JP3006939U - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トランジスタやダイオードといった発熱回路
素子にストレスを加えないような放熱構造とし、組立が
容易でしかも十分な構造強度の得られるバッテリ充電装
置を提供する。 【構成】 基板２２上にバッテリ充電用スイッチング電
源３を搭載した基板回路組立体２３の一部又は全部を覆
ってヒートシンク２４を設けるとともに、ヒートシンク
２４を支持する平板状のシャーシ２５を基板２２に離間
対向させて設け、シャーシ２５に組み付けたハウジング
２６により、基板回路組立体２３及びヒートシンク２４
を囲繞することにより、ハウジング２６内にヒートシン
ク２４で覆われた状態で基板回路組立体２３を設け、放
熱性と安全性を両立させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、小型電動車両等に使用される鉛蓄電池などのバッテリを充電するの に適したバッテリ充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

小型電動車両に搭載するバッテリは、車両を停車させた状態で商用交流電源等 から簡単に充電でき、しかも一度の充電で十分な走行距離が望めるなどの理由か ら、鉛蓄電池がよく用いられる。図７に示すバッテリ充電装置１は、交流１００ Ｖを直流２４Ｖに変えてバッテリ２を充電するスイッチング電源３からなるもの であるが、車両走行中に路面からの振動にさらされる車載用であり、環境的な変 動要因の少ない定置用よりも構造強度が要求されるだけに、定置用と比べたとき のコスト増を抑えつつ所定の仕様を満たすことが設計者に求められる。

【０００３】 スイッチング電源３は、メイントランスである出力トランスＴｍの一次側と二 次側を同極性で接続し、入力段の整流回路４に続くスイッチング回路５内のスイ ッチング素子Ｑがオンしている期間に出力側に電力を伝達するフォワード方式で あり、スイッチング素子ＱとしてはＭＯＳ・ＦＥＴ等の電力制御素子が用いられ る。出力トランスＴｍの二次側の高周波整流回路６には、チョークインプット型 の平均値整流方式が用いられ、電力効率の優れた他励式とするため、駆動制御回 路７とそのための補助電源として安定化電源回路８が付属させてある。交流電源 から供給される交流は遮断器９を通り、一部が安定化電源回路８の駆動或いは空 冷用ファンモータ１０の駆動に供されたのち、チョークトランスＴｃを介してブ リッジ接続全波整流回路４に供給される。全波整流回路４の整流出力は、充電抵 抗Ｒ１を介して接続された電解コンデンサＣ１とこれに並列のコンデンサＣ２に より平滑され、スイッチング素子Ｑによる一次巻線電流のスイッチングに供され る。出力トランスＴｍの二次側の高周波整流回路６の出力電圧は、駆動制御回路 ７を介してスイッチング素子Ｑに帰還され、一次巻線電流はスイッチング素子Ｑ のオン期間とオフ期間の比に応じてデューティが可変される。スイッチング素子 Ｑがオンしているときに出力トランス２の二次巻線に誘起した二次巻線電流が、 整流ダイオードＤ１を介してチョークコイルＬにエネルギを蓄勢するため、スイ ッチング素子ＱがオフしたときにチョークコイルＬに発生する逆起電力が、整流 ダイオードＤ２を介してフライホイール電流を流し続ける。こうして、スイッチ ング素子Ｑのオンオフに連動してチョークコイルＬを流れ続ける鋸歯状電流は、 平滑コンデンサＣにてリプル電圧を抑制され、出力端に接続されたバッテリ２の 充電に供される。

