JP6672724B2

JP6672724B2 - 電源装置

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Inventors: 輝池澤
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Publication date: 2020-03-25
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Description

本発明は、電源装置に関する。

スイッチング電源装置等の電源装置では、半導体素子、トランス等の電子部品が搭載又は接続された基板が、筐体内に収容される。電子部品には高温に発熱するものが含まれるため、電源装置では、筐体の底面（ベースプレート）を介して放熱を行うことが一般的である。また、特許文献１では、カバーに形成された突出部をトランスに押圧接触させることで放熱性を高める構成が示されている。

特開２００７−６６３５号公報

しかしながら、電源装置において特に高温になりがちな電子部品等に関しては、放熱性の更なる向上が望まれている。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、放熱性が向上した電源装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、回路基板と、前記回路基板に搭載される第１磁性体コアと、前記回路基板に形成されたパターンコイルとを有する第１巻線部品と、前記回路基板を収容する筐体と、前記第１巻線部品の前記パターンコイル及び前記第１磁性体コアに対して、前記回路基板の上方から熱的に接続する第１放熱板と、を備えることを特徴とする。

上記の電源装置によれば、回路基板の上方の第１放熱板が第１巻線部品の第１磁性体コア及びパターンコイルに対して熱的に接続することで、第１巻線部品からの熱が第１放熱板へ伝わり、第１放熱板から放熱される。したがって、電源装置において、特に第１巻線部品からの放熱性が向上される。

ここで、前記第１放熱板は、前記パターンコイル及び前記磁性体コアに対して、前記回路基板の上方から熱的に接続する領域とは異なる領域に、平板状の巻線部品収容部を有し、コイル部と前記コイル部に対して取り付けられる第２磁性体コアとを有する第２巻線部品が前記巻線部品収容部上に設けられ、前記第１巻線部品及び前記第２巻線部品と熱的に接続すると共に、前記第２巻線部品の上方を覆う第２放熱板をさらに備える態様とすることができる。

上記のように、第２巻線部品を第１放熱板上に取り付け、第２巻線部品を第２放熱板で覆う構成とすることで、第１巻線部品とは異なり主回路基板に搭載されていない第２巻線部品をからの放熱性についても確保することができ、電源装置における放熱性がさらに向上する。

また、前記巻線部品収容部は、前記第２磁性体コアを位置決めするための位置決め部を有する態様とすることができる。

上記のように第２磁性体コアを位置決めするための位置決め部が第１放熱板の巻線部品収容部に設けられることで、第２磁性体の位置決めが容易となると共に、位置ずれ等を防止することができる。

また、前記第１放熱板は、前記第２巻線部品と前記回路基板とを電気的に接続するための開口を有する態様とすることができる。

第２巻線部品と回路基板とを電気的に接続するための開口が第１放熱板に設けられていることで、第２巻線部品の配置を柔軟に変更することができる。

また、前記第１放熱板は、前記第２巻線部品と前記回路基板とを電気的に接続するための開口とは異なる放熱用開口を有し、前記第２巻線部品のコイル部は放熱用の接続端子を備え、前記接続端子が前記放熱用開口を介して前記筐体と熱的に接続される態様とすることができる。

上記のように、放熱用開口を介して前記巻線部品のコイル部に形成された接続端子と筐体とが熱的に接続されることで、第２巻線部品で発生した熱を筐体側へも放出することができ、電源装置としての放熱性がさらに向上する。

また、前記第２放熱板の裏面に、前記第２巻線部品を押圧支持するための押圧支持部材を有する態様とすることができる。

上記のように、第２放熱板の裏面に第２巻線部品を押圧支持するための押圧支持部材を設けることで、第２巻線部品をさらに好適に保持することができる。

また、前記第１巻線部品の上方に設けられて前記第１巻線部品と熱的に接続される前記第１放熱板には上方に延びるフィンが取り付けられている態様とすることができる。

さらに、前記第２放熱板は前記第１放熱板に対して熱的に接続されると共に前記第１巻線部品の上方に設けられ、前記第１放熱板には上方に延びるフィンが取り付けられている態様とすることができる。

上記のように、第１巻線部品の上方に設けられる第１放熱板又は第２放熱板にフィンが取り付けられることで、第１巻線部品から上方に伝わった熱に係る放熱性がさらに向上する。

