JP4364091B2 - 電源ユニット - Google Patents

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本発明は、冷却用ファンを備えた薄型の電源装置、特に複数個の並置される冷却用ファンの取付け構造に関する。
近来、電子機器の一部分では国際規格であるEIA規格が採用されており、そのEIA規格には電子機器を収納するラック構造の寸法が決められている。このEIA規格によれば、ラック構造に搭載される電子機器の高さが1単位(1uとして示されている。)ごとになっており、EIA規格に適合する電子機器はその厚みによって、1uの高さ、あるいは2uの高さ、又は3uの高さの電子機器ユニットと称されている。
したがって、EIA規格に準拠するラックに搭載する電子機器では、そのラックにそのまま搭載できる1uを基準とするその整数倍の厚み(高さ)に造られていなければならない。EIA規格に準拠するラックに搭載される電子機器が、例えば通信用機器の場合、同一のラックに通信用電源装置も搭載されるので、通信用電源装置も1uを基準とするその整数倍の高さに造られていなければならない。従来のかかる強制空冷型の電源装置は、放熱上などの問題から1uにすることは難しく、2u又は3uの高さであった。
従来の強制風冷型の電源装置では、その大多数が吸気口と排気口とを有する筐体(ケース)の中で、吸気口から排気口までの空気の流れの良い位置に、発熱の大きな半導体スイッチ、整流用ダイオードなどが固定された放熱フィン、あるいはトランスなどの主発熱部品を固定し、排気口の直ぐ近くに設けた冷却用ファンで、筐体中の空気を排気して冷却を行っている(例えば、特許文献1〜3参照)。
しかし、従来の強制空冷型の電源装置は小さな筐体の場合でも、ほとんどが3u程度以上の高さであるので、筐体の大きさに適した大きさの単一のファンを排気口に設けるだけで、所望の放熱をほぼ満足することができるが、1uの高さ又は同程度の高さをもち、かつ電力容量の比較的大きな電子部品を高密度実装する場合には、種々の実験結果から、従来の考え方と同じ放熱構造では冷却能力が不足し、液状媒体を使用している高熱伝導の冷却手段、いわゆるヒートパイプなどを用いなければ、実現することができないとされている。しかしながら、ヒートパイプは価格が高いために、電源装置のコストがアップするという問題がある。
特開平09−064570号公報 特開2001−314074公報 特開2002−158473公報
本発明は、筐体の高さに適した大きさの単一の冷却用ファンを排気口に設けるだけでは必要とする放熱能力が得られない薄型の電源装置に、2個以上の小型の冷却用ファンを並置したファン装置を用いるものであって、そのファン装置を容易に組み立てることができ、しかも組み立てられた冷却用ファンに不要な締め付け力が加わらない冷却用ファン構造を提供することを課題とする。
前述の課題を解決するために、第1の発明は、複数個の並置された冷却用ファンを備えてなる電源ユニットにおいて、前記冷却用ファンのそれぞれに設けられたピン孔に適合するピン部材と、前記冷却用ファンの気流を排出、又は前記冷却用ファンに流れる気流を吸入する通風穴と、隣り合う前記冷却用ファンの前記通風穴の中間に設けられたビス脚部材とを有する平板状のファン取付け用部材と、隣り合う前記冷却用ファンに備えられているそれぞれの係合孔に係合するように両側に延びて曲げられた爪部と前記ビス脚部材に適合し得る小孔とを有する共通固定部材とを備え、前記ファン取付け用部材の前記ピン部材を前記冷却用ファンの前記ピン孔に挿入して組み合わせ、前記冷却用ファンの前記係合孔に前記共通固定部材の前記爪部を係合させると共に、前記共通固定部材の前記小孔を通してビスを前記ファン取付け用部材の前記ビス脚部材に螺合させることによって、複数の前記冷却用ファンを前記ファン取付け用部材に固定し、前記ファン取付け用部材は、前記電源ユニットの筐体壁の上板と底板とに対して直角になるように前記筐体壁のいずれかに固定され、前記筐体壁の上板又は底板と前記冷却用ファンとの間には前記ファン取付け用部材が存在しないことを特徴とする電源ユニットを提供するものである。
