JP2015082960A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な温度上昇を抑制することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供する。
【解決手段】ケースと、ケース内に収容されるとともに電力回路を備えた第１基板と、本体部と一対のリード端子とを備え、リード端子が電力回路に接続されたコイルと、を備え、コイルの本体部のうち第１基板と対向する面の反対側の面に、コイルにおいて発生した熱を分散させる均熱板が伝熱シートを介して伝熱的に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【選択図】図１２

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する。

従来より、車載電装品の通電や断電を実行する装置として、種々の電子部品が実装された回路基板を備える回路構成体をケースに収容してなるものが知られている。

このような装置として、例えば、入力された直流の電圧を所定レベルの直流の電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ装置が提案されている。このような装置において、回路基板に実装される電子部品は小型で優れた機能を有するものが多いが、これらの電子部品は比較的発熱量が大きいため、電子部品から発生した熱がケース内にこもるとケース内が高温になり、ケース内に収容された電子部品の性能が低下する虞があった。

そこで従来から、回路基板や電子部品から発生した熱を放熱する様々な構造が提案されている。たとえば特許文献１においては、バスバーモールド基板に放熱部材を設けた構成のＤＣ−ＤＣコンバータ装置が開示されている。

特開２０１３−９９０６２号公報

しかし、電子部品の小型化が進み放熱面積が小さくなると、電子部品自体が従来よりも高温になり易く、装置内において局所的に温度が高くなるという問題がある。特に電子部品の中でもコイルにおいては、コイル自体は耐熱性が高いため大電流を流すことができるが、コイルが小型化されて局所的に高温になることによって、周辺の電子部品や回路へ熱的な影響を及ぼす虞がある。このため、結局は小型コイルを大電流が流れる回路に使用することができないという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、局所的な温度上昇を抑制することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することを目的とするものである。

本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、ケースと、前記ケース内に収容されるとともに電力回路を備えた第１基板と、本体部と一対のリード端子とを備え、前記リード端子が前記電力回路に接続されたコイルと、を備え、前記コイルの前記本体部には、前記第１基板と反対側の面に、前記コイルにおいて発生した熱を分散させる均熱板が伝熱的に接続されているところに特徴を有する。

上述した本発明によれば、コイルから発生した熱は本体部から均熱板に伝わり分散されるから、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の内部が局所的に高温になることを抑制することができる。

本発明は、以下の構成を備えてもよい。

本体部と均熱板との間に伝熱シートを配する構成としてもよい。本体部と均熱板との間に柔らかい伝熱シートを介在させることにより、コイルから発生した熱がより均熱板に伝わり易くなり、熱の分散効果が向上する。

均熱板をアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成するとともに、アルマイト処理を施しておいてもよい。アルマイト処理により、輻射による放熱量を向上させることができる。

均熱板の縁部に補強リブを設けるようにしてもよい。補強リブにより均熱板の形状が安定し、ケース内に精度よく配置することができるとともに、コイルに確実に接触させることができる。

第１基板のコイルが設けられた面側に、第１基板と平行に第２基板を配し、均熱板を、コイルと第２基板との間に配する構成としてもよい。このような構成とすると、コイルから発生した熱により第２基板の温度が局所的に高くなることを抑制できる。

第１基板に接続用貫通孔を設け、第１基板のコイルが設けられる面の反対側の面に複数のバスバーを設け、リード端子が接続用貫通孔を通して露出されたバスバーに接続される構成としてもよい。複数のバスバーによって電力回路を構成することにより、電力回路に大電流を流すことが可能となる。

コイルの本体部と対応する第１基板の領域に、放熱用貫通孔を設ける構成としてもよい。このような構成とすると、コイルから発生した熱が、放熱用貫通孔を通してバスバーのうち本体部と対応する領域に伝わるから、バスバーにより効率的に放熱を行うことができる。

また、コイルの本体部と、放熱用貫通孔により露出されたバスバーとの間に、伝熱シートを配する構成としてもよい。このような構成とすると、コイルから発生した熱がよりバスバーに伝わり易くなり、放熱効果が向上する。

さらに、第１基板のコイルが設けられる面の反対側に放熱板を設ける構成としてもよい。このような構成とすると、放熱効果が高いＤＣ−ＤＣコンバータ装置を得ることができる。

本発明によれば、局所的な温度上昇を抑制することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータ装置を得ることができる。

