(57)【要約】【課題】放熱性を向上できる放熱装置を提供する。【解決手段】放熱装置20は、ヒートシンク21および固定部材22を備える。ヒートシンク21は、発熱部品14であるスイッチング素子13が熱的に接続される。固定部材22は、複数のフィン29を有し、発熱部品14であるスイッチング素子13をヒートシンク21に固定する。【選択図】図１
2019175890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品が熱的に接続されるヒートシンクと；
複数のフィンを有し、前記発熱部品を前記ヒートシンクに固定する固定部材と；
を具備することを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記固定部材は、前記ヒートシンクと嵌合する嵌合部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
発熱部品を実装した基板と；
前記発熱部品の熱を放熱する請求項１または２記載の放熱装置と；
を具備することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発熱部品が発生する熱を放熱する放熱装置および電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器では、例えばスイッチング素子などの動作時における発熱量が大きい発熱部品を用いるものがある。このような発熱部品は定格温度が決められているため、発熱部品の温度上昇を抑制するために、発熱部品が発生する熱を放熱する放熱装置を用いることがある。
【０００３】
放熱装置は、多くの場合、ヒートシンクを用い、固定部材で発熱部品をヒートシンクに押し付けて固定し、発熱部品をヒートシンクに熱的に接続することにより、発熱部品が発生する熱をヒートシンクに伝達し、このヒートシンクから放熱している。このような放熱装置では、発熱部品の発熱量に対して放熱量の余裕を確保するためにも、放熱性能の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２３０９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、放熱性を向上できる放熱装置および電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の放熱装置は、ヒートシンクおよび固定部材を備える。ヒートシンクは、発熱部品が熱的に接続される。固定部材は、複数のフィンを有し、発熱部品をヒートシンクに固定する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の放熱装置によれば、放熱性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態を示す放熱装置の斜視図である。
【図２】同上放熱装置の斜視図である。
【図３】同上放熱装置の断面図である。
【図４】第２の実施形態を示す放熱装置の斜視図である。
【図５】第３の実施形態を示す放熱装置を用いた電力変換装置を正面側から見た断面斜視図である。
【図６】同上電力変換装置の背面側から見た断面斜視図である。
【図７】同上電力変換装置の背面側から見た斜視図である。
【図８】第４の実施形態を示す放熱装置を用いた蓄電池システムの断面斜視図である。
【図９】同上蓄電池システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、第１の実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。
【００１０】
図１ないし図３において、10は基板であり、この基板10は、長方形で、一方の面に配線パターンを有するパターン面11が形成され、他方の面に実装面12が形成されている。この基板10に所定の回路を構成する複数の電子部品が実装されている。実装面12に実装される電子部品はリード線を有するディスクリート部品であり、その電子部品のリード線が基板10を挿通してパターン面11の配線パターンにはんだ付け接続されている。
【００１１】
基板10は、例えば交流電力と直流電力との電力変換や直流電力と異なる電圧の直流電力との電力変換を行う基板であり、それら電力変換に用いられるＭＯＳＦＥＴなどの複数のスイッチング素子13が実装されている。スイッチング素子13は、動作時における発熱量が基板10に実装される他の部品よりも大きい発熱部品14である。なお、発熱部品14としては、スイッチング素子13以外に、他の半導体部品なども含まれる。
【００１２】
発熱部品14であるスイッチング素子13は、例えばＴＯ（Transistor Outline）パッケージである。スイッチング素子13は、半導体素子を収容したパッケージ部15、およびこのパッケージ部15から突設された複数のリード線16を備えている。パッケージ部15は、両側面の面積が最も広い主面17を有する直方体形状に形成され、この主面17が基板10の実装面12と平行状になるように実装されている。複数のリード線16は、パッケージ部15の主面17に隣接した一端面から突設されるとともに略直角に折曲され、実装面12側から基板10を挿通し、パターン面11の配線パターンにはんだ付け接続されている。
