JP5661055B2 - Control device - Google Patents
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Description
この発明は、パッケージエアコン等に装備されるインバータを搭載した制御装置に関するもので、特に制御装置の発熱をファンにより放熱する構成に係るものである。 The present invention relates to a control device equipped with an inverter equipped in a packaged air conditioner or the like, and particularly relates to a configuration in which heat generated by the control device is radiated by a fan.
従来、パワー半導体素子、コンデンサ等の電子制御部品の冷却効率を高めた誘導加熱調理器として、誘導加熱コイルの下部に配置された電子制御部品を配置した電子制御基板を冷却する冷却ファンを有し、発熱の大きい電子制御部品を冷却ファンの冷却風の吹出口から遠い側の前方に向けて斜め方向に配置する技術が示されている(例えば、特許文献1)。
また、パワー半導体素子を搭載したパワーエレクトロニクス機器などのヒートシンク冷却装置として、複数のピンフィンの一端の上流に、このピンフィンの高さ方向に対し略垂直に別の直線フィン(ルーバ)を発熱体の方に向けて配し、これにより空気流入口からの空気はルーバの間に沿って流れ、発熱体の方に向いてピンフィンに斜めに流入し、ピンフィンの下流側で渦を生じながら、発熱体近傍のフィン根元に衝突し、冷却能力を向上させる技術が示されている(例えば、特許文献2)。
Conventionally, as an induction heating cooker that enhances the cooling efficiency of electronic control components such as power semiconductor elements and capacitors, it has a cooling fan that cools the electronic control board on which the electronic control components are arranged below the induction heating coil. A technique is disclosed in which an electronic control component that generates a large amount of heat is disposed in an oblique direction toward the front of the cooling fan farther from the cooling air outlet (for example, Patent Document 1).
In addition, as a heat sink cooling device for power electronics devices equipped with power semiconductor elements, another straight fin (louver) is installed upstream of one end of the plurality of pin fins, approximately perpendicular to the height direction of the pin fins. As a result, the air from the air inlet flows along between the louvers, flows obliquely into the pin fins toward the heat generating element, and creates a vortex on the downstream side of the pin fin, while near the heat generating element. The technique which collides with the fin base of this and improves a cooling capability is shown (for example, patent document 2).
しかしながら上記特許文献1に示された技術は、冷却ファンを単にヒートシンクに対して斜め方向に配置した構成であり、この構成では冷却ファン直後急激な開放空間が広がるため圧力損出が大きくなり、流速がそれほど得られず衝突冷却のような効果は得られない。また、仮に流速を上げるなどして衝突冷却のような効果を得ようとしても、発熱の大きなものを冷却ファンより遠くなる部分に配置しているため、衝突冷却がもっとも起こる部分を有効に利用できないといった問題がある。
また特許文献2では、ヒートシンク直前に斜めに空気が供給されるようルーバを配置した構成であるが、ルーバで圧力損出を生じる、あるいは、長期使用すると目詰まりを起こし効率的な放熱を行えなくなるといった問題がある。さらに、筐体の大きさはヒートシンクが大半を占めるが、特許文献2のようにヒートシンクを横方向に設置すると、設置面積を減らすことができなくなる。仮に、特許文献2の筐体を縦方向とすると、ファンが真上となり最近、インバータを搭載した制御装置の用途多様化に伴い、屋内であっても地下室や、高温高湿の建屋内に設置されるケースが増大し、防滴構造を備えた制御装置のニーズに対しては防滴効果が損なわれることになり、適用不可能であるという問題点もある。
However, the technique disclosed in
Further, in
この発明は上記のような特許文献1、2に示された技術課題を解消するためになされたものであり、小型で、電子制御部品の発熱を効率よく放熱可能で、かつ防滴効果を備えた制御装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the technical problems shown in
この発明に係る制御装置は、第1の電子制御部品と第2の電子制御部品、およびヒートシンクとを収納する略直方体状の筐体を備え、前記筐体は、底板とこの底板に対向する天板と、底板および天板とをそれぞれにつなぎ対向する第1の側板および第2の側板と、底板、天板、第1、第2の側板をそれぞれにつなぎ一方端側に設けられたファン取付板と、このファン取付板に対向する他端側に設けられた排気口板とで形成されており、