一実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解斜視図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の平面図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の正面図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の右側面図 図２のＡ−Ａ断面図 図２のＢ−Ｂ断面図 電力回路基板をフレームに収容した状態の平面図 電力回路基板および均熱板をフレームに収容した状態の平面図 均熱板の平面図 均熱板の正面図 均熱板の右側面図 コイルと均熱板との接続部分の要部拡大断面図 バスバーとコイルとの位置関係を示す平面図

一実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０を図１ないし図１３を参照しつつ説明する。本実施形態の装置１０は、車両（図示せず）等に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０である。以下の説明においては、図３における上方を上とし下方を下とし、右方を右とし左方を左とする。

本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０は、図１に示すように、電力回路基板３１および制御回路基板３５を含む回路構成体３０と、均熱板３６と、回路構成体３０で発生した熱を放熱するヒートシンク４０と、シールドカバー４５と、これらを収容するケース１１と、を備える。

（ケース１１）
ケース１１は合成樹脂等で構成され、図１に示すように、アッパーカバー１２と、フレーム２０と、アンダーカバー２５とからなる。

フレーム２０は略長方形状をなす枠体であって、内側に回路構成体３０が収容可能な大きさに形成されている（図７参照）。また、図２における左側には、回路構成体３０から導出される３本の外部接続端子３３Ｆを下方側から支持する断面略コ字形状の支持壁２１が延出されている。

アッパーカバー１２は、フレーム２０の上方を覆うように組み付けられる浅皿状をなしている。より詳しくは、アッパーカバー１２は、長方形の天板部１３と、この天板部１３の４つの辺から下方に向けて延びる４つの側壁部１４とを備えている。天板部１３の中央部には、ケース内圧を調整可能な通気性防水弁１５を挿入する挿入孔１６が設けられている。またすべての側壁部１４からは、フレーム２０の外周壁に設けられた係止突部２２に係止される係止片１７が、２つずつ下方に向けて延出されている。

アンダーカバー２５は板状部材であって、長方形の底壁部２６のうち短辺側の対向２辺が上方に向けて垂直に折り曲げられており、垂直部２７とされている。これらの垂直部２７は、後述するヒートシンク４０の側面４２にねじ留めされるようになっている。また、底壁部２６には複数の凹部２８が長辺方向に沿って、かつ、断続的に設けられている。アンダーカバー２５は後述するヒートシンク４０のフィン４１の間を流れる空気の整流板として機能している。

（回路構成体３０）
回路構成体３０は、電力回路基板３１（第１基板の一例）および制御回路基板３５（第２基板の一例）と、電力回路基板３１の表面側（図１中上側）に実装された複数の電子部品３２と、電力回路基板３１の裏面側（図１中下側）に配策・接着された複数のバスバー３３（電力回路の一例）と、を備えている。

電力回路基板３１はフレーム２０に収容可能な長方形状をなし、その表面には、プリント配線技術により図示しない導電路が形成されているとともに、裏面には、複数のバスバー３３が所定のパターンで配策・接着されている（図１３参照）。また、図７に示すように、電力回路基板３１の適所には複数の貫通孔３４（接続用貫通孔および放熱用貫通孔の一例）が設けられている。これらの貫通孔３４は、電子部品３２をバスバー３３上に実装するためのものであり、電子部品３２は貫通孔３４から露出したバスバー３３の表面に、例えば半田付け等公知の手法により接続されている。

制御回路基板３５は、図１に示すように略Ｌ字形状をなす板状部材であり、電力回路基板３１と略平行に配され、中継端子４３により電力回路基板３１と接続状態とされている。

本実施形態の回路構成体３０はＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流の電圧を異なる直流の電圧に変換する回路であって、例えば、ＨＥＶ車、ＥＶ車などの環境対応車において、各種の車両負荷に電源供給するために設けられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、周知の回路構成を用いることができ、このＤＣ−ＤＣコンバータを構成する電子部品３２としては、例えば、抵抗、コイル３２０、コンデンサ、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子等を有する。これら電子部品３２はいずれも表面実装型が用いられており、上述したように、電力回路基板３１の貫通孔３４において露出されたバスバー３３上に半田付け等の手法により接続されている。

（均熱板３６）
電力回路基板３１および制御回路基板３５の間の一部領域には、電力回路基板３１および制御回路基板３５と平行に、均熱板３６が配されている。均熱板３６は、例えば熱伝導性に優れるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、その表面にアルマイト処理が施されている。

均熱板３６は、図９ないし図１１に示すように、略矩形の平板状の部材であり、図９の左下の角部に沿った一部領域に、補強リブ３６Ａが板面から垂直に立ち上がって形成されている。また、この補強リブ３６Ａの一端側は屈曲されて、板面から横方向（図９の下側）に突出した突出部３６Ｄとされている。

