JP2018113731A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上コア及び下コアに欠損又は割れが生じにくい電力変換装置を得ること。【解決手段】電力変換装置は、コイルパターン３１を有し、コイルパターン３１に隣接して貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されたプリント回路基板３０と、プリント回路基板３０を両面から挟んで閉磁路を形成する上コア４１及び下コア４２と、下コア４２の底面と接触する筐体ベース１１及び筐体カバー１２を有する筐体１０と、上コア４１の上面と接触し、筐体１０に熱的に接続された上面板５０とを備え、上コア４１及び下コア４２は、脚部４１ａ，４１ｃ，４２ｂを有し、脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃが、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに差込まれている。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換用のコイルを備えた電力変換装置に関する。

近年、電子機器の小型化に伴い、電力変換用のトランス及びリアクトルといったコイルは、小型化及び薄型化されている。特許文献１に開示される発明は、コイルパターンが形成されたプリント回路基板に、磁性材のコアをプリント回路基板の両面から挟み込むように取り付けてコイルを構成することで、コイルの小型化及び薄型化を実現している。

コイルパターンが形成されたプリント回路基板を挟むように上コア及び下コアを取り付けてコイルを構成するとき、コイルパターンに対して閉磁路を形成するように上コア及び下コアの位置を決め、さらに上コア及び下コアの位置がずれないように固定する必要がある。

また、放熱器である筐体と接触している下コアと比較すると、上コアは筐体までの距離が長い。また、磁性材料の熱伝導率はフェライトで１から５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いことから、上コアの発熱は筐体へ伝わりにくく、放熱されづらい。

特許文献１に開示される発明では、筐体底面に設けた突起物で下コアの位置を決め、プリント回路基板の貫通穴にコアの脚部を貫通させることで上コアの位置を決めているが、筐体に突起物を設ける加工が必要で、製造コストが増加する問題があった。

また、特許文献１に開示される発明では、筐体に固定される筐体カバーに凸部を設け、凸部のばね力で上コアを下コアに押しつけて上コア及び下コアを固定しているが、上コアと筐体カバーとの接触が点接触となるため、上コアに局所的に圧力がかかることで、コアの欠損又は割れが生じる恐れがあり、さらに、上コアと筐体カバーとの接触面積が小さいため、上コアの発熱が筐体に伝わりにくく、上コアの放熱性が悪かった。

特許文献２に開示される発明では、固定部材で上コア及び下コアを覆い、固定部材の端部を、筐体に設けた突起部に引っ掛ける、もしくは筐体に設けた溝に圧入することで、上コア及び下コアの位置決めと固定とを行うとともに、上コア及び下コアの発熱を筐体へ伝えて放熱性を向上させている。

特許第５７０３７４４号公報 特許第５０４２１４１号公報

しかしながら、特許文献２に開示される発明は、固定部材で上コア及び下コアを覆うため、固定部材から上コア及び下コアに常に圧力が掛かり、上コア及び下コアに欠損又は割れが生じる恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上コア及び下コアに欠損又は割れが生じにくい電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コイルパターン及び貫通穴が形成されたプリント回路基板と、プリント回路基板を両面から挟んで閉磁路を形成する上コア及び下コアと、下コアの底面と接触する筐体ベース及び筐体カバーを有する筐体と、上コアの上面と接触し、筐体に熱的に接続された上面板とを備える。上コア及び下コアは、それぞれ少なくとも一つの脚部を有し、上コアが有する脚部の少なくとも一つ、及び下コアが有する脚部の少なくとも一つが、貫通穴に差込まれている。

本発明によれば、上コア及び下コアに欠損又は割れが生じにくい電力変換装置を得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路図 実施の形態１に係る電力変換装置のコイルの分解斜視図 実施の形態１に係る電力変換装置のコイルの縦断面図 実施の形態１に係る電力変換装置の変形例を示す縦断面図 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のコイルの縦断面図 実施の形態２に係る電力変換器のコイルの変形例を示す図 本発明の実施の形態３に係る電力変換装置のコイルの縦断面図 実施の形態３に係る電力変換装置のコイルの変形例を示す図 本発明の実施の形態４に係る電力変換装置のコイルの縦断面図 実施の形態５に係る電力変換装置のコイルの縦断面図 本発明の実施の形態６に係る電力変換装置のコイルの縦断面図

以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路図である。実施の形態１に係る電力変換装置においては、入力端子１１０のＬ端子とＮ端子との間に、入力電圧Ｖｉｎで交流電圧が印加される。入力端子１１０のＬ端子とＮ端子との間に印加された交流電圧は、１次整流ダイオード１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄで整流されたのち、１次平滑コンデンサ６０１で平滑され、１次平滑電圧Ｖｃが生成される。

ブリッジ型に接続された１次ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄが１次平滑電圧Ｖｃを順次にスイッチングすることで、１次電圧ＶＴがトランス１０７に印加される。なお、ＭＯＳＦＥＴは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである。

