JP2010238936A - 電気装置及びスイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部環境が高温である場合にあっても装置内部への熱の侵入を抑制する。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、導電性の接続端子３３を内挿する貫通型端子台３０が筐体１０の取付け部１９に挿入され取り付けられ、筺体１０の底壁部１５は、接続端子３３の端面３３ｃと対向する対向面１５ａを有し、対向面１５ａと接続端子３３の端面３３ｃとの間には、両者を熱的に接続する電気絶縁性の熱伝導性部材である伝熱シート５０が設けられている。これにより、接続端子３３に接続される外部ケーブル等から接続端子３３に対して伝導される熱を、接続端子３３から伝熱シート５０を介して筺体１０の対向面１５ａに伝導させることができる。これにより、接続端子３３に対して伝導され筺体１０内部の部品に侵入する熱を低減することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、貫通型端子台と筺体とを含んで構成される電気装置及びスイッチング電源装置に関する。

近年、ハイブリッドカーや電気自動車等に用いられる車載用の大型電源装置に対する需要が高まっている。このような大型電源装置は、大電流が流れるために、電源装置内の、例えばスイッチング素子等のパワー半導体の損失等による発熱量が非常に大きい。このため、電源装置の破損等を回避する目的から種々の冷却方法が検討されている。この冷却方法の一つとして、例えば特許文献１に記載のように、外部の機器と電気的に接続する導体を有する貫通型端子台を備え、電源装置を構成するスイッチング素子やトランス等の発熱性の高い部品を収容する筐体を外部から水冷する構成が知られている。

特開２００６−２３７５３７号公報

しかしながら、この筺体が、例えば自動車のエンジンの近傍に配置された場合のように、エンジンからの排熱の影響を受け、筺体の外部環境が高温である場合、貫通型端子台の導体を介して外部の装置や機器からの熱が筺体内部へと伝熱されてしまう。このため、水冷方式や強制送風方式等の冷却方式により、外部環境よりも低い温度で筺体を冷却しているにもかかわらず、内部に設けられた部品等が加熱され破損する可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、外部環境が高温である場合にあっても装置内部への熱の侵入を抑制することができる電気装置及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気装置は、導電性の接続端子を内挿する貫通型端子台が筐体の取付け部に挿入され取り付けられた電気装置であって、前記筺体は、前記接続端子の先端面と対向する対向面を有し、前記筺体の前記対向面と前記接続端子の前記先端面との間には、両者を熱的に接続する電気絶縁性の熱伝導性部材が設けられていることを特徴とする。

上記の電気装置では、貫通型端子台の接続端子と、接続端子の先端面に対向して設けられる筺体側の対向面とが電気絶縁性の熱伝導性部材により熱的に接続される。このため、接続端子に接続される外部ケーブル等から接続端子に対して伝導される熱を、接続端子から熱伝導性部材を介して筺体の対向面に伝導させることができる。これにより、外部環境が高温であっても、外部環境から接続端子に対して伝導された熱が筺体内部に対して侵入することを抑制することができる。

ここで、前記接続端子のうち前記先端面を有する一方の端部は、前記筺体の内部に突出している態様とすることが好ましい。

このように、接続端子のうち前記先端面を有する一方の端部が筺体の内部に突出していることにより、例えば筐体の内部に突出している領域に対して、筺体と熱的に接続される熱伝導性部材をさらに設けることもできるため、筺体内部の受動部品に対して外部からの熱が伝導されることをさらに抑制することができる。

また、前記筺体は冷却手段を備える態様とすることができる。

このように、筺体が冷却手段を備えることにより、接続端子から熱伝導性部材を介して筺体の対向面から筺体に侵入した熱を冷却手段において冷却することができ、筺体に伝熱したことによる筺体の温度上昇を抑制することができる。

さらに、前記筺体の内部に設けられた受動部品と、前記接続端子と前記受動部品とを電気的に接続する導電部材と、を備える態様とすることができる。

上記のように、筺体の内部に受動部品を備え、導電部材を介して接続端子と受動部品との間に電流を流す場合であっても、外部からの熱は熱伝導性部材を介して筐体に対して伝導されるため、接続端子から導電部材を介して受動部品に対して伝導される熱を低減することができ、温度上昇による受動部品の破損等の発生を抑制することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、前記受動部品はコンデンサであることが挙げられる。また、上記の電気装置において、前記受動部品は、ノイズフィルタ用のコンデンサであって、前記接続端子に対して近接して配置される態様とすることができる。

