JP2011234477A

JP2011234477A - スイッチング電源

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Publication number: JP2011234477A
Application number: JP2010101805A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirashima; 茂雄平島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: US20110261531A1; JP4983959B2; US8817468B2; CN102237780B; CN102237780A

Abstract

【課題】小型化でき、部品点数を少なくでき、かつ製造工数を減少できるスイッチング電源を提供する。
【解決手段】スイッチング回路１３を構成する電子部品２を備える。電子部品２は、収納ケース３に収納されている。また、電子部品２を載置する台座部４が、収納ケース３と一体的に形成されている。そして、冷媒流路５が、台座部４内を貫通し、収納ケース３の外壁面３０に少なくとも２箇所開口するように形成されている。台座部４に載置された電子部品２を冷却する冷媒１０が、冷媒流路５を流れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を収納する収納ケースを備えたスイッチング電源に関する。

従来から、電子部品を有するスイッチング電源として、図１６、図１７に示すごとく、電子部品９１を収納する収納ケース９２を備え、該電子部品９１を冷却する冷媒９７を流すための冷媒流路９３を収納ケース９２に形成したものが知られている（下記特許文献１参照）。

このスイッチング電源９０は、収納ケース９２の内側面に電子部品９１を載置し、外側面に冷媒流路９３を形成してある。収納ケース９２には予め凹部９３０が形成されており、収納ケース９２に水路カバー９４を取り付けてボルト９９０等で固定することにより、凹部９３０と水路カバー９４とで囲まれた空間を冷媒流路９３にしている。また、水路カバー９４と収納ケース９２との間には、冷媒９７の漏洩防止のためにシール部材９９（図１６参照）を介在させている。また、収納ケース９２には、電子部品９１を保護するための保護カバー９２０を取り付けている。

水路カバー９４には冷媒９７の導入口９５と導出口９６とが形成されている。導入口９５から導入した冷媒９７は、冷媒流路９３内を流れ、導出口９６から導出する。これにより電子部品９１が冷却される。

特開２００４−２９７８８７号公報

しかしながら、従来のスイッチング電源９０は、冷媒流路９３を形成するために、収納ケース９２の他に水路カバー９４やボルト９９０、シール部材９９等の部品が必要となるため、部品点数が多くなるという問題があった。
また、ボルト９９０を螺合するための雌螺子部９８（図１７参照）を収納ケース９２に形成する必要があるため、収納ケース９２が大型化しやすいという問題もあった。
さらに、水路カバー９４をボルト９９０で締結する工程や、水路カバー９４と収納ケース９２との間にシール部材９９を介在させる工程が必要となり、製造工数が増えるという問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、小型化でき、部品点数を少なくでき、かつ製造工数を減少できるスイッチング電源を提供しようとするものである。

本発明は、スイッチング回路を構成する電子部品と、
該電子部品を収納する収納ケースと、
該収納ケースと一体的に形成され、上記電子部品を載置する台座部と、
該台座部内を貫通し、上記収納ケースの外壁面に少なくとも２箇所開口するとともに、上記台座部に載置された上記電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒流路とを有することを特徴とするスイッチング電源にある（請求項１）。

本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、電子部品を載置する台座部と、収納ケースとを一体的に形成し、この台座部に冷媒流路を貫通形成した。これにより、冷媒流路を形成するにあたって、部品点数を減らすことができると共に、収納ケースの小型化を図ることができる。
すなわち、例えば、収納ケース９２（図１６参照）と水路カバー９４を組み合わせて冷媒流路を形成する場合と比較して、水路カバーやボルト等が必要なくなり、部品点数を減らすことが可能になる。
また、ボルトを螺合するための雌螺子部も収納ケースに形成する必要ないため、収納ケースを小型化できる。
さらに、冷媒流路が収納ケースと一体化された台座部を貫通する状態で形成されている。このため、収納ケースの外形形状は、凹凸なしの形状となるので、スイッチング電源を搭載する際に、搭載性自由度が向上する。また、冷媒流路を形成するにあたって別部材を組み付ける必要がない。すなわち、例えば、水路カバーを収納ケースに接続する等の工程を行わなくてすむ。そのため、スイッチング電源の製造工数を減らすことができる。
また、上記収納ケースと上記台座部とは、鋳造により互いに一体成型されたものであることが好ましい。鋳造を用いることで、収納ケースと台座部、並びに冷媒流路を一体にして製造が可能であり、部品点数を削減し、構成を簡素にできる。

