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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-22
(45)【発行日】2024-08-30
(54)【発明の名称】基板アッセンブリ及び電力変換装置
(51)【国際特許分類】
   H01F 30/10 20060101AFI20240823BHJP
   H01F 17/00 20060101ALI20240823BHJP
   H02M 3/28 20060101ALI20240823BHJP
   H01F 41/12 20060101ALN20240823BHJP
【FI】
H01F30/10 H
H01F30/10 G
H01F30/10 M
H01F30/10 T
H01F17/00 D
H02M3/28 Z
H01F41/12 Z
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2020148429
(22)【出願日】2020-09-03
(65)【公開番号】P2022042821
(43)【公開日】2022-03-15
【審査請求日】2023-08-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000002037
【氏名又は名称】新電元工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 康大
(72)【発明者】
【氏名】本城 純治
(72)【発明者】
【氏名】若林 浩二
【審査官】木下 直哉
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-219093(JP,A)
【文献】特開2004-253732(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第111383832(CN,A)
【文献】特開2003-272933(JP,A)
【文献】特開平08-069935(JP,A)
【文献】国際公開第2009/131059(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01F 30/10
H01F 17/00-19/08
H01F 37/00
H01F 41/12
H02M 3/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
導体パターン又は導体板からなるコイルが設けられた基板と、
前記コイルを前記基板の板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて前記基板に支持された一対の絶縁部材と、
を備え
前記一対の絶縁部材は、前記挟持状態で互いに相対回転されることにより、一方の前記絶縁部材に設けられた被係止部が他方の前記絶縁部材に設けられた係止部に係止されて互いに結合される基板アッセンブリ。
【請求項2】
前記一対の絶縁部材は、絶縁性及び熱伝導性を有する熱伝導性フィラーが添加された樹脂によって構成されている請求項1に記載の基板アッセンブリ。
【請求項3】
前記コイルである第一コイルが、前記基板である第一基板に設けられた請求項1又は請求項2に記載の基板アッセンブリと、
導体板からなる第二コイルが設けられ、前記第二コイルが互いに軸方向に対向する一対の巻回部を有し、前記一対の巻回部の間に前記第一コイル及び前記一対の絶縁部材が挿入された第二基板と、
前記第一コイル、前記第二コイル及び前記一対の絶縁部材が組付けられ、前記第一コイル、前記第二コイル及び前記一対の絶縁部材と共にトランスを構成するコアと、
を備えた電力変換装置。
【請求項4】
前記一対の絶縁部材の少なくとも一方には、前記一対の巻回部の少なくとも一方に対して前記第一コイルとは反対側から係合し、前記少なくとも一方の絶縁部材に対する前記少なくとも一方の巻回部の前記板厚方向への変位を抑制するコイル抑え部が設けられている請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記一対の絶縁部材の少なくとも一方には、前記第二基板に対して前記板厚方向の少なくとも一方側から係合し、前記少なくとも一方の絶縁部材に対する前記第二基板の前記板厚方向への変位を抑制する基板抑え部が設けられている請求項3又は請求項4に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記基板抑え部は、前記第二基板に対して前記板厚方向の一方側から係合しており、前記基板抑え部と前記第二基板とがクリップによって前記板厚方向に挟持されている請求項5に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記第二基板には、前記クリップが配置された箇所に切欠部が形成されている請求項6に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記第一基板、前記第二基板及び前記コアが配置されるケースを備え、
前記第一基板及び前記第二基板はそれぞれ、各前記コイルのターン数及び実装される電子部品の種類の少なくとも一方が異なり且つ基板外形寸法が同じである複数種類の基板の中から選択可能となっており、
選択された前記第一基板及び前記第二基板が前記コアに組付けられて前記ケースに配置される請求項3~請求項7の何れか1項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板アッセンブリ及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献1に記載されたトランスは、多層プリント基板に設けられた一次側コイルと、各々が導体板からなる一対の二次側コイルとを備えている。一次側コイルは一対の二次側コイルの間に配置されており、各二次側コイルと一次側コイルとの間にそれぞれ絶縁シートが介在されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第4635969号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記構成のトランスが製造される際には、一次側コイルが設けられた多層プリント基板に対して、複数の絶縁シートや複数の二次側コイルなどの部品が組み付けられる。これら多数の部品を管理する必要があるため、製造管理を容易にする観点で改善の余地がある。
【0005】
本発明は上記事実を考慮し、製造管理が容易な基板アッセンブリ及び該基板アッセンブリを備えた電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る基板アッセンブリは、導体パターン又は導体板からなるコイルが設けられた基板と、前記コイルを前記基板の板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて前記基板に支持された一対の絶縁部材と、を備えている。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、基板には、導体パターン又は導体板からなるコイルが設けられる。一対の絶縁部材は、上記のコイルを前記基板の板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて基板に支持される。これにより、基板と一対の絶縁部材とを一つの部品として取り扱うことができるので、製造管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】実施形態に係る電力変換装置の全体構成を示す分解斜視図である。
図2】実施形態に係る電力変換装置の部分的な構成を示す断面図である。
図3図2のIII-III線に沿った切断面を示す断面図である。
図4】実施形態に係る電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。
図5】実施形態に係る電力変換装置が備える一次側基板を示す斜視図である。
図6】実施形態に係る電力変換装置が備える二次側基板を示す斜視図である。
図7】実施形態に係る電力変換装置が備えるブラケットを示す斜視図である。
図8】実施形態に係る電力変換装置が備える制御基板を示す斜視図である。
図9】一次側基板及び二次側基板の種類について説明するための説明図である。
図10】実施形態に係る電力変換装置が備える電力変換回路の第一例を示す回路図である。
図11】実施形態に係る電力変換装置が備える電力変換回路の第二例を示す回路図である。
図12】実施形態に係る電力変換装置が備える電力変換回路の第三例を示す回路図である。
図13】実施形態に係る電力変換装置が備える第一絶縁部材を示す斜視図である。
図14】実施形態に係る電力変換装置が備える第一絶縁部材を示す斜視図である。
図15】実施形態に係る電力変換装置が備える第二絶縁部材を示す斜視図である。
図16】実施形態に係る電力変換装置が備える第二絶縁部材を示す斜視図である。