制御回路６０２は、１次ＭＯＳＦＥＴ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄの制御信号を生成する。トランス１０７の２次電圧が、２次整流ダイオード１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄで全波整流され、平滑リアクトル１０８及び２次平滑コンデンサ６０３で平滑されることにより、出力端子１１１に出力電圧Ｖｏが出力される。

２次電圧電流検出回路６０４は、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを検出し、フォトカプラ６０５を介して、制御回路６０２にフィードバック信号を伝達する。

制御回路６０２は、２次電圧電流検出回路６０４から伝達されたフィードバック信号に基づいて制御信号のパルス幅を変更することにより、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏが目標値となるように制御する。

トランス１０７又は平滑リアクトル１０８に使用するコイル２０について、以下で説明する。

図２は、実施の形態１に係る電力変換装置のコイルの分解斜視図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置のコイルの縦断面図であり、図２中のIII-III線に沿った断面を示す。図２に示すように、実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０は、筐体ベース１１及び筐体カバー１２を備える筐体１０と、コイルパターン３１及び貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されたプリント回路基板３０と、Ｕ型の上コア４１及びＴ型の下コア４２を備えたコア４０と、を備える。

図２に示すように、コア４０は、Ｕ型の上コア４１及びＴ型の下コア４２を備える。上コア４１は、コア４０の両側に脚部４１ａ，４１ｃを有する。下コア４２は、コア４０の中央に脚部４２ｂを有する。

プリント回路基板３０には、電力変換装置を構成する電子回路部品が実装される。なお、構成の理解を容易にするために、図２では、コイル２０以外の電子回路部品の図示を省略している。実施の形態１に係る電力変換装置では、プリント回路基板３０の両表面にコイルパターン３１を形成し、コイルパターン３１の中心及び両側には、貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃを形成している。貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃには、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｃ及び下コア４２の脚部４２ｂが差し込まれる。貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃの形状及び寸法は、脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃが貫通できればよく、脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃの形状に合わせて変更可能である。プリント回路基板３０は、不図示の固定部材で筐体１０と固定される。固定部材には、ねじを例示できるがこれに限定されない。プリント回路基板３０には、ガラスエポキシを用いたＦＲ−４（Flame Retardant type 4）を使用できるが、これに限定されない。

コイル２０は、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｃにそれぞれ貫通させ、かつ、下コア４２が有する脚部４２ｂを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ｂに貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けることで形成されている。コア４０には、フェライトを材料としたコアを使用している。コア４０には、ＰＣ４０材を適用できるが、これに限定されない。なお、図３では、上コア４１と下コア４２との間にコアギャップと称される間隙を設けた構造を図示しているが、コアギャップを無くして接触させてもよい。また、上コア４１と下コア４２との間にコアギャップを設ける場合、空気以外に、紙又はポリエステルテープによってコアギャップを設けてもよい。コアギャップの扱いについては、後述する他の実施の形態においても同様である。

図３に示すように、下コア４２の長辺の幅を上コア４１の長辺の幅よりも長くするか、又は、下コア４２の短辺の幅を上コア４１の短辺の幅よりも長くすることで、コア４０がプリント回路基板３０の沿面方向に振動したとき、上コア４１と下コア４２との位置がずれて閉磁路の有効断面積が減少するのを防ぐとともに、下コア４２と筐体ベース１１との接触面積が増えるため、下コア４２の発熱が筐体１０へと伝わりやすくなり、下コア４２の放熱性が向上する。

下コア４２はＴ型であるため、脚部４２ｂをプリント回路基板３０への差し込み方向に対して垂直に切断したときの断面が円形であるか、又は、断面の長辺がプリント回路基板３０の貫通穴３２ｂの最小幅より短いと、下コア４２がプリント回路基板３０と平行に回転する可能性がある。したがって、下コア４２は、脚部４２ｂの断面を正方形又は長方形とし、かつ脚部４２ｂの断面の正方形の一辺又は長方形の長辺をプリント回路基板３０の貫通穴３２ｂの最小幅よりも長くすることにより、プリント回路基板３０と平行に回転することを防止できる。

図２に示すように、筐体１０は、上面が開口面であり、内部にプリント回路基板３０、コア４０及び上面板５０を収容する筐体ベース１１と、筐体ベース１１の上面に取り付けられる筐体カバー１２とを備えている。なお、筐体ベース１１は、底面以外の少なくとも一面が開口面となっていればよく、筐体ベース１１の開口面が二面以上の場合には、筐体カバー１２は、筐体ベース１１の各開口面を覆う形状であればよい。

筐体ベース１１は、熱伝導性に優れる金属で作られ、筐体ベース１１の内部には、上面板５０を取り付ける支柱６１，６２が設けられている。ここでいう熱伝導性に優れる金属は、アルミニウムを例示できるが、筐体ベース１１の材料はアルミニウムに限定されない。支柱６１，６２の各上面には、上面板５０を取り付けるためのねじ穴６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂが形成されている。