第2の発明は、前記第1の発明において、前記ピン孔は、貫通孔であり、前記共通固定部材の前記爪部が係合される係合孔を兼ねることを特徴とする電源ユニットを提供するものである。
第3の発明は、前記第1の発明又は前記第2の発明において、前記共通固定部材には、複数個の前記冷却用ファンに電力を供給する給電線が接続されているコネクタが取付けられていることを特徴とする電源ユニットを提供するものである。
前記第4の発明は、前記第1の発明ないし前記第3の発明のいずれかにおいて、複数個の前記冷却用ファンが取付けられている前記ファン取付け用部材が、前記筐体壁の内の正面板と裏面板との双方又はいずれかに取付けられていることを特徴とする電源ユニットを提供するものである。
前記第5の発明は、前記第1の発明ないし前記第3の発明のいずれかにおいて、複数個の前記冷却用ファンが取付けられている前記ファン取付け用部材は、前記電源ユニットの高さ方向に位置する前記筐体壁の内の上板又は底板に取付けられる接続部を備え、前記冷却用ファンの上面部分と下面部分の一方又は双方の面が前記筐体壁の内の上板、底板の外面と同一レベルの高さにあることを特徴とする電源ユニットを提供するものである。
本発明によれば、組み立て作業時間を短縮でき、かつ容易に組み立てることができ、しかも不要な締め付け力が加わらない冷却ファン構造を備えた強制空冷型の薄型電源装置を提供することができる。
前記第3の発明によれば、複数個の前記冷却用ファンに電力を供給する給電線が接続されているコネクタを共通固定部材に取付けているので、電源とは別に冷却用ファンユニットとして扱うことができる。
先ず、本発明を実施するための最良の形態である実施例1の電源装置ユニット100を図1〜図3を用いて説明する。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1の電源ユニット100の筐体50の外観を示す図であり、図1(A)は筐体50の斜視図であり、図1(B)は筐体50の正面図であり、図1(C)は筐体50の側面図である。図2は、冷却用ファンユニットの取付け構造を示す図であって、図2(A)はその組み立てを説明するための斜視図を示し、図2(B)はその側面図を示す。図3は、図2(B)の一部分を説明するための図である。
電源ユニット100は、高さ(厚み)が小さい、つまり薄い筐体50を有する。筐体50は、長方形の上板50aとこれとほぼ大きさの同じ底板(不図示)、細長い側板50bとこれとほぼ大きさの同じ他方の側板(不図示)、正面板50cと、空気を排出するための複数の孔をもつ排気口を備える裏面板(不図示)とからなる。これら6枚の板は筐体壁を形成する。正面板50cには冷却用ファン1、2が取付けられた2枚のファン取付け用部材3、3がビスBなどによって固定されている。なお、正面板50cの両側の延在部分50dには電源ユニット100を不図示のラックから引き出すのを容易にする把手50eがそれぞれ備えられている。なお、Sは電源スイッチである。
ここで例えば、この電源ユニット100が前記1u又はその近辺の高さを持つものであるとすると、冷却用ファン1、2の高さは44.45mm未満又はその近辺以下でなければならず、実際上は、ラックに着脱が容易にできる寸法でなければならないから、40mm程度が限度であり、必然的に冷却用ファン1、2はそれに適した外径のものでなくてはならない。したがって、この電源ユニット100では、冷却用ファン1、2が取付けられた2枚のファン取付け用部材3、3を正面板50cにビスBなどで取付けることによって、4個の冷却用ファンを並置し、冷却能力を増大させている。
図2に示すように、冷却用ファン1、2は、図示しない羽根車とファン枠1a、2aとからなる互いに同一の構造のものである。ファン枠1a、2aは、図示するのを省略しているが、中央に大きな貫通穴が位置し、その貫通穴に前記羽根車は取付けられており、それぞれのファン枠1a、2aの4隅には一端側から他端まで貫通しているピン孔1b、1c、1d、1e及びピン孔2b、2c、2d、2eがそれぞれ備えられている。
