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Title:
POWER SUPPLY UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/157080
Kind Code:
A1
Abstract:
A power supply unit comprises a water-cooled heat sink to which a high heat generation electronic component, i.e., a power element, is fixed, and a board mounting a low heat generation electronic circuit component connected with the power element and on which the water-cooled heat sink is installed. In this power supply unit, a duct for air cooling the low heat generation electronic circuit component is formed of the water-cooled heat sink and the mounting board. At least two mounting boards on which the water-cooled heat sink is installed are provided and the duct is formed by arranging the two mounting boards so that the surfaces of the mounting boards on which the water-cooled heat sink is installed face each other.

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Inventors:
KURUSHIMA HIROSHI (JP)
MATSUBARA MASATO (JP)
KIDOKORO HITOSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/061666
Publication Date:
December 30, 2009
Filing Date:
June 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBISHI ELECTRIC CORP (JP)
KURUSHIMA HIROSHI (JP)
MATSUBARA MASATO (JP)
KIDOKORO HITOSHI (JP)
International Classes:
H02M1/00; H02M7/48; H05K7/20
Foreign References:
JPH0832262A1996-02-02
JPH0837387A1996-02-06
JPH08186388A1996-07-16
JPH01191917A1989-08-02
Attorney, Agent or Firm:
SAKAI, HIROAKI (JP)
Hiroaki Sakai (JP)
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Claims:
 高発熱電子部品であるパワー素子が取付けられた水冷ヒートシンクと、
 前記水冷ヒートシンクが設置されるとともに、前記パワー素子に接続される低発熱電子回路部品が実装された実装ボードと、
 を備え、前記水冷ヒートシンクと前記実装ボードとにより、前記低発熱電子回路部品を空冷するダクトを形成したことを特徴とする電源ユニット。
 前記水冷ヒートシンクは、前記実装ボードの略全長に亘る長さの四角梁状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電源ユニット。
 前記水冷ヒートシンクが設置された実装ボードを少なくとも2枚備え、夫々の実装ボードの水冷ヒートシンクが設置された面同士を対向させるようにして2枚の実装ボードを配置し、前記ダクトを形成したことを特徴とする請求項1に記載の電源ユニット。
 前記水冷ヒートシンクが設置された実装ボードを少なくとも2枚備え、夫々の実装ボードの水冷ヒートシンク同士を当接させるようにして2枚の実装ボードを配置し、前記ダクトを形成したことを特徴とする請求項1に記載の電源ユニット。
 前記ダクトを形成した実装ボードの外側に、前記パワー素子に接続される他の低発熱電子回路部品を実装した他の実装ボードを設置したことを特徴とする請求項1に記載の電源ユニット。
Description:
電源ユニット

 本発明は、工作機械や車両用の電源ユニ トに関するものである。

 近年、パワーMOSFET、サイリスタ等のパワ 素子の性能が著しく向上し、これに伴い、 れらのパワー素子を駆動する電子回路部品 発熱量も大きくなってきている。これら発 量の大きいパワー素子及び電子回路部品を 却するために、パワー素子に放熱フィンを 付けて空冷を行ない、特に発熱量が大きい ワー素子の場合は、水冷が行なわれている また、空冷による冷却効率を向上させるた に、送風ファンの冷却風を導くダクトが用 られている。

 例えば、工作機械や車両用の電源ユニッ においては、パワー素子のような高発熱電 部品と低発熱電子回路部品が実装ボードに 載され、空冷のみで冷却を行うことができ 、一つの電源ユニットで、水冷と空冷を併 することがある。

 従来、第1の実装ボードの一方の面に、水 冷を要する高発熱電子部品を平面状に実装し 、第1の実装ボードの他方の面に、空冷で足 る低発熱電子部品を実装した第2の実装ボー を、通風路を形成するように垂直に複数枚 装する構造とした情報処理装置の実装構造 ある(例えば、特許文献1参照)。

 また、第1の実装ボードの一方の面に、水 冷を要する高発熱電子部品を平面状に実装し 、第1の実装ボードの他方の面に、第2の実装 ードを、垂直に複数枚実装し、前記複数枚 第2の実装ボードの各々の一方の面に、空冷 で足りる低発熱電子部品を実装した第3の実 ボードを、通風路を形成するように垂直に 数枚実装する構造とした情報処理装置の実 構造がある(例えば、特許文献1参照)。

特開昭63-289999号公報

 しかしながら、上記従来の技術によれば 第1の実装ボードの一方の面に、水冷を要す る高発熱電子部品を平面状に実装し、第1の 装ボードの他方の面に、空冷で足りる低発 電子部品を実装した第2の実装ボードを、通 路を形成するように垂直に複数枚実装して る。そのため、第1の実装ボードと第2の実 ボードとを垂直に組合わせているので、装 の外形が大きくなってしまう、という問題 あった。

