JP2001251858A

JP2001251858A - 電源装置

Info

Publication number: JP2001251858A
Application number: JP2000057644A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshizu; 宏樹吉津
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP4414051B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造にて高密度に実装された発熱部品を
効率的に冷却することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１のシャーシ２ａに入力回路を備
えた一次側モジュール９、トランス１０、出力回路を備
えた二次側モジュール１１をそれぞれ分離してかつ着脱
自在に取り付け、トランス１０をシャーシ２ａと熱的に
結合することにより、トランス１０にヒートシンクを設
けることなくトランス１０の放熱が図れるうえ、トラン
ス１０の配置の自由度が高い電源装置１が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次巻線と二次巻
線とがそれぞれ分離しており、独立した部品となってい
るトランスを有する電源装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の特にスイッチング電源
装置においては、供給される交流電源電力を一次側の整
流平滑回路によって整流平滑して直流入力電力を得、こ
の直流入力電力を主トランスの一次巻線に断続的に印加
する。そして、主トランスの二次巻線に誘起された電力
を、二次側の整流平滑回路で整流平滑した後に、所望の
直流出力電力を出力するように構成している。

【０００３】ところで、従来のこうした電源装置は、図
７に示すように、前記一次側回路３７、トランス１０、
二次側回路３８を含むほとんどすべての部品を一枚の基
板３６上に収めているため、一旦電源装置１Ａがパッケ
ージ化されてしまうと、その決められた仕様とは異なる
出力電流や出力電圧を得ることができず、出力数の変更
や、故障個所の交換等もできない。そのうえ、図７にお
いて、一次側回路３７と二次側回路３８の境界線上に置
かれているトランス１０は、組立て後に分解及び仕様の
変更をすることが困難で、二次巻線の巻数が変更できな
い構造であるため、トランス１０の仕様が決定した後に
は出力が固定されてしまう。

【０００４】そこで本願出願人は特願平１０−１０７４
８号公報（特開平１１―２１５８０９号公報）におい
て、目的に応じて自由な電源設計を行なえる汎用性、柔
軟性の高い電源装置を先に提案している。この特開平１
１―２１５８０９号公報に開示されている電源装置は、
一次巻線を一体に取り付けた一次側モジュールと、二次
巻線を一体に取り付けた二次側モジュールと、前記一次
側モジュールから前記二次側モジュールへと電力伝送を
行なう主トランスとを各々機構的に独立して備えてお
り、これらの各モジュールを選択的に組み合わせること
により、異なる出力電流や出力電圧の電源装置を簡単に
構築できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の電源
装置に用いられている主トランスは、一次側モジュール
の基板上に設けられているため、取り付ける位置が限ら
れていた。そのうえ、この主トランスに使用されていた
トランスケースは、樹脂によって成形されていることか
ら、熱伝導性が悪く、主トランスの放熱を阻害する原因
となっていた。したがって、この電源装置では主トラン
スの放熱を図るため、ヒートシンクを別部材で設けなく
てはならなかった。さらに、この構造では、外郭ケース
内に主トランス用のヒートシンクを設けるためのスペー
スが必要となるため、外郭ケース内の主トランスの位置
や取付け方法に大きな制約が生じていた。

【０００６】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、主ト
ランスに対してヒートシンクを別部材で設けることなく
主トランスの放熱が図れ、主トランスの位置や取付け方
法の自由度の高い電源装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電源装置は、予め一体に接続された一次巻
線を有し、入力電力を該一次巻線に供給する入力回路を
有する少なくとも一つの一次側モジュールと、それぞれ
予め一体に接続された二次巻線を有し、前記一次巻線か
ら二次巻線へと供給された電力を所定の電圧レベルに変
換して出力する出力回路を有する複数の二次側モジュー
ルと、前記一次側モジュールと二次側モジュールとの間
に設けられ、前記一次側モジュールの一次巻線と前記複
数の二次側モジュールのそれぞれの二次巻線とが着脱自
在に装着されるコアを有し、前記一次巻線と二次巻線と
が前記コアに装着された状態で一次巻線と二次巻線との
間で絶縁を確保するとともに、それらの間で電磁誘導作
用を介して電力の受け渡しをするトランスと、前記一次
側モジュール、二次側モジュール及びトランスを収納す
る外郭ケースと、を有し、前記一次側モジュール、二次
側モジュール及びトランスが、それぞれ機構的に独立し
たモジュールとして構成され、それらのモジュールが前
記外郭ケースにそれぞれ分離してかつ着脱自在に設けら
れていることを特徴とする。

