JP2025018450A - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換装置に関するものである。 This disclosure relates to a power conversion device.
近年の自動車を取りまく環境規制及び技術進歩により、さまざまな車格において電気自動車又はハイブリット自動車などの電動化車両が開発され、普及が進んでいる。駆動源にモータが用いられている電動化車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電動化車両に搭載される電力変換装置には、高電圧バッテリの電圧を降圧し、補器バッテリ用の電圧に変換するDC-DCコンバータがある。 Due to recent environmental regulations and technological advances surrounding automobiles, electrified vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles in various sizes have been developed and are becoming more and more popular. Electrified vehicles that use a motor as a drive source are equipped with multiple power conversion devices. Power conversion devices installed in electrified vehicles include DC-DC converters that step down the voltage of a high-voltage battery and convert it into voltage for an auxiliary battery.
DC-DCコンバータは、一般的に、高電圧の直流電圧を高電圧の交流電圧に変換するインバータ回路、高電圧の交流を低電圧の交流に変換するトランス、複数の整流素子を用いて低電圧の交流を整流し、直流パルス電圧に変換する整流回路、直流パルス電圧を平滑化する平滑リアクトルと平滑コンデンサ、及びこれらの部品を収容し、トランス及び整流素子等の発熱部品を冷却する水路を有した筐体を備える。磁性部品であるトランス及び平滑リアクトルは、発熱しやすい巻線及び磁性コアを有する。巻線及び磁性コアを効率よく冷却する観点から、トランス及び平滑リアクトルはプレーナ構造を採用する場合が多い。 A DC-DC converter generally comprises an inverter circuit that converts high-voltage DC voltage into high-voltage AC voltage, a transformer that converts high-voltage AC into low-voltage AC, a rectifier circuit that rectifies the low-voltage AC using multiple rectifier elements and converts it into a DC pulse voltage, a smoothing reactor and smoothing capacitor that smooth the DC pulse voltage, and a housing that houses these components and has water channels for cooling heat-generating components such as the transformer and rectifier elements. The transformer and smoothing reactor are magnetic components that have windings and a magnetic core that easily generate heat. From the perspective of efficiently cooling the windings and magnetic core, transformers and smoothing reactors often adopt a planar structure.
このようなDC-DCコンバータでは、全ての発熱部品を筐体の冷却面に平置きして配置する。そのため、自ずと発熱部品の中で最も高さの高い部品がDC-DCコンバータそのものの高さを律速することになる。またほとんどの場合において、最も高さが高い発熱部品はトランスもしくは平滑リアクトルであるため、トランス及び平滑リアクトルの高さにより、DC-DCコンバータの高さ及び筐体サイズが決定される。 In such DC-DC converters, all heat-generating components are placed flat on the cooling surface of the housing. As a result, the tallest heat-generating component naturally determines the height of the DC-DC converter itself. In most cases, the tallest heat-generating component is a transformer or smoothing reactor, so the height of the DC-DC converter and the size of its housing are determined by the height of the transformer and smoothing reactor.
そのため、トランスの高さを抑制した構成が開示されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示された構成では、トランスの高さを抑制するために磁性コアの形状を扁平化し、磁性コアの梁部が磁性コアの中脚に対して外側へ大きく迫り出す形状になっている。また、板金からなるトランス巻線の最外層の巻線を低圧側巻線とし、巻線を覆う樹脂被膜部から低圧側巻線を露出させて低圧側巻線と磁性コアとの間の高さ方向の隙間を縮めることで、トランスの高さを抑制している。
For this reason, configurations that suppress the height of transformers have been disclosed (see, for example, Patent Document 1). In the configuration disclosed in
上記特許文献1のトランスの構造では、磁性コアの形状を扁平化しているため、トランスの高さを抑制することができる。しかしながら、巻線巻回部のほとんど部分が高さ方向の両側から磁性コアにより挟まれているため、巻線巻回部を直接筐体と熱的に接続させることができないので、トランス端子で筐体と熱的に接続する構成になる。具体的には、巻線巻回部の中央に設けたセンタータップ端子が筐体と電気的に接続され、整流素子に接続される外側のトランス端子が伝熱シート等を介して筐体と熱的に接続されている。そのため、巻線の温度はトランス端子から最も離れた地点で最大となり、巻線の放熱経路は板金の半ターン分の長さになる。
In the transformer structure of
プレーナ構造の磁性部品では、この放熱経路長と損失に依存して巻線温度が決定される。そのため、小型化及び低コスト化の観点からは、放熱経路長を短縮し、巻線を細くして損失を上げても巻線温度を許容温度内に収めるのが望ましい。しかしながら、上記特許文献1では扁平形状の磁性コアで巻線巻回部を覆っているため、放熱経路長の短縮ができないので、巻線を太くする必要がある。その結果、磁性コアの窓寸法が拡大するため、巻線と磁性コアの両方が大型化すると共に、これらのコストが増大するという課題があった。
In planar-structure magnetic components, the winding temperature is determined by the heat dissipation path length and loss. Therefore, from the perspective of miniaturization and cost reduction, it is desirable to shorten the heat dissipation path length and make the winding thinner to keep the winding temperature within the allowable temperature range, even if the loss is increased. However, in the above-mentioned
そこで、本開示は、磁性部品の低背化を維持しつつ、巻線の放熱経路、巻線幅、及び磁性コアの窓幅を短縮し、小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ることを目的としている。 Therefore, the present disclosure aims to obtain a power conversion device that is compact and low-cost by shortening the heat dissipation path of the windings, the winding width, and the window width of the magnetic core while maintaining the low profile of the magnetic components.
本開示の電力変換装置は、単数又は複数の巻線、及び巻線が巻回され、巻線の巻回中心軸の方向に延出した主脚部と、巻線が巻回されていない、主脚部とは間隔を空けて配置された少なくとも一つの脚部と、巻線を跨いで主脚部と脚部とを連結した梁部と、を設けた磁性コアを有した磁性部品と、巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部、及び磁性コアが熱的に接続された冷却面を有し、巻線及び磁性コアを冷却する冷却器と、を備え、巻回中心軸の方向をZ方向とし、Z方向に垂直で主脚部から一つの脚部に向かって梁部の延出した方向をX方向とし、X方向及びZ方向に垂直な方向をY方向とし、磁性コアは、Z方向の他方側に設けられ、冷却面に熱的に接続された第一コア、及びZ方向の一方側に設けられた第二コアを有し、磁性コアからY方向の両側に突出した巻線の突出部分のそれぞれのZ方向の他方側に、放熱部の放熱面が配置され、各突出部分のZ方向の他方側の端部と各放熱面とが熱的に接続され、第一コアの梁部である第一の梁部のY方向の幅は、第二コアの梁部である第二の梁部のY方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Y方向の幅が大きくされた第二の梁部に対して、第一の梁部の側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有しているようにしたものである。 The power conversion device of the present disclosure comprises a magnetic component having a magnetic core with one or more windings, a main leg around which the winding is wound and extends in the direction of the winding central axis of the winding, at least one leg around which the winding is not wound and spaced apart from the main leg, and a beam section that connects the main leg and the leg across the winding, and a heat dissipation section to which the winding is thermally connected directly or via a heat dissipation member, and a cooling surface to which the magnetic core is thermally connected, and a cooler that cools the winding and the magnetic core, the direction of the winding central axis being the Z direction, the direction in which the beam section extends from the main leg towards one leg perpendicular to the Z direction being the X direction, and a heat dissipation section that is thermally connected to the magnetic core and a cooling surface ... The direction is the Y direction, the magnetic core has a first core provided on the other side in the Z direction and thermally connected to the cooling surface, and a second core provided on one side in the Z direction, the heat dissipation surface of the heat dissipation part is arranged on the other side in the Z direction of each of the protruding parts of the winding protruding from the magnetic core on both sides in the Y direction, the other end of each protruding part in the Z direction is thermally connected to each heat dissipation surface, the width in the Y direction of the first beam part, which is the beam part of the first core, is smaller than the width in the Y direction of the second beam part, which is the beam part of the second core, and each heat dissipation surface has a heat dissipation surface extension part in which the heat dissipation surface is extended on the first beam part side relative to the second beam part, which has a larger width in the Y direction.
本開示の電力変換装置によれば、磁性コアからY方向の両側に突出した巻線の突出部分のそれぞれのZ方向の他方側に、放熱部の放熱面が配置され、各突出部分のZ方向の他方側の端部と各放熱面とが熱的に接続され、第一コアの梁部である第一の梁部のY方向の幅は、第二コアの梁部である第二の梁部のY方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Y方向の幅が大きくされた第二の梁部に対して、第一の梁部の側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有しているため、第一の梁部のY方向の幅を短くしたことで巻線の第一コアに覆われる面積が少なくなり、巻線の放熱面積が拡大するので、巻線の放熱経路を短縮することができる。巻線の放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コアの窓幅を短縮することができる。磁性コアの窓幅が短縮されるため、磁性コアの実装面積が縮小されるので、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。また、第一の梁部のY方向の幅を、第二の梁部のY方向の幅よりも小さくした磁性コアの形状では、磁性コアの扁平形状は維持され、磁性部品の低背化は維持されているので、磁性部品の高さを抑制することができる。磁性部品の高さが抑制されるため、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。 According to the power conversion device of the present disclosure, the heat dissipation surface of the heat dissipation part is arranged on the other side in the Z direction of each of the protruding parts of the winding protruding from the magnetic core on both sides in the Y direction, and the other end of each protruding part in the Z direction is thermally connected to each heat dissipation surface, and the width in the Y direction of the first beam part, which is the beam part of the first core, is smaller than the width in the Y direction of the second beam part, which is the beam part of the second core, and each heat dissipation surface has a heat dissipation surface extension part in which the heat dissipation surface is extended on the first beam part side with respect to the second beam part whose width in the Y direction is larger. Therefore, by shortening the width in the Y direction of the first beam part, the area of the winding covered by the first core is reduced, and the heat dissipation area of the winding is expanded, so that the heat dissipation path of the winding can be shortened. Since the heat dissipation path of the winding is shortened, the winding width can be shortened, and the window width of the magnetic core can be shortened. Since the window width of the magnetic core is shortened, the mounting area of the magnetic core is reduced, and the power conversion device can be made smaller and less expensive. In addition, in a magnetic core shape in which the Y-direction width of the first beam portion is smaller than the Y-direction width of the second beam portion, the flat shape of the magnetic core is maintained and the low height of the magnetic components is maintained, so the height of the magnetic components can be reduced. Because the height of the magnetic components is reduced, the power conversion device can be made smaller and less expensive.
