(57)【要約】【課題】電源システムにおいて、熱に弱く且つ他の部品に比べて寿命が短い電解コンデンサを熱から保護しそして交換を容易にした電源システムを提供する。【解決手段】本発明によれば、電源のノイズを除去または低減するための入力側および出力側電解コンデンサを、電源が取り付けられた基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定し、そして電解コンデンサが取り付けられた基板の取付け面を、電源が取り付けられた基板の取付け面とは天地逆向きとなるように着脱可能に接続したことを特徴とする電源システムが提供される。【選択図】    図２
2015012690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、前記電源の入力部のノイズを除去又は低減するための入力側電解コンデンサと、そして前記電源の出力部のノイズを除去又は低減するための出力側電解コンデンサを備えた電源システムであって、
前記電源は電源基板上に固定されており、
前記入力側電解コンデンサおよび前記出力側電解コンデンサは、前記電源基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定されており、そして
前記コンデンサ基板は、前記コンデンサ基板の前記電解コンデンサを取り付けた面が前記電源基板の前記電源を取り付けた面と天地逆向きとなるように、コネクタによって前記電源基板へ着脱可能に接続されている
ことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記コンデンサ基板を前記電源基板へ取り付けた時、前記コンデンサ基板および／または前記電源基板は、前記入力側電解コンデンサおよび前記出力側電解コンデンサと、前記電源基板との間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
【請求項３】
前記コネクタから前記入力側電解コンデンサまでの配線および／または前記コネクタから前記出力側電解コンデンサまでの配線は、前記コンデンサ基板の表裏面に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記コネクタの電気的な接続は前記コネクタ内に配設された接続ピンによって達成され、そして前記接続ピンは１配線当たり４個以上配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電源システム。
【請求項５】
前記電源は、ＤＣ８８Ｖ以上の仕様の電源であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電源システム。
【請求項６】
前記電解コンデンサは、アルミニウム外装の円筒形電解コンデンサであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱に弱く且つ他の部品に比べて寿命が短い電解コンデンサを熱から保護しそしてその交換を容易にした電源システムに関する。本発明は、電源のノイズを除去または低減するための入力側および出力側電解コンデンサを、電源が取り付けられた基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定し、そして電解コンデンサが取り付けられた基板の取付け面を、電源が取り付けられた基板の取付け面とは天地逆向きとなるように着脱可能に接続したことを特徴とする電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＡＮ型Ｉ／Ｆユニット内の電源システムにおいては、電源の他に、電源の入力部のノイズを除去または低減するための入力側電解コンデンサと、電源の出力部のノイズを除去または低減するための出力側電解コンデンサが使用されている。しかしながら、一般的に電解コンデンサは、電源システムの中で熱に弱く且つ他の部品に比べて寿命が短いために、電解コンデンサの寿命に合わせて、電解コンデンサが取り付けられている基板ごと交換するか、若しくは一度基板を取り外してから、電解コンデンサのみを交換しなければならないという問題があった。
【０００３】
このため、近年では、特開２００３−８１０３０号公報（特許文献１）や特開２００５−２０３６７０号（特許文献２）に記載されているように、電源システムの中で寿命が短くそして定期的に交換の必要のある電解コンデンサを、電源などが取り付けられている基板とは別個に用意した他の基板へ集中して取り付け、両基板を端子またはコネクタによって接続することにより、電解コンデンサのみの交換を容易にした電源システムが開発されている。
【０００４】
しかしながら、上述のように電解コンデンサを、電源などが装着された基板とは別個の基板へ取り付けるタイプの電源システムでは、電源と電解コンデンサとの間の配線距離が増加してしまい、その結果、電解コンデンサは、インピーダンスが増加することによって電源のノイズを十分に除去及び低減することができなくなるという問題があった。
【０００５】
