JP2005328659A

JP2005328659A - 電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造

Info

Publication number: JP2005328659A
Application number: JP2004145557A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ishii; 秀雄石井; Masao Katooka; 正男加藤岡; Kazunori Nakada; 和憲仲田; Yuji Ikejiri; 裕司池尻
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-11-24
Also published as: US7315450B2; US20050286226A1

Abstract

【課題】溶接機などの電源装置に於いて、強制通風路に配置された電気部品の活電部が鉄粉混合物などの塵埃堆積によって漏電しないようにした冷却構造の提供。
【解決手段】対向した筐体面に平行に回転羽根の回転平面を有する送風手段３０を具備し、放熱フィンを有する内壁６と発熱電気部品８を装着した外壁５とを具備した筒状吸放熱手段を形成し、該筒状吸放熱手段の両端に開く開口部のうち、少なくとも、その一方に近接して送風手段３０を設けた、電源装置の防塵冷却構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子負荷装置や電源装置に関し、電子負荷装置とは例えば燃料電池試験の等価負荷として使われる電力制御機器の範疇にあるもので、電力用半導体スイッチ素子の応用機器である。アーク溶接機、プラズマアーク溶接機、プラズマアーク切断機、充電器、光源用、めっき用などに使われる電源装置および電子負荷装置の防塵冷却構造に関する。

従来、強制風冷型の電源装置の構造に関して保守点検を容易にし、且つ、装置を小型にするための構造に関しての技術を開示した特許文献１がある。

「特開２００３−２４４９５８」公報、「発明の名称：電源装置」に次の記述がある。（段落００２６）に「これら部品は、前面パネル、背面パネル及びこれらの間の空間を被う胴部からなるケース内に収容されている」、（段落００２７）に「放熱フィンは、内部が中空の直方体状に形成され、その中空部分が前面パネル、背面パネルの方向に沿うように配置されている」、（段落００３２）に「第１及び第２のシャーシ及び放熱フィンによって放熱用のダクトが形成されている。そして、第１及び第２のシャーシの後方における外方に折り曲げられた部分に、送風機が取り付けられている」と記述され、（段落００３４）に「プリント配線板は、第１のシャーシの外方に、これと間隔を空けて配置され、支持具によって着脱自在に取り付けられている」と記述され、本体のケース胴部を外気が送風機によって強制的に通風するよう構成されている。

以上に述べた説明を斜視図で示した図５の、内部構成を示す各部位の内、二枚のシャーシ４２、４４の間に放熱体４０が配置されて、シャーシ及び放熱体４０によって長さ方向（筐体の前面から後面への方向）に放熱用のダクトが形成されるように配置され、電気部品と半導体モジュールの端子との接続部位や、トランスなど巻線部品の接続端子部などが放熱体の外側で筐体との空間の通風路に曝されている。

強制通風型の電源装置においては、自然通風型よりも外気の成分による影響を多く受けるため、電気部品に対して絶縁距離を大きくして絶縁耐力を配慮してきた。しかし、めっき用や電解用電源においては、めっき浴槽設備からの薬液霧が漂う環境の中で使用されて、配線接続部の腐食や電子部品の活電部間の絶縁が劣化して突然、発火・発煙が起こるなどのトラブルが発生した例がある。溶接用においては、鉄粉など導電性塵埃が漂う現場において使用され、従来の構造では、放熱用ダクト外部周辺の活電部に外気による塵埃が進入した為、漏電などの故障を起こすことがあった。本発明は、活電部に主たる通風路が生じないようにして、悪環境における使用に耐える防塵冷却構造を提供することを目的とする。

