JP6260178B2 - 筐体、および電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、筐体、および電気機器に関する。

特許文献１および特許文献２には、パワー半導体または整流素子などの発熱体を収容し、背面に複数の放熱フィンを一体的に形成したケースを備える筐体が記載されている。
特許文献１ 特開平５−１０２６８３号公報
特許文献２ 特開２００２−２５２４８４号公報

上記のような発熱体を収容する筐体において、筐体の製造コストを抑制しつつ、筐体の小型化を図ることが望まれている。

本発明の一態様に係る筐体は、内部に第１発熱体を収容し、外面の第１領域に第１発熱体から発生する熱を外部に放出するヒートシンクが配置される第１ケースと、内部に第２発熱体を収容し、外面の第１領域とは異なる第２領域上に固定される第２ケースとを備える。

上記筐体において、第１ケースの熱伝導率は、第２ケースの熱伝導率より低くてもよい。

上記筐体において、第１ケースは、鉄材から形成され、第２ケースは、アルミ材から形成されていてもよい。

上記筐体において、第１ケースは、第２領域に第１貫通開口を有し、第２ケースは、第１ケースの外面に固定される場合に第１貫通開口に対向する位置に第２貫通開口、および第２貫通開口の周縁から外側に延伸するフランジを有し、第１貫通開口を覆うようにフランジを介して第１ケースの外面に固定されてもよい。

上記筐体は、第１貫通開口を取り囲むように配置され、フランジと外面との間に挟持されるパッキンをさらに備えてもよい。

上記筐体は、第１ケースの内部に固定され、少なくとも一部が第１貫通開口から露出する取付板をさらに備え、第２発熱体は、取付板の第１貫通開口から露出している位置に固定されていてもよい。

上記筐体において、取付板は、第１ケースの内部に配置され、第１ケースの内部空間と第２ケースの内部空間とが連通していてもよい。

上記筐体において、第１ケースは、第１ケースの内面上に複数の突起部を有し、取付板は、複数の突起部上に固定されることで、第１ケースの内面の上方に配置されてもよい。

上記筐体において、第１ケースの内面は、筐体が設置された場合に、上方に位置する上方領域および下方に位置する下方領域を含み、第１貫通開口は、下方領域に形成されており、筐体は、第１ケースの内面の上方領域上に配置され、第１ケース内に収容される電気回路と第１ケースとを絶縁する絶縁シートをさらに備えてもよい。

上記筐体において、絶縁シートの下方縁部は、前記筐体が設置された状態において少なくとも第１貫通開口の上方で、上方から下方に傾斜していてもよい。

上記筐体は、第２ケースの内面と第２発熱体との間に配置され、第２ケースの内面と第２発熱体とに接触している放熱シートをさらに備えてもよい。

上記筐体において、第２ケースの内面には、第２ケースの内面から突出する凸部が形成されており、放熱シートは、凸部の上面に配置されていてもよい。

上記筐体において、筐体が設置された場合に上方に位置する放熱シートの上方縁部は、筐体が設置された場合に上方に位置する凸部の上方縁部より上方に配置されていてもよい。

上記筐体において、凸部は、第１凸部および第２凸部を含み、第１凸部と第２凸部とは、筐体の幅方向に離間していてもよい。

上記筐体において、筐体が設置された場合に上方に位置する第１凸部の上方縁部および第２凸部の上方縁部は、第１凸部および第２凸部のそれぞれの上方縁部の外側から内側に向かって上方から下方に傾斜していてもよい。

上記筐体において、第２発熱体は、コイルを含むリアクトルであり、放熱シートは、コイルに接触していてもよい。

本発明の一態様に係る電位機器は、上記筐体と、ヒートシンクと、第１発熱体と、第２発熱体とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