このため、特許文献１，２に記載のタイプの電源システムでは、電源と電解コンデンサとの間の配線のインピーダンスの増加を抑制するために、電解コンデンサを可能な限り電源に近接させて配置しなければならなかった。しかしながら、一般に電解コンデンサは熱に対して弱いため、特許文献１，２に記載の電源システムで使用される電解コンデンサは、さらに熱を受けてその劣化が助長され、寿命が極めて短くなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８１０３０号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３６７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、電源システムにおいて、熱に弱く且つ他の部品に比べて寿命が短い電解コンデンサを熱から保護しそして交換を容易にした電源システム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】
【０００８】
本発明者等は、電源システム内の電解コンデンサの配置および配線などについて鋭意検討を重ねた結果、電解コンデンサを、電源が取り付けられた基板とは分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定し、そして電源から発せられる放射熱が電解コンデンサへ直接到達するのを遮蔽できるように、電解コンデンサが取り付けられた基板の取付け面を、電源が取り付けられた基板の取付け面とは天地逆向きとなるように着脱可能に接続することによって本発明を完成するに至った。
【０００９】
具体的には、本発明によれば、電源と、電源の入力部のノイズを除去又は低減するための入力側電解コンデンサと、そして電源の出力部のノイズを除去又は低減するための出力側電解コンデンサを備えた電源システムであって、電源は電源基板上に固定されており、入力側電解コンデンサおよび出力側電解コンデンサは、電源基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定されており、そしてコンデンサ基板は、コンデンサ基板の電解コンデンサを取り付けた面が電源基板の電源を取り付けた面と天地逆向きとなるように、コネクタによって電源基板へ着脱可能に接続されていることを特徴とする電源システムが提供される。
【００１０】
本発明では、電源を電源基板上に固定し、そして入力側電解コンデンサおよび出力側電解コンデンサを電源基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定したので、電源システムの中で寿命が短くそして定期的に交換の必要のある電解コンデンサを、他部品や電源基板を取り外すことなく、コンデンサ基板のみを取り外すことによって容易に交換することができる。また、入力側電解コンデンサと出力側電解コンデンサとを１枚の基板上に取り付けたので、複数の電解コンデンサを同時に交換することができる。ただし、適宜コンデンサ基板を複数枚に分割し、電解コンデンサを電解コンデンサ単位またはグループ単位で交換できるようにしてもよい。
【００１１】
また、コネクタは機械的に着脱可能であって、且つコネクタを着脱することによって、電源基板上の配線とコンデンサ基板上の配線とを電気的に接続又は非接続状態にできるものであれば、特に制限なく公知のコネクタやソケット、端子などを使用することができる。
【００１２】
本発明では、コンデンサ基板の電解コンデンサを取り付けた面が電源基板の電源を取り付けた面と天地逆向きとなるように、コネクタや接続端子を介してコンデンサ基板を電源基板へ着脱可能に接続したので、電解コンデンサは熱源である電源から遠ざけられ、さらに電源に対して露出している電解コンデンサの表面部分を実質的に無くすることができる。その結果、電解コンデンサは、実質的に電源が発する熱の影響を受けることがなくなり、熱による劣化が防止される。また、電源基板に対するコンデンサ基板の天地逆向きの配置は、基板の接続構造を簡素化し、電源システムのコンパクト化に大きく寄与する。
【００１３】
さらに、本発明では、コンデンサ基板を電源基板へ取り付けた時、コンデンサ基板および／または電源基板が、入力側電解コンデンサおよび出力側電解コンデンサと、電源基板との間に配置されるように構成することが好ましい。
【００１４】
上記のような構成は、コンデンサ基板および／または電源基板によって、電源から発せられる放射熱が電解コンデンサへ到達するのを確実に遮断するので、電解コンデンサを電源が発する熱から確実に保護することが可能となる。
【００１５】
コンデンサは大別して、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、固体コンデンサ、オイルコンデンサなどの種類があるが、本発明では、コンデンサを熱からの保護しその交換を容易にすることを目的としているので、前記どのタイプのコンデンサも使用することができる。
【００１６】
ただし、本発明の利益を最も享受することができるタイプのコンデンサは、熱に弱く、交換が不便な比較的大きなコンデンサであるので、電解コンデンサが本発明への適用に適しており、その中でも特にアルミニウム外装の円筒形電解コンデンサが本発明への適用により適している。