図17】実施形態に係る電力変換装置において、一次側基板に対する第一絶縁部材及び第二絶縁部材の組付前の状態を示す斜視図である。
図18】一次側基板に対する第一絶縁部材及び第二絶縁部材の組付後の状態を示す斜視図であり、実施形態に係る一次側基板アッセンブリを示す図である。
図19】一次側基板アッセンブリと二次側基板との組付前の状態を示す斜視図である。
図20】一次側基板アッセンブリと二次側基板との組付後の状態を示す斜視図である。
図21】二次側基板に対するクリップの組付前の状態を示す斜視図である。
図22】二次側基板に対するクリップの組付後の状態を示す斜視図である。
図23】一次側基板アッセンブリ及び二次側基板に対するトランスコアの組付前の状態を示す斜視図である。
図24】一次側基板アッセンブリ及び二次側基板に対するトランスコアの組付後の状態を示す斜視図である。
図25】直列タイプの二次側コイルを示す斜視図である。
図26】並列タイプの二次側コイルを示す斜視図である。
図27】直列タイプの二次側コイルを展開して示す展開図である。
図28】並列タイプの二次側コイルを展開して示す展開図である。
図29】クリップの組付方向を変更した変形例について説明するための図21に対応した斜視図である。
図30】基板抑え部の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図1図28を参照して本発明の一実施形態について説明する。本実施形態では、説明の便宜上、図1等に示す上下、左右及び前後の矢印に示す方向を、上下方向、左右方向及び前後方向と定義して構成要素の位置や向き等を説明する。また、各図中においては、図面を見易くするため、一部の符号を省略している場合がある。図1に示すように、本実施形態に係る電力変換装置1は、ケース2と、トランス3と、入力コネクタ4と、平滑回路部5と、出力コネクタ6と、制御基板7と、カバー8とを備える。
【0010】
ケース2は、アルミニウムなどの熱伝導率が高い材料からなり、上下方向を厚さ方向とする板状に形成されている。図1及び図2に示すように、ケース2は、上側に向く載置面20を有する。載置面20には、トランス3を載置するための三つの載置領域21~23が設けられている。第一載置領域21、第二載置領域22及び第三載置領域23は、この順番で後方から前方に向かって並んで設けられている。第一載置領域21は、載置面20と略同じ高さの平面領域になっている。第二載置領域22は、第一載置領域21よりも一段高い平面領域になっている。第三載置領域23は、第二載置領域22よりも一段高い平面領域になっている。第一~第三載置領域21~23は、第一載置領域21が最も低く、第二載置領域22、第三載置領域23の順に一段ずつ高くなった段差状になっている。第二載置領域22には、後述するトランスコア34を載置するためのコア載置凹部24が形成されている。コア載置凹部24は、左右方向に延びる凹部であり、第二載置領域22の左右両端部まで延びて左右方向にも開口している。コア載置凹部24の底面は、載置面20及び第一載置領域21と略同じ高さの平面になっている。ケース2は、載置面20に載置されるトランス3等の熱を放散させて冷却するヒートシンクの機能を有している。ケース2は、空気の対流を利用した空冷式のヒートシンクであるが、水などの冷却媒体を利用した冷媒式のヒートシンクとしてもよい。
【0011】
ケース2の第一載置領域21には、二つの円筒状の基板支持部212が左右方向に間隔をあけて形成されている。二つの基板支持部212はそれぞれ、上下方向に延びる円筒状であり、その上面にネジ孔211が形成されている。二つの基板支持部212の上面の高さはそれぞれ、第二載置領域22と略同じ高さになっている。第二載置領域22の右端部には、コア載置凹部24よりも第一載置領域21に近い側の領域において、一つの凸状突起221が形成されている。第三載置領域23には、左右方向に間隔をあけて二つのネジ孔231が形成されている。コア載置凹部24の左右方向の両側でケース2の上面には、二つのネジ孔241が形成されている。二つのネジ孔241は、互いに前後方向にずれて配置されている。
【0012】
トランス3は、第一基板である一次側基板31と、第二基板である二次側基板32と、絶縁部材33と、コアであるトランスコア34とを備える。以下の説明では、一次側基板31、二次側基板32の板厚方向を上下方向として説明する。
【0013】
図1及び図5に示すように、一次側基板31は、基板前方側に設けられた一次側コイル形成部311と、基板後方側に設けられた一次側実装部312とを有する。一次側コイル形成部311及び一次側実装部312は一枚の基板に形成されている。一次側コイル形成部311には、帯状の導体パターンからなる一次側コイル3111が形成されている。一次側コイル3111は、本発明における「第一コイル」及び「コイル」に相当する。一次側コイル3111は、一次側コイル形成部311の上面において渦状に2ターン(2周)のコイルが形成され、そのコイルに繋がって更に渦状に2ターンのコイルが一次側コイル形成部311の下面に形成されて、合計4ターンのコイルになっている。一次側コイル3111は、渦状の2ターンのコイルが板厚方向に2層繋がって形成された構成になっている。一次側コイル形成部311の上面における一次側コイル3111の外周側の端部は、一次側実装部312まで延びて一次側実装部312に形成された導体パターン3125(配線パターン)に接続されている。一方、一次側コイル形成部311の上面における一次側コイル3111の内周側の端部は、板厚方向の2層目のコイルに繋がり、その2層目のコイルの端部が一次側実装部312まで延びて一次側実装部312に形成された導体パターン3126(配線パターン)に接続されている。なお、一次側コイル3111の2層目のコイルは、一次側コイル形成部311の内部において渦状に形成されてもよい。
【0014】
一次側コイル形成部311には、一次側コイル3111の内側において上下方向に貫通する貫通孔3112が形成されている。一次側コイル形成部311の外形は、一次側コイル形成部311に形成された一次側コイル3111の外形に合わせた円形状になっている。なお、第一基板である一次側基板31は、上記の一次側コイル形成部311の代わりに、導体板からなる一次側コイルを有するものでもよい。その場合、一次側実装部312が設けられた基板に対して、導体板からなる一次側コイルが接合される構成となる。またその場合、導体板からなる一次側コイルが、本発明における「第一コイル」及び「コイル」に相当するものとなり、一次側基板31の一部を構成するものとなる。
【0015】
一次側実装部312は上下方向から見て矩形板状に形成されている。一次側実装部312の前方側の辺に、一次側コイル形成部311が繋がって一体になっている。一次側実装部312の下面には、一つのFETモジュール3121(一次側電子部品)が実装される。FETモジュール3121(図17図24では不図示)は、一次側回路としてブリッジ回路を構成する四つのFET3122(電解効果トランジスタ)及び回路基板(図10図12)と、それらのブリッジ回路を内部に収容する直方体状の封止樹脂と、ブリッジ回路に接続されて封止樹脂の外部まで延びる複数の接続端子とを有する。FETモジュール3121は、一次側実装部312に形成されたスルーホールに複数の接続端子を一次側実装部312の下面側から挿通させて半田付けされることにより、一次側実装部312の下面に実装される。このように実装されたFETモジュール3121は、一次側実装部312に形成された導体パターン3125,3126(配線パターン)を介して一次側コイル3111に接続され(図4参照)、FETモジュール3121に入力された直流電流を交流電流に変換して一次側コイル3111に出力する。
【0016】
一次側実装部312の上面には、一次側基板31を制御基板7に電気的に接続するための複数の接続ピン3123(図2以外では不図示)が上方に延びて取り付けられている。複数の接続ピン3123はそれぞれ、一次側実装部312に形成された配線パターンに接続され、当該配線パターンを介して一次側実装部312に実装されるFETモジュール3121に電気的に接続される。
【0017】
一次側実装部312には、一次側実装部312を上下方向に貫通する二つの固定用孔3124a及び一つの位置決め孔3124bが形成されている。二つの固定用孔3124はそれぞれ、一次側基板31をケース2に固定するためのネジ(不図示)を通す孔であり、ケース2の第一載置領域21に形成された二つのネジ孔211に対応している。二つの固定用孔3124は一次側実装部312の左右端部側にそれぞれ配置されている。位置決め孔3124bは、第二載置領域22に形成された凸状突起221に対応しており、一次側実装部312の右前端部側に配置されている。
【0018】
