DE112016003964T5

DE112016003964T5 - Leistungswandler

Info

Publication number: DE112016003964T5
Application number: DE112016003964.6T
Authority: DE
Inventors: Koji Nakajima; Takashi Kumagai; Jun Tahara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2018-05-17
Also published as: JP6490227B2; US20180174739A1; JPWO2017038369A1; US11094452B2; WO2017038369A1

Abstract

Leistungswandler (100), der einen Magnetkern (21, 22), eine Vielzahl von Wicklungen (11, 12), eine Vielzahl von Metall-Seitenwänden (43, 44), ein erstes Isolationselement (61, 62, 63) und ein zweites Isolationselement (64) aufweist. Die Vielzahl von Wicklungen (11, 12) sind jeweils um den Magnetkern (21, 22) gewickelt und so gebogen, dass sie einen Bereich aufweisen, der sich in eine Richtung erstreckt, in die sich der Magnetkern (21, 22) erstreckt. Die Vielzahl von Metall-Seitenwänden (43, 44) sind außen von der Vielzahl von Wicklungen (11, 12) angeordnet und erstrecken sich in die Richtung, in die sich der Magnetkern (21, 22) erstreckt. Das erste Isolationselement (61, 62, 63) ist zwischen der Vielzahl von Wicklungen (11, 12) und zwischen der Vielzahl von Wicklungen (11, 12) und dem Magnetkern (21, 22) angeordnet. Das zweite Isolationselement (64) ist an einer Außenseite der Vielzahl von Wicklungen (11, 12) angeordnet und steht mit jeder von der Vielzahl von Seitenwänden (43, 44) und jeder von der Vielzahl von Wicklungen (11, 12) in Kontakt. Das zweite Isolationselement (64) weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die höher ist als die thermische Leitfähigkeit des ersten Isolationselements (61, 62, 63).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungswandler und insbesondere einen Leistungswandler, der eine magnetische Komponente, wie beispielsweise einen Transformator aufweist.
Stand der Technik
Eine herkömmliche Transformatorstruktur, wie sie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-115024 (Patentdokument 1) angegeben ist, weist Folgendes auf: eine Primär-Leiterplatte, bei der eine Primärwicklung um ein Durchgangsloch gewickelt ist, und eine Sekundär-Leiterplatte, bei der eine Sekundärwicklung um ein Durchgangsloch gewickelt ist. Die Primär- und die Sekundär-Leiterplatte sind gestapelt, und zwei Kerne werden in die Durchgangslöcher eingesetzt. Bei der Transformatorstruktur des Patentdokuments 1 werden die Primärwicklung und die Sekundärwicklung zwischen dem einen Kern, der in Richtung von der Primär-Leiterplatte eingefügt wird, und dem anderen Kern, der in Richtung von der Sekundär-Leiterplatte eingefügt wird, gehalten.
Eine weitere Transformatorstruktur, wie sie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2009-177019 (Patentdokument 2) angegeben ist, weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung auf, die um ein Durchgangsloch gewickelt sind, das in einer einzelnen flexiblen Leiterplatte ausgebildet ist, wobei zwei Kerne in die Durchgangslöcher eingeführt werden und die Oberfläche der flexiblen Leiterplatte so gebogen wird, dass sie sich in die Richtung erstreckt, in die die zwei Kerne sich erstrecken. Auch bei der Transformatorstruktur des Patentdokuments 2 sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung zwischen dem einen Kern, der in Richtung von der einen Oberfläche der flexiblen Leiterplatte eingeführt wird, und dem anderen Kern gehalten, der in Richtung von der anderen Oberfläche der flexiblen Leiterplatte eingeführt wird.
Bei beiden Transformatorstrukturen sind die Primärwicklung und die Sekundärwicklung als Kupferblechmuster ausgebildet und die Position der Muster wird durch ein Harzmaterial befestigt, das auf der Leiterplatte ausgebildet ist. Dementsprechend wird sowohl die Distanz zwischen den Wicklungen als auch die Distanz zwischen der Wicklung und dem Kern bei einem geeigneten Wert gehalten, so dass beispielsweise ein elektrisch isolierender Zustand zwischen den Wicklungen aufrechterhalten werden kann.
Stand der Technik-Dokumente
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-115024
Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2009-177019

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jede der Wicklung, die in Patentdokument 1 und Patentdokument 2 angeordnet sind, sind als Kupferblech-Muster ausgebildet. Die Wicklung ist daher dünn und hat eine kleine Leiterquerschnittsfläche. Hohe Ströme, die durch die Wicklung strömen, verursachen folglich, dass eine entsprechend hohe Menge Wärme erzeugt wird. Gemäß den Patentdokumenten 1 und 2 scheint allerdings eine effiziente Wärmeabfuhr von jeder Windung schwierig zu sein. Obwohl das Patentdokument 2 den Vorteil hat, dass die Transformatorstruktur durch Biegen der flexiblen Leiterplatte kompakt ausgebildet ist, ist es insbesondere schwierig, die Wärme nach außen abzuführen, die von der Sekundärwicklung erzeugt wird, die relativ gesehen näher bei dem Kern angeordnet ist, und zwar näher innen angeordnet ist, aufgrund des Biegens der Leiterplatte.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des obigen Problems geschaffen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Leistungswandler anzugeben, der sowohl eine hohe Wärmeabfuhr von den Wicklungen, eine elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen als auch ein Verkleinern (Downsizen) des gesamten Leistungswandlers ermöglicht.
Lösung des Problems
Ein Leistungswandler der vorliegenden Erfindung weist Folgendes au: einen Magnetkern, eine Vielzahl von Wicklungen, eine Vielzahl von Metall-Seitenwänden, ein erstes Isolationselement und ein zweites Isolationselement. Die Vielzahl von Wicklungen sind jeweils um den Magnetkern gewickelt und derart gebogen, dass sie einen Bereich aufweisen, der sich in eine Richtung erstreckt, in die sich der Magnetkern erstreckt.
Die Vielzahl von Metall-Seitenwänden sind außen von der Vielzahl von Wicklungen angeordnet und erstrecken sich in die Richtung, in die sich der Magnetkern erstreckt. Das erste Isolationselement ist zwischen der Vielzahl von Wicklungen und zwischen den Wicklungen und dem Magnetkern angeordnet. Das zweite Isolationselement ist an einem Äußeren (an einer Außenseite) der Vielzahl von Wicklungen angeordnet und mit jeder von der Vielzahl von Seitenwänden und jeder von der Vielzahl von Wicklungen in Kontakt. Das zweite Isolationselement weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die höher ist als die thermische Leitfähigkeit des ersten Isolationselements.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Wicklungen derart gebogen, dass sie einen Bereich aufweisen, der sich in eine Richtung erstreckt, in die sich der Magnetkern erstreckt. Folglich kann der gesamte Leistungswandler kleiner ausgeführt werden (verkleinert werden). Außerdem gewährleistet das erste Isolationselement eine elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen und zwischen den Wicklungen und dem Magnetkern. Ferner gewährleistet das zweite Isolationselement, das eine hohe Wärmeabfuhr-Eigenschaft aufweist und sowohl mit den Wicklungen als auch den Seitenwänden in Kontakt steht, eine hocheffiziente Abführung von Wärme, die von den Wicklungen erzeugt wird.
Figurenliste
In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Schaltungsblockdiagramm eines Leistungswandlers gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß einem ersten Beispiel einer ersten Ausführungsform zeigt;
3 eine schematische Draufsicht (A) einer Primärwicklung von oben auf die Primärwicklung aus gesehen, und zwar bevor die Primärwicklung gebogen wird, die um ein mittiges Bein eines unteren Magnetkerns gewickelt ist, und eine schematische Draufsicht (B) einer Sekundärwicklung gesehen von oben auf die Sekundärwicklung, und zwar bevor die Sekundärwicklung gebogen wird, die um das mittige Bein des unteren Magnetkerns gewickelt wird;
4 eine schematische Querschnittsansicht (A) entlang der Linie IVA-IVA in 3(A), eine schematische Querschnittsansicht (B) entlang der Linie IVB-IVB in 3(A) und eine schematische Querschnittsansicht (C) entlang der Linie IVC-IVC in 3(A);
5 eine schematische Draufsicht (A) der Primärwicklung gesehen von oben auf die Primärwicklung, und zwar nachdem die Primärwicklung gebogen wird, die um das mittige Bein des unteren Magnetkerns gewickelt wird, und eine schematische Draufsicht (B) der Sekundärwicklung gesehen von oben auf die Sekundärwicklung, und zwar nachdem die Sekundärwicklung gebogen wird, die um das mittige Bein des unteren Magnetkerns gewickelt wird;
6 eine schematische Querschnittsansicht (A) entlang der Linie VIA-VIA in 5(A), und eine schematische Querschnittsansicht (B) entlang der Linie VIB-VIB in 5(A);
7 eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Modifikation zeigt, die sich von der Konfiguration des Leistungswandlers in 2 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet;
8 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die eine Konfiguration des Leistungswandlers gemäß der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform zeigt;
9 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
10 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die die Konfiguration des Leistungswandlers gemäß der in 9 gezeigten zweiten Ausführungsform zeigt;
11 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
12 eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Modifikation zeigt, die von der Konfiguration des Leistungswandlers in 11 verschieden ist, und zwar gemäß der dritten Ausführungsform;
13 eine schematische Draufsicht (A) einer Primärwicklung gesehen von oben auf die Primärwicklung, und zwar bevor die Primärwicklung gebogen wird, die um ein mittiges Bein eines unteren Magnetkerns gewickelt ist, und eine schematische Draufsicht (B) der Sekundärwicklung gesehen von oben auf die Sekundärwicklung, und zwar bevor die Sekundärwicklung gebogen wird, die um das mittige Bein des unteren Magnetkerns gewickelt wird; und
14 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in 13 von oben gesehen.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Unter Verwendung von 1 wird zunächst eine Beschreibung eines Beispiels eines Schaltungsdiagramms eines Leistungswandlers der vorliegenden Ausführungsform gegeben. Bezugnehmend auf 1 weist der Leistungswandler bei der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich Folgendes auf: eine eingangsseitige Treiberschaltung 1, eine ausgangsseitige Treiberschaltung 2 und einen Transformator 10.
Die eingangsseitige Treiberschaltung 1 weist vier Schaltelemente 31A, 31B, 31C und 31D und einen Kondensator 32A auf. Die ausgangsseitige Treiberschaltung 2 weist vier Gleichrichterelemente 31E, 31F, 31G, 31A, einen Kondensator 32B und eine Spule 33 auf. Der Transformator 10 weist eine Primärwicklung 11 und eine Sekundärwicklung 12 auf.
Bei der eingangsseitigen Treiberschaltung 1 sind die vier Schaltelemente 31A, 31B, 31C und 31D wie in 1 gezeigt verbunden. Insbesondere sind die in Reihe geschalteten Schaltelemente 31A und 31C parallel mit den in Reihe geschalteten Schaltelementen 31B und 31D geschaltet. Ein Verbindungspunkt 11A ist zwischen dem Schaltelement 31A und dem Schaltelement 31C angeordnet, und ein Verbindungspunkt 11B ist zwischen dem Schaltelement 31B und dem Schaltelement 31D angeordnet. Die Primärwicklung 11 ist zwischen die Verbindungspunkte 11A und 11B geschaltet. Die Schaltelemente 31A, 31B, 31C und 31D sind HalbleiterElemente, wie beispielsweise MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), die derart angesteuert werden, dass diese alternierend ein- und ausschalten, so dass positive und negative Spannungen an der Primärwicklung 11 des Transformators 10 erzeugt werden. Die positiven und negativen Spannungen, die an der Primärwicklung 11 des Transformators 10 erzeugt werden, werden mittels der Eingangsspannung V_in vorgegeben, die an den Kondensator 32A angelegt wird.
Bei der ausgangsseitigen Treiberschaltung 2 sind die vier Gleichrichterelemente 31E, 31F, 31G und 31A wie in 1 gezeigt verbunden. Insbesondere sind die in Reihe geschalteten Gleichrichterelemente 31E und 31G parallel mit den in Reihe geschalteten Gleichrichterelementen 31F und 31H geschaltet. Die Gleichrichterelemente 31E, 31F, 31G und 31H sind beispielsweise übliche Dioden. In 1 ist die Anode des Gleichrichterelements 31E mit der Kathode des Gleichrichterelements 31G verbunden, und die Anode des Gleichrichterelements 31F ist mit der Kathode des Gleichrichterelements 31H verbunden.
Ein Verbindungspunkt 12A ist zwischen dem Gleichrichterelement 31E und dem Gleichrichterelement 31G angeordnet, und ein Verbindungspunkt 12B ist zwischen dem Gleichrichterelement 31F und dem Gleichrichterelement 31H angeordnet. Eine Sekundärwicklung 12 ist zwischen den Verbindungspunkten 12A und 12B geschaltet. Die Gleichrichterelemente 31E, 31F, 31G und 31H haben somit die Funktion eine Spannung gleichzurichten, die an der Sekundärwicklung 12 des Transformators 10 erzeugt wird. Bei der ausgangsseitigen Treiberschaltung 2 sind die Spule 33 und der Kondensator 32B verbunden und diese haben die Funktion, die Spannung zu glätten, die durch die Gleichrichterelemente 31E, 31F, 31G und 31H gleichgerichtet worden ist. Insbesondere ist das eine Ende der Spule 33 mit den entsprechenden Kathoden der Gleichrichterelemente 31E und 31F verbunden, und das andere Ende der Spule 33 ist mit dem einen Ende des Kondensators 32B verbunden. Das andere Ende des Kondensators 32B ist mit den entsprechenden Anoden der Gleichrichterelemente 31G und 31H verbunden.