冷却用ファン1、2が取付けられるファン取付け用部材3は、冷却用ファン1、2からの気流を排出、又は冷却用ファン1、2に流れる気流を吸入する二つの通風穴3a、3b、冷却用ファン1のピン孔1b、1c及びピン孔2d、2eにそれぞれ螺合することなく挿入されるピン部材3cと3d、ピン部材3eと3f、二つの通風穴3aと3bとの間に位置するビス脚部材3g及び取付け孔3h、3iを備える金属板である。互いに長さが同一のピン部材3c、3d、3e、3f、及びビス脚部材3gは、ファン枠1a、2aの背高程度以下の長さであって、組み立てたときにこれらピン部材やビス脚部材の先端がファン枠1a、2aから突出しないのが好ましい。ここで、ピン部材3c、3d、3e、3f、及びビス脚部材3gは、反対面からファン取付け用部材3に植設されており、その反対面は筐体50の正面板50cにファン取付け用部材3を取付けたときには正面に位置するから、ピン部材3c、3d、3e、3f、及びビス脚部材3gの植設部分がその反対面から突出しないようになっている。
冷却用ファン1、2をファン取付け用部材3に固定するための共通固定部材4は、ファン枠1aのピン孔1d、1e、及びファン枠2aのピン孔2b、2cに係合する四つの爪部4a、4b、4c、4dを備える。図2から分かるように、並置されている冷却用ファン1、2の中間部分を見るとき、共通固定部材4はコの字状に折り曲げられており、爪部4a、4b、4c、4dはそのコの字状の両側の垂直部分の先端から外側に向けて逆方向にコの字に曲げることによって形成されている。また、共通固定部材4はコの字状に折り曲げられた底部にビス孔4eを備えると共に、背の低い逆L字形に曲げたプリント基板取付け部4f、4gに取付け螺合孔4h、4iを有する。
共通固定部材4は、ビス孔4eを通してビス部材5をビス脚部材3gに螺合させることによって、ファン取付け用部材3に固定され、後述するが、これによってファン取付け用部材3と冷却用ファン1、2と共通固定部材4とが一体的になる。そして、ファン用プリント基板6は、ビス部材7、8をファン用プリント基板6の双方の取付け孔6a(一方は不図示)を通して共通固定部材4のプリント基板取付け部4f、4gそれぞれの取付け螺合孔4h、4iに螺合させることによって、共通固定部材4に固定される。ファン用プリント基板6には、図3に示すように冷却用ファン1の入力導体となる導線6b、冷却用ファン2の入力導体となる導線6cがハンダ付けされており、また小型のコネクタ9が搭載されている。導線6bと導線6cとは、ファン用プリント基板6に形成されている不図示の導電パターンによってコネクタ9に接続されている。したがって、ファン用プリント基板6を共通固定部材4に取付けた状態では、冷却用ファンユニットとして個別に取り扱うことができる。そして、図3に示すように、コネクタ21をコネクタ9に接続することにより、導体22を通して不図示のファン用電源に接続される。なお、ファン用プリント基板6は必ずしも必要ではなく、導線6bと導線6cとを直接コネクタ9に接続したものであっても構わない。ただし、図2(B)ではファン用プリント基板6を図示するのを省略している。
次に、これら部材の組み立て方法について説明する。先ず、ファン取付け用部材3のピン部材3c、3dを冷却用ファン1のピン孔1b、1cに挿入すると共に、ピン部材3eと3fを冷却用ファン2のピン孔2d、2eに挿入して、組み合わせる。このとき、冷却用ファン1のピン孔1d、1e、及び冷却用ファン2のピン孔2b、2cにはピン部材が挿入されていない。次に、共通固定部材4の四つの爪部4a、4b、4c、4dの先端部分を、冷却用ファン1のピン孔1d、1e、及び冷却用ファン2のピン孔2b、2cに上方から挿入し、これら爪部4a、4b、4c、4dをピン孔1d、1e、2b、2cに係合させる。しかる後に、共通固定部材4のビス孔4eを通して、ビス部材5をビス脚部材3gに螺合させることにより、冷却用ファン1、2をファン取付け用部材3に固定する。次に、ファン用プリント基板6の取付け孔6aを共通固定部材4の取付け螺合孔4h、4iに合致させ、取付け孔6aを通してビス部材7、8を取付け螺合孔4h、4iに螺合させて、ファン用プリント基板6を共通固定部材4に固定することによって、冷却用ファンユニットを構成する。
