CN104836439A

CN104836439A - 变压器

Info

Publication number: CN104836439A
Application number: CN201510055941.XA
Authority: CN
Inventors: 谢尔盖·莫伊谢耶夫; 小池靖弘; 辻智广; 渡边健一
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2015-08-12
Also published as: US20150228398A1; JP6056783B2; JP2015149865A; DE102015101536A1

Abstract

变压器包括第一基板、第二基板以及绝缘密封件。在第一基板安装有一次绕组以及一次侧开关元件。在第二基板安装有由金属板的图案构成的二次绕组。第二基板以与第一基板重叠的状态配置。绝缘密封件夹装于第一基板与第二基板之间。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及变压器。

背景技术

在绝缘型DC-DC转换器中使用变压器，变压器具有一次绕组和二次绕组。例如在日本特开2013-150414号公报中公开有用于使一次绕组与二次绕组一体化的技术。该公报所记载的变压器具有包括通入一次侧的电压的一次线圈的一次线圈基板、比一次线圈基板更靠底板的附近配置的第一次级线圈部、以及比一次线圈基板更远离底板配置的第二次级线圈部。第二次级线圈部与第一次级线圈部一同夹着一次线圈基板。

在绝缘型DC-DC转换器中，为了连接变压器的绕组(线圈基板)与开关元件而使用作为连接部件的端子、连接器。开关元件对向变压器的绕组供给的电流进行调整。在该情况下，存在由于使用作为连接部件的端子、连接器而导致部件个数增加、成本升高的担忧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以容易组装绕组以及开关元件的方式构成的变压器。

为了实现上述目的，本发明的一实施方式所涉及的变压器包括第一基板、第二基板以及绝缘密封件。在上述第一基板安装有一次绕组以及一次侧开关元件。在上述第二基板安装有由金属板的图案构成的二次绕组。上述第二基板以与上述第一基板重叠的状态配置。上述绝缘密封件夹装于上述第一基板与上述第二基板之间。

附图说明

图1A是表示本发明的实施方式所涉及的绝缘型DC-DC转换器的变压器部分的俯视图。

图1B是沿着图1A的1B-1B线的纵剖视图。

图2是表示图1A的变压器的立体图。

图3是表示绝缘型DC-DC转换器的电结构的电路图。

图4是图2的变压器的分解立体图。

图5是表示图4的变压器的部分的立体图。

图6是表示图5的变压器的部分的俯视图。

图7是表示图4的变压器的部分的立体图。

图8是表示图7的变压器的部分的俯视图。

图9是表示图4的变压器的部分的立体图。

图10是表示图9的变压器的部分的俯视图。

图11是表示图4的变压器的部分的立体图。

图12是表示图11的变压器的部分的俯视图。

图13是表示图4的变压器的部分的立体图。

图14是表示图13的变压器的部分的俯视图。

图15是表示图4的变压器的部分的立体图。

图16是表示图15的变压器的部分的俯视图。

具体实施方式

可以看作是本公开的新颖性的特征特别在权利要求中变得清楚。伴有目的以及利益的本公开可以通过参照以下所示的当下优选实施方式的说明与附图来进行理解。

以下，根据附图对在绝缘型DC-DC转换器具体化的一实施方式进行说明。

如图3所示，绝缘型DC-DC转换器10是正激式DC-DC转换器，具备变压器11。变压器11具备一次绕组11a和二次绕组11b。绝缘型DC-DC转换器10是汽车用的，搭载于车辆。绝缘型DC-DC转换器10例如输入300伏电压而降压至12伏输出。

一次绕组11a的一方的端子与输入端子连接，输入端子与电池12的阳极端子连接。一次绕组11a的另一方的端子经由一次侧开关元件14而接地。作为一次侧开关元件14而使用功率MOSFET。

