特許 6284828 電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6284828

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】電気機器

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20180215BHJP

【ＦＩ】

   H05K7/20 H

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-112337(P2014-112337)

(22)【出願日】2014年5月30日

(65)【公開番号】特開2015-226047(P2015-226047A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年3月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090310

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 正俊

(72)【発明者】

【氏名】金子 真幸

【審査官】 久松 和之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６４９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４５４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２０２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００５８３３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０２Ｍ ３／００ − ３／４４

Ｈ０５Ｋ ５／００ − ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

防塵領域と、それ以外の開放領域とに区画され、前記防塵領域の一部に第１の開口が設けられ、前記第１の開口を被蓋している蓋板を有する筐体と、
前記筐体の防塵領域内に設けられ、内部に要冷却部品が設けられ、前記第１の開口側に開口した第２の開口を有するヒートシンクと、
前記蓋板に形成された空気流通口と、
前記蓋板の内面に取り付けられ、前記空気流通口を介して流通する空気が通過する空気流通路が内部に形成され、外面の少なくとも一部が前記第２の開口を被蓋している伝熱性の空気流通路形成部とを、
有する電気機器。

【請求項2】

請求項１記載の電気機器において、前記筐体は、一方の側面が開口されて第１の開口とされた直方体状とされ、前記蓋板は、前記第１の開口を被う側板である電気機器。

【請求項3】

請求項１記載の電気機器において、前記筐体内には、前記ヒートシンクとは別のヒートシンクに取り付けられた別の要冷却部品が設けられ、前記ヒートシンク及び前記別のヒートシンクとを冷却するためのファンが前記筐体内に設けられ、前記ファンは、前記筐体内における前記空気流通路形成部の近傍に設けられている電気機器。

【請求項4】

請求項１記載の電気機器において、前記空気流通路形成部は、一端側に前記筐体内で開放領域に連通する第３の開口を有し、前記空気流通口は、前記空気流通路形成部の他端側に形成されている電気機器。

【請求項5】

請求項１記載の電気機器において、前記防塵領域が有する支持板には、前記第２の開口に前記空気流通路形成部の外面の少なくとも一部が挿入可能なように切欠が形成されている電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機器に関し、特に、要冷却部品を冷却する冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器、例えば電源装置には、電力半導体素子やこれを制御する回路が使用されており、これらを冷却する必要がある。この冷却構造の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、筐体の内部に発熱する回路モジュールが配置されている。この回路モジュールは、カバーで覆われ、かつヒートシンクに熱的に接続されている。ヒートシンクは、筐体内に露出されている。ヒートシンクが位置する第１の通風路と、上記のカバーが位置する第２の通風路とに、筐体の内部が仕切られている。筐体にはファンが設けられ、このファンが第１及び第２の通風路内に冷却用空気を流す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１６４９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術によれば、回路モジュールがカバーで覆われているので、回路モジュールが粉塵に晒されることを防止した上で、回路モジュールを冷却することができる。しかし、カバーの内部に収容されている回路モジュールを保守点検する場合、カバーを外す必要があり、保守点検作業が面倒である。

【0005】

本発明は、要冷却部品が粉塵に晒されることを防止した上で冷却を行いつつ、保守点検も容易に行える電気機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様の電気機器は、筐体を有している。筐体は、防塵領域と、それ以外の開放領域とに区画されている。防塵領域は、例えば、筐体内を仕切る仕切壁と筐体の側板と後述する蓋板とで囲まれているものとすることができる。防塵領域の一部に第１開口が設けられている。開口の形状は、任意であり、例えば矩形、円形等である。この第１開口を蓋板が被蓋している。蓋板は、第１開口に対応する形状である。筐体内の防塵領域内にヒートシンクが設けられている。このヒートシンクの内部には、要冷却部品、例えば電力半導体素子、その制御回路、インダクタ、コンデンサ等が設けられている。このヒートシンクは、筐体本体の第１開口側に開口した第２開口を有している。このヒートシンクは、例えば筐体とは別個に形成した箱型のものを、筐体内の防塵領域に収容することによって構成することができるし、或いは、筐体の内部を、仕切りによって仕切ることによって構成することもできる。前記蓋板に空気流通口が形成されている。空気流通口から空気が流入することも可能であるし、空気が流出することも可能である。前記蓋板の内面に空気流通路形成部が取り付けられている。空気流通路形成部の内部に、前記空気流通口を介して流通する空気が通過する空気流通路が形成され、この空気流路形成部の外面の少なくとも一部が前記第２の開口を被蓋している。空気流通路形成部は、伝熱性の材料によって構成されている。

