JP2015057029A - 電源用モジュール部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音を低減することができる電源用モジュール部品を提供する。【解決手段】 電源用モジュール部品１は、ケース２と、ケース２内に配置され、貫通孔３５が形成されるコア３及び貫通孔３５に挿通されてコア３に巻回されるコイル５を有するトランスＴｒと、ケース２内に充填されトランスＴｒを覆う樹脂６と、を備え、樹脂６は、シリコン及びウレタンの少なくとも一方から成り、貫通孔３５内に樹脂６が非充填とされることによる空隙ＡＳが形成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、騒音を低減することができる電源用モジュール部品に関する。

家庭用電化製品や自動車等に用いられる電源装置の１つとして、フライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。フライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータでは、１次側と２次側とを絶縁するためのトランスが用いられる。このような電源に用いられるトランスの構造の一例として、例えばＥ−Ｅ型と呼ばれるコアの中心に位置するコア部の周りに１次側のコイル及び２次側のコイルが絶縁された状態で巻回された構造を挙げることができる。

ところで電源装置に用いられるトランスのコイルには所定の周波数でスイッチングされた電流が流れる。このためトランスのコアに発生する磁界は当該周波数に合わせて変動する。この磁界の変動やコイルに流れる電流の変動に起因して、トランスのコアやコイル、或いは、トランス近傍の部品に振動が生じることがあり、この振動が可聴帯域の周波数となる場合がある。この可聴帯域の振動が音として外部に放出されると騒音となる。このことを防止するため、例えば樹脂をトランスの隙間に充填させることが行われている。

下記特許文献１には、トランスが用いられる電源用回路ブロックが記載されている。この電源用回路ブロックでは、トランスがケース内に挿入された状態で、ケース内に樹脂が充填されて、ケース内に位置する部品間、巻線の線間まで樹脂が入り込んでいる。

特開２０００−２２８３１２号公報

特許文献１の電源用回路ブロックを用いた電源装置では、ケース内に充填された樹脂により、電源装置の外部にトランス等から発生した振動が音として放出され騒音となることに一定の抑制がなされていると考えられる。しかし、騒音がより低減された電源装置が求められている。

そこで、本発明は、騒音を低減することができる電源用モジュール部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電源用モジュール部品は、ケースと、前記ケース内に配置され、貫通孔が形成されるコア及び前記貫通孔に挿通されて前記コアに巻回されるコイルを有するトランスと、前記ケース内に充填され前記トランスを覆う樹脂と、を備え、前記樹脂は、シリコン及びウレタンの少なくとも一方から成り、前記貫通孔内に前記樹脂が非充填とされることによる空隙が形成されることを特徴とするものである。

上記のように電源用モジュール部品の内部では、トランスやコイルの振動が可聴帯域の周波数となる場合がある。しかし、ケース内に充填されてトランスを覆う樹脂がシリコン或いはウレタンであれば、内部で発生した可聴帯域の振動は当該樹脂を伝導しづらい。

また、コアの貫通孔内の空隙に音として放出された振動が電源用モジュール部品の外部に放出されるには、空隙内の音が空隙から樹脂やコア等に伝導しなければならない。しかし、一旦空隙に放出された音は、反射等の影響により再び樹脂やコア等に伝導しづらい。このため空隙内に音の多くを閉じ込めることができる。

また、空隙がコアの貫通孔内に形成されることにより、空隙の少なくとも一部はコアで囲まれる。従って、コアから発生する振動は、空隙がコアの貫通孔外のみに形成されている場合と比べて、音として空隙に放出され易い。このようにより多くの振動を音として空隙内に放出することで、コアから発生する多くの振動を音として上記のように空隙内に閉じ込めることができる。

また、空隙内の音がコアを振動してコアに伝導する場合であっても、コアに伝導する音が電源用モジュール部品の外部に放出されるためには、トランスを覆う樹脂を介して外部に放出される必要がある。ところが磁性体から成るコアは一般的にシリコンやウレタンよりも硬いため、コアから樹脂に振動が伝導しづらい。従って、ここでも振動が外部に向かって伝導することが低減される。

