JPWO2018167947A1

JPWO2018167947A1 - トランス

Info

Publication number: JPWO2018167947A1
Application number: JP2019505647A
Authority: JP
Inventors: 豊稲垣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: US11456103B2; JP6509472B2; DE112017007064T5; CN110419085A; CN110419085B; US20190392976A1; WO2018167947A1

Abstract

第２カバー（７）の第２コア（９）と２次コイル（５）とに向かい合う部分に２つの貫通穴（７ａ）が設けられ、貫通穴（７ａ）に放熱部材（１１）が設けられる。２次コイル（５）が発する熱は、放熱部材（１１）を介して第２コア（９）へ放熱される。

Description

この発明は、トランスに関するものである。

従来、トランスは、例えば特許文献１に開示される構成のものが知られている。

特開２００８−３１１３９４号公報

車載充電器の高電圧化および大電流化に伴って、この車載充電器に使用されるトランスは、十分な放熱効果が得られなくなってきている。実際に、次世代車載充電器に要求される出力電流が大きくなり、トランスの定格温度と飽和温度とのマージンを十分に確保できなくなっている。このように、トランスの発熱、特にコイルの発熱をいかに効率よく放熱するかという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイルが発する熱を効率よく放熱することを目的とする。

この発明に係るトランスは、巻線軸方向に配置された複数のコイルと、巻線軸方向の両側から複数のコイルを挟み込む第１カバーおよび第２カバーと、巻線軸方向の両側から第１カバーおよび第２カバーを挟み込む第１コアおよび第２コアと、第１カバーの第１コアと複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分、または第２カバーの第２コアと複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分の少なくとも一方に設けられた貫通穴と、貫通穴に設けられ、第１カバーおよび第２カバーよりも熱伝導率が高い放熱部材とを備えるものである。

この発明によれば、第１カバーの第１コアと複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分、または第２カバーの第２コアと複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分の少なくとも一方に設けられた貫通穴と、貫通穴に設けられ、第１カバーおよび第２カバーよりも熱伝導率が高い放熱部材とを備えるようにしたので、コイルが発する熱を放熱部材を介してコアへ効率よく放熱することができる。

この発明の実施の形態１に係るトランスの構成例を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態１に係るトランスの構成例を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係るトランスの第２カバーに設けられた貫通穴の一例を示す平面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、この発明の実施の形態１に係るトランスの第２カバーに設けられた貫通穴の変形例を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係るトランスの第２カバーに設けられた放熱部材の一例を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係るトランスの第２カバーに２次コイルを設置した状態を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係るトランスを図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、貫通穴に放熱部材がない状態を示す。この発明の実施の形態１に係るトランスを図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、貫通穴に放熱部材がある状態を示す。この発明の実施の形態１に係るトランスを車載充電器に設置した状態を示す正面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るトランス１の構成例を示す分解斜視図である。図２は、この発明の実施の形態１に係るトランス１の構成例を示す平面図である。トランス１は、１次コイル２、ボビン３、２次コイル４，５、第１カバー６、第２カバー７、第１コア８、第２コア９、テープ１０、および放熱部材１１を備える。

１次コイル２は、巻線軸方向Ａを中心にして巻回された線材である。この１次コイル２は、筒状のボビン３に設置され、端子部２ａ，２ｂがボビン３から引き出されている。ボビン３は、例えば、絶縁性を有する樹脂材で形成される。２次コイル４は、巻線軸方向Ａを中心にした環状の金属板であり、金属板の一端が端子部４ａになり他端が連結部４ｂになる。２次コイル５も、巻線軸方向Ａを中心にした環状の金属板であり、金属板の一端が端子部５ａになり他端が連結部５ｂになる。２次コイル４の連結部４ｂと２次コイル５の連結部５ｂとが連結される。

２次コイル４は、ボビン３の上面に設置され、第１カバー６により被覆される。２次コイル５は、ボビン３の下面に設置され、第２カバー７により被覆される。これらの第１カバー６および第２カバー７は、例えば、絶縁性を有する樹脂材で形成される。

第１コア８および第２コア９は、断面が略Ｅ字形状になっており、各Ｅ字の凹部に１次コイル２、ボビン３、２次コイル４，５、第１カバー６および第２カバー７が収容される。また、第１コア８および第２コア９は、テープ１０により、各Ｅ字の凸部が向かい合った状態に保持される。

図１に例示するトランス１は、第２カバー７の内部に２次コイル５、ボビン３、および２次コイル４がこの順に設置され、第２カバー７の開口が第１カバー６により塞がれ、第１カバー６および第２カバー７が巻線軸方向Ａの両側から第１コア８および第２コア９により挟み込まれた構成である。なお、トランス１はこの構成に限定されるものではなく、巻線軸方向Ａに配置された１次コイル２および２次コイル４，５と、巻線軸方向Ａの両側から１次コイル２および２次コイル４，５を挟み込む第１カバー６および第２カバー７と、巻線軸方向Ａの両側から第１カバー６および第２カバー７を挟み込む第１コア８および第２コア９とにより構成されるものであればよい。

