JP5693419B2 - 電気機器の筐体 - Google Patents

Description

この発明は、内蔵する発熱部品であるリアクトルの放熱性向上と小型化の両立を実現する電気機器の筐体に関するものである。

近年、停車時にエンジン駆動を停止するアイドリングストップ機能や、エンジン負荷を軽減するための電動パワーステアリングを搭載した自動車が、環境への配慮や燃費向上の観点から利用されている。また、エンジン駆動を積極的に補うためのハイブリッドシステムや、車両制動時の制動エネルギーを電気エネルギーとして回収する回生ブレーキシステム等が注目されている。このように、自動車が必要とする電力は増大する傾向にあるため、発電機の発電電圧を高くすることで高効率発電を行い、バッテリ電圧まで降圧するDC/DCコンバータを設ける構成が提案されている。

大電流を制御する電気機器であるDC/DCコンバータにおいて、主な熱放出源の一つにリ
アクトルがある。リアクトルの放熱効率を高めるために、リアクトルを熱伝導率の高い筐体に収容したり、熱伝導率の高い絶縁性樹脂によりモールドすることで放熱性の向上を図っている。これに対し、リアクトルの放熱性向上を図る技術が、例えば特許文献１で提案されている。リアクトルとヒートシンクを一体化した従来の電気機器では、ヒートシンクにリアクトル収容部があり、異部品間に熱伝達経路が跨る場合のような熱抵抗が存在しなくなるため、リアクトルの放熱効率を向上させることができる。

特開２０１１−４１３９７号公報

特許文献１に示す筐体構造は、確かにリアクトルの放熱性を高めることが可能となるが、ヒートシンクに設けれている放熱フィンの寸法がリアクトル収容部に加わるため、筐体が全体として大型化してしまうという問題があった。この発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、リアクトルの放熱性を高めつつ、電気機器の筐体の小型化を図ることを目的とする。

この発明に係る電気機器の筺体は、多数の電気部品を実装した基板と、前記基板を固定するヒートシンクを備え、前記ヒートシンクには、前記基板を配置した面に開口するリアクトル収容窪みと、前記基板を配置した面の反対側の面に、前記リアクトル収容窪みの底の外面を除く前記リアクトル収容窪みの外周を取り巻く位置に前記リアクトル収容窪みの底部分に達するプレート形の放熱フィンが設けられ、前記リアクトル収容窪みにリアクトルを、前記リアクトルの端子と前記リアクトル収容窪みの底で位置決めされた状態で収容して、前記端子を前記基板に電気的に接続し、前記リアクトルが挿入された前記リアクトル収容窪みに弾性力のある樹脂を充填するとともに、前記プレート形フィンの前記リアクトル収容窪みの底の外側壁に近い部分に切り込みが設けられているものである。

この発明は、ヒートシンクのリアクトル収容窪みの外周を取巻く位置に放熱フィン部を設け、リアクトル収容窪みの底が放熱フィンのほぼ先端まで達するように配置し、リアクトルを前記窪みに収容するようにしているので、電気機器の筐体を小型化できると同時にリアクトルの放熱性向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電気機器の筺体を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側断面図である。 この発明の実施の形態１に係るリアクトルを示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 この発明の実施の形態２に係る電気機器の筺体を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電気機器の筺体を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態４に係る電気機器の筺体を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態５に係る電気機器の筺体を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態６に係る電気機器の筺体を示す正面断面図である。 この発明の実施の形態６に係るリアクトルを示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 この発明の実施の形態７に係る電気機器の筺体を示す下面図である。 この発明の実施の形態８に係る電気機器の筺体を示すもので、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側断面図である。 この発明の実施の形態９に係る電気機器の筺体を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電気機器の筺体を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う正面断面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）はＢ−Ｂ線に沿う側断面図である。図１において、この発明に係る電気機器の筺体は、多数の電気部品を実装した基板１と、この基板１の四隅がねじ２によって固定されたヒートシンク１０を有する。ヒートシンク１０は熱伝導性の良好な金属から構成されている。ヒートシンク１０の、基板１を配置した面にはリアクトル３０を収容する例えば直方体形状のリアクトル収容窪み１１が設けられている。ヒートシンク１０の、基板１を配置した面と反対の面には全面にプレート形（板状）フィン１２がヒートシンク１０と一体に形成されている。プレート形フィン１２は、図１の例では、直方体形状のリアクトル収容窪み１１の長辺方向に平行に延び、リアクトル収容窪み１１の底部及びリアクトル収容窪み１１の周囲に近接して、リアクトル収容窪み１１を囲むように設けられている。なお、図では、リアクトル収容窪み１１は、基板１が配置されたヒートシンク１０の基板１と対向した部分に設けているが、基板１と対向しないヒートシンク１０の延長面に設けてもよい。