以上のような内部で発生した振動が低減される作用により、本発明の電源用モジュール部品によれば、音が外部に放出されることによる騒音を低減することができるのである。

また、前記トランスは、前記コアの側面の一部を周回するように覆うボビンを有し、前記コイルは、前記ボビンに巻回されることで前記コアに巻回され、前記空隙は、前記貫通孔内に形成されることが好ましい。

空隙がボビンの貫通孔内に形成されることで、空隙に放出された音のうち電源用モジュール部品の外部に放出される音の少なくとも一部は、空隙からコアやボビンに振動として伝導して、コアやボビンから樹脂を介して外部に放出される。しかし、空隙に放出された音は、上記のように空隙からコアやボビンに伝導しづらい。また、上記のように振動はコアやボビンから樹脂に伝導しづらい。このため空隙に放出された音の多くは、電源用モジュール部品の外部まで伝導しづらい。従って、空隙がコアの貫通孔内におけるボビンの貫通孔内に形成されることで、電源用モジュール部品の内部で発生した振動が外部へ音として放出されることをより一層低減することができる。

さらに、前記コアには、前記ボビンに覆われる領域にギャップが形成され、前記空隙の少なくとも一部は、前記ギャップ内に形成されることが好ましい。この場合、前記樹脂は、前記ギャップ内に非充填とされることがより好ましい。

一般的にコアにギャップが形成される場合、ギャップに面するそれぞれのコア面の幅は、ギャップ幅（互いに対向するコア面同士の距離）よりも大きい。従って、ギャップ内の空隙内の音がコアに伝導する場合、その多くは、コア面からコアに伝導する傾向にある。しかし、空隙に放出された音は上記のようにコアに伝導しづらい。また、コアに音が伝導する場合であっても、上記のように当該振動はコアからトランスを覆う樹脂へ伝導しづらい。従って、電源用モジュール部品の内部で発生した振動がギャップ内の空隙に音として放出される場合、騒音をより抑制することができる。また、樹脂がギャップ内に非充填とされることで、コア面が空隙に最大限に露出されることとなる。この場合、コア面による音の反射等により、空隙内の音がコアに伝導することをより抑制することができる。従って、騒音をより一層抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、騒音を低減することができる電源用モジュール部品が提供される。

本発明の実施形態に係る電源用モジュール部品の断面図である。 コアに形成されたギャップ近傍の様子を示す図である。 実施例１における樹脂充填前の騒音の様子を示す図である。 実施例１における樹脂充填後の騒音の様子を示す図である。 比較例１におけるワニス含浸前の騒音の様子を示す図である。 比較例１におけるワニス含浸後の騒音の様子を示す図である。

以下、本発明に係る電源用モジュール部品の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電源用モジュール部品の断面図である。本実施形態の電源用モジュール部品１は、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるモジュール部品である。図１に示すように本実施形態の電源用モジュール部品１は、ケース２と、ケース２内に配置されるトランスＴｒと、ケース２内に充填される樹脂６と、回路基板７と、を主な構成として備える。

ケース２は、天板部２１と、天板部２１を囲むようにして天板部２１と接続される側壁部２２とから構成されている。天板部２１は、特に図示しないが天板部２１を平面視する場合に略矩形状の形状をしている。また、天板部２１には、側壁部２２と離れた部位に外側に向かって突出する凸部２１ａが形成されており、ケース２の内側における凸部２１ａに対応する部位は凹部とされている。側壁部２２は、複数の平板状の部材が互いに接続された筒状の形状をしている。そして、天板部２１側が天板部２１により塞がれており、天板部２１側と反対側に開口２５が形成されている。また、側壁部２２は、天板部２１側が小径部２２ａとされ、開口２５側が大径部２２ｂとされ、小径部２２ａと大径部２２ｂとが、傾斜部２２ｃにより結合されている。なお、本実施形態では、ケース２は例えば厚みが１ｍｍ程度の樹脂から構成されている。ただし、ケース２は例えばアルミニウム等の金属や他の材料から形成されていても良い。

