JP6807988B2 - 放熱機構を有するインバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ構造に関し、特に、放熱機構を有するインバータ装置に関する。

インバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ、逆変換回路、逆変換装置ともいう）は、高周波ブリッジ回路を用いて直流を交流に変換する電子装置である。インバータのボトムシェルには、回路基板又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や受動素子等、放熱が必要な素子が設けられるため、インバータの熱を放熱するようにインバータのボトムシェルの外部に複数の放熱フィンが接続される。

しかし、上記インバータのシェルの温度が主にボトムシェルに分布し、トップカバーの温度が比較的低いので、熱をトップカバーに伝導させることができれば、インバータ全体の放熱効果を増大させ、機械内部の温度を下げ、製品の寿命を延ばすのに役立つ。

以上に鑑みて、本発明の発明者は、研究と理論の使用とによって有効に上記の問題を解決することは、本発明者の改良の目標となっている。

本発明の目的は、放熱構造が蓋板の内壁面に当接されて筐体内部の空気の熱を吸収して蓋板の外壁面に伝導することで、放熱効率の向上と長寿命化を図ることができる放熱機構を有するインバータ装置を提供することである。

本発明の実施形態において、本発明に係る放熱機構を有するインバータ装置は、筐体と、少なくとも１つの発熱素子と、放熱構造と、少なくとも１つのファンと、を含み、放熱構造は、複数の放熱フィンを含み、筐体は、ベースと、ベースを覆う蓋板とを備え、蓋板は、互いに対向する、ベースに対応して配置される内壁面と、外壁面とを有し、少なくとも１つの発熱素子は、筐体の内部に収容され、ベース（１１）に取り付けられ、放熱構造は、内壁面に当接され、少なくとも１つのファンは、筐体の内部に収容され、放熱構造に対応して配置され、複数の放熱フィンは、互いに並列に配置され、その両端に２つの通風口が形成され、内壁面に固定され、複数の放熱フィンを覆う導風カバーをさらに含み、導風カバーには、２つの通風口に対応して配置される２つの開口が設けられ、ファンは、２つの開口の一方に対応して配置される。

上述したように、ファンは、筐体の内部の空気の流れを加速し、気流を放熱構造に通過させ、放熱構造は、気流中の熱を吸収して蓋板の外壁面に伝導するので、インバータ装置は、温度が比較的低い蓋板により放熱を促進し、放熱効率の向上と長寿命化を図ることができる。

本発明に係る蓋板、放熱構造及びファンを示す分解斜視図である。 本発明に係る蓋板、放熱構造及びファンを示す組立斜視図である。 本発明に係る放熱構造を示す分解斜視図である。 本発明に係る放熱構造を示す他の分解斜視図である。 本発明に係る放熱構造を示す組立斜視図である。 本発明に係る放熱構造を示す概略断面図である。 本発明に係る蓋板を示す概略底面図である。 本発明に係る蓋板の他の実施形態を示す概略底面図である。 本発明に係る蓋板の別の実施形態を示す概略斜視図である。

本発明の詳細な説明及び技術内容について、図面を参照して以下に説明するが、図面は、ただ参考及び説明に用いるのみであり、本発明の特許請求の範囲に制限を加えるものではない。

図１〜図７を参照して、本発明は、放熱機構を有するインバータ装置を提供する。このインバータ装置１０は、主に、筐体１と、１つ又は複数の発熱素子２と、放熱構造３と、１つ又は複数のファン４とを含む。

図１〜図７に示すように、筐体１は、ベース１１と、ベース１１を覆う蓋板１２とを備え、蓋板１２は、対向する内壁面１２１と外壁面１２２とを有し、内壁面１２１は、ベース１１に対応して配置されている。

具体的に、ベース１１は、底壁１１１と、底壁１１１に周設される側壁１１２とを有する。内壁面１２１は、底壁１１１に対応して配置されている。底壁１１１の外部には、一体に延在するか、又はランプ方式により複数の補助フィン１１３が接続されている。複数の補助フィン１１３は、底壁１１１に蓄積された熱を外部に放出するために用いられる。

