(57)【要約】【課題】引き出し配線部の低抵抗化を図りつつ、装置全体としての小型化が可能な電源装置を提供すること。【解決手段】配線部４１を有する回路基板４０と、前記配線部４１から前記回路基板４０の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成しており、自身の中心軸方向に沿って電流経路を形成する円筒状又は円柱状の金属部材１１と、前記金属部材の中心軸方向の少なくとも一部に沿って配設され、リング状の内周面にて、前記金属部材１１の中心軸まわりの外周面を囲繞するリングコア１０と、を備える。【選択図】図３
2019021669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線部を有する回路基板と、
前記配線部から前記回路基板の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成しており、自身の中心軸方向に沿って電流経路を形成する円筒状又は円柱状の金属部材と、
前記金属部材の中心軸方向の少なくとも一部に沿って配設され、リング状の内周面にて、前記金属部材の中心軸回りの外周面を囲繞するリングコアと、
を備える電源装置。
【請求項２】
前記金属部材は、一端側が前記配線部に接続されるように、前記回路基板の基板面から鉛直方向に立設した、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記金属部材は、他端側において、平板状の第２の金属部材に接続された、
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記引き出し配線部は、前記配線部から引き出されて、前記回路基板とは異なる第２の回路基板の配線部に接続された、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記金属部材は、アルミ材、銅材、又はマグネシウム材を含む、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記リングコアの外周面を囲繞する絶縁性のケース、を更に備える、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記回路基板は、金属基板である、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記回路基板の前記配線部は、前記回路基板上に形成された電力変換回路の入力部又は出力部である、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
回路基板の形成された配線部から当該回路基板の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成しており、自身の中心軸方向に沿って電流経路を形成する円筒状又は円柱状の金属部材と、
前記金属部材の中心軸方向の少なくとも一部に沿って配設され、リング状の内周面にて、前記金属部材の中心軸回りの外周面を囲繞するリングコアと、
を備えるノイズ除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電源装置、及びノイズ除去フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
充電器やインバータ等の電源装置が知られている。この種の電源装置においては、ノイズ除去フィルタやサージ電圧対策の用途として、電力ライン中にリングコア（トロイダルコアとも称される）を配設する場合がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
リングコアは、円筒形状を呈し、一般に、リング内に配線を挿通させることで、当該配線を通流する電流によって発生する磁界に作用して、インダクタンスを形成する。リングコアは、回路基板に配線を巻回してインダクタンスを形成する態様と比較して、小型でありながら、大きなインダクタンスを得やすく、ノイズ抑制の高性能化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４７０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、電源装置においては、小型化、低コスト化、及び大電力化等の要請がある。かかる要請から、回路基板上に形成された配線部から外部に引き出す引き出し配線部（以下、「引き出し配線部」と称する。以下同じ）をバスバー（平板状の金属部材）で構成する等の配線設計が検討されている。特に、板面を幅広にしたバスバーを用いることによって、容易に配線の低抵抗化（大電流への対応）を図ることができる。
【０００６】
しかしながら、かかる構成において、リングコアを設ける場合、当該リングコアのリング内に幅広のバスバーを挿通させる構成となり、大きなリングコアを用いることになる。一方、ノイズ等を除去するために要求されるリングコアのインダクタンス値は、幅広なバスバーを囲繞するほど大きなリング径のインダクタンス値は要求されない場合がある。
