JP2019102485A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に搭載された発熱部品から発せられる熱を簡単な構成で安定して放熱し得る電子装置を提供する。【解決手段】表面に発熱素子１が実装されたプリント基板２と、熱伝導性を備え、プリント基板を収容する密閉型の筐体５とを備えた電子装置において、プリント基板２に設けられた貫通孔３と、筐体５のプリント基板の裏面に対向する面に設けられた凸部６と、を備え、凸部６は貫通孔３を介して発熱素子１に熱的に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、多数の電子部品を搭載した基板を筐体内に収容した電子装置に関するものである。

一般家庭用の太陽光発電システムは、太陽光パネルで発電された直流電力がパワーコンディショナで商用交流電力に変換され、家庭内の交流負荷あるいは商用電力系統に供給される。

具体的には、太陽光パネルの発電電力はＰＶコンバータで昇圧され、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従）制御を行い、インバータで商用交流電力に変換される。そして、インバータから交流負荷あるいは商用電力系統に商用交流電力が供給される。

パワーコンディショナは、屋外設置を前提としたものであれば、雨水や異物が侵入することを防ぐために、密閉された筐体内に、ＰＶコンバータを構成する多数の電子部品が搭載されたＰＶコンバータ基板と、インバータを構成する多数の電子部品が搭載されたインバータ基板等が収容される。

ＰＶコンバータ基板には、直流電圧を昇圧するためのリアクトル及びスイッチング素子が搭載され、インバータ基板には直流電力を交流電力に変換するためのリアクトル及びスイッチング素子が搭載される。

そして、これらの素子では発熱量が大きくなるため、特にリアクトルの大きな発熱量を筐体外に効率的に放熱することが必要となっている。特に、上述した密閉型のパワーコンディショナでは、冷却用ファンを用いて熱を筺体外に排出することができないので、発熱素子から発せられる熱を効率的にヒートシンク等の放熱器に伝熱させて放熱することが必要である。

基板に搭載されたリアクトルから発せられる熱を放熱する構造として、特許文献１が知られている。

特許第５７６２５０８号公報

特許文献１に開示されたリアクトルの放熱構造では、基板に搭載されたリアクトルから発せられる熱を放熱するために、リアクトルをケースに収容し、そのケースの天面、側面あるいは底面のいずれかをグリースを介して冷却器に接触させている。従って、リアクトルを収容するケースが必要となるため、部品点数が増大するとともに、リアクトルの設置スペースも増大する。

また、リアクトルは一般的に端子付き部品であるため、通常は他の表面実装型の部品をリフロー工程により半田付けした後に、リアクトルをフロー工程にて半田付けすることになる。従って、ケースを備えたリアクトルの場合、フロー工程を一度にするために、予めケースにリアクトルを収納しておく必要があり、フロー工程の前の段階でグリースの塗布量を適切に制御する必要が出てくる等、制約条件が増えるという問題があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は基板に搭載された発熱部品から発せられる熱を簡単な構成で安定して放熱し得る電子装置を提供することにある。

上記課題を解決する電子装置は、表面に発熱素子が実装されたプリント基板と、
熱伝導性を備え、前記プリント基板を収容する密閉型の筐体とを備えた電子装置において、前記プリント基板に設けられた貫通孔と、前記筐体の前記プリント基板の裏面に対向する面に設けられた凸部と、を備え、前記凸部は前記貫通孔を介して前記発熱素子に熱的に接続される。

この構成により、発熱素子から発せられる熱は、凸部を介して筐体に放熱される。
また、上記の電子装置において、前記発熱素子はトロイダルコイルであり、前記トロイダルコイルのコイル中心を前記貫通孔及び前記凸部の中心に位置させることが好ましい。

この構成により、貫通孔内で、トロイダルコイルと凸部が周方向に均等となるように熱的に接続される。
また、上記の電子装置において、前記凸部を前記筐体に一体に形成することが好ましい。

この構成により、凸部に放熱された熱が筐体に安定して放熱される。
また、上記の電子装置において、前記トロイダルコイルと前記凸部との間に設けられた放熱シートをさらに備えることが好ましい。

この構成により、トロイダルコイルと凸部とが安定して熱的に接続される。
また、上記の電子装置において、前記トロイダルコイルと前記プリント基板との間に設けられたコイル台座をさらに備えることが好ましい。

この構成により、トロイダルコイルとプリント基板との間の絶縁が確保される。
また、上記の電子装置において、前記凸部は、前記筐体の底辺の一部を削り出して形成することが好ましい。