ヒートシンク１０のリアクトル収容窪み１１には、図２において詳述するリアクトル３０が収容され、リアクトル３０のコイル３１の端部が基板１に電気的に接続される。図２に示すように、リアクトル３０は、コイル３１と、磁気経路を有するコア３２と、コイル３１の保護およびコイル３１とコア３２との絶縁性を保つためのボビン３３から構成される。リアクトル３０は、リアクトル収容窪み１１の側面及び底に接触する状態でリアクトル収容窪み１１に収容された後、図示していない例えばねじにより、ヒートシンク１０に固定される。

以上の構成からなる電気機器の筺体によれば、ヒートシンク１０は、リアクトル３０をリアクトル収容窪み１１で包み込むように受けることができ、リアクトル３０の３面がヒートシンク１０と接触するため熱伝導面積が広くなり、リアクトル３０の放熱効率の向上が図られる。また、リアクトル収容窪み１１は、ヒートシンク１０に設けられたプレート形フィン１２の中に割り込んで形成されているため、ヒートシンク１０とリアクトル３０が一体の電気機器の筺体のサイズを小型化することができる。つまり、上記構成をとらなければ、ヒートシンク１０のプレート形フィン１２の高さだけ筐体が大型化してしまうところを、ヒートシンク１０のプレート形フィン１２を有効利用し小型化を行ないつつ、リアクトル３０の放熱性向上を図ることが可能となる。

なお、リアクトル３０をリアクトル収容窪み１１の側面に密着するようにリアクトル収容窪み１１内に収容する代わりに、リアクトル３０とリアクトル収容窪み１１の側面間に僅かの隙間を設け、この隙間に、弾力性があり、熱伝導性の良好な樹脂を充填するようにすれば、耐振性の向上と、放熱性の向上が図られる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る電気機器の筺体の正面断面図であり、図１、図２の要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２におけるヒートシンク１０Ａは窪みの底部側にはフィンを有しない扁平形のものとしているが、この形状は実施の形態２に必須のものではなく、図１に１０で示す形のヒートシンクを用いてもよい。実施の形態２の特徴は、ヒートシンク１０Ａをアルミダイキャストもしくは砂型で製造する際、ヒートシンク１０Ａのリアクトル収容窪みとして、抜き勾配４付きのリアクトル収容窪み１１Ａを形成している点である。つまりリアクトル収容窪み１１Ａは、底に向かうほど間隔が僅かに狭まる側面を有している。

一方、リアクトルは抜き勾配４に合わせた側面を有するリアクトル３０Ａを用いる。このリアクトル３０Ａをリアクトル収容窪み１１Ａに挿入するが、その際、リアクトル３０Ａがリアクトル収容窪み１１Ａの底に当たる位置まで挿入する。この構造によれば、ヒートシンク１０Ａに追加的な加工を施すことなく、リアクトル３０Ａとヒートシンク１０Ａ間の隙間を小さくすることができ、熱抵抗の低減及び放熱性向上、工作性向上を図ることが可能となる。図３に示すものでは、リアクトル３０Ａは、基板１に電気的及び機械的に接続されたコイル３１の端部と、リアクトル収容窪み１１Ａの底とにより位置決めされて安定する。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３を示す電気機器の筺体の正面断面図であり、図１、図２及び図３の各要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態３では、ヒートシンク１０Ａは、実施の形態２と同様の抜き勾配４付きのリアクトル収容窪み１１Ａを備えている。実施の形態２では、リアクトル３０Ａをリアクトル収容窪み１１Ａに収容したとき、リアクトル３０Ａがリアクトル収容窪み１１Ａの底に当たる位置まで挿入されているが、実施の形態３では、リアクトル３０Ａの４側面がリアクトル収容窪み１１Ａの４側面と密着した状態でも、リアクトル３０Ａがリアクトル収容窪み１１Ａの底に当たらないようになされている。なお、この場合、リアクトル３０Ａの４側面全てをリアクトル収容窪み１１Ａの４側面に密着させる必要はなく、場合によっては対向する２側面のみ密着させ、他の２面は僅かの間隔をあけておいてもよい。

