(57)【要約】【課題】カートリッジ形の基板モジュールの枚数が増加した場合でも冷却効率の低下を抑制できる筐体を得ること。【解決手段】筐体１００は、複数の基板モジュール１と、第１放熱パネル３と、第１側面板１１と、送風機８と、風路に設けられて第１放熱パネル３の第２面に接する第１のヒートシンクと、第１のヒートシンクよりも空気流における下流となる風路に設けられて第１放熱パネル３に当接する第２のヒートシンクと、を備える。第１放熱パネル３の第２面には、第１溝と対向する位置に形成されて第１のヒートシンク及び第２のヒートシンクのいずれであっても差込める複数の第２溝が形成される。第１のヒートシンクには複数のフィンが形成される。第２のヒートシンクには複数のフィンが形成される。第１のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔よりも、第２のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔のほうが広い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面を互いに対向させて第１の方向に沿って並べて設けられる複数の基板モジュールと、
複数の前記基板モジュールの側面部を差し込める複数の第１溝が前記第１の方向に沿って並べて形成された第１面を有する放熱パネルと、
前記放熱パネルのうち前記第１面の裏面となる第２面と対向し、前記第１の方向に沿って伸びる風路を前記第２面との間に形成する側面板と、
前記風路に前記第１の方向に沿った空気流を形成させる送風機と、
前記風路に設けられて前記放熱パネルの前記第２面に接する第１のヒートシンクと、
前記第１のヒートシンクよりも前記空気流における下流となる前記風路に設けられて前記放熱パネルに当接する第２のヒートシンクと、を備え、
前記放熱パネルの前記第２面には、前記第１溝と対向する位置に形成されて前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクのいずれであっても差込める複数の第２溝が形成され、
前記第１のヒートシンクには複数のフィンが形成され、
前記第２のヒートシンクには複数のフィンが形成され、
前記第１のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔よりも、前記第２のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔のほうが広いことを特徴とする筐体。
【請求項２】
前記基板モジュールと複数の前記第１の溝との接触部に設けられるレール機構を備え、
前記レール機構は、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクに接続されることを特徴とする請求項１に記載の筐体。
【請求項３】
複数の基板モジュールは前記第１の方向に一列に配列されることを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体。
【請求項４】
前記側面板には、吸気口が形成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路部品が設けられる複数の回路基板を備える筐体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両、航空機等に搭載される機器の高性能化に伴い、電子回路基板を搭載する電子機器の高発熱化が進んでおり、低コストでかつ高効率の冷却技術の開発が必要となっている。電子機器には、複数の基板モジュールが搭載されるものがある。このような電子機器における冷却方式の一つが、特許文献１に開示されている。すなわち、基板面同士を対向させて複数の基板モジュールが並べて配置されるとともに、複数の基板モジュールの側面側に、基板モジュールが並ぶ方向に沿って伸びる風路が設けられている。風路には、基板モジュールのそれぞれの側面に当接するとともに複数のフィンが形成されたヒートシンクが設けられている。基板モジュールが並ぶ方向に沿って風路に空気を通過させることで、ヒートシンクを通して基板モジュールで発生した熱を放熱させて、放熱効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４-１２３６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される冷却構造では、基板モジュールの枚数が増えるほど、流路の圧力損失が増大して空気の流量が低下するため、下流側で放熱性能が低下しやすい。