JP2016063554A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の向上及び小型化を図ることができる電源装置を提供すること【解決手段】電源装置１は、トランス１３と一次側半導体部品１１と二次側半導体部品１２とチョークコイル１４と制御回路基板１５と配線モジュール２とを備える。配線モジュール２は、導体部３を、樹脂製の導体保持部２１と一体化してなる。導体部３は、トランス１３、一次側半導体部品１１、二次側半導体部品１２、チョークコイル１４、及び、制御回路基板１５のいずれかの被接続端子４と接続する接続端子５を、導体保持部２１から露出してなる。一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２の少なくとも一方には、その主面の法線方向に、トランス１３、チョークコイル１４、及び、制御回路基板１５のうち少なくとも１つの部品が、積層配置されている。接続端子５と被接続端子４とは、一方が他方に対し、積層方向Ｚに挿入するように互いに嵌合している。【選択図】図３

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータやこれを搭載した充電装置等の電源装置には、例えば、一次コイル及び二次コイルを備えたトランスと、トランスの二次コイル側に接続された二次側半導体部品と、二次側半導体部品に接続されたチョークコイルとを有するものがある。

このような電源装置においては、構成部品が二次元平面上に広がるように配置されていたため、この二次元平面の広がり方向において電源装置が大型化するという問題があった。かかる問題を解決すべく、特許文献１には、二次側半導体部品とチョークコイルとを、上記二次元平面の法線方向に積層配置した電源装置が開示されている。これにより、電源装置の小型化を容易にしている。

特開２０１２−２１３３０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電源装置においては、複数の構成部品を電気的接続するための配線の引き回しが複雑になりやすい。それゆえ、部品の端子同士を接続するにあたり、ねじ締め、溶接、半田付け等を用いると、その接続作業が困難となりやすい。また、部品の端子同士の接続に、ねじ締め、溶接、半田付け等を用いた場合、これらの締結作業を行うための充分なスペースが必要となり、結局電源装置の小型化が困難となる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、生産性の向上及び小型化を図ることができる電源装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一次コイル及び二次コイルを備えたトランスと、
該トランスの上記一次コイル側に接続された一次側半導体部品と、
上記トランスの上記二次コイル側に接続された二次側半導体部品と、
上記二次側半導体部品に接続されたチョークコイルと、
少なくとも上記一次側半導体部品に接続された制御回路基板と、
上記トランス、上記一次側半導体部品、上記二次側半導体部品、上記チョークコイル、及び、上記制御回路基板の少なくともいずれかに接続される導体部を、樹脂製の導体保持部と一体化してなる配線モジュールと、を備え、
上記導体部は、上記トランス、上記一次側半導体部品、上記二次側半導体部品、上記チョークコイル、及び、上記制御回路基板のいずれかの被接続端子と接続する接続端子を、上記導体保持部から露出してなり、
上記一次側半導体部品及び上記二次側半導体部品の少なくとも一方には、その主面の法線方向に、上記トランス、上記チョークコイル、及び、上記制御回路基板のうち少なくとも１つの部品が、積層配置されており、
上記接続端子と上記被接続端子とは、一方が他方に対し、上記積層方向に挿入するように互いに嵌合していることを特徴とする電源装置にある。

上記電源装置においては、導体部を、樹脂製の導体保持部と一体化してなる配線モジュールを備える。そして、導体部の接続端子と被接続端子とは、一方が他方に対し、積層方向に挿入するように互いに嵌合している。それゆえ、接続端子と被接続端子との電気的接続を容易にすることができる。すなわち、接続端子を被接続端子に向けた状態で、配線モジュールをトランス、一次側半導体部品、二次側半導体部品、チョークコイル、或いは制御回路基板に向って相対的に移動させることにより、接続端子と被接続端子とを嵌合させることができる。それゆえ、接続端子と被接続端子とを、ねじ締め、溶接、半田付け等を用いることなく、互いに接続することができる。その結果、接続作業のためのスペースを特に大きく確保する必要がなく、電源装置の小型化を図ることが容易になる。

