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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umhausung zum Aufnehmen einer elektrischen Komponente.
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Hintergrund
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In einem elektrischen Gerät, das unter Verwendung elektrischer Leistung betrieben wird, tritt bei einigen darin verwendeten elektrischen Komponenten eine Wärmeerzeugung auf, wobei der Wärmeerzeugung durch Verwendung von Kühlstrukturen (Wärmeabstrahlung, Wärmeableitung), so beispielsweise von Kühlstegen und Wärmesenken, entgegengewirkt wird. Es wird jedoch wenigstens eine bestimmte Fläche zum ausreichenden Kühlen benötigt, was dem derzeitigen Bedürfnis hinsichtlich einer Größenverringerung des Gerätes entgegenläuft.
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Das
US-Patent Nr. 7,715,195 offenbart Kühlstege, die an einer rückwärtigen Oberfläche eines Gerätegehäuses derart vorgesehen sind, dass die Kühlstege in drei Luftweggruppen unterteilt sind, um jeweils Wärme erzeugende Komponenten entsprechend den Gruppen zu kühlen.
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Zusammenfassung
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In der in dem
US-Patent Nr. 7,715,195 beschriebenen Struktur sind die Kühlstege derart angeordnet, dass sie den jeweiligen elektrischen Komponenten entsprechen. Ist eine elektrische Komponente, die große Wärmemengen erzeugt, vorgesehen, so tritt eine Wärmeabstrahlungsinterferenz unter den elektrischen Komponenten auf, und man erhält keine ausreichende Kühlwirkung.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Umhausung für eine elektrische Komponente bereitzustellen, die in der Lage ist, einer Wärmeinterferenz infolge einer Wärmeabstrahlung von elektrischen Komponenten entgegenzuwirken.
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Bei einem Aspekt der Erfindung wird eine Umhausung für eine elektrische Komponente bereitgestellt, die beinhaltet: eine Mehrzahl von Stegen, die wenigstens in einer Oberseite des Rückendes der Umhausung ausgebildet sind, um so eine Mehrzahl von Luftwegen zu definieren, die rechts- und linksseitig angeordnet sind, wobei die Luftwege ermöglichen, dass Luft aufwärts strömt, wobei die Mehrzahl von Luftwegen in wenigstens drei Luftweggruppen unterteilt ist, die beinhalten: eine erste Luftweggruppe, die einen Luftweg enthält, der in der Nähe einer Mitte des Gehäuses vorgesehen ist, eine zweite Luftweggruppe, die auf einer von den linken und rechten Seiten der ersten Luftweggruppe vorgesehen ist, und eine dritte Luftweggruppe, die auf der anderen von den linken und rechten Seiten der ersten Luftweggruppe vorgesehen ist, wobei eine obere Fläche der ersten Luftweggruppe zum Kühlen einer eine große Wärmeerzeugung aufweisenden ersten elektrischen Komponente verwendet wird, wobei eine untere Fläche der zweiten Luftweggruppe unter einer Montierposition der ersten elektrischen Komponente zum Kühlen einer zweiten elektrischen Komponente verwendet wird, wobei eine untere Fläche der dritten Luftweggruppe unter einer Montierposition der zweiten elektrischen Komponente zum Kühlen einer dritten elektrischen Komponente verwendet wird, und wobei wenigstens eine von der zweiten elektrischen Komponente und der dritten elektrischen Komponente in einer Ausnehmung montiert ist, die in den Luftwegen konfiguriert ist.
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Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wärme, die von den elektrischen Komponenten erzeugt wird, angemessen gekühlt werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines elektrischen Gerätes entsprechend einem Ausführungsbeispiel.
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2 ist eine Vorderansicht einer Umhausung für eine elektrische Komponente entsprechend dem Ausführungsbeispiel.
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3 ist eine Rückansicht der Umhausung entsprechend dem Ausführungsbeispiel.
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4 ist eine Querschnittsansicht der Umhausung bei einem Schnitt entlang einer Linie A-A gemäß Darstellung in 3.