また、筐体ベース１１の底面の内側で、下コア４２の底面の四隅が接する箇所には、凹部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが形成されており、下コア４２の底面の四隅と筐体ベース１１とが直接接触しないようになっている。下コア４２の底面の四隅と筐体ベース１１とが直接接触しないようにすることで、下コア４２がプリント回路基板３０の沿面方向に振動してずれたとき、筐体ベース１１との摩擦で下コア４２の底面の四隅に加わる応力を減らし、下コア４２の欠損及び割れを防ぐことができる。図２には、凹部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄは丸穴が図示されているが、下コア４２の底面の四隅と筐体ベース１１が接触しなければ、凹部６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄの形状に制限はなく、例えば、多角形状の穴であっても、丸穴と同様の効果が得られるのは言うまでもない。

筐体ベース１１は、筐体１０の内部に収容された発熱体と熱的に結合され、放熱に寄与する。筐体ベース１１の表面に、ヒートシンク又は放熱機構を形成してもよい。

筐体カバー１２は、熱伝導性に優れる金属で作られ、溶接又はねじ締めといった手法で筐体ベース１１に固定される。ここでいう熱伝導性に優れる金属には、アルミニウムを例示できるが、筐体カバー１２の材料はアルミニウムに限定されない。

筐体カバー１２は、表面にヒートシンク又は放熱機構を形成してもよく、筐体１０の内部に収容された発熱体と熱的に結合され、放熱に寄与する。

上面板５０は、熱伝導性に優れる金属が材料に用いられている。ここでいう熱伝導性に優れる金属には、アルミニウムを例示できるが、上面板５０の材料はアルミニウムに限定されない。図２に示すように、上面板５０には、貫通穴５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが形成されている。図３に示すように、上面板５０は、上コア４１の上面４１ｕと放熱部材８０ａを介して接し、貫通穴５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄにねじといった固定部材７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄがねじ穴６３ａ，６３ｂ，６４ｃ，６４ｄにねじ止めされることにより、支柱６１，６２に固定される。上面板５０の表面にはヒートシンク又は放熱機構が形成されてもよい。上コア４１の上面４１ｕと上面板５０とを接触させ、上コア４１の発熱を、上面板５０を介して筐体１０に伝え、筐体１０から放熱することで、上コア４１の放熱性を高めることができる。

上面板５０を備えない構成において、コア４０の材料をフェライトとし、上コア４１をＩ型、下コア４２をＥ型コアとすると、筐体１０と接触する下コア４２と比べて、上コア４１は、筐体１０からの距離が下コア４２の脚部４２ｂの分だけ長くなる。フェライトの熱伝導率は１から５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、熱伝導率が２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミニウムといった金属の熱伝導率と比べると低い。したがって、上コア４１と下コア４２とが接触する場合は、上コア４１と下コア４２との間に接触熱抵抗が生じる。一方、上コア４１と下コア４２との間にコアギャップを設けた場合は、上コア４１と下コア４２との間に、空気、紙又はポリエステルテープといった熱伝導率が０．０３から０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の物質が介在するため、上コア４１の熱は下コア４２を介して筐体１０に伝わりにくく、放熱性が悪いため、結果的に下コア４２の発熱よりも上コア４１の発熱の方が大きくなる。

実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０は、図３に示すように、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｃにそれぞれ貫通させ、かつ、下コア４２が有する脚部４２ｂをプリント回路基板３０の貫通穴３２ｂに貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けたプリント回路基板３０を、不図示の固定部材で筐体１０と固定する。さらに、コイル２０は、上コア４１の上面４１ｕと接するよう上面板５０と支柱６１，６２とを固定部材７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄで固定して構成される。なお、プリント回路基板３０の固定位置に特段の制約は無く、支柱６１，６２はプリント回路基板３０を貫通してもよいし、プリント回路基板３０を貫通しなくてもよい。

上コア４１と下コア４２との間にコアギャップを設けると、コアギャップから漏れ磁束が生じ、漏れ磁束がプリント回路基板３０のコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに鎖交することで、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが誘導加熱されて発熱する。

コアギャップとコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとの距離を長くすることで、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに鎖交する漏れ磁束を減らし、誘導加熱によるコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの発熱を抑制できる。

図３に示すように、上コア４１と下コア４２の脚部４２ｂとの間にコアギャップを設ける場合、コアギャップからプリント回路基板３０を離してプリント回路基板３０を固定することで、誘導加熱によるコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの発熱を抑えられる。プリント回路基板３０とコアギャップとを離してプリント回路基板３０を固定する際、プリント回路基板３０のコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと下コア４２とを電気的に絶縁する必要がある場合は、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと下コア４２との間にクリアランスを設け、接触しないようにする。下コア４２は筐体１０と同電位であるため、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが筐体１０と同電位になるときは、クリアランスは不要である。

