JP7814549B2 - Coil device and power conversion device - Google Patents
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Description
本開示は、コイル装置および電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a coil device and a power conversion device.
たとえば、DC-DC変換装置等の電力変換装置には、トランスおよび平滑リアクトル等のコイル装置が搭載されている。電力変換装置に搭載されるコイル装置は、コイルとコアとから構成されている。コアは、コイルを流れる電流によって生じる磁力線の経路である磁路を形成する機能を有する。電力変換装置では、コイル装置のコイルには直流電流または交流電圧が印加される。 For example, power conversion devices such as DC-DC converters are equipped with coil devices such as transformers and smoothing reactors. The coil devices installed in power conversion devices consist of a coil and a core. The core has the function of forming a magnetic path, which is the path of magnetic field lines generated by current flowing through the coil. In power conversion devices, direct current or alternating current voltage is applied to the coil of the coil device.
交流電圧の周波数を高い周波数に設定することによって、コアの小型化と、コイルの巻き数(ターン数)の低減化とを図り、コイル装置の小型化に寄与することができる。近年では、コイル装置およびコイル装置を搭載した電力変換装置の小型化のために、電力変換装置に搭載されるスイッチング素子として、たとえば、1kHz以上の高いスイッチング周波数に対応可能なスイッチング素子が適用されている。 By setting the frequency of the AC voltage to a high frequency, it is possible to miniaturize the core and reduce the number of coil windings (turns), contributing to the miniaturization of the coil device. In recent years, in order to miniaturize coil devices and power conversion devices equipped with coil devices, switching elements capable of handling high switching frequencies of, for example, 1 kHz or more have been used as switching elements equipped in power conversion devices.
コイル装置の通電に伴う発熱には、大まかには、コイルにおいて発生するジュール発熱と、コアにおいて発生する発熱とがある。ジュール発熱は、コイルとして使用される配線の断面積に反比例して増加する。このため、コイル装置の小型化のために、断面積の小さい配線を適用しようとすると、コイル装置において発生するジュール発熱は増加することになる。 The heat generated when current is passed through a coil device can be broadly divided into Joule heat generated in the coil and heat generated in the core. Joule heat increases inversely proportional to the cross-sectional area of the wiring used as the coil. Therefore, if an attempt is made to use wiring with a smaller cross-sectional area in order to reduce the size of the coil device, the Joule heat generated in the coil device will increase.
また、交流電流が流れる際には、表皮効果によって、電流は、配線の表面近傍のみを流れるようになるため、コイル装置の電気抵抗が高くなる。配線を流れる交流電流の周波数が高くなると、電気抵抗値は単調に増加することになる。 In addition, when an alternating current flows, the skin effect causes the current to flow only near the surface of the wiring, increasing the electrical resistance of the coil device. As the frequency of the alternating current flowing through the wiring increases, the electrical resistance value increases monotonically.
したがって、コイル装置の小型化を図ろうとして、コイル装置に印加する交流電圧の周波数を高い値に設定するほど、表皮効果によって、コイル装置の配線の電気抵抗値が高くなり、コイル装置において発生するジュール発熱が増加することになる。 Therefore, the higher the frequency of the AC voltage applied to the coil device is set to in an attempt to reduce its size, the higher the electrical resistance of the wiring of the coil device becomes due to the skin effect, and the more Joule heat is generated in the coil device.
このため、コイル装置において発生するジュール発熱等によって、コイル装置の温度が上昇するのを、許容温度以下となるように抑えるために、コイル装置には放熱性を高めることが求められている。すなわち、コイル装置の小型化には、併せて、コイル装置の放熱性を向上させることが求められている。特許文献1において提案されているコイル装置では、特に、コアの内側の領域においてコイルから発生する熱を、プリント基板とコイルとを介して放熱する手法が提案されている。 For this reason, there is a demand for improved heat dissipation capabilities in coil devices to keep the temperature rise of the coil device, caused by Joule heat and other factors, below an allowable temperature. In other words, in order to reduce the size of coil devices, it is also necessary to improve the heat dissipation capabilities of the coil device. The coil device proposed in Patent Document 1 proposes a method of dissipating heat generated by the coil, particularly in the area inside the core, via the printed circuit board and the coil.
上述したように、コイル装置では、小型化を図るために、コイル装置の放熱性を高めることが求められている。 As mentioned above, in order to reduce the size of coil devices, it is necessary to improve the heat dissipation properties of the coil device.
本開示は、このような開発の一環でなされたものであり、一つの目的は、放熱性を向上させることができるコイル装置を提供することであり、他の目的は、そのようなコイル装置を適用した電力変換装置を提供することである。 This disclosure has been made as part of such development, and one objective is to provide a coil device that can improve heat dissipation, and another objective is to provide a power conversion device that applies such a coil device.
