JP2013098506A - 電子部品の冷却構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】外気による冷却において、所要の放熱能力が得られ、かつ、電子部品を劣化させない構造の電子部品の冷却構造を得ることを目的とする。
【解決手段】外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体10の内部に、機器と共に収容された電子部品30の冷却構造において、筐体10内に配置され電子部品30を収容した制御箱20、及び制御箱20の筐体10内に面する側板20aに、筐体10内に通じる孔21を形成し、その放熱部を外側にして孔21を外側から閉塞するように制御箱20に固定された放熱体50を備えるとともに電子部品30の放熱面を放熱体50の孔21を閉塞する部分に押し付けるように、電子部品30を制御箱20内に固定するようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、空調機の室外機等の筐体内に圧縮機等とともに格納された制御箱に内蔵する電子部品の冷却構造に関するものである。
空調機の室外機用筐体内に搭載される制御箱には力率改善やノイズフィルタなどのためにリアクトルやコンデンサなどの電子部品を内蔵している。リアクトルはコイルに電流が流れるため銅損が発生し、コアに磁束が生じるため鉄損が発生して発熱し、コンデンサはリプル電流が流れると発熱する。
例えば、特許文献1の室外機用電装箱における冷却装置は、筐体に吸気口及び排気口を備え、空気を吸気口から流入させ排気口から排出させることによって室外機用電装箱内に配設した電子部品を冷却する。
特開2011−52898号公報(第7頁−第8頁、図2−図4)
室外機はビルの屋上などに設置され、その内部空間は、雨、雪、塵芥、錆等の存在する悪環境にあり、上記特許文献1の構成では内部空間における悪環境により電子部品を劣化させる恐れがある。
悪環境の影響を避ける構造とした場合、所要の放熱能力が得られなくなることが想定される。
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたものであり、外気による冷却において、所要の放熱能力が得られ、かつ、電子部品を劣化させない構造の電子部品の冷却構造を得ることを目的とする。
本発明に係る電子部品の冷却構造は、外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱、及び上記制御箱の上記筐体内に面する側板に、上記筐体内に通じる孔を形成し、その放熱部を外側にして上記孔を上記外側から閉塞するように上記制御箱に固定されたヒートシンクを備えるとともに、放熱面を上記ヒートシンクの、上記孔を閉塞する部分に押し付けるように、上記電子部品を上記制御箱内に固定するようにしたものである。
また、外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
上記制御箱の筐体内に面する側板を内側板と外側板との2枚の板で構成するとともに、上記内側板に孔を形成し、上記電子部品の放熱面を上記孔を貫通して上記外側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記内側板に固定するようにしたものである。
また、外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
上記電子部品の放熱面を上記制御箱の上記筐体内に面する側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記側板に固定するようにしたものである。
本発明によれば、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱内が筐体内と隔離されるので、電子部品を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。
本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態1を示す模式断面図である。 電子部品と放熱体の接続及び放熱体の制御箱への取付の様子を示す斜視図である。 実施の形態1における他の例を示す斜視図である。 実施の形態1における他の例を示す斜視図である。 実施の形態1における他の例を示す斜視図である。 実施の形態1における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態1における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態1における他の例を示す斜視図である。 実施の形態1における他の例を示す斜視図である。 本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態2を示す模式断面図である。 実施の形態2における他の例を示す模式断面図である。 実施の形態2の他の例を示す模式断面図である。 本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態3を示す模式断面図である。 実施の形態3における他の例を示す斜視図である。
以下、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態1を示す模式断面図である。
図1に示したように、空調機の室外機1用の筐体10は、一側面に制御箱20を備え、上面にファン11、他の側面に熱交換器12を備え、他の側面または底面に開口部(図示省略)が形成されている。
空調機の室外機1は、図示していない圧縮機で冷媒を圧縮して加熱したり、熱交換器12で冷媒を冷却したりして、所望の冷媒温度に温度調整する。この温度調整のため、制御箱20内の図示していない制御装置で圧縮機のモータやファン11のモータの駆動を制御する。ファン11が駆動されることにより、外気が開口部を通過して室外機1内部に取り込まれ、室外機1上部から排気される。あるいは、ファン11により外気が筐体10内に取り込まれ開口部から排出される。
制御箱20には配電系統の交流が入力され、整流器で直流に変換し、インバータで所望の電力を生成して出力する。そのため、力率改善やノイズフィルタが必要で、制御箱20はコモンモードチョークリアクトルや、直流リアクトル、ノイズフィルタリアクトルや、コンデンサなどの電子部品30を内蔵する。
