JP7460592B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品ユニットと、電子部品ユニットを収容する導電性の筐体と、を備える電源装置に関する。

従来から、例えば、ハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリとインバータとの間における電力変換等の目的で、ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一般に、電力変換を行うための電子部品ユニットを金属製の筐体の中に収容した構造を有している。

特開２０１９－１９３５１７号公報

ところで、一般に、電子部品等への通電時には、本来は通電されている回路内に留まるべき電流の一部が、回路内外に不可避的に存在する浮遊容量等を介してグラウンド（ＧＮＤ）に漏出するとともに、漏出した電流（いわゆる、ノイズ電流）が他の浮遊容量等を介して再び回路内に還流する現象が生じる。このようなノイズ電流に起因して生じるノイズは、コモンモードノイズと呼ばれる。特に、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータのように、大電流かつ高周波でのスイッチング制御が電子部品ユニットで行われる場合、コモンモードノイズの影響が大きくなることが知られている。そこで、コモンモードノイズがＤＣ／ＤＣコンバータの作動に及ぼす影響を低減し、ＤＣ／ＤＣコンバータが本来の機能を適正に発揮できるよう、コモンモードノイズへの対策が求められている。なお、上記説明から理解されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータに限らず、他の電源装置においても、コモンモードノイズを低減することが望ましい。

本発明の目的の一つは、コモンモードノイズを低減可能な電源装置の提供である。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、以下を特徴としている。

電子部品ユニットと、前記電子部品ユニットを収容する導電性の筐体と、を備える電源装置であって、
前記筐体は、
当該筐体の外壁の表面から延出する柱状部と、前記柱状部に繋がり且つ渦巻状に周回しながら前記柱状部から離れるように広がる周回部と、を有し、当該筐体の内部において前記電子部品ユニットのグラウンド回路と電気的に接続される、
電源装置であること。

本発明によれば、電源装置が有する導電性の筐体が、電子部品ユニットを収容するとともに電子部品ユニットのグラウンド回路と筐体内で電気的に接続される。筐体は、筐体の外壁の表面から延出する柱状部と、柱状部に繋がり且つ渦巻状に周回しながら柱状部から離れるように広がる周回部と、を有する。そこで、このような構造を有する周回部の外部端を所定のグラウンド箇所（例えば、車両の車体。いわゆるボディアース）に接続すれば、電子部品ユニットのグラウンド回路が、筐体の外壁、柱状部及び周回部を介して、グラウンド箇所に電気的に接続されることになる。このとき、周回部が渦巻状の形状を有することで、周回部はインダクタとして働く。その結果、高周波のコモンモードノイズが周回部で低減されることになる。ノイズフィルタ等の電子部品を電子部品ユニットに追加する場合に比べ、電源装置全体の構造をシンプル化できるとともに、製造コストの低減も図り得る。このように、本構成の電源装置は、コモンモードノイズを低減可能である。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る電源装置を上下反転させて示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電源装置の図１のＡ－Ａ断面を示す図である。 図３は、図１に示す周回部のみの下面図である。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電源装置１について説明する。電源装置１は、典型的には、ハイブリッド自動車等の車両に搭載されて使用される。電源装置１は、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータを含んでおり、車両に搭載された車両駆動用モータを駆動するための駆動用バッテリ（リチウムイオン電池等）からの入力電圧（例えば、２４０Ｖ）を、車両に搭載された車載電装品駆動用のバッテリの電圧（例えば、１２Ｖ）に変換して出力する電圧変換機能を有する。

以下、説明の便宜上、図１～図３に示すように、「前後方向」、「上下方向」、及び「左右方向」を定義する。「前後方向」、「上下方向」、及び「左右方向」は、互いに直交している。上下方向は、例えば、電源装置１を搭載する車両の上下方向と一致している。但し、車両への電源装置１のレイアウト等によっては、必ずしも上下方向が車両の上下方向と一致しなくてもよい。

電源装置１は、図１及び図２に示すように、電子部品ユニット１０（図２参照）と、電子部品ユニット１０を収容する金属製の筐体２０（図１及び図２参照）と、を備える。電子部品ユニット１０は、上述した電力変換機能を達成するスイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータであり、矩形平板状の回路基板１１と、回路基板１１の上面に実装された複数種類の電子部品１２と、を含んで構成されている。例えば、複数の電子部品１２により、スイッチングトランジスタ、トランス、整流ダイオード、及び、平滑回路等を含む電圧変換のためのパワー回路と、パワー回路を制御する制御回路と、が構成されている。