上述したように、本発明に係る電気装置では、外部ケーブルから接続端子に伝導される熱は熱伝導性部材を介して筺体に対して伝導される。したがって、接続端子から導電部材を介して電気的に近い位置に受動部品を配置した場合であっても、受動部品が接続端子から伝導される熱によって破損しにくくなる。このため、ノイズフィルタ用のコンデンサのように、接続端子に対してより電気的に近い位置に配置することが好ましい受動部品を接続端子に近接する位置に配置することができる。そして、例えば、ノイズフィルタ用のコンデンサを出力側の接続端子からより近い位置に配置した場合、筐体内の部品内を流れる電流において発生したノイズをノイズフィルタ用のコンデンサにおいて低減させた後に接続端子から外部に出力することができるため、出力電流のインダクタンスを低くすることができ、出力電流が安定化されることから出力電流が流れる外部の機器に対する悪影響を低減することができる。

また、本発明に係るスイッチング電源装置は、上記の電気装置を含んで構成されることを特徴とする。このように、スイッチング電源装置が上記の電気装置を含んで構成されることにより、スイッチング電源装置に含まれるスイッチング素子やトランス等の発熱性の高い部品を、外部環境から装置内部に対して流入する高熱に対して晒すことを防ぐことができ、信頼性の高いスイッチング電源装置を得ることができる。

本発明によれば、外部環境が高温である場合にあっても装置内部への熱の侵入を抑制することができる電気装置及びスイッチング電源装置が提供される。

本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す概略斜視図である。 スイッチング電源装置を構成する各受動部品を説明する概略斜視図である。 スイッチング電源装置の底面に設けられた冷却手段の構成を示す概略斜視図である。 貫通型端子台と筺体の取付け部の構成を示す分解斜視図である。 貫通型端子台と筺体の取付け部の断面図である。 貫通型端子台とコンデンサとの配置を説明する貫通型端子台周辺の上面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す概略斜視図、図２は、スイッチング電源装置を構成する各受動部品を説明する概略斜視図、図３は、スイッチング電源装置の底面に設けられた冷却手段の構成を示す概略斜視図、図４は、貫通型端子台と筺体の取付け部の構成を示す分解斜視図、図５は、貫通型端子台と筺体の取付け部の断面図、図６は、貫通型端子台とコンデンサとの配置を説明する貫通型端子台周辺の上面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、ケース本体１１と蓋部１３とからなる筺体１０と、筺体１０の側面に取り付けられる貫通型端子台３０とを備える電気装置の内部に各部品が配置されることにより構成される。筺体１０のケース本体１１と蓋部１３とは、周縁部のネジにより固定される。またケース本体１１は、ケース底面を構成する底壁部１５と、ケース側面を構成する側壁部１７とを含んで構成され、アルミニウム等の金属材料で一体成型されている。そして、ケース本体１１の側壁部１７に対して貫通型端子台３０が取り付けられる。

そして、この筺体１０のケース本体１１の内部には、スイッチング電源装置を構成する各部品が配置される。具体的には、図２に示すように、入力コンデンサ１１０と、スイッチング素子１２０と、メイントランス１３０と、チョークインダクタ１４０と、制御基板１５０と、出力コンデンサ１６０と、がケース本体１１の内部に収容され、これらの部品がバスバー等の導電性を有する導電部材により接続される。これにより、スイッチング電源装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。

ケース本体１１のケース底面側には筐体１０を冷却する冷却手段が設けられる。具体的には、ケース本体１１の底壁部１５の裏面側には、図３に示すように、複数本の蛇行した溝が設けられる。そして、この溝の開口を覆うように被覆板２５（図３ではこの被覆板２５の一部が破断されて示されている）を設けることによって、冷却用流路２１が形成される。この冷却用流路２１の両端には給排水口２２が設けられ、一方の給排水口２２から注入された冷却液（例えば、水、不凍液）は、冷却用流路２１を通って反対側の給排水口２２から排出される。このように冷却用流路２１を冷却液が流れることにより、ケース底面の底壁部１５の裏面側が冷却される。そして、底壁部１５の表面側に載置され、上述のスイッチング電源装置１を構成する各部品が冷却される。