Die Ausgangsspannung V_out, die an dem Kondensator 32B angelegt wird, wird derart gesteuert, dass die Ausgangsspannung V_out höher ist als die Eingangsspannung V_in (hochgesetzt) oder niedriger ist als die Eingangsspannung V_in(tiefergesetzt) und zwar mittels des Windungsverhältnisses zwischen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12, die den Transformator 10 ausbilden sowie der Ein-/Aus-Zeit der Schaltelemente 31A, 31B, 31C und 31D.
Im Folgenden wird unter Verwendung der 2 bis 8 eine Beschreibung einer spezifischen Konfiguration des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform angegeben.
Bezugnehmend auf 2 weist der Leistungswandler 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den oben beschriebenen Transformator 10 auf. Der Transformator 10 weist hauptsächlich Folgendes auf: einen oberen Magnetkern 21 und einen unteren Magnetkern 22, die beispielsweise ein Magnetkern-Paar sind, eine Vielzahl von Wicklungen, die insbesondere eine Primärwicklung 11 und eine Sekundärwicklung 12 sind, eine Leiterplatte 41, ein Gehäuse 42 und Seitenwände 43 und 44. Auf der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 sind Isolationselemente 61, 62 und 63 (erste Isolationselemente) und ein Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr (zweites Isolationselement) angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind eine Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 als Teil eines Gehäuses 42 angeordnet. Mit anderen Worten bilden das Gehäuse 42 und eine Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 einen Einzelkörper aus. Die Seitenwand 43 ist ein Bereich, der außen (rechts) von Elementen, wie beispielsweise den Magnetkernen und den Wicklungen 11 und 12 in 2, angeordnet ist und sich säulenartig in Richtung von oben nach unten (Vertikalrichtung) in 2 erstreckt, und zwar wie der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22. Entsprechend ist die Seitenwand 44 ein Bereich, der außerhalb (links) von den Elementen, wie beispielsweise den Magnetkernen und den Wicklungen 11 und 12 in 2, angeordnet ist und sich säulenartig in Richtung von oben nach unten (Vertikalrichtung) in 2 erstreckt, und zwar wie der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22. Die gestrichelte Linie in 2 zeigt die Grenze zwischen den Seitenwänden 43 und 44 des Gehäuses 42 und anderen Bereichen an. Das Gehäuse 42 kann beispielsweise durch Spritzgießen von Aluminium hergestellt werden, so dass es beispielsweise zusammen mit den Seitenwänden 43 und 44 aus einem Einzelkörper besteht.
Die Leiterplatte 41 ist ein flachplattenförmiges Element, das als eine Basis dient, auf der Schaltkreise und Elemente angebracht und implementiert sind, die beispielsweise der gesamte Leistungswandler 100 aufweist. Insbesondere sind Halbleiterelemente, wie beispielsweise die Schaltelemente 31A bis 31D und die Gleichrichterelemente 31E bis 31H, die in 1 gezeigt sind, elektrisch mit der Leiterplatte 41 verbunden. Die in 1 gezeigten Kondensatoren 32A und 32B (nicht in 2 gezeigt), sowie Elemente wie beispielsweise andere elektronische Komponenten sind ebenfalls mit der Leiterplatte 41 elektrisch verbunden. Insbesondere sind die Schaltelemente 31A bis 31D und die Gleichrichterelemente 31E bis 31H an dem Gehäuse 42 mit Schrauben 51 befestigt und über eine Verbindung 53 mit der Leiterplatte 41 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 41 ist mit Schrauben 52 an dem Gehäuse 42 befestigt, und zwar insbesondere an den Seitenwänden 43 und 44 in 2. Die Seitenwände 43 und 44 dienen somit als Säulen zum Befestigen der Leiterplatte 41 mit Schrauben 52 an dem Gehäuse 42.
Der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22 sind magnetische Elemente, die angeordnet sind, einen Transformator 10 auszubilden, der eine magnetische Komponente ist (siehe 1). Der untere Magnetkern 22 ist an einem Teil des Bereichs des Gehäuses 42 angebracht und der obere Magnetkern 21 ist so angebracht, dass er den unteren Magnetkern 22 in Draufsicht gesehen (gesehen von oben in 2) überlagert.
Der Teil des Gehäuses 42, der von den Seitenwänden 43 und 44 verschieden ist, dient als Wärmeableiter. Insbesondere sind Elemente, wie beispielsweise der untere Magnetkern 22 an einem Teil des Bereichs des Gehäuses 42 angebracht, und folglich ist das Gehäuse 42 in Kontakt mit der einen Endfläche (untere Endfläche in 2) des unteren Magnetkerns 22 angeordnet, und zwar in der Richtung, in die sich der untere Magnetkern 22 erstreckt (Richtung von oben nach unten in 2). Der Bodenbereich des Gehäuses 42 wird beispielsweise durch Wasser oder Luft gekühlt, um ein hocheffizientes Ableiten von Wärme nach außen zu ermöglichen, die von Komponenten des Transformators 10 und beispielsweise den Schaltelementen 31A bis 31D erzeugt wird, die mit dem Gehäuse 42 in Kontakt stehen.
Wie oben beschrieben, ist die Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 so ausgebildet, dass sie zusammen mit dem Gehäuse 42 einen Einzelkörper ausbilden. Die Seitenwände 43 und 44 sind daher grundsätzlich aus Metall, wie beispielsweise Aluminium ausgebildet und haben eine gute Wärmeabgabe-Eigenschaft.
Bezugnehmend auf 3 und 4(C) beispielsweise ist der obere Magnetkern 21 ein sogenannter I-Typ-Kern, der eine rechtwinkelige flachplattenartige Form aufweist, und der untere Magnetkern 22 ist ein sogenannter E-Typ-Kern, der äußere Beine 22A und 22B, ein mittiges Bein 22C und einen Kern-Verbindungsbereich 22D aufweist.
Bezugnehmend auf 4(C) erstrecken sich beispielsweise die äußeren Beine 22A und 22B und das mittige Bein 22C in eine Richtung von oben nach unten in 4(C). Ferner erstreckt sich der Kern-Verbindungsbereich 22D in eine Richtung von rechts nach links in 4(C). Das mittige Bein 22C ist zwischen dem äußeren Bein 22A und dem äußeren Bein 22B angeordnet und sowohl von dem äußeren Bein 22A als auch von dem äußeren Bein 22B beabstandet. Der Kern-Verbindungsbereich 22D bildet zusammen mit dem äußeren Bein 22A und 22B und dem mittigen Bein 22C einen Einzelkörper aus und erstreckt sich orthogonal zu den äußeren Beinen und dem mittigen Bein.
Bezugnehmend auf 2 und 3(A) und (B) ist eine Vielzahl von (zwei) Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 insbesondere um das mittige Bein 22C gewickelt bzw. gewunden, das ein Teil des unteren Magnetkerns 22 ist. In 3 weisen die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 jeweils beispielsweise vier Windungen auf. Die Anzahl der Windungen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 kann allerdings eine beliebige Anzahl sein.
Sowohl bei der Primärwicklung 11 als auch der Sekundärwicklung 12 sind Windungen, die um das mittige Bein 22C gewickelt sind, voneinander beabstandet. Das Isolationselement 63 ist in dem Bereich angeordnet, der zwischen den Wicklungen der Primärwicklung 11 und den Wicklungen der Sekundärwicklung 12 und außen von dem am weitesten außen liegenden Bereich der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 liegt.
Wie in 2 gezeigt, ist die Primärwicklung 11 in 2 auf einer höheren Ebene (relativ gesehen näher an dem oberen Magnetkern 21) gewickelt als die Sekundärwicklung 12, wobei dies lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Beispielsweise kann die Sekundärwicklung 12 in 2 auf einer höheren Ebene als die Primärwicklung 11 gewickelt sein. In jedem Fall ist das Isolationselement 63 zwischen einer Vielzahl von Wicklungen (insbesondere zwischen der Primärwicklung 11 (der einen Wicklung) und der Sekundärwicklung (der anderen Wicklung) angeordnet. Das Isolationselement 63 steht sowohl mit der Primärwicklung 11 als auch der Sekundärwicklung 12 in Kontakt.
3(A) und 3(B) zeigen einen Zustand der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 bevor diese entlang einer gestrichelten Linie F1 und einer gestrichelten Linie F2 in 3 gebogen werden (und zwar sind diese lediglich um das mittige Bein 22C gewickelt worden). Bezugnehmend auf 4(A), insbesondere beispielsweise bezüglich dem Bereich der Primärwicklung 11, der sich in 3(A) in Richtung von rechts nach links erstreckt, ist der obere Magnetkern 21 direkt über diesem Bereich angeordnet (und von diesem beabstandet) und der Kern-Verbindungsbereich 22D des unteren Magnetkern 22 ist direkt unter diesem Bereich angeordnet (und von diesem beabstandet). Bezugnehmend auf das rechte und linke Ende dieses Bereichs der Primärwicklung 11, der sich in 3 in Richtung von rechts nach links erstreckt, ohne gebogen zu sein, sind der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22 nicht direkt über und unter dem rechten und linken Ende angeordnet. Bezugnehmend auf 4(B) ist der Bereich der Primärwicklung 11, der sich in 3(A) in Richtung von oben nach unten erstreckt, in einem Bereich außerhalb des Bereichs angeordnet, in dem sich der obere Magnetkern 21 mit dem unteren Magnetkern 22 überlagert. Obwohl lediglich die Primärwicklung 11 gezeigt und beschrieben worden ist, gilt für die Sekundärwicklung 12 grundsätzlich das Gleiche.
Bezugnehmend auf 5 und 6 sind die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, die in den 3 und 4 gezeigt worden sind, entlang der gestrichelten Linie F1 bezogen auf die Ebene der 3 und 5 nach hinten gebogen worden und entlang der gestrichelten Linie F2 bezogen auf die Ebene der 3 und 5 nach vorne gebogen worden. Der Bereich, der links von der gestrichelten Linie F1 angeordnet ist, und der Bereich, der rechts von der gestrichelten Linie F2 in 3(A) angeordnet ist, werden beispielsweise derart gebogen, dass sie sich im Wesentlichen orthogonal zu dem Bereich erstrecken, der zwischen der gestrichelten Linie F1 und der gestrichelten Linie F2 liegt.
Dementsprechend und wie insbesondere in 6(A) gezeigt, sind der Bereich der Primärwicklung 11, der links von der gestrichelten Linie F1 angeordnet ist, und der Bereich hiervon, der rechts von der gestrichelten Linie F2 in 3(A) angeordnet ist, und zwar bevor die Primärwicklung 11 gebogen wird, die Bereiche, die sich in die Richtung erstrecken, in die sich die Magnetkerne erstrecken, und zwar in Richtung von oben nach unten in den Zeichnungen, in die sich das mittige Bein 22C des unteren Magnetkerns 22 erstreckt. Ferner sind diese Bereiche an der rechten Seite bzw. der linken Seite in 6(A) angeordnet. Wie insbesondere in 6(B) gezeigt, sind die vier Windungen der Primärwicklung 11 voneinander beabstandet und in der Querschnittsansicht der 6 gesehen in Richtung von oben nach unten angeordnet. Eine Lage des Isolationselements 63 ist an der Seite der Primärwicklung 11, und zwar zwischen der Primärwicklung 11 und dem unteren Magnetkern 22 angeordnet.
Da die Primärwicklung 11, die Sekundärwicklung 12, der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22 in der in den 3 bis 6 gezeigten Weise angeordnet sind, zeigt eigentlich kein Querschnitt die Anordnungsart, die in 2 gezeigt ist. Die Anordnungsart, die in 2 gezeigt ist, kommt einer Anordnung in einer Seitenansicht nahe, und zwar gesehen aus der Position des Pfeils II in 3(A) und 5(A) in die Richtung, die durch den Pfeil II angezeigt wird.
Um das visuelle Erfassen und Verstehen der Positionsrelation zwischen der Primärwicklung 11, der Sekundärwicklung 12, dem oberen Magnetkern 21 und dem unteren Magnetkern 22 zu erleichtern, wird eine Pseudo-Querschnittsansicht, wie die der in 2 gezeigten Seitenansicht ferner im Folgenden dazu verwendet, die Konfiguration des Leistungswandlers 100 in den folgenden Ausführungsformen zu erklären.
Wiederum bezugnehmend auf 2 sind die zwei Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, jeweils entlang der gestrichelten Linie F1 und der gestrichelten Linie F2 gebogen, und zwar wie in 5 und 6 gezeigt. Dementsprechend erstreckt sich, wie oben beschrieben, ein erster Bereich und ein zweiter Bereich von jeder von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 in eine Richtung von oben nach unten, in die sich in 2 die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken. Der erste Bereich erstreckt sich zwischen dem einen Ende von jeder Wicklung, und zwar dem untersten Bereich hiervon in 2, und einem ersten gebogenen Bereich bei der gestrichelten Linie F1. Der zweite Bereich erstreckt sich zwischen den anderen Enden von jeder Wicklung, und zwar den obersten Bereichen hiervon in 2, und einem zweiten gebogenen Bereich bei der gestrichelten Linie F2. Der erste Bereich erstreckt sich in 2 von dem ersten gebogenen Bereich nach unten hin, während sich der zweite Bereich in 2 von dem zweiten gebogenen Bereich nach oben hin erstreckt. Mit anderen Worten ist die Richtung, in die sich der erste Bereich erstreckt, der Richtung entgegengesetzt, in die sich der zweite Bereich erstreckt.
Daher sind in 2 die zwei Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, jeweils in einer sogenannten S-Form gebogen. Wenn die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 gebogen werden, wird das Positionselement 63, das zwischen diesen Wicklungen gehalten wird, ebenfalls an Positionen gebogen, die dem ersten und zweiten gebogenen Bereich entsprechen.
