(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側に突出すると共に第１の発熱部品と熱的に接続される第１の凸部と、この第１の凸部と反対方向に突出し前記基板を収容する筐体と熱的に接続される第２の凸部と、を備える支持具と、
前記支持具に固定され、前記第１の発熱部品または前記第１の発熱部品とは異なる第２の発熱部品を前記基板方向に押圧する押圧部材と、を備え、
前記第１の発熱部品は少なくとも巻線部品を有し、
前記基板は、前記巻線部品が有するパターンコイルを備え、
前記押圧部材は、
前記巻線部品が備えるコアを前記基板方向に押圧すると共に、
前記パターンコイルを前記筐体に向けて押圧する第３の押圧脚を備えることを特徴とする支持部材。
【請求項２】
前記第１の凸部と前記第２の凸部は、一枚の板状部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の支持部材。
【請求項３】
前記コアは、長手方向と短手方向を有し、
前記第１の凸部は、前記コアの前記長手方向の略中央部を前記基板方向へ押圧し、
前記押圧部材は、少なくとも２本の脚部を有し、
前記脚部は、前記第１の凸部を挟むように、前記コアの前記長手方向の両端部に配置され、前記コアを前記基板方向へ押圧することを特徴とする請求項１または２に記載の支持部材。
【請求項４】
前記巻線部品は、第１の巻線部品と第２の巻線部品を備え、
前記押圧部材は、その中心から一方側に伸びる第１の押圧脚群により前記第１の巻線部品が備える第１のコアを前記基板方向へ押圧し、他方側に伸びる第２の押圧脚群により前記第２の巻線部品が備える第２のコアを前記基板方向へ押圧することを特徴とする請求項１〜３に記載の支持部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の支持部材を備えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持部材、およびその支持部材を用いた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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が複数個基板上に搭載されている場合に、より簡易な方法で基板または筐体に固定する必要もある。
【０００５】
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、かつ基板または筐体に強固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支持部材および電源装置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】
【０００６】
本発明に係る支持部材は、基板側に突出すると共に第１の発熱部品と熱的に接続される第１の凸部と、この第１の凸部と反対方向に突出し基板を収容する筐体と熱的に接続される第２の凸部と、を備える支持具と、支持具に固定され、第１の発熱部品または第１の発熱部品とは異なる第２の発熱部品を基板方向に押圧する押圧部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、発熱部品の熱を放熱するための第１の凸部および第２の凸部と、発熱部品を押圧して固定する押圧部材を備えているので、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強固に固定することができる。
【０００８】
また、本発明に係る支持部材は、第１の凸部と第２の凸部は、一枚の板状部材から構成されていてもよい。これにより、簡易な加工のみで第１の凸部と第２の凸部を構成することができる。
【０００９】
また、本発明に係る支持部材は、第１の発熱部品は少なくとも巻線部品を含み、押圧部材は、巻線部品が備えるコアを基板方向に押圧してもよい。これにより、巻線部品の放熱が好適に行われると共に、基板に巻線部品を強固に固定することができる。
【００１０】
また、本発明に係る支持部材は、コアは、長手方向と短手方向を有し、第１の凸部は、コアの長手方向の略中央部を基板方向へ押圧し、押圧部材は、少なくとも２本の脚部を有し、脚部は、第１の凸部を挟むように、コアの長手方向の両端部に配置され、コアを基板方向へ押圧してもよい。これによりコアの略中央部、および両端部を基板方向へ押圧することができるので、ほぼ均一な力でコアを基板へ押圧することができ、基板に巻線部品をバランスよく強固に固定することができる。
