JP2007006635A

JP2007006635A - 電源装置

Info

Publication number: JP2007006635A
Application number: JP2005184644A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hara; 康浩原; Wataru Nakahori; 渉中堀
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: JP4784170B2

Abstract

【課題】専用の取付金具が不要であり、かつ放熱が良好に行なわれ、比較的大型の電源装置に採用可能なインダクタンス部品の固定構造を持つ電源装置を提供する。
【解決手段】金属製のベースプレート１上にトランス４等のインダクタンス部品を、そのコア３２を接触させて載置する。ベースプレート１に金属製のカバー２を組み合わせる。カバー２の天板部２ａに、内側に突出した突出部４７を形成する。コア３１の上面に、カバー２の突出部４７を押圧接触させる。これにより、トランス４等のインダクタンス部品をベースプレート１とカバー２との間で挟持する。
【選択図】図４

Description

本発明は、スイッチング電源等のように、トランスやチョークコイル等のインダクタンス部品を有する電源装置に係わり、特に車載用の電源装置のように、比較的大出力の場合に好適なインダクタンス部品の放熱および固定構造に関する。

従来のトランスの固定構造として、金属製のベースプレートにコアを接触させて搭載し、取付金具をコアに被せてこの取付金具をベースプレートに固定して取付ける構造がある（特許文献１参照）。また、プリント基板に取付けたトランスの放熱のため、トランス上に放熱シートを介してケースの天板部を当接させて放熱する構造もある（特許文献２参照）。

特開２００４−２９６８１８号公報特開２００２−７８２１２号公報

特許文献１に記載のように、取付金具によりトランスを固定する構造では、トランス専用の取付金具が必要になり、コスト高を招く。また、コアの上面は取付金具に当接しているものの、トランスのコア損失のエネルギーにより生じる熱の取付金具による放熱はあまり期待できない。このため、コアの上部の温度が上昇し、この温度上昇がさらに損失を増大させ、さらなる温度上昇を招くという悪循環を生む。また、例えば車載用の電源装置のように、車体に固定されるベースプレートとこれに組み合わされるカバー内にトランス等の発熱するインダクタンス部品を収容した場合には、コアの上部の熱は、実質的には内部空気への熱伝導による放熱に依存せざるを得ない。このため、内部空気の温度上昇を招き、このトランスのみならず、他の部品、例えばチョークコイル等の温度上昇を招き、電源装置全体としての損失も増大させるという問題点がある。

一方、特許文献２に記載のように、プリント基板にトランスを搭載したものは数十Ｗ程度の比較的小型のトランスに採用可能な構造であり、例えば１ｋＷを超えるような車載用の電源装置にこの従来構造を適用した場合、トランスの重量、振動にプリント基板が耐えられず、採用できない。また、コアの放熱が主としてケースへの放熱に依存し、プリント基板側からのコアの放熱が不充分となり、やはり損失を増大させるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、専用の取付金具が不要であり、かつ放熱が良好に行なわれ、比較的大型の電源装置に採用可能なインダクタンス部品の固定構造を持つ電源装置を提供することを目的とする。

本発明の電源装置は、金属製のベースプレート上に分割型コアを有するインダクタンス部品を、その一方側のコアの面を接触させて載置し、
前記ベースプレートに組み合わされて前記インダクタンス部品を含む電源装置の構成部品を覆う金属製のカバーの天板部に、内側に突出した突出部を形成し、
前記インダクタンス部品の他方側のコアの面に、前記カバーの突出部を押圧接触させることにより、前記インダクタンス部品を前記ベースプレートと前記カバーとの間で挟持した
ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記ベースプレートは放熱フィンを有する
ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記プリント基板に、貫通穴を設け、
前記貫通穴に前記コアの脚部またはコアに装着するボビンを嵌めてコアを固定した
ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記コアの前記突出部との接触面と、前記カバーの天板部との間に伝熱シートを介在させた
ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記カバー天板部に内側に凹ませた凹み面を形成し、
前記凹み面に、前記突出部を形成した
ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記カバー天板部における前記突出部を形成した部分の外面に、天板部に接触させて、放熱フィンを有する放熱器を固定した
ことを特徴とする。

本発明の電源装置は、金属製ベースプレートと金属製カバーとでインダクタンス部品のコアを挟む構造であるため、コアのベースプレート側の面（以下これを下面と称す）からの放熱と、その反対側の面（以下これを上面と称す）からの放熱が行なわれ、放熱性能が上がる。このため、コアの温度上昇が抑制され、コア損失の少ないインダクタンス部品を提供できる。