 本発明は、上記に鑑みてなされたもので って、装置の外形が小さく冷却効率のよい 源ユニットを得ることを目的とする。

 上述した課題を解決し、目的を達成する めに、本発明は、高発熱電子部品であるパ ー素子が取付けられた水冷ヒートシンクと 前記水冷ヒートシンクが設置されるととも 、前記パワー素子に接続される低発熱電子 路部品が実装された実装ボードと、を備え 前記水冷ヒートシンクと前記実装ボードと より、前記低発熱電子回路部品を空冷する クトを形成したことを特徴とする。

 この発明によれば、実装ボードより幅(高 さ)の小さい水冷ヒートシンクによりダクト 一壁面を構成したので、電源ユニットの外 が扁平なものとなり、電源ユニットの外形 小さなものにすることができる。また、パ ー素子は、水冷されるとともにダクト内で 冷されるので冷却効率のよい電源ユニット 得られる、という効果を奏する。

図1は、本発明にかかる電源ユニットの 実施の形態1を模式的に示す斜視図である。 図2は、実施の形態1の電源ユニットを 式的に示す正面図である。 図3は、実施の形態2の電源ユニットを 式的に示す正面図である。

符号の説明

 11 パワー素子(高発熱電子部品)
 12 給水パイプ
 12a ニップル
 13 送風ファン
 14,24 水冷ヒートシンク
 14a,24a 通水孔
 15 支柱
 16 実装ボード
 17 冷却風
 18 低発熱電子回路部品
 18b 他の低発熱電子回路部品
 19 他の実装ボード
 20,22 ダクト
 21 ユニット外枠
 21a 枠柱
 91,92 電源ユニット

 以下に、本発明にかかる電源ユニットの 施の形態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 されるものではない。

実施の形態1.
 図1は、本発明にかかる電源ユニットの実施 の形態1を模式的に示す斜視図であり、図2は 実施の形態1の電源ユニットを模式的に示す 正面図である。

 図1及び図2に示すように、実施の形態1の 源ユニット91は、高発熱電子部品である複 のパワー素子11(パワーMOSFET、サイリスタ、 ワーダイオード等)が両側に取付けられた水 ヒートシンク14と、水冷ヒートシンク14が設 置されるとともに、パワー素子11に接続され 低発熱電子回路部品18(パワーMOSFETのゲート 路部品及びゲート回路用の電源部品、複数 のパワー素子11を並列に接続する場合の分 用リアクトル等)が実装された矩形の実装ボ ド16と、を備え、水冷ヒートシンク14と実装 ボード16とにより、低発熱電子回路部品18を 冷するダクト20を形成している。

 通水孔14aが設けられた金属製の水冷ヒー シンク14は、実装ボード16の略全長に亘る長 さの四角梁状に形成されている。実施の形態 1の電源ユニット91は、3本の水冷ヒートシン 14が略平行に設置された実装ボード16を2枚備 え、夫々の実装ボード16の水冷ヒートシンク1 4が設置された面同士を対向させるようにし 2枚の実装ボード16をユニット外枠21内に配置 し、ダクト20を形成している。

 また、夫々の実装ボード16の水冷ヒート ンク14同士を当接させるようにして2枚の実 ボード16を配置し、ダクト20を形成している ダクト20を形成する実装ボード16の外側には 、パワー素子11に接続される他の低発熱電子 路部品18b(例えば、インターロック回路部品 等)を実装した他の実装ボード19を設置してい る。

 他の実装ボード19は、実装ボード16よりも 小さい矩形に形成され、ダクト20を形成する 装ボード16の外側に4本の支柱15を介して設 されている。実施の形態1の電源ユニット91 は、他の低発熱電子回路部品18bを実装した の実装ボード19を設置しているが、他の低発 熱電子回路部品18bを実装ボード16に実装する うにすれば、他の実装ボード19は、必ずし 必要ではない。

 2枚の実装ボード16は、冷水ヒートシンク1 4同士を当接させるようにして方形のユニッ 外枠21の4本の枠柱21aの中間部に四隅部を接 させている。ユニット外枠21の外形寸法は、 高さ約30cm、幅約50cm、奥行き約40cmである。実 装ボード16の一方の面に略平行に設置された3 本の四角梁状の水冷ヒートシンク14は、給水 イプ12及びニップル12aにより直列に接続さ て通水される。2枚の実装ボード16の合計6本 水冷ヒートシンク14を直列に接続して通水 てもよい。給水パイプ12は、ダクト20の通風 邪魔にならないように、ニップル12aを介し 半円状に湾曲させてダクト20の外側に配置 れている。

 実装ボード16の水冷ヒートシンク14が設置 された一方の面に低発熱電子回路部品18を実 し、低発熱電子回路部品18がダクト20の中に 配置されるようにし、電源ユニット91の正面 設置された送風ファン13により、ダクト20内 に送風された冷却風17により、低発熱電子回 部品18が効率よく冷却できるようにする。

