-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft das Kühlen eines elektrischen Gerätes, das ein mittels Druckguss gebildetes Gehäuse beinhaltet.
-
Hintergrund
-
Bei einem elektrischen Gerät, das Wärme erzeugende elektrische Komponenten aufnimmt, sind Wärme abstrahlende Stege (Wärmesenken) in einem Abschnitt einer rückwärtigen (äußeren) Oberfläche eines Gehäuses entsprechend den elektrischen Komponenten vorgesehen, wodurch von dem elektrischen Gerät erzeugte Wärme abgestrahlt wird (JP-A-2012-210000).
-
Zusammenfassung
-
Bei dem in
JP-A-2012-210000 beschriebenen elektrischen Gerät wird die von den elektrischen Komponenten erzeugte Wärme nach außerhalb des Gehäuses über die Wärme abstrahlenden Stege (Wärmesenken) abgestrahlt. Die erzeugte Wärme wird jedoch nicht nur hin zu den Wärme abstrahlenden Stegen, sondern auch ins Innere des Gehäuses geleitet, wodurch die Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses nicht ausgeglichen ist bzw. gemittelt wird und die Temperaturen um die elektrischen Komponenten herum ansteigen können.
-
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektrisches Gerät bereitzustellen, das in der Lage ist, effizient die Temperatur an einem Abschnitt mit hoher Temperatur innerhalb eines mittels Druckguss gebildeten Gehäuses zu verringern.
-
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Gerät bereitgestellt, das beinhaltet: ein Druckgussgehäuse mit einem Boden, der an einer inneren Wand eines Lagers, einer Wand eines Gebäudes und dergleichen mehr anbringbar ist, und mit einer oberen Wand aus einer Mehrzahl von Wänden, die von dem Boden hin zu einer vorderen Seite des Gehäuses hochstehen; eine Wärme erzeugende elektrische Komponente, die an dem Boden des Gehäuses unter Erhaltung der thermischen Leitfähigkeit montiert ist; eine Leiterplatte, die ein Vorderes der elektrischen Komponente bedeckt und die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Signals zum Steuern bzw. Regeln der elektrischen Komponente; ein Gebläse, das seitlich zu der Leiterplatte vorgesehen ist und das einen Luftstrom bildet, der durch einen Raum zwischen der elektrischen Komponente und der Leiterplatte gelangt; und eine Mehrzahl von Rippen, die an der oberen Wand derart ausgebildet sind, dass sie hin zum Inneren des Gehäuses vorstehen und sich von dem Boden hin zu der vorderen Seite erstrecken.
-
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Luft, die innerhalb des Gehäuses eine erhöhte Temperatur aufweist, zirkuliert bzw. umgepumpt oder durchmischt, wodurch es möglich wird, einen Abschnitt des Gehäuses, auf den die von den elektrischen Komponenten erzeugte Wärme nicht direkt übertragen wird, zur Wärmeabstrahlung zu verwenden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
1 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines elektrischen Gerätes entsprechend einem Ausführungsbeispiel.
-
2 ist eine Vorderansicht eines Gehäuses entsprechend dem Ausführungsbeispiel.
-
3 ist eine Rückansicht des Gehäuses entsprechend dem Ausführungsbeispiel.
-
4 ist eine Querschnittsansicht des Gehäuses bei einem Schnitt entlang einer Linie IV-IV gemäß Darstellung in 2 und 3.
-
Detailbeschreibung
-
Wie in dem elektrischen Schaltungsdiagramm von 1 gezeigt ist, beinhaltet ein elektrisches Gerät: Verstärker 31 (31a bis 31e) zum Verstärken von Spannungen von DC-Ausgaben (DC Gleichstrom) (So können beispielsweise eine Ausgabe für erneuerbare Energie, so beispielsweise einer Solarzelle und einer Windkraftanlage, oder eine Ausgabe von Kraftstoffzellen 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. Das Bezugszeichen S (Sa bis Se) bezeichnet einen Ein-/Ausschalter zum Ein-/Ausschalten der Ausgabe einer Solarzelle (DC-Leistungsquelle) 34.
-
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 (Aneinanderreihung) 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 (Die DC-Drosseln DCLb bis DCLe sind in 1 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 (beispielsweise eine Schaltung, die eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung einsetzt, bei der der EIN-Zyklus in dem Schaltzyklus eines Schaltelementes auf Grundlage der Differenz zwischen einer Zielspannung und einer erfassten Spannung geändert wird), eine PWM-basierte DC/AC-Umwandlungsschaltung (beispielsweise eine Schaltung, bei der vier oder sechs Schaltelemente hauptsächlich in Form einer Brücke verbunden sind und die zum Ändern des EIN-Zyklus in dem Schaltzyklus eines jeden Schaltelementes gesteuert bzw. geregelt wird, wodurch eine Pseudosinuswelle erzeugt wird) und ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 50/60 Hz in einem System. 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.
