(57)【要約】【課題】  筐体の内部の一部を密閉しながら、その部分に配置した物品を冷却する。【解決手段】  下室３８と上室４０とに仕切った複数の筐体２２を、その底壁２６に所定の隙間を空けて他の筐体２２の蓋２４が位置するように配置してある。筐体２２の下室３８にヒートシンク４４や変圧器４６を配置し、上室４０にプリント基板４８を配置してある。筐体２２において前壁２８の下室３８に対応する部位にファン５２を設け、各筐体２２において隣接する筐体２２の蓋２４に下室３８から空気を流出させるように空気流出口５６を底壁２６に形成してある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２の壁と、これら第１及び第２の壁の周縁間を連続的に繋ぐ周壁と、内部で前記第１の壁と前記第２の壁とを仕切る仕切り壁とを有し、前記第１の壁と前記周壁と前記仕切り壁とで形成された第１の部屋と、前記第２の壁と前記周壁と前記仕切り壁とで形成された第２の部屋との２つに仕切られた筐体を有し、
前記筺体の前記第１の部屋は、前記周壁の一部を外部と連通させた空気口と、前記空気口と対向する前記周壁に設けられたファンとからなる冷却流路を有し、
前記筺体の前記第２の部屋は、前記第２の壁と前記周壁と前記仕切り壁とからなる密閉空間をなし、
前記筺体の前記第１の部屋と、他の前記筺体の前記第２の部屋とを所定の隙間を空けて向かい合わせに配置することによって筐体群を構成し、  
前記筺体の前記冷却流路を流れる空気を流出させるように前記第１の部屋の前記第１の壁に空気流出口を形成した、
電気機器。
【請求項２】
請求項１記載の電気機器において、各前記空気流出口は前記冷却流路を流れる空気の方向と直交する方向に形成されている電気機器。
【請求項３】
請求項１記載の電気機器において、各前記空気流出口は前記冷却流路を流れる空気の方向に沿う方向に形成されている電気機器。
【請求項４】
請求項１記載の電気機器において、各前記空気流出口は前記冷却流路を流れる空気の方向に対して斜め方向に形成されている電気機器。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載の電気機器において、各前記空気流出口には、整風板が設けられている電気機器。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれか記載の電気機器において、各前記筐体の第１の部屋は、複数の部屋に仕切られ、前記複数の部屋ごとに前記ファンが設けられ、前記複数の部屋ごとに前記空気流出口が設けられた電気機器。
【請求項７】
請求項１乃至４いずれか記載の電気機器において、前記筐体群は、ラック内に収容され、前記筐体群の一方の端の前記筐体の近傍に空気導入口が形成され、前記筐体群の他方の端の前記筐体の近傍に空気導出口が形成された電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器に関し、特に、使用している部品の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器では、それに使用している部品を冷却する必要があることがある。このような冷却の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、発熱する回路モジュールを要冷却部品として筐体に配置してある。この回路モジュールは、粉塵の影響を除去するために、その上面がカバーで覆われ、下面は、筐体内に露出しているヒートシンクに取り付けられている。筐体の内部は２つの通風路に仕切られており、カバーで覆われた回路モジュールは一方の通風路に配置され、ヒートシンクは、他方の通風路に配置されている。２つの通風路に対応して２つの吸気口が筐体に設けられ、これら２つの吸気口と対向するように筐体に１つのファンが設けられ、ファンを駆動することによって２つの通風路にそれぞれ空気が流入し、カバーされた回路モジュールとヒートシンクとを冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、回路モジュールの上面側及びヒートシンクを設けた下面側の両面から回路モジュールを冷却することができるので、冷却性能を充分に確保できる上に、カバーで回路モジュールの上面を保護しているので、粉塵によって回路モジュールが損傷することも防止できる。しかし、筐体の内部を仕切って一方の部屋内を空気が流通しないように構成し、この部屋に回路モジュールを配置することによって粉塵の侵入を防止しようとする場合、特許文献１の技術を採用しようとすると、回路モジュールを配置した部屋の上下に第１及び第２の通風路を形成し、これら両方に空気を流通させる必要があり、結果として一回り大型になってしまい、その分、部品も増えるなど、コスト及び重量の増加を招く。