Bei dem in 2 gezeigten Querschnitt weist die Primärwicklung 11 einen untersten Bereich 11B1 und einen obersten Bereich 11B2 in der Richtung auf, in die sich die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken (in 2 Richtung von oben nach unten). Ferner werden der unterste Bereich 11E1 und der oberste Bereich 11E2 im Folgenden als das eine Ende bzw. das andere Ende definiert bzw. bezeichnet. Bei dem in 2 gezeigten Querschnitt weist die Primärwicklung 11 einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 11E1 angeordnet ist, und einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem obersten Bereich 11E2 angeordnet ist. Der erstgenannte gebogene Bereich und der letztgenannte gebogene Bereich sind als der erste gebogene Bereich 11T1 bzw. der zweite gebogene Bereich 11T2 definiert. Der Bereich zwischen dem untersten Bereich 11E1 und dem ersten gebogenen Bereich 11T1 ist der erste Bereich und der Bereich zwischen dem zweiten gebogenen Bereich 11T2 und dem obersten Bereich 11E2 ist der zweite Bereich. Entsprechend weist bei dem in 2 gezeigten Querschnitt die Sekundärwicklung 12 einen untersten Bereich 12E1 und einen obersten Bereich 12E2 in der Richtung auf, in die sich die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken (in 2 Richtung von oben nach unten). Ferner ist der unterste Bereich 12E1 und der oberste Bereich 12E2 als das eine Ende bzw. das andere Ende definiert. In dem Querschnitt in 2 weist die Sekundärwicklung 12 einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 12E1 angeordnet ist, und einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem obersten Bereich 12E2 angeordnet ist. Der erstgenannte Bereich und der letztgenannte Bereich sind als der erste gebogene Bereich 12T1 bzw. der zweite gebogene Bereich 12T2 definiert. Der Bereich zwischen dem untersten Bereich 12E1 und dem ersten gebogenen Bereich 12T1 ist der erste Bereich und der Bereich zwischen dem zweiten gebogenen Bereich 12T2 und dem obersten Bereich 12E2 ist der zweite Bereich.
Wie in 2 gezeigt, ist als Resultat des S-förmigen Biegens der erste Bereich der Primärwicklung 11 bezogen auf die Magnetkerne 21 und 22 außen von dem ersten Bereich der Sekundärwicklung 12 angeordnet. Der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12 ist bezogen auf die Magnetkerne 21 und 22 außen von dem zweiten Bereich der Primärwicklung 11 angeordnet. Die zwei Wicklungen weisen jeweils einen Bereich auf, der außen von der anderen Wicklung angeordnet ist (der erste Bereich der Primärwicklung 11 und der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12). Dieser Bereich ist mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt, das außen von diesem Bereich angeordnet ist.
Der erste Bereich ist in 2 links von dem unteren Magnetkern 22 angeordnet und der zweite Bereich ist in 2 rechts von dem unteren Magnetkern 22 und dem oberen Magnetkern 21 angeordnet. Jeweilige zweite Bereiche der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 erstrecken sich durch die Leiterplatte 41 und sind somit mit der Leiterplatte 41 elektrisch verbunden (mit Elektrodenflecken oder dergleichen (nicht gezeigt, die auf der Leiterplatte 41 ausgebildet sind). Die Primärwicklung 11 wird durch die Leiterplatte 41 gezogen, um eine Verlängerung 13 auszubilden und die Sekundärwicklung 12 wird hindurch gezogen, um eine Verlängerung 14 auszubilden.
Wiederum bezugnehmend auf 3(A) und 3(B) können beispielsweise die Verlängerungen 13 und 14 dadurch ausgebildet werden, dass Isolationselemente 65 angeordnet werden, um es den Verlängerungen 13 und 14 zu ermöglichen, die Primärwicklung 11 bzw. Sekundärwicklung 12 zu überkreuzen, die um das mittige Bein 22C gewickelt sind, und zwar ohne mit der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 kurzgeschlossen zu werden. Das Isolationselement 65 ist vorzugsweise durch ein Isolierband aus Polyester oder Polyimid oder beispielsweise aus einem Isolierblatt aus Silikonmaterial ausgebildet.
Ein Isolationselement 61 ist zwischen den Magnetkernen (oberer Magnetkern 21 und unterer Magnetkern 22) und der einen von den Oberflächen der Primärwicklung 11 angeordnet, die entgegengesetzt zu der anderen Oberfläche hiervon liegt, die der Sekundärwicklung 12 gegenüberliegt. Das Isolationselement 61 steht sowohl mit der Primärwicklung 11 als auch den Magnetkernen (oberer Magnetkern 21 und unterer Magnetkern 22) in Kontakt. Ein Isolationselement 62 ist zwischen dem Magnetkern (unterer Magnetkern 22) und der einen von den Oberflächen der Sekundärwicklung 12 angeordnet, die entgegengesetzt zu der anderen Oberfläche hiervon liegt, die der Primärwicklung 11 gegenüberliegt. Das Isolationselement 62 steht sowohl mit der Sekundärwicklung 12 als auch dem unteren Magnetkern 22 in Kontakt.
Die Isolationselemente 61 und 62 sind aus dem gleichen elektrisch isolierenden Material hergestellt wie das Isolationselement 63 und wie das erste Isolationselement ausgebildet. Insbesondere können die Isolationselemente 61, 62 und 63 gebogenes Isolierpapier, wie beispielsweise Aramid-Papier sein. Alternativ hierzu können die Isolationselemente 61, 62 und 63 durch Schmelzen eines Harzmaterials, wie beispielsweise Polyphenylensulfid oder Polybutylenterephthalat ausgebildet sein.
Die Magnetkerne 21 und 22, um die die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 gewickelt sind, werden an dem Gehäuse 42 angebracht und insbesondere in einem Bereich angeordnet, der zwischen einem Paar von Seitenwänden 43 und 44 liegt, die als Stützsäulen dienen. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist außen von einer Vielzahl von Wicklungen (Primärwicklung 11 und Sekundärwicklung 12) so angeordnet, dass es mit jeder von einer Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 und mit jeder von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 in Kontakt steht.
Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist in dem Bereich zwischen dem oberen Magnetkern 21 bzw. unteren Magnetkern 22 (höher als der Bereich, in dem die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 sich horizontal erstrecken) und der Seitenwand 44 angeordnet, die links von dem oberen und dem unteren Magnetkern 21 und 22 angeordnet ist. Ferner ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in dem Bereich zwischen dem unteren Magnetkern 22 (tiefer als der Bereich, in dem sich die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 horizontal erstrecken) und der Seitenwand 43 angeordnet, die rechts von dem unteren Magnetkern 22 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr zwischen den Seitenwänden 43 und 44 und den Magnetkernen 21 und 22 so angeordnet, dass jede von den Seitenwänden 43 und 44 und den Magnetkernen 21 und 22 zumindest bereichsweise mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt steht bzw. in Kontakt ist.
Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist ferner in dem Bereich zwischen dem ersten Bereich der Primärwicklung 11 und der Seitenwand 44 angeordnet, die außen angeordnet ist, und zwar links von dem ersten Bereich. Ferner ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in dem Bereich zwischen dem zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 und der Seitenwand 43 angeordnet, die außen angeordnet ist, und zwar rechts von dem zweiten Bereich. Mit anderen Worten ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr zwischen den Seitenwänden 43 und 44 und der Primär- und Sekundärwicklung 11, 12 so angeordnet, dass jeder von den Seitenwänden 43 und 44 und den Primär und Sekundärwicklung 11 und 12 zumindest bereichsweise mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt steht.
Mit anderen Worten ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr jeweils lediglich außen von der Primärwicklung 11, der Sekundärwicklung 12 und den Magnetkernen 21 und 22 angeordnet. Der Aspekt, dass das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr außen angeordnet ist, bedeutet hier, dass bei einer Position (Koordinaten) bezüglich der Richtung von oben nach unten in 2 das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr bezogen auf die Magnetkerne 21 und 22 außerhalb (bzw. außen) von der Primärwicklung 11 bzw. Sekundärwicklung 12 angeordnet ist. Bei einem Bereich, der direkt über dem entsprechenden ersten Bereich der Primär- und Sekundärwicklung 11 und 12 angeordnet ist, kann das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr beispielsweise bereichsweise etwas innerhalb (bzw. innen von) der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 angeordnet sein. Diese Anordnung wird hier allerdings nicht als eine Anordnung betrachtet, bei der das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr innerhalb bzw. innen von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 angeordnet ist. Jede der zwei Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, die die ersten und zweiten gebogenen Bereiche aufweisen, ist bereichsweise mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt. Insbesondere ist der erste Bereich der Primärwicklung 11 mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt angeordnet und der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12 ist mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt angeordnet.
Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr, das heißt das zweite Isolationselement hat eine höhere thermische Leitfähigkeit als die Isolationselemente 61, 62 und 63, die erste Isolationselemente sind. Insbesondere, wenn für die Isolationselemente 61, 62 und 63 das vorher genannte Harzmaterial verwendet wird, ist die thermische Leitfähigkeit der Isolationselemente beispielsweise im Wesentlichen 0,3 W/mK oder weniger. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr weist eine höhere thermische Leitfähigkeit als die beschriebene auf, und insbesondere weist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit von 0,5 W/mK oder mehr auf.
Vorzugsweise ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr aus einem Material hergestellt, das eine hohe elektrische Isoliereigenschaft sowie eine Fließfähigkeit aufweist, die es grundsätzlich ermöglicht, dass das Material beispielsweise zugeführt wird, um die Lücke zwischen der Primärwicklung 11 und der Seitenwand 43 zu füllen. Insbesondere ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr vorzugsweise aus einer Mischungszusammensetzung eines isolierenden Füllmaterials und eines Epoxid-basierten Harzes oder eines Silikonbasierten Harzes gebildet, die die vorgenannte thermische Leitfähigkeit, elektrische Isolierung und Fließfähigkeit erfüllt.
Tatsächlich sind in dem in 6(A) und 6(B) gezeigten Querschnitt die Windungen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 beispielsweise als voneinander beabstandet erkennbar, und zwar abhängig von der Anzahl der Windungen von jeder Wicklung. Allerdings zeigt 2 der Einfachheit halber nicht exakt eine derartige Anordnung, zeigt jedoch, dass die Primär- und Sekundärwicklungen kontinuierlich in der Richtung angeordnet sind, in die sich die Wicklungen erstrecken.
Angesichts dessen, dass der obere Magnetkern 21, der ein I-Typ-Kern ist, in der Abmessung in Richtung von oben nach unten kleiner ist (dünner) als der untere Magnetkern 22, der ein E-Typ-Kern ist, zeigt 2 beispielsweise und nicht einschränkend, dass der untere Magnetkern 22 sich in den Bereich erstreckt, der höher angeordnet ist als die Primär- und Sekundärwicklungen 11 und 12, die sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstrecken.
Bezugnehmend auf 7 beispielsweise kann bei einem Leistungswandler 101 als zweites Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform der oberen Magnetkern 21 in dem gesamten Bereich angeordnet sein, der höher als die Primär- und Sekundärwicklungen 11 und 12 angeordnet ist, die sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstrecken. Ferner kann der untere Magnetkern 22 in dem gesamten Bereich angeordnet sein, der niedriger als die Primär- und Sekundärwicklungen 11 und 12 angeordnet ist, die sich in Richtung von rechts links erstrecken. In 7 sind die Wicklungen 11 und 12 und die Isolationselemente 61, 62 und 63 um den obersten Bereich des mittigen Beins 22C des unteren Magnetkerns 22 gewickelt bzw. gewunden.
Allerdings ist der Leistungswandler 101 in 7 grundsätzlich ähnlich zu dem Leistungswandler 100 als erstes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform in 2, und zwar mit Ausnahme der obigen Aspekte. Daher sind den gleichen Elementen die gleichen Bezugsziffern zugeordnet und eine Beschreibung hiervon wird nicht wiederholt.
Unter Verwendung der perspektivischen Explosionsdarstellung aus 8 wird eine allgemeine Beschreibung eines Verfahrens zum Zusammenbauen des in 2 gezeigten Leistungswandlers 100 angegeben. Bezugnehmend auf 8 wird ein Paar von Seitenwänden 43 und 44, die sich gegenüberliegen, auf dem Gehäuse 42 angebracht (auf einem Bereich des Gehäuses 42 ohne Seitenwände 43 und 44). Diese Seitenwände 43 und 44 und ein Paar von anderen Wänden, die sich gegenüberliegen und sich in eine Richtung orthogonal zu den Seitenwänden 43 und 44 in Draufsicht gesehen erstrecken, bilden einen Bereich, der an den vier Seiten beispielsweise wie nachstehend beschrieben, Kerne 21 und 22 umgibt. Der Bereich, der diese an den vier Seiten umgibt, und das Gehäuse 42 (der Bereich des Gehäuses 42 ohne die Seitenwände) bilden einen Einzelkörper bzw. einen einzelnen Körper aus.
Der untere Magnetkern 22 wird dann beispielsweise in einem Bereich angeordnet, bei dem seine vier Seiten von den Wänden umgeben sind, wobei die Wände die Seitenwände 43 und 44 hier miteinbeziehen. Der untere Magnetkern 22 wird vorzugsweise derart angebracht, dass der Kern-Verbindungsbereich 22D der unterste Teil ist und die äußeren Beine 22A und 22B und das mittige Bein 22C von dem Kern-Verbindungsbereich 22D aus nach oben hin vorstehen.
