JP6194470B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本発明はダイキャスト成形による筐体を用いる電気機器の冷却に関するものである。

従来、発熱性の電気部品を収納した電気機器ではこの電気部品に対応する筐体の背面側
（外側）に放熱フィン（ヒートシンク）を設け、この電気機器から出る熱の放熱を行って
いるものであった。（特許文献１）

特開２０１２−２１００００号

しかしながら特許文献１に記載のものでは、電気部品からの発熱は放熱フィン(ヒートシ
ンク)を介して筐体の外側へ排熱されるものであったが、発熱は放熱フィン側のみではな
く筐体内部側へ向けても行われており、筐体内の温度分布が平均化せず電気部品の付近の
温度が高くなることがあった。

本発明はダイキャスト成形された筐体を用いた際に筐体内の温度が高くなっている部分
の温度を効率よく下げることを可能にする電気機器を提供することを目的とする。

本発明の電気機器は、収納庫内壁や建屋の壁等に取り付けられるダイキャスト成形され
た有底の筐体と、この筐体の底面に熱伝導性を保って取り付けられる発熱性の電気部品と
、この電気部品の前面側を覆うように設けられこの電気部品の制御にかかる信号を生成す
る電装基板と、この電装基板の側方に設けられ電気部品と電装基板との間に向けて空気の
流れを作る送風装置と、筐体の底面から立ち上がる複数の壁面のうち上側の壁面に筐体の
内側に向かって突出し筐体の底面から前面側に向かって成形される複数のリブとを有する
ものである。

本発明によれば、筐体内で温度の高くなった空気を送風装置で循環や撹拌し、電気部品
の発熱が直接伝達しない筐体部分を放熱に利用することが可能になるものである。

本実施形態に用いる電気機器の電気回路図である。 本実施形態の筐体の前面図である 本実施形態の筐体の背面髄である。 図２に示す筐体のＡ−Ａ断面図である。

図１に示す電気機器の電気回路図は、直流出力（太陽電池や風力発電などの再生可能エ
ネルギーによる出力、又は燃料電池などを用いることができる）を、直流リアクトルＤＣ
Ｌ（ＤＣＬａ乃至ＤＣＬｅ）、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサ等を用いて昇
圧する昇圧回路３１（３１ａ乃至３１ｅ）と、昇圧回路３１の出力する直流電力をスイッ
チ素子ＩＰＭを用いて交流電力に変換して出力するインバータ回路３２と、インバータ回
路３２の出力する交流電力から高周波成分を交流リアクトルＡＣＬ（第１リアクトル）と
コンデンサとを用いて除去するフィルタ回路３３とから構成されている。Ｓ（Ｓａ乃至Ｓ
ｅ）は開閉スイッチであり太陽電池（直流電源）３４の出力を開閉するものである。

図１に示すように、太陽電池（ストリング）３４ａ乃至３４ｅは複数（ここでは最大５
つのストリングに対応可能になっているが、接続するストリングの数は変更可能である）
設けられ、この５つの太陽電池３４ａ乃至３４ｅの出力を夫々昇圧する昇圧回路３１ａ乃
至３１ｅを設けている。このため、直流リアクトルＤＣＬ（又は昇圧回路）も太陽電池（
ストリング）と同じ個数が必要となる（図１には直流リアクトルＤＣＬｂ乃至ＤＣＬｅは
図示せず）。昇圧回路３１、インバータ回路３２、及びフィルタ回路３３の回路構成につ
いては、既存のＤＣ／ＤＣのスイッチング型の昇圧回路（目標電圧と検出電圧との差に基
づいてスイッチング素子のスイッチング周期内のＯＮデューティを変化させるフィードバ
ック型の制御を用いるものなど）、既存のＤＣ／ＡＣのＰＷＭに基づく変換回路（主に４
個又６個のスイッチング素子をブリッジ状に接続し、夫々のスイッチング素子をスイッチ
ング周期内のＯＮデューティを変化させて疑似正弦波を生成する制御を用いたものなど）
、系統の周波数５０Ｈｚ／６０Ｈｚを境界とする既存のローパスフィルタやバンドパスフ
ィルターの構成を用いることができるので回路の詳細については省略する。昇圧回路３１
ｂ乃至３１ｅは昇圧回路３１ａと同等に構成されるので夫々の構成要素は符号にｂ〜ｅを
付記して記載を省略する。