【００１７】
また、本発明の目的の１つは、基板の配置を工夫することによって電解コンデンサを発熱源である電源から隔離し、熱から保護することにある。このため、本発明で使用される電源は、通常、ノイズの除去又は低減のために電解コンデンサが併用され且つその発熱量が大きな、比較的容量の大きいなタイプの電源が適しており、具体的には、ＤＣ８８Ｖ以上の仕様の電源が適している。特に放熱用の放熱フィンを備えた電源の場合、電源からの放熱場所を特定することができるので、電解コンデンサを熱源である電源から隔離し易くなり、好適である。
【００１８】
本発明のように複数の電解コンデンサを電源基板から独立した１枚の基板上に集中配置した電源システムでは、電源、電解コンデンサなど全ての部品を同じ基板上に固定した従来例の電源システムに比べて、電源と各電解コンデンサとの間の配線距離（長さ）が増加する傾向にあり、また各配線間の距離（長さ）にも長短の差を生じる傾向にある。
【００１９】
しかしながら、電源システムで使用される電解コンデンサは、電源のノイズを除去又は低減するために機能するものであるので、電源と電解コンデンサとの間の配線距離（長さ）が増大するとインピーダンスの増加を招き、十分に電源のノイズを除去又は低減することができなくなるという問題がある。
【００２０】
また、電源システムにおいて、配線のインピーダンスを低減させる処置としては、Ａｕなどの電気抵抗の低い金属を選択することや、配線の長さを短くする又は配線の断面積を拡大することなどが知られている。しかしながら、Ａｕなどの電気抵抗の低い金属を選択することは高コストとなり不利である。また、配線長さを短くすることは、本発明において物理的に限界があるので適切な処置であるとはいえない。
【００２１】
さらに、近年の電源システムでは、製品の小型化および高性能化・高機能化が進み、部品点数の増加に伴って基板上の部品取り付けの高密度化が求められている。このため、基板上の配線の幅を拡げてその断面積を拡大することは、基板上の部品取り付けスペースを奪い、部品取り付けの高密度化を阻害するので好ましくない。
【００２２】
そこで、本発明では、電解コンデンサと接続される、コンデンサ基板上の配線および／または電源基板上の配線を、コンデンサ基板の表裏面上および／または電源基板の表裏面上に配設することによって、各基板上の配線の幅を実質的に拡げることなく配線の断面積の拡大し、インピーダンスの低減を実現している。
【００２３】
また、本発明のように、電源を取り付けた電源基板と電解コンデンサ取り付けたコンデンサ基板とを着脱自在に分離させた電源システムでは、電源基板とコンデンサ基板とを接続するコネクタによってもインピーダンスが増加するという問題がある。そのため、コネクタが、コネクタ内に配設された接続ピンによって電気的な接続を達成するタイプのものである場合、コネクタの接続ピンは、１配線当たり４個以上配設することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電源を電源基板上に固定し、そして入力側および出力側電解コンデンサを電源基板から分離独立した１枚のコンデンサ基板上に固定しているので、電解コンデンサを、他部品や電源基板を取り外すことなく、コンデンサ基板のみを取り外すことによって容易に交換することができる。また、入力側および出力側電解コンデンサを同一基板上に取り付けたので、複数の電解コンデンサを一度に交換することができるようになるという効果もある。
【００２５】
本発明によれば、コンデンサ基板の電解コンデンサを取り付けた面が電源基板の電源を取り付けた面と天地逆向きとなるように、コネクタや接続端子を介してコンデンサ基板を電源基板へ着脱可能に接続したので、電解コンデンサは熱源である電源から遠ざけられ、さらに電源から発せられる放射熱はコンデンサ基板および／または電源基板によって遮断されるので、電解コンデンサを電源が発する熱から確実に保護することが可能となる。その結果、電解コンデンサの寿命が長寿命化される。
【００２６】
本発明によれば、回路基板の表裏面を利用した配線の配設や４ピン以上の接続ピンを有するコネクタの使用によって、電源を取り付けた電源基板と電解コンデンサ取り付けたコンデンサ基板とが分離したタイプの電源システムにおいてもインピーダンスの低減を実現している。その結果、本発明で使用される電解コンデンサは、電源の直近に電解コンデンサを取り付けることなく、電源のノイズを十分かつ安定的に除去又は低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムの回路図である。
【図２】電解コンデンサ基板を取り付けた状態の本発明の一実施形態に係る電源システムの斜視図である。
【図３】電解コンデンサ基板を取り付けた状態の本発明の一実施形態に係る電源システムの（ａ）上面図、（ｂ）正面図及び（ｃ）側面図である。
【図４】従来例の電源システムの回路図である。
【図５】従来例の電源システムの斜視図である。