以上のごとく、本発明によれば、生産性の向上及び小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

実施例１における、制御回路基板を外した電源装置の斜視図。 実施例１における、電源装置の分解斜視図。 実施例１における、電源装置の構成部品の配置場所を説明するための模式断面図。 実施例１における、配線モジュールを下側からみた斜視図。 実施例１における、両端子導体部の接続の仕方を示す模式断面図であって、接続端子と被接続端子との（ａ）接続前の図、（ｂ）接続後の図。 実施例１における、片端子導体部の接続の仕方を示す模式断面図であって、接続端子と被接続端子との（ａ）接続前の図、（ｂ）接続後の図。 実施例１における、半導体保持部材に対して配線モジュールが積層配置される直前の斜視図。

電源装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、直流電源の高圧の直流電力を低圧の直流電圧に降圧し、補機用バッテリに供給するために用いられるＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。

（実施例１）
上記電源装置１の実施例につき、図１〜図７を用いて説明する。
本例の電源装置１は、図１〜図３に示すごとく、一次コイル及び二次コイルを備えたトランス１３と、トランス１３の一次コイル側に接続された一次側半導体部品１１と、トランス１３の二次コイル側に接続された二次側半導体部品１２と、を備える。また、電源装置１は、二次側半導体部品１２に接続されたチョークコイル１４と、少なくとも一次側半導体部品１１に接続された制御回路基板１５と、配線モジュール２とを備える。

図２、図４に示すごとく、配線モジュール２は、トランス１３、一次側半導体部品１１、二次側半導体部品１２、チョークコイル１４、及び、制御回路基板１５の少なくともいずれかに接続される導体部３を、樹脂製の導体保持部２１と一体化してなる。本例の電源装置１は、配線モジュール２を２個有し、各配線モジュール２の導体部３は、一次側半導体部品１１、二次側半導体部品１２、制御回路基板１５のいずれかに接続されている。また、本例においては、導体部３を導体保持部２１にインサート成形することにより、導体部３と導体保持部２１とが一体化されて配線モジュール２が構成されている。また、導体部３は、一次側半導体部品１１、二次側半導体部品１２、及び、制御回路基板１５のいずれかの被接続端子４と接続する接続端子５を、導体保持部２１から露出してなる。

図２、図３に示すごとく、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２には、その主面の法線方向に、トランス１３、チョークコイル１４、及び、制御回路基板１５が、積層配置されている。すなわち、一次側半導体部品１１には、トランス１３が積層配置され、二次側半導体部品１２には、チョークコイル１４が積層配置されている。そして、トランス１３及びチョークコイル１４には、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２が配された側と反対側に、制御回路基板１５が積層配置されている。
そして、図５〜図７に示すごとく、接続端子５と被接続端子４とは、一方が他方に対し、積層方向Ｚに挿入するように互いに嵌合している。

本例の電源装置１は、例えば、直流電源の高圧の直流電力を降圧して低圧の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。また、電源装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載するものとすることができる。

一次側半導体部品１１は、複数のスイッチング素子を内蔵している。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）又はＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を用いることができる。二次側半導体部品１２は、複数のダイオードを内蔵している。

電源装置１は、図２、図３に示すごとく、金属製のベースプレート１７の一方の主面である搭載面１７１に、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２を、それぞれ並べて搭載している。ここで、本例において、ベースプレート１７の搭載面１７１側を上側、その反対側を下側というものとする。また、一次側半導体部品１１と二次側半導体部品１２との並び方向を横方向Ｘというものとする。

電源装置１は、一次側半導体部品１１と二次側半導体部品１２とを保持する半導体保持部材１６を備える。すなわち、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２は、半導体保持部材１６に保持された状態で、半導体保持部材１６と共に、ベースプレート１７に積層されている。図２に示すごとく、半導体保持部材１６は、一次側半導体部品１１を収容配置する第１収容部１６１と、二次側半導体部品１２を収容保持する第２収容部１６２とを有する。第１収容部１６１及び第２収容部１６２は、それぞれ積層方向Ｚに貫通している。