底板上に第1の電子制御部品が配置されるとともに、この第1の電子制御部品の上部に設けられた第1の仕切板と、この第1の仕切板に接してヒートシンクが底板と平行に配置されるとともに、このヒートシンクに第2の電子制御部品が取り付けられており、かつ、このヒートシンクの上部に第2の仕切板が設けられており、底板と第1の仕切板との間で第1の風路が、第1の仕切板および第2の仕切板との間で第2の風路が、第2の仕切板と天板との間で第3の風路が形成されるように、第1の仕切板および第2の仕切板のファン取付板側には風案内板が設けられており、
ファン取付板に取り付けられ底板に対して所定の取付け角度に設置されたファンから吹き出された冷却風は、風案内板を介して第1、第2、第3の風路を通り第1の電子制御部品、第2の電子制御部品およびヒートシンクを冷却し、排気口板に設けられた複数のルーバを介して筐体外に排気されるものである。
A control device according to the present invention includes a substantially rectangular parallelepiped housing that houses a first electronic control component, a second electronic control component, and a heat sink, and the housing includes a bottom plate and a top plate facing the bottom plate. The first side plate and the second side plate that connect the plate, the bottom plate, and the top plate to each other, and the bottom plate, the top plate, the first and second side plates, respectively, and the fan mounting provided on one end side A plate and an exhaust port plate provided on the other end facing the fan mounting plate,
The first electronic control component is disposed on the bottom plate, the first partition plate provided on the upper portion of the first electronic control component, and the heat sink in contact with the first partition plate in parallel with the bottom plate. And a second electronic control component is attached to the heat sink, and a second partition plate is provided on the heat sink, and the second partition plate is provided between the bottom plate and the first partition plate. A first air passage forms a second air passage between the first partition plate and the second partition plate, and a third air passage forms between the second partition plate and the top plate. In addition, a wind guide plate is provided on the fan mounting plate side of the first partition plate and the second partition plate,
Cooling air blown from a fan attached to the fan attachment plate and installed at a predetermined attachment angle with respect to the bottom plate passes through the first, second, and third air passages via the air guide plate, and the first electrons. The control component, the second electronic control component, and the heat sink are cooled and exhausted out of the casing through a plurality of louvers provided on the exhaust port plate.
この発明に係る制御装置は、上記のような構成を採用しているので、ヒートシンクに対してファンを所定の角度で設置されることにより筐体の小型化が可能となり、またファンの吹き出す冷却風が風案内板によって速度を上昇させ、衝突効果によるヒートシンクの放熱効果を上げるとともに、第1、第2の電子制御部品を並列に効率よく放熱でき、またルーバによって排気するので防滴効果を発揮することができるという効果がある。 Since the control device according to the present invention employs the above-described configuration, the fan can be downsized by installing the fan at a predetermined angle with respect to the heat sink, and the cooling air blown out by the fan can be reduced. Increases the speed by the wind guide plate, increases the heat dissipation effect of the heat sink due to the collision effect, efficiently dissipates the first and second electronic control parts in parallel, and exhausts by the louver, so it exhibits a drip-proof effect There is an effect that can be.
