JP2017093092A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンが吸入した外気で発熱部材を強制空冷させる際、該発熱部材の温度上昇を効果的に抑制し、かつ装置の小型化と低コスト化を実現する電源装置を提供する。【解決手段】装置筐体内の底面部１００の水平方向に、ディスクリートタイプの半導体デバイス１２が取付けられたヒートシンク１１と、交流から直流に変換した後の電流を平滑する第１コンデンサ１３とが実装された第１のプリント基板１０が装置筐体内に配置されている。第１のプリント基板１０には、ヒートシンク１１や第１コンデンサ１３以外にも、抵抗、ダイオード、コンデンサ、コイル等（不図示）の各種電子部品１４が実装されている。さらに第１のプリント基板１０に実装されたヒートシンク１１上部の装置内空きスペースに、交流から直流に変換するに際して平滑する第２コンデンサ２１が実装された第２のプリント基板２０が第１のプリント基板１０に垂直に装置筐体内に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ファンにより外気を吸入してヒートシンク等を強制空冷させる電源装置に関する。

半導体デバイスが取付けられたヒートシンクを、ファンからの冷却風にて効果的に強制空冷させる方法として、下記の特許文献１及び２に示される技術が知られている。
特許文献１に示される技術例は、半導体デバイスが取付けられたヒートシンクの天面上に放熱板を設けて、その放熱板とプリント基板との間にファンが吸入した冷却風(外気)を通風させるようにしている。

また、特許文献２に示される技術例は、複数のバスバーにて空洞部を形成し、形成された空洞部にファンが吸入した冷却風(外気)を通風させるようにしている。

特開２００９−０４４８４２号公報 特開２００８−１６６５３１号公報

上記に示した特許文献１や特許文献２に示される技術は、ファンからの冷却風の風路全体（またはその一部）に放熱板やバスバーを使っており、装置が大型化或いは高価になる、といった課題があった。

そこで本発明は、ファンが吸入した外気で発熱部材を強制空冷させる際、発熱部材の温度上昇を効果的に抑制し、かつ装置の小型化と低コスト化を実現する電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の電源装置に関する発明は、少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備えて成る電源装置であって、
前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備え、
前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを装置筐体内で垂直になるように配置し、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを、前記第１のプリント基板に実装された前記ヒートシンクを囲うように配置させ、前記第１のプリント基板及び前記第１コンデンサと、前記第２のプリント基板及び前記第２コンデンサと、並びに装置筐体側面部とで、ファンからの冷却風路を形成するよう構成したことを特徴とする。

また上記課題を解決するために請求項２記載の電源装置に関する発明は、請求項１に記載の電源装置において、
前記第２のプリント基板を、前記第１のプリント基板上部の装置筐体内の空きスペースに配置するよう構成したことを特徴とする。

また上記課題を解決するために請求項３記載の電源装置に関する発明は、請求項１に記載の電源装置において、
前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を前記ファンで吸入して冷却する冷却風は、前記第１コンデンサの円柱型が成す円弧部分を利用して前記第１のプリント基板上に導入され、
前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を、前記第１コンデンサの縦列配置を境に、高発熱部品と低発熱部品とに分けて実装し、
前記高発熱部品を実装する領域と前記低発熱部品を実装する領域とに分離された各領域に、前記高発熱部品及び前記低発熱部品の発熱量に応じた冷却風量が導入されるように、前記第１コンデンサの配列位置を調整して配置するよう構成したことを特徴とする。

また上記課題を解決するために請求項４記載の電源装置における発熱部品の配置方法に関する発明は、少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備え、
前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備えて成る電源装置における発熱部品の配置方法において、
前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを装置筐体内で垂直になるように配置する過程、
前記第２のプリント基板を、前記第１のプリント基板上部の装置筐体内の空きスペースに配置する過程、および、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを、前記第１のプリント基板に実装された前記ヒートシンクを囲うように配置させ、前記第１のプリント基板及び前記第１コンデンサと、前記第２のプリント基板及び前記第２コンデンサと、並びに装置筐体側面部とで、ファンからの冷却風路を形成する過程、
を含むことを特徴とする。