図３に示すごとく、半導体保持部材１６と配線モジュール２とは、積層方向Ｚに積層配置されている。また、半導体保持部材１６と、複数の配線モジュール２と、制御回路基板１５とは、積層方向Ｚに積層配置されている。積層方向Ｚにおいて、半導体保持部材１６と制御回路基板１５との間には、トランス１３及びチョークコイル１４が配されている。そして、一次側半導体部品１１と制御回路基板１５とは、配線モジュール２によって接続されている。

また、図２に示すごとく、トランス１３及びチョークコイル１４と制御回路基板１５との間には、金属製の遮閉カバー１８が配されている。遮閉カバー１８は、トランス１３及びチョークコイル１４を、ベースプレート１７側へ押し付けて固定すると共に、トランス１３、チョークコイル１４等が生ずる電磁ノイズから制御回路基板１５を保護している。また、遮閉カバー１８には、配線モジュール２の接続端子５が制御回路基板１５側へ露出するように、開口部が適所に設けてある。なお、遮閉カバー１８は、図２以外の図面においては適宜省略している。

また、図１〜図３に示すごとく、本例の電源装置１は、２個の配線モジュール２（２ａ、２ｂ）を有する。２つの配線モジュール２（２ａ、２ｂ）は、互いに横方向Ｘに離れた位置において、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２を保持した半導体保持部材１６の上面に配置されている。積層方向Ｚから見たとき、２つの配線モジュール２のうちの１つの配線モジュール２ａは、一次側半導体部品１１と二次側半導体部品１２とにおける互いに対向する辺に沿った部分に配されている。また、他の１つの配線モジュール２ｂは、一次側半導体部品１１における二次側半導体部品１２と反対側の辺に沿った部分に配されている。

なお、二次側半導体部品１２における一次側半導体部品１１と反対側の辺に沿った部分には、支持部材１９が配置されている。この支持部材１９と、上記２つの配線モジュール２の導体保持部２１とによって、半導体保持部材１６と制御回路基板１５とを、互いに所定の間隔をもって支持している。

図４、図７に示すごとく、配線モジュール２ａ、２ｂは、それぞれ複数の導体部３を有する。配線モジュール２ａ、２ｂにおける複数の導体部３は、互いに絶縁された状態で、導体保持部２１にインサートされている。
図４〜図６に示すごとく、配線モジュール２は、積層方向Ｚの両方に接続端子５を突出してなる導体部３である両端子導体部３１と、積層方向Ｚの一方に接続端子５を突出してなる導体部３である片端子導体部３２とを有する。

図５（ｂ）に示すごとく、両端子導体部３１は、導体保持部２１の積層方向Ｚの両方にそれぞれ配された被接続端子４に接続されている。
両端子導体部３１の上側の接続端子５（５２）は、上側に配された被接続端子４である、制御回路基板１５のスルーホール４１５に接続されている。すなわち、両端子導体部３１の上側の接続端子５２は、スルーホール４１５に挿入されて、嵌合している。また、接続端子５２は、積層方向Ｚに突出していると共に、積層方向Ｚに直交する方向に圧縮弾性変形可能な構造を有する。これにより、接続端子５２がスルーホール４１５に挿入されたとき、接続端子５２の側面が、スルーホール４１５の内壁面に圧接することとなる。

また、両端子導体部３１の下側の接続端子５（５１）は、下側に配された被接続端子４である、一次側半導体部品１１又は二次側半導体部品１２の信号端子４１に接続されている。この信号端子４１としては、例えば、半導体素子のゲート端子や、半導体部品中にモールドされたサーミスタ素子の電極端子等がある。

図２、図５に示すごとく、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２は、それぞれ側面から横方向Ｘに引き出されると共に上方に屈曲して上方へ突出した複数の端子を有する。これらの端子のうちの一部が、上記信号端子４１であり、配線モジュール２に接続される被接続端子４となる。

