特許 7535983 電気機器ユニット

(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】

(24)【登録日】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】電気機器ユニット

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20240809BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 H

H02M7/48 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021138599

(22)【出願日】2021-08-27

(65)【公開番号】P2023032456

(43)【公開日】2023-03-09

【審査請求日】2023-08-14

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(72)【発明者】

【氏名】古谷 峻千

【審査官】小林 大介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１０９３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１７７５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９０９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１０５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７０２５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、
前記筐体の内部に配置されるとともに、ファン及び主回路部を備える電気機器と、
前記筐体の内部で前記ファンによる通風方向での前記主回路部の下流側に配置されるとともに、前記主回路部の入力を行う主回路入力部及び前記主回路部の出力を行う主回路出力部の少なくともいずれか１つと、
を備え、
前記ファンは、前記主回路部と、前記主回路入力部及び前記主回路出力部と、の間に配置されている、
電気機器ユニット。

【請求項2】

前記筐体の内部で前記ファンの排気側に配置されるとともに、前記主回路部に接続される主回路用部品と、
前記筐体の内部で前記ファンの吸気側に配置されるとともに、前記主回路部を制御する制御回路用部品と、
を備える
請求項１に記載の電気機器ユニット。

【請求項3】

前記通風方向の両側で前記内部に通じる通気口が形成されている前記筐体を備える請求項１又は請求項２に記載の電気機器ユニット。

【請求項4】

前記通風方向は、鉛直方向に対応する前記筐体の上下方向に交差する方向である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気機器ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気機器ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、筐体に配置されたファンによって筐体内部に冷却風を流通させる電力変換装置がある。
しかしながら、筐体の天壁等の適宜の一部に配置されるファンを備える場合、筐体内部に配置される複数の電気機器のレイアウトの自由度が筐体の形状に応じて規制され、筐体内部での複数の電気機器の配置効率及び冷却効率を向上させることができない可能性があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１８８６２２号公報

【文献】国際公開第２０１９／０９７７１２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、筐体内部での複数の構成要素の配置効率及び冷却効率を向上させることができる電気機器ユニットを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の電気機器ユニットは、筐体と、電気機器と、主回路入力部及び主回路出力部の少なくともいずれか１つとを備える。電気機器は、筐体の内部に配置される。電気機器は、ファン及び主回路部を備える。主回路入力部は主回路部の入力を行う。主回路出力部は主回路部の出力を行う。主回路入力部及び主回路出力部の少なくともいずれか１つは、筐体の内部でファンによる通風方向での主回路部の下流側に配置される。ファンは、主回路部と、主回路入力部及び主回路出力部と、の間に配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の電気機器ユニットの構成を示す斜視図。

【図2】実施形態の電気機器ユニットの筐体の一部を破断して上下方向（Ｚ軸方向）の上方から見た図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の電気機器ユニットを、図面を参照して説明する。

【0008】

図１は、実施形態の電気機器ユニット１０の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態の電気機器ユニット１０の筐体の一部を破断して上下方向（Ｚ軸方向）の上方から見た図である。

【0009】

以下、３次元空間で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向は、各軸に平行な方向である。例えば、電気機器ユニット１０の左右方向は、Ｘ軸方向に平行である。電気機器ユニット１０の前後方向は、Ｙ軸方向に平行である。電気機器ユニット１０の上下方向及び鉛直方向は、Ｚ軸方向に平行である。Ｚ軸方向の正方向は、電気機器ユニット１０の下部から上部に向かう方向である。

【0010】

図１及び図２に示すように、実施形態の電気機器ユニット１０は、例えば、電気設備等に備えられる盤である。盤は、電力変換装置、電源装置及びモータ駆動装置等を構成する配電盤、分電盤及び制御盤等である。
電気機器ユニット１０は、筐体１１と、筐体１１内に設けられた複数の電気機器１２及び複数の回路用部品１３と、を備える。
筐体１１は、前後方向の前部１１Ｆに形成された開口部２１を開閉する開閉扉２２を備える。筐体１１には、例えば、左右方向の両端部（つまり左右の側部）１１Ｒ，１１Ｌに吸気口２３及び排気口２４が形成されている。吸気口２３及び排気口２４は、筐体１１の内部を流通する冷却用の空気を換気する。

