JP2016103946A - 充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】防水構造としながら発熱部品の熱エネルギを効率よく外部から放熱して温度上昇を少なくする。【解決手段】充電器は、発熱部品を有する充電回路を実装する回路基板２を、下方開口の金属カバー１Ａとプラスチック製の底ケース１Ｂとのケース１内に配置して、底ケース１Ｂと金属カバー１Ａの開口部との間をポッティング樹脂３で閉塞して、金属カバー１Ａの開口部を密閉している。さらに、充電器は、ポッティング樹脂３に回路基板２を埋設して、回路基板２の発熱部品をポッティング樹脂３を介して金属カバー１Ａに熱結合状態に配置して、発熱部品の熱を金属カバー１Ａに伝導して外部に放熱する。【選択図】図２

Description

本発明は、防水構造の充電器に関し、とくに優れた放熱特性を実現しながら防水構造を実現してなる充電器に関する。

充電器は、商用電力の交流を、二次電池を充電する電圧の直流に変換して出力する。この充電器は、商用電力の交流を直流に変換する整流回路と、電池を充電する電圧に降圧するトランスとを装備する。近年の充電器は、トランスを小型、軽量化するために、ほとんど例外なくスイッチング電源が使用される。スイッチング電源は、商用電源の交流を整流回路で直流に変換して、直流を商用電源の交流よりも相当に高い周波数、例えば５０ｋＨｚ以上の高周波でスイッチングしてトランスの１次コイルに入力する。トランスは電圧変換する交流周波数を高くして小型化できる。高周波のトランスは２次コイルに誘導される交流を２次側の整流回路で直流に変換して、二次電池を充電する直流に変換する。この充電器は、整流回路のダイオード、スイッチング素子のＦＥＴやトランジスタ、電圧を変換するトランスなどの発熱部品を備える。これ等の発熱部品は、動作状態においてジュール熱で発熱するので、発生する熱エネルギを効率よく放熱して温度上昇を少なくすることが大切である。発熱部品の発熱量は、入力電力から出力電力を減算した電力となるので、電力効率を９０％とする充電器は、入力電力の１０％を熱エネルギとして発熱する。したがって、入力電力を１００Ｗ、電力効率を９０％とする充電器は１０Ｗの熱エネルギを発生し、２００Ｗの充電器は２０Ｗもの熱エネルギを発生する。

小型の充電器、たとえば１００Ｗ以下の充電器は、ケースの表面からの自然な放熱で実用化できるが、出力電力が大きくなって、発生する熱エネルギが大きくなると、ケースの表面温度が高くなって効率よく放熱しない限り実用化できない。熱エネルギが出力電力に比例して大きくなるからである。放熱特性を改善するために冷却ファンで内部に強制送風する充電器や、回路基板に実装している電子部品の温度上昇を小さくする充電器は開発されている。（特許文献１及び２参照）

特開２０１３−１９２２８２号公報 特開平６−２４５３９３号公報

特許文献１の充電器は、ケースの内部に冷却ファンを設けている。冷却ファンはケースの内部に強制送風して、回路基板に実装している発熱部品を冷却する。この充電器は、冷却ファンで内部の発熱部品を効率よく冷却できる。しかしながら、この充電器は、内部に冷却空気を強制送風するのでケースを防水構造にできない。この充電器は、回路基板の表面をポッティング樹脂で被覆して回路基板を防水構造とするが、内部に配置するトランスやコンデンサ等、充電回路を実現する他の電子部品を防水構造にできない。

特許文献２の充電器は、回路基板に実装している調整抵抗の温度上昇を少なくする独特の構造を備える。この充電器は、ポッティング樹脂を回路基板の表面に注入する前に、金属製のマスキング筒を調整抵抗を囲むように配置し、マスキング筒とプリント基板との間には、弾性と粘性を兼ね備えたシール材を配置して、マスキング筒の外側で回路基板の表面にポッティング樹脂を注入して、調整抵抗の周囲に金属製のマスキング筒を設けて、マスキング筒を回路基板表面のポッティング樹脂に密着している。この充電器は、回路基板に実装している他の発熱部品の熱をマスキング筒で放熱して、調整抵抗の温度上昇を少なくできる。したがって、この充電器は、特定の部品の温度上昇を小さくできるが全体を防水構造にできず、用途が制限される。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、防水構造としながら発熱部品の熱エネルギを効率よく外部から放熱して温度上昇を少なくできる充電器を提供することにある。

充電器は、発熱部品を有する充電回路を実装してなる回路基板２、５２をケース１、３１、５１内に配置している。ケース１、３１、５１は、下方開口の金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａと、この金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの下方の開口部を閉塞する位置に配置しているプラスチック製の底ケース１Ｂ、５１Ｂとを備える。底ケース１Ｂ、５１Ｂと金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの開口部との間にポッティング樹脂３が充填されて、ポッティング樹脂３が底ケース１Ｂ、５１Ｂと金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａとの隙間を閉塞して、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの開口部を密閉している。さらに、ポッティング樹脂３に回路基板２、５２が埋設されて、回路基板２、５２に実装してなる充電回路の発熱部品はポッティング樹脂３に熱結合状態に密着されて、発熱部品をポッティング樹脂３を介して金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに熱結合状態に配置している。ポッティング樹脂３は、発熱部品の熱エネルギを金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに伝導して外部に放熱する。

本発明の充電器は、回路基板２に、発熱部品である半導体素子４及びトランス５と、充電回路を実現してなる電子部品の電解コンデンサ６とを固定し、金属カバー３１Ａをトッププレートの周囲に周壁を設けた箱形として、トッププレートに複数列の放熱溝７を設け、さらに、トランス５と電解コンデンサ６を、トッププレートに設けている放熱溝７の間に長手方向に並べて配置し、金属カバー３１Ａの周壁と放熱溝７との間に、発熱部品の半導体素子４を配置することができる。

