CN106716568B - 线圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线圈装置，具备：两个磁芯元件；导线，其卷绕在将所述两个磁芯元件隔着空隙在上下方向进行相对配置而形成的磁芯上；由金属板制成的第一散热板以及第二散热板，所述两个磁芯元件中的至少一者是E型磁芯元件，该E型磁芯元件左右具有侧面并且形成为卷绕有所述导线的中腿在上下方向延伸，所述第一散热板以及第二散热板，以与所述磁芯的上表面以及侧面接触的方式弯曲而形成，且各自的一个边缘端部彼此隔着间隙相对于所述磁芯左右对称地配置，另一个边缘端部形成为能够与载置所述磁芯的金属制的散热基板接触。

Description

线圈装置

技术领域

本发明涉及一种包括变压器、扼流线圈等线圈部件而构成的线圈装置。具体地，涉及线圈装置中的散热技术。

背景技术

图1A以及图1B中示出了线圈装置1的基本结构。图1A是线圈装置1的立体图。图1B是沿图1A中的a-a箭头的剖视图。即，图1B是当将线圈4的卷绕轴设为上下方向，并且如图1A所示规定左右前后各个方向时，沿图1A中示出的箭头(a-a)的方向看上下左右方向的剖面时的图。而且，该线圈装置1构成为包括变压器等电子部件(以下，也称作线圈部件10)，该变压器具备在上下方向相对配置了左右具有侧面并且从前后正面看时的形状为E字型的两个磁芯元件(2u，2d)而形成的公知的EE型的磁芯2，和导线卷绕在磁芯2的中腿3上形成的线圈4。而且，磁芯2的下表面11与金属制成的散热基板5接触。由此，线圈4中通电而产生的热经由磁芯2传导到散热基板5，使线圈部件10冷却。

另外，使用线圈装置1构成的DC-DC转换器等电子模块谋求小型化和高输出化。而且，线圈装置1的高输出化直接关系到电子模块的高输出化，与其他的电子部件相比安装面积较大的线圈装置1的小型化非常有助于电子模块的小型化。然而，想要对线圈装置1进行高输出化或小型化时，存在难以使线圈4中产生的热高效率地散去的问题。

具体地，为了实现线圈装置1的高输出化增大了线圈4中流动的电流，但是当超过磁芯2的饱和磁通密度这样的大电流在线圈4中流动时，可能会毁坏驱动线圈装置1的开关元件。因此，在线圈装置1的磁芯2中设置了用于防止磁饱和的空隙(图1A、图1B、符号20)。但是如果以高输出化为目标，则最终会在线圈4的绕线中流过大到一定程度的电流以获得更大的磁通密度，在对应高输出化的线圈装置1中自然产热会变大。而且，为了线圈装置1的高输出化，作为热导率低的空气层的上述空隙20是必须的结构。因此，难以兼顾线圈装置1的高输出化和散热効率的改善。特别是在没有与散热基板5直接接触的上侧的磁芯元件2u中，从卷绕有成为热源的线圈4的中腿3到散热基板5的路径实际上是间断的，因此温度难以降低。此外，想要实现线圈装置1的小型化，则与散热基板5的接触面积会变小，散热变得更难。不言而喻，小型化导致磁芯2的热容量降低，即使相同的热量下温度也容易上升。同时，小型化导致磁芯与空气接触、或者暴露在空气中的表面积变小，无法有效地使热散到空气中。如果散热不充分，则线圈装置1会产生热失控，线圈装置1会有功能障碍。另外，关于电子模块的小型化，还会在线圈装置1的周围高密度地安装电子部件，线圈装置1周围的电子部件也有可能因为热而破损。不言而喻，如果设置用于抑制温度上升的的冷却装置(风扇等)，则无法避免电子模块的大型化。

因此，开发了以下的专利文献1之类的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-206308号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

上述专利文献1中记载变压器安装装置由安装在金属制成的平板状的散热器的上方的变压器、载置在变压器的磁芯上表面的散热片、用于固定该散热片并且将变压器上部的热传导到散热器的变压器安装元件构成。变压器安装元件由从上方按压散热片的顶部、与顶部相连并且以沿着磁芯的侧面的方式朝向下方弯曲并下垂的安装臂部构成。而且，安装臂部的末端形成以面对散热器的方式朝向外方弯曲成直角的安装部，该安装部被螺钉固定在散热器(散热基板)上。