また、図３に示すように、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｃと下コア４２との間にコアギャップを設けるとき、コアギャップから離してプリント回路基板３０を固定することで、誘導加熱によるコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの発熱を抑えられる。コアギャップから離してプリント回路基板３０を固定する際、プリント回路基板３０の各コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと上コア４１とを電気的に絶縁する必要がある場合は、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと上コア４１との間にクリアランスを設け、接触しないようにする。上コア４１は筐体１０と接触した下コア４２と同電位であるため、コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが筐体１０と同電位になるときは、クリアランスは不要である。

また、上面板５０及び筐体１０の材料に、アルミニウムといった導体を用いることで、上面板５０と筐体１０とで二重にシールドを形成でき、プリント回路基板３０から筐体１０の外へ流出する電磁波を低減できる。

上コア４１と上面板５０との間に放熱部材８０ａとなるシリコーングリスを塗布することで、上コア４１の上面４１ｕの表面及び上面板５０の表面における面粗さの凹凸を埋め、上コア４１の上面４１ｕと上面板５０との間の接触熱抵抗を小さくできる。なお、上コア４１と上面板５０との間に放熱部材８０ａを介在させず、上コア４１の上面４１ｕと上面板５０とを直に接触させてもよい。

また、上コア４１又は上面板５０の公差に起因して上コア４１と上面板５０との間に間隙が生じる場合、上コア４１と上面板５０との間に放熱部材８０ａとなる放熱シートを挿入することで、間隙を埋めて上コア４１の熱を上面板５０へ伝導することができる。なお、放熱シートを放熱部材８０ａとし、上コア４１と上面板５０との間に挿入して用いる場合には、放熱シートを押し潰して使用することで、放熱シートの熱伝導率がさらに高くなり、上コア４１の放熱性を高めることができる。

図３において、上コア４１と下コア４２との体積が同じで、上コア４１の脚部４１ａと脚部４１ｃの各断面積が等しいと仮定すると、下コア４２の脚部４２ｂを通る磁束は、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｃに均等に２分される。さらに、コア４０の鉄損はコア４０における磁束密度に比例し、磁束が鎖交する断面積に反比例する。したがって、下コア４２の脚部４２ｂにおける鉄損は、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｃの各鉄損の和と等しくなる。

上コア４１と下コア４２とで、体積及び鉄損が等しいとき、放熱面積は一つの脚部４２ｂを有する下コア４２よりも、二つの脚部４１ａ，４１ｃを有する上コア４１の方が大きくなるため、下コア４２の発熱は上コア４１の発熱よりも大きくなる。

Ｔ型のコアとＵ型のコアとを組み合せてコア４０を形成するとき、放熱面積が小さいＴ型のコアの方がＵ型のコアよりも発熱が大きくなるため、筐体１０と直接接触し上コア４１よりも放熱性が高い下コア４２にＴ型のコアを、上コア４１にＵ型のコアを使用することが望ましい。

また、コイル２０を組み立てるとき、下コア４２を筐体ベース１１上に配置した後、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ｂを下コア４２の脚部に嵌め込むように組み立てるが、下コア４２の脚部が少ないほど、プリント回路基板３０を嵌め込むときの組立性がよいので、下コア４２に脚部を一つ有するＴ型のコアを、上コア４１に脚部を二つ有するＵ型のコアを使用することが望ましい。

実施の形態１に係る電力変換装置では、プリント回路基板３０に両面基板を用いているが、パターン層が２層以上の多層基板を使用してもよい。プリント回路基板３０の基板材料は、ガラスエポキシに限らず、紙フェノール又はセラミックでもよい。プリント回路基板３０に形成されるコイルパターン３１の形状は、図２に示す形状に限定されない。コイル２０はリアクトルに限らず、コイルパターン３１を複数層形成し、コア４０で磁気結合して、トランスを構成してもよい。

コア４０の材料はフェライトに限らず、センダストといった鉄粉を焼結した材料を用いてもよい。

上コア４１の長辺の幅を下コア４２の長辺の幅よりも長くするか、又は上コア４１の短辺の幅を下コア４２の短辺の幅よりも長くした場合でも、コア４０がプリント回路基板３０の沿面方向に振動したとき、上コア４１と下コア４２との位置がずれて閉磁路の有効断面積が減少することを防ぐことができ、さらに上コア４１と上面板５０との接触面積が増えることで、上コア４１の発熱が上面板５０を介して筐体１０へと伝わり易くなり、上コア４１の放熱性が高くなる。