【０００７】
このように、幅広のバスバーを挿通させるために、ノイズ等の除去に要求されるよりも必要以上に大きなリングコアを用いることは、電源装置自体の大型化につながるという問題が生じる。又、低コスト化の要請にも反することにもなる。
【０００８】
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、引き出し配線部の低抵抗化を図りつつ、装置全体としての小型化が可能な電源装置、及びノイズ除去フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
配線部を有する回路基板と、
前記配線部から前記回路基板の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成しており、自身の中心軸方向に沿って電流経路を形成する円筒状又は円柱状の金属部材と、
前記金属部材の中心軸方向の少なくとも一部に沿って配設され、リング状の内周面にて、前記金属部材の中心軸回りの外周面を囲繞するリングコアと、
を備える電源装置である。
【００１０】
又、他の局面では、
回路基板の形成された配線部から当該回路基板の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成しており、自身の中心軸方向に沿って電流経路を形成する円筒状又は円柱状の金属部材と、
前記金属部材の中心軸方向の少なくとも一部に沿って配設され、リング状の内周面にて、前記金属部材の中心軸回りの外周面を囲繞するリングコアと、
を備えるノイズ除去フィルタである。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係る電源装置によれば、引き出し配線部の低抵抗化を図りつつ、装置全体としての小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る電源装置のノイズ除去フィルタの構成の一例を示す図
【図２】一実施形態に係るノイズ除去フィルタの等価回路を示す図
【図３】一実施形態に係るインダクタ部の斜視図
【図４】一実施形態に係るインダクタ部の縦断面図
【図５】一実施形態に係るインダクタ部の横断面図
【図６】一実施形態に係るインダクタ部の側面図
【図７】変形例においてインダクタ部を形成する際の製造プロセスを模式的に表した図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電源装置Ａのノイズ除去フィルタＡＴの構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係るノイズ除去フィルタＡＴの等価回路を示す図である。
【００１５】
本実施形態に係る電源装置Ａは、電力ライン中にノイズ除去フィルタＡＴを備え、当該ノイズ除去フィルタＡＴにおいてリングコアを適用する。
【００１６】
ノイズ除去フィルタＡＴの回路構成は、本発明では特に限定されないが、例えば、π型フィルタによって構成される。
【００１７】
π型フィルタは、図２に示すように、インダクタ部Ｌ、第１のコンデンサ部Ｃ１、及び第２のコンデンサ部Ｃ２を含んで構成される。尚、π型フィルタにおいて、インダクタ部Ｌは、ハイサイドの電力ラインＨａ中に直列に接続されている。又、第１のコンデンサ部Ｃ１は、インダクタ部Ｌの入力側において、一端がハイサイドの電力ラインＨａに接続され、他端がローサイドの電力ラインＨｂに接続されている。又、第２のコンデンサ部Ｃ２は、インダクタ部Ｌの出力側において、一端がハイサイドの電力ラインＨａに接続され、他端がローサイドの電力ラインＨｂに接続されている。
【００１８】
本実施形態に係るノイズ除去フィルタＡＴにおいては、図１に示すように、第１のコンデンサ部Ｃ１は、第１の回路基板４０の配線部の出力端（図６を参照して後述する配線部４１の前段）に配設され、第２のコンデンサ部Ｃ２は、第２の回路基板５０の配線部の入力端（図６を参照して後述する配線部５１の後段）に配設される。第１のコンデンサ部Ｃ１及び第２のコンデンサ部Ｃ２は、例えば、フィルムコンデンサ又は電解コンデンサ等である。
【００１９】
本実施形態に係るノイズ除去フィルタＡＴにおいては、インダクタ部Ｌは、第１の回路基板４０の配線部と第２の回路基板５０の配線部とを接続する電力ラインＨａ中にリングコア１０によって形成される。
【００２０】
第１の回路基板４０は、例えば、電力変換回路（ＡＣ／ＤＣ変換回路、ＤＣ／ＤＣ変換回路又はＤＣ／ＡＣ変換回路等）を構成する回路基板である。第１の回路基板４０は、一端側（図１中のＩＮＰＵＴ側）から入力された電力をスイッチング等によって電力変換して他端側に出力する。
【００２１】
第２の回路基板５０は、例えば、第２のコンデンサ部Ｃ２を配設する用に設けられた回路基板である。第２の回路基板５０は、一端側から第１の回路基板４０の他端側から出力された電力を受電して、他端側（図１中のＯＵＴＰＵＴ側）からノイズ成分を除去した電力を負荷装置等に対して出力する。
【００２２】
第１の回路基板４０及び第２の回路基板５０は、それぞれ、一般的なプリント基板であってもよいし、アルミ基板等の金属基板であってもよい。