【０００８】以上のような構成によれば、一次側モジュ
ール、トランス、二次側モジュールがそれぞれ分離して
おり、それぞれを機構的に独立したモジュールとして扱
うことができるため、電源装置の組立てや分解が容易に
なる他、設計の自由度が大幅に向上する。

【０００９】また、前記外郭ケースに設けられた前記一
次側モジュール及び二次側モジュールは、標準化された
複数種の一次側標準モジュール及び二次側標準モジュー
ルの中からそれぞれ選択して取り付けることも可能であ
り、そのようにすることで、所望の仕様の電源装置を短
期間で製作することが可能となる。

【００１０】また、前記コアから前記一次巻線及び二次
巻線を取り外すことにより、前記一次側モジュール及び
二次側モジュールを前記外郭ケースからそれぞれ独立し
て取り外すことができるような構造にすることも可能で
あり、そのようにすることで、この電源装置を組み立て
た後の出力電力の変更や、出力数の変更等の仕様の変更
や、故障個所の交換等が容易になる。

【００１１】また、前記コアを前記コアを保持するトラ
ンスケースを介して前記外郭ケースに取り付け、前記ト
ランスケースを前記外郭ケースと熱的に結合することも
可能であり、そのようにすることで、前記トランスにヒ
ートシンクを設けることなく前記トランスの放熱を図る
ことが可能となる。

【００１２】また、前記トランスケース及び前記外郭ケ
ースを高熱伝導性の材料で成形することも可能であり、
そのようにすることで、前記トランスの放熱の効率を向
上させることが可能となる。

【００１３】また、少なくとも一つの一次巻線及び二次
巻線と、前記一次巻線及び二次巻線の電磁的な結合を強
めるためのコアと、これらの外殻をなすトランスケース
とを備えたトランスと、これらを収納する外郭ケースと
を有しており、前記コアが前記トランスケースを介して
前記外郭ケースに取り付けられている電源装置におい
て、前記トランスケース及び前記外郭ケースを熱的に結
合したり、この電源装置の前記トランスケース及び前記
外郭ケースを高熱伝導性の材料で成形することも可能で
ある。

【００１４】また、入力電力を一次巻線に供給する一次
側モジュールと、各々が独立した部材となっている一次
巻線及び二次巻線が着脱自在に係合するコアを有するト
ランスと、二次巻線に生成される変換電力を外部に出力
する二次側モジュールと、これらを収納する外郭ケース
とを有する電源装置の製造方法において、前記外郭ケー
スの所定位置に前記トランスを取り付けるステップと、
前記一次巻線が接続されている一次側モジュールを前記
外郭ケースに取り付けるステップと、前記二次巻線が接
続されている二次側モジュールを前記外郭ケースに取り
付けるステップと、前記一次巻線及び二次巻線を予め
前記外郭ケースに取り付けられた前記トランスケース内
に設けられている前記コアに取り付けるステップと、を
有する電源装置の製造方法によってこの電源装置を製作
することが可能である。

【００１５】本発明の他の目的、構成及び効果は、図面
を参照して行う以下の実施形態の説明から、より明らか
となるであろう。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明における電源装置の
一実施形態を、添付図面を参照しながら詳述する。

【００１７】図１ないし図３は、それぞれ、本発明の電
源装置１の一実施形態の正面図、側板４側からの側面
図、開口８側からの側面図であり、図４は、該電源装置
１の構造を示す分解斜視図である。また、図５は、本発
明の電源装置に使用されているトランスの分解斜視図で
あり、図６は、本発明の電源装置の他の実施形態の正面
図である。なお、上記図７に示した従来の電源装置１Ａ
と同様の機能を有する構成部材には同一の番号を付記す
る。また、図１、図４及び図６に示された一次側基板１
５に載置される回路部品は、図面の簡略化のため、省略
してある。