【0011】

複数の電気機器１２は、筐体１１の内部に配置されている。複数の電気機器１２の各々は、例えば、電力変換器３１と、ファン３２と、を備える。電力変換器３１は、例えば、主回路部を構成する複数の半導体素子３１ａ及び入出力部を構成する複数の導体３１ｂ等の回路構成要素を備える。電力変換器３１は、例えば、インバータ等である。
電力変換器３１の複数の半導体素子３１ａは、例えば、通電切替用のスイッチング素子であるトランジスタ及び整流用のダイオード等である。複数の導体３１ｂは、例えば、電力変換器３１の通電の入力及び出力の少なくともいずれかを行う。各導体３１ｂの外形は、例えば金属による棒状又は板状等である。

【0012】

電力変換器３１の複数の半導体素子３１ａは、例えば、ヒートシンクを有する基板上に配置されている。複数の半導体素子３１ａは、例えば、基板に設けられたヒートシンク等の冷却媒体によって冷却される。複数の半導体素子３１ａは、例えば、ファン３２の吸気側に配置されている。
電力変換器３１の複数の導体３１ｂは、例えば、ファン３２による冷却風の通風方向Ｆに沿って配置されている。各導体３１ｂの少なくとも一部は、ファン３２による冷却風の通風方向Ｆでの電力変換器３１の下流側に配置されている。例えば、電力変換器３１の基板上の回路構成要素に接続された各導体３１ｂの少なくとも一部は、ファン３２の排気側に配置されている。各導体３１ｂの少なくとも一部は、ファン３２の送風による冷却風によって冷却される。

【0013】

ファン３２は、例えば、送風方向Ｆでの電力変換器３１の複数の半導体素子３１ａと各導体３１ｂの少なくとも一部との間に配置されている。例えば、ファン３２は、送風方向Ｆでの上流側の複数の半導体素子３１ａと、送風方向Ｆでの下流側の各導体３１ｂの少なくとも一部との間に配置されている。
ファン３２の通風方向Ｆは、筐体１１の上下方向に交差する方向である。例えば、ファン３２の通風方向Ｆは、筐体１１の左右方向に平行であって、筐体１１の吸気口２３及び排気口２４に連なる方向である。

【0014】

複数の回路用部品１３の各々は、ファン３２の送風による冷却風によって冷却される冷却対象物である。複数の回路用部品１３は、例えば、第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂを備える。第１回路用部品１３ａは、例えば、各電気機器１２の電力変換器３１を制御する制御回路用の部品である。第１回路用部品１３ａは、例えば、基板及びリレー等の部品である。第２回路用部品１３ｂは、例えば、各電気機器１２の主回路部に接続される部品である。第２回路用部品１３ｂは、例えば、導体、ヒューズ、コンデンサ及びトランス等の部品である。

【0015】

第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂは、筐体１１の内部で各電気機器１２のファン３２による通風方向Ｆでの各電気機器１２の両側に配置される。第１回路用部品１３ａは、ファン３２の吸気側、例えば通風方向Ｆでの各電気機器１２の上流側に配置されている。第２回路用部品１３ｂは、ファン３２の排気側、例えば通風方向Ｆでの各電気機器１２の下流側に配置されている。相対的に第２回路用部品１３ｂに設定される所定の上限温度は第１回路用部品１３ａに設定される所定の上限温度よりも高い。

【0016】

このような構成のもと、ファン３２を駆動させることにより、筐体１１の吸気口２３を介して外気が筐体１１内に引き込まれて冷却風となり、この冷却風が筐体１１内を水平方向（上下方向に交差する方向、通風方向Ｆ）に流れる。そして、排気口２４から冷却風が排気される。この吸気口２３から排気口２４へと冷却風が流れる間に、第１回路用部品１３ａや第２回路用部品１３ｂが冷却される。同時に、電力変換器３１の複数の半導体素子３１ａはヒートシンク等の冷却媒体を介して冷却され、複数の導体３１ｂはファン３２の送風による冷却風によって冷却される。