【０００５】
本発明は、筐体の内部の一部を空気が流通しないようにしながら、その部分に配置した物品を冷却可能とした電気機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の電気機器は、複数の筐体からなる筐体群を有している。各筐体は、対向する第１及び第２の壁を有し、これら第１及び第２の壁の周縁が周壁によって連続的に繋がれている。第１及び第２の壁は、種々の形状とすることができ、多角形または円形、楕円形等とすることができる。筐体の内部は仕切り壁によって第１の部屋と第２の部屋との２つ以上の部屋に仕切られている。第１及び第２の部屋の間に、他の単数または複数の部屋を形成することができる。前記第１の部屋と所定の隙間を空けて他の前記筐体の第２の部屋が位置するように各筐体は配置されている。各筐体は、上下方向に配置したり、横方向に配置したりして、筐体群を構成することができる。各前記筐体において第１の部屋の周壁の一部には外部と連通させる空気口と、各第１の部屋内に空気を送るように、前記空気口と対向する前記周壁にファンが設けられて、冷却流路を構成している。また、第２の部屋は第２の壁と前記周壁と前記仕切り壁とからなる密閉空間をなしている。これら第１、第２の部屋の両方又は何れかには、物品、例えば要冷却部品を配置することができる。要冷却部品としては、例えば電力半導体素子、変圧器、コイル及び制御用半導体素子がある。電力半導体素子、変圧器、コイルなどの発熱量の大きい部品は、ファンによって直接に冷却可能な第１の部屋に配置することが望ましく、制御用半導体素子のような発熱量は上記の電力用半導体素子等よりも少ないが冷却する必要のある部品は、第２の部屋に配置することが望ましい。前記筐体の前記冷却流路を流れる空気を流出させるように、前記第１の部屋の前記第１の壁に空気流出口が形成されている。
【０００７】
このように構成すると、各筐体のファンが動作することによって、第１の部屋内に空気が送り込まれ、第１の部屋内の物品が空冷される。また、第１の部屋に送り込まれた空気は、空気流出口を介して外部に流出し、隣接する筐体の第２の壁に沿って移動し、第２の部屋内の物品を冷却する。空気流出口の形状は細長い矩形状や楕円形状でもよく、その長手方向が、冷却流路の空気の流れに直交する方向や、流れに沿う方向、又は流れに対して斜め方向を向くように、空気流出口を配置することができる。複数の方向の空気流出口を組み合わせて形成することもできる。そのようにすると、冷却が必要な部品に向けて空気を集中させたり、乱流を発生させることで冷却効率を向上させることができる。
【０００８】
各前記空気流出口には、整風板を設けることができる。整風板は、第１の部屋内に設けて、速やかに空気を空気流出口から流出させるようにすることもできるし、空気流出口の外部に設けて、空気流出口から流出した空気を速やかに隣接する筐体の第２の壁に沿って移動させるようにすることもできるし、空気流出口の内外両方に設けることもできる。
【０００９】
各前記筐体の第１の部屋を、複数の部屋に仕切ることもできる。この場合、前記複数の部屋ごとに前記ファンが設けられ、前記複数の部屋ごとに前記空気流出口が設けられる。このように構成すると、第１の部屋内に仕切られた各部屋内の物品を冷却することができる上に、各部屋に設けた空気流出口から、隣接する筐体の第２の壁に空気を大量に供給することができ、効率的に隣接する筐体の第２の部屋内の物品を冷却することができる。
【００１０】
前記筐体群をラック内に収容することができる。この場合、前記筐体群の一方の端の前記筐体の近傍に空気導入口を形成し、前記筐体群の他方の端の前記筐体の近傍に空気導出口を形成する。このように構成すると、空気導入口から導入された空気が筐体群を通って空気導出口から導出されるので、筐体群の他方の端にあり、第２の壁が隣接する筐体の空気流出口からの空気によって冷却されない筐体の第２の部屋内の要冷却部品を冷却することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、空気が流通する部屋の物品を冷却するための構成に、ごく僅かな改良を加えるだけで、空気が流通しないように構成した密閉された部屋に収容した物品を、空気が流通する部屋に収容した部品も同様に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の電気機器の主要部の縦断面図である。
【図２】図１の電気機器の縦断側面図である。
【図３】図１の電気機器の横断平面図である。
【図４】図１の電気機器が設けられたラックの部分省略平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の電気機器の横断平面図である。
【図６】本発明の第１及び第２の実施形態の第１の変形例の部分拡大図である。