在输入端子与变压器11的一次绕组11a之间连接有平滑电容器13的阳极，平滑电容器13的阴极接地。平滑电容器13使用电解电容器。利用平滑电容器13对变压器11的一次侧电压进行平滑。

变压器11的二次绕组11b的一端经由二极管16以及线圈18的串联电路而与输出端子连接。对二极管16而言，阳极成为二次绕组11b侧，阴极成为输出端子侧。变压器11的二次绕组11b的另一端与输出端子连接。另外，电容器19连接于线圈18与输出端子之间以及变压器11的二次绕组11b的另一端与输出端子之间。在变压器11的二次绕组11b的另一端与二极管16的阴极之间设置有二极管17。对二极管17而言，阳极成为变压器11的二次绕组11b侧，阴极成为二极管16的阴极侧。

在一次侧开关元件14的栅极端子连接有控制IC15。从控制IC15向一次侧开关元件14的栅极端子输出脉冲信号，从而通过该脉冲信号来开关一次侧开关元件14。在一次侧开关元件14接通时，从一次侧的电源向次级侧供给能量。在一次侧开关元件14断开时，向输出释放出储存在线圈18的能量。详细说来，直流电压通过平滑电容器13向变压器11的一次绕组11a供给。通过控制IC15来开/关控制一次侧开关元件14。在该开/关动作中的一次侧开关元件14接通期间，在一次绕组11a流动一次电流。因变压器11的电动势而流动二次电流。在一次侧开关元件14断开时，线圈18的电流因线圈18的反电动势而经由二极管D17流向输出。

在控制IC15连接有检测电路20，利用检测电路20检测输出电压V_out。检测电路20对输出电压V_out的测定结果发送至控制IC15。控制IC15将检测电路20对输出电压V_out的测定结果用作反馈信号，以输出电压V_out为所希望的一定值的方式控制一次侧开关元件14的占空比。

在第一基板21搭载有变压器11的一次绕组11a、平滑电容器13、一次侧开关元件14、控制IC15以及检测电路20。另外，在第二基板22搭载有变压器11的二次绕组11b、二极管16、17、线圈18以及电容器19。

以下，对以变压器11为中心的具体构造进行说明。

如图1A～图2以及图4所示，变压器11具备第一基板50(相当于图3的第一基板21)、第二基板60(相当于图3的第二基板22)、以及夹装于第一基板50与第二基板60之间的绝缘密封件70。第一基板50与第二基板60以重叠的状态配置。在第一基板50安装有一次绕组52(相当于图3的一次绕组11a)以及一次侧开关元件53(相当于图3的一次侧开关元件14)。如图9、图10所示，在第二基板60安装有由金属板(铜板)的图案构成的二次绕组62(相当于图3的二次绕组11b)。

图10所示，1圈二次绕组62图案化为“Ω”字形。在二次绕组62一体地形成有直线部65。直线部65从二次绕组62的圆环部的外周面沿切线方向直线地延伸。图4的一次绕组52具有引出线52c。一次绕组52以引出线52c如图10所示地远离二次绕组62的外形的状态连接于第一基板50。由此，引出线52c不与二次绕组62重叠。另外，如图4所示，引出线52c被埋入第一基板50。

如图4所示，第二基板60具有形成有金属板的图案(62)的形成面(下表面)和位于与该形成面相反的一侧的相反面(上表面)。在该相反面设置有连接于作为散热部件的铝壳体30的金属板63。金属板63成为散热路径。在第一基板50以及第二基板60形成有供芯42通过贯通孔50a、60a。芯42包括下侧芯部40与上侧芯部41。在贯通孔50a、60a嵌入有绝缘性圆筒件80。绝缘性圆筒件80由树脂成形品构成。在绝缘性圆筒件80一体形成有凸缘部81，凸缘部81从绝缘性圆筒件80的外周面向外径侧突出地设置。凸缘部81位于第一基板50的上表面。