Das Isolationselement 62, die Sekundärwicklung 12, das Isolationselement 63, die Primärwicklung 11 und das Isolationselement 61, die im Voraus an den gewünschten ersten und zweiten gebogenen Bereichen (gestrichelte Linie F1 und gestrichelte Linie F2 beispielsweise) wie oben beschrieben in eine S-Form gebogen worden sind, werden in dieser Reihenfolge derart gestapelt, dass diese um ein mittiges Bein 22C gewickelt bzw. gewunden sind.Bei dem Isolationselement 62, der Sekundärwicklung 12, dem Isolationselement 63, der Primärwicklung 11 und dem Isolationselement 61 sind entsprechende Öffnungen 62C, 12C, 63C, 11C, 61C wie Durchgangslöcher dazu ausgebildet, um es dem mittigen Bein 22C zu ermöglichen, durch die Öffnungen hindurchzulaufen. Das mittige Bein 22C erstreckt sich durch diese Öffnungen 62C, 12C, 63C, 11C und 61C.
Der obere Magnetkern 21, der eine rechtwinkelige flachplattenartige Form aufweist, wird dann derart von oben über dem Isolationselement 61 angebracht, dass der obere Magnetkern 21 sich über die äußeren Beine 22A und 22B und das mittige Bein 22C des unteren Magnetkerns 22 erstreckt und diese überlagert. Danach wird das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr (nicht gezeigt), das ein Material ist, das die vorgenannte hohe thermische Leitfähigkeit, elektrische Isolierung und Schließfähigkeit erfüllt, in den Bereich gefüllt, der an vier Seiten von den Wänden umgeben ist, wobei die Wände die Seitenwände 43 und 44 einbeziehen. Auf diese Art werden die Lücken in dem Bereich, der an den vier Seiten umgeben ist, wie in 2 gezeigt mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr gefüllt.
Die Leiterplatte 41, die nicht in 8 allerdings beispielsweise in 2 gezeigt ist, wird dann mit Schrauben 52 an den Seitenwänden 43 und 44 befestigt. Die Primärwicklung 11 wird dann nach oben durch die Leiterplatte 41 gezogen, um die Verlängerung 13 auszubilden, und die Sekundärwicklung 12 wird durch die Leiterplatte 41 nach oben durchgezogen, um die Verlängerung 14 auszubilden. Die Verlängerungen 13 und 14 werden an der Leiterplatte 41 durch grundsätzlich bekannte Verfahren, wie beispielsweise Löten oder dergleichen befestigt. Wie ferner in 2 gezeigt, wird die Verbindung 53, die sich von den Schaltelementen 31A bis 31D erstreckt, beispielsweise durch die Leiterplatte 41 gesteckt und verlötet, um beispielsweise mit der Leiterplatte 41 befestigt zu werden.
In 8 sind die Isolationselemente 61, 62 und 63 als Elemente ausgebildet, die voneinander getrennt sind. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, die in S-Form gebogen sind, können beispielsweise durch Spritzgießen aus einem Harzmaterial wie beispielsweise Polyphenylensulfid mit hoher elektrischer Isolierung ausgebildet werden. Dementsprechend können die Isolationselemente 61, 62 und 63, die einen Einzelkörper ausbilden, zugeführt (eingefüllt) werden und die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 wie in 2 gezeigt überlagern. In diesem Fall sind die sich überlagernden Isolationselemente 61, 62 und 63 und die Wicklungen 11 und 12 in dem Bereich angeordnet, der durch das Gehäuse 42 und die Seitenwände 43 und 44 umgeben ist, und Lücken werden mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr gefüllt.
In 8 weisen die entsprechenden Bereiche des Isolationselements 61 und der Primärwicklung 11, die sich in 8 in Richtung von oben nach unten von den gebogenen Bereichen (bzw. Biegebereich) aus erstrecken, beispielsweise Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungen auf, die im Vergleich zu 2 wesentlich kürzer sind. Das liegt daran, dass die Oberseite-zu-Unterseite Abmessungen angepasst werden, um in den Zeichnungen die Vielzahl von Elementen, wie beispielsweise Isolationselemente 63 und 62 und Sekundärwicklung 12 so darzustellen, dass sie sich gegenseitig in Richtung von oben nach unten überlappen. Die entsprechenden Bereiche der Wicklungen 11 und 12, die sich beispielsweise in Richtung von oben nach unten in 8 erstrecken, stimmen mit den entsprechenden Bereichen der Wicklungen 11 und 12 überein, die sich in Richtung von oben nach unten in 2 erstrecken, obwohl deren Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungen in 8 kürzer dargestellt sind als diese in 2. Tatsächlich ist daher, wie in 2 gezeigt, die Oberseite-zu-Unterseite Abmessung des sich nach oben erstreckenden Bereichs der Primärwicklung 11 beispielsweise lang genug, um sich durch die Leiterplatte 41 zu erstrecken. Die Oberseite-zu-Unterseite Abmessungen der anderen Elemente sind tatsächlich auch länger als die in 8 gezeigten.
Im Folgenden werden Funktionen und Vorteile der Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie oben beschrieben, sind bei Leistungswandlern 101 und 102, die Magnetkerne 21 und 22 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweisen, eine Vielzahl von Wicklungen, die insbesondere die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 sind, in S-Form gebogen. Jeder erste Bereich, der sich von dem ersten gebogenen Bereich aus erstreckt, und jeder zweite Bereich, der sich von dem zweiten gebogenen Bereich aus erstreckt, ist derart angeordnet, dass er sich in die Richtung erstreckt, in die sich die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken, so dass ein Verkleinern des Transformators 10 ermöglicht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Isolationselemente 61, 62 und 63, die das erste Isolationselement darstellen, so angeordnet, dass sie sandwichartig zwischen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 und zwischen den Wicklungen 11 und 12 und den Magnetkernen 21 und 22 angeordnet sind. Entsprechend kann der elektrisch isolierende Zustand zwischen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 und der elektrisch isolierende Zustand zwischen den Wicklungen 11 und 12 und den Magnetkernen 21 und 22 sichergestellt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr, dass das zweite Isolationselement darstellt, so angeordnet, dass es sandwichartig zwischen den Seitenwänden 43 und 44, die einen Teil des Gehäuses 42 ausbilden, und den Wicklungen 11 und 12 angeordnet ist.
Wärme, die von den Wicklungen 11 und 12 erzeugt wird, kann daher hocheffizient von dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr an die Seitenwände 43 und 44 abgeführt werden. Die Seitenwände 43 und 44, die zusammen mit dem Gehäuse 42 einen Einzelkörper ausbilden, dienen als wärmeabführerartiges Gehäuse 42. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr, das eine thermische Leitfähigkeit von 0,5 W/mK oder höher aufweist, kann eine Verbesserung der Wärmeabführung von dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr zu den Seitenwänden 43 und 44 ermöglichen. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist lediglich außen von den Wicklungen 11 und 12 angeordnet und die Wicklungen 11 und 12 sind derart angeordnet, dass zumindest entsprechende Bereiche (der erste und zweite Bereich der Primär- und Sekundärwicklung 11, 12, der außen von der Sekundär- bzw. Primärwicklung 11, 12 angeordnet ist) in Kontakt mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr angeordnet ist. Somit weist jede von der Wicklung 11 und 12 den Bereich auf, der außen von der anderen Wicklung angeordnet ist und das Äußere des Bereichs ist das Element für hohe Wärmeabfuhr. Entsprechend kann Wärme, die von den Wicklungen 11 und 12 erzeugt wird, hocheffizient von dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr an die Seitenwände 43 und 44 abgeführt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr beispielsweise bereichsweise lediglich außen bei den ersten und zweiten Bereichen der Wicklungen 11 und 12 angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr bezogen auf die Kerne 21 und 22 lediglich außen von den ersten Bereichen der Wicklungen 11 und 12 angeordnet, während beispielsweise kein Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr innen (an der Kernseite) der ersten Bereiche der Wicklungen 11 und 12 angeordnet ist. Entsprechend ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr lediglich außen bzw. an der Außenseite von den zweiten Bereichen der Wicklungen 11 und 12 angeordnet. Dementsprechend können die Herstellungskosten für das Material für das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr verglichen zu dem Fall, bei dem das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr auch innen (bzw. an der Innenseite) der ersten und zweiten Bereiche angeordnet ist, reduziert werden.
Insbesondere weist der untere Magnetkern 22 das eine (untere) Ende in der Richtung auf, in die sich der untere Magnetkern 22 erstreckt. Ferner ist dieses Ende in Kontakt mit dem Gehäuse 42 angeordnet, das als Wärmeabführer dient. Ein Teil des unteren Magnetkerns 22 ist somit in direktem Kontakt mit dem Gehäuse 42, so dass die Wärmeabführ-Effizienz von dem unteren Magnetkern 22 zu dem Gehäuse 42 erhöht ist. Der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22 sind bereichsweise mit den Seitenwänden 43 und 44 verbunden, und zwar mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr dazwischen. Ein Teil der Wärme, die von den Magnetkernen 21 und 22 erzeugt wird, kann daher durch das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr schnell an die Seitenwände 43 und 44 abgeführt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden die Seitenwände 43 und 44 zusammen mit dem Gehäuse 42 einen Einzelkörper, so dass die Wärmeleitung von den Seitenwänden 43 und 44 zu dem Gehäuse 42 erleichtert ist und eine weitere Verbesserung der Wärmeabführung von den Wicklungen 11 und 12 ermöglicht ist.
Wie aus dem Vorangehenden ersichtlich, ermöglichen die Leistungswandler 100 und 101 der vorliegenden Ausführungsform alle das Verkleinern des Transformators 10, die elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen 11 und 12, und eine gute Abführung der Wärme, die von den Wicklungen 11 und 12 und den Magnetkernen 21 und 22 erzeugt wird.
Im Folgenden wird die elektrische Isoliereigenschaft für jede Komponente des Transformators 10 bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Der untere Magnetkern 22, dessen unteres Ende das Gehäuse 42 berührt, hat das gleiche Potential wie das Gehäuse 42. Zwischen dem unteren Magnetkern 22 und der S-förmigen Sekundärwicklung 12 ist das L-förmig gebogene Isolationselement 62 sandwichartig in 2 angeordnet. Der untere Magnetkern 22 ist folglich elektrisch von der Sekundärwicklung 12 isoliert. Zwischen der Sekundärwicklung 12 und der Primärwicklung 11, die beide S-förmig sind, ist das S-förmige Sandwichelement 63 sandwichartig angeordnet. Die Sekundärwicklung 12 ist folglich von der Primärwicklung 11 isoliert. Zwischen dem Bereich des unteren Magnetkerns 22 oder des oberen Magnetkerns 21, der direkt über den Wicklungen 11 und 12 angeordnet ist, die sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstrecken, und der S-förmigen Primärwicklung 11 ist das L-förmig gebogene Isolationselement 61 in 2 sandwichartig angeordnet. Entsprechend ist die Primärwicklung 11 von dem Magnetkern 21 und 22 direkt über der Primärwicklung 11 elektrisch isoliert. Entsprechende Materialien und Dicken der Isolationselemente 61, 62 und 63 können gesteuert werden, um das elektrische Isoliervermögen zu erfüllen, das zwischen der Primärwicklung 11, der Sekundärwicklung 12, dem oberen Magnetkern 21 und dem unteren Magnetkern 22 benötigt wird. Das elektrische Isoliervermögen ist als Stehspannung von 2000 V definiert, die für eine Minute an der elektrischen Isolation beispielsweise zwischen Primärwicklung 11 und Sekundärwicklung 12 angelegt werden kann. Wenn die Isolationselemente 61, 62 und 63 beispielsweise aus einem Harzmaterial hergestellt sind, das eine Stehspannung von 10 kV/mm oder mehr aufweist, kann die Dicke bzw. Breite der Isolationselemente (insbesondere des Isolationselements 63 sowie der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12) 0,2 mm oder weniger sein, um eine gewünschte Stehspannung zu erzielen.
Wiederum bezugnehmend auf 2 ist ein äußerstes linkes Ende 61A des Isolationselements 61, das sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstreckt, so ausgebildet, dass es sich in 2 weiter nach links erstreckt als der erste Bereich der Primärwicklung 11. Ein äußerstes rechtes Ende 62A des Isolationselements 62, das sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstreckt, ist derart ausgebildet, dass es sich in 2 weiter nach rechts erstreckt als der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12. Ein unteres Ende 62A des Isolationselements 62, das sich in 2 in Richtung von oben nach unten erstreckt, ist derart ausgebildet, dass es sich in 2 weiter nach unten erstreckt als der unterste Teil des ersten Bereichs der Sekundärwicklung 12. Ein unteres Ende 63A des Isolationselements 63, das sich in 2 in Richtung von oben nach unten erstreckt, ist in 2 derart ausgebildet, dass es sich weiter nach unten erstreckt als der unterste Teil des ersten Bereichs der Sekundärwicklung 12.
Da die Enden 61A, 62A und 63A daher relativ zu den Wicklungen 11 und 12 vorstehen, sind zwischen den Enden 61A, 62A und 63A und den angrenzenden Wicklungen 11 und 12 Lücken ausgebildet. Die Lücken werden mit einem hochfluiden Material gefüllt, das das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ausbildet, und zwar nachdem Elemente, wie beispielsweise Wicklungen 11 und 12, die den Transformator 10 ausbilden, in dem Bereich angeordnet werden, der durch die Seitenwände 43 und 44 umgeben wird. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr hat eine Wärmeabgabe-Eigenschaft sowie eine elektrische Isolier-Eigenschaft. Daher kann der Bereich des Isolationselements 64 für hohe Wärmeabfuhr, der zwischen der Primärwicklung 11 und der Seitenwand 44 sandwichartig angeordnet ist, beispielsweise eine hohe Wärmeabgabe-Eigenschaft sowie eine hohe elektrische Isolier-Eigenschaft ermöglichen. Die Dicke des Isolationselements 64 für hohe Wärmeabfuhr, das in die Lücken gefüllt wird, ist im Wesentlichen gleich zu den Abmessungen des Bereichs von jedem Ende 61A, 62A und 63A, die sich in die Richtung erstrecken, in die sich das Isolationselement 61, 62 und 63 in 2 erstreckt. Die Länge der Enden 61A, 62A und 63A in die Richtung, in die sich die Enden erstrecken, kann gesteuert werden, um so die Dicke des Isolationselements 64 für hohe Wärmeabfuhr zu steuern und die elektrische Isolier-Eigenschaft zu steuern, die durch das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr bereitgestellt wird.
