JP2020004849A

JP2020004849A - 電気設備

Info

Publication number: JP2020004849A
Application number: JP2018123119A
Authority: JP
Inventors: 慎二児島; Shinji Kojima
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-09

Abstract

【課題】放熱性能を向上する技術を提供する。【解決手段】放熱器２００は、（１）複数の放熱フィン２１２が配置される第１面２１０と、（２）第１面２１０とは反対を向いた第２面２３０と、（３）第１面２１０の一部に配置されるとともに第２面２３０において開口する中空構造の収納部２２０とを有する。樹脂ケース４００は、（１）放熱器２００の第２面２３０に対向する第３面４４０と、（２）第３面４４０において、放熱器２００の収納部２２０の開口を囲みながら第２面２３０に向かって突出する封止壁４４２と、（３）第３面４４０とは反対を向いた第４面４１０とを有する。樹脂ケース４００は、封止壁４４２を放熱器２００の第２面２３０に接触させ、第３面４４０における封止壁４４２の周囲の部分を放熱器２００の第２面２３０から離間させて、放熱器２００の収納部２２０の開口を封止する。【選択図】図５

Description

本開示は、電気設備に関し、特に電気機器を収納する電気設備に関する。

電力変換装置の電力素子モジュールで発生した熱は、電力変換装置に設置されたファンによって、電力変換装置の外部に放出される。しかしながら、その過程において、外部の汚染された空気が電力変換装置の内部に流入したり、埃あるいは異物などが共に流入して電力変換装置の内部に堆積したりする。そのため、ケース内の内部熱交換器には熱交換媒体通路が備えられ、熱交換媒体通路とケースの内部は、互いに遮断され、かつ内部熱交換器に伝達された熱はケースの外部へ放出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２１９２８３号公報

電力変換装置のような電気設備を小型化するためには、放熱性能を向上することが求められる。

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、放熱性能を向上する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある態様の電気設備は、（１）複数の放熱フィンが配置される第１面と、（２）第１面とは反対を向いた第２面と、（３）第１面の一部に配置されるとともに第２面において開口する中空構造の収納部とを有する放熱器と、放熱器の収納部に収納される収納型の電気機器と、（１）放熱器の第２面に対向する第３面と、（２）第３面において、放熱器の収納部の開口を囲みながら第２面に向かって突出する封止壁と、（３）第３面とは反対を向いた第４面とを有する樹脂ケースと、樹脂ケースの第４面側に配置される回路基板とを備える。樹脂ケースは、第３面を放熱器の第２面から離間させ、封止壁を放熱器の第２面に接触させて、放熱器の収納部の開口を封止する。

本開示によれば、放熱性能を向上できる。

図１（ａ）−（ｂ）は、本実施例に係る電気設備の構造を示す斜視図である。図２（ａ）−（ｃ）は、図１（ａ）−（ｂ）の電気設備の別の構造を示す斜視図である。図２（ａ）−（ｃ）の放熱器と樹脂ケースの構造を示す斜視図である。図２（ａ）−（ｃ）の放熱器と樹脂ケースの別の構造を示す斜視図である。図１（ａ）−（ｂ）の電気設備の構造を示す断面図である。

本開示の実施例を具体的に説明する前に、実施例の概要を説明する。実施例は、電力変換装置のように、発熱する電気機器を内部に収納する電気設備に関する。電気機器の一例は、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、リアクトル等であるが、電気機器以外の部品も電気設備に格納される。このような電気設備を小型化するためには、電気機器による発熱を効率よく放熱することが必要とされる。本実施例に係る電気設備は、放熱性能を向上するために、次のような構造を有する。

電気設備では、放熱器が樹脂ケースに取り付けられる。放熱器は、互いに反対を向いた第１面と第２面を有しており、第１面に複数の放熱フィンが配置されとともに、第１面の一部に箱形形状の収納部が配置される。収納部は中空構造を有し、第２面側に開口する。中空構造の中には、回路基板に搭載不可能な電気機器（以下、「第１電気機器」という）が収納される。第１電気機器の一例は、リアクトルである。樹脂ケースは、第３面と第４面を有し、第３面が放熱器の第２面に対向するとともに、第４面側に回路基板が配置される。回路基板には、ハーネス等を介して第１電気機器が接続される。ここで、第３面は第２面に接触せずに離間し、第３面上において第２面に向かって突出する封止壁が第２面に接触する。封止壁は、収納部の開口を囲むように配置されるので、封止壁と第２面との接触によって、収納部の中空構造が封止される。収納部の中空構造は封止され、かつ樹脂ケースの第３面から離間されるので、第１電気機器の発熱は、樹脂ケースの第４面側に配置された回路基板の方に伝導しにくくなり、放熱フィンから放熱されやすくなる。