根据这样的变压器，将一次绕组52与二次绕组62安装于各基板(50、60)，并在组装变压器时，使基板(50、60)相互重叠。也就是说，在搭载有一次侧开关元件53即一次侧功率电路的绝缘基板51安装一次绕组52，并且将二次绕组62以粘合状态挤压接合于绝缘基板61。

下侧芯部40呈长方形的板状。下侧芯部40是无突出部分的I形状的芯部。上侧芯部41呈长方形的板状，包括在水平方向上延伸配置的主体部41a、从主体部41a的一方的面(下表面)的中央部突出的中央磁脚41b、以及从主体部41a的一方的面(下表面)的端部突出地设置的两侧磁脚41c、41d。中央磁脚41b呈圆柱状，两侧磁脚41c、41d呈方柱状。

如图4所示，在铝壳体30的上表面形成有芯嵌合凹部30a。在芯嵌合凹部30a嵌入有下侧芯部40。如图1A、图1B以及图4所示，在下侧芯部40之上配置有上侧芯部41，下侧芯部40的上表面与上侧芯部41的中央磁脚41b对接。另外，下侧芯部40的上表面与上侧芯部41的两侧磁脚41c、41d对接。

绝缘性圆筒件80被嵌入上侧芯部41的中央磁脚41b。

在铝壳体30之上配置有第一基板50。在第一基板50的绝缘基板51形成有圆形的贯通孔50a，在贯通孔50a嵌入有绝缘性圆筒件80。

在第一基板50中，以一次侧开关元件53的导线贯通绝缘基板51的状态将该导线焊接于绝缘基板51。在呈箱型的一次侧开关元件53的上表面配置有金属制按压板101。将贯通金属制按压板101的一端部的螺钉Sc4螺入铝壳体30，由此一次侧开关元件53被金属制按压板101的另一端部按压以及支承于铝壳体30。

如图4、图13、图14所示，在第一基板50的绝缘基板51的上表面配置有上侧卷绕部52a。上侧卷绕部52a是将金属的剖面呈圆形的线材成形为漩涡状而构成的。该线材的表面被树脂绝缘材料覆盖，从而确保绝缘。上侧卷绕部52a延伸配置于贯通孔50a的周围。

上侧卷绕部52a的两端是引出线52c、52d，引出线52c、52d贯通绝缘基板51。如图15、图16所示，在绝缘基板51的下表面形成有半圆弧状的导体图案52b。由此构成半圈量的绕组。导体图案52b的一端与上侧卷绕部52a的一端的引出线52d焊接在一起，从而被电连接。另外，导体图案52b的另一端成为一次绕组的引出部。由此，构成具有规定圈数的一次绕组52。

焊接在一起的一次侧开关元件53与一次绕组52被形成于绝缘基板51的导体图案(省略图示)电连接。由此，不需要连接一次侧开关元件53与一次绕组52的连接器、连接端子。

如图4、图11以及图12所示，在第一基板50之上配置有绝缘密封件70。利用绝缘密封件70从上覆盖一次绕组52的包括引出线52c(参照图14)的上侧卷绕部52a。在绝缘密封件70形成有圆形的贯通孔70a，在贯通孔70a嵌入有绝缘性圆筒件80。

如图4、图5以及图6所示，在绝缘密封件70之上配置有第二基板60。如图7、图8所示，在第二基板60的绝缘基板61形成有圆形的贯通孔60a，在贯通孔60a嵌入有绝缘性圆筒件80。

将贯通绝缘基板61的螺钉Sc3螺入铝壳体30，由此第二基板60的绝缘基板61支承于铝壳体30。如图9、图10所示，在绝缘基板61的下表面接合有二次绕组62，图案化为“Ω”字形的二次绕组62延伸配置于贯通孔60a的周围。