均熱板３６の縁部のうち、フレーム２０およびヒートシンク４０に設けられた孔部に対応する位置には固定用の固定孔３６Ｂが設けられており、ねじ止めによりフレーム２０あるいはヒートシンク４０に対して固定されている（図８参照）。複数の固定孔３６Ｂのうちのひとつ３６Ｂ１は、補強リブ３６Ａの突出部３６Ｄの端縁部から水平方向に延出された固定片３６Ｃに設けられており、フレーム２０に固定されるように設定されている。この固定片３６Ｃは均熱板３６の板面と面一とされている。

均熱板３６は、電力回路基板３１上に実装された電子部品３２から発生された熱により回路構成体３０が局所的に高熱になることを防止するものである。

（ヒートシンク４０)
回路構成体３０の下方側にはヒートシンク４０が配置されている。ヒートシンク４０も、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性に優れる金属材料からなる放熱部材であり、回路構成体３０において発生した熱を放熱する機能を有する。ヒートシンク４０の上面は平坦な板状をなし、下面には下側に向けて延びる多数のフィン４１が形成されている。また、短辺側の対向側面４２は板面状とされており、アンダーカバー２５の垂直部２７とネジ止め（図示せず）により一体化されるようになっている。

なお、回路構成体３０の下面（バスバー３３の下面）と、ヒートシンク４０の上面とは、絶縁性の熱伝導性接着剤３８により互いに接着されている（図１２参照）。

（シールドカバー４５）
回路構成体３０の上方側は、シールドカバー４５により覆われている。シールドカバー４５は、例えば亜鉛鋼板製（金属製）であり、アッパーカバー１２よりも一回り小さい略長方形の浅皿状に形成されている。その天板部４６の中央部には、アッパーカバー１２に取り付けられた通気性防水弁１５と干渉しないように凹部４７が形成されてユニットを低背下させている。また、４つの側壁部４８のうち３つには、下方に向けて断面Ｌ字形状の被固定片４９が設けられており、その先端４９Ａがヒートシンク４０の縁部付近にねじ留めにより固定されている。

本実施形態においては、電力回路基板３１上に搭載された電子部品３２のうち、コイル３２０の上面に均熱板３６が伝熱的に接触するように設定されている。本実施形態のコイル３２０は表面実装型のコイル（ＳＭＤコイル）であって、上面が平面状とされた直方体状の本体部３２１を有し、本体部３２１の底面のうちの対向２辺の縁部周辺に一対のリード端子３２２が露出された形態をなすものである（図１２参照）。

電力回路基板３１のうち電子部品３２が搭載される位置には、上述したように、電子部品３２をバスバー３３上に実装するための貫通孔３４が設けられている。これらの貫通孔３４のうちコイル３２０が搭載される部分のコイル用貫通孔３４Ａ（接続用貫通孔および放熱用貫通孔の一例）は、図７に示すように、コイル３２０の本体部３２１より長さが長く、幅が短い長方形状とされており、このコイル用貫通孔３４Ａからバスバー３３が露出している。

本実施形態における均熱板３６は、図８に示すように、電力回路基板３１の約半分程度の面積とされており、電力回路基板３１に実装された３つのコイル３２０を覆う位置、すなわち、図８における右側部分に配されている。均熱板３６は、その縁部に設けられた固定孔３６Ｂにねじを挿通することにより、フレーム２０あるいはヒートシンク４０にねじ留めされている。

コイル３２０の本体部３２１と均熱板３６との間には、図１２に示すように、絶縁性の伝熱シート３９が配されている。すなわち、コイル３２０の本体部３２１と均熱板３６とは、柔らかい伝熱シート３９を介して密着状態とされており、伝熱的に接続状態とされている。また、コイル３２０の本体部３２１と、これと対向するバスバー３３との間にも、絶縁性の伝熱シート３７が配されており、伝熱的に接続状態とされている。

（本実施形態の作用および効果）
本実施形態の回路構成体３０によれば、コイル３２０で発生した熱が、コイル３２０の本体部３２１の上面に配置された均熱板３６に伝熱シート３９を介して速やかに伝わって分散可能な構成とされているから、コイル３２０の発熱によるピーク温度を下げることができ、回路構成体３０が局所的に高温になることを抑制することができる。