以上のごとく、本発明によれば、小型化でき、部品点数を少なくでき、かつ製造工数を減少できるスイッチング電源を提供できる。

実施例１における、スイッチング電源の斜視図。実施例１における、収納ケースの製造方法を説明するための斜視図。実施例１における、スイッチング電源の断面図であって、図４のＢ−Ｂ断面図。図３のＡ−Ａ断面図。実施例１における、台座部と低冷却領域の高さを同じにしたスイッチング電源の断面図。実施例２における、収納ケースの製造方法を説明するための説明図。実施例２における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。実施例３における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。実施例４における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。実施例５における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。実施例６における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。実施例７における、スイッチング電源の平面図。図１２のＣ−Ｃ断面図。図１２のＤ−Ｄ断面図。比較例における、スイッチング電源の収納ケースの断面図。従来例における、スイッチング電源の断面図であって、図１７のＦ−Ｆ断面図。図１６のＥ−Ｅ断面図。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記冷媒流路は、上記台座部内を貫通する主流路と、該主流路に交差する方向に延び、該主流路の両端部の間において該主流路に連結すると共に一端が上記収納ケースの上記外壁面に開口する副流路とを備え、上記主流路の両端部のうち一方の端部に蓋が取り付けられ、他方の端部と上記副流路との間を上記冷媒が流れるよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、スイッチング電源の設計自由度を高めることができる。すなわち、主流路のみを有する場合は、その主流路の一方の端部を冷媒の導入口とし、他方の端部を冷媒の導出口としなければならず、これら導入口および導出口の位置を自由に変更できない。しかしながら、上記構成にすれば、主流路の両端部の間の任意の位置に副流路を形成できるため、冷媒の導入口または導出口のうち、少なくとも一方の位置を自由に決定することができる。

また、上記冷媒流路は、上記台座部内を貫通する主流路と、該主流路に交差する方向に延び、該主流路の両端部の間において該主流路に連結すると共に一端が上記収納ケースの上記外壁面に開口する一対の副流路とを備え、上記主流路の両端部に蓋が取り付けられ、一方の上記副流路と、上記主流路と、他方の上記副流路とに上記冷媒が流れるよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、スイッチング電源の設計自由度を更に高めることができる。すなわち、上記構成にすれば、一方の副流路を冷媒の導入口にし、他方の副流路を冷媒の導出口にすることができる。主流路の両端部の間の任意の位置に副流路を形成することができるため、冷媒の導入口と導出口の位置を自由に決定することが可能になる。

また、上記一対の副流路はそれぞれ同一方向に延びており、上記主流路は、上記一対の副流路が連結した側の側面に、該一対の副流路の間に位置する第１側面と、下流側の上記副流路に関して上記第１側面の反対側に位置する第２側面とを有し、上記第１側面と上記第２側面とは、上記副流路の延出方向における位置が一致していることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、冷媒の圧力損失を下げることができる。すなわち、仮に、第１側面（図１５参照）と第２側面との、副流路の突出方向における位置が一致していなかったとすると、主流路のうち、第２側面を含む部分の中で冷媒の渦が発生し、圧力損失が高くなりやすい。しかしながら、上記構成にすると、主流路のうち、第２側面を含む部分に冷媒が溜まりやすくなる。そのため、この部分に新たに冷媒が入りにくくなり、主流路から下流側の副流路へ向かって冷媒がスムーズに流れるようになる。そのため、冷媒の圧力損失を下げることができる。