図５（ｂ）に示すごとく、接続端子５１は、被接続端子４を、突出方向（積層方向Ｚ）に直交する方向から挟持するように構成されたクリップ状の端子である。すなわち、接続端子５１は、一対の挟持片が互いの並び方向に弾性変形するよう構成されており、一対の挟持片が互いに近付く方向に付勢された状態で、被接続端子４を挟持するよう構成されている。

両端子導体部３１は、下側の接続端子５１と上側の接続端子５２との間の連結部３１１が、導体保持部２１に埋設されている。

図６に示すごとく、片端子導体部３２は、導体保持部２１の積層方向Ｚの一方に配された一対の被接続端子４同士もしくは、被接続端子４と接地端子１７２とを接続している。本例において、片端子導体部３２は、ベースプレート１７に設けられた接地端子１７２ａと、一次側半導体部品１１の被接地端子４２（被接続端子４）とを接続し、或いは、ベースプレート１７の接地端子１７２ｂと二次側半導体部品１２の被接地端子４２（被接続端子４）とを接続している。

片端子導体部３２の接続端子５（５３）は、上述の両端子導体部３２の接続端子５１と同様に、被接続端子４を、突出方向（積層方向Ｚ）に直交する方向から挟持するように構成されたクリップ状の端子である。

図２、図６（ｂ）、図７に示すごとく、接地端子１７２は、ベースプレート１７の本体部分から部分的に上側に向かって折り曲げられて形成されている。接地端子１７２と被接続端子４とは、その厚み方向から重ね合され、この重なり部分を片端子導体部３２の接続端子５３によって挟持することにより互いに接続されている。

片端子導体部３２は、接続端子５３の上側に突出した突出部３２１が、導体保持部２１に埋設されている。

図２、図７に示すごとく、配線モジュール２は、半導体保持部材１６側に突出する位置決め凸部２１１を有し、半導体保持部材１６は、上端面に位置決め凹部１６３を有する。そして、配線モジュール２は、位置決め凸部２１１を位置決め凹部１６３に挿入することにより、半導体保持部材１６に対して位置決めされている。

次に、本例の電源装置１の組み立て方法につき、説明する。
まず、ベースプレート１７の載置面１７１に、半導体保持部材１６と該半導体保持部材１６に保持させた一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２とを載置する。この状態において、一次側半導体部品１１の信号端子４１（被接続端子４）、被接地端子４２（被接続端子４）及び二次側半導体部品１２の信号端子４１（被接続端子４）、被接地端子４２（被接続端子４）が上方を向いた状態となっている。

次いで、配線モジュール２を、複数の接続端子５１、５３のそれぞれに、被接続端子４が挿入されるように、積層方向Ｚから、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２を保持した半導体保持部材１６に積層配置する。これにより、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２における複数の被接続端子４が、一度に、配線モジュール２の接続端子５に挿入され、嵌合接続される。また、このとき、配線モジュール２の位置決め凸部２１１を、半導体保持部材１６の位置決め凹部１６３に挿入する。
上記の作業を、２つの配線モジュール２（２ａ、２ｂ）のそれぞれについて行う。また、支持部材１９も、半導体保持部材１６の上面の所定位置に載置し、組付ける。

次いで、トランス１３及びチョークコイル１４を、一次側半導体部品１１及び二次側半導体部品１２を保持した半導体保持部材１６の上面に積層配置する。このとき、トランス１３を一次側半導体部品１１の上面に配置し、チョークコイル１４を二次側半導体部品１２の上面に配置する。なお、トランス１３及びチョークコイル１４は、互いに接続された状態で、半導体保持部材１６の上側に載置することができる。そして、トランス１３及びチョークコイル１４の所定の端子を、適宜、一次側半導体部品１１又は二次側半導体部品１２の所定の端子に接続する。

次いで、遮閉カバー１８を、トランス１３及びチョークコイル１４の上方から、これらを覆うように、配置する。そして、遮閉カバー１８とベースプレート１７とを、互いの端縁において固定する。このとき、遮閉カバー１８に設けた開口部から、配線モジュール２における上側の接続端子５２が露出し、突出するようにする。

