JP6509318B1

JP6509318B1 - トランスの保持構造

Info

Publication number: JP6509318B1
Application number: JP2017245814A
Authority: JP
Inventors: 敏寛黒田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019114622A

Abstract

【課題】小型で、耐振性を向上させてトランスを保持することができるトランスの保持構造を得ること。【解決手段】電気回路基板と、電気回路基板と接続される端子ピンを有するトランスと、トランスを収容するケースと、トランスの上面と対向する固定部と固定部に連結された一対の対向する側面部を有し、固定部の下面とトランスの上面とが接してトランスをケースに固定するカバーと、ケースを収容する筐体とを備え、ケースおよびカバーの側面にそれぞれ第１の固定構造部および第２の固定構造部を設け、第１の固定構造部と第２の固定構造部を嵌合し、ケースに設けられた保持部と筐体とを固定した。【選択図】図１

Description

本発明は、トランスを保持する構造に関する。

電気自動車やハイブリッドカーには、駆動用の電力変換装置が搭載され、この電力変換装置は、走行時に厳しい振動を受けることが想定される。このため、電力変換装置に組み込まれた大型トランスなどの電子部品は振動を受け、電子部品および電子部品を保持する電気回路基板が損傷するおそれがある。

このような厳しい振動環境下に置かれる電気回路基板において、耐振性の向上や、設置強度の向上を目的として、トランスを樹脂ケース内でポッティング樹脂により封止した後、電気回路基板に半田付け接続するといった構造が採用されているが、この場合、トランスを単体で電気回路基板に半田付け接続した場合より、トランスの揺動が抑制されることになる。

しかし、端子ピンでのみ電気回路基板に半田付け接続されている場合、振動などの衝撃は端子ピンへの集中荷重となるため、この集中荷重を軽減するため端子ピンと離間してダミーピンを設け、ポッティング樹脂により電子部品とともに封止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３１１０８５号公報

上記特許文献１においては、振動などの衝撃により端子ピンへ集中する荷重を、ダミーピンへ分散させることができ、端子ピンへの荷重の集中は抑制される。また、固定する箇所を増やすことで、トランスの設置強度も向上される。しかしながら、材料コストや重量は増加し、ダミーピンを所定の位置に封止して固定するため製造コストが増加するという課題があった。

トランスを内装するケースの一端側と他端側に離間して、端子ピンとダミーピンが設けられるため、特にケースの長手方向のサイズが大きくなり、トランスを組み付けるスペースが増加するという課題があった。

この発明に係るトランスの保持構造は、電気回路基板と、電気回路基板と接続される端子ピンを有するトランスと、トランスを収容するケースと、トランスの上面と対向する固定部と固定部に連結された一対の対向する側面部を有し、固定部の下面とトランスの上面とが接してトランスをケースに固定するカバーと、ケースを収容する筐体とを備え、ケースおよびカバーの側面にそれぞれ突起部および切欠き部を設け、突起部と切欠き部を嵌合し、ケースに設けられた保持部と筐体とを固定し、保持部に金属製のカラーを介在させ、切欠き部はカバーの固定部に設けられた貫通部と連通し、カバーの側面部にそれぞれ対向して設けられたものである。

この発明に係るトランスの保持構造によれば、小型で、耐振性を向上させてトランスを保持させることができる。

本発明の実施の形態１に係る電子機器の保持構造の概要全体を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る電子機器の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るトランスの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るコアの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る端子ピンの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るケースの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るカバーの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るトランスをケースに収容したときの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るトランスをケースに収容したときの概略構成を示す平面図である。本発明の実施の形態１に係る電子機器の概略構成を示す平面図である。本発明の実施の形態１に係る電子機器の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る電子機器の一部の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る電子機器の一部の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る別の電子機器の概略構成を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は電力変換装置１の内部に組み込まれた電気回路基板３に実装される電子機器２の保持構造の概要を示す斜視図で、図２はトランス５とケース６とカバー７で構成される電子機器２の概略構成を示す斜視図である。電子機器２は、電力変換装置１の内部で対向する筐体４と電気回路基板３の双方で保持（第１の保持構造）される。またトランス５は、ケース６に位置決めして収容され、ケース６とカバー７で挟み込んで保持（第２の保持構造）される。

まず、第１の保持構造について説明する。電力変換装置１は、筐体４と、トランス５などの電子部品からなる電子機器２を実装した電気回路基板３から構成される。筐体４は、電子機器２を構成するケース６の突出部６ａが収まる穴部４ａを有し、筐体４の上部４ｂには、ケース６の保持部６ｂが備える金属製のカラー８の貫通孔８ａの位置に対応したネジ穴が４か所に設けられる。電子機器２は、最初に、金属製のカラー８を介在させて、筐体４にネジ９を使用して固定される。なお、筐体４への電子機器２の固定方法は、ネジ９に限るものではなく、係止による固定など他の固定方法であっても構わない。