ヒートシンクに形成された複数のフィンの間隔を広げることで、圧力損失を減少させた場合には、フィンの減少によって熱交換面積が小さくなり、熱交換効率が低下してしまい、結果的に放熱性能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カートリッジ形の基板モジュールの枚数が増加した場合でも冷却効率の低下を抑制できる筐体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の筐体は、基板面を互いに対向させて第１の方向に沿って並べて設けられる複数の基板モジュールと、複数の基板モジュールの側面部を差し込める複数の第１溝が第１の方向に沿って並べて形成された第１面を有する放熱パネルとを備える。筐体は、放熱パネルのうち第１面の裏面となる第２面と対向し、第１の方向に沿って伸びる風路を第２面との間に形成する側面板と、風路に第１の方向に沿った空気流を形成させる送風機と、風路に設けられて放熱パネルの第２面に接する第１のヒートシンクとを備える。筐体は、第１のヒートシンクよりも空気流における下流となる風路に設けられて放熱パネルに当接する第２のヒートシンクを備える。放熱パネルの第２面には、第１溝と対向する位置に形成されて第１のヒートシンク及び第２のヒートシンクのいずれであっても差込める複数の第２溝が形成される。第１のヒートシンクには複数のフィンが形成される。第２のヒートシンクには複数のフィンが形成される。第１のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔よりも、第２のヒートシンクに形成されたフィン同士の間隔のほうが広いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カートリッジ形の基板モジュールの枚数が増加した場合でも冷却効率の低下を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る筐体の斜視外観図
【図２】図１に示す筐体の分解斜視図
【図３】図２に示す上板が外された筐体を複数の基板モジュールから下板に向かう方向に見た図
【図４】図２に示す第２側面板が外された筐体の斜視外観図
【図５】図２に示す第１ヒートシンクの拡大図
【図６】本発明の実施の形態２に係る筐体の斜視外観図
【図７】図６に示す筐体の分解斜視図
【図８】図７に示す上板が外された筐体を複数の基板モジュールから下板に向かう方向に見た図
【図９】図７に示す第２側面板が外された筐体の斜視外観図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係る筐体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る筐体の斜視外観図である。図２は図１に示す筐体の分解斜視図である。図３は図２に示す上板が外された筐体を複数の基板モジュールから下板に向かう方向に見た図である。図４は図２に示す第２側面板が外された筐体の斜視外観図である。図５は図２に示す第１ヒートシンクの拡大図である。
【００１１】
実施の形態１に係る筐体１００は、箱型の筐体本体１０１と、複数の基板モジュール１と、第１放熱パネル３と、第１ヒートシンク１０と、第２放熱パネル１２と、第２ヒートシンク１３と、コネクタ基板２と、複数の送風機８とを備える。
【００１２】
筐体本体１０１は、直角に交わる下板７、上板６、第１側面板１１、第２側面板１４、第１端板４及び第２端板５により構成される。筐体本体１０１は、６つの面がすべて直角に交わる箱形の６面体である。筐体本体１０１の材料には、銅合金、鋳鉄、鋼、鉄合金、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金などの金属を例示できる。
【００１３】
図２では、左手系のＸＹＺ座標において、上板６、基板モジュール１及び下板７の配列方向をＸ軸方向とし、第１端板４、基板モジュール１及び第２端板５の配列方向をＸ軸方向とし、第２側面板１４、基板モジュール１及び第１側面板１１の配列方向をＺ軸方向とする。
【００１４】
上板６及び下板７は、複数の基板モジュール１を挟み込むように、Ｘ軸方向に互いに離れて平行に配列される。上板６及び下板７のそれぞれの長手方向はＹ軸方向に等しく、第１の方向に等しい。上板６及び下板７のそれぞれの短手方向はＸ軸方向に等しい。Ｙ軸方向は第１方向であり、Ｘ軸方向は第２方向である。
【００１５】