Im Folgenden wird die Wärmeabgabe-Eigenschaft für jede Komponente des Transformators 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der untere Magnetkern 22 weist einen Pfad auf, durch den Wärme direkt von der unteren Oberfläche des Kerns 22, der das Gehäuse 42 berührt, abgeführt wird. Ferner weist der untere Magnetkern 22 einen Pfad auf, durch den Wärme über das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr zu den Seitenwänden 43 abgeführt wird. Der obere Magnetkern 21 weist einen Pfad auf, durch den Wärme über das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr zu der Seitenwand 44 abgeführt wird. Die Wärmemenge, die von dem obere Magnetkern 21 und dem untere Magnetkern 22 erzeugt wird, die magnetische Komponenten sind, ist proportional zu dem Volumen der Kerne 21 und 22. ferner ist der Magnetkern 21, der lediglich einen Wärmeabfuhrpfad aufweist, als obere Kern ausgebildet und der Magnetkern 22, der zwei Wärmeabfuhrpfade aufweist, als untere Kern ausgebildet. Entsprechend kann das Volumen des untere Magnetkerns 22, der zwei Wärmeabfuhrpfade aufweist, größer ausgebildet werden als das Volumen des obere Magnetkerns 21, der lediglich einen Wärmeabfuhrpfad aufweist.
Wärme von der Primärwicklung 11 wird von deren ersten Bereich in dem unteren linken Teil in 2 durch das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr an die Seitenwand 44 abgeführt. Wärme von der Sekundärwicklung 12 wird von deren zweiten Bereich in dem oberen rechten Teil in 2 über das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr an die Seitenwand 43 abgeführt. Die Seitenwand 43 ist in ihrer Abmessung in 2 in Richtung von oben nach unten relativ lang. Um die Effizienz der Wärmeabfuhr von dem zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 über die Seitenwand 43 daher weitestgehend zu erhöhen, kann die Seitenwand 43 beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie eine größere Breite in Richtung von rechts nach links in 2 in ihrem unteren Bereich aufweist (Bereich, der niedriger liegt als die Wicklungen 11 und 12, die sich in 2 in Richtung von rechts nach links erstrecken), und zwar relativ zu ihrem oberen Bereich. Im Gegensatz hierzu ist die Seitenwand 44 in 2 nicht auf eine derartige Weise ausgebildet. Auf diese Weise kann die Effizienz der Wärmeabfuhr von dem zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 durch die Seitenwand 43 zu dem unteren Bereich des Gehäuses 42 weiter erhöht werden.
Die Isolationselemente 61, 62 und 63, die die ersten Isolationselemente sind, haben eine niedrigere Wärmeabgabe-Eigenschaft (thermische Leitfähigkeit) als das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr. Die Isolationselemente 61, 62 und 63 müssen keine so hohe Wärmeabgabe-Eigenschaft wie das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr aufweisen. Somit sind die Auswahlmöglichkeiten beim Auswählen des Materials für die Isolationselemente 61, 62 und 63 höher. Die Isolationselemente 61, 62 und 63 können daher aus einem Material ausgebildet sein, das weniger kostet als das Material für das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr. Ferner können die Gesamtkosten des Leistungswandlers 100m 101 reduziert werden. Da die Freiheit beim Auswählen des Materials für die Isolationselemente 61, 62 und 63 vergrößert ist, ist es nicht notwendigerweise nötig, Adhäsion zwischen den Wicklungen 11 und 12 und den Magnetkernen 21 und 22 und den Isolationselementen 61, 62 und 63 zu erhöhen, so dass beispielsweise die Notwendigkeit wegfällt, einen Klebstoff zu verwenden, um diese zu verbinden.
Zweite Ausführungsform
Unter Verwendung der 9 und 10 wird im Folgenden eine spezifische Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Bezugnehmend auf 9 weist der Leistungswandler 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform grundsätzlich eine ähnliche Konfiguration wie der Leistungswandler 100 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Allerdings sind bei dem Leistungswandler 200 das Gehäuse 42 und die Seitenwände 43 und 44 nicht als ein Einzelkörper ausgebildet, sondern sind voneinander getrennt. Insbesondere ist das Gehäuse 42, das als Wärmeabführer dient, lediglich in einem Bereich angeordnet, der in 9 niedriger liegt als der untere Magnetkern 22. Die Seitenwände 43 und 44, die sich in 9 in Richtung von oben nach unten erstrecken, sind derart angeordnet, dass die jeweiligen Enden (unteren Enden) in dieser Richtung mit dem Gehäuse 42 in Kontakt stehen. Die Seitenwände 43 und 44 auf dem Gehäuse 42 sind auf der obersten Fläche des Gehäuses 42 mit Schrauben 51 befestigt.
Wie bei der ersten Ausführungsform hat die Seitenwand 43 insbesondere eine größere Breite in 9 in Richtung von rechts nach links in ihrem Bereich, der in 9 tiefer liegt, insbesondere eine größere Breite als in ihrem Bereich, der mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in Kontakt steht, und zwar relativ zu der Breite der anderen Bereiche. In 9 ist wie bei der Seitenwand 43 ferner auch die Breite der Seitenwand 44 in ihrem unteren Bereich größer.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere das Gehäuse 42, das als Wärmeabführer dient, mit entsprechende (unteren) Endflächen des unteren Magnetkerns 22 und einer Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 in Kontakt, und zwar in eine Richtung von oben nach unten, in die sich der Kern 22 und die Seitenwände 43 und 44 in 9 erstrecken. Die Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 weist Verbindungsbereiche 43C und 44C auf. Die Verbindungsbereiche 43C und 44C sind in untersten Bereichen angeordnet, die mit dem Gehäuse 42 in Kontakt angeordnet sind. Die Verbindungsbereiche 43C und 44C stehen in der Richtung vor (Richtung von rechts nach links in 9), die die Richtung (Richtung von oben nach unten) schneidet, in die sich die Seitenwände 43 und 44 erstrecken, und zwar relativ zu den Bereichen, die von den untersten Bereichen verschieden sind.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Isolationselement-Platte 66, die ein zweites Isolationselement ist, in dem Bereich angeordnet, der zwischen der Seitenwand 44 und dem ersten Bereich der Primärwicklung 11 liegt (außen von der Sekundärwicklung 12). Bei der ersten Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in diesem Bereich angeordnet. Entsprechend ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Isolationselement-Platte 66, die das zweite Isolationselement ist, auch in dem Bereich angeordnet, der zwischen der Seitenwand 43 und dem zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 liegt (außen von der Primärwicklung 11). Bei der ersten Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in diesem Bereich angeordnet. Mit anderen Worten ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Isolationselement-Platte 66 außen von einer Vielzahl von Wicklungen 11 und 12 derart angeordnet, dass die Isolationselement-Platte 66 mit jeder von einer Vielzahl von Seitenwänden 43 und 44 und jeder von einer Vielzahl von Wicklungen 11 und 12 in Kontakt steht.
Die Isolationselement-Platte 66 ist ein plattenartiges Element, das weich ist und eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Isolationselemente 61, 62 und 63 aufweist, die erste Isolationselemente sind.
Bei der ersten Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in dem Bereich angeordnet, der höher liegt als die Wicklungen 11 und 12, die sich in 9 in der Richtung von rechts nach links erstrecken, und zwischen der Seitenwand 44 und dem oberen Magnetkern 21 und einem Teil des unteren Magnetkerns 22 angeordnet. Ähnlich ist bei der ersten Ausführungsform das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr auch in dem Bereich angeordnet, der niedriger liegt als die Wicklungen 11 und 12, die sich in 9 in Richtung von rechts nach links erstrecken, und zwischen der Seitenwand 43 und einem Teil des unteren Magnetkerns 22 angeordnet. Allerdings ist bei der zweiten Ausführungsform kein Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr und keine Isolationselement-Platte 66, die das zweite Isolationselement sind, in diesen Bereichen angeordnet, und stattdessen sind dort Lücken ausgebildet.
Der Leistungswandler 200 gemäß der vorliegenden unterscheidet sich von dem Leistungswandler 100 gemäß der ersten Ausführungsform in den oben beschriebenen Aspekten. In anderen Aspekten ist der Leistungswandler 200 im Wesentlichen ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Daher sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern angegeben und eine Beschreibung hiervon wird nicht wiederholt.
Unter Verwendung der perspektivischen Explosionsdarstellung aus 10 wird eine allgemeine Beschreibung eines Verfahrens zum Zusammenbauen des in 9 gezeigten Leistungswandlers 200 angegeben. Unter Bezugnahme auf 10 wird zunächst der untere Magnetkern 22 auf einem Teil der obersten Fläche des Gehäuses 42 angebracht, und zwar derart, dass der Kern-Verbindungsbereich 22D der unterste Bereich ist und die äußeren Beine 22A und 22B und das mittige Bein 22C nach oben von dem Kern-Verbindungsbereich 22D vorstehen.
Dann werden wie bei der ersten Ausführungsform das Isolationselement 62, die Sekundärwicklung 12, das Isolationselement 63, die Primärwicklung 11 und das Isolationselement 61 in dieser Reihenfolge derart gestapelt, dass diese um das mittige Bein 22C gewickelt bzw. gewunden sind. Dabei sind diese Isolationselemente und Wicklungen im Voraus an gewünschten ersten und zweiten gebogenen Bereichen (bzw. Biegebereichen) (beispielsweise an der gestrichelten Linie F1 und der gestrichelten Linie F2) gebogen, um eine sogenannte S-Form auszubilden. Wie bei der ersten Ausführungsform, erstreckt sich das mittige Bein 22C durch jede von den Öffnungen 62C, 12C, 63C, 11C und 61C. Danach wird der obere Magnetkern 21, der eine rechtwinkelige flachplattenartige Form aufweist, von oben derart über dem Isolationselement 61 angebracht, dass der obere Magnetkern 21 sich über die äußeren Beine 22A und 22B und das mittige Bein 22C des unteren Magnetkerns 22 erstreckt und diese überlappt.
Dann werden wie in 10 gezeigt die Seitenwände 44 und 43 am einem Teil der obersten Fläche des Gehäuses 42 mit Schrauben 51 befestigt (siehe 9). An jeder von den Seitenwänden 44 und 43 wird die Isolationselement-Platte 66 an einem Teilbereich (unterer Bereich der Seitenwand 44, oberer Bereich der Seitenwand 43) der einen Fläche (innere Fläche im endgültigen Zusammenbauzustand) befestigt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Seitenwände 43 und 44 derart an dem Gehäuse 42 befestigt, dass die Isolationselement-Platte 66 dagegen gedrückt wird und mit entsprechenden Oberflächen des ersten Bereichs der Primärwicklung 11 und des zweiten Bereichs der Sekundärwicklung 12 in Kontakt kommt, die vorher montiert worden sind.
Das Material, das die Isolationselement-Platte 66 ausbildet, ist ein plattenförmiges Element, das weich ist und eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist (als die Isolationselemente 61, 62 und 63). Dabei wird das Material basierend auf der thermischen Leitfähigkeit und der Stehspannung ausgewählt. Beispielsweise ist die Isolationselement-Platte 66 aus einem Wärmeabführungs-Silikongummi mit niedriger Härte ausgebildet, das eine thermische Leitfähigkeit von 1,8 W/mK oder mehr und eine Stehspannung von 22 kV/mm oder mehr aufweist. Alternativ hierzu kann die Isolationselement-Platte 66 durch ein Wärmeabführungs-Abstandselement ausgebildet werden, das eine thermische Leitfähigkeit von 1 W/mK oder mehr und eine Stehspannung von 10 kV/mm oder mehr aufweist.
Bezugnehmend auf 10 sind der erste Bereich (Bereich unten links) der Primärwicklung 11 und der zweite Bereich (Bereich oben rechts) der Sekundärwicklung 12 ursprünglich (zu dem Zeitpunkt, wenn sie in das Gehäuse 42 gesetzt werden) derart angeordnet, dass sie sich in eine Richtung erstrecken (in 10 in Richtung von oben nach unten), die im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche des Gehäuses 42 verläuft. Allerdings kann auch ein anderes Verfahren verwendet werden. Insbesondere können beispielsweise der erste Bereich (Bereich unten links) der Primärwicklung 11 und der zweite Bereich (Bereich oben rechts) der Sekundärwicklung 12 sich, bevor die Seitenwände 43 und 44 gegen die Wicklungen 11 und 12 gedrückt werden, schräg zu der Hauptfläche des Gehäuses 42 erstrecken (so, dass diese in Richtung der Seitenwände 43 und 44 geneigt sind) und dann können die Seitenwände 43 und 44 gegen die Wicklungen 11 und 12 gedrückt werden, um zu bewirken, dass die Wicklungen 11 und 12 sich in senkrechter Richtung erstrecken. Auf diese Weise kann der Kontaktdruck erhöht werden, der von den Seitenwänden 43 und 44 appliziert wird, um die Isolationselement-Platte 66 gegen die Wicklungen 11 und 12 zu drücken. Dementsprechend kann der Wärmewiderstand der Oberfläche der Isolationselement-Platte 66, die die Seitenwände 43 und 44 kontaktiert, und der Oberfläche der Isolationselement-Platte 66 reduziert werden, die die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 kontaktiert.