【０００４】 ところで、上記回路構成のスイッチング電源３を搭載した従来のバッテリ充電 装置１は、図８に分解斜視図を示す箱型の外観を有しており、図９に示した基板 １１，１３を支えるシャーシ１２の前後を前面カバー１４と背面カバー１５で覆 い、さらに正面から見て横コ字型のケース１６を組み付けて左右の側面と上面を 覆う構造となっている。スイッチング電源３を構成する回路部品を搭載した基板 １１は、図９に示したように、シャーシ１２の四隅にスペーサとして突設された 短軸円筒状のカラー１２ａに螺子止めされ、カラー１２ａの高さ分だけシャーシ １２上面から浮いた状態で固定される。発熱回路素子であるスイッチング素子Ｑ や整流ダイオードＤ１，Ｄ２等は、温度上昇が決定的な寿命低下を招く電解コン デンサＣ１等への影響に配慮し、基板１１の端面近くに電極リードを半田付けし 、シャーシ１２の端面に螺子止めして立設した平板状のヒートシンク１７に対し 、止め螺子１８を挿通させて密接固定してある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来のバッテリ充電装置１は、電極リードを基板１１に半田付けされる発 熱回路素子１９（以下、スイッチング素子Ｑ，整流ダイオードＤ１，Ｄ２を総称 する）の組み付け状態を左右する因子として、基板１１の四隅に穿設された取り 付け穴１１ａの寸法公差、シャーシ１２の四隅のカラー１２ａの寸法公差、ヒー トシンク１７をシャーシ１２に取り付けるための取り付け穴１７ａの寸法公差、 さらに発熱回路素子１９をヒートシンク１７に固定するための取り付け穴１９ａ 及びヒートシンク１７側の取り付け穴１７ｂの寸法公差等、最低でも５因子が挙 げられる。発熱回路素子１９の組み付け状態には、当然のことながらこれらの公 差が複雑に絡むために、発熱回路素子１９に穿設された取り付け穴１９ａとヒー トシンク１７側の取り付け穴１７ｂとが同軸関係からずれているにも拘わらず、 止め螺子１８を締め付けてしまえば、基板１１とヒートシンク１７の位置ずれが 発熱回路素子１９の電極リードに無理な力を及ぼし、電極リードにストレスがか かることになる。特に、車載用のごとく路面からの振動にさらされるバッテリ充 電装置１にあっては、電極リードのストレスが止め螺子１８に緩みを生じさせた り、或いは発熱回路素子１９とヒートシンク１７との間に空隙を生じさせたりす る原因ともなり、放熱効果の低下とともに回路動作が不安定になる要因を形成す るものであった。

【０００６】 また、ヒートシンク１７がシャーシ１２の端面に螺子止めされて立設された薄 い平板からなるため、これに物理的に当接させて熱伝導により放熱させる発熱回 路素子１９の配設位置も、基板１１の端面に近づけざるを得ず、このため往々に して安全規格に定められた絶縁に必要な沿面距離が十分に確保できないことがあ った。

【０００７】 従って、本考案の目的は、トランジスタやダイオードといった発熱回路素子に ストレスを加えないような放熱構造をもって基板に組み付け、組立が容易でしか も十分な構造強度の得られるバッテリ充電装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、基板上にバッテリ充電用スイッチング電源を搭載した基板回路組立 体と、該基板回路組立体を一部又は全部覆って設けたヒートシンクと、前記基板 に離間対向させて設けられ、前記ヒートシンクを支持する平板状のシャーシと、 該シャーシに組み付けられ、前記基板回路組立体及び前記ヒートシンクを囲繞す るハウジングとを具備することを特徴とするバッテリ充電装置を提供することに より、前記目的を達成するものである。

【０００９】 また、本考案は、基板回路組立体が、外部から印加された交流の整流出力をス イッチングするスイッチング回路及び該スイッチング回路に出力トランスを介し て結合させた高周波整流回路を含む主基板回路組立体と、前記ヒートシンク上に 設けられ、前記高周波整流回路の出力を定電圧制御する制御回路及び該制御回路 に直流電源を供給する補助電源回路を含む副基板回路組立体からなることを特徴 とするバッテリ充電装置を提供し、前記目的を達成するものである。

【００１０】 さらにまた、本考案は、スイッチング電源の発熱回路素子が前記基板の端面近 くに電極リードを半田付けしてあり、該発熱回路素子を前記基板の端面に立設し た放熱プレートと該放熱プレートに対向する係止プレートで両側から挟持し、該 両プレートを挿通する止め螺子を締結して該発熱回路素子を該両プレート間に密 接固定したことを特徴とするバッテリ充電装置、或いは放熱プレートを、前記ヒ ートシンクの内壁に沿って設けたことを特徴とするバッテリ充電装置を提供する ことにより、前記目的を達成するものである。

