專利名稱：散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用冷卻風(fēng)扇進行強制空冷的散熱器(heat sink),尤 其涉及將來自商用電源等的交流電力變換為任意頻率和電壓的交流電 力并向電動機等供電的逆變器(inverter)裝置的散熱器。
背景技術(shù)：
圖7是這種逆變器裝置的代表性的電路結(jié)構(gòu)圖，該逆變器裝置10 包括對從商用電源等通過端子臺19 (參照圖8)的端子19a施加的 交流電進行整流的整流器11;使該整流后的電壓平滑的電解電容器12; 將該平滑后的電解電容器12的兩端電壓變換為通過端子臺19的端子 19b輸出的期望頻率的交流電壓的逆變器14;提供控制信號，將構(gòu)成 該逆變器14的IGBT等控制在期望的動作狀態(tài)的控制電路15;和作為 生成逆變器14的柵極電源和控制電路15的控制電源等的電源電路的 DC/DC轉(zhuǎn)換器(converter) 16。另外，13是用于抑制電解電容器12 的兩端電壓因來自逆變器裝置IO的負載的再生電力等而上升到規(guī)定值 以上的由制動電阻13a和晶體管13b等構(gòu)成的電阻放電電路，23是對 后述的散熱器(heat sink) 20進行冷卻的冷卻風(fēng)扇，該散熱器20用于 對來自整流器1K逆變器14等發(fā)熱部件的熱進行散熱。
圖8是裝入有圖7所示的逆變器裝置10的現(xiàn)有的逆變器裝置的截 面圖。在該圖中，散熱器20被構(gòu)成為在基座(base) 22的一個面上配 置有整流器11和逆變器14等發(fā)熱部件、并且在基座22的另一個面上 配置有平板狀的多個散熱片21。該散熱器20通過利用冷卻風(fēng)扇23向 散熱片21強制地流通空氣等冷卻流體，對從發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱進行散 熱。
另一方面，如圖8所示，在框體外殼l內(nèi)的主變換電路"電源電路 基板17的部件安裝面(表面)上配置有端子臺19、電解電容器12、 形成DC/DC轉(zhuǎn)換器16的絕緣變壓器16a和電解電容器16b等，另外，
在主變換電路*電源電路基板17的背面上配置有整流器11和逆變器14
作為主變換電路，這些整流器11和逆變器14的一個面被緊密地固定 在散熱器20的基座22的安裝面上。另外，在控制電路基板18上配置 有圖7所示的控制電路15，該控制電路基板18由被固著在框體外殼1 上的框體隔壁2保持，防止主變換電路*電源電路基板17的發(fā)熱對控 制電路基板18造成影響。
用于逆變器裝置10的散熱器20，特別是在應(yīng)用的電動機的容量 小、其尺寸也小時，大多由被稱為鋁壓鑄法的制造方法進行制造。由 鋁壓鑄法制作的散熱器20，與通過將鋁薄板鉚接或焊接在基座表面上 而制作的梳子型散熱片類型的加熱器比較，不僅具有作為散熱部件的 功能，而且還具有作為各種部件的安裝部即框體的功能。
圖9 11表示利用鋁壓鑄法制作的現(xiàn)有的散熱器20，圖9是從上 部觀察散熱器20時的立體圖，圖10是從下部觀察散熱器20時的立體 圖，圖11是散熱器20的仰視圖。如圖9 11所示，在基座22的一個 面上配置有整流器11和逆變器14等發(fā)熱部件，并且，在基座22的另 一個面上，平板狀的多個散熱片21a j相互保持適當(dāng)?shù)拈g隔并大致并 列地整列配置，在冷卻風(fēng)的流入側(cè)設(shè)置有冷卻風(fēng)扇23。另外，在散熱 器20的一部分上，設(shè)置有用于設(shè)置制動電阻13a等部件的空間24。關(guān) 于裝置內(nèi)的冷卻風(fēng)扇23的配置，由于近年來對逆變器裝置的小型化要 求的提高，如圖8 10所示，冷卻風(fēng)扇23的高度尺寸比散熱片21的 高度尺寸大的情況在增加。
在現(xiàn)有的逆變器裝置的散熱器20中，通常為了盡可能地擴大散熱 表面積，在基座表面的除了部件安裝空間24以外的區(qū)域的寬度方向和 冷卻風(fēng)流通方向的大致整個面上設(shè)置有散熱片21。即，如圖10和圖 ll所示，散熱片21由大致同一長度的散熱片21a j構(gòu)成，所有散熱 片21a j的冷卻風(fēng)的流入側(cè)的前端位置50 (冷卻風(fēng)流通方向的前端位 置)，與基座22的端面52的距離相同。