【００１１】
また、本発明に係る支持部材は、巻線部品は、第１の巻線部品と第２の巻線部品を備え、押圧部材は、その中心から一方側に伸びる第１の押圧脚群により第１の巻線部品が備える第１のコアを基板方向へ押圧し、他方側に伸びる第２の押圧脚群により第２の巻線部品が備える第２のコアを基板方向へ押圧してもよい。これにより、複数の巻線部品を１つの支持部材により基板方向へ押圧することができるので、製造工程や組み立て工程を簡略化することができる。
【００１２】
また、本発明に係る支持部材は、基板は、巻線部品が有するパターンコイルを備え、押圧部材は、パターンコイルを筐体に向けて押圧する第３の押圧脚を備えていてもよい。これによりパターンコイルからの熱を筐体に放熱することが可能になり、巻線部品の放熱がより好適に行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る電源装置は、上記のような支持部材を備えていても良い。これにより、放熱性や組み立て性に優れた電源装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
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、かつ基板または筐体に強固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支持部材および電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る支持部材の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る支持部材を裏面から見た斜視図である。
【図３】本発明の支持部材を配置した電源装置を示す斜視図である。
【図４】図３から支持具を外した電源装置の斜視図である。
【図５】本発明の巻線部品と支持部材の位置関係を表す電源装置の平面図である。
【図６】本発明の巻線部品と支持部材の位置関係を表す電源装置の平面図である。
【図７】図５に示すＡ−Ａ線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
まず、図１を参照して、本発明の好適な実施形態に係る支持部材１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る支持部材の斜視図である。
【００１９】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係る支持部材１は、支持具２と、押圧部材３とを備えている。支持具２は、熱伝導性のある金属等の一枚の板状部材から構成されており、平面視において矩形形状を成している。また、支持具２は、上方に突出する第２の凸部４と、この第２の凸部４とは反対方向に突出し、下方（基板側）に凹んでいる第１の凸部５を備えており、支持具２の長手方向から、第２の凸部４、第１の凸部５、第２の凸部４と、この順番に形成されている。
【００２０】
図２は、図１に示す支持部材１を下面から見た斜視図である。支持具２に固定されている押圧部材３は、第１の押圧部材６と、第２の押圧部材７とを備えている。また、押圧部材３は、支持具２のうち、第２の凸部４および第１の凸部５が設けられていない平坦部分に固定されており、支持具２の長手方向から、第２の押圧部材７、第１の押圧部材６、第２の押圧部材７と、この順番に形成されている。第１の押圧部材６と、第２の押圧部材７はそれぞれ、支持具２に当接して固定される固定部８，９と、この固定部８，９と連結した脚部を備える。固定部８，９は、支持具２に、例えばかしめ加工や溶接等により固定されている。
【００２１】
第１の押圧部材６は、固定部８から一方側に伸びている２本の脚部１０ａ，１０ｂを有する第１の押圧脚群１０と、固定部８から他方側へ伸びる２本の脚部１１ａ，１１ｂを有する第２の押圧脚群１１を備える。第１の押圧脚群１０と、第２の押圧脚群１１は、固定部８から下方（基板方向）にも伸びており、脚部の途中で曲げられた階段状に形成されている。
【００２２】
第２の押圧部材７の固定部９は、第２の凸部４と併設されるようにして支持具２の平坦部分に固定されている。また、第２の押圧部材７は、固定部９と連結された第３の押圧脚１２を備えている。第３の押圧脚１２も、第１，第２の押圧脚群１０，１１と同様に、固定部９から下方（基板方向）に伸びており、脚部の途中で曲げられた階段状に形成されている。第３の押圧脚１２ａ，１２ｂは、固定部９から内側（後述する基板の中心方向）へ向かって伸びている。
