冷却装置
【課題】 冷却性能や配置レイアウトの自由度を向上させることができる冷却装置を提供する。
【解決手段】ケース４１と、ケース４１内に送風する外部送風手段たる外部ファン４３と、内部送風手段たる冷却ファン３３と放熱手段である放熱器３２とを組合わせてなる冷却モジュール３１とを備え、外部ファン４３と冷却モジュール３１により発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう。ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を受けて高温になる放熱器３２に冷却ファン３３が組み込まれ、その放熱器３２を強制冷却することから、外部ファン４３からの送風で放熱器を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化できる。
【解決手段】ケース４１と、ケース４１内に送風する外部送風手段たる外部ファン４３と、内部送風手段たる冷却ファン３３と放熱手段である放熱器３２とを組合わせてなる冷却モジュール３１とを備え、外部ファン４３と冷却モジュール３１により発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう。ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を受けて高温になる放熱器３２に冷却ファン３３が組み込まれ、その放熱器３２を強制冷却することから、外部ファン４３からの送風で放熱器を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風手段を有する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷却装置として、例えば特許文献１や特許文献２には、回転する送風手段とケーシングとを備えたものが開示されている。
【０００３】
また、別な特許文献３には、発熱体と放熱手段をケース内に配置し、外部送風手段からの送風で冷却を行なうものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−１６７９１号公報
【特許文献２】特開２００１−３９００号公報
【特許文献３】特開２００６−７８５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成において、冷却装置を必要とする製品では高性能化が求められており、冷却装置における冷却性能の向上や低騒音化が必須なものとなっている。
【０００６】
また従来構造では、理想的な位置に放熱手段を配置することができず、放熱効率が悪くなって、発熱体や放熱手段の配置レイアウトを何度も変更する不具合があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、冷却性能や配置レイアウトの自由度を向上させることができる冷却装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の冷却装置では、発熱体からの熱を受ける放熱手段に内部送風手段が組み込まれ、その放熱手段を冷却することから、外部送風手段からの送風で放熱手段を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱手段の配置レイアウトに、より多くの自由度を持たせることができる。
【０００９】
請求項２の冷却装置では、風路をダクトによって形成することで、外部送風手段からの送風を冷却モジュールに導き、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００１０】
請求項３の冷却装置では、熱伝達部材によって発熱体からの熱を冷却モジュールに導くことができるため、発熱体の配置レイアウトに左右されることなく、発熱体を効果的に放熱させることが可能になる。
【００１１】
請求項４の冷却装置では、冷却モジュールを前記発熱体の冷却に用いることで、外部送風手段からの送風路に対して、放熱手段の配置の影響を受けにくくすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、冷却性能や配置レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の構成によれば、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００１４】
請求項３の構成によれば、発熱体を効果的に放熱させることが可能になる。
【００１５】
請求項４の構成によれば、放熱手段の配置の影響を受けにくくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例における冷却装置の全体斜視図である。
【図２】同上、正面図である。
【図３】同上、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施例と従来例との風量−静圧特性を示すグラフである。
【図５】本実施例と従来例との最大風量−騒音特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例を示す誘導加熱装置の回路図である。
【図７】同上、冷却モジュールとその周辺の平面図である。
【図８】同上、冷却モジュールとその周辺の側面図である。
【図９】同上、冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【図１０】同上、別な例を示す冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【図１１】同上、さらに別な例を示す冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明における冷却装置の好ましい実施例を説明する。図１及び図２は、冷却装置としての角形軸流ファンモータ１の外観構成を示すもので、２は回転するファン、３はファンモータ１の外郭をなす略角形のケーシングである。ファン２は周知のように、カップ状をなすロータ４の周囲に何れも同一形状をなす複数枚のブレード５を備えて構成され、ここでは図示しないが、ファン２の中心にあるシャフトが、ケーシング３に設けられた軸受に軸支される。そして、ロータ４の内周面に取付けられたマグネット（図示せず）と、後述する駆動源たるモータ部６との電磁作用により、前記シャフトを中心としてファン２が回転するようになっている。