-
2 ist eine Vorderansicht des Gehäuses des elektrischen Gerätes. 3 ist eine Rückansicht des Gehäuses, und 4 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung des Gehäuses bei einem Schnitt entlang einer Linie IV-IV von 2 und 3. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Gehäuse, das aus einem Druckguss aus leitfähigem Aluminium besteht und annähernd Parallelepipedform aufweist. Eine vordere Seite des Gehäuses 10 ist geöffnet und dafür konfiguriert, von einem Deckel 71 (in 4 gezeigt) bedeckt zu werden. Das Gehäuse 10 weist einen Boden 10a und Wände 10b bis 10e, die von dem Boden aus hochstehen, auf. An dem Boden 10a sind eine erste Ausnehmung 11 und eine zweite Ausnehmung 12 integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet, in denen die AC-Drosseln ACL und die DC-Drosseln DCLa bis DCLe bezugsrichtig angeordnet sind. Nachdem die Drosseln in der ersten Ausnehmung 11 und der zweiten Ausnehmung 12 angeordnet sind, wird ein Harz mit hoher thermischer Leitfähigkeit und elektrischen Isoliereigenschaften in die Ausnehmungen 11 und 12 gegossen, wodurch die Drosseln in den jeweiligen Ausnehmungen 11 und 12 gesichert werden. In der 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.
-
Ein flacher Abschnitt ist an einer oberen Seite von und zwischen der ersten Ausnehmung 11 und der zweiten Ausnehmung 12 an dem Boden 10a des Gehäuses 10 ausgebildet. An dem flachen Abschnitt ist die Mehrzahl von Schaltelementen IPM über thermisch hochgradig leitfähige Elemente montiert. Darüber hinaus ist eine Leiterplatte 70 (Der äußere Umfang hiervon ist in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet) zwischen dem Deckel 71 und den Schaltelementen IPM und den DC-Drosseln DCLa bis DCLe angeordnet. Auf der Leiterplatte 70 montiert sind elektrische Schaltungen zum Konfigurieren der Verstärker 31, der Inverterschaltung 32 und der Filterschaltung 33 sowie eine Steuer- bzw. Regelkomponente zum Ausgeben von Digitalsignalen zur Steuerung bzw. Regelung des Betriebs dieser Schaltungen und dergleichen mehr. Zudem sind auf der unteren Seite der DC-Drosseln DCL (zweite Ausnehmung 12) die Ein-/Ausschalter Sa bis Se vorgesehen, und es wird die von den Solarzellen erzeugte DC-Leistung über die Ein-/Ausschalter zugeleitet. Die Bezugszeichen Ta bis Tc bezeichnen Packungen, die die die Verstärker 31a bis 31e bildenden Schaltelemente aufnehmen. Die Packungen Ta bis Tc nehmen die Mehrzahl von Schaltelementen bezugsrichtig auf und sind an dem Montierabschnitt des Bodens 10a über thermisch hochgradig leitfähige Elemente wie für den Fall der Schaltelemente IPM montiert.
-
Das Gehäuse 10 weist den Boden 10a auf, wobei die Rückseite entgegengesetzt zu dem Boden an der inneren Wand eines Lagerwarenhauses, der äußeren oder inneren Wand eines Hauses/Gebäudes oder dergleichen über ein Element, so beispielsweise eine vorbestimmte Anbringhalterung, angebracht ist. Die Leiterplatte 70 bedeckt das Vordere der elektrischen Komponenten (Schaltelemente IPM, Packungen Ta bis Tc, DC-Drosseln DCLa bis DCLe und dergleichen mehr) und ist dafür konfiguriert, Signale zur Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Komponenten zu erzeugen. Ein Gebläse 72 ist seitlich zu der Leiterplatte 70 vorgesehen und dafür konfiguriert, Luft in einen Raum zwischen den elektrischen Komponenten und der Leiterplatte 70 zur Bildung eines Luftstromes 73 zu blasen. Das Gebläse 72 kann dafür konfiguriert sein, Luft aus dem Raum zwischen den elektrischen Komponenten und der Leiterplatte 70 durch Umkehren der Richtung des Luftstromes 73 zu saugen.
-
Gleichzeitig mit dem Druckgießen des Gehäuses 10 gebildet wird eine Mehrzahl von Rippen 10f, 10g und 10h an einer oberen Wand 10b aus der Mehrzahl von Wänden 10b bis 10e, die von dem Boden 10a des Gehäuses 10 derart hochstehen, dass sie hin zum Inneren des Gehäuses 10 vorstehen und sich von dem Boden 10a des Gehäuses 10 hin zu der vorderen Seite (hin zu dem Deckel 71) erstrecken. Die Rippen 10f stehen vor und erreichen eine Fläche nahe der Leiterplatte 70, und die Rippen 10g stehen derart vor, dass ein Teil einer jeden Rippe 10g in einen Raum unter (blow) der Leiterplatte 70 eintritt. Die Rippen 10h stehen derart vor, dass sie Längen aufweisen, die im Wesentlichen dieselben wie diejenigen der Rippen 10g sind. Da das Ausmaß des Vorstehens der Rippen 10g und 10h größer als dasjenige der Rippen 10f gewählt ist, kann sich Luft hin zu den Rippen 10f ansammeln, und es kann die Luft-Wärme-Austauscheffizienz des Gehäuses mittels der Rippen verbessert werden.
