(57)【要約】  回路基板（１０）の上部にヒートシンク７Ａが設置され、ヒートシンクの上部に風洞（８）が設置され、ヒートシンクのシンク空気取り入れ口及び風洞の風洞空気取り入れ口に取付けたファン（９Ａ）から外部の冷却空気が送り込まれる。そして、風洞の風洞空気吹き出し口（２９）から吹き出す冷却空気が、回路基板に実装されている磁気部品（１４）に接触する。
2017216917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気部品などの発熱電子部品を含む複数の電子部品が実装されている回路基板と、
シンク通風路の一端にシンク空気取り入れ口が形成され、前記シンク通風路の他端にシンク空気吹き出し口が形成されている筒状のヒートシンクと、
前記ヒートシンクよりも熱伝導率の小さい材料で形成され、風洞通風路の一端に風洞空気取り入れ口が形成され、前記風洞通風路の他端に風洞空気吹き出し口が形成されている筒状の風洞と、
ファンと、
前記複数の電子部品、前記回路基板、前記ヒートシンク、前記風洞及び前記ファンを収容している筐体と、を備え、
前記回路基板の上部に前記ヒートシンクが設置され、
前記ヒートシンクの上部に前記風洞が設置され、
前記ヒートシンクの前記シンク空気取り入れ口及び前記風洞の前記風洞空気取り入れ口に取付けた前記ファンから外部の冷却空気が送り込まれ、
前記風洞の前記風洞空気吹き出し口から吹き出す冷却空気が、前記回路基板に実装されている前記磁気部品に接触し、
前記ヒートシンクの前記シンク空気吹き出し口から吹き出す冷却空気が、前記磁気部品とは異なる位置で前記回路基板に実装されている第１の発熱電子部品に接触するようにしたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記磁気部品は、円筒形状のボビンと、前記ボビンに巻回された一次コイル及び二次コイルと、前記ボビンを軸方向両端から保持するコアと、を備え、
前記一次コイル及び前記二次コイルの一方は、前記ボビン側に巻回された内部コイルとされ、前記一次コイル及び前記二次コイルの他方が、前記内部コイルの外側に巻回されたた外部コイルとされ、
前記内部コイルは、前記ボビンの上部で巻回されて前記風洞空気吹き出し口に近接していることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
【請求項３】
前記磁気部品の前記コアの上面と、当該上面に当接する前記筐体の蓋体との間に伝熱シートが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記ファンのファン吹き出し口は、前記ヒートシンクの前記シンク空気取り入れ口より大きく設定され、
前記シンク空気取り入れ口に覆われていない前記ファン吹き出し口の一部から送り出された冷却空気が、前記ヒートシンクの前記シンク空気取り入れ口の近くの前記回路基板に実装されている第２の発熱電子部品に接触するようにしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記風洞は、風洞保持部により前記ヒートシンクの上部に設置されている状態が保持されており、
前記ヒートシンクの前記シンク空気取り込み口と前記風洞の前記風洞空気取り込み口とのそれぞれに、固定ねじを介して前記ファンが固定されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電子機器。
【請求項６】
前記シンク空気取り込み口を介して前記ファンが前記ヒートシンクに固定されていることで、前記ヒートシンクだけで前記ファンを支持していることを特徴とする請求項５記載の電子機器。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電子機器を備え、直流電力を交流電力に電力変換することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体に磁気部品を冷却する装置が収納されている電子機器及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱する電子部品を冷却する装置を筐体に収納した電子機器として、例えば特許文献１が知られている。
特許文献１の装置は、筐体に、ファンと、ファンから送りだされた空気の一部が通過するヒートシンクと、ヒートシンクとは別空間で設けられてファンから送り出された空気が通過する風路（特許文献１では第１の風路と記載）とが収納されている。