Im Folgenden werden Funktionen und Vorteile des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie oben beschrieben, wird bei vorliegenden Ausführungsform Wärme von den Wicklungen 11 und 12 zu den Seitenwänden 43 und 44 übertragen, und zwar über die Isolationselement-Platte 66 für hohe Wärmeabfuhr anstelle von dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr bei der ersten Ausführungsform. Daher wird wie bei der ersten Ausführungsform die Wirkung der schnellen Wärmeableitung von den Wicklungen 11 und 12 durch die Seitenwände 43 und 44 ermöglicht.
Wie bei der ersten Ausführungsform sind die Wicklungen 11 und 12 bei der zweiten Ausführungsform gebogen und ein Isolationselement 63 ist zwischen den Wicklungen 11 und 12 angeordnet. Entsprechend ermöglicht die vorliegende Ausführungsform ferner das Verkleinern des Transformators, die elektrische Isolierung und die Wärmeabführung. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Seitenwände 43 und 44 von dem Gehäuse 42 getrennte Elemente. Die untersten Bereiche der Seitenwände 43 und 44 weisen Verbindungsbereiche 43C und 44C auf, die relativ zu anderen Bereichen in 9 in Richtung von rechts nach links vorstehen. Dementsprechend kann der Verbindungsbereich zwischen den Seitenwänden 43 und 44 und dem Gehäuse 42 erhöht werden, und daher kann Wärme effizient von den Seitenwänden 43 und 44 zu dem Gehäuse 42 übertragen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Isolationselement nicht zwischen dem oberen Magnetkern 21 bzw. unteren Magnetkern 22 und den Seitenwänden 43 und 44 angeordnet, und stattdessen sind dort Lücken ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere, um zu ermöglichen, dass Wärme hauptsächlich von den Wicklungen 11 und 12 abgeführt wird, beide Wicklungen 11 und 12 mit den Seitenwänden 43 und 44 über die Isolationselement-Platte 66 in Kontakt. Auf diese Weise kann die Menge des zweiten Isolationselements, das eine hohe Wärmeabgabe-Eigenschaft aufweist, reduziert werden und dementsprechend können die Herstellungskosten im Vergleich zu dem ersten Beispiel reduziert werden.
Im Folgenden wird die elektrische Isolier-Eigenschaft für jede Komponente des Transformators 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bezugnehmend auf 9 ist auch bei der vorliegenden Ausführungsform das äußere linke Ende 61A des Isolationselements 61, das sich in 9 in Richtung von rechts nach links erstreckt, so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach links erstreckt als der erste Bereich der Primärwicklung 11. Das äußerste rechte Ende 62A des Isolationselements 62, das sich in 9 in Richtung von rechts nach links erstreckt, ist so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach rechts erstreckt als der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12. Das untere Ende 62A des Isolationselements 62, das sich in 9 in Richtung von oben nach unten erstreckt, ist so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach unten erstreckt als der erste Bereich der Sekundärwicklung 12. Das unterste Ende 63A des Isolationselements 63, das sich in 9 in Richtung von oben nach unten erstreckt, ist so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach unten erstreckt als der erste Bereich der Sekundärwicklung 12. Zwischen diesen Enden 61A, 62A und 63A und angrenzenden Wicklungen 11 und 12 sind Lücken ausgebildet. Die Lücken sind bei der ersten Ausführungsform mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr gefüllt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nichts in die Lücken gefüllt und die Größe der Lücken genügt dem bzw. erfüllt das elektrische Isoliervermögen.
Die Isolationselement-Platte 66 ist zwischen dem ersten Bereich (Bereich unten links) der Primärwicklung 11 und der Seitenwand 44 und zwischen dem zweiten Bereich (Bereich oben rechts) der Sekundärwicklung 12 und der Seitenwand 43 sandwichartig angeordnet. Die Isolationselement-Platte 66 ist sowohl mit der Primärwicklung 11 als auch der Seitenwand 44 in Kontakt, um die Primärwicklung 11 elektrisch von der Seitenwand 44 zu isolieren. Die Isolationselement-Platte 66 ist ferner sowohl mit der Sekundärwicklung 12 als auch der Seitenwand 43 in Kontakt, um die Sekundärwicklung 12 von der Seitenwand 43 elektrisch zu isolieren.
Wie oben beschrieben, ist das äußerste linke Ende 61A des Isolationselements 61, das sich in Richtung von rechts nach links in den Zeichnungen erstreckt, so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach links erstreckt als der erste Bereich der Primärwicklung 11. Die Seitenwand 44, auf der die Isolationselement-Platte 66 ausgebildet ist, kann derart gegen den ersten Bereich der Primärwicklung 11 gedrückt werden, dass die Seitenwand 44 mit dem Ende 61A des Isolationselements 61 in Kontakt kommt. Folglich kann sichergestellt werden, dass die Dicke der Isolationselement-Platte 66 der Länge des Endes 61A entspricht.
Das äußerste rechte Ende 62A des Isolationselements 62, das sich in den Zeichnungen in Richtung von rechts nach links erstreckt, ist so ausgebildet, dass es sich in 9 weiter nach rechts erstreckt als der zweite Bereich der Sekundärwicklung 12. Die Seitenwand 43, auf der die Isolationselement-Platte 66 ausgebildet ist, kann gegen den zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 derart gedrückt werden, dass die Seitenwand 43 mit dem Ende 62A des Isolationselements 62 in Kontakt kommt. Folglich kann sichergestellt werden, dass die Dicke der Isolationselement-Platte 66 der Länge des Endes 62A entspricht.
Im Folgenden wird die Wärmeabgabe-Eigenschaft für jede Komponente des Transformators 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform sind die Lücken zwischen dem Gehäuse 42 bzw. den Seitenwänden 43 und 44 und den Komponenten des Transformators 10 mit den Isolationselementen 64 für hohe Wärmeabfuhr gefüllt. Bei der ersten Ausführungsform sind daher Pfade angeordnet, durch die die Wärme von dem unteren Magnetkern 22 und dem oberen Magnetkern 21 durch das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in die Seitenwände 43 und 44 abgeführt wird.
Im Gegensatz hierzu sind bei der zweiten Ausführungsform der Bereich zwischen dem untere Magnetkern 22 und der Seitenwand 43 und der Bereich zwischen dem oberen oder dem unteren Magnetkern 21 bzw. 22 und der Seitenwand 44 nicht mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr oder dergleichen gefüllt, und stattdessen sind in diesen Bereichen Lücken ausgebildet. Bei der Wärmeabfuhr von den Magnetkernen 21 und 22 ist daher die vorliegende Ausführungsform schlechter als die erste Ausführungsform.
Allerdings ist der Verlust des oberen Magnetkerns 21 und des unteren Magnetkerns 22 klein, wenn der Änderungswert der Magnetflussdichte des oberen Magnetkerns 21 und des unteren Magnetkerns 22 klein ist oder die Frequenz niedrig ist, bei der sich die Magnetflussdichte ändert. Daher kann die Konfiguration mit Lücken, die in 9 gezeigt ist, verwendet werden.
Wie in 9 gezeigt, sind die Seitenwände 43 und 44 bei der vorliegenden Ausführungsform Elemente, die von dem Gehäuse 42 getrennt sind, und die Seitenwände und das Gehäuse werden durch Wärmeleitpasten 43A und 44A miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die Wärmeleitpasten 43A und 44A bei Bereichen angewendet, bei denen das Gehäuse 42 mit den entsprechenden untersten Bereichen der Verbindungsbereiche 43C und 44C verbunden werden soll, bei denen die Breite der Seitenwände 43 und 44 beispielsweise größer ist. Da die Wärmeleitpasten 43A und 44A derart angeordnet sind, kann der Wärmekontaktwiderstand an der Grenze zwischen den Verbindungsbereichen 43C und 44C und dem Gehäuse 42 reduziert werden und eine Verschlechterung der Wärmeabgabe-Eigenschaft kann verhindert werden.
Statt das Gehäuse 42 unter den Seitenwänden 43 und 44 durch Luftkühlung oder Wasserkühlung zu kühlen, kann Luft auf die Oberflächen der Seitenwände 43 und 44 geblasen werden, die zu den Oberflächen entgegengesetzt liegen, an denen die Wicklungen 11 und 12 angeordnet sind, so dass die Seitenwände 43 und 44 direkt gekühlt werden (Luftkühlung).
Dritte Ausführungsform
Bezugnehmend auf 11 bis 14 wird eine spezifische Konfiguration eines Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Bezugnehmend auf 11 weist ein Leistungswandler 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform grundsätzlich eine Konfiguration ähnlich zu dem Leistungswandler 100 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Insbesondere ist ähnlich zu dem Leistungswandler 100 bei dem Leistungswandler 300 die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 jeweils so gebogen, dass diese Bereiche aufweisen, die sich in 11 in der Richtung von oben nach unten erstrecken, in die sich der obere Magnetkern 21 und der untere Magnetkern 22 erstrecken. Die Seitenwände 43 und 44, die zusammen mit dem Gehäuse 42 einen Einzelkörper ausbilden, sind rechts oder links von den Magnetkernen 21 und 22 angeordnet. Die Isolationselemente 61, 62 und 63, die das erste Isolationselement sind bzw. darstellen, sind zwischen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 angeordnet und zwischen den Wicklungen 11 und 12 und den Magnetkernen 21 und 22. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr, das das zweite Isolationselement darstellt, ist zwischen den Wicklungen 11, 12 und den Seitenwänden 43, 44 derart angeordnet, dass das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr mit jeder von den Wicklungen 11, 12 und den Seitenwänden 43, 44 in Kontakt steht.
Allerdings ist bei dem Leistungswandler 300 die Richtung, in die die zwei Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12, gebogen sind, und zwar beispielsweise an den gleichen Positionen wie die gestrichelten Linie F1 (erster gebogener Bereich) und die gestrichelter Linie F2 (zweiter gebogener Bereich) in 3, unterschiedlich von denen beim Leistungswandler 100. Jede von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 weist einen ersten Bereich auf, der sich von seinem einen Ende, insbesondere einem Ende, das links von den Magnetkernen 21, 22 in 11 angeordnet ist, zu dem ersten gebogenen Bereich erstreckt, der links von den Magnetkernen 21, 22 angeordnet ist. Ferner weist jede von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 einen zweiten Bereich auf, der sich von seinem anderen Ende, das rechts von den Magnetkernen 21, 22 in 11 angeordnet ist, zu dem zweiten gebogenen Bereich erstreckt, der rechts von den Magnetkernen 21, 22 angeordnet ist. Die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 sind jeweils derart gebogen, dass die Richtung, in die sich der erste Bereich von dem ersten gebogenen Bereich aus erstreckt, die gleiche Richtung ist wie die, in die sich der zweite Bereich von dem zweiten gebogenen Bereich aus erstreckt, und zwar ist diese Richtung in 11 die Richtung von oben nach unten. Der erste Bereich und der zweite Bereich erstrecken sich in die Richtung, in die sich die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken, und zwar wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei 11 sind die zwei Wicklungen, und zwar die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 jeweils in einer sogenannten C-Form gebogen. Wenn die Primärwicklung 11 und die Sekundärwicklung 12 gebogen werden, wird auch das Isolationselement 63 zwischen der Primär- und Sekundärwicklung 11, 12 an Positionen gebogen, die dem ersten und zweiten gebogenen Bereich entsprechen.
Wie in 11 gezeigt, weist die Primärwicklung 11 im Querschnitt einen untersten Bereich 11E1 und einen untersten Bereich 11E3 in der Richtung auf, in die sich die Magnetkerne 21 und 22 erstrecken (in 9 die Richtung von oben nach unten). Ferner sind diese untersten Bereiche 11E1 und 11E3 im Folgenden als das eine Ende bzw. das andere Ende definiert. Bei dem Querschnitt in 11 weist die Primärwicklung 11 einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 11E1 liegt, und einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 11E3 liegt, wobei der erstgenannte gebogene Bereich und der letztgenannte gebogene Bereich als der erste gebogene Bereich 11T1 bzw. der zweite gebogene Bereich 11T3 definiert sind. Der Bereich zwischen dem untersten Bereich 11E1 und dem ersten gebogenen Bereich 11T1 ist der erste Bereich und der Bereich zwischen dem zweiten gebogenen Bereich 11T3 und dem untersten Bereich 11E3 ist der zweite Bereich.
Entsprechend weist die Sekundärwicklung 12 in dem Querschnitt, der in 9 gezeigt ist, einen untersten Bereich 12E1 und einen untersten Bereich 12E3 in der Richtung auf, in die sich die Magnetkerne 21, 22 erstrecken (in 9 Richtung von oben nach unten). Dabei sind die untersten Bereiche 12E1 und 12E3 als das eine Ende bzw. das andere Ende definiert. Bei dem Querschnitt in 9 weist die Sekundärwicklung 12 einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 12E1 liegt, und einen gebogenen Bereich auf, der relativ gesehen näher an dem untersten Bereich 12E3 liegt, wobei der erstgenannte gebogene Bereich und der letztgenannte gebogene Bereich als erster gebogener Bereich 12T1 bzw. als zweiter gebogener Bereich 12T3 definiert sind. Der Bereich zwischen dem untersten Bereich 12E1 und dem ersten gebogenen Bereich 12T1 ist der erste Bereich und der Bereich zwischen dem zweiten gebogenen Bereich 12T2 und dem untersten Bereich 12E3 ist der zweite Bereich.
In 11 ist die Primärwicklung 11 relativ zu der Sekundärwicklung 12 beispielsweise um die obere Seite (obere Magnetkern-Seite) in 9 gewickelt. Folglich ist der untere Magnetkern 22 durch die gebogene Primärwicklung 11 und die gebogene Sekundärwicklung 12 eingeschlossen und die Sekundärwicklung 12 ist von dem unteren Magnetkern 22 aus gesehen innen von der Primärwicklung 11 angeordnet.
