JP2019029485A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、発熱部品の放熱効率を向上させることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置は、金属基板１１０と、金属基板上に設けられ、金属基板上の所定空間を取り囲む側壁１２１を有する囲い部１２０と、所定空間内に配置される発熱部品と、所定空間内に充填される、放熱性を有する樹脂材１５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関する。

近年、環境対応車等に用いられる充電器やインバータ等が搭載される電源装置において、基板に実装される半導体等の電子部品の高密度化が進むとともに、当該電子部品における電力損失が増大しやすくなってきている。電子部品における電力損失の増大は、電子部品の高出力化に起因し、電子部品の高密度化は、電子部品の小型化に起因する。

上記のような電源装置において、大型リアクトルのような発熱しやすい電子部品（以下、「発熱部品」という）を有する構成の場合、当該発熱部品は放熱しにくい構造となりやすいので、いかに効率よく当該発熱部品を放熱できるかが課題となる。

ここで、発熱部品を効率よく放熱するためには、高い放熱性を有する樹脂材（例えば、ポッティング樹脂材）を発熱部品の周囲に充填することが好ましい。また、樹脂剤の使用量を低減するために、発熱部品の周囲のみに樹脂材を充填することが好ましい。

例えば、特許文献１には、筐体内に樹脂材が充填される部分が設けられ、当該部分に発熱部品が配置される構成が開示されている。このようにすることで、樹脂材を介して発熱部品の放熱を行いつつ、樹脂剤の使用量を低減することができる。

特許第４４３７８６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、樹脂材が充填される囲いは、筐体に一体に加工されたものであり、筐体形状が複雑化してしまうおそれがあった。

本発明の目的は、簡易な構成により、発熱部品の放熱効率を向上させることが可能な電源装置を提供することである。

本発明に係る電源装置は、
金属基板と、
前記金属基板上に設けられ、前記金属基板上の所定空間を取り囲む側壁を有する囲い部と、
前記所定空間内に配置される発熱部品と、
前記所定空間内に充填される、放熱性を有する樹脂材と、
を備える。

本発明によれば、簡易な構成により、発熱部品の放熱効率を向上させることができる。

本実施の形態に係るリアクトル装置を示す図である。 本実施の形態に係るリアクトル装置の側断面図である。 第１変形例に係るリアクトル装置の側断面図である。 第２変形例に係るリアクトル装置の側断面図である。 第３変形例に係るリアクトル装置を示す図である。 第３変形例に係るリアクトル装置の側断面図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るリアクトル装置１００を示す図である。図２は、本実施の形態に係るリアクトル装置１００の側断面図である。

図１及び図２に示すように、電源装置の一例としてのリアクトル装置１００は、例えば、電気自動車の充電器等に搭載され、金属基板１１０と、囲い部１２０と、発熱部品の一例としてのリアクトル１３０とを備える。

金属基板１１０は、例えばアルミ基板であって、ベースとなるアルミ基板上に絶縁膜（例えば、エポキシ樹脂）を形成した後、当該絶縁膜上に配線パターンを形成したものが用いられる。

金属基板１１０は、金属（例えば、アルミニウム）をベースとしているため、樹脂や紙をベースとした基板（例えば、ガラスエポキシ基板）に比べて放熱性が優れている。なお、金属基板１１０を構成する素材は、アルミニウム材の他、銅材、マグネシウム材又はこれらの合金等であっても良い。

囲い部１２０は、上下両側が開放した中空の略四角柱状に形成された金属部材であり、金属基板１１０上に配置される。囲い部１２０は、側壁１２１と、接合部１２２とを有する。

側壁１２１は、板状の金属（例えば、鉄や銅の板金）により構成され、折り曲げ加工等により、上面および下面が開放された中空の略四角柱状に形成される。側壁１２１は、４つの面を有して構成される。

接合部１２２は、金属基板１１０に接合される部分であり、側壁１２１の下端部から側壁１２１内部に向けて延びている。

本実施の形態においては、接合部１２２は、側壁１２１と一体に構成され、折り曲げ加工等により形成される。

また、接合部１２２は、側壁１２１に対して垂直（言い換えると金属基板１１０に対して平行）となるように形成される。

そして、接合部１２２が金属基板１１０に、はんだ付けされることにより、囲い部１２０は、金属基板１１０に接合される。

図１及び図２は、接合部１２２が金属基板１１０に、はんだ付けされた状態を示している。図１及び図２に示すように、金属基板１１０に対し、側壁１２１が略垂直に配置される。これにより、側壁１２１を側面とし、金属基板１１０を底面とする所定空間（収納空間）が形成される。