 また、実装ボード16には、パワーMOSFET、 イリスタ、パワーダイオード等のパワー素 11の近くに実装すべき低発熱電子回路部品18 例えば、パワーMOSFETのゲート回路部品及び ート回路用の電源部品、複数個のパワー素 を並列に接続する場合の分流用リアクトル を実装しているので、回路のインピーダン やノイズ等を低減することができる。また 回路上、パワー素子11から離れて実装して 問題の無い他の低発熱電子回路部品18b、例 ば、インターロック回路等は、他の実装ボ ド19に実装している。

 以上説明した実施の形態1の電源ユニット 91によれば、高発熱電子部品11と低発熱電子 路部品18とを別ボードに実装する必要はない 。また、低発熱電子回路部品のうち、比較的 発熱量の大きなものをダクト20内に実装し、 較的発熱量の小さなものをダクト20外に実 することができ、冷却効率の向上、送風フ ン13の設置数を削減することができる。

 また、高発熱電子部品11が取付けられた 冷ヒートシンク14と低発熱電子回路部品18が 装された実装ボード16とにより、ダクト20を 形成したので、高発熱電子回路部品11は、水 されるとともに空冷され、高発熱電子回路 品11の冷却効率が向上している。

実施の形態2.
 図3は、実施の形態2の電源ユニットを模式 に示す正面図である。図3に示すように、実 の形態2の電源ユニット92は、高発熱電子部 である複数のパワー素子11が両側に2列に取 けられた高さの高い水冷ヒートシンク24と 水冷ヒートシンク24が設置されるとともに、 パワー素子11に接続される低発熱電子回路部 18が実装された矩形の実装ボード16と、を備 え、水冷ヒートシンク24と実装ボード16とに り、低発熱電子回路部品18を空冷するダクト 22を形成している。

 2本の通水孔24aが設けられた高さの高い金 属製の水冷ヒートシンク24は、実装ボード16 略全長に亘る長さの四角梁状に形成されて る。実施の形態2の電源ユニット92は、1本の 冷ヒートシンク24が設置された実装ボード16 を2枚備え、夫々の実装ボード16の水冷ヒート シンク24が設置された面同士を対向させるよ にして2枚の実装ボード16をユニット外枠21 に配置し、ダクト22を形成している。

 また、一方の実装ボード16に設置された 冷ヒートシンク24の端面を他方の実装ボード 16に当接させるようにして2枚の実装ボード16 配置し、ダクト22を形成している。ダクト22 を形成する実装ボード16の外側には、パワー 子11に接続される他の低発熱電子回路部品18 bを実装した他の実装ボード19を設置している 。

 他の実装ボード19は、実装ボード16よりも 小さい矩形に形成され、ダクト22を形成する 装ボード16の外側に4本の支柱15を介して設 されている。2枚の実装ボード16は、夫々設 された冷水ヒートシンク24の端面を他方の実 装ボード16に当接させるようにして方形のユ ット外枠21の4本の枠柱21aの中間部に四隅部 接続させている。

 高さの高い四角梁状の水冷ヒートシンク2 4には、2本の通水孔24aが設けられていて、2本 の通水孔24aは、後側で図示しないパイプによ り連通され、図3の下側の通水孔24aに給水さ 、図3の上側の通水孔24aを通して排水される

 実装ボード16の水冷ヒートシンク24が設置 された一方の面に低発熱電子回路部品18を実 し、低発熱電子回路部品18がダクト22の中に 配置されるようにし、電源ユニット92の正面 設置された送風ファン13により、ダクト22内 に送風された冷却風により、低発熱電子回路 部品18が効率よく冷却できるようにする。

 また、実施の形態1の電源ユニット91と同 に、実装ボード16には、回路のインピーダ スやノイズ等の問題から、パワーMOSFET、サ リスタ、パワーダイオード等のパワー素子11 の近くに実装すべき低発熱電子回路部品18、 えば、パワーMOSFETのゲート回路部品及びゲ ト回路用の電源部品、複数個のパワー素子 並列に接続する場合の分流用リアクトル等 実装し、回路上、パワー素子11から離れて 装しても問題の無い他の低発熱電子回路部 18b、例えば、インターロック回路等は、他 実装ボード19に実装してもよい。また、実施 の形態2の電源ユニット92は、2枚の実装ボー 16と、2本の水冷ヒートシンク24とにより、ダ クト22を形成しているが、2枚の実装ボード16 一方を、例えば、電源ユニット92の筐体等 別部材で構成してもよい。

 以上説明した実施の形態2の電源ユニット 92においても、実施の形態1の電源ユニット91 同様の効果が得られる。

 以上のように、本発明にかかる電源ユニ トは、特に、レーザー発振器の電源盤用の 源ユニットに適している。