次に、ケース本体１１の側壁部１７に対して取り付けられる貫通型端子台３０について説明する。貫通型端子台３０は、図１に示すようにケース本体１１の側壁部１７が図示下方へ延びる突出部（取付け部）１９に対して取り付けられる。

貫通型端子台３０は、図４、図５に示すように、樹脂等の絶縁性の部材からなる略円筒形の樹脂部３１と、略円筒形の樹脂部３１の中心を貫通するように内挿された金属等からなる導電性の接続端子３３とを含んで構成される。そして、筐体１０に対する貫通型端子台３０の挿入方向（図４の軸線Ａ１）に対して垂直な方向（すなわち、貫通型端子台３０が取り付けられる開口が設けられる面が延びる方向）に沿って樹脂部３１から延びるフランジ３１ａにおいてネジ３７により突出部１９に対して固定される。また、貫通型端子台３０は、樹脂部３１と突出部の間にＯリング３５を挟み、突出部１９に対して取り付けられる。これにより、ケース本体１１の内部は、貫通型端子台１０の取付け部位近傍において防水されている。

接続端子３３は、図５に示すように、筐体１０に対する貫通型端子台３０の挿入方向（軸線Ａ１が延びる方向）に沿って延び、一方の端部であって筐体１０の外部に露出して外部機器からのケーブルが取り付けられる外端部３３ａと、外端部３３ａとは逆側の端部であり筺体１０の内部の部品とバスバー（導電部材）４１等を介して電気的に接続される内端部３３ｂとを含んで構成される。なお、貫通型端子台３０は、接続端子３３とケース本体１１の側壁部１７との間に樹脂部３１を挟んで突出部１９に対して取り付けられるため、接続端子３３と側壁部１７とは絶縁される。また、バスバー４１と接続端子３３の内端部３３ｂとは、一部が平らになるように加工された内端部３３ｂの側面の加工面に対してバスバー４１を接触させた状態で、ネジ３９により固定される。このバスバー４１は、別のバスバー（図示せず）及びプリント基板（ＰＣＢ）４２上の配線を介して、受動部品であり、並列に設けられた２つのノイズフィルタ用コンデンサ４３に対して接続される。ノイズフィルタ用コンデンサ４３は、例えばフィルムコンデンサや電解コンデンサからなる。さらに、バスバー４１は、出力コンデンサ１６０とも電気的に接続される。このノイズフィルタ用コンデンサ４３は、図６の上面視において内端部３３ｂと隣接しており、近接して配置されている。

上記のスイッチング電源装置１において、接続端子３３は出力側の端子として機能する。すなわち、筺体１０の内部の各部品を流れた電流は、筺体１０と電気的に接続することにより接地されるノイズフィルタ用コンデンサ４３によりノイズ成分が取り除かれるとともに、バスバー４１を介して接続端子３３に接続される外部ケーブル等に対して出力される。

ここで、接続端子３３が挿入される突出部１９の内部の構成について説明する。突出部１９の内部では、底壁部１５が突出部１９の外形に沿ってケース本体１１の底面に対して略垂直方向に下方に折り曲げられることにより、底面に対して略垂直方向に延びる面が作られる。そして、底壁部１５は、略水平方向に再度折れ曲げられ、突出部１９の底面を構成する第２の表面１５ｂが設けられる。これにより、本体ケース１１の内部において、略垂直方向に延びる対向面１５ａが作られる。

一方、貫通型端子台３０は、接続端子３３の内端部３３ｂの端面（先端面）３３ｃが略垂直となる状態で筺体１０の突出部１９に挿入され、端面３３ｃと対向面１５ａとが対向する位置に取り付けられる。そして、端面３３ｃと対向面１５ａとの間には、電気絶縁性を有する熱伝導性部材である伝熱シート５０が端面３３ｃと垂直面１５ａとに接触するように設けられる。これにより、端面３３ｃと対向面１５ａとの間は熱的に接続される。

さらに、上記実施形態に係るスイッチング電源装置１では、接続端子３３の側面と突出部１９の底面を構成する第２の表面１５ｂとの間にも、両者を熱的に接続する電気絶縁性を有する熱伝導性部材である伝熱シート５１が設けられる。

