JP2017219987A - 電源中継ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却を行いながら、大型化するのを抑制することが可能な電源中継ユニットを提供する。
【解決手段】この電源中継ユニット３０は、直流電源１からの直流電力が入力されるスイッチ部３１ｂと、直流電源１とスイッチ部３１ｂとの間に設けられ、直流電源１からスイッチ部３１ｂに流れる電流を検出するためのシャント抵抗３２ｂと、を含む、電源中継ユニット本体部３０ａを備え、電源中継ユニット本体部３０ａは、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風が流れるサーバ５０の内部に配置されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、電源中継ユニットに関し、特に、電源と負荷との間に設けられる電源中継ユニットに関する。
従来、電源と負荷との間に設けられる電源中継ユニットが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、交流電源と交流電動機との間に設けられる電力変換装置が開示されている。この電力変換装置には、交流電力を直流電力に変換する順変換器と、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する逆変換器とが設けられている。逆変換器内には、スイッチング素子（半導体素子）が設けられている。また、この電力変換装置には、逆変換器のスイッチング素子に流れる電流を検出するためのシャント抵抗器が設けられている。また、この電力変換装置には、順変換器および逆変換器内のパワーモジュール（スイッチング素子など）を冷却するための冷却ファンが設けられている。
国際公開第２０１５／０８７４３７号
しかしながら、上記特許文献１の電力変換装置では、スイッチング素子などを冷却するための冷却ファンが設けられているので、その分、電力変換装置が大型化するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷却を行いながら、大型化するのを抑制することが可能な電源中継ユニットを提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源中継ユニットは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、冷却ファンを含む負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、直流電源と第１スイッチ部との間に設けられ、直流電源から第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、を含む、電源中継ユニット本体部を備え、電源中継ユニット本体部は、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷の内部に配置されている。
この発明の一の局面による電源中継ユニットでは、上記のように、電源中継ユニット本体部を、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷の内部に配置する。これにより、電源中継ユニット本体部に冷却ファンを設けなくても、負荷に含まれる冷却ファンにより発生される冷却風により、電源中継ユニット本体部の第１スイッチ部および抵抗部を冷却することができる。その結果、冷却ファンを設けなくてもよいので、電源中継ユニットが大型化するのを抑制することができる。すなわち、電源中継ユニットが配置される空間の大きさが制限されている場合でも、電源中継ユニットの冷却を行いながら、空間の大きさに合わせた電源中継ユニットを形成することができる。
また、冷却ファンのｆｉｔ数（単位時間当たりの平均故障発生件数）が、第１スイッチ部や抵抗部に比べて比較的大きい。すなわち、冷却ファンは、第１スイッチ部や抵抗部に比べて、比較的故障しやすい。そこで、電源中継ユニットに冷却ファンを設けないように構成することによって、冷却ファンの故障に起因して、電源中継ユニットの寿命が短くなるのを抑制することができる。つまり、電源中継ユニットに、比較的故障しやすい冷却ファンが設けられないので、電源中継ユニットの信頼性を向上させることができる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第１スイッチ部および抵抗部を覆うように設けられる筐体をさらに備え、筐体には、冷却ファンにより発生される冷却風を取り込むための孔部が設けられている。このように構成すれば、筐体の孔部を介して、冷却ファンにより発生される冷却風を筐体内に容易に取り込むことができる。
この場合、好ましくは、孔部は、第１スイッチ部と抵抗部とが配置される方向に沿った方向の、筐体の一方端側の側面と他方端側の側面とに設けられている。このように構成すれば、筐体の一方端側の側面から取り込まれた冷却風が、第１スイッチ部と抵抗部とを介して、筐体の他方端側の側面から筐体外に排出されるので、第１スイッチ部と抵抗部とを効果的に冷却することができる。
上記筐体を備える電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板をさらに備え、筐体は、箱形状を有しており、箱形状の筐体の内側上面と、主基板の第１スイッチ部および抵抗部が配置される表面との間に冷却風が通過する隙間が設けられるとともに、箱形状の筐体の内側下面と、主基板の裏面との間に冷却風が通過する隙間が設けられている。このように構成すれば、筐体内に取り込まれた冷却風が、主基板の表面と裏面との両方に流れるので、主基板に配置されている第１スイッチ部および抵抗部を効率よく冷却することができる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、負荷に含まれる、交流電力を直流電力に変換する負荷側電源ユニットが接続可能な負荷側接続部に対して直接接続される電源中継ユニット側接続部をさらに備える。このように構成すれば、電源中継ユニットが電源中継ユニット側接続部により負荷側接続部に直接接続されるので、電源中継ユニットを、容易に、負荷の内部に配置することができる。これにより、負荷の冷却ファンにより発生される冷却風を電源中継ユニット内に取り込み易くなる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板と、第１スイッチ部および抵抗部よりも、発熱量の小さい電子素子が配置されている補助基板とを備え、補助基板は、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されている。このように構成すれば、全ての電子素子を主基板に配置する場合と異なり、電源中継ユニット（主基板）の表面積を小さくすることができる。また、補助基板が、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されているので、補助基板により冷却風の流れが遮られることを抑制することができる。すなわち、比較的発熱量の大きい第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板の表面上を、冷却風がスムーズに流れることができる。これにより、冷却風による冷却の効率が低下するのを抑制することができる。
