JP6666478B2 - 誘導性部品、部品システム、ならびに、誘導性部品および／または部品システムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導性部品、例えばチョークコイルまたは変圧器に関する。誘導性素子の構造寸法は、必要とされる磁力の貯蔵能力により、およびさらに決定的に放熱により決定される。損失を良好に放出できればできるほど、誘導性部品は小さいサイズとすることができる。

ＤＥ１０ ２０１１ ０７６ ２２７ Ａ１号は、筐体中に収容されたコイルを備えた誘導性素子を記載している。コイルと筐体との間には熱伝導性のクッションが配置されている。

本発明の課題は、特性を改良した誘導性部品を提示することである。

この課題は、本願請求項１に記載の誘導性素子により解決される。
本発明の第１の態様によれば、ワイヤの巻き線を有するコイルを備えた誘導性部品を提示する。この部品は、コイルに接着された成形体を有する。この成形体は、ヒートシンク例えば冷却体を配置するための表面を有する。この表面の幾何学形状はとりわけヒートシンクの表面を補完するように形成されている。例えば成形体の表面と、ヒートシンクの表面とは平坦に形成されている。

成形体は、例えばコイルとりわけ巻き線の起伏を埋めて平らにする。この成形体は、とりわけ巻き線上に直接載置されている。例えば平坦に形成され補完をするこの成形体の表面により、ヒートシンクを成形体に直接配置することが可能になり、ヒートシンクの部品に対する良好な熱結合が可能になる。

成形体は、熱伝導性が良好である材料を有する。これは、例えばプラスチック材料、とりわけポリウレタンである。このプラスチック材料は、熱伝導性を高めるために、熱伝導性が良好である充填材料を備えていることができる。

この成形体は、例えばポッティングとして形成されている。この際、流体状のポッティング材料をコイル上に塗布し、硬化させる。成形のために、例えば鋳型を準備し、この中にコイルを配置し、流体のポッティング材料を充填する。鋳型は後に除去されうる。したがって、成形体は、コイルに接して成形された硬化された塊である。

ある実施形態では、成形体は、部品の表面の少なくとも一部分を形成する。したがって部品は、成形体の上方に配置される筐体を有さない。むしろ成形体は、部品の筐体または筐体部分と見なされうる。

ある実施形態では、成形体はコイルを部分的にのみ取り囲む。とりわけ成形体はコイルのフルポッティングを形成しない。完全に周囲を取り囲まない成形体はコスト効率が良く、ヒートシンクへの結合を製造するのに十分である。

例えば成形体は、コイルの側面を最大半分まで覆う。例えばこの側面は、ヒートシンクを配置するために形成されている部品の表面に対して、垂直の方向で配置されている。この側面は、例えばリング形状のコイルの外被面である。

巻き線は部分的に露出しうる。したがって部品は少なくとも部分的に開いて形成されている。この点は、放熱の改良に寄与しうる。

ある実施形態では、成形体は丸屋根形状で形成されている。例えばこの成形体はコイルの上面を覆う。この成形体は、さらに少しコイルの側面上にまで伸張しうる。

ある実施形態では、部品は台座を有する。これは、例えばプラスチック製台座である。この台座は板として形成可能である。成形体とは異なり、この台座は、直接コイルには接着されず、コイルの起伏を埋めて平らにすることはしない。コイルは、例えば接着剤を用いて台座に固定されている。この台座を通って、ワイヤ端部は導かれうる。この台座は、例えばワイヤ端部を規定し導き、かつ部品を機械的に安定化させるために機能する。

成形体は例えば部品の第１面に配置されていて、かつ台座は部品の第２面に配置されている。第１面は第２面に対向しうる。第１面は例えば部品の上面である。成形体は、例えば台座とコイルとの間には配置されていない。

ヒートシンクへの熱的結合のさらなる改良のために、成形体上に、追加的にある材料とりわけ熱伝導性材料の層を塗布可能である。これは例えば熱伝導性ペーストである。この層は、例えば成形体よりも柔軟性を有し、成形体とヒートシンクとの間の間隙を埋めることができる。さらに、この層は、ヒートシンクを成形体に接着させうる。

本発明のさらなる態様によれば、誘導性部品と、ヒートシンク例えば冷却体とを有する部品システムが示される。この誘導性部品は、上述のように形成可能である。

ある実施形態では、このヒートシンクは、誘導性部品の成形体と直接境界を接する。成形体は、上述のように形成可能であり、かつ、とりわけヒートシンクの表面を補完するように形成されかつヒートシンクと境界を接する表面を有する。

ある実施形態では、成形体とヒートシンクとの間には、熱伝導性の材料の層が配置されていて、このヒートシンクは、この層と直接境界を接する。この層は、例えば上述のように形成されている。この層は、とりわけ熱伝導性ペーストまたは熱伝導性接着剤でありえる。この層は、さらに直接成形体と境界を接する。したがって、成形体とヒートシンクとの間には硬い筐体は存在しない。

