WO2011145421A1

WO2011145421A1 - 電子部品筐体

Info

Publication number: WO2011145421A1
Application number: PCT/JP2011/059689
Authority: WO
Inventors: 成瀬　幹夫; 貴也石井
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-11-24
Also published as: JP5333666B2; CN103039136A; EP2574158A4; US9247677B2; JPWO2011145421A1; CN103039136B; EP2574158B1; EP2574158A1; US20130063880A1

Abstract

　電子部品筐体は、上面に凸設され、一つの側辺から離れるにつれて高さが高くなる傾斜部と、前記傾斜部の上端に連続して下降する、又は上端に連続する平面を介して下降する段部と、前記段部の下端に連続する平面部と、を備える。

Description

電子部品筐体

　この発明は、電子部品筐体の構造に関する。

　トヨタ自動車株式会社が２００３年９月に発行した「トヨタ　プリウス　新型車解説書　ＮＨＷ２０系」は、車両用のインバーターを収納する筐体について開示する。ここで開示された筐体の上面は、車両前方から後方に向かって、徐々に高さが高くなりピークを過ぎると徐々に高さが低くなる。

　筐体に収納されるインバーターは、発熱する。そのため筐体内に熱が籠もる。このような場合に、筐体が前述のような形状であると、筐体の周囲には、筐体の上面に沿って層流の空気が流れることとなって、筐体からの放熱効果が良くないことが、本件発明者らによって知見された。

　本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、本発明の目的は、収納する電子部品の熱を効率良く放熱することができる電子部品筐体を提供することである。

　本発明のある態様によれば、上面に凸設され、一つの側辺から離れるにつれて高さが高くなる傾斜部と、前記傾斜部の上端に連続して下降する、又は上端に連続する平面を介して下降する段部と、前記段部の下端に連続する平面部と、を備える電子部品筐体が提供される。

　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、本発明による電子部品筐体の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、本発明による電子部品筐体の第１実施形態を示す図である。図３は、車両の走行中に、電子部品筐体の周囲を流れる空気について説明する図である。図４は、電子部品筐体の周囲における空気の流れる方向及び速度を解析した結果を示す図である。図５は、車両の走行中に電子部品筐体の周囲の空気の流れをデフォルメして示す図である。図６は、本実施形態による効果を説明する図である。図７は、本発明による電子部品筐体の第２実施形態を示す斜視図である。図８は、本発明による電子部品筐体の第３実施形態を示す斜視図である。図９は、本発明による電子部品筐体の第４実施形態を示す斜視図である。図１０は、本発明による電子部品筐体の第５実施形態を示す斜視図である。図１１は、本発明による電子部品筐体の第６実施形態を示す斜視図である。

　（第１実施形態）
　図１は、本発明による電子部品筐体の第１実施形態を示す斜視図である。

　電子部品筐体１は、エンジンルーム又はモータールームに配置される（図３参照）。電子部品筐体１は、ケース１０と、蓋２０と、を含む。電子部品筐体１は、電子部品３０を収納する（図２参照）。電子部品筐体１は、電子部品３０を密閉する。電子部品筐体１は、収納された電子部品を、外部からの飛来物、物理的な圧力及びコンタミネーション（微細なゴミ）や水の浸入から保護する。また電子部品筐体１は、電磁波をシールドする。

　ケース１０は、車両に固定される（図３参照）。ケース１０は、底に電子部品３０を固定する（図２参照）。電子部品３０は、半導体素子や回路等を含んで構成される。電子部品３０は、たとえばインバーターである。そのような電子部品３０は発熱する。電子部品３０は、ケース１０からはみ出ることなく収められるので、熱が籠もりやすい。その熱を逃がしやすいように、ケース１０は、熱伝導性の材料で形成されることが望ましい。そこで本実施形態では、ケース１０は、アルミニウム合金ダイカスト製である。

　蓋２０は、ケース１０の上に載置される。蓋２０は、ケース１０の開口を塞ぐ。本実施形態では、蓋２０が電子部品筐体１の上面に相当する。蓋２０も、アルミニウム合金ダイカスト製である。蓋２０の上面は、傾斜部２１と、平面部２３と、基準面２５と、を含む。すなわち、蓋２０は、基準面２５に対して凸である。