トランスＴｒは、コア３と、ボビン４と、コイル５とから構成されている。

コア３は、フェライトや珪素鋼板等の磁性体から形成されている。また、コア３は、本実施形態では、Ｅ−Ｅ型と呼ばれる形状をしており、２つのコア部３ａ，３ｂから構成される。コア部３ａは、Ｅ型の形状をしており、一対の側方部３３ａと、一対の側方部３３ａで挟まれる中心部３１ａとを有する。また、コア部３ｂは、コア部３ａと同様の形状をしており、一対の側方部３３ｂと、一対の側方部３３ｂで挟まれる中心部３１ｂとを有する。そして、図１に示すように、それぞれのコア部３ａ，３ｂは、互いに逆向きとされて、それぞれの側方部３３ａと側方部３３ｂとが接した状態とされて、組み合わされている。側方部３３ａと側方部３３ｂとの各組み合わせにより、コア３の一対の側方コア部３３が形成されている。また、コア部３ａ，３ｂが組み合わされた状態で、コア部３ａの中心部３１ａとコア部３ｂの中心部３１ｂとが、所定の間隔を空けて互いに対向している。これら中心部３１ａと中心部３１ｂとの組み合わせにより、コア３の中心コア部３１が形成されている。また、中心部３１ａと中心部３１ｂとが所定の間隔をあけて対向することにより、ギャップＧが形成されている。また、一方の側方コア部３３と中心コア部３１との間にコア３の一方の貫通孔３５が形成され、他方の側方コア部３３と中心コア部３１との間にコア３の他方の貫通孔３５が形成されている。それぞれの貫通孔３５は、ギャップＧでつながっている。従って、ギャップＧは、コア３に形成された貫通孔の一部として認識することができる。

ボビン４は、コイル５となる導線が巻回された状態で、コア３の中心コア部３１の側面を囲むように形成されている。具体的には、ボビン４は、コア部３ａ，３ｂのそれぞれの中心部３１ａ，３１ｂを挿入可能な貫通孔４５が形成された筒部４１と、筒部４１の両端に接続され筒部４１の外側に向かって延在する一対の板状の鍔部４２とを有している。そして、ボビン４は、筒部４１の外周面及び一対の鍔部４２の互いに対向する面により、凹部が形成されている。また、ボビン４の筒部４１及び各鍔部４２は、一体成型された樹脂からなる。なお、鍔部には、アウトサート成型により鍔部と一体とされた、導体からなる不図示の複数の絡げ部や、絡げ部と導通する端子が設けられている。

コイル５は、互いに絶縁された２つの導線からなり、一方の導線は一次側のコイルとされ、他方の導線は２次側のコイルとされる。それぞれの導線は、ボビン４の上記凹部内において、筒部４１の外周面に巻回されている。こうしてコイル５は、コア３の貫通孔３５に挿通されてコア３に巻回されている。また、特に図示しないが、それぞれの導線の端部は、ボビン４の上記の絡げ部に絡げられることで、ボビン４に固定されている。なお、図１においてコイル５は省略された記号で記載されている。

上記のようにボビン４に導線が巻回されてコイル５とされた状態で、ボビン４の貫通孔４５に一方側からコア部３ａの中心部３１ａが挿入され、他方側からコア部３ｂの中心部３１ｂが挿入される。そして、上記のようにそれぞれのコア部３ａ，３ｂは互いに組み合わされてコア３とされ、トランスＴｒが構成される。

回路基板７は、基板７１と、基板７１に搭載される電子部品７２と、複数の端子７３とを有する。電子部品７２としては、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）や、キャパシタ、抵抗等を挙げることができる。また、基板７１には、ボビン４に設けられ絡げ部と導通する不図示の端子が、電子部品７２と所定の状態で電気的に接続された状態で固定されている。また、複数の端子７３は、基板７１の電子部品７２側と反対側に延在するように設けられて、電源用モジュール部品１の端子とされている。なお、本電源用モジュール部品１は、直流が外部で所定の周波数でスイッチングされ、当該周波数で電流のオンとオフとを繰り返す電流が入力し、略直流化された電流が出力する部品である。

