電源装置
【課題】基板のみならず製品の小型化が可能な電源装置を提供することである。
【解決手段】少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置するプリント基板１２（基板）と、プリント基板１２を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースとを有する電源装置１０において、プリント基板１２の一面に対向して配置され、回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバー１９を有し、ケース内にはプリント基板１２の一面とプリント基板１２の一面に対向するケース１１の対向面との間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上のトランス１６（回路素子）を有し、トランス１６の接続端子１６Ｔは、プリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される構成とした。この構成によれば、プリント基板１２のみならず電源装置１０の小型化ができる。
【解決手段】少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置するプリント基板１２（基板）と、プリント基板１２を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースとを有する電源装置１０において、プリント基板１２の一面に対向して配置され、回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバー１９を有し、ケース内にはプリント基板１２の一面とプリント基板１２の一面に対向するケース１１の対向面との間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上のトランス１６（回路素子）を有し、トランス１６の接続端子１６Ｔは、プリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される構成とした。この構成によれば、プリント基板１２のみならず電源装置１０の小型化ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却部を備えたケース内に基板を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、バスバーとトランスの接続を容易にすることを目的とするＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、トランス（３）またはチョークコイル（７）の底面は、平行板部（９１）の配線基板（８）側の主面に密着して設けられ、配線基板（８）に設けられた穴部（８１）または切り欠き部（８２）から配線基板（８）の実装面側に突出する構成になっている（特許文献１の図２および図３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３４６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術を適用すると、トランス（３）等を穴部（８１）等に挿入して配置するとともに、バスバー（１０）を配線基板（８）に実装することになる（特許文献１の図２を参照）。言い換えれば、トランス（３）等とバスバー（１０）とを配線基板（８）の同一実装面に配置する。このことは、バスバーを配置している部位の下方（すなわちバスバーと配線基板との間）に回路素子を実装するのが困難になることを意味する。特に、大きな電流（例えば１０[Ａ]や３０[Ａ]等）が流れ、高電圧を印加する回路の場合は、パターン幅、パターン間の沿面距離を大きくする必要があり、結果として配線基板の面積を大きくしなければならず、製品の小型化が困難になっていた。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、基板のみならず製品の小型化が可能な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】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置する基板と、前記基板を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースとを有する電源装置において、前記基板の一面に対向して配置され回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバーを有し、前記ケース内には前記基板の一面と前記基板の一面に対向する前記ケースの対向面との間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子を有し、前記回路素子の接続端子は前記基板と前記インサートバスバーとの間に配置されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、半導体素子，二以上の異型部品，インサートバスバーなどを第１空間に配置し、体格の大きな回路素子（例えば整流素子，トランス，フィルタ部等）を第２空間に配置する。基板の一面とインサートバスバーとの間には、半導体素子や二以上の異型部品を配置できるので、基板を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、ケース全体（すなわち製品としての電源装置）も従来より小型化することができる。
【０００８】
なお「半導体素子」は、半導体による電子部品または電子部品の根幹である機能中心部の素子であれば任意である。例えば、スイッチング素子（ＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ，パワートランジスタ等を含む）、整流素子（整流回路や整流器等を含む）などが該当する。「ケース」は基板や冷却部など収容可能であれば任意である。例えば、単体のケースでもよく、仕切部（例えば仕切壁や仕切面など）によって複数の空間が形成されるブロック体にかかる一の空間からなるケースでもよい。「インサートバスバー」は、端子（端子台を含む）や配線（導電線）などを有し、回路素子の相互間を電気的に接続するために所定形状に形成された部材である。「基板」は、少なくとも半導体素子や異型部品等を実装可能な板状部材であれば任意であり、層数（単層や多層等）を問わない。「冷却部」には、実装品を冷却可能であれば任意の装置や部品等を適用できる。例えば、冷媒（空気，水，油などの流体）が流れる通路を有する部位・部品・装置等、冷却用フィン（放熱フィン）、ヒートポンプなどのうちで一以上が該当する。「実装品」は、素子（例えば半導体素子や回路素子等を含む）や部品（例えば接続線，台座，端子台等を含む）などのように基板に実装可能なものが該当し、表面実装品であるか否かを問わない。「異型部品」は、実装品のうちで形状（特に高さ）が異なる素子（半導体素子や回路素子を含む）や部品（接続線，台座，端子台などを含む）などを意味する。「回路用部品」と「回路素子」は電気回路に用いる部品や素子という意味で同義であるが、インサートバスバーの電気的な接続を行う対象物と第２空間に配置する対象物とを区別するために用いる。回路用部品に含まれる回路素子があったり、回路素子に含まれる回路用部品があったりする。「回路素子の接続端子」は回路素子を電気的に接続可能な部材であれば任意であり、端子のみならず、リード線等を含む。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、前記基板の一面と前記インサートバスバーの一面とのなす角度（以下では簡単のために「面角度」と呼ぶ。）以内の角度で配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は面角度（例えば５度や１０度等）以内の角度で配置される。この角度は、基板およびインサートバスバーの各対向面やケースの一面のうちで、いずれか一つの面（以下では単に「基準面」と呼ぶ。）を基準とする。通常は基板とインサートバスバーとの対向面は平行となるように配置されるが、周辺部品の制約により、取り付け面を斜めにすることによって基準面との間で角度が生じても、何ら問題なく第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを電気的にすることが接続できる。よって、半導体素子や二以上の異型部品などを配置した後の基板の体格を従来よりも小型化することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、対向する前記基板およびインサートバスバーの各対向面のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は一方の対向面と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを確実に電気的に接続することができる。よって、半導体素子や二以上の異型部品などを配置した後の基板の体格を従来よりも小型化することができる。なお「平行状」は、平行に限らず、所定の許容角度（例えば１０度や２０度等）範囲内の非平行を含む。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、前記インサートバスバーに備えられる端子台の端子と平行状に配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は端子台の端子と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを確実に電気的に接続することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記基板の一面には、前記半導体素子と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品とを配置することを特徴とする。この構成によれば、半導体素子や異型部品は、基板の一面とインサートバスバーとの間に配置されるので、基板を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、ケース全体（すなわち製品としての電源装置）も従来より小型化することができる。
