JP7162545B2

JP7162545B2 - 車載充電器

Info

Publication number: JP7162545B2
Application number: JP2019014238A
Authority: JP
Inventors: 大貴三宅; 義生暮石; 真太朗佐藤; 圭一藤澤; 晃治福田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020123656A

Description

この発明は、電気自動車の車載充電器に関するものである。

車載充電器は、変圧器又はリアクトル等の磁気装置を備える。磁気装置の中には、コイルパターンが形成された基板と、上記基板に取り付けられたコアとを有する、いわゆる「プレーナ型」の磁気装置がある。従来の車載充電器は、プレーナ型の磁気装置が縦向きに筐体に設置された構造である。磁気装置が縦向きで筐体に設置されると、磁気装置の基板が筐体に垂直な状態となり磁気装置の周囲を筐体のヒートシンクが囲むため、基板に形成されたコイルパターンが発する熱は、磁気装置の両面からヒートシンクへ放熱される（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／１８７４７８号

車載充電器を車両に搭載するためのスペースを小型化するために、車載充電器の低背化が要求されている。車載充電器を低背化するために、従来縦向きに設置されていた磁気装置を横向きに設置することが考えられる。磁気装置が横向きで筐体に設置されると、磁気装置の基板が筐体に平行な状態となり筐体のヒートシンクに磁気装置の片面しか接しないため、冷却効果が減少するという課題があった。

また、従来は、縦向きに設置された磁気装置の両面にヒートシンクが存在するため、ヒートシンクが電磁シールドとして機能し、磁気装置が発する磁気ノイズによる筐体内部品への影響が抑制されていた。一方、磁気装置が横向きに設置された場合、磁気装置の片面はヒートシンクにより電磁ノイズがシールドされるが、磁気装置のもう片面は開放された状態となるため、ヒートシンクによる電磁シールド効果が減少するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、横向きに設置されたプレーナ型の磁気装置に対する冷却効果及び電磁シールド効果を得ることを目的とする。

この発明に係る車載充電器は、コイルパターンが形成された基板、及び基板に取り付けられたコアを有するプレーナ型の磁気装置と、基板の片面に対向する基板対向面、及び基板対向面よりも深い位置でコアの片面に対向するコア対向面が形成された凹部を、底部に有するヒートシンクと、コアの片面とコア対向面との間に充填される放熱材と、凹部の開口部を遮蔽した状態で、凹部に収容された磁気装置を押圧することにより基板の片面を基板対向面に当接させると共にコアの片面をコア対向面に向けて押圧する金属製の押圧部材とを備え、基板対向面及びコア対向面は、凹部の底部に、一体的にかつ階段状に形成されるものである。

この発明によれば、金属製の押圧部材を用いて磁気装置の基板とコアとがヒートシンクに押圧するようにしたので、横向きに設置されたプレーナ型の磁気装置に対する冷却効果及び電磁シールド効果を得ることができる。

実施の形態１に係る車載充電器１の構成例を示す分解図である。図１に示される車載充電器１のうち、磁気装置５を収容する構成部分を示す分解図である。図１に示される車載充電器１のうち、磁気装置５を収容する構成部分を示す組立図である。図３のＡ－Ａ線に沿って切断した、磁気装置５を収容する構成部分の断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車載充電器１の構成例を示す分解図である。車載充電器１は、主として、筐体２、蓋体３、メイン基板４、及び磁気装置５を備える。筐体２は、外形が略直方体状であり、アルミニウム等の金属を用いた鋳造品、いわゆる「ダイカスト成形品」であり、ヒートシンクとして機能する。この筐体２には、磁気装置５を収容するための凹部６ａが設けられている。後述する図２等では、ヒートシンクとして機能する筐体２のうちの凹部６ａが設けられた部分が、ヒートシンク６として抜粋して示される。なお、例えば、筐体２に図示しない貫通穴が形成され、この貫通穴内を冷却液が流れてヒートシンク６を冷却する構成になっていてもよい。または、筐体２が図示しない放熱装置と熱的に接続自在な接続部を有し、ヒートシンク６の熱をこの接続部を介して放熱装置へ伝える構成になっていてもよい。

筐体２の内部には、複数の半導体素子９～１７が設置されている。個々の半導体素子９～１７は、トランジスタ及びダイオード等により構成されている。

筐体２の開口部は、樹脂製又は金属製の蓋体３により覆われている。蓋体３は、図示しないネジ等を用いて筐体２に固定されている。筐体２と蓋体３との間には、メイン基板４が配置されている。すなわち、メイン基板４は、凹部６ａの開口部、及び半導体素子９～１７と対向配置されている。