【００１８】まず、本発明の電源装置の全体構成を図１
ないし図４に基づいて説明する。

【００１９】この電源装置１は、図１及び図４に示すよ
うに、予め一体に接続された一次巻線１３を有し、外部
からの入力電流をトランス１０に供給する一次側モジュ
ール９と、それぞれ予め一体に接続された二次巻線１４
を有し、前記一次巻線１３から二次巻線１４へと供給さ
れた電力を所定の電圧レベルにて変換して出力する出力
回路を有する複数の二次側モジュール１１と、前記一次
側モジュール９と二次側モジュール１１の間に設けら
れ、前記一次側モジュール９の一次巻線１３と前記複数
の二次側モジュール１１のそれぞれの二次巻線１４とが
着脱自在に装着されるコア２２を有し、前記一次巻線と
二次巻線とが前記コア２２に装着された状態で一次巻線
１３と二次巻線１４との間で絶縁を確保するとともに、
それらの間で電磁誘導作用を介して電力の受け渡しをす
るトランス１０と、前記一次側モジュール９、二次側モ
ジュール１１及びトランス１０を収納する外郭ケース２
と、これらのモジュールに載置された発熱部品を冷却す
るためのファン１２とを有している。

【００２０】外郭ケース２は、図５に示すように、各々
がアルミニウムなどの金属材料で形成されたシャーシ２
ａ及びカバー２ｂの２部材にて構成されている。

【００２１】シャーシ２ａは、図１及び図４に示すよう
に、電源装置１の各モジュールが装着される底板３と、
底板３に対し垂直になるよう折り曲げられた側板４及び
側板５とを有している。側板４には、図２に示すよう
に、一次側モジュール９に電力を供給するための入力端
子１９が位置する端子孔１７とファン１２によって外部
から外郭ケース２内に風を供給するための空気取入孔１
８が設けられており、この空気取入孔１８の位置に合わ
せてファン１２が側板４の内側に取り付けられている。
また、外郭ケース２を組み立てた際、この側板４の対向
する面は、開口８となる。

【００２２】カバー２ｂは、図４に示すように、前記底
板３の対向する面を覆うための上板７と、前記側板５に
対向する面を覆うため、上板７と垂直になるように折り
曲げられた側板６とを有している。

【００２３】外郭ケース２内部には、一次側モジュール
９と、トランス１０と、二次側モジュール１１及びこれ
らのモジュールを冷却するためのファン１２とが設けら
れている。そして、これらの各モジュールはネジによっ
てシャーシ２ａの底板３に取り付けられており、各々が
着脱可能となっている。

【００２４】なお、各モジュールと底板３との結合方法
は、各モジュールと底板３とが着脱可能であれば、この
実施形態のようにネジを用いる他、嵌合を用いる等、様
々な結合方法を用いることが可能である。

【００２５】また、本実施形態ではトランスケース２１
をシャーシ２ａに対してネジ３２によって固定している
が、本実施形態に限らず、トランスケース２１をシャー
シ２ａと溶接や接着等によって接合し、トランスケース
２１とシャーシ２ａとを強固に固定することも可能であ
り、そのような構造を用いることによりトランスケース
２１とシャーシ２ａとの熱的な結合を強めることができ
る。

【００２６】一次側モジュール９は、図１に示すよう
に、整流回路やノイズフィルター回路等の回路を備えた
一次側基板１５と、前記トランス１０を介して前記二次
側モジュール１１へ電力を伝達するため、前記一次側基
板１５と予め一体に接続された一次巻線１３とを備えて
いる。また、この一次側モジュール９はシャーシ２ａに
対してネジによって着脱自在に取り付けられている。