本発明の充電器は、底ケース１Ｂに、外周よりも内側に沿って内部隔壁８を設けて、内部隔壁８の内側に金属カバー１Ａ、３１Ａの開口部を挿入し、内部隔壁８の内側にポッティング樹脂３を充填して、内部隔壁８に充填しているポッティング樹脂３で金属カバー１Ａ、３１Ａの開口部を密閉する構造とすることができる。

本発明の充電器は、回路基板２に実装してなる発熱部品の半導体素子４に熱結合状態に放熱器９を固定して、金属カバー５１Ａには上部と下部とにポッティング樹脂３を充填して、上部ポッティング樹脂層３Ａと下部ポッティング樹脂層３Ｂとの間にポッティング樹脂３を充填しない中空部を設けて、トランス５と半導体素子４の放熱器９に、上部ポッティング樹脂層３Ａを熱結合状態に密着することができる。

本発明の充電器は、充電回路が、入力される商用電力の交流を直流に変換する１次側の整流回路１０と、この１次側の整流回路１０に半導体素子４のスイッチング素子４Ａを介して接続してなる１次コイル５Ａを有するトランス５と、このトランス５の２次コイル５Ｂに接続されて２次コイル５Ｂに誘導される交流を直流に変換して出力する２次側の整流回路１１とを備える回路構成とし、回路基板２には、１次側の整流回路１０の発熱部品である半導体素子４の１次側のダイオード４Ｂとスイッチング素子４Ａを固定してなる１次側放熱器９Ａを設け、１次側放熱器９Ａと金属カバー５１Ａとの間に絶縁スペーサ１２を配置する構造とすることができる。

本発明の充電器は、金属カバー５１Ａの上部と下部とにポッティング樹脂３を充填して、上部ポッティング樹脂層３Ａと下部ポッティング樹脂層３Ｂとの間にポッティング樹脂３の充填されない中空部を設けると共に、回路基板５２には電解コンデンサ６を固定しており、絶縁スペーサ１２は、電解コンデンサ６の防爆弁を被覆するキャップ１３を一体的に成形して設けてなるプラスチック製として、キャップ１３を電解コンデンサ６の防爆弁を覆うように電解コンデンサ６に被着して、キャップ１３の外側面を上部ポッティング樹脂層３Ａに埋設して、キャップ１３の内部に防爆弁を露出させる空隙を設けることができる。

本発明の充電器は、回路基板２にトランス５を固定して、トランス５と金属カバー１Ａ、３１Ａとの間に熱伝導部材１４を熱結合状態に密着して、熱伝導部材１４を介してトランス５の熱エネルギを金属カバー１Ａ、３１Ａに伝導して放熱することができる。

本発明の充電器は、金属カバー５１Ａにポッティング樹脂３の充填開口１５を設けて、この充填開口１５を空気を通過させて水を通過させない非透水シート１６で閉塞することができる。この充電器の充填開口１５は、金属カバー５１Ａの内側に突出する充填筒２５を有する形状として、金属カバー５１Ａのトッププレートの内面に、充填筒２５の下端面までポッティング樹脂３を充填する構造とすることができる。

本発明の充電器は、回路基板２、５２に一端を接続している引出線１７を、ポッティング樹脂３の埋設部を介して回路基板２、５２に接続し、ポッティング樹脂３の埋設部を介して防水構造で外部に引き出す構造にできる。

本発明の充電器は、回路基板５２に、金属カバー５１Ａの周壁の外側に突出してなる突出部５２Ａを設けて、この突出部５２Ａをポッティング樹脂３に埋設し、さらに、突出部５２Ａには引出線１７の一端を接続して、ポッティング樹脂３に引出線１７の一端を埋設し、引出線１７をポッティング樹脂３の埋設部を介して回路基板５２に接続することができる。

本発明の充電器は、ケースの全体を防水構造としながら、発熱部品の熱エネルギを効率よく外部から放熱して温度上昇を少なくできる特徴がある。それは、本発明の充電器が、ポッティング樹脂でもって金属カバーと底ケースとの隙間を閉塞して、ポッティング樹脂で金属カバーの開口部を防水構造に閉塞すると共に、このポッティング樹脂に回路基板を埋設して発熱部品を熱結合状態に密着させて、発熱部品の熱エネルギをポッティング樹脂を介して金属カバーに伝導して外部に放熱するからである。とくに、本発明の充電器は、底ケースで金属カバーの開口部を閉塞する状態で、底ケースと金属カバーとの間にポッティング樹脂を注入してケースを防水構造に密閉しているので、金属カバーの開口部を簡単で確実に防水構造に密閉でき、さらに金属カバーの開口部を密閉するポッティング樹脂を発熱部品の熱伝導材に併用して、発熱部品の熱エネルギを金属カバーから外部に効率よく放熱できる。さらに、ポッティング樹脂が金属カバーとベースプレートを水密構造に連結する連結具にも併用されるので、組立を簡単にして、安価に多量生産できる特徴も実現する。

本発明の一実施例にかかる充電器の斜視図である。 図１に示す充電器の垂直縦断面図であって、図４のＩＩ−ＩＩ線断面に相当する図である。 図１に示す充電器の垂直横断面図であって、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面に相当する図である。 図１に示す充電器の水平断面図であって、図２のＩＶ−ＩＶ線断面に相当する図である。 図１に示す充電器の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる充電器の回路図である。 本発明の他の実施例にかかる充電器の垂直横断面図であって、図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する図である。 図７に示す充電器の水平断面図であって、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面に相当する図である。 図７に示す充電器の金属カバーを示す斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる充電器の垂直縦断面図である。 図１０に示す充電器の垂直横断面図であって、図１０のＸＩ−ＸＩ線断面に相当する図である。 図１０に示す充電器の分解斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１〜図５に示す充電器１０１は、発熱部品を有する充電回路を実装している回路基板２をケース１内に配置している。ケース１は下方開口の金属カバー１Ａと、この金属カバー１Ａの下方開口部を閉塞する位置に配置しているプラスチック製の底ケース１Ｂとを備える。さらに、図の充電器１０１は、金属カバー１Ａの外側にプラスチック製の外装ケース１Ｃを設けて、この外装ケース１Ｃを底ケース１Ｂに連結している。