【0007】

このように構成された電気機器では、筐体内の防塵領域に備えられたヒートシンクの第２の開口は、空気流通路形成部の少なくとも一部によって被蓋されているので、防塵領域内のヒートシンクの内部も防塵構造とされている上に、ヒートシンクの内部の要冷却部品が発生した熱は、空気流通路に伝達される。この空気流通路には、空気流通口を介して空気が流通しているので、要冷却部品が冷却される。また、空気流通路形成部の少なくとも一部がヒートシンクの第２の開口を被っているので、防塵領域及びヒートシンク内の要冷却部品が粉塵に晒されない。しかも空気流通路形成部は、蓋板に設けられているので、蓋板を第１の開口から外すと、筐体内のヒートシンクの第２の開口から空気流通路形成部が外れて、防塵領域とその内部に設けられたヒートシンクが露出される。その結果、単に蓋板を外せば、保守点検が容易に行える。

【0008】

前記筐体は、直方体状に形成することができる。その場合、直方体状の筐体の一方の側面が開口されて第１の開口が形成される。前記蓋板は、第１の開口を被う側壁である。

【0009】

このように構成すると、直方体状の筐体の側壁を外すことによって、保守点検が行えるので、更に保守点検が容易となる。

【0010】

前記筐体内には、前記ヒートシンクとは別のヒートシンクに取り付けられた別の要冷却部品を設けることができる。この場合、前記ヒートシンク及び前記別のヒートシンクとを冷却するためのファンも前記筐体内に設けられる。このファンは、前記筐体内における前記空気流通路形成部の近傍に設けられている。

【0011】

このように構成すると、空気流通路内の圧力損失が大きくても、ファンの作用により冷却用の空気が確実に空気流通路内を流れるため、ヒートシンク内の要冷却部品を冷却することができる。

【0012】

前記空気流通路形成部は、一端側に前記筐体内に連通する第３の開口を有するものとすることができる。この場合、前記空気流通口は、前記空気流通路形成部の他端側に形成されている。

【0013】

このように構成すると、空気流通口を流通する空気は、筐体外部と、第１の開口と空気流通路及び第３の開口からなる経路で開放領域との間を流れるので、ヒートシンクの第２の開口を閉じている空気流通路形成部の蓋に該当する部分も効率よく冷却され、ヒートシンク内の要冷却部品を効率よく冷却することができる。

【0014】

前記防塵領域が有する支持板、例えばヒートシンクの支持板には、前記第２の開口に前記空気流通路形成部の外面の少なくとも一部が挿入可能なように切欠を形成することができる。

【0015】

このように構成すると、切欠が空気流通路形成部の位置決め部材として機能するので、空気流路形成部が第２の開口に密着し、放熱効率を向上させることができる。また、切欠に空気流通路形成部が挿入されるので、側板を閉じると防塵領域と開放領域との間の隙間も塞がれるため、防塵領域内に粉塵が入り込むことがなく、さらにヒートシンク内部も粉塵に晒されることがない、耐環境性のよい電気装置を構成することができる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明によれば、電気機器が備える要冷却部品が粉塵に晒されることが防止できる上に、要冷却部品の冷却を行うことができ、更に、要冷却部品の保守点検が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態による電気機器の縦断面図である。

【図2】図１の電気機器の分解斜視図である。

【図3】図１の電気機器の一部の拡大平面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態による電気機器の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の第１の実施形態の電気機器は、例えば溶接機等の電源装置である。この電源装置は、図１及び図２に示すように筐体２を有している。筐体２は、例えば概略直方体に金属によって形成され、上壁４、下壁６、正面壁８、背面壁１０及び側壁１２、１４を有している。側壁１４は、枠を残して矩形に除去されて、第１の開口、例えば矩形の側壁開口１６が側壁１４に形成されている。この側壁開口１６を被蓋するように、蓋板、例えば側壁板１８が着脱自在に側壁１４に取り付けられている。側壁板１８は、側壁１４と一致する大きさである。

