CN102257711B - 电源装置 - Google Patents

Abstract

电源装置1的壳体2具有：形成有吸气口33的正面面板21；背面面板22；2块侧面面板23、24；底板25；形成有排气口36的顶板26；以及前后隔板28。前后隔板28将壳体2内的空间分隔成正面侧空间30和背面侧空间31，并形成连通所述正面侧空间30和所述背面侧空间31的前后通气口32。在电源装置1的正面侧空间30内具有：电容器56；形成有冷却孔53的散热器52；以及配置于散热器52的表面的半导体元件51。另外，电源装置1具有：能够将背面侧空间31的空气排出到壳体2外面的排气装置81；以及使前后通气口32与冷却孔53的一侧开口部连通的引导构件91。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置，在该电源装置的壳体内具备半导体元件及电容器等电气元器件。 

背景技术

以往的电源装置在立于地面的壳体内，具有沿着上下方向并排配置的多个功率变换单元。该功率变换单元具有安装在与地面平行的底座平面上的多个半导体元件以及多个电解电容器等电子元器件。 

由于这些电子元器件在电源装置工作时会产生热量，因此利用安装于壳体的风扇，使冷却风在功率变换单元上沿着平面流动，从而冷却这些电子元器件(例如，参照专利文献1)。另外，为了提高散热性，通常通过散热器来安装半导体元件，该散热器形成有能够使由风扇产生的冷却风通过的冷却孔。 

专利文献1：日本专利申请特开平11-27930号公报 

在上述电源装置中，由于散热器的冷却孔的通路阻力较大，所以由风扇所产生的冷却风很难通过散热器的冷却孔。因此，安装于散热器上的半导体元件的冷却效果较低。 

另外，在上述电源装置中，半导体元件及电解电容器等电子元器件经常需要维修，但是这些电子元器件却被安装在与地面平行的底座平面上。因此，使得维修时的操作性降低。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明所涉及的电源装置具有相对于地面立起的壳体，该电源装置具备：壳体，其中该壳体包括：正面面板，该正面面板形成有能够将所述壳体外部的空气吸入到所述壳体内部的吸气口；背面面 板，该背面面板与所述正面面板相对配置；2块侧面面板，该2块侧面面板与所述正面面板及所述背面面板一起形成为筒体；前后隔板，配置该前后隔板以将所述壳体内的空间分隔成正面侧空间和背面侧空间，且该前后隔板形成有连通所述正面侧空间与所述背面侧空间的前后通气口；以及顶板，该顶板配置于所述筒体的上端面，且在所述背面侧空间的上方形成有排气口，该电源装置还具备：排气装置，该排气装置配置于所述排气口，且能够将所述背面侧空间的空气排出到所述壳体外部；多个电容器，该多个电容器沿着所述前后隔板的正面侧的表面、沿着上下方向并排地配置；散热器，该散热器沿着所述前后隔板的正面侧的表面配置在所述前后通气口与所述电容器之间，且该散热器形成有冷却孔，该冷却孔从所述电容器一侧向着所述前后通气口一侧而贯穿内部；多个半导体元件，该多个半导体元件沿着所述散热器的正面侧的表面、沿着上下方向并排地配置；以及引导构件，该引导构件使所述前后通气口与所述冷却孔的所述前后通气口一侧的开口部连通。 

根据本发明，由于正面侧空间的空气在通过散热器的冷却孔后流入背面侧空间，因此，能够高效地冷却半导体元件。而且，由于将经常需要维修的半导体元件及电解电容器配置在正面侧空间中，因此，能够提高维修时的操作性。 