回路基板２は、充電回路を実現する電子部品を実装している。充電回路は、図６に示すように、入力される商用電力の交流を直流に変換する半導体素子４のダイオード４Ｂと電解コンデンサ６からなる１次側の整流回路１０と、この１次側の整流回路１０にＦＥＴやトランジスタ等の半導体素子４であるスイッチング素子４Ａを介して接続してなる１次コイル５Ａを有するトランス５と、このトランス５の２次コイル５Ｂに接続されて２次コイル５Ｂに誘導される交流を直流に変換して出力するダイオード４Ｃと電解コンデンサ６からなる２次側の整流回路１１とを備える。

１次側の整流回路１０を構成する１次側の電解コンデンサ６Ａは、２次側の整流回路を構成する２次側の電解コンデンサ６Ｂよりも外形が大きくなる。１次側の整流回路１０の１次側の電解コンデンサ６Ａが、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚと周波数の低い商用電源を整流した脈流のリップルを除いて平滑化するのに対し、２次側の整流回路１１の２次側の電解コンデンサ６Ｂは、トランス５の２次コイル５Ｂに誘導される５０ｋＨｚよりも高い高周波を整流した脈流からリップルを除いて平滑化するからである。また、充電器は、ほとんどの用途において、出力電圧が商用電源電圧よりも低くいので、１次側の電解コンデンサ６Ａの耐圧は２次側の電解コンデンサ６Ｂの耐圧よりも高く、このことによっても１次側の電解コンデンサ６Ａは２次側の電解コンデンサ６Ｂよりも大きくなる。

商用電源は、１次側の整流回路１０で直流に変換される。１次側の整流回路１０から出力される直流はスイッチング素子４Ａでスイッチングされてトランス５の１次コイル５Ａに入力される。スイッチング素子４Ａは５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚでオンオフにスイッチングされて、１次コイル５Ａに高周波電力を入力し、トランス５の２次コイル５Ｂに所定の電圧に変換された交流を出力する。２次コイル５Ｂに誘導される交流は２次側の整流回路１１で直流に変換して出力される。スイッチング素子４Ａの入力側に接続している入力回路２２は、２次側の整流回路１１の出力電圧をフィードバックして、スイッチング素子４Ａに入力する制御信号のデューティーを調整して、出力電圧を一定の電圧に制御する。

図６の充電回路において、１次側のダイオード４Ｂ、スイッチング素子４Ａ、トランス５、２次側のダイオード４Ｃは、出力電流に比例する大きな電流が流れてジュール熱で発熱する発熱部品となる。図４に示すように、１次側のダイオード４Ｂとスイッチング素子４Ａは１次側放熱器９Ａを介して回路基板２に固定され、２次側のダイオード４Ｃは２次側放熱器９Ｂを介して回路基板２に固定される。１次側のダイオード４Ｂとスイッチング素子４Ａは、別々に分離された１次側放熱器９Ａを介して回路基板２に固定される。ただ、１次側のダイオード４Ｂとスイッチング素子４Ａは、絶縁材の熱伝導シートを介して１次側放熱器９Ａに固定されるので、ひとつの１次側放熱器９Ａに固定することもできる。２次側のダイオード４Ｃは熱伝導シートを介して２次側放熱器９Ｂに固定され、２次側放熱器９Ｂを介して回路基板２に固定される。１次側放熱器９Ａと２次側放熱器９Ｂは、アルミニウムや銅等の金属板をＬ字状に折曲加工したものである。回路基板２にはトランス５も固定される。

外装ケース１Ｃは、金属カバー１Ａよりも内形を大きく、内側に金属カバー１Ａを配置して、外装ケース１Ｃと金属カバー１Ａとの間に冷却空気を通過させる空隙の送風隙間１８を設けている。外装ケース１Ｃと底ケース１Ｂは周囲に周壁を有し、周壁を互いに連結して内部を密閉しない閉鎖構造としている。外装ケース１Ｃと底ケース１Ｂは、両端部に配置している周壁に冷却空気を通過させるスリット状の冷却開口１９を設けている。冷却開口１９から流入される空隙は、外装ケース１Ｃの内側の送風隙間１８を通過して金属カバー１Ａを冷却する。図２、図４、及び図５の充電器１０１は、外装ケース１Ｃの内側で長手方向の一端部に送風ファン２０を設けている。送風ファン２０は、冷却開口１９から外気を吸入して送風隙間１８に強制送風して金属カバー１Ａを強制冷却し、金属カバー１Ａを冷却した空気を他方に設けた冷却開口１９から外部に排気する。この充電器１０１は、送風ファン２０で強制送風して金属カバー１Ａをより効率よく強制冷却できる。ただ、本発明の充電器は、必ずしも送風ファンを設ける必要はなく、空気を自然に対流させて金属カバー１Ａを冷却することができる。

外装ケース１Ｃと底ケース１Ｂは、両方をプラスチック製として内部に金属カバー１Ａを配置している。この充電器１０１は、金属カバー１Ａを外部に露出させず、発熱部品の熱エネルギを放出する金属カバー１Ａをプラスチック製の外装ケース１Ｃの内部に配置する。この充電器１０１は、プラスチック製のケース表面が高温にならず、また金属に比較して熱容量と比熱の小さいプラスチックを表面に配置するので、ユーザーが安心して安全に使用できる特徴がある。ただ、本発明の充電器は必ずしも外装ケース１Ｃを設ける必要はなく、金属カバー１Ａを外側ケースとして露出させる状態で使用することもできる。この充電器は、金属カバー１Ａを表面に露出して効率よく放熱できる。とくに、送風ファン２０を使用することなく金属カバー１Ａを効率よく放熱できる。

