JP6956484B2 - Coil device and power converter - Google Patents
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Description
本発明はコイル装置および電力変換装置に関する。 The present invention relates to a coil device and a power conversion device.
例えばDC/DC変換装置等の電力変換装置には、平滑コイル、トランス等のコイル装置が搭載されている。電力変換装置が動作する際、コイル装置が発熱する。コイル装置の温度が上昇すると電力損失が増大するため、コイル装置には放熱構造が必要である。 For example, a power conversion device such as a DC / DC converter is equipped with a coil device such as a smoothing coil or a transformer. When the power conversion device operates, the coil device generates heat. Since the power loss increases as the temperature of the coil device rises, the coil device requires a heat dissipation structure.
例えば、特許文献1においては、コアの中脚部が分割されており、分割された隙間に放熱用樹脂を充填して放熱の効率化を図っている。 For example, in Patent Document 1, the middle leg portion of the core is divided, and the divided gap is filled with a heat radiating resin to improve the efficiency of heat radiating.
近年、電力変換装置に搭載されるスイッチング素子にSiC、GaN等のワイドバンドギャップ半導体が適用されており、スイッチング素子は、例えば200℃以上の高温動作が可能となっている。これに伴い、電力変換装置に搭載されるコイル装置に対しても、高温動作に対応するためにさらなる放熱性の向上が求められている。 In recent years, wide bandgap semiconductors such as SiC and GaN have been applied to switching elements mounted on power conversion devices, and the switching elements can operate at high temperatures of, for example, 200 ° C. or higher. Along with this, the coil device mounted on the power conversion device is also required to have further improved heat dissipation in order to cope with high temperature operation.
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、コアの熱をより効率的に放熱することが可能なコイル装置および電力変換装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a coil device and a power conversion device capable of more efficiently dissipating heat of a core.
本発明に係るコイル装置は、磁性体を含むコアと、コアが固定された支持体と、支持体に固定された少なくとも1つの伝熱部材と、支持体に固定された壁部材と、を備え、コアは、第1の外脚部と、第2の外脚部と、第1の外脚部と第2の外脚部の間に配置された少なくとも1つの中脚部と、を備え、第1の外脚部、第2の外脚部又は少なくとも1つの中脚部に巻回されたコイル部材をさらに備え、少なくとも1つの伝熱部材は、少なくとも1つの中脚部の内部に配置され、少なくとも1つの伝熱部材の材質は支持体の材質と同じであり、少なくとも1つの伝熱部材と支持体は一体化しており、壁部材は平面視でコアを囲むように配置され、壁部材の内側には高放熱性樹脂が充填され、少なくとも1つの伝熱部材は、少なくとも1つの中脚部の内部に高放熱性樹脂を介して接触し、高放熱性樹脂の熱伝導率は0.1W/(m・K)以上である。
The coil device according to the present invention includes a core containing a magnetic material, a support to which the core is fixed, at least one heat transfer member fixed to the support, and a wall member fixed to the support. The core comprises a first outer leg, a second outer leg, and at least one middle leg located between the first outer leg and the second outer leg. A coil member wound around a first outer leg, a second outer leg or at least one middle leg is further provided, and at least one heat transfer member is disposed inside the at least one middle leg. , The material of at least one heat transfer member is the same as the material of the support, at least one heat transfer member and the support are integrated, the wall members are arranged so as to surround the core in a plan view, and the wall members. The inside of the heat-dissipating resin is filled with high heat-dissipating resin , and at least one heat transfer member contacts the inside of at least one middle leg via the high-heat-dissipating resin, and the heat conductivity of the high-heat-dissipating resin is 0. Ru der 1W / (m · K) or more.