以下、本開示の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。 The power conversion device according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the same or equivalent members and parts in each drawing will be denoted with the same reference numerals.
実施の形態1.
図1は実施の形態1による電力変換装置100の回路構成の例を示す図、図2は電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図、図3は電力変換装置100のトランス3のトランス巻線部101の分解斜視図、図4は電力変換装置100のトランス3の平面図で、第一コア11a、冷却器17、及び伝熱シート12a、12bのみを示し、第二コア11bの外形を一点鎖線、放熱面19a、19bと放熱面拡張部24a、24b、24c、24dを破線で示した図、図5は図2のA-A断面位置で切断した、分解していない電力変換装置100のトランス3を示す断面図である。本実施の形態では、電力変換装置100は、直流電源の直流電圧をトランス3で絶縁された二次側直流電圧に変換して、バッテリ等の負荷に直流電圧を出力する降圧型のDC-DCコンバータである。電力変換装置100は、降圧コンバータに限るものではなく、昇圧コンバータであっても構わない。
Fig. 1 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a
<電力変換装置100の主回路構成>
電力変換装置100の主回路構成の例を、図1により説明する。図1において、左側が入力側、右側が出力側である。電力変換装置100は、左側で直流電源(図示せず)に接続され、右側で、例えば、低電圧バッテリなどの負荷(図示せず)に接続される。電力変換装置100は、インバータ回路2の入力電圧を平滑化する入力コンデンサ1と、半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dを有し、入力された直流電圧を交流電圧に変換して一次巻線3aへ給電を行うインバータ回路2と、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cを有し、インバータ回路2から出力された交流電力の電圧を変換して出力する、絶縁されたトランス3と、二次巻線3b、3cから出力された交流電圧を整流する、複数の整流素子4a、4bを有した整流回路4と、整流回路4の出力である整流された電圧波形を平滑化する、平滑コンデンサ6及びリアクトル巻線を有した平滑リアクトル5とを備える。二次巻線3b、3cはセンタータップ3dを有し、センタータップ3dは、平滑リアクトル5に接続される。トランス3及び平滑リアクトル5は、磁性部品である。
<Main circuit configuration of
An example of the main circuit configuration of a
インバータ回路2は、フルブリッジ構成された複数の半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dを有する。本実施の形態では、インバータ回路2は、4つの半導体スイッチング素子を有するが、半導体スイッチング素子の個数はこれに限るものではない。半導体スイッチング素子は、例えば、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。なお、半導体スイッチング素子は、MOSFETに限るものではなく、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の自己消弧型半導体スイッチング素子でも構わない。半導体スイッチング素子は、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、もしくは窒化ガリウム(GaN)などの半導体材料からなる半導体基板に形成される。
The
整流素子4a、4bは、例えば、ダイオードである。センタータップ3dに設けたセンタータップ端子以外のトランス3の二次側の端子は、整流素子4a、4bにそれぞれ接続される。本実施の形態では、整流素子4a、4bは、それぞれ一つのダイオードで示しているが、2つ以上のダイオードを並列に接続した構成であっても構わない。また、整流素子として、MOSFET等の自己消弧型半導体スイッチング素子を整流回路4に用いても構わない。
The rectifying
<電力変換装置100の構成>
電力変換装置100の構成について、図2から図4により説明する。電力変換装置100は、磁性部品と冷却器17とを備える。磁性部品は、単数又は複数の巻線、及び磁性コア11を有する。本実施の形態では、図2に示すように、磁性部品はトランス3であり、トランス3は複数の巻線を有し、複数の巻線からトランス巻線部101が形成されている。トランス3が有する巻線は、図1に示した一次巻線3a及び二次巻線3b、3cである。図3において、一次巻線3aは、板状に形成された第一の一次巻線13aと第二の一次巻線13bとから構成される。二次巻線3bは、第一の二次巻線14aから構成され、二次巻線3cは、第二の二次巻線14bから構成され、いずれも板状に形成される。一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの枚数はこれに限るものではなく、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの形状は板状に限るものではない。本実施の形態では、第一の一次巻線13a及び第二の一次巻線13bのそれぞれの巻回数は3で、第一の二次巻線14a及び第二の二次巻線14bのそれぞれの巻回数は1であるが、各巻線の巻回数はこれに限るものではない。
<Configuration of
The configuration of the
磁性コア11は、図2に示すように、巻線が巻回され、巻線の巻回中心軸の方向に延出した主脚部23a、23bと、巻線が巻回されていない、主脚部23a、23bとは間隔を空けて配置された少なくとも一つの脚部と、巻線を跨いで主脚部23a、23bと脚部とを連結した梁部とを有する。本実施の形態では、磁性コア11は、二つの脚部を有する。一つ目の脚部は、脚部21b、21dから構成され、二つ目の脚部は、脚部21a、21cから構成される。磁性コア11は、例えば、マンガン系フェライトコアからなる。
As shown in FIG. 2, the
冷却器17は、トランス3が配置される筐体であり、巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部18a、18b、及び磁性コア11が熱的に接続された冷却面17aを有し、巻線及び磁性コア11を冷却する。本実施の形態では、放熱部18aに放熱部材である伝熱シート12aが設けられ、放熱部18bに放熱部材である伝熱シート12bが設けられる。伝熱シート12a、12bには、例えば、シリコーンゴムシート又はウレタンゴムシートが用いられる。冷却器17は、例えば、冷媒が流れる冷媒流路(図示せず)を有する。冷媒には、例えば、水又はエチレングリコール液が使用される。冷却器17は、例えば、アルミニウムなどの金属から作製される。
The cooler 17 is a housing in which the
巻回中心軸の方向をZ方向とし、Z方向に垂直で主脚部23a、23bから一つの脚部21b、21dに向かって梁部の延出した方向をX方向とし、X方向及びZ方向に垂直な方向をY方向とする。図において、それぞれの矢印の指す方向を一方側とし、それぞれの矢印の指す方向の反対方向を他方側とする。一つ目の脚部21b、21dは、主脚部23a、23bのX方向の一方側に配置され、二つ目の脚部21a、21cは、主脚部23a、23bのX方向の他方側に配置される。
The direction of the winding central axis is the Z direction, the direction perpendicular to the Z direction in which the beam extends from the
磁性コア11は、Z方向の他方側に設けられ、冷却面17aに熱的に接続された第一コア11a、及びZ方向の一方側に設けられた第二コア11bを有する。第一コア11aのZ方向の他方側の面は、例えば、熱伝導性を有したグリスが塗布され、冷却面17aに熱的に接続される。冷却器17の冷却面17aからZ方向に、第一コア11a、トランス巻線部101、第二コア11bの順に配置される。本実施の形態では、磁性コア11が二つの脚部を有するため、第一コア11aは主脚部23aと脚部21aとを連結した梁部である第一の梁部22aと、主脚部23aと脚部21bとを連結した梁部である第一の梁部22bとを有する。第二コア11bは主脚部23bと脚部21cとを連結した梁部である第二の梁部22cと、主脚部23bと脚部21dとを連結した梁部である第二の梁部22dとを有する。
The
磁性コア11からY方向の両側に突出した巻線の突出部分のそれぞれのZ方向の他方側に、放熱部の放熱面が配置される。各突出部分のZ方向の他方側の端部と各放熱面とが熱的に接続される。放熱部18aには放熱面19a、放熱部18bには放熱面19bが配置される。放熱面19a、19bは、図2、図4において、破線で示した部分である。Y方向の一方側の巻線の突出部分のZ方向の他方側の端部と放熱面19bとが熱的に接続され、Y方向の他方側の巻線の突出部分のZ方向の他方側の端部と放熱面19aとが熱的に接続される。図4に示すように、放熱面19a、19bは、第一の二次巻線14aの直下で、一点鎖線で示した第二コア11bの外周部分に対し、一定の隙間を空けて設けられた部分である。
The heat dissipation surface of the heat dissipation section is arranged on the other side in the Z direction of each of the protruding parts of the winding that protrude from the
本実施の形態では、第一コア11aのZ方向の他方側に、冷却面17aが配置され、第一コア11aのZ方向の他方側の端部と冷却面17aとが熱的に接続され、放熱部18a、18bは、冷却面17aからZ方向の一方側に突出した冷却器17の部分である。このように構成することで、伝熱シート12a、12bと冷却器17との間の熱抵抗が低減するため、巻線の温度上昇を抑制することができる。巻線の温度上昇が抑制されるため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅(梁部のX方向の寸法)を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
In this embodiment, the cooling
放熱部18a、18bが、冷却面17aから突出した冷却器17の部分である構成に限るものではなく、別の放熱部材を放熱部として設けても構わないが、放熱部18a、18bを冷却面17aから突出した冷却器17の部分とすることで、放熱部18a、18bを容易に作製することができる。例えば、冷却器17をアルミダイカストで作製する場合、冷却器17の作製時に、放熱部18a、18bを同時に作製することができる。
The
<トランス巻線部101>
トランス巻線部101の構成について説明する。図3に示すように、トランス巻線部101の巻線は、Z方向の他方側から順に、第一の二次巻線14a、第一の一次巻線13a、第二の一次巻線13b、第二の二次巻線14bが配置される。それぞれの巻線は、平面上を湾曲した板状に形成されている。それぞれの巻線は、例えば、銅などの板金から打ち抜き加工により形成される。巻線の形状は板状に限るものではないが、巻線を板状に形成することで、巻線が丸線等である場合とは異なり、各巻線の間及び第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の互いに向き合う面を増やすことができる。各巻線の間及び第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の互いに向き合う面が増えるため、これらの間の熱抵抗が低減するので、巻線の冷却効果を向上させることができる。巻線の冷却効果が向上するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
<
The configuration of the