金属カバー１Ａは、アルミニウム等の金属板を、トッププレートの周囲に周壁を設けた箱形にプレス加工して製作している。図５の金属カバー１Ａは、長手方向の両端の周壁に回路基板２に接続している引出線１７を外部に引き出す切欠部２３を設けている。この金属カバー１Ａは、周壁の内形を回路基板２の外形よりも大きくして、内部に回路基板２を配置している。

金属カバー１Ａは、表面積を広くして効率よく放熱できる。金属カバーは、トッププレートに複数列の放熱溝を設けて表面積を大きくできる。図７〜図９に示す充電器１０２は、ケース３１が金属カバー３１Ａと、底ケース３１Ｂと、外装ケース１Ｃで構成されている。そして、金属カバー３１Ａは、四角形のトッププレートの両側部に、長手方向に延びる放熱溝７を設けている。この金属カバー３１Ａを備える充電器１０２は、図８に示すように、回路基板２に実装している大きなトランス５及び電解コンデンサ６を、両側の２列の放熱溝７の間に、放熱溝７の方向に並べて配置する。さらに、発熱部品の半導体素子４であるダイオード４Ｂ、４Ｃとスイッチング素子４Ａとを、放熱溝７と金属カバー３１Ａの周壁との間に配置している。この充電器１０２は、複数列の放熱溝７によって金属カバー３１Ａの表面積を大きくして放熱量を大きくできる。また、放熱溝７の間に大きな電子部品のトランス５と電解コンデンサ６とを放熱溝７の長手方向に並べて配置するので、大きな電子部品のトランス５と電解コンデンサ６とをスペース効率よく放熱溝７の間に配置できる。また、発熱部品のトランス５の両側に表面積を大きくできる放熱溝７を配置してトランス５の発熱を効率よく放熱できる。さらに、金属カバー３１Ａの周壁と放熱溝７との間に発熱部品の半導体素子４を配置するので、半導体素子４の熱エネルギを効率よく金属カバー３１Ａの周壁に伝導して、半導体素子４の温度上昇を小さくできる特徴がある。さらに、この充電器１０２は、図７の断面図に示すように、トランス５のコアーの上面と金属カバー３１Ａとの間にシート状またはマット状の熱伝導部材１４を配置して、トランス５の熱エネルギを効率よく金属カバー３１Ａに伝導できる。ケース３１において、金属カバー３１Ａ以外の底ケース１Ｂと外装ケース１Ｃは図２〜図５を同じである。

図示しないが、金属カバーは、外表面に複数の放熱フィンを設け、あるいは内部に貫通するように複数の放熱パイプを設けて放熱面積を大きくできる。放熱パイプは、銅パイプやアルミニウムパイプで、金属カバーに設けた貫通孔に気密に連結されて、金属カバーの内部を防水構造として放熱面積を大きくできる。この金属カバーは、放熱パイプ内に冷却空気を送風してより金属カバー内の熱を効果的に放熱できる。とくに、金属パイプをトランス等の発熱部品に熱結合状態に連結して、発熱部品の熱エネルギを効率よく外部に放熱できる。また、金属カバーの表面を黒化させて、輻射係数を高くすることもできる。

図１０〜図１２に示す充電器１０３は、ケース５１が金属カバー５１Ａと、底ケース５１Ｂと、外装ケース５１Ｃで構成されている。そして、金属カバー５１Ａのトッププレートに充填開口１５を設けている。この金属カバー５１Ａは、ポッティング樹脂３を充填開口１５から内部に充填できる。また、金属カバー５１Ａの外側で底ケース５１Ｂにポッティング樹脂３を充填して、金属カバー５１Ａ内の空気を充填開口１５から排気して、底ケース５１Ｂに充填するポッティング樹脂３を金属カバー５１Ａの内部に流入できる。さらにまた、底ケース５１Ｂにポッティング樹脂３を充填する状態で金属カバー５１Ａの開口部をポッティング樹脂３内に挿入して、金属カバー５１Ａの内部にポッティング樹脂３を充填して、回路基板５２をポッティング樹脂３に埋設できる。このため、ポッティング樹脂３を簡単に金属カバー５１Ａ内に充填して、ポッティング樹脂３でもって回路基板５２やこれに実装する発熱部品の熱エネルギを金属カバー５１Ａから効果的に放熱できる。充填開口１５は、金属カバー５１Ａの内部にポッティング樹脂３を充填した後、空気を通過して水を通過させない非透水シート１６で閉塞される。非透水シート１６は、金属カバー１Ａの外側に接着されて、充填開口１５を水密に閉塞する。さらに、図１０の充電器１０３は、金属カバー５１Ａの外側にプラスチック製の外装ケース５１Ｃを設けて、この外装ケース５１Ｃを底ケース５１Ｂに連結している。

図１０の金属カバー５１Ａは、充填開口１５を金属カバー５１Ａの内側に突出する充填筒２５としている。この金属カバー５１Ａは、上下反転してポッティング樹脂３を充填することで、トッププレートの内面にポッティング樹脂３を簡単に充填できる。このため、ポッティング樹脂３を金属カバー１Ａ内の上部に簡単に充填して、上部ポッティング樹脂層３Ａでもって金属カバー１Ａの上部に溜まる熱エネルギを効率よく金属カバー１Ａに伝導して放熱できる。この金属カバー５１Ａは、上下反転してポッティング樹脂３を充填するときに、充填筒２５から漏れないレベルまでポッティング樹脂３を充填できる。この状態でポッティング樹脂３を充填すると、ポッティング樹脂３は充填筒２５の突出先端面のレベルまで充填される。したがって、ポッティング樹脂３が硬化して上下反転すると、ポッティング樹脂３は金属カバー５１Ａの上部に充填されるが、この充填状態では、ポッティング樹脂３は、図１０において充填筒２５の下端面まで充填される。この金属カバー５１Ａは、充填筒２５を長くしてポッティング樹脂３を厚く充填できる。