本開示に係るコイル装置は、コイルユニットを有するコイル装置である。コイルユニットは、1つ以上のコアと金属ベース基板と第1巻線部と第2巻線部と1つ以上の冷却体とを備えている。コアは、ループ状の磁路を有する。金属ベース基板は、コアによって取り囲まれたコアの内側領域とコアの外側領域とに配置され、金属ベース本体に絶縁層を介在させて第1コイルパターンおよび第2コイルパターンが形成されている。第1巻線部は、第1コイルパターンを含み、コアの内側領域を通り抜ける態様でコアに巻回されている。第2巻線部は、第2コイルパターンを含み、コアの内側領域を通り抜ける態様でコアに巻回され、第1巻線部と電気的に絶縁されている。冷却体は、金属ベース本体に対して、絶縁層が形成されている側とは反対側に接合されている第1冷却体を含む。金属ベース基板は、第1金属ベース基板と第2金属ベース基板とを含む。第1金属ベース基板には、第1コイルパターンが形成されている。第2金属ベース基板には、第2コイルパターンが形成されている。第1金属ベース基板と第2金属ベース基板とは、第1金属ベース基板と第2金属ベース基板との間に、コアが挿通される挿通部が形成される態様で、互いに対向するように配置されている。 The coil device according to the present disclosure is a coil device having a coil unit. The coil unit includes one or more cores, a metal base substrate, a first winding portion, a second winding portion, and one or more cooling bodies. The core has a loop-shaped magnetic path. The metal base substrate is disposed in an inner region of the core surrounded by the core and an outer region of the core, and a first coil pattern and a second coil pattern are formed on the metal base body with an insulating layer interposed therebetween. The first winding portion includes the first coil pattern and is wound around the core in a manner passing through the inner region of the core. The second winding portion includes the second coil pattern and is wound around the core in a manner passing through the inner region of the core and is electrically insulated from the first winding portion. The cooling body includes a first cooling body joined to the metal base body on the side opposite the side on which the insulating layer is formed. The metal base substrate includes a first metal base substrate and a second metal base substrate. The first coil pattern is formed on the first metal base substrate. The second coil pattern is formed on the second metal base substrate. The first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged to face each other in such a manner that an insertion portion through which the core is inserted is formed between the first metal base substrate and the second metal base substrate.
本開示に係る電力変換装置は、上述したコイル装置を備えた電力変換装置である。 The power conversion device of the present disclosure is a power conversion device equipped with the above-mentioned coil device.
本開示に係るコイル装置によれば、コアの外側領域に位置する第1巻線部および第2巻線部のそれぞれの部分において発生する熱は、絶縁層および金属ベース本体を介して第1冷却体へ放熱される。また、コアの内側領域に位置する第1巻線部および第2巻線部のそれぞれの部分において発生する熱も、絶縁層および金属ベース本体を介して第1冷却体へ放熱される。これにより、コアの内側領域に位置する第1巻線部および第2巻線部のそれぞれの部分において発生する熱を、コアの外側領域に位置する第1巻線部および第2巻線部のそれぞれの部分において発生する熱と同程度に、第1冷却体へ放熱させることができる。その結果、コイル装置の放熱性を向上させることができる。 In the coil device according to the present disclosure, heat generated in each of the first and second winding portions located in the outer region of the core is dissipated to the first cooling body via the insulating layer and the metal base body. Furthermore, heat generated in each of the first and second winding portions located in the inner region of the core is also dissipated to the first cooling body via the insulating layer and the metal base body. This allows the heat generated in each of the first and second winding portions located in the inner region of the core to be dissipated to the first cooling body to the same extent as the heat generated in each of the first and second winding portions located in the outer region of the core. As a result, the heat dissipation performance of the coil device can be improved.
本開示に係る電力変換装置によれば、上述したコイル装置を備えていることで、放熱性を向上させることができる。 The power conversion device disclosed herein is equipped with the above-mentioned coil device, thereby improving heat dissipation.
はじめに、コイル装置を含む電力変換装置の一例として、DC-DCコンバータについて説明する。図1に、DC-DCコンバータの回路図の一例を示す。DC-DCコンバータは、たとえば、電気自動車に搭載される。DC-DCコンバータは、100V~300V程度のリチウムイオン電池の入力電圧を、12V~15Vの電圧に変換し、その変換した電圧を出力することによって、鉛蓄電池に充電する機能を有する。First, we will explain a DC-DC converter as an example of a power conversion device that includes a coil device. Figure 1 shows an example of a circuit diagram of a DC-DC converter. DC-DC converters are installed, for example, in electric vehicles. DC-DC converters have the function of converting the input voltage of a lithium-ion battery, which is approximately 100V to 300V, into a voltage of 12V to 15V, and outputting the converted voltage to charge a lead-acid battery.
図1に示すように、電力変換装置1としてのDC-DCコンバータは、インバータ回路部2、変圧部3、整流回路部4、平滑回路部5、入力端子6、入力コンデンサ8、制御回路部10および出力端子7を備えている。 As shown in Figure 1, the DC-DC converter as a power conversion device 1 includes an inverter circuit section 2, a transformer section 3, a rectifier circuit section 4, a smoothing circuit section 5, an input terminal 6, an input capacitor 8, a control circuit section 10 and an output terminal 7.
インバータ回路部2は、スイッチング素子9によって構成されている。ここでは、インバータ回路部2は、4つのスイッチング素子9a、スイッチング素子9b、スイッチング素子9cおよびスイッチング素子9dによって構成される。スイッチング素子9として、たとえば、MOSトランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)または絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子が適用される。4つのスイッチング素子9は、制御回路部10によってスイッチング動作が制御される。The inverter circuit unit 2 is composed of switching elements 9. Here, the inverter circuit unit 2 is composed of four switching elements: 9a, 9b, 9c, and 9d. The switching elements 9 are, for example, power semiconductor elements such as MOS transistors (MOSFETs: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or insulated gate bipolar transistors (IGBTs: Insulated Gate Bipolar Transistors). The switching operation of the four switching elements 9 is controlled by the control circuit unit 10.