【００２７】なお、この一次側モジュール９には、力率
改善回路を設けることにより、一次側モジュール９の電
力損失が減少し、電源装置の効率を向上させることが可
能となる。また、一次側モジュール９は、この実施形態
のように１つに限らず、複数設けることも可能である。
また、一次側モジュール９には、一次側基板１５に設け
られた発熱部品の放熱のため、金属材料等によって形成
されたヒートシンクを設けることが好ましい。

【００２８】トランス１０は、図１に示すように、前記
一次側モジュール９と前記二次側モジュール１１の中間
に一次側モジュール９及び二次側モジュール１１と分離
した状態で位置し、シャーシ２ａにネジによって直接固
定されている。このトランス１０は、図５に示すよう
に、高熱伝導性樹脂によって成形された略箱型のトラン
スケース２１と、前記一次側モジュール９に接続された
一次巻線１３と、前記二次側モジュール１１に接続され
た二次巻線１４と、これらのコイルを電磁的に結合させ
るためのコア２２と、これらのコイル及びコアを下方に
押圧するためのクランプ２３とを備えている。

【００２９】一次巻線１３及び二次巻線１４は、図５に
示すように、各々がユニット化され、独立した部品とな
っている。より詳しく説明すると、一次巻線１３には、
コア挿通孔２４ａを有する薄型のボビン２４に導線２５
を巻回した薄型コイル２５が用いられており、二次巻線
１４には、円環状のシート型に成形したコア挿通孔２７
ａを有するコイル部２７の両面に絶縁性の被覆シート２
８を貼り付けたシートコイル２９が用いられている。そ
して、これらの一次巻線１３及び二次巻線１４は、一次
側モジュール９及び二次側モジュール１１に予め一体に
取り付けられており、しかもこれらの一次巻線１３及び
二次巻線１４を一次側モジュール９及び二次側モジュー
ル１１から取り外すことなくコア２２に対して着脱する
ことが可能な構造となっている。

【００３０】このような構造を用いることにより、本発
明の電源装置１は、ユーザーのニーズに応じて、予め用
意された一次側モジュール９及び二次側モジュール１１
を組み合わせることにより所望の仕様の電源装置を短期
間に製作することが可能であり、しかも故障個所等を容
易に交換することが可能な構造となっている。

【００３１】コア２２は、磁性体で成形された２つの部
材よりなっており、トランスケース２１側には断面Ｅ字
型の下部片２２ａが、クランプ２３側には、断面Ｉ字型
の上部片２２ｂがそれぞれ位置するようになっている。
そして、これらを組み立てる際には、トランスケース２
１に取り付けた下部片２２ａに一次巻線１３及び二次巻
線１４を取り付けた後に、上部片２２ｂ及びクランプ２
３を取り付けるようになっている。

【００３２】トランスケース２１は、高熱伝導性樹脂に
よって略箱型に成形されており、その側面には、図５に
示すように、このトランスケース２１をシャーシ２ａへ
と取り付けるための取付片３０が設けられている。そし
て、この取付片３０に設けられた孔部３１とネジ３２と
によってトランスケース２１は、図１に示すようにシャ
ーシ２ａへと取り付けられている。

【００３３】なお、トランスケース２１は高熱伝導性の
材料で成形されていればよく、本実施形態に用いられて
いる高熱伝導性樹脂以外に金属等で成形することも可能
である。そして、そのようにトランスケース２１を金属
等の電気伝導性の材料で成形した場合には、トランスケ
ース２１の表面に高熱伝導性かつ電気絶縁性の被覆を施
すことが好ましい。

【００３４】また、このトランスケース２１を外郭ケー
ス２に取り付ける際には、このトランスケース２１と外
郭ケース２との間に高熱伝導性のシート等を設けること
が好ましく、それによってトランスケース２１と外郭ケ
ース２との熱的な結合を強めることが可能となる。ま
た、トランス１０は、図６に示すように一次側基板１５
に取り付けることも可能である。