正面から見たパワーコンディショナの外観斜視図である。 背面から見たパワーコンディショナの外観斜視図である。 背面から見たパワーコンディショナの一部分の分解斜視図である。 正面から見たパワーコンディショナの一部分の分解斜視図である。 正面から見た第１ケースの平面図である。 図５に示す第１ケースのＢ−Ｂ断面図である。 絶縁シートについて説明するための図である。 絶縁シートが第１ケース内に配置された状態を示す図である。 筐体の背面側から見た第２ケースの平面図である。 図９に示す第２ケースのＥ−Ｅ断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、正面から見たパワーコンディショナ１０の外観斜視図である。パワーコンディショナ１０は、電気機器の一例である。パワーコンディショナ１０は、太陽電池からの直流電圧を昇圧して、昇圧後の直流電圧を交流電圧に変換して、系統電源に連系させる。パワーコンディショナ１０は、筐体として第１ケース１００およびカバー１０２を備える。第１ケース１００は、内部に半導体スイッチ、インダクタ、整流素子などの電子部品、または電気回路を収容する。第１ケース１００に収容される電子部品または電気回路は第１発熱体の一例である。第１ケース１００の正面側には開口が形成されており、カバー１０２は、第１ケース１００の開口を覆うように配置されている。

図２は、背面から見たパワーコンディショナ１０の外観斜視図である。第１ケース１００の背部の外面１０１の第１領域上には、複数のヒートシンク１０４が配置されている。複数のヒートシンク１０４は、第１ケース１００に収容されている電子部品または電気回路などから発生する熱を外部に放出する。第１ケース１００の背部の外面１０１の第１領域とは異なる第２領域上には、第２ケース１１０が固定されている。

第２ケース１１０の内部には、パワーコンディショナ１０の電気回路の一部を構成するリアクトルが収容されている。リアクトルは、第２発熱体の一例である。第２ケース１１０は、内部に収容するリアクトルから発生する熱を外部に放出する放熱部材として機能する。第１ケース１００の熱伝導率は、第２ケース１１０の熱伝導率よりも低い。つまり、第２ケース１１０の熱伝導率は、第１ケース１００の熱伝導率よりも高い。第１ケース１００は、鉄材により構成されてもよい。また、第２ケース１１０は、アルミ材により構成されてもよい。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によれば、第１ケース１００の背部のヒートシンク１０４が配置されていない領域に、第２ケース１１０を配置して、第２ケース１１０内に、第１ケース１００内に収容すべき、発熱体となる電子部品を配置する。第１ケース１００の外部に電子部品を配置することで、第１ケース１００を小型化することができる。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によれば、第１ケース１００の背部のヒートシンク１０４が配置されていない領域を有効に活用しているので、パワーコンディショナ１０を構成する筐体全体のサイズを小型化することができる。また、第１ケース１００の外に発熱体を収容することで、第１ケース１００の内部空間の温度上昇を抑制できる。上記の通り、第２ケース１１０の熱伝導率は、第１ケース１００の熱伝導率よりも高いので、第２ケース１１０内に発熱体となる電子部品を収容しても、第２ケース１１０内に熱が滞留することを抑制できる。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によれば、第１ケース１００と第２ケース１１０とを別体で構成することで、第１ケース１００と第２ケース１１０とを一体的に構成する場合に比べて、第１ケース１００および第２ケース１１０の製造が容易になり、筐体の製造コストを抑制できる。

図３は、背面から見たパワーコンディショナ１０の一部分の分解斜視図である。図４は、正面から見たパワーコンディショナ１０の一部分の分解斜視図である。筐体は、第１ケース１００、第２ケース１１０、パッキン１１４、放熱シート１３０、および取付板１２０を備える。

第１ケース１００は、背部のヒートシンク１０４が配置されていない第２領域に第１貫通開口１０６を有する。パッキン１１４は、第１貫通開口１０６を取り囲むように、配置される。第２ケース１１０は、第１ケース１００の外面１０１に固定される場合に第１貫通開口１０６に対向する位置に第２貫通開口１１６を有する。