上記のようにボビン４に設けられる端子が基板７１に固定された状態で、トランスＴｒ及び回路基板７はケース２内に挿入されている。本実施形態では、トランスＴｒは、一部がケース２の小径部２２ａ内に位置し他の一部が大径部２２ｂ内に位置するように、ケース２内に挿入されている。また、回路基板７は、ケース２の大径部２２ｂ内に位置するようにケース２内に挿入されている。

樹脂６は、シリコン及びウレタンの少なくとも一方から成る。樹脂６は、磁性体であるコア３よりも硬度が小さく、更に、ボビン４、ケース２を構成する材料よりも小さい硬度であることが好ましい。更に樹脂６は、電源用モジュール部品１の中で最も小さい硬度であることが好ましい。そして、樹脂６の硬度は、ショアＡで示す場合にＡ３０〜Ａ８０であることが好ましく、Ａ４０〜Ａ７０であることがより好ましい。

この樹脂６は、図１に示すようにトランスＴｒ及び回路基板７がケース２内に挿入された状態でケース２内に充填されている。従って、樹脂６は、トランスＴｒと回路基板７の隙間や、トランスＴｒとケース２の隙間や、回路基板７の電子部品７２とケース２やトランスＴｒの隙間等に充填されている。また、ケース２の凸部２１ａの内側の部位である凹部は、樹脂溜りとして機能し、当該凹部にも樹脂６が充填されている。このようにして、トランスＴｒは、樹脂６により覆われている。更に樹脂６は、基板７１よりも開口２５側まで充填されケース２を封止している。このため、開口２５側から電源用モジュール部品１を見ても、基板７１の視認が樹脂６により妨げられている。ただし、端子７３は、樹脂６により一部が覆われておらず、樹脂６からケース２の外側まで突出している。

図２は、コア３に形成されたギャップＧの近傍の様子を示す図である。図２に示すように、ボビン４の貫通孔４５の径は、コア３の中心コア部３１の径よりも大きく、貫通孔４５におけるボビン４の内周面と中心コア部３１の外周面との間に隙間が形成されている。樹脂６は、当該隙間の一部にまで充填されているが、ギャップＧ及びボビン４の内周面と中心コア部３１の外周面との間に隙間のうちギャップＧと繋がるギャップＧ近傍には充填されていない。つまり、コア３の貫通孔３５の一部には樹脂６が非充填とされており、空隙ＡＳが形成されている。従って、本実施形態では、空隙ＡＳにコア３やボビン４の表面が露出している。

なお、図２に示すように、コア部３ａ，３ｂの中心部３１ａ，３１ｂのギャップＧに面するコア面３２ａ，３２ｂの幅ＣＷは、小型の電源用モジュール部品の場合、例えば３ｍｍ〜６ｍｍとされる。また、コア面３２ａ，３２ｂの幅ＣＷが上記の大きさである場合、ギャップＧのギャップ幅ＧＷ、すなわち互いに対向するコア面３２ａ，３２ｂ同士の距離は、例えば０．３ｍｍ程度とされる。このように、一般的なトランスでは、コア３にギャップＧが形成される場合、ギャップＧに面するそれぞれのコア面３２ａ，３２ｂの幅は、ギャップ幅ＧＷよりも大きくされる。

次に上記で説明した電源用モジュール部品１の作用について説明する。

電源用モジュール部品１が動作する際、所定の周波数でスイッチングされた電流が入力する。この電流がコイル５に入力することで、コイル５は電流が流れる状態と流れない状態とが周期的に繰り返される。従って、コア３に生じる磁界もコイル５に流れる電流と同期して変化する。このコイル５に流れる電流の周期的な変化や、コア３に生じる磁界の周期的な変化に起因して、コア３やコイル５、或いは、周辺の電子部品７２等に可聴帯域の振動が生じることがある。

しかし本実施形態の電源用モジュール部品１によれば、ケース２内に充填されてトランスＴｒを覆う樹脂６がシリコンやウレタンから成るため、発生した振動の伝導が樹脂６により抑制される。