請求項１に関しては、半導体スイッチ素子やダイオードの接続端子部を含むインバータ構成物、コンデンサの被覆無し端子、巻線部品の接続部など電気部品の活電部を具備し、発熱部品の冷却構造体を有する電子負荷装置又は電源装置において；
放熱フィンを有する内壁部と発熱部品を装着した外壁部とを具備した金属部材で筒状吸放熱手段を形成し、該吸放熱手段の内壁部に囲まれた通風路を形成させる送風手段を、該吸放熱手段の両端に開いた開口部のうち、少なくとも一方の開口部に近接して設け、該通風路以外の筐体内の空間に活電部を配置して、活電部領域と通風路領域とが分離されたことを特徴とする電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項２に関しては、前記送風手段が、回転羽根を有するモータが支持された枠体を有する送風手段であり、送風手段の回転羽根の回転平面が電源装置の筐体の背面パネル又は前面パネルに略平行になる様に配置され、該枠体の開口部内径の投影が、前記筒状吸放熱手段の通風路の投影と略一致するか、又は該送風路の投影周辺部を囲み込む枠体形状の送風手段である請求項１記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項３に関しては、前記筒状吸放熱手段が三角筒を含む多角筒状、又は円筒状で、筒状吸放熱手段の内壁部に放熱フィンを具備し、外壁部に半導体など発熱部品を装着して、活電部が前記内壁部に露出しない形状に形成された筒状吸放熱手段である請求項１または２記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項４に関しては、前記筒状吸放熱手段が、内部空間の断面形状が三角筒を含む多角筒状又は曲面で囲まれた筒状に部材を当接させて形成され、その内壁部を通風路とし、外壁部の一部に半導体など発熱部品を装着して、絶縁距離６ミリメートル以下の活電部が、前記通風路に露出しない形状に形成された筒状吸放熱手段である請求項１乃至２記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項５に関しては、前記送風手段が、回転羽根による気流の方向が、前記筒状吸放熱手段の開口端面から装置外部に排気される方向に吸引するよう設定された回転方向の送風手段である請求項１乃至４記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項６に関しては、前記筒状吸放熱手段が、その内壁部に放熱羽根を具備し、全側面のうち少なくとも内壁部に、汚れ付着防止のチタンを含む金属の酸化物が固着された筒状吸放熱手段である請求項１乃至５記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とした。

請求項７に関しては、前記筒状吸放熱手段が、金属部材と印刷配線板とによって囲まれた筒状に形成される場合も、印刷配線板の部品装着側を外壁として形成した場合は、前記と同様に有効である。

腐食性ガスや、導電性粉塵のある外気環境の中で使用されても配線接続部の腐食や電気部品の絶縁が劣化して突然発火・発煙は起こるなどのトラブルが発生し無くなった。粉塵が進入した為の故障を起こすことがなくなったので、悪環境における使用に耐える防塵冷却構造は、電源装置の突然の故障による稼動停止がなくなり、稼働率向上で産業に対して寄与し、電源装置の寿命が永くなったので省資源に寄与した。

図１は、本発明の一実施形態を示す斜視図である。アルミニウムの引き抜き加工で作られた金属部材１、２，３，４を組み合わせて、例えば四角筒状に当接してネジなどの固定具（図示せず）で固定して筒状吸放熱手段２０を形成した。該吸放熱手段２０の内壁部６で囲まれた部位が通風路７であり、外壁部５に発熱部品８が装着されている。該発熱部品は、例えば図２の回路図に示したダイオード１０２、１１２、１１４や、スイッチング素子１０４、１０５、１０６、１０７などであり、熱伝導の良い電気絶縁フイルムで金属部材１に電気絶縁されて装着されている。

図３は、本発明の他の実施形態を示す主要部構造の断面図である。アルミニウムの引き抜き加工で作られた金属部材１１、１２、１３を組み合わせて、例えば三角筒状に当接してネジなどの固定具（図示せず）で固定して筒状吸放熱手段２０を形成した。内壁部６で囲まれた部位が通風路７であり、外壁部５に発熱部品８が装着されている。

図２に、本発明を実施した防塵冷却構造が適用される代表的な溶接用の電源装置の回路図を示す。入力ダイオード１０２の出力が平滑用コンデンサ１０３の接続端子に接続されていて、高周波トランス１１０の入力側にインバータ１０８に含まれる半導体スイッチ素子１０４、１０５、１０６、１０７の各端子が接続され高周波トランス１１０に高周波電圧が導かれている。高周波トランス１１０の出力側に出力ダイオード１１２、１１４が接続されて出力端子１１８に直流電圧が導かれている。これらの接続端子は、活電部であり、このような端子部には絶縁物で被覆される部位と、電圧チェックや部品の取り替えを容易にする為に被覆されないままの導電部、即ち活電部があるので、これらの活電部は通風路に配置されないようにする。高周波トランス１１０は商用周波数の電圧を変圧する場合に比べて大幅に小型・軽量に製作しても、従来と同じだけの電力容量が変圧できるので、ダイオード１０２、１１２、１１４や、スイッチング素子１０４、１０５、１０６、１０７などの発熱部品８で商用交流を一旦、直流化してからインバータを用いて周波数の高い交流に変換する方式にしている。該発熱部品８は筒状吸放熱手段２０の外壁部５に装着されて、その温度上昇を抑えるようにした。