【００１３】
なお「基板の一面」は、素子や部品などの実装品が配置される基板の実装面を意味し、以下では簡単のために「実装表面」と呼ぶことにする。この称呼に伴って、同基板における実装表面とは反対側の面を「実装裏面」と呼ぶことにする。当該実装裏面に実装品を配置するか否かを問わない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電源装置の構成例を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】電源装置の構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】図２の矢印Ｄａ方向から見た電源装置の構成例を示す側面図である。
【図４】図２に示すIV−IV線矢視の構成例を示す断面図である。
【図５】図２に示すＶ−Ｖ線矢視の構成例を示す断面図である。
【図６】基板にインサートバスバーを配置した状態の一例を示す平面図である。
【図７】インサートバスバーの構成例を示す三面図である。
【図８】トランスの接続端子とインサートバスバーの接続端子台との接続例を説明する図である。
【図９】電源装置の回路構成例を模式的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。連続符号は記号「〜」を用いて表記する。例えば「接続端子Ｔ１〜Ｔ６」は、「接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６」を意味する。
【００１６】
まず、電源装置の全体的な構成例について図１〜図４を参照しながら説明する。図１には電源装置の構成例を模式的に分解斜視図で示す。図２には電源装置の構成例を平面図で示す。図３には図２の矢印Ｄａ方向から見た電源装置の構成例を側面図で示す。図４にはケース内に収容する素子や部品等の配置例を模式的に平面図で示す。
【００１７】
図１に示す電源装置１０は、いわゆる「ＤＣ−ＤＣコンバータ」であって、電力源（例えばバッテリや燃料電池等）から供給される直流電圧を目的の電圧に変換して出力する機能を担う。この電源装置１０は、大別してケース１１、プリント基板１２、図示しない収容部品などを有する。「収容部品」は、ケース１１内に収容される部品等であって、プリント基板１２上には配置されない素子や部品等を意味する。例えば、回路素子（具体的には整流素子，トランス，フィルタ部等）や、後述するインサートバスバー（図６，図７を参照）などが該当する。
【００１８】
ケース１１は、ケース蓋１１ａとケース本体１１ｂとで構成される。ケース本体１１ｂは、一面を開口させた箱状筐体である。図１の例では簡単のために直方体状の形成例を示すが、プリント基板１２や収容部品などを収容可能であれば、形成する形状は任意である。ケース蓋１１ａは、ケース本体１１ｂの開口部を覆う蓋である。本形態のケース１１は金属で形成するが、一部または全部について使用環境条件（例えば温度，磁気遮蔽，剛性等）を満たす他の材料（例えば樹脂等）で形成してもよい。
【００１９】
プリント基板１２は、実装表面１２ａおよび実装裏面１２ｂの両面でプリント配線がなされ、実装品を配置して実装する基板である。実装品は、素子（例えば半導体素子や回路素子等を含む）や部品（例えば接続線，台座，端子台等を含む）などのように基板に実装可能なものが該当し、表面実装品であるか否かを問わない。このように実装品は様々の種類や形状等があるので、実装表面１２ａを基準として高さ（実装高）が異なる実装品を以下では「異型部品」と呼ぶ。同一の実装表面１２ａには、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品を実装したり、素子や部品等の種類が二種以上の異型部品を実装したりする。一方、実装裏面１２ｂはプリント配線のみとするか、実装高が低い表面実装品のみを配置する。「所定の高さ」は任意に設定可能であり、例えば実装裏面１２ｂへの実装時に最も高い実装品の高さ以上の高さ（例えば５[mm]や８[mm]など）が該当する。図１には、実装表面１２ａに実装した半導体素子群Ｑｇや異型部品Ｐ１〜Ｐ６を示す。半導体素子群Ｑｇも異型部品の一つであり、図１，図２，図４に示す半導体素子Ｑ１，Ｑ２が該当する。半導体素子Ｑ１，Ｑ２には、例えばＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどのスイッチング素子を個別に適用できる。なお、図１では簡単のために異型部品Ｐ１〜Ｐ６を示すが、実際のプリント基板１２には多数の異型部品が配置される。
【００２０】
図１に示す台座１３や冷却部１４は、ケース１１の内部（特にケース本体１１ｂ）に備えられる。複数の台座１３および冷却部１４のうちで一方または双方は、ケース本体１１ｂと一体形成してもよく、別体形成した上で固定手段（例えばネジ止めや接着剤等による接着など）によって固定してもよい。複数の台座１３は、プリント基板１２をケース１１内に収容するにあたって、ケース本体１１ｂに固定するために用いる。
【００２１】
冷却部１４は、半導体素子群Ｑｇ、異型部品、収容部品等を冷却する機能を担う。本形態の冷却部１４は、冷媒（例えば水，空気，油等）を通すための冷媒通路１４ｃを内部に有する（図４を参照）。冷却部１４には、冷媒を流すための入出口となる接続部１４ａ，１４ｂを有する。接続部１４ａ，１４ｂにはホース等の接続部材で物理的に接続し、冷却部１４と図示しない冷却装置（例えばラジエータ等）との間で冷媒が流れるように構成される。このように冷媒を介して冷却を確実に行うため、冷却部１４は熱伝導率が高い材料で形成するのが望ましい。
【００２２】
プリント基板１２などを収容した後の電源装置１０を図２と図３に示す。具体的には、図２はケース蓋１１ａで覆わない状態を示し、図３はケース蓋１１ａで覆った状態を示す。図２に示すIV−IV線矢視の断面を図４に示す。図２に示すように、ケース１１内には、半導体素子群Ｑｇや異型部品群Ｐｇを配置したプリント基板１２のほかに、整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等のような回路素子が配置される。整流素子１５は、例えば整流回路や整流器などが該当する。トランス１６は、変圧器としての機能を担う。フィルタ部１７は、出力電力の交流成分を低減したり除去したりする機能を有すれば任意であり、パッシブフィルタ（ＬＣ回路，ＲＬＣ回路，ＲＣ回路等）やアクティブフィルタ等の種類を問わない。これらの回路素子は、実装表面１２ａと対向面１１ｆとの間に形成される空間（「第１空間」に相当する；図４，図５を参照）以外の空間（「第２空間」に相当する；図２，図６を参照）に配置される。
【００２３】
上記フィルタ部１７は、ノイズの影響を受け易く、出力電力に重畳され易い。そのため、トランス１６とフィルタ部１７との間にはシールド部Ｓ１を配置し、プリント基板１２とフィルタ部１７との間にはシールド部Ｓ２を配置する。シールド部Ｓ１，Ｓ２には、ノイズの影響を低減または遮断できる電磁シールドであれば形状，厚み，材料（素材）等は任意である。例えば、金属板（板金を含む），金属メッシュ，発泡金属等が該当する。また、所定形状（例えば板状や筐体状等）に成形された樹脂部材の表面や裏面に金属インクまたは同様の物質でメッキしたものでもよい。本形態ではシールド部Ｓ１，Ｓ２を個別に配置したが、Ｌ字状に一体成形して配置してもよい。シールド部Ｓ１，Ｓ２の一部に貫通穴や切欠き等を設ける場合、貫通穴や切欠き等と接続線Ｊ１，Ｊ２との隙間も同様にシールドするのが望ましい。ただし、絶縁等を確保するために隙間が必要な場合には、接続線Ｊ１，Ｊ２を通すことが可能な最小の貫通穴や切欠き等とするのが望ましい。シールド部Ｓ１，Ｓ２の一部として、ケース１１の一部（壁部や床部等）を構成するのが望ましい。ケース本体１１ｂと同様な形状（すなわち一面が開口する箱状の筐体）のシールド部を形成して、フィルタ部１７全体を覆う構成としてもよい。
【００２４】
図３に示すように、電源装置１０のケース１１と電力変換装置２０のケース２１とは一体形成されている。電力変換装置２０は、いわゆる「インバータ」であるが、構成や機能作用等の詳細については周知であるので図示および説明を省略する。
【００２５】
図４および図５において、プリント基板１２は、ケース１１内に収容されて固定されている。このプリント基板１２の実装表面１２ａは、ケース１１の対向面１１ｆと対向する。よって、プリント基板１２に配置される異型部品群Ｐｇ（異型部品Ｐ１〜Ｐ６）もまた対向面１１ｆと対向する。この対向面１１ｆを含む部位（仕切壁や仕切面など）は「仕切部」に相当する。
【００２６】
図４に示す冷却部１４は、少なくとも半導体素子群Ｑｇ（半導体素子Ｑ１，Ｑ２）に向かって、対向面１１ｆの一部が突出して形成されている。図１の例では、ケース１１の隅部（図面左側の隅部）を上方に向けて突出させている。冷却部１４の上面には半導体素子群Ｑｇ（図４では半導体素子Ｑ２）が直接的にまたは間接的に接触して配置（固定）されている。間接的に接触する形態としては、例えば冷却部１４と半導体素子群Ｑｇとの間に絶縁シート等の部材を介在させる形態などが該当する。異型部品Ｐ１，Ｐ２などは、異型部品群Ｐｇのうちで発熱性が高い部品である。発熱性が高い異型部品Ｐ１，Ｐ２などを冷却部１４の近傍に配置することで、当該異型部品の冷却効率を高めることができる。