ケース６の保持部６ｂに設けた金属製のカラー８について説明する。金属製のカラー８は、例えばステンレス鋼などの金属で作製され、ネジ９が貫通する貫通孔８ａを備えたリング状の筒である。保持部６ｂは、ケース６の一対の対向する側面のそれぞれに、金属製のカラー８のＺ方向の高さと同等の高さで設けられる。金属製のカラー８は、樹脂製のケース６の作製時に、保持部６ｂにインサート成形される。金属製のカラー８をケース６のＸＹ面のＸ方向の外縁部にそれぞれ対向して合計４個を設置することで、電子機器２の全体の荷重を均等に分散して、電子機器２を保持することができる。また、トランス５の周囲を取り囲むケース６の外縁部に近接して金属製のカラー８を設けたため、ケース６の大型化を抑制することができる。また金属製のカラー８を保持部に介在させることで、変形や経年劣化が抑制されるため、電子機器２を安定して長期間保持することができる。

カバー７の上部からは、トランス５の複数の端子ピン１０がＺ方向に突出している。電子機器２を筐体４に固定した後、端子ピン１０と接続するために設けた電気回路基板３の貫通孔３ａに、端子ピン１０を貫通させ、電気回路基板３を筐体４に固定した後、端子ピン１０と電気回路基板３とを、半田により接続する。この接続により、電子機器２は、筐体４に加えて、電気回路基板３でも保持される。電気回路基板３は、ネジ止め等により筐体４に取り付けられ、その後、シール材を介した蓋やポッティング樹脂等を筐体４に付与して防水性等の耐環境性を向上させた後、電力変換装置１として、車に搭載される。なお、電気回路基板３の取り付け箇所は、筐体４に限らず、例えば筐体４に設置された樹脂製の取り付けホルダなどでも構わない。

以上のように、トランス５を備えた電子機器２は、Ｚ方向に対向する筐体４と電気回路基板３の２つの部材に、金属製のカラー８と端子ピン１０を介して固定される。そのため、振動等によりトランス５が受ける荷重を２つの部材に分散でき、端子ピン１０への負荷は減少し、端子ピン１０の折損や半田部のクラックは抑制され、耐振性を向上することができる。また、電気回路基板３が負担する電子機器２の重量も、分散される。また、端子ピン１０と電気回路基板３との接続前に、電子機器２を筐体４に固定するため、端子ピン１０の接続の際の端子ピン１０への荷重の負荷は減少し、接続時に端子ピン１０に発生する初期応力を抑制することができ、電子機器２を安定して長期間、電気回路基板３に保持することができる。

次に、電子機器２が備える各部の構成、および第２の保持構造について説明する。
まず、電子機器２の各部の構成について説明する。図３はトランス５、図４はコア１２、図５は端子ピン１０の概略構成を示す斜視図である。トランス５は、ボビン１１、コア１２、コイル１３、および端子ピン１０から構成される。トランス５は、電気回路基板３に実装される電子部品の一つの変圧器で、車載用の電力変換装置１においては大型化している。大きさは、例えば図３において、ＸＹ面でＸ方向は４０ｍｍ、Ｙ方向は３０ｍｍ、端子ピン１０を除くＺ方向は２０ｍｍ程度である。ボビン１１は、例えば樹脂材料で一体成型されるコイル１３の巻枠であり、端子ピン１０、端子設置部１４、１５、第１の凸部１６、第２の凸部１７を備え、コア１２を設置するための貫通孔をＸ方向に備えている。コイル１３に使用する導線が巻線であり、ボビン１１に巻線を巻回することで、コイル１３は形成される。巻線については、簡単のため、図には省略する。ボビン１１には複数のコイル１３が所定の巻数で形成され、巻線の端部は、端子ピン１０と接続される（図示せず）。コア１２は、例えばフェライトなどの磁性材料で作製され、図４に示すように、ここでは２つの分割コア１２ａ、１２ｂから構成される。分割コア１２ａ、１２ｂは、ボビン１１の貫通孔を貫通して接触部１２ｃで接し、かつボビン１１の外側の接触部１２ｄでも接するように、それぞれがＸＹ面でＥ字型の形状で構成され、ボビン１１のＸ方向の両側から突合せて、接着やボビン１１の貫通孔との嵌合等により設置される。端子ピン１０は、図５に示すように、ＸＺ面でＬ字型の形状で、例えば銅材で作製され、ボビン１１の両側に設けた端子設置部１４、１５からＺ方向、およびＸ方向に突出するように、ボビン１１の作製時にインサート成形され、所定の個数で設置される。端子ピン１０のＺ方向に突出した突出部１０ａは電気回路基板３と貫通孔３ａを通して接続され、Ｘ方向に突出した突出部１０ｂは巻線と接続される。端子設置部１４、１５の上面１４ａ、１５ａはトランス５の上面であり、カバー７の固定部７ａの下面７ｃと接する面となる。トランス５の一対の対向する側面のそれぞれには、第２の位置決め構造部としての第１の凸部１６、および第２の凸部１７が設けられ、ケース６が備える第１の位置決め構造部（第１の溝部１８、第２の溝部１９）と嵌め合う。第１の凸部１６、および第２の凸部１７は、ボビン１１と同じ樹脂材料で、ボビン１１と一体的に作製される。第１の凸部１６と第２の凸部１７の形状と機能については、図８から図１２の説明で詳述する。