このように、ヒートシンク１０Ａのリアクトル収容窪み１１Ａを深くすることで、リアクトル３０Ａとリアクトル収容窪み１１Ａの底が接触せず、リアクトル３０Ａとヒートシンク１０Ａとの接触面１６を密着させることができ、放熱性が各段に向上する。工作性の面からも、コイル３１の先端部の基板１に対する位置決めが、リアクトル収容窪み１１Ａの位置で決定するため、位置決め用の治具がいらず、工作性が良くなる。また、リアクトル３０Ａと窪み１１Ａの底との間の空隙に樹脂１７を流し込むことで耐振性向上および固定が可能となり、放熱効果も増す。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４を示す電気機器の筺体の正面断面図であり、図１、図２及び図３の各要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態４では、ヒートシンク１０Ａに形成されるリアクトル収容窪み１１の縦または横幅（図５では
横幅）をリアクトル３０の縦または横幅（図５では横幅）より大きくしている。リアクトル３０の一方の側面とリアクトル収容窪み１１との間の間隙には板ばね１８が挿入され、板ばね１８の付勢力により、リアクトル３０をヒートシンク１０Ａに密着させる。なお、板ばねの代わりに、つるまきばねなど、他のばねを用いてもよい。

このように、板ばね１８を用いてリアクトル３０とヒートシンク１０Ａを直接接触させることで、熱伝導率が向上し、放熱効果が向上する。ヒートシンクにリアクトルをネジ止めして固定する一般的な構造と比べ、リアクトル収容窪み１１にリアクトル３０を挿入することで、ヒートシンク１０Ａとの接触表面積が広く取れるため、放熱性がよくなる。さらに、板ばね１８が設置されている空間に樹脂１９を充填するようにすれば、耐振性向上を図ることができる。前記樹脂１９は、熱伝導性の良いシリコン系樹脂より、ヒートショック性やコストを優先し、安価なエポキシ系樹脂で充填したとしても十分な放熱性を得ることができる。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５を示す電気機器の筺体の正面断面図であり、図１、図２及び図３の各要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態５は、ヒートシンク１０Ａの窪み１１の両側のプレート形フィン１２の底を滑らかな曲線部３にしたものである。

リアクトル収容窪み１１のフィン側の外面においては、リアクトル収容窪み１１があるため、プレート形フィン１２間を通り抜ける冷却風の圧力損失が大きく、熱がこもってしまうことがあるが、プレート形フィン１２の底を滑らかな曲線部３にすることにより、矢印Ｘで示す冷却風の整流機能が得られ、冷却風の圧力損失が抑制され、放熱効果が向上する。また、この曲線部３は、リアクトル収容窪み１１の外面をアルミダイキャストもしくは砂型で製造する際、加工上生じる抜き勾配ともなるため、工作が容易となる。

実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６を示す電気機器の筺体の正面断面図であり、図１、図２及び図３の各要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。図７の説明の前に、図７のリアクトル３０Ｂについて図８により説明する。リアクトル３０Ｂはコイル３１、コア３２、及びボビン３３からなるものであるが、ボビン３３はコア３２の幅内に納められ、したがってコイル３１の巻回部の周辺がコア３２の上下にはみ出した構造となっている。

図７に示すように、上記形状のリアクトル３０Ｂを収容するヒートシンク１０Ｂのリアクトル収容窪み１１Ｂは、底の部分に、リアクトル３０Ｂのコイル３１の外径に沿う形状の凹部３４が形成されている。リアクトル３０Ｂを凹部３４付きのリアクトル収容窪み１１Ｂに収容すると、リアクトル３０Ｂのコア３２の両側面及び底面、及び発熱部であるコイル３１がヒートシンク１０Ｂに直接接触することになり、リアクトル３０Ｂの放熱性向上及び電気機器の筐体全体の小型化を図ることが可能となる。

リアクトル３０Ｂをリアクトル収容窪み１１Ｂに挿入した際、弾性力のある樹脂２０をリアクトル収容窪み１１Ｂに充填することで、耐振性向上を図ることが可能となる。また、充填する樹脂２０を熱伝導性の良好な樹脂とすることで、放熱性向上が図られる。充填する樹脂として、例えば、シリコン系樹脂のように、熱伝導率が高く弾性力のある樹脂が望まれる。

実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７に係る電気機器の筺体を示す下面図である。実施の形態
７は、図９に示すように、リアクトル収容窪み１１の外側壁から延伸して設けられているプレート形フィン１２Ａ部分の前記外側壁に近い部分に、切り込み５を入れたものである。その他の構成は図１、図２、及び図３と同じである。

切り込み５を設けたことで、プレート形フィン１２Ａ部分の間を貫ける矢印Ｙで示す流体の熱の逃げ道ができると同時に、リアクトル３０周辺の外装面において表面積を広くとることができ、放熱性を向上を図ることが可能となる。

実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８を示す電気機器の筺体の正面断面図（ａ）及びＡ−Ａ線に沿う側断面図（ｂ）であり、図１、図２及び図３の各要素に相当する要素には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態８では、図１０に示すように、リアクトル３０Ｂをリアクトルのコアの鉄心上限位置Ｚまでリアクトル収容窪み１１へ挿入する。