【図６】従来例の電源システムの（ａ）上面図、（ｂ）正面図及び（ｃ）側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る電源システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示される実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。
【００２９】
図１には、本発明の一実施形態に係る電源システム１の回路図が示されており、図４には従来例の電源システム１０の回路図が示されている。また、図２には、一部の部品を省略した本実施例の電源システム１の斜視図が示されており、図５には一部の部品を省略した従来例の電源システム１０の斜視図が示されている。さらに、図３には、本実施例の電源システム１の（ａ）上面図、（ｂ）正面図及び（ｃ）側面図が示されており、図６には従来例の電源システム１０の（ａ）上面図、（ｂ）正面図及び（ｃ）側面図が示されている。ただし、図５，６には、図４に示されている従来例の電源システム１の２つ分の回路部品が示されている。また、図１〜６において、本実施例の電源システム１の部品のうち従来例の電源システム１０と共通する部品については、同一符号を付して表している。
【００３０】
本実施例の電源システム１および従来例の電源システム１０は、図１および図４を参照して理解されるように、主として入力電源用コネクタ１１、フィルタ回路１２、電源２（ＤＣ／ＤＣコンバータ，１１０Ｖ／２４Ｖ）、電源２の入力部のノイズを除去または低減するための入力側のアルミニウム外装の円筒形電解コンデンサ３とセラミックコンデンサ１３、電源２の出力部のノイズを除去または低減するための出力側のアルミニウム外装の円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂとセラミックコンデンサ１４および負荷用コネクタ１５から構成されている。
【００３１】
従来例の電源システム１０では、図４〜６に示されているように、全ての部品が同一の電源基板５上に実装されている。
【００３２】
このため、従来例の電源システム１０では、入力側円筒形電解コンデンサ３または出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを交換する必要がある時は、電源基板５をＬＡＮ型Ｉ／Ｆユニット（図示せず）から取り外して入力側円筒形電解コンデンサ３または出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを交換するか、若しくは電源基板５ごと交換する必要がある。
【００３３】
一方、本実施例の電源システム１では、図１〜３に示されているように、入力電源用コネクタ１１、フィルタ回路１２、電源２、入力側セラミックコンデンサ１３、出力側セラミックコンデンサ１４および負荷用コネクタ１５を同一の電源基板５上に実装し、熱に弱く且つ他の部品に比べて寿命が短い入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを電源基板５から分離独立したコンデンサ基板６上に実装している。また、コンデンサ基板６は、コネクタ７を介して電源基板５へ着脱自在に接続されている。
【００３４】
このため、本実施例の電源システム１では、入力側円筒形電解コンデンサ３または出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを、他部品１１〜１５や電源基板５をＬＡＮ型Ｉ／Ｆユニット（図示せず）から取り外すことなく、コンデンサ基板６のみを取り外すことによって容易に交換することができる。また、本実施例の電源システム１では、入力側電解コンデンサ３と出力側電解コンデンサ４ａ，４ｂとを１枚のコンデンサ基板６上に取り付けたので、コンデンサ基板６のみを交換することよって一度に入力側電解コンデンサ３および出力側電解コンデンサ４ａ，４ｂを交換することができる。
【００３５】
次に、図２および図３（ｂ）を参照して理解されるように、本実施例の電源システム１では、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを取り付けたコンデンサ基板６の取付け面６１が、電源２を取り付けた電源基板５の取付け面５１と天地逆向きとなるように、コンデンサ基板６がコネクタ７を介して電源基板５へ着脱可能に接続されている。また、電源２の放熱フィン２１と、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂとの間には、両者の間のスペースを遮断するようにコンデンサ基板６と電源基板５とが配置されている（図３参照）。
【００３６】
このため、本実施例では、入力側円筒形電解コンデンサ３の表面および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂは熱源である電源２から遠ざけられ、さらに入力側円筒形電解コンデンサ３の表面および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂの表面が電源２の放熱フィン２１へ向けて直接的に露出されることはない。また、電源２の放熱フィン２１が発する放射熱は、コンデンサ基板６と電源基板５によって遮られて入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂへ到達することがないので、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂは電源２の発する熱から確実に隔離されて保護され、その結果、入力側円筒形電解コンデンサ３の表面および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂの寿命が長寿命化される。
