JP2020010480A - 降圧コンバータ - Google Patents
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Abstract
Description
DC/DCコンバータ装置は、一次側コイルと二次側コイルとを有するトランスと、トランスの二次側コイルに誘起される電圧を整流する整流素子と、トランスの二次側コイルに接続されるチョークコイルを備えている。そして二次側コイルが複数のコイル導体部を有し、各コイル導体部の端部が金属基板上に絶縁層を介して形成された導体パターンにはんだ付けされ、一次側コイルが二次側コイルの複数のコイル導体部間に挿入された構成として、トランスの小型化、筐体への組立工数の削減、及び放熱に配慮した構造が考案されている(例えば特許文献1参照)。
以下、本願の実施の形態1における降圧コンバータを図1から図9に基づいて説明する。
降圧コンバータとは、例えばハイブリッド車に搭載される高電圧バッテリから低電圧バッテリへ電力変換して電力を供給する装置で、その主回路の一例を図1に示す。
図2は降圧コンバータを構成する、降圧トランス2、整流素子3、平滑リアクトル4を一体で構成したアッセンブリ部品の斜視図である。図3はその展開図であり、説明の便宜上、アッセンブリ部品を覆う一体成形樹脂は図示を省略している。
図3、図4に示すように、降圧トランス2の一次側巻線8は、上側に二層の一次側巻線8aと8b、下側に二層の一次側巻線8cと8d(総称する場合は一次側巻線8とする)を有した四層構造となっている。また、降圧トランス2の二次側巻線9は二次側巻線9aと9b(総称する場合は二次側巻線9とする)を有した二層構造となっている。
凹部に嵌め込まれる一次側巻線8b、8cは複数箇所で圧入されるよう凹部の幅が狭くなるように突起(図示しない)が設けられている。
上側の一次側巻線8bと二次側巻線9aとの間、二層の二次側巻線9aと9bとの間、および下側の一次側巻線8cと二次側巻線9bとの間には、それぞれ絶縁部材の樹脂セパレータ10a、10b、10c(総称する場合は樹脂セパレータ10とする)が配置される。中央の樹脂セパレータ10bには、二つの二次側巻線9a、9bを位置決めするための凸部が図の上下方向に構成されており、二次側巻線9a、9bにはそれと嵌合する穴が空いている。
外側の樹脂セパレータ10aの上側には2層の一次側巻線8a、8bが、外側の樹脂セパレータ10cの下側には2層の一次側巻線8c、8dが配置される。
なお、二次側巻線9a、9bの巻線端部9ao、9boは図6に示すようにL字状とされ、その下側は平坦部となって整流素子3の実装部となっている。
また降圧トランス2の一次側巻線8の外径は、二次側巻線9の外径と同じか、二次側巻線9の外径よりも小さくなっている。
尚、本構造における一次側巻線8および二次側巻線9は、板金プレスで製造することを想定しているが、同様の構成をとれるものなら、製造方法は他の方法でも問題ない。
降圧トランス2の一次側巻線8a〜8dの四層、二次側巻線9a、9bの二層、絶縁部材の樹脂セパレータ10a〜10cおよび平滑リアクトル4の平滑コイル42は、図6に示す状態で図示してない成形金型にセットされ、整流素子3が搭載される部分および二次側巻線9a、9bの巻線端部9ao、9boの底面を除いて一体成形樹脂1a(図2、図8参照)にて成形してサブアッセンブリ部品として構成する。
一体成形品となった降圧トランス2と平滑リアクトル4からなるサブアッセンブリ部品において、その二次側巻線9a、9bの巻線端部9ao、9boである整流素子3の実装部には、表面実装タイプの整流素子3が実装され、降圧トランス2の二次側巻線9の巻線端部9ao、9boと平滑リアクトル4の平滑コイル42端部との間にはんだで接合されて接続される。
整流素子3のアノードが接続される降圧トランス2の二次側巻線9には、温度検知のためのサーミスタ6が固定されており、制御回路(図示しない)と共に整流素子3を定格温度内で動作させる。
また、サーミスタ6に近い整流素子3の温度がより高くなるよう、サーミスタ6に近い側の整流素子3に電流がより流れやすいよう二次側巻線9を構成している。
降圧トランス2の一次側巻線8、二次側巻線9と平滑リアクトル4の平滑コイル42が樹脂で一体成形されたサブアッセンブリ部品には、トランスコア7a、7b、平滑コア41a、41bが組み付けられて、降圧トランス2と平滑リアクトル4が一体化されたアッセンブリ部品が構成される。
トランスコア7a、7bが一次側巻線8と二次側巻線9に嵌装されて構成された降圧トランス2は、図2に示すように、粘着テープ15a、15bを貼って、二個のコアを一体成形品に固定する。
同様に、平滑コア41a、41bが平滑コイル42a、42bに嵌装されて構成された平滑リアクトル4は、図2に示すように、粘着テープ15c、15dを貼って、二個のコアを一体成形品に固定する。