そして、特許文献１の装置は、ヒートシンクの壁に固定した発熱する半導体デバイスが冷却されるとともに、発熱する磁気部品であるリアクトルが、風路を流れる空気により冷却されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６６１０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の装置は、筐体の内部に複数の仕切り板を設けてヒートシンクと風路とを別空間として形成しており、小型化及び製造コストの面で問題がある。
また、ヒートシンクが半導体デバイスから熱を奪うと、ヒートシンクに隣接している風路の空気の温度が高くなり、リアクトルの冷却効果が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、小型化及び製造コストの低減を図りながら磁気部品の冷却効率を高めることができる電子機器及び電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電子機器は、磁気部品などの発熱電子部品を含む複数の電子部品が実装されている回路基板と、シンク通風路の一端にシンク空気取り入れ口が形成され、シンク通風路の他端にシンク空気吹き出し口が形成されている筒状のヒートシンクと、前記ヒートシンクよりも熱伝導率の小さい材料で形成され、風洞通風路の一端に風洞空気取り入れ口が形成され、風洞通風路の他端に風洞空気吹き出し口が形成されている筒状の風洞と、ファンと、複数の電子部品、回路基板、ヒートシンク、風洞及びファンを収容している筐体と、を備え、回路基板の上部にヒートシンクが設置され、ヒートシンクの上部に風洞が設置され、ヒートシンクのシンク空気取り入れ口及び風洞の風洞空気取り入れ口に取付けたファンから外部の冷却空気が送り込まれ、風洞の風洞空気吹き出し口から吹き出す冷却空気が、回路基板に実装されている磁気部品に接触し、ヒートシンクのシンク空気吹き出し口から吹き出す冷却空気が、磁気部品とは異なる位置で回路基板に実装されている第１の発熱電子部品に接触するようにした。
また、本発明の一態様に係る電力変換装置は、上述した電子機器を備え、直流電力を交流電力に電力変換する装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る電子機器及び電力変換装置によれば、小型化及び製造コストの低減を図りながら磁気部品の冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る第１実施形態の電力変換装置の概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態電力変換装置において筐体を除くとともに、風洞の風洞空気吹き出し口に磁気部品の内部コイル及び外部コイルのみを示した斜視図である。
【図３】第１実施形態の電力変換装置を構成する風洞をヒートシンクの上部から除いた構造を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の電力変換装置を構成するファンをヒートシンク及び風洞から除いた構造を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態の電力変換装置を構成する風洞を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態の電力変換装置を構成する風洞の裏面側を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態の電力変換装置を構成する磁気部品（トランス）の構造を示す図である。
【図８】第１実施形態の電力変換装置において筐体に収納された電子部品を実装した回路基板、ヒートシンク、風洞、ファンの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
以下、本発明に係る冷却装置を備える電力変換装置の第１実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
図１に示すように、この電力変換装置１は、ＤＣ／ＡＣコンバータとして使用される装置であり、直方体形状の筐体２を有している。
筐体２は、有底箱形状であって平面視が長方形をなしている金属製のケース３と、ケース３の上部開口及び一側部を閉塞する金属製の蓋体４とで構成されている。
ケース３の短辺側の一方の側壁の略全域には、多数の通風孔５が形成されている。
【００１０】
蓋体４は、天井板４ａと、天井板４ａの長手方向の一側から直角に折曲された長方形状の側板４ｂとで構成されており、側板４ｂの長手方向に離間した二つの領域に、複数の通風孔６ａ，６ｂが形成されている。