【００３７】
また、一般的に電源２は、図３（ｂ）に示されるように熱を逃がすための放熱フィン２１をその上部に備えているので、本実施例のように、電源基板５に対して天地を逆向きにしたコンデンサ基板６の配置は、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを電源２の放熱フィン２１よりも下方へ配置するのを可能にする。このため、電源基板５に対して天地を逆向きにしたコンデンサ基板６の配置は、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂが電源２の放熱フィン２１によって加熱された気体（上昇気流）によって熱せられてしまうのを効果的に防止する。
【００３８】
以上の結果、本実施例では、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂは、実質的に電源２が発する熱の影響を受けることがなくなり、熱による各円筒形電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂの劣化が効果的に防止される。また、本実施例のように、電源基板５に対して天地を逆向きにしたコンデンサ基板６の配置は、基板５，６の接続構造の簡素化や電源システム１のコンパクト化に大きく寄与する。
【００３９】
なお、本発明は、コンデンサを熱からの保護しその交換を容易にすることを目的としているので、電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂの他、フィルムコンデンサ、固体コンデンサ、オイルコンデンサなどの他のタイプのコンデンサも使用することができる。ただし、本実施例では、特に熱に弱く、交換が不便な比較的大きなアルミニウム外装の円筒形電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂが使用されている。
【００４０】
次に、本実施例の電源システム１では、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂを１枚のコンデンサ基板６上に集中配置したことによる、電源２と各電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂとの間の配線距離（長さ）の増大およびインピーダンスの増加を抑制するため、図示しないが、円筒形電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂと接続される配線をコンデンサ基板６の表裏面に配設し、さらにコネクタ７内に配設される接続ピンの数を１配線当たり４個以上としている。
【００４１】
その結果、本実施例の電源システム１は、入力側円筒形電解コンデンサ３および出力側円筒形電解コンデンサ４ａ，４ｂによって、安定且つ十分な電源のノイズ除去効果又は低減効果を得ることができる。特に、電解コンデンサ３及び４ａ，４ｂに接続される配線のコンデンサ基板６の表裏面上への配設は、実質的に配線の幅を拡げることなく配線のインピーダンスを大幅に低減するので、基板への取付け部品の高密度化および電源システムの小型化に大きく寄与する。
【００４２】
なお、本実施例の電源システム１で使用されるコネクタ７は、機械的に着脱可能であって、且つコネクタ７を着脱することによって電源基板５上の配線とコンデンサ基板６上の配線とを電気的に接続又は非接続状態にできるものであれば、特に制限なく公知のコネクタやソケット、端子などを使用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・・・・・本実施例の電源システム
１１・・・・・・入力電源用コネクタ
１２・・・・・・フィルタ回路
１３・・・・・・入力側セラミックコンデンサ
１４・・・・・・出力側セラミックコンデンサ
１５・・・・・・負荷用コネクタ
２・・・・・・・電源
２１・・・・・・放熱フィン
３・・・・・・・入力側電解コンデンサ
４ａ，４ｂ・・・出力側電解コンデンサ
５・・・・・・・電源基板
５１・・・・・・電源基板の電源取付け面
６・・・・・・・コンデンサ基板
６１・・・・・・コンデンサ基板のコンデンサ取付け面
７・・・・・・・コネクタ
１０・・・・・・従来例の電源システム
【図１】
2015012690.tif 000003
【図２】
2015012690.tif 000004
【図３】
2015012690.tif 000005
【図４】
2015012690.tif 000006
【図５】
2015012690.tif 000007
【図６】
2015012690.tif 000008