一方、トランスコア7bの下面と平滑コア41bの下面は筐体19に直接接触して配置されており、トランスコア7a、7bおよび平滑コア41a、41bからの熱は直接筐体19から放熱される。
降圧トランス2と平滑リアクトル4のアッセンブリ部品は、図8に示すように一体成形樹脂1aと一体成形された6個の金属カラー17を介して図示しない筐体19にねじ固定される。トランスコア7および平滑コア41については、筐体19へばねで押さえつけることにより固定するが、ばね荷重に直交する方向には、ばね荷重と摩擦係数の積、いわゆる摩擦力が振動により発生する力より大きくなければならない。
さらに降圧トランス2のトランスコア7a、7b、平滑リアクトル4の平滑コア41の四隅のコーキング剤充填スペースに、放熱材料を充填することで降圧トランス2と平滑リアクトル4の放熱効果が高まる。
また、降圧トランス2の下流側に整流素子3経由で接続される平滑リアクトル4の平滑コイル42も降圧トランス2の巻線と一体成形することにより、筐体19となる冷却器への実装も容易となり、組立工数が削減でき、かつ降圧トランス2の一次側巻線8と二次側巻線9の放熱経路を共通化できる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
3:整流素子、4:平滑リアクトル、4bo:平滑リアクトルの巻線端部、
5:平滑コンデンサ、6:サーミスタ、7、7a、7b:降圧トランスのコア、
8、8a、8b、8c、8d:降圧トランスの一次側巻線、
9、9a、9b:降圧トランスの二次側巻線、
9c:降圧トランスの二次側巻線端部の凸部、
9ag:降圧トランスの二次巻線基準電位部、
10、10a、10b、10c:樹脂セパレータ、
15a、15b、15c、15d:粘着テープ、17:金属カラー、18:放熱部材、
19:筐体、41、41a、41b:平滑コア、42、42a、42b:平滑コイル、
100:高電圧バッテリ、200:低電圧バッテリ。
Claims (10)
- 降圧トランスと整流素子と平滑リアクトルを有した降圧コンバータにおいて、前記降圧トランスの一次側巻線を四層、前記降圧トランスの二次側巻線を二層とし、前記一次側巻線は前記二次側巻線を挟み込むように上側に二層、下側に二層を配置し、前記上側の一次側巻線と前記二次側巻線との間、前記二次側巻線の層間、および前記下側の一次側巻線と前記二次側巻線との間にはそれぞれ絶縁部材の樹脂セパレータを配置して、前記降圧トランスの一次側巻線と二次側巻線、前記平滑リアクトルの平滑コイルおよび前記樹脂セパレータは、前記整流素子が搭載される部分を除いて、樹脂で一体成形されていることを特徴とする降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスの二次側巻線と降圧コンバータを収納する筐体との間に放熱部材を配置したことを特徴とする請求項1に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスの一次側巻線の外径は、前記二次側巻線の外径と同じか、前記二次側巻線の外径よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の降圧コンバータ。
- 前記整流素子は表面実装タイプであり、前記降圧トランスの二次側巻線の端部と前記平滑リアクトルの平滑コイル端部との間にはんだで接合されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の降圧コンバータ。
- 前記整流素子が実装される前記降圧トランスの二次側巻線端部の平坦部に凸形状を設け、前記はんだの厚みを管理できるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスの二次側巻線にサーミスタを固定したことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスの二次側巻線に接して設けられた前記放熱部材の接触面よりも、前記降圧トランスのコア下面、前記平滑リアクトルのコア下面が低いことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスの二次側巻線の基準電位部と、前記平滑リアクトルの巻線端部の引き出し方向を同じにしたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスのコア、前記平滑リアクトルの平滑コアの少なくとも一方の四隅に樹脂部を構成し、前記樹脂部と前記コアまたは前記平滑コア間に、コーキング剤を充填することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の降圧コンバータ。
- 前記降圧トランスのコア、前記平滑リアクトルの平滑コアの四隅のコーキング剤充填スペースに、放熱材料を充填することを特徴とする請求項9に記載の降圧コンバータ。
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