図1及び図6に示すように、二次側基板32は、基板後方側に設けられた二次側コイル321と、基板前方側に設けられた二次側実装部322とを有する。二次側コイル321は、一枚の導体板によって形成されており、二次側実装部322は基板に形成されている。二次側コイル321は、本発明における「第二コイル」に相当する。二次側コイル321は、各々が1ターンである一対の巻回部3211,3212を有している。一対の巻回部3211,3212は、上下方向から見て前方側が開放された略C字状をなしている。一対の巻回部3211,3212の中央部には、上下方向から見て円形状の開口3213,3214が形成されている。一対の巻回部3211,3212は、互いに軸方向に間隔をあけて同軸上に配置されており、各々の周方向一端部同士が繋がることで直列に接続されている。一方(上側)の巻回部3211の周方向他端部からは、第一引出部3215が延出されており、他方(下側)の巻回部3212の周方向他端部からは、第二引出部3216が延出されている。第一引出部3215及び第二引出部3216はそれぞれ、二次側実装部322まで延びて二次側実装部322に形成された配線パターン(不図示)に接続されている。なお、二次側コイル321は、基板に形成された導体パターンからなるものでもよい。その場合、二次側コイル321と二次側実装部322とを一枚の基板に形成してもよい。二次側コイル321については、後で詳述する。
【0019】
二次側実装部322は上下方向から見て矩形板状に形成されている。二次側実装部322の上面における後端部側に、二次側コイル部321の第一引出部3215及び第二引出部3216が接続されており、二次側コイル321と二次側実装部322とが繋がって一体になっている。二次側実装部322の上面には、二つのFET3221(電解効果トランジスタ)と、二つのダイオード3222とが実装されている。二つのFET3221及び二つのダイオード3222はそれぞれ、二次側実装部322に形成された配線パターンに接続され、これらの配線パターンと共に二次側回路(ブリッジ回路)を構成する。この二次側回路は、二次側コイル3211に接続され(図4参照)、二次側コイル3211に流れる交流電流を直流電流に変換する整流回路である。二つのFET3221はブリッジ回路におけるロ―サイドの整流素子として使用され、二つのダイオード3222はブリッジ回路におけるハイサイドの整流素子として使用される(図10参照)。この二次側回路では、FET3221とダイオード3222とを直列接続した組を二つ並列に接続しているため、高耐圧化により広範囲の入力電圧に対応可能である。また、これらの電子部品のいずれか一つにショートなどの故障が発生しても出力短絡を引き起こさないため、高い安全性を確保することができる。
【0020】
二次側実装部322の上面には、二次側基板32を制御基板7に電気的に接続するための複数の接続ピン3223(図2以外では不図示)が上方に延びて取り付けられている。複数の接続ピン3223はそれぞれ、二次側実装部322に形成された配線パターンに接続され、当該配線パターンを介して二次側実装部322に実装される二つのFET3221及び二つのダイオード3222に電気的に接続されている。
【0021】
二次側実装部322には、二次側実装部322を上下方向に貫通する二つの固定用孔3224が形成されている。二つの固定用孔3224はそれぞれ、二次側基板32をケース2に固定するためのネジ(不図示)を通す孔であり、ケース2の第三載置領域23に形成された二つのネジ孔231に対応している。二つの固定用孔3224は左右方向に間隔をあけて並んでいる。また、二次側実装部322には、二次側実装部322を上下方向に貫通する一つの接続用孔3225が形成されている。接続用孔3225は、二次側実装部322における二次側コイル部321と反対側の位置に形成されている。接続用孔3225は、二次側実装部322に形成された配線パターン(二次側回路)と平滑回路部5とを電気的に接続するためのバスバー(不図示)をネジ止め等により固定するための孔である。
【0022】
図1図13図16に示すように、絶縁部材33は、一対の絶縁部材としての第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332によって構成されている。第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332は、電気的な絶縁性を有する材料からなる。詳細には、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332は、一例として、絶縁性及び熱伝導性を有する熱伝導性フィラーが添加された樹脂によって構成されている。熱伝導性フィラーとしては、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。
【0023】
第一絶縁部材331は、上下方向を板厚方向とする略円盤状に形成された本体部3311を有している。同様に、第二絶縁部材332は、上下方向を板厚方向とする円盤状に形成された本体部3321を有している。本体部3311,3321の中央部には、上下方向に貫通する貫通孔3312,3322がそれぞれ形成されている。第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とは、一次側コイル形成部311を板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて一次側基板31に支持(装着)されている。この絶縁部材33は、一次側基板31と共に一次側基板アッセンブリ35を構成している。この絶縁部材33については、後で詳述する。
【0024】
一次側基板31に絶縁部材33が装着されて構成された一次側基板アッセンブリ35には、二次側基板32が組み付けられる。具体的には、二次側基板32の二次側コイル321が有する一対の巻回部3211,3212の間に、一次側コイル形成部311及び絶縁部材33が挿入される。これにより、一次側コイル形成部311の貫通孔3112と、一対の巻回部3211,3212の各開口3213,3214とが同心状に配置される。
【0025】
トランスコア34は、磁性材料からなるE型の第一コア部材341と、磁性材料からなるI型の第二コア部材342とを有する。第一コア部材341は、上下方向を板厚方向とする平板状の基部3411と、基部3411の下面中央から下方に延びる円柱状の挿通部3412と、基部3411の左右端部からそれぞれ下方に延びる二つの壁部3413とを有する。第二コア部材342は、上下方向を板厚方向とする平板状に形成されている。トランスコア34は、第一コア部材341における挿通部3412の下面及び左右の壁部3413の下面と、第二コア部材342の上面とを面接触させて組み合わせることにより構成される。
【0026】
このトランスコア34が一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に組み付けられ、トランス3が構成される。具体的には、前述したように同心状に配置された貫通孔3112及び開口3213,3214に対して第一コア部材341の挿通部3412が挿通され、一次側コイル形成部311、二次側コイル321及び絶縁部材33の左右方向の側方にそれぞれ第一コア部材341の左右の壁部3413が配置される。そして、第一コア部材341における挿通部3412の下面及び左右の壁部3413の下面と、第二コア部材342の上面とが面接触される。これにより、一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に対するトランスコア34の組み付け状態となる。この組み付け状態では、巻回部3212、第一絶縁部材331、一次側コイル形成部311、第二絶縁部材332及び巻回部3211が、第一コア部材341の基部3411と第二コア部材342との間に挟まれる。
【0027】
このように構成されるトランス3では、図1図3に示すように、トランスコア34の第二コア部材342がケース2のコア載置凹部24内に上方から挿入されて載置される。第二コア部材342の板厚がコア載置凹部24の深さと略同じ寸法になっており、コア載置凹部24内に載置された第二コア部材342の上面とケース2の第二載置領域22をなす上面とが面一の状態となる。第二コア部材342の前後端部はそれぞれ内側にくびれた凹状になっており、それに対応してコア載置凹部24の前後壁が内側に凸状になっている。これらの凹凸の係合により、コア載置凹部24内に載置された第二コア部材342の左右方向の移動が規制されるようになっている。
【0028】
一次側実装部312の下面に実装されたFETモジュール3121の下面がケース2の第一載置領域21上に面接触するように、一次側基板31がケース2の載置面20に載置される。第一載置領域21に形成された二つの基板支持部212の上面は、一次側実装部312の下面に面接触し、二つの基板支持部212によっても一次側基板31が支持されるようになっている。このように載置された一次側基板31は、位置決め孔3214bに第二載置領域22の凸状突起221が挿入され、二つの固定用孔3124にそれぞれ上方から挿入されたネジを、二つの基板支持部212のネジ孔211に螺合させることにより、当該一次側基板31がケース2に固定される。
【0029】
二次側基板32は、二次側実装部322の下面がケース2の第三載置領域23上に面接触するように、ケース2の載置面20上に載置される。このように載置された二次側基板32は、二つの固定用孔3224にそれぞれ上方から挿入されたネジを第三載置領域23の二つのネジ孔231に螺合させることにより、当該二次側基板32がケース2に固定される。