另外，如图5、图6所示，在绝缘基板61的上表面以与下表面的金属板(62、65)对应的方式接合有金属板63、66、67。这是因为：挤压时，若仅绝缘基板61的下表面侧具有金属板(铜板)则绝缘基板61挠曲，从而金属板的粘合性能变差。以在绝缘基板61的上下两表面配置有金属板的状态，通过挤压来粘合它们，由此能够确保粘合性。金属板63具有与二次绕组62的圆环部对应的部位63a和与直线部65对应的部位63b。金属板66、67与二次绕组62的直线部对应，并直线地延伸。

如图4所示，在第二基板60之上配置有与金属板63具有相同形状的绝缘密封件90。将贯通绝缘密封件90以及金属板63的螺钉Sc2螺入铝壳体30，由此绝缘密封件90以及金属板63支承于铝壳体30。

如图1A～图2、以及图4所示，在绝缘密封件90之上配置有上侧芯部41。在上侧芯部41的上表面配置有金属制按压板100。将通过金属制按压板100的一端部的螺钉Sc1螺入铝壳体30，由此芯部40、41等被金属制按压板100的另一端部按压以及支承于铝壳体30。

此外，铝壳体30与下侧芯部40、铝壳体30与第一基板50、以及铝壳体30与金属板63被未图示的密封件绝缘并且能够散热。

接下来，对组装工序进行说明。

如图4所示，准备铝壳体30。在铝壳体30的上表面形成有供下侧芯部40嵌合的芯嵌合凹部30a。然后，如图13、图14所示，将下侧芯部40嵌入铝壳体30的芯嵌合凹部30a。另外，将第一基板50配置在下侧芯部40之上。并且，将绝缘性圆筒件80嵌入第一基板50的贯通孔50a。

并且，将螺钉Sc4螺入铝壳体30来固定一次侧开关元件53。将把剖面呈圆形的金属的线材成形为漩涡状而构成的上侧卷绕部52a配置于第一基板50的上表面。上侧卷绕部52a的两端的引出线52c、52d贯通绝缘基板51。

此时，上侧卷绕部52a(线材)的两端的引出线52c、52d贯通绝缘基板51并固定于该绝缘基板51，因此能够防止线材浮起。另外，如图15、图16所示，在绝缘基板51的下表面形成有半圆弧状的导体图案52b，导体图案52b的一端与上侧卷绕部52a的引出线52d被电连接。由此，构成具有规定圈数的一次绕组52。另外，在第一基板50安装有一次侧开关元件53。一次侧开关元件53与一次绕组52被形成于绝缘基板51的导体图案(省略图示)电连接。

接下来，如图11、图12所示，将绝缘密封件70的贯通孔70a嵌入绝缘性圆筒件80。

并且，如图5、图6所示，将第二基板60的贯通孔60a嵌合于绝缘性圆筒件80，并将螺钉Sc3螺入铝壳体30，从而固定第二基板60。在该第二基板60中，如图9、图10所示，将二次绕组62即图案化后的金属板接合于图7、图8所示的绝缘基板61的下表面。另外，如图5、6所示，将金属板63、66、67接合于绝缘基板61的上表面。

这样，能够利用下侧芯部40、绝缘性圆筒件80以定位较容易的状态重叠地配置2片基板(50、60)，由此能够容易地构成变压器。另外，第一基板50与第二基板60被绝缘密封件70绝缘。

然后，将绝缘密封件90配置在第二基板60之上，并将螺钉Sc2螺入铝壳体30，从而将绝缘密封件90以及第二基板60的金属板63固定于铝壳体30。由此能够将金属板63与铝壳体30热结合。

然后，如图1A～图2所示，将上侧芯部41配置在绝缘密封件90之上。此时，将上侧芯部41的中央磁脚41b嵌入绝缘性圆筒件80。并且，将金属制按压板100配置在上侧芯部41之上，将螺钉Sc1螺入铝壳体30，从而利用金属制按压板100按压并固定芯部40、41等。