電子部品ユニット１０がスイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータであることに起因して、電子部品ユニット１０の作動時、電子部品ユニット１０において大電流かつ高周波でのスイッチングが行われる。このため、電子部品ユニット１０では、高周波のコモンモードノイズの影響が大きくなる。更に、電子部品ユニット１０の作動時、回路基板１１に実装された複数の電子部品１２が発熱することで、電子部品ユニット１０（特に、パワー回路を構成する電子部品１２）から熱が発生する。

筐体２０は、本例では、上カバー部３０と下板部４０とで構成されており、上カバー部３０及び下板部４０の各々が、アルミダイカスト品である。上カバー部３０は、下方に開口した略直方体の箱状の形状を有している。下板部４０は、略矩形平板状の形状を有する下板本体４１を有する。

上カバー部３０の内部には、図２に示すように、電子部品ユニット１０が、所定の姿勢及び所定の位置で固定されるように収容される。下板部４０（下板本体４１）は、電子部品ユニット１０が収容された上カバー部３０の下端開口を塞ぐように、上カバー部３０の下縁部に取り付けられる。上カバー部３０に下板部４０（下板本体４１）が取り付けられる際、電子部品ユニット１０（回路基板１１）のグラウンド（ＧＮＤ）回路に繋がるグラウンド接点１６と、下板本体４１の上面とが、金属製のバスバ１３及び金属製の一対のボルト１４を利用して電気的に導通接続される。これにより、図２に示すように、筐体２０（＝上カバー部３０＋下板部４０）は、その内部において、電子部品ユニット１０のグラウンド回路と電気的に接続される。

下板部４０は、図１及び図２に示すように、下板本体４１の外面（下面）から下方に延出する複数の放熱用フィン４２を一体に有する。具体的では、複数の放熱用フィン４２は、下板本体４１の外面（下面）における左右方向の中央部を除いた左右一対の領域において、左右方向に間隔を空けて下方に突出し且つ前後方向に延びている。複数の放熱用フィン４２は、電子部品ユニット１０の作動時にて電子部品ユニット１０から発生する熱を、筐体２０の外部空間に放出する機能を果たす。

更に、下板部４０は、下板本体４１の外面（下面）の表面から下方に延出する柱状部４３と、柱状部４３に繋がり且つ渦巻状に周回しながら柱状部４３から離れるように広がる周回部４４と、を一体に有する。

具体的には、柱状部４３は、上下方向に延びる角柱状の形状を有しており、下板本体４１の外面（下面）における左右方向及び前後方向の中央部から下方に延びている。周回部４４は、上下方向に直交する一つの平面内において屈曲しながら延びる帯状の形状を有しており、上下方向からみて矩形の渦巻状に複数回周回している。帯状の周回部４４の延在方向の内側端部４５が、柱状部４３の下端と一体に連結されている（図１及び図３参照）。

下板部４０（＝下板本体４１＋複数の放熱用フィン４２＋柱状部４３＋周回部４４）は、アルミニウムやアルミニウム合金を鋳造して一体成形されたダイカスト品である。例えば、この一体成型にあたり、下板部４０の成形時、下板本体４１及び周回部４４は、上下方向にて型締めされる金型により成形され、複数の放熱用フィン４２及び柱状部４３は、前後方向に型締めされる金型により成形される。

電源装置１の車両への搭載時にて、帯状の周回部４４の延在方向の外側端部４６（図１～図３参照）は、車両の所定のグラウンド箇所（例えば、車両の車体。いわゆるボディアース）に電気的に接続される（図２及び図３参照）。例えば、外側端部４６に電線接続用の締結孔を設けてボルト締結によってアース用の電線を外側端部４６に接続してもよいし、外側端部４６をグラウンド箇所に溶接等することで直接的に接合してもよい。これにより、電子部品ユニット１０のグラウンド回路が、筐体２０の下板本体４１、柱状部４３、及び周回部４４を介して、車両のグラウンド箇所に電気的に接続されることになる。このとき、周回部４４が渦巻状の形状を有することで、周回部４４はインダクタとして機能する。この結果、上述した高周波のコモンモードノイズが周回部４４で低減されるので、電源装置１が車載の他の機器にコモンモードノイズを伝え難くなり、且つ、車載の他の機器から電源装置１にコモンモードノイズが伝わり難くなる。