筐体２（ケース３）の内部には、電力変換制御ユニットが内蔵されており、制御コネクタ（不図示）に制御信号を入力すると、入力コネクタ（不図示）に入力された直流電力が、電力変換制御ユニットにより直流から交流に変換されて出力コネクタ（不図示）から交流電力として出力されるようになっている。
【００１１】
筐体２の内部には、図１及び図２に示すように、電力変換制御ユニット、２台のヒートシンク７Ａ，７Ｂ、風洞８及び２台のファン９Ａ，９Ｂが収納されている。
電力変換制御ユニットは、図２及び図３に示すように、回路基板１０、リアクトル１１、第１電解コンデンサ１２、第２電解コンデンサ１３、トランス１４、チョークコイル１５，１６及び複数の半導体デバイス（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）２１などの制御部品を有して構成されている。なお、図２では、トランス１４を構成する一次コイル１４ｄ及び二次コイル１４ｅのみが記載されている。
【００１２】
回路基板１０は、ケース３の底部の平面形状より小さな長方形状をなし、ケース３の底部の上面に形成した支持台（不図示）上にボルト締めで固定されている。
そして、この回路基板１０上に、上述したリアクトル１１、第１電解コンデンサ１２、第２電解コンデンサ１３、トランス１４、チョークコイル１５，１６及び複数の半導体デバイス２１などの電子部品が実装されているとともに、ヒートシンク７Ａ，７Ｂが固定されている。
【００１３】
一方のヒートシンク７Ａは、熱伝導率が大きい、例えば高いアルミニウムやアルミニウム合金を押し出し成形することで形成した部材であり、図２及び図４に示すように、長手方向の両端部を切削加工することで、長手方向の一端にシンク空気取り入れ口１７が形成され（図４参照）、長手方向の他端にシンク空気吹き出し口１８が形成されている（図２参照）。
一方のヒートシンク７Ａのシンク空気取り入れ口１７からシンク空気吹き出し口１８までの間には、図４に示すように、複数のフィン１９を介して複数の通風路２０が平行に形成されている。
【００１４】
図３に示すように、一方のヒートシンク７Ａの上部には、風洞９を載せる平坦で長方形状の載置面２２が形成されており、載置面２２の一部には、風洞８を保持するための保持用スリット２２ａ，２２ｂが形成されている。
図３及び図４に示すように、載置面２２の一方の長辺からシンク側壁２３が立ち上がっており、このシンク側壁２３の上部が載置面２２側に曲がって形成されることで、シンク側壁２３の内壁に嵌合凹部２３ａが形成されている。
【００１５】
また、図４に示すように、シンク側壁２３のシンク空気取り入れ口１７側の端面にねじ孔２４が形成されている。
ここで、一方のファン９Ａの吹き出し口は、一方のヒートシンク７Ａのシンク空気取り入れ口１７より大きく設定されており、図３で示す符号９ａの部分に一方のファン９Ａの吹き出し口の一部が開口している（図４の符号９ａで示す部位である）。
風洞８は、図５及び図６に示すように、一方のヒートシンク７Ａよりも熱伝導率の小さい材料、例えば合成樹脂で形成されている。そして、風洞８は、風洞空気取り入れ口２５が開口してヒートシンク７の載置面２２に載る四角形状の第１筒部２６と、第１筒部２６から連続して筒形状が拡がった状態で形成され、互いに対向している開口縁部に凹部２７，２８が形成されている風洞空気吹き出し口２９を設けた第２筒部３０と、を備えている。
【００１６】
図６に示すように、第１筒部２６には、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に当接する面に保持用凸部３１ａ，３１ｂが形成されているとともに、第１筒部２６の風洞空気取り入れ口２５の一部には、シンク側壁２３の嵌合凹部２３ａに嵌まり込む嵌合凸部２５ａが形成されている。
また、風洞空気取り入れ口２５の端面には、ねじ孔３２が形成されている。
そして、図４に示すように、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に風洞８の第１筒部２６を載せる。その際、載置面２２の保持用スリット２２ａ，２２ｂに風洞８の保持用凸部３１ａ，３１ｂを挿入し、シンク側壁２３の嵌合凹部２３ａに嵌合凸部２５ａを嵌め込む。これにより、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に風洞８の第１筒部２６が保持された状態となり、シンク空気取り入れ口１７の上部で風洞空気取り入れ口２５が開口した状態となる。
【００１７】
このように、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に風洞８の第１筒部２６を保持した状態で、風洞８のねじ孔３２及びシンク側壁２３のねじ孔２４に一方のファン９Ａ用の固定ねじ（不図示）をねじ込むことで、一方のヒートシンク７Ａは、風洞８及び一方のファン９Ａを固定する。
