JP4821858B2 - 機器の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機器の運転を制御する制御装置本体を保護カバーと保護ケースで包み込み、ファンによる空気循環により、制御装置本体の温度上昇対策を行う機器の制御装置に関するものである。

機器、例えばインバータ制御を行う半導体部品には、半導体内部の素子の温度を下げるため放熱板が取り付けられている。これまで制御装置本体は保護ケースに取り付けられ、製品内部に設置されていた。制御装置本体に取り付けられた放熱板の温度が上がれば、自然対流を発生させることで放熱し、半導体の温度を下げることができた。近年、各メーカ
ーにはより安全性を高めることが求められ、万一、制御装置本体の部品が発火した場合でも、他に類焼することが無い様に、保護ケースの上に保護カバーを被せて、制御装置本体全てを囲んでしまうというといった方法が取られている。

一方で、これまで自然対流により放熱板の温度を下げていたものが下がらず、反対に熱がこもって、半導体内部の素子の温度が下がらないだけでなく、温度に弱い他の電子部品の寿命を縮めてしまうといった問題が発生した。よって、対策としては空気循環を行うファンを取り付けることが一般的であった。

従来、この種の制御装置は図４に示す様に構成されていた。以下、その構成について説明する。図４に示す様に、制御装置本体１２は保護ケース１１に収められている。保護カバー１３にはファン１４により空気を循環するための穴と、取り付けのための穴が開いており、ファン１４はブラケット１５とねじ１６により保護カバー１３に固定される。保護ケース１１上面に保護カバー１３を弁当箱の蓋の様に重ねることで、制御装置本体１２を覆い隠している。

保護ケース１１は制御装置本体１２を収めるため、半田部が近接し、金属では電気的に危険であるため、通常、ＡＢＳなどの樹脂材料が使用されることが多い。よって、保護ケース１１の外装をさらにプレス加工した金属ケース１７で覆っている。保護カバー１３はプレス加工された金属で構成されている。ファン１４は価格を抑えるために汎用品を使用するのが一般的であり必ずしも難燃構造にはなっていない。よって、ファン１４に類焼することを防ぐためにファン１４を固定するブラケット１５は難燃性の高いＵＬ−５ＶＡクラスの樹脂成型品を使用している。これら構成により、保護ケースと保護カバー外部への類焼を防止している。

また、特許文献１のように、高圧部品が搭載された制御装置であって、放熱板とファンで制御装置や制御装置に搭載されている高圧部品の異常な温度上昇を抑制する構成を示す文献が存在する。
特開平６−７４６４０号公報

しかしながらこのような従来の構成では、ファン１４を取り付けるブラケット１５の形状が制御装置本体１２の部品と干渉する恐れがあり、部品配置等、設計的に配慮せねばならず、大きな負担となっていた。また、ブラケット１５はファン１４を取り付けるのと同時に、空気の循環を行わせているため開口部が必要になる。

また、制御装置本体１２はリード線（図示せず）が多数走っており、このリード線がファン１４の羽と接触しない様に開口部には格子状のガード１５ａを設けている。しかしこの格子状のガード１５ａはファン１４の風量を落としてしまい、冷却効率を高める上ではマイナスに働いてしまうという課題を有していた。

また、万一、制御装置本体の部品が発火した場合に、炎がこの開口部近辺に発生した場合、炎は格子状のガードをすり抜け、ファン１４の本体に類焼する可能性が残っており、１００％類焼防止を達成することが困難となっていた。

本発明は上記課題を解決するもので、制御装置本体のどの箇所から発火したとしても、保護カバーと保護ケース内から他への類焼を防止することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、機器の運転を制御する制御装置本体に配設される放熱板と、前記制御装置本体を内装する浅底で平坦な保護ケースと、空気循環を行うファンを取り付けた保護カバーとを備え、前記保護カバーは、前記保護ケース上面に取り付けられ前記制御装置本体を包み込むように構成するとともに、前記保護カバーに取り付けられた前記ファンは、前記制御装置本体に配設された放熱板と対向する位置に設け、前記ファンに対向する前記放熱板の平面を構成する各辺は、前記放熱板に対向する前記ファンの平面を構成する各辺の長さより長い構成としたことで、万一、制御装置本体の部品が発火した場合であっても、ブラケットの空気循環用の穴から炎がすり抜け、ファンに類焼させないことを目的としている。

以上のように、本発明によれば、ファンは、制御装置本体に配設された放熱板と対向する位置に設け、放熱板はファン平面よりも大きくすることで、万一、制御装置本体の部品が発火した場合であっても、ブラケットの空気循環用の穴から炎がすり抜け、ファンに類焼させないことができる。

さらには放熱板が対向することにより、放熱板の冷却効果を上げるだけでなく、リード線が近づかないので、噛み込み防止用の格子状のガードが不要になることで、さらなる冷却効果を上げることが可能になる。よって、放熱板の重量も減らすことができるので、結果として安全性を高め、環境にやさしい制御装置を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、機器の運転を制御する制御装置本体に配設される放熱板と、前記制御装置本体を内装する浅底で平坦な保護ケースと、空気循環を行うファンを取り付けた保護カバーとを備え、前記保護カバーは、前記保護ケース上面に取り付けられ前記制御装置本体を包み込むように構成するとともに、前記保護カバーに取り付けられた前記ファンは、前記制御装置本体に配設された放熱板と対向する位置に設け、前記ファンに対向する前記放熱板の平面を構成する各辺は、前記放熱板に対向する前記ファンの平面を構成する各辺の長さより長い構成としたことで、万一、制御装置本体の部品が発火した場合であっても、制御装置本体のどの箇所から発火したとしても、保護カバーと保護ケース内から他への類焼を防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、特に、第１の発明において、前記放熱板の端部を前記保護カバー近傍まで延設して前記ファンを覆うように構成したものであり、万一、制御装置本体の部品が発火した場合であっても、制御装置本体から発生した炎が放熱板により遮断されるため、ブラケットそのものを無くすことが可能となり、コストを抑えるとともに環境にやさしい制御機器を提供することができる。