【図７】第１の実施形態の変形例の平面図である。
【図８】第２の実施形態の変形例の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施形態の電気機器は、例えば電源装置２であって、図２に示すようなラック４内に、複数、例えば４台が収容されている。ラック４は、縦長の概略直方体状に形成され、間隔をおいて上下方向に配置された上壁６と下壁８とを有している。図３に示すように、上壁６と下壁８とを繋ぐように側壁１０、１２が設けられている。ラック４の前面は開放され、後面に後壁１４が設けられている。後壁１４には、開口１６が形成されている。
【００１４】
側壁１０、１２には、図４に示すように予め定めた間隔、例えば後述する筐体の高さ寸法よりもわずかに大きい間隔を空けて、支持桟１８・・・、２０・・・、がそれぞれ４つずつ互いに対応するように配置されている。これら支持桟１８、２０の上に載って、図２に示すように各電源装置２の筐体２２がそれぞれ支持されている。４つの筐体２２によって筐体群が構成されている。支持桟１８、２０は、図２に示すように側壁１０、１２の前面側から後面側まで一直線上に伸びている。各筐体２２の間には、空気が流通可能な隙間がそれぞれ形成されて、一つの筺体２２とそれに隣接配置される他の筺体２２との間に、後述する通風路が構成されている。
【００１５】
図１に拡大して示すように、筐体２２は上部が開口された扁平な直方体状に熱伝導性が良好な材質、例えば金属によって形成されている。その開口を閉じる第２の壁、例えば矩形状の蓋２４が設けられている。筐体２２は、蓋２４と対向するように第１の壁、例えば矩形状の底壁２６を有している。底壁２６に対して直角に前壁２８、後壁３０及び側壁３２、３４（図３参照）が形成されている。前壁２８、後壁３０及び側壁３２、３４が底壁２６と蓋２４とを連続的に繋ぐ周壁を構成している。
【００１６】
筐体２２の内部は、仕切り壁３６によって第１及び第２の部屋、例えば下室３８と上室４０とに上下に仕切られている。仕切り壁３６は、その両端が前壁２８と後壁３０とに接し、その両側が側壁３２、３４に接し、底壁２６と平行に位置する矩形状で、第１の部屋と第２の部屋とを完全に仕切っている。
【００１７】
下室３８には、物品、例えば要冷却部品、具体的には電力半導体素子４２が搭載されたヒートシンク４４や変圧器４６やコイル（図示せず）が配置されている。上室４０には、上述した電力半導体素子４２を制御するための制御回路が設けられたプリント基板４８が配置されている。制御回路は、制御用半導体素子、例えばＣＰＵを有するものである。仕切板３６には、電力半導体素子４２をプリント基板４８に接続するための開口５０が形成されているが、この開口は取り付けられた電力半導体素子４２自身や電力半導体素子４２が固定されたヒートシンクなどの遮蔽材によって閉塞されており、上室４０は、筐体２２の外部から密閉されて、上室４０内部に粉塵等が入ることはなく、プリント基板４８上の制御回路は外部から保護された状態にある。
【００１８】
下室３８の前壁２８にはファン５２が設けられ、ファン５２と対向するように下室３８の後壁３０には空気口を構成する空気排出口５４が設けられて、冷却通路５３が形成されている。従って、ファン５２を作動させて、下室３８内に外気を流入させると、図１に矢印で示すようにその外気がヒートシンク４４や変圧器４６を冷却して空気排出口５４から排出される。
【００１９】
しかし、上室４０は密閉されているため、上室４０内のプリント基板４８上の制御回路を冷却することはできない。制御回路のＣＰＵ等が温度上昇によって正常に動作しないと、電源装置２も正常に動作しないため、製品の信頼性を増すためには上室４０も冷却できるのが好ましい。
【００２０】
そこで本実施形態では各筐体２２が上下方向に配列され、１つの筐体２２において外気が流通している下室３８に、他の筐体２２の上室４０が位置している点を利用して、プリント基板４８上の制御回路を冷却している。即ち、筺体２２の下室３８内のファン５２よりも幾分後壁３０側に寄った位置の底壁２６には、ファン５２と空気排出口５４からなる冷却流路５３を流れる空気の流れる方向に直交する方向に、空気流出口５６が形成されている。空気流出口５６は、例えば矩形の開口である。この空気流出口５６の後壁３０側の縁には、矩形の整風板５８が、ファン５２からの外気を空気流出口５６から外部により流出させるように、ファン５２側を向いて斜め上方に傾斜して配置されている。空気流出口５６と整風板５８とは、底壁２６を切り起こすことによって形成されている。従って、空気流出口５６と整風板５８との製造は容易に行える。なお、空気流出口の形状は矩形に限定されず、例えば楕円形でもよく、下室の底壁２６近傍に突出する部品等があれば、その部品を避けるように開口部を有する矩形とすることもできる。整風板５８は、底壁２６から切り起こすだけで形成できるため、どのような形状であっても容易に加工することができる。
