JP2017093167A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線部品やスイッチング素子等の発熱部品の放熱が好適に行われ、かつ複数種類の発熱部品がそれぞれの好適な押圧力により基板または筐体に固定されると共に、簡易な方法により組み立てが可能な電源装置を提供すること。
【解決手段】基板２に搭載された発熱部品を基板側に押圧して固定する部品固定金具１０を備えた電源装置であって、部品固定金具は、基板と略平行である第１平面部１１と、この第１平面部から段差を持って形成され基板と略平行である第２平面部１３とを有し、第１平面部および第２平面部には、発熱部品を基板側に直接または間接的に押圧する押圧部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品固定金具を備えた電源装置に関するものである。

従来、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置に用いられる発熱部品を基板または筐体に固定する構造として、弾性部材によって部品を押圧固定を行う方法が知られている。例えば、特許文献１に示されるように、巻線部品の磁性体コアの上に弾性的に押し付ける押えバネを設け、筐体にカバーを取り付けた際に、カバーが押えバネを加圧して巻線部品を固定する構成が知られている。

特開２０１４−２０４４８７号公報

ところで、車載用のような比較的大電力を用いる電源装置に使用されるスイッチング素子や巻線部品は、発熱が大きいために効率よく放熱する必要がある。また、トランス、共振コイル、チョークコイル等の巻線部品や、ハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路、整流回路等に使用されるスイッチング素子など、複数種類の発熱部品が基板上に搭載されている場合に、より簡易な方法で組み立てられるとともに、それぞれの部品を好適な押圧力で基板または筐体に固定する必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、巻線部品やスイッチング素子等の発熱部品の放熱が好適に行われ、かつ複数種類の発熱部品がそれぞれの好適な押圧力により基板または筐体に固定されると共に、簡易な方法により組み立てが可能な電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、基板に搭載された発熱部品を基板側に押圧して固定する部品固定金具を備えた電源装置であって、部品固定金具は、基板と略平行である第１平面部と、この第１平面部から段差を持って形成され前記基板と略平行である第２平面部とを有し、第１平面部および第２平面部には、発熱部品を基板側に直接または間接的に押圧する押圧部が設けられている。

これにより、部品固定金具の基台に段差のある第１平面部と第２平面部とが備えられているので、発熱部品の種類に応じた押圧部による押圧力の調整が可能となる。したがって、発熱部品の放熱が好適に行われると共に、基板や筐体に発熱部品を好適な強度をもって固定することができる。

また、本発明に係る電源装置は、第１平面部は、基板からの高さが第２平面部より低く形成されており、第１平面部に備えられる押圧部は、発熱部品のうち少なくとも半導体素子を押圧し、第２平面部に備えられる押圧部は、発熱部品のうち少なくとも巻線部品の磁性体コアを押圧してもよい。これにより、半導体素子と巻線部品に応じた押圧力の調整が可能となる。

また、本発明に係る電源装置は、押圧部は、第１平面部または第２平面部を切り欠いた切り欠き部から形成されていてもよい。これにより、簡単な方法で押圧部が形成できるので、より簡易な方法で組み立てられる。

また、本発明に係る電源装置は、第１平面部または第２平面部は、切り欠き部以外の箇所に形成された凹部または凸部を備えていてもよい。凹部または凸部を備えることで部品固定金具自体の強度が向上し、惹いては電子機器自体の強度向上に寄与する。

また、本発明に係る電源装置は、第１平面部と第２平面部と押圧部は、１枚の板状部材から形成されていてもよい。これにより、より簡易な方法で組み立てられることが可能な電子機器を提供することができる。

本発明によれば、巻線部品やスイッチング素子等の発熱部品の放熱が好適に行われ、かつ複数種類の発熱部品がそれぞれの好適な押圧力により基板または筐体に固定されると共に、簡易な方法により組み立てが可能な電源装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電源装置の斜視図である。 本発明の部品固定金具を裏面から見た場合の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電源装置を組み立てた組立斜視図である。 図３に示すＡ−Ａ線での断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明の対象は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれると共に、その構成要素は、適宜組み合わせることが可能である。

発明の実施の形態を図面を参照し、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。

まず、図１および図２を参照して、本発明の好適な実施形態に係る部品固定金具１０を備えた電源装置１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電源装置の斜視図である。図２は、本発明の部品固定金具１０を底面から見た場合の斜視図である。