この場合、好ましくは、主基板に配置され、オンされることにより負荷に第１の電流を供給して、負荷の負荷側制御部を起動する第２スイッチ部をさらに備え、第１スイッチ部は、負荷の負荷側制御部を起動後、負荷の負荷側制御部からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、負荷に第１の電流よりも大きい第２の電流を供給するように構成されており、補助基板は、第１スイッチ部と第２スイッチ部とを仕切るように、主基板の表面上に配置されている。このように構成すれば、比較的大きな第２電流が流れることにより発熱量の大きい第１スイッチ部からの熱が、第２スイッチ部に伝達することを、補助基板により抑制することができる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷としてのサーバの内部に配置されている。このように構成すれば、負荷としてのサーバには、予め冷却ファンが設けられているので、予め設けられた冷却ファンにより、電源中継ユニットの第１スイッチ部および抵抗部を冷却することができる。
本発明によれば、上記のように、電源中継ユニットの冷却を行いながら、電源中継ユニットが大型化するのを抑制することができる。
本発明の一実施形態によるサーバシステム（直流電源、電源中継ユニット、サーバ）のブロック図である。 サーバラックに配置されたサーバシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットのブロック図である。 本発明の一実施形態によるサーバ内に配置された冷却ファンおよび電源中継ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットをＸ１側方向から見た図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットをＸ２方向側から見た図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットの主基板を示す図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットの補助基板を示す図（１）である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットの補助基板を示す図（２）である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
［本実施形態］
図１〜図１０を参照して、本実施形態による直流電源システム１００（電源中継ユニット３０）の構成について説明する。
（直流電源システムの構成）
まず、図１および図２を参照して、直流電源システム１００の概略の構成について説明する。図１に示すように、直流電源システム１００は、直流電源１と電源中継ユニット３０とを備えている。直流電源システム１００は、交流電源２００から供給される交流電力を直流電力に変換して、複数のサーバ５０に供給するように構成されている。なお、サーバ５０は、特許請求の範囲の「負荷」の一例である。
また、サーバ５０は、入力された交流電力を直流電力に変換して駆動する一般的な交流サーバから構成されている。ここで、一般的な交流サーバでは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニット（サーバ側電源ユニット）（図示せず）が設けられている。一方、本実施形態のサーバ５０は、一般的な既存の交流サーバにおいて、交流電力を直流電力に変換するサーバ側電源ユニットが取り外された状態のものである。
また、交流電源２００と直流電源システム１００との間には、直流用配電機器２０１が設けられている。
また、直流電源１、電源中継ユニット３０、および、サーバ５０の組（サーバシステム１１０）は、複数設けられている。また、複数のサーバシステム１１０は、互いに並列に接続されている。すなわち、直流電源１は、複数のサーバシステム１１０の各々に設けられている。これにより、複数のサーバシステム１１０に対して、１つの直流電源１が設けられている場合と異なり、複数の直流電源１のうちの１つの直流電源１が故障しても、全てのサーバシステム１１０が停止してしまうのを抑制することが可能になる。
（直流電源の構成）
直流電源１は、交流電力を直流電力に変換する電源ユニット１０と、電源ユニット１０により変換された直流電力を蓄電するバッテリユニット２０とを備えている。電源ユニット１０には、電源回路部１１が設けられている。また、電源回路部１１には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２と、ＤＣ／ＤＣ変換器１３とが設けられている。そして、交流電源２００から供給される交流電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２により直流電力に変換される。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２により変換された直流電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器１３により所定の電圧を有する直流電力に変換される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１３により所定の電圧に変換された直流電力が、サーバ５０に供給される。
また、バッテリユニット２０には、バッテリ回路部２１が設けられている。バッテリ回路部２１には、直流電力を充電するバッテリ２２と、双方向に直流電力の通流を行うＤＣ／ＤＣ変換器２３とが設けられている。バッテリ２２は、双方向に直流電力を通流可能なＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、電源回路部１１に並列に接続されている。また、バッテリ２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、電源回路部１１により直流電力が充電されるとともに、充電した直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、サーバ５０に供給する。すなわち、直流電源１は、通常時に電源回路部１１から直流電力をサーバ５０に供給するとともに、停電時などの電源回路部１１から直流電力が供給されない場合に、バッテリ回路部２１から直流電力をサーバ５０に供給する。