また、上記副流路にて、冷媒が流れる方向に対して垂直面となる断面積は、上記主流路の断面積よりも小さいことが好ましい（請求項５）。
主流路の断面積は、大きい方が冷媒が流れる際に発生する圧力損失が小さくなり、かつ、冷却効率が高くなる。一方、副流路の断面積は、大きくした方が冷媒の圧力損失を低減できるが、主流路上部に電子部品を配置する場合には、電子部品の冷却効率へ与える影響は少ない。また、副流路の断面積は、そこに接続するパイプ等の径を大きくする必要があり、汎用パイプを使えなくなる等の背反が発生する。副流路の断面積は接続するパイプ等の径に合せて、主流路の断面積を拡大することにより、冷媒の圧力損失を低減でき、かつ、電子部品の冷却効率を高めることができる。

また、上記台座部の、上記冷媒流路を挟んだ両主面にそれぞれ別の上記電子部品が載置されており、上記台座部の一方の主面に載置された上記電子部品と、他方の主面に載置された上記電子部品とが各々別の上記スイッチング回路を構成していることが好ましい（請求項６）。
このようにすると、１個の収納ケース内に２個のスイッチング回路を構成できる。また、それぞれのスイッチング回路を構成する電子部品を、１個の冷媒流路で冷却することができる。これにより、収納ケースと冷媒流路の数を減らすことができ、スイッチング電源の製造コストを削減することが可能になる。また、冷媒流路の蓋が電子部品を搭載する面には無いため、蓋と収納ケース間のシール部から冷媒が漏れた場合でも、電子部品搭載面には冷媒が流れ込まず、スイッチング電源外部に流出するため、スイッチング電源内部での電子部品破壊等は発生しない。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるスイッチング電源につき、図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例のスイッチング電源１は、スイッチング回路１３を構成する電子部品２を備える。電子部品２は、収納ケース３に収納されている。また、電子部品２を載置する台座部４が、収納ケース３と一体的に形成されている。そして、冷媒流路５が、台座部４内を貫通し、収納ケース３の外壁面３０に少なくとも２箇所開口するように形成されている。また、台座部４に載置された電子部品２を冷却する冷媒１０が、冷媒流路５を流れる。
以下、詳説する。

図１に示すごとく、冷媒流路５の両端部６には、パイプ１２が接続されている。このパイプ１２に、スイッチング電源の冷媒流路に冷媒を流すためのホース等の配管（図示しない）が取り付けられる。また、収納ケース３には複数個の電子部品２が収納されており、このうち、特に発熱しやすい電子部品２ａを台座部４に載置している。発熱量が少ない電子部品２ｂは、台座部４に載置していない。

また、本例では、図２に示すごとく、収納ケース３と台座部４とを、鋳造により互いに一体成型している。すなわち、複数個の鋳型８ａ〜８ｃを組み合わせ、この鋳型８の中に溶融した金属を流し込む。そして、冷却して金属を固化した後、鋳型８を図２の矢印方向に各々引き抜いて、収納ケース３を取り出す。
鋳型８ａは、収納ケース３の収納空間３１に対応する形状の凸部８１を有する。また、鋳型８ｂ，８ｃは、柱状部８２，８３を有する。鋳型８ｂ，８ｃを組み合わせると、柱状部８２，８３が接合し、これが冷媒流路５に対応する部分となる。なお、柱状部８２を柱状部８３と統合し、１つの柱状部で鋳型を構成することも可能である。また、鋳造部８２，８３の形状は、円柱状で図示しているが、搭載される電子部品の形状に合せて、異形状にすることも可能である。

収納ケース３と台座部４とを鋳造により一体成型した後、図４に示すごとく、冷却流路５の端部６にパイプ１２を取り付ける。また、図３に示すごとく、収納ケース３内に電子部品２を収納し、電子部品２を保護するための保護カバー１１を取り付ける。