第２ケース１１０は、第２貫通開口１１６の周縁から外側に延伸するフランジ１１２を有する。第２ケース１１０は、第１貫通開口１０６を覆うようにフランジ１１２を介して第１ケース１００の外面１０１に固定される。パッキン１１４は、フランジ１１２と外面１０１との間に挟持される。第２ケース１１０は、パッキン１１４がフランジ１１２と外面１０１との間に挟持された状態で、螺子１１３により第１ケース１００の外面１０１に固定される。

取付板１２０は、第１ケース１００の内部に螺子１２１により固定され、少なくとも一部が第１貫通開口１０６から露出している。取付板１２０の第１貫通開口１０６から露出している位置には、第２発熱体としてリアクトル１２２が螺子１２３により固定される。

第１ケース１００は、外面１０１に対向する内面１０３上に複数の突起部１０７を有する。複数の突起部１０７は、第１貫通開口１０６の周囲に配置されている。取付板１２０は、第１ケース１００の内面１０３の上方に配置され、複数の突起部１０７上に螺子１２１を介して固定される。

取付板１２０が、複数の突起部１０７上に配置されているので、第１ケース１００の内部空間と第２ケース１１０の内部空間とは連通している。これにより、リアクトル１２２で発生した熱のうち、第２ケース１１０を介して外部に放出されずに残った熱が第２ケース１１０内に滞留することを防止できる。

リアクトル１２２を第２ケース１１０に螺子止めする場合、例えば第２ケース１１０に穴を開ける必要がある。第２ケース１１０に穴が開いていると、その穴を介して外部から水などの異物の混入を防ぐ手段を設ける必要がある。一方、第１ケース１００内の突起部１０７上に固定される取付板１２０を用いて、リアクトル１２２を固定することで、第２ケース１１０に上記のような異物の混入を防ぐ手段を設けなくて済む。

放熱シート１３０は、リアクトル１２２と第２ケース１１０との間に配置され、第２ケース１１０の内面とリアクトル１２２とに接触する。リアクトル１２２で発生した熱は、放熱シート１３０を介して第２ケース１１０に伝達され、外部に放出される。

図５は、正面から見た第１ケース１００の平面図である。第１ケース１００の背部の内面１０３は、筐体が設置された場合に上方に位置する上方領域１０３−１および下方に位置する下方領域１０３−２を含む。第１貫通開口１０６は、下方領域１０３−２に形成されており、第１貫通開口１０６に対向する位置に取付板１２０が配置されている。

図６は、図５に示す第１ケース１００のＢ−Ｂ断面図である。取付板１２０は、第１ケース１００の内面に設けられた突起部１０７を介して第１ケース１００の内部に固定されている。これにより、第１ケース１００の内面１０３と取付板１２０との間に隙間が形成され、第１ケース１００の内部空間１１０−１と第２ケース１１０の内部空間１００−１とが連通する。放熱シート１３０は、第２ケース１１０とリアクトル１２２との間に、第２ケース１１０およびリアクトル１２２のそれぞれに接触した状態で配置され、リアクトル１２２で発生した熱を第２ケース１１０から放出させやすくする。

図７および図８は、第１ケース１００の内部に配置される絶縁シート１５０について説明するための図である。絶縁シート１５０は、第１ケース１００の内面１０３の上方領域１０３−１上に配置される。絶縁シート１５０は、第１ケース１００に収容される電気回路と第１ケース１００とを電気的に絶縁する。