変圧部3は、一次巻線部11aと二次巻線部11bとを有するトランス11によって構成される。整流回路部4は、整流素子12によって構成される。ここでは、整流回路部4は、4つの整流素子12a、整流素子12b、整流素子12cおよび整流素子12dによって構成される。整流素子12として、たとえば、ダイオード、MOSトランジスタまたはサイリスタ等のパワー半導体素子が適用される。平滑回路部5は、平滑リアクトル13および平滑コンデンサ14によって構成される。 The transformer unit 3 is composed of a transformer 11 having a primary winding unit 11a and a secondary winding unit 11b. The rectifier circuit unit 4 is composed of a rectifier element 12. Here, the rectifier circuit unit 4 is composed of four rectifier elements: 12a, 12b, 12c, and 12d. The rectifier element 12 may be, for example, a power semiconductor element such as a diode, MOS transistor, or thyristor. The smoothing circuit unit 5 is composed of a smoothing reactor 13 and a smoothing capacitor 14.
電力変換装置1としてのDC-DCコンバータでは、インバータ回路部2における4つのスイッチング素子9のそれぞれのスイッチング動作を制御回路部10によって制御することで、入力端子6から入力される直流電圧が交流電圧に変換される。 In the DC-DC converter serving as the power conversion device 1, the DC voltage input from the input terminal 6 is converted into AC voltage by controlling the switching operation of each of the four switching elements 9 in the inverter circuit section 2 using the control circuit section 10.
変圧部3では、インバータ回路部2において変換された交流電圧が、トランス11によって任意の電圧に変換される。変換される電圧は、トランス11における一次巻線部11aと二次巻線部11bとの巻線比によって決定される。なお、トランス11は、入力端子6と出力端子7との間を電気的に絶縁する。 In the transformer unit 3, the AC voltage converted in the inverter circuit unit 2 is converted to an arbitrary voltage by the transformer 11. The converted voltage is determined by the winding ratio between the primary winding unit 11a and the secondary winding unit 11b in the transformer 11. The transformer 11 electrically insulates the input terminal 6 from the output terminal 7.
整流回路部4では、変圧部3から供給される交流電圧が、整流素子12によって、再び、直流電圧に変換される。平滑回路部5では、整流回路部4によって変換された直流電圧が、平滑リアクトル13および平滑コンデンサ14によって平滑化される。これにより、出力端子7から出力される出力電圧の安定化が図られる。In the rectifier circuit section 4, the AC voltage supplied from the transformer section 3 is converted back to DC voltage by the rectifier element 12. In the smoothing circuit section 5, the DC voltage converted by the rectifier circuit section 4 is smoothed by the smoothing reactor 13 and smoothing capacitor 14. This stabilizes the output voltage output from the output terminal 7.
図1に示される電力変換装置1において、トランス11と平滑リアクトル13とは、発熱量が比較的高いコイル装置である。トランス11と平滑リアクトル13とにおいて発生した熱を放熱し、トランス11および平滑リアクトル13のそれぞれの温度を、たとえば、約100℃~120℃程度以下の、許容温度以下に下げる必要がある。各実施の形態では、コイルユニットから構成されるコイル装置を放熱させる構造について、具体的に説明する。 In the power conversion device 1 shown in Figure 1, the transformer 11 and smoothing reactor 13 are coil devices that generate a relatively high amount of heat. The heat generated in the transformer 11 and smoothing reactor 13 must be dissipated to lower the temperatures of the transformer 11 and smoothing reactor 13 to an allowable temperature or lower, for example, below approximately 100°C to 120°C. In each embodiment, a specific structure for dissipating heat from a coil device composed of a coil unit will be described.
実施の形態1.
実施の形態1では、コイル装置としてのトランスの第1例について説明する。図2、図3および図4に示すように、コイル装置20は、1つのコイルユニット18から構成される。コイル装置20としてのトランス11は、ループ状の磁路を有するコア21と、コア21にそれぞれ巻回された第1巻線部29(一次巻線部11a)および第2巻線部30(二次巻線部11b)とによって形成されている。
Embodiment 1.
In the first embodiment, a first example of a transformer as a coil device will be described. As shown in Figures 2, 3, and 4, a coil device 20 is composed of one coil unit 18. A transformer 11 as the coil device 20 is formed by a core 21 having a loop-shaped magnetic path, and a first winding portion 29 (primary winding portion 11a) and a second winding portion 30 (secondary winding portion 11b) wound around the core 21.
第1巻線部29は、第1コイルパターン37aと第1配線本体45aとを含む。第2巻線部30は、第2コイルパターン37bと第2配線本体45bとを含む。第1コイルパターン37aおよび第2コイルパターン37bは、金属ベース基板31に形成されている。第1配線本体45aおよび第2配線本体45bは、配線部材41に形成されている。第1巻線部29と第2巻線部30とは、電気的に絶縁されている。金属ベース基板31は、冷却体39として、第1冷却体39aに載置されている。 The first winding portion 29 includes a first coil pattern 37a and a first wiring body 45a. The second winding portion 30 includes a second coil pattern 37b and a second wiring body 45b. The first coil pattern 37a and the second coil pattern 37b are formed on a metal base substrate 31. The first wiring body 45a and the second wiring body 45b are formed on a wiring member 41. The first winding portion 29 and the second winding portion 30 are electrically insulated. The metal base substrate 31 is placed on a first cooling body 39a as a cooling body 39.