リアクトル３０Ｂから生じる漏れ磁束は、主にリアクトル鉄心部にあるエアギャップ３５（実線の円内に示している）から生じているため、リアクトル３０Ｂのコアの鉄心上限位置Ｚまでヒートシンク１０に挿入し、ヒートシンク１０を電気伝導性の良いアルミなどにすることで、外部に漏れる磁束量を低減し、磁気シールドの効果が得られる。このため、基板１の中央部に対向する位置にリアクトル３０Ｂを配置した場合でも、リアクトル３０Ｂから生じるノイズの基板１への影響は小さくなり、リアクトル３０Ｂの配置に制約がなく、基板１の中央部も含め自由に配置できる。

実施の形態９．
図１１を用いて本発明の実施の形態９に係る電気機器の筐体の構成について説明する。実施の形態９の電気機器の筺体は、多数の電気部品を実装した基板１と、リアクトル３０と、リアクトル収容窪み１１及びピン形フィン１３を備えるヒートシンク１０Ｃから構成される。なお、本明細書並びに特許請求の範囲でいうフィンとは、その形状に関わらず、冷却を促進する形状の部材を指しているものとする。

ヒートシンク１０Ｃの構造以外は実施の形態１と同じなので、主としてヒートシンク１０Ｃについて説明する。ヒートシンク１０Ｃの中央部には、基板１に対向する側からリアクトル３０を収容するリアクトル収容窪み１１が設けられている。ヒートシンク１０Ｃの、基板１と反対側の面には、リアクトル収容窪み１１の底の部分を除いて、ピン形のフィン１３が多数植設されている。リアクトル収容窪み１１の周囲の外側面には側面から突出するリブ１４が設けられ、側壁の補強と放熱面積の増加を図っている。

実施の形態９ではピン形フィン１３を採用したことにより、プレート形フィンに比べ、冷却風の方向が限定されず、どの方向から来た冷却風にもピン形フィン１３がさらされるため、放熱面を広く取ることができる。また、リアクトル収容窪み１１の外面にリブ１４を設けたことで、機械的強度の向上および放熱面積が大きくなり、放熱性向上を図ることが可能となる。

１ 基板、 ２ ねじ、
３ 曲線部、 ４ 抜き勾配、
５ 切り込み、 ６ 板ばね、
７ 接触面、 １０ ヒートシンク、
１０Ａ ヒートシンク、 １０Ｂ ヒートシンク、
１０Ｃ ヒートシンク、 １１ リアクトル収容窪み、
１１Ａ リアクトル収容窪み、 １１Ｂ リアクトル収容窪み、
１２ プレート形フィン、 １２Ａ プレート形フィン（一部）、
１３ ピン形フィン、 １４ リブ、
１７ 樹脂、 １８ 板ばね、
１９ 樹脂、 ２０ 樹脂、
３０ リアクトル、 ３０Ａ リアクトル、
３０Ｂ リアクトル、 ３１ コイル、
３２ コア、 ３３ ボビン、
３４ 凹部、 ３５ エアギャップ。

Claims (6)

1. 多数の電気部品を実装した基板と、前記基板を固定するヒートシンクを備え、前記ヒートシンクには、前記基板を配置した面に開口するリアクトル収容窪みと、前記基板を配置した面の反対側の面に、前記リアクトル収容窪みの底の外面を除く前記リアクトル収容窪みの外周を取り巻く位置に前記リアクトル収容窪みの底部分に達するプレート形の放熱フィンが設けられ、前記リアクトル収容窪みにリアクトルを、前記リアクトルの端子と前記リアクトル収容窪みの底で位置決めされた状態で収容して、前記端子を前記基板に電気的に接続し、前記リアクトルが挿入された前記リアクトル収容窪みに弾性力のある樹脂を充填するとともに、前記プレート形フィンの前記リアクトル収容窪みの底の外側壁に近い部分に切り込みが設けられていることを特徴とする電気機器の筐体。
2. 前記リアクトル収容窪みはその底に前記リアクトルのコイル外周に沿う凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器の筐体。
3. 前記リアクトルの外形は、前記リアクトル収容窪み形成時に生じる抜き勾配に合せて同等の傾斜が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気機器の筐体。
4. 前記リアクトル収容窪みの外側の壁面に接するプレート形フィンの底部を曲線状にしたことを特徴とする請求項１に記載の電気機器の筐体。
5. 前記リアクトルの側面と前記リアクトル収容窪みの側面の間の一方の空隙に、前記リアクトルの側面と前記リアクトル収容窪みの側面を密着させるよう付勢するばねを挿入したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機器の筐体。
6. 前記ばねの設置空間に弾性力のある樹脂を充填したことを特徴とする請求項５に記載の電気機器の筐体。

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