但是，在该专利文献1记载的变压器安装装置中，磁芯上表面的热经由与该上表面接触的散热片和与该散热片接触的变压器安装元件被传导到散热器，因此热传导的效率低，在对应高输出化的线圈装置中无法得到大的散热效果。另外，在变压器安装元件中，需要将散热片按压在磁芯的上表面上以使散热片不会因弹性而在厚度方向复原，因此变压器安装元件的下端被螺钉固定在散热器上。从而，当安装面积受限时，将变压器安装装置安装在基板上本身就变难。

因此，本发明的目的之一在于提供不扩大安装面积而能够有效地散热的线圈装置。

解决技术问题的手段

用于实现上述目的的一个方面所涉及的线圈装置，具备：两个磁芯元件；导线，其卷绕于磁芯，该磁芯是将所述两个磁芯元件隔着空隙在上下方向进行相对配置而形成的；以及由金属板制成的第一散热板及第二散热板，所述两个磁芯元件中的至少一者是E型磁芯元件，该E型磁芯元件左右具有侧面并且形成为卷绕有所述导线的中腿在上下方向延伸，所述第一散热板及第二散热板以与所述磁芯的上表面以及侧面接触的方式弯曲而形成，且所述第一散热板及第二散热板的各自的一个边缘端部彼此隔着间隙相对于所述磁芯左右对称地配置，另一个边缘端部形成为能够与载置所述磁芯的金属制的散热基板接触。

另外，更优选所述磁芯是将配置在下方的所述磁芯元件设为所述E型磁芯元件、且将配置在上方的所述磁芯元件设为I型磁芯元件的EI型磁芯。可以是特征在于具备用于使所述第一散热板与所述第二散热板的所述间隙保持为固定距离的机构的线圈装置。还能够是所述两个散热板之间的所述间隙△w与所述磁芯的左右宽度W之比△w/W为0.3以下的线圈装置。

发明效果

根据本发明的线圈装置，无需增大安装面积而能够有效地散热。需要说明的是，通过以下的记载能够明白其他的效果。

附图说明

图1A是示出线圈装置的一示例的图。

图1B是示出线圈装置的一示例的图。

图2A是示出第1实施例所涉及的线圈装置的图。

图2B是示出第1实施例所涉及的线圈装置的图。

图3A是示出为了比较调查第1实施例所涉及的线圈装置的散热特性而准备的各种线圈装置的结构的图。

图3B是示出为了比较调查第1实施例所涉及的线圈装置的散热特性而准备的各种线圈装置的结构的图。

图3C是示出为了比较调查第1实施例所涉及的线圈装置的散热特性而准备的各种线圈装置的结构的图。

图3D是示出为了比较调查第1实施例所涉及的线圈装置的散热特性而准备的各种线圈装置的结构的图。

图4是示出构成第1实施例所涉及的线圈装置的两个散热板的间隔与散热效果的关系的图。

图5A是示出第2实施例所涉及的线圈装置的图。

图5B是示出第2实施例所涉及的线圈装置的图。

图6是示出其他的实施例所涉及的线圈装置的图。

具体实施方式

相关申请的相互参照

本发明基于2014年10月3日申请的日本专利申请特愿2014-204570主张优先权，并引用其内容。

参照以下附图说明本发明的实施例。需要说明的是，在以下的说明所使用的附图中，对相同或相似的部分标记相同的符号并省略重复的说明。取决于附图，还会在说明时省略不需要的符号。

＝＝＝第1实施例＝＝＝

本发明的实施例所涉及的线圈装置构成为具有变压器等线圈部件，该变压器等线圈部件构成为与散热基板接触，该线圈装置例如安装在DC-DC转换器等电子模块的电路基板上。不言而喻，散热基板也可以组装在电路基板上。在任何情况下，构成线圈部件的磁芯都构成为与散热基板接触。