ヒートシンクは、双方の実施形態において、部分的に成形体と、かつ部分的にこの層と境界を接することもできる。

ヒートシンクは、例えば冷却体として、とりわけ能動的または受動的な冷却体として形成されている。このヒートシンクは冷却リブを有することができる。例えばこのヒートシンクは金属を有する。

例えばヒートシンクは誘導性部品上に配置されている。ヒートシンクは、誘導性部品の横に配置されていることもできる。

ある実施形態では、部品システムは回路基板を有し、この回路基板に、誘導性部品とヒートシンクとが固定されている。ヒートシンクは、この際、回路基板に直接固定されていることができ、または、回路基板に間接的にのみ固定されていることができる。例えば誘導性部品が回路基板に直接固定されていて、ヒートシンクは誘導性部品に固定されている。

本発明のさらなる態様によれば、誘導性部品および／または部品システムの製造方法が示されている。この誘導性部品と部品システムとは、上述のように形成可能である。

この方法では、コイルを準備し、これを鋳型中に配置する。コイルを鋳型中に配置する前または後に、成形体を形成するために、ポッティング材料を鋳型中に充填する。とりわけポッティング材料は、流体形態で存在する。例えば、これはプラスチック材料である。続いてこのポッティング材料を硬化させ、鋳型を除去する。とりわけ、得られた成形体がヒートシンクの表面を補完するように形成された表面を有するように、鋳型は成形される。

本願の開示では、発明の複数の態様が記載されている。したがって、部品、部品システムまたは方法に関連して開示された全ての特性は、各特性が別の態様の文脈中で明示的に言及されていなくても、別の態様に関連しても開示されている。さらに、ここで示された対象物の説明は、個々の特別な実施形態に限定されない。むしろ個々の実施形態の特徴は、技術的に有意義である限り、互いに組み合わされうる。

以下に、本願で説明する対象物を概略的な実施形態に基づいてより詳細に説明する。

誘導性部品のある実施形態の透視図である。 誘導性部品のさらなる実施形態の透視図である。 誘導性部品とヒートシンクとのシステムの概略側面図である。

以下の図中、好ましくは、等しい参照符号は、様々な実施形態の機能的または構造的に対応する部分を示す。

図１は、誘導性部品１を示す。この部品１は、例えばチョークコイルまたは変圧器であり、とりわけパワーエレクトロニクス部品である。例えばこれはトロイダル・チョークコイル、例えば電流補償トロイダル・チョークコイルまたはトロイダル・ストレージ・チョークコイルである。

この部品１は、ワイヤの巻き線２を有する。このワイヤは例えば銅ワイヤである。この巻き線２は、磁性材料からなるコア３を取り囲む。これは例えばフェライト磁心である。このコア３は、閉じられた形状例えば環状を有しうる。この巻き線２は、コア３と共にコイル４を形成する。このコイル４は、磁性コア３なしで形成してもよい。

コイル４は、台座５上に配置されている。台座５を通って、巻き線２のワイヤ端部６、７は導かれている。台座５は薄い板として形成されている。例えばコイル４は、台座５上に配置されている。とりわけコイル４は、その高さすなわち台座５に対して垂直方向のその伸張が、台座５に対して平行方向での最大伸張よりも小さいように配置されている。この部品１は、例えば台座５でもって回路基板上に取り付けられる。

部品１は成形体８を有し、この成形体は熱伝導性材料９を有する。成形体８は、形状安定で、すなわちその形状を独自で維持する。例えば成形体８はポッティングとして形成されている。成形体８は、例えば流体形態でコイル４上に塗布され、かつ硬化する。この成形体８は、硬化後にはコイル４に固定接着される。外部からのさらなる接着剤または力の作用は必須ではない。

材料９の熱伝導率は、例えば０．１〜２３００Ｗ／（ｍ×Ｋ）の範囲内にある。とりわけ熱伝導率は０．２〜４Ｗ／（ｍ×Ｋ）の範囲にある。

成形体８の熱伝導性材料９は、例えば熱伝導性プラスチックである。この際、この材料はポリウレタン材料でありえる。この材料９は、熱伝導性を高めるために熱伝導性充填材料を有する。

成形体８は、部品１の第１面１０を形成する。この第１面１０は例えば部品１の上面である。台座５は、例えば第１面１０に対向する、部品１の第２面１１である。成形体８と台座５とは、とりわけコイル４の対向する面１０、１１に配置されている。

成形体８は、部品１の外側表面の一部分を形成する。部品１は、成形体８の上方に配置されている追加的な筐体を有さない。成形体８は、したがって部品１の筐体または筐体部分として見なされうる。