【００２３】
次に、図３を参照して、本発明の支持部材１を配置した電源装置２０について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る電源装置の概略構成を説明する斜視図である。
【００２４】
本実施形態で説明する電源装置２０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等である。
【００２５】
電源装置２０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２１に接続されて筐体２２内に収容されたものである。このうち、トランス２３及び共振インダクタ２４は、巻線と巻線が巻回されるコアとを備える所謂巻線部品である。電源装置２０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２０における主要な電子部品を除いて、記載を省略する。
【００２６】
筐体２２は、電源装置２０の回路基板２１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２２は、ベースプレート３１とベースプレート３１を取り囲む側壁３２とを含んで構成される。電源装置２０では、筐体２２の内部に上記の電子部品を収容した後にケース４０で覆われる。回路基板２１は、筐体２２の底面を構成するベースプレート３１の上に直接または間接的に取り付けられる。
【００２７】
回路基板２１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２１は、略長方形状をなしている。回路基板２１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２１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て、電源装置２０における電源回路を構成する。本実施形態における回路基板２１には、後述のパターンコイル２７，３０の巻線も形成されている。
【００２８】
支持部材１は、その長手方向の端部に穴部３９が備えられている。穴部３９に挿入されたネジは、側壁３２の上面のボス４２に備えられたネジ穴４１に螺合される。これにより、支持部材１と筐体２２は、固定される。ボス４２やネジ穴４１は、筐体２２のベースプレート３１上に備えられてもよいが、側壁３２の上面に備えることで、回路基板２１の面積を広く確保することができ、電源装置２０の小型化に寄与する。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明の支持部材１から支持具２を外した場合の電源装置２０について説明する。図４は、支持部材１から支持具２を外した場合の電源装置２０の概略構成を説明する斜視図である。
【００３０】
回路基板２１は、１次側と２次側との間に配置されるトランス２３（第１の発熱部品の一具体例）と、１次側のチョークコイルである共振インダクタ２４（第２の発熱部品の一具体例）を備えている。トランス２３は、一対の磁性体コア２５，２６と、回路基板２１に配された巻線を形成するパターンコイル２７とを備える。磁性体コア２５は、第１のコアの一具体例に相当する。共振インダクタ２４も同様に、一対の磁性体コア２８，２９と、回路基板２１に配された巻線を形成するパターンコイル３０とを備える。一対の磁性体コア２５，２６と一対の磁性体コア２８，２９は、本実施形態では、所謂ＥＩ型の磁性体コアを構成している。磁性体コア２８は、第２のコアの一具体例に相当する。具体的には、磁性体コア２５，２６と磁性体コア２８，２９は、平面視において長方形であり、長手方向と短手方向を有する。回路基板２１の上方側に回路基板２１の短辺側が長手方向となるようにＥ型の磁性体コア２５を配置し、回路基板２１の下方側にＩ型の磁性体コア２６を配置している。回路基板２１には、磁性体コア２５の足部を挿通させるための３つの開口３３，３４，３５が磁性体コア２５の足部に対応して設けられている。Ｅ型の磁性体コア２５の３つの足部は、それぞれ開口３３，３４，３５に対して挿入される。回路基板２１内には、中央の開口３４の周囲を巻回するように、パターンコイル２７が形成される。パターンコイル２７におけるコイルの巻線は、回路の必要性に応じて１次側と２次側それぞれの巻数で配線している。
【００３１】