＜结构＞

图2A、图2B是示出本发明的第1实施例所涉及的线圈装置1a的图。图2A是该线圈装置1a的立体图。图2B是沿图2A的b-b箭头的剖视图。这里，当如图2A所示规定上下左右前后的各个方向时，该线圈装置1a与图1A、图1B所示的线圈装置1同样地，具有线圈4卷绕在EE型的磁芯2的中腿3上而形成的线圈部件10。而且，线圈装置1a被载置在散热基板5上，从而与散热基板5接触。而且，该线圈装置1a还具备使磁芯2的上表面12侧的热有效地传导到下表面11侧的散热基板5，或更高效率地散到空气中的结构(散热部30)。具体地，线圈装置1a具有作为该散热部30的两个散热板30L、30R。

图2A、图2B中示出的散热部30由散热板30L、30R构成，该散热板30L、30R是将平板状的金属弯曲成L字状的两个金属板。以下，散热板30L也记作L字型散热板30L，散热板30R也记作L字型散热板30R。各L字型散热板(30L、30R)的前后方向的宽度构成为与磁芯2的前后长度(以下，记作深度D)对应。

L字型散热板30L以与磁芯2的上表面12以及左侧面13L接触的方式，安装在磁芯2上。另外，L字型散热板30R以与磁芯2的上表面12以及右侧面13R接触的方式，安装在磁芯2上。这两个L字型散热板(30L、30R)各自的一端(31L、31R)在磁芯2的上表面12上相对。

L字型散热板30L从上述一端31L朝向左方沿着磁芯2的上表面12延伸，在上表面12的左侧的端部处向下方弯曲，沿着磁芯2的左侧面13L向下方延伸，到达左侧面13L的下端，另一端32L与散热基板5的上表面6接触。同样地，L字型散热板30R，从上述一端31R朝向右方沿着磁芯2的上表面12延伸，在上表面12的右侧的端部处向下方弯曲，沿着磁芯2的右侧面13R向下方延伸，到达右侧面13R的下端，另一端32R与散热基板5的上表面6接触。

而且，为了确认第1实施例所涉及的线圈装置1a的散热性能，如图3A、图3B、图3C、图3D所示，将散热部30的有无、散热部30的形状等不相同的各种线圈装置s1、s2、s3、s4作为试样，在各试样s1、s2、s3、s4的线圈4中通电使线圈部件10发热。然后调查磁芯2的温度。

需要说明的是，试样s1对应于线圈装置1，试样s4对应于线圈装置1a。

＜试样＞

各试样s1、s2、s3、s4均使用相同的磁芯2而构成。这里，基于图2A、图2B说明各试样s1、s2、s3、s4通用的磁芯2的概况。磁芯2是如上所述的EE型，由铁氧体制成。该磁芯2上设置有间隙G＝0.2mm的空隙20。这里，将两个E型磁芯元件(2u、2d)隔着PET等形成的膜在上下方向进行相对配置，从而形成空隙20。另外，磁芯2的外形具有左右的宽度W＝48.9mm、前后的深度D＝34.0mm、上下高度H＝24.4mm的尺寸。

图3A、图3B、图3C、图3D是与试样s1、s2、s3、s4的沿图2A的b-b线的剖面对应的图，示出了各试样s1、s2、s3、s4的结构。根据散热部30的有无、散热部30的形状将准备的试样s1、s2、s3、s4分成4种类型。图3A是没有设置散热部30的类型的试样s1，对应于图1A、图1B所示的线圈装置1。图3B是在磁芯2的上表面12的整个面上配置矩形平板状的散热板30a作为散热部30的类型的试样s2。图3C所示的试样s3是将以与磁芯2的上表面12和侧面(13L、13R)接触的方式一体地形成的“コ”字型的散热板30b作为散热部30来使用的类型，该散热板30b的两个下端(32L、32R)与散热基板5的上表面6接触。而且，图3D是相对配置两个L字型散热板(30L、30R)作为散热部30的类型的试样s4，第1的实施例所涉及的线圈装置1a也属于该类型。需要说明的是，作为该图3D所示的类型的试样s4，准备了两个L字型散热板30L、30R间的距离△w为5mm、10mm、15mm、20mm的4个种类(以下，记作试样s4a、s4b、s4c、s4d)。即，准备了4种类型7个种类的试样s1、s2、s3、s4a、s4b、s4c、s4d。另外，试样s2～s4所使用的散热板(30a、30b、30L、30R)是厚度1mm的铝板。