【００２７】
トランス１６は、図２に示すように整流素子１５やフィルタ部１７とともに、プリント基板１２の長辺側と平行状にケース本体１１ｂ内に収容される。「平行状」は、平行に限らず、所定の許容角度（例えば１０度や２０度等）範囲内の非平行を含む。またトランス１６は、図５に示すように第１空間（すなわちプリント基板１２の一面と対向する対向面１１ｆとで挟まれる空間）以外の第２空間に配置される。「回路素子の接続端子」に相当する１次側端子１６ｔ１および２次側端子１６ｔ２，１６ｔ３は、いずれもトランス１６から引き出される導電部材であって、例えば端子やリード線等が該当する。１次側端子１６ｔ１は、インサートバスバー１９の接続端子台１９ｃに向けて引き出され、プリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される。これに対して、トランス１６の２次側端子１６ｔ２は整流素子１５に向かう方向に引き出され、同じく２次側端子１６ｔ３はフィルタ部１７に向かう方向に引き出される。
【００２８】
次に、トランス１６とプリント基板１２との間で行う接続について、図６〜図８を参照しながら説明する。図６にはプリント基板１２にインサートバスバー１９を配置した状態の一例を平面図で示す。図７にはインサートバスバーの構成例を三面図で示す。図８にはトランスの接続端子とインサートバスバーの接続端子台との接続例を示す。
【００２９】
図６には、プリント基板１２の実装表面１２ａ側における所定位置にインサートバスバー１９を配置した状態を示し、半導体素子群Ｑｇや異型部品Ｐ１〜Ｐ６等も併せて示す。図６に示すインサートバスバー１９は、その全体の一部または全部を、実装表面１２ａに配置した異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間に挿入して配置する。特に、トランス１６の１次側端子１６ｔ１とインサートバスバー１９の接続端子台１９ｃとを接続するにあたって、その接続距離が最短になるような構成としている。インサートバスバー１９に備える接続端子Ｔ１〜Ｔ６は、各端子に対応するプリント基板１２の接続部（例えばスルーホールや接続端子等）と接続される。
【００３０】
ここで、上述したインサートバスバー１９の構成例を図７に三面図で示す。図７（Ａ）には平面図を示し、図７（Ｂ）には図７（Ａ）の右側から見た側面図を示し、図７（Ｂ）には図７（Ａ）の下側から見た側面図を示す。図７に示すインサートバスバー１９は、バスバー本体１９ｂに対して、固定部１９ａ，１９ｄ，１９ｆ、接続端子台１９ｃ、入力部１９ｅ、接続端子Ｔ１〜Ｔ６などを有する。これらの各要素はバスバー本体１９ｂの一面側（すなわち接続表面１９ｇ）に配置され、他面側（すなわち接続裏面１９ｈ）には何も配置されない。固定部１９ａ，１９ｄ，１９ｆは、インサートバスバー１９をプリント基板１２やケース本体１１ｂに固定するための部位である。バスバー本体１９ｂは絶縁性材料（例えば樹脂等）で所定形状に形成される。具体的には、鋳造や射出成形等によるモールディングで形成される。接続端子台１９ｃは「端子台」に相当し、トランス１６と対向する位置に備えられ、１次側端子１６ｔ１と接続する機能を担う端子１９ｃｔを有する。
【００３１】
１次側端子１６ｔ１と接続端子台１９ｃとの接続について、図８を参照しながら説明する。図８（Ａ）には図６に示すVIII−VIII線矢視の構成例を断面図で示し、図８（Ｂ）にはプリント基板１２と接続端子台１９ｃとの位置関係を模式図で示す。
【００３２】
図８（Ａ）に示すように、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、プリント基板１２（具体的には実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９（具体的には接続端子台１９ｃ）との間に配置される。この１次側端子１６ｔ１は、対向する実装表面１２ａと接続表面１９ｇとのうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置される。１次側端子１６ｔ１は、接続端子台１９ｃの端子１９ｃｔと接続される。１次側端子１６ｔ１と端子１９ｃｔとの間に距離がある場合には、接続に必要な分だけ曲げる。接続方法は任意であるが、接続状態を長期に亘って維持するために溶接やハンダ付け等による接合を行うのが望ましい。
【００３３】
周辺部品の制約等によっては、図８（Ｂ）に二点鎖線で示すように、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９の一面（接続表面１９ｇや接続端子台１９ｃ）との間で相対的に面角度θが生じる場合がある。面角度θは、例えば５度や１０度等である。図８（Ｂ）の図示例ではプリント基板１２を基準に記載しているので、インサートバスバー１９を基準とする場合にはプリント基板１２が面角度θだけ傾くことになる。この場合、１次側端子１６ｔ１は、０度（すなわち実装表面１２ａまたは接続表面１９ｇと平行）から面角度θまでの範囲内で配置するのが望ましく、この場合も接続に必要な分だけ曲げればよい。
【００３４】
上述のように構成される電源装置１０を回路図で示すと、図９のようになる。ただし、図９に示す回路図は一例にすぎず、主要部を示す。
【００３５】
図９において、電力源Ｅdcは直流電力を電源装置１０に供給する。電力源Ｅdcには、例えばバッテリや燃料電池が用いられる。電力源Ｅdcのプラス端子は、チョークコイルＬ１０，コンデンサＣ１０およびインサートバスバー１９を経て、トランス１６の１次側端子に接続される。一方、電力源Ｅdcのマイナス端子は、チョークコイルＬ１０，コンデンサＣ１０，コンデンサＣ１２およびインサートバスバー１９を経て、トランス１６の１次側端子１６ｔ１に接続される。チョークコイルＬ１０は入力フィルタとして機能し、コンデンサＣ１０は直流電力の充放電を繰り返し行う。
【００３６】
プリント基板１２は、半導体素子Ｑ１，Ｑ２、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、ドライブ回路１２ｃ、制御回路１２ｄ、検出回路１２ｅなどを有する。半導体素子Ｑ１，Ｑ２は、ドライブ回路１２ｃから伝達される駆動信号に従って個別にスイッチングが制御される。検出回路１２ｅはフィルタ部１７の出力側の電圧（すなわち電圧Ｖｄ）を検出する。制御回路１２ｄは、電圧Ｖｄが目標電圧となるように、ドライブ回路１２ｃを駆動する指令信号Ｖc*を出力する。目標電圧は、制御回路１２ｄ内の記録媒体に予め記録したり、外部装置（例えばＥＣＵ等）から入力したりする。ドライブ回路１２ｃは、指令信号Ｖc*に基づいて、上述した駆動信号を生成して出力する。
【００３７】
半導体素子Ｑ１，Ｑ２は直列接続される。ただし図面スペースの都合で図示を割愛するが、２つの半導体素子Ｑ２（図１，図２，図６を参照）は並列接続される。二点鎖線で示すダイオードＤ１，Ｄ２はフリーホイールダイオードとしての機能を担い、半導体素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵されたものでもよく、外付けしたものでもよい。コンデンサＣ１１は、半導体素子Ｑ１のドレイン端子と接続端子台１９ｃとの間に接続される。コンデンサＣ１２は、上述したように電力源Ｅdcのマイナス端子と接続端子台１９ｃとの間に介在して接続される。電力源Ｅdcのマイナス端子およびコンデンサＣ１２の一方側端子は、半導体素子Ｑ２のソース端子に共通して接続される。
【００３８】
接続端子台１９ｃと接続する１次側端子１６ｔ１はトランス１６の１次側端子である。一方、トランス１６の２次側端子は、整流素子１５，コンデンサＣ１３，フィルタ部１７などが接続される。整流素子１５は、トランス１６の２次側端子から出力される交流電力を整流する機能を担う。図８には二相全波整流を行う構成を示すが、単相ブリッジ整流を行う構成としてもよい。コンデンサＣ１３は、整流素子１５によって整流された直流電力を平滑化する機能を担う。フィルタ部１７は、リアクトル（コイル）Ｌ１７とコンデンサＣ１７とを有し、交流電力の高周波成分を除去したり、整流に伴う電力（特に電圧）の脈動を抑制したりする機能を担う。整流素子１５やコンデンサＣ１３，Ｃ１７の一方側端子は、共通電位となるグラウンドＮに接続される。整流素子１５，コンデンサＣ１２，フィルタ部１７によって安定化された出力電力は、出力機器３０に出力される。出力機器３０には、直流の電力を必要とする任意の機器を適用できる。
【００３９】
上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、電源装置１０において、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）に対向して配置されトランス１６との相互間を接続するためのインサートバスバー１９を有し、ケース１１内にはプリント基板１２の一面とプリント基板１２の一面に対向するケース１１の対向面１１ｆとの間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子（整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等）を有し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１（回路素子の接続端子）はプリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される構成とした（図２，図５，図６，図８，図９を参照）。この構成によれば、半導体素子Ｑ１，Ｑ２、二以上の異型部品Ｐ１〜Ｐ６、インサートバスバー１９などを第１空間に配置し、体格の大きな整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等を第２空間に配置する（図２，図６を参照）。これらの配置によって、プリント基板１２に素子を実装できる面積が増えるため、プリント基板１２を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、電源装置１０の体格も従来より小型化することができる。
