JP7655768B2 - 電装品モジュール及び空気調和機 - Google Patents

Description

本開示は、電装品モジュール及び空気調和機に関する。

空気調和機の室外ユニットに設けられる電装品モジュールには、空気調和機を制御する基板が含まれている。このような電装品モジュールでは、基板が、板金部品の裏側などの狭く限られたスペースを利用して設けられる場合があり、この場合、その基板上の発熱部品を冷却する方法が問題となる。電装品モジュールに含まれる発熱部品の冷却方法としては、空冷方式及び冷媒冷却方式が知られている。特許文献１に示された室外ユニットの電装品モジュールでは、基板に設けられたパワー素子（発熱部品）を冷媒冷却方式により冷却している。

特開２０１１－０３３３４０号公報

しかしながら、発熱部品の冷却方法として冷媒冷却方式を採用した場合、電装品モジュールの周囲に冷媒配管を引き回すスペースが必要になり、室外ユニットの大型化を招くという問題や、冷媒配管を延長するコストがかかるという問題がある。このため、電装品モジュールにおいて、板金部品の裏側などの狭く限られたスペースに設けられた基板上の発熱部品を、空冷方式で効率よく冷却することができる新たな技術が求められている。

本開示は、基板上の発熱部品を、空冷方式で効率よく冷却することを目的とする。

（１）本開示の電装品モジュールは、
金属板と、前記金属板の第１面に配置された第１制御基板と、前記金属板の前記第１面とは反対側の第２面に配置された第２制御基板と、前記第２制御基板上に搭載された発熱部品と、前記発熱部品から生じる熱を放熱するヒートシンクと、を備え、
前記発熱部品及び前記ヒートシンクが、前記第２面と前記第２制御基板との間に配置されており、
前記金属板と前記発熱部品とが、前記ヒートシンクを介して熱的に接続されている。

以上のような構成では、金属板の第２面に配置された第２制御基板上の発熱部品を、ヒートシンクと金属板とで冷却することができ、ヒートシンクの大型化を抑制しつつ、発熱部品を十分に冷却することができる。これにより、電装品モジュールにおいて、板金部品の裏側などの狭く限られたスペースに設けられた第２制御基板上の発熱部品を、空冷方式で効率よく冷却することができる。

（２）好ましくは、前記ヒートシンクが、前記発熱部品と接触する第１部分と、前記第２面と前記第２制御基板との間において、前記第２面に沿って前記第１部分から延びる第２部分と、を有する。
この構成によれば、金属板と第２制御基板との間の限られたスペースを利用して、ヒートシンクを拡大することができるとともに、発熱部品を十分に冷却することが可能な能力を有するヒートシンクを設けることができる。

（３）好ましくは、前記第２面の法線方向からみて、前記ヒートシンクの前記発熱部品からはみ出す部分の面積が、前記第２面の法線方向からみた前記発熱部品の面積以上である。
この構成によれば、金属板と第２制御基板との間の限られたスペースに配置したヒートシンクについて、発熱部品を十分に冷却することが可能となる表面積を確保することができる。

（４）好ましくは、前記第２部分が、フィンを有する。
この構成によれば、金属板と第２制御基板との間の限られたスペースに配置したヒートシンクについて、より大きな表面積を確保することができる。

（５）本開示の空気調和機は、何れかの前記電装品モジュールを有する。
この構成によれば、空気調和機における狭く限られたスペースに、第２制御基板等を含む電装品モジュールを配置した場合であっても、第２制御基板上の発熱部品を空冷方式で冷却することができる。

本開示の電装品モジュールの第１面側を示した斜視図である。 本開示の電装品モジュールの第２面側を示した斜視図である。 第２制御基板、発熱素子及びヒートシンクの周囲を示した斜視図である。 図２のＸ－Ｘ線における断面図である。 電装品モジュールの構造を模式的に示した断面模式図である。 電装品モジュールにおける発熱素子からの熱の流れを示した断面模式図である。 発熱素子及びヒートシンクを第２制御基板を取り外した状態で第２面の法線方向から見た模式図である。 本開示の空気調和機を概略的に示した模式図である。 室外機における電装品モジュールの配置を概略的に示した模式図である。 機械室における電装品モジュールの配置を概略的に示した部分模式図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。