コイル装置20の構造について具体的に説明する。トランス11は、金属ベース基板31、配線部材41、コア21および第1冷却体39aを備えている。まず、コア21は、E型コア23とI型コア25とによって構成される。E型コア23は、脚部23a、脚部23bおよび脚部23cを有する。I型コア25が、脚部23a、脚部23bおよび脚部23cに当接することで、ループ状の磁路を有するコア21が形成されることになる。E型コア23とI型コア25とは、接着材(図示せず)によって固定されている。 The structure of the coil device 20 will be described in detail. The transformer 11 includes a metal base substrate 31, wiring member 41, core 21, and first cooling body 39a. First, core 21 is composed of an E-shaped core 23 and an I-shaped core 25. E-shaped core 23 has legs 23a, 23b, and 23c. When I-shaped core 25 abuts against legs 23a, 23b, and 23c, core 21 is formed with a loop-shaped magnetic path. E-shaped core 23 and I-shaped core 25 are fixed together with an adhesive (not shown).
コア21(E型コア23とI型コア25)として、たとえば、マンガン亜鉛(Mn-Zn)系フェライトコア、または、ニッケル亜鉛(Ni-Zn)系フェライトコアのようなフェライトコアが適用されている。また、コア21として、アモルファスコアまたはアイアンダストコアを適用してもよい。 The core 21 (E-type core 23 and I-type core 25) is, for example, a ferrite core such as a manganese-zinc (Mn-Zn) ferrite core or a nickel-zinc (Ni-Zn) ferrite core. An amorphous core or an iron dust core may also be used as the core 21.
なお、コア21として、E型コア23とI型コア25とを組み合わせた構造としたが、組み合わせることで、ループ状の磁路を有するコア21を構成することができれば、E型コア23およびI型コア25に限られるものではない。たとえば、2つのU型コアを組み合わせたコアであってもよい。また、2つのE型コアを組み合わせたコアであってもよい。さらに、T型コアとU型コアとを組み合わせたコアであってもよい。 Note that while the core 21 is constructed by combining an E-shaped core 23 and an I-shaped core 25, the combination is not limited to the E-shaped core 23 and the I-shaped core 25, as long as the combination can form a core 21 with a loop-shaped magnetic path. For example, it may be a core made up of two U-shaped cores. It may also be a core made up of two E-shaped cores. It may also be a core made up of a T-shaped core and a U-shaped core.
金属ベース基板31は、金属ベース本体34、絶縁層35およびコイルパターン37によって構成される。金属ベース基板31では、金属ベース本体34上に絶縁層35を介在させてコイルパターン37が配置されている。金属ベース本体34は、1.0W/(m・K)以上、好ましくは10.0W/(m・K)以上、さらに好ましくは100.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する。金属ベース本体34は、たとえば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金またはアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。 The metal base substrate 31 is composed of a metal base body 34, an insulating layer 35, and a coil pattern 37. In the metal base substrate 31, the coil pattern 37 is disposed on the metal base body 34 with the insulating layer 35 interposed therebetween. The metal base body 34 has a thermal conductivity of 1.0 W/(m·K) or more, preferably 10.0 W/(m·K) or more, and more preferably 100.0 W/(m·K) or more. The metal base body 34 is formed from a metal material such as copper, iron, aluminum, an iron alloy, or an aluminum alloy.
金属ベース基板31は、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを備えている。第1金属ベース基板31aは、コア21の外側領域からコア21の内側領域へ延在する第1延在部33aを含む。第2金属ベース基板31bは、コア21の外側領域からコア21の内側領域へ延在する第2延在部33bを含む。 The metal base substrate 31 comprises a first metal base substrate 31a and a second metal base substrate 31b. The first metal base substrate 31a includes a first extension portion 33a extending from the outer region of the core 21 to the inner region of the core 21. The second metal base substrate 31b includes a second extension portion 33b extending from the outer region of the core 21 to the inner region of the core 21.
第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとは、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間に、コア21の脚部23a~23cが挿通される挿通部32が形成される態様で、第1延在部33aと第2延在部33bとが互いに対向するように配置されている。挿通部32は、脚部23aが挿通される挿通部32aと、脚部23bが挿通される挿通部32bと、脚部23cが挿通される挿通部32cとを含む。 The first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b are arranged such that the first extension portion 33a and the second extension portion 33b face each other, with an insertion portion 32 formed between the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b, through which the legs 23a to 23c of the core 21 are inserted. The insertion portion 32 includes an insertion portion 32a through which the leg 23a is inserted, an insertion portion 32b through which the leg 23b is inserted, and an insertion portion 32c through which the leg 23c is inserted.
金属ベース基板31には、コア21を取り囲む部分にループ状の誘導電流が流れるのを阻止するスリット部27が形成されている。スリット部27は、コア21の内側領域に形成されている。スリット部27は、挿通部32に繋がる態様で形成されている。第1延在部33a(第1金属ベース基板31a)と第2延在部33b(第2金属ベース基板31b)とは、スリット部27に相当する長さSLを隔てて配置されている。 The metal base substrate 31 has a slit portion 27 formed therein that prevents loop-shaped induced current from flowing in the area surrounding the core 21. The slit portion 27 is formed in the inner region of the core 21. The slit portion 27 is formed in a manner that connects to the insertion portion 32. The first extension portion 33a (first metal base substrate 31a) and the second extension portion 33b (second metal base substrate 31b) are arranged with a length SL corresponding to the slit portion 27 between them.
スリット部27によって、脚部23aを取り囲む第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bの部分が、物理的に、電気的に分断されることになる。スリット部27は、金属ベース本体34に、ショートコイルを形成させない機能を有する。これについては、後述する。The slit portion 27 physically and electrically separates the portions of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b that surround the leg portion 23a. The slit portion 27 functions to prevent the formation of a short coil in the metal base body 34. This will be described later.