複数の基板モジュール１のそれぞれは、金属製の放熱板２０に回路基板２１を組み付けることにより構成されるカートリッジ形のモジュールである。複数の基板モジュール１は、隣接する回路基板２１の基板面２２が互いに向き合うようにＹ軸方向に沿って離れて配列される。
【００１６】
図３に示すように、複数の基板モジュール１は、例えば第１基板モジュール１ａ、第２基板モジュール１ｂ及び第３基板モジュール１ｃにより構成されている。第１基板モジュール１ａには、第１回路部品２３ａが設けられる。第２基板モジュール１ｂには、第２回路部品２３ｂが設けられる。第３基板モジュール１ｃには、第３回路部品２３ｃが設けられる。第１回路部品２３ａは、コンデンサ、抵抗体などである。第２回路部品２３ｂは、発熱量が第１回路部品２３ａの発熱量よりも大きい昇圧トランス、リアクトルなどである。第３回路部品２３ｃは、発熱量が第２回路部品２３ｂの発熱量よりも大きいインバータモジュール、コンバータモジュールなどである。
【００１７】
第１放熱パネル３及び第２放熱パネル１２は、複数の基板モジュール１を挟み込むように、互いに離れて平行に配列される。第１放熱パネル３の基板モジュール１と向き合う端面３ａには、放熱板２０の第１端部２０ａが挿入される溝３ｂが複数形成される。端面３は第１面である。放熱板２０の第１端部２０ａは、基板モジュール１の側面部に等しい。溝３ｂは第１溝である。複数の溝３ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向に互いに離れて配列され、Ｘ軸方向に沿って互いに平行に伸びる窪みである。第２放熱パネル１２の基板モジュール１と向き合う端面１２ａには、放熱板２０の第２端部２０ｂが挿入される溝１２ｂが複数形成される。溝１２ｂは第２溝である。放熱板２０の第２端部２０ｂは、放熱板２０の第１端部２０ａ側とは逆側の端部である。複数の溝１２ｂのそれぞれは、Ｙ軸方向に互いに離れて配列され、Ｘ軸方向に沿って互いに平行に伸びる窪みである。
【００１８】
溝３ｂ及び溝１２ｂを設けることにより、基板モジュール１を溝３ｂ及び溝１２ｂにスライドさせながら、下板７に向かって移動させることにより、第１放熱パネル３と第２放熱パネル１２との間に基板モジュール１を配置することができる。基板モジュール１はコネクタ基板２に接続される。また、コネクタ基板２に接続された基板モジュール１を溝３ｂ及び溝１２ｂにスライドさせながら、下板７側とは逆側に移動させることにより、基板モジュール１を第１放熱パネル３及び第２放熱パネル１２から抜き出すことができる。
【００１９】
第１ヒートシンク１０は、第１側面板１１と第１放熱パネル３との間に設けられる。第１側面板１１は、第１の方向に沿って伸びる風路を第１放熱パネル３の端面３ｃとの間に形成する板である。第１ヒートシンク１０の第１放熱パネル３と向き合う端面３０は、第１放熱パネル３の端面３ｃと機械的及び熱的に接続される。端面３ｃは第２面である。第１放熱パネル３の端面３ｃは、第１放熱パネル３の端面３ａ側とは逆側の端面である。第１放熱パネル３の端面３ｃには複数のフィンスロットが形成される。フィンスロットは、第１フィン群１０ａ、第２フィン群１０ｂ及び第３フィン群１０ｃの何れかを差し込むための第２溝である。
【００２０】
第１ヒートシンク１０には、第１フィン群１０ａ、第２フィン群１０ｂ及び第３フィン群１０ｃが形成されている。第１フィン群１０ａ、第２フィン群１０ｂ及び第３フィン群１０ｃは、Ｙ軸方向に沿って配列される。第１フィン群１０ａは、Ｘ軸方向に互いに離れて配列される複数のフィン１０ａ１により構成される。複数のフィン１０ａ１は、隣接するフィン１０ａ１同士の間に隙間Ｐ１が形成されるように配列される。隙間Ｐ１は第１フィンピッチである。第２フィン群１０ｂは、Ｘ軸方向に互いに離れて配列される複数のフィン１０ｂ１により構成される。複数のフィン１０ｂ１は、隣接するフィン１０ｂ１同士の間に隙間Ｐ２が形成されるように配列される。隙間Ｐ２は第２フィンピッチである。第３フィン群１０ｃは、Ｘ軸方向に互いに離れて配列される複数のフィン１０ｃ１により構成される。複数のフィン１０ｃ１は、隣接するフィン１０ｃ１同士の間に隙間Ｐ３が形成されるように配列される。隙間Ｐ３は第３フィンピッチである。
【００２１】
第２ヒートシンク１３は、第２側面板１４と第２放熱パネル１２との間に設けられる。第２ヒートシンク１３の第２放熱パネル１２と向き合う端面３１は、第２放熱パネル１２の端面１２ｃと機械的及び熱的に接続される。第２放熱パネル１２の端面１２ｃは、第２放熱パネル１２の端面１２ａ側とは逆側の端面である。
【００２２】