另外，在日本特開2003-60135號公報的例子中，為了減少通過散 熱器的各散熱片間的冷卻風(fēng)的通風(fēng)阻力，使各散熱片的前端位置交替 地前后錯開而配置。
圖12表示圖9 11所示的散熱器20的各散熱片間的風(fēng)速分布測
定例，對在圖11的各散熱片21a 21j間用箭頭表示的流路A K中的 冷卻風(fēng)的風(fēng)速的分布進行測定。
如圖12所示，當(dāng)利用冷卻風(fēng)扇23向各散熱片21a 21j之間送冷 卻風(fēng)時，由于流動的直進性，冷卻風(fēng)難以流動到散熱器的寬度方向兩 端的散熱片上，其結(jié)果，在寬度方向兩側(cè)的散熱片之間風(fēng)速下降。而 且，在冷卻風(fēng)扇23的高度尺寸比散熱片21的高度尺寸大的情況下， 冷卻風(fēng)扇23的旋轉(zhuǎn)方向會對散熱片21上的風(fēng)速分布造成影響。例如， 當(dāng)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向為圖lO的箭頭a所示的方向時，由于與風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn) 相伴的旋轉(zhuǎn)流動的影響，位于旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的流路(圖11、 12的流路J、 K)中的散熱片間的風(fēng)速尤其會下降。
在散熱器中，在風(fēng)速低的區(qū)域，從散熱片表面的熱傳導(dǎo)率當(dāng)然會 下降。因此，現(xiàn)有的散熱器，雖然表面積大，但是由于風(fēng)速的偏差， 整體的散熱能力不一定高。而且，在散熱器由鋁壓鑄法制作的情況下， 因為通過使用模具的批量生產(chǎn)來制造，所以散熱器的制造成本主要由 鋁材料的重量決定。因此，現(xiàn)有的散熱器存在當(dāng)在基座表面上設(shè)置同 樣長度的散熱片時，相對于成本，冷卻性能不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題而做出，其目的是提供一種能夠使各散 熱片間的風(fēng)速均勻化以改善散熱能力，與此相伴實現(xiàn)重量減輕，且性 能價格比(costperformance)高的散熱器。
具體地說，本發(fā)明提供一種散熱器，其特征在于，包括具有第 一基座端面和第二基座端面的基座；和設(shè)置在上述基座的表面上的多 個散熱片，上述散熱片的前端設(shè)置在上述基座的表面上，使得上述第 一基座端面的中央?yún)^(qū)域以外的散熱片的前端比位于上述第一基座端面 的上述中央?yún)^(qū)域的散熱片的前端遠離上述第一基座端面。
在一個優(yōu)選的實施方式中，在至少一些散熱片上或最優(yōu)選在全部 散熱片上，以該散熱片距離上述基座表面的高度在從上述第一基座端
面向上述第二基座端面的方向上增加的方式設(shè)置有傾斜部。優(yōu)選上
述中央?yún)^(qū)域以外的散熱片的前端距離上述中央?yún)^(qū)域越遠，距離上述第
一基座端面越遠。
上述散熱器還可以包括與上述第一基座端面相鄰的冷卻風(fēng)扇。在 該情況下，優(yōu)選上述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的滯后側(cè)的至少一些散熱片 的前端位于上述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的超前側(cè)的一些散熱片的前端的下
根據(jù)本發(fā)明，散熱片的冷卻風(fēng)流通方向的前端位置使冷卻風(fēng)扇附 近以外的區(qū)域的散熱片前端位置位于冷卻風(fēng)扇附近的散熱片前端位置 的下游側(cè)，由此，使各散熱片之間的風(fēng)速分布平均化，其結(jié)果，能夠 提高散熱片整體的冷卻效率，從而能夠構(gòu)成每單位重量的冷卻性能高 的散熱器。
另外，使冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的滯后側(cè)的區(qū)域的散熱片前端位置位 于冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的超前側(cè)的區(qū)域的散熱片前端位置的下游側(cè)，由 此，能夠使以往風(fēng)速下降特別大的旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的風(fēng)速增加，從而能夠 使各散熱片間的風(fēng)速分布進一步平均化，因此，能夠進一步提高每單 位重量的散熱器的冷卻性能。