【００３５】二次側モジュール１１は、それぞれ、前記
トランス１０を介して一次巻線１３から伝達された電力
を前記二次側モジュール１１へ出力するための二次巻線
１４と、帰還回路や過電圧・過電流保護回路等の回路を
備えた二次側基板１６と、この二次側基板１６に取り付
けられた発熱部品を冷却する機能を有するベース３３
と、を備えている。

【００３６】ベース３３は、アルミニウム等の金属板材
を図３に示すように略コの字型に折り曲げたものであ
る。そして、このベース３３のシャーシ２ａ側の面には
ネジ穴が設けられており、外郭ケース２に設けられたモ
ジュール取付部にネジによって着脱自在に取り付けられ
ている。

【００３７】また、二次側モジュール１１は、図１及び
図５に示すように、外郭ケース２の開口８付近に複数個
並設することにより、複数種の直流電力を出力端子２０
からそれぞれ取り出すことが可能となっている。

【００３８】また、この二次側モジュール１１には、複
数の発熱部品（図示せず）が設けられており、それらの
発熱部品は、前記ベース３３に熱的に結合されている。

【００３９】さらに、二次側モジュール１１の装着され
ない空モジュール部分３４には、ブランクパネル３５が
装着され、ファン１２によって外郭ケース２内に取り入
れた風が、空モジュール部分３４から放出することを防
止するようになっている。

【００４０】なお、図３に示すように、該電源装置１の
二次側モジュール１１の幅ｗは、外郭ケース２の幅Ｗに
対してＷ／ｎ（ｎは整数）の大きさとなっており、各一
次側モジュール９の大きさが均一化されているため、二
次側モジュール１１のモジュール化が容易となってい
る。そして、二次側モジュール１１の形状は、この実施
形態のように全てがほぼ同一である必要はなく、必要に
応じて１個のモジュールに複数個分のスペースを占有さ
せることも可能である。そのようにすることで、二次側
モジュール１１の形状の自由度が増加する。

【００４１】以下、本発明の電源装置の組み立て方法に
ついて詳述する。

【００４２】外郭ケース２のシャーシ２ａの所定の位置
にトランスケース２１をネジ３２を用いて取り付け、こ
のトランスケース２１内に前記コアの下部片２２ａを設
ける。

【００４３】この下部片２２ａに一次側モジュール９か
らの一次巻線１３を取り付け、二次側モジュール１１か
らの二次巻線１４も一次巻線１３と同様に下部片２２ａ
に取り付ける。

【００４４】上部片２２ｂを下部片２２ａの上に取り付
け、その上からクランプ２３をトランスケース２１に固
定する。

【００４５】次に、一次側モジュール９及び二次側モジ
ュール１１をネジによってシャーシ２ａへと取り付け
る。

【００４６】シャーシ２ａにカバー２ｂを取り付ける。

【００４７】このように組み立てることにより、トラン
ス１０に一次側モジュール９及び二次側モジュール１１
を取り付けた後に一次側モジュール９及び二次側モジュ
ール１１をシャーシ２ａに取り付けるため、トランス１
０、一次側モジュール９、二次側モジュール１１の相互
の配線が容易となる。

【００４８】なお、上述した組み立て方法は、一例であ
り、その他の組み立て方法によってこの電源装置１を組
み立てることも可能である。

【００４９】最後に、本発明は、上述した実施形態に限
定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された範囲
で種々の変更及び改良等が可能であることは言うまでも
ない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シャーシに一次側モジュール、トランス、二次側モジュ
ールをそれぞれ分離してかつ着脱自在に取り付けてお
り、さらにトランスをシャーシと熱的に結合させること
ができる。そのため、トランスにヒートシンクを設ける
ことなくトランスの放熱が図れるうえ、トランスの配置
の自由度が高い電源装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源装置の構造を示す一実施形態の正
面図である。