図８に示すように、筐体が設置された場合に下方に位置する絶縁シート１５０の下方縁部１５２は、少なくとも第１貫通開口１０６の上方において、上方から下方に傾斜している。上記のように、第１ケース１００の内部空間と第２ケース１１０の内部空間とは連通している。一方、第１ケース１００の内部には、結露が発生する可能性がある。そして、第１ケース１００の内面１０３で発生した結露による水滴が、絶縁シート１５０を介して、第２ケース１１０の内部に侵入する可能性がある。そこで、絶縁シート１５０の下方縁部１５２を傾斜させておくことで、水滴が絶縁シート１５０の側部１５３側に流れやすくなる。これにより、第１ケース１００の内面１０３で発生した結露による水滴が、絶縁シート１５０を介して、第２ケース１１０の内部に侵入するのを抑制できる。

図９は、筐体の背面側から見た第２ケース１１０の平面図である。図１０は、図９に示す第２ケース１１０のＥ−Ｅ断面図である。第２ケース１１０の内面１２８には、内面１２８から突出する凸部として、第１凸部１１７−１および第２凸部１１７−２が形成されている。放熱シート１３０は、第１凸部１１７−１および第２凸部１１７−２の上面に配置されている。

第１凸部１１７−１と第２凸部１１７−２とは、筐体の幅方向に離間している。これにより、第２ケース１１０の内面１２８と放熱シート１３０との間に溝１１９が形成される。溝１１９があることで、筐体が設置された状態において、第２ケース１１０の内部の上方に存在する結露による水滴が、上方から下方に流れやすくなる。

筐体が設置された場合に上方に位置する放熱シート１３０の上方縁部は、筐体が設置された場合に上方に位置する第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２より上方に配置されている。例えば、放熱シート１３０の面積を、第１凸部１１７−１と第２凸部１１７−２との上面の総面積より大きくすることで、放熱シート１３０の上方縁部を、上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２より上方に配置してもよい。これにより、第２ケース１１０の内部の上方に存在する結露による水滴が、第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２を伝って放熱シート１３０の上面に流れ、リアクトル１２２に達することを防止できる。

また、第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２は、第１凸部１１７−１および第２凸部１１７−２のそれぞれの上方縁部１１８−１および１１８−２の外側から内側に向かって上方から下方に傾斜している。上方縁部１１８−１および１１８−２が傾斜していることで、溝１１９に水滴が流れやすくなる。

第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２を上記のような形状にすることで、放熱シート１３０が矩形状の場合でも、放熱シート１３０の上方のそれぞれの角部が、第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２により支持されるので、第２ケース１１０の内面１２８に接触することを防止できる。放熱シート１３０の上方のそれぞれの角部が第２ケース１１０の内面１２８に接触していると、第２ケース１１０内の結露による水滴が、放熱シート１３０の上方のそれぞれの角部を伝って放熱シート１３０の上面に流れ、リアクトル１２２に達するおそれがある。しかし、第１凸部１１７−１の上方縁部１１８−１および第２凸部１１７−２の上方縁部１１８−２を上記のような形状にすることで、第２ケース１１０内の結露による水滴が、放熱シート１３０の上方のそれぞれの角部を伝って放熱シート１３０の上面に流れ、リアクトル１２２に達することを防止できる。

図１０に示すように、リアクトル１２２は、コイル１２５を含む。リアクトル１２２は、取付板１２０に取り付けるための取付部材１２９をさらに含む。コイル１２５の一方の面は、取付部材１２９に面しており、コイル１２５の他方の面は、取付部材１２９により覆われておらず、露出している。そして、コイル１２５は、露出している他方の面において、放熱シート１３０に直接接触している。発生する熱量が比較的多いコイル１２５が直接放熱シート１３０に接触しているので、コイル１２５で発生した熱が第２ケース１１０を介して外部へ放出されやすくなる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ パワーコンディショナ
１００ 第１ケース
１０１ 外面
１０２ カバー
１０３−１ 上方領域
１０３−２ 下方領域
１０３ 内面
１０４ ヒートシンク
１０６ 第１貫通開口
１０７ 突起部
１１０ 第２ケース
１１２ フランジ
１１４ パッキン
１１６ 第２貫通開口
１１７−１ 第１凸部
１１７−２ 第２凸部
１２０ 取付板
１２２ リアクトル
１２５ コイル
１３０ 放熱シート
１５０ 絶縁シート