【0030】
トランス3をケース2上に載置した後に、図7に示すブラケット9によってトランスコア34がケース2に固定される。ブラケット9は、金属製の平板部材を折り曲げ加工等して形成されており、矩形状のベース部91と、ベース部91の左右端部から下方に延出された左右の側壁部92と、左右の側壁部92の下端部から左右方向の外方に延出された左右の固定部93と、ベース部91の内側に設けられた二つのコア押圧部94とを有する。左右の固定部93は、互いに前後方向にずれて配置されている。左右の固定部93には、上下方向に貫通したネジ挿通孔931が形成されている。
【0031】
二つのコア押圧部94はそれぞれ、ベース部91をコ字状に切り抜くことにより形成され、ベース部91の中央部から左右方向に斜め下方に延びる板状になっている。二つのコア押圧部94は、ベース部91と繋がる基端部を支点として上下方向に弾性変形可能な板バネになっている。
【0032】
上記のようにトランス3をケース2上に載置した後に、ブラケット9の左右の固定部93の下面が、コア載置凹部24の左右方向の両側でケース2の上面に面接触し、左右の固定部93のネジ挿通孔931とケース2に形成された左右二つのネジ孔241とが連通するように、ブラケット9が第一コア部材341上に載置される。このように載置されたブラケット9は、左右のネジ挿通孔931にそれぞれ上方から挿入されたネジを、ケース2の二つのネジ孔221へ螺合させることにより、当該ブラケット9がケース2に固定される。
【0033】
ブラケット9がケース2に固定されると、ベース部91がトランスコア34の上方に配置され、二つのコア押圧部94の先端部がそれぞれ第一コア部材341の上面に押し付けられて、二つのコア押圧部94がそれぞれ弾性変形する。これら二つのコア押圧部94の弾性力によって第一コア部材341が第二コア部材342押し付けられるとともに、第二コア部材342がケース2のコア載置凹部24に押し付けられることにより、トランスコア34がケース2に固定される。
【0034】
このようにケース2に固定されたトランス3では、図1図3に示すように、ケース2の第一載置領域21の上方側に一次側基板31の一次側実装部312が配置される。一次側実装部312の下面に実装されたFETモジュール3121の下面が第一載置領域21上に面接触した状態で配置される。ケース2の第二載置領域22の上方側には、二次側コイル部321の下側の巻回部3212、第一絶縁部材331の本体部3311、一次側基板31の一次側コイル形成部311、第二絶縁部材332の本体部3321及び二次側コイル部321の上側の巻回部3211が上下方向に並んで配置される。下側の巻回部3212の下面が絶縁シート(不図示)を介して第二載置領域22上に面接触し、下側の巻回部3212の上面が第一絶縁部材331の本体部3311の下面に面接触し、本体部3311の上面が一次側コイル形成部311の下面に面接触した状態で配置される。さらに、一次側コイル形成部311の上面が第二絶縁部材332の本体部3321の下面に面接触し、本体部3321の上面が上側の巻回部3211の下面に面接触した状態で配置される。上側の巻回部3211の上面にも絶縁シート(不図示)が配置される。ケース2の第三載置領域23の上方側に二次側基板32の二次側実装部322が配置される。二次側実装部322の下面が絶縁シート(不図示)を介して第三載置領域23上に面接触した状態で配置される。
【0035】
図1に示すように、入力コネクタ4は、接続開口部を有するハウジング41と、ハウジング41内に設けられる複数の接続端子42とを有する。入力コネクタ4は、ケース2の後壁部の貫通孔にケース2の内側から挿通されて取り付けられ、一次側基板31の一次側実装部312が配置される第一載置領域21の近くに設けられる。ケース2に取り付けられた入力コネクタ4では、複数の接続端子42の端部側がハウジング41から突出してケース2の内側(前方)に延び、更にその先端側が上方に屈曲されて延びている。複数の接続端子42の当該先端側は、制御基板7に接続されるようになっている。
【0036】
平滑回路部5は、出力側チョークコイル51と、出力側コンデンサ52とを有する。平滑回路部5は、ケース2の載置面20における前端側に設けられる。出力側チョークコイル51は、二次側基板32の二次側実装部322の接続用孔3225を用いて固定されるバスバー(不図示)を介して二次側基板32の二次側回路に電気的に接続される。平滑回路部5は、二次側基板32の二次側回路から出力された電流の波形を平滑化するようになっている。出力コネクタ6は、ケース2の前端から前方に延びるように設けられ、平滑回路部5に電気的に接続されている(図4参照)。
【0037】
図1図2及び図8に示すように、制御基板7は、上下方向を板厚方向とする板状に形成されている。制御基板7の下面70には複数の制御用電子部品71が実装されている。複数の制御用電子部品71は、一次側基板31に実装されたFETモジュール3121、及び二次側基板32に実装された二つのFET3221の動作を制御する制御回路を構成する。制御基板7は、制御基板7の下面70がケース2の載置面20に対向するように、載置面20及び載置面20に配置されたトランス3の上方側に配置される。トランス3の上方側に配置された制御基板7には、一次側基板31の一次側実装部312に設けられた複数の接続ピン3123(図2以外では不図示)、二次側基板32の二次側実装部322に設けられた複数の接続ピン3223(図2以外では不図示)、及び入力コネクタ4の複数の接続端子42(図1以外では不図示)がそれぞれ接続される。これらの接続により、入力コネクタ4、制御基板7、一次側基板31及び二次側基板32が電気的に接続される。複数の制御用電子部品71は、制御基板7の下面70において、トランス3と対向する領域701を除く領域に実装されている。これにより、ケース2の載置面20及びトランス3と制御基板7との間隔を小さく抑えることができ、電力変換装置1の薄型化を図ることができる。
【0038】
図1及び図2に示すように、カバー8は、下方に開口する箱状に形成されている。カバー8は、ケース2の載置面20、載置面20に配置されたトランス3及び平滑回路部5、並びに、載置面20及びトランス3の上方側に配置された制御基板7を覆うように、ケース2に装着可能になっている。カバー8の後壁部には、カバー8をケース2に装着する際に入力コネクタ4との干渉を防ぐための切欠き81が形成されている。同様に、カバー8の前壁部にも、出力コネクタ6との干渉を防ぐための切欠き(不図示)が形成されている。
【0039】
図4に示すように、電力変換装置1では、所定の電圧の直流電流が、入力コネクタ4から制御基板7を通して一次側基板31のFETモジュール3121に入力されて交流電流に変換され、一次側コイル3111に出力される。一次側コイル3111に交流電流が流れると、電磁誘導によって二次側コイル321に交流電流が流れる。一次側コイル3111及び二次側コイル321のターン数が互いに異なることで、二次側コイル3211に流れる交流電流の電圧は、一次側コイル3111に流れる交流電流の電圧と異なる。例えば、二次側コイル321のターン数が一次側コイル3111のターン数よりも少ないと、二次側コイル321に流れる交流電流の電圧は、一次側コイル3111に流れる交流電流の電圧よりも低くなる。二次側コイル321に流れる交流電流は、二次側基板32のFET3221及びダイオード3222において直流電流に変換され、この直流電流の波形が平滑回路部5において平滑化される。平滑化された直流電流の電圧は、入力コネクタ4から入力された直流電流の電圧と異なる。平滑化された直流電流は出力コネクタ6から外部に出力される。
【0040】
上記のように電力変換装置1が動作する際には、一次側基板31の一次側コイル3111、FETモジュール3121、二次側基板32の二次側コイル321、FET3221及びダイオード3222、トランスコア34が発熱するが、これらの熱はトランス3を載置したケース2に逃がすことができる。特に、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332が熱伝導性を有しているため、二次側コイル321の上側の巻回部3211や一次側コイル3111の発熱をケース2に伝達することができる。しかも、FETモジュール3121は一次側実装部312を介さずに第一載置領域21に直接面接触させているため、FETモジュール3121の熱を効率よくケース2に逃がすことができる。
【0041】
電力変換装置1では、トランス3における一次側基板31及び二次側基板32を、コイルのターン数や実装部品等が異なる複数種類の一次側及び二次側基板の中から選択して変更可能になっている。これらの選択及び変更は、入力電圧や出力電圧等の要求される仕様に応じて行い、様々な仕様に対応可能な電力変換装置1とすることができる。図9に例示するように、一次側基板は、上述した一次側基板31を含む四種類の一次側基板の中から適宜選択することができる。これら四種類の一次側基板は、外形形状や寸法は互いに同じになっており、FETモジュール3121が実装されることも同じであるが、一次側コイル形成部311に形成される一次側コイルの構成が異なっている。