<散热性能>

首先，在图3A所示的没有散热部30的试样s1的线圈4中通电，求出磁芯2的上表面12的中腿3的正上方的位置(以下，也称作测量点P)处的温度成为50℃时的磁芯2的发热量。然后，对各试样(s1～s3，s4a～s4d)通电，以使各试样(s1～s3，s4a～s4d)的磁芯2的发热量与该试样s1的发热量相同。

也就是说，考虑磁芯2中通电时的发热量的温度依赖性，调整各试样(s1～s3，s4a～s4d)的线圈4中通过的电流的大小，以使磁芯2的发热量恒定。由此，能够比较各试样(s1～s3，s4a～s4d)的散热部30的散热性能的差异。

而且，如图2A、图2B和图4所示，测量各试样(s1～s3，s4a～s4d)的测量点P的温度。测量点P处的温度在任何一个试样(s1～s3，s4a～s4d)中均最高。

(表1)

如表1所示，与作为没有散热部30的线圈装置1的试样s1相比，能够确认具备散热板(30a、30b、30L、30R)的试样(s2、s3、s4a～s4d)的散热效果较好。另外，与只在磁芯2的上表面12上配置散热板30a的试样s2相比，散热板(30b、30L、30R)与磁芯2的上表面12和侧面(13L、13R)接触的试样(s3、s4a～s4d)的散热效果较好。

进一步，具备两个L字型散热板(30L、30R)的试样(s4a～s4d)中的试样(s4a～s4c)的散热效果，比散热板30b与磁芯2的上表面12和侧面(13L、13R)的整个面接触的试样s3的散热效果好。可认为这是因为，试样s3的散热板30b具有向下方开口的“コ”字形状并且一体地形成，当磁芯2发热时磁芯2与散热板30b不会跟随彼此并且一体地热变形。即，可认为这是因为无法维持磁芯2的上表面12和侧面(13L、13R)与散热板30b接触的状态，从磁芯2向散热板30b的热传导效率降低。

另一方面，在将两个L字型散热板(30L、30R)隔着间隙△w在磁芯2的左右进行相对配置的试样s4(s4a～s4d)中，对于磁芯2的热变形，两个散热板(30L、30R)能够单独地追随，维持了散热板(30L、30R)与磁芯2的表面的接触。而且，在两个散热板(30L、30R)的间隙△w为5、10、15mm的试样(s4a～s4c)中，磁芯2的热高效率地传导到L字型散热板(30L、30R)，可认为其结果是，磁芯2的上表面12的热有效地被传导到散热基板5，并且上下双方的磁芯元件(2u、sd)的热也有效地散到空气中。需要说明的是，在两个L字型散热板(30L、30R)的间隙△w为20mm的试样s4d中，由于间隙△w过大，因此从磁芯上表面12向散热板(30L、30R)的热传导效率变差，所以散热效果变得比试样s3差。

＜关于散热板的间隙△w＞

通过如上述那样将两个L字型散热板(30L、30R)隔着间隙△w在磁芯2的左右进行相对配置，能够有效地使磁芯2中产生的热散开。但是，当间隙△w过宽时散热效果会变差，因此需要根据磁芯2的宽度W适当地设置该间隙△w的值。另一方面，只要有用于设置间隙△w的某些指标，则不需要根据磁芯2的宽度W不同的线圈装置1a在每种情况下进行使间隙△w最优的操作。这里，调查了间隙△w相对于磁芯2的宽度W的比率(△w/W)与上述测量点P处的温度的关系。在图4中将该关系绘成图表并示出。

如图4所示，可以说如果两个L字型散热板之间(30L-30R)的间隙△w与磁芯2的宽度W之比△w/W为0.3以下，则与使用了间隙△w＝0的“コ”字型的散热板30b的试样s3相比能够提高散热效果。因此，如果无需严格控制温度，将两个散热板之间(30L―30R)的间隙△w相对于磁芯2的宽度W的比例△w/W设置为0.3以下即可。