【００１３】
複数のスイッチング素子13は、基板10の下部側に実装され、パッケージ部15が基板10の下部よりも下方に突出するように配置されている。複数のスイッチング素子13のうちの２つずつを組とし、各組の２つのスイッチング素子13が所定の間隔をもって配置されている。
【００１４】
また、図１ないし図３において、20は放熱装置であり、この放熱装置20は、発熱部品14が発生する熱を放熱する。
【００１５】
放熱装置20は、ヒートシンク21、および固定部材22を備えている。ヒートシンク21は基板10と固定され、固定部材22はスイッチング素子13をヒートシンク21に熱的に接続する。
【００１６】
ヒートシンク21は、例えばアルミニウムなどの金属製であり、一体に形成されている。ヒートシンク21は、平板状のベース部23、このベース部23の一方の面から突設された複数のフィン24、ベース部23の他方の面から突設された突部25を備えている。ベース部23は、基板10の幅と略同じ幅に形成され、上部側が所定の絶縁距離を介して基板10に対向されている。フィン24は、上下方向に沿って設けられているとともに、幅方向に所定の間隔をあけて並設されている。突部25は、基板10に対向するベース部23の上部側よりも下部側、つまり基板10に対向しない下部側から突設されている。突部25と基板10との間にも所定の絶縁距離が設けられている。
【００１７】
ベース部23の他方の面で突部25よりも上側に複数のスペーサ26が取り付けられている。これらスペーサ26の先端に、基板10が当接されるとともに、基板10を挿通したねじ27が螺着され、基板10とヒートシンク21とが固定されている。
【００１８】
固定部材22は、例えばアルミニウムなどの金属製であり、一体に形成されている。固定部材22の表面には、熱放射性を向上させるためにアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。固定部材22は、幅方向に長い板状の当接部28、この当接部28の一方の面で中央領域を除く両端領域から突設された複数のフィン29、および両端領域のフィン29の間で当接部28に設けられた挿通孔30を有している。
【００１９】
当接部28は、各組の２つのスイッチング素子13に熱的に接続される。当接部28は、各スイッチング素子13のパッケージ部15の主面17に熱的に接続される。当接部28は、各組の２つのスイッチング素子13の外側間隔よりも幅広に形成されている。
【００２０】
フィン29は、上下方向に沿って設けられているとともに、幅方向に所定の間隔をあけて並設されている。フィン29は、各スイッチング素子13に熱的に接続される当接部28の両端領域に設けられている。
【００２１】
挿通孔30には、ねじ31が挿通される。ねじ31は、固定部材22を挿通してヒートシンク21に螺着され、ヒートシンク21と固定部材22との間にスイッチング素子13のパッケージ部15を所定の圧力で挟み込んで固定する。
【００２２】
なお、スイッチング素子13のパッケージ部15には、熱伝導性に優れた放熱キャップ32が被着されている。したがって、ヒートシンク21と固定部材22との間に、スイッチング素子13のパッケージ部15が放熱キャップ32を介して固定されている。
【００２３】
そして、基板10に設けられた回路の動作時、複数のスイッチング素子13が発熱する。これらスイッチング素子13が発生する熱は、主として、放熱キャップ32を介してヒートシンク21および固定部材22に伝達される。
【００２４】
ヒートシンク21に伝達された熱は、複数のフィン24から空気中に効率的に放熱される。
【００２５】
固定部材22は、スイッチング素子13をヒートシンク21に固定している他に、複数のフィン29が設けられた放熱構造を備えているため、フィン29での対流による熱容量および熱放射による放射熱伝熱量が向上し、固定部材22に伝達された熱が効率的に放熱される。
【００２６】
そのため、ヒートシンク21に加えて固定部材22からの放熱によって、スイッチング素子13の温度を効果的に低減することができる。
【００２７】
このように構成された第１の実施形態の放熱装置20では、スイッチング素子13をヒートシンク21に熱的に接続させるための固定部材22が複数のフィン29を備えているため、固定部材22からの放熱効果を期待でき、放熱装置20全体の放熱性を向上できる。
【００２８】
また、固定部材22の表面にはアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されているため、熱放射による放射熱伝熱量が向上し、固定部材22に伝達された熱を効率的に放熱できる。
【００２９】
なお、固定部材22は、１つのスイッチング素子13に１つずつ設けられていてもよいし、３つ以上のスイッチング素子13に１つ設けられてもよい。
【００３０】
次に、図４に第２の実施形態を示す。
【００３１】