【００１８】
ここで図３を参照しながら、前記ファン２やケーシング３の構造をさらに詳しく説明する。ファン２のブレード５は、ロータ４の外周面より軸流路１６の内面に向けて延設するブレード本体５Ａと、このブレード本体５Ａの一側において、当該ブレード本体５Ａよりもさらに外周方向に延設する舌片状のオーバーラップ部５Ｂとにより形成される。
【００１９】
ケーシング３は、その外周をなす枠状の外ケース部１１と、前記軸受を保持する中央部１２とを、連結部であるスポーク１３によって結合した構造を有している。また外ケース部１１の一側には、吸込側ベルマウス１４が形成されると共に、外ケース部１１の他側には、吐出側ベルマウス１５が形成される。吸込側ベルマウス１４は、前記ファン２の回転に伴い周辺の空気をケーシング３内に吸込む吸込口１４Ａを有すると共に、その吸込口１４Ａに向けてテーパー状に広がる傾斜面１４Ｂとを有する。また吐出側ベルマウス１５は、吸込口１４Ａからファン２を通過した空気を、ケーシング３の外部に吐き出す吐出口１５Ａを有すると共に、その吐出口１５Ａに向けてテーパー状に広がる傾斜面１５Ｂを有する。
【００２０】
吸込口１４Ａを含めた吸込側ベルマウス１４と、吐出口１５Ａを含めた吐出側ベルマウス１５は、回転するファン２の軸方向に沿って配置され、これらの吸込側ベルマウス１４と吐出側ベルマウス１５との間に位置して、ケーシング３内にはファン２を回動可能に収納する円筒状の軸流路１６が形成される。軸流路１６の内径寸法は、吸込側ベルマウス１４に傾斜面１４Ｂが設けられている関係で、吸込口１４Ａの内径寸法よりも狭く、また吐出側ベルマウス１５に傾斜面１５Ｂが設けられている関係で、吐出口１５Ａの内径寸法よりも狭く形成される。
【００２１】
本実施例で注目すべき点は、ブレード５の外周部に相当するオーバーラップ部５Ｂが、吸込側ベルマウス１４にオーバーラップしていること、及び軸流路１６の内面を基準として、この軸流路１６の内面に対する吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂの角度αが、40°±10°に形成されていることである。
【００２２】
より具体的に説明すると、ブレード５のオーバーラップ部５Ｂは、軸流路１６の内面に連なる吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂ基端よりも外方に位置して、いわば双方が重なり合うようにオーバーラップしている。また、ブレード本体５Ａの外端は軸流路１６の内面に非接触で近接対向する一方で、オーバーラップ部５Ｂの外端は、吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂに非接触で近接対向するように配置される。この吸込側ベルマウス１４に重なり合うオーバーラップ部５Ｂを設けたことにより、ファン２の回転時において、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから傾斜面１４Ｂに沿って吸込まれる空気が、吸込口１４Ａの縁部で回り込むのを防止でき、吸込側ベルマウス１４から軸流路１６側に空気を円滑に導くことが可能になる。
【００２３】
また、吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂは、その軸方向の拡がり角度αが40°±10°に形成される。これは様々な角度αで実験した結果から、静圧や騒音に関して好ましい特性が得られた範囲である。なお、実験結果の詳細については後ほど説明する。
【００２４】
次に、上記構成についてその作用を説明する。モータ部６への通電によって、シャフトを中心にファン２が回転すると、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから吸込んだ空気を、軸流路１６から吐出側ベルマウス１５の吐出口１５Ａに吐出するような空気の流れが形成される。ここで、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから吸込まれる空気は、傾斜面１４Ｂに近接対向するブレード５のオーバーラップ部５Ｂによって、吸込口１４Ａの縁部で回り込むことなく、そこから所定の角度α（＝40°±10°）を有する傾斜面１４Ｂに沿って、高静圧及び低騒音を維持しながら、乱流を発生することなく所望の風量で速やかに軸流路１６側に掻き込まれる。そしてこの空気は、軸流路１６から吐出側ベルマウス１５の傾斜面１５Ｂに沿って、最終的には吐出口１５Ａからケーシング３の外部に吐き出されることになるため、冷却装置として高風量，高静圧化及び低騒音化を実現することが可能になる。
【００２５】
次に、本実施例と従来例における冷却装置の特性比較を、図４及び図５のグラフを参照しながら説明する。これらの各図において、従来例の冷却装置は、上述したようなオーバーラップ部５Ｂがブレード５に形成されてはおらず、また傾斜面１４Ｂの角度αは30°未満に形成される。図４に示すように、本実施例の冷却装置は従来例の冷却装置よりも優れた風量−静圧特性を有しており、同一風量であればより高静圧で、また同一静圧であればより高風量であることがわかる。また図５に示すように、本実施例の冷却装置は従来例の冷却装置よりも優れた最大風量−騒音を有しており、同一最大風量であればより低騒音であることがわかる。
【００２６】
以上のように本実施例では、回転する送風手段としてのファン２と、ケーシング３とを備えた冷却装置において、ケーシング３に形成したベルマウスたる吸込側ベルマウス１４の吸込側外周を40°±10°の角度αで形成し、このファン２の外周であるオーバーラップ部５を吸込側ベルマウス１４にオーバーラップさせている。
【００２７】