附图说明

图1是本发明实施形态1所涉及的电源装置的正面侧的立体图，是表示省略了电气布线、且取下正面面板后的状态的图。 

图2是图1的背面侧的立体图，是表示取下背面面板后的状态的图。 

图3是图1的示意正视图，是表示切除正面面板的一部分后、主要的空气流向的图。 

图4是图3的IV-IV的向视图。 

图5是本发明实施形态2所涉及的电源装置的正面侧的立体图，是表示省略了电气布线、且取下正面面板后的状态的图。 

图6是图5的背面侧的立体图，是表示取下背面面板后的状态的图。 

图7是图5的示意正视图，是表示切除正面面板的一部分后、主要的空气流向的图。 

图8是图7的VIII-VIII的向视图。 

图9是表示本发明实施形态3所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。 

图10是表示本发明实施形态4所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。 

图11是表示本发明实施形态5所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。 

标号说明 

1   电源装置 

2   壳体 

3   地面 

21  正面面板 

22  背面面板 

23、24侧面面板 

25  底板 

26  顶板 

27  上下隔板 

28  前后隔板 

29  下方空间 

30  正面侧空间 

31  背面侧空间 

32  前后通气口 

33  吸气口 

34  格子 

35  脚部 

36  排气口 

37  脚部 

51  半导体元件 

52  散热器 

53  冷却孔 

54  冷却孔的电解电容器侧的开口部 

55  冷却孔的前后通气口侧的开口部 

56  电解电容器 

57  电解电容器的主体部 

58  电解电容器的端子部 

59  支持构件 

61  交流电抗器 

62  直流电抗器 

63  控制变压器 

64  支持板 

71  断路器 

72  滤波电容器 

73  主电路连接导线 

81  排气装置 

82  风扇 

91  引导构件 

92  立板 

93  端板 

94  平行板 

具体实施方式

(实施形态1) 

利用图1至图4来说明本发明实施形态1所涉及的电源装置。图1是本发明实施形态1所涉及的电源装置的正面侧的立体图，是表示省略了电气布线、且取下正面面板后的状态的图。图2是图1的背面侧的立体图，是表示取下背面面板后的状态的图。图3是图1的示意正视图，是表示切除正面面板的一部分后、主要的空气流向的图。图4是图3的IV-IV的向视图。 

本发明实施形态1所涉及的电源装置1通过在壳体2内安装半导体元件51及电解电容器56等电气元器件而构成。这样的安装结构就是电源装置1的主要特征。 

首先说明壳体2的结构。壳体2相对于设置电源装置1的地面3垂直地立起，在该壳体2的内部形成有电气元器件的安装空间。壳体2的外形是在与地面3垂直的方向上延伸的长方体，该壳体2具有：互相相对的正面面板21和背面面板22；互相相对的2块侧面面板23、24；底板25以及顶板26。壳体2在其内部具有上下隔板27以及前后隔板28。 

上下隔板27水平地配置于壳体2内，以上下分隔壳体2内的空间，从而在壳体2内形成上方空间和下方空间29。在上下隔板27与背面侧空间31(后述)相接的范围内，形成有上下通气口(未图示)，下方空间29与背面侧空间31通过该上下通气口而连通。 

前后隔板28垂直地配置于上方空间内，以前后分隔上方空间，在壳体2内形成有正面侧空间30和背面侧空间31。在前后隔板28的宽度方向的两侧部，沿着上下方向形成有前后通气口32，正面侧空间30与背面侧空间31通过该前后通气口32而连通。 

考虑到将电气元器件安装到正面侧空间30内时的便利性，以相对于壳体2能够取下的方式来安装正面面板21。在正面面板21上形成有吸气口33，该吸气口33是从与正面侧空间30相接的范围的下部直到与下方空间29相接的范围的上部而开口得到的，壳体2外部的空间与正面侧空间30、以及壳体2外部的空间与下方空间29都通过该吸气口33而连通。在吸气口33上安装有用于防止触电的格子34。 

考虑到将电气元器件安装到背面侧空间31内时的便利性，以相对于壳体2能够取下的方式来安装背面面板22。为了抑制辐射噪声向壳体2外部泄漏，利用磁性体金属来构成背面面板22。 

在底板25的下表面设置有脚部35，用螺栓将脚部35固定在地面3上，由此将电源装置1固定在地面3上。 

在顶板26与背面侧空间31相接的范围内，形成有排气口36，背面侧空间31与壳体2外部的空间通过该排气口36而连通。 

接着，说明电气元器件的安装结构。在电源装置1的壳体2内具有：半导体元件51、散热器52、电解电容器56、交流电抗器61、直流电抗器62、控制变压器63、断路器71、滤波电容器72以及主电路连接导线73。 

半导体元件51、散热器52以及电解电容器56收纳于正面侧空间30内。在前后隔板28的正面侧的表面的宽度方向的中央部，沿着上下方向并排地配置有多个电解电容器56。在图1至图4中，以将24个电解电容器56配置成2列的情况为例。各个电解电容器56包括圆柱形的本体部57、以及从其一端面突出的端子部58，利用支持构件59将各个电解电容器56安装于前后隔板28上，使本体部57相对于前后隔板28而言立起。 

在前后隔板28的正面侧的表面、并在前后通气口32与多个电解电容器54之间，沿着上下方向配置有多个散热器52。在图1至图4中，以将8个散热器52并排地配置在24个电解电容器56与2个前后通气口32之间而成2列的情况为例。各个散热器52是板状体，形成有沿表面方向贯穿其内部的多个冷却孔53。各个散热器52配置成使冷却孔53在宽度方向上延伸。 