図１〜図８に示す充電器１０１、１０２は、回路基板２を金属カバー１Ａ、３１Ａの内部に配置するが、図１０〜図１２の充電器１０３は、回路基板５２を金属カバー５１Ａの内側には配置しない。図１０〜図１２の充電器１０３は、回路基板５２を金属カバー５１Ａの開口端にも配置する。回路基板５２は、引出線１７を防水構造で外部に引き出すために、金属カバー５１Ａの周壁から外側に突出する突出部５２Ａを設けており、この突出部５２Ａを金属カバー５１Ａの周壁に設けた切欠部２３から突出させて、突出部５２Ａに引出線１７の先端をハンダ付けして接続している。突出部５２Ａに接続される引出線１７の先端部は、回路基板５２を埋設しているポッティング樹脂３に埋設されて、ポッティング樹脂３に埋設部を介して防水状態で回路基板５２から外部に引き出される。ポッティング樹脂３は、突出部５２Ａを含む回路基板５２を埋設して、引出線１７の先端部を、ポッティング樹脂３に埋設して、引出線１７を防水構造で回路基板５２から引き出している。ポッティング樹脂３は、引出線１７の先端部に密着されて、引出線１７を防水構造で外部に引き出すので、この構造は、とくに好ましい状態で引出線１７を外部に引き出しできる。とくに、硬化状態でゴム状弾性体を示すウレタン系のポッティング樹脂３は、変形する引出線１７の表面に密着するので、より好ましい防水構造で引出線１７を外部に引き出しできる。さらに、引出線１７は、ブッシュ２６を介してケース１、３１、５１の周壁から外部に引き出される。

図２〜図５、及び図７に示す底ケース１Ｂは、周壁の内側に沿って内部隔壁８を設けている。この底ケース１Ｂは、底プレート２７と周壁と内部隔壁８とをプラスチックで一体的に成形している。底ケース１Ｂは、内部隔壁８の内側に金属カバー１Ａ、３１Ａの下部を挿入する状態で、内部隔壁８の内側にポッティング樹脂３を充填して、ポッティング樹脂３でもって、金属カバー１Ａ、３１Ａの下端開口部を防水構造に密閉し、さらに回路基板２を埋設して固定する。この充電器１０１、１０２は、内部隔壁８の内側にポッティング樹脂３を注入して、ポッティング樹脂３でもって金属カバー１Ａ、３１Ａの開口部と底ケース１Ｂとの間の隙間を確実に防水構造に密閉でき、しかも内部隔壁８を底ケース１Ｂの外形よりも小さくしているので、少量のポッティング樹脂３で金属カバー１Ａ、３１Ａの開口部を密閉できる。

金属カバー１Ａ、３１Ａ内にポッティング樹脂３を侵入させて、回路基板２をポッティング樹脂３に埋設するために、ポッティング樹脂３を充填するときに、金属カバー１Ａ、３１Ａ内の空気を排気する必要がある。金属カバー５１Ａ内の空気は、図１０の断面図に示すように、金属カバー５１Ａに充填開口１５を設けて排気できる。充填開口１５は、ポッティング樹脂３を充填した後、空気を通過して、水を通過させないシート材である非透水シート１６で閉塞されて、金属カバー５１Ａを防水構造に閉塞する。図示しないが、金属カバー１Ａ、３１Ａは、Ｕ字パイプを使用して、ポッティング樹脂３を充填するときに内部の空気を排気することもできる。この方法は、Ｕ字パイプの一端を金属カバー１Ａ、３１Ａの内部に、他端を外部に、Ｕ曲部を金属カバー１Ａ、３１Ａと底プレート２７との隙間、例えば開口縁部に設けた切欠部に配置する状態で、内部隔壁８の内側にポッティング樹脂３を充填する。内部隔壁８の内側に充填されるポッティング樹脂３は、金属カバー１Ａ、３１Ａの内部に流入して、金属カバー１Ａ、３１Ａ内の空気を排気する。ポッティング樹脂３を充填した後、ポッティング樹脂３が未硬化な状態で、Ｕ字パイプを除去してポッティング樹脂３を硬化させる。ポッティング樹脂３を金属カバー１Ａ、３１Ａの内部に流入させて、回路基板２をポッティング樹脂３に埋設する充電器１０１、１０２は、図２、図３及び図７の断面図に示すように、内部隔壁８の上縁を回路基板２の上面よりも高くして、内部隔壁８の上縁レベルまでポッティング樹脂３を充填して回路基板２をポッティング樹脂３に埋設する。

内部隔壁８を設けて、その内側にポッティング樹脂３を充填している充電器１０１、１０２は、ポッティング樹脂３の充填量を少なくして製造コストを低減しながら、金属カバー１Ａ、３１Ａの開口部を防水構造に密閉し、また、回路基板２をポッティング樹脂３に埋設できる。内部隔壁８の外側にポッティング樹脂３を充填しないからである。また、内部隔壁８を設けている底ケース１Ｂは、その周壁に、より広い面積で冷却開口１９を設けることができる。それは、図２の断面図に示すように、内部隔壁８の外側にある周壁の下部に冷却開口１９を設けることができるからである。ただし、本発明の充電器は、底ケースに必ずしも内部隔壁を設ける必要はない。内部隔壁を設けない底ケースは、周壁の内側にポッティング樹脂を充填して、ポッティング樹脂で金属カバーの開口部を閉塞し、またポッティング樹脂に回路基板を埋設できるからである。