（実施の形態１）
図１に示す様に保護ケース１内には制御装置本体２を収め、例えば爪勘合により固定しているが、制御装置本体２の半田部が近接し、金属では電気的に危険であるため、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂により形成されている。

保護カバー３は板金でプレス加工されて、ファン４により空気を循環するための穴と、取り付けのための穴が開いており、ファン４はブラケット５とねじ６により保護カバー３に固定される。ブラケット５は保護ケース１上面に保護カバー３を弁当箱の蓋の様に重ねることで、制御装置本体２を覆い隠している。保護ケース１の外装をさらにプレス加工した金属ケース８で覆っている。

保護ケース１の外装を覆う金属ケース８は、保護ケース１が難燃性のＵＬ−５ＶＡクラ
スの樹脂材料を用いれば、必要に応じて省略することも可能である。また、保護カバー３も同様に板金でなくても、難燃性がＵＬ−５ＶＡクラスであっても良い。

制御装置本体２がインバータ制御等を行う場合はプリント基板のパターン上や各電子部品に大電流が流れ、インバータを制御する半導体素子にも大電流が流れる。また、大電流が流れることで半導体そしの熱損失も増加し、その冷却のために大きな放熱板９を取り付けるのが一般的である。また、半導体素子の周辺には他の半導体部品やコネクタ１０もあり、これら部品の半田部にクラックや、コネクタ端子の接触不良が発生すると、異常な温度上昇が起こり、最悪の場合は発火することもありうる。

図２に示す様に、制御装置本体２に実装されたコネクタ１０の半田から万一矢印のように発火した場合、炎はブラケット５の表面には達するが、難燃性ＵＬ−５ＶＡにより、ファン４まで類焼することはない。

よって、従来例の図４のブラケット５ａの様に格子状のガードは必要なく、ファンの効率が改善し、結果として放熱板を小さくすることができる。放熱板の下部に発火する可能性のある部品を置かない方法もあるが、熱は上昇するため、発熱部品はできる限り上に配置し、下部から空気を吸い込んで、上部から抜くと冷却効率が高くなるため、他の部品は放熱板の下部に配置するのが一般的である。

また、制御装置本体の大きさは、製品をコンパクト化する流れと、コストを下げるために、年々サイズが縮小化傾向にある。放熱板と他の部品の距離も狭まっているため、万一発火した場合には部品から部品へと類焼する可能性も高まり、発火源を特定できない可能性もある。今回の実施例は、制御装置本体が垂直に取り付けられた場合を説明したが、特に向きについては特定せず、例えば水平に取り付けられた場合であっても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図３に示す様に、仮に制御装置本体に取り付けた放熱板９の直下にあるコネクタ１０の半田部から矢印のように発火したとしても、炎は保護カバー３の近傍にまで伸びた放熱板で覆うように構成したことによりファン４が完全にガードされ、ファン４に到達することはない。

よって、ブラケット５を必要とせず、保護カバー３にファン４を直接、ねじ６で取り付けるだけで良い。今回の実施例では放熱板９の左右を空気の循環経路としており、放熱板の左右に配置する部品が万一発火して炎がファン４に到達するのを防ぐには放熱板の長さで対応することで対処可能である。

以上のように、本発明にかかる機器の制御装置は、保護カバーに取り付けられたファンは、前記制御装置本体に配設された放熱板と対向する位置に設け、ファンに対向する放熱板の平面を構成する各辺は、放熱板に対向するファンの平面を構成する各辺の長さより長い構成としたことで、万一、制御装置本体の部品が発火した場合、制御装置本体のどの箇所から発火したとしても、保護カバーと保護ケース内から他への類焼を防止することが可能となるので、高電圧部品を実装したあらゆる制御装置に適用できる。

本発明の実施の形態１の機器の制御装置を備えた要部分解斜視図 本発明の実施の形態１の機器の制御装置を備えた断面図 本発明の実施の形態２の機器の制御装置を備えた断面図 従来の機器の制御装置を備えた要部分解斜視図

１ 保護ケース
２ 制御装置本体
３ 保護カバー
４ ファン
９ 放熱板

Claims (2)

1. 機器の運転を制御する制御装置本体に配設される放熱板と、前記制御装置本体を内装する浅底で平坦な保護ケースと、空気循環を行うファンを取り付けた保護カバーとを備え、前記保護カバーは、前記保護ケース上面に取り付けられ前記制御装置本体を包み込むように構成するとともに、前記保護カバーに取り付けられた前記ファンは、前記制御装置本体に配設された放熱板と対向する位置に設け、前記ファンに対向する前記放熱板の平面を構成する各辺は、前記放熱板に対向する前記ファンの平面を構成する各辺の長さより長い構成とした機器の制御装置。
2. 前記放熱板の端部を前記保護カバー近傍まで延設して前記ファンを覆うように構成した請求項１記載の機器の制御装置。