本発明によれば、放熱性が向上した電源装置が提供される。

本発明の実施形態に係る電源装置の概略構成を説明する斜視図である。電源装置の分解斜視図である。電源装置の主回路基板の斜視図である。電源装置の第１放熱板の斜視図である。電源装置の第１放熱板の下方からの斜視図である。電源装置における筐体への主回路基板及び第１放熱板の取り付けを説明する分解斜視図である。電源装置の第２巻線部品の斜視図である。電源装置の第２巻線部品の分解斜視図である。電源装置における第２巻線部品の取り付けを説明する分解斜視図である。電源装置の第２放熱板の斜視図である。電源装置の第２放熱板の下方からの斜視図である。電源装置の第２放熱板の上面図である。電源装置における第２放熱板の取り付けを説明する分解斜視図である。電源装置のＸＺ平面に沿った断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面には必要に応じてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を記載している。

図１は、本発明の実施形態に係る電源装置の概略構成を説明する斜視図である。また、図２は、図１の電源装置の分解斜視図である。本実施形態で説明する電源装置としては、例えば、入力端子に接続された高圧バッテリから入力された直流電圧を電圧変換（降圧）し、所望の直流出力電圧を生成するスイッチング電源装置等が挙げられる。

本実施形態に係る電源装置１は、筐体１０、主回路基板２０（回路基板）、第１巻線部品３０、第２巻線部品４０、第１放熱板５０及び第２放熱板６０を含んで構成される。電源装置１は、主回路基板２０と、第１巻線部品３０及び第２巻線部品４０を含む電子部品とがケースに収容された構成を備える。具体的には、入力コンデンサ、スイッチング素子、メイントランス、チョークコイル、出力コンデンサ等が収容され、これらの部品がバスバーやプリント基板のパターン等の導電部材により接続されることで、例えばＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。

電源装置１では、筐体１０内に第１巻線部品３０が取り付けられた主回路基板２０を収容した後、第１放熱板５０をその上部に取り付けられる。さらに、第２巻線部品４０が第１放熱板５０上に取り付けられた後に、第２放熱板６０により第２巻線部品４０が覆われた構成となっている。以下、電源装置１を構成する各部材の構成及びその組立方法について説明する。

図１及び図２に示すように、筐体１０は、底面を形成するベースプレート１１とベースプレート１１を取り囲む側壁１２とを含んで構成され、電源装置１の金属製ケースの一部として機能する。電源装置１では、筐体１０の内部に上記の電子部品を収容されるが、第１放熱板５０及び第２放熱板６０が金属製ケースのカバーとしても機能する。

筐体１０のベースプレート１１の裏面側（図１の下側：素子や基板が固定される面とは逆の面側）には、Ｙ軸方向に延びる放熱用のフィン１３が取り付けられる。ベースプレート１１の裏面に設けられる放熱用のフィン１３は、ベースプレート１１の四方を囲む側壁１２のうちＸ軸方向に沿って延びて対向配置された側壁１２Ａ，１２Ｂの外側にも連続している。放熱用のフィン１３は、筐体１０の外部においてベースプレート１１の裏面側を冷却する空気がＹ軸方向に移動する際の流路として機能する。また、側壁１２Ａ，１２Ｂにおいては、筐体１０の外部において空気が放熱用のフィン１３に沿ってＺ軸方向に移動する際の流路として機能する。放熱用のフィン１３の間を空気が移動することで、放熱用のフィン１３が空冷される。これにより、ベースプレート１１の表面側に固定された電源装置１の各素子において発生する熱がベースプレート１１及び側壁１２Ａ，１２Ｂに伝熱し、ベースプレート１１の裏面側及び側壁１２Ａ，１２Ｂの外側から外部に放熱される。このように、ベースプレート１１及び側壁１２Ａ，１２Ｂは、放熱機能を有するヒートシンクとしても機能する。

なお、放熱用のフィン１３は、ベースプレート１１及び側壁１２Ａ，１２Ｂとは異なる部材から構成されていてもよいし、同一の部材から構成されていてもよい。また、ベースプレート１１及び側壁１２Ａ，１２Ｂに取り付けられる放熱用のフィン１３は、本実施形態のように連続していなくてもよい。また、空冷による放熱用のフィン１３を取り付ける構成に代えて、ベースプレート１１の裏面側に水冷用の冷却液流路を設けて、ベースプレート１１を水冷することで、ベースプレート１１の裏面側から外部に放熱する構成としてもよい。

筐体１０には、筐体１０の内外の回路を電気的に接続する入力端子１５及び出力端子１６が取り付けられる。入力端子１５から直流電圧を入力し、電圧変換（降圧）した後に出力端子１６から出力する。本来、入力端子１５及び出力端子１６は、第１巻線部品３０が取り付けられた主回路基板２０を筐体１０内に収容した後に筐体１０に対して取り付けられるが、図２及び図６では、筐体１０に対して入力端子１５及び出力端子１６が先に取り付けられた状態を示している。