また、コア３の貫通孔３５内の空隙ＡＳに放出された音が電源用モジュール部品１の外部に放出される場合、空隙ＡＳ内の音が空隙から樹脂６やコア３等に振動として伝導する必要がある。しかし、一旦空隙ＡＳ内に放出された音は、反射等の影響により再び樹脂６やコア３等に伝導しづらい。このため空隙内に音の多くを閉じ込めることができる。

また、空隙ＡＳが形成される部位がコア３の貫通孔３５内に形成されることにより、空隙ＡＳの少なくとも一部はコア３で囲まれる。従って、コア３から発生する振動は、空隙ＡＳがコア３の貫通孔３５外のみに形成されている場合と比べて、空隙ＡＳに音として放出され易い。このため、コア３から発生する多くの振動を上記のように音として空隙ＡＳ内に閉じ込めることができる。

また、空隙ＡＳ内の音がコア３を振動してコア３に伝導する場合、コア３に伝導する音が電源用モジュール部品の外部に放出されるためには、トランスＴｒを覆う樹脂を介して外部に放出される必要がある。ところが磁性体から成るコア３はシリコンやウレタンといった樹脂６よりも硬いため、コア３から樹脂６に振動が伝導しづらい。従って、ここでも振動が外部に向かって伝導することが低減される。

こうして本実施形態の電源用モジュール部品１によれば、騒音を低減することができる。

また、本実施形態の電源用モジュール部品１では、図２を用いて説明したように、空隙ＡＳは、貫通孔３５内におけるボビン４とコア３との間に形成されている。このため、空隙ＡＳに放出された音のうち電源用モジュール部品１の外部に放出される音の少なくとも一部は、空隙ＡＳからコア３やボビン４に振動として伝導して、さらにコア３やボビン４から樹脂６を介して外部に放出される。しかし、空隙ＡＳに放出された音は、上記のように空隙ＡＳからコア３やボビン４に伝導しづらい。また、上記のように振動はコア３やボビン４から樹脂６に伝導しづらい。このため空隙ＡＳに放出された音の多くは、電源用モジュール部品１の外部まで伝導しづらい。従って、空隙ＡＳがボビン４とコア３との間に形成されることで、電源用モジュール部品１の内部で発生した振動が外部へ音として放出されることをより一層低減することができる。

また、本実施形態のように、ギャップＧ内に空隙ＡＳが形成される場合、空隙ＡＳ内の音がコア３に伝導する場合、その多くは、コア面３２ａ，３２ｂからコア３に伝導する傾向にある。しかし、上記のように空隙ＡＳからコア３に音は伝導しづらい。また、コア３に音が伝導する場合であっても、上記のように振動はコア３から樹脂６伝導しづらい。従って、電源用モジュール部品１の内部で発生した振動がギャップＧ内の空隙ＡＳに音として放出される場合、騒音をより抑制することができる。また、本実施形態のように樹脂６がギャップＧ内に非充填とされることで、コア面３２ａ，３２ｂが空隙ＡＳに最大限に露出されることとなる。この場合、コア面３２ａ，３２ｂによる音の反射等により、空隙ＡＳ内の音がコア３に伝導することをより抑制することができる。従って、電源用モジュール部品１の外に音が放出されることをより一層抑制することができる。

以上、本発明について実施形態を例に説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されない。

例えば、上記実施形態では、コア３はＥ−Ｅ型のコアとされたが、例えばＥ−Ｉ型のコアや他の形状のコアであっても良い。

また、上記実施形態では、空隙ＡＳがボビン４の貫通孔４５内に形成されたが、例えば、コア３の貫通孔３５内のボビン４とコイル５との間に形成されても良い。また、上記実施形態では、ギャップＧ内のすべての領域が空隙ＡＳの一部とされたが、ギャップＧの一部に樹脂６が充填され、ギャップＧの一部が空隙ＡＳとされても良い。また、ギャップＧ内に空隙ＡＳが形成される場合であっても、コア面３２ａ，３２ｂが露出していなくともよい。