メイン基板４は、図示しない電気回路を有している。また、メイン基板４は、半導体素子９～１７の電極、及び磁気装置５の電極５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを貫通させるための、図示しない複数のスルーホールを有している。半導体素子９～１７及び磁気装置５の各電極がメイン基板４のスルーホールに貫通された状態ではんだ付けさることにより、半導体素子９～１７及び磁気装置５と上記電気回路とが電気的に接続されている。

このようにして、車載充電器１の要部が構成されている。なお、図１に示される構成部材のうち、蓋体３は必須の構成部材ではない。車載充電器１から蓋体３が除去されることにより、車載充電器１の低背化が図られていてもよい。

車載充電器１は、例えば、ＯＢＣ（ＯｎＢｏａｒｄＣｈａｒｇｅｒ）として用いられる。ＯＢＣは、ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、又はＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の電気自動車に搭載される。ＯＢＣは、家庭用電源又は専用の充電スタンド等の外部電源を用いて、車両の駆動用バッテリを充電するものである。このＯＢＣにおいて、磁気装置５は、リアクトル又は変圧器等として用いられる。

図２は、図１に示される車載充電器１のうち、磁気装置５を収容する構成部分を示す分解図である。図３は、図１に示される車載充電器１のうち、磁気装置５を収容する構成部分を示す組立図である。図４は、図３のＡ－Ａ線で切断した、磁気装置５を収容する構成部分の断面図である。図２、図３、及び図４に示されるヒートシンク６は、図１に示される筐体２のうちの凹部６ａが設けられた部分の抜粋である。なお、図１においては、押圧部材８がメイン基板４に隠れて見えていない。図２においては、放熱材７は図示されていない。図４においては、押圧部材８は図示されていない。

プレーナ型の磁気装置５は、略長方形状の基板５ａと、この基板５ａに取り付けられたコア５ｈ，５ｇとを有している。図４に示されるように、基板５ａは多層基板であり、この多層基板の内層にはコイルパターン５ｂが形成されている。コイルパターン５ｂの各端部は、基板５ａの片面に設けられた電極５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆと電気的に接続されている。電極５ｃ，５ｄと、電極５ｅ，５ｆとは、基板５ａの中央部を中心とした点対称の位置に配置されている。

基板５ａの中央部には、貫通穴が形成されている。Ｅ型のコア５ｇの中脚部と、Ｅ型のコア５ｈの中脚部とは、基板５ａの中央部に形成された貫通穴において当接している。コア５ｇの一方の外脚部と、コア５ｈの一方の外脚部とは、基板５ａの一辺の外側において当接している。コア５ｇの他方の外脚部と、コア５ｈの他方の外脚部とは、基板５ａの上記一辺に対向する一辺の外側において当接している。コア５ｇとコア５ｈとは、図示しない粘着テープ等により一体化されている。なお、コア５ｇ，５ｈの形状はＥ型に限定されるものではない。

ヒートシンク６は、磁気装置５を横向きに収容するための凹部６ａを有している。この凹部６ａに熱伝導性の高い放熱材７が充填され、放熱材７が充填された状態の凹部６ａに磁気装置５が配置されることになる。放熱材７は、凹部６ａへの充填時に流動性を有する熱伝導性の高いポッティング材等であり、磁気装置５と凹部６ａとの隙間を塞いで密着性を高めると共に熱伝導性を高める。この凹部６ａの底部には、基板５ａの片面に対向する基板対向面６ｂと、基板対向面６ｂよりも深い位置でコア５ｈの片面に対向するコア対向面６ｃとが、階段状に形成されている。以下では、凹部６ａの開口部側を上、凹部６ａの底面側を下とする。

凹部６ａの外側には、ボス６ｄ，６ｅが形成されている。ボス６ｄには、ネジ１８を締結するためのネジ穴６ｆが形成されている。ボス６ｅにも、ネジ１９を締結するためのネジ穴６ｇが形成されている。