-
Ist das Gebläse 72 in Betrieb und ist der durch den Pfeil in der Figur angedeutete Luftstrom 73 gebildet, so gelangt ein Teil des Luftstromes durch den Raum zwischen den elektrischen Komponenten (Schaltelemente IPM, Packungen Ta bis Tc), DC-Drosseln DCLa bis DCLe und dergleichen mehr) und der Leiterplatte 70, das heißt entlang der rückwärtigen Seite der Leiterplatte 70, wodurch der Wärmeaustausch mit den elektrischen Komponenten erfolgt. Der Luftstrom gelangt sodann durch den Raum, der entlang der Rippen 10f, 10g und 10h vorgesehen ist, wodurch eine Zirkulation durch den Raum, der von dem Gehäuse 10 und dem Deckel 71 eingeschlossen wird, ermöglicht wird. Diese zirkulierende Luft führt den Wärmeaustausch mit den Rippen 10f, 10g und 10h durch, und es wird die Wärme nach außerhalb des Gehäuses 10 über die Wand 10b abgestrahlt.
-
Da des Weiteren die Luft innerhalb des Gehäuses 10 zirkuliert (oder durchmischt) wird, wird einer Abweichung der Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses entgegengewirkt. Wenn also die Temperatur des Gehäuses 10 als Ganzes groß wird, können nicht nur die Wand 10b, sondern auch die Wände 10c bis 10e zur Wärmeverteilung beitragen, und man erhält einen Wärmeabstrahlungseffekt 6 des Gehäuses 10. Das Material zum Druckgießen des Gehäuses 10 muss unter Berücksichtigung der thermischen Leitfähigkeit und der Sicherstellung der Strukturfestigkeit des Materials ausgewählt werden, wobei beispielsweise eine Aluminiumlegierung verwendet wird.
-
3 ist eine Rückansicht des Gehäuses 10. Das Gehäuse 10 beinhaltet eine Mehrzahl von Stegen, die an einem oberen Abschnitt der Rückseite des Bodens 10a vorgesehen sind, um eine Mehrzahl von Belüftungswegen zu definieren, die in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind, und wodurch ermöglicht wird, dass Luft von der unteren Seite zu der oberen Seite strömt. Die Mehrzahl von Belüftungswegen ist in wenigstens drei Belüftungsweggruppen unterteilt, die beinhalten: eine erste Belüftungsweggruppe 41, die einen Belüftungsweg 40 enthält, der um die Mitte des Gehäuses herum vorgesehen ist, eine zweite Belüftungsweggruppe 42, die auf einer von den linken und rechten Seiten der ersten Belüftungsweggruppe 41 vorgesehen ist, und eine dritte Belüftungsweggruppe 43, die an der anderen von den linken und rechten Seiten der ersten Belüftungsweggruppe vorgesehen ist. Ein Abschnitt 44 entsprechend den Schaltelementen IPM in einem oberen Abschnitt der ersten Belüftungsweggruppe 41 dient hauptsächlich der Wärmeabstrahlung der Schaltelemente IPM. Ein Abschnitt 45 (entsprechend der ersten Ausnehmung 11) an einer Position niedriger als der Abschnitt 44 in einem unteren Abschnitt der zweiten Belüftungsweggruppe 42 und entsprechend den AC-Drosseln ACL dient hauptsächlich der Wärmeabstrahlung der AC-Drosseln ACL. Ein Abschnitt 46 (entsprechend der zweiten Ausnehmung 12) an einer Position niedriger als der Abschnitt 45 in einem unteren Abschnitt der dritten Belüftungsweggruppe 43 und entsprechend den DC-Drosseln DCL dient hauptsächlich der Wärmeabstrahlung für die DC-Drosseln DCL. Ein Abschnitt 47 entsprechend den Packungen Ta bis Tc dient der Wärmeabstrahlung der Packungen Ta bis Tc. Der Abschnitt 44 und der Abschnitt 47 werden zur Wärmeabstrahlung der Halbleiterelemente verwendet, und es sind die Flächen um den Abschnitt 44 und den Abschnitt 47 herum thermisch verbunden und tragen zur Wärmeabstrahlung als Ganzes bei.
-
Obwohl ein Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden ist, 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 und verbessert werden, ohne von deren Umfang abzugehen, und es sind die Äquivalente hiervon in der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