【0017】

以上説明した実施形態によれば、電気機器ユニット１０は、ファン３２の通風方向Ｆに対して、主回路部を構成する複数の半導体素子３１ａの下流側に入出力部を構成する複数の導体３１ｂを備えることにより、冷却効率を向上させることができる。例えば、ファン３２の通風方向Ｆでの複数の半導体素子３１ａの上流側に複数の導体３１ｂが配置される場合に比べて、各電気機器１２での主な発熱部位の１つである各導体３１ｂの放熱による熱が複数の半導体素子３１ａに伝達することを抑制することができる。

【0018】

また、筐体１１の内部に配置される各電気機器１２がファン３２を備えることにより、筐体１１の内部での各種用品の配置効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の天壁にファンを設ける場合、ファンが筐体１１の天壁から外方に向かって突出することによって、突出部位の周囲に用品配置に用いることができない無駄な空間が生じるおそれがある。筐体１１の天壁にファンを設ける場合と比較して筐体１１の高さを抑えることができるので、電気機器ユニット１０の高さ方向を抑えることもできる。

【0019】

電気機器ユニット１０は、ファン３２の通風方向Ｆの吸気側及び排気側の両側に配置される第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂを備えることにより、第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂの配置効率及び冷却効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の一部に配置される冷却用のファンを備える場合に比べて、各回路用部品１３ａ，１３ｂの所望の冷却効率を確保するためにレイアウトの自由度が規制されることを抑制することができる。１つのファン３２の上流側の冷却風の流れと下流側の冷却風の流れの両方を用いて第１回路用部品１３ａや第２回路用部品１３ｂを冷却できる。

【0020】

ファン３２を第１及び第２回路用部品１３ａ，１３ｂの中央（両者１３ａ，１３ｂの間）に配置することで、各回路用部品１３ａ，１３ｂに満遍なく強い風（冷却風）を当てることができる。電気機器１２に設けられたファン３２を利用して各回路用部品１３ａ，１３ｂも冷却するので、例えば第１回路用部品１３ａ側及び第２回路用部品１３ｂ側の各々に冷却用のファンを備えることを不要とし、電気機器ユニット１０の部品点数も低減できる。

【0021】

制御回路用の部品である第１回路用部品１３ａと主回路部に接続される部品である第２回路用部品１３ｂとはファン３２の吸気側及び排気側に分離されていることにより、相互の発熱による伝熱を抑制することができる。第１回路用部品１３ａはファン３２の吸気側に配置されていることによって、例えば第１回路用部品１３ａがファン３２の排気側に配置される場合に比べて、第２回路用部品１３ｂの発熱による熱の伝達を抑制することができる。

【0022】

筐体１１の内部で適宜に配置される複数のファン３２を備えることにより、筐体１１の内部で冷却風の通風方向Ｆを適宜に設定することができる。冷却風の通風方向Ｆに応じて複数の回路用部品１３の所望の冷却効率を確保しながら配置効率を向上させることができる。

【0023】

ファン３２の通風方向Ｆの両側に吸気口２３及び排気口２４が形成されている筐体１１を備えることにより、各電気機器１２の両側に配置される第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂの冷却効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の一部に配置される冷却用のファンを備える場合に比べて、筐体１１内部の空間に無駄なスペースが生じることなく、筐体１１の内面の近傍まで効率的に複数の構成要素を配置することができる。

【0024】

筐体１１の上下方向に交差する方向、例えば左右方向に平行な通風方向Ｆのファン３２が配置された各電気機器１２を備えることにより、上下方向の上部及び下部に至るまでの空間に複数の構成要素を配置することができる。例えば、筐体１１の上下方向の形状及び寸法が適宜に規制される場合であっても、筐体１１内部の複数の構成要素に対する所望の冷却効率を確保しつつ、配置効率を向上させることができる。

【0025】

以下、変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同一部分については、同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。
上述した実施形態では、ファン３２の通風方向Ｆは筐体１１の左右方向に平行であるとしたが、これに限定されない。例えば、通風方向Ｆは、筐体１１の適宜の方向に設定されてもよい。また、複数の電気機器１２のファン３２は、筐体１１の内部での冷却風の気流形状が適宜の形状となるように配置されてもよい。

【0026】

上述した実施形態では、各電気機器１２の電力変換器３１での通電の入力又は出力を行う導体３１ｂは、例えば、編線又は積層板によって可撓性を有するフレキシブル導体等であってもよい。各電気機器１２は、フレキシブル導体である導体３１ｂを備えることにより、表面積の増大によって冷却効率を向上させることができるとともに、振動の減衰又は絶縁を行うことができる。