絶縁層35は、第1主面35aと第2主面35bとを有する。第2主面35bは、金属ベース本体33のほぼ全面にわたって接触している。絶縁層35は、電気的絶縁性を有している。絶縁層35は、たとえば、エポキシ樹脂、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、または、ポリイミド樹脂等から形成されている。また、そのエポキシ樹脂等に、熱伝導性を向上させるために、熱伝導性フィラーを混入させてもよい。 The insulating layer 35 has a first main surface 35a and a second main surface 35b. The second main surface 35b is in contact with almost the entire surface of the metal base body 33. The insulating layer 35 is electrically insulating. The insulating layer 35 is formed, for example, from epoxy resin, glass fiber reinforced epoxy resin, polyimide resin, or the like. Furthermore, a thermally conductive filler may be mixed into the epoxy resin, etc., to improve thermal conductivity.
絶縁層35の厚さとしては、電気的絶縁性または製造性に影響を与えない範囲内において、できるだけ薄くすることが好ましい。絶縁層35の厚さとしては、たとえば、約1μm以上2000μm以下の厚さに設定される。より好ましくは、絶縁層35の厚さは、約1μm以上200μm以下の厚さに設定される。絶縁層35には、E型コア23の脚部23aが挿通される挿通部32a、脚部23bが挿通される挿通部32bおよび脚部23cが挿通される挿通部32cが形成されている。It is preferable to make the thickness of the insulating layer 35 as thin as possible without affecting electrical insulation or manufacturability. The thickness of the insulating layer 35 is set, for example, to a thickness of approximately 1 μm or more and 2000 μm or less. More preferably, the thickness of the insulating layer 35 is set to a thickness of approximately 1 μm or more and 200 μm or less. The insulating layer 35 is formed with an insertion portion 32a through which the leg 23a of the E-shaped core 23 is inserted, an insertion portion 32b through which the leg 23b is inserted, and an insertion portion 32c through which the leg 23c is inserted.
絶縁層35の第1主面35aに、コイルパターン37が形成されている。コイルパターン37は、第1コイルパターン37aと第2コイルパターン37bとを含む。第1コイルパターン37aは、第1金属ベース基板31aに形成されている。第2コイルパターン37bは、第2金属ベース基板31bに形成されている。 A coil pattern 37 is formed on the first main surface 35a of the insulating layer 35. The coil pattern 37 includes a first coil pattern 37a and a second coil pattern 37b. The first coil pattern 37a is formed on the first metal base substrate 31a. The second coil pattern 37b is formed on the second metal base substrate 31b.
第1コイルパターン37aは、第1コイルパターン第1部37afと第1コイルパターン第2部37asとを含む。第1金属ベース基板31aには、インバータ回路部2が形成されている。第1コイルパターン第1部37afおよび第1コイルパターン第2部37asは、インバータ回路部2に電気的に接続されている。なお、第1金属ベース基板31aには、第1コイルパターン37a以外の配線パターン(図示せず)が形成されていてもよい。 The first coil pattern 37a includes a first coil pattern first portion 37af and a first coil pattern second portion 37as. The inverter circuit portion 2 is formed on the first metal base substrate 31a. The first coil pattern first portion 37af and the first coil pattern second portion 37as are electrically connected to the inverter circuit portion 2. Note that wiring patterns (not shown) other than the first coil pattern 37a may also be formed on the first metal base substrate 31a.
第2コイルパターン37bは、第2コイルパターン第1部37bfと第2コイルパターン第2部37bsとを含む。第2金属ベース基板31bには、整流回路部4が形成されている。第2コイルパターン第1部37bfおよび第2コイルパターン第2部37bsは、整流回路部4に電気的に接続されている。なお、第2金属ベース基板31bには、第2コイルパターン37b以外の配線パターン(図示せず)が形成されていてもよい。 The second coil pattern 37b includes a second coil pattern first portion 37bf and a second coil pattern second portion 37bs. The rectifier circuit portion 4 is formed on the second metal base substrate 31b. The second coil pattern first portion 37bf and the second coil pattern second portion 37bs are electrically connected to the rectifier circuit portion 4. Note that wiring patterns (not shown) other than the second coil pattern 37b may also be formed on the second metal base substrate 31b.
第1コイルパターン37aおよびインバータ回路部2が形成された第1金属ベース基板31aは、電気的に1次側電位を有する。第2コイルパターン37bおよび整流回路部4が形成された第2金属ベース基板31bは、電気的に2次側電位を有する。1次側電位を有する第1金属ベース基板31aと、2次側電位を有する第2金属ベース基板31bとは、互いに電気的に絶縁されている。 The first metal base substrate 31a, on which the first coil pattern 37a and the inverter circuit section 2 are formed, has an electrical primary potential. The second metal base substrate 31b, on which the second coil pattern 37b and the rectifier circuit section 4 are formed, has an electrical secondary potential. The first metal base substrate 31a, which has a primary potential, and the second metal base substrate 31b, which has a secondary potential, are electrically insulated from each other.
第1コイルパターン37aおよび第2コイルパターン37b(コイルパターン37)等の厚さは、たとえば、約1μm以上2000μm以下である。第1コイルパターン37aおよび第2コイルパターン37b等は、たとえば、銅、ニッケル、金、アルミニウム、銀または錫等から形成されている。また、コイルパターン37等は、これらの金属を含む合金から形成されていてもよい。 The thickness of the first coil pattern 37a and the second coil pattern 37b (coil pattern 37) is, for example, approximately 1 μm or more and 2000 μm or less. The first coil pattern 37a and the second coil pattern 37b are formed from, for example, copper, nickel, gold, aluminum, silver, or tin. The coil pattern 37 may also be formed from an alloy containing these metals.