主回路基板２０及び第１巻線部品３０について、図３を参照しながらさらに説明する。筐体１０内に収容される主回路基板２０は、例えば、樹脂等の絶縁材料からなるベース板の表裏面に導体からなる回路パターンを形成し、さらに樹脂等の絶縁材料によって回路パターンを覆うことにより形成される。本実施形態では、主回路基板２０はＸＹ平面に沿って延びる長方形状をなしている。主回路基板２０として、絶縁材料と回路パターン（導体層）とが交互に積層された多層基板を用いてもよい。回路パターンの導体は、主回路基板２０に対して接続する半導体素子等の電子部品に対して接続されて、電源装置１における電源回路を構成する。本実施形態における主回路基板２０には、巻線部品におけるコイルのパターンも形成されている。

主回路基板２０は、筐体１０のベースプレート１１上に載置されている。平面視において筐体１０の大きさは主回路基板２０の形状に対応したものとされているが、筐体１０の形状は適宜変更することができる。

第１巻線部品３０は、主回路基板２０に取り付けられる電子部品の１つである。電源装置１では、メイントランスとして機能する第１巻線部品３０のほか、１次側のチョークコイルである共振インダクタ３５を構成する一対の磁性体コア３６が搭載されている。その他、主回路基板２０には、入力フィルタ、整流素子、スイッチング素子等、種々の電子部品が主回路基板２０に搭載されるが、本実施形態では、電源装置１における特徴的な構成である第１巻線部品３０、共振インダクタ３５及び後述の第２巻線部品４０について抜粋して説明する。

主回路基板２０上の第１巻線部品３０は、１次側と２次側との間に配置されるメイントランスを構成する。第１巻線部品３０は、一対の磁性体コア３１（第１磁性体コア）と、主回路基板２０に形成されたパターンコイル３２（図３参照）とを含んで構成される。

メイントランスとして機能する第１巻線部品３０を構成する磁性体コア３１は、所謂ＥＩ型の磁性体コアを構成している。具体的には、主回路基板２０の上方側にＹ軸方向が長手方向となるようにＥ型コア３１Ａを配置し、下方側にＩ型コア３１Ｂ（図１４参照）を配置している。主回路基板２０には、Ｅ型コア３１Ａの脚部を挿通させるための３つの開口２１Ａ，２１Ｂ，２１ＣがＹ軸方向に沿って設けられている。Ｅ型コア３１Ａの３つの脚部は、それぞれ開口２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対して挿入される。主回路基板２０内には、中央の開口２１Ｂの周囲を巻回するように、１次側及び２次側のパターンコイル３２（図３参照）が形成されると共に、パターンコイル部分の上流側及び下流側の回路パターン（図示せず）が形成される。パターンコイル３２におけるコイルの巻数は特に限定されない。なお、共振インダクタ３５を構成する磁性体コア３６も第１巻線部品３０と同様の所謂ＥＩ型の磁性体コアであり、Ｅ型コア３６Ａ及びＩ型コア３６Ｂ（図１４参照）から構成されている。

なお、図２に示すように、主回路基板２０を載置する筐体１０のベースプレート１１は、主回路基板２０の裏面側と可能な限り熱的に接続可能とされている。ベースプレート１１と主回路基板２０との熱的な接続を行うため、両者の間にサーマルコンパウンド等を塗布してもよい。また、図２及び図６等に示すように、本実施形態の電源装置１では、第１巻線部品３０のＩ型コア３１Ｂを収容可能な凹部１７と、共振インダクタ３５のＩ型コア３６Ｂを収容可能な凹部１８と、を形成する。これにより、凹部１７，１８との段差を利用して主回路基板２０の裏面側とベースプレート１１の表面とを熱的に接続している。

以下の電源装置１に係る説明においても、特定の部材の間を「熱的に接続」する構成について説明する場合がある。本実施形態において「熱的に接続」するとは、部材間の熱量の移動が可能な状態となることをいう。この場合、特定の部材の間に、熱量の移動が可能な他の部材を挟んだ状態であっても熱量の移動が可能であれば、「熱的に接続」された状態であるということができる。熱量の移動が可能な他の部材としては、例えば、絶縁性の伝熱シート、サーマルコンパウンド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