また、共振インダクタ２４（第２の巻線部品の一具体例）を構成する磁性体コア２８，２９も同様に、所謂ＥＩ型の磁性体コアを構成している。具体的には、回路基板２１の上方側に回路基板２１の短辺側が長手方向となるようにＥ型の磁性体コア２８を配置し、回路基板２１の下方側にＩ型の磁性体コア２９を配置している。回路基板２１には、Ｅ型の磁性体コア２８の脚部を挿通させるための３つの開口３６，３７，３８が回路基板２１の短辺方向に沿って設けられている。Ｅ型の磁性体コア２８の３つの脚部は、それぞれ開口３６，３７，３８に対して挿入される。回路基板２１内には、中央の開口３７の周囲を巻回するように、パターンコイル３０が形成される。パターンコイル３０におけるコイルの巻数は、回路の必要性に応じて決められる。
【００３２】
次に支持部材１について説明する。支持部材１の第１の押圧部材６に備えられた２本の脚部１０ａ，１０ｂを有する第１の押圧脚群１０は、その脚部の先端がトランス２３の磁性体コア２５の上面に配置される。また、２本の脚部１０ａ，１０ｂは、それぞれ磁性体コア２５の長手方向の両端部に配置される。同様に、２本の脚部１１ａ，１１ｂを有する第２の押圧脚群１１は、その脚部の先端が共振インダクタ２４の磁性体コア２８の上面に配置され、この２本の脚部１１ａ，１１ｂは、それぞれ磁性体コア２８の長手方向端部に配置される。つまり、脚部１１ａ，１１ｂは、第１の発熱部品であるトランス２３とは異なる第２の発熱部品である共振インダクタ２４を回路基板２１方向に押圧する。第１の押圧脚群１０および第２の押圧脚群１１は、支持部材１を筐体２２に取り付けた際に、所望の力で磁性体コア２５，２８をベースプレート３１方向に押圧できるような材質や形状で構成されている。本実施形態では、脚部のそれぞれは階段形状をなしており、上方から磁性体コア２５，２８を押圧したときに、弾性により下方から上方へ反発する応力がより効率的に加わる形状となっている。これにより、磁性体コア２５，２８を強固に固定することができる。
【００３３】
第３の押圧脚１２は、トランス２３（第１の巻線部品の一具体例）のパターンコイル２７が配された回路基板２１をベースプレート３１方向へ押圧するための脚部である。この第３の押圧脚１２は、本実施形態では２本の押圧脚１２ａ，１２ｂを備えている。押圧脚１２ａは、回路基板２１の略中央部に配されたパターンコイル２７の一部を押圧するように、固定部９から回路基板２１の中心方向に伸びている。押圧脚１２ｂも同様に、回路基板２１の略中央部に配されたパターンコイル２７の他の一部を押圧するように、固定部９から回路基板２１の中心方向に伸びている。この第３の押圧脚１２も、支持部材１を筐体２２に取り付けた際に、所望の力でパターンコイル２７をベースプレート３１方向に押圧できるような材質や形状で構成されている。また、固定部９から第３の押圧脚１２の先端までの長さは、固定部８から第１の押圧脚群１０または第２の押圧脚群１１の先端までの長さと比較して、長めに設定している。各押圧脚の長さは、回路基板２１から見た時の磁性体コア２５，２８の高さ等により、適切な応力が加わるように、長さを調整している。なお、パターンコイル２７と第３の押圧脚１２との間には、これらが電気的に短絡しないように熱伝導性を有する絶縁シートが配置されていてもよい。
【００３４】
図５，図６は、本発明の支持部材１の位置関係を表す電源装置の平面図である。
【００３５】
支持部材１を筐体２２に固定すると、平面視において、第１の凸部５は、第１の押圧脚群１０を構成する２本の脚部１０ａ，１０ｂの間に位置する。また、この第１の凸部５の下平面は、磁性体コア２５の上面と面接触するように構成されている。つまり、トランス２３の磁性体コア２５は、磁性体コア２５の長手方向の略中央部を第１の凸部５により回路基板２１方向へ押圧されると共に、この第１の凸部５を挟むようにして設けられた２本の脚部１０ａ，１０ｂを備える第１の押圧脚群１０によっても回路基板２１方向へ押圧される。Ｅ型の磁性体コア２５の３本の足部に対応する位置で、２本の脚部１０ａ，１０ｂ、および第１の凸部５のそれぞれによって押圧するので、回路基板２１に対して磁性体コア２５を均一に安定した固定を行うことができる。磁性体コア２５が押圧されることにより、この磁性体コア２５と連結している磁性体コア２６も筐体２２へ押圧される。
【００３６】
また、第１の押圧部材６は、固定部８から一方側に伸びて磁性体コア２５を押圧する第１の押圧脚群１０だけでなく、固定部８から他方側へ伸びて磁性体コア２８を押圧する第２の押圧脚群１１も備えていることで、それぞれの巻線部品の磁性体コア２５，２８をバランスよく下方へ押圧して固定することができる。
【００３７】
次に、図７を参照して、本発明の実施形態に係る電源装置２０の放熱経路について説明する。図７は、図５に示す電源装置２０のＡ−Ａ線での断面図である。
【００３８】