磁性部品は、絶縁性を有した樹脂部材からなり、巻線を取り囲む被膜部を有し、被膜部のZ方向の他方側は開口し、巻線のZ方向の他方側の部分は被膜部から露出している。本実施の形態では、被膜部であるセパレータ15a、15b、15c、15dがトランス巻線部101に設けられる。セパレータ15aが第一の二次巻線14aと第一の一次巻線13aとの間に配置され、セパレータ15bが第一の一次巻線13aと第二の一次巻線13bとの間に配置され、セパレータ15cが第二の一次巻線13bと第二の二次巻線14bとの間に配置され、セパレータ15dが第二の二次巻線14bと放熱板16との間に配置される。本実施の形態では、第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分が被膜部から露出する。第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分は、Y方向の他方側で伝熱シート12aを介して放熱部18aに熱的に接続され、Y方向の一方側で伝熱シート12bを介して放熱部18bに熱的に接続される。
The magnetic part is made of an insulating resin member and has a coating portion surrounding the winding, the other side of the coating portion in the Z direction is open, and the other side of the winding in the Z direction is exposed from the coating portion. In this embodiment,
第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分が被膜部から露出することで、第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の熱抵抗が低減するので、第一の二次巻線14aの冷却効果を向上させることができる。巻線の冷却効果が向上するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。また本実施の形態では、第一の二次巻線14aは低圧側の巻線であり、第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の絶縁耐圧を低く設定することできるため、第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間に熱伝達率が高く絶縁性能が低い伝熱シート12a、12bを用いることができる。また被膜部を設けることで、各巻線の間の絶縁が確保されると共に各巻線の間のZ方向の距離を縮めることができるので、電力変換装置100を小型化することができる。
By exposing the other side of the first secondary winding 14a in the Z direction from the coating, the thermal resistance between the first secondary winding 14a and the
本実施の形態では、被膜部として複数のセパレータを設けたがこれに限るものではなく、巻線のZ方向の他方側の部分を被膜部から露出させて、樹脂部材により巻線を封止した構成でも構わない。 In this embodiment, multiple separators are provided as the coating portion, but this is not limited to this. The other side of the winding in the Z direction may be exposed from the coating portion, and the winding may be sealed with a resin member.
セパレータ15bの内側は開口し、第一の一次巻線13aの一方の端部と第二の一次巻線13bの一方の端部とはセパレータ15bの開口した部分で、例えば溶接により直列に接続される。第一の一次巻線13aの他方の端部に一次巻線端子25aが設けられ、第二の一次巻線13bの他方の端部に一次巻線端子25bが設けられる。一次巻線端子25a、25bは、図1に示すインバータ回路2の出力端に接続される。
The inside of the
図3に示すように、第一の二次巻線14aの一方の端部に二次巻線端子26cが設けられ、第二の二次巻線14bの一方の端部に二次巻線端子26dが設けられる。二次巻線端子26cと二次巻線端子26dとは、例えば溶接により接続され、センタータップ3dが形成される。第一の二次巻線14aの他方の端部に二次巻線端子26bが設けられ、第二の二次巻線14bの他方の端部に二次巻線端子26aが設けられる。二次巻線端子26aは、図1に示す整流素子4aのカソードに接続され、二次巻線端子26bは、図1に示す整流素子4bのカソードに接続される。センタータップ3dは図1に示す平滑リアクトル5と接続される。
As shown in FIG. 3, a secondary winding terminal 26c is provided at one end of the first secondary winding 14a, and a secondary winding terminal 26d is provided at one end of the second secondary winding 14b. The secondary winding terminal 26c and the secondary winding terminal 26d are connected, for example, by welding to form a
電力変換装置100は、銅又はアルミニウムなどの板状に形成された金属からなり、巻線と第二の梁部との間に配置された放熱板16を備える。放熱板16は、巻線と熱的に接続され、冷却器17と熱的かつ電気的に接続されている。本実施の形態では、放熱板16は、セパレータ15dを介して第二の二次巻線14bと第二の梁部22c、22dとの間に配置される。放熱板16は、第二の二次巻線14bと熱的に接続される。放熱板16は、冷却器17に接続される部分として接続端部30a、30b、30cを有する。本実施の形態では、接続端部30a、30b、30cのそれぞれに設けた貫通孔を利用して、接続端部30a、30bと冷却器17の放熱部18bとがねじ止めにより熱的かつ電気的に接続され、接続端部30cと冷却器17の放熱部18aとがねじ止めにより熱的かつ電気的に接続される。本実施の形態では、放熱板16は3つの接続端部を有するが、接続端部の個数はこれに限るものではない。
The
このように構成することで、トランス巻線部101のZ方向の一方側の端部に冷却器17と熱的に接続された放熱板16が配置されるため、冷却器17から遠い位置で温度が上昇しやすい第二の一次巻線13bを重点的に冷却することができる。第二の一次巻線13bが重点的に冷却されるため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
By configuring in this manner, the
<梁部のY方向の幅と放熱面拡張部>
本開示の要部である梁部のY方向の幅と放熱面拡張部について説明する。第一コア11aの梁部である第一の梁部22a、22bのY方向の幅は、第二コア11bの梁部である第二の梁部22c、22dのY方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Y方向の幅が大きくされた第二の梁部22c、22dに対して、第一の梁部22a、22bの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有している。本実施の形態では、図4に示すように、放熱面19aは、第一の梁部22aの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部24aと、第一の梁部22bの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部24bとを有する。放熱面19bは、第一の梁部22aの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部24cと、第一の梁部22bの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部24dとを有する。
<Y-direction width of beam and heat dissipation surface extension>
The width of the beam portion in the Y direction and the heat dissipation surface extension portion, which are the main parts of this disclosure, will be described. The width of the
また本実施の形態では、Z方向に見て、第二の梁部の部分と放熱面拡張部とが重複している。第二の梁部22cのY方向の他方側の部分が放熱面拡張部24aと重複し、第二の梁部22cのY方向の一方側の部分が放熱面拡張部24cと重複している。第二の梁部22dのY方向の他方側の部分が放熱面拡張部24bと重複し、第二の梁部22dのY方向の一方側の部分が放熱面拡張部24dと重複している。
In addition, in this embodiment, when viewed in the Z direction, a portion of the second beam portion and the heat dissipation surface extension overlap. A portion on the other side of the
このように構成することで、第一の梁部22a、22bのY方向の幅を短くした分、第一の二次巻線14aの第一コア11aに覆われる面積が少なくなり、第一の二次巻線14aの放熱面積が拡大するため、第一の二次巻線14aの放熱経路を短縮させることができる。第一の二次巻線14aの放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。また、第一の梁部22a、22bのY方向の幅を、第二の梁部22c、22dのY方向の幅よりも小さくした磁性コア11の形状では、磁性コア11の扁平形状は維持され、トランス3の低背化は維持されているので、トランス3の高さを抑制することができる。トランス3の高さが抑制されるため、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
By configuring in this way, the area covered by the
本実施の形態では、Z方向に見て、第二の梁部の部分と放熱面拡張部とが重複している構成であるが、これに限るものではない。例えば、冷却器17及び磁性コア11の寸法公差等により、第一コア11aと放熱面19a、19b及び放熱面拡張部24a~24dとの隙間を第一の梁部22a、22bの幅短縮分以上に確保する必要がある場合、第二の梁部22c、22dの部分と放熱面拡張部24a~24dとは重複しない位置に配置される。その場合においても放熱面拡張部24a~24dが設けられ、放熱面19a、19bは拡大しているので、第一の二次巻線14aの放熱経路が短縮することができる。第一の二次巻線14aの放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
In this embodiment, the second beam portion and the heat dissipation surface extension portion overlap when viewed in the Z direction, but this is not limited to this. For example, if it is necessary to ensure a gap between the
本実施の形態では、第一コア11aの第一の梁部22a、22bのY方向の幅は、主脚部23a及び脚部21a、21bのY方向の幅よりも小さく、放熱面拡張部は、放熱部の第一の梁部の側の側面から第一の梁部の側に突出した放熱部の部分に設けられている。放熱面拡張部24aは、放熱部18aの第一の梁部22aの側の側面から第一の梁部22aの側に突出した放熱部18aの部分に設けられ、放熱面拡張部24bは、放熱部18aの第一の梁部22bの側の側面から第一の梁部22bの側に突出した放熱部18aの部分に設けられている。放熱面拡張部24cは、放熱部18bの第一の梁部22aの側の側面から第一の梁部22aの側に突出した放熱部18bの部分に設けられ、放熱面拡張部24dは、放熱部18bの第一の梁部22bの側の側面から第一の梁部22bの側に突出した放熱部18bの部分に設けられている。