【0042】
第一の一次側基板31‐1は、上述した一次側基板31と同じ基板である。第二の一次側基板31‐2の一次側コイル3111‐2は、一次側コイル形成部311の上面において渦状に2ターン(2周)のコイルが形成され、そのコイルに繋がって更に渦状に2ターンのコイルが一次側コイル形成部311の内部及び下面に3層形成されて、合計8ターンのコイルになっている。一次側コイル3111‐2は、渦状の2ターンのコイルが板厚方向に4層繋がって形成された構成になっている。第三の一次側基板31‐3の一次側コイル3111‐3は、一次側コイル形成部311の上面において渦状に3ターンのコイルが形成され、そのコイルに繋がって更に渦状に2ターンの二つのコイルと3ターンのコイルとが一次側コイル形成部311の内部及び下面に3層形成されて、合計10ターンのコイルになっている。一次側コイル3111‐3は、渦状の3ターンの二つのコイルと2ターンの二つのコイルとが板厚方向に4層繋がって形成された構成になっている。第四の一次側基板31‐4の一次側コイル3111‐4は、一次側コイル形成部311の上面において渦状に4ターンのコイルが形成され、そのコイルに繋がって更に渦状に3ターンの三つのコイルが一次側コイル形成部311の内部及び下面に3層形成されて、合計13ターンのコイルになっている。一次側コイル3111‐4は、渦状の4ターンのコイルと3ターンの三つのコイルとが板厚方向に4層繋がって形成された構成になっている。
【0043】
二次側基板は、上述した二次側基板32を含む四種類の二次側基板の中から適宜選択することができる。これら四種類の二次側基板は、外形形状や寸法は互いに同じになっているが、二次側コイル321の構成や、二次側実装部322に実装される電子部品の種類が異なっている。第一の二次側基板32‐1は、上述した二次側基板32と同じ基板であり、2ターン構成の二次側コイルを有する。
【0044】
第二の二次側基板32‐2は、上述した二次側基板32‐1と比較して、二次側コイル321の構成だけが異なる。第二の二次側基板32‐2が有する二次側コイル321‐2では、一対の巻回部3211,3212が互いに並列に接続されて、合計1ターンのコイルになっている。このように1ターン構成の第二の二次側基板32‐2では、2ターン構成の第一の二次側基板32‐1と比較して、出力電圧を二分の一とすることができる。また、第二の二次側基板32‐2では、第一の二次側基板32‐1と同様に、広範囲の入力電圧に対応可能であり、かつ、高い安全性を確保することができる。
【0045】
第三の二次側基板32‐3は、上述した二次側基板32‐2と比較して、二次側実装部322に実装される電子部品の種類だけが異なる。第三の二次側基板32‐3の二次側実装部322の上面には、四つのFET3221が実装されている。図11に示すように、これら四つのFET3221は、二次側回路としてブリッジ回路を構成している。四つのFET3221は、ブリッジ回路におけるロ―サイド及びハイサイドの両方の整流素子として使用される。第三の二次側基板32‐3では、二次側回路がFET3221だけを用いた同期整流型の回路となるため、第一及び第二の二次側基板32‐1,32‐2よりも高効率化を実現することができる。また、二次側回路が同期整流型の回路となることで、二次側を入力側とし、一次側を出力側とした双方向側のトランスを構成することができる。
【0046】
第四の二次側基板32‐4では、図9及び図12に示すように、二次側実装部322に構成される二次側回路がセンタータップ方式の回路になっている。第四の二次側基板32‐4が有する二次側コイル部321‐1では、一対の巻回部3211,3212が互いに直列に接続されている。この接続部の付近からは、第三引出部3218が延出されている。第三引出部3218には、二次側回路の第一の出力端子3228が電気的に接続されている。二次側回路の第二の出力端子3229は、直列接続された一対の巻回部3211,3212の両端すなわち第一引出部3215及び第二引出部3216に電気的に接続されている。第一引出部3215及び第二引出部3216と第二の出力端子3229との間にはそれぞれ、二つのFET3221を並列接続したFETユニットが設けられている。第四の二次側基板32‐4では、二次側回路における電力損失を低減することができるため、高効率化を実現することができると共に、大電流出力にも対応することができる。なお、第四の二次側基板32‐4においては、各FETユニットにおけるFET3221の数を一つにすることができるため、また、二次側回路におけるFET3221をダイオードに変えることもできるため、第四の二次側基板32‐4の製造コストの削減を図ることができる。
【0047】
以下、本実施形態の第一の要部である絶縁部材33の構成について詳細に説明する。絶縁部材33は、前述したように第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332によって構成されている。図13及び図14に示すように、第一絶縁部材331は、上下方向を板厚方向とする略円盤状に形成された本体部3311を有している。本体部3311の中央部には、円形の貫通孔3312が形成されている。本体部3311の外周部の一部には、上方側へ突出した周壁部3313が形成されている。周壁部3313は、上下方向から見て後方側が開放された略C字状をなしている。本体部3311における貫通孔3312の縁部には、上方側へ突出したボス部3314が形成されている。ボス部3314は、上下方向を軸方向とする円筒状をなしている。
【0048】
周壁部3313の左右両端部の上端部には、それぞれロック爪3315が形成されている。左右のロック爪3315は、ボス部3314を介して互いに反対側に位置しており、ボス部3314側へ突出している。左側のロック爪3315の前端部には、下方側へ突出した下方凸部DC(図13参照)が形成されている。右側のロック爪3315の後端部には、下方側へ突出した下方凸部DC(図13参照)が形成されている。本体部3311の後端部には、下方側へ突出した第一コイル抑え部3316が形成されている。第一コイル抑え部3316は、先端側が前方側へ向けて屈曲しており、左右方向視でL字状をなしている。第一コイル抑え部3316は、本発明における「コイル抑え部」に相当する。
【0049】
周壁部3313の前端部の左右両端部からは、それぞれ左右方向の外側へ向けて基板抑え部3317が延出されている。左右の基板抑え部3317は、先端側が前方側へ向けて屈曲しており、上下方向視で略L字状をなしている。周壁部3313の前端部の左右両端部において、左右の基板抑え部3317よりも左右方向内側の部分には、前方側へ略矩形状に突出した左右の突出部PRが形成されている。これにより、周壁部3313の前端面は、上下方向視で左右方向に沿った直線状に形成されている。
【0050】
左右の基板抑え部3317は、上下方向を板厚方向とする下壁部UWと、下壁部UWにおける左右方向外側の端部から上方側へ突出した側壁部SWと、下壁部UWにおける後側の端部から上方側へ突出した後壁部RWとによって構成されている。下壁部UWは、突出部RPに繋がり、突出部RPの左右方向の側方で前方側へ延びており、上下方向視で略J字状をなしている。側壁部SW及び後壁部RWの上部には、クリップ用切欠NOが形成されている。クリップ用切欠NOは、側壁部SW及び後壁部RWに跨って形成されており、上下方向視でL字状をなしている。クリップ用切欠NOは、後述するクリップ36に対応している。
【0051】
図15及び図16に示すように、第二絶縁部材332は、上下方向を板厚方向とする円盤状の本体部3321を有している。本体部3321の中央部には、円形の貫通孔3322が形成されている。本体部3321の外周部の一部には、上方側へ突出した周壁部3323が形成されている。周壁部3323は、上下方向から見て前方側が開放された略C字状をなしており、右側において一部が分断されている。本体部3321における貫通孔3322の縁部には、上方側へ突出したボス部3324が形成されている。ボス部3324は、上下方向を軸方向とするリング状をなしている。
【0052】
本体部3321の左右両端部には、それぞれロック用切欠3325が形成されている。左側のロック用切欠3325は、周壁部3323の左端部に対する前方側に配置されている。右側のロック用切欠3325は、右側において周壁部3323の一部が分断された箇所に形成されている。左側のロック用切欠3325の後側、及び右側のロック用切欠3325の前側には、それぞれロック用段部3326が形成されている。左右のロック用段部3326の上面は、本体部3321の上面よりも下方側に凹んでいる。左側のロック用段部3326の後部には、左側のロック用段部3326の前部よりも上方側へ突出した上方凸部UCを有している。同様に、右側のロック用段部3326の前部には、右側のロック用段部3326の後部よりも上方側へ突出した上方凸部UCを有している。周壁部3323の後端部の上端部には、後方側へ突出した第二コイル抑え部3327が形成されている。第二コイル抑え部3327は、本体部3321の周方向を長手とし且つ上下方向を板厚方向とする長尺板状をなしている。第二コイル抑え部3327は、本発明における「コイル抑え部」に相当する。