在多个散热器52的正面侧的表面上，沿着上下方向并排地配置有多个半导体元件51。在图1至图4中，以在8个散热器52上将16个半导体元件51并排地配置成2列的情况为例。由半导体元件51所产生的热量主要通过散热器52来散热。 

交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63收纳于背面侧空间31内。多个交流电抗器61设置在上下隔板27上。另外，在多个交流电抗器61的上方，设置有支持板64。将该支持板64安装于侧面面板23、24上，以使得该支持板64相对于地面3平行。多个直流电抗器62及多个控制变压器63配置于支持板64上。 

断路器71、滤波电容器72及主电路连接导线73收纳于下方空间29内。断路器71设置于底板25的前后方向的中央部。另外，滤波电容器72设置于底板25的背面侧，主电路连接导线73设置于底板25的正面侧。 

接着，说明排气装置81及引导构件91。排气装置81安装于顶板26上，以堵住顶板26的排气口35。排气装置81具有风扇82，该风扇82能够使背面 侧空间31的空气向壳体2外部排出。即，若风扇82旋转，则由于壳体2内变为负压，因此，壳体2外部的空气从吸气口33流入壳体2内，壳体2内的空气从排气口36排出。 

引导构件91是一种以如下方式将正面侧空间30的空气引导到背面侧空间31的构件：即，正面侧空间30的空气在通过散热器52的冷却孔53之后流入背面侧空间31。 

具体而言，引导构件91包括立板92、端板93及平行板94，且安装于前后隔板28上。立板92是一种板状构件，该立板92是从前后通气口32的远离散热器52的一侧的边缘部向着正面侧仅延伸散热器52的厚度而得到的。端板93是一种板状构件，该端板93是从前后通气口32的上下方向的两个边缘部向着正面侧仅延伸散热器52的厚度而得到的。平行板94是一种板状构件，该平行板94是从立板92及端板93的末端边缘向着散热器52的半导体元件51侧的表面、相对于前后隔板28平行地扩展而得到的。 

也就是说，引导构件91将前后通气口32和冷却孔53的靠近前后通气口32的开口部55覆盖成为一体，使前后通气口32与冷却孔53连通。由于存在这样的引导构件91，当正面侧空间30的空气流入背面侧空间31的情况下，该正面侧空间30的空气会通过冷却孔53。 

说明使风扇82旋转时的壳体2内的空气的流动情况。由于吸气口33是从正面侧空间30的下部直到下方空间29的上部而开口形成的，因此，壳体2外部的空气通过吸气口33，同时流入正面侧空间30和下方空间29。 

由于背面侧空间31变为负压，因此，正面侧空间30的空气通过前后通气口32，移动到背面侧空间31。这里，由于存在引导构件91，因此正面侧空间30的空气在通过散热器52的冷却孔53之后，流入背面侧空间31。当通过冷却孔53时，从电解电容器56一侧的开口部(靠近电解电容器56一侧的开口部)54进入冷却孔53内，从前后通气口32一侧的开口部(靠近前后通气口32一侧的开口部)55向冷却孔53外流出。 

也就是说，正面侧空间30的空气集中在电解电容器56一侧的开口部54处，这时，冷却相邻的电解电容器56(参照图3)。另外，流向背面侧空间31的空气由于通过散热器52的冷却孔53内，则能够通过散热器52来冷却半导体元件51。 

从正面侧空间30流入背面侧空间31的空气在背面侧空间31内进行旋转并且上升，再排出到壳体2外部。这里，例如当风扇82的旋转为逆时针的情况下，背面侧空间31的空气沿逆时针方向进行旋转并且上升(参照图4)。这时，背面侧空间31的空气冷却配置在背面侧空间31内的交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63。 

另一方面，由于背面侧空间31变为负压，所以下方空间29的空气通过上下通气口，移动到背面侧空间31。这时，下方空间29的空气冷却配置在下方空间29内的断路器71及滤波电容器72。 

从下方空间29流入背面侧空间31的空气如上所述，在背面侧空间31内进行旋转并且上升，冷却交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63，再排出到壳体2外部。 

下面，说明本发明实施形态1所涉及的电源装置的效果。根据本实施形态，正面侧空间30的空气通过散热器52的冷却孔53流入背面侧空间31。由此，对于需要很好冷却的半导体元件51而言能够高效地进行冷却。另外，由于正面侧空间30的空气聚集在冷却孔53的靠近电解电容器56一侧的开口部54处，因此，能够高效地冷却与该开口部54相邻的电解电容器56。 