また、コアの温度上昇が抑制されることから、従来より小型のコアを用いた場合でも従来と同様の性能をもつインダクタンス部品が採用可能となり、インダクタンス部品ないし電源装置の小型化に寄与する。また、内部空間温度も低下させることが可能となり、他の部品の損失も低減できることから、電源装置の低損失化および小型化が促進される。

また、インダクタンス部品を固定するための専用の取付金具が不要となるので、前記小型化と相俟って、インダクタンス部品ないしは電源装置の部品点数の削減とコスト削減に寄与する。

本発明の電源装置において、さらにベースプレートに放熱フィンを設けたものにあっては、さらに放熱性能が上がり、前記インダクタンス部品のコアの温度低下並びに低損失化が促進される。

本発明の電源装置において、さらに前記プリント基板に貫通穴を設け、その貫通穴に前記コアの脚部またはコアに装着するボビンを嵌めてコアを固定する構造とすることにより、インダクタンス部品のプリント基板と平行な横方向の位置ずれを確実に防止することができる。

本発明の電源装置において、さらに前記コアの上面と前記カバーの天板部との間に伝熱シートを介在させることにより、コアの上面からの放熱が良好に行なわれ、コアの上面の放熱性能がさらに向上する。

本発明の電源装置において、さらに前記カバーの天板部に内側に凹ませた凹み面を形成し、その凹み面に前記突出部を形成することにより、カバーによる放熱を行なうインダクタンス部品より上面に突出する部品が存在する場合でもその部品の実装を阻害することなく、インダクタンス部品の放熱を行なわせることができる。また、カバーに凹み面を形成することにより、カバーの剛性が上がり、コアへの接触が確実に行なえる。

本発明の電源装置において、さらに前記カバーの天板部における前記突出部を形成した部分の外面に、天板部に接触させて、放熱フィンを有する放熱器を固定することにより、コア上面からの放熱がさらに良好に行なえる。

図１は本発明の電源装置の一実施の形態を示す分解斜視図、図２はこの電源装置のカバーのみを外して示す分解斜視図、図３はこの電源装置の部品全体を組み合わせ、内部の一部を切開して示す斜視図、図４はそのインダクタンス部品の取付け構造を示す断面図である。この実施の形態の電源装置は車載用のＤＣ−ＤＣコンバータを構成するものである。しかしながら本発明の電源装置は車載用に限定されるものではない。

１はアルミニウムや銅等の金属でなるベースフレーム、２はアルミニウム、鉄等の金属でなるカバー、３はプリント基板、４は本実施の形態においてベースフレーム１およびカバー２を通しての放熱対象部品としたトランスである。なお、この放熱対象部品はトランスではなく、チョークコイル等のようなコアを有する他のインダクタンス部品であってもよく、またトランスとチョークコイル等の他のインダクタンス部品の双方を放熱対象部品としてもよい。

ベースフレーム１はその車体等の取付け対象体９（図４参照）側の面である底面に放熱フィン５を有する。このベースフレーム１およびカバー２は、図１、図２に示すようにその周辺部に取付け穴６、７を有し、図４に示すように、これらの取付け穴６、７にねじ８を挿入して取付け対象体９に固定して取付けられる。

ベースフレーム１の上面にはプリント基板３を取付けるための複数のねじ筒１０を一体に有する。プリント基板３は、このプリント基板３に設けた穴に挿着したねじ１１をねじ筒１０に螺合することにより、ベースフレーム１に固定される。

図１、図２に示すように、ベースフレーム１上には複数個の整流用ダイオード１２が搭載される。また、ベースフレーム１に固定した台板１３にＦＥＴ等の複数個のスイッチング素子１４が搭載される。これらのスイッチング素子１４は、その端子がプリント基板３上の導体パターンに半田付けされると共に、ねじ１５によってベースフレーム１に固定されるばね１６により台板１３に押圧固定される。また、図２に示すように、共振用インダクタ１７とチョークコイル１９と出力端子台２０がベースフレーム１に搭載される。

図１、図２に示すように、プリント基板３上には、ラインフィルタ２２、複数個のコンデンサ２３、複数個のパルストランス２４、複数個のＩＣ２５、コネクタ２６、２７等が搭載される。

図１に示すように、トランス４は、上下のＥ型コア３１、３２と、金属プレートを打ち抜き成形した上下の二次巻線３３、３４と、一次巻線を巻いたボビン３５とを有する。上下の二次巻線３３、３４は、互いにねじ３６、３７によって接続されて合計２ターンの巻線を構成する。ボビン３５は渦巻き状に一次巻線を巻いたもので、二次巻線３３、３４間に挟持される。なお、一次巻線はプリント基板３上に形成された導体パターンであってもよい。

