JP7127518B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等には、インバータ、コンバータ等の電力変換装置が搭載されている。かかる電力変換装置は、金属等からなる筐体内に、電子部品を収容している。そして、例えば、特許文献１に開示された電力変換装置は、車体又は車体に固定されたブラケット等の被搭載部に固定するための被固定部を、筐体に設けてある。

特許第６０５５８６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電力変換装置において、被固定部は、筐体の外壁面よりも外側に突出した部分に形成されている。それゆえ、電力変換装置の搭載スペースが大きくなりやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、搭載スペースの小型化を図ることができる電源装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、被搭載部（６１）に搭載される電源装置（１）であって、
電子部品（２）と、
該電子部品を収容する収容部（３１）を備えた筐体（３）と、を有し、
上記筐体は、上記被搭載部に固定される被固定部（３２）を有し、
上記被固定部は、上記筐体の外壁面（３３）に開口すると共に、上記収容部側へ突出しており、
上記収容部には、電力変換回路部（１１）と、該電力変換回路部に入出力される電力に重畳するノイズを除去するノイズフィルタ回路部（１２、１３）と、が収容され、上記被固定部は、開口方向から見たとき、上記ノイズフィルタ回路部に重なる位置、又は上記ノイズフィルタ回路部と上記電力変換回路部との間に重なる位置に、配置されており、上記筐体は、導電性を有する、電源装置にある。

上記電源装置において、上記被固定部は、筐体の外壁面に開口すると共に、収容部側へ突出している。これにより、上記被固定部が筐体の外壁面よりも大きく突出することを防ぐことができる。その結果、被搭載部における電源装置の搭載スペースを小型化することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、搭載スペースの小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、電源装置の斜視図。 実施形態１における、電源装置の平面図。 図２のIII－III線矢視断面図。 実施形態１における、蓋体を外した電源装置の平面図。 図３のV－V線矢視断面図。 実施形態１における、蓋体の斜視図。 実施形態１における、被固定部の拡大断面図。 実施形態１における、ブラケットを介して車体に固定された電源装置の正面図。 実施形態１における、被固定部にネジを螺合させた状態を示す断面図。 実施形態２における、電源装置の平面図。 実施形態３における、電源装置の平面図。 図１１のXII－XII線矢視断面図。 図１１のXIII－XIII線矢視断面図。 実施形態４における、電源装置の平面図。 図１４のXV－XV線矢視断面図。 実施形態５における、電源装置の平面図。 図１６のXVII－XVII線矢視断面図。

（実施形態１）
電源装置に係る実施形態について、図１～図９を参照して説明する。
本形態の電源装置１は、図８に示すごとく、被搭載部６１（例えば、後述するブラケット）に搭載される。電源装置１は、図１～図５に示すごとく、電子部品２と筐体３とを有する。筐体３は、電子部品２を収容する収容部３１を備える。図１～図３に示すごとく、筐体３は、被搭載部６１に固定される被固定部３２を有する。被固定部３２は、筐体３の外壁面３３に開口すると共に、収容部３１側へ突出している。

図２～図５に示すごとく、収容部３１には、電力変換回路部１１と、ノイズフィルタ回路部１２、１３と、が収容されている。ノイズフィルタ回路部１２、１３は、電力変換回路部１１に入出力される電力に重畳するノイズを除去する回路部である。図２に示すごとく、被固定部３２は、開口方向から見たとき、ノイズフィルタ回路部１２に重なる位置に配置されている。筐体３は、導電性を有する。

本形態の電源装置１は、入力電圧を異なる電圧の出力電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータである。
図３～図５に示すごとく、電力変換回路部１１は、電子部品２として、半導体素子２１、２２と、トランス２３とを有する。トランス２３の一次コイル側に、半導体素子として、スイッチング素子２１が接続されている。また、トランス２３の二次コイル側に、半導体素子として、整流素子２２が接続されている。さらに、二次側には、チョークコイル２４が接続されている。このように、電力変換回路部１１は、半導体素子（すなわちスイッチング素子２１及び整流素子２２）と、トランス２３と、チョークコイル２４とを有する。