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5 ist eine Rückansicht einer Umhausung für eine elektrische Komponente entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Detailbeschreibung
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Wie in dem elektrischen Schaltungsdiagramm von 1 gezeigt ist, beinhaltet ein elektrisches Gerät eines Ausführungsbeispieles: Verstärker 31 (31a bis 31e) zum Verstärken von Spannungen von DC-Ausgaben (DC Gleichstrom) beispielsweise von Solarzellen oder Kraftstoffzellen (Es kann beispielsweise auch eine Ausgabe für erneuerbare Energie, so beispielsweise einer Windkraftanlage, mit Umwandlung in eine DC-Leistung verwendet werden) unter Verwendung von DC-Drosseln (DC reactor) DCL (DCLa bis DCLe), Schaltelementen, Dioden, Kondensatoren und dergleichen mehr; eine Inverterschaltung 32 zum Umwandeln der DC-Leistungsausgabe von den Verstärkern 31 in eine AC-Leistung (AC Wechselstrom) unter Verwendung von Schaltelementen IPM; und eine Filterschaltung 33 zum Beseitigen von hochfrequenten Komponenten aus der AC-Leistungsausgabe von der Inverterschaltung 32 unter Verwendung von AC-Drosseln ACL (erste Drosseln) und eines Kondensators. Die DC-Drosseln DCL, die Schaltelemente IPM, die AC-Drosseln ACL und der Kondensator sind elektrische Komponenten. Die AC-Drosseln ACL entsprechen zweiten elektrischen Komponenten, die Schaltelemente IPM entsprechen ersten elektrischen Komponenten, und die DC-Drosseln entsprechen dritten elektrischen Komponenten. Das Bezugszeichen S (Sa bis Se) bezeichnet einen Ein-/Aus-Schalter zum Ein-/Ausschalten der Ausgabe einer Solarzelle 34.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Solarzellen (Aneinanderreihung (string)) 34a bis 34e (Obwohl hier eine Aneinanderreihung von bis zu fünf Solarzellen zum Einsatz kommt, ist die Anzahl von verbindbaren Solarzellen (Aneinanderreihungen) nicht hierauf beschränkt) vorgesehen, und es sind zudem die Verstärker 31a bis 31e zum Verstärken der Spannungen der Ausgaben der fünf Solarzellen 34a bis 34e vorgesehen. Damit ist dieselbe Anzahl von DC-Drosseln DCL (oder Verstärkern) wie diejenige der Solarzellen (Aneinanderreihung) erforderlich (DC-Drosseln DCLa bis DCLe (nicht gezeigt)). Details der Schaltungskonfigurationen des Verstärkers 31, der Inverterschaltung 32 und der Filterschaltung 33 sind weggelassen, da es möglich sein kann, die Konfigurationen von bestehenden Schaltungen zu verwenden, das heißt einen vom DC/DC-Schalttyp seienden Verstärker, eine PWM-basierte DC/AC-Umwandlungsschaltung und ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 50/60 Hz. Da die Verstärker 31b bis 31e gleichwertig zu dem Verstärker 31a konfiguriert sind, sind die Beifügungen „b” bis „e” in den Bezugszeichen der jeweiligen Elemente hiervon hinzugefügt, und es unterbleibt die Beschreibung der Elemente.
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2 ist eine Vorderansicht der Umhausung. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Gehäuse, das aus einem Druckguss aus Aluminium besteht und annähernd Parallelepipedform aufweist. Eine vordere Seite des Gehäuses 10 ist geöffnet und dafür konfiguriert, von einem Deckel bedeckt zu werden. Innerhalb des Gehäuses 10 (an einer inneren Oberfläche des Gehäuses 10) sind eine erste Ausnehmung 11 und eine zweite Ausnehmung 12 integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet, in denen die AC-Drosseln ACL (zweite Wärme erzeugende Komponenten) und die DC-Drosseln DCLa bis DCLe (dritte Wärme erzeugende Komponenten) bezugsrichtig angeordnet sind. Nachdem die Drosseln in der ersten Ausnehmung 11 und der zweiten Ausnehmung 12 angeordnet sind, wird ein Harz mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isoliereigenschaften in die Ausnehmungen 11 und 12 gegossen, wodurch die Drosseln an den jeweiligen Ausnehmungen 11 und 12 gesichert werden. In der zweiten Ausnehmung 12 sind die DC-Drosseln DCL derart angeordnet, dass sie sich in einer bestimmten Reihenfolge verteilen, und zwar von der unteren Seite zu der oberen Seite des Gehäuses 10, beginnend bei der DC-Drossel DCLa, gefolgt von der DC-Drossel DCLb und der DC-Drossel DCLc und sodann gefolgt von der DC-Drossel DCLd und der DC-Drossel DCLe. Wird die Anzahl der zu verbindenden Solarzellen (Aneinanderreihung) verringert, so werden die DC-Drosseln DCL in entgegengesetzter Reihenfolge entfernt, also beginnend bei der DC-Drossel DCLe und gefolgt von der DC-Drossel DCLd, bis schließlich die DC-Drossel DCLa übrigbleibt.