【００４０】
請求項２に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９の一面（接続表面１９ｇ）とのなす面角度θ以内の角度で配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、周辺部品の制約等によって面角度θが生じても、何ら問題なく第１空間のインサートバスバー１９と第２空間の回路素子とを電気的にすることが接続できる。よって、プリント基板１２の体格を従来よりも小型化することができる。
【００４１】
請求項３に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、対向するプリント基板１２およびインサートバスバー１９の各対向面（すなわち実装表面１２ａおよび接続表面１９ｇ）のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は一方の対向面と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバー１９と第２空間のトランス１６とを確実に接続することができる。よって、プリント基板１２の体格を従来よりも小型化できる。
【００４２】
請求項４に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、インサートバスバー１９に備えられる接続端子台１９ｃ（端子台）の端子と平行状に配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は接続端子台１９ｃの端子１９ｃｔと平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバー１９と第２空間のトランス１６とを確実に接続することができる。よって、プリント基板１２の体格をさら小型化できる。
【００４３】
請求項５に対応し、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）には、半導体素子Ｑ１，Ｑ２と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品（Ｐ１〜Ｐ６）とを配置する構成とした（図１，図６を参照）。この構成によれば、半導体素子Ｑ１，Ｑ２や異型部品Ｐ１〜Ｐ６は、プリント基板１２の一面とインサートバスバー１９との間に配置されるので、プリント基板１２を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、電源装置１０も従来より小型化することができる。本形態ではプリント基板１２の一面を実装表面１２ａしたが、実装裏面１２ｂとしてもよい。この場合には、ケース１１の対向面はケース蓋１１ａになる。
【００４４】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００４５】
上述した実施の形態では、ケース１１はケース２１と一体形成する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、単体のケース１１のみで構成してもよい。また、電力変換装置２０のケース２１に代えて、他の装置のケースと一体形成する構成としてもよい。他の装置は、例えばエンジンブロック、ＥＣＵ装置、車両ボディなどが該当する。仕切部（例えば仕切壁や仕切面など）によって内部に複数の空間が形成されるブロック体にかかる一の空間からなるケース１１でもよい。いずれの構成にせよ、ケース１１にはプリント基板１２や冷却部１４など収容することができるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
上述した実施の形態では、プリント基板１２は、実装表面１２ａと実装裏面１２ｂとを有する基板を適用した（図１〜図７を参照）。この形態に代えて、一以上の中間層を含む多層基板を適用してもよく、ユニバーサル基板を適用してもよい。いずれの基板にせよ、半導体素子群Ｑｇや異型部品群Ｐｇを配置することができるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
上述した実施の形態では、冷却部１４は、対向面１１ｆから実装表面１２ａに向けて突出させ、その突出部位に冷媒が流れる冷媒通路１４ｃを有する構成とした（図１，図２，図４を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他の冷却手段を構成してもよい。他の冷却手段は、例えば冷却用フィン（放熱フィン）、ヒートポンプなどのうちで一以上が該当する。他の冷却手段で構成した場合でも、半導体素子群Ｑｇや異型部品を冷却できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
上述した実施の形態では、冷却部１４は、ケース本体１１ｂ（ケース１１）の短辺部（直線や曲線を問わない）に沿って端部に配置する構成とした（図１，図２，図４を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、ケース本体１１ｂの長辺部（直線や曲線を問わない）に沿って端部に配置する構成としてもよく、端部以外の部位（例えば中央部等）に配置する構成としてもよい。長辺部に沿って配置すると、冷却を行う部位や面積等が増えるので、ケース１１内の冷却効率を高めることができる。中央部や所定形状（例えば多角形や円形等）に沿って配置すると、ケース１１内全体を均等に冷却することができる。
【００４９】
上述した実施の形態では、実装表面１２ａに配置した異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間にインサートバスバー１９を配置する構成とした（図５，図８を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間に他の部品を配置してもよい。他の部品は、例えばバスバーやファンなどが該当する。隙間を利用して配置するので、デッドスペースをさらに縮小することができる。なお、ファン（扇風機）は冷却部１４の近傍に配置するのが望ましい。ケース１１内に封入された空気を循環または拡散させて、ケース１１内の全体を効率良く冷却することができる。
【００５０】
上述した実施の形態では、第２空間に配置される回路素子としてトランス１６を適用した（図２，図６を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、インサートバスバー１９の接続端子台１９ｃと接続し、かつ、第２空間に配置されるトランス１６以外の他の回路素子を適用してもよい。他の回路素子は、例えば整流素子１５、フィルタ部１７、コンデンサ、インダクタなどが該当する。単に回路素子の相違に過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００５１】
上述した実施の形態は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電源装置１０に適用した（図１〜図９を参照）。この形態に代えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ以外の他の電源装置に適用してもよい。他の電源装置には、例えばＡＣ−ＤＣコンバータやインバータなどの電源装置が該当する。他の電源装置が、プリント基板１２や、冷却部１４を備えるケース１１、インサートバスバー１９、トランス１６等の回路素子などで構成される場合には、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 電源装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１１ ケース
１１ｆ 対向面
１２ プリント基板（基板）
１４ 冷却部
１５ 整流素子（回路素子）
１６ トランス（回路素子）
１６ｔ１ １次側端子（接続端子）
１６ｔ２，１６ｔ３ ２次側端子（接続端子）
１７ フィルタ部（回路素子）
１８ 突起部
１９ インサートバスバー
１９ｃ 接続端子台
２０ 電力変換装置（インバータ）
３０ 出力機器
Ｑｇ 半導体素子群
Ｑ１，Ｑ２，… 半導体素子
Ｐｇ 異型部品群