図３〜図４及び図６に示すように、本実施形態の発熱素子２は、複数である。各発熱素子２は、筐体１の内部に収容され、ベース１１の底壁１１１に取り付けられている。各発熱素子２は、インバータ装置１０の電子素子であり、複数の発熱素子２は、回路基板２１と、複数のコンデンサ２２と、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子２３と、リレー（Ｒｅｌａｙ）２４と、コモンモードチョーク（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｃｈｏｋｅ）２５と、インダクタ２６とを含む。回路基板２１は、底壁１１１に固定され、回路基板２１には、コンデンサ２２、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子２３、リレー２４及びコモンモードチョーク２５が固定されている。また、本実施形態のインダクタ２６は、回路基板２１の一方側に配置され、底壁１１１に固定されているが、これに限定されず、回路基板２１に固定されていてもよい。上記各発熱素子２によって生じた熱は、底壁１１１に伝達された後、補助フィン１１３を介して外部に放出される。

ここで、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子２３は、電力変換回路の例えばＤＣ／ＡＣやＤＣ／ＤＣ等のスイッチング素子として用いられる。リレー２４は、機械の電力を外部の電力から電気的に切り離すために用いられる。コモンモードチョーク（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｃｈｏｋｅ）２５は、電磁干渉（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＭＩと略称する）を解決するためのコモンモードインダクタとして用いられる。また、筐体１の内部には、底壁１１１に固定されて回路基板２１の一方側に配置される複数の支柱２７がさらに収容されている。支柱２７は、ワイヤの電気的接続、及び回路基板２１又は他の回路基板を支持するために用いられる。

また、上記回路基板２１の数は、１つに限定されず、必要に応じて複数であってもよい。これら複数の回路基板は、水平に並列されるか、又は積層して並列されるように底壁１１１に固定されてもよい。複数のコンデンサ２２、パワー半導体素子２３、リレー２４及びコモンモードチョーク２５は、複数の回路基板にそれぞれ固定されている。

より詳細に説明すると、上記回路基板２１が複数である場合、複数のコンデンサ２２、パワー半導体素子２３、リレー２４、コモンモードチョーク２５は、そのうち一部の素子が同一な回路基板に位置し、他の一部の素子が異なる回路基板に位置することがある。ここで、インダクタ２６は、複数の回路基板の一方側に配置されてもよいし、回路基板の一方に固定されてもよい。

図１〜図３、図５及び図７に示すように、放熱構造３は、内壁面１２１に当接されている。本実施形態の放熱構造３は、フィン部材であり、即ち、複数の放熱フィン３１と伝熱板３２とを含む。伝熱板３２は、一面が内壁面１２１に当接され、他面が複数の放熱フィン３１に接続されている。複数の放熱フィン３１は、互いに並列に配置され、その両端に２つの通風口３１１が形成されている。ただし、本発明はこれに限定されない。

また、放熱構造３は、均熱部材であってもよい。即ち、放熱構造３は、均熱板を含み、内壁面１２１に均熱板が当接されていてもよい。或いは、放熱構造３は、ヒートパイプ部材であってもよい。即ち、放熱構造３は、伝熱ブロックと、１つ又は複数のヒートパイプを含み、内壁面１２１に伝熱ブロックが当接され、伝熱ブロックに伝熱ブロックが挿着されている。

また、本実施形態の伝熱板３２は、内壁面１２１に粘着又はロック方式により固定されている。即ち、伝熱板３２と蓋板１２とが２つに組立てられているが、これに限定されない。伝熱板３２は、蓋板１２と一体に形成されてもよい。

図１〜図３及び図５〜図７に示すように、本実施形態のファン４は、筐体１の内部に収容され、２つの通風口３１１の一方に対応して配置されているが、これに限定されない。ファン４は、ファン４によって生じた気流が放熱構造３を通過するように、放熱構造３に対応して配置されれば、筐体１の内部の任意な位置に配置されてもよい。

ここで、ファン４は、筐体１の内部の空気の流れを加速するために用いられ、放熱構造３は、筐体１の内部の空気の熱を吸収して、熱を蓋板１２の外壁面１２２に伝導するために用いられる。