また、上記実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ用の電源用モジュール部品を例に説明したが、本発明はこれに限らず、例えばインバータ用の電源用モジュール部品にも適用可能である。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。

（実施例１）
図１に示す電源用モジュール部品における樹脂がケース内に充填される前の状態の半製品を準備した。準備した半製品に所定の外部回路を付加してＤＣ−ＤＣコンバータとした。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータに付加２４０ｍＡの負荷を接続して、３４０Ｖの電圧を加えた。このＤＣ−ＤＣコンバータは、３０ｋＨｚのスイッチング周波数が約９ｋＨzでバーストする動作とした。

このとき半製品から発生する騒音を測定した。測定は、暗騒音２２ｄＢ以下の防音室内で、半製品から５ｃｍ離れた場所にマイクを設置することで行った。このときの周波数ごとの騒音を図３に示す。なお、ノイズレベルが騒音の大きさを示す。

図３に示すように、９ｋＨｚ付近、及び、１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ付近に騒音が確認された。

次に、半製品のケース内にウレタン樹脂を充填して、図１に示す電源用モジュール部品とした。ただし、図２に示すように、少なくとも、コア３のギャップ内にウレタン樹脂が充填されないようにした。そして、上記半製品の騒音の測定と同様にして騒音を測定した。その結果を図４に示す。

図４に示す通り、９ｋＨｚ付近、及び、１８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ付近の騒音が大幅に低減され、可聴帯域の全体にわたって騒音が小さくなることが確認できた。

（比較例１）
実施例１と同様の半製品を準備し、実施例１と同様にして、半製品の騒音の測定を行った。その結果を図５に示す。

図５に示す通り、８．５ｋＨｚ付近、及び、１７ｋＨｚ〜１９ｋＨｚに騒音のが確認された。実施例１の半製品との差は、異なるサンプルであることによる誤差と考えられる。

次に、当該半製品をワニスに含浸した後、半製品を覆うワニスを固化させ電源用モジュール部品とした。そして、実施例１と同様にして、電源用モジュール部品の騒音の測定を行った。その結果を図６に示す。

図６に示す通り、８．５ｋＨｚ付近の騒音は低減されず、また、１７ｋＨｚ付近の騒音が低減されない結果となった。

以上の結果より、本発明の電源用モジュール部品によれば、可聴帯域の騒音を低減できることが確認された。

以上説明したように、本発明の電源用モジュール部品によれば、騒音を低減することができ、電気製品に搭載される電源に利用することができる。

１・・・電源用モジュール部品
２・・・ケース
２１・・・天板部
２２・・・側壁部
２５・・・開口
３・・・コア
３ａ，３ｂ・・・コア部
３１・・・中心コア部
３３・・・側方コア部
３５・・・貫通孔
４・・・ボビン
４１・・・筒部
４２・・・鍔部
４５・・・貫通孔
５・・・コイル
６・・・樹脂
７・・・回路基板
７１・・・基板
７２・・・電子部品
７３・・・端子
ＡＳ・・・空隙
Ｇ・・・ギャップ
Ｔｒ・・・トランス

Claims (4)

1. ケースと、
   前記ケース内に配置され、貫通孔が形成されるコア及び前記貫通孔に挿通されて前記コアに巻回されるコイルを有するトランスと、
   前記ケース内に充填され前記トランスを覆う樹脂と、
   を備え、
   前記樹脂は、シリコン及びウレタンの少なくとも一方から成り、
   前記貫通孔内に前記樹脂が非充填とされることによる空隙が形成される
   ことを特徴とする電源用モジュール部品。
2. 前記トランスは、前記コアの側面の一部を周回するように覆うボビンを有し、
   前記コイルは、前記ボビンに巻回されることで前記コアに巻回され、
   前記空隙は、前記貫通孔内に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源用モジュール部品。
3. 前記コアには、前記ボビンに覆われる領域にギャップが形成され、
   前記空隙の少なくとも一部は、前記ギャップ内に形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源用モジュール部品。
4. 前記樹脂は、前記ギャップ内に非充填とされる
   ことを特徴とする請求項３に記載の電源用モジュール部品。

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