また上記課題を解決するために請求項５記載の電源装置における発熱部品の配置方法に関する発明は、少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備え、
前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備えて成る電源装置における発熱部品の配置方法において、
前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を、前記第１コンデンサの縦列配置を境に、高発熱部品と低発熱部品とに分けて実装する過程、
前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を前記ファンで吸入して冷却する冷却風が、前記第１コンデンサの円柱型が成す円弧部分を利用して前記第１のプリント基板上に導入される過程、および、
前記高発熱部品を実装する領域と前記低発熱部品を実装する領域とに分離された各領域に、前記高発熱部品及び前記低発熱部品の発熱量に応じた冷却風量が導入されるように、前記第１コンデンサの配列位置を調整して配置する過程、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ファンが吸入した外気で発熱部材を強制空冷させる際、発熱部材（例えば、半導体デバイスが取付けられるヒートシンクや直流平滑を行うコンデンサ(電解コンデンサ)）の温度上昇を効果的に抑制し、かつ、装置の小型化と低コスト化を実現することができる。

本発明の実施形態に係る電源装置の構成例を示す正面斜視図である。 図１に示した本発明の実施形態に係る電源装置の背面透視図である。 図１に示した本発明の実施形態に係る電源装置の平面断面視例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置の構成例を示す正面斜視図である。また図２は、図１に示した本発明の実施形態に係る電源装置の背面透視図である。

図１及び図２において、装置筐体内の底面部１００の水平方向に、ディスクリートタイプの半導体デバイス１２（図２参照）が取付けられたヒートシンク１１（図２参照）と、交流（不図示）から直流（不図示）に変換した後の電流を平滑する第１の電解コンデンサ（第１コンデンサ）１３とが実装された第１のプリント基板１０が装置筐体内に配置されている。

また第１のプリント基板１０には、ヒートシンク１１（図２参照）や第１コンデンサ１３以外にも、抵抗、ダイオード、コンデンサ、コイル等の各種電子部品（詳細不図示）１４が実装されている。

さらに第１のプリント基板１０に実装されたヒートシンク１１上部の装置筐体内空きスペース（図２参照）に、交流（不図示）から直流（不図示）に変換するに際して平滑する第２の電解コンデンサ（第２コンデンサ）２１が実装された第２のプリント基板２０が第１のプリント基板１０に垂直に装置筐体内に配置されている。

これにより、図２に示すように、第１のプリント基板１０に実装された第１コンデンサ１３と、第２のプリント基板２０に実装された第２コンデンサ２１とが、第１のプリント基板１０に実装された半導体デバイス１２が取付けられたヒートシンク１１を囲うように装置筐体内に配置され、第１のプリント基板１０及び第１コンデンサ１３と、第２のプリント基板２０及び第２コンデンサ２１と、装置筐体側面部１１０とで、ファン３０からの風洞４０（冷却風路）（図２参照）を形成する。

この構成によれば、発熱部品であるヒートシンク１１や電解コンデンサ１３，２１に、ファン３０からの冷却風を効果的に当てて冷却することができ、風洞４０（冷却風路）を形成するために追加部材を使用することがないうえ、本来、第１のプリント基板１０に実装されていた電解コンデンサの一部を、装置筐体内空きスペース（図２参照）を利用して配置された第２のプリント基板２０に実装することにより、装置の小型化と低コスト化を実現することができる。

また図３は、図１に示した本発明の実施形態に係る電源装置の平面断面視例を示す図である。図３の平面断面視例を示す図では、高発熱部品を実装する領域すなわち高発熱部品実装領域３１と低発熱部品を実装する領域すなわち低発熱部品実装領域３２の配置に応じて、第１のプリント基板１０に実装される第１コンデンサ１３の配列位置を調整してコンデンサの配列として最適な配置とすることができる。すなわち、図３に示す符号３３は、コンデンサの配列位置の調整可能範囲を示すもので、この範囲内で第１コンデンサ１３の配列位置を調整してコンデンサの配列として最適な配置になるようにする。

その結果、第１のプリント基板１０に実装される電子部品類を冷却するためのファン３０から導入される冷却風は、縦列に配列された第１コンデンサ１３の円柱型が成す円弧部分を利用して第１のプリント基板１０上に導入されることになる。

また第１のプリント基板１０に実装される電子部品類を、第１コンデンサ１３の縦列配置を境に、半導体デバイス１２を含む高発熱部品と、不図示の電子部品を含む低発熱部品とに分けて実装しておく。