［電装品モジュール１０の全体構成］
図１は、電装品モジュールの第１面を示した斜視図であり、図２は、電装品モジュールの第２面を示した斜視図である。図１及び図２に示す電装品モジュール１０は、本開示の電装品モジュールの一実施形態である。図１及び図２に示すように、電装品モジュール１０は、保持部材２０と、端子台３０と、第１制御基板４０と、第２制御基板５０と、を備えている。

保持部材２０は、金属板の適所に穴あけ加工を施すとともに、所定の形状になるように折り曲げ加工を施した部材（板金部品）である。保持部材２０は、矩形状の主面部２１と、この主面部２１の側端部を折り曲げた部位である側面部２２とを有する。主面部２１は、第１面２１ａと第２面２１ｂとを有する。本実施形態の保持部材２０では、主面部２１の表面を第１面２１ａとし、裏面を第２面２１ｂとしている。

図１に示すように、端子台３０は、主面部２１の第１面２１ａに配置されている。端子台３０は、複数の端子接続部３１を有する。本開示の電装品モジュール１０は、ユーザが端子台３０に容易にアクセスできるように、第１面２１ａ側を表側とした姿勢で対象装置に搭載される。

図２に示すように、主面部２１は、その略中央において第２面２１ｂ側へ向けて台状に突出された（第１面２１ａ側を凹ませた）部位である台状部２１ｃを有する。台状部２１ｃは、第２面２１ｂに第２制御基板５０を取り付けるための部位である。

［第１制御基板４０及び第２制御基板５０について］
図１に示すように、電装品モジュール１０において、第１制御基板４０は、主面部２１の第１面２１ａ側に配設されている。電装品モジュール１０を第１面２１ａ側からみた場合、台状部２１ｃ（図２参照）の裏側の凹みは第１制御基板４０によって覆われて外部から視認できなくなっている。第１制御基板４０の表面４１には、コンデンサ等の素子６１を含む電装品６０が複数実装されている。

図３は、第２制御基板、発熱素子及びヒートシンクの周囲を示した斜視図である。図２及び図３に示すように、電装品モジュール１０において、第２制御基板５０は、主面部２１の第２面２１ｂ側に配設され、台状部２１ｃに取り付けられている。主面部２１の第２面２１ｂ及び第２制御基板５０の表面５１には、コンデンサ等の素子６１を含む電装品６０が複数実装されている。

図１～図３に示すように、第１制御基板４０及び第２制御基板５０は、互いに平行となるように保持部材２０に配設されている。言い換えると、主面部２１を間に挟んで、第１制御基板４０の裏面（表面４１の反対側の面）と第２制御基板５０の裏面５２とが、互いに平行となる状態で対向している。

［発熱素子６２の配置について］
図３に示すように、第２制御基板５０の裏面５２には、発熱素子６２が実装されている。発熱素子６２は、冷却を必要とする程度の発熱が生じる電装品６０（発熱部品）であり、リード６３を介して第２制御基板５０に実装されている。リード６３の脚長は、発熱素子６２が第２制御基板５０の裏面５２から離間した位置に配置される長さとなっている。電装品モジュール１０において、発熱素子６２は、台状部２１ｃ（保持部材２０）と第２制御基板５０との間の狭く限られたスペースに配置されている。第２制御基板５０に設けられる発熱素子６２は、例えば圧縮機制御用インバータ、ファンモータ制御用モジュール等である。