しかも、均熱板３６にはアルマイト処理が施されているから、輻射による放熱量に優れ、均熱性が高い。

また、均熱板３６には補強リブ３６Ａが設けられているとともに、補強リブ３６Ａの突出部３６Ｄに設けられた固定片３６Ｃに固定孔３６Ｂが設けられているから、安定した形状でフレーム２０およびヒートシンク４０に固定可能である。すなわち、均熱板３６をコイル３２０と確実に伝熱的に接続状態とすることができる。

また、コイル３２０と制御回路基板３５との間に均熱板３６が配されているから、制御回路基板３５がコイル３２０から発生された熱によって局所的に高温になることを防止することができる。

また、電力回路基板３１のうち、本体部３２１と対向する位置に貫通孔３４Ａが設けられており、本体部３２１と貫通孔３４Ａから露出されたバスバー３３との間に伝熱シート３７が配されているから、本体部３２１の下方側からバスバー３３を利用して効率的に放熱を行うことができる。

しかも、電力回路基板３１（バスバー３３）の下方側にヒートシンク４０が設けられているから、ケース１１内の熱を放熱することができる。

このような本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０によれば、コイル３２０の発熱によるピーク温度を下げ、局所的な温度上昇を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、コイル３２０の本体部３２１と均熱板３６との間に伝熱シート３９を配置する構成としたが、例えば、ゴム、接着材、粘着材等を配置する構成としてもよい。

（２）均熱板３６は、コイル３２０との間に隙間を有するように配置してもよい。

（３）上記実施形態では、電力回路基板３１に設けた貫通孔３４Ａにより露出されたバスバー３３上にリード端子３２２を接続するとともに、伝熱シート３７を配してコイル３２０から発生した熱をバスバー３３に逃がす構成としたが、接続用の貫通孔と放熱用の貫通孔とを別個に設ける構成としてもよい。あるいは、放熱用の貫通孔は省略してもよい。

（４）コイル３２０の本体部３２１と均熱板３６との間の伝熱シート３９は、必ずしも設けなくてもよい。また、コイルの３２０の本体部３２１とバスバー３３との間の伝熱シート３７も、必ずしも設けなくてもよい。

（５）上記実施形態では、コイル３２０のリード端子３２２を本体部３２１の下面に露出させる埋め込み型のコイル３２０を用いたが、本体部３２１の下面からＬ字形状のリード端子３２２を突出させたコイルを用いることもできる。

（６）上記実施形態では、コイル３２０を電力回路基板３１の反対側の面に設けられたバスバー３３（電力回路）に実装する構成を示したが、コイル３２０と同じ面側に設けられた電力回路に実装する構成に適用することもできる。

（７）均熱板３６の構成材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製に限るものではない。また、アルマイト処理は必ずしも施さなくてもよい。

（８）均熱板３６において、補強リブ３６Ａは必ずしも設けなくてもよい。

（９）ヒートシンク４０は必ずしも設けなくてもよい。

１０…ＤＣ−ＤＣコンバータ装置
１１…ケース
１２…アッパーケース
２０…フレーム
２５…アンダーケース
３０…回路構成体
３１…電力回路基板（第１基板）
３２…電子部品
３３…バスバー（電力回路）
３４…貫通孔（接続用貫通孔および放熱用貫通孔）
３５…制御回路基板（第２基板）
３６…均熱板
３９…伝熱シート
４０…ヒートシンク（放熱板）
４５…シールド
３２０…コイル
３２１…本体部
３２２…リード端子

Claims (9)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容されるとともに電力回路を備えた第１基板と、
   本体部と一対のリード端子とを備え、前記リード端子が前記電力回路に接続されたコイルと、を備え、
   前記コイルの前記本体部には、前記第１基板と反対側の面に、前記コイルにおいて発生した熱を分散させる均熱板が伝熱的に接続されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
2. 前記本体部と前記均熱板との間に伝熱シートが配されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
3. 前記均熱板はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるとともに、アルマイト処理が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
4. 前記均熱板の縁部に補強リブが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
5. 前記第１基板の前記コイルが設けられた面側に、前記第１基板と平行に第２基板が配されており、前記均熱板は、前記コイルと前記第２基板との間に配されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
6. 前記第１基板は接続用貫通孔を有し、
   前記第１基板の前記コイルが設けられる面の反対側の面に複数のバスバーが設けられており、
   前記リード端子が前記接続用貫通孔を通して露出された前記バスバーに接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
7. 前記コイルの前記本体部と対応する前記第１基板の領域には放熱用貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
8. 前記コイルの前記本体部と、前記放熱用貫通孔により露出された前記バスバーとの間に、伝熱シートが配されていることを特徴とする請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
9. 前記第１基板の前記コイルが設けられる面の反対側に放熱板が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。

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