次に、主回路基板２０及び第１巻線部品３０上に取り付けられる第１放熱板５０について、図４及び図５等を参照しながら説明する。

第１放熱板５０は、略平板状の部材であるが、主回路基板２０上に取り付けられる電子部品の形状に応じた凹凸を有している。具体的には、第１放熱板５０は、入力端子１５側から、第１平板部５１と、平板部よりも下方（主回路基板２０側）に突出して主回路基板２０のパターンコイル３２に対して熱的に接続する溝部５２と、溝部５２に連続して形成され主回路基板２０上の第１巻線部品３０の磁性体コア３１と熱的に接続するコア当接部５３と、第２巻線部品４０の取り付け位置となる巻線部品収容部５４と、巻線部品収容部５４から出力端子１６側へ延在する第２平板部５５と、を含んで構成される。

第１平板部５１は、主回路基板２０上の電子部品の高さに応じた凹凸形状を有してもよいが、略平板状とされている。本実施形態に係る電源装置１では、主回路基板２０の電子部品の一部が側壁１２の上端よりも背高である（図１４参照）ので、背高の電子部品を覆うことができるように上方に凸となった領域が形成されている。

また、第１平板部５１の裏面側には、下方の電子部品を押圧固定するための押圧支持部材が適宜取り付けられる。第１放熱板５０の場合、図５に示すように、共振インダクタ３５の磁性体コア３６Ａを押圧するバネ状の押圧支持部材７１，７２と、主回路基板２０上の半導体素子等を押圧するための複数の押圧支持部材７３とが第１平板部５１の裏面側に取り付けられる。押圧支持部材７１〜７３は、主回路基板２０上に取り付けられる電子部品のうち、特に高温となりやすい電子部品を下方に押圧するために取り付けられる。押圧支持部材により下方に押圧されることで、電子部品が主回路基板２０を介してベースプレート１１に対して熱的に接続されやすくなる。これにより、電子部品からの放熱を好適に行うことができる。

第１放熱板５０の溝部５２は、Ｙ軸方向に沿って筐体１０内を横断するように延び、ＸＹ平面と平行な底面部５２ａと、底面部５２ａを挟んで対向して上方に延びる側壁部５２ｂとを有する。溝部５２は、底面部５２ａが主回路基板２０と熱的に接続可能となる高さ位置になるように、その形状が規定されている。底面部５２ａの下方には、主回路基板２０のパターンコイル３２が設けられている。すなわち、第１放熱板５０の溝部５２は、主回路基板２０に取り付けられた第１巻線部品３０のパターンコイル３２と熱的に接続される。

コア当接部５３は、溝部５２の側壁部５２ｂから連続して形成され、ＸＹ平面に沿って延びる平板状の領域であり、組み立て時に第１巻線部品３０の磁性体コア３１Ａと熱的に接続可能な高さ位置とされる。また、コア当接部５３から連続して、第２巻線部品４０を収容するための凹部である巻線部品収容部５４が形成される。巻線部品収容部５４は、Ｙ軸方向に沿って延びる底面部５４ａを有する。底面部５４ａはコア当接部５３よりも低い高さ位置である。したがって、コア当接部５３と、巻線部品収容部５４の底面部５４ａとの間には段差が形成される。

第１放熱板５０の溝部５２の底面部５２ａから見た場合、溝部５２を形成する一方側の側壁部５２ｂ、コア当接部５３、及び、コア当接部５３と巻線部品収容部５４の底面部５４ａとの間の段差部分は、上方（＋Ｚ軸方向）に突出した形状となる。この上方に突出した形状の内側には、図１４に示すように、第１巻線部品３０の磁性体コア３１Ａが配置される。すなわち、第１放熱板５０は、磁性体コア３１Ａを覆うような形状となっていて、各面（側壁部５２ｂ、コア当接部５３、及び、コア当接部５３と底面部５４ａとの間の段差部分）がそれぞれ磁性体コア３１Ａと熱的に接続される。なお、コア当接部５３には、開口が形成されているが、開口を備えていなくてもよい。

巻線部品収容部５４には、後述の第２巻線部品４０を取り付けるために底面部５４ａから突出する位置決め部５４ｂが設けられている。位置決め部５４ｂは、平板の巻線部品収容部５４の一部を切り欠いて折り曲げて形成されている。

巻線部品収容部５４と、ＸＹ平面に沿って延びる第２平板部５５とは、第２巻線部品４０と下方の主回路基板２０とが当接することを防止するために両者の間を区切る機能も備えている。第２平板部５５には、上方の第２巻線部品４０と下方の主回路基板２０との電気的接続を確保するための開口５５ａ及び放熱のための開口５５ｂ（放熱用開口）が形成される。開口５５ａの位置及び形状等は、主回路基板２０と第２巻線部品４０との接続方法等によって適宜変更される。電源装置１では、第２巻線部品４０と下方の主回路基板２０との電気的接続を確保する開口５５ａが２つ設けられ、主回路基板２０に取り付けられた接続端子が下方から開口５５ａに挿入されて、上部の第２巻線部品４０との電気的接続を行う。また、放熱用の開口５５ｂには、筐体１０の一部が下方から挿入され、上部の第２巻線部品４０と熱的に接続する構成とすることで、第２巻線部品４０からの放熱性が高められている。

