(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線を有し、入力電力を該一次巻線に供給する入力回路を有する一次側モジュールと、
それぞれ二次巻線を有し、前記一次巻線から各二次巻線へと供給された電力を所定の電圧レベルに変換して出力する出力回路を有する複数の二次側モジュールと、
前記一次側モジュールと二次側モジュールとの間に設けられ、前記一次側モジュールの一次巻線と前記複数の二次側モジュールのそれぞれの二次巻線とが着脱自在に装着されるコアと、前記一次巻線と二次巻線とが装着された状態の前記コアを収納かつ保持し、高熱伝導性の樹脂材料で形成された略箱型のトランスケースとを有し、前記一次巻線と二次巻線とが前記コアに装着された状態で一次巻線と二次巻線との間で絶縁を確保するとともに、それらの間で電磁誘導作用を介して電力の受け渡しをするトランスと、
高熱伝導性の金属材料で成形され、前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランスを収納する外郭ケースとを有し、
前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランスが、それぞれ機構的に独立したモジュールとして構成され、それらのモジュールが前記外郭ケースにそれぞれ分離してかつ離間した状態で着脱自在に設けられており、
前記トランスは、前記外郭ケースに、前記トランスケースを介して前記外郭ケースと熱的に結合された状態で取り付けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記外郭ケースに設けられた前記一次側モジュール及び二次側モジュールは、標準化された複数種の一次側標準モジュール及び二次側標準モジュールの中から、それぞれ選択して取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記コアから前記一次巻線及び二次巻線を取り外すことにより、前記一次側モジュール及び二次側モジュールを前記外郭ケースからそれぞれ独立して取り外すことができるようになってい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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次巻線と二次巻線とがそれぞれ分離しており、独立した部品となっているトランスを有する電源装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の特にスイッチング電源装置においては、供給される交流電源電力を一次側の整流平滑回路によって整流平滑して直流入力電力を得、この直流入力電力を主トランスの一次巻線に断続的に印加する。そして、主トランスの二次巻線に誘起された電力を、二次側の整流平滑回路で整流平滑した後に、所望の直流出力電力を出力するように構成している。
【０００３】
ところで、従来のこうした電源装置は、図７に示すように、前記一次側回路３７、トランス１０、二次側回路３８を含むほとんどすべての部品を一枚の基板３６上に収めているため、一旦電源装置１Ａがパッケージ化されてしまうと、その決められた仕様とは異なる出力電流や出力電圧を得ることができず、出力数の変更や、故障個所の交換等もできない。そのうえ、図７において、一次側回路３７と二次側回路３８の境界線上に置かれているトランス１０は、組立て後に分解及び仕様の変更をすることが困難で、二次巻線の巻数が変更できない構造であるため、トランス１０の仕様が決定した後には出力が固定されてしまう。
【０００４】
そこで本願出願人は特願平１０−１０７４８号公報（特開平１１―２１５８０９号公報）において、目的に応じて自由な電源設計を行なえる汎用性、柔軟性の高い電源装置を先に提案している。この特開平１１―２１５８０９号公報に開示されている電源装置は、一次巻線を一体に取り付けた一次側モジュールと、二次巻線を一体に取り付けた二次側モジュールと、前記一次側モジュールから前記二次側モジュールへと電力伝送を行なう主トランスとを各々機構的に独立して備えており、これらの各モジュールを選択的に組み合わせることにより、異なる出力電流や出力電圧の電源装置を簡単に構築できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の電源装置に用いられている主トランスは、一次側モジュールの基板上に設けられているため、取り付ける位置が限られていた。