この構成により、凸部が筐体に一体に形成される。
また、上記の電子装置において、前記凸部は、前記筐体の底辺の一部を絞り加工して形成することが好ましい。

この構成により、凸部が筐体に一体に形成される。
また、上記の電子装置において、前記筐体の外面に放熱フィンを備えることが好ましい。

この構成により、筐体に放熱された熱が、放熱フィンから筐体外へ放熱される。

本発明の電子装置によれば、基板に搭載された発熱部品から発せられる熱を簡単な構成で安定して放熱することができる。

一実施形態のトロイダルコイルの放熱構造を示す断面図。 プリント基板に取付けたトロイダルコイルを示す平面図。 凸部の別例を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１及び図２は、一般家庭用の太陽光発電システムを構成するパワーコンディショナの四角箱状の密閉型筐体内に収容されるインバータ基板の一部を示す。

トロイダルコイル１は、ＰＶコンバータ、あるいはＰＶコンバータで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、またはその両方を構成する部品としてプリント基板２に搭載される。

プリント基板２には、トロイダルコイル１の搭載位置に円形の貫通孔３が形成されている。貫通孔３の直径は、トロイダルコイル１の外径より僅かに小さい径で形成されている。そして、コイルを構成する導線の両端が貫通孔３の周囲でプリント基板２に挿通されて、半田付けされている。そして、トロイダルコイル１はそのコイル中心が貫通孔３の中心と略一致するようにプリント基板２に搭載されている。なお、トロイダルコイル１のコイル中心と貫通孔３の中心は必ずしも一致させる必要はなく、トロイダルコイル１の導線の両端が貫通孔３の周囲でプリント基板２に挿通可能で、トロイダルコイル１が貫通孔３に対向する位置であればよい。

また、トロイダルコイル１とプリント基板２との間には、環状のコイル台座４が介在されている。コイル台座４は、絶縁性を備えた合成樹脂の板材で形成され、半田付け部分以外でのトロイダルコイル１のコイル導体とプリント基板２との間の絶縁を確保し、かつプリント基板２に対するトロイダルコイル１の取付高さを規定する機能を備えている。

トロイダルコイル１及びその他の素子を搭載したプリント基板２は、筐体５内であらかじめ設定された取付位置に固定される。筐体５は、熱伝導性に優れた金属で四角箱状に形成されるとともに、筐体５内にプリント基板２が取付けられた状態で、貫通孔３に対向する位置に円柱状の凸部６が形成されている。

凸部６は、所定位置に取り付けられたプリント基板２に対し、貫通孔３内まで突出する高さ及び直径で形成されている。具体的には、凸部６は貫通孔３内のプリント基板２の厚さ方向中間部まで突出する高さで形成され、トロイダルコイル１のコイル導体に対向する直径で形成されている。また、凸部６の上面には放熱シート７が取着されている。放熱シート７は、熱伝導性に優れた例えばシリコーン系の材料でトロイダルコイル１のコイル導体に密着する柔軟性を備えたシートである。

そして、筐体５にプリント基板２を取り付けると、トロイダルコイル１のコイル導体と凸部６との間で放熱シート７が挟まれて、熱的に接続されるようになっている。
凸部６は、筐体５の一部を削り出して形成されている。従って、凸部６は筐体５と一体に形成されて、凸部６から筐体５への安定した熱伝導性が確保されている。また、図３に示すように、筐体５の一部に絞り加工を施して凸部６を形成してもよい。

そして、凸部６は、プリント基板２を筐体５に取付けたとき、凸部６の径方向の中心がトロイダルコイル１のコイル中心に一致するように形成されている。
筐体５の底辺の下面には放熱フィン８が形成されて、トロイダルコイル１及びその他の発熱素子から筐体５に放熱された熱を筐体５外に放熱するようになっている。

次に、上記のように筐体５内でプリント基板２に搭載されたトロイダルコイル１の作用を説明する。
プリント基板２を筐体５内に設置するには、あらかじめプリント基板２の表面にトロイダルコイル１及び他の素子を実装し、プリント基板２の裏面でトロイダルコイル１及び他の素子を配線パターンに半田付けする。トロイダルコイル１以外の部品のうち、表面実装型部品は先にリフロー工程による半田付けを行い、その後にトロイダルコイル１を含む端子付き部品をフロー工程により半田付けを行う。また、筐体５の底辺に凸部６をあらかじめ形成し、凸部６の上面に放熱シート７を設置する。

次いで、筐体５内の所定位置でプリント基板２を固定すると、凸部６は貫通孔３の厚さ方向中間部まで突出する状態となり、トロイダルコイル１のプリント基板２側が放熱シート７を介して凸部６に熱的に接続される。