図３、図４に示すごとく、収納ケース３は、発熱量が少ない電子部品２ｂを載置するための低冷却領域３２を有する。この低冷却領域３２から保護カバー１１までの高さｈ２は、台座部４の載置面４０から保護カバー１１までの高さｈ１より長くなっている。これにより、低冷却領域３２に大きな電子部品２ｂを載置できるようにしている。
発熱量が大きい電子部品２ａは、例えばスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールである。また、発熱量が少ない電子部品２ｂは、例えばコンデンサやリアクトルである。

なお、低冷却領域３２に載置する電子部品２ｂの高さがあまり大きくない場合は、図５に示すごとく、台座部４の載置面４０と低冷却領域３２とを面一にしてもよい。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例では、電子部品２を載置する台座部４と、収納ケース３とを一体的に形成し、この台座部４に冷媒流路５を貫通形成した。これにより、冷媒流路５を形成するにあたって、部品点数を減らすことができると共に、収納ケース３の小型化を図ることができる。すなわち、例えば、収納ケース９２（図１６参照）と水路カバー９４を組み合わせて冷媒流路９３を形成する場合と比較して、水路カバー９４やボルト９９０等が必要なくなり、部品点数を減らすことが可能になる。
また、ボルト９９０（図１６参照）を螺合するための雌螺子部９８も必要ないため、収納ケース３を小型化できる。
さらに、冷媒流路５が収納ケース３と一体化された台座部４を貫通する状態で形成されているため、冷媒流路５を形成するにあたって、別部材を組み付ける必要がない。すなわち、例えば、水路カバー９４（図１６参照）を収納ケース９２に接続する等の工程を行わなくてすむため、スイッチング電源１の製造工数を減らすことができる。
また、発熱量が大きい電子部品２aは、半導体モジュール等であり、一般的に高さが低い。このため、冷媒流路が形成された台座上部に配置する際、高さｈ２と同程度の高さに調整することが可能である。これより、スイッチング電源内のデッドスペースを低減でき、スイッチング電源の小型化が可能である。

以上のごとく、本例によれば、小型化でき、部品点数を少なくでき、かつ製造工数を減少できるスイッチング電源１を提供できる。

（実施例２）
本例は、冷媒流路５の形状を変更した例である。図７に示すごとく、本例における冷媒流路５は、主流路５０と副流路５１とからなる。主流路５０は、台座部４内を貫通している。また、副流路５１は、主流路５０に交差する方向に延び、主流路５０の両端部６ａ，６ｂの間において主流路５０に連結すると共に一端が収納ケース３の外壁面３０に開口している。そして、主流路５０の両端部６ａ，６ｂのうち一方の端部６ａに蓋７が取り付けられ、他方の端部６ｂと副流路５１との間を冷媒１０が流れるよう構成されている。
本例においても、収納ケース３と台座部４とを鋳造により一体成型している。すなわち、図６に示すように複数個の鋳型８ｄ〜８ｆを組み合わせ、この鋳型８の中に溶融した金属を流し込む。そして、冷却して金属が固化した後に鋳型を図６の矢印方向に引き抜く。
また、冷媒１０が流れる方向に垂直な方向における、副流路の断面積は、主流路の断面積よりも小さい。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、スイッチング電源１の設計自由度を高めることができる。すなわち、主流路５０のみを有する場合は、主流路５０の一方の端部６ａを冷媒の導入口とし、他方の端部６ｂを冷媒の導出口としなければならず、これら導入口および導出口の位置を自由に変更できない。しかしながら、本例のようにすれば、図７に示すごとく、主流路５０の両端部６ａ，６ｂの間の任意の位置に副流路５１を形成できるため、冷媒の導入口または導出口のうち、少なくとも一方の位置を自由に決定することができる。
また、副流路の断面積は接続するパイプ等の径に合せて、主流路の断面積を拡大することにより、冷媒の圧力損失を低減でき、かつ、電子部品の冷却効率を高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