ケース６は、図６に示すように、突出部６ａがＺ方向の下方に凸形状となり内部がくり貫かれ、トランス５の周囲を取り囲み、ケース６の内部の底部６ｃとトランス５の底面５ａとが接してトランス５を収容する基体である。ケース６は樹脂成型品であり、例えば機械的強度の高いポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）で作製され、金属製のカラー８、第１の溝部１８、第２の溝部１９、突起部２０を備えている。金属製のカラー８は、ケース６の成型時に、ケース６の側面に設けた保持部６ｂにインサート成形されるが、ケース６の作製後に、嵌め込み等の別の工程で設置しても構わない。第１の溝部１８と第２の溝部１９は、ケース６のＸＹ面のＸ方向の一対の対向する側面の上部の一部が下方向にカットされた部位で、両側面のそれぞれに対向して、ケース６の成型時に設けられる。トランス５をケース６に収容する際に、第１の凸部１６と第１の溝部１８、第２の凸部１７と第２の溝部１９とをそれぞれ嵌め合うことで、トランス５が位置決めして設置されるが、図８から図１２の説明で詳述する。突起部２０は、側面に設けた第１の固定構造部であり、第１の溝部１８および第２の溝部１９のそれぞれ下部に、ケース６の側面から凸となる形状で設けられ、後述するカバー７が備える切欠き部２１と嵌め合う部位である。突起部２０と切欠き部２１を嵌め合うことで、トランス５はケース６に固定され、保持される。突起部２０のＹＺ面での断面形状は略直角三角形で、上部に傾斜面２０ａを有し、下面２０ｂでカバー７と接する。上部を傾斜面２０ａとすることで、突起部２０と後述する切欠き部２１とを嵌め合う工程が容易となる。

カバー７は、図７に示すように、一対の対向する側面部７ｂと、側面部７ｂと連結された固定部７ａから構成される。カバー７は、固定部７ａの下面７ｃとトランス５の上面、つまりは端子設置部１４、１５の上面１４ａ、１５ａとが接し、突起部２０と切欠き部２１とを嵌め合うことで、トランス５をケース６とで挟み込んで固定する固定部材である。カバー７は樹脂成型品であり、例えば撓みやすく耐熱耐久性に優れたポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）で作製され、切欠き部２１、貫通部２２、カバー開口部２３を備えている。貫通部２２は、端子ピン１０がカバー７を貫通するための開口部分であり、端子ピン１０の本数、位置に合わせた大きさで形成される。切欠き部２１は、一対の対向する側面部７ｂのそれぞれに設けた第２の固定構造部であり、貫通部２２と連通し、側面部７ｂにそれぞれを対向して設けた開口部分で、突起部２０と嵌め合う部位である。具体的には、切欠き部２１の端面２１ａと、突起部２０の下面２０ｂが対向して接するように嵌め合う。切欠き部２１と貫通部２２とを連通させることで、トランス５を収容したケース６にカバー７を組み付ける際に、端子ピン１０を組み付けのガイドとして利用できるため、組立性が向上する。カバー開口部２３は、カバー７の上面から側面にかけて設けられた開口部分である。カバー開口部２３を設けることで、カバー７をケース６に組み付ける際にカバー７が撓みやすくなるため、組立性が向上するとともに、トランス５の放熱が促進される。トランス５は使用時に発熱するおそれがあり、発熱すると磁気飽和が生じて電気的特性が劣化する。そのため放熱を促進させることで、磁気飽和を抑制することが可能となる。