ヒートシンク21の突部25には、各組のスイッチング素子13の幅方向両側位置に被嵌合部である溝部35が設けられている。溝部35は、上下方向に長いスリット状に設けられている。
【００３２】
固定部材22には、当接部28のフィン29が突設された一方の面とは反対側の他方の面で幅方向両端に、ヒートシンク21の各溝部35に嵌合する嵌合部36が突設されている。嵌合部36は、上下方向に長い板状に設けられている。
【００３３】
そして、組立時において、固定部材22の嵌合部36をヒートシンク21の溝部35に差し込んで嵌合した状態で、ねじ31を締め付ける。これにより、ねじ31と一緒に固定部材22が回動することがなく、組立操作性を向上できるとともに、スイッチング素子13と固定部材22との位置関係がずれることがなく、所望の放熱性を確実に維持できる。
【００３４】
次に、図５ないし図７に、第３の実施形態として、第１または第２の実施の形態の放熱装置20を用いた電気機器39を示す。電気機器39としては電力変換装置（パワーコンディショナ）40を示す。
【００３５】
電力変換装置40は、蓄電池モジュールを備えた蓄電池装置と組み合わせて、例えば住宅などに設置される蓄電システムに用いられる。そして、電力変換装置40は、例えば系統電源の電力を交流から直流に変換して蓄電池装置に蓄電し、必要時に蓄電池装置に蓄電した電力を直流から交流に変換して負荷へと供給するように構成されている。
【００３６】
電力変換装置40は、筐体41、この筐体41内に収納される電力変換部42、およびこの電力変換部42が有する発熱部品14が発生する熱を放熱する放熱装置20を備えている。
【００３７】
そして、筐体41は、主ケース45、この主ケース45の前面側に配置される前面カバー46、および主ケース45の背面側に配置される背面ケース47を備えている。
【００３８】
主ケース45は、背面部50、上面部51、下面部52、および左右の側面部53，54を有し、前面側が開口した箱状に形成されている。背面部50の中央領域には、左右方向に沿って横長の開口部55が形成されている。下面部52には、例えば系統電源および負荷が接続される分電盤や蓄電池装置などとの配線が挿通される図示しない配線部が設けられている。
【００３９】
前面カバー46は、主ケース45の前端に図示しないパッキングを介して取り付けられている。
【００４０】
背面ケース47は、背面部56、上面部57、下面部58、および左右の側面部59，60を有し、前面側が開口した箱状に形成されている。背面ケース47の前端側が主ケース45の背部側に固定されて一体化されている。左右の側面部59，60には、前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ複数の通気口61，62が形成されている。下面部58にも、前後方向に長いスリット状で左右方向に並んだ複数の通気口63が形成されている。そして、背面ケース47は、住宅の壁面に取り付けるための壁面取付部材としても機能する。
【００４１】
主ケース45と前面カバー46との間に第１の空間65が形成され、主ケース45と背面ケース47との間に第２の空間66が形成されている。これら第１の空間65と第２の空間66とは、主ケース45の背面部50が仕切板として機能して区画形成されている。
【００４２】
また、電力変換部42は、例えば系統電源の電力を交流から直流に変換して蓄電池装置に蓄電し、必要時に蓄電池装置に蓄電した電力を直流から交流に変換して負荷へと供給する電力変換部42の主回路である電力変換回路70を備えている。電力変換回路70は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ、および直流電力を交流電力に変換するインバータなどを備えている。これらコンバータおよびインバータは、電力変換を行う電界効果トランジスタなどの複数のスイッチング素子13や、変換する電力の脈流を平滑したり昇圧する複数のリアクトル72を備えている。これらスイッチング素子13およびリアクトル72は、電力変換回路70を構成する他の部品よりも発熱量が大きい発熱部品14である。
【００４３】
電力変換回路70は、交流電力の入出力を行う交流入出力基板、交流電力と直流電力の変換を行う電力変換基板、制御を行う制御基板などを含む複数の基板74を備えている。これら基板74は、複数の基板取付部材75によってそれぞれ支持され、筐体41の第１の空間65に配置されている。そして、電力変換回路70は筐体41の第１の空間65に配置されるが、複数のリアクトル72は筐体41の第２の空間66に配置されている。
【００４４】
複数の基板74のうち、電力変換を行う基板10には複数のスイッチング素子13が接続されている。複数のスイッチング素子13は、基板10の下縁から突出した状態に配置されている。基板10は、主ケース45の背面部50の開口部55の上側で背面部50に対向して配置されている。この基板10に接続されている複数のスイッチング素子13が背面部50の開口部55に対向する位置に配置されている。さらに、基板10と主ケース45の背面部50（基板取付部材75）との間には熱伝導性に優れた放熱シート76が介在されている。放熱シート76は、複数のスイッチング素子13が接続された接続箇所の近傍であって上側に配置されている。