スイッチング素子２１としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略）や、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタの略）を用いることができる。本形態において、スイッチング素子２１は、複数個が一体化されて、半導体モジュールを構成している。また、整流素子２２も、複数個が一体化されて、半導体モジュールを構成している。図３、図５等においては、これらの半導体モジュールを、半導体素子２１、２２として示している。ただし、複数のスイッチング素子２１、複数の整流素子２２は、それぞれ、個別に、すなわち、ディスクリートの半導体素子として、設けてあってもよい。

ノイズフィルタ回路部としては、電力変換回路部１１に対して、入力側（すなわち一次側）に接続された入力フィルタ部１３と、出力側（すなわち二次側）に接続された出力フィルタ部１２と、を有する。出力フィルタ部１２は、インダクタ２５とコンデンサ（図示略）とを有する。本形態において、インダクタ２５は、複数個配設されている。入力フィルタ１３も、インダクタ及びコンデンサを有する。ただし、これらの図示は省略する。

上述した構成の、電力変換回路部１１、出力フィルタ部１２、及び入力フィルタ部１３は、筐体３の収容部３１に収容配置されている。入力フィルタ部１３と電力変換回路部１１と出力フィルタ１２とは、この順に並んで配置されている。この並び方向を、適宜、Ｘ方向という。本形態において、筐体３は、Ｘ方向に長尺の形状を有する。これに伴い、収容部３１も、Ｘ方向に長尺の形状を有する。

図１、図３に示すごとく、筐体３は、第１構成体３０１と第２構成体３０２とを有する。第１構成体３０１は、被固定部３２が設けられた構成体である。第２構成体３０２は、第１構成体３０１とともに収容部３１を形成する構成体である。そして、第２構成体３０２に、電子部品２としての半導体素子２１、２２が搭載されている。

本形態においては、第２構成体３０２は、一つの面が開口した略直方体形状の筐体本体３Ｂである。そして、第１構成体３０１は、筐体本体３Ｂの開口面を覆う蓋体３Ｃである。蓋体３Ｃは、筐体本体３Ｂに対して、筐体本体３Ｂの開口面の周囲において、ネジ３５にて締結固定されている。筐体本体３Ｂと蓋体３Ｃとの並び方向を、適宜、Ｚ方向という。さらに、Ｚ方向及びＸ方向の双方に直交する方向を、適宜、Ｙ方向という。

筐体本体３Ｂは、開口面と反対側の位置に形成された底壁部３４１と、底壁部３４１の外周部からＺ方向へ立設した周壁部３４２とを有する。本形態において、半導体素子２１、２２は、底壁部３４１の内側面に面して、筐体本体３Ｂに固定されている。

トランス２３、チョークコイル２４、インダクタ２５を含む、大半の電子部品２は、筐体本体３Ｂに固定されている。
トランス２３及びチョークコイル２４は、筐体３の収容部３１内に、Ｚ方向において、底壁部３４１から離れた位置に配されている。トランス２３及びチョークコイル２４は、Ｚ方向において、蓋体３Ｃに近い位置に配されている。

出力フィルタ部１２においては、インダクタ２５が、筐体３の収容部３１内に、底壁部３４１の内側面に面して配されている。

図１～図３、図６に示すごとく、第１構成体３０１である蓋体３Ｃに、被固定部３２が形成されている。本形態において、被固定部３２は、図２に示すごとく、Ｚ方向から見て、異なる４箇所に形成されている。
図７に示すごとく、被固定部３２は、Ｚ方向の外側に開口した開口凹部３２１を有する。本形態において、被固定部３２は、雌ネジ部である。すなわち、被固定部３２の開口凹部３２１の内側面に、螺旋状に雌ネジが形成されている。