【００２３】
本実施形態に係るノイズ除去フィルタＡＴは、かかる構成によって、例えば、第１の回路基板４０に形成された電力変換回路において発生するスイッチングノイズ等を除去する。
【００２４】
但し、ノイズ除去フィルタＡＴを配設する位置は、任意であって、第１の回路基板４０の入力側（図１中のＩＮＰＵＴ側）に配設されてもよい。又、ノイズ除去フィルタＡＴが除去対象とするノイズは、電力変換回路において発生するスイッチングノイズに限らず、負荷側から第１の回路基板４０に流入するノイズ成分等であってもよい。
【００２５】
以下、図３〜図６を参照し、本実施形態に係るインダクタ部Ｌの構成の詳細について、説明する。
【００２６】
図３は、本実施形態に係るインダクタ部Ｌの斜視図である。図４は、本実施形態に係るインダクタ部Ｌの縦断面図である。図５は、本実施形態に係るインダクタ部Ｌの横断面図である。図６は、本実施形態に係るインダクタ部Ｌの側面図である。尚、図３〜図５においては、説明の便宜として、第２の回路基板５０の図示を省略している。
【００２７】
図３〜図６には、各構成の位置関係を明確にするため、共通の直交座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を示している。以下では、Ｚ軸のプラス方向が上方向を示すものとして説明する。
【００２８】
本実施形態に係るインダクタ部Ｌは、リングコア１０と金属部材１１とを含んで構成される。
【００２９】
金属部材１１は、第１の回路基板４０の配線部４１から、第１の回路基板４０の外部に引き出される引き出し配線部の少なくとも一部を構成する。本実施形態に係る金属部材１１は、第１の回路基板４０に形成された配線部４１と第２の回路基板５０に形成された配線部５１とを電気的に接続する。
【００３０】
第１の回路基板４０上の配線部４１及び第２の回路基板５０上の配線部５１は、例えば、基板上に形成されたパターニング配線である。第１の回路基板４０及び第２の回路基板５０の構成は、図１〜図２を参照して上記した通りである。尚、ここでは、配線部４１は、第１のコンデンサ部Ｃ１の後段の配線部であり、配線部５１は、第２のコンデンサ部Ｃ２の前段の配線部に相当する。
【００３１】
金属部材１１には、図４中の点線に示すように、電流が通流する。金属部材１１に通流する電流は、電力ラインＨａ中に通流する直流又は交流の電流である。
【００３２】
金属部材１１は、円筒形状又は円柱形状を呈し、中心軸（図４中の一点鎖線Ｍ）方向に沿って電流経路を形成する。換言すると、金属部材１１の電流の通流方向に対して直交する切断面は、円形状又は円環形状を呈している。金属部材１１のかかる形状は、リングコア１０内において、金属部材１１の電気抵抗の低抵抗化を実現する。但し、金属部材１１は、一体的に形成された部材の一部のみが、かかる円筒形状又は円柱形状を呈していてもよい。
【００３３】
金属部材１１の中心軸まわりの外周面は、リングコア１０内において、当該リングコア１０のリング状の内周面に沿うように囲繞されている。換言すると、金属部材１１のリング状の外周面とリングコア１０のリング状の内周面とは、間隙を介して同心円状に配設されている。
【００３４】
金属部材１１は、一端側が第１の回路基板４０に形成された配線部４１に接続され、第１の回路基板４０の基板面から鉛直方向に立設する。又、金属部材１１の他端側には、バスバー３０が接続されている。図３に示す通り、バスバー３０は、平板状の金属部材で構成され、板面を幅広にしたバスバーである。これにより、大電流に対応するためにバスバー３０の断面積を確保しつつ、バスバー３０の折り曲げ加工などを容易にしている。
【００３５】
金属部材１１の一端は、例えば、半田等によって、第１の回路基板４０の配線部４１と接続されている。又、金属部材１１の他端は、例えば、ボルト３０ａ等によって、バスバー３０と締結され、当該バスバー３０と接続されている。そして、バスバー３０は、金属部材１１との接続位置から第１の回路基板４０の基板面に対して水平方向に延在し、第２の回路基板５０の配線部５１と接続される。但し、金属部材１１と他の部材との接続手法は、適宜変更可能である。
【００３６】
金属部材１１の素材は、導電性が高い金属であれば、任意の素材を用いることができ、例えば、アルミ材、銅材又はマグネシウム材（当該金属素材を用いた合金を含む。以下同じ）等によって形成される。
【００３７】
金属部材１１の外周面の外径は、バスバー３０の幅方向（最長距離）よりも短く構成されている。換言すると、リングコア１０の内周面の内径は、バスバー３０の幅方向（最長距離）よりも短く構成されている。また、金属部材１１の外周面の外径は、より好適には、リングコア１０の内周面の内径に対して、０．８以上とする。これによって、リングコア１０のリング内における金属部材１１の断面積の占有面積を最大化し、リングコア１０の小型化と金属部材１１の低抵抗化の両方を実現することができる。
【００３８】
リングコア１０は、非分割の円筒形状を呈し、内部を通流させる電流の経路に沿って、リング状の内周面にて金属部材１１の外周面を囲繞する。リングコア１０は、金属部材１１を通流する電流により発生する環状の磁界に作用して、インダクタンスを形成する。