このように、吸込側ベルマウス１４の吸込側外周である傾斜面１４Ｂを40°±10°の角度αで形成することで、それ以外の角度αで吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂを形成するよりも優れた静圧および騒音特性を得ることができる。また、ファン２の外周であるオーバーラップ部５Ｂを吸込側ベルマウス１４にオーバーラップさせることで、傾斜面１４Ｂを有するベルマウス形状に沿って斜め方向に吸込まれる空気が、吸込口１４Ａの縁部で回り込んで、乱流が発生するのを防止し、騒音悪化や風量低下を防ぐことができる。その結果、高風量，高静圧化及び低騒音化を実現した冷却装置を提供できる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施例について、図６〜図１１を参照しながら説明する。先ず、本実施例で提案する冷却装置の冷却対象として、誘導加熱装置の回路構成を図６に基づき説明する。同図において、２１は交流電源、２２は整流器たるダイオードスタック、２３，２４は平滑回路を形成するチョークコイルと平滑コンデンサ、２５は誘導加熱コイル、２６は誘導加熱コイル２５と共にＬＣ共振回路を形成する共振コンデンサ、２７はスイッチング素子に相当するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。ここでは、誘導加熱を制御するのに制御基板（図示せず）に取り付けられたダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が、発熱部品としての発熱体に相当する。
【００２９】
ダイオードスタック２２は、交流電源２１からの電源電圧を全波整流して直流に変換し、その直流電圧をチョークコイル２３と平滑コンデンサ２４で平滑する。そして、この平滑した直流電圧からＩＧＢＴ２７をスイッチングすることで生成した高周波電流を、誘導加熱コイル２５と共振コンデンサとの並列共振回路に流すことで、誘導加熱コイル２５に近接する図示しない負荷を誘導加熱する構成となっている。なお、図６に示す誘導加熱装置の構成はあくまでも一例であり、ＩＧＢＴ２７以外のスイッチング素子を用いてもよいなど、種々の変更が可能である。
【００３０】
次に、本実施例における冷却装置の特徴を、図７以降に順次説明する。冷却モジュール３１とその周辺の構成を示す図７及び図８において、前記誘導加熱装置を構成するダイオードスタック２２とＩＧＢＴ２７は、発熱体として放熱器３２に直接取付けられる。放熱器３２は熱伝導性の良好な例えばアルミニウムなどの金属材料で形成され、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱が速やかに伝達するように設けられている。また、放熱器３２には、例えば前記図１で示すような構造の冷却装置としての冷却ファン３３が組み込まれ、放熱器３２を強制空冷する。これらの放熱器３２と冷却ファン３３とにより、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう冷却モジュール３１が構成される。
【００３１】
図７や図８には、冷却ファン３３の送風方向が矢印で示されている。冷却ファン３３は空気を吸込むための吸込口３３Ａと、空気を吐き出すための吐出口３３Ｂが、内蔵するファン（図示せず）の回転軸方向に沿って配置され、放熱器３２の一側面に吐出口３３Ｂが設けられる。放熱器３２の他側面には、前記ダイオードスタック２２およびＩＧＢＴ２７が熱的に接続しており、これらのダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７から放熱器３２に伝達した熱が、冷却ファン３３の吐出口３３Ｂから吐き出される空気と効果的に熱交換されるようになっている。
【００３２】
図９は、本実施例の冷却装置を誘導加熱装置に組み込んだ状態を示している。同図において、４１は矩形箱状のケース、４２はケース４１内に配置され、誘導加熱装置を搭載した基板すなわちプリント基板であり、ここではプリント基板４２の一側寄りに、前記冷却モジュール３１と共にダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が配設される。また、前記冷却ファン３３とは別の外部ファン４３がケース４１の一側に設けられ、ケース４１の周辺にある空気をケース４１内に導入するようになっている。
【００３３】
図９には、外部ファン４３の送風方向が矢印で示されている。外部ファン４３は空気を吸込むための吸込口４３Ａと、空気を吐き出すための吐出口４３Ｂが、内蔵するファン（図示せず）の回転軸方向に沿って配置され、吐出口４３Ｂがケース４１の外面に設けられる。これにより、吸込口４３Ａから吸込まれた空気が、外部ファン４３を通過して吐出口４３Ｂからケース４１内部の冷却モジュール３１に向けて送り出され、そこで冷却ファン３３によって放熱器３２に向けて強制的に送風されるようになっている。
【００３４】
図９に示す実施例では、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が発熱するのに伴い、ケース４１内の放熱器３２の温度が上昇するが、高温になる放熱器３２に組み込んだ冷却ファン３３のファンが回転駆動して、当該放熱器３２を強制空冷することで、従来のような外部ファン４３からの送風だけで放熱器３２を冷却する構造に比べて、発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７に対する冷却性能の向上を図ることが可能になり、またそうした冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化できる。
【００３５】
さらに、放熱器３２に冷却ファン３３を組み込んだ冷却モジュール３１を、誘導加熱装置の発熱部品の冷却用に用いることで、外部ファン４３からの送風路に対して、放熱器３２の配置レイアウトの影響を受けにくくすることができる。そのため放熱器３２や、ダイオードスタック２２及びＩＧＢＴ２７を、プリント基板４２上に自由に配置することができる。
【００３６】
またここでは、ケース４１の内部において、外部ファン４３からの送風方向に冷却モジュール３１を配置し、外部ファン４３から送り出された空気を、冷却ファン３３の吸込口３３Ａからそのまま取り込んで、吐出口３３Ｂから放熱器３２に当てるようにしているため、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７を効率よく冷却できる。
【００３７】
このように本実施例では、ケース４１と、ケース４１内に送風する外部送風手段たる外部ファン４３と、内部送風手段たる冷却ファン３３と放熱手段である放熱器３２とを組合わせてなる冷却モジュール３１とを備え、外部ファン４３と冷却モジュール３１により発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう構成となっている。