Ｐ１〜Ｐ６，… 異型部品（実装品）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却部を備えたケース内に基板を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、バスバーとトランスの接続を容易にすることを目的とするＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、トランス（３）またはチョークコイル（７）の底面は、平行板部（９１）の配線基板（８）側の主面に密着して設けられ、配線基板（８）に設けられた穴部（８１）または切り欠き部（８２）から配線基板（８）の実装面側に突出する構成になっている（特許文献１の図２および図３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３４６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術を適用すると、トランス（３）等を穴部（８１）等に挿入して配置するとともに、バスバー（１０）を配線基板（８）に実装することになる（特許文献１の図２を参照）。言い換えれば、トランス（３）等とバスバー（１０）とを配線基板（８）の同一実装面に配置する。このことは、バスバーを配置している部位の下方（すなわちバスバーと配線基板との間）に回路素子を実装するのが困難になることを意味する。特に、大きな電流（例えば１０[Ａ]や３０[Ａ]等）が流れ、高電圧を印加する回路の場合は、パターン幅、パターン間の沿面距離を大きくする必要があり、結果として配線基板の面積を大きくしなければならず、製品の小型化が困難になっていた。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、基板のみならず製品の小型化が可能な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】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置する基板と、前記基板を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースとを有する電源装置において、前記基板の一面に対向して配置され回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバーを有し、前記ケース内には前記基板の一面と前記基板の一面に対向する前記ケースの対向面との間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子を有し、前記回路素子の接続端子は前記基板と前記インサートバスバーとの間に配置されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、半導体素子，二以上の異型部品，インサートバスバーなどを第１空間に配置し、体格の大きな回路素子（例えば整流素子，トランス，フィルタ部等）を第２空間に配置する。基板の一面とインサートバスバーとの間には、半導体素子や二以上の異型部品を配置できるので、基板を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、ケース全体（すなわち製品としての電源装置）も従来より小型化することができる。
【０００８】
なお「半導体素子」は、半導体による電子部品または電子部品の根幹である機能中心部の素子であれば任意である。例えば、スイッチング素子（ＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ，パワートランジスタ等を含む）、整流素子（整流回路や整流器等を含む）などが該当する。「ケース」は基板や冷却部など収容可能であれば任意である。例えば、単体のケースでもよく、仕切部（例えば仕切壁や仕切面など）によって複数の空間が形成されるブロック体にかかる一の空間からなるケースでもよい。「インサートバスバー」は、端子（端子台を含む）や配線（導電線）などを有し、回路素子の相互間を電気的に接続するために所定形状に形成された部材である。「基板」は、少なくとも半導体素子や異型部品等を実装可能な板状部材であれば任意であり、層数（単層や多層等）を問わない。「冷却部」には、実装品を冷却可能であれば任意の装置や部品等を適用できる。例えば、冷媒（空気，水，油などの流体）が流れる通路を有する部位・部品・装置等、冷却用フィン（放熱フィン）、ヒートポンプなどのうちで一以上が該当する。「実装品」は、素子（例えば半導体素子や回路素子等を含む）や部品（例えば接続線，台座，端子台等を含む）などのように基板に実装可能なものが該当し、表面実装品であるか否かを問わない。「異型部品」は、実装品のうちで形状（特に高さ）が異なる素子（半導体素子や回路素子を含む）や部品（接続線，台座，端子台などを含む）などを意味する。「回路用部品」と「回路素子」は電気回路に用いる部品や素子という意味で同義であるが、インサートバスバーの電気的な接続を行う対象物と第２空間に配置する対象物とを区別するために用いる。回路用部品に含まれる回路素子があったり、回路素子に含まれる回路用部品があったりする。「回路素子の接続端子」は回路素子を電気的に接続可能な部材であれば任意であり、端子のみならず、リード線等を含む。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、前記基板の一面と前記インサートバスバーの一面とのなす角度（以下では簡単のために「面角度」と呼ぶ。）以内の角度で配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は面角度（例えば５度や１０度等）以内の角度で配置される。この角度は、基板およびインサートバスバーの各対向面やケースの一面のうちで、いずれか一つの面（以下では単に「基準面」と呼ぶ。）を基準とする。通常は基板とインサートバスバーとの対向面は平行となるように配置されるが、周辺部品の制約により、取り付け面を斜めにすることによって基準面との間で角度が生じても、何ら問題なく第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを電気的にすることが接続できる。よって、半導体素子や二以上の異型部品などを配置した後の基板の体格を従来よりも小型化することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、対向する前記基板およびインサートバスバーの各対向面のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は一方の対向面と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを確実に電気的に接続することができる。よって、半導体素子や二以上の異型部品などを配置した後の基板の体格を従来よりも小型化することができる。なお「平行状」は、平行に限らず、所定の許容角度（例えば１０度や２０度等）範囲内の非平行を含む。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記回路素子の接続端子は、前記インサートバスバーに備えられる端子台の端子と平行状に配置されることを特徴とする。この構成によれば、回路素子の接続端子は端子台の端子と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバーと第２空間の回路素子とを確実に電気的に接続することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記基板の一面には、前記半導体素子と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品とを配置することを特徴とする。この構成によれば、半導体素子や異型部品は、基板の一面とインサートバスバーとの間に配置されるので、基板を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、ケース全体（すなわち製品としての電源装置）も従来より小型化することができる。
【００１３】
なお「基板の一面」は、素子や部品などの実装品が配置される基板の実装面を意味し、以下では簡単のために「実装表面」と呼ぶことにする。この称呼に伴って、同基板における実装表面とは反対側の面を「実装裏面」と呼ぶことにする。当該実装裏面に実装品を配置するか否かを問わない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電源装置の構成例を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】電源装置の構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】図２の矢印Ｄａ方向から見た電源装置の構成例を示す側面図である。
【図４】図２に示すIV−IV線矢視の構成例を示す断面図である。
【図５】図２に示すＶ−Ｖ線矢視の構成例を示す断面図である。
【図６】基板にインサートバスバーを配置した状態の一例を示す平面図である。
【図７】インサートバスバーの構成例を示す三面図である。
【図８】トランスの接続端子とインサートバスバーの接続端子台との接続例を説明する図である。
【図９】電源装置の回路構成例を模式的に示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。連続符号は記号「〜」を用いて表記する。例えば「接続端子Ｔ１〜Ｔ６」は、「接続端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６」を意味する。
【００１６】
まず、電源装置の全体的な構成例について図１〜図４を参照しながら説明する。図１には電源装置の構成例を模式的に分解斜視図で示す。図２には電源装置の構成例を平面図で示す。図３には図２の矢印Ｄａ方向から見た電源装置の構成例を側面図で示す。図４にはケース内に収容する素子や部品等の配置例を模式的に平面図で示す。
【００１７】
図１に示す電源装置１０は、いわゆる「ＤＣ−ＤＣコンバータ」であって、電力源（例えばバッテリや燃料電池等）から供給される直流電圧を目的の電圧に変換して出力する機能を担う。この電源装置１０は、大別してケース１１、プリント基板１２、図示しない収容部品などを有する。「収容部品」は、ケース１１内に収容される部品等であって、プリント基板１２上には配置されない素子や部品等を意味する。例えば、回路素子（具体的には整流素子，トランス，フィルタ部等）や、後述するインサートバスバー（図６，図７を参照）などが該当する。