In this embodiment, the width in the Y direction of the
このように構成することで、電力変換装置100のY方向の大きさを変更することなく放熱面拡張部24a、24b、24c、24dを設けることができるので、容易に電力変換装置100に放熱面拡張部24a、24b、24c、24dを形成することができる。
By configuring in this manner, the heat
第一の梁部22a、22bのY方向の幅を狭くすることによる影響について、図5を用いて説明する。図5の磁性コア11に示した矢印は、放熱経路を示すものである。放熱経路29a、29bは、第二の梁部22cの放熱経路で、放熱経路29c、29dは、第二の梁部22dの放熱経路である。放熱経路29eは、第一の梁部22aの放熱経路で、放熱経路29fは、第一の梁部22bの放熱経路である。
The effect of narrowing the width of the
本実施の形態では第一の梁部22a、22bのY方向の幅を短くした分、第一の梁部22a、22bのX方向に形成される磁路の断面積が小さくなるため、第一の梁部22a、22bの磁束密度及び損失密度が増加する。トランス用の磁性コアの磁路の断面積は、飽和磁束密度と熱成立の何れかの制約により決定される。一般的なコア材であるマンガン系フェライト材は磁束密度が同じである条件下では損失密度が周波数に対し1.5~2乗に比例して増加するため、近年は半導体スイッチング素子の高周波駆動化に伴い、磁路の断面積は熱成立により制約される傾向がある。
In this embodiment, the width of the
そのため、損失密度が増加した分だけ磁路の断面積に制約がかかる。しかしながら、第一の梁部22a、22bは冷却器17の直上に配置されているため、第一の梁部22a、22bの冷却効果は大きいので、磁性コア11の許容温度に対し余裕がある。一方、第二コア11bの第二の梁部22c、22dは冷却器17から最も離れた位置にあるため、放熱経路が長くなり、磁性コア11の中で最も温度が高くなる。しかしながら、図5に示すように、第二の梁部22c、22dの放熱経路29a、29b、29c、29dは第一の梁部22a、22bを通らないため、第一の梁部22a、22bでの損失密度増加で温度が上昇する等の影響を放熱経路29a、29b、29c、29dが受けることは殆ど無い。そのため、本実施の形態では、磁性コア11を大型化することなく、第一の梁部22a、22bのY方向の幅及び磁路の断面積を削減することができる。
Therefore, the cross-sectional area of the magnetic path is restricted by the amount of increase in loss density. However, since the
以上では、トランス3が磁性部品である場合について説明し、トランス3の一次巻線3a及び二次巻線3b、3cが磁性部品の巻線であった。磁性部品は平滑リアクトル5であってもよく、平滑リアクトル5が磁性部品である場合、平滑リアクトル5のリアクトル巻線が磁性部品の巻線になる。磁性部品がトランス3であっても、平滑リアクトル5であっても本開示の構成であれば、巻線の放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コアの窓幅を短縮することができる。磁性コアの窓幅が短縮されるため、磁性コアの実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
The above describes the case where the
図1に示す降圧型のDC-DCコンバータは、低圧側の二次巻線3b、3c及びリアクトル巻線に大電流が流れるため、これらの巻線の銅損が相対的に大きくなる。このため、降圧型のDC-DCコンバータの二次巻線3b、3c及びリアクトル巻線は太くせざるを得ないが、本開示の構成を適用することで、巻線の実装面積の寸法が縮小するので、電力変換装置100を低コスト化することができる。
In the step-down DC-DC converter shown in FIG. 1, a large current flows through the low-voltage side
以上のように、実施の形態1による電力変換装置100において、第一コア11aの梁部である第一の梁部22a、22bのY方向の幅が、第二コア11bの梁部である第二の梁部22c、22dのY方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Y方向の幅が大きくされた第二の梁部22c、22dに対して、第一の梁部22a、22bの側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有しているため、第一の梁部22a、22bのY方向の幅を短くした分、第一の二次巻線14aの第一コア11aに覆われる面積が少なくなり、第一の二次巻線14aの放熱面積が拡大するので、第一の二次巻線14aの放熱経路を短縮することができる。第一の二次巻線14aの放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置を小型化及び低コスト化することができる。また、第一の梁部22a、22bのY方向の幅を、第二の梁部22c、22dのY方向の幅よりも小さくした磁性コア11の形状では、磁性コア11の扁平形状は維持され、トランス3の低背化は維持されているので、トランス3の高さを抑制することができる。トランス3の高さが抑制されるため、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
As described above, in the
巻線が、平面上を湾曲した板状に形成されている場合、巻線が丸線等である場合とは異なり、各巻線の間及び第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の互いに向き合う面を増やすことができる。各巻線の間及び第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の互いに向き合う面が増えるため、これらの間の熱抵抗が低減するので、巻線の冷却効果を向上させることができる。巻線の冷却効果が向上するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
When the winding is formed into a curved plate shape on a plane, unlike when the winding is a round wire, etc., the number of surfaces facing each other between the windings and between the first secondary winding 14a and the
磁性部品が、絶縁性を有した樹脂部材からなり、巻線を取り囲む被膜部を有し、被膜部のZ方向の他方側が開口し、第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分が被膜部から露出している場合、第一の二次巻線14aと放熱部18a、18bとの間の熱抵抗が低減するので、第一の二次巻線14aの冷却効果を向上させることができる。巻線の冷却効果が向上するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
When the magnetic component is made of an insulating resin member, has a coating portion surrounding the winding, has the other side of the coating portion in the Z direction open, and has the other side of the first secondary winding 14a in the Z direction exposed from the coating portion, the thermal resistance between the first secondary winding 14a and the
Z方向に見て、第二の梁部の部分と放熱面拡張部とが重複している場合、第一の二次巻線14aの放熱面積がさらに拡大するので、第一の二次巻線14aの放熱経路をさらに短縮することができる。第一の二次巻線14aの放熱経路がさらに短縮するため、巻線幅をさらに短縮することができるので、磁性コア11の窓幅をさらに短縮することができる。磁性コア11の窓幅がさらに短縮されるため、磁性コア11の実装面積がさらに縮小されるので、電力変換装置100をさらに小型化及び低コスト化することができる。
When viewed in the Z direction, if the second beam portion and the heat dissipation surface extension portion overlap, the heat dissipation area of the first secondary winding 14a is further expanded, so the heat dissipation path of the first secondary winding 14a can be further shortened. Since the heat dissipation path of the first secondary winding 14a is further shortened, the winding width can be further shortened, so the window width of the
第一コア11aのZ方向の他方側に、冷却面17aが配置され、第一コア11aのZ方向の他方側の端部と冷却面17aとが熱的に接続され、放熱部18a、18bが、冷却面17aからZ方向の一方側に突出した冷却器17の部分である場合、伝熱シート12a、12bと冷却器17との間の熱抵抗が低減するため、巻線の温度上昇を抑制することができる。巻線の温度上昇が抑制されるため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
When the
電力変換装置100が、金属からなり、巻線と第二の梁部との間に配置された放熱板16を備え、放熱板16が、巻線と熱的に接続され、冷却器17と熱的かつ電気的に接続されている場合、トランス巻線部101のZ方向の端部に冷却器17と熱的に接続された放熱板16が配置されるため、冷却器17から遠い位置で温度が上昇しやすい第二の一次巻線13bを重点的に冷却することができる。第二の一次巻線13bが重点的に冷却されるため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
When the
第一コア11aの第一の梁部22a、22bのY方向の幅が、主脚部23a及び脚部21a、21bのY方向の幅よりも小さく、放熱面拡張部が、放熱部の第一の梁部の側の側面から第一の梁部の側に突出した放熱部の部分に設けられている場合、電力変換装置100のY方向の大きさを変更することなく放熱面拡張部24a、24b、24c、24dを設けることができるので、容易に電力変換装置100に放熱面拡張部24a、24b、24c、24dを形成することができる。
When the Y-direction width of the
電力変換装置100が降圧コンバータもしくは昇圧コンバータであり、トランス3の一次巻線3a及び二次巻線3b、3cが磁性部品の巻線であり、トランス3が磁性部品である、又は、平滑リアクトル5のリアクトル巻線が磁性部品の巻線であり、平滑リアクトル5が磁性部品である場合、磁性部品がトランス3であっても、平滑リアクトル5であっても本開示の構成であれば、巻線の放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コアの窓幅を短縮することができる。磁性コアの窓幅が短縮されるため、磁性コアの実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
When the
実施の形態2.