【００２１】
このように筺体２２の底壁２６に空気流出口５６と整風板５８とを設けることによって、ファン５２によって下室３８の冷却流路５３に流入された外気の一部は、空気流出口５６から下方外部にも導出され、下に隣接する筐体２２の蓋２４に沿って図１に矢印で示すように後方に流れる。空気流出口５６から流出した空気が、この筺体２２の底壁２６と、その下に隣接する筐体２２の蓋２４との隙間に形成された通風路５７を通過して、上室４０を冷却する。そのため下に隣接する筺体２２の上室４０内のプリント基板４８上の制御回路が冷却される。なお、空気流出口５６から流出した空気が、後方に流れずに通風路５７の横から回り込んでラック４と筺体２２との横の空隙から前方へ流れることを防止するために、図２及び図３に示すように、前壁２８の両端には、ラック４の下壁８から上壁６まで直線状に、ラック４と筺体２２の両端の空隙を遮蔽する遮蔽板６０、６２が形成されている。
【００２２】
以上説明したように、この構成により、下段の筐体２２の上室は、それに隣接する上段の筐体の下室３８を冷却する空気によって冷却されるが、最上段にある筐体の上室４０内は冷却されない。そこで、図２に示すように、ラック４の上壁６と最上段の筐体２２との間には大きな空間を設定している。さらに、ラック４の側壁１０、１２における最上段の筐体２２の蓋２４の近傍には、多数の空気導出口６４が形成されている。また、側壁１０、１２における最下段の筐体２２の底壁２６の近傍には、多数の空気導入口６６が形成され、これら空気導入口６６から導入された空気が最上段の筐体２２に向かうように、図３及び図４に示すように、各支持桟１８、２０には、空気導通口６８、７０が形成されている。そして、ラック４内の空気の温度は外気温よりも高くなっているため、煙突効果によって、ラック４の下壁８側の空気導入口６６から取り込まれた空気は、支持桟１８、２０の空気導通口６８、７０を経由してラック４の上壁６側の空気導出口６４に上昇し、上壁６に当たって側壁１０、１２の上部の空気導出口６４から、外部に導出され、最上段の筺体２２の上室４０が冷却される。
【００２３】
本発明の第２の実施形態の電源装置２ａを図５に示す。第１の実施形態の電源装置２と同等部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。第２の実施形態の電源装置２ａは、下室３８が、複数、例えば２つの仕切板７２、７４によって、それぞれが複数、例えば３つの部屋７６、７８、８０に仕切られている。仕切板７２、７４は矩形状に形成され、前壁２８と後壁３０とにそれぞれの端が位置し、かつ上下の側縁が底壁２６と仕切り壁３６とに接し、前壁２８、後壁３０の幅方向にほぼ同じ形状の矩形状の３つの部屋に仕切られている。これら各部屋７６、７８、８０には、ヒートシンク、変圧器、コイル等の要冷却部品（図示せず）が配置されている。例えば部屋７６にはヒートシンク、部屋７８には変圧器、例えば部屋８０には、コイルのように主たる発熱部品が各部屋７６、７８、８０に個別に配置されている。各部屋７６、７８、８０に対応する前壁２８には、それぞれファン５２が配置され、各部屋７６、７８、８０に対応する後壁１４には、空気排出口５４がそれぞれ形成されており、各部屋に冷却流路５３がそれぞれ形成されている。また、各部屋７６、７８、８０に対応する底壁２６には、空気流出口５６と整風板５８とが、それぞれ形成されている。これらは下室３８の下壁２６に、冷却流路５３を流れる空気と直交する方向に一列に配置されている。
【００２４】
この電源装置２ａでは、各部屋７６、７８、８０内の要冷却部品をそれぞれ冷却することができる上に、空気流出口５６及び整風板５８を下室３８の幅方向に複数配置してあるので、空気の流出量が第１の実施形態の電源装置よりも多く、下方にある筐体２２の上室４０内の制御回路を効率的に冷却することができる。なお、本実施形態では、各部屋７６、７８、８０の空気流出口５６を一列に配置する例を示したが、各筺体の下に隣接する筺体の上室内に配置される部品の中で、最も冷却を要する場所に対応するよう、各部屋７６、７８、８０で空気流出口５６を、異なる位置に形成してもよい。
【００２５】
上記の両実施形態では、整風板５８を下室３８の内側のみに設けたが、図６に示すように下室３８の外部にある底壁２６に、隣接する筐体２２の後壁３０側に斜め下方を向くように整風板５８ａを追加することもできる。この場合、空気流出口５６から流出した空気をより良好に後方に送ることができる。また、整風板５８を除去して、外部の整風板５８ａのみを設けることもできる。或いは、整風板５８、５８ａを全く設けずに、空気流出口５６のみを形成することもできる。
【００２６】