図２は筐体の前面図、図３は筐体の背面図、図４は筐体のＡ−Ａ断面図であり、１０は
前面側が蓋７１（図４に記載）で覆われるように開口された導電性のアルミダイカストに
よる略直方体の形状を有する筐体であり、底面１０ａ及びこの底面から立ち上げられた壁
面１０ｂ乃至１０ｅを有し、底面１０ａには交流リアクトルＡＣＬと直流リアクトルＤＣ
Ｌａ乃至ＤＣＬｅとを夫々配置する第１窪み１１、及び第２窪み１２が一体成型されてい
る。第１窪み１１と第２窪み１２は夫々のリアクトルの配置後に熱伝導性が高くかつ電気
絶縁性がある樹脂が流し込まれて、これらのリアクトルが窪み１１、１２に固定される。
窪み１１は直流リアクトルＤＣＬａを先頭に筐体１０の下側から上側に向かって末広がり
状に順に直流リアクトルＤＣＬｂ、直流リアクトルＤＣＬｃが配置され次いで直流リアク
トルＤＣＬｄ、直流リアクトルＤＣＬｅが配置される。太陽電池（ストリング）の接続さ
れる数が減少する際は逆順に直流リアクトルＤＣＬｅから直流リアクトルＤＣＬｄ側へ削
減され、直流リアクトルＤＣＬａは最後に残るものである。

筐体１０の底面１０ａの第１窪み１１と第２窪み１２との間の上方に平らな部分が構成さ
れ当該部分に複数のスイッチ素子ＩＰＭが熱伝導性の良い部材を介して取り付けられてい
る。また、複数のスイッチ素子ＩＰＭ、直流リアクトルＤＣＬａ乃至ＤＣＬｅと蓋７１と
の間には、昇圧回路３１、インバータ回路３２、及びフィルタ回路３３の一部を成す電気
回路やこれら回路の動作を制御するためのデジタル信号を出力する制御部品などが取り付
けられた電装基板７０（点線で外周を表示）が配置される。また、直流リアクトルＤＣＬ
（第２の窪み１２）の下方には開閉スイッチＳａ乃至Ｓｅが設けられ、これらの開閉スイ
ッチを介して太陽電池の発電する直流電力が供給される。Ｔａ乃至Ｔｃは昇圧回路３１ａ
乃至３１ｅを構成するスイッチング素子を収納したパッケージでありパッケージＴａ乃至
Ｔｃは夫々複数のスイッチング素子が収納されており、スイッチ素子ＩＰＭと同様に熱伝
導性の良い部材を介して底面１０ａの取り付け部分に取り付けられている。

筐体１０は底面１０ａを有し、対応する背面側は収納庫内壁や家屋・建屋の外壁、内壁
等に所定の取り付け金具などの部材を介して取り付けられる。電装基板７０は電気部品（
スイッチ素子ＩＰＭ、パッケージＴａ乃至Ｔｃや直流リアクトルＤＣＬａ乃至ＤＣＬｅな
ど）の前面側を覆うように設けられこの電気部品の制御にかかる信号を生成する。この電
装基板７０の側方には電気部品と電装基板７０との間に向けて送風して空気の流れ７３を
作る送風装置７２が設けられている。この送風装置７２は空気の流れ７３を逆にして電気
部品と電装基７０板との間から空気を吸うように構成してもよい。

筐体１０の底面１０ａから立ち上がる複数の壁面１０ｂ乃至１０ｅのうち上側の壁面１０
ｂに筐体１０の内側に向かって突出し筐体１０の底面１０ａから前面側（蓋７１側）に向
かって成形される複数のリブ１０ｆ、１０ｇ、１０ｈが筐体１０のダイキャスト成形の際
に同時に成形されている。リブ１０ｆは電装基板７０の付近まで突出して成形され、リブ
１０ｇは一部が電装基板７０の下に入るまで突出して成形されている。リブ１０ｈはリブ
１０ｇと同等に突出している。リブ１０ｇ、１０ｈの突出量をリブ１０ｆより多くするこ
とによって空気がリブ１０ｆ側に集まりやすくなりリブによる空気の熱交換効率を向上さ
せることが可能になるものである。