実施の形態2に係る電力変換装置100について説明する。図6は実施の形態2による電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図である。実施の形態2に係る電力変換装置100のトランス3は、少なくとも何れか一つの方向の厚みが均一な第一コア11c及び第二コア11dを有し、磁性コア11の歩留まりを向上させた構成になっている。
A
本実施の形態の磁性コア11について説明する。第一コア及び第二コアの一方はY方向の厚みが均一なEコア、第一コア及び第二コアの他方が少なくともZ方向の厚みが均一なIコアである。又は、第一コア及び第二コアの一方がY方向の厚みが均一なUコア、第一コア及び第二コアの他方が少なくともZ方向の厚みが均一なIコアである。図6に示した電力変換装置100では、第二コア11dはY方向の厚みが均一なEコア、第一コア11cはZ方向の厚みが均一なIコアである。磁性コア11の構成はこれに限るものではなく、第二コア11dはY方向の厚みが均一なUコアであっても構わない。
The
このように構成する理由について説明する。実施の形態1の図2に示した第一コア11aは、X方向、Y方向、Z方向のいずれの方向においてもコアの厚みが均一ではない。第一の梁部22a、22bの様に厚みが薄い部分がある場合、磁性コア11の製造時に歩留まりが悪化し、磁性コア11のコストが上昇するリスクがある。磁性コア11の製造工程の一つであるプレス成形では、図2おけるY方向、Z方向のいずれかの方向に見て、同一平面となる磁性コア11の面がある方向の両面からプレスパンチを当てて、圧力をかけながら磁性コア11の成形を行う。しかしながら、第一コア11aの場合、同一平面に形成された面はZ方向の他方側にしかない。プレス成形時、Z方向の他方側と脚部21a、21b及び主脚部23aのZ方向の一方側の面にのみにプレスパンチが当てられ、第一の梁部22a、22bのZ方向の一方側の面は金型で押さえることになる。そのため、第一の梁部22a、22bのZ方向の一方側の面に圧力がかかりにくくなり、第一の梁部22a、22bでのコア材粒子の密度が小さくなる。第一の梁部22a、22bのコア材粒子の密度が小さくなるため、第一の梁部22a、22bでクラック等の不具合が発生しやすくなり、第一コア11aの歩留まりが悪化するので、第一コア11aのコスト上昇の要因になる。
The reason for this configuration will be explained. The
本実施の形態では、少なくとも何れか一つの方向の厚みが均一な第一コア11c及び第二コア11dを有し、厚みが均一な方向が磁性コア成形時のプレス方向になる。図6において、第二コア11dはY方向、第一コア11cはZ方向が成形時のプレス方向であり、プレス方向で各コアの厚みは均一である。このように構成することで、第一コア11c、第二コア11dの様に少なくとも何れか一つの方向の厚みが均一なコアは、プレス成形時にコアの全ての領域に両面からプレスパンチを当てることができるため、コア全体に均等に圧力をかけることができる。コア全体に均等に圧力がかかるため、コア全体でコア材粒子の密度が均等になるので、コアの製造歩留まりの悪化を抑制することができる。コアの製造歩留まりの悪化が抑制されるため、磁性コア11のコストをさらに低減することができる。
In this embodiment, the
実施の形態3.
実施の形態3に係る電力変換装置100について説明する。図7は実施の形態3による電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図である。実施の形態3に係る電力変換装置100のトランス3は、第一コア11aの周囲にポッティング材27を有した構成になっている。
A
放熱部18cは、第一コア11aの外周部を取り囲み、第一コア11aの外周部とは隙間を空けて設けられ、第一コア11aの外周部と放熱部18cとの間の隙間の部分に、第一の梁部22a、22bのZ方向の高さ以下の高さまで熱伝導部材であるポッティング材27が充填されている。第一コア11aの外周部は、巻線の巻回中心軸周りの第一コア11aの外周の部分である。放熱部18cは、冷却面17aからZ方向の一方側に突出した冷却器17の部分であり、環状に形成されている。
The
このように構成することで、第一の梁部22a、22bの外周部がポッティング材27を介して放熱部18cに熱的に接続されるため、磁路断面積が小さく損失密度が高い第一の梁部22a、22bの冷却効果を向上させることができる。第一の梁部22a、22bの冷却効果が向上するので、第一の梁部22a、22bの温度を下げることができる。また、第一コア11aの脚部21a、21b、及び主脚部23aの冷却効果も向上するため、第一コア11a、第二コア11bの許容温度に余裕ができるので、さらに磁性コア11を小型化及び低コスト化することができる。磁性コア11が小型化及び低コスト化するため、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
By configuring in this manner, the outer periphery of the
実施の形態4.
実施の形態4に係る電力変換装置100について説明する。図8は実施の形態4による電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図である。実施の形態4に係る電力変換装置100のトランス3は、磁性コア11にUコアを用いた構成になっている。トランス巻線部101は図3と同等の構成であるため、トランス巻線部101の説明は省略する。
A
本実施の形態の磁性コア11について説明する。第一コア及び第二コアの一方又は双方は、Uコアである。図8に示した電力変換装置100では、第一コア11e及び第二コア11fの双方が、Uコアである。また本実施の形態では、第一コア11eにおける、第一の梁部22a、脚部21a、及び主脚部23aに対向した放熱部18cの側面は同一平面に形成されているため、放熱面拡張部は破線で示した放熱面拡張部24e、24fの部分に形成される。放熱部18cは、Z方向に見て、U字状に形成され、U字の底部の部分は主脚部23aに対向した部分を有している。伝熱シート12cはZ方向に見てU字状に設けられ、放熱部18cのU字の底部の部分は、伝熱シート12cを介して、第一の二次巻線14aと熱的に接続されている。
The
このように構成することで、磁性コア11にUUコアを用いた場合、先の実施の形態で示したEEコア又はEIコアと異なり、トランス巻線部101のX方向の他方側の部分が磁性コア11に覆われないため、トランス巻線部101のX方向の他方側の第一の二次巻線14aの放熱面積を拡大することができる。第一の二次巻線14aの放熱面積が拡大するので、第一の二次巻線14aの放熱経路を短縮することができる。第一の二次巻線14aの放熱経路が短縮するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
By configuring in this way, when a UU core is used for the
一方、第一の梁部及び第二の梁部がそれぞれ1箇所ずつとなるため、梁部に必要な磁路断面積がEEコア及びEIコアの2倍となる。このため、EEコア及びEIコアを適用した場合に比べて、第一コア11eは磁路に対し垂直な第一の梁部22aのY方向の幅が広く、巻線の放熱経路が長くなり、第二コア11fはコア高さが高くなる。よって、本開示の構成を適用することにより、磁性コア11の高さが抑制される効果を得ることができる。
On the other hand, since there is only one first beam portion and one second beam portion, the cross-sectional area of the magnetic path required for the beam portion is twice that of the EE core and EI core. For this reason, compared to the case where the EE core and EI core are applied, the
実施の形態5.
実施の形態5に係る電力変換装置100について説明する。図9は実施の形態5による電力変換装置100のトランス3及び平滑リアクトル5を示す分解斜視図である。実施の形態5に係る電力変換装置100のトランス3と平滑リアクトル5は、トランス3と平滑リアクトル5の有した磁性コア11が一体化され、磁性コア11に共通の磁路が形成された構成になっている。
A
本実施の形態では、磁性部品はトランス3及び平滑リアクトル5である。磁性コア11は、一つの脚部32a、32bと、主脚部である、第一主脚部34a、34c及び第二主脚部34b、34dと、を有する。第一コア11gは脚部32a、第一主脚部34a、及び第二主脚部34bを有し、脚部32aと第一主脚部34aとは第一の梁部33aにより連結され、脚部32aと第二主脚部34bとは第一の梁部33bにより連結される。第二コア11hは脚部32b、第一主脚部34c、及び第二主脚部34dを有し、脚部32bと第一主脚部34cとは第二の梁部33cにより連結され、脚部32bと第二主脚部34dとは第二の梁部33dにより連結される。
In this embodiment, the magnetic components are a
脚部32a、32b、第一主脚部34a、34c、及び第二主脚部34b、34dは、X方向又はX方向の反対方向に、第一主脚部34a、34c、脚部32a、32b、第二主脚部34b、34dの順に並べて配置される。巻線であり、トランス巻線である一次巻線と二次巻線とが、第一主脚部34a、34cに巻回され、巻線であるリアクトル巻線が、第二主脚部34b、34dに巻回される。図9では、一次巻線と二次巻線によりトランス巻線部101が形成され、リアクトル巻線によりリアクトル巻線部102が形成されている。脚部32a、32bに、一次巻線、二次巻線、及びリアクトル巻線の共通の磁路が形成されている。リアクトル巻線部102は、板状に形成され、一方の端部で接続された2枚の巻線を有する。2枚の巻線の他方の端部のそれぞれに、リアクトル端子28a、28bが形成される。リアクトル端子28aは、センタータップである二次巻線端子26cに接続され、リアクトル端子28bは図1に示した平滑コンデンサ6に接続される。
The
トランス3の磁束は、第一主脚部34a、34c、第一の梁部33a、第二の梁部33c、及び脚部32a、32bを流れる。平滑リアクトル5の磁束は、第二主脚部34b、34d、第一の梁部33b、第二の梁部33d、及び脚部32a、32bを流れる。また本実施の形態では、第一コア11gにおける、第一の梁部33a、33b、脚部32a、第一主脚部34a、及び第二主脚部34bに対向した放熱部18dの側面は同一平面に形成されているため、放熱面拡張部は破線で示した放熱面拡張部24e、24f、24g、24hの部分に形成される。放熱面拡張部24e、24fは、トランス巻線部101に対して設けられ、伝熱シート12cを介してトランス巻線部101と熱的に接続される。放熱面拡張部24gは、リアクトル巻線部102に対して設けられ、伝熱シート12dを介して、リアクトル巻線部102と熱的に接続される。放熱面拡張部24hは、リアクトル巻線部102に対して設けられ、伝熱シート12eを介して、リアクトル巻線部102と熱的に接続される。
The magnetic flux of the
このように構成することで、図8に示したUUコアの構成と同様に、梁部に必要な磁路断面積がEEコア及びEIコアの2倍となる。このため、EEコア及びEIコアを適用した場合に比べて、第一コア11gは磁路に対し垂直な第一の梁部33a、33bのY方向の幅が広く、巻線の放熱経路が長くなり、第二コア11hはコア高さが高くなる。よって、本開示の構成を適用することにより、磁性コア11の高さが抑制される効果を得ることができる。また、脚部32a、32bに、一次巻線、二次巻線、及びリアクトル巻線の共通の磁路が形成されるため、磁性コア11を小型化することができる。磁性コア11が小型化されるため、電力変換装置100を小型化することができる。
By configuring in this way, the cross-sectional area of the magnetic path required for the beam portion is twice that of the EE core and EI core, as in the configuration of the UU core shown in FIG. 8. Therefore, compared to the case where the EE core and EI core are applied, the
実施の形態6.