押圧部材８は、板金等の金属製である。押圧部材８は、ヒートシンク６に固定され、凹部６ａの開口部を遮蔽している。この押圧部材８の中央部には、弾性を有する押圧部８ａが形成されている。押圧部８ａは、例えば、板金に形成されたＵ字状のスリットの開放側を自由端、屈曲側を固定端とする片持ちバネである。この片持ちバネは、下に凸となる湾曲形状になっている。押圧部材８の中心に対して点対称の位置には、引っ掛け部８ｂ，８ｃが形成されている。同様に、押圧部材８の中心に対して点対称の位置には、貫通穴８ｄ，８ｅが形成されている。引っ掛け部８ｂ，８ｃは、押圧部材８の縁部から突出した形状の突出舌片が下側に折り曲げられた構成である。貫通穴８ｄ，８ｅは、押圧部材８の縁部から突出した形状の突出舌片に形成された穴である。なお、引っ掛け部８ｂ，８ｃ及び貫通穴８ｄ，８ｅは点対称に配置されていればよく、個数は任意でよい。ただし、引っ掛け部８ｂ，８ｅは、基板５ａの電極５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆに接触しない大きさである。また、貫通穴８ｄ，８ｅは、ヒートシンク６のボス６ｄ，６ｅに対応する位置に配置される。

引っ掛け部８ｂ，８ｃは、凹部６ａの上端部に引っ掛かることにより、ヒートシンク６に対する押圧部材８の位置決めを行う。ヒートシンク６に対して押圧部材８が位置決めされた状態で、ネジ１８，１９によってヒートシンク６に押圧部材８が固定される。具体的には、ネジ１８が、押圧部材８に形成された貫通穴８ｄに通されてボス６ｄのネジ穴６ｆに締結されると共に、ネジ１９が、押圧部材８に形成された貫通穴８ｅに通されてボス６ｅのネジ穴６ｇに締結されることにより、押圧部材８がヒートシンク６に固定される。押圧部材８がヒートシンク６に固定された状態において、押圧部８ａは、コア５ｇの上面を下方向へ押圧する。この押圧力により、コア５ｇと一体になっている基板５ａの下面が凹部６ａの基板対向面６ｂに当接する。

従来は、磁気装置が縦向きの状態でヒートシンク内に設置されており、ヒートシンクが磁気装置の両面から基板とコアとを冷却する構造となっていた。これに対し、実施の形態１では、車載充電器１の低背化を実現するために、磁気装置５が横向きの状態でヒートシンク６の凹部６ａに設置される。そのため、磁気装置５は、下面からのみ冷却される。従来構造と異なり磁気装置５の下面からのみ冷却される実施の形態１の車載充電器１においては、放熱能力の向上が必要となる。そこで、実施の形態１では、押圧部材８の押圧部８ａが磁気装置５を押圧することにより、基板５ａと基板対向面６ｂとを確実に当接させる。即ち磁気装置５において、発熱量が大きく冷却の必要性が最も高い部分は、基板５ａである。この基板５ａをヒートシンク６の基板対向面６ｂに直接押圧することにより、従来に比し基板５ａの放熱能力を向上させている。またコア５ｈの下面とコア対向面６ｃとは予め設計された位置に正しく位置決めしなければ放熱能力にばらつきが生じる。本実施の形態では押圧部材８の押圧力により、基板５ａを基板対向面６ｂに当接させると同時にコア５ｈの下面の位置決めとを両立している。これにより、磁気装置５の放熱能力が向上し、磁気装置５の必要部分が十分に冷却される。また、押圧部材８の押圧部８ａが磁気装置５を押圧するということは具体的には、凹部６ａに充填されている放熱材７の抵抗により磁気装置５が浮くことを防止する。これにより、設計値通りの放熱能力を定量的に得ることができる。これらのことから、車載充電器１の低背化を実現するために磁気装置５を横向きにした場合でも冷却効果を維持することができる。

電気自動車の航続距離を長くするためにバッテリ容量を大きくすると、磁気装置５のコイルパターン５ｂに流れる電流が増大するため、磁気装置５の発熱量も増大する。これは特に基板５ａの発熱量の増大として現れる。この場合にも、ヒートシンク６による磁気装置５の放熱能力向上により、磁気装置５が十分に冷却される。よって、車載充電器１を採用することにより、電気自動車の航続距離を長くすることができる。