前記被覆されていないままの活電部が通風路７に存在するときは、例えば電圧が印加された活電部と電位差を生じている活電部との間隔が４ミリメートル以下であった場合に、空気中の導電性塵埃が通風路の気流に乗って運ばれて使用年月の累積によって、前記の間隔を埋めて漏電して発煙事故になった例がある。したがって通風路領域に前記活電部が存在しないようにする条件を満たし、製作が容易で、しかも小型に実現できる事という条件で後述するように、６ミリメートルを安全な絶縁距離とするようにした。

従来の強制通風型の冷却構造は電源装置の筐体内部を通風させていたが、本発明の実施形態は通風路７を形成する金属部材が囲み込む形状の筒状吸放熱手段２０とし、通風路７への送風手段３０が、回転羽根を有するモータが支持された枠体９を具備し、該枠体の開口部内径１０の投影が前記筒状吸放熱手段の通風路７の投影と略一致するか、又は該通風路７の投影周辺部を囲み込む枠体形状の送風手段３０である冷却構造とした。

冷却構造を小型にする為、放熱フィンを有する内壁部６と発熱部品８を装着した外壁部５とを具備した筒状の筒状吸放熱手段２０を形成した。該筒状吸放熱手段の内壁部６に通風路７を形成させる送風手段２０を、筒状吸放熱手段の両端に開いた開口部のうち、少なくとも一方の開口部に近接して設け、筒状吸放熱手段の通風路以外の空間、例えば金属部材１の外壁部５に活電部８を配置して、活電部領域と通風路領域とが分離されるようにした。

筒状吸放熱手段２０が、金属部材１、２、３で三角筒に形成して衝撃に耐えるようにして、その外壁部５に半導体など発熱部品を装着して、活電部が前記内壁部７に露出しない形状に形成された筒状吸放熱手段である防塵冷却構造も有効である。

筒状吸放熱手段２０が、内部空間の断面形状が多角筒状又は曲面で囲まれた筒状に部材を当接させ結合し、または、曲げ加工で形成され、その内壁部で囲まれた空間を通風路７とし、外壁部５の一部に半導体など発熱部品８を装着して、絶縁距離６ミリメートル以下の活電部が、通風路７に存在しない形状に形成された筒状吸放熱手段である防塵冷却構造も有効である。絶縁距離に関しては、多くの試験データから安全な寸法が確認されて電圧３８０Ｖの交流を印加して長期の使用に耐えるには、６ミリメートルの沿面距離が必要である、と確認された。

図４に本発明の冷却構造体が内部に組み込まれる電源装置筐体の斜視図の一例を示す。
ここで９Ａは筐体の背面パネル、９Ｂは前面パネルであってどちらも吸気口または排気口が設けられている、この二つのパネルに略平行に送風手段３０の回転羽根の回転平面が略平行になる様に配置され、回転羽根による気流の方向が、前記筒状吸放熱手段２０の開口端面から装置外部に排気される方向となる様に通風路の空気を吸引するよう設定された回転方向の送風手段である電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造とすることも有効である。

筒状吸放熱手段２０が、その内壁部６に放熱フィンを具備し、全側面又は、少なくとも内壁部６に、汚れ付着防止のチタンを含む金属の酸化物が固着された筒状吸放熱手段とすることも塵埃付着防止の観点から有効である。

半導体スイッチ素子やダイオードの接続端子部を含むインバータ構成物、コンデンサの接続端子、巻線部品の接続部など活電部を具備し、これらの発熱部品の冷却構造体を有する電子負荷装置又は電源装置において、放熱フィンを有する内壁部と発熱部品を装着した外壁部とを具備した金属部材と、外壁側に部品を装着した印刷配線板とによって囲まれた空間である通風路を形成させて、筒状吸放熱手段とし、該吸放熱手段の両端に開いた開口部のうち、少なくとも一方の開口部に近接して送風手段を設け、該吸放熱手段の通風路以外の空間に電気部品の活電部を配置して、該活電部が存在する領域と通風路領域とが分離された防塵冷却構造とすることも有効である。