電子部品30において、リアクトルはコイルに電流が流れるため銅損が発生し、コアに磁束が生じるため鉄損が発生して発熱し、コンデンサはリプル電流が流れると発熱する。この発熱を、絶縁性の伝熱材40を介してヒートシンクである放熱体50に伝熱し、ファン11によって取り込まれた風によって放熱体50で放熱される。電子部品30及び伝熱材40は、押さえ板60の端部がネジ61によって放熱体50に固定される。
図2は、電子部品30と放熱体50の接続及び放熱体50の制御箱20への取付の様子を示す斜視図である。図2に示したように、制御箱20の筐体10内に面する側板20aに孔21を形成し、押さえ板60及び電子部品30を孔21から制御箱20内に挿入し、放熱体50をネジ81、ネジ用貫通孔22及びネジ穴51により制御箱20の側板20aの外面に固定する。これにより、放熱体50が外側から孔21を閉塞する。
放熱体50に熱伝導性の絶縁シートである伝熱材40を貼り、その上に電子部品30を載せる。そして、絶縁性の押さえ板60で、電子部品30を伝熱材40を介して放熱体50に押し付け、固定材であるネジ61で放熱体50に固定する。押さえ板60で放熱体50に押し付けることにより、電子部品30と伝熱材40との間、及び伝熱材40と放熱体50との間の接触熱抵抗を低減することができる。また、制御箱20はメンテナンスの作業性から縦置きが多く、電子部品30が垂直板に取付けられるため不安定になるが、伝熱材40に可撓性のある材質を用いて押さえ板60の端部をネジ61で放熱体50に押さえ付けることにより、振動に対して電子部品30お伝熱面及び放熱体50の面に伝熱材40が追従し、耐震性を向上させることができる。
制御箱20の側板20aは雨などの水にさらされることにより、水が放熱体50や制御箱20を伝ってネジ用貫通孔22から制御箱20内に浸入する可能性があるが、制御箱20と放熱体50の接触面の隙間を小さくすることにより防水性を向上させることができる。また、図3の例に示すように、放熱体50のネジ穴51を取り囲むように気密性のテープ等の防水材80設け、制御箱20の側板20aの外面と貼り合せることにより、防水性をさらに向上させることができる。
また、図4の例に示すように、押さえ板60のネジ用貫通穴62と、制御箱20のネジ用貫通孔22と、放熱体50のネジ穴51に使用するネジ81とを共用し、押さえ板60と制御箱20を放熱体50に共締めすることにより、工程を簡略化でき、ネジ本数を減らすことができる。
防水材80は制御箱20側に設けても放熱体50側に設けてもよく、また、コーティング材でもよい。
電子部品30がリアクトルの場合、伝熱材40との接触面は、コアでもコイルでもよいが、発熱がより大きい方の部品の面を接触面にすると放熱性が高いためよい。あるいは、面の凹凸が小さい面を接触面にするとよい。
また、面の凹凸が大きい場合、伝熱材40を伝熱性のグリースや接着剤にすると伝熱材40が凹凸に追従するので放熱性を向上させることができる。
図5の例に示すように、電子部品30に台座63を設けることにより、台座63を放熱体50に固定することで、電子部品30を伝熱材40を介して固定することができるため、固定作業を容易にすることができる。ここで、図4の例と同様に、台座63と制御箱20を共締めすることにより、工程を簡略化することができる。
電子部品30がリアクトルで、放熱面がコイルの場合、巻線がエナメルなどで被覆処理されていても、放熱体50がアルミなどの金属の場合、伝熱材40がつぶれるなどで巻線が放熱体50と接触すると、振動などで被覆が剥がれ、絶縁性が低下する。そこで、図6の例に示すように、絶縁性のスペーサ70を電子部品30と放熱体50の間に設けることによりその間の距離を一定に保ち、絶縁性を確保することができる。絶縁性のスペーサ70は伝熱材40とは別部材で、放熱体50と電子部品30の間に設けてもよく、また、放熱体50に埋め込むように設けてもよく、また、台座63に設けると、台座63と一体成型で作製できるので容易に製造することができる。また、絶縁性のスペーサ70は、バンプ状の突起を3点以上設けてもよく、ライン状の突起を2本以上設けてもよく、電子部品30と放熱体50との絶縁距離を確保することができる。
また、図7の例に示すように、伝熱材40において、放熱体50側を固めで伝熱性のある絶縁性シート42にし、電子部品30側を凹凸に追従性のある接着剤41にすることにより、電子部品30と放熱体50との接触を防止し、かつ、放熱性を向上させることができる。
ここで、図8の例に示すように、伝熱材40の配置領域を、電子部品30の領域だけでなく、制御箱20に空けた孔21より広い領域まで拡大することにより、伝熱材として機能するだけでなく、防水機構としても機能させることができる。伝熱材40は、制御箱20のネジ81用のネジ用貫通孔22及び放熱体50のネジ穴51よりも外側まで配置されることが望ましい。
伝熱材40の気密性が低い場合において、制御箱20との僅かな隙間から湿気が進入し、絶縁性が低下する場合は、図9に示すように、熱伝導性のシートの上から接着剤44を塗布するとよい。この場合、接着剤44の塗布領域は、制御箱20の孔21の枠の外側とするのがよい。これにより、伝熱性と防水性及び絶縁性を確保することができる。
本実施の形態1によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体10の内部に、圧縮機などの機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、筐体10内に配置され電子部品30を収容した制御箱20、及び制御箱20の筐体10内に面する側板20aに、筐体10内に通じる孔21を形成し、その放熱部を外側にして孔21を上記外側から閉塞するように制御箱20に固定された放熱体50を備えるとともに、電子部品30の放熱面を放熱体50の、孔21を閉塞する部分に押し付けるように、電子部品30を制御箱20内に固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱20内が筐体10内と隔離されるので、電子部品30を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。
実施の形態2.