本発明に係るコイル装置においては、伝熱部材がコアの中脚部の内部に配置される。これにより、コアの熱を、中脚部から伝熱部材を介して支持体へ効率的に放熱することが可能となる。さらに、コアの中脚部の内部に伝熱部材を配置することにより、コアの上面と下面の温度差を小さくすることが可能である。また、コアから支持体への放熱経路が増えることから、コアの温度上昇を抑制することが可能である。従って、高温で動作する電力変換装置等にコイル装置を搭載することが可能となる。 In the coil device according to the present invention, the heat transfer member is arranged inside the middle leg portion of the core. This makes it possible to efficiently dissipate the heat of the core from the middle leg portion to the support via the heat transfer member. Further, by arranging the heat transfer member inside the middle leg portion of the core, it is possible to reduce the temperature difference between the upper surface and the lower surface of the core. Further, since the heat dissipation path from the core to the support is increased, it is possible to suppress the temperature rise of the core. Therefore, it is possible to mount the coil device on a power conversion device or the like that operates at a high temperature.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1における電力変換装置の回路構成図である。また、図2は、電力変換装置の斜視図である。なお、図2では、制御回路5および配線等の一部の部品については図示していない。本実施の形態1において、電力変換装置は例えばDC/DCコンバータである。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment. Further, FIG. 2 is a perspective view of the power conversion device. Note that FIG. 2 does not show some parts such as the
図1に示すように、電力変換装置は、主変換回路と制御回路5を備える。主変換回路は、入力される直流電圧Vinを直流電圧Voutに変換して出力する。制御回路5は、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する。主変換回路は、インバータ回路1、トランス回路2、整流回路3、および平滑回路4を備える。
As shown in FIG. 1, the power conversion device includes a main conversion circuit and a
図1に示すように、インバータ回路1は、スイッチング素子91A、91B、91C、91Dを備える。スイッチング素子91A,91B,91C,91Dのそれぞれは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などである。スイッチング素子91A,91B,91C,91Dのそれぞれは、Si、SiC、GaNなどを材料として形成されている。
As shown in FIG. 1, the inverter circuit 1 includes
また、トランス回路2は、トランスとしてコイル装置101を備える。コイル装置101は、インバータ回路1と接続している一次側コイル導体(高電圧側巻線)と、一次側コイル導体と磁気的に結合し、整流回路3と接続している二次側コイル導体(低電圧側巻線)を備える。
Further, the
また、整流回路3はダイオード91E,91F,91G,91Hを備える。ダイオード91E,91F,91G,91Hのそれぞれは、Si、SiC、GaNなどを材料として形成されている。
Further, the
また、平滑回路4は、平滑コイルとしてのコイル装置100と、コンデンサ60を備える。また、インバータ回路1の前段には共振コイルとしてのコイル装置102およびコンデンサ61が接続されている。また、インバータ回路1とトランス回路2との間には、フィルタコイルとしてのコイル装置103が接続されている。
Further, the smoothing circuit 4 includes a
図2に示すように、高電圧の直流電力が入力される入力端子70、平坦な直流電圧を取り出す出力端子71、スイッチング素子91A,91B,91C,91D、ダイオード91E,91F,91G,91H、コンデンサ60,61等は、プリント基板80に搭載されている。プリント基板80は支持体40に取り付けられている。支持体40は、電力変換装置の筐体である。筐体は金属製であり、冷却器としての役割も有する。なお、電力変換回路のグラウンド電位は支持体40に接続されている。
As shown in FIG. 2, an
また、図2に示すように、各コイル装置100,101のコアはプリント基板80を貫通して支持体40に取り付けられている。なお、図2においてコンデンサ61、コイル装置102,103は記載を省略している。また、プリント基板80には、電力変換装置に加えて他の電子部品を搭載してもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the cores of the
本実施の形態1の電力変換装置において、入力端子70には例えば、約100Vから約600Vの直流電圧が入力される。また、出力端子71からは約12Vから約16Vの直流電圧が出力される。具体的には、入力端子70に入力された直流の高電圧は、インバータ回路1によって第1の交流電圧に変換される。第1の交流電圧は、トランス回路2によって、第1の交流電圧よりも低い第2の交流電圧に変換される。第2の交流電圧は、整流回路3によって整流される。平滑コイルとしてのコイル装置100を含む平滑回路4は、整流回路3から出力された電圧を平滑して、低い直流電圧を出力端子71に出力する。
In the power conversion device of the first embodiment, for example, a DC voltage of about 100V to about 600V is input to the
<コイル装置の構成>
図3は、平滑コイルとしてのコイル装置100の斜視図である。また、図4は、図3における線分A−Aに沿ったコイル装置100の断面図である。また、図5は、コイル装置100の上面図である。
<Coil device configuration>
FIG. 3 is a perspective view of the
図3から図4に示すように、コイル装置100は、磁性体を含むコア10と、コイル部材20と、支持体40と、伝熱部材50を備える。コア10は、第1の外脚部11、第2の外脚部12および中脚部13を備える。中脚部13は、第1の外脚部11と第2の外脚部12の間に配置されている。また、コア10はEI型のコアであり、E型コア部10EとI型コア部10Iとに分割されている。なお、また、コア10はEI型に限定されず、例えば、EE型、EER型、ER型などであってもよい。
As shown in FIGS. 3 to 4, the
コイル部材20は、中脚部13に1ターン分巻き回されている。コイル部材20はプリント基板80に配線として形成されている。なお、図3から図5において図の見易さのためにコイル部材20以外のプリント基板80の記載を省略している。