また、図２に示すように、直流電源１および複数のサーバ５０は、サーバラック６０内に配置されている。直流電源１は、サーバラック６０の下方に配置されている。複数のサーバ５０は、直流電源１の上方に配置されている。また、サーバラック６０内には、正極用導体６１および負極用導体６２を含む導体６３が設けられている。そして、導体６３には、電源中継ユニット３０が電気的に接続されている。また、導体６３には、複数のサーバ５０が並列に接続されている。そして、直流電源１から出力される直流電力は、導体６３および電源中継ユニット３０を介して、複数のサーバ５０に供給される。
また、図２に示すように、電源中継ユニット３０は、複数のサーバ５０に対応するように複数設けられている。具体的には、１つのサーバシステム１１０には、１つの直流電源１と、複数のサーバ５０が設けられている。そして、電源中継ユニット３０は、複数のサーバ５０の各々に１つ（または複数）設けられている。
（電源中継ユニットの回路構成）
次に、図３を参照して、本実施形態による電源中継ユニット３０の回路構成について説明する。
図３に示すように、電源中継ユニット３０は、スイッチ部３１ａを備えている。スイッチ部３１ａは、シャント抵抗３２ａを介して、直流電源１からの直流電力が入力されるように構成されている。スイッチ部３１ａは、オンされることによりサーバ５０（サーバ本体部５０ａ）に、たとえば、１２Ｖ、２Ａの電流Ｉ１を供給して、サーバ５０のサーバ側制御部５１を起動するように構成されている。なお、スイッチ部３１ａは、特許請求の範囲の「第２スイッチ部」の一例である。また、電流Ｉ１は、特許請求の範囲の「第１の電流」の一例である。また、サーバ側制御部５１は、特許請求の範囲の「負荷側制御部」の一例である。
また、スイッチ部３１ａは、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されている。また、スイッチ部３１ａのドレインにシャント抵抗３２ａが接続されるとともに、ソースに後述する接続部４０が接続されている。また、スイッチ部３１ａのゲートには、後述する電流制御部３５ａが接続されている。なお、接続部４０は、特許請求の範囲の「電源中継ユニット側接続部」の一例である。
また、電源中継ユニット３０には、スイッチ部３３が設けられている。スイッチ部３３は、たとえば、機械的なスイッチから構成されている。そして、スイッチ部３３がオンされることにより、スイッチ部３１ａがオンされるように構成されている。具体的には、スイッチ部３３がオンされたことを示す信号が制御部３８に入力された後、制御部３８から、スイッチ部３１ａをオンする信号が出力される。
また、電源中継ユニット３０は、スイッチ部３１ｂを備えている。スイッチ部３１ｂは、シャント抵抗３２ｂを介して、直流電源１からの直流電力が入力されるように構成されている。スイッチ部３１ｂは、サーバ５０のサーバ側制御部５１が起動された後、サーバ５０のサーバ側制御部５１からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、サーバ５０に電流Ｉ１よりも大きい、たとえば、１２Ｖ、１００Ａの電流Ｉ２を供給するように構成されている。具体的には、サーバ５０のサーバ側制御部５１からの電力供給を要求する、ＰＭＢｕｓ（登録商標）の規格に基づいたコマンドからなる要求信号が、制御部３８に入力された後、制御部３８から、スイッチ部３１ｂをオンする信号が出力される。なお、スイッチ部３１ｂは、特許請求の範囲の「第１スイッチ部」の一例である。また、電流Ｉ２は、特許請求の範囲の「第２の電流」の一例である。また、シャント抵抗３２ｂは、特許請求の範囲の「抵抗部」の一例である。
また、スイッチ部３１ｂは、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されている。また、スイッチ部３１ｂのソースに後述する接続部４０が接続されるとともに、ドレインにシャント抵抗３２ｂが接続されている。すなわち、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂは、直流電源１とサーバ５０との間に設けられている。また、スイッチ部３１ｂのゲートには、後述する電流制御部３５ｂが接続されている。また、スイッチ部３１ａとスイッチ部３１ｂとは、互いに並列に接続されている。
また、シャント抵抗３２ａの両端に、電流検出部３４ａが設けられている。シャント抵抗３２ｂの両端にも、電流検出部３４ｂが設けられている。シャント抵抗３２ａおよびシャント抵抗３２ｂ（電流検出部３４ａおよび３４ｂ）は、サーバ５０に流れる電流の電流値を検出するように構成されている。また、電流検出部３４ａからの信号が、電流制御部３５ａ、過電流保護部３６ａ、および、制御部３８に出力される。また、電流検出部３４ｂからの信号が、電流制御部３５ｂ、過電流保護部３６ｂ、および、制御部３８に出力される。
また、電流検出部３４ａの出力側には、電流制御部３５ａが設けられている。また、電流制御部３５ａは、スイッチ部３１ａのゲートに信号を出力するように構成されている。また、電流検出部３４ｂの出力側には、電流制御部３５ｂが設けられている。また、電流制御部３５ｂは、スイッチ部３１ｂのゲートに信号を出力するように構成されている。電流制御部３５ａは、スイッチ部３１ａを緩やかにオンさせるように構成されている。また、電流制御部３５ｂは、スイッチ部３１ｂを緩やかにオンさせるように構成されている。ここで、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂを急激にオンさせると、サーバ５０側の負荷コンデンサ（図示せず）を充電するための大きな突入電流により、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損する場合がある。そこで、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂを緩やかにオンさせる。
電流制御部３５ａには、電流検出部３４ａ、過電流保護部３６ａ、制御部３８、および、低電圧監視部３７からの信号が入力される。また、電流制御部３５ｂには、電流検出部３４ｂ、過電流保護部３６ｂ、制御部３８、および、低電圧監視部３７からの信号が入力される。