成形体８はコイル４を部分的にのみ取り囲む。この成形体８は、例えば部品１の外側表面の最大５０％を形成する。この成形体８は丸屋根形状で形成可能である。この成形体８は、例えば部品１の上面を形成する。この成形体８は、部品１の側面１２の一部分を形成することも可能である。例えば成形体８は、上面から側面１２に達し、この側面１２を例えば最大半分まで、とりわけ最大３分の１まで覆う。

コイル４は、部分的に露出している。とりわけコイル４は側面１２において成形体８により部分的にのみ取り囲まれている。側面１２は、完全に露出することができる。したがって、コイル４とりわけ巻き線２は、部品１の外側表面の少なくとも一部分を形成している。コイル４は、したがってポッティングまたは筐体により完全には取り囲まれていない。部品１は、とりわけ少なくとも部分的に開いて形成されている。

例えば、巻き線２が側方では成形体８と台座５とを越えて突出しないように、成形体８および台座５は形成されている。したがって、巻き線２は機械的な損傷から保護されている。

成形体８は、巻き線２の起伏を埋めて平らにし、平坦な表面１３を有する。この平坦な表面１３は、ある仕上げ面粗さを有する。この平坦な表面１３は、したがって部品１の平坦な表面を形成する。とりわけ部品１は、台座５とは逆のその第１面１０でこの平坦な表面１３を有する。この成形体８は、許容誤差を補償するために中程度の弾性を有する。

この平坦な表面１３により、ヒートシンクとりわけ冷却体に対する部品１の良好な熱的結合が可能になる。ヒートシンクの表面は、好ましくは部品１の表面１３を補完するように形成されている。ヒートシンクの表面が屈曲し、例えば凸型または凹型である場合は、部品１の表面１３は好ましくはこれに応じて形成されている。

したがって、成形体８がない場合には、部品１の表面仕上げが、ヒートシンクへの直接の熱的接続を防ぐか、または難しくするような部品１にとって、成形体８は特に有利である。間にある筐体がなく、成形体８がヒートシンクへ直接結合することにより、熱伝導率を高めることができる。これにより改良された冷却可能性により、しばしば構造サイズを小さくすることもできるが、この理由は、とりわけ対流冷却の場合には、構造サイズは、しばしば主に冷却要件または損失電力の大きさの要件により決められるからである。

成形体８により、部品１の電気絶縁性も同時に達成されうる。成形体８の厚さを適切に選択することにより、とりわけ巻き線２と部品１の表面１３との間を最小距離に設定することができる。

部品１を製造するために、例えばコイル４を準備し、これを鋳型中に配置する。成形体８を形成するために、流体である熱伝導性材料９を鋳型中に充填し硬化させる。硬化は、例えば数時間、例えば１２〜２４時間の間、室温またはより高い温度で行う。続いて、鋳型を除去し、したがって部品１を離型する。成形体８は、別の方法でコイル４に接着して成形することも可能で、かつこれに続いて硬化させうる。

図２は、誘導性部品１のさらなる実施形態を示す図である。図１の部品１とは異なり、成形体８上に、ある層１４が追加的に配置されている。この層１４は、部品１のヒートシンクへの結合をさらに改良する。

層１４は熱伝導性材料を有する。この層１４の材料は成形体８の材料９とは異なる。
例えば層１４は、熱伝導性ペーストまたは熱伝導性接着剤である。この層１４は、とりわけ流体またはペースト状の形態で存在しうる。この層１４は硬化されていない。とりわけこの層は硬い筐体の一部ではない。熱伝導性材料フィルム（ＴＩＭフィルム）も使用可能であり、このフィルムは例えばロールから巻解かれ、図１の部品１上に接着される。

層１４は、例えばヒートシンクと密接に連結する。例えば、層１４は、接着層として形成されていて、これは成形体８とヒートシンクとに接着されている。この層１４は、例えばヒートシンクを部品１に配置する直前に塗布される。

この層１４は例えば柔軟性があり、その結果、成形体８の表面１３と、ヒートシンクとに最適に合わせることが可能になる。とりわけ層１４は成形体８よりも実質的により柔軟である。層１４は、成形体８に比較して薄く形成可能である。

図３は、誘導性部品１とヒートシンク１６とが回路基板１７上にある部品システム１５を示す図である。ヒートシンク１６は、例えば冷却体として形成されている。誘導性部品１は、例えば図１または図２に記載の通りに形成されている。

ヒートシンク１６は直接成形体８の上に、または成形体８上にある層１４（図２）上に配置されている。成形体８の表面１３は、ヒートシンク１６の表面１９を補完するように形成されている。したがって、ヒートシンク１６は成形体８の表面１３と直接境界を接し、ヒートシンク１６と成形体８との間にはより大きな空気間隙が存在することはない。ある代替的な実装形態では、ヒートシンク１６は、誘導性部品１の横で回路基板１７上に配置可能である。この場合も、ヒートシンク１６は成形体８の表面１３と直接境界を接する。