筐体１０を構成する筐体ベース１１及び筐体カバー１２の材料はアルミニウムに限らず、銅、鉄又はステンレスといった材料を使用してもよい。

支柱６１，６２は、上面板５０と筐体１０とを熱的に結合できれば、筐体１０の一部でなくてもよく、金属スペーサ又は金属ブロックといった部材に置き換えてもよい。

例えば、支柱６１，６２を、一方の端部が雄ねじの第１の金属スペーサと、一方の端部が雌ねじの第２の金属スペーサとを用いて構成するとき、プリント回路基板３０上に設けた貫通穴に第１の金属スペーサの雄ねじを挿入後、プリント回路基板３０の雄ねじの挿入方向と対向する面側に第２の金属スペーサを配置し、プリント回路基板３０の両面を挟むように第１の金属スペーサの雄ねじと第２の金属スペーサの雌ねじとをねじ締めして固定し、さらに第１の金属スペーサと筐体１０、及び第２の金属スペーサと上面板５０とをそれぞれ固定することで、上面板５０と筐体１０とは熱的に結合され、さらにプリント回路基板３０は筐体１０と上面板５０とに固定される。

上面板５０の材料はアルミニウムに限らず、銅、鉄又はステンレスといった材料を使用してもよい。

上面板５０と筐体１０とを固定する固定部材７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄはねじに限らず、例えば、リベットを用いてもよい。固定部材７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄにリベットを用いる場合には、支柱６１，６２には、ねじ穴６３ａ，６３ｂ，６４ｃ，６４ｄの代わりに貫通穴を設ければ良い。

図４は、実施の形態１に係る電力変換装置の変形例を示す縦断面図である。図４に示すように、実施の形態１に係る電力変換装置の上面板５０は、筐体カバー１２を兼用してもよい。

実施の形態１で構成したコイル２０では、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｃにそれぞれ貫通させることで、上コア４１の位置を決め、固定できる。また、下コア４２が有する脚部４２ｂを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ｂに貫通させることで、下コア４２の位置を決め、固定できる。

したがって、特許文献１とは異なり、筐体１０に下コア４２の位置決め及び固定に用いる突起物を設ける必要はなく、また特許文献２とは異なり、追加の固定部材及び、固定部材と筐体とを引っ掛けて固定するための筐体１０への加工が不要となる。

特許文献１のように、筐体に突起物を設けて位置決めと固定をする方法であると、下コアがプリント回路基板の沿面方向に振動したときに、下コアの底面の四隅と突起物とがぶつかることで、下コアの欠損又は割れが生じる恐れがあった。また、筐体カバー又は上面板に突起物を設けて上コアの位置決めと固定とを行う方法でも、下コアの場合と同様に、上コアの欠損又は割れが生じる恐れがある。実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０では、筐体１０に突起物を設ける必要がないため、下コア４２が突起物にぶつかって欠損又は割れが生じることはない。実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０では、筐体カバー１２又は上面板５０に突起物を設ける必要がないため、上コア４１が突起物にぶつかって欠損又は割れが生じることはない。

特許文献２のように、コア全体を固定部材で覆うとき、コアと固定部材との間にクリアランスを設けると固定が不十分となり、クリアランスを設けないと固定部材からコアに常に圧力が加わるためコアの欠損又は割れが生じる恐れがあった。実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０では、コア４０の脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃとプリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの嵌合によってコア４０の位置決めと固定を行っているため、コア４０とプリント回路基板３０との固定が不十分になったり、プリント回路基板３０からの圧力でコア４０に欠損又は割れが生じたりすることがない。

特許文献１に開示される発明は、筐体カバーの一部を絞り加工などでなだらかに下に凸になるよう加工し、凸部のばね力で上コアを抑えつけることで、上下コアを固定するとともに、上コアの発熱を、筐体を介して放熱しているが、筐体カバーと上コアとは点接触するため、上コアの一部に圧力が集中し、上コアの欠損又は割れが生じる恐れがある。さらに、特許文献１に開示される発明は、筐体カバーと上コアとの接触面積が小さいため、上コアの発熱が筐体へと伝わりにくかった。実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０では、上コア４１と上面板５０とは面で接しており、上面板５０が上コア４１を抑える力が分散して上コア４１の一部に集中しないため、上コア４１の欠損又は割れが生じることはない。さらに、実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０は、上コア４１と上面板５０とが面で接触するため、上コア４１の発熱が上面板５０を介して筐体１０へと伝わり易く、放熱性が高くなっている。

特許文献２のように、コア全体を固定部材で覆うとき、上コアをＩ型、下コアをＥ型とすると、プリント回路基板に脚部が差込まれた下コアは位置決め及び固定がなされるが、Ｉ型の上コアは位置が定まらない。したがって、固定部材で上下コアと筐体とを固定する際に、上コアの位置がずれて固定が不十分になる可能性があり、かつ、固定部材で覆ってしまうと、上コアがずれたことを確認する術がなかった。実施の形態１に係る電力変換装置では、上コア４１及び下コア４２の各々の脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃがプリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに差込まれることで、上コア４１及び下コア４２が位置決め及び固定されるため、コア４０の位置ずれが生じる恐れがない。