Eine Seitenwand 45 ist in dem Bereich zwischen dem unteren Magnetkern 22 und den ersten Bereichen (untere linke Bereiche) der Wicklungen 11, 12 angeordnet, und eine Seitenwand 46 ist in dem Bereich zwischen dem unteren Magnetkern 22 und den zweiten Bereichen (untere rechte Bereiche) der Wicklungen 11, 12 angeordnet. Wie die Seitenwände 43, 44 bilden die Seitenwände 45, 46 einen Teil des Gehäuses 42 und bilden folglich zusammen mit dem Gehäuse 42 einen Einzelkörper aus. Folglich sind die Seitenwand 44, die Seitenwand 45, der untere Magnetkern 22, die Seitenwand 46 und die Seitenwand 43 in der Reihenfolge von der linken Seite in Richtung der rechten Seite in 11 angeordnet.
Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist von den Magnetkernen 21, 22 aus gesehen außen (oben) von der Primärwicklung 11 angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr derart angeordnet, dass das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr sowohl mit dem ersten Bereich der Primärwicklung 11 als auch der Seitenwand 44 in Kontakt steht und sowohl mit dem zweiten Bereich der Primärwicklung 11 als auch der Seitenwand 43 in Kontakt steht. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist ferner auf einem Teil des Bereichs zwischen dem ersten und zweiten Bereich der Primärwicklung 11 angeordnet.
Ferner ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr in dem Bereich zwischen dem ersten Bereich der Sekundärwicklung 12 und der Seitenwand 45 und dem Bereich zwischen dem zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 und der Seitenwand 46 angeordnet. Das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr ist ferner zwischen dem unteren Magnetkern 22 und jeder von den Seitenwänden 45, 46 angeordnet.
Mit anderen Worten ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr bei der vorliegenden Ausführungsform nicht lediglich in dem Bereich außen (bzw. außerhalb) von den Wicklungen 11 und 12 angeordnet, sondern ferner in dem Bereich innen (bzw. innerhalb) von den Wicklungen 11, 12. Diesbezüglich unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der Ausführungsform, bei der das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr lediglich außen (bzw. außerhalb von jedem von den folgenden Elementen angeordnet ist: der Primärwicklung 11, der Sekundärwicklung 12 und den Magnetkernen 21, 22.
Das Isolationselement 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass es sich in 11 in Richtung von rechts nach links erstreckt, und zwar in den Bereich zwischen der Primärwicklung 11 (der einen Wicklung) und den Magnetkernen (oberer Magnetkern 21 und unterer Magnetkern 22) direkt über der Primärwicklung 11. Das Isolationselement 61 ist sowohl mit der Primärwicklung 11 als auch den Magnetkernen (oberer Magnetkern 21 und unterer Magnetkern 22) in Kontakt. Das Isolationselement 62 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass es sich in 11 in Richtung von rechts nach links erstreckt, und zwar in den Bereich zwischen der Sekundärwicklung 12 (der anderen Wicklung) und dem unteren Magnetkern 22 oder den Seitenwänden 45, 46 direkt unter der Sekundärwicklung 12. Das Isolationselement 62 ist sowohl mit der Sekundärwicklung 12 als auch dem unteren Magnetkern 22 in Kontakt. Ferner ist das Isolationselement 63 in der vorliegenden Ausführungsform in dem Bereich zwischen jeweiligen ersten Bereichen der Primär- und Sekundärwicklung 11, 12 angeordnet, in dem Bereich zwischen jeweiligen zweiten Bereichen der Primär- und Sekundärwicklung 11, 12, und in dem Bereich angeordnet, der sich in 11 in Richtung von rechts nach links erstreckt, und zwar zwischen den ersten und zweiten Bereichen. Das Isolationselement 63 ist sowohl mit der Primärwicklung 11 als auch der Sekundärwicklung 12 in Kontakt.
Außerdem ist wie bei der ersten Ausführungsform bei der vorliegenden Ausführungsform die Primärwicklung 11 nach oben durch die Leiterplatte 41 gezogen, um die Verlängerung 13 auszubilden. Ferner ist die Sekundärwicklung 12 nach oben durch die Leiterplatte 41 gezogen, um die Verlängerung 14 auszubilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 31A bis 31D und die Gleichrichterelemente 31E bis 31H ferner mit Schrauben 51 an dem Gehäuse 42 befestigt und durch die Verbindung 43 mit der Leiterplatte 41 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Kondensator 32 an der unteren Hauptfläche der Leiterplatte 41 in 11 angeordnet sein und elektrisch durch eine Verbindung 44 beispielsweise mit der Leiterplatte 41 verbunden sein. Auf diese Weise werden die Bereiche direkt über den ersten und zweiten Bereichen der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 effektiv verwendet, so dass ein Verkleinern des gesamten Leistungswandlers 300 möglich wird. Auch bei der ersten und zweiten Ausführungsform kann das Layout derart angepasst werden, dass eine ähnliche Konfiguration (nicht gezeigt) zu der oben beschriebenen implementiert ist.
Der Leistungswandler 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Leistungswandler 100 gemäß der ersten Ausführungsform in den oben beschriebenen Aspekten. In anderen Aspekten ist die vorliegende Ausführungsform in ihren Konfigurationen im Wesentlichen identisch zu der ersten Ausführungsform. Daher sind den gleichen Elementen gleiche Bezugsziffern zugeordnet und eine Beschreibung hiervon wird nicht wiederholt.
Bezugnehmend auf 12 ist bei einem Leistungswandler 301 als einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Leiterplatte 41 bereichsweise in dem Bereich geöffnet, der sich mit den Magnetkernen 21 und 22 in Draufsicht gesehen überlappt. In dieser Öffnung erstreckt sich der Magnetkern 21 durch die Leiterplatte 41, um von unten über die Leiterplatte 41 hinaus vorzustehen. Bei dem Leistungswandler 301 in 12 ist der Transformator 10 höher als der Transformator 10 des Leistungswandlers 300 in 11 angeordnet. Der Kondensator 32 ist daher an der oberen Seite und nicht an der unteren Seite der Leiterplatte 41 angeordnet und durch die Verbindung 54 mit der Leiterplatte 41 verbunden. In anderen Aspekten ist der Leistungswandler 301 in 12 allerdings ähnlich zu dem Leistungswandler 300 des ersten Beispiels gemäß der vorliegenden Ausführungsform in 11. Daher sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen und eine Beschreibung hiervon wird nicht wiederholt.
Die Länge der Verbindung 53, die beispielsweise von den Schaltelementen 31A bis 31D zur Verbindung mit der Leiterplatte 41 gezogen wird, ist beschränkt. In der in 12 gezeigten Anordnung sind die Positionen der Elemente unter der Leiterplatte 41 höher als die in 11 an sich, so dass ein Verkürzen der Distanz von oben nach unten in 12 ermöglicht wird, und zwar beispielsweise zwischen den Schaltelementen 31A bis 31D und der Leiterplatte 41. In 12 kann daher die Länge der Verbindung 53 kürzer sein als die in 11. Der Leistungswandler 301 in 12 ist in seinem Profil vollständig niedriger, so dass eine Verkleinerung des gesamten Leistungswandlers 301 ermöglicht wird.
13(A) und (B) zeigen entsprechende Zustände der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bevor diese entlang der gestrichelten Linie F1 und der gestrichelten Linie F2 in 13 gebogen worden sind (und zwar sind diese lediglich um das mittige Bein 22C gewunden worden), und zwar wie in 3(A) und (B). Die 13(A) und (B) unterscheiden sich in der Position der Verlängerungen 13, 14 und des Isolationselements 65 leicht von 3(A) und (B), sind 3(A) und (B) jedoch grundsätzlich darin ähnlich, dass beispielsweise vier Windungen für jede von der Primärwicklung 11 und der Sekundärwicklung 12 um das mittige Bein 22C des unteren Magnetkerns 22 gewickelt bzw. gewunden sind.
Bei der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform sind die Wicklungen 11 und 12 derart gebogen, dass sich erste und zweite Bereiche in die gleiche Richtung erstrecken, um einen C-förmigen Querschnitt auszubilden. Daher ist sowohl in 13(A) als auch in (B) die Wicklung bezogen auf die Ebene der 13 nach hinten gebogen, und zwar an dem ersten gebogenen Bereich (gestrichelte Linie links von dem Magnetkern 22) und dem zweiten gebogenen Bereich (gestrichelte Linie rechts von dem Magnetkern 22) entlang der gestrichelten Linie F1. Bezugnehmend auf 13 und 14 erstrecken sich bei der vorliegenden Ausführungsform Positionierstifte 49 durch das Isolationselement 62, das direkt über und in Kontakt mit der Sekundärwicklung 12 angeordnet ist. Insbesondere sind in 13(B) Durchgangslöcher in einem Teil des Isolationselements 62 ausgebildet und Positionierstifte 49 erstrecken sich durch die Durchgangslöcher.
Die Positionierstifte 49 bilden zusammen mit der Seitenwand 45 bzw. 46 einen Einzelkörper aus. Die Positionierstifte 49 erstrecken sich durch das Isolationselement 62 und entsprechend ist das Isolationselement 62 derart mit dem Positionierstift verbunden und in Kontakt, dass das Isolationselement 62 sich nicht parallel zu der Seitenwand 45 bzw. 46 verschiebt, und zwar in Draufsicht gesehen.
In 13(A) erstreckt sich ein Teil der Sekundärwicklung 12 in 11 nach oben in Richtung der Leiterplatte 41, um die Verlängerung 14 auszubilden, die durch die Leiterplatte 41 geht und an dieser befestigt wird. Ferner erstreckt sich dieser nach oben erstreckende Teil der Sekundärwicklung 12 durch das Isolationselement 63. Die Sekundärwicklung 12 ist niedriger angeordnet als die Primärwicklung 11 und das Isolationselement 63 ist daher nicht in 13(A) gezeigt. Mit anderen Worten ist ein Durchgangsloch in einem Teil des Isolationselements 63 ausgebildet und die Sekundärwicklung 12 erstreckt sich durch dieses Durchgangsloch, um die Verlängerung 14 auszubilden. Die Tatsache, dass die Sekundärwicklung 12 sich durch das Isolationselement 63 erstreckt und die Verlängerung 14 aufweist, die an der Leiterplatte 41 befestigt ist, ist ferner auch in 11 und 12 zu sehen.
Die Verlängerung 14 erstreckt sich durch das Isolationselement 63 und die Leiterplatte 41. Dementsprechend ist das Isolationselement 63 mit der Verlängerung 14 derart befestigt und in Kontakt, dass das Isolationselement 63 nicht parallel zu der Verlängerung 14 und der Leiterplatte 41 in Draufsicht gesehen verschoben wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Isolationselemente 61, 62 und 63, die das erste Isolationselement sind, mit einem zugeordneten Element verbunden und in Kontakt (wie beispielsweise dem Positionierstift 49 und der Verlängerung 14), das sich durch die zugehörigen Isolationselemente 61, 62 und 63 erstreckt und entsprechend an der Sekundärwicklung 45, 46 oder der Leiterplatte 41 befestigt.
Auf diese Weise kann die Positionsverschiebung der Isolationselemente 61, 62 und 63 unterdrückt werden. Die plattenförmigen Isolationselemente 61, 62 und 63 sind zumindest teilweise mit den Seitenwänden 45, 46 befestigt und in Kontakt (siehe 14), und dementsprechend ist das Isolationselement zwischen den Wicklungen 11, 12 und den Seitenwänden 45, 46 angeordnet. Auf diese Weise kann Kontakt zwischen den Wicklungen 11, 12 und den Seitenwänden 45, 46 unterdrückt werden.
Die Konfiguration, die die oben beschriebenen Positionierstifte 49 aufweist, kann auch bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet werden.
Im Folgenden werden Funktionen und Vorteile der Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform, bei der die Wicklungen 11, 12 jeweils in C-Form gebogen sind, ermöglicht auch das Verkleinern der Leistungswandler 300, 301, die elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen und zwischen Wicklungen und Kernen und die Wärmeabfuhr von den Wicklungen, und zwar grundsätzlich ähnlich zu dem Fall, bei dem die Wicklungen 11, 12 wie bei der ersten Ausführungsform in S-Form gebogen sind.
Im Folgenden wird die elektrische Isoliereigenschaften für jede Komponente des Transformators 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sorgen Isolationselemente 61, 62 und 63 beispielsweise zwischen den Wicklungen grundsätzlich ähnlich für elektrische Isolierung wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform.
Wiederum bezugnehmend auf 11 ist bei der vorliegenden Ausführungsform das äußere linke Ende 62A des Isolationselements 63 so ausgebildet, dass es sich weiter nach links erstreckt als das äußere linke Ende der Seitenwand 45. Ferner ist das äußere rechte Ende 62A des Isolationselements 62 so ausgebildet, dass es sich weiter nach rechts erstreckt als das äußere rechte Ende der Seitenwand 46. Dementsprechend ist eine Lücke in dem Bereich zwischen der Seitenwand 45 und dem angrenzenden ersten Bereich der Sekundärwicklung 12 ausgebildet und eine Lücke in dem Bereich zwischen der Seitenwand 46 und dem angrenzenden zweiten Bereich der Sekundärwicklung 12 ausgebildet. Die Lücken werden mit einem Material mit hoher Fließfähigkeit gefüllt, das in die Lücken gefüllt wird, um das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr auszubilden, und zwar nachdem die Elemente, wie beispielsweise die Wicklungen 11, 12, die den Transformator 10 ausbilden, in dem Bereich angeordnet werden, der durch die Seitenwände 43, 44 eingeschlossen ist, und zwar wie bei der ersten Ausführungsform. Das Verfahren zum Zusammenbauen des Leistungswandlers 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich zu dem Verfahren zum Zusammenbauen des Leistungswandlers 100 gemäß der ersten Ausführungsform in 8.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das untere Ende 63A des Isolationselements 63, das sich in Richtung von oben nach unten in 11 zwischen jeweiligen ersten Bereichen der Wicklungen 11, 12 erstreckt, derart ausgebildet, dass es sich weiter nach unten erstreckt als entsprechende unterste Bereiche der ersten Bereiche der Wicklungen 11, 12. Das untere (bzw. unterste) Ende 63A des Isolationselements 63, das sich in Richtung von oben nach unten in 11 zwischen entsprechenden zweiten Bereichen der Wicklungen 11, 12 erstreckt, ist derart ausgebildet, dass es sich weiter nach unten erstreckt als entsprechende unterste Bereiche der zweiten Bereiche der Wicklungen 11, 12. Dementsprechend werden Lücken ausgebildet und können mit dem Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr gefüllt werden.