図３、図６、図７に示すごとく、被固定部３２は、外壁面３３に開口する開口凹部３２１が、収容部３１に貫通していない。つまり、被固定部３２は、袋ネジ状に形成されている。換言すると、被固定部３２は、Ｚ方向において収容部３１側へ突出した側の端部に、雌ネジ孔である開口凹部３２１の底部を閉塞する閉塞突出端部３２２を有する。

被固定部３２は、蓋体３Ｃの内側面から、収容部３１側に突出している。また、図１、図３、図７～図９に示すごとく、本形態においては、被固定部３２における開口側の面には、開口凹部３２１の周囲に、突出座面３２３が形成されている。突出座面３２３は、その周囲における蓋体３Ｃの外表面よりも、Ｚ方向に突出している。蓋体３Ｃの外表面、すなわち筐体３Ｃの外壁面３３からの突出座面３２３の突出量は、少なくとも、収容部３１側への被固定部３２の突出量よりも小さい。例えば、突出座面３２３の突出量は、蓋体３Ｃの板厚以下とすることができる。また、収容部３１側への被固定部３２の突出量は、例えば、蓋体３Ｃの板厚以上とすることができる。

図２に示すごとく、複数の被固定部３２のうちの一部は、Ｚ方向から見たとき、出力フィルタ部１２の形成領域と重なる位置に、形成されている。本形態においては、２つの被固定部３２が、出力フィルタ部１２の形成領域と重なる位置に、形成されている。また、他の２つの被固定部３２は、Ｚ方向から見たとき、入力フィルタ部１３における、電力変換部１１と反対側の位置に、配されている。

図３に示すごとく、被固定部３２の閉塞突出端部３２２は、Ｚ方向の位置が、インダクタ２５の一部よりも、底壁部３４１に近い側にある。つまり、インダクタ２５における蓋体３Ｃ側の端部よりも、閉塞突出端部３２２は、底壁部３４１に近い側に配置されている。

被固定部３２を含めた蓋体３Ｃは、導電性を有する金属からなる。また、筐体本体３Ｂも、導電性を有する金属からなる。筐体本体３Ｂ及び蓋体３Ｃは、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等からなる。

電源装置１は、図８に示すごとく、被搭載部に固定される。本形態において、被搭載部は、車両の車体６０に固定されたブラケット６１である。ブラケット６１は、複数のネジ６２によって、車体６０に固定されている。そして、電源装置１は、複数のネジ６３によって、ブラケット６１に固定されている。すなわち、筐体３に設けた複数の被固定部３２において、ネジ６３によってブラケット６１に締結することにより、電源装置１がブラケット６１に固定されている。

ブラケット６１は、平板部６１１と、一対の立設部６１２と、一対のフランジ部６１３とを有する。一対の立設部６１２は、Ｘ方向における平板部６１１の両側において、それぞれＺ方向に立設している。一対のフランジ部６１３は、立設部６１２における平板部６１１と反対側の端部から、平板部６１１と略平行に、Ｘ方向の外側へ突出している。

ブラケット６１は、フランジ部６１２において、ネジ６２によって、車体６０の一部に固定されている。そして、ブラケット６１の平板部６１１における、車体６０と対向する側に、電源装置１が配置される。筐体３の蓋体３Ｃ（すなわち、第１構成体３０１）が平板部６１１に対向するように配置される。そして、図８、図９に示すごとく、被固定部３２に設けた突出座面３２３を平板部６１１に当接させる。そして、ネジ６３を、平板部６１１の所定箇所に設けた貫通孔６１４に挿通させると共に、被固定部３２に螺合させる。これにより、電源装置１をブラケット６１に固定する。

電源装置１は、車体６０とブラケット６１との間の空間に配されることとなるが、この空間は、例えばＹ方向に開口している。
また、電源装置１の筐体３は、例えば、筐体本体３Ｂの底壁部３４１に、外側へ突出した複数のフィンを設けることもできる（図示略）。この場合、電源装置１における電子部品２等の熱を、フィンを介して放熱することができる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
電源装置１において、被固定部３２は、筐体３の外壁面３３に開口すると共に、収容部３１側へ突出している。これにより、被固定部３２が筐体３の外壁面３３よりも大きく突出することを防ぐことができる。その結果、被搭載部６１における電源装置１の搭載スペースを小型化することができる。