この実施形態1によれば、一箇所でビス止めすることによって、つまり、簡単に短時間で冷却用ファン1、2をファン取付け用部材3に固定することができる。しかも、従来のように寸法の長いビス部材とナットとで、あるいはビス部材をファン枠の4隅で螺合させることによって、各冷却用ファンを4箇所で直接締め付けることがなく、共通固定部材4を介在させて締め付けているので、強く締め付けてもファン取付け用部材3やファン取付け用部材3に歪が生じることが無い。従来の場合には、直接締め付けることになるので、強く締め付けると、その締付け力のアンバランスなどによってファン取付け用部材3やファン取付け用部材3などに歪が生じ、弱い締め付け方であると、ファンの回転による振動で緩むなどの問題があった。したがって、この発明では強く締め付けても、電源装置の筐体に歪などを生じないから、厳しい規格、高い精度の寸法要求にも対応できるなどの効果もある。
[実施形態2]
図4によって、この電源に用いられる冷却用ファンの取付け構造の一実施形態について説明する。図4(A)は冷却用ファンの組み立てを説明するための斜視図を示し、図4(B)はその側面から見た図を示す。図4において図1ないし図3で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。この実施形態のファン取付け用部材3は、3個の冷却用ファン1、2、10を取付けることができるようにしたものである。
ファン取付け用部材3は、通風穴3aと3bとの間の中央に付加された通風穴3jを有すると共に、ビス脚部材3gと同様な追加されたビス脚部材3m、及びピン部材3c、3d、3e、3fと同様なピン部材3k、3lを有する。冷却用ファン1と2とほぼ同一構造の冷却用ファン10が付加され、冷却用ファン10は、そのファン枠10aの4隅に形成されたピン孔10b、10c、10d、10eを有する。共通固定部材4と同じ構造の共通固定部材11が付加されている。冷却用ファン1、2、10は、それぞれ2本のピン部材3cと3d、3eと3f、3kと3lとによってファン取付け用部材3に係合される。そして、必要であれば、実施形態1も同様であるが、更に2本ずつピン部材を追加して、それぞれ4本のピン部材がすべての各ピン孔に挿入されてもよい。
この実施形態2では、前記実施形態1と同様に、共通固定部材4の四つの爪部4a、4b、4c、4dの内、爪部4a、4bは冷却用ファン1のピン孔1dと1eとに係合し、爪部4c、4dは冷却用ファン10のピン孔10bと10cとに係合する。そして、共通固定部材11の四つの爪部11a、11b、11c、11dの内、爪部11a、11bは冷却用ファン10のピン孔10dと10eとに係合し、爪部11c、11dは冷却用ファン2のピン孔2bと2cとに係合する。このように、共通固定部材4、11の各爪部を対応する冷却用ファンのピン孔に係合させた後、共通固定部材4、11のビス孔4e、11eを通して、図示しないビス部材をファン取付け用部材3のビス脚部材3g、3mに螺合させて締め付ける。この実施形態2では、2個のビス部材でもって締め付けることによって、3個の冷却用ファン1、2、10をファン取付け用部材3に取付けることができる。なお、図示していないが、必要があればこの実施形態でも、ファン用プリント基板6と同様なファン用プリント基板が共通固定部材4、11それぞれに取付けられる。ただし、共通固定部材4に取付けられるファン用プリント基板には、冷却用ファン1、10に電力を供給する導線が接続されているとすれば、共通固定部材11に取付けられるファン用プリント基板には冷却用ファン2に電力を供給する導線が接続されることになる。
このような冷却ファン構造を有する冷却ファンユニットのファン取付け用部材3が、図1に示したように、電源ユニットの筐体壁を構成する正面板又は図示しない裏面板、あるいは双方に取付けられる。かかる冷却ファンユニット1台が正面板に取付けられるときには、3個の冷却用ファンで外気を電源ユニット内へ吸気し、裏面板に取付けられるときには電源ユニット内の温度上昇した空気を外部へ排気する。また、かかる冷却ファンユニットが正面板と裏面板それぞれに1台づつ取付けられるときには、3個の冷却用ファンで外気を電源ユニット内へ吸気すると共に、3個の冷却用ファンで電源ユニット内の温度上昇した空気を外部へ排気する。
[実施形態3]