ヒートシンク１６は、冷却体として、とりわけ例えば対流による受動的な冷却体として、または例えばファンによる強制対流による能動的な冷却体として、形成可能である。ヒートシンク１６は、例えば冷却リブ１８を有する。このヒートシンク１６は金属で形成されうる。

部品システム１５は回路基板１７に固定されている。例えばこれは鋳造されたのではない回路基板１７である。

１ 誘導性部品
２ 巻き線
３ コア
４ コイル
５ 台座
６ ワイヤ端部
７ ワイヤ端部
８ 成形体
９ 熱伝導性材料
１０ 第１面
１１ 第２面
１２ 側面
１３ 平坦な表面
１４ 層
１５ 部品システム
１６ ヒートシンク
１７ 回路基板
１８ 冷却リブ

Claims (18)

1. ワイヤの巻き線（２）を有するコイル（４）と、前記コイル（４）に接着された成形体（８）とを備えた誘導性部品であって、前記成形体（８）がヒートシンク（１６）を配置するための表面（１３）を有し、
   前記成形体（８）は、前記コイル（４）の起伏を埋めるように構成され、
   前記誘導性部品（１）は、前記コイル（４）が配置される台座（５）を有し、前記成形体（８）は、前記誘導性部品（１）の第１面上に配置され、前記台座（５）は、対向する前記誘導性部品（１）の第２面上に配置され、前記成形体（８）は、前記台座（５）までは達していない、誘導性部品。
2. 前記成形体（８）がポッティングとして形成されている、請求項１に記載の誘導性部品。
3. 前記成形体（８）は前記コイル（４）を部分的にのみ取り囲む、請求項１または２に記載の誘導性部品。
4. 前記成形体（８）は、前記コイル（４）の側面（１２）を最大半分まで覆う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導性部品。
5. 前記成形体（８）は丸屋根形状で形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導性部品。
6. 前記成形体（８）は、前記誘導性部品（１）の前記表面（１３）の少なくとも一部分を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導性部品。
7. 前記巻き線（２）は部分的に露出している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導性部品。
8. 前記成形体（８）は、熱伝導性が良好な充填材料を備えたプラスチック材料を含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導性部品。
9. 前記成形体（８）は、前記台座（５）と前記コイル（４）との間には配置されていない、請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導性部品。
10. 前記表面（１３）は平坦に形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の誘導性部品。
11. 前記成形体（８）は前記コイル（４）の上面のみを覆っている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導性部品。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導性部品（１）と、ヒートシンク（１６）とを有する部品システムであって、前記ヒートシンク（１６）が前記成形体（８）と直接境界を接し、または、前記成形体（８）と前記ヒートシンク（１６）との間には、熱伝導性の材料を有する層（１４）が配置されている、部品システム。
13. 前記成形体（８）の前記表面（１３）は、前記ヒートシンク（１６）の前記表面を補完するように形成されている、請求項１２に記載の部品システム。
14. 前記層（１４）は熱伝導性ペースト、熱伝導性接着剤または熱伝導性のフィルムとして形成されている、請求項１２または１３に記載の部品システム。
15. 前記部品システムは回路基板（１７）を有し、前記回路基板には前記誘導性部品（１）と前記ヒートシンク（１６）とが固定されている、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の部品システム。
16. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導性部品および／または請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の部品システムの製造方法であって、以下の工程、すなわち、
    Ａ）コイル（４）を準備して、前記コイル（４）を鋳型中に配置する工程と、
    Ｂ）前記コイルを前記鋳型中に配置する前または後に、前記鋳型中に前記成形体（８）を形成するために、ポッティング材料を充填する工程と、
    Ｃ）前記ポッティング塊を硬化させ、かつ鋳型を除去する工程とを含む、方法。
17. ワイヤの巻き線（２）を有するコイル（４）と、前記コイル（４）に接着された成形体（８）とを備えた誘導性部品であって、前記成形体（８）がヒートシンク（１６）を配置するための表面（１３）を有し、
    前記成形体（８）は、前記コイル（４）の起伏を埋めるように構成され、
    前記誘導性部品（１）は、前記コイル（４）が配置される台座（５）を有し、前記成形体（８）は、前記台座（５）と前記コイル（４）との間には配置されていない、誘導性部品。
18. 前記コイル（４）は、ワイヤ端部（６，７）を有し、前記ワイヤ端部（６，７）は、前記台座（５）を通って導かれ、前記誘導性部品（１）は、プリントされた回路基板（１７）上に位置決めされるように構成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の誘導性部品。

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