このように、金属基板１１０に、上下両側が開放した囲い部１２０を接合するという簡易な構成により、リアクトル１３０を収納し、樹脂材１５０を充填できる所定空間を形成することができる。

なお、囲い部１２０が金属基板１１０にはんだ付けされることにより、囲い部１２０は、金属基板１１０に熱的に接続される。

リアクトル１３０は、例えば充電器の内部回路等に用いられるインダクタンス素子であり、コア１３１と、コイル１３２とを有する。

コア１３１は、上端部１３１Ａと、下端部１３１Ｂと、被巻回部１３１Ｃとを有する。被巻回部１３１Ｃは、コイル１３２が巻回される部分であり、上端部１３１Ａと下端部１３１Ｂとの間に位置する。

リアクトル１３０は、囲い部１２０に取り囲まれる所定空間内に配置される。コア１３１の下端部１３１Ｂは、囲い部１２０における接合部１２２により形成される開口１２２Ａ内に位置し、金属基板１１０上に配置される。つまり、コア１３１の下端部１３１Ｂは、金属基板１１０に接触する。

当該所定空間には、放熱性および絶縁性を有する樹脂材１５０が充填される。リアクトル１３０は、コイル１３２が通電されることにより発熱する。当該所定空間内に樹脂材１５０が充填されると、樹脂材１５０がコア１３１およびコイル１３２の両方に接触する。これにより、樹脂材１５０を介してリアクトル１３０の放熱を行うことが可能となる。

加えて、コア１３１の下端部１３１Ｂが、金属基板１１０に接触しているため、良好な放熱性を有する金属基板１１０を介してコア１３１の放熱を行うことができるので、リアクトル１３０の放熱効率を向上させることができる。

また、コイル１３２で生じる熱は、コア１３１に伝わるので、コア１３１および金属基板１１０を介してコイル１３２の放熱を行うことができる。その結果、リアクトル１３０の放熱効率をさらに向上させることができる。

また、囲い部１２０内は、樹脂材１５０が充填されているので、樹脂材１５０は、金属基板１１０、囲い部１２０、コア１３１およびコイル１３２に接触している。コア１３１およびコイル１３２の熱は、樹脂材１５０から囲い部１２０および金属基板１１０に伝わるので、樹脂材１５０、囲い部１２０および金属基板１１０を介して、コア１３１およびコイル１３２の放熱を行うことができる。その結果、リアクトル１３０の放熱効率をさらに向上させることができる。

ところで、樹脂材１５０として、放熱性だけではなく、絶縁性を有する樹脂材を使用することによって、リアクトル１３０と側壁１２１の絶縁性を確保することができる。これにより、囲い部１２０（側壁１２１）を金属で構成することができる。囲い部１２０を金属（例えば、鉄や銅）で構成した場合、はんだ付けの温度に耐えることができ、また、囲い部１２０からの放熱性が良好なものとなる。

また、リアクトル１３０は、リード部品であり、リード線１６０が引き出されている。リード線１６０は、コイル１３２と他の回路素子とを接続する。

リード部品は、基板の表面に部品を実装して、基板の裏面ではんだ付けを行う方法が一般的であるが、金属基板１１０の裏面は金属で構成されているため、この方法を用いることができない。

そのため、本実施の形態では、リード線１６０は、リアクトル１３０の上方へ向かって引き出される。引き出されたリード線１６０は、例えば、金属基板１１０上の接続端子や配線パターンに接続される。

ここで、側壁１２１は、上端部１３１Ａの天面Ａ１よりも低くなるように形成されることが好ましい。これにより、リアクトル１３０の上方へ引き出されたリード線１６０が側壁１２１に干渉することなく、接続端子や配線パターンに接続しやすくすることができる。