參照一些優(yōu)選實施方式和附圖對本發(fā)明進行說明。
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的散熱器的立體圖。
圖2是表示第一實施方式的散熱器的仰視圖。 圖3是表示第一實施方式的散熱器的各散熱片間的風(fēng)速分布測定 例的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的散熱器的立體圖。 圖5是表示第二實施方式的散熱器的仰視圖。 圖6是表示第二實施方式的散熱器的各散熱片間的風(fēng)速分布測定 例的圖。
圖7是逆變器裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖8是現(xiàn)有的逆變器裝置的截面圖。
圖9是從上部觀察現(xiàn)有的散熱器時的立體圖。
圖IO是從下部觀察現(xiàn)有的散熱器時的立體圖。
圖11是現(xiàn)有的散熱器的仰視圖。
圖12是表示現(xiàn)有的散熱器的各散熱片間的風(fēng)速分布測定例的圖。
符號說明
11整流器
14逆變器
23冷卻風(fēng)扇
31散熱片(fm)
31m傾斜部
41散熱片
41m傾斜部
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的散熱器的立體圖，圖2是散 熱器的仰視圖，在該圖中，對于與圖7 11相同的部件，標(biāo)注相同的 符號并省略其說明。
如圖1和圖2所示，在本實施方式中，散熱片31的冷卻風(fēng)流通方 向的長度形成為在端面52的中央?yún)^(qū)域的冷卻風(fēng)扇23附近較長(例如 散熱片31d 31g)、在該中央?yún)^(qū)域的冷卻風(fēng)扇23附近以外較短(例如 散熱片31a 31c和31h 31j)，并且，散熱片31的冷卻風(fēng)流通方向的 前端50配置成使得在中央?yún)^(qū)域的冷卻風(fēng)扇23附近以外的散熱片的前 端50位于冷卻風(fēng)扇23附近的散熱片的前端50的下游側(cè)(即，距離基 座端面52更遠)。S卩，各散熱片與冷卻風(fēng)扇23或基座端面52的中央 區(qū)域的側(cè)向距離(lateral distance)越遠，其在冷卻風(fēng)流通方向上的長 度越短，位于冷卻風(fēng)扇23的大致正面的散熱片31d 31g的長度最長， 位于散熱器的寬度方向兩側(cè)的散熱片31a、 31j的長度最短。另外，各 散熱片的冷卻風(fēng)流通方向的前端距離冷卻風(fēng)扇23越遠越位于下游側(cè)， 位于冷卻風(fēng)扇23的大致正面的散熱片31d 31g的前端50位于最上游 側(cè)(與散熱器的冷卻風(fēng)流入側(cè)的流入基座端面52的距離短)，寬度方 向兩側(cè)的散熱片31a、 31j的前端位于最下游側(cè)(與散熱器的冷卻風(fēng)流 入側(cè)的流入基座端面52的距離長)。此外，散熱片31a 31j的冷卻風(fēng) 流通方向的后端位置54 (與散熱器的冷卻風(fēng)流出側(cè)的流出基座端面54 的距離)基本相同。在所舉的例子中，由于在散熱器的角部設(shè)置有緊
固部(fastener portion) 56，所以散熱片31i和31j的后端稍短。另夕卜， 在各散熱片31a 31j上，以從冷卻風(fēng)的流通方向的上游側(cè)向下游側(cè)或 從流入基座端面52向流出基座端面54、散熱片距離基座表面22的高 度從前端位置50開始逐漸增加的方式，設(shè)置有傾斜部31m。此外，傾 斜部31m與基座表面所成的角度如果接近直角，則風(fēng)速的平均化的效 果會降低，如果該角度過小，則散熱片的表面積會減少，因此，根據(jù) 為了將發(fā)熱部件的溫度上升值抑制在容許值以下所需要的表面積，優(yōu) 選將該角度設(shè)為30。 60°左右。
圖3是表示第一實施方式的散熱器的各散熱片間的風(fēng)速分布測定 例的圖，對在圖2的各散熱片31a 31j間用箭頭表示的流路A K中 的冷卻風(fēng)的風(fēng)速的分布進行測定。如圖3所示的那樣，與圖12所示的 現(xiàn)有例的風(fēng)速分布相比較，風(fēng)速被平均化，并且平均風(fēng)速也增加。