本実施形態で説明する電源装置１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である。

電源装置１は、入力平滑コンデンサ、スイッチング素子、トランス、整流回路、出力平滑コンデンサ、インダクタ等の電子部品が回路基板２に接続されて筐体３内に収容されたものである。このうち、トランスやインダクタ等は、巻線と巻線が巻回される磁性体コアとを備える所謂巻線部品である。一次側のスイッチング素子や二次側の整流素子は、発熱部品である半導体素子５の一具体例に相当する。電源装置１は、上記の電子部品の他に多数の電子部品を含んで構成されるが、本実施形態に係る電源装置１における主要な電子部品を除いて、記載を省略する。

筐体３は、回路基板２等の構成部材を収容する金属製ケースの一部を構成する。筐体３は、回路基板２を直接または間接的に保持し金属製ケースの底面を構成するベースプレート７と、ベースプレート７から上方に突出するボス８とを備える。ボス８は、部品固定金具１０を載置し、固定するために備えられている。電源装置１は、筐体３の内部に上記の電子部品を搭載した回路基板２、及び部品固定金具１０等を収容した後にカバー９で覆われる。

回路基板２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、回路基板２は、略長方形状をなしている。回路基板２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、回路基板２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、電源装置１における電源回路を構成する。

筐体３内に組み込まれる部品固定金具１０は、半導体素子や巻線部品等の電子部品を回路基板２側、またはベースプレート７の方向に押圧、固定するために備えられている。部品固定金具１０は、回路基板２と略平行である第１平面部１１と、この第１平面部１１から段差部１２を介して形成された回路基板２と略平行である第２平面部１３とを有する基台１４を備える。また、第１平面部１１は、その平面の一部の三辺を切り欠き、残りの一辺を支軸として回路基板２方向に折り曲げて形成された、第１の押圧部１５を備えている。このように第１の押圧部１５は、第１平面部１１の一部を切り欠いた切り欠き部から構成される。第１の押圧部１５は、第１平面部１１と接続された支軸１９から回路基板２方向に延びている押圧本体部１６と、この押圧本体部１６の先端に折り曲げて形成されている先端部１７を有している。先端部１７は、スイッチング素子や整流素子等の半導体素子５に当接する位置に設けられる。第１の押圧部１５は、発熱部品を構成する半導体素子全てに対応する位置に備えられていてもよいし、半導体素子の一部のみ対応する位置に備えられていてもよい。

入力端子１８（または出力端子）は、外部接続端子や接続ケーブルが接続されるため、これら外部接続部材の接続に邪魔にならないよう、入力端子１８の上部にスペースを確保する必要がある。このため、外部接続部材が配置される位置には、部品固定金具１０の一部を切り欠く必要があるが、これを利用して第１の押圧部１５を形成してもよい。第１の押圧部１５ａは、この入力端子１８の上部に作成しなければならないスペースを利用して形成されている。また、第１の押圧部１５ａのように、発熱部品を構成する複数の半導体素子５を押圧する必要がある場合は、支軸１９を共通にし、押圧本体部１６と先端部１７をそれぞれの半導体素子５に対応する数（本実施形態では２本）備える構成にしてもよい。

このように、第１の押圧部１５で半導体素子５を押圧することで、半導体素子５からの発熱は、回路基板２を介してベースプレート７を含む筐体３から放熱される放熱経路を確保すると共に、熱伝導性のある金属等から形成されている部品固定金具１０を経由して、ボス８を含む筐体３から放熱する放熱経路も確保する。また、第１の押圧部１５により半導体素子５を押圧することで、半導体素子５を回路基板２に固定できるので、機械的強度も向上する。

なお、半導体素子５の下側に位置する回路基板２とベースプレート７との間には、放熱性を良好にし、絶縁性を確保するための放熱シートやサーマルコンパウンド等を備えていてもよい。また、半導体素子５と第１の押圧部１５との間には、半導体素子５を保護するための緩衝部材等を備えていても良い。このように、第１の押圧部１５は、直接または間接的に半導体素子５を回路基板２側に押圧している。

第１平面部１１は、第１の押圧部１５が形成されていない部分に、上方に突出した凸部２０を備えている。凸部２０は、部品固定金具１０の上下方向にねじれや応力がかかった場合でも、ある程度耐えられる強度になるよう設けられている。凸部２０は、プレス加工や鋳造などにより形成される。

第１平面部１１と第２平面部１３は、段差部１２によって段差をもって接続される。具体的には、段差部１２は、回路基板２と略平行である第１平面部１１と一辺が接続され、第１平面部１１から略垂直に上方に延びている。段差部１２の他辺は、回路基板２と略平行である第２平面部１３と接続される。したがって、第１平面部１１は、回路基板２からの距離が第２平面部１３より短く、第２平面部１３は、第１平面部１１より回路基板２からの距離が長く形成されている。