第１のプリント基板１０上の高発熱部品実装領域３１と低発熱部品実装領域３２とに、電子部品類の発熱量に応じた冷却風量が導入されるように、例えば、高発熱部品実装領域３１側に全体風量の８０％、低発熱部品実装領域３２側に全体風量の２０％というように、第１コンデンサ１３の円柱型が成す円弧部分を利用して冷却風量が導入されるよう、それぞれの領域の電子部品類の発熱量の割合に合わせた縦列の配列を調整することで、第１コンデンサ１３を最適な位置に配置させる。これにより装置全体の冷却効率をさらに向上させることができる。

本発明の技術は、電源装置における冷却についてもっぱら説明したが、電動機駆動装置、系統連系装置などの冷却にも適用することが可能である。

１０ 第１のプリント基板
１１ ヒートシンク
１２ 半導体デバイス
１３ 第１コンデンサ(電解コンデンサ)
１４ 各種電子部品(詳細図示省略)
２０ 第２のプリント基板
２１ 第２コンデンサ(電解コンデンサ)
３０ ファン
３１ 高発熱部品実装領域
３２ 低発熱部品実装領域
３３ コンデンサ配列位置調整可能範囲
４０ 風洞(冷却風路)
１００ 底面部
１１０ 装置筐体側面部

Claims (5)

1. 少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備えて成る電源装置であって、
   前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備え、
   前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを装置筐体内で垂直になるように配置し、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを、前記第１のプリント基板に実装された前記ヒートシンクを囲うように配置させ、前記第１のプリント基板及び前記第１コンデンサと、前記第２のプリント基板及び前記第２コンデンサと、並びに装置筐体側面部とで、ファンからの冷却風路を形成するよう構成した、
   ことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第２のプリント基板を、前記第１のプリント基板上部の装置筐体内の空きスペースに配置するよう構成した、
   ことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を前記ファンで吸入して冷却する冷却風は、前記第１コンデンサの円柱型が成す円弧部分を利用して前記第１のプリント基板上に導入され、
   前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を、前記第１コンデンサの縦列配置を境に、高発熱部品と低発熱部品とに分けて実装し、
   前記高発熱部品を実装する領域と前記低発熱部品を実装する領域とに分離された各領域に、前記高発熱部品及び前記低発熱部品の発熱量に応じた冷却風量が導入されるように、前記第１コンデンサの配列位置を調整して配置するよう構成した、
   ことを特徴とする電源装置。
4. 少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備え、
   前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備えて成る電源装置における発熱部品の配置方法において、
   前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板とを装置筐体内で垂直になるように配置する過程、
   前記第２のプリント基板を、前記第１のプリント基板上部の装置筐体内の空きスペースに配置する過程、および、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを、前記第１のプリント基板に実装された前記ヒートシンクを囲うように配置させ、前記第１のプリント基板及び前記第１コンデンサと、前記第２のプリント基板及び前記第２コンデンサと、並びに装置筐体側面部とで、ファンからの冷却風路を形成する過程、
   を含むことを特徴とする電源装置における発熱部品の配置方法。
5. 少なくともディスクリートタイプの半導体デバイスが取付けられたヒートシンクと、直流平滑のための電解コンデンサから成る第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記ヒートシンク並びに前記第１及び第２コンデンサを強制空冷により冷却するファンとを備え、
   前記ヒートシンクと前記第１コンデンサとが実装された第１のプリント基板と、前記第２コンデンサが実装された第２のプリント基板を備えて成る電源装置における発熱部品の配置方法において、
   前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を、前記第１コンデンサの縦列配置を境に、高発熱部品と低発熱部品とに分けて実装する過程、
   前記第１のプリント基板に実装される電子部品類を前記ファンで吸入して冷却する冷却風が、前記第１コンデンサの円柱型が成す円弧部分を利用して前記第１のプリント基板上に導入される過程、および、
   前記高発熱部品を実装する領域と前記低発熱部品を実装する領域とに分離された各領域に、前記高発熱部品及び前記低発熱部品の発熱量に応じた冷却風量が導入されるように、前記第１コンデンサの配列位置を調整して配置する過程、
   を含むことを特徴とする電源装置における発熱部品の配置方法。