また、電流検出部３４ａの出力側には、過電流保護部３６ａが設けられている。過電流保護部３６ａからの信号は、電流制御部３５ａおよび制御部３８に出力される。また、電流検出部３４ｂの出力側には、過電流保護部３６ｂが設けられている。過電流保護部３６ｂからの信号は、電流制御部３５ｂおよび制御部３８に出力される。過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂは、サブ出力であるスイッチ部３１ａの出力と、メイン出力であるスイッチ部３１ｂの出力とが短絡した場合、短絡電流によって、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損されるのを抑制するように構成されている。なお、過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂをソフトウェアにより構成した場合には、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂの破損を抑制できない場合があるため、過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂは、ハードウェアにより構成されている。
また、電源中継ユニット３０には、低電圧監視部３７が設けられている。低電圧監視部３７には、制御部３８からの信号が入力される。また、低電圧監視部３７からの信号は、電流制御部３５ａ、電流制御部３５ｂ、および、制御部３８に出力される。低電圧監視部３７は、電源中継ユニット３０（サーバ５０）の動作中に、たとえば後述する昇圧部４２の故障などに起因して、低電圧（たとえば２４Ｖ）が低下した場合に、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損するのを抑制するように構成されている。
また、電源中継ユニット３０には、制御部３８が設けられている。制御部３８は、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂのオンオフを制御して、直流電源１からの直流電力をサーバ５０に供給するように制御するように構成されている。具体的には、制御部３８は、電流制御部３５ａに信号を送信して、電流制御部３５ａを介して、スイッチ部３１ａのオンオフを制御する。また、制御部３８は、電流制御部３５ｂに信号を送信して、電流制御部３５ｂを介して、スイッチ部３１ｂのオンオフを制御する。なお、制御部３８は、たとえばマイコン（ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）により構成されている。
また、制御部３８には、電流検出部３４ａおよび３４ｂ、過電流保護部３６ａおよび３６ｂ、低電圧監視部３７、スイッチ部３３からの信号が入力される。また、制御部３８には、シャント抵抗３２ａおよび３２ｂの入力側の電力の情報、スイッチ部３１ａおよび３１ｂのサーバ５０側の電力の情報、および、サーミスタ３９からの出力が入力される。また、制御部３８から、たとえばＬＥＤなどの光源４５に信号が出力される。
また、制御部３８は、サーバ５０と、ＰＭＢｕｓ（登録商標）の規格に基づいた通信を行うことが可能に構成されている。ＰＭＢｕｓとは、電源を管理するための規格であり、コマンドのやり取りにより各機器間での通信が行われる。そして、制御部３８は、交流の入力電力の情報を要求するサーバ５０からの要求信号に対して、予め設定された交流の入力電力に関するダミーの情報をサーバ５０に返すように構成されている。これにより、電源中継ユニット３０から予め設定された交流の入力電力に関するダミーの情報が返されるので、適切な交流の入力電力の情報が得られないことに起因して、サーバ５０が停止するのを抑制することが可能になる。
また、電源中継ユニット３０には、レギュレータ４１が設けられている。レギュレータ４１は、入力される電圧（たとえば１２Ｖ）を、降圧（たとえば、３．３Ｖ）するように構成されている。また、電源中継ユニット３０には、昇圧部４２が設けられている。昇圧部４２は、入力される電圧（たとえば１２Ｖ）を、昇圧（たとえば２４Ｖ）するように構成されている。
（電源中継ユニットの具体的な構造）
次に、図４〜図１０を参照して、本実施形態による電源中継ユニット３０の具体的な構造について説明する。
図４に示すように、サーバ５０は、たとえば、ブレードサーバからなるサーバ本体部５０ａと、冷却ファン５０ｂとを備えている。冷却ファン５０ｂは、サーバ本体部５０ａの後方（Ｘ２方向側）に配置されている。また、冷却ファン５０ｂの下方には、交流電力を直流電力に変換するサーバ側電源ユニット（図示せず）を収納可能な収納部５３（図４の点線で囲まれた空間）が設けられている。ここで、本実施形態では、電源中継ユニット３０（電源中継ユニット本体部３０ａ）は、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風が流れるサーバ５０の内部に配置されている。具体的には、電源中継ユニット３０（電源中継ユニット本体部３０ａ）は、サーバ５０の収納部５３に配置されている。すなわち、電源中継ユニット３０は、冷却ファン５０ｂの下方に配置されている。
また、電源中継ユニット３０（電源中継ユニット本体部３０ａ）は、接続部４０がサーバ側接続部（バックブレーン）５２に直接接続された状態（図３参照）で、サーバ５０のサーバ側電源ユニットを収納可能な収納部５３に配置されている。具体的には、接続部４０は、カードエッジ型（図５参照）により構成されている。なお、カードエッジ型とは、ソケットに差し込まれる接点を備えたプリント基板の端部である。そして、電源中継ユニット３０の接続部４０が、サーバ５０のサーバ側接続部５２に差し込まれることにより、電源中継ユニット３０の接続部４０がサーバ側接続部５２に対して直接接続されている。また、サーバ本体部５０ａも、サーバ側接続部（バックブレーン）５２に直接接続されている。なお、サーバ側接続部５２は、特許請求の範囲の「負荷側接続部」の一例である。
図５に示すように、電源中継ユニット３０は、上側筐体４３ａおよび下側筐体４３ｂを含む筐体４３を備えている。筐体４３は、スイッチ部３１ａ、スイッチ部３１ｂ、シャント抵抗３２ａ、シャント抵抗３２ｂ、制御部３８などを覆うように設けられている。そして、本実施形態では、図６および図７に示すように、筐体４３には、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風を取り込むための孔部４３１が設けられている。具体的には、孔部４３１は、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとが配置される方向に沿った方向（Ｘ方向）の、筐体４３の一方端側（Ｘ１方向側）の側面４３２と他方端側（Ｘ２方向側）の側面４３３とに設けられている。
詳細には、図６に示すように、孔部４３１（孔部４３１ａ）は、上側筐体４３ａの側面４３２に、マトリクス状に複数設けられている。また、図７に示すように、孔部４３１（孔部４３１ｂ）は、下側筐体４３ｂの側面４３３の、Ｙ１方向側の端部にＺ方向に沿って複数設けられるとともに、Ｚ２方向側の端部にＹ方向に沿って複数設けられている。また、下側筐体４３ｂの側面４３３には、入力コネクタ４４を露出させるための略矩形形状の開口部４３３ａが設けられている。