　傾斜部２１は、長辺２１ａから離れるにつれて高くなるように傾斜する部分である。傾斜部２１の上端の辺が長辺２１ｂである。

　平面部２３は、段部２２を介して傾斜部２１の長辺２１ｂに連続する。また平面部２３は、追加段部２４を介して基準面２５に連続する。平面部２３は、傾斜部２１の長辺２１ｂよりも低く、基準面２５よりも高い。平面部２３から傾斜部２１の長辺２１ｂまでの距離、すなわち段部２２の高さｈ１は、基準面２５から平面部２３までの距離、すなわち追加段部２４の高さｈ２よりも、大きい。つまり「ｈ１＞ｈ２」である。

　基準面２５は、蓋２０の上面の基準となる面である。本実施形態では、基準面２５は、蓋２０の周縁に広がる。

　段部２２は、傾斜部２１の上端から下降して平面部２３に達する部分である。

　追加段部２４は、平面部２３からさらに下降して基準面２５に達する段差である。

　図２は本発明による電子部品筐体の第１実施形態を示す図であり、図２(Ａ)は平面図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ－Ｂ断面図である。

　蓋２０は、上から見ると、図２(Ａ)に示されるように、長辺２０ａ，２０ｂと短辺２０ｃ、２０ｄとからなる長方形である。蓋２０のほぼ中央の段部２２を挟んで右が傾斜部２１であり、左が平面部２３である。

　傾斜部２１は、上から見ると、長辺２１ａ，２１ｂと短辺２１ｃ、２１ｄとからなる長方形である。長辺２１ａ，２１ｂは、蓋２０の長辺２０ａ，２０ｂに平行である。短辺２１ｃ、２１ｄは、蓋２０の短辺２０ｃ、２０ｄに平行である。

　平面部２３は、段部を介して長辺２３ａに連続する。平面部２３は、上から見ると、長辺２３ａ，２３ｂと短辺２３ｃ、２３ｄとからなる長方形である。長辺２３ａ，２３ｂは、蓋２０の長辺２０ａ，２０ｂに平行である。短辺２３ｃ、２３ｄは、蓋２０の短辺２０ｃ、２０ｄに平行である。また短辺２３ｃは、傾斜部２１の短辺２１ｃの延長上にある。短辺２３ｄは、傾斜部２１の短辺２１ｄの延長上にある。

　図２（Ｂ）に示されるように、電子部品３０は、ケース１０の底に固定される。電子部品３０は、電気量に応じて発熱する。そのため電子部品３０が発生した熱を逃がすことができるように、ケース１０は、熱伝導性の材料で形成されることが望ましい。そこで本実施形態では、ケース１０は、アルミニウム合金ダイカスト製である。なおケース１０の底に冷媒流路を設けてもよい。ケース１０の冷媒通路の有無、ケース１０の材料、またそれらの仕様などについては、電子部品３０の発熱量に応じて適宜決定すればよい。

　蓋２０には傾斜部２１などが凸設されているので、蓋２０と電子部品３０との間にはスペースが確保される。また蓋２０の平面部２３の裏側には、長辺２３ａに平行に凸凹２００が形成されている。平面部２３は、位置が低く電子部品３０に近い。その平面部２３に凸凹２００が形成されているので、電子部品３０が発生した熱を伝達しやすい。

　図３は、車両の走行中に、電子部品筐体の周囲を流れる空気について説明する図である。

　電子部品筐体１は、蓋２０の長辺２０ａが車両前方となるように車載される。

　車両の走行中に、空気がフロントグリルからエンジンルーム又はモータールームに取り込まれる。そしてその空気は、ラジエーターを通過し、車両後方に向かってエンジンルーム又はモータールームの内部を矢印のように流れて、ボンネットフードの後方や、フロアパネルの下方から外部に流出する。このときエンジンルーム又はモータールームに配置された部品が空冷される。本実施形態における電子部品筐体１もエンジンルーム又はモータールームに配置されている。車両の走行中には、フロントグリルから取り込まれた空気が、電子部品筐体１の周囲を流れる。これについては、図４が参照されてさらに詳しく説明される。

　図４は、電子部品筐体の周囲における空気の流れる方向及び速度を解析した結果を示す図である。

　図４を見ると、空気が車両前方から後方に向かって蓋２０の傾斜部２１に沿って流れる。この空気の流れは、層流である。この空気が、段部による急激な形状変化に追従できず、蓋から剥離して巻き込まれて、層流から乱流になることが判る。

　図５は、車両の走行中に電子部品筐体の周囲の空気の流れをデフォルメして示す図である。

　電子部品筐体１の周囲に流れる空気をデフォルメして示すと、図５のようになる。すなわち電子部品筐体１の周囲には、図５に示されるように空気が流れる。すなわち、車両が走行すると、エンジンルーム又はモータールームにおいて、空気が車両前方から後方に向かって矢印Ａ１のように流れ、そして蓋２０の傾斜部２１に沿って矢印Ａ２のように流れる。この空気の流れは、層流である。この空気が、傾斜部２１の長辺２１ｂまで到達すると、段部２２による急激な形状変化に追従できず、蓋２０から剥離する。そして平面部２３の上方で矢印Ａ３のように巻き込まれて、空気の流れが、層流から乱流になる。