The
なお、コイル部材20の配置および形状は図3から図5に限定されるものではなく、コイル部材20は、第1の外脚部11、第2の外脚部12又は中脚部13のいずれかに巻回されていればよい。
The arrangement and shape of the
本実施の形態1において、コア10の中脚部13は分割されている。つまり、図3から図5に示すように、E型コア部10Eは中脚部13において、第1E型コア部101Eと第2E型コア部102Eとに分割されている。また、I型コア部10Iは中脚部13と対向する部分において、第1I型コア部101Iと第2I型コア部102Iとに分割されている。なお、第1E型コア部101Eと第1I型コア部101Iとは一体に形成されていてもよい。同様に、第2E型コア部102Eと第2I型コア部102Iとは一体に形成されていてもよい。
In the first embodiment, the
本実施の形態1において、伝熱部材50はコア10の中脚部13の内部に配置される。つまり、伝熱部材50は、コア10の中脚部13の分割された部分に挟まれるように配置されている。E型コア部10Eにおいて、伝熱部材50は分割された第1E型コア部101Eと第2E型コア部102Eとの間に挟まれるように配置されている。また、I型コア部10Iにおいて、伝熱部材50は分割された第1I型コア部101Iと第2I型コア部102Iとの間に挟まれるように配置されている。
In the first embodiment, the
磁性体を含むコア10は、例えばMn−Zn系フェライトもしくはNi−Zn系フェライトのようなフェライトコアである。また、コア10はアモルファスコアまたはアイアンダストコアであってもよい。
The core 10 containing a magnetic material is, for example, a ferrite core such as Mn—Zn-based ferrite or Ni—Zn-based ferrite. Further, the
コイル部材20は、例えば銅(Cu)、金(Au)、銅(Cu)合金、ニッケル(Ni)合金、金(Au)合金、銀(Ag)合金などの導電性の金属によって形成される。コイル部材20は、プリント基板80に配線パターンとして形成されている。配線パターンの厚みは例えば100μmである。また、コイル部材20は、配線パターンではなく、巻線であってもよい。コイル部材20の一端は整流回路3に接続され、他端はコンデンサ60および出力端子71に接続されている。
The
コア10は、剛性のある材料にて形成されている支持体40に固定されている。コア10が固定されている支持体40は、電力変換装置の筐体である。つまり、コア10の下面、即ち、I型コア部10IのE型コア部10Eと反対側の面は、支持体40に固定されている。
The
伝熱部材50は、冷却器である支持体40と一体となって形成されている。伝熱部材50は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、SUS304等の鉄(Fe)合金、りん青銅等の銅(Cu)合金、ADC12等のアルミニウム(Al)合金などの金属材料で形成される。
The
また、伝熱部材50は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成されてもよい。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などである。
Further, the
伝熱部材50の熱伝導率は、0.1W/(m・K)以上、好ましくは1W/(m・K)以上、さらに好ましくは10W/(m・K)以上が望ましい。また、伝熱部材50は非磁性体にて構成されていることが好ましい。伝熱部材50と支持体40は例えば切削、ダイキャスト、鍛造、成型などによって一体に形成される。
The thermal conductivity of the
伝熱部材50は、コア10の分割された中脚部13の内部に接触するように配置される。つまり、伝熱部材50は、第1E型コア部101Eと第2E型コア部102Eとの間の分割面に接触していて、第1E型コア部101Eと第2E型コア部102Eとを熱的に接続している。また、伝熱部材50は、第1I型コア部101Iと第2I型コア部102Iとの間の分割面に接触していて、第1I型コア部101Iと第2I型コア部102Iとを熱的に接続している。
The
支持体40は、高熱伝導性を持つ材料で形成される。高熱伝導性を持つ材料とは、例えば銅(Cu)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、SUS304等の鉄(Fe)合金、りん青銅等の銅(Cu)合金、ADC12等のアルミニウム(Al)合金などの金属材料である。
The
また、支持体40は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成されてもよい。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などである。支持体40の熱伝導率は、0.1W/(m・K)以上、好ましくは1W/(m・K)以上、さらに好ましくは10W/(m・K)以上が望ましい。
Further, the
<コイル装置の放熱>
コイル部材20に電流が流れ、コイル装置100が動作する際には、コア10においてエネルギー損失から発熱が生じる。E型コア部10Eの発熱は、第1の外脚部11、第2の外脚部12および中脚部13を介して、I型コア部10Iに伝わる。そして、I型コア部10Iの熱は、支持体40へ放熱される。
<Heat dissipation of coil device>
When a current flows through the
さらに、本実施の形態1においては、伝熱部材50がコア10の中脚部13の内部に配置される。これにより、コア10の熱を、中脚部13から伝熱部材50を介して支持体40へ放熱することが可能となる。特に、本実施の形態1においては、伝熱部材50がコア10の中脚部13の分割された部分に挟まれるように配置される。これにより、コア10の熱を、コア10の分割面から伝熱部材50を介して支持体40へ放熱することが可能となる。また、本実施の形態1において、伝熱部材50と支持体40とは一体に形成されているため、接触熱抵抗を減少させることが可能となり、コア10の放熱性がより向上する。
Further, in the first embodiment, the
本実施の形態1においては、伝熱部材50を配置することにより、コア10の上面と下面の温度差、即ち、E型コア部10Eの上面と、I型コア部10Iの支持体40との接触面の温度差を小さくすることができる。また、コア10から支持体40への放熱経路が増えることから、コア10の温度上昇を抑制することができる。
In the first embodiment, by arranging the
伝熱部材50の熱伝導率が、コア10の熱伝導率と同程度以上の場合を想定する。伝熱部材50の熱伝導率は、例えば3.0W/(m・K)以上であるとする。この場合、コア10の上面から支持体40までの熱抵抗は、伝熱部材50の断面積に比例して低減する。コア10が中脚部13において分割されず、伝熱部材50を備えないコイル装置と比較して、本実施の形態1におけるコイル装置100は、コア10の上面から支持体40までの熱抵抗を5%以上低減させることが可能である。
It is assumed that the thermal conductivity of the