【００１８】
ケース１１は、ケース蓋１１ａとケース本体１１ｂとで構成される。ケース本体１１ｂは、一面を開口させた箱状筐体である。図１の例では簡単のために直方体状の形成例を示すが、プリント基板１２や収容部品などを収容可能であれば、形成する形状は任意である。ケース蓋１１ａは、ケース本体１１ｂの開口部を覆う蓋である。本形態のケース１１は金属で形成するが、一部または全部について使用環境条件（例えば温度，磁気遮蔽，剛性等）を満たす他の材料（例えば樹脂等）で形成してもよい。
【００１９】
プリント基板１２は、実装表面１２ａおよび実装裏面１２ｂの両面でプリント配線がなされ、実装品を配置して実装する基板である。実装品は、素子（例えば半導体素子や回路素子等を含む）や部品（例えば接続線，台座，端子台等を含む）などのように基板に実装可能なものが該当し、表面実装品であるか否かを問わない。このように実装品は様々の種類や形状等があるので、実装表面１２ａを基準として高さ（実装高）が異なる実装品を以下では「異型部品」と呼ぶ。同一の実装表面１２ａには、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品を実装したり、素子や部品等の種類が二種以上の異型部品を実装したりする。一方、実装裏面１２ｂはプリント配線のみとするか、実装高が低い表面実装品のみを配置する。「所定の高さ」は任意に設定可能であり、例えば実装裏面１２ｂへの実装時に最も高い実装品の高さ以上の高さ（例えば５[mm]や８[mm]など）が該当する。図１には、実装表面１２ａに実装した半導体素子群Ｑｇや異型部品Ｐ１〜Ｐ６を示す。半導体素子群Ｑｇも異型部品の一つであり、図１，図２，図４に示す半導体素子Ｑ１，Ｑ２が該当する。半導体素子Ｑ１，Ｑ２には、例えばＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどのスイッチング素子を個別に適用できる。なお、図１では簡単のために異型部品Ｐ１〜Ｐ６を示すが、実際のプリント基板１２には多数の異型部品が配置される。
【００２０】
図１に示す台座１３や冷却部１４は、ケース１１の内部（特にケース本体１１ｂ）に備えられる。複数の台座１３および冷却部１４のうちで一方または双方は、ケース本体１１ｂと一体形成してもよく、別体形成した上で固定手段（例えばネジ止めや接着剤等による接着など）によって固定してもよい。複数の台座１３は、プリント基板１２をケース１１内に収容するにあたって、ケース本体１１ｂに固定するために用いる。
【００２１】
冷却部１４は、半導体素子群Ｑｇ、異型部品、収容部品等を冷却する機能を担う。本形態の冷却部１４は、冷媒（例えば水，空気，油等）を通すための冷媒通路１４ｃを内部に有する（図４を参照）。冷却部１４には、冷媒を流すための入出口となる接続部１４ａ，１４ｂを有する。接続部１４ａ，１４ｂにはホース等の接続部材で物理的に接続し、冷却部１４と図示しない冷却装置（例えばラジエータ等）との間で冷媒が流れるように構成される。このように冷媒を介して冷却を確実に行うため、冷却部１４は熱伝導率が高い材料で形成するのが望ましい。
【００２２】
プリント基板１２などを収容した後の電源装置１０を図２と図３に示す。具体的には、図２はケース蓋１１ａで覆わない状態を示し、図３はケース蓋１１ａで覆った状態を示す。図２に示すIV−IV線矢視の断面を図４に示す。図２に示すように、ケース１１内には、半導体素子群Ｑｇや異型部品群Ｐｇを配置したプリント基板１２のほかに、整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等のような回路素子が配置される。整流素子１５は、例えば整流回路や整流器などが該当する。トランス１６は、変圧器としての機能を担う。フィルタ部１７は、出力電力の交流成分を低減したり除去したりする機能を有すれば任意であり、パッシブフィルタ（ＬＣ回路，ＲＬＣ回路，ＲＣ回路等）やアクティブフィルタ等の種類を問わない。これらの回路素子は、実装表面１２ａと対向面１１ｆとの間に形成される空間（「第１空間」に相当する；図４，図５を参照）以外の空間（「第２空間」に相当する；図２，図６を参照）に配置される。
【００２３】
上記フィルタ部１７は、ノイズの影響を受け易く、出力電力に重畳され易い。そのため、トランス１６とフィルタ部１７との間にはシールド部Ｓ１を配置し、プリント基板１２とフィルタ部１７との間にはシールド部Ｓ２を配置する。シールド部Ｓ１，Ｓ２には、ノイズの影響を低減または遮断できる電磁シールドであれば形状，厚み，材料（素材）等は任意である。例えば、金属板（板金を含む），金属メッシュ，発泡金属等が該当する。また、所定形状（例えば板状や筐体状等）に成形された樹脂部材の表面や裏面に金属インクまたは同様の物質でメッキしたものでもよい。本形態ではシールド部Ｓ１，Ｓ２を個別に配置したが、Ｌ字状に一体成形して配置してもよい。シールド部Ｓ１，Ｓ２の一部に貫通穴や切欠き等を設ける場合、貫通穴や切欠き等と接続線Ｊ１，Ｊ２との隙間も同様にシールドするのが望ましい。ただし、絶縁等を確保するために隙間が必要な場合には、接続線Ｊ１，Ｊ２を通すことが可能な最小の貫通穴や切欠き等とするのが望ましい。シールド部Ｓ１，Ｓ２の一部として、ケース１１の一部（壁部や床部等）を構成するのが望ましい。ケース本体１１ｂと同様な形状（すなわち一面が開口する箱状の筐体）のシールド部を形成して、フィルタ部１７全体を覆う構成としてもよい。
【００２４】
図３に示すように、電源装置１０のケース１１と電力変換装置２０のケース２１とは一体形成されている。電力変換装置２０は、いわゆる「インバータ」であるが、構成や機能作用等の詳細については周知であるので図示および説明を省略する。
【００２５】
図４および図５において、プリント基板１２は、ケース１１内に収容されて固定されている。このプリント基板１２の実装表面１２ａは、ケース１１の対向面１１ｆと対向する。よって、プリント基板１２に配置される異型部品群Ｐｇ（異型部品Ｐ１〜Ｐ６）もまた対向面１１ｆと対向する。この対向面１１ｆを含む部位（仕切壁や仕切面など）は「仕切部」に相当する。
【００２６】
図４に示す冷却部１４は、少なくとも半導体素子群Ｑｇ（半導体素子Ｑ１，Ｑ２）に向かって、対向面１１ｆの一部が突出して形成されている。図１の例では、ケース１１の隅部（図面左側の隅部）を上方に向けて突出させている。冷却部１４の上面には半導体素子群Ｑｇ（図４では半導体素子Ｑ２）が直接的にまたは間接的に接触して配置（固定）されている。間接的に接触する形態としては、例えば冷却部１４と半導体素子群Ｑｇとの間に絶縁シート等の部材を介在させる形態などが該当する。異型部品Ｐ１，Ｐ２などは、異型部品群Ｐｇのうちで発熱性が高い部品である。発熱性が高い異型部品Ｐ１，Ｐ２などを冷却部１４の近傍に配置することで、当該異型部品の冷却効率を高めることができる。
【００２７】
トランス１６は、図２に示すように整流素子１５やフィルタ部１７とともに、プリント基板１２の長辺側と平行状にケース本体１１ｂ内に収容される。「平行状」は、平行に限らず、所定の許容角度（例えば１０度や２０度等）範囲内の非平行を含む。またトランス１６は、図５に示すように第１空間（すなわちプリント基板１２の一面と対向する対向面１１ｆとで挟まれる空間）以外の第２空間に配置される。「回路素子の接続端子」に相当する１次側端子１６ｔ１および２次側端子１６ｔ２，１６ｔ３は、いずれもトランス１６から引き出される導電部材であって、例えば端子やリード線等が該当する。１次側端子１６ｔ１は、インサートバスバー１９の接続端子台１９ｃに向けて引き出され、プリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される。これに対して、トランス１６の２次側端子１６ｔ２は整流素子１５に向かう方向に引き出され、同じく２次側端子１６ｔ３はフィルタ部１７に向かう方向に引き出される。
【００２８】
次に、トランス１６とプリント基板１２との間で行う接続について、図６〜図８を参照しながら説明する。図６にはプリント基板１２にインサートバスバー１９を配置した状態の一例を平面図で示す。図７にはインサートバスバーの構成例を三面図で示す。図８にはトランスの接続端子とインサートバスバーの接続端子台との接続例を示す。
【００２９】
図６には、プリント基板１２の実装表面１２ａ側における所定位置にインサートバスバー１９を配置した状態を示し、半導体素子群Ｑｇや異型部品Ｐ１〜Ｐ６等も併せて示す。図６に示すインサートバスバー１９は、その全体の一部または全部を、実装表面１２ａに配置した異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間に挿入して配置する。特に、トランス１６の１次側端子１６ｔ１とインサートバスバー１９の接続端子台１９ｃとを接続するにあたって、その接続距離が最短になるような構成としている。インサートバスバー１９に備える接続端子Ｔ１〜Ｔ６は、各端子に対応するプリント基板１２の接続部（例えばスルーホールや接続端子等）と接続される。
【００３０】
ここで、上述したインサートバスバー１９の構成例を図７に三面図で示す。図７（Ａ）には平面図を示し、図７（Ｂ）には図７（Ａ）の右側から見た側面図を示し、図７（Ｂ）には図７（Ａ）の下側から見た側面図を示す。図７に示すインサートバスバー１９は、バスバー本体１９ｂに対して、固定部１９ａ，１９ｄ，１９ｆ、接続端子台１９ｃ、入力部１９ｅ、接続端子Ｔ１〜Ｔ６などを有する。これらの各要素はバスバー本体１９ｂの一面側（すなわち接続表面１９ｇ）に配置され、他面側（すなわち接続裏面１９ｈ）には何も配置されない。固定部１９ａ，１９ｄ，１９ｆは、インサートバスバー１９をプリント基板１２やケース本体１１ｂに固定するための部位である。バスバー本体１９ｂは絶縁性材料（例えば樹脂等）で所定形状に形成される。具体的には、鋳造や射出成形等によるモールディングで形成される。接続端子台１９ｃは「端子台」に相当し、トランス１６と対向する位置に備えられ、１次側端子１６ｔ１と接続する機能を担う端子１９ｃｔを有する。