回路基板における放熱器の第２面側の面には、電気機器（以下、「第２電気機器」という）が搭載される。第２電気機器は、樹脂ケースに設けられた貫通孔（以下、「機器用貫通孔」という）を通って、放熱器の第２面のうち、収納部の開口の位置とは異なった位置に接続される。機器用貫通孔は、樹脂ケースの第３面と第４面とを貫通するように、第２電気機器に合ったサイズで設けられる。第２電気機器が放熱器に接続されるので、第２電気機器の発熱は放熱フィンからの放熱されやすくなる。また、機器用貫通孔のサイズが第２電気機器に合わされているので、放熱器から、樹脂ケースの第４面側に配置された回路基板の方に戻ってくる熱が抑制される。以下の説明において、「平行」、「垂直」は、完全な平行、垂直だけではなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含む。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。

図１（ａ）−（ｂ）は、電気設備１０００の構造を示す斜視図である。図１（ａ）−（ｂ）に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を含む直交座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、電気設備１０００の底面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、電気設備１０００の高さ（垂直）方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１（ａ）−（ｂ）における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。また、ｘ軸の正方向を「前」あるいは「正面」、ｘ軸の負方向側を「後」あるいは「背面」、ｚ軸の正方向側を「上」あるいは「天面」、ｚ軸の負方向側を「下」あるいは「底面」ということもある。さらに、ｙ軸方向を「側面」ということもある。そのため、図１（ａ）は、電気設備１０００を前側から見た場合の斜視図に相当し、図１（ｂ）は、電気設備１０００を後側から見た場合の斜視図に相当する。

電気設備１０００は、フロントパネル１００、放熱器２００、配線ボックスカバー３００、電線管３１０と総称される第１電線管３１０ａから第７電線管３１０ｇを含む。フロントパネル１００は、フロントパネル前面板１１０、フロントパネル天面板１１２、フロントパネル側面板１１４を含み、放熱器２００は、第１面２１０、放熱フィン２１２、収納部２２０を含む。電気設備１０００に含まれるフロントパネル１００、放熱器２００、配線ボックスカバー３００の各構成要素は、ネジ、溶接、接着材等で接続されているが、公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、複数の構成要素が一体的に形成されてもよい。

フロントパネル１００では、前側に配置されたフロントパネル前面板１１０と、上側に配置されたフロントパネル天面板１１２、側面側に配置されたフロントパネル側面板１１４とが組み合わされる。そのため、フロントパネル１００の下側および後側は開放される。フロントパネル前面板１１０、フロントパネル天面板１１２、フロントパネル側面板１１４は、略矩形状の金属板によって形成される。

フロントパネル１００の後側には、放熱器２００が配置される。放熱器２００の第１面２１０は、略矩形状を有しており、後側を向く。第１面２１０の全体には、複数の放熱フィン２１２が離散的に並んで配置される。また、第１面２１０の一部には、収納部２２０が配置される。収納部２２０は、第１面２１０から後側に突出するような箱形形状を有する。収納部２２０の詳細は後述する。放熱器２００は金属により形成される。フロントパネル１００の下側には、箱形形状の配線ボックスカバー３００が配置される。配線ボックスカバー３００の底面には、複数の電線管３１０が並べられる。各電線管３１０は、円筒形状を有し、配線ボックスカバー３００の底面から下側に向かって延びる。配線ボックスカバー３００において電線管３１０が省略されてもよい。