　そして空気は、平面部２３からさらに車両後方に向かって流れる。乱流の勢いは、後方に進むほど弱まるが、追加段部２４によって基準面２５で再び矢印Ａ３のように渦を生じる。

　次に、電子部品筐体１の作用効果が説明される。

　上述のように、電子部品筐体１の底面に固定された電子部品３０は、熱を発生する。この熱で暖められた空気は、上昇するので、蓋２０と電子部品３０との間のスペース、特に蓋２０の傾斜部２１の裏側に籠もりやすい。そしてこの空気は、矢印Ａ２のように流れる空気によって熱が奪われる。このようにして空気が冷却されると下降する。そして、蓋２０の傾斜部２１と電子部品３０との間で矢印Ｂのように対流する。傾斜部２１と電子部品３０との間には十分なスペースが確保されているので、対流が円滑に行われる。このようにして電子部品３０の上方に位置して高温になりやすい部位の温度上昇が抑制される。

　また矢印Ａ３のように乱流になった空気は、段部２２や平面部２３の表面付近の空気と活発に入れ替わる。

　すなわち、層流は、流速及び方向が揃った規則的な流れである。物体の表面に沿って層流が流れると、物体の抗力の作用によって流速が遅い境界層が存在する。したがって層流では、物体の表面付近での空気の入れ替わりが活発ではない。これに対して乱流は、流体の各小部分が不規則に混じり合って渦のような乱れを含む。したがって物体の表面に沿って乱流が流れると、乱れによって物体の表面付近で空気が活発に入れ替わる。

　このため、段部２２や平面部２３から熱が放出されやすくなる。なお電子部品３０の平面部２３の裏側には、凸凹２００が形成されている。この凸凹２００によって、電子部品３０が発生した熱で暖められた空気が接触する面積が増える。このため、暖められた空気の熱が蓋２０へ伝達しやすい。特に平面部２３は、位置が低く発熱源である電子部品３０に近い。熱は温度差が大きいほど伝達しやすいので、発熱源である電子部品３０に近い平面部２３は、熱を伝達しやすい。そしてこの平面部２３の裏側に凸凹２００が形成されることで、電子部品３０から発生した熱が平面部２３の表面に伝達しやすくなる。そして平面部２３の表面には、上述の通り、乱流が流れることから、放熱効果が非常に高い。

　図６は、本実施形態による効果を説明する図である。

　本実施形態は、上述のように、蓋２０の上面に、傾斜部２１と、平面部２３と、が形成されている。しかしながら、比較形態は、蓋２０の上面に、傾斜部２１や平面部２３が形成されておらず基準面２５だけがあって上面がフラットである。

　通常想定される走行条件（車速及び外気温など）で、電子部品筐体１の内部の温度変化を見ると、本実施形態は、比較形態に比べて上昇温度が抑えられていることが判る。

　このように、本実施形態によれば、電子部品筐体１の蓋２０に傾斜部２１が形成されるので、エンジンルーム又はモータールームを流れる空気が傾斜部２１に直接当たる。これにより蓋２０の傾斜部２１の表面から熱が放熱されやすくなり、傾斜部２１の表面の温度が下がり、熱伝達効率が上がる。よって蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱が促進される。

　そして蓋２０の段部２２で空気の流れが層流から乱流になる。そのため矢印Ａ３のように流れる空気が、段部２２や平面部２３の表面付近の空気と活発に入れ替わるので、段部２２及び平面部２３からの放熱が促進される。熱は温度差が大きいほど、伝達しやすいので、段部２２及び平面部２３の放熱効果が高いほど、段部２２及び平面部２３の熱伝達効率が向上する。

　平面部２３を流れる乱流は、徐々に弱まるが、追加段部２４によって基準面２５で再び矢印Ａ３のように渦が発生する。そのため電子部品筐体１の蓋２０は、全長に渡って放熱効果を発揮できる。