そのうえ、この主トランスに使用されていたトランスケースは、樹脂によって成形されていることから、熱伝導性が悪く、主トランスの放熱を阻害する原因となっていた。したがって、この電源装置では主トランスの放熱を図るため、ヒートシンクを別部材で設けなくてはならなかった。さらに、この構造では、外郭ケース内に主トランス用のヒートシンクを設けるためのスペースが必要となるため、外郭ケース内の主トランスの位置や取付け方法に大きな制約が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、主トランスに対してヒートシンクを別部材で設けることなく主トランスの放熱が図れ、主トランスの位置や取付け方法の自由度の高い電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、予め一体に接続された一次巻線を有し、入力電力を該一次巻線に供給する入力回路を有する少なくとも一つの一次側モジュールと、
それぞれ予め一体に接続された二次巻線を有し、前記一次巻線から二次巻線へと供給された電力を所定の電圧レベルに変換して出力する出力回路を有する複数の二次側モジュールと、
前記一次側モジュールと二次側モジュールとの間に設けられ、前記一次側モジュールの一次巻線と前記複数の二次側モジュールのそれぞれの二次巻線とが着脱自在に装着されるコアと、前記一次巻線と二次巻線とが装着された状態の前記コアを収納かつ保持し、高熱伝導性の樹脂材料で形成された略箱型のトランスケースとを有し、前記一次巻線と二次巻線とが前記コアに装着された状態で一次巻線と二次巻線との間で絶縁を確保するとともに、それらの間で電磁誘導作用を介して電力の受け渡しをするトランスと、
高熱伝導性の金属材料で成形され、前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランスを収納する外郭ケースと、を有し、
前記一次側モジュール、二次側モジュール及びトランスが、それぞれ機構的に独立したモジュールとして構成され、それらのモジュールが前記外郭ケースにそれぞれ分離してかつ離間した状態で着脱自在に設けられており、
前記トランスは、前記外郭ケースに、前記トランスケースを介して前記外郭ケースと熱的に結合された状態で取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
以上のような構成によれば、一次側モジュール、トランス、二次側モジュールがそれぞれ分離しており、それぞれを機構的に独立したモジュールとして扱うことができるため、電源装置の組立てや分解が容易になる他、設計の自由度が大幅に向上する。
【０００９】
また、前記外郭ケースに設けられた前記一次側モジュール及び二次側モジュールは、標準化された複数種の一次側標準モジュール及び二次側標準モジュールの中からそれぞれ選択して取り付けることも可能であり、そのようにすることで、所望の仕様の電源装置を短期間で製作することが可能となる。
【００１０】
また、前記コアから前記一次巻線及び二次巻線を取り外すことにより、前記一次側モジュール及び二次側モジュールを前記外郭ケースからそれぞれ独立して取り外すことができるような構造にすることも可能であり、そのようにすることで、この電源装置を組み立てた後の出力電力の変更や、出力数の変更等の仕様の変更や、故障個所の交換等が容易になる。
【００１１】
また、前記コアを前記コアを保持するトランスケースを介して前記外郭ケースに取り付け、前記トランスケースを前記外郭ケースと熱的に結合することにより、前記トランスにヒートシンクを設けることなく前記トランスの放熱を図ることが可能となる。
【００１２】
また、前記トランスケース及び前記外郭ケースを高熱伝導性の材料で成形することにより、そのようにすることで、前記トランスの放熱の効率を向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明の他の目的、構成及び効果は、図面を参照して行う以下の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における電源装置の一実施形態を、添付図面を参照しながら詳述する。
【００１７】
図１ないし図３は、それぞれ、本発明の電源装置１の一実施形態の正面図、側板４側からの側面図、開口８側からの側面図であり、図４は、該電源装置１の構造を示す分解斜視図である。また、図５は、本発明の電源装置に使用されているトランスの分解斜視図であり、図６は、本発明の電源装置の他の実施形態の正面図である。なお、上記図７に示した従来の電源装置１Ａと同様の機能を有する構成部材には同一の番号を付記する。また、図１、図４及び図６に示された一次側基板１５に載置される回路部品は、図面の簡略化のため、省略してある。