そして、図４で示すように、風洞８の風洞空気吹き出し口２９は、一方のヒートシンク７Ａのシンク空気吹き出し口１８の上方に位置しており、風洞空気吹き出し口２９の前に、回路基板１０に実装されたトランス１４が配置されている（図２では、トランス１４を構成する一次コイル１４ｄ及び二次コイル１４ｅのみが記載）。
【００１８】
トランス１４は、図７に示すように、上部コア１４ａと、下部コア１４ｂと、円筒形状のボビン１４ｃと、一次コイル１４ｄと、二次コイル１４ｅとを備えている。
一次コイル１４ｄはボビン１４ｃの外周に巻回されており、一次コイル１４ｄの外周に絶縁テープ１４ｆを巻いた後、一次コイル１４ｄの外周に二次コイル１４ｅが巻回されている。そして、上部コア１４ａに設けた凸部１４ａ１及び下部コア１４ｂに設けた凸部１４ｂ１が、ボビン１４ｃの軸に沿って形成した嵌合穴１４ｃ１に上下から嵌まり込むことでトランス１４が形成されている。
【００１９】
ここで、二次コイル１４ｅに対して内側でボビン１４ｃに巻回されている一次コイル１４ｄは、ボビン１４ｃの上部で巻回されており、風洞空気吹き出し口２９から吹き出した冷風が直接、一次コイル１４ｄに接触するようにしている。
また、図７に示すように、トランス１４の上面全域には伝熱シート３３が配置されており、この伝熱シート３３は、筐体２のケース３の開口部を蓋体４で閉塞すると、蓋体４の天井板４ａに面接触状態で当接するようになっている。
なお、他方のヒートシンク７Ｂも、一方のヒートシンク７Ａと略同様の構造であり、長手方向の一端に形成したシンク空気取り入れ口３４に他方のファン９Ｂが固定されている。
【００２０】
そして、回路基板１０に実装されている電子部品、例えば複数の半導体デバイス２１は、一方のヒートシンク７Ａ及び他方のヒートシンク７Ｂの側壁に接触した状態で回路基板１０に実装されている。
リアクトル１１、チョークコイル１５，１６は、他方のヒートシンク７Ｂのシンク空気吹き出し口３５の近くの回路基板１０に実装されている。
第２電解コンデンサ１３は、一方のヒートシンク７Ａのシンク空気吹き出し口１８の前方の回路基板１０に実装されている。
【００２１】
さらに、第１電解コンデンサ１２は、一方のファン９Ａの吹き出し口の一部が開口している位置９ａの近くの回路基板１０に実装されている。
なお、本発明に係るヒートシンクが一方のヒートシンク７Ａに対応し、本発明に係るシンク通風路が通風路２０に対応し、本発明に係るファンが一方のファン９Ａに対応し、本発明に係る磁気部品がトランス１４に対応し、本発明に係る内部コイルが一次コイル１４ｄに対応し、本発明に係る第１の発熱部品が第２電解コンデンサ１３に対応し、本発明に係る第２の発熱電子部品が第１電解コンデンサ１２に対応し、本発明に係る風洞保持部が、載置面２２の保持用スリット２２ａ，２２ｂに挿入される風洞８の保持用凸部３１ａ，３１ｂと、シンク側壁２３の嵌合凹部２３ａに嵌合する嵌合凸部２５ａと、に対応している。
【００２２】
次に、この第１実施形態の電力変換装置１の動作について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、制御コネクタに制御信号を入力すると、入力コネクタに入力された直流電力が電力変換制御ユニットにより交流に変換され、出力コネクタから交流電力として出力される。
この際、ケース３内の電力変換制御ユニット等の制御部品が発熱し、特に、複数の半導体デバイス２１、トランス１４、チョークコイル１５，１６の自己発熱が高くなる。
【００２３】
この電力変換装置１は、２台のファン９Ａ，９Ｂが駆動すると、筐体２の通風孔６ａ，６ｂから２台のヒートシンク７Ａ，７Ｂのシンク空気取り入れ口１７，３４に取り込んだ外部の冷却が、シンク空気吹き出し口１８，３５から吹き出す。
冷却空気がヒートシンク７Ａ，７Ｂの内部を流れることで、ヒートシンク７Ａ，７Ｂの温度が低下していき、ヒートシンク７Ａ，７Ｂの側壁に接触した状態で回路基板１０に実装されている半導体デバイス２１が冷却されていく。
一方のヒートシンク７Ａのシンク空気吹き出し口１８から冷却空気が吹き出すことで、シンク空気吹き出し口１８の前方で回路基板１０に実装されている第２電解コンデンサ１３に冷却空気が接触する。
【００２４】
また、他方のヒートシンク７Ｂのシンク空気吹き出し口３５から冷却空気が吹き出すことで、シンク空気吹き出し口３５の近くで回路基板１０に実装されているリアクトル１１、チョークコイル１５，１６に冷却空気が接触する。
ここで、一方のファン９Ａの吹き出し口は、一方のヒートシンク７Ａのシンク空気取り入れ口１７より大きく設定されており、一方のファン９Ａの吹き出し口の一部が開口している位置９ａから第１電解コンデンサ１２に冷却空気が直接吹き付けられていく。