実施の形態6に係る電力変換装置100について説明する。図10は実施の形態6による電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図である。実施の形態6に係る電力変換装置100のトランス3は、主脚部23c、23dのX方向及びY方向の幅が、実施の形態1とは異なる構成になっている。
A
本実施の形態の磁性コア11について説明する。第一コア11iの第一の梁部22a、22bのY方向の幅と、主脚部23cのY方向の幅とは同一である。第二コア11jの主脚部23dのY方向の幅と第一コア11iの主脚部23cのY方向の幅とは同一である。主脚部23c、23dの磁路断面積が第二の梁部22c、22d及び脚部21c、21dと同じになるように、主脚部23c、23dのX方向の幅は広げられている。
The
実施の形態1に示した放熱部18a、18bの構成では、Z方向に見て、第一コア11aの形状に沿うように、放熱部18a、18bのそれぞれに二箇所の突出部を形成し、突出部の部分のそれぞれに放熱面拡張部24a~24dを設けていた。図10に示した本実施の形態の構成とすることで、第一コア11iの第一の梁部22a、22bと主脚部23cの側面が同一平面になるため、放熱部18a、18bの突出部は一箇所ずつに集約される。放熱部18aの一つの突出部に放熱面拡張部24a、24bが設けられ、放熱部18bの一つの突出部に放熱面拡張部24c、24dが設けられる。放熱部18a、18bの突出部は一箇所ずつに集約されるため、冷却器17を容易に製造することができるので、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。電力変換装置100の生産性が向上するので、電力変換装置100の製造コストを低減することができる。
In the configuration of the
実施の形態7.
実施の形態7に係る電力変換装置100について説明する。図11は実施の形態7による電力変換装置100のトランス3を示す分解斜視図、図12は実施の形態7による電力変換装置100の回路構成の例を示す図である。実施の形態7に係る電力変換装置100は、トランス3と整流回路4の接続の構成が実施の形態1とは異なる構成になっている。
Embodiment 7.
A
本実施の形態の電力変換装置100は、降圧コンバータである。複数の整流素子のそれぞれは、二次巻線の他方の端部と平滑リアクトルとの間に接続され、二次巻線の一方の端部は、放熱部と電気的に接続されている。この構成を図11及び図12により説明する。本実施の形態の電力変換装置100では、図12に示すように、トランス3のセンタータップ3dがグランド(GND)に接続され、整流素子が4a、4bがトランス3の二次巻線3b、3cと平滑リアクトル5との間に接続される。図11に示すように、第一の二次巻線14aの一方の端部の二次巻線端子26cと、第二の二次巻線14bの一方の端部の二次巻線端子26dとが、例えば溶接により接続され、センタータップ3dであるセンタータップ端子が形成される。冷却器17の電位はグランドであり、センタータップ端子は、冷却器17の放熱部18aに接続される。例えば、放熱部18aのZ方向の一方側にねじ穴35が設けられ、センタータップ端子はねじ穴35にねじ止めされる。ねじ止めにより、センタータップ端子と放熱部18aとは、電気的かつ熱的に接続される。
The
ねじ穴35に隣接し、ねじ穴35の第一コア11aの側の放熱部18aの部分に、放熱面19cが配置される。放熱面19cには、第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分が電気的かつ熱的に接続される。放熱面19cと第一コア11aとの間に、第一の二次巻線14aのZ方向の他方側の部分が電気的かつ熱的に接続された放熱面拡張部24bが設けられる。
A
このように構成することで、冷却器17と第一の二次巻線14aとが同電位であるため、放熱面19c及び放熱面拡張部24bにおいて絶縁性の伝熱シート等を介さずに、冷却器17と第一の二次巻線14aとを直接接続することできる。冷却器17と第一の二次巻線14aとが直接接続されるので、巻線と冷却器17との間の熱抵抗を低減することができる。巻線と冷却器17との間の熱抵抗が低減するので、巻線の冷却効果を向上させることができる。巻線の冷却効果が向上するため、巻線幅を短縮することができるので、磁性コア11の窓幅を短縮することができる。磁性コア11の窓幅が短縮されるため、磁性コア11の実装面積が縮小されるので、電力変換装置100を小型化及び低コスト化することができる。
By configuring in this manner, the cooler 17 and the first secondary winding 14a are at the same potential, so the cooler 17 and the first secondary winding 14a can be directly connected to the
以上では、トランスを中心に実施の形態を記述したが、本開示は、例えば、ダストコア材を用いたプレーナ型リアクトルに適用しても構わない。なお、本開示を適用し、かつ磁性コアの高さを同等とした場合、第一コアの第一の梁部のY方向の幅の短縮に比例して磁路の断面積が減少する。lを磁路長、μを透磁率、Aを磁路の断面積、Nを巻数とすると、リアクトルのL値は、式(1)で示される。
L=μ・N2・A/l ・・・(1)
式(1)より、第一コアの第一の梁部のL値は、磁路の断面積Aに比例して減少する。
Although the above describes the embodiment focusing on the transformer, the present disclosure may be applied to, for example, a planar reactor using a dust core material. When the present disclosure is applied and the height of the magnetic core is the same, the cross-sectional area of the magnetic path is reduced in proportion to the shortening of the width of the first beam part of the first core in the Y direction. When l is the magnetic path length, μ is the magnetic permeability, A is the cross-sectional area of the magnetic path, and N is the number of turns, the L value of the reactor is expressed by the formula (1).
L=μ・N 2・A/l...(1)
From formula (1), the L value of the first beam portion of the first core decreases in proportion to the cross-sectional area A of the magnetic path.
一方、第一コアと放熱部との間の隙間が巻線の放熱経路長に対し支配的でない限り、Y方向の幅の短縮に比例して巻線の放熱経路長は短縮され、巻線の温度上昇は放熱経路長の短縮に比例して下がるため、巻線幅も放熱経路長の短縮に比例して短縮される。その結果、巻線と各脚部との間の隙間がコア窓幅に対し支配的でない限り、コア窓幅及び第一コアの第一の梁部の磁路長は巻線幅に比例して短縮されるため、式(1)より、A/lは一定となり、L値は殆ど変化しない。さらに、第二コアの第二の梁部のL値は、磁路長の短縮に反比例して増加するため、リアクトル全体として、L値は増加する可能性もある。よって、本開示を適用することでL値が減少することは無く、リアクトルを小型化、及び低コスト化することができる。 On the other hand, unless the gap between the first core and the heat dissipation section is dominant over the heat dissipation path length of the winding, the heat dissipation path length of the winding is shortened in proportion to the shortening of the width in the Y direction, and the temperature rise of the winding decreases in proportion to the shortening of the heat dissipation path length, so the winding width is also shortened in proportion to the shortening of the heat dissipation path length. As a result, unless the gap between the winding and each leg is dominant over the core window width, the core window width and the magnetic path length of the first beam part of the first core are shortened in proportion to the winding width, so according to formula (1), A/l is constant and the L value hardly changes. Furthermore, since the L value of the second beam part of the second core increases inversely proportional to the shortening of the magnetic path length, the L value of the entire reactor may increase. Therefore, the L value does not decrease by applying the present disclosure, and the reactor can be made smaller and less expensive.
また、例えば、マンガン系フェライトコア材を用いるギャップ付きのリアクトルに本開示の構成を適用しても構わない。ギャップ付きのリアクトルの場合、飽和磁束密度でコアの断面積が制約される。マンガン系フェライトコア材の飽和磁束密度は負の温度特性を有するため、温度が低い第一コアの断面積を任意の飽和磁束密度となるまで削減しても問題ない。なお、Rcoreをフェライトコアにおける磁気抵抗、Rgをギャップにおける磁気抵抗、Nを巻数とすると、ギャップ付きリアクトルのL値は、式(2)で示される。
L=N2/(Rcore+Rg) ・・・(2)
lを磁路長、μを透磁率、Aを磁路の断面積とすると、磁気抵抗Rは、式(3)で示される。
R=l/μ・A ・・・(3)
また、マンガン系フェライトコア材の比透磁率は、空気の比透磁率1に対し1000以上の値となるため、Rcore<<Rgの関係となる。よって、本開示の適用により第一コアの第一の梁部の磁路の断面積が減少してもL値は殆ど変化しない。
In addition, for example, the configuration of the present disclosure may be applied to a gapped reactor using a manganese-based ferrite core material. In the case of a gapped reactor, the cross-sectional area of the core is restricted by the saturation magnetic flux density. Since the saturation magnetic flux density of a manganese-based ferrite core material has a negative temperature characteristic, there is no problem in reducing the cross-sectional area of the first core, which has a low temperature, until it reaches an arbitrary saturation magnetic flux density. In addition, when Rcore is the magnetic resistance in the ferrite core, Rg is the magnetic resistance in the gap, and N is the number of turns, the L value of the gapped reactor is expressed by the formula (2).
L= N2 /(Rcore+Rg)...(2)
When l is the magnetic path length, μ is the magnetic permeability, and A is the cross-sectional area of the magnetic path, the magnetic resistance R is expressed by equation (3).
R=l/μ・A...(3)
In addition, since the relative permeability of the manganese-based ferrite core material is 1000 or more compared to the relative permeability of air, which is 1, the relationship of Rcore<<Rg is satisfied. Therefore, even if the cross-sectional area of the magnetic path of the first beam portion of the first core is reduced by applying the present disclosure, the L value hardly changes.