【００３８】
当該構成により、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を受けて高温になる放熱器３２に冷却ファン３３が組み込まれ、その放熱器３２を強制冷却することから、外部ファン４３からの送風で放熱器を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化でき、しかも外部ファン４３の風路に対する放熱器３２の配置レイアウトに、より多くの自由度を持たせることができる。
【００３９】
次に、別な変形例を図１０にて説明する。ここでは、外部ファン４３から冷却モジュール３１を経て、ケース４１の外部に至る風路を区画形成するために、ケース４１の内部において、外部ファン４３の吐出口４３Ｂと冷却モジュール３１の一側との間に筒状のダクト４５を配設し、さらに冷却モジュール３１の他側とケース４１の他側開口部との間に別な筒状のダクト４６を配設している。この変形例では、外部ファン４３からの風路を最短距離に形成するために、何れも直線筒状のダクト４５，４６が配置されているが、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の配置レイアウトなどを考慮して、ダクト４５，４６の一方若しくは両方を曲線状に形成してもよい。
【００４０】
そしてこの例では、外部ファン４３の吐出口４３Ｂから吐出する空気が、ダクト４５を通して無駄なく冷却モジュール３１の冷却ファン３３に給気され、放熱器３２に効率よく冷風を当てることが可能になる。また放熱器３２からの熱を奪った空気は、別なダクト４６を通して、ケース４１の内部に放散することなくそのままケース４１の他側から外部に排出され、ケース４１内部における不必要な温度上昇の要因を排除することができる。しかも、ダクト４６を通過する空気は、外部ファン４３のみならず冷却ファン３３の送風により、ダクト４６内に留まることなく速やかにケース４１の外部に排出される。
【００４１】
以上のように、本変形例では、外部ファン４３などからの風路を形成するためのダクト４５，４６を、冷却モジュール３１の一側と他側にそれぞれ配設している。この場合、外部ファン４３からの風路をダクト４５，４６によって他の部位と区画して形成することで、外部ファン４３からの送風を冷却モジュール３１に直接導き、また冷却モジュール３１から直接排出して、給気と排気を促すことができ、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００４２】
図１１は、冷却装置のさらに別な変形例を示している。同図において、５１はダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７から冷却モジュール３１の放熱器３２へ熱を伝達するための熱伝達部材としてのヒートパイプである。このヒートパイプ５１は、熱伝導性に優れた銅などの管体内部に微小量の作動液を注入し、この作動液を管体内部で還流させるもので、音速で移動する作動液によりきわめて優れた熱応答性を有する。ヒートパイプ５１は、一端がダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と熱的に接続していると共に、他端が放熱器３２の他側面と熱的に接続している。すなわちヒートパイプ５１は、離間したダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と放熱器３２との間を跨ぐようにして、ケース４１の内部に設けられており、冷却ファン３３を有する冷却モジュール３１を外部ファン４３に極力近付けることができる。
【００４３】
図１１には、外部ファン４３の送風方向が矢印で示されている。本例では外部ファン４３から冷却ファン３３に向けて送風が行なわれるだけでなく、外部ファン４３からヒートパイプ５１に向けても送風が行なわれる。こうすることで、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からヒートパイプ５１を通して放熱器３２に熱伝達される途中で、外部ファン４３からの送風によりヒートパイプ５１から効果的に熱を奪い取ることができ、放熱器３２を縮小化できる。なお、必要に応じて図１０に示すようなダクト４５，４６を、ケース４１の内部に配設してもよい。
【００４４】
以上のように、本変形例では、発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と冷却モジュール３１との間に、熱伝達部材としてのヒートパイプ５１を設けている。こうすると、ヒートパイプ５１によってダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を、離れた位置にある冷却モジュール３１に導くことができるため、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の配置レイアウトに左右されることなく、冷却ファン３３を有する冷却モジュール３１を外部ファン４３に近付けることができ、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７を効果的に放熱させることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２２ ダイオードスタック（発熱体）
２７ ＩＧＢＴ（発熱体）
３１ 冷却モジュール
３２ 放熱器（放熱手段）
３３ 冷却ファン（内部送風手段）
４１ ケース
４３ 外部ファン（外部送風手段）
４５，４６ ダクト
５１ ヒートパイプ（熱伝達部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風手段を有する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の冷却装置として、例えば特許文献１や特許文献２には、回転する送風手段とケーシングとを備えたものが開示されている。
【０００３】
また、別な特許文献３には、発熱体と放熱手段をケース内に配置し、外部送風手段からの送風で冷却を行なうものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６２−１６７９１号公報