［ヒートシンク７０について］
図４は、図２におけるＸ－Ｘ線の断面図であり、第２制御基板５０及びヒートシンク７０の周囲の構造を示している。説明の便宜上、図４では、保持部材２０の第１面２１ａ側に配置されている各部材（端子台３０及び第１制御基板４０）の図示を省略している。図５Ａは、第２制御基板５０及びヒートシンク７０の周囲の構造を示す断面模式図である。図３、図４及び図５Ａに示すように、電装品モジュール１０では、第２制御基板５０に実装された発熱素子６２と対面する位置に、ヒートシンク７０が配置されている。

ヒートシンク７０は、保持部材２０及び発熱素子６２に比べて熱伝導性の高い材質（例えばアルミニウム等）で構成された部材である。ヒートシンク７０は、外部から吸収した熱をヒートシンク７０自身の表面から放熱する。図５Ａに示すように、電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０と台状部２１ｃ（保持部材２０）との間及びヒートシンク７０と発熱素子６２との間に絶縁シート８０を配置している。

絶縁シート８０は、放熱成分を含むシート状のゴム製部材であり、保持部材２０及びヒートシンク７０と発熱素子６２との間の電気絶縁性を確保するとともに、保持部材２０及びヒートシンク７０と発熱素子６２との間の熱伝導性を確保することができる。本実施形態の絶縁シート８０は、放熱成分として水酸化アルミニウムを含むゴム製シート（厚さ０．３ｍｍ程度）である。なお、密着性の観点からいえば、ヒートシンク７０と発熱素子６２との間には、絶縁シート８０の代わりにシリコングリスを充填してもよい。

図２～図４、及び図５Ａに示すように、ヒートシンク７０は、全体として略板状で板厚方向からみて長方形の形態を有する部材であり、第１部分７１と第２部分７２とを有する。本説明では、板厚方向からみたヒートシンク７０を長手方向について２つの領域に分け、一方を第１部分７１と称し、他方を第２部分７２と称する。ヒートシンク７０は、板厚方向からみた第２部分７２の面積が第１部分７１の面積に比べて大きい。

第１部分７１は、ヒートシンク７０を発熱素子６２及び台状部２１ｃ（保持部材２０）に対して固定するための部位であるとともに、ヒートシンク７０を発熱素子６２及び保持部材２０に対して熱的に接続するための部位である。第２部分７２は、第１部分７１において吸収した熱を放熱するための部位である。第２部分７２は、フィン７３を有している。なお、本実施形態では、ヒートシンク７０がフィン７３を有している場合を例示しているが、電装品モジュール１０におけるヒートシンク７０は、フィンを有していなくてもよい。

図４に示すように、ヒートシンク７０は、第１部分７１において、発熱素子６２を固定するためのビス孔７４が形成されている。発熱素子６２は、当該発熱素子６２に形成されている切欠き部６４にビス５３を挿通するとともに、当該ビス５３をビス孔７４に螺合することで、第１部分７１に固定される。これにより、発熱素子６２が、絶縁シート８０を介して第１部分７１と熱的に接続される。

ヒートシンク７０の第１部分７１及び第２部分７２には、複数のビス孔７５が形成されている。台状部２１ｃのヒートシンク７０のビス孔７５に対応する位置には、ビス７６を挿通するための孔部２１ｄが形成されている。ヒートシンク７０は、台状部２１ｃの孔部２１ｄに第１面２１ａ側からビス７６を挿通するとともに、当該ビス７６をビス孔７５に螺合することによって、台状部２１ｃに固定される。これにより、第１部分７１及び第２部分７２が、絶縁シート８０を介して台状部２１ｃ（保持部材２０）に固定される。

以上のように、電装品モジュール１０では、台状部２１ｃ（保持部材２０）に対して絶縁シート８０を介してヒートシンク７０を固定することによって、ヒートシンク７０と保持部材２０とを熱的に接続している。電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０に対して絶縁シート８０を介して発熱素子６２を固定することによって、ヒートシンク７０と発熱素子６２とを熱的に接続している。言い換えると、電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０及び絶縁シート８０を介して、発熱素子６２と保持部材２０とを熱的に接続している。これにより、電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０は、発熱素子６２から吸収した熱を保持部材２０に伝達する。