【００４５】
また、放熱装置20は、筐体41の第２の空間66に配置されている。放熱装置20は、リアクトル72用の放熱ユニット80と、スイッチング素子13用の放熱ユニット81とを備えている。
【００４６】
放熱ユニット80は、通気路部材83、およびファン84を備えている。通気路部材83は、背面部85、上面部86および下面部87を有し、左右方向に長く、前面側および左右両端面側が開口されている。通気路部材83は、主ケース45の背面部50の背面側に左右方向に沿って取り付けられている。通気路部材83内には、左右方向に沿って通気路88が形成されている。この通気路88内に沿って複数のリアクトル72が配置されている。これらリアクトル72は、通気路部材83の背面部85に取り付けられ、主ケース45からは離反されている。
【００４７】
通気路部材83の左端面には、外部から空気を吸い込んで通気路88内に送風するファン84が配置されている。
【００４８】
通気路部材83の右端面には、例えば、前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ複数の排気口が形成されている。
【００４９】
通気路88の左端面のファン84は、背面ケース47の左側の側面部59に設けられている通気口61のうちの上部領域の通気口61に対向し、この上部領域の通気口61から外気を吸い込んで通気路88内に送風する。
【００５０】
通気路88の右端面の排気口は、背面ケース47の右側の側面部60に設けられている通気口62のうちの上部領域の通気口62に対向し、通気路88内から排気される空気を上部領域の通気口62から外部に排気する。
【００５１】
また、放熱ユニット81は、ヒートシンク21、通気路部材90およびファン91を備えている。
【００５２】
ヒートシンク21は、突部25が主ケース45の背面部50の開口部55に嵌合され、ベース部23が背面部50の背面側に固定されている。ヒートシンク21の突部25は、背面部50の開口部55から第１の空間65に突出され、複数のスイッチング素子13の背面側に対向配置されている。スイッチング素子13は、熱伝導性に優れた放熱キャップ32が装着され、ヒートシンク21にねじ31で締め付け固定される固定部材22によってヒートシンク21の突部25に圧接され、熱的に接続されている。したがって、発熱部品14である複数のスイッチング素子13に接続されたヒートシンク21が筐体41の第２の空間66に配置されている。
なお、電力変換装置40に用いるヒートシンク21については、複数のフィン29が、通気路部材90に沿って左右方向に沿って長く、上下方向に所定の間隔をあけて並設されている。
【００５３】
通気路部材90は、背面部92、上面部93、および下面部94を有し、左右方向に長く、前面側および左右両端面側が開口されている。通気路部材90は、主ケース45の背面部50の背面側に左右方向に沿って取り付けられている。通気路部材90内には、左右方向に沿って通気路95が形成されている。この通気路95内に、ヒートシンク21が配置されている。
【００５４】
通気路部材90の右端面には、外部から空気を吸い込んで通気路95内に送風するファン91が配置されている。
【００５５】
通気路部材90の左端面には、前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ複数の排気口96が形成されている。
【００５６】
通気路95の右端面のファン91は、背面ケース47の右側の側面部60に設けられている通気口62のうちの下部領域の通気口62に対向し、この下部領域の通気口62から外気を吸い込んで通気路95内に送風する。
【００５７】
通気路95の左端面の排気口96は、背面ケース47の左側の側面部59に設けられている通気口61のうちの下部領域の通気口61に対向し、通気路95内から排気される空気を下部領域の通気口61から外部に排気する。
【００５８】
そして、電力変換装置40の動作時、スイッチング素子13やリアクトル72が発生する熱を放熱装置20によって放熱する。
【００５９】
放熱装置20の放熱ユニット80のファン84が回転することにより、筐体41の外部の外気を背面ケース47の通気口61から吸気して通気路88内に送風し、通気路88内のリアクトル72を冷却する。リアクトル72との熱交換で暖められた空気は、通気路部材83の排気口および背面ケース47の通気口62を通じて筐体41の外部に排気する。
【００６０】
放熱装置20の放熱ユニット81のファン91が回転することにより、筐体41の外部の外気を背面ケース47の通気口62から吸気して通気路95内に送風し、通気路95内のヒートシンク21を冷却する。ヒートシンク21には、複数のスイッチング素子13が発生する熱が伝達されている。ヒートシンク21との熱交換で暖められた空気は、通気路部材90の排気口96および背面ケース47の通気口61を通じて筐体41の外部に排気する。
【００６１】