コイル部材20に電流が流れ、コイル装置100が動作する際には、コア10の内部に磁束が発生する。一般に磁束が導体を貫通する際には導体に渦電流が発生し、渦電流によって導体がジュール発熱する。しかし、伝熱部材50の比透磁率がコア10よりも小さい場合、例えば伝熱部材50の比透磁率が1、コア10の比透磁率が1500から4000程度の場合、コア10の内部に発生した磁束はコア10の内部を流れるが、伝熱部材50を貫通することはない。よって、伝熱部材50が渦電流によって発熱することはなく、発熱するコア10よりも伝熱部材50の温度が低くなる。よって、伝熱部材50はコア10の伝熱部材として放熱に寄与することができる。
When a current flows through the
コア10と支持体40とが接触する面およびコア10と伝熱部材50が接触する面のそれぞれが、例えばフライス加工によって表面粗さ100μ以下となっている場合、接触熱抵抗が低減され、コア10の放熱効果がさらに向上する。
When the surface where the
以上で述べたように、本実施の形態1におけるコイル装置100においては、コア10の放熱性が向上することにより、コア10の温度上昇を抑制することが可能である。つまり、コイル装置100においては、中脚部13が分割されていないコイル装置と比較して、コア10の放熱性を同程度に維持したまま、コア10を小型化することが可能である。平滑コイルとしてのコイル装置100が小型化されることにより、電力変換装置の小型化が可能である。
As described above, in the
コア10から支持体40へ効率的に放熱が行われることにより、コア10から周囲の空気へ放熱される熱量が減る。さらに、支持体40の下面が冷却される場合、コイル装置100周辺の空気の温度を下げる効果があり、コイル装置100の周囲に配置される他の電子部品の温度上昇を抑制することが可能である。
Efficient heat dissipation from the core 10 to the
例えばコイル部材20がプリント基板80上に構成されたパターンであり、コイル装置100を支持体40に直接組み込む場合、第1E型コア部101E、第2E型コア部102E、第1I型コア部101I、第2I型コア部102Iおよびコイル部材20を個別に支持体40に組み込むことができる。よって、コイル装置100を支持体40に取り付ける前に予め組み立てておく必要がないため、製造コストを削減できる。また、本実施の形態1においては、コイル装置100を支持体40に直接組み込むことが可能であるため、コイル装置100自体の筐体が不要となり、コイル装置100の小型化が可能である。
For example, when the
さらに、本実施の形態1においては、コア10が、第1E型コア部101E、第2E型コア部102E、第1I型コア部101I、第2I型コア部102Iの4つに分割されるため、1つ1つのコア部が小さくなる。各コア部を、金型によって圧粉した後に焼成して形成する場合、各コア部の熱容量が小さくなるため、焼成に必要な時間が短縮される。また、各コア部の金型が小さくなるため、複数のコア部を同時に焼成することが可能となる。従って、コア10の製造コストを削減することが可能である。さらに、各コア部が小型化されることにより、寸法精度が高くなる。
Further, in the first embodiment, the
また、本実施の形態1において、伝熱部材50と支持体40が一体化されている。よって、コイル装置100の製造工程において、第1E型コア部101E、第2E型コア部102E、第1I型コア部101I、第2I型コア部102Iを支持体40に対して容易に位置決めすることが可能となり、組み立てが容易になる。
Further, in the first embodiment, the
なお、以上ではコイル装置100の構成について説明したが、電力変換装置に備わるコイル装置101,102,103においても、コイル装置100と同様の構成としてもよい。
Although the configuration of the
<効果>
本実施の形態1におけるコイル装置100において、コア10が固定された支持体40と、支持体40に固定された少なくとも1つの伝熱部材50と、を備え、コア10は、第1の外脚部11と、第2の外脚部12と、第1の外脚部11と第2の外脚部12の間に配置された少なくとも1つの中脚部13と、を備え、第1の外脚部11、第2の外脚部12又は少なくとも1つの中脚部13に巻回されたコイル部材20をさらに備え、少なくとも1つの伝熱部材50は、少なくとも1つの中脚部13の内部に配置される。
<Effect>
In the
本実施の形態1のコイル装置100においては、伝熱部材50がコア10の中脚部13の内部に配置される。これにより、コア10の熱を、中脚部13から伝熱部材50を介して支持体40へ効率的に放熱することが可能となる。さらに、伝熱部材50を配置することにより、コア10の上面と下面の温度差を小さくすることが可能である。また、コア10から支持体40への放熱経路が増えることから、コア10の温度上昇を抑制することが可能である。従って、高温で動作する電力変換装置等において、コイル装置100を搭載することが可能となる。
In the
また、本実施の形態1におけるコイル装置100において、少なくとも1つの中脚部13は分割されていて、少なくとも1つの伝熱部材50は、少なくとも1つの中脚部13の分割された部分に挟まれるように配置される。
Further, in the
従って、コア10の分割された中脚部13の間に伝熱部材50を挟むことにより、コア10の熱を、中脚部13から伝熱部材50を介して支持体40へより効率的に放熱することが可能となる。
Therefore, by sandwiching the
また、本実施の形態1におけるコイル装置100において、伝熱部材50の材質は支持体40の材質と同じであり、伝熱部材50と支持体40は一体化している。これにより、伝熱部材50と支持体40との接触熱抵抗を低減することが可能である。よって、コア10の熱を、中脚部13から伝熱部材50を介して支持体40へさらに効率的に放熱することが可能となる。
Further, in the
また、本実施の形態1におけるコイル装置100において、コア10は支持体40に直接固定されている。従って、コア10と支持体40との間に他の部材が介在する場合と比較して、コア10と支持体40との間の熱抵抗を低減させることが可能である。
Further, in the
また、本実施の形態1におけるコイル装置100において、少なくとも1つの伝熱部材50の比透磁率は、コア10の比透磁率よりも小さく、少なくとも1つの伝熱部材50の熱伝導率は、コア10の熱伝導率以上である。従って、伝熱部材50の比透磁率が、コア10の比透磁率よりも小さいことにより、伝熱部材50のジュール発熱を抑制することが可能である。また、伝熱部材50の熱伝導率が、コア10の熱伝導率以上であることにより、コア10の熱を効率的に放熱することが可能である。
Further, in the
また、本実施の形態1における電力変換装置において、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する制御回路5と、を備え、主変換回路は、コイル装置100を少なくとも1つ備える。本実施の形態1において、コイル装置100の熱を効率的に放熱することが可能である。よって、コイル装置100が搭載される電力変換装置が、例えば200℃以上で高温動作する場合においてもコイル装置100の温度上昇を抑制することが可能である。
Further, the power conversion device according to the first embodiment includes a main conversion circuit that converts the input power and outputs it, and a
また、本実施の形態1における電力変換装置の主変換回路において、コイル装置100は電圧を平滑化する平滑コイルである。従って、コイル装置100を主変換回路の平滑回路4に適用することが可能である。