特許文献２に開示される発明は、筐体の底面に１対のスリットを設け、上コア及び下コアを覆う固定部材の両端部を筐体のスリットに圧入して固定する場合、圧入用の装置が別途必要になるのに加え、メンテナンス又は修理の際、コアの取り外しが困難であった。実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０では、上面板５０とプリント回路基板３０とをねじ締めなどで固定することで、圧入用の装置が不要となり、またメンテナンス又は修理の際にコア４０を容易に取り外すことができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のコイルの縦断面図である。図６は、実施の形態２に係る電力変換器のコイルの変形例を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置のコイル２０は、コア４０以外は、実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０と同じ構成であるため、同一箇所には同一符号を使用し、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。

図５に示すように、実施の形態２に係る電力変換装置では、コア４０は、Ｆ型の上コア４１と、同じくＦ型の下コア４２とを備える。上コア４１は、コア４０の一方の端部及び中央に脚部４１ｂ，４１ｃを有する。下コア４２は、コア４０の一方の端部及び中央に脚部４２ａ，４２ｂを有する。

実施の形態２では、上コア４１が有する脚部４１ｂ，４１ｃを、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ｂ，３２ｃにそれぞれ差し込み、なおかつ、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂを、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ａ，３２ｂにそれぞれ貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けることでコイル２０を形成している。

実施の形態２に係る電力変換装置のコイル２０では、上コア４１が有する脚部４１ｂ，４１ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ｂ，３２ｃにそれぞれ差し込むことで、上コア４１は位置決めされ、固定される。また、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂに貫通させることで、下コア４２は位置決めされ、固定される。したがって、実施の形態２では、特許文献１及び特許文献２とは異なり、筐体１０への加工なしにコア４０の位置決め及び固定が可能であることは、実施の形態１と同様である。

上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの間には、図６に示すように間隙を設けてもよいし、図５に示すように間隙を設けなくてもよい。上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの間に間隙を設ける際は、プリント回路基板３０の貫通穴３２ｂを貫通穴３２ｂ１，３２ｂ２で分けて設けてもよい。上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの間に間隙を設けることで、間隙を設けない場合と比べてコア４０の放熱面積が増えるため、コア４０の発熱を抑制できる。

また、図５に示すように、上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの間に間隙を設けない場合、上コア４１と下コア４２とがプリント回路基板３０の沿面方向に振動したときに、上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとが衝突し、上コア４１と下コア４２の欠損又は割れが生じる恐れがあったが、図６に示すように、上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの間に間隙を設けることにより、上コア４１の脚部４１ｂと下コア４２の脚部４２ｂとの衝突を防ぐことができ、上コア４１及び下コア４２の欠損及び割れを防ぐことができる。

実施の形態２では、上コア４１及び下コア４２に同一形状のＦ型のコアを使用することで、コア４０の品種を統一できるため、部品点数の削減及びコスト低減につながる。

上コア４１にＦ型のコアを使用することで、二つの脚部４１ｂ，４１ｃがプリント回路基板３０の貫通穴３２ｂ，３２ｃに差し込まれ、位置決めと固定がなされ、かつ下コア４２にＦ型のコアを使用することで、二つの脚部４２ａ，４２ｂがプリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂに差し込まれ、位置決めと固定がなされるため、脚部が１つのＴ型のコアを使用する実施の形態１とは異なり、コアが回転しない。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置のコイルの縦断面図である。実施の形態３に係る電力変換装置のコイル２０は、コア４０及び上面板５０以外は、実施の形態１又は実施の形態２に係る電力変換装置のコイル２０と同じ構成であるため、同一箇所には同一符号を使用し、重複する説明を省略する。以下、実施の形態１，２と異なる点について説明する。

図７に示すように、実施の形態３においては、コア４０は、Ｅ型の上コア４１と、Ｅ型の下コア４２とを備える。上コア４１は、コア４０の両側及び中央に脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを有する。下コア４２は、コア４０の両側及び中央に脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有する。

上面板５０には、上コア４１の脚部を差し込むための穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを設けている。

実施の形態３では、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを、上面板５０に設けられた穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃにそれぞれ差し込み、かつ、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃにそれぞれ貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けることでコイル２０を形成している。

実施の形態３に係る電力変換装置のコイル２０では、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃにそれぞれ差し込むことで、上コア４１は位置決めされ、固定される。また、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに貫通させることで、下コア４２は位置決めされ、固定される。したがって、実施の形態３では、特許文献１及び特許文献２と異なり、筐体１０への加工なしにコア４０の位置決め及び固定が可能であることは、実施の形態１と同様である。

上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの各側面と、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃとの間に間隙が生じるとき、この間隙を放熱部材８０ｂ，８０ｃで埋めてもよい。例えば、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの各側面と、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃとの間に、放熱部材８０ｂ，８０ｃとなる放熱シートを挿入することで間隙を埋めて、上コア４１の側面からも上面板５０へ熱が伝わり、放熱性が向上する。なお、後述する他の実施の形態においても、間隙を埋めてもよい。