実施の形態1.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による、例えばパッケージエアコンに装備されるインバータを搭載した制御装置100を示す断面図であり、筐体20内に後述する電子制御部品類を収納している。この実施の形態1による制御装置100は、前記パッケージエアコンの取付面30に地面に対して鉛直に取り付けられている。
略直方体をなす筐体20を構成する6枚の側板の配置を説明するために、図2に筐体20を模式化した直方体を示す。図2に示すように筐体20は、底板21とこれに対向する天板22、前記底板21と天板22とをつなぐ第1の側板23と、この第1の側板23に対向する第2の側板24、これら底板21、天板22、第1の側板23の下部をつなぐファン取付板25、および上部をつなぐ排気口板26を有している。この排気口板26はお椀を伏せたような形状に形成されている。
図1に示すように筐体20の内部は、第1の風路50、第2の風路51、第3の風路52を形成するよう後述するファン1の吹き出す冷却風の風案内板5と、第1の仕切板4、第2の仕切板3によって3分割されている。筐体20内の大部分を占めるヒートシンク2は、制御装置100の設置面積を少なくするため底板21と平行に、この図1では縦方向に配置されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
In order to explain the arrangement of the six side plates constituting the
As shown in FIG. 1, the inside of the
底板21上には第1の電子制御部品に相当するフィルタ10、リアクトル11が配置されており、これらフィルタ10、リアクトル11の上部10a、11aには第1の仕切板4が設けられている。この第1の仕切板4と、この仕切板4に接してヒートシンク2が底板21と平行に設けられている。図1の矢視A−A部分のヒートシンク2の断面図を図3に示す。ヒートシンク2の上部2bには第2の仕切板3が設けられており、ヒートシンク2には第2の電子制御部品に相当するパワー素子7、ダイオードブリッジ8、コンデンサ9が取り付けられている。
ヒートシンク2は図3に示すように、くし状フィン2aを備え、例えばAlまたはAl合金製であるが必ずしもこれに限らず、また形状もくし状フィン2aでなく複数のピンを設けたピン状フィンであってもよい。
ここで第3の風路52に配置された第2の電子制御部品の内、最も発熱の大きなパワー素子7は、第1の風路50に配置された第1の電子制御部品の内、最も発熱の大きく熱耐量の大きなリアクトル11から離れた位置に配置されている。すなわちこの実施の形態1ではパワー素子7は冷却風による冷却効果の最も顕著なヒートシンク2の風案内板5に近接した個所に配置されており、そしてリアクトル11は、ヒートシンク2による冷却を行わず、第1の風路50の最後尾に配置しているので、ヒートシンク2の小型化が可能となる。
なお、図1に示す筐体20内の配置は、底板21上に第1の電子制御部品、ヒートシンク2、第2の電子制御部品の順としたが必ずしもこれに限らず、第1と第2の電子制御部品の配置を入れ替えてもよい。
A
As shown in FIG. 3, the
Here, among the second electronic control components arranged in the
1 is arranged in the order of the first electronic control component, the
次に筐体20の下部に設けられたファン1とファン取付板25の構成について述べる。図1および図4に示すようにファン1は筐体20の底板21に対して所定のファン取付角度θを有してファン取付板25に設置されている。このファン取付角度θは、筐体20の体格他の要因により5°〜60°の内の任意の角度とする。ファン取付板25には筐体20の内部方向に伸延する風案内板5が設けられており、その先端部分は前述した第1の仕切板4、第2の仕切板3に接することにより、第2の風路51を形成している。また風案内板5は第2の風路51に向かうに従ってこの風案内板5が形成する風路断面が減少するようにファン取付板25に設けられている。さらに風案内板5には、図4に示すようにファン1から吹き出された冷却風が前述した第1の風路50、第3の風路52に分流するよう風取込口5aがそれぞれ設けられているとともに、この風取込口5aには可動シャッタ5bがそれぞれ設けられており、この可動シャッタ5bを操作することにより、分流する冷却風量を調整することができる。尚、上記第1の風路50、第2の風路51、第3の風路52に流れる冷却風の比率は、1〜3対10対1〜3の割合が望ましい。
Next, the configuration of the