ここで、周回部４４の周回数（巻き数）が大きいほど、周回部４４のインダクタンスが増大することで、高周波のコモンモードノイズの低減作用が大きくなる。他方、周回部４４の周回数（巻き数）が大きいほど、帯状の周回部４４の幅が狭くなることで、アルミダイカスト時の周回部４４の成形不良が発生し易くなる。よって、周回部４４の周回数は、これら２つの観点を考慮して決定されることが好ましい。

＜作用・効果＞
以上、本実施形態に係る電源装置１によれば、導電性の筐体２０が、電子部品ユニット１０を収容するとともに電子部品ユニット１０のグラウンド回路と筐体２０内で電気的に接続される。筐体２０は、筐体２０の下板本体４１の表面から延出する柱状部４３と、柱状部４３に繋がり且つ渦巻状に周回しながら柱状部４３から離れるように広がる周回部４４と、を有する。そのため、このような構造を有する周回部４４の外側端部４６を所定のグラウンド箇所（例えば、車両の車体。いわゆるボディアース）に接続すれば、電子部品ユニット１０のグラウンド回路が、筐体２０の下板本体４１、柱状部４３及び周回部４４を介して、グラウンド箇所に電気的に接続されることになる。このとき、周回部４４が渦巻状の形状を有することで、周回部４４はインダクタとして働く。その結果、高周波のコモンモードノイズが周回部４４で低減されることになる。ノイズフィルタ等の電子部品を電子部品ユニット１０に追加する場合に比べ、電源装置１全体の構造をシンプル化できるとともに、製造コストの低減も図り得る。したがって、本実施形態に係る電源装置１は、コモンモードノイズを低減可能である。

更に、入力電圧を所定の目標電圧に変換して出力する電圧変換機能を有する電子部品ユニット１０（具体的には、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータ）が、電源装置１に設けられる。よって、高周波でのスイッチングに伴うコモンモードノイズの増大を、周回部４４の働きで効果的に抑制することができる。

更に、筐体２０は、下板本体４１の表面から延出する複数の放熱用フィン４２を有する。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータとしての作動時に電子部品ユニット１０で生じる熱を、放熱用フィン４２を介して、筐体２０の外部空間に放出できる。この放熱用フィン４２が設けられている下板本体４１から柱状部４３を延出させて周回部４４を設けることで、放熱のための空間を、コモンモードノイズ低減のための空間としても兼用できる。また、柱状部４３や周回部４４も放熱に寄与することで、放熱効率を向上できる。

更に、筐体２０の下板部４０（下板本体４１＋複数の放熱用フィン４２＋柱状部４３及び周回部４４）が、ダイカスト品として一体成形される。よって、柱状部４３及び周回部４４を有さない従来の筐体の外壁を成形する場合に比べ、製造コストを過度に増大させることなく、電源装置の筐体を製造できる。

＜他の形態＞
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を発揮できるものであれば任意であり、限定されない。

上記実施形態では、放熱用フィン４２が設けられた筐体２０の外壁（下板本体４１）から柱状部４３を延出させて周回部４４が設けられている。これに対し、放熱用フィン４２が設けられていない筐体２０の外壁（上カバー部３０）から柱状部４３を延出させて周回部４４が設けられてもよい。

更に、上記実施形態では、筐体２０の下板部４０を構成する下板本体４１、柱状部４３及び周回部４４が、ダイカスト品として一体成形される。これに対し、互いに別体である、下板本体４１と、柱状部４３及び周回部４４と、が接合されることで、筐体２０の下板部４０が構成されてもよい。更に、互いに別体である、下板本体４１及び柱状部４３と、周回部４４と、が互いに接合されることで、筐体２０の下板部４０が構成されてもよい。

更に、上記実施形態では、電子部品ユニット１０は、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。これに対し、電子部品ユニット１０は、高周波のコモンモードノイズの影響が大きいものである限りにおいて、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータとは異なるユニットであってもよい。