図４及び図５Ａに示すように、電装品モジュール１０では、保持部材２０に対して第２制御基板５０及びヒートシンク７０が組付けられた状態において、第２部分７２は、第２面２１ｂと第２制御基板５０との間において、第２面２１ｂに沿って第１部分７１から延びて形成されている。電装品モジュール１０では、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースを利用して、ヒートシンク７０を拡大している。これにより、電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０について、発熱素子６２を十分に冷却することが可能な放熱能力を確保することができる。

図６には、発熱素子６２及びヒートシンク７０を第２制御基板５０を取り外した状態で第２面２１ｂの法線方向からみた状態を示している。図６に示すように、電装品モジュール１０では、第２面２１ｂの法線方向からみて、発熱素子６２からはみ出す部分（図５中で点線で囲った部分）のヒートシンク７０の面積Ａ１が、第２面２１ｂの法線方向からみた発熱素子６２（対角線を記載している範囲）の面積Ａ２以上である。このため、電装品モジュール１０では、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースに配置されたヒートシンク７０について、発熱素子６２を十分に冷却することが可能となる表面積を確保することができる。

図４、図５Ａ及び図６に示すように、ヒートシンク７０は、第２部分７２においてフィン７３を有している。ヒートシンク７０は、第２部分７２にフィン７３を有することで、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースにおいて、ヒートシンク７０（第２部分７２）の表面積をより大きくすることができる。なお、本実施形態では、板状の形態を有するフィン７３を例示しているが、第２部分７２に設けるフィン７３の形態はこれに限定されず、例えば、複数の棒状部材からなる針山状のフィンや、蛇腹状のフィン等であってもよい。なお、上述した通り、第２部分７２（ヒートシンク７０）は、フィンを有していなくてもよい。

［発熱素子６２からの放熱の状況について］
図５Ｂは、電装品モジュール１０において発熱素子６２から生じた熱の流れを模式的に示している。図５Ｂに示すように、電装品モジュール１０では、発熱素子６２で生じた熱が、絶縁シート８０を介してヒートシンク７０の第１部分７１に伝達される。第１部分７１に伝達された熱は、一部が第２部分７２及び保持部材２０に伝達されるとともに、その他が第１部分７１から放熱される。第１部分７１から第２部分７２に伝達された熱は、第２部分７２及びフィン７３から放熱される。第１部分７１から絶縁シート８０を介して保持部材２０に伝達された熱は、保持部材２０（主面部２１及び側面部２２）から放熱される。

電装品モジュール１０では、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースに配置された発熱素子６２で生じた熱を、ヒートシンク７０及び保持部材２０によって、効率よく放熱することができる。このため、本開示の電装品モジュール１０によれば、第２制御基板５０上に実装された発熱素子６２を、空冷方式で効率よく冷却することができる。

［空気調和機９０について］
図７には、本開示の空気調和機９０の概略的な構成を示している。図７に示す空気調和機９０は、本開示の空気調和機の一実施形態である。図７に示すように、空気調和機９０は、室内機と室外機とに分離されたセパレートタイプであり、室内機９１、室外機９２、及び冷媒配管９３を備えている。空気調和機９０は、圧縮機、熱交換器、膨張弁等を含む冷媒回路により蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、部屋Ｒの室内空間Ｓ１の空気の温度を調整する。

室内機９１は、室内空間Ｓ１に配置されている。室内機９１は、室内空間Ｓ１の空気を取り込み、その空気と冷媒との間で熱交換を行い、温度調整された調和空気を再び室内空間Ｓ１に吹き出すことによって、室内空間Ｓ１の温度を所望に調整する。

室外機９２は、室外空間Ｓ２に配置されている。空気調和機９０は、室外機９２において、上述した電装品モジュール１０を備えている。

図８Ａは、室外機９２の内部を上方から見た概略的な平面図である。室外機９２は、筐体９４を備えている。筐体９４は、直方体形状に形成され、平面視で矩形状に形成されている。筐体９４の内部は、区画壁９５によって機械室Ｓ３と、熱交換室Ｓ４とに区画されている。