また、一方のファン９Ａに風洞空気取り入れ口２５が接続している風洞８からトランス１４に対して冷却空気が吹き出す。
【００２５】
この際、トランス１４の二次コイル１４ｅに対して内側に配置されている一次コイル１４ｄの自己発熱は高いが、風洞８の風洞空気吹き出し口２９から吹き出した冷却空気が、一次コイル１４ｄに直接吹き付けられていくので、一次コイル１４ｄは冷却されていく。
また、トランス１４の上面に配置された伝熱シート３３が、筐体２の蓋体４の天井板４ａに面接触状態で当接しており、トランス１４で発生する熱は、伝熱シート３３を介して筐体２に放熱されていく。
【００２６】
次に、第１実施形態の電力変換装置１の効果について説明する。
一方のファン９Ａから送り出した冷却空気が、一方のヒートシンク７Ａよりも熱伝導率の小さい材料で形成された風洞８の風洞空気吹き出し口２９から吹き出してトランス１４に直接に接触するので、一方のヒートシンク７Ａの熱の影響を受けることなくトランス１４を効率よく冷却することができる。
また、トランス１４の一次コイル１４ｄが、風洞８の風洞空気吹き出し口２９に近接して配置されており、一次コイル１４ｄに直接に冷却空気を接触させることで、トランス１４の冷却効率を向上させることができる。
【００２７】
また、トランス１４の上面が、伝熱シート３３を介して筐体２の蓋体４（天井板４ａ）に接触しているので、トランス１４で発生した熱を、伝熱シート３３を介して筐体２に放熱することができ、さらにトランス１４の冷却効率を向上させることができる。
一方のファン９Ａの吹き出し口は、一方のヒートシンク７Ａのシンク空気取り入れ口１７より大きく設定されており、一方のファン９Ａの吹き出し口の一部が開口している位置９ａから吹き出す冷却空気で、第１電解コンデンサ１２を効率良く冷却することができる。
【００２８】
また、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に風洞８の第１筒部２６を載せ、載置面２２の保持用スリット２２ａ，２２ｂに風洞８の保持用凸部３１ａ，３１ｂを挿入するとともに、シンク側壁２３の嵌合凹部２３ａに嵌合凸部２５ａを嵌め込むことで、一方のヒートシンク７Ａの載置面２２に風洞８の第１筒部２６を容易に保持することができる。そして、風洞８のねじ孔３２とシンク側壁２３のねじ孔２４とに、一方のファン９Ａ用の固定ねじをねじ込むだけで、一方のヒートシンク７Ａに風洞８及び一方のファン９Ａを固定することができるので、風洞８を一方のヒートシンク７に取付ける際の、取付け強度及び取付け部品の点数を削減しながら電力変換装置１の組立を容易に行うことができる。
さらに、一方のファン９Ａは、一方のヒートシンク７Ａだけで支持されているので、さらに取付け部品の点数を削減して組立を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  電力変換装置
２  筐体
３  ケース
４  蓋体
４ａ  天井板
４ｂ，４ｃ  側板
５  通風孔
６ａ，６ｂ  通風孔
７Ａ，７Ｂ  ヒートシンク
８  風洞
９Ａ，９Ｂ  ファン
９ａ  ファンの吹き出し口の一部
１０  回路基板
１１  リアクトル
１２  第１電解コンデンサ
１３  第２電解コンデンサ
１４  トランス
１４ａ  上部コア
１４ｂ  下部コア
１４ｃ  ボビン
１４ｄ  一次コイル
１４ｅ  二次コイル
１４ｆ  絶縁テープ
１４ａ１  凸部
１４ｂ１  凸部
１４ｃ１  嵌合穴
１５，１６  チョークコイル
１７  シンク空気取り入れ口
１８  シンク空気吹き出し口
１９  フィン
２０  通風路
２１  半導体デバイス
２２  載置面
２２ａ，２２ｂ  保持用スリット
２３  シンク側壁
２３ａ  嵌合凹部
２４  ねじ孔
２５  風洞空気取り入れ口
２６  第１筒部
２７，２８  凹部
２９  風洞空気吹き出し口
３０  第２筒部
３１  係合凸部
３２  ねじ孔
３３  伝熱シート
【図１】
2017216917.tif 000003
【図２】
2017216917.tif 000004
【図３】
2017216917.tif 000005
【図４】
2017216917.tif 000006
【図５】
2017216917.tif 000007
【図６】
2017216917.tif 000008
【図７】
2017216917.tif 000009
【図８】
2017216917.tif 000010
【国際調査報告】
2017216917.tif 000011
2017216917.tif 000012