第２平面部１３には、第１平面部１１と同様に押圧部が備えられている。第２平面部１３に備えられた第２の押圧部２１は、第２平面部１３の一部の三辺を切り欠き、残りの一辺を支軸として回路基板２方向に折り曲げて形成されている。このように第２の押圧部２１は、第２平面部１３の一部を切り欠いた切り欠き部から構成される。第２の押圧部２１は、第２平面部１３と接続された支軸から回路基板２方向に延びている押圧本体部２２と、この押圧本体部２２の先端に折り曲げて形成されている先端部２３を有している。この先端部２３は、発熱部品であるトランスやチョークコイル等の巻線部品４に当接する位置に設けられる。

巻線部品４は、巻線２４と巻線２４が巻回される磁性体コア２５を含んで形成されている。本実施形態では、巻線２４は板金を加工して形成している。また、磁性体コア２５は、所謂ＥＩコアを用いており、回路基板２側にＩ型コア、その上方にＥ型コアを配置している。巻線２４は、回路基板２に配するパターンコイルによって形成してもよい。また磁性体コア２５は、ＥＩ型の他にもＥＥ型、ＥＲ型、ＰＱ型等の種々の形状の磁性体コアにも適用できる。磁性体コア２５は、平面視において略長方形で構成されており、長手方向と短手方向を有している。第２の押圧部２１は、磁性体コア２５の長手方向の端部を２箇所押圧する位置に第２の押圧部２１ａと２１ｂとを備えている。第２の押圧部２１は、例えばチョークコイルやトランス等、複数の巻線部品４が存在する場合は、複数の第２の押圧部２１を設けてもよい。また、第２の押圧部２１は、巻線部品４の他に、半導体部品を押圧する第２の押圧部２１を設けてもよい。

第２の押圧部２１は、第１の押圧部１５ａと同様に、発熱部品を構成する複数の巻線部品４を押圧する必要がある場合には、支軸は共通にして押圧本体部１６と先端部１７を、それぞれの巻線部品４に対応する数を備えてもよい。このように、第２の押圧部２１で巻線部品４の磁性体コア２５を押圧することで、巻線部品４からの発熱を良好に外部へ放熱することができる。特に、回路基板２側に位置するＩ型コアは、回路基板２の上面、またはベースプレート７上に配置されており、Ｉ型コアからの熱を回路基板２を介して、または直接的に、ベースプレート７を含む筐体３へ伝熱し、外部へ放熱する放熱経路を確保する。Ｉ型コアの上側に位置するＥ型コアからの発熱は、第２の押圧部２１や第２平面部１３を含む部品固定金具１０を経由して、ボス８を含む筐体３から放熱する放熱経路を確保する。また、第２の押圧部２１で巻線部品４を押圧することで、巻線部品４を回路基板２またはベースプレート７に確実に固定できるので、機械的強度が向上する。

なお、Ｉ型コアとベースプレート７との間には、放熱性をよくし絶縁性を確保するための放熱シートやサーマルコンパウンド等を備えていてもよい。また、Ｅ型コアと第２の押圧部２１との間には、磁性体コア２５を保護するための緩衝部材等を備えていても良い。このように、第２の押圧部２１は、直接または間接的に巻線部品４を回路基板２側に押圧している。

第２平面部１３は、第２の押圧部２１が形成されていない部分に、下方に凹んだ凹部２６を備えている。凹部２６は、部品固定金具１０の上下方向に、ある程度の応力がかかった場合でも耐えられる強度になるよう設けられている。凹部２６は、プレス加工や鋳造などにより形成される。

スイッチング素子や整流素子等の半導体素子５は、トランスやインダクタ等の巻線部品４と比較して、部品の高さが低い。従って、例えば部品固定金具に段差部１２を設けず、一枚の平板により平面部を構成した場合は、平面部から半導体素子５までの距離と、平面部から巻線部品４までの距離が異なるため、押圧部による押圧力も各発熱素子によってバラバラになってしまう。特に半導体素子５の上面と当接する押圧部は、平面部から半導体素子５上面までの距離が長くなり、押圧部による所望の押圧力を半導体素子５に伝えることが難しい。

本発明は、回路基板２から平面部までの高さが第１平面部１１より第２平面部１３の方を高く形成している。そして、第１平面部１１に備えられる第１の押圧部１５（１５ａ）によって半導体素子５を押圧し、第２平面部１３に備えられる第２の押圧部２１によって巻線部品４の磁性体コア２５を押圧することで、高さの異なる発熱部品が回路基板２に配置されている場合でも、第１平面部１１と半導体素子５との距離や、第２平面部１３と巻線部品４との距離を段差部１２により調節することで、各発熱部品を所望の力で下方に押圧することが可能になる。