図２（ａ）−（ｃ）は、電気設備１０００の別の構造を示す斜視図である。図２（ａ）は、図１（ａ）の電気設備１０００からフロントパネル１００を取り外した場合の電気設備１０００の構造を示す。電気設備１０００は、樹脂ケース４００、インナーカバー５００を含む。樹脂ケース４００は、樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２を含み、配線ボックスカバー３００は、配線カバー３２０を含む。樹脂ケース４００は、放熱器２００の前側に配置される。フロントパネル１００が取り付けられている場合、樹脂ケース４００は、フロントパネル１００によって隠される。樹脂ケース４００では、上側に配置された樹脂ケース天面板４２０と、側面側に配置された樹脂ケース側面板４２２とが組み合わされる。また、これらの下側に配線カバー３２０が配置されているので、樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２、配線カバー３２０は、枠形状を形成するとともに、前後方向に幅を持つ。樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２、配線カバー３２０によって囲まれた空間の前側を覆うように、インナーカバー５００が配置される。インナーカバー５００は、樹脂ケース４００内に配置された機器等を隠すためのカバーである。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の電気設備１０００からインナーカバー５００を取り外した場合の電気設備１０００の構造を示す。インナーカバー５００を取り外すことによって、樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２、配線カバー３２０によって囲まれた空間には、回路基板６００が配置される。その際、回路基板６００の第５面６１０が前側に向けられる。第５面６１０に機器等が搭載されてもよいが、ここでは図示を省略する。

図２（ｃ）は、図２（ｃ）の電気設備１０００から回路基板６００を取り外した場合の電気設備１０００の構造を示す。回路基板６００を取り外すことによって、樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２、配線カバー３２０によって囲まれた空間には、第４面４１０が前側を向いて配置される。第４面４１０は、樹脂ケース天面板４２０、樹脂ケース側面板４２２とともに樹脂ケース４００に含まれる。第４面４１０には、配線用貫通孔４５０、機器用貫通孔４６０が設けられ、機器用貫通孔４６０には第２種電気機器７１０が配置されるされるが、これらについては後述する。

図３は、放熱器２００と樹脂ケース４００の構造を示す斜視図であり、放熱器２００と樹脂ケース４００を前側から見た場合の斜視図に相当する。図４は、放熱器２００と樹脂ケース４００の別の構造を示す斜視図であり、放熱器２００と樹脂ケース４００を後側から見た場合の斜視図に相当する。放熱器２００の第２面２３０は、第１面２１０の反対側の面である。つまり、第２面２３０は、第１面２１０とは反対の前側を向く。一方、収納部２２０における箱形形状は中空構造を有しており、この中空構造は中空部２３２と示される。また、収納部２２０は、第２面２３０において開口しており、開口した部分は開口部２３４と示される。開口部２３４は、中空部２３２とつながる。中空部２３２には、第１種電気機器７００が収納されるが、これについては後述する。

樹脂ケース４００の第３面４４０は、第４面４１０の反対側の面である。つまり、第３面４４０は、第４面４１０とは反対の後側を向きながら、放熱器２００の第２面２３０に対向する。第３面４４０には、第２面２３０に向かって突出する封止壁４４２が配置される。封止壁４４２は、第３面４４０上において、放熱器２００の中空部２３２を囲む形状を有する。また、第３面４４０には、図２（ｃ）と同様に、機器用貫通孔４６０が設けられ、機器用貫通孔４６０には第２種電気機器７１０が配置される。

以下では、以上のように説明した電気設備１０００の構造、特に、放熱器２００、樹脂ケース４００、回路基板６００の構造における第１種電気機器７００、第２種電気機器７１０の配置を説明する。図５は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った電気設備１０００の構造を示す断面図である。放熱器２００の第２面２３０のうち、収納部２２０の開口部２３４のｙ軸の正方向側の部分および負方向側の部分には、樹脂ケース４００の第３面４４０に設けられた封止壁４４２が前側から接触される。一方、樹脂ケース４００の第３面４４０における封止壁４４２のｙ軸方向の周囲の部分は、放熱器２００の第２面２３０および開口部２３４から前後方向において離間する。その結果、収納部２２０の開口部２３４は、封止壁４４２とこれらに挟まれた第３面４４０によって封止される。