上記の筐体１０、第１巻線部品３０を備える主回路基板２０、及び第１放熱板５０の組み立て方法を図６に示す。まず筐体１０内に第１巻線部品３０が取り付けられた主回路基板２０を収容する。このとき、磁性体コア３１，３６のＩ型コア３１ｂ、３６ｂがそれぞれ筐体１０の凹部１７，１８に収容される。主回路基板２０は、筐体１０のベースプレート１１に対してネジ留め固定される。

その後、主回路基板２０を覆うように第１放熱板５０が取り付けられる。このとき、溝部５２が主回路基板２０との間、及び、コア当接部５３と磁性体コア３１との間がそれぞれ熱的に接続された状態で、筐体１０に対して第１放熱板５０が取り付けられる。そして、筐体１０の側壁１２に対して第１放熱板５０の周縁がネジ留め固定されることで、第１放熱板５０が筐体１０に対して固定される。

次に、第２巻線部品４０を第１放熱板５０上に取り付ける。まず、第２巻線部品４０について、図７及び図８を参照しながら説明する。第２巻線部品４０は、電源装置１において平滑部品として機能する部品である。

第２巻線部品４０は、コイル部４１と、出力端子１６と接続するためのバスバー４２と、コイル部４１に取り付けられる一対の磁性体コア４３（第２磁性体コア）と、磁性体コア４３とコイル部４１との間に設けられるスペーサ４４と、バスバー４２に取り付けられるノイズ除去用のフェライトコア４５とを含んで構成される。コイル部４１、磁性体コア４３及びスペーサ４４がチョークコイルを形成する。

コイル部４１は、略円環状であって、間を隔てて並設された有端リング状の２つの巻線部材４１Ａ，４１Ｂを連結したものである。巻線部材４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ板金を折り曲げ加工することにより形成することができる。巻線部材４１Ａの一端部は後述のように、主回路基板２０の電子部品とネジ４６を用いた固定によって接続される。巻線部材４１Ａの他端部は、巻線部材４１Ｂの一端部とネジ４７を用いた固定により連結されている。巻線部材４１Ｂの他端部は、バスバー４２とネジ４８を用いた固定により連結されている。これにより巻線部材４１Ａ，４１Ｂは巻数が２ターンのコイルを形成する。なお、コイル部４１は、上述のように複数の巻線部材をネジを用いた固定により連結してもよいし、１枚の板金を折り曲げ加工等により加工してコイルを形成してもよい。また、コイル部４１は、図７及び図８に示す形状に限定されない。

磁性体コア４３は、フェライトコアであって、２つのＥ型コア４３Ａ，４３Ｂにより構成される。Ｅ型コア４３Ａ，４３Ｂはそれぞれ３つの脚部を有し、３つの脚部が対向するように取り付けられる。取り付け時には、Ｅ型コア４３Ａ，４３Ｂの中央の脚部が巻線部材４１Ａ，４１Ｂの中央の開口を通過するように取り付けられる。Ｅ型コア４３Ａ，４３Ｂを取り付ける際には、巻線部材４１Ａ，４１Ｂはスペーサ４４と一体的に組み立てられた状態となっている。巻線部材４１Ａ，４１Ｂに対するＥ型コア４３Ａ，４３Ｂの位置決めは、スペーサ４４に設けられるガイド部を利用して行われる。

スペーサ４４は、図７及び図８に示すように、巻線部材４１Ａ，４１Ｂの積層方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる側壁部４４ａ，４４ｂと、側壁部４４ａ，４４ｂの図示上方側の端部同士をそれぞれ連結する円環状の連結部４４ｃと、側壁部４４ａ，４４ｂの図示下方側の端部同士を連結する円環状の連結部４４ｄと、連結部４４ｃ，４４ｄの間に設けられ、側壁部４４ａ，４４ｂに対して接続する円環状の区画部４４ｅと、を含んで構成される。

スペーサ４４の連結部４４ｃ，４４ｄには、外方へ突出する複数のガイド部４４ｆが複数設けられる。このガイド部４４ｆは、磁性体コア４３を取り付ける際の位置決めの部材として機能すると共に、磁性体コア４３が振動等により動くことを防止する。