（実施例３）
本例は、冷媒流路５の形状を変更した例である。図８に示すごとく、本例における冷媒流路５は、主流路５０と一対の副流路５１ａ，５１ｂとからなる。主流路５０は、台座部４内を貫通している。また、一対の副流路５１ａ，５１ｂは、主流路５０に交差する方向に延び、主流路５０の両端部６ａ，６ｂの間において主流路５０に連結すると共に一端が収納ケース３の外壁面３０に開口している。そして、主流路５０の両端部６ａ，６ｂに蓋７が取り付けられ、一方の副流路５１ａと、主流路５０と、他方の副流路５１ｂとに冷媒１０が流れるよう構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、スイッチング電源１の設計自由度を更に高めることができる。すなわち、上述のようにすれば、一方の副流路５１ａを冷媒の導入口にし、他方の副流路５１ｂを冷媒の導出口にすることができる。主流路５０の両端部６ａ，６ｂの間の任意の位置に副流路５１ａ，５１ｂを形成することができるため、冷媒の導入口と導出口の位置を自由に決定することが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

（実施例４）
本例は、冷媒流路５の形状を変更した例である。図９に示すごとく、本例における冷媒流路５は、主流路５０と、一対の副流路５１ａ，５１ｂからなる。主流路５０の一方の端部６ａに蓋７ａが取り付けられている。また、主流路５０の他方の端部６ｂから、一方の端部６ａ側に寄った位置に他方の蓋７ｂが取り付けられている。そして、一対の副流路５１ａ，５１ｂは、蓋７ａ，７ｂの間において主流路５０に連結している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、台座部４のうち、蓋７ａから蓋７ｂの間に対応する部分にのみ電子部品２を載置している場合に有効である。本例では、副流路５１ｂに寄った位置に蓋が取り付けられているため、流路内に介在する冷媒の容量を低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

（実施例５）
本例は、冷媒流路５の形状を変更した例である。図１０に示すごとく、本例における一対の副流路５１ａ，５１ｂはそれぞれ同一方向に延びている。そして主流路５０は、一対の副流路５１ａ，５１ｂが連結した側の側面に、一対の副流路５１ａ，５１ｂの間に位置する第１側面５３ａと、下流側の副流路５１ｂに関して第１側面５３ａの反対側に位置する第２側面５３ｂとを有する。第１側面５３ａと第２側面５３ｂとは、副流路５１ａ，５１ｂの延出方向Ｘにおける位置が一致している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、冷媒１０の圧力損失を下げることができる。すなわち、仮に、図１５の比較例に示すごとく、第１側面８６ａと第２側面８６ｂとの、副流路５１の突出方向ｘにおける位置が一致していなかったとすると、主流路８４のうち、第２側面８６ａを含む部分８４０内で冷媒８１の渦が発生し、圧力損失が高くなりやすい。しかしながら、本例のようにすると、図１０に示すごとく、主流路５０のうち、第２側面５３ｂを含む部分５０ａに冷媒１０が溜まりやすくなる。そのため、この部分５０ａに新たに冷媒１０が入りにくくなり、主流路５０から下流側の副流路５１ｂへ向かって冷媒１０がスムーズに流れる。これにより、冷媒１０の圧力損失を下げることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。

（実施例６）
本例は、収納ケース３の形状を変更した例である。図１１に示すごとく、本例では、台座部４の、冷媒流路５を挟んだ両主面４０ａ，４０ｂにそれぞれ別の電子部品２ｃ，２ｄが載置されている。そして、台座部４の一方の主面４０ａに載置された電子部品２ｃと、他方の主面４０ｂに載置された電子部品２ｄとが各々別のスイッチング回路１３ａ，１３ｂを構成している。
その他、実施例１と同様の構成を備える。