塵埃付着を防止した効果は電気的絶縁劣化を防ぐのに役立っている。前記通風路に絶縁性塵埃層が吸放熱手段の内壁部から筐体外部へ放熱するのを妨げていた従来に比べて、放熱効果を改善する為に有効である。

放熱器に塵埃が堆積して電気的に絶縁を劣化させる危惧を払拭できたのでユーザーの安全を確保できたので、産業上の貢献度向上に寄与した。

本発明による一実施の形態を示す斜視図である。本発明を説明するための従来の電源装置の回路図である。本発明による他の実施の形態を示す構造断面図である。本発明を説明するための電源装置筐体の斜視図である。従来の電源装置における通風構造を示す斜視図である。

符号の説明

１金属部材
２金属部材
３金属部材
４金属部材
５外壁部
６内壁部
７通風路
８発熱電気部品
９枠体
９Ａ筐体の背面パネル
９Ｂ筐体の前面パネル
１０枠体内径
１１金属部材
１２金属部材
１３金属部材
２０筒状吸放熱手段
３０送風手段

Claims

半導体スイッチ素子やダイオードの接続端子部を含むインバータ構成物、コンデンサの接続端子、巻線部品の接続部など活電部を具備し、これらの発熱部品の冷却構造体を有する電子負荷装置又は電源装置において；
放熱フィンを有する内壁部と発熱部品を装着した外壁部とを具備した金属部材で筒状吸放熱手段を形成し、該吸放熱手段の内壁部に囲まれた空間である通風路を形成させる送風手段を、該吸放熱手段の両端に開いた開口部のうち、少なくとも一方の開口部に近接して設け、該吸放熱手段の通風路以外の空間に電気部品の活電部を配置して、該活電部が存在する領域と通風路領域とが分離されたことを特徴とする電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
前記送風手段が、回転羽根を有するモータが支持された枠体を有する送風手段であり、送風手段の回転羽根の回転平面が電源装置の筐体の背面パネル又は前面パネルに略平行になる様に配置され、該枠体の開口部内径の投影が、前記筒状吸放熱手段の通風路の投影と略一致するか、又は該送風路の投影周辺部を囲み込む枠体形状の送風手段である請求項１記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
前記筒状吸放熱手段が、三角筒を含む多角筒状、又は円筒状で、その内壁部に放熱フィンを具備し、外壁部に半導体など発熱部品を装着して、活電部が、前記内壁部に露出しない形状に形成された筒状吸放熱手段である請求項１または２記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
前記筒状吸放熱手段が、内部空間の断面形状が三角筒を含む多角筒状又は曲面で囲まれた筒状に部材を当接させて形成され、その内壁部を通風路とし、外壁部の一部に半導体など発熱部品を装着して、絶縁距離６ミリメートル以下の活電部が、前記通風路に露出しない形状に形成された筒状吸放熱手段である請求項１乃至２記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
前記送風手段が、回転羽根による気流の方向が、前記筒状吸放熱手段の開口端面から装置外部に排気される方向に吸引するよう設定された回転方向の送風手段である請求項１乃至４記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
前記筒状吸放熱手段が、その内壁部に放熱フィンを具備し、全側面のうち少なくとも内壁部に、汚れ付着防止のチタンを含む金属の酸化物が固着された筒状吸放熱手段である請求項１乃至５記載の電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。
半導体スイッチ素子やダイオードの接続端子部を含むインバータ構成物、コンデンサの接続端子、巻線部品の接続部など活電部を具備し、これらの発熱部品の冷却構造体を有する電子負荷装置又は電源装置において；
放熱フィンを有する内壁部と発熱部品を装着した外壁部とを具備した金属部材と、外壁側に部品を装着した印刷配線板とによって囲まれた空間である通風路を形成させて、筒状吸放熱手段とし、該吸放熱手段の両端に開いた開口部のうち、少なくとも一方の開口部に近接して送風手段を設け、該吸放熱手段の通風路以外の空間に電気部品の活電部を配置して、該活電部が存在する領域と通風路領域とが分離されたことを特徴とする電子負荷装置および電源装置の防塵冷却構造。