該風(fēng)速分布的平均化的一個理由是通過將冷卻風(fēng)扇23附近以外 的區(qū)域的散熱片31a 31c和31h 31j的長度減少、并且使其前端位置 50位于下游側(cè)或遠離流入端面52，壓力損失減少。另外，以散熱片31 距離基座表面的高度隨著從流動的上游側(cè)向下游側(cè)而逐漸增加的方式 設(shè)置有傾斜部31m，由此，在冷卻風(fēng)扇23與散熱片31之間的空間中， 從冷卻風(fēng)扇23流出的冷卻風(fēng)容易在散熱器的寬度方向上移動，這也是 一個理由。
在此，為了使冷卻風(fēng)容易在散熱器的寬度方向上移動，不像本發(fā) 明那樣在散熱片31上形成傾斜部31m，而將冷卻風(fēng)流通方向的散熱片 31的長度本身縮短，將散熱片31與冷卻風(fēng)扇23的間隔擴大，也能夠 實現(xiàn)。但是，通常，隨著散熱片距離基座表面的高度增加，散熱效率 降低，因此，如果表面積相同，則像本發(fā)明這樣在散熱片上形成傾斜 部，能夠提高作為散熱器的散熱性能。
另外，通常，由強制對流產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)率與風(fēng)速的0.5 0.8次方 成比例，在從整個基座表面大致均勻地進行散熱時，與有極端的風(fēng)速 分布的情況相比，風(fēng)速分布平均化的情況下，散熱器的散熱能力更高。 因此，在像本實施方式這樣使在各散熱片之間流動的冷卻風(fēng)的風(fēng)速平 均化的散熱器中，散熱片表面的平均熱傳導(dǎo)率、即每單位面積的散熱 量增加，能夠使為了將由功率模塊(powermodule)形成的整流器11、逆變器14等發(fā)熱部件的溫度上升值抑制在容許值以下所需要的表面 積、即重量減少。
接著，圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的散熱器的立體圖，圖5
是該散熱器的仰視圖，在這些圖中，對于與第一實施方式相同的部件， 標(biāo)注相同的符號并省略其說明。
在圖4和圖5所示的第二實施方式中，散熱片41形成為使得位于 冷卻風(fēng)扇23的旋轉(zhuǎn)方向(箭頭cO的旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)(圖5的右側(cè))的散 熱片的長度比位于旋轉(zhuǎn)超前側(cè)(圖5的左側(cè))的散熱片的長度短，并 且，使旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的區(qū)域的散熱片41f 41j的前端位置位于旋轉(zhuǎn)超前 側(cè)的區(qū)域的散熱片41a 41e的前端位置的下游側(cè)。
圖6是表示第二實施方式的散熱器的各散熱片間的風(fēng)速分布測定 例的圖，對在圖5的各散熱片41a 41j間用箭頭表示的流路A K中 的冷卻風(fēng)的風(fēng)速的分布進行測定。如圖6所示的那樣，與圖3的風(fēng)速 分布相比，流路J、 K的風(fēng)速增加，風(fēng)速更加平均化。因此，在第二實 施方式的散熱器中，每單位面積的散熱量比第一實施方式的散熱器進 一步增加，能夠使為了將功率模塊的溫度上升值抑制在容許值以下所 需要的表面積、即重量進一步減少。
此外，如圖4和圖5所示，在位于冷卻風(fēng)扇23的旋轉(zhuǎn)的超前側(cè)的 散熱片41a 41e上，以從冷卻風(fēng)的流通方向的上游側(cè)向下游側(cè)、散熱 片距離基座表面的高度從前端位置開始逐漸增加的方式設(shè)置有傾斜部 41m，而在位于旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的散熱片41f 41j上沒有設(shè)置傾斜部。其 理由是因為即使不設(shè)置傾斜部，也能夠如圖6所示使風(fēng)速大致平均化， 因此，為了使散熱片的表面積增大，使散熱片41f 41j的前端部分與 基座表面垂直。當(dāng)然，根據(jù)為了將發(fā)熱部件的溫度上升值抑制在容許 值以下所需要的表面積，也可以在位于冷卻風(fēng)扇23的旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的散 熱片41f 41j上設(shè)置傾斜部41m。當(dāng)在散熱片41f 41j上設(shè)置傾斜部 41m的情況下，能夠使位于旋轉(zhuǎn)滯后側(cè)的散熱片41f 41j間的風(fēng)速進 一步增加，并且能夠進一步減輕散熱器的重量。
