电力转换装置

摘要

电力转换装置具备形成有凹部的框体、收容于框体的凹部的磁性部件、覆盖框体的凹部的开口并与磁性部件进行热耦合的散热板、以及卷缠于磁性部件及散热板而将磁性部件与散热板固定的固定带，固定带的至少一部分收容于在框体的凹部形成的带收容槽。由此，能够消除磁性部件与散热板的组装尺寸公差，电力转换装置能够维持高输出，并实现小型化。

说明书

技术领域

本发明涉及具有磁性部件的电力转换装置。

背景技术

电力转换装置所使用的磁性部件在使用中发热，因此需要冷却。为了对磁性部件进行冷却，如专利文献1的图1(C)及(D)所示，使磁性部件与散热板接触。由此，磁性部件的热量向散热板传递，磁性部件被冷却。而且，在专利文献2中，磁性部件夹入设置在框体与散热板之间。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特许第3611548号公报

【专利文献2】日本特开2017-093145号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，如专利文献1及2所示，在使磁性部件与散热板接触来进行冷却的情况下，由于制造时的组装尺寸公差，磁性部件与散热板的紧贴性可能会变差。因此，磁性部件与散热板之间的热阻变大而散热性能下降，存在电力转换装置的输出下降的问题。而且，也存在为了消除电力转换装置的组装尺寸公差并改善散热性能而需要使磁性部件自身变大、或者使电力转换装置的散热板或框体大型化这样的问题。

本发明是为了解决这样的问题而作出的发明，其目的在于提供一种能够维持高输出并实现小型化的电力转换装置。

【用于解决课题的方案】

为了解决上述课题，本发明的电力转换装置具备形成有凹部的框体、收容于框体的凹部的磁性部件、覆盖框体的凹部的开口并与磁性部件进行热耦合的散热板、以及卷缠于磁性部件及散热板而将磁性部件固定于散热板的固定带，在框体的凹部，固定带的至少一部分收容于在框体的凹部形成的带收容槽。

【发明效果】

根据本发明的电力转换装置，能够消除磁性部件与散热板的组装尺寸公差。因此，能够维持高输出，并实现小型化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电力转换装置的示意性结构的图。

图2是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的侧视图。

图3是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的上芯及下芯的形状的侧视图。

图4是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的图，图4(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图4(b)是磁性部件及散热板的主视图，图4(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图5是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的图。

图6是表示图1所示的电力转换装置的使用例的电路图。

图7是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图8是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图9是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图10是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图11是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图12是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图13是表示图1所示的电力转换装置的组装工序的另一例的图。

图14(a)及(b)是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的上芯及下芯的形状的另一例的侧视图。

图15是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的图，图15(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图15(b)是磁性部件及散热板的主视图，图15(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图16是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的图，图16(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图16(b)是磁性部件及散热板的主视图，图16(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图17是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的图，图17(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图17(b)是磁性部件及散热板的主视图，图17(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图18是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的图，图18(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图18(b)是磁性部件及散热板的主视图，图18(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图19是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的图，图19(a)是磁性部件及散热板的侧视图，图19(b)是磁性部件及散热板的主视图，图19(c)是磁性部件及散热板的俯视图。

图20是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的侧视图。

图21是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的侧视图。

图22是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的侧视图。

图23是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件与散热板的组装的另一例的侧视图。

图24(a)是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的上芯与散热板的连接部分的另一例的局部放大图，图24(b)是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的下芯与框体的连接部分的另一例的局部放大图。

图25是表示图1所示的电力转换装置的磁性部件的绕组部的形状的变形例的图。

图26是表示图1所示的电力转换装置的散热板的形状的变形例的图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，电力转换装置100具有在内部形成有凹部21的框体20和以覆盖凹部21的开口21a的方式设置的散热板10。而且，在框体20的凹部21设置有磁性部件30。磁性部件30通过两条固定带40而固定于散热板10。而且，在散热板10与框体20之间设有由树脂形成的第一导热材料50。形成第一导热材料50的树脂的导热系数优选为作为空气的导热系数的0.02[W/m·K]以上。例如，第一导热材料50是导热系数0.3[W/m·K]的环氧系的树脂或导热系数0.15[W/m·K]的硅酮系的树脂。而且，在框体20的凹部21，在与固定带40对应的位置形成有带收容槽22。带收容槽22的深度比固定带40的厚度深。比磁性部件30向下侧突出的固定带40的一部分收容于带收容槽22。而且，在电力转换装置100的外侧设置有冷却装置150。冷却装置150具有向电力转换装置100进行送风的风扇151。需要说明的是，冷却装置150并不局限于空冷，也可以为水冷。而且，在图1中，以将电力转换装置100的散热板10有效地冷却的方式配置冷却装置150，但是冷却装置150的位置并未特别限定为该配置。冷却装置150可以自由地配置在电力转换装置100的想要冷却的部位。