磁気装置５のコイルパターン５ｂに電流が流れると、電磁ノイズが発生し、電磁環境両立性（ＥＭＣ）が悪化する。従来構造では、磁気装置の両面がヒートシンクにより囲われていたため、電磁ノイズによる車載充電器の内部部品への影響が抑制されていた。これに対し、実施の形態１では、車載充電器１の低背化を実現するために、磁気装置５が横向きの状態でヒートシンク６の凹部６ａに設置されるため、磁気装置５の上面が開放され、電磁ノイズが半導体素子９～１７及びメイン基板４等に影響を及ぼす。そのため、従来構造と異なり磁気装置５の上面が開放される実施の形態１の車載充電器１においては、電磁ノイズ対策が必要となる。実施の形態１では、押圧部材８が磁気装置５の上面を覆うことにより、押圧部材８が電磁シールドとして機能し、電磁ノイズによる半導体素子９～１７及びメイン基板４等への影響を抑制することができる。また、引っ掛け部８ｂ，８ｃがヒートシンク６に引っ掛かることで、凹部６ａの開口部と押圧部材８との隙間を塞ぐため、電磁シールド効果をさらに向上させることができる。

以上のように、実施の形態１に係る車載充電器１は、磁気装置５と、ヒートシンク６と、放熱材７と、押圧部材８とを備える。プレーナ型の磁気装置５は、コイルパターン５ｂが形成された基板５ａと、基板５ａに取り付けられたコア５ｇ，５ｈとを有する。ヒートシンク６は、基板５ａの片面に対向する基板対向面６ｂと、基板対向面６ｂよりも深い位置でコア５ｈの片面に対向するコア対向面６ｃとが形成された凹部６ａを有する。放熱材７は、凹部６ａに設けられる。金属製の押圧部材８は、凹部６ａの開口部を遮蔽した状態で、凹部６ａに収容された磁気装置５を押圧することにより基板５ａの片面を基板対向面６ｂに当接させると共にコア５ｈの片面をコア対向面６ｃに当接させる。この構成により、横向きに設置されたプレーナ型の磁気装置５に対する冷却効果及び電磁シールド効果を得ることができる。よって、低背化を実現した車載充電器１の提供が可能となる。

また、実施の形態１の押圧部材８は、ヒートシンク６に引っ掛かってヒートシンク６に対する位置決めを行う引っ掛け部８ｂ，８ｃを有する。引っ掛け部８ｂと引っ掛け部８ｃとは、押圧部材８の中心に対して点対称の位置に配置されている。この構成により、押圧部材８をヒートシンク６に固定する際、押圧部材８を１８０度回転させても支障なくヒートシンク６に位置決めして固定することができる。よって、車載充電器１の組立性が向上する。

また、実施の形態１の基板５ａは、多層基板であって、コイルパターン５ｂは、多層基板の内層に形成されている。コイルパターン５ｂが基板５ａの表層及び裏層に形成されている場合、コイルパターン５ｂを基板対向面６ｂに直接当接させることができないため、基板５ａと基板対向面６ｂとの当接面積を広く確保することができず冷却効果が小さい。これに対し、基板５ａの表層及び裏層にコイルパターン５ｂが存在しない場合、基板５ａと基板対向面６ｂとの当接面積を広くすることができるようになり、冷却効果を向上させることができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１車載充電器、２筐体、３蓋体、４メイン基板、５磁気装置、５ａ基板、５ｂコイルパターン、５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ電極、５ｇ，５ｈコア、６ヒートシンク、６ａ凹部、６ｂ基板対向面、６ｃコア対向面、６ｄ，６ｅボス、６ｆ，６ｇネジ穴、７放熱材、８押圧部材、８ａ押圧部、８ｂ，８ｃ引っ掛け部、８ｄ，８ｅ貫通穴、９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７半導体素子、１８，１９ネジ。

Claims

コイルパターンが形成された基板、及び前記基板に取り付けられたコアを有するプレーナ型の磁気装置と、
前記基板の片面に対向する基板対向面、及び前記基板対向面よりも深い位置で前記コアの片面に対向するコア対向面が形成された凹部を、底部に有するヒートシンクと、
前記コアの前記片面と前記コア対向面との間に充填される放熱材と、
前記凹部の開口部を遮蔽した状態で、前記凹部に収容された前記磁気装置を押圧することにより前記基板の前記片面を前記基板対向面に当接させると共に前記コアの前記片面を前記コア対向面に向けて押圧する金属製の押圧部材とを備え、
前記基板対向面及び前記コア対向面は、前記凹部の底部に、一体的にかつ階段状に形成される
ことを特徴とする車載充電器。
前記押圧部材は、前記ヒートシンクに引っ掛かって前記ヒートシンクに対する位置決めを行う複数の引っ掛け部を有し、前記複数の引っ掛け部は、前記押圧部材の中心に対して点対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の車載充電器。
前記基板は、多層基板であって、前記コイルパターンは、前記多層基板の内層に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車載充電器。