JP6520057B2

JP6520057B2 - 盤構造

Info

Publication number: JP6520057B2
Application number: JP2014228512A
Authority: JP
Inventors: 啓友福島
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: JP2016092341A

Description

本発明は、複数の発熱体を収納する盤に係り、特に盤内空気温度低減のための盤構造に関する。

従来から、ファン等を用いてヒートシンクのフィン部分に強制的に送風し、ヒートシンクの冷却を促進する強制空冷式ヒートシンクが知られている。

強制空冷式ヒートシンクとしては特許文献１が公開されている。特許文献１は、半導体素子の冷却を促進するために冷却フィンと冷却ファンとを設けた半導体電力変換装置において、冷却フィン風下の風洞に開口部を設け、第２回路部品（例えば、電解コンデンサ等）周囲の熱せられた空気を排出するものである。

特開２００８−７８４２３号公報

しかしながら、特許文献１は、冷却フィン風下の風洞に開口部が形成されているため、冷却フィンを通過する風量が低下してしまい、半導体素子の冷却効率が下がってしまうという問題がある。

以上示したようなことから、複数のセルユニットを収納する盤構造において、冷却フィンに流入する風量を低下させることなく、盤内における空気の淀みを解消することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、筐体内に複数の発熱体を収納し、正面に吸気口が形成された開閉扉を備えた盤構造であって、盤内を盤奥側の盤ダクトと盤の開閉扉側の空間とに仕切ると共に、盤ダクトと盤内の開閉扉側の空間とを連通する開口部が形成された仕切板と、前記仕切板の開口部が形成された位置に取り付けられたセルユニットと、盤ダクトを介して盤内の空気を排出する冷却ファンと、を備え、前記セルユニットは、複数の発熱体と、角筒状に形成され、前記仕切板の開口部から開閉扉側に延設されたユニットダクトと、前記ユニットダクト内に設けられ、前記発熱体から発生した熱が伝達される冷却フィンを有するヒートシンクと、を備え、前記ユニットダクトの冷却フィンが設けられた位置にスリットが形成されたことを特徴とする。

また、その一態様として、前記スリットは、前記ユニットダクトの上部と下部のうち少なくとも一方に形成されたことを特徴とする。

さらに、その一態様として、前記スリットは、そのスリットの長手方向が冷却風の向きとなるように形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、複数のセルユニットを収納する盤構造において、冷却フィンに流入する風量を低下させることなく、盤内における空気の淀みを解消することが可能となる。

実施形態における盤を示す外観図。実施形態における盤内部を示す正面図。実施形態における盤内部を示す側面図。実施形態におけるセルユニット未実装時の盤内部示す正面図。実施形態におけるセルユニットを示す斜視図。発熱体を示す概略回路図。スリット無し構造時における盤内のエアフロー図。スリット追加構造時における盤内のエアフロー図。実施形態におけるセルユニットのヒートシンク部を示す側面図。

以下、本発明に係る盤構造の実施形態を図１〜図９に基づいて詳述する。

［実施形態］
図１は本実施形態における盤の外観図、図２は本実施形態における盤内部の正面図，図３本実施形態における盤内部の側面図，図４は本実施形態におけるセルユニット未実装時の盤内部の正面図を示す。

図１に示すように、盤１は略直方体状に形成されており、その正面に観音状に開閉する開閉扉２ａ，２ｂを有する。その開閉扉２ａ，２ｂには、盤内に空気を流入するための吸気口３が形成されている。また、盤１の上部には、盤１内の空気を強制的に排出する冷却ファン４が設けられている。

図３，図４に示すように、盤１の筐体内には仕切板５が設けられており、この仕切板５により盤１内を、奥側の盤ダクト６と開閉扉２ａ，２ｂ側の空間とに分けている。また、仕切板５には盤ダクト６と盤１内の開閉扉２ａ，２ｂ側の空間とを連通する開口部７が形成されている。

図２，図３に示すように、盤１内における仕切板５の開閉扉２ａ，２ｂ側には、前記各開口部７が形成された位置にセルユニット８が設けられる。

盤１内部に収納するセルユニット８の概観を図５に示す。セルユニット８は図５に示すように、スイッチングデバイス（例えば、ＩＧＢＴ）やダイオード等の発熱体９と、角筒状に形成され、仕切板５の開口部７から開閉扉２ａ，２ｂ側に延設されたユニットダクト１０と、ユニットダクト１０内に設けられたヒートシンク１１と、を備えている。

本実施形態では、図６に示すように、発熱体９がヒートシンク１１の左右両側に設けられている。

ヒートシンク１１は、発熱体９を冷却するための冷却フィンを有する。発熱体９で発生した熱は冷却フィンに伝達され、この冷却フィンに送風することにより、発熱体９の放熱が促進される。