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not exemplified are assumed within the scope of the technology disclosed in this specification, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
単数又は複数の巻線、及び前記巻線が巻回され、前記巻線の巻回中心軸の方向に延出した主脚部と、前記巻線が巻回されていない、前記主脚部とは間隔を空けて配置された少なくとも一つの脚部と、前記巻線を跨いで前記主脚部と前記脚部とを連結した梁部と、を設けた磁性コアを有した磁性部品と、
前記巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部、及び前記磁性コアが熱的に接続された冷却面を有し、前記巻線及び前記磁性コアを冷却する冷却器と、を備え、
前記巻回中心軸の方向をZ方向とし、前記Z方向に垂直で前記主脚部から一つの前記脚部に向かって前記梁部の延出した方向をX方向とし、前記X方向及び前記Z方向に垂直な方向をY方向とし、
前記磁性コアは、前記Z方向の他方側に設けられ、前記冷却面に熱的に接続された第一コア、及び前記Z方向の一方側に設けられた第二コアを有し、
前記磁性コアから前記Y方向の両側に突出した前記巻線の突出部分のそれぞれの前記Z方向の他方側に、前記放熱部の放熱面が配置され、
各前記突出部分の前記Z方向の他方側の端部と各前記放熱面とが熱的に接続され、
前記第一コアの前記梁部である第一の梁部の前記Y方向の幅は、前記第二コアの前記梁部である第二の梁部の前記Y方向の幅よりも小さく、
各前記放熱面は、前記Y方向の幅が大きくされた前記第二の梁部に対して、前記第一の梁部の側に前記放熱面が拡張された放熱面拡張部を有している電力変換装置。
(付記2)
前記巻線は、平面上を湾曲した板状に形成されている付記1に記載の電力変換装置。
(付記3)
前記磁性部品は、絶縁性を有した樹脂部材からなり、前記巻線を取り囲む被膜部を有し、
前記被膜部の前記Z方向の他方側は開口し、前記巻線の前記Z方向の他方側の部分は前記被膜部から露出している付記1又は2に記載の電力変換装置。
(付記4)
前記Z方向に見て、前記第二の梁部の部分と前記放熱面拡張部とが重複している付記1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記5)
前記第一コアの前記Z方向の他方側に、前記冷却面が配置され、
前記第一コアの前記Z方向の他方側の端部と前記冷却面とが熱的に接続され、
前記放熱部は、前記冷却面から前記Z方向の一方側に突出した前記冷却器の部分である付記1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記6)
金属からなり、前記巻線と前記第二の梁部との間に配置された放熱板を備え、
前記放熱板は、前記巻線と熱的に接続され、前記冷却器と熱的かつ電気的に接続されている付記1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記7)
前記第一コア及び前記第二コアの一方は前記Y方向の厚みが均一なEコア、前記第一コア及び前記第二コアの他方は少なくとも前記Z方向の厚みが均一なIコアである、又は、前記第一コア及び前記第二コアの一方は前記Y方向の厚みが均一なUコア、前記第一コア及び前記第二コアの他方は少なくとも前記Z方向の厚みが均一なIコアである付記1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記8)
前記放熱部は、前記第一コアの外周部を取り囲み、前記第一コアの外周部とは隙間を空けて設けられ、
前記第一コアの外周部と前記放熱部との間の前記隙間の部分に、前記第一の梁部の前記Z方向の高さ以下の高さまで熱伝導部材が充填されている付記5に記載の電力変換装置。
(付記9)
前記第一コア及び前記第二コアの一方又は双方は、Uコアである付記1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記10)
前記磁性コアは、一つの前記脚部と、前記主脚部である、第一主脚部及び第二主脚部と、を有し、
前記脚部、前記第一主脚部、及び前記第二主脚部は、前記X方向又は前記X方向の反対方向に、前記第一主脚部、前記脚部、前記第二主脚部の順に並べて配置され、
前記巻線であり、トランス巻線である一次巻線と二次巻線とが、前記第一主脚部に巻回され、
前記巻線であるリアクトル巻線が、前記第二主脚部に巻回され、
前記脚部に、前記一次巻線、前記二次巻線、及び前記リアクトル巻線の共通の磁路が形成されている付記1から9のいずれか1項に記載の電力変換装置
(付記11)
前記第一コアの前記第一の梁部の前記Y方向の幅と、前記主脚部の前記Y方向の幅とは同一である付記1から10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記12)
前記第一コアの前記第一の梁部の前記Y方向の幅は、前記主脚部及び前記脚部の前記Y方向の幅よりも小さく、
前記放熱面拡張部は、前記放熱部の前記第一の梁部の側の側面から前記第一の梁部の側に突出した前記放熱部の部分に設けられている付記1から11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記13)
一次巻線及び二次巻線を有したトランスと、
半導体スイッチング素子を有し、前記一次巻線へ給電を行うインバータ回路と、
前記二次巻線から出力された交流電圧を整流する、複数の整流素子を有した整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑化する、平滑コンデンサ及びリアクトル巻線を有した平滑リアクトルと、を備えた降圧コンバータもしくは昇圧コンバータであり、
前記トランスの前記一次巻線及び前記二次巻線が前記巻線であり、前記トランスが前記磁性部品である、又は、前記平滑リアクトルの前記リアクトル巻線が前記巻線であり、前記平滑リアクトルが前記磁性部品である付記1から12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
(付記14)
前記降圧コンバータであり、
前記複数の整流素子のそれぞれは、前記二次巻線の他方の端部と前記平滑リアクトルとの間に接続され、
前記二次巻線の一方の端部は、前記放熱部と電気的に接続されている付記13に記載の電力変換装置。
Various aspects of the present disclosure are summarized below as appendices.
(Appendix 1)
a magnetic component having a magnetic core provided with one or more windings, a main leg portion around which the winding is wound and which extends in a direction of a winding central axis of the winding, at least one leg portion around which the winding is not wound and which is disposed at a distance from the main leg portion, and a beam portion that connects the main leg portion and the leg portion across the winding;
a heat dissipation unit to which the winding is thermally connected directly or via a heat dissipation member, and a cooling surface to which the magnetic core is thermally connected, and a cooler that cools the winding and the magnetic core,
The direction of the winding central axis is defined as a Z direction, the direction perpendicular to the Z direction and extending from the main leg portion to one of the legs is defined as an X direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is defined as a Y direction,
The magnetic core includes a first core provided on the other side in the Z direction and thermally connected to the cooling surface, and a second core provided on one side in the Z direction,
a heat dissipation surface of the heat dissipation unit is disposed on the other side in the Z direction of each of the protruding portions of the winding that protrude from the magnetic core on both sides in the Y direction,
an end portion of each of the protruding portions on the other side in the Z direction and each of the heat dissipation surfaces are thermally connected to each other;
a width in the Y direction of a first beam portion that is the beam portion of the first core is smaller than a width in the Y direction of a second beam portion that is the beam portion of the second core,
A power conversion device in which each of the heat dissipation surfaces has a heat dissipation surface extension portion in which the heat dissipation surface is extended on the side of the first beam portion relative to the second beam portion, whose width in the Y direction is increased.
(Appendix 2)
2. The power conversion device according to
(Appendix 3)
the magnetic component is made of an insulating resin material and has a coating portion surrounding the winding,
3. The power conversion device according to
(Appendix 4)
The power conversion device according to any one of
(Appendix 5)
The cooling surface is disposed on the other side of the first core in the Z direction,
an end portion of the first core on the other side in the Z direction and the cooling surface are thermally connected to each other;
The power conversion device according to any one of
(Appendix 6)
a heat sink made of metal and disposed between the winding and the second beam portion;
6. The power conversion device according to any one of
(Appendix 7)
A power conversion device described in any one of
(Appendix 8)
the heat dissipation portion surrounds an outer circumferential portion of the first core and is provided with a gap between the heat dissipation portion and the outer circumferential portion of the first core,
A power conversion device as described in
(Appendix 9)
The power conversion device according to any one of
(Appendix 10)
the magnetic core has one of the legs and a first main leg portion and a second main leg portion that are the main leg portions,
the leg portion, the first main leg portion, and the second main leg portion are arranged in the X direction or in a direction opposite to the X direction in the order of the first main leg portion, the leg portion, and the second main leg portion;
The winding includes a primary winding and a secondary winding, which are transformer windings, wound around the first main leg portion,
The reactor winding is wound around the second main leg portion,
The power conversion device according to any one of
The power conversion device according to any one of
(Appendix 12)
a width in the Y direction of the first beam portion of the first core is smaller than a width in the Y direction of the main leg portion and the leg portion,
A power conversion device described in any one of
(Appendix 13)
a transformer having a primary winding and a secondary winding;
an inverter circuit having a semiconductor switching element and supplying power to the primary winding;
a rectifier circuit having a plurality of rectifier elements for rectifying the AC voltage output from the secondary winding;
a smoothing reactor having a smoothing capacitor and a reactor winding for smoothing an output of the rectifier circuit;
13. The power conversion device according to any one of
(Appendix 14)
The step-down converter,
each of the plurality of rectifying elements is connected between the other end of the secondary winding and the smoothing reactor;
14. The power conversion device according to claim 13, wherein one end of the secondary winding is electrically connected to the heat dissipation portion.