図３は、本発明の実施形態に係る電源装置１を組み立てた組立斜視図である。説明のため、部品固定金具１０は、透過させて表示している。

部品固定金具１０は、ボス８と当接する位置に、穴２７を備えている。本実施形態では、穴２７は、第１平面部１１の入力端子１８側の端部に２箇所、第２平面部１３の入力端子１８とは逆側の端部に２箇所、計４箇所備えられている。

部品固定金具１０を組み込む場合、まず４箇所の穴２７がボス８上に位置するように部品固定金具１０を載置する。そして、ネジ２８により穴２７を介してボス８のネジ穴に螺合することで、部品固定金具１０が筐体３と固定される。この時、第１の押圧部１５の先端部１７は、半導体素子５の上面に当接する。また、図４のＡ−Ａ断面図に示すように、第２の押圧部２１の先端部２３は、巻線部品４の磁性体コア２５の上面に当接する。第１の押圧部１５、第２の押圧部２１は、弾性を有しているため、これらの押圧部が各発熱部品に当接しさらに下方に押圧されると、下方から上方へ反発する応力により各発熱部品を強固に固定することができる。

部品固定金具１０は、第１平面部１１、段差部１２、第２平面部１３、凸部２０、凹部２６を含む基台１４と、第１の押圧部１５、第２の押圧部２１とが、全て一枚の板状部材を加工して成形されている。これにより、部品固定金具１０を容易に製造することができると共に、部材コストの低減が可能になる。

また、部品固定金具の平面部が平板の場合、特に部品固定金具の長手方向に撓みが生じる場合がある。これを防止するため、部品固定金具の長手方向の中間部に、穴２７を追加し、追加した穴２７に対応する位置にボス８を筐体３に追加する必要がある。本発明は、段差部１２を備えているので、部品固定金具１０の上下方向の撓みに対して強度が向上している。従って、部品固定金具の長手方向の中間部に、穴２７やボス８を追加する必要がないため、製造工程が簡略化されると共に、部材コストの低減が可能になる。

以上、本発明の一実施例の部品固定金具１０および電源装置１について説明したが、上述の実施の形態の説明に限定されず、種々の変形実施が可能である。

例えば、部品固定金具１０は、基台１４と押圧部１５，２１とを一枚の板状部材から形成させる例を示したが、例えば基台１４と押圧部１５，２１とを別部材で構成し、かしめ加工や溶接等により固定させてもよい。

また、例えばベースプレート７の下面にフィン等の放熱部材を加えて、さらに効率よく電源装置１の放熱を行わせてもよい。

１・・・電源装置、２・・・回路基板、３・・・筐体、４・・・巻線部品、５・・・半導体素子、７・・・ベースプレート、８・・・ボス、９・・・カバー、１０・・・部品固定金具、１１・・・第１平面部、１２・・・段差部、１３・・・第２平面部、１４・・・基台、１５，１５ａ・・・第１の押圧部、１６，２２・・・押圧本体部、１７，２３・・・先端部、１８・・・入力端子、１９・・・支軸、２０・・・凸部、２１・・・第２の押圧部、２４・・・巻線、２５・・・磁性体コア、２６・・・凹部、２７・・・穴、２８・・・ネジ

Claims (5)

1. 基板に搭載された発熱部品を前記基板側に押圧して固定する部品固定金具を備えた電源装置であって、
   前記部品固定金具は、前記基板と略平行である第１平面部と、この第１平面部から段差を持って形成され前記基板と略平行である第２平面部とを有し、
   前記第１平面部および前記第２平面部には、前記発熱部品を前記基板側に直接または間接的に押圧する押圧部が設けられていることを特徴とする電源装置。
2. 前記第１平面部は、前記基板からの高さが前記第２平面部より低く形成されており、
   前記第１平面部に備えられる前記押圧部は、前記発熱部品のうち少なくとも半導体素子を押圧し、
   前記第２平面部に備えられる前記押圧部は、前記発熱部品のうち少なくとも巻線部品の磁性体コアを押圧することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記押圧部は、前記第１平面部または前記第２平面部を切り欠いて形成される切り欠き部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記第１平面部または前記第２平面部は、前記切り欠き部以外の箇所に形成された凹部または凸部を備える請求項３に記載の電源装置。
5. 前記第１平面部と前記第２平面部と前記押圧部は、１枚の板状部材から形成されていることを特徴とする請求項１~４のいずれか一項に記載の電源装置。
   

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