【0053】
上記構成の第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とは、前述したように、一次側基板31の一次側コイル形成部311を板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて一次側基板31に装着される。以下、一次側基板31に対する第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332の装着方法も含め、トランス3の組立方法について、図17図24を参照して説明する。
【0054】
トランス3が組み立てられる際には、先ず一次側基板31に対して第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332が装着される。この装着の際には、図17に矢印U1で示すように、一次側コイル形成部311に対して第1絶縁部材331が下方側から接近され、一次側コイル形成部311の下面と、第一絶縁部材331の本体部3311の上面とが面接触される。この際には、一次側コイル形成部311の貫通孔3112内に、第一絶縁部材331のボス部3314が嵌合される。これにより、一次側コイル形成部311が第一絶縁部材331の周壁部3313によって前方側及び左右方向両側から囲まれた状態となる。
【0055】
また上記の装着の際には、図17に矢印D1で示すように、一次側コイル形成部311に対して第二絶縁部材332が上方側から接近され、一次側コイル形成部311の上面と、第二絶縁部材332の本体部3321の下面とが面接触される。この際には、第二絶縁部材332の貫通孔3322内に、第一絶縁部材331のボス部3314が嵌合される。またこの際には、第一絶縁部材331の左右のロック爪3315が、第二絶縁部材3325の左右のロック用切欠3325内を下方側から上方側へ向けて通過する。これにより、第一絶縁部材331の左右のロック爪3315が、第二絶縁部材3325の本体部3321及び左右のロック用段部3326に対して上方側に配置される。この状態では、一次側コイル形成部311が第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とによって上下方向に挟まれる。
【0056】
次いで、図18に矢印Tで示すように、第二絶縁部材332が第一絶縁部材331に対して軸線回りの一方へ相対回転される。これにより、第一絶縁部材331の左右のロック爪3315に対して、第二絶縁部材3325の左右のロック用切欠3325及び左右のロック用段部3326が相対回転する。この際には、左右のロック爪3315の下方凸部UCが、左右のロック用段部3326の上方凸部UCに一時的に乗り上げることにより、左右のロック爪3315が上方側へ一時的に弾性変形する。これらのロック爪3315が弾性復帰することにより、各ロック爪3315の下方凸部DCが、各ロック用段部3326の上方凸部UCに対して上記軸線回りの他方から引っ掛かる。これにより、第一絶縁部材331に対する第二絶縁部材332の相対回転が規制される。この状態では、第一絶縁部材331の左右のロック爪3315が第二絶縁部材332の左右のロック用段部3326及び本体部3321の外周部に対して上方側から係合(ここでは接触又は近接して対向)することにより、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが上下方向に分離不能に結合される。これにより、一次側基板アッセンブリ35が完成する。
【0057】
このように、本実施形態では、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332は、一次側コイル形成部311を挟持した状態で互いに相対回転される。これにより、第二絶縁部材332に設けられた左右のロック用段部3326が第一絶縁部材331に設けられた左右のロック爪3315に係止され、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが互いに結合される。左右のロック用段部3326は、本発明における「被係止部」に相当し、左右のロック爪3315は、本発明における「係止部」に相当する。
【0058】
完成した一次側基板アッセンブリ35には、二次側基板32が組み付けられる。この組み付けの際には、図19に矢印INで示すように、一次側基板アッセンブリ35と二次側基板32とが前後方向に沿って互いに接近される。これにより、二次側コイル321の一対の巻回部3211,3212の間に、一次側コイル形成部311と、第一絶縁部材331の本体部3311と、第二絶縁部材332の本体部3321とが差し込まれ、図20に示される状態となる。図20に示される状態では、上側の巻回部3211の開口3213の内側に、第二絶縁部材332のボス部3324が嵌合する。これにより、一対の巻回部3211,3212が、一次側コイル形成部311、第一絶縁部材331の本体部3311、及び第二絶縁部材332の本体部3321に対して同心状に配置される。
【0059】
またこの状態では、図2及び図20に示すように、第二絶縁部材332の第二コイル抑え部3327が上側の巻回部3211の後端部に対して上方側、すなわち一次側コイル3111とは反対側から係合(ここでは接触又は近接して対向)する。これにより、第二絶縁部材332に対する巻回部3211の上下方向(板厚方向)の変位が抑制される。またこの状態では、図2に示すように、第一絶縁部材331の第一コイル抑え部3316(図14参照)が下側の巻回部3212の後端部に対して下方側、すなわち一次側コイル3111とは反対側から係合(ここでは接触又は近接して対向)する。これにより、第一絶縁部材331に対する巻回部3212の上下方向(板厚方向)の変位が抑制される。
【0060】
また、図20に示される状態では、第一絶縁部材331の左右の基板抑え部3317が有する下壁部UW、後壁部RW及び側壁部SW(図13参照)が、二次側実装部322の後端部の左右両端部に対して係合(ここでは接触又は近接して対向)する。詳細には、左右の基板抑え部3317の下壁部UWは、二次側実装部322の下面に対して下方側、すなわち二次側実装部322の板厚方向一方側から係合する。左右の基板抑え部3317の後壁部RWは、二次側実装部322の後端面に対して後方側から係合する。左右の基板抑え部3317の側壁部SWは、二次側実装部322の左右の切欠部3226に対して左右方向外側から係合する。
【0061】
次いで、図21に示すように、二次側実装部322と左右の基板抑え部3317との各係合箇所に、それぞれクリップ36(図1では図示省略)が装着される。左右のクリップ36は、例えば樹脂によって製造されたものであり、前後方向から見て左右方向の内側が開放されたコ字状(略U字状)をなしている。具体的には、左右のクリップ36は、上下方向に互いに対向する上壁部361及び下壁部362と、上壁部361及び下壁部362の左右方向外側端部を上下方向に繋いだ外壁部363とを一体に有している。上壁部361及び下壁部362は、上下方向を板厚方向とし且つ前後方向を長手とする長尺板状をなしており、外壁部363は、左右方向を板厚方向とし且つ前後方向を長手とする長尺板状をなしている。なお、図22図24では、上壁部361、下壁部362及び外壁部363の符号を省略している。
【0062】
左右のクリップ36は、図21に矢印A1で示すように、二次側実装部322と左右の基板抑え部3317との各係合箇所に対して後方側から装着される。これにより、図22に示すように、二次側実装部322と各基板抑え部3317とが、クリップ36の上壁部361及び下壁部362によって上下方向(二次側実装部322の板厚方向)に挟持される。この状態では、左右のクリップ36の外壁部363が二次側実装部322の左右の切欠部3226(図21参照)内に配置される。これにより、二次側実装部322の左右両端部よりも左右方向外側に左右のクリップ36が食み出さないように構成されている。このように一次側基板アッセンブリ35に二次側基板32が取り付けられることにより、一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32からなる一つのアッセンブリとなる。
【0063】