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Ein flacher Abschnitt ist an einer oberen Seite von und zwischen der ersten Ausnehmung 11 und der zweiten Ausnehmung 12 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 10 ausgebildet. An dem flachen Abschnitt ist die Mehrzahl von Schaltelementen IPM (erste Wärme erzeugende Komponenten) über hochgradig wärmeleitfähige Elemente montiert. Die Ausmaße der Wärmeerzeugung der ersten bis dritten Wärme erzeugenden Komponenten stehen im Normalbetrieb zueinander in folgenden Beziehungen: „Ausmaß der Wärmeerzeugung der ersten Wärme erzeugenden Komponente” > „Ausmaß der Wärmeerzeugung der zweiten Wärme erzeugenden Komponente” und „Ausmaß der Wärmeerzeugung der ersten Wärme erzeugenden Komponente” > „Ausmaß der Wärmeerzeugung der dritten Wärme erzeugenden Komponente”. Des Weiteren ist eine elektrische Platte bzw. Leiterplatte (nicht gezeigt) zum Konfigurieren der Verstärker 31, der Inverterschaltung 32 und der Filterschaltung 33 zwischen dem Deckel und den Schaltelementen IPM, den DC-Drosseln DCLa bis DCLe und den AC-Drosseln ACL angeordnet. Zudem sind an der unteren Seite der DC-Drosseln DCL (zweite Ausnehmung 12) die Ein-/Aus-Schalter Sa bis Se vorgesehen, und es wird von den Solarzellen erzeugte DC-Leistung über die Ein-/Aus-Schalter Sa bis Se zugeleitet. Ta bis Tc bezeichnen Packungen, die die die Verstärker 31a bis 31e konfigurierenden Schaltelemente aufnehmen. Die Packungen Ta bis Tc nehmen die Mehrzahl von Schaltelementen bezugsrichtig auf und sind an dem Gehäuse 10 über hochgradig wärmeleitfähige Elemente wie für den Fall der Schaltelemente IPM montiert.
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3 eine Rückansicht der Umhausung (Rückansicht des Gehäuses 10). Die Umhausung beinhaltet das Gehäuse 10, das eine Basis beinhaltet, die sich in einer Oben-Unten-Richtung und einer Links-Recht-Richtung erstreckt. Die Basis weist eine äußere Oberfläche (erste Oberfläche) und die innere Oberfläche (zweite Oberfläche) auf, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der äußeren Oberfläche ist und an der die elektrischen Komponenten montierbar sind. Das Gehäuse 10 beinhaltet eine Mehrzahl von Stegen F, die wenigstens in einer Oberseite (oberer Abschnitt) eines Rückendes (äußere Oberfläche) des Gehäuses 10 ausgebildet sind, um so eine Mehrzahl von Luftwegen zu definieren, die rechts- und linksseitig angeordnet sind und in denen Lufts aufwärts (von einer unteren Seite zu einer oberen Seite) strömt. Die Mehrzahl von Luftwegen ist in wenigstens drei Luftweggruppen unterteilt, die beinhalten: eine erste Luftweggruppe 41, die einen Luftweg enthält, der in der Nähe einer Mitte des Gehäuses 10 vorgesehen ist, eine zweite Luftweggruppe 42, die auf einer von den linken und rechten Seiten der ersten Luftweggruppe 41 positioniert ist, und eine dritte Luftweggruppe 43, die auf der anderen von den linken und rechten Seiten der ersten Luftweggruppe 41 positioniert ist. Ein Abschnitt 44 entsprechend den Schaltelementen IPM in einer oberen Fläche der ersten Luftweggruppe 41 dient hauptsächlich dem Kühlen der Schaltelemente IPM. Ein Abschnitt 45 (entsprechend der ersten Ausnehmung 11) in einer unteren Fläche der zweiten Luftweggruppe 42 unter dem Abschnitt 44 und entsprechend den AC-Drosseln ACL dient hauptsächlich dem Kühlen der AC-Drosseln ACL. Ein Abschnitt 46 (entsprechend der zweiten Ausnehmung 12) in einer unteren Fläche der dritten Luftweggruppe 43 unter dem Abschnitt 45 und entsprechend den DC-Drosseln DCL dient hauptsächlich dem Kühlen der DC-Drosseln DCL. Ein Abschnitt 47 entsprechend den Packungen Ta bis Tc dient dem Kühlen der Packungen Ta bis Tc. Der Abschnitt 44 und der Abschnitt 47 werden zum Kühlen der Halbleiterelemente verwendet, und die Flächen um den Abschnitt 44 und den Abschnitt 47 herum sind thermisch verbunden und tragen zum Kühlen als Ganzes bei. Die Pfeile 48 und 50 in 3 bezeichnen Luftströme.