散热板10由铝形成，导热系数为240[W/m·K]。需要说明的是，散热板10没有限定为铝，也可以为其他的导热系数高的金属。例如，散热板10可以由导热系数为400[W/m·K]的铜形成。而且，为了得到更高的散热效果，散热板10可以为具有散热片(省略图示)的散热设备。

另外，固定带40由聚丙烯、尼龙系或氟系的树脂形成。而且，固定带40也可以为金属制的带。

如图2所示，磁性部件30具有上芯31和与上芯31相向地设置的下芯32。在上芯31与下芯32之间设置有绕组部33。需要说明的是，上芯31及下芯32例如由硅钢板、坡莫合金或铁氧体形成。饱和磁通密度及芯损失根据上芯31及下芯32的材料的种类而不同，因此可以根据磁性部件30的规格而分开使用材料。而且，绕组部33的材料通常使用铜，但有时也使用铝。绕组部33的形状通常多使用圆线或扁线等。而且，绕组部33的形状有时也使用印制基板的图案。如图1所示，在框体20的凹部21收容有磁性部件30的状态下，磁性部件30的上芯31与散热板10热耦合，下芯32与框体20热耦合。

需要说明的是，热耦合是指上芯31或下芯32与散热板10或框体20直接接触的情况、或者上芯31或下芯32经由导热系数良好的构件与散热板10或框体20耦合的情况。设置在上芯31或下芯32与散热板10或框体20之间的构件例如由导热系数良好的片、化合物或油脂形成。而且，上芯31或下芯32在不经由构件而直接与散热板10或框体20热耦合的情况下，需要考虑相对于直接相接的构件的面而规定某平面度以避免热阻变大。

如图2及图3所示，上芯31及下芯32的侧面的形状分别呈E字形状。更详细而言，上芯31具有三个突出部31a～31c，在上芯31的中央配置的突出部31b比在两侧部设置的一对突出部31a、31c的长度短。同样，与上芯31相向的下芯32也具有三个突出部32a～32c，在下芯32的中央配置的突出部32b比在两侧部设置的一对突出部32a、32c的长度短。因此，如图2所示，绕组部33成为夹入于上芯31的突出部31a、31c与下芯32的突出部32a、32c之间而与上芯31的中央的突出部31b以及下芯32的中央的突出部32b不接触的状态。

另外，如图4(a)～(c)所示，散热板10及磁性部件30由卷缠于外侧的固定带40固定。固定带40插通于在绕组部33形成的带安装孔34。通过将固定带40卷缠于散热板10及磁性部件30而使散热板10与磁性部件30的上芯31相互紧贴。而且，通过使用固定带40来固定散热板10与磁性部件30，与例如基于螺钉的固定或基于粘结材料的固定相比，磁性部件30的组装容易，而且，能够缩短组装时间。

接下来，使用图5，说明电力转换装置100的组装方法。需要说明的是，在以下的说明中，A工序是向散热板10组装磁性部件30的工序。而且，B工序是利用固定带40对通过A工序组装的散热板10和磁性部件30进行固定的工序。而且，C工序是在框体20的与散热板10连接的连接部位涂布第一导热材料50的工序。而且，D工序是将通过B工序组装的磁性部件30收容于框体20的凹部21的工序。

首先，在A工序中，准备散热板10(步骤S1)，在散热板10上载置上芯31(步骤S2)。接下来，在上芯31的突出部31a、31c上载置绕组部33(步骤S3)。进而接下来，在绕组部33上载置下芯32，在上芯31的突出部31a、31c与下芯32的突出部32a、32c之间夹入绕组部33(步骤S4)。

在B工序中，使固定带40插通于绕组部33的带安装孔34，并卷缠于散热板10及磁性部件30(步骤S5)。由此，散热板10及磁性部件30相互紧贴且被固定。

接下来，在C工序中，在框体20的上表面涂布第一导热材料50(步骤S6)。进而接下来，在D工序中，将磁性部件30向框体20的凹部21插入，并将通过固定带40而相互固定的散热板10及磁性部件30向框体20组装(步骤S7)。然后，经由第一导热材料50使散热板10的下表面粘结于框体20的上表面(步骤S8)。此时，磁性部件30收容于框体20的凹部21，并且从磁性部件30的下芯32的下表面突出设置的固定带40的一部分也收容于带收容槽22。

如图6所示，电力转换装置100的磁性部件30被用作具有变压器102及线圈103的隔离型反激式变换器101。而且，除此之外，电力转换装置100的磁性部件30也使用于一般的变换器(升压电路、降压电路或升降压电路)、逆变器或用于除去噪声的电路。