スペーサ４４の連結部４４ｄと区画部４４ｅとの間に巻線部材４１Ａが挿入される。また、スペーサ４４の連結部４４ｃと区画部４４ｅとの間に巻線部材４１Ｂが挿入される。このとき、巻線部材４１Ａ，４１Ｂの端部が同一側となるように、同一方向から挿入する。その後、巻線部材４１Ａ，４１Ｂの端部同士をネジ４６により固定することで、巻線部材４１Ａ，４１Ｂ及びスペーサ４４が一体化される。このとき、ガイド部４４ｆに沿って磁性体コア４３を取り付けることで、コイル部４１及びスペーサ４４に対する位置決めが容易となる。その後、巻線部材４１Ａ，４１Ｂの開口を貫く軸線に沿って、一体化された巻線部材４１Ａ，４１Ｂ及びスペーサ４４を挟み込むように、Ｅ型コア４３Ａ，４３Ｂが配置される。これにより、コイル部４１、磁性体コア４３及びスペーサ４４が一体化される。

さらに、巻線部材４１Ｂの端部に対してノイズ除去用のフェライトコア４５が取り付けられたバスバー４２の一端側をネジ４８により接続することで、平滑部品としての第２巻線部品４０が形成される。なおバスバー４２の他端側は、ネジ４９により出力端子１６に対して接続される。

ここで、巻線部材４１Ａは第１放熱板５０の開口５５ｂを介して筐体１０と熱的に接続するための接続端子４０１を備える。また、巻線部材４１Ｂは第１放熱板５０の開口５５ｂを介して筐体１０と熱的に接続するための接続端子４０２を備える。この接続端子４０１，４０２を介して、第２巻線部品４０に含まれる導体部分（コイル部４１及びバスバー４２）が筐体１０と熱的に接続される。筐体１０と熱的に接続されることで第２巻線部品４０の導体で発生した熱を筐体１０に対して好適に放熱することができる。したがって、第２巻線部品４０の放熱性が高められる。

上記の第２巻線部品４０は、図９に示すように、筐体１０上に対して固定された第１放熱板５０の上方に取り付けられる。第２巻線部品４０のＥ型コア４３Ｂは、巻線部品収容部５４内に載置される。このとき、Ｅ型コア４３Ｂは、位置決め部５４Ｂによって位置決めされると共に、位置決め部５４ＢによってＹ軸方向への移動が規制される。また、第２平板部５５に形成された２つの開口５５ａ内に挿入された主回路基板２０からの接続端子２７（図３及び図４も参照）に対して第２巻線部品４０のネジ４６，４８が固定される。このとき、接続端子４０１，４０２が第２平板部５５の開口５５ｂ内に挿入された筐体１０の突出部１９（図９参照）と熱的に接続する。さらに、バスバー４２の端部が、ネジ４９により出力端子１６に対して接続される。これにより、第２巻線部品４０が第１放熱板５０上に取り付けられる。

次に、第２巻線部品４０上に取り付けられる第２放熱板６０について、図１０〜図１２等を参照しながら説明する。

第２放熱板６０は、第２巻線部品４０を覆った状態で第１放熱板５０に対して固定される略平板状の部材である。第２放熱板６０は、第２巻線部品４０の上方を覆うため、上方に突出する領域が設けられる。また、第２放熱板６０は、第１放熱板５０に対して熱的に接続する領域を増やすことで、第２放熱板６０からの放熱性を高めると共に、筐体１０に設けられるフィンとは別に上方（＋Ｚ軸方向）に突出するフィンを備えることで、第２放熱板６０からの放熱性を更に高める構成となっている。

第２放熱板６０は、平板状であって、第２巻線部品４０を覆う形状の凹部６１ａを有する平板部６１と、平板部６１に対して取り付けられる放熱部材６２と、第２巻線部品４０を上方から押圧支持するバネ状の押圧支持部材６３，６４と、を備える。また、出力端子１６の周囲を覆うように開口６５が形成されている。

放熱部材６２は、本体部６２ａと、本体部６２ａから一方側に突出する３枚のフィン６２ｂ〜６２ｄとを有する。そして、平板部６１に設けられた３つの開口６１ｂ〜６１ｄに対して３枚のフィン６２ｂ〜６２ｄが下方（−Ｚ軸方向）から挿入された状態で、平板部６１に対してネジ留め固定される。放熱部材６２は熱伝導性を有する材料から形成されていて、平板部６１の裏面側で固定される本体部６２ａの形状は、第２放熱板６０の平板部６１と、第１放熱板５０とを熱的に接続する形状とされている。すなわち、本体部６２ａの底面形状は、第１放熱板５０の溝部５２及びコア当接部５３に対応した形状である（図１４参照）。そして、第２放熱板６０を取り付けた際には、放熱部材６２も第１放熱板５０と熱的に接続される。