【００１８】
まず、本発明の電源装置の全体構成を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００１９】
この電源装置１は、図１及び図４に示すように、予め一体に接続された一次巻線１３を有し、外部からの入力電流をトランス１０に供給する一次側モジュール９と、それぞれ予め一体に接続された二次巻線１４を有し、前記一次巻線１３から二次巻線１４へと供給された電力を所定の電圧レベルにて変換して出力する出力回路を有する複数の二次側モジュール１１と、前記一次側モジュール９と二次側モジュール１１の間に設けられ、前記一次側モジュール９の一次巻線１３と前記複数の二次側モジュール１１のそれぞれの二次巻線１４とが着脱自在に装着されるコア２２を有し、前記一次巻線と二次巻線とが前記コア２２に装着された状態で一次巻線１３と二次巻線１４との間で絶縁を確保するとともに、それらの間で電磁誘導作用を介して電力の受け渡しをするトランス１０と、前記一次側モジュール９、二次側モジュール１１及びトランス１０を収納する外郭ケース２と、これらのモジュールに載置された発熱部品を冷却するためのファン１２とを有している。
【００２０】
外郭ケース２は、図５に示すように、各々がアルミニウムなどの金属材料で形成されたシャーシ２ａ及びカバー２ｂの２部材にて構成されている。
【００２１】
シャーシ２ａは、図１及び図４に示すように、電源装置１の各モジュールが装着される底板３と、底板３に対し垂直になるよう折り曲げられた側板４及び側板５とを有している。側板４には、図２に示すように、一次側モジュール９に電力を供給するための入力端子１９が位置する端子孔１７とファン１２によって外部から外郭ケース２内に風を供給するための空気取入孔１８が設けられており、この空気取入孔１８の位置に合わせてファン１２が側板４の内側に取り付けられている。また、外郭ケース２を組み立てた際、この側板４の対向する面は、開口８となる。
【００２２】
カバー２ｂは、図４に示すように、前記底板３の対向する面を覆うための上板７と、前記側板５に対向する面を覆うため、上板７と垂直になるように折り曲げられた側板６とを有している。
【００２３】
外郭ケース２内部には、一次側モジュール９と、トランス１０と、二次側モジュール１１及びこれらのモジュールを冷却するためのファン１２とが設けられている。そして、これらの各モジュールはネジによってシャーシ２ａの底板３に取り付けられており、各々が着脱可能となっている。
【００２４】
なお、各モジュールと底板３との結合方法は、各モジュールと底板３とが着脱可能であれば、この実施形態のようにネジを用いる他、嵌合を用いる等、様々な結合方法を用いることが可能である。
【００２５】
また、本実施形態ではトランスケース２１をシャーシ２ａに対してネジ３２によって固定しているが、本実施形態に限らず、トランスケース２１をシャーシ２ａと溶接や接着等によって接合し、トランスケース２１とシャーシ２ａとを強固に固定することも可能であり、そのような構造を用いることによりトランスケース２１とシャーシ２ａとの熱的な結合を強めることができる。
【００２６】
一次側モジュール９は、図１に示すように、整流回路やノイズフィルター回路等の回路を備えた一次側基板１５と、前記トランス１０を介して前記二次側モジュール１１へ電力を伝達するため、前記一次側基板１５と予め一体に接続された一次巻線１３とを備えている。また、この一次側モジュール９はシャーシ２ａに対してネジによって着脱自在に取り付けられている。
【００２７】
なお、この一次側モジュール９には、力率改善回路を設けることにより、一次側モジュール９の電力損失が減少し、電源装置の効率を向上させることが可能となる。また、一次側モジュール９は、この実施形態のように１つに限らず、複数設けることも可能である。また、一次側モジュール９には、一次側基板１５に設けられた発熱部品の放熱のため、金属材料等によって形成されたヒートシンクを設けることが好ましい。
【００２８】
トランス１０は、図１に示すように、前記一次側モジュール９と前記二次側モジュール１１の中間に一次側モジュール９及び二次側モジュール１１と分離した状態で位置し、シャーシ２ａにネジによって直接固定されている。このトランス１０は、図５に示すように、高熱伝導性樹脂によって成形された略箱型のトランスケース２１と、前記一次側モジュール９に接続された一次巻線１３と、前記二次側モジュール１１に接続された二次巻線１４と、これらのコイルを電磁的に結合させるためのコア２２と、これらのコイル及びコアを下方に押圧するためのクランプ２３とを備えている。