【００３１】
１次側端子１６ｔ１と接続端子台１９ｃとの接続について、図８を参照しながら説明する。図８（Ａ）には図６に示すVIII−VIII線矢視の構成例を断面図で示し、図８（Ｂ）にはプリント基板１２と接続端子台１９ｃとの位置関係を模式図で示す。
【００３２】
図８（Ａ）に示すように、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、プリント基板１２（具体的には実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９（具体的には接続端子台１９ｃ）との間に配置される。この１次側端子１６ｔ１は、対向する実装表面１２ａと接続表面１９ｇとのうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置される。１次側端子１６ｔ１は、接続端子台１９ｃの端子１９ｃｔと接続される。１次側端子１６ｔ１と端子１９ｃｔとの間に距離がある場合には、接続に必要な分だけ曲げる。接続方法は任意であるが、接続状態を長期に亘って維持するために溶接やハンダ付け等による接合を行うのが望ましい。
【００３３】
周辺部品の制約等によっては、図８（Ｂ）に二点鎖線で示すように、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９の一面（接続表面１９ｇや接続端子台１９ｃ）との間で相対的に面角度θが生じる場合がある。面角度θは、例えば５度や１０度等である。図８（Ｂ）の図示例ではプリント基板１２を基準に記載しているので、インサートバスバー１９を基準とする場合にはプリント基板１２が面角度θだけ傾くことになる。この場合、１次側端子１６ｔ１は、０度（すなわち実装表面１２ａまたは接続表面１９ｇと平行）から面角度θまでの範囲内で配置するのが望ましく、この場合も接続に必要な分だけ曲げればよい。
【００３４】
上述のように構成される電源装置１０を回路図で示すと、図９のようになる。ただし、図９に示す回路図は一例にすぎず、主要部を示す。
【００３５】
図９において、電力源Ｅdcは直流電力を電源装置１０に供給する。電力源Ｅdcには、例えばバッテリや燃料電池が用いられる。電力源Ｅdcのプラス端子は、チョークコイルＬ１０，コンデンサＣ１０およびインサートバスバー１９を経て、トランス１６の１次側端子に接続される。一方、電力源Ｅdcのマイナス端子は、チョークコイルＬ１０，コンデンサＣ１０，コンデンサＣ１２およびインサートバスバー１９を経て、トランス１６の１次側端子１６ｔ１に接続される。チョークコイルＬ１０は入力フィルタとして機能し、コンデンサＣ１０は直流電力の充放電を繰り返し行う。
【００３６】
プリント基板１２は、半導体素子Ｑ１，Ｑ２、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、ドライブ回路１２ｃ、制御回路１２ｄ、検出回路１２ｅなどを有する。半導体素子Ｑ１，Ｑ２は、ドライブ回路１２ｃから伝達される駆動信号に従って個別にスイッチングが制御される。検出回路１２ｅはフィルタ部１７の出力側の電圧（すなわち電圧Ｖｄ）を検出する。制御回路１２ｄは、電圧Ｖｄが目標電圧となるように、ドライブ回路１２ｃを駆動する指令信号Ｖc*を出力する。目標電圧は、制御回路１２ｄ内の記録媒体に予め記録したり、外部装置（例えばＥＣＵ等）から入力したりする。ドライブ回路１２ｃは、指令信号Ｖc*に基づいて、上述した駆動信号を生成して出力する。
【００３７】
半導体素子Ｑ１，Ｑ２は直列接続される。ただし図面スペースの都合で図示を割愛するが、２つの半導体素子Ｑ２（図１，図２，図６を参照）は並列接続される。二点鎖線で示すダイオードＤ１，Ｄ２はフリーホイールダイオードとしての機能を担い、半導体素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵されたものでもよく、外付けしたものでもよい。コンデンサＣ１１は、半導体素子Ｑ１のドレイン端子と接続端子台１９ｃとの間に接続される。コンデンサＣ１２は、上述したように電力源Ｅdcのマイナス端子と接続端子台１９ｃとの間に介在して接続される。電力源Ｅdcのマイナス端子およびコンデンサＣ１２の一方側端子は、半導体素子Ｑ２のソース端子に共通して接続される。
【００３８】
接続端子台１９ｃと接続する１次側端子１６ｔ１はトランス１６の１次側端子である。一方、トランス１６の２次側端子は、整流素子１５，コンデンサＣ１３，フィルタ部１７などが接続される。整流素子１５は、トランス１６の２次側端子から出力される交流電力を整流する機能を担う。図８には二相全波整流を行う構成を示すが、単相ブリッジ整流を行う構成としてもよい。コンデンサＣ１３は、整流素子１５によって整流された直流電力を平滑化する機能を担う。フィルタ部１７は、リアクトル（コイル）Ｌ１７とコンデンサＣ１７とを有し、交流電力の高周波成分を除去したり、整流に伴う電力（特に電圧）の脈動を抑制したりする機能を担う。整流素子１５やコンデンサＣ１３，Ｃ１７の一方側端子は、共通電位となるグラウンドＮに接続される。整流素子１５，コンデンサＣ１２，フィルタ部１７によって安定化された出力電力は、出力機器３０に出力される。出力機器３０には、直流の電力を必要とする任意の機器を適用できる。
【００３９】
上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、電源装置１０において、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）に対向して配置されトランス１６との相互間を接続するためのインサートバスバー１９を有し、ケース１１内にはプリント基板１２の一面とプリント基板１２の一面に対向するケース１１の対向面１１ｆとの間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子（整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等）を有し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１（回路素子の接続端子）はプリント基板１２とインサートバスバー１９との間に配置される構成とした（図２，図５，図６，図８，図９を参照）。この構成によれば、半導体素子Ｑ１，Ｑ２、二以上の異型部品Ｐ１〜Ｐ６、インサートバスバー１９などを第１空間に配置し、体格の大きな整流素子１５，トランス１６，フィルタ部１７等を第２空間に配置する（図２，図６を参照）。これらの配置によって、プリント基板１２に素子を実装できる面積が増えるため、プリント基板１２を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、電源装置１０の体格も従来より小型化することができる。
【００４０】
請求項２に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）とインサートバスバー１９の一面（接続表面１９ｇ）とのなす面角度θ以内の角度で配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、周辺部品の制約等によって面角度θが生じても、何ら問題なく第１空間のインサートバスバー１９と第２空間の回路素子とを電気的にすることが接続できる。よって、プリント基板１２の体格を従来よりも小型化することができる。
【００４１】
請求項３に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、対向するプリント基板１２およびインサートバスバー１９の各対向面（すなわち実装表面１２ａおよび接続表面１９ｇ）のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は一方の対向面と平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバー１９と第２空間のトランス１６とを確実に接続することができる。よって、プリント基板１２の体格を従来よりも小型化できる。
【００４２】
請求項４に対応し、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は、インサートバスバー１９に備えられる接続端子台１９ｃ（端子台）の端子と平行状に配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、トランス１６の１次側端子１６ｔ１は接続端子台１９ｃの端子１９ｃｔと平行状に配置されるので、第１空間のインサートバスバー１９と第２空間のトランス１６とを確実に接続することができる。よって、プリント基板１２の体格をさら小型化できる。
【００４３】
請求項５に対応し、プリント基板１２の一面（実装表面１２ａ）には、半導体素子Ｑ１，Ｑ２と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品（Ｐ１〜Ｐ６）とを配置する構成とした（図１，図６を参照）。この構成によれば、半導体素子Ｑ１，Ｑ２や異型部品Ｐ１〜Ｐ６は、プリント基板１２の一面とインサートバスバー１９との間に配置されるので、プリント基板１２を従来よりも小型化することができる。また、体格の大きな回路素子を第２空間に並行配置することで収容部品全体の高さが抑えられ、電源装置１０も従来より小型化することができる。本形態ではプリント基板１２の一面を実装表面１２ａしたが、実装裏面１２ｂとしてもよい。この場合には、ケース１１の対向面はケース蓋１１ａになる。