特許文献１では、筐体に固定される筐体カバーに凸部を設け、凸部のばね力で上コアを下コアに押しつけることで、上コアと下コアとを固定しているが、固定対象の上コアは筐体カバーに覆われて視認できず、凸部が正確な位置で上コアと接触しているか分からないため、上コアの位置がずれた場合には、コアの固定が不十分になる恐れがある。

一方、実施の形態３に係る電力変換装置のコイル２０では、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを通して上コア４１の位置を視認できる。したがって、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃに確実に差し込むことが可能なため、コイル２０の組立時に、上コア４１のずれの確認及び修正が不要で、組立性が向上する。

実施の形態３によれば、上コア４１及び下コア４２に同一形状のＥ型のコアを使用することで、構成部品の品種を統一できるため、部品点数の削減及びコスト低減につながる。

下コア４２にＥ型のコアを使用することで、複数の脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃがプリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに差し込まれ、位置決めと固定がなされるため、Ｔ型のコアを使用する実施の形態１とは異なり、下コア４２が回転しない。

図８は、実施の形態３に係る電力変換装置のコイルの変形例を示す図である。図８に示すように、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃに差し込むとき、脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃは上面板５０を完全に貫通しなくてもよい。一例を挙げると、上コア４１の脚部４１ａ，４２ｂ，４１ｃの差し込み方向の長さが、上面板５０の厚みより短くてもよい。すなわち、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃが上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃに引っかかっていればよい。

上面板５０に設ける穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、完全に貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。例えば、図８に示すように、上面板５０におけるコア４０と対向する面に凹部を設けて、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを凹部にはめ込むようにして上コア４１の位置決め及び固定を行ってもよい。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置のコイルの縦断面図である。実施の形態４に係る電力変換装置のコイル２０は、コア４０及び上面板５０以外は、実施の形態３におけるコイル２０と同じ構成であるため、同一箇所には同一符号を使用し、重複する説明を省略する。以下、実施の形態４と異なる点について説明する。

図９に示すように、実施の形態４においては、コア４０は、Ｕ型の上コア４１と、Ｅ型の下コア４２とを備える。上コア４１は、コア４０の両側に脚部４１ａ，４１ｃを有する。下コア４２は、コア４０の両側及び中央に脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有する。

上面板５０には、上コア４１の脚部４１ａ，４１ｃを差し込むための穴５２ａ，５２ｃが形成されている。

実施の形態４においては、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｃを、上面板５０に設けられた穴５２ａ，５２ｃにそれぞれ差し込み、かつ、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃにそれぞれ貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けることでコイル２０を形成している。

実施の形態４に係る電力変換装置のコイル２０では、上コア４１が有する脚部４１ａ，４１ｃを、上面板５０の穴５２ａ，５２ｃにそれぞれ差し込むことで、上コア４１は位置決めされ、固定される。また、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに貫通させることで、下コア４２は位置決めされ、固定される。したがって、実施の形態４に係る電力変換装置では、実施の形態１，２と同様に、筐体１０に加工をせずに、コア４０の位置決め及び固定ができる。

実施の形態４に係る電力変換装置は、実施の形態３と比べると、上コア４１の中央の脚部４１ｂがなくなることで、上コア４１の上面４１ｕと上面板５０との接触面積が増加する。したがって、実施の形態４に係る電力変換装置は、上面板５０への伝熱性を実施の形態３に係る電力変換装置よりも高められる。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る電力変換装置のコイルの縦断面図である。実施の形態５に係る電力変換装置のコイル２０は、コア４０及び上面板５０以外は、実施の形態４のコイル２０と同じ構成であるため、同一箇所には同一符号を使用し、重複する説明を省略する。以下、実施の形態４と異なる点について説明する。

図１０に示すように、実施の形態５においては、コア４０は、Ｔ型の上コア４１と、Ｅ型の下コア４２とを備える。上コア４１は、コア４０の中央に脚部４１ｂを有する。下コア４２は、コア４０の両側及び中央に脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有する。

上面板５０には、上コア４１の脚部を差し込むための穴５２ｂが形成されている。

実施の形態５においては、上コア４１が有する脚部４１ｂを、上面板５０に設けられた穴５２ｂに差し込み、かつ、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０に設けられた貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃにそれぞれ貫通させて、コイルパターン３１を挟むようにコア４０を取り付けることでコイル２０を形成している。

実施の形態５に係る電力変換装置のコイル２０では、上コア４１が有する脚部４１ｂを、上面板５０の穴５２ｂに差し込むことで、上コア４１は位置決めされ、固定される。また、下コア４２が有する脚部４２ａ，４２ｂ，４２ｃを、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃに貫通させることで、下コア４２は位置決めされ、固定される。したがって、実施の形態５では、実施の形態１，２と同様に、筐体１０に加工をせずに、上下コア４０の位置決め及び固定ができる。