【0019】

図１に示すように、筐体２内における側壁１２側に寄った位置に正面壁８と背面壁１０とに跨って仕切壁２２が配置されている。この仕切壁２２は、上壁４と接しているが、下壁６とは接していない。仕切壁２２の下部から側壁板１８に達する支持板３０が水平に設けられている。この支持板３０は、図２に示すように正面壁８と背面壁１０との間に跨っている。この仕切壁２２の背面壁１０側の面に、複数、例えば２つのヒートシンク２４が上壁４及び下壁６の方向、即ち上下方向に沿って設けられている。これらヒートシンク２４には、図示していないが、電源装置において使用する要冷却部品、例えば電力用半導体素子が熱的に結合されている。電力用半導体素子は、例えば仕切壁２２のヒートシンク２４と反対側の面に取り付けられ、仕切壁２２を貫通してヒートシンク２４に取り付けられている。ヒートシンク２４は、側壁１２との間に間隙を有し、ヒートシンク２４のうち上部にあるものに対応して、空気流通口２６が側壁１２に形成されている。これら空気流通口２６は、正面壁８及び背面壁１０の方向に長く、上下方向に間隔をおいて複数形成されたものを一群として、複数群が正面壁８及び背面壁１０の方向、即ち前後方向に沿って側壁１２に設けられている。

【0020】

仕切壁２２の下部よりも下方に位置するように、送風手段、例えばファン２８が図２に示すように、背面壁１０に設けられている。このファン２８を動作させることによって、図１に細線で示すように、空気流通口２６から筐体２内に導入された空気がヒートシンク２４を通り、筐体２内を後方に向かって進行し、ファン２８によって筐体２の外部に放出される。空気がヒートシンク２４を通ることにより、ヒートシンク２４に取り付けられている電力半導体素子等が冷却される。

【0021】

仕切壁２２のヒートシンク２４と反対側の面には、図示していないが、電力用半導体素子以外の電源装置の部品が取り付けられている。

【0022】

また、この支持板３０上に、ヒートシンク３２が取り付けられている。ヒートシンク３２は、仕切壁２２と間隔をおいて位置し、また側壁１４の側壁開口１６とも間隔をおいて位置している。ヒートシンク３２は、内部が空洞の例えば縦長の箱型のもので、側壁１４に面した面が第２の開口、例えば矩形開口３４として開口している。

【0023】

このヒートシンク３２は、図３に拡大して示すように正面壁８に設けたＬ形アングル３６の水平部分に上下方向に設けた回転軸体、例えばボルト３８の回りに回転自在とされている。従って、側壁１６側にボルト３８の回りにヒートシンク３２は、図３に矢印で示すように９０度回転可能である。仕切壁２２上に設けられ、ヒートシンク３２によって隠された部分に設けられた部品の保守点検は、ヒートシンク３２を回転させることによって容易に行える。なお、符号４０で示したものは、ヒートシンク３２に対するストッパで、仕切壁２２に設けられている。

【0024】

図１に示すように、矩形開口３４と対向するヒートシンク３２内の壁に、基板４２が取り付けられている。基板４２には、要冷却部品、例えば電力用半導体素子の制御回路を構成する集積回路等の部品が配置されている。これら部品は矩形開口３４から突出することなく、ヒートシンク３２内にある。これら部品は、粉塵等に晒されることを避けたいものである。この基板４２上の部品に対しての筐体２の外部からの保守点検は、矩形開口３４及び側壁開口１６を通じて行うことができる。

