JP4442572B2

JP4442572B2 - 電子機器装置

Info

Publication number: JP4442572B2
Application number: JP2006042648A
Authority: JP
Inventors: 裕介山本
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: JP2007221057A

Description

本発明は、密閉型の電子機器装置に係わり、特に、電子部品が実装されたプリント基板を内蔵する密閉型の電子機器装置に係わる。

電子部品を内蔵する電子機器装置（特に、大電流を扱う電子機器装置）は、一般に、各部品から発生する熱を冷却するための構造を備えている。例えば、筐体内に冷却風を発生させるためのファンを設け、さらにその筐体に冷却風を外部に放出するための開口部を設けた構造が知られている。しかし、筐体に開口部を設ける構造は、電子部品が粉塵等の影響を受けることとなり、電子機器装置の使用環境によっては好ましくない。（例えば、特許文献１）
特許文献２には、密閉筐体を備える電源装置が記載されている。この電源装置は、電子部品から発生する熱を筐体内で対流させるファン、および外部からその筐体を冷却するファンを備えた構造を有している。この構造により、筐体内への粉塵等の進入を防ぎながら電子部品の冷却を実現している。
特開２００５−１４２３７９号公報特開平６−１１２６７８号公報

特許文献１に記載の構造は、筐体内への粉塵等の進入を防ぐことは可能であるが、冷却効率の観点からは改善の余地があると思われる。
本発明の課題は、密閉型の電子機器装置の冷却効率を改善することである。

本発明の電子機器装置は、部品実装面に電子部品が実装されたプリント基板と、前記プリント基板の部品実装面に設けられるヒートシンクと、前記プリント基板の部品実装面において前記ヒートシンクの近傍に設けられ、前記ヒートシンクの内部または側面を流れる循環風を生成するファンと、前記電子部品を取り囲むようにして前記プリント基板に取り付けられる密閉筐体、を有する。前記ヒートシンクおよび前記密閉筐体は互いに密着して固定される。また、前記電子部品の中の発熱量の多い第１の部品は、前記循環風が直接的に当たる位置に配置される。

なお、「循環風が直接的に当たる」とは、ヒートシンクの内部または側面を流れた循環風が密閉筐体の内壁等に当たる前に到達するという意味である。
電子部品から発生する熱は、循環風により筐体内に拡散される。特に、発熱量の多い第１の部品には循環風が直接的に当たるので、そこから発生する熱は効率的に筐体内に拡散される。筐体内の熱は、循環風により運ばれ、ヒートシンクの内部または側面を流れる際にそのヒートシンクにより吸収される。ヒートシンクにより吸収された熱は、筐体を介して外部へ放出される。ヒートシンクおよび密閉筐体は互いに密着して固定されているので、耐振動性も向上する。また、密閉構造により粉塵等の進入も防ぐことができる。

上記電子機器装置において、前記電子部品の中の発熱量の多い第２の部品は、前記ヒートシンクに密着して取り付けられるようにしてもよい。この構造によれば、第２の部品から発生する熱は、直接的にヒートシンクに伝えられるので、冷却効率は高くなる。

また、上記電子機器装置において、前記ヒートシンクは、前記ファンの吹出し口に設けられるようにしてもよい。この構造によれば、循環風により運ばれる筐体内に熱がヒートシンクに吸収されやすくなる。また、この場合、前記ヒートシンクに通気孔を設け、前記循環風がそのヒートシンクの通気孔を通過して前記第１の部品に送られるようにしてもよい。この構造によれば、発熱量の多い第１の部品に確実に循環風を当てることができる。

本発明によれば、筐体内へ粉塵等の進入を防ぐ密閉型の電子機器装置において冷却効率を改善することができる。

以下の実施形態において想定する電子機器装置は、大電流を扱う発熱量の大きい機器であり、例えば、交流電力を生成するインバータ装置である。
図１は、本発明の実施形態の電子機器装置が内蔵するプリント基板を示す図である。また、図２は、そのプリント基板の斜視図である。ここで、図１および図２は、いずれも、電子部品等が実装された状態の部品実装面を示している。なお、以下の説明において「電子部品」は、半導体素子等に限定されるものではなく、実施形態の電子機器装置を構成する各種部品を含むものとする。