通过以上所述，在该实施方式的电力转换装置100的框体20的凹部21形成有收容固定带40的一部分的带收容槽22。即，固定带40的至少一部分被收容于在框体20的凹部21形成的带收容槽22。由此，防止磁性部件30与框体20接触而引起的松动，消除框体20与散热板10之间的组装尺寸公差。而且，能够从框体20的凹部21消除固定带40用的空间，实现电力转换装置100的小型化。此外，由于能够使磁性部件30的下芯32的一部分与框体20热耦合，因此能够进一步提高磁性部件30的冷却效率。

另外，在框体20与散热板10之间设置有由树脂形成的第一导热材料50。由此，消除框体20与散热板10之间的凹凸或倾斜产生的组装尺寸公差。因此，能够使散热板10与磁性部件30的上芯31可靠地紧贴，磁性部件30的冷却效率上升并能够提高电力转换装置100的输出。

另外，磁性部件30的热量的一部分经由散热板10及第一导热材料50向框体20传递之后向大气中散热。因此，通过在框体20与散热板10之间设置第一导热材料50，能够进一步提高电力转换装置100的散热性能。

另外，在绕组部33形成有能够供固定带40插通的带安装孔34。由此，通过固定带40限制绕组部33的左右方向的可动范围，能够使绕组部33更稳定地固定。而且，不用增加固定带40的长度就能够使磁性部件30更可靠地固定于散热板10。而且，由于不需要将固定带40卷缠于绕组部33的外侧，因此在框体20的凹部21之中能够减小磁性部件30占用的空间。因此，能够更可靠地实现电力转换装置100的小型化。

以下，基于图7～图26说明电力转换装置100的变形例。

图7～图13示出电力转换装置100的组装工序的变形例。需要说明的是，图7～图13记载的A～D工序及步骤S1～S8表示与图5记载的A～D工序及步骤S1～S8对应的工序，省略相同的作业工序的说明。

在图7所示的C工序中，在步骤S6中，将树脂作为第二导热材料52向框体20的凹部21注入至凹部21的深度的一部分为止。然后，在步骤S7、S8中，以将下芯32浸渍于第二导热材料52的方式将磁性部件30收容于框体20的凹部21。

另外，图8所示的A工序及B工序与图5所示的A工序及B工序同样。需要说明的是，B工序之后接续的E工序是将通过B工序组装的磁性部件30向框体20的凹部21收容的工序。而且，F工序是向磁性部件30及框体20附加第一导热材料50及第二导热材料52的工序。

具体而言，在步骤S5之后接续的E工序的步骤S6’及步骤S7’中，将磁性部件30向框体20的凹部21收容。然后，进入F工序，在步骤S8’中，将树脂作为第二导热材料52注入至凹部21的深度的一部分为止。进而接下来，在步骤S9’中，向散热板10与框体20之间注入第一导热材料50。

另外，也可以在图5所示的步骤S1～S8之后，如图9示出的步骤S9～S11所示，使第二导热材料52无间隙地填充于框体20的凹部21。

如图8及图9所示，通过将第二导热材料52注入设置于框体20的凹部21的一部分或全部，磁性部件30的冷却效率进一步提高。

另外，如图10所示，在C工序的步骤S6”中，也可以取代作为树脂的第一导热材料50而将片状的第三导热材料54载置于框体20的上表面。第三导热材料54例如是经常作为热界面材料(Thermal Interface Materials)使用的具有弹性的传热片。第三导热材料54的导热系数为与第一导热材料50的导热系数同等或其以上。第三导热材料54在D工序的步骤S7”及步骤S8”中，夹入于散热板10与框体20之间。然后，在步骤S9”中，将第三导热材料54夹入之间的散热板10与框体20通过螺钉70固定。

由此，能够利用第三导热材料54的弹性来吸收将散热板10及磁性部件30向框体20组装时的组装尺寸公差。

另外，也可以如图11所示，在C工序的步骤S6”中，在框体20的上表面载置第三导热材料54，将树脂作为第二导热材料52向框体20的凹部21注入至凹部21的深度的一部分为止。然后，向D工序转移，在步骤S7”、S8”中，以将下芯32浸渍于第二导热材料52的方式将磁性部件30收容于框体20的凹部21。此外，在步骤S9”中，将第三导热材料54夹入之间的散热板10和框体20通过螺钉70进行固定。

此外，在图12所示的E工序及F工序中，在步骤S6”中将第三导热材料54载置于框体20的上表面，在步骤S7”中将磁性部件30收容于框体20的凹部21。然后，进入F工序，在步骤S8”中，将树脂作为第二导热材料52注入至凹部21的深度的一部分为止。进而接下来，在步骤S9”中，将第三导热材料54夹入之间的散热板10和框体20通过螺钉70进行固定。

另外，也可以如图13所示，在图10所示的步骤S9”中，将第三导热材料54夹入之间的散热板10和框体20通过螺钉70固定，然后，在步骤S10”～S12”中，使第二导热材料52无间隙地填充于框体20的凹部21。