また、風案内板5の第1の風路50、第3の風路52側にそれぞれ方向変換板13が設けられており、これにより風取込口5aを介して流れ込んだ冷却風の向きをファン1側に変換する。これは何らかの原因によってファン1が水滴を巻き込んだ場合、第1の風路50、第3の風路52に混入して第1の電子制御部品や第2の電子制御部品に損傷を与えることを防ぐもので、上記方向変換板13にて水滴を衝突させて下部に落とす、あるいは下部に衝突させることで水滴が直接第1の電子制御部品、第2の電子制御部品に到達しにくくするものである。尚、上記風案内板5はファン取付板25に設けた例を示したが、同様の構造の風案内板5をファン1の筐体に設け、この風案内板付きファンをファン取付板25に設置するようにしてもよい。
Moreover, the
次に筐体20の上部の排気口板26に設けられたルーバ6について説明する。
図5(a)は、筐体20内の放熱のための排気口板26に設けられた複数のルーバ6を示す断面図である。図5(a)に示すように、筐体20内部の第1の風路50、第2の風路51、第3の風路52と3分流された冷却風は、排気口板26の手前で合流し、排気口板26に設けられた複数のルーバ6を介して筐体20外に勢いよく排気される。複数のルーバ6は階段状に設けられており、図5(b)に示すようにそれぞれの上段のルーバ6の投影部分Tが下段のルーバ6に少なくとも重なり合うように形成されている。この実施の形態1では図5(a)に示すように排気口板26の傾斜面に複数のルーバ6を設ける例を示しているが、必ずしも傾斜面でなく、前述した上段のルーバ6の投影部分Tが下段のルーバ6に重なるように排気口板26に設けられておればよい。またこの実施の形態1では複数のルーバ6を介する冷却風は前記した筐体20内の第1の風路50、第2の風路51、第3の風路52に対して90°偏向し、かつ底板21の反対方向に向かうよう排気されるが、これに限定されず、図1に示した取付面30に干渉しない方向であればよい。
Next, the
FIG. 5A is a cross-sectional view showing a plurality of
図1に示すような地面に対して鉛直に取り付けられた制御装置100に、水滴が落下したときのルーバ6での状態を図6に示す。図6から判るようにルーバ6の上方から略垂直の水滴落下があったとしても、筐体20内に直接直下に落下せず、ルーバ6に一旦保持された水滴Wは排気の勢いによって排出、または排気熱によって蒸発するため、筐体20内に浸入することはない。また、図7(a)や図7(b)に示すように、複数のルーバ6のルーバ開口部長L0内の範囲にヒートシンク2が配置されるようにすれば、たとえ筐体20内に落下した水滴が浸入したとしても、水滴はヒートシンク2部のみであり、第1の電子制御部品や第2の電子回路部品に悪影響を及ぼすことが防止できる。
また図8に示すように、第1の仕切板4、第2の仕切板3を排気口板26のルーバ6近傍まで伸延させた構成を採用すると、単に冷却風の分流のためだけでなく、更なる防滴効果を併用して持たせることが可能となる。
またルーバ6は、図7(a)に示すように水平である必要はなく、図7(b)に示すように下向き斜めであってもよい。さらにルーバ6は排気口板26に対して1面に設けられることなく、図9に示すようにお椀を伏せた形状を有する排気口板26の3側面に設けてもよい。
FIG. 6 shows a state of the
Further, as shown in FIG. 8, when the configuration in which the
Further, the
このような構成の制御装置100を取付面30に鉛直に取り付けて運転を行うと、ファン1より吹き出された冷却風(アップドラフト風)は、風案内板5によって流速を上げて第2の風路51に設けられたヒートシンク2に衝突する。この冷却風の衝突冷却効果によってパワー素子7が取り付けられたヒートシンク2を効率よく冷却し、さらに、ダイオードブリッジ8の発熱を引き続き放熱する。尚、ファン1から吹き出される冷却風量はヒートシンク2を冷却するのに十分足り得る量であり、風案内板5に設けた風取込口5aを経由し第1の風路50、第3の風路52にも分流される。第1の風路50では第1の電子制御部品に相当するフィルタ10やリアクトル11の表面の放熱を行う。第3の風路52では第2の電子制御部品に相当するパワー素子7やダイオードブリッジ8の表面側や、コンデンサ9等の放熱を行う。このように第3の風路52に配置されたパワー素子7やダイオードブリッジ8はその表裏から放熱が行われることになるから、ヒートシンク2のみの放熱よりも効率よい放熱が行われ、これにより筐体20を小型化することができる。また十分な冷却を行えるので、第1、第2の電子制御部品類が安定した性能を発揮可能となるとともに、部品の長寿命化が達成でき、結果として小型で安定した運転で長寿命の制御装置100が得られるという効果がある。
When the
実施の形態2.