上記実施の形態1では、電子部品30の熱を放熱する放熱部をヒートシンクである放熱体50としたが、本実施の形態2では、放熱部を制御箱20の外側板の外面とするものである。
図10は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態2の模式断面図である。
制御箱20の側板20aを内側板25と外側板26との2枚の板で構成し、内側板25に台座63をネジ61により固定する。このとき、内側板25に電子部品30の放熱面が入る大きさの孔を開け、ネジ61を締め付けることにより電子部品30を伝熱材40を介して外側板26に押し付けるようにする。外側板26側に電子部品30を押し付けることにより、電子部品30と伝熱材40との間、及び伝熱材40と外側板26との間の接触熱抵抗を低減することができ、また、耐震性を向上させることができる。これにより、電子部品30の熱は、外側板26に伝熱し、ファン11により取り込まれた風により、外側板26が放熱することができるだけでなく、防水材などを必要としない簡素化された構造が得られる。
ここで、外側板26と電子部品30との間に絶縁性のスペーサ71を設けて、その間の距離を一定に保つようにして絶縁性を確保してもよい。また、図11の例に示すように、内側板25の縁を折り曲げてこの折り曲げ部25aを外側板26に接触させることにより、電子部品30と外側板26との絶縁距離を確保することができる。
また、図12の例に示すように、外側板26の放熱領域にフィン27を設けることにより、放熱性を向上させることができる。ここで、フィン27はL字の板を外側板26にスポット溶接などで固定する。
本実施の形態2によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体10の内部に、圧縮機等の機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、筐体10内に配置され電子部品30を収容した制御箱20を備え、制御箱20の筐体10内に面する側板20aを内側板25と外側板26との2枚の板で構成するとともに、内側板25に孔を形成し、電子部品30の放熱面を孔を貫通して外側板26の内面に押し付けるように、電子部品30を内側板25に固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱20内が筐体10内と隔離されるので、電子部品30を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。
実施の形態3.
図13は、本発明に係る電子部品の冷却構造の実施の形態3を示す模式断面図である。
図13に示したように、制御箱20の側板20aに伝熱材40を介して電子部品30を接続する。このとき、電子部品30に台座63を設け、台座63の側板20aと接触する部分を金属にし、溶接することにより溶接部64で接続する。これにより、制御箱20の側板20aを2枚板にする必要がなく、電子部品30の熱を放熱し、さらに防水性を得ることができる。
台座63の代わりに、図2、図3、図4に示した押さえ板60としてもよい。この場合には、電子部品30と接触する部分を絶縁性部材とし、溶接する端部を金属とする。
ここで、溶接方向は、制御箱20の内側からでもよいが、溶接時に飛散物が生じる場合、制御箱20内の密接したパターン部に付着すると短絡するので、外側からの方がよい。
また、側板20aにおける放熱部の板厚を厚くすると放熱性を高めることができ、溶接部64の板厚を薄くすると溶接を低出力で行え、また、溶接の安定性を向上させることができる。
また、放熱性を向上させるために、図12に示したフィン27を側板20aに設けてもよい。
なお、図14に示すように、制御箱20に吸気口92と排気口91を設けることにより、制御箱20内に風が取り込まれ、電子部品30に風を当てることができるため、放熱性能を向上させることができる。実験の結果によれば、電子部品30の劣化を抑制するために、制御箱20内の風速を0.4m/s以下にすることが望ましい。
また、吸気口92を制御箱20の側面の下側に配置し、排気口91を制御箱20の側面の上側に配置することにより、ファン11の取り込む風の流れに沿って空気を取り込むことができる。
制御箱20内に空気を流入させ、電子部品30に当る風速を速くすることにより冷却できるが、空調機の室外機1は屋外に設置される場合が多く、流入した空気は塵や埃、湿気を含んでおり、電子部品30の巻線や被覆、絶縁紙、端子などの劣化を加速してしまうが、風速を0,4m/s以下とすることにより、制御箱20内への空気流入を極力抑えることができ、放熱効果を高めるだけでなく、防水も可能とし、電子部品の劣化を抑制することもできる。
本実施の形態3によれば、外気を吸入する吸気口と外気へ排気する排気口とを形成した筐体10の内部に、機器と共に収容された電子部品30の冷却構造において、筐体10内に配置され電子部品30を収容した制御箱20を備え、電子部品30の放熱面を制御箱20の筐体10内に面する側板20aの内面に押し付けるように、電子部品30を側板20aに固定するようにしたので、所要の放熱能力が得られ、かつ、制御箱20内が筐体10内と隔離されるので、電子部品30を劣化させない構造の電子部品の冷却構造が得られる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、書く実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