また、図５に示すように、筐体４３には、電源中継ユニット３０を収納部５３に挿入する（または、収納部５３から取り外す）際にユーザが把持する取っ手部４３４が設けられている。また、筐体４３には、サーバ５０の収納部５３に設けられる凹部（図示せず）に係合する爪部４３５が設けられている。爪部４３５は、爪部４３５に連続するように設けられる操作部４３６をユーザが操作することにより、サーバ５０に設けられる凹部（図示せず）との係合が解除されるように構成されている。
また、図８に示すように、電源中継ユニット３０には、主基板８０が設けられている。主基板８０には、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置されている。スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂは、各々、主基板８０のＸ１方向側において、Ｙ方向に沿って複数ずつ配置されている。また、スイッチ部３１ｂは、シャント抵抗３２ｂに対して、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風の流れの上流側（Ｘ１方向側）に配置されている。また、主基板８０のＸ２方向側には、機械的なスイッチ部３３が配置されている。
また、主基板８０のＹ１方向側には、スイッチ部３１ａ、シャント抵抗３２ａ、レギュレータ４１、および、昇圧部４２が配置されている。また、主基板８０のスイッチ部３１ａに隣接するように、スイッチ部３１ａに電気的に接続されるサーミスタ４６ａが配置されている。また、主基板８０のスイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとの間には、スイッチ部３１ｂに電気的に接続されるサーミスタ４６ｂが配置されている。
ここで、本実施形態では、図６に示すように、筐体４３は、箱形状を有しており、箱形状の筐体４３の内側上面４３７と、主基板８０のスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置される表面８０ａとの間に、冷却風が通過する隙間Ｃ１が設けられている。また、箱形状の筐体４３の内側下面４３８と、主基板８０の裏面８０ｂとの間に、冷却風が通過する隙間Ｃ２が設けられている。具体的には、筐体４３の内側下面４３８には、上方向に突出するボス部４３９が設けられており、主基板８０は、ボス部４３９の上に配置されている。これにより、主基板８０が、内側下面４３８から離間するように、内側下面４３８の上方に設けられる。また、主基板８０が、内側上面４３７から離間するように、内側上面４３７の下方に配置される。その結果、隙間Ｃ１および隙間Ｃ２が形成される。なお、隙間Ｃ１のＺ方向の間隔Ｄ１は、隙間Ｃ２のＺ方向の間隔Ｄ２よりも大きい。
また、冷却風は、孔部４３１ａから筐体４３の内部に取り込まれた後、隙間Ｃ１および隙間Ｃ２を通って、孔部４３１ｂから排出される。なお、図６に示すように、上側筐体４３ａの側面４３２は、内側下面４３８まで達しないように形成されている。すなわち、上側筐体４３ａの側面４３２は、内側下面４３８に対して、間隔Ｄ３を隔てて配置されている。そして、冷却風は、上側筐体４３ａの側面４３２と内側下面４３８との間からも、筐体４３の内部に取り込み可能に構成されている。
また、図８に示すように、主基板８０のＸ１方向側には、サーバ５０のサーバ側接続部５２に接続される接続部４０が配置されている。また、主基板８０のＸ２方向側には、直流電源１からの直流電力が入力される入力コネクタ４４が配置されている。
また、本実施形態では、図８に示すように、電源中継ユニット３０には、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂよりも、発熱量の小さい電子素子が配置されている補助基板９０および９３が設けられている。補助基板９０は、主基板８０の表面８０ａに対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように（Ｘ方向に沿うように）、主基板８０の表面８０ａ上に配置されている。なお、補助基板９０は、主基板８０の表面８０ａ上に接するように配置されている。
具体的には、図９に示すように、補助基板９０には、制御部３８、デバッグ・試験用コネクタ９１、可変抵抗９２などが配置されている。また、補助基板９０には、電流検出部３４ａおよび３４ｂ、電流制御部３５ａおよび３５ｂ、過電流保護部３６ａおよび３６ｂ、および、低電圧監視部３７などが配置されている。なお、電流検出部３４ａおよび３４ｂ、電流制御部３５ａおよび３５ｂ、過電流保護部３６ａおよび３６ｂ、および、低電圧監視部３７、デバッグ・試験用コネクタ９１、および、可変抵抗９２は、特許請求の範囲の「電子素子」の一例である。
また、図８に示すように、補助基板９３は、入力コネクタ４４のＹ２方向側に配置されている。図１０に示すように、補助基板９３には、ＬＥＤなどの光源４５などが配置されている。補助基板９３も、主基板８０の表面８０ａに対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように（Ｘ方向に沿うように）、主基板８０の表面８０ａ上に接するように配置されている。なお、光源４５は、特許請求の範囲の「電子素子」の一例である。
また、本実施形態では、図８に示すように、補助基板９０は、スイッチ部３１ｂとスイッチ部３１ａとを仕切るように、主基板８０の表面８０ａ上に配置されている。具体的には、平面視において、スイッチ部３１ｂ、シャント抵抗３２ｂは、補助基板９０のＹ２方向側の主基板８０の表面８０ａ上に配置されている。また、スイッチ部３１ａ、シャント抵抗３２ａ、レギュレータ４１、および、昇圧部４２は、補助基板９０のＹ１方向側の主基板８０の表面８０ａ上に配置されている。また、平面視において、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置されている補助基板９０のＹ２方向側に対応する主基板８０の領域の面積は、スイッチ部３１ａ、シャント抵抗３２ａなどが配置されている補助基板９０のＹ１方向側に対応する主基板８０の領域の面積よりも大きい。
また、補助基板９０は、主基板８０の表面８０ａ上の、スイッチ部３１ｂが配置されている部分から、入力コネクタ４４の近傍の部分に渡るように配置されている。また、主基板８０、補助基板９０および補助基板９３とは、共に、略長方形形状を有する。
〈電流の流れ〉
図４に示すように、冷却ファン５０ｂにより発生された冷却風は、サーバ本体部５０ａ側（Ｘ１方向側）から、電源中継ユニット３０側（Ｘ２方向側）に流れる。これにより、冷却風は、電源中継ユニット３０の孔部４３１ａ（図６参照）から、電源中継ユニット３０の内部に取り込まれる。そして、電源中継ユニット３０の内部に取り込まれた冷却風により、比較的高温になる、スイッチ部３１ｂ、シャント抵抗３２ｂなどが冷却される。そして、スイッチ部３１ｂ、シャント抵抗３２ｂなどを冷却した冷却風は、電源中継ユニット３０の孔部４３１ｂ（図７参照）から、電源中継ユニット３０の外部に排出される。