また、コイル１３２からの発熱量が大きいことを考慮すると、コイル１３２が樹脂材１５０に接触していれば、側壁１２１を天面Ａ１より低くしてもリアクトル１３０の放熱性に大きな影響はない。

ところで、リアクトル装置１００を含む電源装置の筐体を、特許文献１に記載された構成のように発熱部品に接触する樹脂を充填可能な筐体とすることも考えられる。しかし、このような筐体形状の場合、樹脂を充填する囲い部分を筐体と一体に設ける必要があるので、筐体の構造が複雑化しやすい。

しかし、本実施の形態では、金属基板１１０上に囲い部１２０を設けるだけで、リアクトル１３０を配置する空間および樹脂材１５０を充填する空間を形成することができる。その結果、リアクトル装置１００が設けられる筐体の構造を複雑にする必要がなくなるので、簡易な構成により、リアクトル装置１００の放熱効率を向上させることができる。

また、はんだ付けで囲い部１２０（接合部１２２）を金属基板１１０に接合することにより、金属基板１１０に面実装する電子部品と同様の工程で、囲い部１２０と金属基板１１０を接合することができる。

また、はんだ付けで囲い部１２０（接合部１２２）を金属基板１１０に接合する場合、ビス等を用いる必要がなくなる。そのため、部品点数を削減することができる。また、ビス等を用いる必要がないので、金属基板１１０を必要以上に大きくすることなく、囲い部１２０等を金属基板１１０に接合することができ、ひいては低コストでリアクトル装置１００を構成することができる。

また、囲い部１２０の下面を開放させて、接合部１２２のみを金属基板１１０と接合することにより、下面全面を接合する場合に比べて、容易に囲い部１２０と金属基板１１０とを接合することができる。

また、囲い部１２０の下面を開放させて、所定空間の底面を金属基板１１０で構成することにより、リアクトル１３０からの熱が金属基板１１０に伝わりやすくなり、放熱効率を向上させることができる。

なお、囲い部１２０は、金属基板１１０上の配線パターンが形成されていない部分に接合される。すなわち、所定空間は、金属基板１１０上の配線パターンが形成されていない部分に形成される。

また、接合部１２２は、金属基板１１０との接合（はんだ付け）に必要な面積のみを有していれば良い。これにより、接合部１２２の面積を小さくすることができ、囲い部１２０の下面の開放部分である開口１２２Ａを大きくすることができる。

ところで、金属基板１１０と囲い部１２０を接合するはんだ付けは、例えばクリームはんだを用いて行われる。なお、クリームはんだを用いる場合、リアクトル１３０自体を金属基板１１０に面実装する構成も考えられるが、面実装するためには、リアクトル１３０の大きさに対応した実装機械が必要となりコストが増加してしまう。そのため、面実装ではなく、リアクトル１３０からリード線１６０を引き出す構成とすることが望ましい。

また、電源装置として、例えばクリームはんだを用いてリアクトル１３０を回路基板に実装する構成を考えた場合、リアクトル１３０を固定するスペースを考慮した配線パターンを有する回路基板が必要になる。つまり、リアクトル１３０の大きさを変更することによって回路基板の配線パターンを変更する必要が生じるので、コスト面の観点から、利点がないものと考えられる。それに対し、本実施の形態では、リアクトル１３０の大きさに応じて回路基板の配線パターンを変更する必要がなく、回路基板の汎用性が高くなるので、コスト面において有利である。

なお、上記実施の形態では、リアクトル１３０が金属基板１１０に接触していたが、本発明はこれに限定されず、図３に示すように、例えば、囲い部１２０に接触していても良い。

この構成では、コア１３１の下端部１３１Ｂが接合部１２２上に配置されている。これにより、接合部１２２および金属基板１１０を介してリアクトル１３０の放熱を行うことができる。

また、図４に示すように、リアクトル１３０が金属基板１１０又は接合部１２２に接触していなくても良い。この構成の場合、リアクトル１３０が金属基板１１０又は接合部１２２から離間した位置になるように配置される。このような構成によっても、樹脂材１５０を介して金属部材１１０にリアクトル１３０の熱を伝えることができ、ひいてはリアクトル１３０の放熱効率を向上させることができる。

また、リアクトル１３０として図２等に示すような形状のものを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、図５および図６に示すように、コイルがトロイダル形状のものであっても良い。