另外，磁性部件30的上芯31及下芯32的形状并不局限于图3所示的形状。例如，可以如图14(a)所示，磁性部件30具有E字形状的上芯131和I字形状的下芯132。需要说明的是，上芯131的突出部131a、131b、131c具有相同的长度。

另外，可以如图14(b)所示，磁性部件30具有分别为F字形状的上芯231及下芯232。

另外，可以如图15所示，在散热板10的上表面形成供固定带40卡合的带卡合槽14。

另外，可以如图16所示，在散热板10形成供固定带40插通的带插通孔15。

另外，可以如图17所示，在散热板10形成将上表面与下表面连通的带插通孔16。在带插通孔16插通固定带40。

此外，可以如图18所示，在散热板10形成带插通孔16及带卡合槽14这两方。

此外，可以如图19所示，在散热板10形成长方形形状的凹状部分即带卡合槽17。如图19(b)所示，带插通孔16与散热板10的带卡合槽17连通。

这样，通过在散热板10形成供固定带40卡合的带卡合槽14、17或供固定带40插通的带插通孔15、16而使固定带40的定位变得容易，电力转换装置100的组装效率提高。而且，通过使固定带40的位置稳定，能够更可靠地使散热板10和磁性部件30固定。

另外，如图20所示，散热板10与绕组部33通过连接构件58连接。连接构件58具有螺栓58a及螺母58b。由此，能够限制绕组部33的上下左右的可动范围，使绕组部33的位置稳定。而且，由于绕组部33的热量经由螺栓58a向散热板10及大气传热，因此磁性部件30的冷却效率进一步提高。

另外，如图21所示，使散热板10与绕组部33连接的连接构件158可以是具有设置在散热板10与绕组部33之间的圆筒形状的间隔件158a和插通于间隔件158a的螺栓158b的结构。

另外，如图22所示，使散热板10与绕组部33连接的连接构件258可以是具有弯折成L字形状的钢板258a的结构。钢板258a通过螺栓258b而固定于散热板10。而且，钢板258a通过螺栓258c而固定于绕组部33。

另外，图23所示的连接构件358也同样地具有弯折的钢板358a，钢板358a通过螺栓258b而固定于散热板10，通过螺栓258c而固定于绕组部33。

另外，可以如图24(a)所示，将作为第四导热材料61的树脂涂布设置在散热板10与上芯31之间。

另外，可以如图24(b)所示，将作为第五导热材料62的树脂涂布设置在框体20与下芯32及固定带40之间。

第四导热材料61及第五导热材料62为硅酮化合物或油脂。第四导热材料61及第五导热材料62的厚度为几微米～几十微米。

通过设置第四导热材料61及第五导热材料62，电力转换装置100的散热性能进一步提高。

此外，可以如图25所示，绕组部33的带安装孔34形成为各种形状。

具体而言，在绕组部33形成供上芯31的突出部31a、31b及下芯32的突出部32a、32b卡合的一对芯卡合孔35。在图25(a)中，带安装孔34为长方形形状。四个带安装孔34设置在绕组部33的宽度方向上的芯卡合孔35的外侧。而且，四个带安装孔34也可以如图25(b)那样设置在绕组部33的长度方向上的芯卡合孔35的外侧。此外，也可以如图25(c)所示，在绕组部33设置两个长方形形状的带安装孔34。

另外，可以如图25(d)～(f)所示，带安装孔34是在绕组部33的外周形成的切口。

此外，可以如图25(g)、(h)所示，带安装孔34为圆形形状。

另外，图17所示的散热板10的带插通孔16可以对应于图25所示的绕组部33的带安装孔34的各形状而形成为图26所示那样的形状。

具体而言，可以如图26(a)、(b)所示，形成于散热板10的带插通孔16为四个长方形形状的孔。而且，可以如图26(c)所示，在散热板10形成两个带插通孔16。

另外，可以如图26(d)～(f)所示，带插通孔16是在散热板10的外周形成的切口。

此外，可以如图26(g)、(h)所示，带插通孔16为圆形形状。

需要说明的是，磁性部件30的下芯32与框体20进行热耦合的面积越大，则散热性能越提高，因此固定带40的宽度及带收容槽22的宽度优选尽可能窄。

另外，在该实施方式中，使用两条固定带40使散热板10和磁性部件30固定，但是没有限定于此，固定带40的条数也可以为一条，而且，在对散热性能没有影响的范围内也可以为三条以上。

【附图标记说明】

10散热板，14、17带卡合槽，15、16带插通孔，20框体，21凹部，22带收容槽，30磁性部件，31上芯，32下芯，33绕组部，34带安装孔，40固定带，50第一导热材料，52第二导热材料，54第三导热材料，61第四导热材料，62第五导热材料，100电力转换装置。