図８から図１３を参照して、第２の保持構造についてさらに説明する。図８はトランス５をケース６に収容したときの概略構成を示す斜視図、図９はその平面図である。図１０は電子機器２の概略構成を示す平面図であり、図１１は図１０の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１２は図１０の一点鎖線Ｂ−Ｂにおける断面図、図１３は図１０の一点鎖線Ｃ−Ｃにおける断面図である。

まず、図８、図９、図１１に示すように、トランス５はケース６の内部に収容され、位置決めされる。ケース６の内部の底部６ｃとトランス５の底面５ａとが接するようにトランス５をケース６に落し込むことで、トランス５のケース６の内部でのＺ方向の位置は決定される。また、第１の溝部１８と第１の凸部１６、第２の溝部１９と第２の凸部１７とをそれぞれ嵌め合うことで、トランス５のケース６の内部でのＸ方向とＹ方向の位置は決定される。

第１の凸部１６と第２の凸部１７の形状と機能について、説明する。第１の凸部１６と第２の凸部１７は、Ｙ方向に突出する凸形状を有し、それぞれ大きさの異なる２段に重ねられた凸部から構成される。側面１４ｂに設置された第１の凸部１６は、下部１６ａと上部１６ｃの２段で構成される。下部１６ａにおける上部１６ｃの設置面１６ｂのうち、上部１６ｃが設置されていない残りの面において、第１の凸部１６はケース６の内側側面６ｄと接する。上部１６ｃは、ケース６が備える第１の溝部１８と、対向する一対の側面１６ｄで接するように嵌め合う部位である。同様に、側面１５ｂに設置された第２の凸部１７は、下部１７ａと上部１７ｃの２段で構成され、下部１７ａにおける上部１７ｃの設置面１７ｂのうち、上部１７ｃが設置されていない残りの面において、第２の凸部１７はケース６の内側側面６ｄと接する。上部１７ｃは、ケース６が備える第２の溝部１９と嵌め合う部位である。第１の凸部１６および第２の凸部１７がケース６の内側側面６ｄと接し、かつ第１の溝部１８および第２の溝部１９と嵌め合うことで、トランス５はケース６の内部で位置決めして設置される。なお上部１６ｃと上部１７ｃのＸ方向の長さは異なる寸法で設けられるが、トランス５をケース６に収容する際、トランス５の向きを一つに定めるためである。また、第１の溝部１８、第２の溝部１９との嵌め合いにおける上部１６ｃ、上部１７ｃのＸ方向の長さの嵌め合いの公差は、異なる公差で作製される。長さの小さい上部１６ｃの第１の溝部１８の側面１８ａと対向する側面１６ｄは、側面１８ａと接する狭い公差にて作製されるため、図１２に示すように、側面１６ｄと側面１８ａは接している。一方、底部６ｃと底面５ａが接することを阻害しないために、上部１６ｃの下面１６ｅと第１の溝部１８とは接しない寸法公差にて、第１の凸部１６と第１の溝部１８は作製される。長さの大きい上部１７ｃの第２の溝部１９と対向する側面間の寸法は、第２の溝部１９との公差を吸収し、トランス５がケース６に容易に収容できるように広い公差にて作製されるため、図１３に示すように、側面１７ｄと第２の溝部１９の側面１９ａとは接していない。また、上部１７ｃの下面１７ｅと第２の溝部１９とは接しない寸法公差にて作製される。このような構成により、第２の凸部１７と第２の溝部１９を嵌め合うことが阻害されることがないため、トランス５はケース６に容易に収容され、位置決めされる。

所定の位置に、トランス５を位置決めして収容することにより、端子ピン１０と突起部２０が同一直線上に並ぶため、カバー７の取り付けが容易となり、カバー７の組立性が向上する。また、トランス５のＸＹ面内での変位が規制される。なお、図１１に示すように、ケース６の内部の底部６ｃとトランス５の底面５ａの接触する面積を増加させるために、トランス５の底面５ａには面積増加部２４が設けられ、トランス５の設置の安定化を図っている。面積増加部２４は、ボビン１１と同じ樹脂材料で、ボビン１１と一体的に作製される。