Further, in the main conversion circuit of the power conversion device according to the first embodiment, the
また、本実施の形態1における電力変換装置の主変換回路において、コイル装置100は交流の電圧を変換するトランスであってもよい。従って、コイル装置100を主変換回路のトランス回路2に適用することが可能である。
Further, in the main conversion circuit of the power conversion device according to the first embodiment, the
<実施の形態1の第1の変形例>
図6は、実施の形態1の第1の変形例におけるコイル装置100Aの断面図である。実施の形態1におけるコイル装置100においては、伝熱部材50と支持体40とが一体に形成されているとした。一方、本変形例におけるコイル装置100Aにおいては、伝熱部材50は支持体40とは別部材として形成された後で、支持体40に固定される。
<First Modification Example of Embodiment 1>
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
図6に示すように、コイル装置100Aにおいて、支持体40には凹部40aが形成されている。この凹部40aに伝熱部材50の一端が嵌合して固定されている。なお、図6に示した、伝熱部材50を支持体40に固定する方法は一例であり、例えば、接着又は溶接により伝熱部材50を支持体40に固定してもよい。また、伝熱部材50をかしめることにより、支持体40に固定してもよい。この場合、例えば伝熱部材50の一部が支持体40を貫通し、貫通した部分をつぶすことにより、伝熱部材50が支持体40に固定される。
As shown in FIG. 6, in the
伝熱部材51と支持体40を別部材とすることにより、伝熱部材50の形状の変更に伴って支持体40を再び設計、製造する必要がなくなるため、伝熱部材50の形状を抵抗コストで変更することが可能となる。
By separating the
<実施の形態1の第2の変形例>
図7は、実施の形態1の第2の変形例におけるコイル装置100Bの断面図である。実施の形態1におけるコイル装置100においては、伝熱部材50はコア10と直接接触していた。一方、本変形例におけるコイル装置100Bにおいては、伝熱部材50は高放熱性樹脂31a,31bのそれぞれを介してコア10と接触している。高放熱性樹脂31a,31bは、熱伝導性フィラーを含有した樹脂である。ここで樹脂はシリコーン、ウレタン、エポキシ等である。高放熱性樹脂31a,31bは、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有することが好ましい。
<Second variant of Embodiment 1>
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
一般に、伝熱部材50およびコアの表面は均一に平坦ではなく凹凸がある。そのため、接触界面には接触熱抵抗が存在する。本変形例では、伝熱部材50とコア10の接触している界面の凹凸を高放熱性樹脂31a、31bが埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
Generally, the surfaces of the
さらに、製造工程において、高放熱性樹脂31a,31bが接着剤として作用することにより、伝熱部材50に対してコア10を取り付ける際に位置決めが容易になる。
Further, in the manufacturing process, the highly heat-dissipating
なお、本変形例において、コア10を、高放熱性樹脂を介して支持体40と接触させてもよい。コア10と支持体40の接触界面における凹凸を高放熱性樹脂が埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
In this modification, the
<効果>
実施の形態1の第2の変形例におけるコイル装置100Bにおいて、少なくとも1つの伝熱部材50は、少なくとも1つの中脚部13の内部に高放熱性樹脂31a,31bを介して接触し、高放熱性樹脂31a,31bの熱伝導率は0.1W/(m・K)以上である。従って、伝熱部材50とコア10の中脚部13の接触している界面の凹凸を高放熱性樹脂31a、31bが埋めることにより、接触熱抵抗を低減することが可能である。
<Effect>
In the
<実施の形態2>
図8は、本実施の形態2におけるコイル装置200の斜視図である。また、図9は、コイル装置200の上面図である。本実施の形態2におけるコイル装置200は、実施の形態1におけるコイル装置100に対して、壁部材41と高放熱性樹脂30をさらに備える。その他の構成はコイル装置100と同じため、説明を省略する。
<
FIG. 8 is a perspective view of the
図8に示すように、コイル装置200において、支持体40には壁部材41が接合されている。壁部材41は平面視でコア10を囲むように配置されている。壁部材41の材質は支持体40と同じとする。壁部材41は支持体40と一体に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 8, in the
壁部材41の内側には高放熱性樹脂30が充填されている。高放熱性樹脂30は、熱伝導性フィラーを含有した樹脂である。ここで樹脂はシリコーン、ウレタン、エポキシ等である。高放熱性樹脂30は、0.1W/(m・K)以上の熱伝導率を有することが好ましい。
The inside of the
なお、図8に示すように、壁部材41が、プリント基板80(図示せず)に形成されたコイル部材20と干渉しないように、壁部材41の高さはI型コア部10Iの高さと同程度としている。コイル部材20が巻線で形成されているなど、プリント基板80とコイル部材20の干渉が問題にならない場合は、壁部材41をより高くして、コア10と同程度の高さとしてもよい。
As shown in FIG. 8, the height of the
<効果>
本実施の形態2におけるコイル装置200は、支持体40に固定された壁部材41をさらに備え、壁部材41は平面視でコア10を囲むように配置され、壁部材41の内側には高放熱性樹脂30が充填される。
<Effect>
The
本変形例においては、コア10およびコイル部材20の熱を、高放熱性樹脂30を介して壁部材41および支持体40に放熱することが可能である。従って、コア10の放熱経路が増えるため、コア10の熱をより効率的に放熱することが可能となる。
In this modification, the heat of the
また、高放熱性樹脂30が剛性を有する場合、支持体40に加えて高放熱性樹脂30によってもコア10が保持されるため、コイル装置200の耐振性が向上する。また、製造工程において、例えば支持体40と壁部材41を一体成型した後に、壁部材41の内側にコア10を配置することにより、コア10の位置決めが容易になる。
Further, when the high
<実施の形態3>
図10は、本実施の形態3におけるコイル装置300の断面図である。本実施の形態3におけるコイル装置300は、実施の形態1におけるコイル装置100に対して、コイル部材20が絶縁性部材22で覆われている。その他の構成はコイル装置100と同じため、説明を省略する。
<
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