ユニットダクト１０は、仕切板５の開口部７を有する位置に配置され、ユニットダクト１０と盤ダクト６が接続される。これにより、ユニットダクト１０に流入した風が盤ダクト６に流れるようになり、ヒートシンク１１に効率的に風が流れヒートシンク１１に流れる風量が増加する。

ユニットダクト１０の上部、下部にはヒートシンク１１の冷却フィンが設けられた位置にスリット１２が設けられている。スリット１２の形状、配置はスリット１２から流入した空気が冷却フィンの冷却に最適となるよう決められており、図５では一例として長丸形状を千鳥配置したものを示している。スリット１２はスリット１２の長手方向が盤１の奥行き方向、すなわち、冷却風の向きにとなるように形成されている。

ここで、スリット１２が形成されていない場合の盤構造におけるエアフローを図７に基づいて説明する。図７に示すように、エアフローの流路は開閉扉２ａ，２ｂの吸気口３からユニットダクト１０、盤ダクト６がストレートに配置されているため、吸気口３から流入した大気中の空気（冷却空気）はユニットダクト１０を介して盤ダクト６に流れ、盤ダクト６内を上昇して盤１外に排出される。そのため、セルユニット８周囲の空気の流れがほとんどなく、このセルユニット８の周囲に熱気が溜まり空気温度が上昇してしまう。

この熱気溜まりを改善するために仕切板５に通気口を形成した場合、その通気口から盤ダクト６に流入する分だけセルユニット８のヒートシンク１１を通過する風量が低下してしまう。スイッチングデバイスやダイオード等の許容温度を満足するためには、低下した風量分だけ冷却ファン４の性能を上げる必要がありコスト上昇の要因となってしまう。

次に、本実施形態の盤構造におけるエアフローを図８に基づいて説明する。本実施形態では、ユニットダクト１０にスリット１２が形成されているため、ユニットダクト１０の開閉扉２ａ，２ｂ側からだけでなく、ユニットダクト１０の上下からもわずかに吸気され、合わせて盤ダクト６を介して盤１外へ排出される。これにより、これまでほとんど空気の流れが無く、熱気が溜まっていたセルユニット８の周囲にも開閉扉２ａ，２ｂの吸気口３から温度の低い空気が流入してくる。これにより、セルユニット８における周囲温度の低減が図れる。

ここで、熱気は上昇するためユニットダクト１０の左右にスリット１２を形成してもセルユニット８の周囲における熱気溜まりを十分に吸気できない。そのため、本実施形態では、ユニットダクト１０の左右ではなく、ユニットダクト１０の上部，下部にスリット１２を形成し、セルユニット８の周囲における熱気溜まりを効率的に解消している。

また、図９に示すように、スリット１２から流入する空気をヒートシンク１１の冷却フィン側面に通風させることで、スリット１２から流入した空気をヒートシンク放熱にも寄与させることができる。これにより、ヒートシンク冷却性能を低下させることなく、セルユニット８周囲の空気温度低減が可能となる。

また、スリット１２が風向に対して長手方向に設けられることにより、効率よくスムーズに、ユニットダクト１０周囲からユニットダクト１０内に風を取り込むことが可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、実施形態では、ユニットダクト１０の上部，下部の両方にスリット１２が形成されているが、上部，下部のうち少なくとも一方にスリット１２が形成されていればよい。

１…盤
２ａ，２ｂ…開閉扉
３…吸気口
４…冷却ファン
５…仕切板
６…盤ダクト
７…開口部
８…セルユニット
９…発熱体
１０…ユニットダクト
１１…ヒートシンク
１２…スリット

Claims

筐体内に複数の発熱体を収納し、正面に吸気口が形成された開閉扉を備えた盤構造であって、
盤内を盤奥側の盤ダクトと盤の開閉扉側の空間とに仕切ると共に、盤ダクトと盤内の開閉扉側の空間とを連通する開口部が形成された仕切板と、
前記仕切板の開口部が形成された位置に取り付けられたセルユニットと、
盤ダクトを介して盤内の空気を排出する冷却ファンと、
を備え、
前記セルユニットは、
複数の発熱体と、
角筒状に形成され、前記仕切板の開口部から開閉扉側に延設されたユニットダクトと、
ユニットダクト内に設けられ、前記発熱体から発生した熱が伝達される冷却フィンを有するヒートシンクと、を備え、
前記ユニットダクトの冷却フィンが設けられた位置にスリットが形成され、前記スリットは、前記ユニットダクトの上部と下部の両方に形成し、
前記ヒートシンクは６面からなる直方体であり、
前記発熱体は、前記ヒートシンクの６面のうち、前記盤奥側の面と前記開閉扉側の面と前記ユニットダクトの上部と当接する面と前記ユニットダクトの下部と当接する面とを除く、前記正面側から見た左右２面側にそれぞれ設けられたことを特徴とする盤構造。
前記スリットは、そのスリットの長手方向が冷却風の向きとなるように形成されたことを特徴とする請求項１記載の盤構造。