第２ヒートシンク１３には、第２側面板１４と向き合う面に、第１フィン群１０ａ、第２フィン群１０ｂ及び第３フィン群１０ｃのフィン群が形成されているものとする。また、第２放熱パネル１２の端面１２ｃには複数のフィンスロットが形成され、このフィンスロットは、これらのフィン群の何れかを差し込むための溝である。
【００２３】
第１基板モジュール１ａは、第１フィン群１０ａが含まれるＸＺ断面上に位置するように、溝３ｂ及び溝１２ｂへ挿入されている。第２基板モジュール１ｂは、第２フィン群１０ｂが含まれるＸＺ断面上に位置するように、溝３ｂ及び溝１２ｂへ挿入されている。第３基板モジュール１ｃは、第３フィン群１０ｃが含まれるＸＺ断面上に位置するように、溝３ｂ及び溝１２ｂへ挿入されている。
【００２４】
第１ヒートシンク１０と第１側面板１１との間には、第１隙間４０が設けられる。第１隙間４０は第１側面板１１に形成される第１開口部４ａと連通する。第２ヒートシンク１３と第２側面板１４との間には、第２隙間４１が設けられる。第２隙間４１は第２側面板１４に形成される第２開口部４ｂと連通する。
【００２５】
第２端板５には、２つの送風機８と、送風機８を覆うカバー９とが設けられる。送風機８は、風路にＹ軸方向に沿った空気流を形成させる送風手段である。送風機８が動作することにより、第１開口部４ａから第１隙間４０に取り入れた空気Ａ１と第１ヒートシンク１０との間で熱交換が行われ、第２開口部４ｂから第２隙間４１に取り入れた空気Ａ２と第２ヒートシンクとの間で熱交換が行われる。これにより回路部品が間接的に冷却される。
【００２６】
空気Ａ１，Ａ２の流量は、送風機８を含む風路の圧力損失特性と、送風機８の風量−静圧特性とのバランスによって決まる。回路部品の冷却効率を向上させるには、送風機８の性能を向上させて送風量を高める方法と、送風機８の台数を増やす方法とが考えられる。しかしながら、送風機８の性能を向上させた場合、送風機８の製造コストが増加し、送風機８の台数を増やした場合、送風機８の製造コストが増加するだけでなく筐体本体１０１の全体の大きさが大きくなる。
【００２７】
また圧力損失を低減させるためには、複数の基板モジュール１を、第１の基板モジュール群と第２の基板モジュール群とに分けて、第１の基板モジュール群と第２の基板モジュール群とをＺ軸方向に並べるようにして、筐体本体１０１のＹ軸方向の長さを短くする方法が考えられる。しかしながら、複数の基板モジュール１を、第１の基板モジュール群と第２の基板モジュール群とに分けた場合、複数の基板モジュール群を固定するための放熱パネルの数が増加して、増加した放熱パネル分、筐体本体１０１が大型化し、筐体本体１０１の質量が増加する。
【００２８】
また回路部品の冷却効率を向上させるには、ヒートシンクのフィンピッチを広げることによって圧力損失を減らす方法が考えられる。しかしながら、フィンピッチを広げた場合、フィンピッチが広くなるほどヒートシンクの熱交換面積が相対的に狭くなり、熱交換量が低下してしまい回路部品の冷却効率が低下する。
【００２９】
なお、複数の基板モジュール１が搭載される筐体１００では、筐体１００内に取り込まれた空気Ａ１，Ａ２の温度は、複数の基板モジュール１で発生した熱によって、送風機８に近づくほど上昇するため、送風機８寄りに設けられる基板モジュール１は、第１開口部４ａ及び第２開口部４ｂ寄りに設けられる基板モジュール１に比べて、冷却され難くなる。従って、発熱量が大きい回路部品が搭載される基板モジュール１は、第１開口部４ａ及び第２開口部４ｂ寄りに設けられる形となり、発熱量が小さい回路部品が搭載される基板モジュール１の設置位置が制約される。また、発熱量が大きい回路部品が搭載される基板モジュール１を複数枚搭載する場合、第１開口部４ａ及び第２開口部４ｂから遠い位置に設けられる基板モジュール１は、十分に冷却されなくなるおそれがあるため、基板モジュール１の枚数が制約される場合がある。また、筐体本体１０１内に引き回され基板モジュール１に接続される配線の引き回し位置は、基板モジュール１の種類によって決まるため、配線の取り回しの自由度が低下する。
【００３０】
また、ヒートシンクのフィンピッチは、筐体本体１０１が設置される場所の環境条件、基板モジュール１の発熱量、基板モジュール１の台数、基板モジュール１の配置場所などに対して、最適化する必要がある。そのため、従来では、これらの条件を勘案して、ヒートシンクのフィン形状、大きさを最適化しなければならず、これらの条件が変わる度に、ヒートシンクの設計時間及び設計コストが発生するという問題があった。また、新たにヒートシンクを製造する場合、その製造に必要な設備、工具及び治具が必要となり、ヒートシンクの製造コストが増大する傾向にあった。
【００３１】