【００２９】
一次巻線１３及び二次巻線１４は、図５に示すように、各々がユニット化され、独立した部品となっている。より詳しく説明すると、一次巻線１３には、コア挿通孔２４ａを有する薄型のボビン２４に導線２５を巻回した薄型コイル２５が用いられており、二次巻線１４には、円環状のシート型に成形したコア挿通孔２７ａを有するコイル部２７の両面に絶縁性の被覆シート２８を貼り付けたシートコイル２９が用いられている。そして、これらの一次巻線１３及び二次巻線１４は、一次側モジュール９及び二次側モジュール１１に予め一体に取り付けられており、しかもこれらの一次巻線１３及び二次巻線１４を一次側モジュール９及び二次側モジュール１１から取り外すことなくコア２２に対して着脱することが可能な構造となっている。
【００３０】
このような構造を用いることにより、本発明の電源装置１は、ユーザーのニーズに応じて、予め用意された一次側モジュール９及び二次側モジュール１１を組み合わせることにより所望の仕様の電源装置を短期間に製作することが可能であり、しかも故障個所等を容易に交換することが可能な構造となっている。
【００３１】
コア２２は、磁性体で成形された２つの部材よりなっており、トランスケース２１側には断面Ｅ字型の下部片２２ａが、クランプ２３側には、断面Ｉ字型の上部片２２ｂがそれぞれ位置するようになっている。そして、これらを組み立てる際には、トランスケース２１に取り付けた下部片２２ａに一次巻線１３及び二次巻線１４を取り付けた後に、上部片２２ｂ及びクランプ２３を取り付けるようになっている。
【００３２】
トランスケース２１は、高熱伝導性樹脂によって略箱型に成形されており、その側面には、図５に示すように、このトランスケース２１をシャーシ２ａへと取り付けるための取付片３０が設けられている。そして、この取付片３０に設けられた孔部３１とネジ３２とによってトランスケース２１は、図１に示すようにシャーシ２ａへと取り付けられている。
【００３３】
なお、トランスケース２１は高熱伝導性の材料で成形されていればよく、本実施形態に用いられている高熱伝導性樹脂以外に金属等で成形することも可能である。そして、そのようにトランスケース２１を金属等の電気伝導性の材料で成形した場合には、トランスケース２１の表面に高熱伝導性かつ電気絶縁性の被覆を施すことが好ましい。
【００３４】
また、このトランスケース２１を外郭ケース２に取り付ける際には、このトランスケース２１と外郭ケース２との間に高熱伝導性のシート等を設けることが好ましく、それによってトランスケース２１と外郭ケース２との熱的な結合を強めることが可能となる。また、トランス１０は、図６に示すように一次側基板１５に取り付けることも可能である。
【００３５】
二次側モジュール１１は、それぞれ、前記トランス１０を介して一次巻線１３から伝達された電力を前記二次側モジュール１１へ出力するための二次巻線１４と、帰還回路や過電圧・過電流保護回路等の回路を備えた二次側基板１６と、この二次側基板１６に取り付けられた発熱部品を冷却する機能を有するベース３３と、を備えている。
【００３６】
ベース３３は、アルミニウム等の金属板材を図３に示すように略コの字型に折り曲げたものである。そして、このベース３３のシャーシ２ａ側の面にはネジ穴が設けられており、外郭ケース２に設けられたモジュール取付部にネジによって着脱自在に取り付けられている。
【００３７】
また、二次側モジュール１１は、図１及び図５に示すように、外郭ケース２の開口８付近に複数個並設することにより、複数種の直流電力を出力端子２０からそれぞれ取り出すことが可能となっている。
【００３８】
また、この二次側モジュール１１には、複数の発熱部品（図示せず）が設けられており、それらの発熱部品は、前記ベース３３に熱的に結合されている。
【００３９】
さらに、二次側モジュール１１の装着されない空モジュール部分３４には、ブランクパネル３５が装着され、ファン１２によって外郭ケース２内に取り入れた風が、空モジュール部分３４から放出することを防止するようになっている。
【００４０】
なお、図３に示すように、該電源装置１の二次側モジュール１１の幅ｗは、外郭ケース２の幅Ｗに対してＷ／ｎ（ｎは整数）の大きさとなっており、各一次側モジュール９の大きさが均一化されているため、二次側モジュール１１のモジュール化が容易となっている。そして、二次側モジュール１１の形状は、この実施形態のように全てがほぼ同一である必要はなく、必要に応じて１個のモジュールに複数個分のスペースを占有させることも可能である。そのようにすることで、二次側モジュール１１の形状の自由度が増加する。