【特許文献２】特開２００１−３９００号公報
【特許文献３】特開２００６−７８５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成において、冷却装置を必要とする製品では高性能化が求められており、冷却装置における冷却性能の向上や低騒音化が必須なものとなっている。
【０００６】
また従来構造では、理想的な位置に放熱手段を配置することができず、放熱効率が悪くなって、発熱体や放熱手段の配置レイアウトを何度も変更する不具合があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、冷却性能や配置レイアウトの自由度を向上させることができる冷却装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の冷却装置では、発熱体からの熱を受ける放熱手段に内部送風手段が組み込まれ、その放熱手段を冷却することから、外部送風手段からの送風で放熱手段を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱手段の配置レイアウトに、より多くの自由度を持たせることができる。
【０００９】
請求項２の冷却装置では、風路をダクトによって形成することで、外部送風手段からの送風を冷却モジュールに導き、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００１０】
請求項３の冷却装置では、熱伝達部材によって発熱体からの熱を冷却モジュールに導くことができるため、発熱体の配置レイアウトに左右されることなく、発熱体を効果的に放熱させることが可能になる。
【００１１】
請求項４の冷却装置では、冷却モジュールを前記発熱体の冷却に用いることで、外部送風手段からの送風路に対して、放熱手段の配置の影響を受けにくくすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、冷却性能や配置レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の構成によれば、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００１４】
請求項３の構成によれば、発熱体を効果的に放熱させることが可能になる。
【００１５】
請求項４の構成によれば、放熱手段の配置の影響を受けにくくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例における冷却装置の全体斜視図である。
【図２】同上、正面図である。
【図３】同上、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本実施例と従来例との風量−静圧特性を示すグラフである。
【図５】本実施例と従来例との最大風量−騒音特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例を示す誘導加熱装置の回路図である。
【図７】同上、冷却モジュールとその周辺の平面図である。
【図８】同上、冷却モジュールとその周辺の側面図である。
【図９】同上、冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【図１０】同上、別な例を示す冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【図１１】同上、さらに別な例を示す冷却装置の全体構成をあらわした平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明における冷却装置の好ましい実施例を説明する。図１及び図２は、冷却装置としての角形軸流ファンモータ１の外観構成を示すもので、２は回転するファン、３はファンモータ１の外郭をなす略角形のケーシングである。ファン２は周知のように、カップ状をなすロータ４の周囲に何れも同一形状をなす複数枚のブレード５を備えて構成され、ここでは図示しないが、ファン２の中心にあるシャフトが、ケーシング３に設けられた軸受に軸支される。そして、ロータ４の内周面に取付けられたマグネット（図示せず）と、後述する駆動源たるモータ部６との電磁作用により、前記シャフトを中心としてファン２が回転するようになっている。
【００１８】
ここで図３を参照しながら、前記ファン２やケーシング３の構造をさらに詳しく説明する。ファン２のブレード５は、ロータ４の外周面より軸流路１６の内面に向けて延設するブレード本体５Ａと、このブレード本体５Ａの一側において、当該ブレード本体５Ａよりもさらに外周方向に延設する舌片状のオーバーラップ部５Ｂとにより形成される。
【００１９】
ケーシング３は、その外周をなす枠状の外ケース部１１と、前記軸受を保持する中央部１２とを、連結部であるスポーク１３によって結合した構造を有している。また外ケース部１１の一側には、吸込側ベルマウス１４が形成されると共に、外ケース部１１の他側には、吐出側ベルマウス１５が形成される。吸込側ベルマウス１４は、前記ファン２の回転に伴い周辺の空気をケーシング３内に吸込む吸込口１４Ａを有すると共に、その吸込口１４Ａに向けてテーパー状に広がる傾斜面１４Ｂとを有する。また吐出側ベルマウス１５は、吸込口１４Ａからファン２を通過した空気を、ケーシング３の外部に吐き出す吐出口１５Ａを有すると共に、その吐出口１５Ａに向けてテーパー状に広がる傾斜面１５Ｂを有する。
【００２０】
吸込口１４Ａを含めた吸込側ベルマウス１４と、吐出口１５Ａを含めた吐出側ベルマウス１５は、回転するファン２の軸方向に沿って配置され、これらの吸込側ベルマウス１４と吐出側ベルマウス１５との間に位置して、ケーシング３内にはファン２を回動可能に収納する円筒状の軸流路１６が形成される。軸流路１６の内径寸法は、吸込側ベルマウス１４に傾斜面１４Ｂが設けられている関係で、吸込口１４Ａの内径寸法よりも狭く、また吐出側ベルマウス１５に傾斜面１５Ｂが設けられている関係で、吐出口１５Ａの内径寸法よりも狭く形成される。
【００２１】
本実施例で注目すべき点は、ブレード５の外周部に相当するオーバーラップ部５Ｂが、吸込側ベルマウス１４にオーバーラップしていること、及び軸流路１６の内面を基準として、この軸流路１６の内面に対する吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂの角度αが、40°±10°に形成されていることである。