Claims (15)

1. 内部に第１発熱体を収容し、外面の第１領域に前記第１発熱体から発生する熱を外部に放出するヒートシンクが配置される第１ケースと、
   内部に第２発熱体を収容し、前記外面の前記第１領域とは異なる第２領域上に固定される第２ケースと
   を備え、
   前記第１ケースは、前記第２領域に第１貫通開口を有し、
   前記第２ケースは、前記第１ケースの前記外面に固定される場合に前記第１貫通開口に対向する位置に第２貫通開口、および前記第２貫通開口の周縁から外側に延伸するフランジを有し、前記第１貫通開口を覆うように前記フランジを介して前記第１ケースの前記外面に固定される、筐体。
2. 前記第１ケースの熱伝導率は、前記第２ケースの熱伝導率より低い、請求項１に記載の筐体。
3. 前記第１ケースは、鉄材から形成され、前記第２ケースは、アルミ材から形成されている、請求項２に記載の筐体。
4. 前記第１貫通開口を取り囲むように配置され、前記フランジと前記外面との間に挟持されるパッキンをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の筐体。
5. 前記第１ケースの内部に固定され、少なくとも一部が前記第１貫通開口から露出する取付板をさらに備え、
   前記第２発熱体は、前記取付板の前記第１貫通開口から露出している位置に固定されている、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の筐体。
6. 前記取付板は、前記第１ケースの内部に配置され、前記第１ケースの内部空間と前記第２ケースの内部空間とが連通している、請求項５に記載の筐体。
7. 前記第１ケースは、前記第１ケースの内面上に複数の突起部を有し、
   前記取付板は、前記複数の突起部上に固定されることで、前記第１ケースの前記内面の上方に配置される、請求項６に記載の筐体。
8. 前記第１ケースの前記内面は、前記筐体が設置された場合に、上方に位置する上方領域および下方に位置する下方領域を含み、
   前記第１貫通開口は、前記下方領域に形成されており、
   前記筐体は、前記第１ケースの前記内面の前記上方領域上に配置され、前記第１ケース内に収容される電気回路と前記第１ケースとを絶縁する絶縁シートをさらに備え、
   前記絶縁シートの下方縁部は、前記筐体が設置された状態において少なくとも前記第１貫通開口の上方で、上方から下方に傾斜している、請求項７に記載の筐体。
9. 前記第２ケースの内面と前記第２発熱体との間に配置され、前記第２ケースの前記内面と前記第２発熱体とに接触している放熱シートをさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の筐体。
10. 前記第２ケースの前記内面には、前記第２ケースの前記内面から突出する凸部が形成されており、
    前記放熱シートは、前記凸部の上面に配置されている、請求項９に記載の筐体。
11. 前記筐体が設置された場合に上方に位置する前記放熱シートの上方縁部は、前記筐体が設置された場合に上方に位置する前記凸部の上方縁部より上方に配置されている、請求項１０に記載の筐体。
12. 前記凸部は、第１凸部および第２凸部を含み、
    前記第１凸部と前記第２凸部とは、前記筐体の幅方向に離間している、請求項１０または請求項１１に記載の筐体。
13. 前記筐体が設置された場合に上方に位置する前記第１凸部の上方縁部および前記第２凸部の上方縁部は、前記第１凸部および前記第２凸部のそれぞれの前記上方縁部の外側から内側に向かって上方から下方に傾斜している、請求項１２に記載の筐体。
14. 前記第２発熱体は、コイルを含むリアクトルであり、
    前記放熱シートは、前記コイルに接触している、請求項９から請求項１３のいずれか１つに記載の筐体。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか１つに記載の筐体と、
    前記ヒートシンクと、
    前記第１発熱体と、
    前記第２発熱体と
    を備える電気機器。

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