Wie oben beschrieben, erstrecken sich bei der vorliegenden Ausführungsform Positionierstifte 49, die von den Seitenwänden 45, 46 beispielsweise vorstehen, derart durch das Isolationselement 62, dass das Isolationselement 62 derart gesichert wird, dass das Isolationselement 62 sich lateral und rückwärts nicht bewegen kann. Dementsprechend wird die elektrische Isolierung beispielsweise zwischen den Wicklungen zuverlässiger aufrechterhalten.
Im Folgenden wird die Wärmeabgabe-Eigenschaft für jede Komponente des Transformators 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wärme, die von den ersten und zweiten Bereichen der Sekundärwicklung 12 erzeugt wird, wird von deren Oberflächen, die den Seitenwänden 45, 46 gegenüberliegen, übertragen und an die Seitenwände 45, 46 über das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr abgeführt. Je kürzer die Distanz zwischen der Sekundärwicklung 12 und ihrer gegenüberliegenden Seitenwand 45, 46, desto höher ist die Wärmeabgabe-Eigenschaft von der Sekundärwicklung 12 zu der Seitenwand 45, 46. Je länger die Distanz, desto niedriger die Wärmeabgabe-Eigenschaft von der Sekundärwicklung 12 zu den Seitenwänden 45, 46. Wenn die Position der Sekundärwicklung 12 beispielsweise relativ zur 11 nach links verschoben wird, ist der erste Bereich (unterer linker Bereich) der Sekundärwicklung 12 weiter entfernt von der Seitenwand 45 angeordnet, während der zweite Bereich (unterer rechter Bereich) hiervon näher bei der Seitenwand 46 angeordnet ist. Im Gegensatz hierzu gilt, wenn die Position der Sekundärwicklung 12 beispielsweise relativ zu 11 weiter nach rechts verschoben wird, dass der zweite Bereich (unterer rechter Bereich) der Sekundärwicklung 12 weiter entfernt von der Seitenwand 46 angeordnet ist, wohingegen der erste Bereich (unterer rechter Bereich) hiervon näher bei der Seitenwand 46 angeordnet ist. Selbst wenn die Sekundärwicklung 12 in ihrer Position nach links oder rechts verschoben wird, bleibt folglich die Durchschnittsdistanz zwischen der Sekundärwicklung 12 und den Seitenwänden 45, 46 die gleiche und die gesamte Wärmeabgabe-Eigenschaft verschlechtert sich nicht. Wärme, die von den ersten und zweiten Bereichen der Primärwicklung 11 erzeugt wird, wird von deren Oberflächen, die den Seitenwänden 44, 43 gegenüberliegen, übertragen und über das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr an die Seitenwände 44, 43 abgeführt. Je kürzer die Distanz zwischen der Primärwicklung 11 und der ihr gegenüberliegenden Seitenwand 44, 43, desto höher die Wärmeabgabe-Eigenschaft von der Primärwicklung 11 zu der Seitenwand 44, 43. Je länger die Distanz, desto niedriger die Wärmeabgabe-Eigenschaft von der Primärwicklung 11 zu der Seitenwand 44, 43. Wenn die Position der Primärwicklung 11 beispielsweise relativ zu 11 nach links angeordnet bzw. verschoben wird, ist der zweite Bereich (unterer rechter Bereich) der Primärwicklung 11 weiter von der Seitenwand 43 entfernt angeordnet, wohingegen der erste Bereich (unterer linker Bereich) hiervon näher bei der Seitenwand 44 angeordnet ist. Im Gegensatz hierzu, und zwar wenn die Position der Primärwicklung 11 beispielsweise relativ zu 11 weiter nach rechts verschoben bzw. angeordnet wird, ist der erste Bereich (unterer linker Bereich der Primärwicklung 11 weiter entfernt von der Seitenwand 44 angeordnet, wohingegen der zweite Bereich (unterer rechter Bereich) hiervon näher bei der Seitenwand 43 angeordnet ist. Selbst wenn die Primärwicklung 11 positionsmäßig nach links oder rechts verschoben wird, bleibt somit die Durchschnittsdistanz zwischen der Primärwicklung 11 und den Seitenwänden 44, 43 die gleiche und die Gesamtwärmeabgabe-Eigenschaft verschlechtert sich nicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr nicht lediglich in dem Bereich außen (bzw. außerhalb) von den Wicklungen 11, 12 angeordnet, sondern ferner in dem Bereich innen (bzw. innerhalb von den Wicklungen 11, 12). Folglich ist das Isolationselement 64 für hohe Wärmeabfuhr sowohl an der linken Seite als auch der rechten Seite von den ersten und zweiten Bereichen der Wicklungen 11, 12 angeordnet. Die vorliegende Ausführungsform hat daher die Eigenschaft, dass die Wärmeabgabe-Eigenschaft selbst dann nicht verschlechtert wird, wenn die Primärwicklung 11 beispielsweise wie oben beschrieben positionsmäßig nach links oder rechts verschoben wird.
Die Merkmale der entsprechenden Konfigurationen der Ausführungsformen können innerhalb eines technisch konsistenten Umfangs entsprechend kombiniert werden. Beispielsweise kann die Konfiguration der dritten Ausführungsform, bei der die Wicklungen 11, 12 in C-Form gebogen sind, mit der Konfiguration der zweiten Ausführungsform kombiniert werden, bei der die Seitenwände 43, 44 mit dem Gehäuse 42 verbunden sind.
Es sei angemerkt, dass die hier gegebenen Ausführungsformen in allen Aspekten lediglich beispielhaft und nicht als Einschränkung zu verstehen sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll durch die Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung definiert sein und beinhaltet sämtliche Modifikationen und Änderungen, die gleichbedeutend sind.
Bezugszeichenliste

1: eingangsseitige Treiberschaltung
2: ausgangsseitige Treiberschaltung
10: Transformator
11: Primärwicklung
11A, 11B, 12A, 12B: Verbindungspunkt
11C, 12C, 61C, 62C, 63C: Öffnung
11E1, 12E1, 12E3, 12E4: unterster Bereich
11E2, 11E3, 11E4, 12E4: oberster Bereich
11T1, 11T3, 12T1, 12T3: erster gebogener Bereich
11T2, 11T4, 12T2, 12T4: zweiter gebogener Bereich
12: Sekundärwicklung
13, 14: Verlängerung
21: oberer Magnetkern
22: unterer Magnetkern
31A, 31B, 31C, 31D: Schaltelement
31E, 31F, 31G, 31H: Gleichrichterelement
32A, 32B: Kondensator
33: Spule
41: Leiterplatte
42: Gehäuse
43, 44, 45, 46: Seitenwände
43A, 44A: Wärmeleitpaste
43C, 44C: Vebindungsbereich
49: Positionierstift
51, 52: Schraube
53, 54: Verbindung
61, 62, 63,: Isolationselement
61A, 62A, 63A: Ende
64: Isolationselement für hohe Wärmeabfuhr
66,: Isolationselement-Platte
100, 101, 200, 300, 301: Leistungswandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7115024 [0002, 0004]
JP 2009177019 [0003, 0004]

Claims

Leistungswandler, der Folgendes aufweist: - einen Magnetkern; - eine Vielzahl von Wicklungen, die jeweils um den Magnetkern gewickelt sind und derart gebogen sind, dass sie einen Bereich aufweisen, der sich in eine Richtung erstreckt, in die sich der Magnetkern erstreckt; - eine Vielzahl von Metall-Seitenwänden, die außen von der Vielzahl von Wicklungen angeordnet sind und sich in die Richtung erstrecken, in die sich der Magnetkern erstreckt; - ein erstes Isolationselement, das zwischen der Vielzahl von Wicklungen und zwischen den Wicklungen und dem Magnetkern angeordnet ist; und - ein zweites Isolationselement, das an einer Außenseite der Vielzahl von Wicklungen angeordnet ist, wobei das zweite Isolationselement mit jeder von der Vielzahl von Seitenwänden und jeder von der Vielzahl von Wicklungen in Kontakt ist, wobei das zweite Isolationselement eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die höher ist als die thermische Leitfähigkeit des ersten Isolationselements.
Leistungswandler gemäß Anspruch 1, wobei die thermische Leitfähigkeit des zweiten Isolationselements 0,5 W/mK oder höher ist.
Leistungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede von der Vielzahl von Wicklungen einen ersten gebogenen Bereich und einen zweiten gebogenen Bereich aufweist, wobei die Vielzahl von Wicklungen zwei Wicklungen sind, wobei jede von den zwei Wicklungen Folgendes aufweist: - einen ersten Bereich zwischen dem einen Ende und dem ersten gebogenen Bereich der Wicklung, und - einen zweiten Bereich zwischen dem anderen Ende entgegengesetzt zu dem einen Ende und dem zweiten gebogenen Bereich der Wicklung, und wobei der erste Bereich und der zweite Bereich sich in die Richtung erstrecken, in die sich der Magnetkern erstreckt, und wobei jede von der Vielzahl von Wicklungen derart gebogen ist, dass eine Richtung, in die sich der erste Bereich von dem ersten gebogenen Bereich aus erstreckt, entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in die sich der zweite Bereich von dem zweiten gebogenen Bereich aus erstreckt.
Leistungswandler gemäß Anspruch 3, wobei das zweite Isolationselement lediglich an der Außenseite der Wicklung angeordnet ist, und wobei jede von den zwei Wicklungen, die den ersten gebogenen Bereich und den zweiten gebogenen Bereich aufweist, so angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise in Kontakt mit dem zweiten Isolationselement ist.
Leistungswandler gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Isolationselement in folgenden Bereichen angeordnet ist: - einem Bereich zwischen der einen Wicklung der zwei Wicklungen und der anderen Wicklung, die sich von der einen Wicklung unterscheidet, - einem Bereich zwischen der einen Wicklung und dem Magnetkern; und - einem Bereich zwischen der anderen Wicklung und dem Magnetkern.
Leistungswandler gemäß Anspruch 5, wobei der erste Bereich der einen Wicklung außen von dem ersten Bereich der anderen Wicklung angeordnet ist, wobei der zweite Bereich der anderen Wicklung außen von dem zweiten Bereich der einen Wicklung angeordnet ist, und wobei der erste Bereich der einen Wicklung und der zweite Bereich der anderen Wicklung mit dem zweiten Isolationselement in Kontakt sind.
Leistungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede von der Vielzahl von Wicklungen einen ersten gebogenen Bereich und einen zweiten gebogenen Bereich aufweist, wobei die Vielzahl von Wicklungen zwei Wicklungen sind, wobei jede von den zwei Wicklungen Folgendes aufweist: - einen ersten Bereich zwischen dem einen Ende und dem ersten gebogenen Bereich der Wicklung, und - einen zweiten Bereich zwischen dem anderen Ende entgegengesetzt zu dem einen Ende und dem zweiten gebogenen Bereich der Wicklung, und wobei der erste Bereich und der zweite Bereich sich in die Richtung erstrecken, in die sich der Magnetkern erstreckt, und wobei jede von der Vielzahl von Wicklungen derart gebogen ist, dass eine Richtung, in die sich der erste Bereich von dem ersten gebogenen Bereich aus erstreckt, identisch zu einer Richtung ist, in die sich der zweite Bereich von dem zweiten gebogenen Bereich aus erstreckt.
Leistungswandler gemäß Anspruch 7, wobei das erste Isolationselement in folgenden Bereichen angeordnet ist: - einem Bereich zwischen der einen Wicklung der zwei Wicklungen und der anderen Wicklung, die von der einen Wicklung verschieden ist, - einem Bereich zwischen der einen Wicklung und dem Magnetkern, und - einem Bereich zwischen der anderen Wicklung und dem Magnetkern.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, der ferner Folgendes aufweist: - eine Leiterplatte, die elektrisch mit den Wicklungen verbunden ist, wobei zumindest ein Teil des ersten Isolationselements an einem Element befestigt ist und mit diesem in Kontakt steht, das sich durch das erste Isolationselement erstreckt und an den Seitenwänden oder der Leiterplatte befestigt ist.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner Folgendes aufweist: - einen Wärmeabführer, der in Kontakt mit der einen Endfläche des Magnetkerns ist, und zwar in der Richtung, in die sich der Magnetkern erstreckt, wobei der Wärmeabführer zusammen mit der Vielzahl von Seitenwänden ein Einzelkörper ausbildet.
Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der ferner Folgendes aufweist: - einen Wärmeabführer, der mit der einen Endfläche und den entsprechenden Endflächen der Vielzahl von Seitenwänden in Kontakt angeordnet ist, und zwar in der Richtung, in die sich der Magnetkern und die Vielzahl von Seitenwänden erstreckt, wobei die Vielzahl von Seitenwänden jeweils einen Verbindungsbereich aufweist, der den Wärmeabführer kontaktiert und sich in eine Richtung erstreckt, die die Richtung kreuzt, in die sich die Seitenwände erstrecken.