次いで、遮閉カバー１８の上方から、制御回路基板１５を被せるように積層配置する。このとき、制御回路基板１５に設けた被接続端子４である複数のスルーホール４１５のそれぞれに、配線モジュール２の上側の接続端子５２のそれぞれが、適宜挿入されるようにする。接続端子５２は、スルーホール４１５に挿入されると、内側に圧縮弾性変形する。これにより、接続端子５２には、外側へ向かう付勢力が生じ、該付勢力によって、接続端子５２がスルーホール４１５の内壁面に圧接した状態で、嵌合することとなる。

以上により、電源装置１が組み立てられる。
上述のように、各部品は、積層方向Ｚに順次積層されることにより、互いに組み付けられ、接続されることとなる。特に、配線モジュール２を、他の部品に対して積層方向Ｚに相対的に移動させることにより、接続端子５と被接続端子４とが嵌合し、接続されることとなる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電源装置１においては、導体部３を、樹脂製の導体保持部２１と一体化してなる配線モジュール２を備える。そして、導体部３の接続端子５と被接続端子４とは、一方が他方に対し、積層方向Ｚに挿入するように互いに嵌合している。それゆえ、接続端子５と被接続端子４との電気的接続を容易にすることができる。すなわち、接続端子５を被接続端子４に向けた状態で、配線モジュール２を一次側半導体部品１１、二次側半導体部品１２、或いは制御回路基板１５に向って相対的に移動させることにより、接続端子５と被接続端子４とを嵌合させることができる。それゆえ、接続端子５と被接続端子４とを、ねじ締め、溶接、半田付け等を用いることなく、互いに接続することができる。その結果、接続作業のためのスペースを特に大きく確保する必要がなく、電源装置１の小型化を図ることが容易になる。

また、配線モジュール２は、両端子導体部３１を有し、両端子導体部３１は、導体保持部２１の積層方向Ｚの両方にそれぞれ配された被接続端子４に接続されている。それゆえ、配線モジュール２の積層方向Ｚの両側に配された部品同士の電気的接続を容易にすることができる。

また、配線モジュール２は、片端子導体部３２を有し、導体保持部２１の積層方向Ｚの一方に配された被接続端子４と接地端子４３とを接続している。それゆえ、配線モジュール２の積層方向Ｚの一方に配された部品同士の電気的接続を容易にすることができる。

また、半導体保持部材１６と配線モジュール２とは、積層方向Ｚに積層配置されている。それゆえ、接続端子５を被接続端子４に向けた状態で、配線モジュール２を半導体保持部材１６に積層することにより、接続端子５（５１）と被接続端子４（信号端子４１）との一方が他方に対し、積層方向Ｚに挿入嵌合させるような構成を容易に実現することができる。

また、半導体保持部材１６と、複数の配線モジュール２と、制御回路基板１５とは、積層方向Ｚに積層配置されている。そして、積層方向Ｚにおいて、半導体保持部材１６と制御回路基板１５との間には、トランス１３及びチョークコイル１４が配されている。よって、積層方向Ｚに直交する方向において、電源装置１が大型化することを防ぐことができる。また、トランス１３と一次側半導体部品１１と二次側半導体部品１２とチョークコイル１４と制御回路基板１５とを互いに近接した位置に配置できるため、これらの電子部品同士を接続するための配線を短くしやすい。

以上のごとく、本例によれば、生産性の向上及び小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施例に記載したものに限られるものではない。例えば、トランス、一次側半導体部品、二次側半導体部品、チョークコイル、制御回路基板の位置関係を適宜変更することもできる。また、配線モジュールをトランスやチョークコイルに接続する構成とすることもできる。

また、上記実施例において、配線モジュールは、導体部を、導体保持部にインサート成形することにより、導体部と導体保持部とが一体化されて構成されている例を示したが、これに限られるものではない。例えば、配線モジュールは、導体部を、導体保持部にアウトサート成形することにより、導体部と導体保持部とが一体化されて構成されるものであってもよい。