この実施の形態2は、実施の形態1で示した制御装置100を図10に示すように、取付面30に鉛直に取り付け、制御装置100全体を筐体カバー14で覆ったものである。この筐体カバー14の取り付けにより、防滴だけでなく制御装置100の下部からの冷却風吸入のクリアランスを十分確保できるという効果がある。
In the second embodiment, as shown in FIG. 10, the
実施の形態3.
上記実施の形態1では制御装置100を取付面30に対して鉛直に設置する構成を示したが、実施の形態1に示す構成の制御装置100を地面に対して平行となるような設備品に、底板21を介して取り付けてもよい。ただしこの場合、この制御装置100を設置する環境が、空調されていることや、結露等による水滴の落下が少ない環境とすることが望ましい。
In the first embodiment, the configuration in which the
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 ファン、2 ヒートシンク、2a くし状フィン、3 第2の仕切板、
4 第1の仕切板、5 風案内板、5a 風取込口、5b 可動シャッタ、6 ルーバ、
20 筐体、21 底板、22 天板、25 ファン取付板、26 排気口板、
50 第1の風路、51 第2の風路、52 第3の風路、100 制御装置。
1 fan, 2 heat sink, 2a comb-shaped fin, 2nd partition plate,
4 first partition plate, 5 wind guide plate, 5a wind intake port, 5b movable shutter, 6 louver,
20 housing, 21 bottom plate, 22 top plate, 25 fan mounting plate, 26 exhaust port plate,
50 1st air path, 51 2nd air path, 52 3rd air path, 100 control apparatus.
Claims (12)
前記筐体は、底板とこの底板に対向する天板と、前記底板および天板とをそれぞれにつなぎ対向する第1の側板および第2の側板と、前記底板、天板、第1、第2の側板をそれぞれにつなぎ一方端側に設けられたファン取付板と、このファン取付板に対向する他端側に設けられた排気口板とで形成されており、
前記底板上に前記第1の電子制御部品が配置されるとともに、この第1の電子制御部品の上部に設けられた第1の仕切板と、この第1の仕切板に接して前記ヒートシンクが前記底板と平行に配置されるとともに、このヒートシンクに前記第2の電子制御部品が取り付けられており、かつ、このヒートシンクの上部に第2の仕切板が設けられており、前記底板と前記第1の仕切板との間で第1の風路が、前記第1の仕切板および第2の仕切板との間で第2の風路が、前記第2の仕切板と前記天板との間で第3の風路が形成されるように、前記第1の仕切板および前記第2の仕切板の前記ファン取付板側には風案内板が設けられており、
前記ファン取付板に取り付けられ前記底板に対して所定の取付け角度に設置されたファンから吹き出された冷却風は、前記風案内板を介して前記第1、第2、第3の風路を通り前記第1の電子制御部品、第2の電子制御部品およびヒートシンクを冷却し、前記排気口板に設けられた複数のルーバを介して前記筐体外に排気されることを特徴とする制御装置。 In a control device including a substantially rectangular parallelepiped housing that houses a first electronic control component, a second electronic control component, and a heat sink,
The housing includes a bottom plate, a top plate facing the bottom plate, a first side plate and a second side plate facing the bottom plate and the top plate, respectively, and the bottom plate, the top plate, the first and second plates. Are formed by a fan mounting plate provided on one end side and an exhaust port plate provided on the other end facing the fan mounting plate.
The first electronic control component is disposed on the bottom plate, a first partition plate provided on the first electronic control component, and the heat sink in contact with the first partition plate The second electronic control component is mounted on the heat sink, and a second partition plate is provided on the heat sink. The second partition plate is provided on the heat sink. The first air passage between the partition plate and the second air passage between the first partition plate and the second partition plate is between the second partition plate and the top plate. A wind guide plate is provided on the fan mounting plate side of the first partition plate and the second partition plate so that a third air path is formed,
Cooling air blown from a fan mounted on the fan mounting plate and installed at a predetermined mounting angle with respect to the bottom plate passes through the first, second and third air passages via the wind guide plate. The control device, wherein the first electronic control component, the second electronic control component, and the heat sink are cooled and exhausted out of the casing through a plurality of louvers provided on the exhaust port plate.
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