【００２２】
より具体的に説明すると、ブレード５のオーバーラップ部５Ｂは、軸流路１６の内面に連なる吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂ基端よりも外方に位置して、いわば双方が重なり合うようにオーバーラップしている。また、ブレード本体５Ａの外端は軸流路１６の内面に非接触で近接対向する一方で、オーバーラップ部５Ｂの外端は、吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂに非接触で近接対向するように配置される。この吸込側ベルマウス１４に重なり合うオーバーラップ部５Ｂを設けたことにより、ファン２の回転時において、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから傾斜面１４Ｂに沿って吸込まれる空気が、吸込口１４Ａの縁部で回り込むのを防止でき、吸込側ベルマウス１４から軸流路１６側に空気を円滑に導くことが可能になる。
【００２３】
また、吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂは、その軸方向の拡がり角度αが40°±10°に形成される。これは様々な角度αで実験した結果から、静圧や騒音に関して好ましい特性が得られた範囲である。なお、実験結果の詳細については後ほど説明する。
【００２４】
次に、上記構成についてその作用を説明する。モータ部６への通電によって、シャフトを中心にファン２が回転すると、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから吸込んだ空気を、軸流路１６から吐出側ベルマウス１５の吐出口１５Ａに吐出するような空気の流れが形成される。ここで、吸込側ベルマウス１４の吸込口１４Ａから吸込まれる空気は、傾斜面１４Ｂに近接対向するブレード５のオーバーラップ部５Ｂによって、吸込口１４Ａの縁部で回り込むことなく、そこから所定の角度α（＝40°±10°）を有する傾斜面１４Ｂに沿って、高静圧及び低騒音を維持しながら、乱流を発生することなく所望の風量で速やかに軸流路１６側に掻き込まれる。そしてこの空気は、軸流路１６から吐出側ベルマウス１５の傾斜面１５Ｂに沿って、最終的には吐出口１５Ａからケーシング３の外部に吐き出されることになるため、冷却装置として高風量，高静圧化及び低騒音化を実現することが可能になる。
【００２５】
次に、本実施例と従来例における冷却装置の特性比較を、図４及び図５のグラフを参照しながら説明する。これらの各図において、従来例の冷却装置は、上述したようなオーバーラップ部５Ｂがブレード５に形成されてはおらず、また傾斜面１４Ｂの角度αは30°未満に形成される。図４に示すように、本実施例の冷却装置は従来例の冷却装置よりも優れた風量−静圧特性を有しており、同一風量であればより高静圧で、また同一静圧であればより高風量であることがわかる。また図５に示すように、本実施例の冷却装置は従来例の冷却装置よりも優れた最大風量−騒音を有しており、同一最大風量であればより低騒音であることがわかる。
【００２６】
以上のように本実施例では、回転する送風手段としてのファン２と、ケーシング３とを備えた冷却装置において、ケーシング３に形成したベルマウスたる吸込側ベルマウス１４の吸込側外周を40°±10°の角度αで形成し、このファン２の外周であるオーバーラップ部５を吸込側ベルマウス１４にオーバーラップさせている。
【００２７】
このように、吸込側ベルマウス１４の吸込側外周である傾斜面１４Ｂを40°±10°の角度αで形成することで、それ以外の角度αで吸込側ベルマウス１４の傾斜面１４Ｂを形成するよりも優れた静圧および騒音特性を得ることができる。また、ファン２の外周であるオーバーラップ部５Ｂを吸込側ベルマウス１４にオーバーラップさせることで、傾斜面１４Ｂを有するベルマウス形状に沿って斜め方向に吸込まれる空気が、吸込口１４Ａの縁部で回り込んで、乱流が発生するのを防止し、騒音悪化や風量低下を防ぐことができる。その結果、高風量，高静圧化及び低騒音化を実現した冷却装置を提供できる。
【００２８】
次に、本発明の第２実施例について、図６〜図１１を参照しながら説明する。先ず、本実施例で提案する冷却装置の冷却対象として、誘導加熱装置の回路構成を図６に基づき説明する。同図において、２１は交流電源、２２は整流器たるダイオードスタック、２３，２４は平滑回路を形成するチョークコイルと平滑コンデンサ、２５は誘導加熱コイル、２６は誘導加熱コイル２５と共にＬＣ共振回路を形成する共振コンデンサ、２７はスイッチング素子に相当するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。ここでは、誘導加熱を制御するのに制御基板（図示せず）に取り付けられたダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が、発熱部品としての発熱体に相当する。
【００２９】
ダイオードスタック２２は、交流電源２１からの電源電圧を全波整流して直流に変換し、その直流電圧をチョークコイル２３と平滑コンデンサ２４で平滑する。そして、この平滑した直流電圧からＩＧＢＴ２７をスイッチングすることで生成した高周波電流を、誘導加熱コイル２５と共振コンデンサとの並列共振回路に流すことで、誘導加熱コイル２５に近接する図示しない負荷を誘導加熱する構成となっている。なお、図６に示す誘導加熱装置の構成はあくまでも一例であり、ＩＧＢＴ２７以外のスイッチング素子を用いてもよいなど、種々の変更が可能である。
【００３０】
次に、本実施例における冷却装置の特徴を、図７以降に順次説明する。冷却モジュール３１とその周辺の構成を示す図７及び図８において、前記誘導加熱装置を構成するダイオードスタック２２とＩＧＢＴ２７は、発熱体として放熱器３２に直接取付けられる。放熱器３２は熱伝導性の良好な例えばアルミニウムなどの金属材料で形成され、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱が速やかに伝達するように設けられている。また、放熱器３２には、例えば前記図１で示すような構造の冷却装置としての冷却ファン３３が組み込まれ、放熱器３２を強制空冷する。これらの放熱器３２と冷却ファン３３とにより、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう冷却モジュール３１が構成される。