図10に示すように、絶縁性部材22で覆われたコイル部材20は、絶縁性部材22を介してコア10と接触している。絶縁性部材22は、熱伝導性フィラーを含有する樹脂材料で形成される。ここで、樹脂材料とは、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などである。また、絶縁性部材22は、シリコーン、ウレタンなどのゴム材料であってもよい。さらに、絶縁性部材22は、エナメルやソルダーレジストなどの、塗料や薄膜でも良い。絶縁性部材22の熱伝導率は、0.1W/(m・K)以上、好ましくは1W/(m・K)以上、さらに好ましくは10W/(m・K)以上が望ましい。
As shown in FIG. 10, the
コイル部材20に電流が流れ、コイル装置300が動作する際には、コイル部材20に電流が流れ、ジュール発熱によってコイル部材20の温度が上昇する。コイル部材20の両端部分のそれぞれは、外部の配線に接続されているため、コイル部材20の熱は両端部分のそれぞれから外部の配線に放熱される。さらに、本実施の形態3では、コイル部材20とコア10が絶縁性部材22を介して接触しているため、コイル部材20の巻回部分の熱をコア10に放熱することが可能となる。従って、コイル部材20の放熱距離を短くすることができるため、コイル部材20の温度上昇を抑制することが可能である。
When a current flows through the
コイル部材20の温度がコア10の温度よりも高い場合、コイル部材20の熱が絶縁性部材22を介してコア10へ放熱され、コア10の熱は伝熱部材50を介して支持体40へと放熱される。また、コイル部材20の温度がコア10の温度よりも低い場合、コア10の熱が絶縁性部材22を介してコイル部材20へ放熱される。従って、コイル部材20とコア10が絶縁性部材22を介して接触していることにより、コイル装置300の温度上昇を抑制することが可能である。また、コイル装置300全体で温度の均一化が可能である。
When the temperature of the
なお、本実施の形態3のコイル装置300において、図7に示すように、伝熱部材50が高放熱性樹脂31a,31bのそれぞれを介してコア10と接触する構成としてもよい。
In the
<効果>
本実施の形態3におけるコイル装置300において、コイル部材20は絶縁性部材22に覆われていて、コア10とコイル部材20は絶縁性部材22を介して接触している。従って、コイル部材20の熱を、絶縁性部材22を介してコア10に放熱することが可能となるため、コイル部材20の温度上昇を抑制することが可能である。
<Effect>
In the
<実施の形態3の変形例>
図11は、実施の形態3の変形例におけるコイル装置300Aの上面図である。また、図12は、図11の線分B−Bに沿ったコイル装置300Aの断面図である。本変形例におけるコイル装置300Aにおいて、実施の形態3のコイル装置300に対して伝熱部材50の形状が異なる。その他の構成はコイル装置300と同じため、説明を省略する。
<Modified Example of
FIG. 11 is a top view of the
実施の形態3のコイル装置300と同様、コイル装置300Aの伝熱部材50は、コア10の中脚部13の分割された部分に挟まれるように配置されている。図11および図12に示すように、コイル装置300Aにおいて、伝熱部材50は、コア10のコイル部材20が折り返されている側の面(即ち、コア10の−x方向側の面)を貫通した貫通部50aを備える。伝熱部材50の貫通部50aは、コイル部材20を覆う絶縁性部材22に接触している。
Similar to the
本変形例においては、コイル部材20の熱が、絶縁性部材22を介してコア10に放熱されることに加えて、絶縁性部材22を介して貫通部50aに放熱される。従って、コイル部材20の熱をさらに効率的に放熱することが可能となり、コイル部材20の温度上昇を抑制することが可能である。貫通部50aはコア10のx方向側の面に貫通し、コア10のx方向側の面においてコイル部材20、絶縁性部材22と熱的に接続していても良い。
In this modification, the heat of the
<効果>
本実施の形態3の変形例におけるコイル装置300Aにおいて、少なくとも1つの中脚部13の内部に配置された伝熱部材50は、コア10の支持体40に固定された面以外の面のうちのいずれかを貫通して、コイル部材20に直接又は間接に接触する。従って、コイル部材20の熱を伝熱部材50に放熱することが可能となるため、コイル部材20の温度上昇を抑制することが可能である。
<Effect>
In the
<実施の形態4>
図13は実施の形態4におけるコイル装置400の断面図である。本実施の形態4におけるコイル装置400は、実施の形態1におけるコイル装置100に対して、放熱用部材53をさらに備える。その他の構成はコイル装置100と同じため、説明を省略する。
<Embodiment 4>
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
実施の形態1のコイル装置100と同様、コイル装置400の伝熱部材50は、コア10の中脚部13の分割された部分に挟まれるように配置されている。図13に示すように、コイル装置400のコア10の上面(即ち、コア10の支持体40に固定された面と反対側の面)には、放熱用部材53が配置されている。
Similar to the
図13に示すように、伝熱部材50はコア10の上面に延在して、放熱用部材53に接触している。なお、放熱用部材53とコア10が高放熱性樹脂を介して接触していてもよい。同様に、放熱用部材53と伝熱部材50が高放熱性樹脂を介して接触していてもよい。
As shown in FIG. 13, the
放熱用部材53は伝熱部材50と同じ材質であってもよい。また、放熱用部材53は伝熱部材50と一体に形成されていてもよい。また、放熱用部材53の上面に、フィンなどを備えたヒートシンクが配置されてもよい。なお、放熱用部材53自体がヒートシンクであってもよい。
The
また、実施の形態1で述べたように、支持体40は電力変換装置の筐体である。放熱用部材53は筐体の蓋として構成されてもよい。また、放熱用部材53が電力変換装置の一部又は全を覆うように構成されていてもよい。筐体の蓋としての放熱用部材53が、コア10を支持体40(即ち筐体)に対して押さえつけている場合、コア10が放熱用部材53と支持体40との間で安定して保持されるため、コイル装置400の耐振性が向上する。
Further, as described in the first embodiment, the
放熱用部材53は、コア10の上面と接触しているため、コア10の熱を放熱することが可能である。さらに、放熱用部材53は伝熱部材50と接触しているため、コア10の熱を、中脚部13から伝熱部材50を介して放熱用部材53へ効率的に放熱することが可能となる。従って、コア10の温度上昇をより抑制することが可能である。また、コア10の放熱経路が増えるため、コイル装置400全体で温度の均一化が可能である。
Since the
<効果>
本実施の形態4におけるコイル装置400は、コア10の支持体40に固定された面以外の面のうちのいずれかに配置された放熱用部材53をさらに備え、少なくとも1つの中脚部13の内部に配置された伝熱部材50は、コア10の支持体40に固定された面以外の面のうちのいずれかにに延在して、放熱用部材53に接触する。従って、支持体40からの放熱に加えて、放熱用部材53からコア10の熱を放熱することが可能となるため、コア10の温度上昇をより抑制することが可能である。
<Effect>
The
<実施の形態4の変形例>
図14は、実施の形態4の変形例におけるコイル装置400Aの側面図である。実施の形態1から3においては、コイル部材20が例えばプリント基板80(図2を参照)に配線として形成されているとした。