図１０〜図１２の充電器１０３は、１次側放熱器９Ａと金属カバー５１Ａの周壁との間に絶縁スペーサ１２を配置している。この充電器１０３は、金属カバー５１Ａを確実に商用電源から絶縁して安全性を向上できる特徴がある。それは、商用電源に接続してなる１次側の発熱部品であるダイオード４Ｂ及びスイッチング素子４Ａに連結してなる１次側放熱器９Ａと金属カバー５１Ａとを絶縁スペーサ１２で絶縁しているからである。

絶縁スペーサ１２は、１次側放熱器９Ａと金属カバー５１Ａの周壁との間に配置される絶縁プレート部２１と、１次側の整流回路１０の１次側の電解コンデンサ６Ａの上面に設けている防爆弁を被覆するキャップ１３を絶縁材のプラスチックで一体的に成形して設けている。キャップ１３は、１次側の電解コンデンサ６Ａを挿入できる円筒状で、上面を閉塞している。１次側放熱器９Ａは、１次側のダイオード４Ｂを固定している第１の放熱器９Ａａと、スイッチング素子４Ａを固定している第２の放熱器９Ａｂとからなる。図１２の分解斜視図に示す充電器１０３は、第１の放熱器９Ａａと第２の放熱器９Ａｂを回路基板５２の両側に配置しているので、キャップ１３の両側に絶縁プレート部２１を連結している。図１１の断面図に示すように、絶縁スペーサ１２は、第１の放熱器９Ａａ及び第２の放熱器９Ａｂと金属カバー５１Ａの周壁との間に絶縁プレート部２１を配置して、１次側放熱器９Ａを金属カバー１Ａから絶縁する。キャップ１３は、１次側の電解コンデンサ６Ａの防爆弁を覆うように電解コンデンサ６に被着される。この状態でキャップ１３の外側をポッティング樹脂３に埋設して、図１０と図１１に示すように、キャップ１３の内部に防爆弁を露出させる空隙を設けることができる。この充電器１０３は、図１０と図１１に示すように、金属カバー５１Ａの上部にもポッティング樹脂３を充填して、上部ポッティング樹脂層３Ａで効率よく発熱部品の熱エネルギを放熱しながら、１次側の電解コンデンサ６Ａの防爆弁を閉塞することなく、防爆弁が破壊される状態では内部のガスを排気できる構造にできる。

図１２の充電器１０３は、２次側の電解コンデンサ６Ｂよりも大きく、すなわち高くなる１次側の電解コンデンサ６Ａにのみキャップ１３を被着する。２次側の電解コンデンサ６Ｂは低くて、上部がポッティング樹脂３に埋設されないので、キャップを被着することなく防爆弁を金属カバー５１Ａの内部に露出できる。図示しないが、２次側の電解コンデンサ６Ｂについてもその上端部をポッティング樹脂に埋設する構造の充電器は、２次側の電解コンデンサ６Ｂにも被着するキャップを絶縁スペーサに一体的に成形して設けて、２次側の電解コンデンサ６Ｂの防爆弁を金属カバー内に露出できる。

ポッティング樹脂３は、ウレタン系あるいはシリコン系の絶縁特性と熱伝導特性とに優れたプラスチックが適している。ウレタン系とシリコン系のポッティング樹脂３は、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａ、及び回路基板２、５２との接着力に優れ、これ等に密着して優れた熱伝導特性を実現する。特にアルミニウム製の金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａとの接着力に優れて、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに効率よく熱エネルギを伝導する。また、長期間にわたって金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａから剥離することがなく、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに密着状態に保持されて、熱エネルギを効率よく伝導する。ただ、本発明の充電器は、ポッティング樹脂をウレタン系とシリコン系のプラスチックには特定せず、絶縁特性と熱伝導特性と接着特性に優れた他の全てのポッティング樹脂を使用できる。

ポッティング樹脂３は、未硬化状態において液状ないしペースト状で、未硬化状態で底ケース１Ｂ、５１Ｂと金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａ内に充填されて、回路基板２、５２を埋設し、また金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの開口部を防水構造に密閉する。ポッティング樹脂３は、回路基板２、５２を埋設して、回路基板２、５２の発熱部品を金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに熱結合状態に連結する。このポッティング樹脂３は、発熱部品の熱エネルギを金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａに伝導する状態で回路基板２、５２を埋設して、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの下端開口部を防水構造に密閉する。

ポッティング樹脂３は、底ケース１Ｂ、５１Ｂに金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａを配置する状態で充填される。ただ、底ケース１Ｂ、５１Ｂにポッティング樹脂３を充填した後、ポッティング樹脂３が未硬化な状態で、底ケース１Ｂ、５１Ｂの定位置に金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａを配置してポッティング樹脂３を硬化させることもできる。ポッティング樹脂３は、金属カバー１Ａ、３１Ａ、５１Ａの内部に流入されて回路基板２、５２を埋設する。図１０と図１２の金属カバー５１Ａは、トッププレートに充填開口１５を設けているので、充填開口１５から金属カバー５１Ａ内の空気を排出して、金属カバー５１Ａの内部にポッティング樹脂３を流入できる。この充電器１０３は、金属カバー５１Ａを底ケース５１Ｂの定位置に配置する状態で、底ケース５１Ｂにポッティング樹脂３を充填し、あるいは充填開口１５から金属カバー５１Ａの内部にポッティング樹脂３を充填して、金属カバー５１Ａの底部にポッティング樹脂３を充填する。充填されたポッティング樹脂３は、回路基板５２を埋設し、金属カバー５１Ａの下端開口部を防水構造に密閉する。充填開口１５は、ポッティング樹脂３を充填した後、非透水シート１６で閉塞される。非透水シート１６は空気を通過して水を通過させないので、トッププレートの表面に接着されて、金属カバー５１Ａを防水構造に閉鎖する。