【００３１】
図７や図８には、冷却ファン３３の送風方向が矢印で示されている。冷却ファン３３は空気を吸込むための吸込口３３Ａと、空気を吐き出すための吐出口３３Ｂが、内蔵するファン（図示せず）の回転軸方向に沿って配置され、放熱器３２の一側面に吐出口３３Ｂが設けられる。放熱器３２の他側面には、前記ダイオードスタック２２およびＩＧＢＴ２７が熱的に接続しており、これらのダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７から放熱器３２に伝達した熱が、冷却ファン３３の吐出口３３Ｂから吐き出される空気と効果的に熱交換されるようになっている。
【００３２】
図９は、本実施例の冷却装置を誘導加熱装置に組み込んだ状態を示している。同図において、４１は矩形箱状のケース、４２はケース４１内に配置され、誘導加熱装置を搭載した基板すなわちプリント基板であり、ここではプリント基板４２の一側寄りに、前記冷却モジュール３１と共にダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が配設される。また、前記冷却ファン３３とは別の外部ファン４３がケース４１の一側に設けられ、ケース４１の周辺にある空気をケース４１内に導入するようになっている。
【００３３】
図９には、外部ファン４３の送風方向が矢印で示されている。外部ファン４３は空気を吸込むための吸込口４３Ａと、空気を吐き出すための吐出口４３Ｂが、内蔵するファン（図示せず）の回転軸方向に沿って配置され、吐出口４３Ｂがケース４１の外面に設けられる。これにより、吸込口４３Ａから吸込まれた空気が、外部ファン４３を通過して吐出口４３Ｂからケース４１内部の冷却モジュール３１に向けて送り出され、そこで冷却ファン３３によって放熱器３２に向けて強制的に送風されるようになっている。
【００３４】
図９に示す実施例では、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７が発熱するのに伴い、ケース４１内の放熱器３２の温度が上昇するが、高温になる放熱器３２に組み込んだ冷却ファン３３のファンが回転駆動して、当該放熱器３２を強制空冷することで、従来のような外部ファン４３からの送風だけで放熱器３２を冷却する構造に比べて、発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７に対する冷却性能の向上を図ることが可能になり、またそうした冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化できる。
【００３５】
さらに、放熱器３２に冷却ファン３３を組み込んだ冷却モジュール３１を、誘導加熱装置の発熱部品の冷却用に用いることで、外部ファン４３からの送風路に対して、放熱器３２の配置レイアウトの影響を受けにくくすることができる。そのため放熱器３２や、ダイオードスタック２２及びＩＧＢＴ２７を、プリント基板４２上に自由に配置することができる。
【００３６】
またここでは、ケース４１の内部において、外部ファン４３からの送風方向に冷却モジュール３１を配置し、外部ファン４３から送り出された空気を、冷却ファン３３の吸込口３３Ａからそのまま取り込んで、吐出口３３Ｂから放熱器３２に当てるようにしているため、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７を効率よく冷却できる。
【００３７】
このように本実施例では、ケース４１と、ケース４１内に送風する外部送風手段たる外部ファン４３と、内部送風手段たる冷却ファン３３と放熱手段である放熱器３２とを組合わせてなる冷却モジュール３１とを備え、外部ファン４３と冷却モジュール３１により発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の放熱を行なう構成となっている。
【００３８】
当該構成により、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を受けて高温になる放熱器３２に冷却ファン３３が組み込まれ、その放熱器３２を強制冷却することから、外部ファン４３からの送風で放熱器を冷却することと相俟って、冷却能力の向上を図ることができる。また冷却性能が向上した分、放熱器３２や外部ファン４３を縮小化でき、しかも外部ファン４３の風路に対する放熱器３２の配置レイアウトに、より多くの自由度を持たせることができる。
【００３９】
次に、別な変形例を図１０にて説明する。ここでは、外部ファン４３から冷却モジュール３１を経て、ケース４１の外部に至る風路を区画形成するために、ケース４１の内部において、外部ファン４３の吐出口４３Ｂと冷却モジュール３１の一側との間に筒状のダクト４５を配設し、さらに冷却モジュール３１の他側とケース４１の他側開口部との間に別な筒状のダクト４６を配設している。この変形例では、外部ファン４３からの風路を最短距離に形成するために、何れも直線筒状のダクト４５，４６が配置されているが、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の配置レイアウトなどを考慮して、ダクト４５，４６の一方若しくは両方を曲線状に形成してもよい。
【００４０】
そしてこの例では、外部ファン４３の吐出口４３Ｂから吐出する空気が、ダクト４５を通して無駄なく冷却モジュール３１の冷却ファン３３に給気され、放熱器３２に効率よく冷風を当てることが可能になる。また放熱器３２からの熱を奪った空気は、別なダクト４６を通して、ケース４１の内部に放散することなくそのままケース４１の他側から外部に排出され、ケース４１内部における不必要な温度上昇の要因を排除することができる。しかも、ダクト４６を通過する空気は、外部ファン４３のみならず冷却ファン３３の送風により、ダクト４６内に留まることなく速やかにケース４１の外部に排出される。
【００４１】
以上のように、本変形例では、外部ファン４３などからの風路を形成するためのダクト４５，４６を、冷却モジュール３１の一側と他側にそれぞれ配設している。この場合、外部ファン４３からの風路をダクト４５，４６によって他の部位と区画して形成することで、外部ファン４３からの送風を冷却モジュール３１に直接導き、また冷却モジュール３１から直接排出して、給気と排気を促すことができ、冷却装置として冷却能力を一層高めることができる。