第２の空間66内の温度が上昇すると、自然対流によって、背面ケース47の両側面部59，60の通気口61，62から第２の空間66内の暖まった空気が排気されるとともに、背面ケース47の下面部58の通気口63から外気が第２の空間66に流入し、第２の空間66が冷却される。
【００６２】
そして、電力変換装置40では、筐体41の内部に第１の空間65と第２の空間66とを区画形成し、第１の空間65に電力変換回路70を配置し、第２の空間66に発熱部品14であるリアクトル72や、発熱部品14であるスイッチング素子13に熱的に接続されたヒートシンク21を配置しているため、発熱部品14から電力変換回路70の他の部品への熱的影響を低減することができる。
【００６３】
この電力変換装置40に用いられた放熱装置20では、通気路部材90の通気路95内にヒートシンク21を配置し、ファン91で通気路95内に送風することにより、ヒートシンク21による放熱性を向上できる。そのため、スイッチング素子13の温度を低減することができる。
【００６４】
なお、ファン84，91や通気路部材83，90などは用いず、発熱部品14であるリアクトル72や発熱部品14であるスイッチング素子13に熱的に接続されたヒートシンク21を第２の空間66に配置するだけで、発熱部品14から電力変換回路70の他の部品への熱的影響を低減することができる。
【００６５】
次に、図８および図９に、第４の実施形態として、第１または第２の実施の形態の放熱装置20を用いた蓄電池システム100を示す。
【００６６】
この蓄電池システム100は、上述した電力変換装置40の構成・機能および蓄電池装置の構成・機能を一体に備えるものである。なお、上述した電力変換装置40が備える構成と同じ構成については同じ符号を用いて、その構成・機能についての説明を省略する。
【００６７】
蓄電池システム100は、筐体101、この筐体101の下部領域に収納される複数の蓄電池モジュール102、筐体101の上部領域に収納される電力変換部42および放熱装置20を備える。
【００６８】
そして、筐体101は、前面部103、上面部104、底面部105、左右の側面部106，107、および背面部108を有し、底面部105の両端側に設置用の台座109が取り付けられている。右側の側面部107には、例えば系統電源および負荷が接続される分電盤などとの配線が挿通される配線挿通部110が設けられている。
【００６９】
筐体101内の上部領域には、前側に第１の空間65が形成されているとともに、後側に第２の空間66が形成されている。これら第１の空間65と第２の空間66とは区画部材113によって区画形成されている。
【００７０】
また、蓄電池モジュール102は、上下方向に長い直方体形状に形成された蓄電池本体115、およびこの蓄電池本体115の上部に設けられた端子台116などを備えている。蓄電池本体115には、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池が用いられている。そして、蓄電池モジュール102は、筐体101の下部領域に収納され、端子台116に接続される配線によって電力変換部42に電気的に接続されている。
【００７１】
また、電力変換部42および放熱装置20は、上述した電力変換装置40と同様の構成を有している。
【００７２】
すなわち、電力変換部42は、電力変換を行う電力変換回路70、この電力変換回路70に接続され電力変換に伴って発熱する発熱部品14であるスイッチング素子13およびリアクトル72などを備えている。電力変換回路70は第１の空間65に配置され、発熱部品14であるリアクトル72や発熱部品14であるスイッチング素子13に熱的に接続されたヒートシンク21は第２の空間66に配置される。
【００７３】
放熱装置20は、放熱ユニット80，81を備えている。そして、蓄電池システム100の動作時、スイッチング素子13やリアクトル72が発生する熱を放熱装置20によって放熱する。
【００７４】
そして、蓄電池システム100では、放熱装置20を備えるため、発熱部品14の温度上昇を抑制できる。
【００７５】
なお、電気機器39としては、電力変換装置40や蓄電池システム100に限らず、発熱部品14が発生する熱を放熱する放熱装置20を備える他の電気機器に適用できる。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
10    基板
14    発熱部品
20    放熱装置
21    ヒートシンク
22    固定部材
29    フィン
36    嵌合部
39    電気機器
【図１】
2019175890.tif 000003
【図２】
2019175890.tif 000004
【図３】
2019175890.tif 000005
【図４】
2019175890.tif 000006
【図５】
2019175890.tif 000007
【図６】
2019175890.tif 000008
【図７】
2019175890.tif 000009
【図８】
2019175890.tif 000010
【図９】
2019175890.tif 000011