室外機９２は、筐体９４の機械室Ｓ３に、電装品モジュール１０が配置されている。室外機９２は、電装品モジュール１０の各制御基板４０、５０（図１及び図２参照）によって、当該室外機９２に搭載された各機器が制御される。機械室Ｓ３には、電装品モジュール１０の他、圧縮機９６や、その他図示しない四路切換弁、アキュームレータ、オイルセパレータ、膨張弁等が収容される。

筐体９４の熱交換室Ｓ４には、熱交換器９７及びプロペラファン９８等が収容されている。熱交換器９７は、一対のヘッダ９７ａ，９７ｂと、板状の面が平行になるように並設されたフィン群９７ｃと、その並設方向にフィン群９７ｃを貫通する伝熱管９７ｄとを備えている。熱交換器９７の伝熱管９７ｄ内には、冷媒回路を循環する冷媒が流れる。熱交換器９７は、配管（図示せず）を介して機械室Ｓ３内の圧縮機９６と接続される。なお、本実施形態では、プロペラファン９８による風の吹き出し方向を前面側とする室外機９２に電装品モジュール１０を設けた場合を例示しているが、電装品モジュール１０を設ける室外機９２の形態はこれに限定されない。電装品モジュール１０は、例えば、プロペラファンによる風の吹き出し方向を上側とする室外機に設けてもよい。

図８Ｂは、前面側の筐体を外した状態で機械室Ｓ３内を前面側から見た概略的な部分模式図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、室外機９２は、筐体９４の機械室Ｓ３内に支持部材９９を有する。支持部材９９は、機械室Ｓ３内において電装品モジュール１０を支持するための部材であり、基板取付部９９ａと基部９９ｂとを有する。支持部材９９は、金属板をＬ字状にプレス加工して得られる部材であり、基板取付部９９ａ及び基部９９ｂが一体に形成されている。支持部材９９は、基板取付部９９ａが前面側を向く姿勢で、例えばビス等の図示しない締結部材を用いて、基部９９ｂが区画壁９５に固定されている。電装品モジュール１０は、ビス等の図示しない締結部材を用いて、基板取付部９９ａに対して固定され、機械室Ｓ３内に配置される。電装品モジュール１０は、ユーザが筐体９４の一部を取り外すことで容易にアクセス可能な位置（本実施形態では機械室Ｓ３の前面側）に配置される。なお、空気調和機９０では、室外機９２の機械室Ｓ３内に箱状のケーシング（図示せず）をさらに設け、当該ケーシング内に電装品モジュール１０を収容する構成としてもよい。また、電装品モジュール１０は、直接区画壁９５に固定されていてもよい。

以上に説明した通り、本開示の空気調和機９０は、室外機９２において電装品モジュール１０を有している。このような構成によれば、室外機９２における機械室Ｓ３内の狭く限られたスペースに、第２制御基板５０等を含む電装品モジュール１０を配置した場合であっても、第２制御基板５０上の発熱素子６２を空冷方式で冷却することができる。なお、本実施形態では、電装品モジュール１０を室外機９２に設けた空気調和機９０を例示しているが、本開示の空気調和機は、電装品モジュール１０を室内機９１に設けてもよい。

［実施形態の作用効果］
上述した電装品モジュール１０は、金属板である保持部材２０と、保持部材２０の第１面２１ａに配置された第１制御基板４０と、保持部材２０の第１面２１ａとは反対側の第２面２１ｂに配置された第２制御基板５０と、第２制御基板５０上に搭載された発熱素子６２と、発熱素子６２から生じる熱を放熱するヒートシンク７０と、を備えている。電装品モジュール１０では、発熱素子６２及びヒートシンク７０が、第２面２１ｂと第２制御基板５０との間に配置されており、保持部材２０と発熱素子６２とが、ヒートシンク７０を介して熱的に接続されている。