这样一来，绝缘型DC-DC转换器的变压器部分就组装完成了。

接下来，对作用进行说明。

在图1A～图2以及图4中，伴随着一次侧开关元件53的开关动作，在变压器的一次绕组52、二次绕组62流动电流，从而一次绕组52以及二次绕组62发热。一次侧开关元件53相当于图3的一次侧开关元件14。在一次绕组52产生的热到达第二基板60的金属板63，并从金属板63传递至铝壳体30，从而从铝壳体30释放至大气。另外，在二次绕组62产生的热到达第二基板60的金属板63，并从金属板63传递至铝壳体30，从而从铝壳体30释放至大气。另外，金属板63被绝缘，从而在级侧绕组62流动电流时不会在金属板63流动涡流。

并且，在基板50、60的贯通孔50a、60a嵌入有绝缘性圆筒件80。对沿着绝缘基板51的表面的沿面距离而言，通过该绝缘性圆筒件80能够延长从一次绕组52向芯部40、41的沿面距离。由此能够确保绝缘距离。

这样一来，既能够确保变压器的一次绕组52以及二次绕组62的散热性又能够确保绝缘距离。

上述实施方式具有如下优点。

(1)变压器11具备：第一基板50，其安装有一次绕组52以及一次侧开关元件53；第二基板60，其安装有由金属板的图案构成的二次绕组62，并以与第一基板50重叠的状态配置；以及绝缘密封件70，其夹装于第一基板50与第二基板60之间。因此，安装有一次绕组52以及一次侧开关元件53的第一基板50与安装有由金属板的图案构成的二次绕组62的第二基板60重叠。因此，能够容易地将一次绕组52与一次侧开关元件53组装于变压器11。

(2)一次绕组52以引出线52c远离二次绕组62的外形的状态连接于第一基板50。即，引出线52c不与二次绕组62重叠。

(3)一次绕组52的引出线52c被埋入第一基板50。因此，一次绕组52难以从第一基板50浮起。

(4)第二基板60具有形成有金属板的图案(62)的形成面和位于与该形成面相反的一侧的相反面。在该相反面设置有连接于铝壳体30的金属板63。因此，变压器11在绕组产生的热的散热性优异。

(5)在第一基板50以及第二基板60形成有供芯42通过的贯通孔50a、60a。在贯通孔50a、60a嵌入有绝缘性圆筒件80。因此，能够确保绝缘距离。

(6)2片的基板(50、60)分别独立地固定于铝壳体30，且绝缘密封件70吸收振动，从而对振动的耐久性优异。

(7)能够固定一次绕组52。具体而言，将第二基板60等重叠地配置/固定于第一基板50，因此能够从上下按压安装于第一基板50的一次绕组52并将其固定。

实施方式并不限定于上述内容，例如，也可以以如下方式具体化。

·上侧芯部41与下侧芯部40也可以具有相互相反的形状。即，下侧芯部40可以具有中央磁脚41b与两侧磁脚41c、41d。

·作为一次侧开关元件，除功率MOSFET以外，例如还可以使用IGBT等。

·并不局限于DC-DC转换器，也可以应用于其他机器的变压器。

Claims

1.一种变压器，其特征在于，具备：

第一基板，其安装有一次绕组以及一次侧开关元件；

第二基板，其安装有由金属板的图案构成的二次绕组，并以与所述第一基板重叠的状态配置；以及

绝缘密封件，其夹装于所述第一基板与所述第二基板之间。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，

所述一次绕组具有引出线，

所述一次绕组以所述引出线远离所述二次绕组的外形的状态连接于所述第一基板。

3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，

所述一次绕组具有引出线，

所述引出线埋入所述第一基板。

4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，

所述第二基板具有形成有所述金属板的图案的形成面和位于与该形成面相反的一侧的相反面，

在该相反面设置有连接于散热部件的金属板。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的变压器，其特征在于，

在所述第一基板以及所述第二基板形成有供芯通过的贯通孔，

在该贯通孔嵌入有绝缘性圆筒件。