図１０と図１１に示す充電器１０３は、金属カバー５１Ａの上部と下部の両方にポッティング樹脂３を充填している。この金属カバー５１Ａは、上部と下部とにポッティング樹脂３を充填して、上部ポッティング樹脂層３Ａと下部ポッティング樹脂層３Ｂとの間にポッティング樹脂３を充填しない中空部を設けている。下部ポッティング樹脂層３Ｂは回路基板５２を埋設して、回路基板５２に固定している発熱部品の放熱器９に熱結合状態に密着している。

上部ポッティング樹脂層３Ａは、トランス５と半導体素子４の放熱器９に熱結合状態に密着している。この構造は、ポッティング樹脂３の充填量を少なくしながら、トランス５と半導体素子４の両方の熱エネルギを金属カバー５１Ａに伝導して効果的に放熱できる特徴がある。それは、トランス５と半導体素子４の放熱器９を上部ポッティング樹脂層３Ａを介して金属カバー５１Ａに熱結合状態に連結するからである。このように、この充電器１０３は、上部ポッティング樹脂層３Ａと下部ポッティング樹脂層３Ｂの両方で発熱部品の熱エネルギを金属カバー５１Ａに伝導するので、熱エネルギを極めて効果的に金属カバー５１Ａから放熱できる。上部ポッティング樹脂層３Ａは、絶縁スペーサ１２のキャップ１３の下部を除く部分を埋設する。キャップ１３は、１次側の電解コンデンサ６Ａの上端部に被着されて、１次側の電解コンデンサ６Ａの防爆弁の上に空隙を設けている。この構造は、１次側の電解コンデンサ６Ａを、その上部が上部ポッティング樹脂層３Ａに埋設される高さとしながら、言い換えると、上部ポッティング樹脂層３Ａを厚くして発熱部品の熱エネルギを効率よく金属カバー５１Ａに伝導する構造としながら、防爆弁の上には空隙を設けて、防爆弁が破壊された状態では、ガスなどをスムーズに排気できる構造にできる。

上部ポッティング樹脂層３Ａは、金属カバー５１Ａを上下反転してポッティング樹脂３を充填して、金属カバー５１Ａの上部に設けられる。上下反転する金属カバー５１Ａは、底ケース５１Ｂを連結する状態では、充填開口１５からＵ字状のノズルでポッティング樹脂を充填できる。この状態で充填されるポッティング樹脂３は、トランス５と放熱器９に熱結合状態で密着する。

図２〜図５、及び図７〜図９に示す充填開口のない金属カバー１Ａ、３１Ａの充電器１０１、１０２は、金属カバー１Ａ、３１Ａを底ケース１Ｂの定位置に配置する状態で、底ケース１Ｂにポッティング樹脂３を充填し、前述したＵ字パイプを使用して金属カバー１Ａ、３１Ａ内の空気を排気して内部にポッティング樹脂３を充填する。また、この充電器１０１、１０２は、金属カバー１Ａ、３１Ａ内の空気を真空ポンプで強制的に排気して、底ケース１Ｂに充填されるポッティング樹脂３を金属カバー１Ａ、３１Ａ内に流入させることもできる。この方法は、金属カバー１Ａ、３１Ａ内から排気する空気量で金属カバー１Ａ、３１Ａに流入させるポッティング樹脂３の液面レベルをコントロールできる。したがって、金属カバー１Ａ、３１Ａ内に底ケース１Ｂよりも深くポッティング樹脂３を充填して、回路基板２を深くポッティング樹脂３に埋設して発熱部品の熱エネルギをより効果的に金属カバー１Ａ、３１Ａに伝導することができる。また、この方法は、金属カバー１Ａ、３１Ａ内のほぼ全体にポッティング樹脂３を充填して、発熱部品の熱エネルギを効率よく金属カバー１Ａ、３１Ａに伝導することもできる。

金属カバー１Ａ、３１Ａの上部にポッティング樹脂３を充填しない充電器１０１、１０２は、図３及び図７の断面図に示すように、トランス５と金属カバー１Ａ、３１Ａとの間にシート状又はマット状の熱伝導部材１４を熱結合状態に密着して、熱伝導部材１４を介してトランス５の熱エネルギを金属カバー１Ａ、３１Ａに伝導して放熱することができる。この充電器１０１、１０２は、金属カバー１Ａ、３１Ａの上部にポッティング樹脂３を充填することなく、トランス５の発熱を極めて効率よく金属カバー１Ａ、３１Ａのトッププレートに熱伝導して放熱できる。

本発明の充電器は、防水構造としながら優れた放熱特性を実現するので、電動自転車や電動工具等のように屋外で使用される電動機器に使用される充電器であって、大容量の電池を短時間で充電する用途に便利に使用される。

１０１、１０２、１０３…充電器
１、３１、５１…ケース
１Ａ、３１Ａ、５１Ａ…金属カバー
１Ｂ、５１Ｂ…底ケース
１Ｃ、５１Ｃ…外装ケース
２、５２…回路基板
５２Ａ…突出部
３…ポッティング樹脂
３Ａ…上部ポッティング樹脂層
３Ｂ…下部ポッティング樹脂層
４…半導体素子
４Ａ…スイッチング素子
４Ｂ…ダイオード
４Ｃ…ダイオード
５…トランス
５Ａ…１次コイル
５Ｂ…２次コイル
６…電解コンデンサ
６Ａ…１次側の電解コンデンサ
６Ｂ…２次側の電解コンデンサ
７…放熱溝
８…内部隔壁
９…放熱器
９Ａ…１次側放熱器
９Ａａ…第１の放熱器
９Ａｂ…第２の放熱器
９Ｂ…２次側放熱器
１０…１次側の整流回路
１１…２次側の整流回路
１２…絶縁スペーサ
１３…キャップ
１４…熱伝導部材
１５…充填開口
１６…非透水シート
１７…引出線
１８…送風隙間
１９…冷却開口
２０…送風ファン
２１…絶縁プレート部
２２…入力回路
２３…切欠部
２５…充填筒
２６…ブッシュ
２７…底プレート