また、図１１、図１２に示す押圧支持部材６３，６４は、第２巻線部品４０のＥ型コア４３Ａを押圧支持する。なお、押圧支持部材６３と押圧支持部材６４との間に、熱伝導性を有する部材を備え、この部材とＥ型コア４３Ａ及び第２放熱板６０とを熱的に接続させることにより、第２巻線部品４０のＥ型コア４３Ａから第２放熱板６０へ伝熱させることができる。第２放熱板６０は上面側が外部に晒されているので、外部への放熱性が高い。また、第２放熱板６０では、フィン６２ｂ〜６２ｄを利用して放熱が促進されている。

上記の第２放熱板６０は、図１３等に示すように、周縁が第１放熱板５０に対してネジ留め固定される。また、第２放熱板６０の開口６５が出力端子１６の周囲と当接した状態で固定される。これによって、図１４に示すように、第２巻線部品４０の周囲が第２放熱板６０に覆われた状態で、第２放熱板６０が第１放熱板５０に対して固定される。

ここで、電源装置１のＸＺ平面に沿った断面図である図１４に示すように、第１巻線部品３０の磁性体コア３１Ａの上面は、第１放熱板５０のコア当接部５３によって熱的に接続される。また、磁性体コア３１Ａの側面は、第１放熱板５０の溝部５２の側壁部５２ｂ及び巻線部品収容部５４の段差部分と熱的に接続される。また、第１巻線部品３０において、主回路基板２０に形成されたパターンコイル３２に対しても第１放熱板５０の溝部５２が当接する。このように、電源装置１における第１放熱板５０は、第１巻線部品３０の磁性体コア３１Ａの上部及び側面と、パターンコイル３２とに対して同時に熱的に接続可能な構成を備える。

第１巻線部品３０は、主回路基板２０と一体化された状態で、筐体１０のベースプレート１１上に載置されるので、従来から第１巻線部品３０で発生した熱はベースプレート１１側へ放出されていた。しかしながら、上方側、特に主回路基板２０よりも上方で発生した熱については、ベースプレート１１への放熱が不十分となることも考えられる。特に、第１巻線部品３０がメイントランスとして機能する本実施形態の電源装置１のように、第１巻線部品３０で発生する熱量が大きい場合には、第１巻線部品３０の下方からの放熱だけは放熱が不十分となり、電源装置としての性能が低下する可能性も考えられる。下方からの放熱だけで巻線部品を適切に冷却しようとすると、フィン１３を冷却するための冷却空気の温度を下げるか移動速度を大きくして、フィン１３を用いた冷却効率を向上させる必要があった。この場合、フィン１３を用いた冷却効率を向上させるための装置の追加や大型化が必要となることも考えられた。

これに対して、本実施形態に係る電源装置１では、第１巻線部品３０における磁性体コア３１Ａの上部及びパターンコイル３２を第１放熱板５０が覆い、第１放熱板５０と磁性体コア３１Ａとの間、及び第１放熱板５０及びパターンコイル３２との間が熱的に接続される構成とすることで、第１巻線部品３０の上方からも第１放熱板５０を介した放熱が行われる。これにより、電源装置１の上方からも放熱が可能となるため、放熱性が向上する。

第１放熱板５０は、主回路基板２０上の電子部品よりも上方に設けられる第１平板部５１は外部に露出しているので、第１平板部５１からの放熱が好適に行われる。また、第１巻線部品３０上方では、図１４に示すように、第１放熱板５０の上方に第２放熱板６０が重なる構成となっているが、第２放熱板６０の放熱部材６２が第１放熱板５０と熱的に接続されている。したがって、第１巻線部品３０からの熱は、第１放熱板５０から放熱されるだけではなく、放熱部材６２を介して第２放熱板６０へも放熱される。第２放熱板６０は上方が外部に露出しているので、第２放熱板６０からの放熱が好適に行われる。また、第１放熱板５０と熱的に接続する放熱部材６２は、第２放熱板６０の平板部６１から上方に突出するフィン６２ｂ〜６２ｄを備えている。したがって、第１放熱板５０からの熱は、フィン６２ｂ〜６２ｄを介した放出が可能となっているため、放熱性が高められている。