コイルパターン37において発生する熱は、金属ベース本体34のほぼ全面にわたって接触している絶縁層35を介して金属ベース本体34に放熱される。絶縁層35の厚さを、電気的絶縁性と製造性との双方に影響を与えない範囲内においてできるだけ薄く設定することで、放熱経路の放熱性を高めることができる。 Heat generated in the coil pattern 37 is dissipated to the metal base body 34 via the insulating layer 35, which is in contact with almost the entire surface of the metal base body 34. By making the thickness of the insulating layer 35 as thin as possible without affecting both electrical insulation and manufacturability, the heat dissipation performance of the heat dissipation path can be improved.
第1コイルパターン37aと金属ベース本体34とは、沿面距離CR1を隔てられている。第1コイルパターン37aの電位と金属ベース本体34の電位とが異なる場合に、沿面距離CR1を確保することで、第1コイルパターン37aと金属ベース本体34との間の沿面において、絶縁破壊が発生するのを阻止することができる。 The first coil pattern 37a and the metal base body 34 are separated by a creepage distance CR1. When the potential of the first coil pattern 37a and the potential of the metal base body 34 differ, ensuring the creepage distance CR1 can prevent dielectric breakdown from occurring on the creepage between the first coil pattern 37a and the metal base body 34.
沿面距離CR1は、第1コイルパターン37aの電位と金属ベース本体34の電位との電位差に基づいて設定される。電位差が大きくなるほど、沿面距離CR1を長く設定する必要がある。絶縁破壊を防止する観点から、第1コイルパターン37aとしては、可能な限り、コーナー等では、尖ったパターンにならないように、丸みを帯びたパターンを配置することが好ましい。また、第2コイルパターン37bと金属ベース本体34とは、沿面距離CR2を隔てられている。沿面距離CR2についても、沿面距離CR1と同様に設定されている。 The creepage distance CR1 is set based on the potential difference between the potential of the first coil pattern 37a and the potential of the metal base main body 34. The greater the potential difference, the longer the creepage distance CR1 needs to be set. From the perspective of preventing insulation breakdown, it is preferable to arrange the first coil pattern 37a in a rounded pattern to avoid sharp corners, etc. In addition, the second coil pattern 37b and the metal base main body 34 are separated by a creepage distance CR2. The creepage distance CR2 is also set in the same way as the creepage distance CR1.
配線部材41は、スリット部27を挟んで対向する第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間を跨ぐように配置されている。配線部材41は、絶縁部43と配線本体45とを含む。配線部材41には、挿通部42が形成されている。挿通部42として、E型コア23の脚部23aが挿通される挿通部42aと、脚部23bが挿通される挿通部42bと、脚部23cが挿通される挿通部42cとが形成されている。配線部材41として、プリント配線基板が適用されている。配線部材41としては、プリント基板の他に、たとえば、絶縁被膜によって覆われた金属バスバー等を適用してもよい。 The wiring member 41 is arranged to straddle the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b, which face each other across the slit portion 27. The wiring member 41 includes an insulating portion 43 and a wiring main body 45. The wiring member 41 is formed with insertion portions 42. The insertion portions 42 include insertion portion 42a through which leg portion 23a of the E-shaped core 23 is inserted, insertion portion 42b through which leg portion 23b is inserted, and insertion portion 42c through which leg portion 23c is inserted. A printed wiring board is used as the wiring member 41. In addition to a printed circuit board, the wiring member 41 may also be, for example, a metal bus bar covered with an insulating coating.
絶縁部43は、第1主面43aと第2主面43bとを有する。配線本体45は、第1配線本体45aと第2配線本体45bとを含む。第1配線本体45aおよび第2配線本体45bは、たとえば、銅、ニッケル、金、アルミニウム、銀または錫等から形成されている。第1配線本体45aは、絶縁部43における第1主面43aに形成されている。第1配線本体45aは、挿通部42aを囲むように配置されている。第2配線本体45bは、絶縁部43における第2主面43bに形成されている。第2配線本体45bは、挿通部42aを囲むように配置されている。 The insulating portion 43 has a first main surface 43a and a second main surface 43b. The wiring body 45 includes a first wiring body 45a and a second wiring body 45b. The first wiring body 45a and the second wiring body 45b are formed from, for example, copper, nickel, gold, aluminum, silver, or tin. The first wiring body 45a is formed on the first main surface 43a of the insulating portion 43. The first wiring body 45a is arranged to surround the insertion portion 42a. The second wiring body 45b is formed on the second main surface 43b of the insulating portion 43. The second wiring body 45b is arranged to surround the insertion portion 42a.
第1配線本体45aの一端側は、スルーホール導電部47および導電性の接合部材53を介して、第1コイルパターン第1部37afに電気的に接続されている。第1配線本体45aの他端側は、スルーホール導電部47および導電性の接合部材53を介して、第1コイルパターン第2部37asに電気的に接続されている。第2配線本体45bの一端側は、導電性の接合部材53を介して、第2コイルパターン第1部37bfに電気的に接続されている。第2配線本体45bの他端側は、導電性の接合部材53を介して、第2コイルパターン第2部37bsに電気的に接続されている。 One end of the first wiring body 45a is electrically connected to the first coil pattern first portion 37af via the through-hole conductive portion 47 and the conductive bonding member 53. The other end of the first wiring body 45a is electrically connected to the first coil pattern second portion 37as via the through-hole conductive portion 47 and the conductive bonding member 53. One end of the second wiring body 45b is electrically connected to the second coil pattern first portion 37bf via the conductive bonding member 53. The other end of the second wiring body 45b is electrically connected to the second coil pattern second portion 37bs via the conductive bonding member 53.