次いで、図23に示すように、一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に対して、トランスコア34の第一コア部材341及び第二コア部材342が組み付けられる。この組み付けの際には、図23に矢印D2で示すように、第一コア部材341が一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に対して上方側から接近され、第一絶縁部材331の貫通孔3312に第一コア部材341の挿通部3212が挿通される。これにより、一次側コイル形成部311及び絶縁部材33の左右方向の側方にそれぞれ第一コア部材341の左右の壁部3413が配置された状態となる。また、図23に矢印U2で示すように、第二コア部材342が一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に対して下方側から接近され、第一コア部材341における挿通部3412の下面及び左右の壁部3413の下面と、第二コア部材342の上面とが面接触される。これにより、図24に示すように、トランス3が完成する。なお、一次側基板アッセンブリ35及び二次側基板32に対するトランスコア34の組み付けは、一次側基板アッセンブリ35、二次側基板32及びトランスコア34をケース2に対して組み付ける際に行うことができる。
【0064】
次に、本実施形態の第二の要部である二次側コイル321の構成について、図25図28を用いて補足説明する。前述したように、本実施形態では、二次側基板32は、四種類の二次側基板32‐1,32‐2,32‐3,32‐4の中から適宜選択される(図9参照)。二次側基板32‐1,32‐4が有する二次側コイル321‐1では、各々が1ターンである一対の巻回部3211,3212が互いに直列に接続されている。これに対し、二次側基板32‐2,32‐3が有する二次側コイル321‐2では、各々が1ターンである一対の巻回部3211,3212が互いに並列に接続されている。これらの二次側コイル321‐1,321‐2は、例えば銅板等の導体板がプレス成形されて製造されたものである。
【0065】
図25及び図27に示すように、直列タイプの二次側コイル321‐1では、一対の巻回部3211,3212は、互いに軸方向に間隔をあけて同軸上に配置されており、各々の周方向一端部同士が接続部CP1において一体に繋がっている。この接続部CP1においては、二次側コイル321‐1を構成する導電板が左右方向視でコ字状(略U字状)に曲げられている。上側の巻回部3211の他端部からは、右方側へ向けて第一引出部3215が延出されている。下側の巻回部3212の他端部からは、左方側へ向けて第二引出部3216が延出されている。つまり、第一引出部3215と第二引出部3216とは、各巻回部3211,3212の接線方向(ここでは左右方向)に沿って互いに逆向きに延出されている。
【0066】
二次側コイル321‐1を構成する導電板は、第二引出部3216の付近に設けられた曲げ部CP2において左右方向視でコ字状(略U字状)に曲げられている。第二引出部3216は、曲げ部CP2から後方側且つ左方側へ延びると共に、下方側へ屈曲した後に左方側へ延びている。また、上側の巻回部3211における接続部CP1の付近からは、前方側へ向けて第三引出部3218が延出されている。
【0067】
第一引出部3215、第二引出部3216及び第三引出部3218の各先端部の下面は、同一平面上に配置されており、二次側実装部322の上面に面接触して配置されている。第一引出部3215及び第二引出部3216は、二次側実装部322の上面に対して半田付け等の手段で接合され、二次側実装部322に形成された配線パターン(不図示)に対して電気的に接続される。なお、二次側実装部322の後端部には、図6に示すように、二次側コイル321の一部(ここでは前端部の一部)を配置させた切欠部3227が形成されている。第三引出部3218は、二次側基板32‐1と32‐4とで、二次側実装部322の上面に対する接合状態(すなわち上記の配線パターンに対する電気的な接続の有無)を変更されている。具体的には、二次側基板32‐1では、第三引出部3218と上記の配線パターンとが電気的に非接続とされており、二次側基板32‐4では、第三引出部3218と上記の配線パターンとが電気的に接続されている。
【0068】
第一引出部3215、第二引出部3216及び第三引出部3218には、上記各先端部よりも基端部側において、クランク状の屈曲部BP1、BP2、BP3がそれぞれ形成されている。屈曲部BP1、BP2は、前後方向視でクランク状に屈曲しており、屈曲部BP3は、左右方向視でクランク状に屈曲している。これらの屈曲部BP1、BP2、BP3は、二次側実装部322の基板を一次側基板31の基板に対して同一平面上に配置させるために形成されている。
【0069】
図26及び図28に示すように、並列タイプの二次側コイル321‐2は、外形形状や寸法が直列タイプの二次側コイル321-2と略同じになっており、一対の一対の巻回部3211,3212が、互いに軸方向に間隔をあけて同軸上に配置されている。これら一対の巻回部3211,3212は、各々の周方向一端部が接続部CP3において互いに接続されると共に、各々の周方向他端部が接続部CP4において互いに接続されている。これにより、一対の巻回部3211,3212が並列に接続されている。接続部CP3、CP4においては、二次側コイル321‐2を構成する導電板が左右方向視でコ字状(略U字状)に曲げられている。上側の巻回部3211の周方向両端部からは、第一引出部3215及び第二引出部3216が延出されている。第一引出部3215と第二引出部3216とは、左右方向において互いに逆向きに延出されている。
【0070】
二次側コイル321‐2においても、第一引出部3215及び第二引出部3216の各先端部の下面は、同一平面上に配置されており、二次側実装部322の上面に面接触している。第一引出部3215及び第二引出部3216は、二次側実装部322に形成された配線パターン(不図示)に対して電気的に接続される。また、二次側コイル321‐2においても、第一引出部3215及び第二引出部3216には、上記各先端部よりも基端部側に、クランク状の屈曲部BP1、BP2がそれぞれ形成されている。屈曲部BP1、BP2は、前後方向視でクランク状に屈曲している。これらの屈曲部BP1、BP2は、二次側コイル321‐1の場合と同様に、二次側実装部322の基板を一次側基板31の基板に対して同一平面上に配置させるために形成されている。
【0071】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【0072】
本実施形態に係る電力変換装置1では、入力コネクタ4に入力される直流電流がトランス3において異なる電圧の直流電流に変換される。変換された直流電流は、平滑回路部5において平滑化され、出力コネクタ6から外部に出力される。上記のトランス3は、一次側基板31と、二次側基板32と、絶縁部材33と、トランスコア34とによって構成されている。一次側基板31は、一次側コイル3111が形成された一次側コイル形成部311を有している。絶縁部材33は、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332によって構成されている。第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332は、一次側コイル形成部311を板厚方向両側から挟持した状態で互いに結合されて一次側基板31に装着されている。これにより、一次側基板31と絶縁部材33とが一次側基板アッセンブリ35としてアッセンブリ化されている。このため、一次側基板31と絶縁部材33とを一つの部品として取り扱うことができるので、製造管理が容易になる。
【0073】
しかも、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332は、上記の挟持状態で互いに相対回転される。この相対回転により、第二絶縁部材332に設けられた左右のロック用段部3326が第一絶縁部材331に設けられた左右のロック爪3315に係止される(図18参照)。これにより、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが互いに結合される。このように、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが互いに相対回転される構成であるため、左右のロック爪3315が左右のロック用段部3326に係合する際の左右のロック爪3315の弾性変形量を少なく設定することができる。その結果、左右のロック爪3315の破損を防止し易くなる。特に本実施形態のように、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332を構成する樹脂に熱伝導性フィラーが添加されている場合、左右のロック爪3315等が破損し易くなるが、そのような破損を防止する観点で好適である。
【0074】
また、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332を構成する樹脂が熱伝導性を有しているため、電力変換装置1が動作する際の一次側コイル3111や二次側コイル321の発熱を、ケース2に対して良好に伝達し、放熱することができる。
【0075】