<Modified Example of Embodiment 4>
FIG. 14 is a side view of the
図14に示すように、本変形例において、コイル部材20はプリント基板80の外部に配置されている。また、プリント基板80はコイル装置400Aの上部に配置されている。プリント基板80は、図示していない領域において電力変換装置の筐体に固定されている。
As shown in FIG. 14, in this modification, the
図14に示すように、コイル部材20は1箇所以上の曲げ部を有している。曲げ部を有するコイル部材20の端部は、プリント基板80上の配線パターンと接続している。配線パターンには、スイッチング素子91E,91F,91G,91H、コンデンサ60など搭載されている。
As shown in FIG. 14, the
一般に、スイッチング素子、コンデンサなどの電子部品が、コイル装置から漏れた磁束にさらされると、誤動作を起こす可能性がある。本変形例においては、放熱用部材53はコア10の上面に、コア10の上面を覆うように配置されている。放熱用部材53がコア10の上面を覆っていることによって、コア10から漏れる磁束を減らすことが可能である。従って、コア10の上部に配置されたプリント基板80に搭載された電子部品が磁束の影響を受けることを抑制することが可能である。また、放熱用部材53の面積をより大きくすることによって、磁束の漏れを防ぐ効果をより高めることが可能である。
In general, when electronic components such as switching elements and capacitors are exposed to the magnetic flux leaked from the coil device, they may malfunction. In this modification, the
<実施の形態5>
図15は、本実施の形態5におけるコイル装置500の斜視図である。また、図16は、図15の線分C−Cにおけるコイル装置500の断面図である。図15および図16に示すように、コイル装置500は、コア10Aと、複数のコイル部材20,21と、支持体40と、複数の伝熱部材50,51,52を備える。
<
FIG. 15 is a perspective view of the
コア10Aは、第1の外脚部11、第2の外脚部12および3つの中脚部131,132,133を備える。3つの中脚部131,132,133は、第1の外脚部11と第2の外脚部12の間に配置されている。
The
コイル部材20は、中脚部131に1ターン分巻き回されている。また、コイル部材21は、中脚部133に1ターン分巻き回されている。コイル部材20,21のそれぞれはプリント基板80に配線として形成されている。なお、図15および図16において図の見易さのためにコイル部材20,21以外のプリント基板80の記載を省略している。
The
なお、コイル部材20,21の配置および形状は図15および図16に限定されるものではなく、コイル部材20,21のそれぞれは、第1の外脚部11、第2の外脚部12又は中脚部131,132,133のいずれかに巻回されていればよい。
The arrangement and shape of the
本実施の形態5において、実施の形態1と同様、コア10Aの中脚部131は分割されている。伝熱部材50は、コア10Aの中脚部131の分割された部分に挟まれるように配置されている。
In the fifth embodiment, the
また、コア10Aの中脚部132は分割されている。伝熱部材51は、コア10Aの中脚部132の分割された部分に挟まれるように配置されている。また、コア10Aの中脚部133は分割されている。伝熱部材52は、コア10Aの中脚部133の分割された部分に挟まれるように配置されている。
Further, the
また、図15および図16に示すように、本実施の形態5におけるコイル装置500は、支持体40を共有するコイル装置100を2つ並べて配置し、2つのコイル装置100の間に伝熱部材50を配置した構成と表現することができる。この場合、一方のコイル装置100を平滑コイルとして利用し、他方のコイル装置100を、トランス、共振コイル、フィルタコイルなどとして利用することができる。なお、コイル装置100に代えてコイル装置100A,100B,200,300,400,400Aのいずれかを配置してもよい。
Further, as shown in FIGS. 15 and 16, in the
<効果>
本実施の形態5におけるコイル装置500において、少なくとも1つの中脚部131,132,133は複数であり、少なくとも1つの伝熱部材50,51,52は複数であり、複数の伝熱部材50,51,52のそれぞれは、複数の中脚部131,132,133のそれぞれの内部に配置される。
<Effect>
In the
従って、コイル装置500のコア10Aが、複数の中脚部131,132,133を備える構成であっても、複数の中脚部131,132,133に伝熱部材50,51,52をそれぞれ配置することにより、コア10Aの熱を中脚部131,132,133から伝熱部材50,51,52を介して支持体40へ効率的に放熱することが可能となる。
Therefore, even if the core 10A of the
また、例えば実施の形態1で説明したコイル装置100を、伝熱部材51を介して、2つ並べて配置してコイル装置500を構成してもよい。この場合、2つのコイル装置100の互いに隣接するコアの熱を伝熱部材51を介して効率的に放熱することが可能となる。従って、コイル装置500全体として温度上昇を抑制することが可能である。
Further, for example, two
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
1 インバータ回路、2 トランス回路、3 整流回路、4 平滑回路、5 制御回路、10,10A コア、11 第1の外脚部、12 第2の外脚部、13,131,132,133 中脚部、20,21 コイル部材、22 絶縁性部材、30,31a,31b 高放熱性樹脂、40 支持体、50,51,52 伝熱部材、53 放熱用部材、60 コンデンサ、70 入力端子、71 出力端子、80 プリント基板、91A,91B,91C,91D スイッチング素子、91E,91F,91G,91H ダイオード、100,100A,100B,200,300,400,400A,500 コイル装置。 1 Inverter circuit, 2 Transformer circuit, 3 rectifying circuit, 4 smoothing circuit, 5 control circuit, 10,10A core, 11 1st outer leg, 12 2nd outer leg, 13,131,132,133 middle leg Parts, 20, 21 coil members, 22 insulating members, 30, 31a, 31b high heat dissipation resin, 40 supports, 50, 51, 52 heat transfer members, 53 heat dissipation members, 60 capacitors, 70 input terminals, 71 outputs Terminals, 80 printed circuit boards, 91A, 91B, 91C, 91D switching elements, 91E, 91F, 91G, 91H diodes, 100, 100A, 100B, 200, 300, 400, 400A, 500 coil devices.