上記の伝熱シート５０，５１としては、例えば電気絶縁性を有すると共に熱伝導性を有する材料であるシリコンシート等が好適に用いられる。

この伝熱シート５０，５１は種々の方法により接続端子３３の端面３３ｃと対向面１５ａとを熱的に接続するように設けることができる。例えば、伝熱シート５０，５１が粘着性を有する材料からなる場合には、伝熱シート５０，５１を予め対向面１５ａや第２の表面１５ｂに貼り付けておき、貫通型端子台３０を図５に示す位置に挿入することで端面３３ｃと伝熱シート５０とを接触させ、内端部３３ｂの側面と伝熱シート５１とを接触させることもできる。また、他の部材（例えばネジ等）を用いて、伝熱シート５０，５１を予め筺体１側及び接続端子３３のいずれか一方に取り付けることもできる。さらに、貫通型端子台３０と筺体１０とで挟み込むことにより伝熱シート５０，５１を固定することもできる。

上記の構成を有するスイッチング電源装置１において、接続端子３３の外端部３３ａに対して取り付けられた外部ケーブル等を介して外部から伝導される熱は、内端部３３ｂに伝導された後、伝熱シート５０，５１を介して筺体１０の対向面１５ａ、第２の表面１５ｂにそれぞれ伝導され、底壁部１５に伝導される。そして、底壁部１５は、その裏面側に設けられた冷却流路２１を流れる冷却液により冷却される。したがって、外部から伝導される熱のうちの大半が筺体１０の底壁部１５に伝導されることから、接続端子３３からバスバー４１を介してケース本体１１の内部に設けられたノイズフィルタ用コンデンサ４３を含む部品に対して大量の熱量が流れることが抑制され、外部環境が高温である場合にあっても装置内部への熱の侵入を抑制することができる。

また、上記実施形態の筐体１０は、その裏面側に冷却手段を備えるため、伝熱シート５０，５１を介して、接続端子３３の端面３３ｃから対向面１５ａを経て底壁部１５に侵入した熱を冷却することができ、筺体１０に伝熱したことによる筺体１０の温度上昇を抑制することができる。

また、上記実施形態のスイッチング電源装置１では、外部ケーブル等を介して外部から伝導される熱のバスバー４１に対する伝導が抑制される。一方、筺体１０内部の各部品を流れる電流は、プリント基板４２に設けられたノイズフィルタ用コンデンサ４３によりノイズ成分が取り除かれるとともに、バスバー４１等を経由して接続端子３３へ流れ、接続端子３３から外部ケーブルを介して他の装置・機器へと出力される。このように、ノイズフィルタ用コンデンサ４３によりノイズが除去された電流を接続端子３３から外部に対して出力することができる。また、上記実施形態のスイッチング電源装置１では、伝熱シート５０，５１により接続端子３３が筺体１０と熱的に接続されているため、バスバー４１により電気的に接続されるノイズフィルタ用コンデンサ４３に対しては接続端子３３から大量の熱が伝導されることが抑制される。したがって、筺体１０に収容する受動部品を接続端子３３の近傍に配置することもできる。具体的には、上記実施形態のスイッチング電源装置１のように、接続端子３３からできるだけ電気的に近い位置に配置されることが好ましいノイズフィルタ用コンデンサ４３を、図６の上面視において内端部３３ｂと隣接するように近接して配置することができる。この結果、ノイズフィルタ用コンデンサ４３により、接続端子３３からより近い位置で接続端子３３から流れる電流のインダクタンスが低くなる。したがって、接続端子３３と電気的に接続される他の装置・機器に対して、ノイズが好適に除去された電流を出力することができ、他の装置・機器に対する悪影響を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係るスイッチング電源装置１は種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施形態では、接続端子３３の端面３３ｃが略垂直方向に延びる面である場合について説明したが、端面３３ｃは垂直方向に延びる形状でなくてもよく、例えば球面状とされていてもよい。この場合でも、端面３３ｃに対向する位置に設けられる筺体１０の対向面１５ａと端面３３ｃとの間を熱的に接続する伝熱シート５０が設けられることにより、外部ケーブル等を介して接続端子３３に流れる熱が筺体１０に対して伝導される。