３９はプリント基板３上に固定した雌ねじピースである。上方の二次巻線３３は、その２つのコーナー部を雌ねじ前記ピース３９に螺合するねじ４０によってプリント基板３に固定され、位置決めされる。４１は整流用ダイオード１２と共にベースフレーム１に固定された雌ねじである。下方の二次巻線３４は、前記雌ねじ４１に螺合するねじ４２によってベースフレーム１に固定され、かつダイオード１２に接続される。

ベースフレーム１の上面には下側のコア３２の橋絡部よりやや広い凹部４４を設け、この凹部４４上にコア３２の下面（橋絡部）を接触させて搭載する。図１に示すように、プリント基板３には、コア３２の中央脚よび両側の側脚に合致する貫通穴４５、４６を設け、図４に示すように、これらの貫通穴４５、４６にコア３２の中央脚、側脚を挿着してコア３２が横方向にずれないように固定する。

図４に示すように、上下のコア３１、３２の中央脚を一次巻線３３、３４の中央の開口部およびこれらの一次巻線３３、３４間のボビン３５の中央の開口部に挿通し、上下のコア３１、３２を互いに接着する。

そして、上方のコア３１の上面（橋絡部）を、カバー２の天板部２ａに内側に突出させて設けた複数（本実施の形態においては２つ）の突出部４７を当接させる。この実施の形態においては、突出部４７は、カバー２の天板部２ａを凹ませた凹み面４８内に設けている。また、突出部４７はコア３１の長手方向に対して直角をなす方向に長い形に形成している。この突出部４７は平面形状が円形等をなすように形成してもよい。

また、コア３１、３２をカバー３とベースフレーム１との間で堅固に固定するため、突出部４７の近傍に設けた貫通穴４９にねじ５０を挿通して、ベースフレーム１に一体に設けた柱状突起５１の上部のねじ穴にこのねじ５０を螺合し、締結する。これにより、カバー２の突出部４７はカバー２の持つ弾性によりコア３１の上面に多少の変形をもって圧接し、コア３１、３２がベースフレーム１とカバー２との間で挟持され、固定される。この実施の形態においては、コア３１、３２はベースフレーム１やカバー２と同じグランド電位となる。コア３１、３２と二次巻線３３、３４とは、前記の二次巻線３３、３４のプリント基板３やベースフレーム１に対する固定構造と、コア３１、３２のプリント基板３に対する固定構造により相対的に位置決めされ、非接触状態を保つ。

また、本実施の形態においては、コア３１からカバー２への伝熱をより良好に行なうため、突出部４７、４７の間にシリコン等でなる弾性を有する伝熱シート５２を介在させている。

このように、本発明は、金属製ベースプレート１と金属製カバー２とでトランス４のコア３１、３２を挟んでトランス４を固定する構造としたので、コア３１、３２のベースプレート１側、すなわち下面からの放熱と、上面からの放熱が双方とも行なわれ、放熱性能が上がる。具体的には、出力が１．５ｋＷのＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、カバー２からの放熱を行なわない従来品では上方のコア３１の温度が約８０Ｋ上昇したが、実施例ではこの温度上昇が５５Ｋとなり、コアの温度上昇が大幅に抑制できた。この上方のコア３１の温度上昇の抑制は下方のコア３２の温度抑制にもつながる。このように、コア３１、３２の温度上昇が抑制されるので、トランス４のコア損失が小さくなる。

また、コア３１、３２の温度上昇が抑制されることから、カバー２の内部空間温度も低下するので、他の部品の温度上昇の防止と損失低減にも寄与する。また、従来より小型のコアを用いた場合でも従来と同様の性能をもつトランス４が実現可能となり、トランス４ないし電源装置の小型化に寄与する。

また、トランス４を固定するための専用の取付金具が不要となるので、前記小型化と相俟って、トランス４ないしは電源装置の部品点数の削減とコスト削減に寄与する。

また、上記実施の形態においては、ベースプレート１に放熱フィン５を設けたので、さらに放熱性能が上がり、コア３１、３２の温度上昇がよりよく抑制される。

また、上記実施の形態においては、プリント基板３に貫通穴４５、４６を設け、コア３２の脚部をその貫通穴４５、４６に嵌めてコアを固定する構造としているので、トランス４のプリント基板３と平行な方向、すなわち横方向の位置ずれを確実に防止することができる。