そして、インバータの制御基板、ＰＶコンバータ基板及びその制御基板等を筐体５内に取付け、天板を取付けて筐体５を密閉すると、密閉型パワーコンディショナが形成される。

このように構成されたパワーコンディショナでは、トロイダルコイル１が発熱すると、その熱は凸部６から筐体５に放熱され、放熱フィン８から筐体５外へ放熱される。従って、トロイダルコイル１から発せられる熱が効率的に放熱される。

上記のようなトロイダルコイル１の取付構造では、次に示す効果を得ることができる。
（１）トロイダルコイル１で発せられた熱を、プリント基板２の貫通孔３内に突出された凸部６を経て筐体５に放熱することができる。従って、トロイダルコイル１をプリント基板２に対して半田付けした後、プリント基板２を筺体５に取付ける作業と同時に凸部６によって放熱フィン８への放熱経路を形成することができる。

（２）凸部６は、筐体５の底辺部を形成する部材からの削り出し、あるいは絞り加工により筐体５の底辺部と一体に形成される。従って、トロイダルコイル１と筐体５とを熱的に接続する部材を別途用意する必要がないので、部品点数の増大を抑制することができる。

（３）トロイダルコイル１と凸部６との間で放熱シート７を挟んでいるので、放熱シート７をトロイダルコイル１及び凸部６に密着させることができる。従って、トロイダルコイル１から発せられる熱を、放熱シート7を介して凸部６に安定して放熱することができる。

（４）筐体５の底辺からの凸部６の高さと、筐体５にプリント基板２を取付けるリブの高さと、コイル台座４の厚さを管理することにより、プリント基板２に実装されたトロイダルコイル１と凸部６の上面との間隔を容易に管理することができる。従って、トロイダルコイル１を実装したプリント基板２を筐体５内に設置すれば、トロイダルコイル１と凸部６との間で放熱シート７を安定して挟着することができるとともに、放熱シート７の厚さの選定も容易となる。

（５）トロイダルコイル１の上面側には、筐体５と熱的に接続するための放熱部材を設ける必要がないので、トロイダルコイル１を実装したプリント基板２の低背化を図ることができる。従って、四角箱状の筐体５の低背化を図ることができる。

（６）スイッチング素子等の他の発熱素子から発せられる熱を筐体５外に放熱するために筐体５の下面に設けられた放熱フィン８を利用して、トロイダルコイル１から発せられる熱を筐体５外へ放熱することができる。従って、新たな放熱フィンを設けることなく、トロイダルコイル１から発せられる熱を放熱フィン８から筐体５外へ放熱することができる。

（７）トロイダルコイル１のコイル中心と貫通孔３及び凸部６の中心を一致させることにより、トロイダルコイル１と凸部６の位置ずれによる放熱効果の低下を防止することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・トロイダルコイル以外の発熱素子、例えばスイッチングトランジスタ、ＣＰＵ、バッテリー等から発せられる熱を放熱する放熱構造として使用してもよい。

・筐体を、熱伝導性を備えた合成樹脂で形成してもよい。
・凸部は、筐体と別体の台座を筐体の底辺上に設けてもよい。

１…発熱素子（トロイダルコイル）、２…プリント基板、３…貫通孔、４…コイル台座、５…筐体、６…凸部、７…放熱シート、８…放熱フィン。

Claims (8)

1. 表面に発熱素子が実装されたプリント基板と、
   熱伝導性を備え、前記プリント基板を収容する密閉型の筐体と
   を備えた電子装置において、
   前記プリント基板に設けられた貫通孔と、
   前記筐体の前記プリント基板の裏面に対向する面に設けられた凸部と、を備え
   前記凸部は前記貫通孔を介して前記発熱素子に熱的に接続される、電子装置。
2. 請求項１に記載の電子装置において、
   前記発熱素子はトロイダルコイルであり、前記トロイダルコイルのコイル中心を前記貫通孔及び前記凸部の中心に位置させた、電子装置。
3. 請求項２に記載の電子装置において、
   前記凸部を前記筐体に一体に形成した、電子装置。
4. 請求項３に記載の電子装置において、
   前記トロイダルコイルと前記凸部との間に設けられた放熱シートをさらに備える、電子装置。
5. 請求項３又は４に記載の電子装置において、
   前記トロイダルコイルと前記プリント基板との間に設けられたコイル台座をさらに備える、電子装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子装置において、
   前記凸部は、前記筐体の一部を削り出して形成した、電子装置。
7. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子装置において、
   前記凸部は、前記筐体の一部を絞り加工して形成した、電子装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子装置において、
   前記筐体の外面に放熱フィンを備えた、電子装置。