1 入力コンデンサ、2 インバータ回路、2a、2b、2c、2d 半導体スイッチング素子、3 トランス、3a 一次巻線、3b、3c 二次巻線、3d センタータップ、4 整流回路、4a、4b 整流素子、5 平滑リアクトル、6 平滑コンデンサ、11 磁性コア、11a、11c、11e、11g、11i 第一コア、11b、11d、11f、11h、11j 第二コア、12a、12b、12c、12d、12e 伝熱シート、13a 第一の一次巻線、13b 第二の一次巻線、14a 第一の二次巻線、14b 第二の二次巻線、15a、15b、15c、15d セパレータ、16 放熱板、17 冷却器、17a 冷却面、18a、18b、18c、18d 放熱部、19a、19b、19c 放熱面、21a、21b、21c、21d 脚部、22a、22b 第一の梁部、22c、22d 第二の梁部、23a、23b、23c、23d 主脚部、24a、24b、24c、24d、24e、24f、24g、24h 放熱面拡張部、25a、25b 一次巻線端子、26a、26b、26c、26d 二次巻線端子、27 ポッティング材、28a、28b リアクトル端子、29a、29b、29c、29d、29e、29f 放熱経路、30a、30b、30c 接続端部、32a、32b 脚部、33a、33b 第一の梁部、33c、33d 第二の梁部、34a、34c 第一主脚部、34b、34d 第二主脚部、35 ねじ穴、100 電力変換装置、101 トランス巻線部、102 リアクトル巻線部 1 Input capacitor, 2 Inverter circuit, 2a, 2b, 2c, 2d Semiconductor switching element, 3 Transformer, 3a Primary winding, 3b, 3c Secondary winding, 3d Center tap, 4 Rectifier circuit, 4a, 4b Rectifier element, 5 Smoothing reactor, 6 Smoothing capacitor, 11 Magnetic core, 11a, 11c, 11e, 11g, 11i First core, 11b, 11d, 11f, 11h, 11j Second core, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e Heat transfer sheet, 13a First primary winding, 13b Second primary winding, 14a First secondary winding, 14b Second secondary winding, 15a, 15b, 15c, 15d Separator, 16 Heat sink, 17 Cooler, 17a Cooling surface, 18a, 18b, 18c, 18d Heat dissipation portion, 19a, 19b, 19c Heat dissipation surface, 21a, 21b, 21c, 21d Leg portion, 22a, 22b First beam portion, 22c, 22d Second beam portion, 23a, 23b, 23c, 23d Main leg portion, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g, 24h Heat dissipation surface extension portion, 25a, 25b Primary winding terminal, 26a, 26b, 26c, 26d Secondary winding terminal, 27 Potting material, 28a, 28b Reactor terminal, 29a, 29b, 29c, 29d, 29e, 29f Heat dissipation path, 30a, 30b, 30c Connection end portion, 32a, 32b Legs, 33a, 33b First beams, 33c, 33d Second beams, 34a, 34c First main legs, 34b, 34d Second main legs, 35 Screw holes, 100 Power converter, 101 Transformer windings, 102 Reactor windings
Claims (14)
前記巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部、及び前記磁性コアが熱的に接続された冷却面を有し、前記巻線及び前記磁性コアを冷却する冷却器と、を備え、
前記巻回中心軸の方向をZ方向とし、前記Z方向に垂直で前記主脚部から一つの前記脚部に向かって前記梁部の延出した方向をX方向とし、前記X方向及び前記Z方向に垂直な方向をY方向とし、
前記磁性コアは、前記Z方向の他方側に設けられ、前記冷却面に熱的に接続された第一コア、及び前記Z方向の一方側に設けられた第二コアを有し、
前記磁性コアから前記Y方向の両側に突出した前記巻線の突出部分のそれぞれの前記Z方向の他方側に、前記放熱部の放熱面が配置され、
各前記突出部分の前記Z方向の他方側の端部と各前記放熱面とが熱的に接続され、
前記第一コアの前記梁部である第一の梁部の前記Y方向の幅は、前記第二コアの前記梁部である第二の梁部の前記Y方向の幅よりも小さく、
各前記放熱面は、前記Y方向の幅が大きくされた前記第二の梁部に対して、前記第一の梁部の側に前記放熱面が拡張された放熱面拡張部を有している電力変換装置。 a magnetic component having a magnetic core provided with one or more windings, a main leg portion around which the winding is wound and which extends in a direction of a winding central axis of the winding, at least one leg portion around which the winding is not wound and which is disposed at a distance from the main leg portion, and a beam portion that connects the main leg portion and the leg portion across the winding;
a heat dissipation unit to which the winding is thermally connected directly or via a heat dissipation member, and a cooling surface to which the magnetic core is thermally connected, and a cooler that cools the winding and the magnetic core,
The direction of the winding central axis is defined as a Z direction, the direction perpendicular to the Z direction and extending from the main leg portion to one of the legs is defined as an X direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Z direction is defined as a Y direction,
The magnetic core includes a first core provided on the other side in the Z direction and thermally connected to the cooling surface, and a second core provided on one side in the Z direction,
a heat dissipation surface of the heat dissipation unit is disposed on the other side in the Z direction of each of the protruding portions of the winding that protrude from the magnetic core on both sides in the Y direction,
an end portion of each of the protruding portions on the other side in the Z direction and each of the heat dissipation surfaces are thermally connected to each other;
a width in the Y direction of a first beam portion that is the beam portion of the first core is smaller than a width in the Y direction of a second beam portion that is the beam portion of the second core,
A power conversion device in which each of the heat dissipation surfaces has a heat dissipation surface extension portion in which the heat dissipation surface is extended on the side of the first beam portion relative to the second beam portion, whose width in the Y direction is increased.
前記被膜部の前記Z方向の他方側は開口し、前記巻線の前記Z方向の他方側の部分は前記被膜部から露出している請求項1に記載の電力変換装置。 the magnetic component is made of an insulating resin material and has a coating portion surrounding the winding,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the other side in the Z direction of the coating portion is open, and a portion of the winding on the other side in the Z direction is exposed from the coating portion.
前記第一コアの前記Z方向の他方側の端部と前記冷却面とが熱的に接続され、
前記放熱部は、前記冷却面から前記Z方向の一方側に突出した前記冷却器の部分である請求項1に記載の電力変換装置。 The cooling surface is disposed on the other side of the first core in the Z direction,
an end portion of the first core on the other side in the Z direction and the cooling surface are thermally connected to each other;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the heat dissipation portion is a portion of the cooler that protrudes from the cooling surface to one side in the Z direction.
前記放熱板は、前記巻線と熱的に接続され、前記冷却器と熱的かつ電気的に接続されている請求項1に記載の電力変換装置。 a heat sink made of metal and disposed between the winding and the second beam portion;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the heat sink is thermally connected to the winding and thermally and electrically connected to the cooler.
前記第一コアの外周部と前記放熱部との間の前記隙間の部分に、前記第一の梁部の前記Z方向の高さ以下の高さまで熱伝導部材が充填されている請求項5に記載の電力変換装置。 the heat dissipation portion surrounds an outer circumferential portion of the first core and is provided with a gap between the heat dissipation portion and the outer circumferential portion of the first core,
The power conversion device according to claim 5 , wherein the gap between the outer periphery of the first core and the heat dissipation portion is filled with a thermal conductive material to a height equal to or less than the height of the first beam portion in the Z direction.
前記脚部、前記第一主脚部、及び前記第二主脚部は、前記X方向又は前記X方向の反対方向に、前記第一主脚部、前記脚部、前記第二主脚部の順に並べて配置され、
前記巻線であり、トランス巻線である一次巻線と二次巻線とが、前記第一主脚部に巻回され、
前記巻線であるリアクトル巻線が、前記第二主脚部に巻回され、
前記脚部に、前記一次巻線、前記二次巻線、及び前記リアクトル巻線の共通の磁路が形成されている請求項1に記載の電力変換装置 the magnetic core has one of the legs and a first main leg portion and a second main leg portion that are the main leg portions,
the leg portion, the first main leg portion, and the second main leg portion are arranged in the X direction or in a direction opposite to the X direction in the order of the first main leg portion, the leg portion, and the second main leg portion;
The winding includes a primary winding and a secondary winding, which are transformer windings, wound around the first main leg portion,
The reactor winding is wound around the second main leg portion,
The power conversion device according to claim 1 , wherein a common magnetic path for the primary winding, the secondary winding, and the reactor winding is formed in the leg portion.
前記放熱面拡張部は、前記放熱部の前記第一の梁部の側の側面から前記第一の梁部の側に突出した前記放熱部の部分に設けられている請求項1に記載の電力変換装置。 a width in the Y direction of the first beam portion of the first core is smaller than a width in the Y direction of the main leg portion and the leg portion,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the heat dissipation surface extension portion is provided on a portion of the heat dissipation portion that protrudes toward the first beam portion from a side surface of the heat dissipation portion on the side of the first beam portion.
半導体スイッチング素子を有し、前記一次巻線へ給電を行うインバータ回路と、
前記二次巻線から出力された交流電圧を整流する、複数の整流素子を有した整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑化する、平滑コンデンサ及びリアクトル巻線を有した平滑リアクトルと、を備えた降圧コンバータもしくは昇圧コンバータであり、
前記トランスの前記一次巻線及び前記二次巻線が前記巻線であり、前記トランスが前記磁性部品である、又は、前記平滑リアクトルの前記リアクトル巻線が前記巻線であり、前記平滑リアクトルが前記磁性部品である請求項1に記載の電力変換装置。 a transformer having a primary winding and a secondary winding;
an inverter circuit having a semiconductor switching element and supplying power to the primary winding;
a rectifier circuit having a plurality of rectifier elements for rectifying the AC voltage output from the secondary winding;
a smoothing reactor having a smoothing capacitor and a reactor winding for smoothing an output of the rectifier circuit;
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the primary winding and the secondary winding of the transformer are the windings and the transformer is the magnetic component, or the reactor winding of the smoothing reactor is the windings and the smoothing reactor is the magnetic component.
前記複数の整流素子のそれぞれは、前記二次巻線の他方の端部と前記平滑リアクトルとの間に接続され、
前記二次巻線の一方の端部は、前記放熱部と電気的に接続されている請求項13に記載の電力変換装置。 The step-down converter,
each of the plurality of rectifying elements is connected between the other end of the secondary winding and the smoothing reactor;
The power conversion device according to claim 13 , wherein one end of the secondary winding is electrically connected to the heat sink.
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