接合部材53として、たとえば、導電性接着材またははんだ等を適用することができる。第1配線本体45aは、接合部材53を介して第1金属ベース基板31aに熱伝導可能に熱接合されている。第2配線本体45bは、接合部材53を介して第2金属ベース基板31bに熱伝導可能に熱接合されている。 The joining member 53 may be, for example, a conductive adhesive or solder. The first wiring body 45a is thermally joined to the first metal base substrate 31a via the joining member 53 so as to be thermally conductive. The second wiring body 45b is thermally joined to the second metal base substrate 31b via the joining member 53 so as to be thermally conductive.
また、配線本体45とコイルパターン37との間に、さらに熱伝導部材(図示せず)を介在させてもよい。配線本体45とコイルパターン37とが、接合部材53に加えて、熱伝導部材を介しても、熱伝導可能に熱接合されることになる。熱伝導部材の熱伝導率としては、たとえば、0.1W/(m・K)以上が好ましく、1.0W/(m・K)以上がより好ましく、10.0W/(m・K)以上がさらに好ましい。熱伝導部材として、たとえば、熱伝導グリス、熱伝導性シートまたは熱伝導性接着材等を適用することができる。 A thermally conductive member (not shown) may also be interposed between the wiring body 45 and the coil pattern 37. The wiring body 45 and the coil pattern 37 are thermally bonded to each other via the thermally conductive member in addition to the bonding member 53, allowing for thermal conductivity. The thermal conductivity of the thermally conductive member is preferably 0.1 W/(m·K) or more, more preferably 1.0 W/(m·K) or more, and even more preferably 10.0 W/(m·K) or more. Examples of the thermally conductive member that can be used include thermally conductive grease, a thermally conductive sheet, and a thermally conductive adhesive.
絶縁部43は、電気的絶縁性を有している。絶縁部43は、たとえば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS:Poly Phenylene Sulfide)またはポリエーテルエーテルケトン(PEEK:Poly Ether Ether Ketone)等から形成されている。The insulating portion 43 has electrical insulating properties. The insulating portion 43 is formed, for example, from glass fiber reinforced epoxy resin, phenolic resin, polyphenylene sulfide (PPS), or polyether ether ketone (PEEK).
このように、配線部材41として適用されるプリント基板は、一般に、熱伝導率が比較的低いとされる材料によって形成されていてもよい。つまり、配線部材41に適用されるプリント基板は、汎用のプリント基板であってもよい。また、配線部材41に適用されるプリント基板として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは炭化珪素等のセラミック基板を適用してもよい。なお、配線部材41の表面または内部に、図示されない導電部分が形成されていてもよい。 As such, the printed circuit board used as wiring member 41 may generally be formed from a material that is considered to have a relatively low thermal conductivity. In other words, the printed circuit board used as wiring member 41 may be a general-purpose printed circuit board. Furthermore, a ceramic substrate such as aluminum oxide, aluminum nitride, or silicon carbide may also be used as the printed circuit board used as wiring member 41. Furthermore, conductive portions (not shown) may be formed on the surface or inside of wiring member 41.
また、配線部材41として、たとえば、絶縁フィルムシートと金属導体とを積層してラミネート加工したラミネートブスバーを用いてもよい。絶縁フィルムシートとして、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET:Poly Ethylene Terephthalate)から形成されるフィルム、ポリイミド(PI:Poly Imide)から形成されるフィルム、または、アラミド(全芳香族ポリアミド)繊維から形成される紙を適用してもよい。絶縁フィルムシートは、接着層または粘着層によって、配線本体となる金属導体に接着等されていてもよい。 The wiring member 41 may also be a laminated bus bar, formed by laminating an insulating film sheet and a metal conductor. The insulating film sheet may be, for example, a film made from polyethylene terephthalate (PET), a film made from polyimide (PI), or paper made from aramid (fully aromatic polyamide) fibers. The insulating film sheet may be adhered to the metal conductor, which forms the wiring body, by an adhesive or pressure-sensitive adhesive layer.
コイルパターン37等が形成された金属ベース基板31は、第1冷却体39aに載置されている。金属ベース基板31は、たとえば、ネジ(図示せず)によって第1冷却体39aに固定されている。第1冷却体39aの主面39aaには、E型コア23が収納される溝部40が形成されている。第1冷却体39aの熱伝導率としては、たとえば、たとえば、1.0W/(m・K)以上が好ましく、10.0W/(m・K)以上がより好ましく、100.0W/(m・K)以上がさらに好ましい。The metal base substrate 31, on which the coil pattern 37 and other components are formed, is placed on the first cooling body 39a. The metal base substrate 31 is fixed to the first cooling body 39a, for example, with screws (not shown). A groove 40 is formed in the main surface 39aa of the first cooling body 39a to accommodate the E-shaped core 23. The thermal conductivity of the first cooling body 39a is preferably 1.0 W/(m·K) or greater, more preferably 10.0 W/(m·K) or greater, and even more preferably 100.0 W/(m·K) or greater.
第1冷却体39aは、たとえば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金またはアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。また、第1冷却体39aは、たとえば、高い熱伝導率を有する樹脂から形成されていてもよい。なお、第1冷却体39aは、接地電位と同じ電位になるように、他の部材と電気的に接続されていてもよい。 The first cooling body 39a is formed from a metal material such as copper, iron, aluminum, an iron alloy, or an aluminum alloy. The first cooling body 39a may also be formed from a resin with high thermal conductivity. The first cooling body 39a may be electrically connected to another member so that it has the same potential as the ground potential.