【0025】

側壁板１８の内面には、空気流通路形成部４４が設けられている、この空気流通路形成部４４は、側壁開口１６を覆うように側壁１４に側壁板１８を取り付けた状態において、ヒートシンク３２の矩形開口３４を完全に覆うように側壁１４の内面から離れて位置する矩形状の蓋部、例えば蓋背壁４６を有している。この背壁４６によって、ヒートシンク３２は密閉されている。この蓋背壁４６の両長手縁から側壁板１４の内面にまで伸びる矩形の蓋側壁４８、５０が設けられ、蓋背壁４６の上縁から側壁板１４の内面に伸びる矩形の蓋上壁５２が設けられている。蓋背壁４６、蓋側壁４８、５０、蓋上壁５２及び側壁板１８によって囲われた空間は、その下方が筐体２内に開放された第３の開口、例えば下部開口４７を有する直方体状の空気流通路とされている。これら蓋背壁４６、蓋側壁４８、５０及び蓋上壁５２は、伝熱性材、例えば金属によって一体に形成され、蓋上壁５２、蓋側壁４８、５０の側壁板１８の内面に接する縁が、例えば溶接によって側壁板１８に固定されている。従って、空気流通路形成部４４は、側壁板１６と共に移動する。

【0026】

蓋背壁４６の上部側に対応する側壁板１８の位置には、空気流通路形成部４４によって形成された空気流通路の上部に位置するように、複数の空気流通口５４が上下方向に沿って間隔をおいて形成されている。上述したファン２８は、実際には図１に示すように空気流路形成部４４の下部開口４７の近傍に配置されている。従って、ファン２８が駆動されると、図１に細線で示すように、空気流通口５４から空気が導入され、蓋背壁４６の上部側から下部側に流れ、下部開口４７から筐体２内に流入し、ファン２８によって筐体の外部に排出される。このとき、ヒートシンク３２内の基板４２上の部品が発生した熱は、蓋背壁４６に伝熱されており、上記の空気の流れに晒されているので、ヒートシンク３２内の基板４２上の部品は、冷却される。このファン２８が空気流通路形成部４４に近い位置に設けられているので、空気流路形成部の圧力損失が大きくても確実に蓋背壁４６を上から下に向かって空気が流れ、良好にヒートシンク３２内の部品を冷却することができる。

【0027】

図２に示すように、支持板３０の矩形開口１６側の縁には、切り込み５６が形成されている。この切り込み５６は、側壁板１８が側壁開口１６を閉じるように側壁１４に取り付けられたとき、空気流路形成部４４の蓋背壁４６及び蓋側壁４８が挿入されてヒートシンク３２の矩形開口３４に密着するように切り込み量及び切り込み幅が決定されており、空気流路形成部４４のヒートシンク３２に対する位置決め部として機能している。切り込み５６に空気流路形成部４４の一部が挿入されるので側壁板１８を閉じると、側壁１４と上壁４と仕切壁２２と支持板３０と正面壁８と背面壁１０で囲まれた領域には粉塵に晒されない防塵領域が形成される。空気流路形成部４４の支持板３０の下部に第３の開口、例えば空気孔４７が形成され、空気流路形成部４４が開放領域に連通している。従って、ファン２８によって流れる空気は空気流通口５４から第３の開口４７を通って、ファン２８から抜けるように流れる為、１つのファン２８で防塵領域と開放領域の両方に冷却空気を流す事ができる。

【0028】

図１及び図２では省略したが、ヒートシンク３２の上部や支持板３０の下部にも、電源装置の他の部品が配置されている。

【0029】

このように構成した電源装置では、上述したようにファン２８を駆動することによって、ヒートシンク２４に設けられた電力用半導体素子が冷却され、かつヒートシンク３２内の基板４２上の部品も冷却される。側壁板１８と側壁１４と上壁４と仕切壁２２と支持板３０と正面壁８と背面壁１０で囲まれた領域は粉塵に晒されない防塵領域が形成される。更に、空気流通路形成部４４の蓋背壁４６によって、ヒートシンク３２は密閉されているので、粉塵等がヒートシンク３２内に侵入しない。また、空気流通路形成部４４は側壁板１８の内面に設けられているので、側壁板１８を取り外すと、ヒートシンク３２の矩形開口３４が側壁開口１６側に表れ、ヒートシンク３２内の部品の保守点検が筐体２の外部から容易に行える。特に、筐体２の側壁板１８を外すことによって保守点検が行えるので、例えば上壁４を取り外して保守点検を行う場合よりも、容易に行える。また、ヒートシンク３２は、ボルト３８の回りに回転自在であるので、ヒートシンク３２をボルト３８の回りに回転させることによって、ヒートシンク３２の後方にある部品の保守点検も容易に行える。また、側壁板１８を側壁開口１６に取り付ける際、切り込み５６に空気流通路形成部４４が挿入されるので、空気流通路形成部４４の蓋背壁４６によって確実にヒートシンク３２の矩形開口３４を密閉することができ、粉塵等がヒートシンク３２内に侵入しにくくすることができる。