また、上記の両実施形態では、ファン５２に対して１つの空気流出口５６を設けたが、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、１つのファンに対して複数の空気流出口５６を設けることもできる。この場合、複数の空気流出口５６は図７（ａ）のように、冷却流路５３を流れる空気の方向に直交する方向に設けることもできるし、図を省略するが冷却流路５３を流れる空気の方向と同じくそれに沿う方向に設けることもできる。
【００２７】
また、図７（ｂ）、（ｃ）のように、空気流出口５６を、冷却流路５３を流れる空気の方向に斜めに、例えばハの字状や逆ハの字状に形成してもよく、図を省略するが、冷却流路５３と流れる空気の方向に対して斜めに、複数同じ傾斜をもって並べて形成することもできる。このように空気流出口５６に角度をもたせることで、下に隣接する筐体２２の上室４０内において特に冷却したい要冷却部品が配置された位置に空気流出口５６からの空気が向くように空気流出口を配置することもできる。
【００２８】
図７（ｂ）及び（ｃ）では、複数の空気流出口５６を、冷却流路５３を流れる空気の方向に対して斜めに形成した例を示したが、同様に傾斜した空気流出口５６を第１の実施形態に適用し、一つの筺体２２に一つの傾斜した空気流出口５６を形成しても同様の効果がある。また、整風板５８、５８ａによって乱流を起こすように、整風板を設けることもできる。
【００２９】
また、１つの部屋、例えば第１の実施形態の場合、下室３８に対して複数のファンを設けることもできるし、第２の実施形態の場合、部屋７６、７８、８０の全て或いは所望のものに複数のファンを設けることもできる。これらの場合も、各ファンに対応して少なくとも１つの空気流出口５６を設けることが望ましい。
【００３０】
更に、第２の実施形態のように、複数の部屋に仕切られた下室３８を有する構成で、例えば図８に示すように、中央の空気流出口は冷却流路を流れる空気の流れに直交する方向に形成し、両側側の空気流出口は冷却流路を流れる空気の流れに対して斜めに形成することもできる。この場合にも、下に隣接する筺体の上室内の、特に冷却したい要冷却部品に対応する位置を効率よく冷却することができる。そして、各空気流出口に整風板を設けることで、スムーズに空気を下側に送り出すことができる。
【００３１】
上記の両実施形態では支持桟１８、２０を使用したが、空気流出口５６からの空気を下段の筐体２２の蓋２４側に流出させることが可能であれば他のものも使用可能である。例えばメッシュ状の棚板を支持桟１８、２０に代えて使用することもできる。また、これらの実施形態で説明した筺体２２の上下を入れ替えれば、下の筺体の上側から流出される空気が、上に隣接する筺体の下の面を冷却することもできる。
【００３２】
上記の両実施形態では、ラック４は縦長のものを使用したが、横長のラックを使用することもできる。その場合、各筐体２２は、縦長の状態で横長のラックの一方の側壁側から他方の側壁側に向かって一列に配置され、第1の実施形態で説明した筺体２２を横向きに配置したように、筐体２２内の下室３８、上室４０に相当する部屋は、ラックの両側壁に平行に配置された仕切板を配置することによって形成される。このようにして筺体２２から流出された空気で、横に隣接した筺体２２の側面を冷却でき、筺体２２のレイアウトは適宜変更して使用することが可能である。
【００３３】
上記の両実施形態では、筐体２２内の上室４０と下室３８とに仕切ったが、筐体２２内上下方向に３段以上に仕切ることもできる。その場合でも、下室３８に対応させてファンを設け、上室４０を外部と連通しないように構成することによって、本発明を実施できる。上記の両実施形態では、筐体２２は直方体状のものを使用したが、これに限ったものではなく、例えば扁平な円柱状や多角柱状に構成することもできる。なお、本実施形態では同じ構成の筺体２２を複数並べて配置した例を示したが、例えば一つの筺体２２の下に、別の構成の冷却を要する装置や部品を配置するなど、本発明の筺体２２を別の装置と組み合わせて使用することも可能である。
【００３４】
上記の両実施形態では、本発明を電源装置に実施したが、これに限ったものではなく、例えば溶接機、切断機、オーディオ用電力増幅器等に使用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
２  電源装置（電気機器）
２２  筐体
２４  蓋（第２の壁）
２６  底壁（第１の壁）
３８  下室（第１の部屋）
４０  上室（第２の部屋）
５２  ファン
５６  空気流出口
【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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