【0027】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電気機器ユニット１０は、ファン３２の通風方向Ｆに対して、主回路部を構成する複数の半導体素子３１ａの下流側に入出力部を構成する複数の導体３１ｂを備えることにより、冷却効率を向上させることができる。例えば、ファン３２の通風方向Ｆでの複数の半導体素子３１ａの上流側に複数の導体３１ｂが配置される場合に比べて、各電気機器１２での主な発熱部位の１つである各導体３１ｂの放熱による熱が複数の半導体素子３１ａに伝達することを抑制することができる。

【0028】

また、筐体１１の内部に配置される各電気機器１２がファン３２を備えることにより、筐体１１の内部での各種用品の配置効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の天壁にファンを設ける場合、ファンが筐体１１の天壁から外方に向かって突出することによって、突出部位の周囲に用品配置に用いることができない無駄な空間が生じるおそれがある。筐体１１の天壁にファンを設ける場合と比較して筐体１１の高さを抑えることができるので、電気機器ユニット１０の高さ方向を抑えることもできる。

【0029】

電気機器ユニット１０は、ファン３２の通風方向Ｆの吸気側及び排気側の両側に配置される第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂを備えることにより、第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂの配置効率及び冷却効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の一部に配置される冷却用のファンを備える場合に比べて、各回路用部品１３ａ，１３ｂの所望の冷却効率を確保するためにレイアウトの自由度が規制されることを抑制することができる。１つのファン３２の上流側の冷却風の流れと下流側の冷却風の流れの両方を用いて第１回路用部品１３ａや第２回路用部品１３ｂを冷却できる。

【0030】

ファン３２を第１及び第２回路用部品１３ａ，１３ｂの中央（両者１３ａ，１３ｂの間）に配置することで、各回路用部品１３ａ，１３ｂに満遍なく強い風（冷却風）を当てることができる。電気機器１２に設けられたファン３２を利用して各回路用部品１３ａ，１３ｂも冷却するので、例えば第１回路用部品１３ａ側及び第２回路用部品１３ｂ側の各々に冷却用のファンを備えることを不要とし、電気機器ユニット１０の部品点数も低減できる。

【0031】

制御回路用の部品である第１回路用部品１３ａと主回路部に接続される部品である第２回路用部品１３ｂとはファン３２の吸気側及び排気側に分離されていることにより、相互の発熱による伝熱を抑制することができる。第１回路用部品１３ａはファン３２の吸気側に配置されていることによって、例えば第１回路用部品１３ａがファン３２の排気側に配置される場合に比べて、第２回路用部品１３ｂの発熱による熱の伝達を抑制することができる。

【0032】

筐体１１の内部で適宜に配置される複数のファン３２を備えることにより、筐体１１の内部で冷却風の通風方向Ｆを適宜に設定することができる。冷却風の通風方向Ｆに応じて複数の回路用部品１３の所望の冷却効率を確保しながら配置効率を向上させることができる。

【0033】

ファン３２の通風方向Ｆの両側に吸気口２３及び排気口２４が形成されている筐体１１を備えることにより、各電気機器１２の両側に配置される第１回路用部品１３ａ及び第２回路用部品１３ｂの冷却効率を向上させることができる。例えば、筐体１１の一部に配置される冷却用のファンを備える場合に比べて、筐体１１内部の空間に無駄なスペースが生じることなく、筐体１１の内面の近傍まで効率的に複数の構成要素を配置することができる。

【0034】

筐体１１の上下方向に交差する方向、例えば左右方向に平行な通風方向Ｆのファン３２が配置された各電気機器１２を備えることにより、上下方向の上部及び下部に至るまでの空間に複数の構成要素を配置することができる。例えば、筐体１１の上下方向の形状及び寸法が適宜に規制される場合であっても、筐体１１内部の複数の構成要素に対する所望の冷却効率を確保しつつ、配置効率を向上させることができる。

【0035】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0036】

１０…電気機器ユニット、１１…筐体、１２…電気機器、１３ａ…第１回路用部品、１３ｂ…第２回路用部品、２３…吸気口、２４…排気口、３２…ファン

【図1】

【図2】