【0030】

本発明の第２の実施形態の電源装置を図４に示す。この実施形態の電源装置では、支持板３０と仕切板２２とにそれぞれ接触し、かつ上壁４まで到達する長さを有する２つの側壁５８を正面壁８及び背面壁１０方向に間隔をおいて配置してヒートシンク３２ａを形成してある。無論、側壁開口１６側に、このヒートシンク６０は矩形開口を有している。この矩形開口を完全に被うように、即ち上壁４から支持板３０より幾分下方まで到達する長さの背壁４６ａを空気流通路形成部４４ａが有している。空気流通路形成部４４ａの蓋上壁５２ａは上壁４に接触している。蓋背壁４６と蓋上壁５２ａとに接触するように空気流通路形成部４４ａの蓋側壁４８ａ、５０ａが形成されている。なお、側壁板１８に形成されている空気流通口５４の数は、蓋背壁４６ａの長さが伸びたことに対応して増大させてあるし、枠状の側壁１４も完全に除去されている。他の構成は、第１の実施形態の電源装置と同一であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。この電源装置も、第１の実施形態の電源装置と同様に動作する。

【0031】

上記の両実施形態では、本発明を電源装置に実施したが、これに限ったものではなく、要冷却部品を使用する電気機器であれば、他のもの、例えば電力機器やデスクトップ型のパーソナルコンピュータにも実施することができる。上記の両実施形態では、第１の開口は筐体２の側壁に形成したが、これに限ったものではなく、例えば上壁または背面壁に形成することもできる。上記の両実施形態では、筐体２は直方体状のものを使用したが、これに限ったものではなく、例えば円柱状のものや多角柱状のものを使用することもできる。上記の両実施形態では、ヒートシンク２４を設けて、ヒートシンク３２内以外の部品も冷却するように構成したが、ヒートシンク３２内のみに要冷却部品を配置するように使用することもある。

【0032】

第１の実施形態では、側壁板１８と側壁１４と上壁４と仕切壁２２と支持板３０と正面壁８と背面壁１０とで防塵領域を形成したが、これらの使用に限らず、筐体内に配置可能な他のものを使用して防塵領域を形成することもできる。また、第１の実施形態では、ヒートシンク３２に矩形開口３４を有する縦長の箱型のものを使用したが、これに限ったものではなく、例えば円形の開口を有する円柱状のものや、三角形や五角形等の多角形状の開口を有する角柱状のものを使用することもできる。この場合、開口が側壁開口１６側を向くように、箱型以外のヒートシンクも配置する。またヒートシンク３２は、支持板３０と別個に形成したが、ヒートシンク３２をボルト３８の回りに回転させる必要が無い場合には、支持板３０の一部をヒートシンク３２の一部として使用することもできる。また、空気流通路形成部４４は、その蓋背壁４６全域がヒートシンク３２の矩形開口３４を覆うように構成したが、空気流通路形成部４４の長さ寸法を更に大きくし、蓋上壁５２が筐体２の上壁４に近づくようにした上で、蓋背壁４６の一部が矩形開口３４を密閉するように構成することもできる。また通路形成部４４の蓋上壁５２を背壁４６側から側壁板１８側に向かって斜め上方に傾斜した傾斜上壁とすることもできるし、蓋側壁４８を蓋背壁４６から側壁板１８側に向かうに従って正面壁８に近づくように傾斜させ、蓋側壁５０を蓋背壁４６から側壁板１８側に向かうに従って背壁１０に近づくように傾斜させることもできる。

【符号の説明】

【0033】

２ 筐体
１６ 側壁開口（第１の開口）
１８ 側壁板（蓋板）
３２ ヒートシンク
３４ 矩形開口（第２の開口）
４４ 空気流通路形成部
５４ 空気流通口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】