図３は、この発明の実施の形態１に係るトランス１の第２カバー７に設けられた貫通穴７ａの一例を示す平面図である。図３では２次コイル５、ボビン３、第１カバー６、および第１コア８等の図示を省略する。図１および図３に示す例では、第２カバー７の、第２コア９と２次コイル５とに向かい合う部分に、長穴状の貫通穴７ａが２つ設けられている。２つの貫通穴７ａは、２次コイル５と第２コア９とを連通する。２次コイル５に印加される電圧が低電圧である場合、この２次コイル５と第２コア９との間を絶縁するための第２カバー７に貫通穴７ａを設けたとしても絶縁性能に問題はない。

図４Ａおよび図４Ｂは、この発明の実施の形態１に係るトランス１の第２カバー７に設けられた貫通穴７ａの変形例を示す平面図である。図４Ａの例では、第２カバー７に環状の貫通穴７ａが設けられている。なお、図示は省略するが、環状の貫通穴７ａにより第２カバー７が外周側と内周側とに完全に分割されないよう、環状の貫通穴７ａの一部に第２カバー７の外周側と内周側とを接続する部位が形成されていてもよい。図４Ｂの例では、第２カバー７の、第２コア９と２次コイル５とに向かい合う部分に、小さな貫通穴７ａが多数設けられている。なお、図示は省略するが、貫通穴７ａはメッシュ等であってもよい。

図５は、この発明の実施の形態１に係るトランス１の第２カバー７に設けられた放熱部材１１の一例を示す平面図である。図６は、この発明の実施の形態１に係るトランス１の第２カバー７に２次コイル５を設置した状態を示す平面図である。この図６において、２次コイル５の下側には放熱部材１１が存在する。
図５の例では、放熱部材１１はコンパウンドであり、このコンパウンドが貫通穴７ａの内部およびその周辺に塗布されている。放熱部材１１は、コンパウンドに限定されるものではなく、シート等であってもよい。この放熱部材１１は、第１カバー６および第２カバー７よりも熱伝導率が高く、接着性を有することが望ましい。

図７は、この発明の実施の形態１に係るトランス１を図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、貫通穴７ａに放熱部材１１がない状態を示す。図７の例において、２次コイル５と第２コア９との間には、熱伝導率が低い第２カバー７が存在する。例えば第２カバー７がポリブチレンテレフタレート樹脂で形成された場合、その熱伝導率は０．２７［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。２次コイル５が銅で形成された場合、その熱伝導率は３５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。そのため、２次コイル５が発する熱は、第２コア９へ放熱されにくい。

また、図７の例において、第２カバー７と第２コア９との間に空気層１２が存在する。この空気層１２は、トランス１を構成する各部材を組み合わせた際に各部材の寸法ばらつきを吸収するための空間である。空気層１２の熱伝導率は約０．０２５［Ｗ／ｍ・Ｋ］と低い。２次コイル５と第２コア９との間に、第２カバー７だけでなく空気層１２も存在する場合、放熱性がより悪化する。

図８は、この発明の実施の形態１に係るトランス１を図２のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、貫通穴７ａに放熱部材１１がある状態を示す。図８の例において、放熱部材１１は、貫通穴７ａおよび空気層１２の空間を充填する。例えば、放熱部材１１の熱伝導率が２．２［Ｗ／ｍ・Ｋ］である場合、２次コイル５が発する熱は、放熱部材１１を伝わって第２コア９へ効率よく放熱される。また、実施の形態１では２次コイル５と２次コイル４とが連結部４ｂ，５ｂにより連結されているため、２次コイル４が発する熱は第１コア８へ放熱されると共に、連結部４ｂ，５ｂ、２次コイル５および放熱部材１１を伝わり第２コア９へも放熱される。

図８に示すように、２次コイル４，５は平板であるため、放熱部材１１であるコンパウンドが貫通穴７ａから露出する２次コイル５上に均一に広がる。また、２次コイル５と放熱部材１１と第２コア９とが面接触する。したがって、放熱部材１１は、２次コイル５の熱を効率よく第２コア９に伝えることができる。

図９は、この発明の実施の形態１に係るトランス１を車載充電器２０に設置した状態を示す正面図である。車載充電器２０は、例えば、電気自動車およびプラグイン・ハイブリッド車等に搭載されたバッテリを充電するためのＯＢＣ（ＯｎＢｏａｒｄＣｈａｒｇｅｒ）である。車載充電器２０の筐体２１はアルミ等の熱伝導率が高い部材で形成される。また、筐体２１の内部には冷却用の水路２２が設けられている。トランス１は、車載充電器２０に用いられる降圧用トランスである。２次コイル４，５は、低電圧側であり、大電流が流れるため高温になる。

トランス１の第２コア９は、放熱部材２３を介して、車載充電器２０の筐体２１に設置される。２次コイル４，５が発する熱は、第２コア９から筐体２１に放熱される。さらに、２次コイル４，５が発する熱は、第２コア９および筐体２１を介して水路２２の冷却水に放熱され続ける。したがって、トランス１の動作温度を下げることができる。