【００１１】 また、本考案は、ハウジングが、前記シャーシの前後に取り付けられ、前記基 板回路組立体の前面と背面を覆って取り付けられた一対のカバーと、前記シャー シ上の基板回路組立体の左右の側面及び上面を覆って取り付けられた分解可能な 箱状のケースとからなること、或いは、収容空間内部を空冷する電動ファンを備 えたこと等を特徴とするバッテリ充電装置を提供することにより、前記目的を達 成するものである。

【００１２】

【作用】

上記構成に基づき、基板上にバッテリ充電用スイッチング電源を搭載した基板 回路組立体の一部又は全部覆ってヒートシンクを設けるとともに、ヒートシンク を支持する平板状のシャーシを基板に離間対向させて設け、シャーシに組み付け たハウジングにより、基板回路組立体及び前記ヒートシンクを囲繞することによ り、ハウジング内にヒートシンクで覆われた状態で基板回路組立体を設け、放熱 性と安全性を両立させる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例について、図１ないし図６を参照して説明する。図１は 、本考案のバッテリ充電装置の一実施例を示す分解斜視図、図２ないし図５は、 図１に示した主基板回路組立体のそれぞれ平面図、正面図、左右の側面図、図６ は、図２に示した発熱回路素子の組み付け状態を説明するための要部分解斜視図 である。

【００１４】 図１に示すバッテリ充電装置２１は、基板２２上にバッテリ充電用スイッチン グ電源３を搭載した基板回路組立体２３と、この基板回路組立体２３を一部又は 全部覆って設けたヒートシンク２４と、基板２２に離間対向させて設けられ、ヒ ートシンク２４を支持する平板状のシャーシ２５と、シャーシ２５を礎に組み付 けられ、基板回路組立体２３及びヒートシンク２４を包括的に囲繞するハウジン グ２６等が主要部を構成する。

【００１５】 基板回路組立体２３は、スイッチング電源３の主要部を構成する主基板回路組 立体２３ｍに、副基板回路組立体２３ｓを二階建て構造にして組み付けたもので あり、実施例の場合、副基板回路組立体２３ｓは主基板回路組立体２３ｍを覆う 断面横コ字状のヒートシンク２４上に載置固定される。主基板回路組立体２３ｍ は、外部から印加された交流の整流出力をスイッチングするスイッチング回路５ と、このスイッチング回路５に出力トランスＴｍを介して結合させた高周波整流 回路６からなり、電解コンデンサＣ１から出力端の平滑コンデンサＣまでが包含 される。副基板回路組立体２３ｓの方は、高周波整流回路６の出力を定電圧制御 する駆動制御回路７と、この駆動制御回路７のための補助電源である安定化電源 回路８からなり、主基板回路組立体２３ｍと異なり、ＭＯＳ・ＦＥＴからなるス イッチング素子Ｑや整流ダイオードＤ１，Ｄ２といったヒートシンク２４による 放熱を前提とする発熱回路素子１９を含まないため、放熱設計は比較的簡単であ る。

【００１６】 主基板回路組立体２３ｍは、図２，３，６に示したように、放熱を考慮すべき 発熱回路素子１９が基板２２の端面近くに十分な沿面距離を確保した上で電極リ ードを半田付けしてあり、これらの発熱回路素子１９を基板２２の端面に立設し た放熱プレート２７と絶縁シート２７ａを介して対向する係止プレート２８とで 両側から挟持し、両プレート２７，２８を挿通する止め螺子２９を締結して発熱 回路素子１９を両プレート２７，２８間に密接固定してある。放熱プレート２７ も係止プレート２８もアルミニウム材からなり、放熱プレート２７の肉厚をある 程度大きくとってあるため、発熱回路素子１９に対する沿面距離（基板２２の端 面から発熱回路素子１９の端面までの距離）も十分に確保することができる。