つまり、例えば、筐体からフランジ状に突出した部位を設けて、当該部位において被搭載部にねじ締結することで、電源装置を被搭載部に固定することが考えられる。すなわち、筐体から突出した部位に、突出方向に直交する方向の孔を設け、その孔にネジを通して被搭載部にネジを螺合することが考えられる。しかし、この場合、筐体から突出する部位を、ある程度大きくする必要がある。そうすると、その分、電源装置の搭載スペースが、大きくなることになる。

本形態においては、被搭載部６１への固定のために大きく突出させる部位を特に設けていない。それゆえ、当該部位を設けることによる搭載スペースの大型化を防ぎ、省スペース化を図ることができる。

また、被固定部３２が筐体３から突出する部位を、小さく、若しくは無くすことも可能となることは、搭載前の電源装置１の取扱いを容易にしやすい。例えば、被搭載部６１への組付け時、或いは電源装置１の搬送時、製造時等における取扱いを容易にしやすい。また、電源装置１の外観意匠性を向上させることもできる。

また、筐体３の一部である被固定部３２が収容部３１側に突出していることにより、収容部３１内の熱を、被固定部３２を介して放熱することができる。それゆえ、電源装置１の放熱性を向上させることができる。

被固定部３２は、Ｚ方向から見たとき、ノイズフィルタ回路部１２に重なる位置に配置されている。つまり、導電性を有する被固定部３２がノイズフィルタ回路部１２の近傍に配置されることとなる。これにより、電力変換回路部１１から放射されたノイズを、被固定部３２にて遮蔽して、ノイズフィルタ回路部１２（本形態においては、出力フィルタ部１２）の一部への放射ノイズの影響を抑制することができる。その結果、電源装置１の低ノイズ化を図りやすい。

また、本形態においては、筐体３の第２構成体３０２に、半導体素子２１、２２が搭載されている。それゆえ、収容部３１における、第１構成体３０１側に、デッドスペースが形成されやすい。そこで、第１構成体３０１に形成される被固定部３２の配置自由度を向上させることができる。その結果、電源装置１の小型化を容易にすることができる。

また、被固定部３２は、外壁面３３に開口する開口凹部３２１が、収容部３１に貫通していない。これにより、筐体３の水密性を向上させることができる。つまり、被固定部３２が仮に収容部３１に貫通していると、その貫通部から水等が浸入する可能性が懸念される。これに対し、被固定部３２の開口凹部３２１が、収容部３１に貫通していない構成とすることで、被固定部３２からの水等の浸入を防止することができる。

また、図８に示すごとく、電源装置１は、ブラケット６１と車体６０との間の空間に配される。これにより、外部からの衝撃等に対して、電源装置１を保護することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、搭載スペースの小型化を図ることができる電源装置を提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図１０に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、被固定部３２が、ノイズフィルタ回路部の一つである出力フィルタ部１２と電力変換回路部１１との間に重なる位置に配された形態である。

本形態においては、Ｚ方向からみたとき、２つの被固定部３２が、出力フィルタ部１２の形成領域と、電力変換回路部１１の形成領域との間に重なる位置に、形成されている。また、他の２つの被固定部３２は、Ｚ方向から見たとき、入力フィルタ部１３における、電力変換部１１と反対側の位置に、形成されている。その他の構成は実施形態１と同様である。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
導電性を有する被固定部３２が、電力変換回路部１１と出力フィルタ部１２との間に重なる位置に配されている。これにより、電力変換回路部１１から放射されたノイズを、被固定部３２にて遮蔽することができる。これにより、ノイズフィルタ回路部１２（本形態においては、出力フィルタ部１２）の一部への、放射ノイズの影響を抑制することができる。