トランス５をケース６に収容した後、カバー７を取り付けることで、トランス５は固定され、ケース６に保持される。ケース６とカバー７との嵌合には、スナップフィットを用いる。カバー７に設けた貫通部２２に端子ピン１０を通し、端子ピン１０をガイドとして、トランス５の上部からカバー７をケース６に向けて落し込む。カバー７の側面部７ｂが傾斜面２０ａと接し、カバー７を撓ませつつ、傾斜面２０ａの上を滑り、カバー７の下面７ｃと端子設置部１４、１５の上面１４ａ、１５ａとが接し、かつ切欠き部２１の端面２１ａと突起部２０の下面２０ｂとが対向して接するように、切欠き部２１と突起部２０を嵌め合うことで、カバー７はケース６に組み付けられる。図７に示すように、貫通部２２と切欠き部２１が連通しているため、端子ピン１０をガイドとすることで、カバー７の取り付けが容易となり、カバー７の組立性を向上することができる。また、端子設置部１４、１５の上面１４ａ、１５ａの高さに、作製時のうねり等により例えば０．３ｍｍ程度の差異があったとしても、カバー開口部２３を設けることでカバー７自体が撓みやすくなり、ケース６へ組み付けることが可能である。

なお、突起部２０を第１の固定構造部、切欠き部２１を第２の固定構造部として示したがこれに限るものではない。第２の固定構造部としての突起部を、カバー７の側面部の内側に設け、この突起部と嵌め合う第１の固定構造部としての貫通孔を、ケース６の側面に設け、これらを嵌合させるなど、他の構成であっても構わない。

また、ポッティング樹脂を用いずに、トランス５を保持する構造について示したが、図１４に示すように、トランス５とケース６の隙間部分にのみ、放熱性に優れたウレタン樹脂などのポッティング樹脂２５を充填させてもよい。トランス５の放熱をさらに促進させることで、磁気飽和を効率的に抑制することができるとともに、コア１２の耐振性向上にもつながる。

以上のように、トランス５はケース６とカバー７により挟み込んで固定される。そのため、ポッティング樹脂は不要で、材料コストの増加、電子機器の重量増加を抑制することができる。また、電子機器は小型化され、組み付けるスペースを縮小することができる。また、トランス５に不具合等があった際に、トランス５をケース６から容易に取り外して交換することができる。また、ケース６の貫通部２２と切欠き部２１が連通することで、組立性を向上することができる。また、カバー開口部２３を設けることで、トランス５の上面１４ａと１５ａの高さに差異があっても、差異を許容して容易に組み付けることができ、かつトランス５の放熱性を高めることもできる。また、第１の凸部１６と第２の凸部１７は、Ｘ方向において異なる長さ、異なる寸法公差にて作製されるため、トランス５の収容時に、トランス５の向きが一つに定まり、第１の溝部１８と第２の溝部１９と容易に嵌め合うことができる。また、端子ピン１０、突起部２０および切欠き部２１を一直線上に近接させて設けたため、電子機器２の振動を効果的に抑制することができる。

以上の実施の形態１に示した構成は、本発明の構成の一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の組み合わせや一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１電力変換装置、２電子機器、３電気回路基板、４筐体、５トランス、６ケース、７カバー、８金属製のカラー、９ネジ、１０端子ピン、１１ボビン、１２コア、１３コイル、１４端子設置部、１５端子設置部、１６第１の凸部、１７第２の凸部、１８第１の溝部、１９第２の溝部、２０突起部、２１切欠き部、２２貫通部、２３カバー開口部、２４面積増加部、２５ポッティング樹脂

Claims

電気回路基板と、
前記電気回路基板と接続される端子ピンを有するトランスと、
前記トランスを収容するケースと、
前記トランスの上面と対向する固定部と前記固定部に連結された一対の対向する側面部を有し、前記固定部の下面と前記トランスの上面とが接して前記トランスを前記ケースに固定するカバーと、
前記ケースを収容する筐体とを備え、
前記ケースおよび前記カバーの側面にそれぞれ突起部および切欠き部を設け、前記突起部と前記切欠き部を嵌合し、前記ケースに設けられた保持部と前記筐体とを固定し、前記保持部に金属製のカラーを介在させ、前記切欠き部は前記カバーの固定部に設けられた貫通部と連通し、前記カバーの側面部にそれぞれ対向して設けられたことを特徴とするトランスの保持構造。
前記ケースおよび前記トランスの側面にそれぞれ第１の位置決め構造部および第２の位置決め構造部を設け、前記第１の位置決め構造部と前記第２の位置決め構造部を嵌合したことを特徴とする請求項１に記載のトランスの保持構造。
前記第１の位置決め構造部は溝部であり、前記第２の位置決め構造部は凸部であることを特徴とする請求項２に記載のトランスの保持構造。
前記カバーに、上面から側面にかけてカバー開口部が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトランスの保持構造。
前記端子ピン、前記突起部および前記切欠き部が一直線上にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のトランスの保持構造。
前記ケースにポッティング樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトランスの保持構造。