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、電源中継ユニット本体部３０ａを、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風が流れるサーバ５０の内部に配置する。これにより、電源中継ユニット本体部３０ａに冷却ファン５０ｂを設けなくても、サーバ５０に含まれる冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風により、電源中継ユニット本体部３０ａのスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂを冷却することができる。その結果、冷却ファン５０ｂを設けなくてもよいので、電源中継ユニット３０が大型化するのを抑制することができる。すなわち、電源中継ユニット３０が配置される空間（収納部５３）の大きさが制限されている場合でも、電源中継ユニット３０の冷却を行いながら、空間の大きさに合わせた電源中継ユニット３０を形成することができる。
また、冷却ファン５０ｂのｆｉｔ数（単位時間当たりの平均故障発生件数）が、スイッチ部３１ｂやシャント抵抗３２ｂに比べて比較的大きい。すなわち、冷却ファン５０ｂは、スイッチ部３１ｂやシャント抵抗３２ｂに比べて、比較的故障しやすい。そこで、電源中継ユニット３０に冷却ファン５０ｂを設けないように構成することによって、冷却ファン５０ｂの故障に起因して、電源中継ユニット３０の寿命が短くなるのを抑制することができる。つまり、電源中継ユニット３０に、比較的故障しやすい冷却ファン５０ｂが設けられないので、電源中継ユニット３０の信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、筐体４３に、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風を取り込むための孔部４３１を設ける。これにより、筐体４３の孔部４３１を介して、冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風を筐体４３内に容易に取り込むことができる。
また、本実施形態では、上記のように、孔部４３１を、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとが配置される方向に沿った方向の、筐体４３の一方端の側面４３２と他方端の側面４３３とに設ける。これにより、筐体４３の一方端の側面４３２から取り込まれた冷却風が、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとを介して、筐体４３の他方端の側面４３２から筐体４３外に排出されるので、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとを効果的に冷却することができる。
また、本実施形態では、上記のように、箱形状の筐体４３の内側上面４３７と、主基板８０のスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置される表面８０ａとの間に冷却風が通過する隙間Ｃ１を設けるとともに、箱形状の筐体４３の内側下面４３８と、主基板８０の裏面８０ｂとの間に冷却風が通過する隙間Ｃ２を設ける。これにより、筐体４３内に取り込まれた冷却風が、主基板８０の表面８０ａと裏面８０ｂとの両方に流れるので、主基板８０に配置されているスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂを効率よく冷却することができる。
また、本実施形態では、上記のように、サーバ５０に含まれる、交流電力を直流電力に変換するサーバ側電源ユニットが接続可能なサーバ側接続部５２に対して直接接続される接続部４０を設ける。これにより、電源中継ユニット３０が接続部４０によりサーバ側接続部５２に直接接続されるので、電源中継ユニット３０を、容易に、サーバ５０の内部に配置することができる。その結果、サーバ５０の冷却ファン５０ｂにより発生される冷却風を電源中継ユニット３０内に取り込み易くなる。
また、本実施形態では、上記のように、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置される主基板８０と、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂよりも、発熱量の小さい電子素子が配置されている補助基板９０とを設ける。そして、補助基板９０を、主基板８０の表面８０ａに対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板８０の表面８０ａ上に配置する。これにより、全ての電子素子を主基板８０に配置する場合と異なり、電源中継ユニット３０（主基板８０）の表面積を小さくすることができる。また、補助基板９０が、主基板８０の表面８０ａに対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板８０の表面８０ａ上に配置されているので、補助基板９０により冷却風の流れが遮られることを抑制することができる。すなわち、比較的発熱量の大きいスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂが配置される主基板８０の表面８０ａ上を、冷却風がスムーズに流れることができる。これにより、冷却風による冷却の効率が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、補助基板９０を、スイッチ部３１ｂとスイッチ部３１ａとを仕切るように、主基板８０の表面８０ａ上に配置する。これにより、比較的大きな電流Ｉ２が流れることにより発熱量の大きいスイッチ部３１ｂからの熱が、スイッチ部３１ａに伝達することを、補助基板９０により抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電源中継ユニット本体部３０ａを、冷却ファン５０ｂを含むサーバ５０の内部に配置する。これにより、サーバ５０には、予め冷却ファン５０ｂが設けられているので、予め設けられた冷却ファン５０ｂにより、電源中継ユニット３０のスイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂを冷却することができる。