【図２】本発明の電源装置の側板４側からの側面図であ
る。

【図３】本発明の電源装置の開口側からの側面図であ
る。

【図４】本発明の電源装置の構造を示す分解斜視図であ
る。

【図５】本発明の電源装置に使用されているトランスの
分解斜視図ある。

【図６】本発明の電源装置の他の実施形態を示す正面図
である。

【図７】従来の電源装置の一例を示す正面図である。

【符号の説明】

１電源装置２外郭ケース２ａシャーシ２ｂカバー３底板４,５,６側板７上板８開口９一次側モジュール１０トランス１１二次側モジュール１２ファン１３一次巻線１４二次巻線１５一次側基板１６二次側基板１７端子孔１８空気取入孔１９入力端子２０出力端子２１トランスケース２２コア２２ａ下部片２２ｂ上部片２３クランプ２４ボビン２４ａコア挿通孔２５導線２６薄型コイル２７コイル部２７ａコア挿通孔２８被覆シート２９シートコイル３０取付片３１孔部３２ネジ３３ベース３４空モジュール部分３５ブランクパネル３６基板３７一次側回路３８二次側回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め一体に接続された一次巻線を有し、
入力電力を該一次巻線に供給する入力回路を有する少な
くとも一つの一次側モジュールと、それぞれ予め一体に接続された二次巻線を有し、前記一
次巻線から二次巻線へと供給された電力を所定の電圧レ
ベルに変換して出力する出力回路を有する複数の二次側
モジュールと、前記一次側モジュールと二次側モジュールとの間に設け
られ、前記一次側モジュールの一次巻線と前記複数の二
次側モジュールのそれぞれの二次巻線とが着脱自在に装
着されるコアを有し、前記一次巻線と二次巻線とが前記
コアに装着された状態で一次巻線と二次巻線との間で絶
縁を確保するとともに、それらの間で電磁誘導作用を介
して電力の受け渡しをするトランスと、前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランス
を収納する外郭ケースと、を有し、前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランス
が、それぞれ機構的に独立したモジュールとして構成さ
れ、それらのモジュールが前記外郭ケースにそれぞれ分
離してかつ着脱自在に設けられていることを特徴とする
電源装置。
【請求項２】前記外郭ケースに設けられた前記一次側
モジュール及び二次側モジュールは、標準化された複数
種の一次側標準モジュール及び二次側標準モジュールの
中から、それぞれ選択して取り付けられていることを特
徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】前記コアから前記一次巻線及び二次巻線
を取り外すことにより、前記一次側モジュール及び二次
側モジュールを前記外郭ケースからそれぞれ独立して取
り外すことができるようになっていることを特徴とする
請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】前記コアは、前記コアを保持するトラン
スケースを介して前記外郭ケースに取り付けられてお
り、前記トランスケースは、前記外郭ケースと熱的に結
合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいず
れかに記載の電源装置。
【請求項５】前記トランスケース及び前記外郭ケース
が、高熱伝導性の材料で成形されていることを特徴とす
る請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】少なくとも一つの一次巻線及び二次巻線
と、前記一次巻線及び二次巻線の電磁的な結合を強める
ためのコアと、これらを保持するトランスケースとを備
えたトランスと、これらを収納する外郭ケースとを有し
ており、前記コアが前記トランスケースを介して前記外
郭ケースに取り付けられている電源装置において、前記
トランスケース及び前記外郭ケースが熱的に結合されて
いることを特徴とする電源装置。
【請求項７】前記トランスケース及び前記外郭ケース
が、高熱伝導性の材料で成形されていることを特徴とす
る請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】入力電力を一次巻線に供給する一次側モ
ジュールと、各々が独立した部材となっている一次巻線
及び二次巻線が着脱自在に係合するコアを有するトラン
スと、二次巻線に生成される変換電力を外部に出力する
二次側モジュールと、これらを収納する外郭ケースとを
有する電源装置の製造方法において、前記外郭ケースの
所定位置に前記トランスを取り付けるステップと、前記
一次巻線が接続されている一次側モジュールを前記外郭
ケースに取り付けるステップと、前記二次巻線が接続さ
れている二次側モジュールを前記外郭ケースに取り付け
るステップと、前記一次巻線及び二次巻線を予め前記
外郭ケースに取り付けられた前記トランスケース内に設
けられている前記コアに取り付けるステップと、を有す
ることを特徴とする電源装置の製造方法。