図１〜図３、図５及び図６に示すように、本発明のインバータ装置１０は、導風カバー５をさらに含む。導風カバー５は、内壁面１２１に固定され、複数の放熱フィン３１を覆うように構成されている。導風カバー５には、２つの通風口３１１に対応して配置される２つの開口５１が設けられている。また、導風カバー５は、開口５１の一方と複数の放熱フィン３１との間に配置される延伸部５２を有する。ファン４は、延伸部５２に取り付けられている。このようにして、ファン４は、開口５１の一方に対応して配置されている。

図１〜図７には、本発明のインバータ装置１０の使用状態が示されている。放熱構造３は、蓋板１２の内壁面１２１に当接され、ファン４は、放熱構造３に対応して配置されている。ファン４は、筐体１の内部の空気の流れを加速し、気流を放熱構造３に通過させ、放熱構造３は、気流中の熱を吸収して蓋板１２の外壁面１２２に伝導するので、インバータ装置１０は、温度が比較的に低い蓋板１２により放熱を促進し、放熱効率の向上と長寿命化を図ることができる。

また、本発明のインバータ装置１０は、複数の放熱フィン３１を覆う導風カバー５をさらに含む。導風カバー５には、２つの開口５１が設けられている。ファン４は、開口５１に対応して配置されている。ファン４によって生じた気流を放熱構造３に通過させることで、放熱構造３が気流の熱を確実に吸収することができる。

図８には、本発明のインバータ装置１０の他の実施形態が示されている。図８に示す実施形態と図１〜図７に示す実施形態はほぼ同じであり、その相違点が、複数の放熱フィン３１が折り曲げて１つ又は複数の湾曲円弧部３１２を形成する点である。蓋板１２上に湾曲円弧部３１２を設けることにより、複数の放熱フィン３１の放熱面積を広げ、空気ダクトを増加させ、できるだけ熱を放熱構造３内に残してから蓋板１２を介して発散させる。

図９には、本発明のインバータ装置１０の別の実施形態が示されている。図９に示す実施形態と図１〜図７に示す実施形態はほぼ同じであり、その相違点が、蓋板１２の外壁面１２２に複数の補助フィン１２３が一体に延在するか、又はランプ方式により複数の補助フィン１２３が接続される点である。複数の補助フィン１２３は、蓋板１２の熱を外部に放出するために用いられる。また、蓋板１２の内壁面１２１には、放熱構造３が当接されているので、補助フィン１２３で外壁面１２２全体を覆う必要はなく、外壁面１２２の一部の面積に補助フィン１２３を設けるだけで、蓋板１２の熱を速やかに外部に放出することができる。その結果、蓋板１２に熱が蓄積する問題を回避することができる。

上記をまとめるに、本発明に係る放熱機構を有するインバータ装置は、同類の製品に見られず、公開使用もされていなく、産業上の利用可能性、新規性及び進歩性を備えていることから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。審査官殿には、発明者の権利が保障されるよう、詳査のうえ本件が特許査定されることを願う。

１０…インバータ装置
１…筐体
１１…ベース
１１１…底壁
１１２…側壁
１１３…補助フィン
１２…蓋板
１２１…内壁面
１２２…外壁面
１２３…補助フィン
２…発熱素子
２１…回路基板
２２…コンデンサ
２３…パワー半導体素子
２４…リレー
２５…コモンモードチョーク
２６…インダクタ
２７…支柱
３…放熱構造
３１…放熱フィン
３１１…通風口
３１２…湾曲円弧部
３２…伝熱板
４…ファン
５…導風カバー
５１…開口
５２…延伸部

Claims (12)