送風装置７２を運転して矢印に示す空気の流れ７３を作ると、この送風された一部の空
気は電気部品（スイッチ素子ＩＰＭ、パッケージＴａ乃至Ｔｃや直流リアクトルＤＣＬａ
乃至ＤＣＬｅなど）と電装基板７０との間、すなわち電装基板７０の裏側、を流れて電気
部品と熱交換した後リブ１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの間を通り筐体１０と蓋７１とで囲まれ
た空間内を循環する。この循環する空気がリブ１０ｆ、１０ｇ、１０ｈと熱交換を行い壁
面１０ｂを介して筐体１０外へ放熱される。

また、筐体１０内の空気が循環（もしくは撹拌）することにより、筐体内の温度の偏り
が抑制されるので筐体１０の温度が全体的に高くなれば壁面１０ｂに加え壁面１０ｃ乃至
１０ｅも放熱に寄与することが可能となり筐体１０の放熱作用が得られるものである。筐
体１０のダイキャスト成形に用いる材料は熱伝導性と構造上の強度確保を考慮して選択す
るものであり例えばアルミ合金などが用いられる。

図３は筐体１０の背面図であり、筐体１０の上部側に下方から上方に向かって空気が流
れる複数の風路を左右に渡って構成する複数のフィンを有し、これら複数の風路を少なく
とも３つの風路群４１、４２、４３に分け、真ん中付近の風路４０を含む第１の風路群４
１の上方側のスイッチ素子ＩＰＭに対応する部分４４を主にスイッチ素子ＩＰＭの放熱に
割り当て、第２の風路群４２の下方側でありかつ部分４４より下方側の交流リアクトルＡ
ＣＬに対応する部分４５（第１の窪みに対応する部分）を主に交流リアクトルの放熱に割
り当て、第３の風路群４３の下方側でありかつ部分４５より下方側の直流リアクトルＤＣ
Ｌに対応する部分４６（第２の窪みに対応する部分）を主に直流リアクトルＤＣＬの放熱
に割り当てている。部分４７はパッケージＴａ乃至Ｔｃに対応する部分であり、パッケー
ジＴａ乃至Ｔｃの放熱に割り当てられている。部分４４、部分４７は半導体素子の放熱に
対応する部分であり、部分４４及び部分４７付近は温度的につながり全体で放熱に寄与す
る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にする
ためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することな
く、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

１０ 筐体
１０ａ 底面
１０ｂ乃至１０ｅ 壁面
１０ｆ乃至１０ｈ リブ
７０ 電装基板
７２ 送風装置
ＡＣＬ 交流リアクトル
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＩＰＭ スイッチ素子

Claims (5)

1. 収納庫内壁や建屋の壁等に取り付けられるダイキャスト成形された有底の筐体と、この
   筐体の底面に熱伝導性を保って取り付けられる発熱性の電気部品と、この電気部品の前面
   側を覆うように設けられこの電気部品の制御にかかる信号を生成する電装基板と、この電
   装基板の側方に設けられ前記電気部品と前記電装基板との間に空気の流れを作る送風装置
   と、前記筐体の底面から立ち上がる複数の壁面のうち上側の壁面に前記筐体の内側に向か
   って突出し前記筐体の底面から前面側に向かって前記筐体に一体成形されるリブとを有す
   ることを特徴とする電気機器。
2. 前記筐体の前面側に取り付けられる蓋を有することを特徴とする請求項１に記載の電気
   機器。
3. 前記リブは前記電装基板の付近まで突出していることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の電気機器。
4. 前記送風装置は前記電気部品と前記電装基板との間に向けて空気を出力することを特徴
   とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電気機器。
5. 前記送風装置は前記電気部品と前記電装基板との間から空気を吸うことを特徴とする請
   求項１乃至請求項３の何れかに記載の電気機器。

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