本発明の実施形態3である第2の電源ユニット200について、図5と図6とにより説明する。図5は、電源ユニット200と冷却用ファンF1、F2との関係を説明するための図であり、図6は電源ユニット200の薄型の筐体50に搭載するのに好都合な冷却用ファン構造を説明するための図である。電源装置の内部構造、回路構成については本発明と特に関係しないので説明を省略する。図5と図6とにおいて、図1ないし図4で用いた記号と同一の記号は同じ名称の部材を示すものとする。
上板50aには、2箇所に冷却用ファン取付け窓W1、W2が設けられている。一方の冷却用ファン取付け窓W1は、複数の吸気孔Hを有する正面板50cに比較的近い位置に設けられており、これから吸気用の冷却用ファンユニットF1を取付ける状態を示している。他方の冷却用ファン取付け窓W2は、裏面板50fに比較的近い位置に設けられており、既に排気用の冷却用ファンユニットF2が取付けられた状態を示している。冷却用ファンユニットF1とF2とは同一構造のものである。つまり、この実施形態では、冷却用ファン取付け窓W1、W2から冷却用ファンユニットF1、F2をそれぞれ筐体内へ挿入し、吸気用の冷却用ファンユニットF1と排気用の冷却用ファンユニットF2とをビスなどによって筐体50の上板50aに取付けるようになっている。
筐体内部の構造については一切図示しないが、筐体内部において冷却用ファンユニットF1とF2との間には、ほぼ閉じた冷却風通路、つまり風洞を形成するために、冷却用ファンユニットF1とF2との図示右側端部を結ぶ位置に細長いヒートシンクが主プリント基板に取付けられており、その冷却通路にはトランス、出力チョークなどの発熱量の大きい主発熱電子部品が搭載されている。冷却用ファンユニットF1によって前記冷却通路を流れる空気は、冷却用ファンユニットF2に引き出されて外部に排出されるので、前記冷却通路において澱むことがなく、冷却効率を向上させることができる。
第2の電源ユニット200に用いられる冷却用ファンユニットF1、F2は、ファン取付け用部材3を除き、第1の電源ユニット100に用いた冷却用ファンユニットとほぼ同じ構成であるので、その異なる構造部分についてのみ説明する。この実施形態のファン取付け用部材3は、筐体50の上板50a又は不図示の底板に取付けるための二つの舌片部3p、3pを有するところが、実施形態1、2におけるファン取付け用部材3とは異なる。舌片部3nは、ファン取付け用部材3の冷却用ファン取付け面に対してほぼ直角に曲げられており、ネジ孔3qを有する。筐体50の上板50aには、上板50aを少し切り込んで、ファン取付け用部材3の板厚み程度、筐体内へ押し下げた取付け部50p、50pを備え、取付け部50p、50pはネジ孔50q、50qを有する。
したがって、この実施形態では、冷却用ファン取付け窓W1、W2を通して冷却用ファンユニットF1、F2をそれぞれ筐体50内へ挿入し、冷却用ファンユニットF1、F2
のファン取付け用部材3の舌片部3p、3pを上板50aの取付け部50p、50pに合わせた上で、ネジ孔3qとネジ孔50qとを合致させ、不図示のビスをそれら対応するネジ孔3qとネジ孔50qに螺合させて取付ける。このとき、ファン取付け用部材3の舌片部3pは勿論のこと、図示しないこれらの取付け用ビスの頭が上板50aから突出しないことが望ましい。また、両方の冷却用ファン1と2の上面部分と下面部分とのそれぞれの面が上板50aと底板(不図示)との外面とほぼ同一レベルにあることが好ましい。このように冷却用ファン1と2の上面部分となる面部分が納まるようにすることによって、冷却用ファン1と2のファン枠の一方の厚みの分だけ大きな冷却用ファン1と2とを用いることができる。このことは、極限まで薄型化した電源ユニットにとって有効である。更に、図示しない底板にも冷却用ファン取付け窓W1、W2と同様な冷却用ファン取付け窓を設け、冷却用ファン1と2の下面部分となる面部分が納まるようにすることによって、ファン枠の上下板の厚み分だけ大きな冷却用ファンを用いることができる。