【００１７】 また、発熱回路素子１９は、放熱プレート２７と係止プレート２８で挟持させ るさいに不用意に無理な力さえ加えなければ、プレート当接面と直交する方向に 不要な力が作用することはなく、従って発熱回路素子１９の電極リードにストレ スを与えることはない。このため、電極リードへのストレスに加え路面からの振 動が長期間に亙って作用し続けることで止め螺子２９に緩みが生じたり、放熱効 果が低下して回路動作が不安定になったりすることはない。

【００１８】 さらにまた、ヒートシンク２４は、図４，５に示したように、左右の側面に２ 箇所ずつ穿設した取り付け穴２４ａと、内側に切り起こした部分に穿設した取り 付け穴２４ｂの計６箇所に、それぞれ止め螺子３０を挿通させることにより主基 板回路組立体２３ｍに組み付けられる。ただし、取り付け穴２４ａを挿通する止 め螺子３０は、ヒートシンク２４の内壁に沿う放熱プレート２７に螺子込まれ、 ヒートシンク２４と放熱プレート２７は一体化される。このため、発熱回路素子 １９から放熱プレート２７に伝わった熱は、一部が直接熱伝導によりヒートシン ク２４に伝わり、また一部はヒートシンク２４の内壁に沿って上昇する空気とと もにヒートシンク２４前後の開口部からハウジング２６内へ、さらにハウジング ２６外へと排出される。

【００１９】 実施例に示したハウジング２６は、シャーシ２５の前後に取り付けた一対のカ バー３１，３２と、シャーシ２５上の空間の左右の側面及び上面を覆って取り付 けられた３部片に分解可能な箱状のケース３３とからなる。このため、基板回路 組立体２３はヒートシンク２４とさらにその外側のハウジング２６とによって包 まれ、それだけ感電事故等に対する安全性は高く、またシャーシ２５上からケー ス３３を取り外すことにより、基板回路組立体２３だけをシャーシ２５から取り 外して修理点検することができる。また、カバー３２には、ハウジング２６の収 容空間内部を空冷する電動ファン３４が備わっており、交流電源にコネクタ３５ を接続してバッテリ２を充電するさいは、必ずハウジング２６の内部に空気を強 制対流させて放熱効果を高めることができ、熱に弱い回路部品例えば電解コンデ ンサＣ１等の長寿命化が可能である。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、ハウジング内にヒートシンクで覆われ た状態で基板回路組立体を設けたことにより、放熱性と安全性を両立させ、同時 にまた十分な構造強度も得られるため、特に小型電動車用の車載バッテリ充電装 置等に好適なバッテリ充電装置を提供することができる等の効果を奏する。

【００２１】 また、本考案は、基板回路組立体を、スイッチング電源の主要部を搭載した主 基板回路組立体と、ヒートシンク上にスイッチング制御に必要な回路を搭載した 副基板回路組立体とから構成したから、主な発熱源である出力トランスやスイッ チング素子を含む主回路基板組立体をヒートシンクで覆い、ヒートシンク内の対 流による放熱効果を特定の発熱回路素子に集中させる一方、比較的発熱量の少な い副基板回路組立体に関しては放熱対流が流れ込まないようにして、放熱の影響 を良好に排除することができる等の効果を奏する。

【００２２】 さらにまた、本考案は、放熱を考慮すべき発熱回路素子が前記基板の端面近く に電極リードを半田付けし、基板端面に立設した放熱プレートと係止プレートと で両側から挟持したので、電極リードにストレスをかけることなく発熱回路素子 の放熱経路が確保できる等の効果を奏する。

【００２３】 また、放熱プレートが、ヒートシンクの内壁に沿って設けられているため、放 熱プレートからヒートシンクへの熱伝導と、放熱プレートから放熱された熱によ り暖められた空気がヒートシンクの内壁に沿って上昇する対流とにより、効率の よい放熱が可能である等の効果を奏する。