支持具２に備えられた第２の凸部４は、その上平面がケース４０と当接し、これにより第２の凸部４とケース４０とは、物理的および熱的に接続される。また、トランス２３のＩ型の磁性体コア２６、および共振インダクタ２４のＩ型の磁性体コア２９は、その下平面が筐体２２のベースプレート３１に直接またはサーマルコンパウンド等の粘着部材を介して、面接触された状態で配置されている。筐体２２やケース４０は、電源装置２０の外形を形成すると共に、電源装置２０の各素子において発生する熱を外部に放熱する機能を有する。
【００３９】
次に、発熱部品であるトランス２３が発生する放熱経路について説明する。トランス２３から発生された熱は、磁性体コア２５と当接された第１の凸部５、支持具２、第２の凸部４を経由し、ケース４０から上方へ放出する第１の放熱経路を確保している。また、磁性体コア２５、磁性体コア２８、パターンコイル２７は、それぞれこれらと熱的および物理的に接続されている第１の押圧脚群１０、第２の押圧脚群１１、第３の押圧脚１２を備えている。従って、トランス２３やパターンコイル２７、共振インダクタ２４からの熱は、これら押圧脚、支持具２、第２の凸部４を経由して、ケース４０から上方へ放熱する第２の放熱経路を確保している。
【００４０】
また、下方への放熱経路は、トランス２３や、共振インダクタ２４の熱を磁性体コア２６，２９から、直接またはサーマルコンパウンド等を介して間接的に筐体２２のベースプレート３１から放出する第３の放熱経路を確保している。
【００４１】
また、第３の押圧脚部とパターンコイル２７とが接する箇所において、回路基板２１とベースプレート３１との間には、伝熱部材４３を備えている。これにより、パターンコイル２７からの熱を伝熱部材４３を介してベースプレート３１から放出する第４の放熱経路を確保している。
【００４２】
また、支持具２に伝熱された熱は、ネジやボス４２を介して筐体２２へ伝熱して放熱するする第５の放熱経路を確保している。これら複数の放熱経路を備えることにより、トランス２３や共振インダクタ２４から発生する熱を効率よく外部へ放熱することができる。
【００４３】
また、第２の凸部４や第１の凸部５が備えられる支持具２と、脚部を備える第１の押圧部材６、第２の押圧部材７は、支持部材１として結合されている。従って、支持部材１を所望の箇所に配置すればよいので、簡易な方法により組み立てが可能である。また、上述のようにトランス２３，共振インダクタ２４等の発熱部品の放熱が好適に行われると共に、回路基板２１または筐体２２にこれらの発熱部品が強固に固定されるので、信頼性の高い支持部材１および電源装置２０を提供することができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施例の支持部材１および電源装置２０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。
【００４５】
例えば、巻線部品としてトランス２３、および１次側の共振インダクタ２４について説明したが、これに限らず、例えば２次側の平滑回路を構成するインダクタ等、巻線部品であれば本発明に適用可能である。
【００４６】
また、発熱部品として巻線部品を例に挙げて説明したが、１次側のスイッチング素子や整流回路に備えられるダイオードやＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の発熱部品にも適用可能である。
【００４７】
また、例えばベースプレート３１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２０の放熱を行わせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・支持部材、２・・・支持具、３・・・押圧部材、４・・・第２の凸部、５・・・第１の凸部、６・・・第１の押圧部材、７・・・第２の押圧部材、８，９・・・固定部、１０・・・第１の押圧脚群、１１・・・第２の押圧脚群、１２・・・第３の押圧脚、２０・・・電源装置、２１・・・回路基板、２２・・・筐体、２３・・・トランス、２４・・・共振インダクタ、２５，２６，２８，２９・・・磁性体コア、２７，３０・・・パターンコイル、３１・・・ベースプレート、３２・・・側壁、３３，３４，３５，３６，３７，３８・・・開口、３９・・・穴部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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