その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

（実施形態３）
本形態は、図１１～図１３に示すごとく、筐体３内の仕切壁３６と被固定部３２とを一体化させた電源装置１の形態である。本実施形態の電源装置１においては、蓋体３Ｃの内側面から底壁部３４１へ向かって、Ｚ方向に仕切壁３６が延設されている。仕切壁３６は、収容部３１をＸ方向に仕切るように、設けられている。仕切壁３６は、収容部３１を完全に仕切るわけではなく、底壁部３４１から離れている。本形態において、図１３に示すごとく、蓋体３Ｃからの仕切壁３６の突出量は、被固定部３２の突出量よりも小さい。ただし、仕切壁３６の突出量は、被固定部３２の突出量以上とすることもできる。蓋体３Ｃから延設された仕切壁３６は、熱伝導性、及び導電性を有する。

また、図１１に示すごとく、仕切壁３６のＸ方向における厚さは、被固定部３２のＸ方向における幅よりも薄くすることができる。

また、図１３に示すごとく、仕切壁３６と被固定部３２とは、一体となって形成されている。例えば、仕切壁３６は、Ｙ方向に向けて、被固定部３２に螺合されるネジの回転軸の軸線を通るように設けることができる。

図１２に示すごとく、仕切壁３６の底壁部３４１側の端部、すなわち突出端部３６１は、Ｚ方向の位置が、インダクタ２５の一部よりも、底壁部３４１に近い側にある。つまり、インダクタ２５における蓋体３Ｃ側の端部よりも、仕切壁３６の突出端部３６１は、底壁部３４１に近い側に配置されている。また、仕切壁３６の突出端部３６１は、トランス２３及びチョークコイル２４の蓋体３Ｃ側の端部よりも、底壁部３４１に近い側に配置されている。
その他は、実施形態２と同様である。

本実施形態の電源装置１は、Ｚ方向から見て、電力変換回路部１１とノイズフィルタ回路部１２との間に仕切壁３６を有する。これにより、電力変換回路部１１からノイズフィルタ回路部１２へ向かう放射ノイズを遮蔽することができる。

そして、被固定部３２が仕切壁３６と一体的に形成されている。これにより、仕切壁３６が被固定部３２と一体的にノイズ遮蔽の機能を発揮し、仕切壁３６と被固定部３２とによるノイズ遮蔽効果を効果的に得ることができる。

また、被固定部３２が仕切壁３６の一部として形成されていることにより、収容部３１における被固定部３２の配置スペースを確保しやすい。その結果、電源装置１の大型化を効果的に抑制することができる。

また、筐体３の一部である被固定部３２及び仕切壁３６が収容部３１側に突出していることにより、収容部３１内の熱を、被固定部３２及び仕切壁３６を介して、効果的に放熱することができる。それゆえ、電源装置１の放熱性を向上させることができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本形態は、図１４、図１５に示すごとく、Ｚ方向から見たとき、被固定部３２が、電力変換回路部１１の形成領域と重なる位置に配された形態である。

本形態においては、Ｚ方向からみたとき、２つの被固定部３２が、電力変換回路部１１の形成領域と重なる位置に、形成されている。また、他の２つの被固定部３２は、Ｚ方向から見たとき、入力フィルタ部１３における、電力変換部１１と反対側の位置に、形成されている。

また、図１５に示すごとく、被固定部３２の閉塞突出端部３２２は、Ｚ方向の位置が、トランス２３及びチョークコイル２４の一部よりも、底壁部３４１に近い位置にある。つまり、トランス２３及びチョークコイル２４における蓋体３Ｃ側の端部よりも、閉塞突出端部３２２は、底壁部３４１に近い側に配置されている。
その他の構成は実施形態１と同様である。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本形態は、被固定部３２が、電力変換回路部１１に重なる位置に配されている。これにより、発熱しやすい半導体素子２１、２２に近い位置に被固定部３２を配置することが可能となる。それゆえ、半導体素子２１、２２の放熱を、より効果的に行うことができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態５）
本実施形態は、図１７に示すごとく、筐体３のうち、被固定部３２が設けられた第１構成体３０１に、電子部品２としての半導体素子２１、２２を搭載した電源装置１の形態である。本形態において、筐体３は、被固定部３２が設けられた第１構成体３０１と、第１構成体３０１とともに収容部３１を形成する第２構成体３０２とを有する。そして、第１構成体３０１は熱伝導性を有する。