【００２４】 また、本考案は、ハウジングが、シャーシ上の基板回路組立体の前後を覆う一 対のカバーと、シャーシ上の基板回路組立体の左右の側面及び上面を覆って取り 付けた分解可能な箱状のケースで構成したから、基板回路組立体はヒートシンク とさらにその外側のハウジングに包まれ、それだけ感電事故等に対する安全性は 高く、またシャーシ上から前面カバーと背面カバーを残したままケースを取り外 すことにより、基板回路組立体だけシャーシから取り外して修理点検することが できる等の効果を奏する。

【００２５】 さらにまた、本考案は、ハウジングに収容空間内部を空冷する電動ファンを設 けたので、ハウジング内にヒートシンクで覆って設けた基板回路組立体が、電動 ファンが巻き起こす対流空気により効率よく空冷され、熱に弱い回路部品例えば 電解コンデンサ等の長寿命化が可能である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のバッテリ充電装置の一実施例を示す分
解斜視図である。

【図２】図１に示した主基板回路組立体の平面図であ
る。

【図３】図１に示した主基板回路組立体の正面図であ
る。

【図４】図１に示した主基板回路組立体の左側面図であ
る。

【図５】図１に示した主基板回路組立体の右側面図であ
る。

【図６】図２に示した発熱回路素子の組み付け状態を説
明するための要部分解斜視図である。

【図７】バッテリ充電装置の一例を示す回路構成図であ
る。

【図８】従来のバッテリ充電装置の一例を示す分解斜視
図である。

【図９】図８に示したバッテリ充電装置の基板部分の分
解斜視図である。

【符号の説明】

３ スイッチング電源 ５ スイッチング回路 ６ 高周波性整流回路 ７ 駆動制御回路 ８ 安定化電源回路 １９ 発熱回路素子 ２１ バッテリ充電装置 ２２ 基板 ２３ 基板回路組立体 ２３ｍ 主基板回路組立体 ２３ｓ 副基板回路組立体 ２４ ヒートシンク ２５ シャーシ ２６ ハウジング ２７ 放熱プレート ２８ 係止プレート ２９，３０ 止め螺子 ３１，３２ カバー ３３ ケース ３４ 電動ファン

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にバッテリ充電用スイッチング電
   源を搭載した基板回路組立体と、該基板回路組立体を一
   部又は全部覆って設けたヒートシンクと、前記基板に離
   間対向させて設けられ、前記ヒートシンクを支持する平
   板状のシャーシと、該シャーシに組み付けられ、前記基
   板回路組立体及び前記ヒートシンクを囲繞するハウジン
   グとを具備することを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、前記基板回路組立体は、外部から印加された交流の
   整流出力をスイッチングするスイッチング回路及び該ス
   イッチング回路に出力トランスを介して結合させた高周
   波整流回路を含む主基板回路組立体と、前記ヒートシン
   ク上に設けられ、前記高周波整流回路の出力を定電圧制
   御する制御回路及び該制御回路に直流電源を供給する補
   助電源回路を含む副基板回路組立体からなることを特徴
   とするバッテリ充電装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、前記基板回路組立体は、スイッチング電源の発熱回
   路素子が前記基板の端面近くに電極リードを半田付けし
   てあり、該発熱回路素子を前記基板の端面に立設した放
   熱プレートと該放熱プレートに対向する係止プレートで
   両側から挟持し、該両プレートを挿通する止め螺子を締
   結して該発熱回路素子を該両プレート間に密接固定した
   ことを特徴とするバッテリ充電装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のバッテリ充電装置におい
   て、前記放熱プレートは、前記ヒートシンクの内壁に沿
   って設けたことを特徴とするバッテリ充電装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、前記ハウジングは、前記シャーシの前後に取り付け
   られ、前記基板回路組立体の前面と背面を覆って取り付
   けられた一対のカバーと、前記シャーシ上の基板回路組
   立体の左右の側面及び上面を覆って取り付けられた分解
   可能な箱状のケースとからなることを特徴とするバッテ
   リ充電装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のバッテリ充電装置におい
   て、前記ハウジングは、収容空間内部を空冷する電動フ
   ァンを備えたことを特徴とするバッテリ充電装置。