＝＝＝第2实施例＝＝＝

另外，线圈装置1a的热源是线圈4的导线。而且，由于来自该导线的热传导到磁芯2的中腿3，因此线圈装置1a的温度上升。在上述第1实施例所涉及的线圈装置1a中，由于使用了EE型的磁芯2，所以中腿3在上下方向的中央处被空隙20切断。即，卷绕在比中腿3的上下中央的空隙20更下侧的导线中产生的热，从下侧的E型的磁芯元件2d直接传导到热容量大的散热基板5并有效地散开，卷绕在比中腿3的上下中央的空隙20更上侧的导线中产生的热，从上侧的E型的磁芯元件2u传导到散热板(30L、30R)后散到大气中，或者通过从散热板(30L、30R)到散热基板5的路径散热。因此，如图5B所示，如果使用线圈4的所有导线都卷绕在一体的中腿3上的EI型的磁芯102，则在中腿3的整个区域中可确保向散热基板5直接散热的路径，必然可获取更好的散热效果。因此，作为本发明的第2实施例，列举了具备EI型的磁芯102和两个L字型散热板(30L、30R)的线圈装置1b。在图5A、图5B中示出了第2实施例所涉及的线圈装置1b的大概结构。图5A是该线圈装置1b的立体图，图5B是沿图5A中的c-c箭头的剖视图。如这些图5A、图5B所示，第2实施例所涉及的线圈装置1b具备在I型的磁芯元件102u的下方配置E型的磁芯元件102d的EI型的磁芯102，在E型的磁芯元件102d的中腿3上卷绕导线形成线圈4。另外，与第1实施例同样地，具有与磁芯102的深度D相同的前后宽度的两个L字型散热板(30L、30R)以在磁芯102的上表面12上相对的方式配置在磁芯102的左右。

接着，为了调查该第2实施例所涉及的线圈装置1b的散热特性，使用EI型的磁芯102，并且准备将两个L字型散热板之间(30L-30R)的间隙△w设为5mm、10mm、15mm以及20mm的4个种类的试样(以下，记作试样s5a～s5d)，调查各试样s5a～s5d的上述测量点P处的温度。不言而喻，线圈4的外形、形状，以及赋予磁芯2的发热量与表1所示的各试样(s1～s3、s4a～s4d)相同。

在表2中示出试样(s5a～s5d)的测量点P处的温度。

(表2)

如表2所示，与使用EE型的磁芯2的试样(s4a～s4d)相比，使用了EI型的磁芯102的试样(s5a～s5d)总的来说能够降低7℃左右的温度，可确认通过将磁芯102设为EI型可获取更好的散热效果。

＝＝＝其他的实施例＝＝＝

在第1实施例以及第2实施例所涉及的线圈装置(1a、1b)中，将两个L字型散热板(30L、30R)隔着间隙△w进行相对配置。但是，磁芯(2，102)的温度会根据线圈4的通电状況上升或下降，因此磁芯(2，102)重复进行热膨胀和热收缩。特别是，磁芯2、102在被快速冷却时在短时间内收缩较大。

因此，本实施例所涉及的线圈装置1c构成为能够更加可靠地维持磁芯2、102与散热部30的接触状态。

在图6中示例的线圈装置1c中，作为散热部30，具有通过螺栓134等连接元件以间隔开规定的距离的方式连接的两个散热板130L、130R。

散热板130L以及散热板130R分别具有形成为从磁芯2的上表面12向上方弯曲的曲柄状的端部133L以及端部133R，这两个散热板(130L、130R)的上方的端部(133L、133R)构成为在左右方向上相面对。另外，在线圈4中通电之前，即在产生发热之前的初期状态下，两个散热板(130L、130R)的端部之间(133L-133R)隔着间隙△w而分离开，同时彼此面对的两个散热板(130L、130R)的端部(133L-133R)被螺栓134等固定。而且，在具备这种结构的线圈装置1c中，即使磁芯2重复进行膨胀和收缩，只要线圈4处于通电状态则磁芯2相对于初期状态热膨胀，两个散热板(130L、130R)朝向彼此接近的方向被施力。而且，即使在磁芯2被快速冷却，磁芯2在短时间内收缩较大的情况下，两个散热板130L、130R在上述的施力的作用下追随磁芯2的收缩，能够维持磁芯2与散热板(130L、130R)的接触。由此，能够更加可靠地维持磁芯2与散热板(130L、130R)的接触状態。