このように開口部２３４が封止された放熱器２００の収納部２２０に、第１種電気機器７００がポッティングにより固定される。第１種電気機器７００は、例えば、リアクトル、トランスであり、これは発熱する機器である。第１種電気機器７００は、回路基板６００に搭載されるための端子を有していないので、回路基板６００に搭載不可能であり、収納型の電気機器であるといえる。そのため、第１種電気機器７００からハーネス等の配線７０２が引き出されており、配線７０２は回路基板６００に接続される。第１種電気機器７００の配線７０２を回路基板６００に接続させるために、樹脂ケース４００には、第３面４４０と第４面４１０とを貫通する配線用貫通孔４５０が設けられる。配線７０２は配線用貫通孔４５０を通される。

樹脂ケース４００の第４面４１０側に配置される回路基板６００の第６面６２０は、第５面６１０の反対側の面である。つまり、第６面６２０は、第５面６１０とは反対の後側を向きながら、樹脂ケース４００の第４面４１０に対向する。第６面６２０に配線７０２が接続される。配線７０２は第５面６１０に接続されてもよい。

放熱器２００の第２面２３０と、樹脂ケース４００の第３面４４０は、封止壁４４２以外の部分において離間するので、第２面２３０と樹脂ケース４００との間には空気層が存在する。また、第１種電気機器７００を収納する収納部２２０の開口部２３４が封止されるので、収納部２２０は樹脂ケース４００および回路基板６００とは独立した空間として存在する。これらのような構造によって、収納部２２０に収納された第１種電気機器７００が発熱しても、熱は回路基板６００の方に伝導しにくくなり、収納部２２０の後側に設けられた放熱フィン２１２から放熱されやすくなる。

回路基板６００の第６面６２０に、第２種電気機器７１０が半田付けにより取り付けられる。第２種電気機器７１０は、例えば、ＩＧＢＴのような発熱する半導体素子である。第２種電気機器７１０は、回路基板６００に搭載されるための端子を有しているので、搭載型の電気機器であるといえる。回路基板６００の第５面６１０および第６面６２０には、図示しない他の素子が取り付けられてもよい。第２種電気機器７１０における第６面６２０側の面とは反対の面は、放熱器２００の第２面２３０のうち、収納部２２０の開口部２３４の位置とは異なった位置に接着される。これにより、第２種電気機器７１０は放熱器２００に接続される。このような接続のために、つまり、放熱器２００の第２面２３０と回路基板６００の第６面６２０との間に第２種電気機器７１０を配置させるために、樹脂ケース４００には、第３面４４０と第４面４１０とを貫通する機器用貫通孔４６０が設けられる。機器用貫通孔４６０は、ｙ−ｚ平面において第２種電気機器７１０のサイズに近いサイズを有する。これは、ｙ−ｚ平面において、機器用貫通孔４６０のサイズが、第２種電気機器７１０のサイズよりも大きいが、その差が可能な限り小さくされることに相当する。

第２種電気機器７１０は放熱器２００に接続される構造によって、第２種電気機器７１０が発熱しても、熱は放熱フィン２１２から放熱されやすくなる。また、機器用貫通孔４６０のサイズが第２種電気機器７１０のサイズに近くされるので、放熱器２００から回路基板６００の方に熱が伝導しにくくなる。

本実施例によれば、封止壁４４２を放熱器２００の第２面２３０に接触させ、第３面４４０における封止壁４４２の周囲の部分を放熱器２００の第２面２３０から離間させて、放熱器２００の収納部２２０の開口を封止するので、収納部２２０を回路基板６００から隔離できる。また、収納部２２０が回路基板６００から隔離されるので、第１種電気機器７００の発熱を回路基板６００に伝えにくくできる。また、収納部２２０が回路基板６００から隔離されるので、第１種電気機器７００の発熱を放熱フィン２１２から放熱しやすくできる。また、放熱がしやすくなるので、放熱性能を向上できる。また、放熱性能が向上するので、電気設備１０００を小型化できる。

また、樹脂ケース４００に配線用貫通孔４５０を設けるので、回路基板６００から離れた位置に第１種電気機器７００を配置できる。また、放熱器２００の第２面２３０に第２種電気機器７１０を接続するので、第２種電気機器７１０の発熱を放熱フィン２１２から放熱しやすくできる。また、樹脂ケース４００に機器用貫通孔４６０を設けるので、放熱器２００と回路基板６００との間に第２種電気機器７１０を配置できる。また、機器用貫通孔４６０のサイズを第２種電気機器７１０のサイズに合わせるので、放熱器２００から回路基板６００への熱の伝導を抑制できる。