本例の作用効果について説明する。
上記構成にすると、１個の収納ケース３内に２個のスイッチング回路１３ａ，１３ｂを構成できる。また、それぞれのスイッチング回路１３ａ，１３ｂを構成する電子部品２ｃ，２ｄを、１個の冷媒流路５で冷却することができる。これにより、収納ケース３と冷媒流路５の数を減らすことができ、スイッチング電源１の部品点数を削減し、小型化を実現することが可能になる。また、冷却流路の蓋が電子部品を搭載する面には無いため、蓋と収納ケース間のシール部から冷媒が漏れた場合でも、電子部品搭載面には冷媒が流れ込まず、スイッチング電源外部に流出するため、スイッチング電源内部での電子部品破壊等は発生しない。

（実施例７）
本例は、収納ケース３および主流路５０の形状を変更した例である。図１２、図１３に示すごとく、本例では、電子部品２を載置する領域に凹部３００を形成した。また、図１４に示すごとく、主流路５０の断面形状を半円状にした。すなわち、電子部品２に近い側を平面５００ａとし、反対側を円弧状面５００ｂとした。
このようにすると、電子部品２と主流路５０間の、収納ケース３の厚さｄを薄くでき、かつ電子部品２を広範囲に冷却できる。そのため、電子部品２の放熱性を向上できる。また、凹部３００を形成することで、収納ケース３内のスペースを有効利用でき、スイッチング電源１を小型化できる。本例では、主流路５０の形状を半円状としているが、発熱部品、並びに他部品の制約等により、異形状にすることも可能である。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

１スイッチング電源
２電子部品
３収納ケース
３０外壁面
４台座部
５冷媒流路
５０主流路
５１副流路
５２副流路
６（主流路の）端部
７蓋

Claims

スイッチング回路を構成する電子部品と、
該電子部品を収納する収納ケースと、
該収納ケースと一体的に形成され、上記電子部品を載置する台座部と、
該台座部内を貫通し、上記収納ケースの外壁面に少なくとも２箇所開口するとともに、上記台座部に載置された上記電子部品を冷却する冷媒が流れる冷媒流路とを有することを特徴とするスイッチング電源。
請求項１において、上記冷媒流路は、上記台座部内を貫通する主流路と、該主流路に交差する方向に延び、該主流路の両端部の間において該主流路に連結すると共に一端が上記収納ケースの上記外壁面に開口する副流路とを備え、上記主流路の両端部のうち一方の端部に蓋が取り付けられ、他方の端部と上記副流路との間を上記冷媒が流れるよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源。
請求項１において、上記冷媒流路は、上記台座部内を貫通する主流路と、該主流路に交差する方向に延び、該主流路の両端部の間において該主流路に連結すると共に一端が上記収納ケースの上記外壁面に開口する一対の副流路とを備え、上記主流路の両端部に蓋が取り付けられ、一方の上記副流路と、上記主流路と、他方の上記副流路とに上記冷媒が流れるよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源。
請求項３において、上記一対の副流路はそれぞれ同一方向に延びており、上記主流路は、上記一対の副流路が連結した側の側面に、該一対の副流路の間に位置する第１側面と、下流側の上記副流路に関して上記第１側面の反対側に位置する第２側面とを有し、上記第１側面と上記第２側面とは、上記副流路の延出方向における位置が一致していることを特徴とするスイッチング電源。
請求項２〜請求項４のいずれか１項において、上記副流路にて、冷媒が流れる方向に対して垂直面となる断面積は、上記主流路の断面積よりも小さいことを特徴とするスイッチング電源。
請求項２〜請求項５のいずれか１項において、上記台座部の、上記冷媒流路を挟んだ両主面にそれぞれ別の上記電子部品が載置されており、上記台座部の一方の主面に載置された上記電子部品と、他方の主面に載置された上記電子部品とが各々別の上記スイッチング回路を構成していることを特徴とするスイッチング電源。