この構成におけるリアクトル装置１００は、囲い部１７０は、リアクトル１８０の形状に沿うような中空円柱状に形成されている。リアクトル１８０は、中空円柱状のコア１８１と、コア１８１に巻回されたコイル（不図示）とを有する。囲い部１７０は、上記実施の形態と同様に、側壁１７１と、接合部１７２とを有する。

トロイダル形状のコイルを有するリアクトル１８０のように、コイルが露出した構成だと、囲い部１７０内に配置した場合、金属基板１１０や囲い部１７０に接触して、これらと導通してしまう可能性がある。

そのため、この構成においては、囲い部１７０とリアクトル１８０との間にスペーサ１９０が設けられる。

スペーサ１９０は、絶縁性を有する樹脂で構成され、少なくとも、リアクトル１８０の側面および下面を取り囲んでいる。

スペーサ１９０が絶縁性を有する樹脂製であることにより、コイルが金属基板１１０や囲い部１７０に接触することなくリアクトル１８０を配置することができる。そのため、リアクトル１８０の金属基板１１０等に対する絶縁性を確保しつつ、リアクトル１８０の放熱を行うことができる。

なお、スペーサ１９０には、孔１９１が設けられていることが好ましい。スペーサ１９０に孔１９１が設けられている場合、樹脂材１５０を充填する際に当該孔１９１を通ってムラなく樹脂材１５０を充填することができる。

また、上記実施の形態では、金属基板１１０として板状の部材のみを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、金属基板１１０が筐体の一部を構成していても良い。この場合、金属基板１１０の底面（金属ベース）が外部に露出するようにすると良い。

また、上記実施の形態では、囲い部１２０が金属により構成されていたが、本発明はこれに限定されず、金属以外の部材で構成されていても良い。ただし、ここでいう金属以外の部材は、はんだ付けの温度に耐えうる部材である。

また、上記実施の形態では、発熱部品としてリアクトル１３０を例示したが、本発明はこれに限定されず、リアクトル１３０以外の電子部品であっても良い。

また、上記実施の形態では、電源装置としてリアクトル装置１００を例示したが、本発明はこれに限定されず、リアクトル１３０以外の部品を含む装置であっても良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示の電源装置は、簡易な構成により、発熱部品の放熱効率を向上させることが可能な電源装置として有用である。

１００ リアクトル装置
１１０ 金属基板
１２０ 囲い部
１２１ 側壁
１２２ 接合部
１３０ リアクトル
１３１ コア
１３１Ａ 上端部
１３１Ｂ 下端部
１３１Ｃ 被巻回部
１３２ コイル
１５０ 樹脂材
１６０ リード線

Claims (9)

1. 金属基板と、
   前記金属基板上に設けられ、前記金属基板上の所定空間を取り囲む側壁を有する囲い部と、
   前記所定空間内に配置される発熱部品と、
   前記所定空間内に充填される、放熱性を有する樹脂材と、
   を備える電源装置。
2. 前記発熱部品に電流を流すリード線を有する、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記側壁は、前記発熱部品の天面よりも低くなるように形成される、
   請求項２に記載の電源装置。
4. 前記発熱部品は、コアと前記コアに巻回されるコイルとを有し、
   前記コアは、前記金属基板に接触している、
   請求項１に記載の電源装置。
5. 前記囲い部は、金属により形成され、前記金属基板にはんだ付けにより接合される、
   請求項１に記載の電源装置。
6. 前記囲い部は、前記側壁の下端部から前記所定空間側に向けて延び、前記金属基板に接合される接合部を有する、
   請求項５に記載の電源装置。
7. 前記発熱部品は、コアと前記コアに巻回されるコイルとを有し、
   前記コアは、前記接合部に接触している、
   請求項６に記載の電源装置。
8. 前記金属基板は、前記囲い部、前記発熱部品及び前記樹脂材を収容する筐体の一部を構成する、
   請求項１に記載の電源装置。
9. 絶縁性を有する樹脂製のスペーサを備え、
   前記発熱部品は、コアと、前記コアに巻回されるトロイダル形状のコイルとを有し、
   前記スペーサは、前記金属基板と前記発熱部品との間に配置される、
   請求項１に記載の電源装置。

Images