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、冷却ファンの下方に電源中継ユニットが配置されている例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電源中継ユニットは、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる経路上に配置されていればよく、電源中継ユニットが冷却ファンの下方以外の領域に配置されていてもよい。たとえば、冷却ファンの前方側（冷却風が取り入れられる側）、または、冷却ファンの後方側（冷却風が排出される側）に電源中継ユニットが配置されていてもよい。
また、上記実施形態では、筐体に冷却風を取り込むための複数の孔部が設けられている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、筐体に冷却風を取り込むための１つの比較的大きな孔部（または、切欠き）が設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、孔部が、筐体のＸ１方向側の側面とＸ２方向側の側面とに設けられている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、孔部を、筐体のＸ１方向側の側面およびＸ２方向側の側面以外の部分に設けてもよい。
また、上記実施形態では、筐体の内側上面と主基板の表面との間の間隔（Ｄ１、図６参照）が、筐体の内側下面と主基板の裏面との間の間隔（Ｄ２）よりも大きい例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、筐体の内側上面と主基板の表面との間の間隔（Ｄ１）が、筐体の内側下面と主基板の裏面との間の間隔（Ｄ２）以下でもよい。
また、上記実施形態では、補助基板が主基板の表面上に接するように配置されている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、補助基板と主基板とを、互いに離間するように配置してもよい。
また、上記実施形態では、負荷としてのサーバに本発明を適用する例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、サーバ以外の負荷に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、冷却風が、孔部４３１ａから筐体４３の内部に取り込まれた後、孔部４３１ｂから排出される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却風が、孔部４３１ｂから筐体４３の内部に取り込まれた後、孔部４３１ａから排出されてもよい。
また、上記実施形態では、図４に示すように、冷却風が、Ｘ１方向側からＸ２方向側にＸ方向に沿って流れる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷却風は、Ｘ方向以外の方向に沿って流れてもよい。また、冷却風が特定の方向（Ｘ方向など）のみでなく、複数の方向に渦巻くように流れてもよい。
１ 直流電源
１０ 電源ユニット
２０ バッテリユニット
３０ 電源中継ユニット
３０ａ 電源中継ユニット本体部
３１ａ スイッチ部（第２スイッチ部）
３１ｂ スイッチ部（第１スイッチ部）
３２ｂ シャント抵抗（抵抗部）
３４ａ、３４ｂ 電流検出部（電子素子）
３５ａ、３５ｂ 電流制御部（電子素子）
３６ａ、３６ｂ 過電流保護部（電子素子）
３７ 低電圧監視部（電子素子）
４０ 接続部（電源中継ユニット側接続部）
４３ 筐体
４５ 光源（電子素子）
５０ サーバ（負荷）
５０ｂ 冷却ファン
５１ サーバ側制御部（負荷側制御部）
５２ サーバ側接続部（負荷側接続部）
８０ 主基板
８０ａ 表面
８０ｂ 裏面
９０、９３ 補助基板
９１ デバッグ・試験用コネクタ（電子素子）
９２ 可変抵抗（電子素子）
４３１、４３１ａ、４３１ｂ 孔部
４３２、４３３ 側面
４３７ 内側上面
４３８ 内側下面
Ｃ１、Ｃ２ 隙間
Ｉ１ 電流（第１の電流）
Ｉ２ 電流（第２の電流）
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源中継ユニットは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、冷却ファンを含む負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、直流電源と第１スイッチ部との間に設けられ、直流電源から第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、を含む、電源中継ユニット本体部を備え、電源中継ユニット本体部は、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷の内部に配置されており、第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板と、第１スイッチ部および抵抗部よりも、発熱量の小さい電子素子が配置されている補助基板とをさらに備える。
上記筐体を備える電源中継ユニットにおいて、好ましくは、筐体は、箱形状を有しており、箱形状の筐体の内側上面と、主基板の第１スイッチ部および抵抗部が配置される表面との間に冷却風が通過する隙間が設けられるとともに、箱形状の筐体の内側下面と、主基板の裏面との間に冷却風が通過する隙間が設けられている。このように構成すれば、筐体内に取り込まれた冷却風が、主基板の表面と裏面との両方に流れるので、主基板に配置されている第１スイッチ部および抵抗部を効率よく冷却することができる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、補助基板は、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されている。このように構成すれば、全ての電子素子を主基板に配置する場合と異なり、電源中継ユニット（主基板）の表面積を小さくすることができる。また、補助基板が、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されているので、補助基板により冷却風の流れが遮られることを抑制することができる。すなわち、比較的発熱量の大きい第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板の表面上を、冷却風がスムーズに流れることができる。これにより、冷却風による冷却の効率が低下するのを抑制することができる。