以上のように、実施の形態１に係るトランス１は、巻線軸方向Ａに配置された１次コイル２および２次コイル４，５と、巻線軸方向Ａの両側から１次コイル２および２次コイル４，５を挟み込む第１カバー６および第２カバー７と、巻線軸方向Ａの両側から第１カバー６および第２カバー７を挟み込む第１コア８および第２コア９と、第２カバー７の第２コア９と２次コイル５とに向かい合う部分に設けられた２つの貫通穴７ａと、貫通穴７ａに設けられ、第２カバー７よりも熱伝導率が高い放熱部材１１とを備える。これにより、２次コイル４，５が発する熱を放熱部材１１を介して第２コア９へ効率よく放熱することができる。

また、実施の形態１の放熱部材１１は接着性を有する。これにより、２次コイル５と放熱部材１１と第２コア９とが密着し、放熱性が向上する。また、トランス１が振動したとしても安定した放熱性が得られるため、車載用として好適である。

また、実施の形態１のトランス１は降圧用トランスであり、２次コイル５は放熱部材１１を介して第２コア９に放熱する。降圧用のトランス１において２次コイル５は低電圧側であるため、第２カバー７に貫通穴７ａを設けても実用上絶縁性能に問題はない。また、降圧用のトランス１において２次コイル５には大電流が流れるため高温になるが、この熱を効率よく第２コア９へ放熱することができる。

また、実施の形態１の２次コイル５は金属板である。これにより、２次コイル５と放熱部材１１と第２コア９とが面接触し、２次コイル５の熱を効率よく第２コア９へ放熱することができる。

また、実施の形態１のトランス１は、例えば車載充電器２０に用いられる。この車載充電器２０は、冷却用の水路２２が設けられた筐体２１を有する。トランス１において貫通穴７ａが設けられた側の第２コア９は、車載充電器２０の筐体２１に設置される。これにより、トランス１で発生した熱は、第２コア９および筐体２１を介して水路２２の冷却水に放熱され続けるので、トランス１の動作温度が下がる。トランス１の動作温度が下がると、トランス１を構成する各部材の寿命が延び、結果として車載充電器２０の寿命も延びることになり車載充電器２０の信頼性が向上する。

なお、実施の形態１では、第２カバー７の第２コア９と２次コイル５とに向かい合う部分に貫通穴７ａが設けられた構成を説明したが、貫通穴７ａの位置はこれに限定されるものではない。例えば、第１カバー６の第１コア８と２次コイル４とに向かい合う部分に貫通穴７ａが設けられた構成でもよい。また、第２カバー７の第２コア９と２次コイル５とに向かい合う部分、および第１カバー６の第１コア８と２次コイル４とに向かい合う部分に貫通穴７ａが設けられた構成でもよい。

なお、図７のように空気層１２が存在すると放熱性が悪いため、空気層１２が存在する側に貫通穴７ａを設け、貫通穴７ａおよび空気層１２に放熱部材１１を充填することが望ましい。
また、第１カバー６の第１コア８と２次コイル４とに向かい合う部分に貫通穴７ａが設けられた場合、放熱性を高めるために、貫通穴７ａが設けられた側の第１コア８が車載充電器２０の筐体２１に設置されることが望ましい。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るトランスは、コイルが発する熱を効率よく放熱するようにしたので、高電圧化および大電流化が進む車載充電器などに用いるのに適している。

１トランス、２１次コイル、２ａ，２ｂ端子部、３ボビン、４，５２次コイル、４ａ，５ａ端子部、４ｂ，５ｂ連結部、６第１カバー、７第２カバー、７ａ貫通穴、８第１コア、９第２コア、１０テープ、１１放熱部材、１２空気層、２０車載充電器、２１筐体、２２水路、２３放熱部材、Ａ巻線軸方向。

Claims

巻線軸方向に配置された複数のコイルと、
前記巻線軸方向の両側から前記複数のコイルを挟み込む第１カバーおよび第２カバーと、
前記巻線軸方向の両側から前記第１カバーおよび前記第２カバーを挟み込む第１コアおよび第２コアと、
前記第１カバーの前記第１コアと前記複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分、または前記第２カバーの前記第２コアと前記複数のコイルのうちの１つとに向かい合う部分の少なくとも一方に設けられた貫通穴と、
前記貫通穴に設けられ、前記第１カバーおよび前記第２カバーよりも熱伝導率が高い放熱部材とを備えるトランス。
前記放熱部材は接着性を有することを特徴とする請求項１記載のトランス。
前記トランスは降圧用トランスであって、前記複数のコイルのうちの２次コイルは前記放熱部材を介して前記第１コアまたは前記第２コアに放熱することを特徴とする請求項１記載のトランス。
前記２次コイルは金属板であることを特徴とする請求項３記載のトランス。
車載充電器に用いられることを特徴とする請求項１記載のトランス。
前記車載充電器は、冷却用の水路が設けられた筐体を有し、
前記貫通穴が設けられた側の前記第１コアまたは前記第２コアは、前記車載充電器の筐体に設置されることを特徴とする請求項５記載のトランス。