【００４２】
図１１は、冷却装置のさらに別な変形例を示している。同図において、５１はダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７から冷却モジュール３１の放熱器３２へ熱を伝達するための熱伝達部材としてのヒートパイプである。このヒートパイプ５１は、熱伝導性に優れた銅などの管体内部に微小量の作動液を注入し、この作動液を管体内部で還流させるもので、音速で移動する作動液によりきわめて優れた熱応答性を有する。ヒートパイプ５１は、一端がダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と熱的に接続していると共に、他端が放熱器３２の他側面と熱的に接続している。すなわちヒートパイプ５１は、離間したダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と放熱器３２との間を跨ぐようにして、ケース４１の内部に設けられており、冷却ファン３３を有する冷却モジュール３１を外部ファン４３に極力近付けることができる。
【００４３】
図１１には、外部ファン４３の送風方向が矢印で示されている。本例では外部ファン４３から冷却ファン３３に向けて送風が行なわれるだけでなく、外部ファン４３からヒートパイプ５１に向けても送風が行なわれる。こうすることで、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からヒートパイプ５１を通して放熱器３２に熱伝達される途中で、外部ファン４３からの送風によりヒートパイプ５１から効果的に熱を奪い取ることができ、放熱器３２を縮小化できる。なお、必要に応じて図１０に示すようなダクト４５，４６を、ケース４１の内部に配設してもよい。
【００４４】
以上のように、本変形例では、発熱体であるダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７と冷却モジュール３１との間に、熱伝達部材としてのヒートパイプ５１を設けている。こうすると、ヒートパイプ５１によってダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７からの熱を、離れた位置にある冷却モジュール３１に導くことができるため、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７の配置レイアウトに左右されることなく、冷却ファン３３を有する冷却モジュール３１を外部ファン４３に近付けることができ、ダイオードスタック２２やＩＧＢＴ２７を効果的に放熱させることが可能になる。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２２ ダイオードスタック（発熱体）
２７ ＩＧＢＴ（発熱体）
３１ 冷却モジュール
３２ 放熱器（放熱手段）
３３ 冷却ファン（内部送風手段）
４１ ケース
４３ 外部ファン（外部送風手段）
４５，４６ ダクト
５１ ヒートパイプ（熱伝達部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、前記ケース内に送風する外部送風手段と、内部送風手段と放熱手段とを組合わせてなる冷却モジュールとを備え、
前記外部送風手段と前記冷却モジュールにより発熱体の放熱を行なう構成としたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
風路を形成するダクトを、前記冷却モジュールに配設したことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記発熱体と前記冷却モジュールとの間に熱伝達部材を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記発熱体は誘導加熱を制御するものであり、前記冷却モジュールを前記発熱体の冷却に用いることで、前記外部送風手段からの送風路に対して、前記放熱手段の配置の影響を受けにくくしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項１】
ケースと、前記ケース内に送風する外部送風手段と、内部送風手段と放熱手段とを組合わせてなる冷却モジュールとを備え、
前記外部送風手段と前記冷却モジュールにより発熱体の放熱を行なう構成としたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
風路を形成するダクトを、前記冷却モジュールに配設したことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記発熱体と前記冷却モジュールとの間に熱伝達部材を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記発熱体は誘導加熱を制御するものであり、前記冷却モジュールを前記発熱体の冷却に用いることで、前記外部送風手段からの送風路に対して、前記放熱手段の配置の影響を受けにくくしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４７０３５（Ｐ２０１２−１４７０３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０６８０４（Ｐ２０１２−１０６８０４）
【出願日】平成２４年５月８日（２０１２．５．８）
【分割の表示】特願２００９−１２８３０１（Ｐ２００９−１２８３０１）の分割
【原出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（３９００１０１６８）東芝ホームテクノ株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月８日（２０１２．５．８）
【分割の表示】特願２００９−１２８３０１（Ｐ２００９−１２８３０１）の分割
【原出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（３９００１０１６８）東芝ホームテクノ株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]