　また本実施形態では、段部２２の高さｈ１が追加段部２４の高さｈ２よりも高くなるようにした。すなわち「ｈ１＞ｈ２」とした。このようにした理由は以下の通りである。すなわち、段部の高さが高いほど渦を生じる空間が確保されるので、乱流を発生させやすい。乱流は電子部品筐体１の放熱効果を向上させる。そのため、可能な限り、段差が大きいことが望ましい。しかしながら、エンジンルームやモータールームには、多数の部品が存在する。電子部品筐体１の周囲にも、多くの部品がある。電子部品筐体１の全高は、周囲の部品とのレイアウトに制約される。そのため段差の大きさも制約される。このような制約の中で、本実施形態では「ｈ１＞ｈ２」としたのである。このようにすることで、「ｈ１＜ｈ２」とするよりも、段部２２の後方で発生する乱流が大きくなる。したがって、電子部品筐体１の放熱効果も高まる。

　また「ｈ１＞ｈ２」とすることで、電子部品３０の上には蓋２０の傾斜部２１までの間に広いスペースが確保される。熱は上へ上へと上昇するから、電子部品３０のうちでも上方に位置する部品ほど高温になりやすい。これに対して本実施形態では、電子部品３０の上に大きなスペースが確保されるので、熱が逃げやすくなる。そして電子部品３０の上に大きなスペースが確保されることで、暖められた空気が傾斜部２１で冷却されやすくなり、矢印Ｂのような対流が円滑になる。このように、電子部品３０の温度上昇を防止すれば、部品の寿命が延びる。また部品の出力性能を向上できるとともに、部品を小型化できる。その結果、電子部品筐体１も小型化でき、エンジンルームやモータールームのスペース効率が向上するのである。

　段部２２の低位側には平面部２３が形成される。追加段部２４の低位側には基準面２５が形成される。このように、段部の低位側を平面とすることで、渦を生じる空間が確保でき、確実に段部の後方で乱流を発生させることができるのである。

　また蓋２０の平面部２３の裏側には、凸凹２００が形成されるので、電子部品３０で暖められた空気が接触する面積が増える。このため、暖められた空気の熱が蓋２０へ伝達しやすい。特に平面部２３は、位置が低く発熱源である電子部品３０に近い。熱は温度差が大きいほど伝達しやすいので、発熱源である電子部品３０に近い平面部２３は、熱を伝達しやすい。そしてこの平面部２３の裏側に凸凹２００を形成することで、電子部品３０から発生した熱が平面部２３の表面に伝達しやすくなる。そして平面部２３の表面には、上述の通り、乱流が流れることから、放熱効果が非常に高くなるのである。なお平面部２３の裏側に限らず、傾斜部２１の裏側にも凸凹２００が形成されれば放熱効果がさらに高まる。

　（第２実施形態）
　図７は、本発明による電子部品筐体の第２実施形態を示す斜視図である。

　なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には同一の符号が付され、重複する説明は適宜省略される。

　第１実施形態においては、段部２２は、傾斜部２１の上端の長辺２１ｂに連続して下降するように形成された。本実施形態においては、段部２２は、傾斜部２１の上端の長辺２１ｂに連続する平面２６を介して下降するように形成される。

　本実施形態のようにしても、段部の高さが変わらなければ、段部の後方で渦を生じるスペースが同じだけ確保される。したがって第１実施形態と同様の効果が得られる。

　（第３実施形態）
　図８は、本発明による電子部品筐体の第３実施形態を示す斜視図である。

　本実施形態では、蓋２０の傾斜部２１の表面に凸凹２１０が形成される。凸凹２１０は、走行風が傾斜部２１を上流から下流に流れる向きに沿って、かつ傾斜部２１の表面全域にわたって形成される。

　本実施形態によれば、蓋２０の傾斜部２１は、外気と接触する面積、すなわち放熱面積が増えるので、蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱がさらに促進される。

　（第４実施形態）
　図９は、本発明による電子部品筐体の第４実施形態を示す斜視図である。

　本実施形態では、蓋２０の傾斜部２１の表面の一部に凸凹２１０が形成される。すなわち凸凹２１０は、走行風が傾斜部２１を上流から下流に流れる向きに沿って、かつ傾斜部２１の一部の全域に形成される。図９では、凸凹２１０は、傾斜部２１の上端の長辺２１ｂから傾斜部２１の半分の領域に形成される。

　本実施形態によっても、第１実施形態に比べて、放熱面積が増えるので、蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱が促進される。

　電子部品筐体１の内部は、自然対流によって最も高い場所の温度が最も高温である。すなわち本実施形態では、傾斜部２１の上端の長辺２１ｂの近傍が最も高温である。本実施形態では、この場所に凸凹２１０が形成されるので、放熱効率がよい。また蓋２０の傾斜部２１の全長にわたって凸凹２１０が形成されるよりも小形であり、周り部品とのクリアランスを確保しやすい。よって効率良く蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱が促進される。