【００４１】
以下、本発明の電源装置の組み立て方法について詳述する。
【００４２】
外郭ケース２のシャーシ２ａの所定の位置にトランスケース２１をネジ３２を用いて取り付け、このトランスケース２１内に前記コアの下部片２２ａを設ける。
【００４３】
この下部片２２ａに一次側モジュール９からの一次巻線１３を取り付け、二次側モジュール１１からの二次巻線１４も一次巻線１３と同様に下部片２２ａに取り付ける。
【００４４】
上部片２２ｂを下部片２２ａの上に取り付け、その上からクランプ２３をトランスケース２１に固定する。
【００４５】
次に、一次側モジュール９及び二次側モジュール１１をネジによってシャーシ２ａへと取り付ける。
【００４６】
シャーシ２ａにカバー２ｂを取り付ける。
【００４７】
このように組み立てることにより、トランス１０に一次側モジュール９及び二次側モジュール１１を取り付けた後に一次側モジュール９及び二次側モジュール１１をシャーシ２ａに取り付けるため、トランス１０、一次側モジュール９、二次側モジュール１１の相互の配線が容易となる。
【００４８】
なお、上述した組み立て方法は、一例であり、その他の組み立て方法によってこの電源装置１を組み立てることも可能である。
【００４９】
最後に、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更及び改良等が可能であることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シャーシに一次側モジュール、トランス、二次側モジュールをそれぞれ分離してかつ着脱自在に取り付けており、さらにトランスをシャーシと熱的に結合させることができる。そのため、トランスにヒートシンクを設けることなくトランスの放熱が図れるうえ、トランスの配置の自由度が高い電源装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源装置の構造を示す一実施形態の正面図である。
【図２】本発明の電源装置の側板４側からの側面図である。
【図３】本発明の電源装置の開口側からの側面図である。
【図４】本発明の電源装置の構造を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の電源装置に使用されているトランスの分解斜視図ある。
【図６】本発明の電源装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図７】従来の電源装置の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
１        電源装置
２        外郭ケース
２ａ      シャーシ
２ｂ      カバー
３        底板
４,５,６   側板
７        上板
８        開口
９        一次側モジュール
１０      トランス
１１      二次側モジュール
１２      ファン
１３      一次巻線
１４      二次巻線
１５      一次側基板
１６      二次側基板
１７      端子孔
１８      空気取入孔
１９      入力端子
２０      出力端子
２１      トランスケース
２２      コア
２２ａ    下部片
２２ｂ    上部片
２３      クランプ
２４      ボビン
２４ａ    コア挿通孔
２５      導線
２６      薄型コイル
２７      コイル部
２７ａ    コア挿通孔
２８      被覆シート
２９      シートコイル
３０      取付片
３１      孔部
３２      ネジ
３３      ベース
３４      空モジュール部分
３５      ブランクパネル
３６      基板
３７      一次側回路
３８      二次側回路
【図１】
0004414051.tif 000002
【図２】
0004414051.tif 000003
【図３】
0004414051.tif 000004
【図４】
0004414051.tif 000005
【図５】
0004414051.tif 000006
【図６】
0004414051.tif 000007
【図７】
0004414051.tif 000008