上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源中継ユニットは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、冷却ファンを含む負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、直流電源と第１スイッチ部との間に設けられ、直流電源から第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、を含む、電源中継ユニット本体部を備え、電源中継ユニット本体部は、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷の内部に配置されており、第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板と、第１スイッチ部および抵抗部よりも、発熱量の小さい電子素子が配置され、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されている補助基板とをさらに備える。
この発明の一の局面による電源中継ユニットでは、上記のように、電源中継ユニット本体部を、冷却ファンにより発生される冷却風が流れる負荷の内部に配置する。これにより、電源中継ユニット本体部に冷却ファンを設けなくても、負荷に含まれる冷却ファンにより発生される冷却風により、電源中継ユニット本体部の第１スイッチ部および抵抗部を冷却することができる。その結果、冷却ファンを設けなくてもよいので、電源中継ユニットが大型化するのを抑制することができる。すなわち、電源中継ユニットが配置される空間の大きさが制限されている場合でも、電源中継ユニットの冷却を行いながら、空間の大きさに合わせた電源中継ユニットを形成することができる。
また、全ての電子素子を主基板に配置する場合と異なり、電源中継ユニット（主基板）の表面積を小さくすることができる。また、補助基板が、主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、主基板の表面上に配置されているので、補助基板により冷却風の流れが遮られることを抑制することができる。すなわち、比較的発熱量の大きい第１スイッチ部および抵抗部が配置される主基板の表面上を、冷却風がスムーズに流れることができる。これにより、冷却風による冷却の効率が低下するのを抑制することができる。
上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、主基板に配置され、オンされることにより負荷に第１の電流を供給して、負荷の負荷側制御部を起動する第２スイッチ部をさらに備え、第１スイッチ部は、負荷の負荷側制御部を起動後、負荷の負荷側制御部からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、負荷に第１の電流よりも大きい第２の電流を供給するように構成されており、補助基板は、第１スイッチ部と第２スイッチ部とを仕切るように、主基板の表面上に配置されている。このように構成すれば、比較的大きな第２電流が流れることにより発熱量の大きい第１スイッチ部からの熱が、第２スイッチ部に伝達することを、補助基板により抑制することができる。

Claims (8)

  1. 交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと前記電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、冷却ファンを含む負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、
    前記直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、前記直流電源と前記第１スイッチ部との間に設けられ、前記直流電源から前記第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、を含む、電源中継ユニット本体部を備え、
    前記電源中継ユニット本体部は、前記冷却ファンにより発生される冷却風が流れる前記負荷の内部に配置されている、電源中継ユニット。
  2. 前記第１スイッチ部および前記抵抗部を覆うように設けられる筐体をさらに備え、
    前記筐体には、前記冷却ファンにより発生される冷却風を取り込むための孔部が設けられている、請求項１に記載の電源中継ユニット。
  3. 前記孔部は、前記第１スイッチ部と前記抵抗部とが配置される方向に沿った方向の、前記筐体の一方端側の側面と他方端側の側面とに設けられている、請求項２に記載の電源中継ユニット。
  4. 前記第１スイッチ部および前記抵抗部が配置される主基板をさらに備え、
    前記筐体は、箱形状を有しており、
    前記箱形状の筐体の内側上面と、前記主基板の前記第１スイッチ部および前記抵抗部が配置される表面との間に冷却風が通過する隙間が設けられるとともに、前記箱形状の筐体の内側下面と、前記主基板の裏面との間に冷却風が通過する隙間が設けられている、請求項２または３に記載の電源中継ユニット。
  5. 前記負荷に含まれる、交流電力を直流電力に変換する負荷側電源ユニットが接続可能な負荷側接続部に対して直接接続される電源中継ユニット側接続部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源中継ユニット。
  6. 前記第１スイッチ部および前記抵抗部が配置される主基板と、
    前記第１スイッチ部および前記抵抗部よりも、発熱量の小さい電子素子が配置されている補助基板とを備え、
    前記補助基板は、前記主基板の表面に対して略直交するように、かつ、冷却風の流れに沿うように、前記主基板の表面上に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源中継ユニット。
  7. 前記主基板に配置され、オンされることにより前記負荷に第１の電流を供給して、前記負荷の負荷側制御部を起動する第２スイッチ部をさらに備え、
    前記第１スイッチ部は、前記負荷の前記負荷側制御部を起動後、前記負荷の前記負荷側制御部からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、前記負荷に前記第１の電流よりも大きい第２の電流を供給するように構成されており、
    前記補助基板は、前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部とを仕切るように、前記主基板の表面上に配置されている、請求項６に記載の電源中継ユニット。
  8. 前記電源中継ユニット本体部は、前記冷却ファンにより発生される冷却風が流れる前記負荷としてのサーバの内部に配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源中継ユニット。
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