Claims (11)
前記コアが固定された支持体と、
前記支持体に固定された少なくとも1つの伝熱部材と、
前記支持体に固定された壁部材と、
を備え、
前記コアは、
第1の外脚部と、
第2の外脚部と、
前記第1の外脚部と前記第2の外脚部の間に配置された少なくとも1つの中脚部と、
を備え、
前記第1の外脚部、前記第2の外脚部又は前記少なくとも1つの中脚部に巻回されたコイル部材をさらに備え、
前記少なくとも1つの伝熱部材は、前記少なくとも1つの中脚部の内部に配置され、
前記少なくとも1つの伝熱部材の材質は前記支持体の材質と同じであり、
前記少なくとも1つの伝熱部材と前記支持体は一体化しており、
前記壁部材は平面視で前記コアを囲むように配置され、
前記壁部材の内側には高放熱性樹脂が充填され、
前記少なくとも1つの伝熱部材は、前記少なくとも1つの中脚部の内部に前記高放熱性樹脂を介して接触し、
前記高放熱性樹脂の熱伝導率は0.1W/(m・K)以上である、
コイル装置。 A core containing a magnetic material and
With the support to which the core is fixed,
With at least one heat transfer member fixed to the support,
The wall member fixed to the support and
With
The core is
The first outer leg and
The second outer leg and
With at least one middle leg arranged between the first outer leg and the second outer leg,
With
A coil member wound around the first outer leg portion, the second outer leg portion, or the at least one middle leg portion is further provided.
The at least one heat transfer member is arranged inside the at least one middle leg portion.
The material of the at least one heat transfer member is the same as the material of the support.
The at least one heat transfer member and the support are integrated.
The wall member is arranged so as to surround the core in a plan view.
The inside of the wall member is filled with a highly heat-dissipating resin .
The at least one heat transfer member comes into contact with the inside of the at least one middle leg portion via the highly heat-dissipating resin.
The thermal conductivity of the high heat dissipation resin Ru der 0.1W / (m · K) or more,
Coil device.
前記少なくとも1つの伝熱部材は、前記少なくとも1つの中脚部の分割された部分に挟まれるように配置される、
請求項1に記載のコイル装置。 The at least one middle leg is divided and
The at least one heat transfer member is arranged so as to be sandwiched between the divided portions of the at least one middle leg portion.
The coil device according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のコイル装置。 The core is directly fixed to the support,
The coil device according to claim 1 or 2.
前記コアと前記コイル部材は前記絶縁性部材を介して接触している、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコイル装置。 The coil member is covered with an insulating member.
The core and the coil member are in contact with each other via the insulating member.
The coil device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のコイル装置。 The heat transfer member disposed inside the at least one middle leg penetrates any of the surfaces of the core other than the surface fixed to the support, and directly or indirectly to the coil member. Contact,
The coil device according to any one of claims 1 to 4.
前記少なくとも1つの中脚部の内部に配置された前記伝熱部材は、前記コアの前記支持体に固定された面以外の面のうちのいずれかにに延在して、前記放熱用部材に接触する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のコイル装置。 Further comprising a heat radiating member arranged on any of the surfaces of the core other than the surface fixed to the support.
The heat transfer member arranged inside the at least one middle leg portion extends to any of the surfaces other than the surface fixed to the support of the core to form the heat radiation member. Contact,
The coil device according to any one of claims 1 to 5.
前記少なくとも1つの伝熱部材の熱伝導率は、前記コアの熱伝導率以上である、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のコイル装置。 The relative magnetic permeability of the at least one heat transfer member is smaller than the relative magnetic permeability of the core.
The thermal conductivity of the at least one heat transfer member is equal to or higher than the thermal conductivity of the core.
The coil device according to any one of claims 1 to 6.
前記少なくとも1つの伝熱部材は複数であり、
複数の前記伝熱部材のそれぞれは、複数の前記中脚部のそれぞれの内部に配置される、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のコイル装置。 The at least one middle leg is plural,
The at least one heat transfer member is plural, and there are a plurality of them.
Each of the plurality of heat transfer members is arranged inside each of the plurality of the middle legs.
The coil device according to any one of claims 1 to 7.
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備え、
前記主変換回路は、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のコイル装置を少なくとも1つ備える、
電力変換装置。 The main conversion circuit that converts the input power and outputs it,
A control circuit that outputs a control signal that controls the main conversion circuit to the main conversion circuit, and a control circuit that outputs the control signal to the main conversion circuit.
With
The main conversion circuit includes at least one coil device according to any one of claims 1 to 8.
Power converter.
請求項9に記載の電力変換装置。 In the main conversion circuit, the coil device is a smoothing coil that smoothes a voltage.
The power conversion device according to claim 9.
請求項9に記載の電力変換装置。 In the main conversion circuit, the coil device is a transformer that converts an AC voltage.
The power conversion device according to claim 9.
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