本発明に係る電子部品の冷却構造は、空調機などの室外機に有効に利用することができる。
1 室外機、10 筐体、11 ファン、12 熱交換器、20 制御箱、
20a 側板、22,62 ネジ用貫通孔、25 内側板、26 外側板、
27 フィン、30 電子部品、40 伝熱材、41,44 接着剤、
42,43 絶縁性シート、50 放熱体、51 ネジ穴、60 押さえ板、
61 ネジ穴、62 ネジ用貫通穴、63 台座、70,71 スペーサ、
80 防水材、81 ネジ、91 排気口、92 吸気口。

Claims (16)

  1. 外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
    上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱、及び上記制御箱の上記筐体内に面する側板に、上記筐体内に通じる孔を形成し、その放熱部を外側にして上記孔を上記外側から閉塞するように上記制御箱に固定されたヒートシンクを備えるとともに、放熱面を上記ヒートシンクの、上記孔を閉塞する部分に押し付けるように、上記電子部品を上記制御箱内に固定するようにしたことを特徴とする電子部品の冷却構造。
  2. 上記電子部品の放熱面上に絶縁性の伝熱材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の冷却構造。
  3. 上記電子部品が該電子部品を押さえ付ける押さえ板とネジで上記ヒートシンクに固定され、上記ヒートシンクが上記制御箱の上記側板にネジで固定され、上記押さえ板を上記ヒートシンクに固定するネジと上記ヒートシンクを上記制御箱の上記側板に固定するネジとが共通のネジであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子部品の冷却構造。
  4. 外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
    上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
    上記制御箱の筐体内に面する側板を内側板と外側板との2枚の板で構成するとともに、上記内側板に孔を形成し、上記電子部品の放熱面を上記孔を貫通して上記外側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記内側板に固定するようにしたことを特徴とする電子部品の冷却構造。
  5. 外気を吸入する吸気口と上記外気へ排気する排気口とを形成した筐体の内部に、機器と共に収容された電子部品の冷却構造において、
    上記筐体内に配置され上記電子部品を収容した制御箱を備え、
    上記電子部品の放熱面を上記制御箱の上記筐体内に面する側板の内面に押し付けるように、上記電子部品を上記側板に固定するようにしたことを特徴とする電子部品の冷却構造。
  6. 上記制御箱の上記側板の外面にフィンを設けたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電子部品の冷却構造。
  7. 上記電子部品の放熱面上に絶縁性の伝熱材を設けたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電子部品の冷却構造。
  8. 上記電子部品を押さえ板により、押し付けるようにしたことを特徴とする請求項1、請求項4または請求項5のいずれか1項に記載の電子部品の冷却構造。
  9. 上記制御箱に、その内部を風速0.4m/sec以下で空気が通る吸気口と排気口を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の電子部品の冷却構造。
  10. 上記制御箱の上記側板と上記ヒートシンクの上記孔を閉塞する面との間に上記孔を取り囲むように上記制御箱外部から水分が浸入するのを防止する防水材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電子部品の冷却構造。
  11. 上記伝熱材の面積を上記孔の面積より大きくし、上記伝熱材の外周部により上記制御箱外部から水分が浸入するのを防止することを特徴とする請求項2に記載の電子部品の冷却構造。
  12. 上記伝熱材が絶縁性シートと接着剤とからなることを特徴とする請求項2または請求項7に記載の電子部品の冷却構造。
  13. 上記伝熱材上に上記孔を取り囲むように接着剤を塗布したことを特徴とする請求項11に記載の電子部品の冷却構造。
  14. 上記吸気口を上記制御箱の下方に設け、上記排気口を上記制御箱の上方に設けたことを特徴とする請求項9に記載の電子部品の冷却構造。
  15. 上記電子部品の放熱面と上記ヒートシンクの上記孔を閉塞する部分との間の距離を一定に保つ絶縁材からなるスペーサを設けたことを特徴とする請求項2に記載の電子部品の冷却構造。
  16. 上記電子部品の放熱面に絶縁性の伝熱材を設け上記電子部品の放熱面と上記側板の内面との間の距離を一定に保つ絶縁材からなるスペーサを設けたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の電子部品の冷却構造。
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