また、上記実施形態では、接続端子３３の端面３３ｃに対向して設けられる筺体１０の対向面１５ａが、底壁部１５を折り曲げることにより設けられる構成について説明している。しかしながら、筺体１０は、接続端子３３の端面３３ｃに対向して設けられ伝熱シート５０及び冷却手段と熱的に接続されている対向面１５ａを備えていればよく、筺体１０の底壁部１５及び側壁部１７の形状は種々の変更を行うことができる。例えば、突出部１９を設けるように底壁部１５を折り曲げずに、筺体１０の側壁部１７及び底壁部１５を構成する金属部材とは異なる金属部材を側壁部１７又は底壁部１５と熱的に接続するように新たに設けることにより、対向面１５ａを設けることもできる。また、底壁部１５及び側壁部１７の表面に対向面１５ａを設ける場合であっても、上記実施形態のように底壁部１５を折り曲げる方法とは異なる方法を採用することができる。

また、上記実施形態では、貫通型端子台３０の接続端子３３は、筺体１０内部を流れる電流を外部の他の装置・機器に対して出力する機能を有する場合について説明したが、外部からの電流を筺体１０の内部の部品に対して入力する入力端子として機能する構成であってもよい。この場合であっても、外部からの電流はバスバー等の導電部材を介して筐体１０の内部の部品に対して入力されるが、外部ケーブル等を介して伝導される熱は伝熱シート５０，５１を介して筺体１０に対して伝導されることから、筺体１０内に載置された部品に対して導電部材を介して伝熱されることを抑制することができる。

また、上記実施形態では、冷却手段が水冷方式である構成について説明したが、強制送風等の空冷方式等の他の冷却方式を採用してもよい。この場合、上記の冷却流路２１に代えて、ケース本体１１の底面を構成する底壁部１５の裏面側に、冷却手段として例えば放熱フィン等を設ける構成等が考えられる。また、筺体１０が冷却手段を備えない場合であっても、外部から接続部３３に対して流れる熱を伝熱シート５０，５１を介して筺体１０に対して伝導することにより、バスバー４１に対して流れる熱量を減らすことができるという効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、接続端子３３の端面３３ａと対向面１５ａとを熱的に接続する伝熱シート５０と、接続端子３３の側面と第２の面１５ｂとを熱的に接続する伝熱シート５１とがそれぞれ設けられる構成について説明したが、少なくとも接続端子３３の端面３３ａと対向面１５ａとを熱的に接続する伝熱シート５０が設けられていればよい。

また、スイッチング電源装置は図２に示す構成に限られない。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置１は、例えばインバータ等にも好適に用いられる。また、スイッチング電源装置１は、例えばノイズフィルタ用コンデンサ４３のみを筐体１０の内部に収容する構成であってもよい。

１…スイッチング電源装置、１０…筺体、１１…ケース本体、１３…蓋部、１５…底壁部、１５ａ…対向面、１７…側壁部、１９…突出部（取付け部）、２１…冷却用流路、２２…給排水口、３０…貫通型端子台、３１…樹脂部、３３…接続端子、３３ｃ…端面（先端面）、５０，５１…伝熱シート。

Claims (7)

1. 導電性の接続端子を内挿する貫通型端子台が筐体の取付け部に挿入され取り付けられた電気装置であって、
   前記筺体は、前記接続端子の先端面と対向する対向面を有し、
   前記筺体の前記対向面と前記接続端子の前記先端面との間には、両者を熱的に接続する電気絶縁性の熱伝導性部材が設けられている
   ことを特徴とする電気装置。
2. 前記接続端子のうち前記先端面を有する一方の端部は、前記筺体の内部に突出していることを特徴とする請求項１記載の電気装置。
3. 前記筺体は冷却手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電気装置。
4. 前記筺体の内部に設けられた受動部品と、
   前記接続端子と前記受動部品とを電気的に接続する導電部材と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気装置。
5. 前記受動部品はコンデンサであることを特徴とする請求項４記載の電気装置。
6. 前記受動部品は、ノイズフィルタ用のコンデンサであって、前記接続端子に対して近接して配置されることを特徴とする請求項４記載の電気装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気装置を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
   
   

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