另外，由于流入正面侧空间30的主要的空气为了冷却电解电容器56、半导体元件51、交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63而流动，因此，能够提高作为电源装置整体的冷却效率。 

另外，因为壳体2外部的空气同时流入正面侧空间30和下方空间29，且分别形成独立的流通路径，因此，能够独立地冷却半导体元件51及电解电容器56、和断路器71及滤波电容器72。因而，由于不是利用冷却了断路器71及滤波电容器72后的空气来冷却半导体元件51及电解电容器56，因此，能够高效地冷却半导体元件51及电解电容器56。或者，由于不是利用冷却了半导体元件51及电解电容器56后的空气来冷却断路器71及滤波电容器72，因此，能够高效地冷却断路器71及滤波电容器72。 

另外，由于背面侧空间31的空气进行旋转并且上升，因此，能够高效地冷却交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63。 

根据本实施形态，由于将经常需要维修的半导体元件51及电解电容器56配置于正面侧空间30中，因此能够提高维修时的操作性。根据同样的理由，也能够提高组装电源装置1时的操作性。 

另外，由于将产生辐射噪声的交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63配置于背面侧空间31中，因此能够抑制辐射噪声泄漏到电源装置1的正面侧。而且，由于利用磁性体金属来构成背面面板22，所以也能够抑制辐射噪声泄漏到电源装置1的背面侧。 

而且，由于将吸气口33设置于正面面板，将排气口36设置于顶板26，所以，不需要设置用于吸气排气的空间，而能够将电源装置1靠近其它设备或墙壁来设置。另外，由于壳体2是沿着上下方向延伸的长方体，因此能够减小电源装置1的设置空间。 

(实施形态2) 

利用图5至图8来说明本发明实施形态2所涉及的电源装置。图5是本发明实施形态2所涉及的电源装置的正面侧的立体图，是表示省略了电气布线、且取下正面面板后的状态的图。图6是图5的背面侧的立体图，是表示取下背面面板后的状态的图。图7是图5的示意正视图，是表示切除正面面板的一部分后、主要的空气流向的图。图8是图7的VIII-VIII的向视图。另外，本实施形态是实施形态1的变形例，对于与实施形态相同或相似的部分，标注相同的标号，并省略重复说明。 

在本发明实施形态2所涉及的电源装置1中，在前后隔板28的宽度方向的一侧的侧部(图5及图7的右端部)，沿着上下方向形成有前后通气口32。 

在前后隔板28的正面侧的表面、并在宽度方向上没有形成前后通气口32的侧部(图5及图7的左端部)，沿着上下方向并排地配置多个电解电容器54。在图5至图7中，以将8个电解电容器56并排地配置成1列的情况为例。 

在前后隔板28的正面侧的表面、并在前后通气口32与多个电解电容器54之间(前后隔板28的正面侧的表面、并在宽度方向的中央)，沿着上下方向并排地配置多个散热器52。在图5至图8中，以在8个电解电容器54与1个前后通气口32之间将4个散热器52并排地配置成1列的情况为例。另外，以在4个散热器52上将8个半导体元件51并排地配置成1列的情况为例。 

排气装置81的风扇82的旋转方向成为如下所述的方向：即，成为使得刚通过前后通气口32之后的空气相对于前后隔板28大致垂直地在背面侧空间31内移动的方向。若利用图8来进行说明，则由于前后通气口32形成于前后隔板28的宽度方向的右端部，所以风扇82沿逆时针方向旋转。于是，刚通过前后通气口32的空气相对于前后隔板28大致垂直地在背面侧空间31内移动，然后，沿逆时针方向进行旋转并且上升。 

根据本实施形态，由于背面侧空间31的空气能够流畅地进行旋转，因此，能够高效地冷却交流电抗器61、直流电抗器62及控制变压器63。 

(实施形态3) 

利用图9来说明本发明实施形态3所涉及的电源装置。图9是表示本发明实施形态3所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。另外，本实施形态是实施形态1的变形例，对于与实施形态1相同或相似的部分，标注相同的标号，并省略重复说明。 

在本发明实施形态3所涉及的电源装置1中，在前后隔板28的宽度方向的两侧部，沿着上下方向形成切口部，由该切口部和侧面面板23、24之间的空隙来构成前后通气口32。 

引导构件91由端板93和平行板94来构成。平行板94从侧面面板23、24的内表面向着散热器52的半导体元件51一侧的面延伸。另外，端板93从前后通气口32的上下方向的两边缘部一直延伸到平行板94的上下方向的两端部。 

根据本实施形态，也能够得到与本发明实施形态1所涉及的电源装置1相同的效果。 

(实施形态4) 