Claims (11)

1. 発熱部品を有する充電回路を実装してなる回路基板をケース内に配置してなる充電器であって、
   前記ケースが下方開口の金属カバーと、
   この金属カバーの下方の開口部を閉塞する位置に配置してなるプラスチック製の底ケースとを備え、
   前記底ケースと前記金属カバーの開口部との間にポッティング樹脂が充填されて、前記ポッティング樹脂が前記底ケースと前記金属カバーとの隙間を閉塞して、前記金属カバーの開口部を密閉しており、
   さらに、前記ポッティング樹脂に前記回路基板が埋設されて、前記回路基板に実装してなる充電回路の発熱部品が前記ポッティング樹脂に熱結合状態に密着されて、前記発熱部品が前記ポッティング樹脂を介して前記金属カバーに熱結合状態に配置され、
   前記ポッティング樹脂が、前記発熱部品の熱エネルギを前記金属カバーに伝導して外部に放熱するようにしてなる充電器。
2. 請求項１に記載される充電器であって、
   前記回路基板に、前記発熱部品である半導体素子及びトランスと、前記充電回路を実現してなる電子部品の電解コンデンサとを固定しており、
   前記金属カバーが、トッププレートの周囲に周壁を設けた箱形であって、前記トッププレートに複数列の放熱溝を設けており、
   前記トランスと前記電解コンデンサが、前記トッププレートに設けてなる前記放熱溝の間に長手方向に並べて配置しており、
   前記金属カバーの周壁と前記放熱溝との間に、前記発熱部品の前記半導体素子を配置してなることを特徴とする充電器。
3. 請求項１又は２に記載される充電器であって、
   前記底ケースが外周よりも内側に沿って内部隔壁を設けており、
   前記内部隔壁の内側に前記金属カバーの開口部が挿入されて、前記内部隔壁の内側に前記ポッティング樹脂が充填されて、前記内部隔壁に充填してなるポッティング樹脂が前記金属カバーの開口部を密閉してなることを特徴とする充電器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される充電器であって、
   前記回路基板に実装してなる発熱部品の半導体素子に熱結合状態に放熱器を固定しており、
   前記金属カバーは上部と下部とに前記ポッティング樹脂が充填されて、上部ポッティング樹脂層と下部ポッティング樹脂層との間にポッティング樹脂の充填されない中空部を設けており、
   前記トランスと前記半導体素子の放熱器に前記上部ポッティング樹脂層を熱結合状態に密着してなることを特徴とする充電器。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される充電器であって、
   前記充電回路が、入力される商用電力の交流を直流に変換する１次側の整流回路と、この１次側の整流回路にスイッチング素子を介して接続してなる１次コイルを有するトランスと、このトランスの２次コイルに接続されて２次コイルに誘導される交流を直流に変換して出力する２次側の整流回路とを備え、
   前記回路基板が、前記１次側整流回路の発熱部品である１次側のダイオードと前記スイッチング素子を固定してなる１次側放熱器を備え、
   前記１次側放熱器と前記金属カバーとの間に絶縁スペーサを配置してなることを特徴とする充電器。
6. 請求項５に記載される充電器であって、
   前記金属カバーの上部と下部とに前記ポッティング樹脂が充填されて、上部ポッティング樹脂層と下部ポッティング樹脂層との間にポッティング樹脂の充填されない中空部を設けており、
   前記回路基板が電解コンデンサを固定しており、
   前記絶縁スペーサがプラスチック製であって、前記電解コンデンサの防爆弁を被覆するキャップを一体的に成形して設けており、前記キャップが、前記電解コンデンサの前記防爆弁を覆うように前記電解コンデンサに被着されて、外側面を前記上部ポッティング樹脂層に埋設されて、内部に前記防爆弁を露出させる空隙を設けてなることを特徴とする充電器。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される充電器であって、
   前記回路基板にトランスを固定しており、
   前記トランスと前記金属カバーとの間に熱伝導部材を熱結合状態に密着して、前記熱伝導部材を介して前記トランスの熱エネルギを前記金属カバーに伝導して放熱するようにしてなることを特徴とする充電器。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される充電器であって、
   前記金属カバーがポッティング樹脂の充填開口を有し、前記充填開口が空気を通過させて水を通過させない非透水シートで閉塞されてなることを特徴とする充電器。
9. 請求項８に記載される充電器であって、
   前記充填開口が、前記金属カバーの内側に突出する充填筒を有し、
   前記金属カバーのトッププレートの内面に、前記充填筒の下端面まで前記ポッティング樹脂を充填してなることを特徴とする充電器。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載される充電器であって、
    前記回路基板に一端を接続してなる引出線を有し、
    前記引出線が、前記ポッティング樹脂の埋設部を介して前記回路基板に接続され、前記ポッティング樹脂の埋設部を介して防水構造で外部に引き出されてなることを特徴とする充電器。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載される充電器であって、
    前記回路基板が、前記金属カバーの周壁の外側に突出してなる突出部を有し、この突出部が前記ポッティング樹脂に埋設されると共に、外部に引き出してなる引出線の一端を接続して、前記ポッティング樹脂に引出線の一端を埋設しており、
    前記引出線がポッティング樹脂の埋設部を介して前記回路基板に接続されてなることを特徴とする充電器。

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