プリント基板１０には、図３に示す筐体（密閉筐体）３０が取り付けられる。ここで、筐体３０は、プリント基板１０の部品実装面に実装されている電子部品を取り囲むようにしてそのプリント基板１０に取り付けられる。このとき、筐体３０は、たとえば、プリント基板１０の端部領域に形成されている孔１１を利用してそのプリント基板１０にネジ止めされる。また、筐体３０は開口を備えていない。よって、筐体３０がプリント基板１０に取り付けられると、プリント基板１０の部品実装面に実装されている電子部品は外気から密閉されることになる。これにより、プリント基板１０に実装された電子部品は粉塵等から保護される。なお、筐体３０は、特に限定されるものではないが、アルミニウム等の放熱性の良好な素材で形成される。

プリント基板１０の部品実装面において、発熱量の大きな主な部品としては、トランス（第１の部品）１２、スイッチング素子（第２の部品）１３、１４が実装されている。なお、スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳトランジスタ或いはＩＧＢＴ等のパワー半導体素子である。

ヒートシンク１５、１６は、それぞれ部品実装面に取り付けられている。また、各スイッチング素子１３は、それぞれヒートシンク１５に密着して取り付けられ、各スイッチング素子１４は、それぞれヒートシンク１６に密着して取り付けられている。そして、プリント基板１０に筐体３０を取り付ける際には、その筐体３０の内壁面（天井面）がヒートシンク１５、１６の上面に密着するようにヒートシンク１５、１６に固定される。この場合、筐体３０は、例えば、ヒートシンク１５、１６の上面に形成されているネジ孔２１を利用して固定（ネジ止め）される。

ファン１７は、部品実装面に取り付けられ、筐体３０の内部の空気を循環させるための循環風を生成する。ここで、ヒートシンク１５およびファン１７は互いに近接して設けられる。より具体的には、ヒートシンク１５は、ファン１７の吹出し口に接続して設けられる。

ヒートシンク１５は、図４に示すように、通気孔２２を有する中空構造（或いは、筒形状）である。この実施例では、通気孔２２は、互いに平行な３個のスリットであり、ヒートシンク１５がプリント基板１０に取り付けられたときにそのプリント基板１０と平行する方向の循環風が生成されるように形成されている。そして、このヒートシンク１５がファン１７の吹出し口に取り付けられると、そのファン１７により生成される循環風の大部分は、その通気孔２２を流れることとなる。

トランス１２は、ファン１７により生成されてヒートシンク１５の通気孔２２を通過した循環風が直接的に当たる位置に配置される。なお、「循環風が直接的に当たる」とは、通気孔２２を通過した循環風が筐体３０の内壁等に当たる前に当該部品（ここでは、トランス１２）に到達することをいうものとする。筐体内の循環風の流れる経路を図５に模式的に示す。

このように、実施形態の電子機器装置においては、発熱量の大きいスイッチング素子１３、１４がそれぞれヒートシンク１５、１６に密着して取り付けられており、さらにそれらのヒートシンク１５、１６がそれぞれ筐体３０に密着して固定されている。よって、スイッチング素子１３、１４から発生する熱は、ヒートシンク１５、１６、筐体３０を介して外部へ効率よく放出される。

また、ヒートシンク１５、１６が筐体３０に密着して固定されていることで、筐体内の循環風はヒートシンク１５、１６と筐体３０の間を流れることなく、プリント基板１０を流れるので、実装部品に当る循環風を多くできる。

