第二熱管部以交替配置的關(guān)系埋入吸熱塊中。
9.一種車輛控制裝置，用于控制驅(qū)動車輛的電動機，其特征在于，作為冷卻上述控制裝置的主回路的半導(dǎo)體的熱管式冷卻裝置，使用了權(quán)利要求1 8 任一項中所述的熱管式冷卻裝置。
專利摘要本實用新型涉及熱管式冷卻裝置及使用了該裝置的車輛控制裝置。本實用新型的目的是提供一種具有高性能且在環(huán)境溫度為0℃以下的低溫時也能穩(wěn)定地起動、廉價的熱管式冷卻裝置及使用了該熱管式冷卻裝置的車輛控制裝置。本實用新型的熱管式冷卻裝置將對兩個部位進(jìn)行了彎曲加工的熱管的中央直線部分作為蒸發(fā)部使用，將作為冷凝部使用的兩個端部直線部的長度有意地做成不同，在長度長者的冷凝部上安裝有比長度短者多的散熱翅片。由此能對兩個冷凝部設(shè)定不同的冷凝能力，即使在低溫下長者的冷凝部凍結(jié)的場合，短者的冷凝部也能工作，能夠進(jìn)行發(fā)熱體的冷卻。另外，在外部氣體溫度比較高的場合，由于所有的冷凝部都作為熱管工作，能夠得到充分的冷卻效果。
文檔編號B60K11/00GK202304514SQ20112023936
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者北島寬規(guī), 白石雄三, 酒寄一志 申請人:日立電線株式會社