以上のような構成では、保持部材２０の第２面２１ｂに配置された第２制御基板５０上の発熱素子６２を、ヒートシンク７０と保持部材２０とで冷却することができる。これにより、ヒートシンク７０の大型化を抑制しつつ、発熱素子６２を十分に冷却することができる。これにより、電装品モジュール１０において、保持部材２０の第２面２１ｂなどの狭く限られたスペースに設けられた第２制御基板５０上の発熱素子６２を、空冷方式で効率よく冷却することができる。

上述した電装品モジュール１０では、ヒートシンク７０が、発熱素子６２と接触する第１部分７１と、第２面２１ｂと第２制御基板５０との間において、第２面２１ｂに沿って第１部分７１から延びる第２部分７２と、を有している。
このような構成によれば、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースを利用して、ヒートシンク７０を拡大し、発熱素子６２を十分に冷却することが可能な能力を有するヒートシンク７０を設けることができる。

上述した電装品モジュール１０では、第２面２１ｂの法線方向からみて、ヒートシンク７０の発熱素子６２からはみ出す部分の面積Ａ１が、第２面２１ｂの法線方向からみた発熱素子６２の面積Ａ２以上である。
このような構成によれば、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースに配置したヒートシンク７０について、発熱素子６２を十分に冷却することが可能となる表面積を確保することができる。

上述した電装品モジュール１０では、第２部分７２が、フィン７３を有する。
このような構成によれば、保持部材２０と第２制御基板５０との間の限られたスペースに配置したヒートシンク７０について、より大きな表面積を確保することができる。

以上に説明した通り、本開示の空気調和機９０は、電装品モジュール１０を有している。このような構成によれば、空気調和機９０において、第２制御基板５０等を含む電装品モジュール１０を室外機９２の狭く限られたスペースに配置した場合であっても、第２制御基板５０上の発熱素子６２を空冷方式で冷却することができる。

なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ：電装品モジュール
２０ ：保持部材（金属板）
２１ａ ：第１面
２１ｂ ：第２面
４０ ：第１制御基板
５０ ：第２制御基板
６２ ：発熱素子（発熱部品）
７０ ：ヒートシンク
７１ ：第１部分
７２ ：第２部分
７３ ：フィン
９０ ：空気調和機
Ａ１ ：（ヒートシンクの発熱部品からはみ出す部分の）面積
Ａ２ ：（発熱部品の）面積

Claims (3)

1. 金属板（２０）と、
   前記金属板（２０）の所定の面（２１ｂ）に配置された制御基板（５０）と、
   前記制御基板（５０）上に搭載された発熱部品（６２）と、
   前記発熱部品（６２）から生じる熱を放熱する空冷式のヒートシンク（７０）と、を備え、
   前記ヒートシンク（７０）が、
   前記発熱部品（６２）と接触する第１部分（７１）と、
   前記金属板（２０）と前記制御基板（５０）との間において、前記金属板（２０）に沿って前記第１部分（７１）から延び、前記金属板（２０）に向かう側とは反対側に延びるフィン（７３）を有する第２部分（７２）と、を有し、
   前記発熱部品（６２）及び前記ヒートシンク（７０）が、前記金属板（２０）と前記制御基板（５０）との間に配置されており、
   前記金属板（２０）と前記発熱部品（６２）とが、前記ヒートシンク（７０）を介して熱的に接続され、前記発熱部品（６２）で発生した熱を前記ヒートシンク（７０）の前記第２部分（７２）から放熱する、電装品モジュール（１０）。
2. 前記金属板（２０）の所定の面（２１ｂ）の法線方向からみて、前記ヒートシンク（７０）の前記発熱部品（６２）からはみ出す部分の面積（Ａ１）が、前記金属板（２０）の所定の面（２１ｂ）の法線方向からみた前記発熱部品（６２）の面積（Ａ２）以上である、請求項１に記載の電装品モジュール（１０）。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電装品モジュール（１０）を有する空気調和機（９０）。
   

Images