また、被接続端子及び接続端子は、一方が他方に対し、積層方向に挿入するように互いに嵌合するような構成であれば、上記実施例のものに限られない。例えば、上記実施例で示した、互いに嵌合する接続端子と被接続端子との構成を入れ替えてもよい。また、例えば、接続端子及び被接続端子の一方の外周を覆うように他方を接続するような構成とすることにより、被接続端子及び被接続端子の一方が他方に対し積層方向に挿入するように互いに嵌合するような構成を実現できる。その他、本発明の電源装置の構成は、種々の態様を採り得る。

１ 電源装置
１１ 一次側半導体部品
１２ 二次側半導体部品
１３ トランス
１４ チョークコイル
１５ 制御回路基板
２ 配線モジュール
２１ 導体保持部
３ 導体部
４ 被接続端子
５ 接続端子
Ｚ 積層方向

Claims (5)

1. 一次コイル及び二次コイルを備えたトランス（１３）と、
   該トランス（１３）の上記一次コイル側に接続された一次側半導体部品（１１）と、
   上記トランス（１３）の上記二次コイル側に接続された二次側半導体部品（１２）と、
   上記二次側半導体部品（１２）に接続されたチョークコイル（１４）と、
   少なくとも上記一次側半導体部品（１１）に接続された制御回路基板（１５）と、
   上記トランス（１３）、上記一次側半導体部品（１１）、上記二次側半導体部品（１２）、上記チョークコイル（１４）、及び、上記制御回路基板（１５）の少なくともいずれかに接続される導体部（３）を、樹脂製の導体保持部（２１）と一体化してなる配線モジュール（２）と、を備え、
   上記導体部（３）は、上記トランス（１３）、上記一次側半導体部品（１１）、上記二次側半導体部品（１２）、上記チョークコイル（１４）、及び、上記制御回路基板（１５）のいずれかの被接続端子（４）と接続する接続端子（５）を、上記導体保持部（２１）から露出してなり、
   上記一次側半導体部品（１１）及び上記二次側半導体部品（１２）の少なくとも一方には、その主面の法線方向に、上記トランス（１３）、上記チョークコイル（１４）、及び、上記制御回路基板（１５）のうち少なくとも１つの部品が、積層配置されており、
   上記接続端子（５）と上記被接続端子（４）とは、一方が他方に対し、上記積層方向（Ｚ）に挿入するように互いに嵌合していることを特徴とする電源装置（１）。
2. 上記配線モジュール（２）は、上記積層方向（Ｚ）の両方に上記接続端子（５）を突出してなる上記導体部（３）である両端子導体部（３１）を有し、該両端子導体部（３１）は、上記導体保持部（２１）の上記積層方向（Ｚ）の両方にそれぞれ配された上記被接続端子（４）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置（１）。
3. 上記配線モジュール（２）は、上記積層方向（Ｚ）の一方に上記接続端子（５）を突出してなる上記導体部（３）である片端子導体部（３２）を有し、該片端子導体部（３２）は、上記導体保持部（２１）の上記積層方向（Ｚ）の一方に配された一対の上記被接続端子（４）同士もしくは、上記被接続端子（４）と接地端子（１７２）とを接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置（１）。
4. 上記一次側半導体部品（１１）と上記二次側半導体部品（１２）とを保持する半導体保持部材（１６）を備え、該半導体保持部材（１６）と上記配線モジュール（２）とは、上記積層方向（Ｚ）に積層配置されてい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源装置（１）。
5. 上記半導体保持部材（１６）と、複数の上記配線モジュール（２）と、上記制御回路基板（１５）とは、上記積層方向（Ｚ）に積層配置されており、該積層方向（Ｚ）において、上記半導体保持部材（１６）と上記制御回路基板（１５）との間には、上記トランス（１３）及び上記チョークコイル（１４）が配されており、上記一次側半導体部品（１１）と上記制御回路基板（１５）とは、上記配線モジュール（２）によって接続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（１）。

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