また、本実施形態では、図5及び図9に示すように、一次側基板31の一次側コイル形成部311に、導体パターンからなる一次側コイル3111が形成されている。このような導体パターンからなる一次側コイル3111では、ターン数のバリエーションを増やすことが容易である。一方、二次側基板32の二次側コイル321は、図6に示すように、1枚の導体板がプレス成形されて製造されたものであり、一対の巻回部3211,3212を有している。図2に示すように、一対の巻回部3211,3212は互いに軸方向(上下方向)に対向して配置されており、一対の巻回部3211,3212の間に一次側コイル形成部311及び絶縁部材33が挿入された構成となっている。これにより、二次側基板32の二次側実装部322と一次側基板31との上下方向の配置を揃え易くなる。その結果、例えば電力変換装置1の全体構成を上下方向に小型化し易くなる。
【0076】
また、図2に示すように、第一絶縁部材331には、巻回部3212に対して一次側コイル形成部311とは反対側から係合する第一コイル抑え部3316が設けられている。同様に、図2図20図24に示すように、第二絶縁部材332には、巻回部3211に対して一次側コイル形成部311とは反対側から係合する第二コイル抑え部3327が設けられている。これにより、一次側基板アッセンブリ35と二次側基板32との上下方向の不用意な相対変位を抑制することができる。その結果、例えば一次側基板アッセンブリ35に対して二次側基板32を組み付けた状態で両者を取り扱うに際し、上記の相対変位に起因する両者の破損を防止し易くなり、上記の取り扱いが容易になる。
【0077】
さらに、図20に示すように、第一絶縁部材331には、二次側基板32に対して板厚方向の少なくとも一方側(ここでは下方側)から係合する左右一対の基板抑え部3317が設けられている。これにより、第一絶縁部材331すなわち一次側基板アッセンブリ35に対する二次側基板32の板厚方向(上下方向)の不用意な相対変位を抑制することができるので、上記の取り扱いが一層容易になる。
【0078】
しかも、上記各基板抑え部3317と二次側基板32とは、左右一対のクリップ36(図によって二次側基板32の板厚方向に挟持されている。これにより、一次側基板アッセンブリ35に対する二次側基板32の板厚方向の不用意な相対変位を一層効果的に抑制可能となる。また、二次側基板32の二次側実装部322には、左右のクリップ36が配置された箇所に、それぞれ切欠部3226(図6及び図20図21参照)が形成されている。これにより、左右のクリップ36が二次側実装部322よりも左右方向外側へ食み出さないように構成されているので、トランス3の左右方向の寸法が拡大することを防止できる。
【0079】
また、本実施形態では、前述したように、一対の巻回部3211,3212を有する二次側コイル321は、1枚の導体板がプレス成形されて製造されたものである。このため、一対の巻回部(コイル部材)が結合されて二次側コイルが製造される場合と比較して、二次側コイルの導通抵抗を少なくすることができる。しかも、複数のコイル部材を結合するための結合工程が不要になるため、二次側コイルの製造が容易になる。
【0080】
また、本実施形態では、一対の巻回部3211,3212が直列に接続された二次側コイル321‐1(図25及び図27参照)と、一対の巻回部3211,3212が並列に接続された二次側コイル321‐2(図26及び図28参照)とが選択的に採用される。これらの二次側コイル3211,3212は、外径形状や寸法が互いに略同じになっている。これらの二次側コイル3211,3212の選択により、変換する電圧を容易に変更することができる。
【0081】
しかも、二次側コイル3211,3212においては、第一引出部3215と第二引出部3216とが、各巻回部3211,3212の接線方向(ここでは左右方向)に沿って互いに逆向きに延出されている。そして、第一引出部3215及び第二引出部3216が接続された二次側実装部322の後端部には、図6に示すように、二次側コイル321の一部(ここでは前端部の一部)を配置させた切欠部3227が形成されている。これにより、二次側基板32の前後方向の寸法を縮小することができる。その結果、例えば電力変換装置1の全体構成を前後方向に小型化し易くなる。
【0082】
また、第一引出部3215及び第二引出部3216は、同一平面上に配置されており、何れも二次側実装部322の上面(片面)に接合されている。これにより、第一引出部3215及び第二引出部3216を半田付け等の手段で二次側実装部322に接合する際に、二次側実装部322の片面側だけで接合作業を行うことができる。その結果、接合作業が容易になる。
【0083】
さらに、直列タイプの二次側コイル321‐1には、センタータップ方式に対応する第三引出部3218が形成されている。この第三引出部3218の二次側実装部322への電気的な接続の有無を選択的に変更することにより、二次側基板32のバリエーションを容易に増やすことができる。
【0084】
しかも、第一引出部3215、第二引出部3216及び第三引出部3218には、二次側実装部322の上面(片面)に接合された先端部よりも基端部側に、クランク状の屈曲部BP1、BP2、BP3が形成されている。これらの屈曲部BP1、BP2、BP3の上下方向寸法を調整することにより、二次側実装部322の上下方向の配置を変更することができるので、二次側実装部322と一次側基板31との上下方向の配置を容易に揃えることができる。
【0085】
また、本実施形態では、図9に示すように、一次側基板31及び二次側基板32はそれぞれ、一次側コイル3111及び二次側コイル321のターン数及び実装される電子部品の種類が異なり且つ基板外形寸法が同じである複数種類の基板31‐1,31‐2,31‐3,31‐4,32‐1,32‐2,32‐3,32‐4の中から選択可能となっている。そして、選択された一次側基板31及び二次側基板32がトランスコア34に組付けられてケース2に配置される。これにより、多様な仕様の電力変換装置1を容易に提供することができる。
【0086】
なお、上記実施形態では、左右のクリップ36が、左右の基板抑え部3317及び二次側基板32に対して後方側から装着される構成にしたが、これに限るものではない。例えば図29に示される変形例のように、クリップ36が、左右の基板抑え部3317及び二次側基板32に対して左右方向の外方側から装着される構成にしてもよい(図29の矢印A2参照)。
【0087】
また、上記実施形態では、クリップ36と基板抑え部3317とが互いに別体とされた構成にしたが、これに限るものではない。図30に示される変形例のように、基板抑え部3317にクリップの機能を持たせてもよい。この変形例では、基板抑え部3317は、左右方向視で前方側が開放されたコ字状(略U字状)に形成されている。この基板抑え部3317の内側には、上下のリブRIが形成されている。これらのリブR1の間には、図30に矢印A3で示すように、二次側実装部322の後端部が差し込まれる。これにより、二次側実装部322の後端部が上下のリブR1に挟まれて、第一絶縁部材331と二次側実装部322とが上下方向に連結される。この変形例では、部品点数を削減することができる。
【0088】
また、上記実施形態では、図17に矢印U1,D1で示すように、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが、両者の結合時に互いに上下方向に接近される構成にしたが、これに限るものではない。例えば第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが、前後方向又は左右方向に接近されて互いに結合される構成にしてもよい。その場合、第一絶縁部材331及び第二絶縁部材332の形状を若干変更する必要がある。
【0089】
また、上記実施形態では、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが互いに相対回転されて結合される構成にしたが、これに限るものではない。例えば第一絶縁部材331と第二絶縁部材332とが上下方向に互いに接近されることで、第一絶縁部材331と第二絶縁部材332のうちの一方に設けられた弾性変形可能な爪部が他方に引っ掛かるようにしてもよい。
【0090】
また、上記実施形態では、電力変換装置1のトランス3に対して本発明が適用された場合について説明したが、これに限るものではない。本発明は、例えばチョークコイルに対しても適用可能である。
【0091】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【0092】
1 電力変換装置
2 ケース
3 トランス
31 一次側基板(第一基板)
3111 一次側コイル(第一コイル;コイル)
32 二次側基板(第二基板)
321 二次側コイル(第二コイル)
3226 切欠部
331 第一絶縁部材(一対の絶縁部材の一方)
3315 ロック爪(係止部)
3316 第一コイル抑え部(コイル抑え部)
3317 基板抑え部
332 第二絶縁部材(一対の絶縁部材の他方)
3326 ロック用段部(被係止部)
3327 第二コイル抑え部(コイル抑え部)
34 トランスコア(コア)
35 一次側基板アッセンブリ(基板アッセンブリ)
36 クリップ
図1
図2
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