ここで、上述した本発明に係る電源装置１の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。

［１］
電子部品ユニット（１０）と、前記電子部品ユニット（１０）を収容する導電性の筐体（２０）と、を備える電源装置（１）であって、
前記筐体（２０）は、
当該筐体（２０）の外壁（４１）の表面から延出する柱状部（４３）と、前記柱状部（４３）に繋がり且つ渦巻状に周回しながら前記柱状部（４３）から離れるように広がる周回部（４４）と、を有し、当該筐体（２０）の内部において前記電子部品ユニット（１０）のグラウンド回路と電気的に接続される、
電源装置（１）。

上記［１］の構成の電源装置によれば、導電性の筐体が、電子部品ユニットを収容するとともに電子部品ユニットのグラウンド回路と筐体内で電気的に接続される。筐体は、筐体の外壁の表面から延出する柱状部と、柱状部に繋がり且つ渦巻状に周回しながら柱状部から離れるように広がる周回部と、を有する。そのため、このような構造を有する周回部の外部端を所定のグラウンド箇所（例えば、車両の車体。いわゆるボディアース）に接続すれば、電子部品ユニットのグラウンド回路が、筐体の外壁、柱状部及び周回部を介して、グラウンド箇所に電気的に接続されることになる。このとき、周回部が渦巻状の形状を有することで、周回部はインダクタとして働き、高周波のコモンモードノイズが周回部で低減されることになる。ノイズフィルタ等の電子部品を電子部品ユニットに追加する場合に比べ、電源装置全体の構造をシンプル化できるとともに、製造コストの低減も図り得る。したがって、本構成の電源装置は、コモンモードノイズを低減可能である。

［２］
上記［１］に記載の電源装置（１）において、
前記電子部品ユニット（１０）は、
入力電圧を所定の目標電圧に変換して出力する電圧変換機能を有する、
電源装置（１）。

上記［２］の構成の電源装置によれば、入力電圧を所定の目標電圧に変換して出力する電圧変換機能を有する電子部品ユニット（例えば、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ）が、電源装置に設けられる。よって、高周波でのスイッチングに伴うコモンモードノイズの増大を、周回部の働きで効果的に抑制することができる。

［３］
上記［２］に記載の電源装置（１）において、
前記筐体（２０）は、
前記外壁（４１）の表面から延出する複数の放熱用フィン（４２）を有する、
電源装置（１）。

上記［３］の構成の電源装置によれば、筐体は、外壁の表面から延出する複数の放熱用フィンを有する。よって、上述したＤＣ／ＤＣコンバータのように作動時に電子部品ユニットで生じる熱を、放熱用フィンを介して、筐体の外部空間に放出できる。この放熱用フィンが設けられている外壁から柱状部を延出させて周回部を設けることで、放熱のための空間を、コモンモードノイズ低減のための空間としても兼用できる。また、柱状部や周回部も放熱に寄与することで、放熱効率を向上できる。

［４］
上記［１］～上記［３］の何れか一つに記載の電源装置（１）において、
前記筐体（２０）の前記外壁（４１）、前記柱状部（４３）及び前記周回部（４４）が一体成型されたダイカスト品である、
電源装置（１）。

上記［４］の構成の電源装置によれば、筐体の外壁、柱状部及び周回部が、ダイカスト品として一体成形される。よって、柱状部及び周回部を有さない従来の外壁を成形する場合に比べ、製造コストを過度に増大させることなく、電源装置の筐体を製造できる。

１ 電源装置
１０ 電子部品ユニット
２０ 筐体
４１ 下板本体（外壁）
４２ 放熱用フィン
４３ 柱状部
４４ 周回部

Claims (4)

1. 電子部品ユニットと、前記電子部品ユニットを収容する導電性の筐体と、を備える電源装置であって、
   前記筐体は、
   当該筐体の外壁の表面から延出する柱状部と、前記柱状部に繋がり且つ渦巻状に周回しながら前記柱状部から離れるように広がる周回部と、を有し、当該筐体の内部において前記電子部品ユニットのグラウンド回路と電気的に接続される、
   電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記電子部品ユニットは、
   入力電圧を所定の目標電圧に変換して出力する電圧変換機能を有する、
   電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置において、
   前記筐体は、
   前記外壁の表面から延出する複数の放熱用フィンを有する、
   電源装置。
4. 請求項１～請求項３の何れか一項に記載の電源装置において、
   前記筐体の前記外壁、前記柱状部及び前記周回部が一体成型されたダイカスト品である、
   電源装置。

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