1. 筐体（１）と、少なくとも１つの発熱素子（２）と、放熱構造（３）と、少なくとも１つのファン（４）と、を含み、
   前記放熱構造（３）は、複数の放熱フィン（３１）を含み、
   前記筐体（１）は、ベース（１１）と、当該ベース（１１）を覆う蓋板（１２）とを備え、蓋板（１２）は、互いに対向する、前記ベース（１１）に対応して配置される内壁面（１２１）と、外壁面（１２２）とを有し、
   前記少なくとも１つの発熱素子（２）は、前記筐体（１）の内部に収容され、前記ベース（１１）に取り付けられ、
   前記放熱構造（３）は、前記内壁面（１２１）に当接され、
   前記少なくとも１つのファン（４）は、前記筐体（１）の内部に収容され、前記放熱構造（３）に対応して配置され、
   前記複数の放熱フィン（３１）は、互いに並列に配置され、その両端に２つの通風口（３１１）が形成され、
   前記内壁面（１２１）に固定され、前記複数の放熱フィン（３１）を覆う導風カバー（５）をさらに含み、
   前記導風カバー（５）には、前記２つの通風口（３１１）に対応して配置される２つの開口（５１）が設けられ、
   前記ファン（４）は、前記２つの開口（５１）の一方に対応して配置されることを特徴とする放熱機構を有するインバータ装置。
2. 前記ファン（４）は、前記筐体（１）の内部の空気の流れを加速するために用いられ、
   前記放熱構造（３）は、前記筐体（１）の内部の空気の熱を吸収して、当該熱を前記蓋板（１２）の前記外壁面（１２２）に伝導するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
3. 前記放熱構造（３）は、伝熱板（３２）を含み、
   前記伝熱板（３２）は、一面が前記内壁面（１２１）に当接され、他面が前記複数の放熱フィン（３１）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
4. 前記ファン（４）は、前記２つの通風口（３１１）の一方に対応して配置されることを特徴とする請求項３に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
5. 前記導風カバー（５）は、前記２つの開口（５１）の前記一方と前記複数の放熱フィン（３１）との間に配置される延伸部（５２）を有し、
   前記ファン（４）は、前記延伸部（５２）に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
6. 前記複数の放熱フィン（３１）は、少なくとも１つの湾曲円弧部（３１２）を形成するように曲げられていることを特徴とする請求項３に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
7. 前記伝熱板（３２）と前記蓋板（１２）とが一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
8. 前記伝熱板（３２）は、前記内壁面（１２１）に粘着又はロック方式により固定されていることを特徴とする請求項３に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
9. 前記ベース（１１）は、底壁（１１１）と、当該底壁（１１１）に周設される側壁（１１２）とを有し、
   前記発熱素子（２）は、前記底壁（１１１）に取り付けられ、
   前記内壁面（１２１）は、前記底壁（１１１）に対応して配置され、
   前記底壁（１１１）の外部には、複数の補助フィン（１１３）が接続されることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
10. 前記発熱素子（２）は、複数であり、
    前記複数の発熱素子（２）は、回路基板（２１）と、複数のコンデンサ（２２）と、パワー半導体素子（２３）と、リレー（２４）と、コモンモードチョーク（２５）と、インダクタ（２６）とを、含み、
    前記回路基板（２１）は、前記底壁（１１１）に固定され、
    前記複数のコンデンサ（２２）と、前記パワー半導体素子（２３）と、前記リレー（２４）と、前記コモンモードチョーク（２５）とが前記回路基板（２１）に固定され、
    前記インダクタ（２６）は、前記回路基板（２１）の一方側に配置されるか、又は前記回路基板（２１）に固定されることを特徴とする請求項９に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
11. 前記発熱素子（２）は、複数であり、
    前記複数の発熱素子（２）は、複数の回路基板と、複数のコンデンサ（２２）と、パワー半導体素子（２３）と、リレー（２４）と、コモンモードチョーク（２５）と、インダクタ（２６）とを、含み、
    前記複数の回路基板は、前記底壁（１１１）に固定され、
    前記複数のコンデンサ（２２）と、前記パワー半導体素子（２３）と、前記リレー（２４）と、前記コモンモードチョーク（２５）とが前記複数の回路基板にそれぞれ固定され、
    前記インダクタ（２６）は、前記複数の回路基板の一方側に配置されるか、又は前記複数の回路基板のうちの１つに固定されることを特徴とする請求項９に記載の放熱機構を有するインバータ装置。
12. 前記蓋板（１２）の前記外壁面（１２２）には、複数の補助フィン（１２３）が接続されることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構を有するインバータ装置。