这样，线圈装置1c构成为具有使在磁芯2的左右分离地配置的两个散热板(130L、130R)的间隙△w保持一定的机构(例如螺栓134)，具备即使在磁芯2不规则地膨胀或收缩的情况下也能够应付的散热结构。

虽然在上述各实施例所涉及的线圈装置(1a～1c)中，散热板(30L、30R、130L、130R)的下端(32L、32R)仅与散热基板5接触，但是如果安装面积还有富余，则可以通过螺钉紧固件等将散热板(30L、30R、130L、130R)的下端(32L、32R)侧固定在散热基板5上。在任何一种情况下，只要两个散热板(30L、30R、130L、130R)隔着间隙△w相对于磁芯2左右对称地配置，并且与磁芯2的上表面12和侧面(13L、13R)以及散热基板5接触即可。

包括上述第1实施例以及第2实施例在内，为了调查散热效果而准备的各试样s1、s2、s3、s4、s5均将散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)载置在磁芯(2、102)上，并通过散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)的自重固定在磁芯(2、102)上。但是，实际使用上述各实施例所涉及的线圈装置(1a～1c)时，为了防止散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)的脱落，也可以考虑使用接合剂等将散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)固定于磁芯(2、102)。不言而喻，为了不妨碍从磁芯(2，102)向散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)的热传导，优选接合剂等没有介于散热板(30a、30b、30L、30R、130L，130R)和磁芯(2，102)的表面之间。

然而，如果使用例如具有热传导性的接合剂，则也可以使接合剂介于散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)和磁芯(2、102)的表面之间。在这种情况下，通过使用接合剂，能够容易地更牢固地接合散热板(30a、30b、30L、30R、130L、130R)与磁芯(2、102)。

如以上说明的，根据本实施方式所涉及的线圈装置1a、1b、1c，无需扩大安装面积，就能够有效地散热。另外，还能够对应小型化和高输出化。

需要说明的是，上述的实施方式的目的在于容易理解本发明，而并非在于限定地解释本发明。本发明只要不脱离其意旨，能够进行变形和改良，本发明中还包括其等价物。

本发明适于小型大输出的DC-DC转换器等。

附图标记说明

1、1a～1c 线圈装置

s1、s2、s3、s4、s5 线圈装置(试样)

2、102 磁芯

2u、2d、102u、102d 磁芯元件

3 磁芯的中腿

4 线圈

5 散热基板

10 线圈部件

11 下表面

12 上表面

13 侧面

13L 左侧面

13R 右侧面

20 空隙

30 散热部

30a、30b、30L、30R、130L、130R 散热板

133L 端部

133R 端部

Claims (4)

1.一种线圈装置，其特征在于，具备：

两个磁芯元件；

导线，其卷绕于磁芯，该磁芯是将所述两个磁芯元件隔着空隙在上下方向进行相对配置而形成的；以及

由金属板制成的第一散热板及第二散热板，

所述两个磁芯元件中的至少一者是E型磁芯元件，该E型磁芯元件左右具有侧面并且形成为卷绕有所述导线的中腿在上下方向延伸，

所述第一散热板及第二散热板具有L字型，同时与所述磁芯的上表面以及侧面面接触，所述第一散热板及第二散热板相对于所述磁芯左右对称地配置，各自的上端部彼此隔着间隙相对设置，各自的下端部分别在所述磁芯的两侧与载置所述磁芯的金属制的散热基板相接触。

2.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述磁芯是将配置在下方的所述磁芯元件设为所述E型磁芯元件、且将配置在上方的所述磁芯元件设为I型磁芯元件的EI型磁芯。

3.如权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，具备用于使所述第一散热板与所述第二散热板的所述间隙保持为固定距离的机构。

4.如权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，所述两个散热板之间的所述间隙△w与所述磁芯的左右侧面之间的宽度W之比△w/W为0.3以下。