以上，參照一些優(yōu)選實時方式對本發(fā)明進行了說明。但是，應(yīng)當(dāng) 明白，在權(quán)利要求范圍內(nèi)能夠進行各種變更和變形。例如，以由鋁壓 鑄法制造散熱器對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明也能夠應(yīng)用于由切削
(machining)或銑削(milling)等任何類型的制造方法制造的散熱器 結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種散熱器，其特征在于，包括具有第一基座端面和第二基座端面的基座；和設(shè)置在所述基座的表面上的多個散熱片，所述散熱片的前端設(shè)置在所述基座的所述表面上，使得所述第一基座端面的中央?yún)^(qū)域以外的散熱片的前端比位于所述第一基座端面的所述中央?yún)^(qū)域的散熱片的前端遠離所述第一基座端面。
2. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于在至少一些散熱片上，以該散熱片距離所述基座表面的高度在從 所述第一基座端面向所述第二基座端面的方向上增加的方式設(shè)置有傾 斜部。
3. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于所述中央?yún)^(qū)域以外的散熱片的前端距離所述中央?yún)^(qū)域越遠，距離 所述第一基座端面越遠。
4. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于 還包括與所述第一基座端面相鄰的冷卻風(fēng)扇。
5. 如權(quán)利要求4所述的散熱器，其特征在于所述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的滯后側(cè)的至少一些散熱片的前端位于所 述冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向的超前側(cè)的一些散熱片的前端的下游側(cè)。
6. 如權(quán)利要求2所述的散熱器，其特征在于 全部散熱片均設(shè)置有傾斜部。
7. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于所述散熱片為大致平坦形狀的散熱片，并且以規(guī)定間隔大致平行 地設(shè)置在所述基座的表面上。
8. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于 所述散熱片的后端距離所述第二基座端面大致相同距離。
9. 如權(quán)利要求2所述的散熱器，其特征在于所述傾斜部與所述基座的表面之間的角度為30。 60° 。
10. 如權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于 還包括設(shè)置在所述基座的表面上的元件安裝空間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠使各散熱片間的風(fēng)速均勻化以改善散熱能力，與此相伴實現(xiàn)重量減輕，且性能價格比高的散熱器。散熱片(31)的冷卻風(fēng)流通方向的前端位置配置成使位于冷卻風(fēng)扇(23)的大致正面的散熱片(31d～31g)的前端位置位于最上游側(cè)，使散熱器的寬度方向兩側(cè)的散熱片(31a、31j)的前端位置位于最下游側(cè)。另外，在各散熱片(31a～31j)上，以從冷卻風(fēng)的流通方向的上游側(cè)向下游側(cè)、散熱片距離基座表面的高度從前端位置開始逐漸增加的方式設(shè)置有傾斜部(31m)。
文檔編號H05K7/20GK101193547SQ20071019637
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者山本勉, 鳩崎芳久 申請人:富士電機機器制御株式會社