以上の実施形態では、各冷却用ファンの4隅に設けたピン孔、例えば冷却用ファン1のピン孔1b〜1eを貫通孔にしたが、中途まで延びるピン孔でも勿論よい。しかしこの場合には、図2の冷却用ファン1を例にとると、ピン孔1bと1cとは同一面にあり、ピン孔1dと1eとはピン孔1bと1cと対角をなす位置からピン孔1bと1cの形成された面方向へ途中まで延びていなければならない。また、共通固定部材の爪部、例えば共通固定部材4の四つの爪部4a、4b、4c、4dの形状は他の種々の形状のものが考えられ、爪部の先端に弾性膜などが形成されているものでも良い。
本発明に係る実施形態1の電源ユニット100の外観を示す図である。 本発明に係る電源ユニット100に用いられる冷却用ファンユニットの組み立て構造を示す図である。 本発明に用いる冷却用ファンの一部分を拡大した図を示す。 本発明に係る電源ユニットに用いられる別の冷却用ファンユニットの組み立て構造を示す図である。 本発明に係る別の実施形態の電源ユニット200の外観を示す図である。 本発明に係る電源ユニット200に用いられる冷却用ファンユニットを示す図である。
符号の説明
1、2・・・冷却用ファン
1a、2a・・・ファン枠
1b〜1e・・・冷却用ファン1のピン孔
2b〜2e・・・冷却用ファン2のピン孔
3・・・ファン取付け用部材
3a、3b・・・ファン取付け用部材3の通風穴
3c〜3f・・・ファン取付け用部材3のピン部材
3g・・・ファン取付け用部材3のビス脚部材
4・・・共通固定部材
4a〜4d・・・共通固定部材4の爪部
5・・・ビス部材
6・・・ファン用プリント基板
7、8・・・ビス部材
9・・・コネクタ
10・・・冷却用ファン
11・・・共通固定部材
50・・・電源の筐体
F1、F2・・・冷却用ファンユニット
W1、W2・・・冷却用ファン取付け窓

Claims (5)

  1. 複数個の並置された冷却用ファンを備えてなる電源ユニットにおいて、
    前記冷却用ファンのそれぞれに設けられたピン孔に適合するピン部材と、前記冷却用ファンの気流を排出、又は前記冷却用ファンに流れる気流を吸入する通風穴と、隣り合う前記冷却用ファンの前記通風穴の中間に設けられたビス脚部材とを有する平板状のファン取付け用部材と、
    隣り合う前記冷却用ファンに備えられているそれぞれの係合孔に係合するように両側に延びて曲げられた爪部前記ビス脚部材適合し得る小孔とを有する共通固定部材と
    を備え、
    前記ファン取付け用部材の前記ピン部材を前記冷却用ファンの前記ピン孔に挿入して組み合わせ、
    前記冷却用ファンの前記係合孔に前記共通固定部材の前記爪部を係合させると共に、前記共通固定部材の前記小孔を通してビスを前記ファン取付け用部材の前記ビス脚部材に螺合させることによって、複数の前記冷却用ファンを前記ファン取付け用部材に固定し、
    前記ファン取付け用部材は、前記電源ユニットの筐体壁の上板と底板とに対して直角になるように前記筐体壁のいずれかに固定され、前記筐体壁の上板又は底板と前記冷却用ファンとの間には前記ファン取付け用部材が存在しないことを特徴とする電源ユニット
  2. 請求項1において、
    前記ピン孔は、貫通孔であり、前記共通固定部材の前記爪部が係合される係合孔を兼ねることを特徴とする電源ユニット
  3. 請求項1又は請求項2において、
    前記共通固定部材には、複数個の前記冷却用ファンに電力を供給する給電線が接続されているコネクタが取付けられていることを特徴とする電源ユニット
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
    複数個の前記冷却用ファンが取付けられている前記ファン取付け用部材が、前記筐体壁の内の正面板と裏面板との双方又はいずれかに取付けられていることを特徴とする電源ユニット
  5. 請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
    複数個の前記冷却用ファンが取付けられている前記ファン取付け用部材は、前記電源ユニットの高さ方向に位置する前記筐体壁の内の上板又は底板に取付けられる接続部を備え、
    前記冷却用ファンの上面部分と下面部分の一方又は双方の面が前記筐体壁の内の上板、底板の外面と同一レベルの高さにあることを特徴とする電源ユニット。
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