実施の形態１に係る筐体１００では、発熱量の小さい基板モジュール１のフィンピッチを広くし、発熱量の大きい基板モジュール１のフィンピッチを狭くすることにより、これにより、フィンピッチが狭いフィン群では、発熱量が高い回路部品で発生した熱の熱交換量の低下が抑制され、フィンピッチが広いフィン群では、風路の圧力損失の低下が抑制され抑制される。従って、カートリッジ形の基板モジュールの枚数が増加した場合でも冷却効率の低下を抑制することができる。
【００３２】
また、実施の形態１に係る筐体１００では、送風機８の性能を向上させることなく冷却効率の低下を抑制でき、送風機８の台数を増やすことなく冷却効率の低下を抑制できるため、送風機８の製造コストが増加せず、また筐体本体１０１の全体の大きさが大きくなることを抑制できる。
【００３３】
また、筐体１００では、基板モジュール１の冷却効率が向上するため、発熱量の大きい基板モジュール１を、風路の上流又は下流に配置することが可能となり、配線の取り回しの自由度が向上する。
【００３４】
また風路が長くなることによる圧力損失の増大を抑制できるため、基板モジュール１をＹ軸方向に１列で配置することが可能となり、筐体１００の小型化及び軽量化が可能になる。
【００３５】
また第１放熱パネル３にはフィンを着脱可能なスロットが形成されているため、第１フィン群１０ａ、第２フィン群１０ｂ及び第３フィン群１０ｃのそれぞれのサイズを共通化でき、基板モジュール１の発熱量と基板モジュール１の位置とに応じて、フィンピッチが異なるフィンをフィンスロットに配置させることで、サイドフレームの構造を共通化しつつ様々な環境条件に対してフレキシブルに対応させることができる。これにより、冷却構造の検討時間を短縮でき、筺体の設計コストを低減できる。
【００３６】
また、予め複数種類のフィンピッチのフィン群を用意しておき、それらを選択して組合わることにより、新たにヒートシンクを製造するために必要な設備、工具及び治具が不要になり、ヒートシンクの製造コストの増加を抑制できる。
【００３７】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る筐体の斜視外観図である。図７は図６に示す筐体の分解斜視図である。図８は図７に示す上板が外された筐体を複数の基板モジュールから下板に向かう方向に見た図である。図９は図７に示す第２側面板が外された筐体の斜視外観図である。
【００３８】
実施の形態２に係る筐体１００Ａでは、第１側面板１１に吸気口１１ａが形成され、第２側面板１４に吸気口１４ａが形成されている。筐体１００Ａでは、送風機８が動作することにより、第１開口部４ａ及び吸気口１１ａから取り入れた空気Ａ１と第１ヒートシンク１０との間で熱交換が行われ、第２開口部４ｂ及び吸気口１４ａから取り入れた空気Ａ２と第２ヒートシンクとの間で熱交換が行われる。これにより回路部品が間接的に冷却される。
【００３９】
第１側面板１１に吸気口１１ａが形成され、第２側面板１４に吸気口１４ａが形成されることによって、下流側の冷却空気の流量がより一層増加し、さらに上流の空気よりも低温の空気を取り込むことで、下流側の空気温度を低減できる。従って、下流側に配置される基板モジュール１の放熱性能が向上するため、実施の形態１よりさらに排熱性能が向上する。
【００４０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板モジュール、１ａ  第１基板モジュール、１ｂ  第２基板モジュール、１ｃ  第３基板モジュール、２  コネクタ基板、３  第１放熱パネル、３ａ，３ｃ，１２ａ，１２ｃ，３０，３１  端面、３ｂ，１２ｂ  溝、４  第１端板、４ａ  第１開口部、４ｂ  第２開口部、５  第２端板、６  上板、７  下板、８  送風機、９  カバー、１０  第１ヒートシンク、１０ａ  第１フィン群、１０ａ１，１０ｂ１，１０ｃ１  フィン、１０ｂ  第２フィン群、１０ｃ  第３フィン群、１１  第１側面板、１１ａ，１４ａ  吸気口、１２  第２放熱パネル、１３  第２ヒートシンク、１４  第２側面板、２０  放熱板、２０ａ  第１端部、２０ｂ  第２端部、２１  回路基板、２２  基板面、２３ａ  第１回路部品、２３ｂ  第２回路部品、２３ｃ  第３回路部品、４０  第１隙間、４１  第２隙間、１００，１００Ａ  筐体、１０１  筐体本体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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