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4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A gemäß Darstellung in 3 in der Umgebung hiervon. Die Luftwege der ersten Luftweggruppe 41 weisen keinen Abschnitt auf, der von dem Gehäuse 10 (äußere Oberfläche hiervon) vorsteht. Infolgedessen werden die Luftwege von den Stegen ohne verringerte Höhe gebildet, wodurch der Luftstrom 48 entlang der Luftwege gelangt und nach außerhalb des Gehäuses 10 abgeleitet wird. In den Luftwegen der zweiten Luftweggruppe 42 steht die erste Ausnehmung 11 derart von dem Gehäuse 10 (äußere Oberfläche hiervon) vor, dass die wesentliche Höhe der Stege mit Ausnahme einiger der Luftwege verringert wird. Mit anderen Worten, die erste Ausnehmung 11 ist in den Luftwegen konfiguriert. Der Luftstrom 50 wird von einer Lufteinlassöffnung 51 her eingeleitet, die auf einer Seite des Gehäuses 10 angeordnet ist, kühlt die erste Ausnehmung 11 und gelangt aufwärts. Wird die Wärmeabstrahlung an dem Abschnitt 44 zu der zweiten Luftweggruppe 42 verteilt, so wird die abgestrahlte Wärme ebenfalls gekühlt, und der Luftstrom wird nach außerhalb des Gehäuses 10 abgeleitet. In den Luftwegen der dritten Luftweggruppe 43 steht die zweite Ausnehmung 12 von dem Gehäuse 10 (der äußeren Oberfläche hiervon) in einem Abschnitt niedriger als die Querschnittslinie A-A vor, sodass die wesentliche Höhe der Stege mit Ausnahme einiger der Luftwege verringert wird. Mit anderen Worten, die zweite Ausnehmung 12 ist in den Luftwegen konfiguriert. Der Luftstrom 49 wird von unten her eingeleitet, kühlt die zweite Ausnehmung 12 und gelangt aufwärts. Wird die Wärmeabstrahlung an dem Abschnitt 44 und dem Abschnitt 47 zu der dritten Luftweggruppe 43 verteilt, so wird die abgestrahlte Wärme ebenfalls abgekühlt, und der Luftstrom wird nach außerhalb des Gehäuses 10 abgeleitet.
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Mit anderen Worten, wenn die Wärmeabstrahlung an dem Abschnitt 44 groß ist und ein Abschnitt hoher Temperatur weitläufig in dem oberen Abschnitt (des Rückendes) des Gehäuses 10 verteilt ist, tragen die ersten bis dritten Luftweggruppen zur Kühlung des Abschnittes 44 bei. Ist der Abschnitt hoher Temperatur 47 weitläufig verteilt worden, so tragen die ersten und dritten Luftweggruppen zur Kühlung des Abschnittes 47 bei.
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Ein Abschnitt, der als Führungswand 52 dient, die von dem Steg gebildet wird, der sich hin zu der unteren Seite erstreckt, und ein Abschnitt, der als Führungswand 53 dient, die von einem vorstehenden Abschnitt zum Aufnehmen einer elektrischen Verdrahtung und dergleichen gebildet wird, schließen die Luftströme 48 und 49 von beiden Seiten des unteren Abschnittes des Gehäuses 10 her ein. Infolgedessen erhält man, wenn das Gehäuse 10 an einer Wandoberfläche eines Gebäudes oder dergleichen angebracht ist, einen Kamineffekt (stack effect) (Wirkung eines aufsteigenden Luftstromes), wodurch die Strömungsrate der Luft, die zur Kühlung beiträgt, vergrößert wird.
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In 3 bezeichnet Bezugszeichen 60 ein Gebläse. Das Gebläse 10 leitet Luft aus einer Lufteinlassöffnung 61 und bläst die Luft zu der ersten Luftweggruppe, wodurch die Strömungsrate des Luftstromes 48 vergrößert wird. Damit kann der Abschnitt 44 zwangsweise durch das Luftblasen gekühlt werden. Der Betrieb des Gebläses 60 kann auf Grundlage der Temperaturverteilung und der Temperatur an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 10, des Ausgabezustandes des elektrischen Gerätes und dergleichen mehr gesteuert bzw. geregelt werden. 5 ist eine Ansicht zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles für den Fall, dass das Gebläse 60 nicht an der rückwärtigen Oberfläche (an der Wandoberflächenseite) des Gehäuses 10 vorgesehen ist. Für den Fall kann das Gebläse innerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen und auf ähnliche Weise gesteuert bzw. geregelt werden.
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Obwohl Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, sind die vorstehenden Beschreibungen nur dazu angegeben, ein leichtes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und beschränken die vorliegende Erfindung nicht. Selbstredend kann die vorliegende Erfindung geändert oder verbessert werden, ohne von deren Umfang abzugehen, und es sind die Äquivalente hiervon in der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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