利用图10来说明本发明实施形态4所涉及的电源装置。图10是表示本发明实施形态4所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。另外，本实施形态是实施形态1的变形例，对于与实施形态1相同或相似的部分，标注相同的标号，并省略重复说明。 

在本发明实施形态4所涉及的电源装置1中，在前后隔板28的宽度方向的中央部，沿着上下方向形成前后通气口32。 

在前后隔板28的正面侧的表面的宽度方向的两端部，将多个电解电容器56沿着上下方向并排地配置成2列。另外，在前后隔板28的正面侧的表面、并在前后通气口32与多个电解电容器56之间，将多个散热器52沿着上下方向并排地配置成2列。 

引导构件91由端板93和平行板94来构成。平行板94跨过2列的多个散热器52的半导体元件51一侧的表面之间而展开。另外，端板93从前后通气口32的上下方向的两边缘部一直延伸到平行板94的上下方向的两端部。 

根据本实施形态，也能够得到与本发明实施形态1所涉及的电源装置1相同的效果。 

(实施形态5) 

利用图11来说明本发明实施形态5所涉及的电源装置。图11是表示本发明实施形态5所涉及的电源装置的图，是表示与图4相同的截面的图。另外，本实施形态是实施形态1的变形例，对于与实施形态1相同或相似的部分，标注相同的标号，并省略重复说明。 

在本发明实施形态5所涉及的电源装置1中，引导构件91与散热器52形成为一体。具体而言，散热器52的半导体元件51一侧的表面在侧面方向上延伸，由此形成平行板94。 

根据本实施形态，由于不仅在散热器52上能够进行散热，在引导构件91上也能够进行散热，因此能够提高半导体元件51的散热效果。 

(其它实施形态) 

上述各个实施形态仅仅是示例，本发明并不限定于上述示例。例如，对于半导体元件51或电解电容器57等电气元件的个数，并不限于上述实施形态。另外，也可以组合各个实施形态的特征。 

Claims (8)

1.一种电源装置，该电源装置具有相对于地面立起的壳体，其特征在于，具备：

壳体，其中该壳体包括：正面面板，该正面面板形成有能够将所述壳体外部的空气吸入到所述壳体内部的吸气口；背面面板，该背面面板与所述正面面板相对配置；2块侧面面板，该2块侧面面板与所述正面面板及所述背面面板一起形成为筒体；前后隔板，配置该前后隔板以将所述壳体内的空间分隔成正面侧空间和背面侧空间，且该前后隔板形成有连通所述正面侧空间与所述背面侧空间的前后通气口；以及顶板，该顶板配置于所述筒体的上端面，且在所述背面侧空间的上方形成有排气口，

该电源装置还具备：

排气装置，该排气装置配置于所述排气口，且能够将所述背面侧空间的空气排出到所述壳体外部；

多个电容器，该多个电容器沿着所述前后隔板的正面侧的表面、沿着上下方向并排地配置；

散热用的散热器，该散热器沿着所述前后隔板的正面侧的表面配置在所述前后通气口与所述电容器之间，且该散热器形成有冷却孔，该冷却孔配置成所述电容器和半导体元件所产生的热量从所述电容器一侧向着所述前后通气口一侧排出；

多个半导体元件，该多个半导体元件沿着所述散热器的正面侧的表面、沿着上下方向并排地配置；以及

引导构件，该引导构件使所述前后通气口与所述冷却孔的所述前后通气口一侧的开口部连通。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述正面侧空间的空气在通过所述冷却孔及所述前后通气口之后，流入到所述背面侧空间中。

3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，

在所述背面侧空间中，配置有直流电抗器、交流电抗器、以及控制变压器。

4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，

所述背面面板的至少一部分由磁性体金属构成。

5.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，

所述壳体具有上下隔板，配置该上下隔板以将所述壳体内的空间分隔为上方空间与下方空间，且该上下隔板形成有连通所述背面侧空间与所述下方空间的上下通气口，

配置所述前后隔板以将所述上方空间分隔为正面侧空间与背面侧空间，

所述下方空间的空气通过所述上下通气口，流入所述背面侧空间。

6.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，

在所述下方空间中配置有断路器及滤波电容器。

7.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，

所述排气装置具有风扇，该风扇能够使所述背面侧空间内的空气进行旋转并且上升。

8.如权利要求7所述的电源装置，其特征在于，

所述前后通气口仅形成在所述前后隔板的宽度方向的一侧的端部，

所述风扇旋转，从而使得在所述背面侧空间内，刚通过所述前后通气口后的空气向背面方向移动。

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