さらに、第１放熱板５０上には第２巻線部品４０が積層されるが、第２巻線部品４０は、下方が第１放熱板５０と熱的に接続すると共に上方が第２放熱板６０の押圧支持部材６３，６４を介して第２放熱板６０と熱的に接続されている。したがって、第２巻線部品４０で発生した熱についても、第１放熱板５０及び第２放熱板６０を介して外部に好適に放出できる。

また第２巻線部品４０を第１放熱板５０上に配置することで、第１巻線部品３０と第２巻線部品４０とを近接配置することができる。具体的には、図１４に示すように、第１巻線部品３０のパターンコイル３２が形成される領域の上部に第２巻線部品４０の磁性体コア４３Ａ，４３Ｂが配置される。従来の電源装置では、高温となりがちな巻線部品同士を近接配置することは困難であり、このことが装置の大型化につながっていた。これに対して、本実施形態の電源装置１では、第１巻線部品３０及び第２巻線部品４０からの放熱経路を十分に確保する構成とした上で、これらを近接配置する構成としている。これにより、電源装置１は、放熱性を十分維持しつつ小型化を実現している。また、電源装置１からの放熱性が高められているので、フィン１３を冷却するための冷却空気に係る設備を増強しなくてもよく、電源装置１の周辺装置の大型化等も不要となる。

以上、本発明の一実施形態の電源装置について説明したが、本発明は、上記実施形態の態様に限定されない。

例えば、上記実施形態では、１枚の主回路基板２０が筐体１０に収容された構成について説明したが、筐体１０に収容される回路基板の数及び形状は特に限定されない。また、第１放熱板５０及び第２放熱板６０の形状についても、例えば、主回路基板２０における電子部品の配置等に応じて適宜変更することができる。また、第１巻線部品３０及び第２巻線部品４０の形状についても適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、第１巻線部品３０の上方の第２放熱板６０が上方からの放熱用のフィン６２ｂ〜６２ｄを備える構成について説明したが、放熱用のフィン６２ｂ〜６２ｄを第１放熱板５０に設ける構成とすることもできる。上記実施形態では、第１巻線部品３０の上方で、第１放熱板５０と第２放熱板６０とが積層されている場合について説明したが、第１巻線部品３０の上方には少なくとも第１放熱板５０が設けられていればよい。また、第２放熱板６０は、少なくとも第２巻線部品４０を覆う構成であればよい。この場合、第１巻線部品３０からの熱をより好適に放出するためには、第１放熱板５０の表面から上方に延びるフィンを取り付ける構成とすることも考えられる。このように、第１放熱板５０、第２放熱板６０及びフィンの取り付け位置等は適宜変更することができる。

１…電源装置、１０…筐体、１１…ベースプレート、１２…側壁、２０…主回路基板、３０…第１巻線部品、３１…磁性体コア、３２…パターンコイル、４０…第２巻線部品、４１…コイル部、５０…第１放熱板、５２…溝部、５３…コア当接部、５４…巻線部品収容部、６０…第２放熱板、６１…平板部、６２…放熱部材。

Claims

回路基板と、
前記回路基板に搭載される第１磁性体コアと、前記回路基板に形成されたパターンコイルとを有する第１巻線部品と、
前記回路基板を収容する筐体と、
前記第１巻線部品の前記パターンコイル及び前記第１磁性体コアに対して、前記回路基板の上方から熱的に接続する第１放熱板と、を備え、
前記第１放熱板は、前記パターンコイル及び前記磁性体コアに対して、前記回路基板の上方から熱的に接続する領域とは異なる領域に、平板状の巻線部品収容部を有し、
コイル部と前記コイル部に対して取り付けられる第２磁性体コアとを有する第２巻線部品が前記巻線部品収容部上に設けられ、
前記第２巻線部品と熱的に接続すると共に、前記第２巻線部品の上方を覆う第２放熱板をさらに備える電源装置。
前記巻線部品収容部は、前記第２磁性体コアを位置決めするための位置決め部を有する請求項１に記載の電源装置。
前記第１放熱板は、前記第２巻線部品と前記回路基板とを電気的に接続するための開口を有する請求項１又は２に記載の電源装置。
前記第１放熱板は、前記第２巻線部品と前記回路基板とを電気的に接続するための開口とは異なる放熱用開口を有し、
前記第２巻線部品のコイル部は放熱用の接続端子を備え、
前記接続端子が前記放熱用開口を介して前記筐体と熱的に接続される請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源装置。
前記第２放熱板の裏面に、前記第２巻線部品を押圧支持するための押圧支持部材を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源装置。
前記第１放熱板または前記第２放熱板には、上方に延びるフィンが取り付けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置。