また、ファン１７を用いて筐体内の空気を循環させるので、トランス１２、スイッチング素子１３、１４等から発生する熱をその周辺へ放出させることができる。特に、トランス１２には循環風が直接的に当たるので、そこで発生する熱は確実に筐体内全体に拡散される。

また、通気孔２２にはスリットが形成されている為、循環風が整流されてトランス１２などに直接的に当たる場合に効果的である。またスリットは基板に対して水平であるので循環風が基板に対して垂直方向へ拡散しにくくなり、効果的に循環される。

また、図５に示すようにトランス１２やヒートシンク１６に当った循環風１８、１９はヒートシンク１５の両側を通ってファン１７へ導かれるように各部品が配置されている。具体的には、トランス１２やヒートシンク１６に当って跳ね返った循環風１８、１９の流路がヒートシンク１５の両側面に確保されている。したがって循環風が滞ることがない。

筐体内の熱は、ヒートシンク１５（場合によっては、ヒートシンク１６も）を介して筐体３０へ導かれ、外部へ放出される。すなわち、ヒートシンク１５は、筐体内の熱を吸収して筐体３０へ導く熱吸収体として作用する。ここで、実施形態の電子機器装置においては、ファン１７により生成される循環風がそのヒートシンク１５の通気孔２２を流れるように配置されているので、ヒートシンク１５は、筐体内で循環風により運ばれる熱を効率的に吸収することができる。なお、ヒートシンク１５は、その表面積を大きくするために、フィンを備える形状としてもよい。この構造を導入すれば、ヒートシンクによる熱交換効率がさらに向上する。或いは、ヒートシンク１５、１６と筐体３０とを一体的に形成する構造であってもよい。この構造を導入すれば、熱伝導効率がさらに向上する。また、実施形態の電子機器装置は、循環風が通気孔２２を流れる構造であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、循環風がヒートシンク１５の側面に沿って流れる構造であってもよい。

さらに、実施形態の電子機器装置においては、ヒートシンク１５、１６が筐体に直接固定されるので、装置全体として強度が高くなり、また、耐振動性の良好な構造が実現される。

なお、上述の実施形態では、ファン１７の下流側にヒートシンク１５が配置され、ファン１７により生成される循環風がヒートシンク１５の通気孔２２から押し出される構成であるが、ファン１７がヒートシンク１５の通気孔２２を介して循環風を吸い込む構成であってもよい。ただし、いずれの構造であっても、ヒートシンクの熱交換効率を高めるためには、ファン１７により生成される循環風の全部または大部分がヒートシンク１５の通気孔２２を流れることが望ましい。

本発明の実施形態の電子機器装置が内蔵するプリント基板を示す図である。プリント基板の斜視図である。筐体の斜視図である。ヒートシンクの実施例である。循環風の流れる経路を示す図である。

符号の説明

１０プリント基板
１１孔
１２トランス
１３、１４スイッチング素子
１５、１６ヒートシンク
１７ファン
２１ネジ孔
２２通気孔
３０筐体

Claims

部品実装面に電子部品が実装されたプリント基板と、
前記プリント基板の部品実装面に設けられるヒートシンクと、
前記プリント基板の部品実装面において前記ヒートシンクの近傍に設けられ、前記ヒートシンクの内部または側面を流れる循環風を生成するファンと、
前記電子部品を取り囲むようにして前記プリント基板に取り付けられる密閉筐体、を有し、
前記ヒートシンクおよび前記密閉筐体は互いに密着して固定され、
前記電子部品の中の発熱量の多い第１の部品は、前記循環風が直接的に当たる位置に配置される
ことを特徴とする電子機器装置。
前記電子部品の中の発熱量の多い第２の部品は、前記ヒートシンクに密着して取り付けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器装置。
前記ヒートシンクは、前記ファンの吹出し口に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器装置。
前記ヒートシンクは通気孔を備えた構造であり、前記循環風はそのヒートシンクの通気孔を通過して前記第１の部品に送られる
ことを特徴とする請求項３に記載の電子機器装置。