【００３９】
本実施形態に係るリングコア１０は、かかるインダクタンスによって、金属部材１１を通流する電流に含まれるノイズ成分を除去する。尚、リングコア１０によるノイズ除去の作用は、ノイズ成分に対して高インピーダンスとなることによる電流制限効果、及びノイズ成分に対する磁気損失による。
【００４０】
リングコア１０を形成する素材は、任意の磁性体材料であってよく、例えば、フェライトやコバルト系アモルファス等を用いることができる。
【００４１】
リングコア１０の外周面は、絶縁性のケース１０ａによって囲繞されている。ケース１０ａを設けることによって、リングコア１０の絶縁を確保するために要する絶縁距離を短くし、余剰スペースの省略を可能としている。そして、リングコア１０は、ケース１０ａと共に、接着材１０ｂ等を用いて、第１の回路基板４０に固定されている。
【００４２】
本実施形態に係る電源装置Ａは、このように、引き出し配線部の一部を円筒状又は円柱状の金属部材１１によって形成し、リングコア１０のリング状の内部空間内に当該金属部材１１を同心円状に配設する構成を有する。従って、本実施形態に係る電源装置Ａによれば、引き出し配線部の低抵抗化を図りつつ、リングコア１０の小型化及び電源装置自体の小型化実現することが可能である。
【００４３】
又、本実施形態に係る電源装置Ａは、第１の回路基板４０の基板面から鉛直方向に立設するように、上記の金属部材１１を配設する。従って、本実施形態に係る電源装置Ａによれば、第１の回路基板４０の配線部４１と引き出し配線部との間で、短絡等が発生することも抑制することができる。
【００４４】
又、本実施形態に係る電源装置Ａは、金属部材１１の他端側にバスバー３０を接続する構成を有する。従って、本実施形態に係る電源装置Ａによれば、電力ラインを自由に引き回すことが可能となる。
【００４５】
（変形例）
上記実施形態に係る電源装置Ａは、第１の回路基板４０として金属基板（例えば、アルミ基板）を用いる場合に特に好適である。金属基板は、ベースとなる金属板上に絶縁膜及び配線パターンを形成したものであり、放熱性に優れている。
【００４６】
図７は、インダクタ部Ｌを形成する際の製造プロセスを模式的に表した図である。
【００４７】
アルミ基板等の金属基板においては、図７に示すように、下地の金属素材と一部の実装部品（例えば、マイコン）との絶縁性を確保するために、金属基板（図７中の４０）上にボスＢ１を設け、当該ボスＢ１上に実装部品Ｂ２を配設する場合がある。
【００４８】
この点、金属部材１１は、この種のボスＢ１と同一の素材を用いることが可能であり、当該ボスＢ１を形成する際に同時に第１の回路基板４０上に形成することが可能である。これによって、簡易な製造プロセスにて、上記したインダクタ部Ｌを形成することが可能である。
【００４９】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
【００５０】
上記実施形態では、リングコア１０と金属部材１１とによって構成するインダクタ部Ｌを適用する対象の一例として、ノイズ除去フィルタＡＴを示した。しかしながら、上記のインダクタ部Ｌは、サージ電圧抑制用や直流電流の平滑化等の用途にも適用し得る。
【００５１】
又、上記実施形態では、リングコア１０と金属部材１１とによって構成するインダクタ部Ｌを配設する位置の一例として、第１の回路基板４０に形成された配線部４１と第２の回路基板５０に形成された配線部５１とを電気的に接続する位置を示した。しかしながら、第１の回路基板４０の配線部４１から当該第１の回路基板４０の外部に引き出される引き出し配線部の一部であれば、他の位置にも配設し得る。例えば、インダクタ部Ｌは、第１の回路基板４０の配線部４１から駆動モータに電力供給を行うための引き出し配線部の一部として形成されてもよい。
【００５２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示に係る電源装置によれば、引き出し配線部の低抵抗化を図りつつ、装置全体としての小型化が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ  電源装置
ＡＴ  ノイズ除去フィルタ
Ｌ  インダクタ部
Ｃ１  第１のコンデンサ部
Ｃ２  第２のコンデンサ部
Ｈａ、Ｈｂ  電力ライン
１０  リングコア
１０ａ  ケース
１０ｂ  接着材
１１  金属部材
３０  バスバー
３０ａ  ボルト
４０  第１の回路基板
４１  配線部
５０  第２の回路基板
５１  配線部
Ｂ１  ボス
Ｂ２  実装部品
【図１】
2019021669.tif 000003
【図２】
2019021669.tif 000004
【図３】
2019021669.tif 000005
【図４】
2019021669.tif 000006
【図５】
2019021669.tif 000007
【図６】
2019021669.tif 000008
【図７】
2019021669.tif 000009