　（第５実施形態）
　図１０は、本発明による電子部品筐体の第５実施形態を示す斜視図である。

　本実施形態では、蓋２０の傾斜部２１の表面に凸凹２１１が形成される。凸凹２１１は、走行風が傾斜部２１を上流から下流に流れる向きに対して直交するように、かつ傾斜部２１の表面全域にわたって形成される。

　本実施形態によっても、蓋２０の傾斜部２１は、外気と接触する面積、すなわち放熱面積が増えるので、蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱が促進される。

　さらに本実施形態の凸凹２１１は走行風の流れに対して直交するので、蓋２０の傾斜部２１には小さな多数の段部が存在することとなる。これによって凸凹２１１で細かい渦が形成されて乱流となるので、凸凹表面での放熱効果が向上される。

　（第６実施形態）
　図１１は、本発明による電子部品筐体の第６実施形態を示す斜視図である。

　本実施形態では、蓋２０の傾斜部２１の表面の一部に凸凹２１１が形成される。すなわち凸凹２１０は、走行風が傾斜部２１を上流から下流に流れる向きに沿って、かつ傾斜部２１の一部の全域に形成される。図９では、凸凹２１０は、傾斜部２１の上端の長辺２１ｂから傾斜部２１の半分の領域に形成される。

　また最も高温な傾斜部２１の上端の長辺２１ｂの近傍に凸凹２１１が形成されるので、放熱効率がよい。また蓋２０の傾斜部２１の全長にわたって凸凹２１１が形成されるよりも小形であり、周り部品とのクリアランスを確保しやすい。よって効率良く蓋２０の傾斜部２１から外気への放熱が促進される。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　たとえば、電子部品筐体は、アルミニウム合金ダイカストで形成されるとしたが、これに限らず、鉄や銅、マグネシウム等で形成されてもよい。また工法もプレスやモールドであってもよい。また筐体ケースは側面を別部材（樹脂や鋼板等）で形成してもよい。

　また各実施形態では電子部品筐体は、ケースと、ケースの上部を塞ぐ蓋と、を有するものとした。そしてこの蓋の上面に、傾斜部２１と、平面部２３と、基準面２５と、が含まれるもととした。しかしながらこのような形状には限定されない。たとえば上記の各実施形態におけるケースと蓋とが一体成形された筐体であってもよい。このような場合であれば、筐体の底又は側部に開閉扉を設けて、その扉から電子部品を収納するようにすればよい。すなわち、本発明は、電子部品筐体の蓋に限らず、上面が上述のように形成されていれば、同様の効果が得られる。

　さらに実施形態では、蓋の傾斜部の表面に凸凹を設けたが、蓋の他の面に設けてもよい。

　本願は２０１０年５月２１日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－１１７４７２に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　電子部品（３０）を収納する電子部品筐体であって、
　上面（２０）に凸設され、一つの側辺（２１ａ）から離れるにつれて高さが高くなる傾斜部（２１）と、
　前記傾斜部（２１）の上端（２１ｂ）に連続して下降する、又は上端（２１ｂ）に連続する平面（２６）を介して下降する段部（２２）と、
　前記段部（２２）の下端に連続する平面部（２３）と、
を備えることを特徴とする電子部品筐体。
　請求項１に記載の電子部品筐体において、
　前記傾斜部（２１）の裏側から前記電子部品（３０）までには、内部空間が確保される、
ことを特徴とする電子部品筐体
　請求項１又は請求項２に記載の電子部品筐体において、
　前記平面部（２３）から下降する追加段部（２４）をさらに備える、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項３に記載の電子部品筐体において、
　前記段部（２２）の段差は、前記追加段部（２４）の段差よりも大きい、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電子部品筐体において、
　前記傾斜部（２１）の表面に設けられ、前記側辺（２１ａ）に直交する凸凹（２１０）をさらに備える、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電子部品筐体において、
　前記傾斜部（２１）の表面に設けられ、前記側辺（２１ａ）に平行する凸凹（２１１）をさらに備える、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項５又は請求項６に記載の電子部品筐体において、
　前記凸凹（２１０，２１１）は、前記傾斜部（２１）の表面のうち上端（２１ｂ）に連続する少なくとも一部の領域に設けられる、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電子部品筐体において、
　前記上面（２０）の裏側に設けられる凸凹（２００）をさらに備える、
ことを特徴とする電子部品筐体。
　請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の電子部品筐体において、
　前記傾斜部（２１）の前記側辺（２１ａ）が車両前方に位置するように、車両に搭載される、
ことを特徴とする電子部品筐体。