上コア４１にＴ型のコアを使用するとき、脚部４１ｂの上面板５０の穴５２ｂへの差し込み方向に対して垂直に切断したときの断面が円形の場合、もしくは、脚部４１ｂの上面板５０の穴５２ｂへの差し込み方向に対して垂直に切断したときの断面の長辺が上面板５０の穴５２ｂの最小幅より短い場合に、上コア４１が垂直方向に回転する恐れがあるが、脚部４１ｂの断面が長方形で、なおかつ、脚部４１ｂの断面の長辺が、上面板５０の穴５２ｂの最小幅より長ければ、上コア４１の回転を防ぐことが可能である。

実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置のコイルの縦断面図である。実施の形態６に係る電力変換装置のコイルは、放熱部材８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ以外は、図３に示した実施の形態１に係る電力変換装置のコイル２０と同じ構成であるため、同一箇所には同一符号を使用し、重複する説明を省略する。

図１１に示すように、実施の形態６では、上コア４１とプリント回路基板３０のコイルパターン３１ａ，３１ｂとの間に放熱部材８０ｄ，８０ｅが挿入されており、かつ下コア４２とプリント回路基板３０のコイルパターン３１ｃ，３１ｄとの間に放熱部材８０ｆ，８０ｇが挿入されている。放熱部材８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇには、放熱シートを適用できるが、これに限定されない。

放熱部材８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇを設けることにより、上コア４１及び下コア４２は、プリント回路基板３０に設けられたコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに放熱部材８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇを介して熱的に接続されるため、コア４０の熱を放熱する面積をコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに拡げることができる。

コイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの一部が筐体１０と電気的及び熱的に接続される場合は、コア４０の発熱が放熱部材８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇを介してコイルパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに伝わり、さらに筐体１０に伝わって放熱されるため、コア４０の放熱性が向上する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

本発明の電力変換装置は、上記の各実施の形態に限定されず、電力変換装置を構成するコイル２０で、上コア４１及び下コア４２がそれぞれ一つ以上の脚部を有し、上下コアの各一つ以上の脚部が、プリント回路基板３０の貫通穴３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、又は、上面板５０の穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃのいずれかに差し込まれていれば、上記の各実施の形態に示した形態以外でも、適用可能である。

その他、上記各実施の形態において例示した筐体ベース、筐体カバー、プリント回路基板、コイルパターン、プリント回路基板の貫通穴、上下コア、上面板、上面板の貫通穴、支柱、上面板と筐体を固定する固定部材、及び放熱部材の材料、形状、寸法、数量及び配置は、実施の形態で例示したものに限定されない。

１０ 筐体、１１ 筐体ベース、１２ 筐体カバー、２０ コイル、３０ プリント回路基板、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ コイルパターン、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 貫通穴、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ 穴、４０ コア、４１ 上コア、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 脚部、４１ｕ 上面、４２ 下コア、５０ 上面板、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ 穴、６１，６２ 支柱、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ ねじ穴、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ 凹部、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ 固定部材、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ，８０ｇ 放熱部材、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ １次整流ダイオード、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ １次ＭＯＳＦＥＴ、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ ２次整流ダイオード、１０７ トランス、１０８ 平滑リアクトル、１１０ 入力端子、１１１ 出力端子、６０１ １次平滑コンデンサ、６０２ 制御回路、６０３ ２次平滑コンデンサ、６０４ ２次電圧電流検出回路。

Claims (6)

1. コイルパターン及び貫通穴が形成されたプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板を両面から挟んで閉磁路を形成する上コア及び下コアと、
   前記下コアの底面と接触する筐体ベース及び筐体カバーを有する筐体と、
   前記上コアの上面と接触し、前記筐体に熱的に接続された上面板とを備え、
   前記上コア及び下コアは、それぞれ少なくとも一つの脚部を有し、
   前記上コアが有する前記脚部の少なくとも一つ、及び前記下コアが有する前記脚部の少なくとも一つが、前記貫通穴に差込まれていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記筐体カバーと前記上面板とが一体であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. コイルパターン及び貫通穴が形成されたプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板を両面から挟んで閉磁路を形成する上コア及び下コアと、
   前記下コアの底面と接触する筐体ベース及び筐体カバーを有する筐体と、
   前記上コアの上面と接触し、前記筐体に熱的に接続され、穴が形成された上面板とを備え、
   前記上コア及び下コアは、それぞれ少なくとも一つ脚部を有し、
   前記上コアが有する前記脚部の少なくとも一つが前記上面板の穴に差し込まれ、かつ前記下コアが有する前記脚部の少なくとも一つが、前記プリント回路基板の貫通穴に差込まれていることを特徴とする電力変換装置。
4. 前記上コアと前記上面板との間に放熱部材が介在していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記上コア及び前記下コアのうち、いずれか一方の長辺の幅が他方の長辺の幅よりも長いか、又は、いずれか一方の短辺の幅が他方の短辺の幅よりも長いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記上コア及び前記下コアと、前記コイルパターンとの間に放熱部材が介在していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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