なお、本発明を実施する場合、コア３１、３２の中央の脚部にボビンを嵌め、そのボビンに一次巻線および二次巻線を装着した構成にしてもよく、その場合には、ボビンをプリント基板３の貫通穴４５に嵌める構造としてもよい。

また、上記実施の形態においては、カバー２の突出部４７、４７間において、カバー２の天板部２ａとコア３１との間に弾性を有する伝熱シート５２を介在させたので、コア３１の上面からの放熱が促進され、コア３１の温度上昇がさらに良好に抑制される。

また、上記実施の形態においては、カバー２の天板部２ａに凹み面４８を形成し、その凹み面４８に突出部４７を形成しているので、カバー２による放熱を行なうトランス４より上方に突出するコンデンサ２３等が存在する場合でもその部品の実装を阻害することなく、トランス４の放熱を行なわせることができる。また、カバー２に凹面４８を形成することにより、カバー２の剛性が上がり、コア３１への接触が確実に行なえる。

図５は本発明の他の実施の形態であり、これはカバー２の天板部２ａにおける突出部４７を形成した部分の外面に、天板部２ａの凹み面４８に接触させて放熱フィンを有する放熱器５３を固定することにより、コア３１の上面からの放熱がさらに良好に行なえるようにしたものである。この実施の形態においては、凹み面４８に放熱器５３を設けているので、電源装置の高さを高くすることなく放熱性能を向上させることができる。なお、この放熱器５３の固定は、突出部４７をコア３１に押しつけるためのねじ５０を兼用することにより、部品点数の削減を図っている。

本発明のインダクタンス部品を構成する分割型コンベアとしては、Ｅ−Ｅ型コアのみでなく、Ｕ−Ｕ型、Ｅ−Ｉ型，Ｕ−Ｉ型等を用いることができる。

本発明の電源装置の一実施の形態を示す分解斜視図である。本実施の形態の電源装置において、部品を搭載したプリント基板をベースフレームに固定した状態を示す分解斜視図である。本実施の形態の全体を組み立てた状態において、カバーの一部を切開して示す斜視図である。本実施の形態におけるトランスの取付け構造を示す断面図である。本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。

符号の説明

１：ベースフレーム、２：カバー、２ａ：天板部、３：プリント基板、４：トランス、５：放熱フィン、６、７：取付け穴、８：ねじ、９：車体、１０：ねじ筒、１１：ねじ、１２：整流用ダイオード、１３：台板、１４：スイッチング素子、１５：ねじ、１６：ばね、１７：共振用インダクタ、１９：チョークコイル、２０：出力端子台、２２：ラインフィルタ、２３：コンデンサ、２４：パルストランス、２５：ＩＣ、２６、２７：コネクタ、３１、３２：コア、３３、３４：二次巻線、３５：ボビン、３６、３７：ねじ、３９：雌ねじピース、４０：ねじ、４１：雌ねじ、４２：ねじ、４４：凹部、４５、４６：貫通穴、４７：突出部、４８：凹み面、４９：貫通穴、５０：ねじ、５１：柱状突起、５２：伝熱シート、５３：放熱器

Claims

金属製のベースプレート上に分割型コアを有するインダクタンス部品を、その一方側のコアの面を接触させて載置し、
前記ベースプレートに組み合わされて前記インダクタンス部品を含む電源装置の構成部品を覆う金属製のカバーの天板部に、内側に突出した突出部を形成し、
前記インダクタンス部品の他方側のコアの面に、前記カバーの突出部を押圧接触させることにより、前記インダクタンス部品を前記ベースプレートと前記カバーとの間で挟持した
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
前記ベースプレートは放熱フィンを有する
ことを特徴とする電源装置。
請求項１または２に記載の電源装置において、
前記ベースプレートに固定されるプリント基板を備え、
前記プリント基板に貫通穴を設け、
前記貫通穴に前記コアの脚部またはコアに装着するボビンを嵌めてコアを固定した
ことを特徴とする電源装置。
請求項１から３までのいずれかに記載の電源装置において、
前記コアの前記突出部との接触面と、前記カバーの天板部との間に伝熱シートを介在させた
ことを特徴とする電源装置。
請求項１から４までのいずれかに記載の電源装置において、
前記カバーの天板部に内側に凹ませた凹み面を形成し、
前記凹み面に、前記突出部を形成した
ことを特徴とする電源装置。
請求項１から５までのいずれかに記載の電源装置において、
前記カバーの天板部における前記突出部を形成した部分の外面に、天板部に接触させて、放熱フィンを有する放熱器を固定した
ことを特徴とする電源装置。