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の電気設備１０００は、（１）複数の放熱フィン２１２が配置される第１面２１０と、（２）第１面２１０とは反対を向いた第２面２３０と、（３）第１面２１０の一部に配置されるとともに第２面２３０において開口する中空構造の収納部２２０とを有する放熱器２００と、放熱器２００の収納部２２０に収納される第１種電気機器７００と、（１）放熱器２００の第２面２３０に対向する第３面４４０と、（２）第３面４４０において、放熱器２００の収納部２２０の開口を囲みながら第２面２３０に向かって突出する封止壁４４２と、（３）第３面４４０とは反対を向いた第４面４１０とを有する樹脂ケース４００と、樹脂ケース４００の第４面４１０側に配置される回路基板６００とを備える。樹脂ケース４００は、封止壁４４２を放熱器２００の第２面２３０に接触させ、第３面４４０における封止壁４４２の周囲の部分を放熱器２００の第２面２３０から離間させて、放熱器２００の収納部２２０の開口を封止する。

樹脂ケース４００は、第１種電気機器７００からの配線７２０を回路基板６００に接続させるために、第３面４４０と第４面４１０とを貫通する配線用貫通孔４５０を有する。

回路基板６００に搭載される第２種電気機器７１０をさらに備えてもよい。第２種電気機器７１０は、放熱器２００の第２面２３０のうち、収納部２２０の開口の位置とは異なった位置において、放熱器２００に接続され、樹脂ケース４００は、放熱器２００の第２面２３０と回路基板６００との間に第２種電気機器７１０を配置させるために、第３面４４０と第４面４１０とを貫通する機器用貫通孔４６０を有する。

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施例において、電気設備１０００は電力変換装置であるとされている。しかしながらこれに限らず例えば、電気設備１０００は電力変換装置ではなく蓄電池であってもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

１００フロントパネル、１１０フロントパネル前面板、１１２フロントパネル天面板、１１４フロントパネル側面板、２００放熱器、２１０第１面、２１２放熱フィン、２２０収納部、２３０第２面、２３２中空部（中空構造）、２３４開口部（開口）、３００配線ボックスカバー、３１０電線管、３２０配線カバー、４００樹脂ケース、４１０第４面、４２０樹脂ケース天面板、４２２樹脂ケース側面板、４４０第３面、４４２封止壁、４５０配線用貫通孔、４６０機器用貫通孔、５００インナーカバー、６００回路基板、６１０第５面、６２０第６面、７００第１種電気機器（収納型の電気機器）、７０２配線、７１０第２種電気機器（搭載型の電気機器）、１０００電気設備。

Claims

（１）複数の放熱フィンが配置される第１面と、（２）前記第１面とは反対を向いた第２面と、（３）前記第１面の一部に配置されるとともに前記第２面において開口する中空構造の収納部とを有する放熱器と、
前記放熱器の前記収納部に収納される収納型の電気機器と、
（１）前記放熱器の前記第２面に対向する第３面と、（２）前記第３面において、前記放熱器の前記収納部の開口を囲みながら前記第２面に向かって突出する封止壁と、（３）前記第３面とは反対を向いた第４面とを有する樹脂ケースと、
前記樹脂ケースの前記第４面側に配置される回路基板とを備え、
前記樹脂ケースは、前記封止壁を前記放熱器の前記第２面に接触させ、前記第３面における前記封止壁の周囲の部分を前記放熱器の前記第２面から離間させて、前記放熱器の前記収納部の前記開口を封止する、
電気設備。
前記樹脂ケースは、前記収納型の電気機器からの配線を前記回路基板に接続させるために、前記第３面と前記第４面とを貫通する配線用貫通孔を有する、
請求項１に記載の電気設備。
前記回路基板に搭載される搭載型の電気機器をさらに備え、
前記搭載型の電気機器は、前記放熱器の前記第２面のうち、前記収納部の前記開口の位置とは異なった位置において、前記放熱器に接続され、
前記樹脂ケースは、前記放熱器の前記第２面と前記回路基板との間に前記搭載型の電気機器を配置させるために、前記第３面と前記第４面とを貫通する機器用貫通孔を有する、
請求項１または２に記載の電気設備。