【００４４】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００４５】
上述した実施の形態では、ケース１１はケース２１と一体形成する構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、単体のケース１１のみで構成してもよい。また、電力変換装置２０のケース２１に代えて、他の装置のケースと一体形成する構成としてもよい。他の装置は、例えばエンジンブロック、ＥＣＵ装置、車両ボディなどが該当する。仕切部（例えば仕切壁や仕切面など）によって内部に複数の空間が形成されるブロック体にかかる一の空間からなるケース１１でもよい。いずれの構成にせよ、ケース１１にはプリント基板１２や冷却部１４など収容することができるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
上述した実施の形態では、プリント基板１２は、実装表面１２ａと実装裏面１２ｂとを有する基板を適用した（図１〜図７を参照）。この形態に代えて、一以上の中間層を含む多層基板を適用してもよく、ユニバーサル基板を適用してもよい。いずれの基板にせよ、半導体素子群Ｑｇや異型部品群Ｐｇを配置することができるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
上述した実施の形態では、冷却部１４は、対向面１１ｆから実装表面１２ａに向けて突出させ、その突出部位に冷媒が流れる冷媒通路１４ｃを有する構成とした（図１，図２，図４を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、他の冷却手段を構成してもよい。他の冷却手段は、例えば冷却用フィン（放熱フィン）、ヒートポンプなどのうちで一以上が該当する。他の冷却手段で構成した場合でも、半導体素子群Ｑｇや異型部品を冷却できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
上述した実施の形態では、冷却部１４は、ケース本体１１ｂ（ケース１１）の短辺部（直線や曲線を問わない）に沿って端部に配置する構成とした（図１，図２，図４を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、ケース本体１１ｂの長辺部（直線や曲線を問わない）に沿って端部に配置する構成としてもよく、端部以外の部位（例えば中央部等）に配置する構成としてもよい。長辺部に沿って配置すると、冷却を行う部位や面積等が増えるので、ケース１１内の冷却効率を高めることができる。中央部や所定形状（例えば多角形や円形等）に沿って配置すると、ケース１１内全体を均等に冷却することができる。
【００４９】
上述した実施の形態では、実装表面１２ａに配置した異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間にインサートバスバー１９を配置する構成とした（図５，図８を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、異型部品群Ｐｇと対向面１１ｆとの隙間に他の部品を配置してもよい。他の部品は、例えばバスバーやファンなどが該当する。隙間を利用して配置するので、デッドスペースをさらに縮小することができる。なお、ファン（扇風機）は冷却部１４の近傍に配置するのが望ましい。ケース１１内に封入された空気を循環または拡散させて、ケース１１内の全体を効率良く冷却することができる。
【００５０】
上述した実施の形態では、第２空間に配置される回路素子としてトランス１６を適用した（図２，図６を参照）。この形態に代えて（あるいは加えて）、インサートバスバー１９の接続端子台１９ｃと接続し、かつ、第２空間に配置されるトランス１６以外の他の回路素子を適用してもよい。他の回路素子は、例えば整流素子１５、フィルタ部１７、コンデンサ、インダクタなどが該当する。単に回路素子の相違に過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００５１】
上述した実施の形態は、ＤＣ−ＤＣコンバータの電源装置１０に適用した（図１〜図９を参照）。この形態に代えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ以外の他の電源装置に適用してもよい。他の電源装置には、例えばＡＣ−ＤＣコンバータやインバータなどの電源装置が該当する。他の電源装置が、プリント基板１２や、冷却部１４を備えるケース１１、インサートバスバー１９、トランス１６等の回路素子などで構成される場合には、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 電源装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１１ ケース
１１ｆ 対向面
１２ プリント基板（基板）
１４ 冷却部
１５ 整流素子（回路素子）
１６ トランス（回路素子）
１６ｔ１ １次側端子（接続端子）
１６ｔ２，１６ｔ３ ２次側端子（接続端子）
１７ フィルタ部（回路素子）
１８ 突起部
１９ インサートバスバー
１９ｃ 接続端子台
２０ 電力変換装置（インバータ）
３０ 出力機器
Ｑｇ 半導体素子群
Ｑ１，Ｑ２，… 半導体素子
Ｐｇ 異型部品群
Ｐ１〜Ｐ６，… 異型部品（実装品）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置する基板と、前記基板を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースと、を有する電源装置において、
前記基板の一面に対向して配置され、回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバーを有し、
前記ケース内には、前記基板の一面と、前記基板の一面に対向する前記ケースの対向面と、の間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子を有し、
前記回路素子の接続端子は、前記基板と前記インサートバスバーとの間に配置されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記回路素子の接続端子は、前記基板の一面と前記インサートバスバーの一面とのなす角度以内の角度で配置され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】
前記回路素子の接続端子は、対向する前記基板およびインサートバスバーの各対向面のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置され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。
【請求項４】
前記回路素子の接続端子は、前記インサートバスバーに備えられる端子台の端子と平行状に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記基板の一面には、前記半導体素子と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品と、を配置することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項１】
少なくとも半導体素子および実装時の高さが異なる二以上の異型部品を配置する基板と、前記基板を収容するとともに冷却を行うための冷却部を備えるケースと、を有する電源装置において、
前記基板の一面に対向して配置され、回路用部品の相互間を電気的に接続するためのインサートバスバーを有し、
前記ケース内には、前記基板の一面と、前記基板の一面に対向する前記ケースの対向面と、の間に形成される第１空間以外の第２空間に配置される一以上の回路素子を有し、
前記回路素子の接続端子は、前記基板と前記インサートバスバーとの間に配置されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記回路素子の接続端子は、前記基板の一面と前記インサートバスバーの一面とのなす角度以内の角度で配置され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】
前記回路素子の接続端子は、対向する前記基板およびインサートバスバーの各対向面のうちで、いずれか一方の対向面と平行状に配置され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。
【請求項４】
前記回路素子の接続端子は、前記インサートバスバーに備えられる端子台の端子と平行状に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記基板の一面には、前記半導体素子と、実装時に所定の高さ以上の高さとなる異型部品または二種以上の異型部品と、を配置することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３４２７２（Ｐ２０１３−３４２７２Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７９６９（Ｐ２０１１−１６７９６９）
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１日（２０１１．８．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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