本実施形態においては、第１構成体３０１が筐体本体３Ｂとなっている。また、第２構成体３０２が、筐体本体３Ｂの開口面を覆う蓋体３Ｃとなっている。つまり、本形態においては、筐体本体３Ｂに、被固定部３２が設けてある。被固定部３２は、筐体本体３Ｂの底壁部３４１に設けられている。

被固定部３２は、図１６に示すごとく、Ｚ方向から見て、異なる４箇所に設けられている。そして、被固定部３２は、図１７に示すごとく、筐体本体３Ｂの内側面から、収容部３１側に突出している。

図１６に示すごとく、本形態においては、Ｚ方向から見たとき、２つの被固定部３２は、ノイズフィルタ回路部１２の形成領域と重なる位置に形成されている。また、他の２つの被固定部３２は、Ｚ方向から見たとき、入力フィルタ部１３における、電力変換部１１と反対側の位置に、形成されている。

また、図１７に示すごとく、被固定部３２の閉塞突出端部３２２は、Ｚ方向の位置が、インダクタ２５の一部よりも、蓋体３Ｃに近い側にある。

また、突出座面３２３は、筐体３の外壁面３３の一つである、底壁部３４１の外側面からＺ方向に突出している。
その他は、実施形態１と同様である。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
本形態は、被固定部３２を設けた第１構成体３０１に、半導体素子２１、２２を搭載している。そのため、本実施形態を採用することで、発熱しやすい半導体素子２１、２２に、被固定部３２を近づけることが可能となる。そのため、熱伝導性を有する被固定部３２を介し、半導体素子２１、２２から発せられる熱を、効率よく外部へ放熱することができる。

また、実施形態１、実施形態４及び実施形態５において、実施形態３に示した仕切壁３６を被固定部３２と一体的に形成した構成とすることもできる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 電源装置
２ 電子部品
３ 筐体
３１ 収容部
３２ 被固定部
３３ 外壁面
６１ 被搭載部

Claims (4)

1. 被搭載部（６１）に搭載される電源装置（１）であって、
   電子部品（２）と、
   該電子部品を収容する収容部（３１）を備えた筐体（３）と、を有し、
   上記筐体は、上記被搭載部に固定される被固定部（３２）を有し、
   上記被固定部は、上記筐体の外壁面（３３）に開口すると共に、上記収容部側へ突出しており、
   上記収容部には、電力変換回路部（１１）と、該電力変換回路部に入出力される電力に重畳するノイズを除去するノイズフィルタ回路部（１２、１３）と、が収容され、上記被固定部は、開口方向から見たとき、上記ノイズフィルタ回路部に重なる位置、又は上記ノイズフィルタ回路部と上記電力変換回路部との間に重なる位置に、配置されており、上記筐体は、導電性を有する、電源装置。
2. 上記筐体は、上記被固定部が設けられた第１構成体（３０１）と、該第１構成体とともに上記収容部を形成する第２構成体（３０２）とを有し、該第２構成体に、上記電子部品としての半導体素子（２１、２２）が搭載されている、請求項１に記載の電源装置。
3. 上記筐体は、上記被固定部が設けられた第１構成体（３０１）と、該第１構成体とともに上記収容部を形成する第２構成体（３０２）とを有し、上記第１構成体に、上記電子部品としての半導体素子（２１、２２）が搭載されており、上記第１構成体は熱伝導性を有する、請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 上記被固定部は、上記外壁面に開口する開口凹部（３２１）が、上記収容部に貫通していない、請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置。

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