第1冷却体39aの主面39aaに金属ベース基板31が当接していることで、第1冷却体39aと金属ベース基板31とは、熱伝導可能に熱結合している。第1冷却体39aの主面39aaと金属ベース基板31との間に、熱伝導部材(図示せず)を介在させることで、熱がさらに伝導しやすくなる。 The metal base substrate 31 abuts against the main surface 39aa of the first cooling body 39a, so that the first cooling body 39a and the metal base substrate 31 are thermally coupled to each other so that heat can be conducted between them. By interposing a thermally conductive member (not shown) between the main surface 39aa of the first cooling body 39a and the metal base substrate 31, heat conduction becomes even easier.
また、第1冷却体39aの溝部40の底面にE型コア23が当接していることで、コア21(E型コア23)と第1冷却体39aとは、熱伝導可能に熱結合している。溝部40の底面とE型コア23との間に、熱伝導部材(図示せず)を介在させることで、熱がさらに伝導しやすくなる。 In addition, the E-shaped core 23 abuts against the bottom surface of the groove 40 of the first cooling body 39a, so that the core 21 (E-shaped core 23) and the first cooling body 39a are thermally coupled to enable thermal conduction. By interposing a thermally conductive member (not shown) between the bottom surface of the groove 40 and the E-shaped core 23, heat conduction becomes even easier.
なお、E型コア23と第1冷却体39aとは、接着材(図示せず)等によって接着されていてもよい。また、第1冷却体39aは、コイル装置20の筺体の一部を構成するようにしてもよい。また、第1冷却体39aは、コイル装置20を備えた電力変換装置1の筺体の一部を構成するようにしてもよい。さらに、第1冷却体39aにおいて、金属ベース基板31が配置されている面とは異なる面が、空冷または水冷されていてもよい。実施の形態1に係るコイル装置20(電力変換装置1)は、上記のように構成される。 The E-shaped core 23 and the first cooling body 39a may be bonded together with an adhesive (not shown) or the like. The first cooling body 39a may also form part of the housing of the coil device 20. The first cooling body 39a may also form part of the housing of the power conversion device 1 that includes the coil device 20. Furthermore, a surface of the first cooling body 39a other than the surface on which the metal base substrate 31 is arranged may be air-cooled or water-cooled. The coil device 20 (power conversion device 1) according to embodiment 1 is configured as described above.
次に、上述した電力変換装置(コイル装置20、トランス11)の動作について、簡単に説明する。まず、コイル装置20(トランス11)におけるスリット部27は、金属ベース本体34に、ショートコイルを形成させない機能を有することを述べた。これについて説明する。Next, we will briefly explain the operation of the above-mentioned power conversion device (coil device 20, transformer 11). First, we mentioned that the slit portion 27 in the coil device 20 (transformer 11) has the function of preventing the formation of a short coil in the metal base body 34. This will be explained below.
図5における左図に示すように、金属ベース本体34に、スリットを設けない場合には、コイルパターン37が巻回される脚部23aの周囲を取り囲むように位置する金属ベース本体34の部分が、物理的に電気的に繋がってしまう。このため、コイルパターン37における端子TAと端子TBとの間に電流が流れる際に、その金属ベース本体34の部分に、ループ状に誘導電流RPが流れることになる。As shown in the left diagram in Figure 5, if no slits are provided in the metal base body 34, the portion of the metal base body 34 that surrounds the leg portion 23a around which the coil pattern 37 is wound will be physically and electrically connected. Therefore, when a current flows between terminals TA and TB in the coil pattern 37, an induced current RP will flow in a loop in that portion of the metal base body 34.
図5における右図に示すように、誘導電流RPは、金属ベース本体34において、コイルパターン37と磁気結合したショートコイルとなる。その結果、コイル装置20(トランス11)としての所望の性能を発揮することができなくなる。したがって、金属ベース本体34にスリット部27を設けることで、誘導電流RPの流れが阻止されて、トランス11として所望の性能を発揮させることができる。 As shown in the right diagram in Figure 5, the induced current RP becomes a short coil magnetically coupled to the coil pattern 37 in the metal base body 34. As a result, the coil device 20 (transformer 11) is unable to exhibit the desired performance. Therefore, by providing a slit portion 27 in the metal base body 34, the flow of the induced current RP is blocked, allowing the transformer 11 to exhibit the desired performance.
コイル装置20(トランス11)を備えた電力変換装置1では、インバータ回路部2において変換された交流電圧が、トランス11によって任意の電圧に変換される。このとき、図6に示すように、インバータ回路部2によって変換された交流電圧は、電流経路PT1を流れる。電流経路PT1は、第1コイルパターン37aおよび第1配線本体45aを含む第1巻線部29である。第1巻線部29が、トランス11における一次巻線部11aとなる。In a power conversion device 1 equipped with a coil device 20 (transformer 11), the AC voltage converted in the inverter circuit unit 2 is converted to an arbitrary voltage by the transformer 11. At this time, as shown in FIG. 6, the AC voltage converted by the inverter circuit unit 2 flows through a current path PT1. The current path PT1 is the first winding unit 29, which includes the first coil pattern 37a and the first wiring body 45a. The first winding unit 29 becomes the primary winding unit 11a of the transformer 11.
トランス11によって任意の電圧に変換された交流電圧は、電流経路PT2を流れる。電流経路PT2は、第2コイルパターン37bおよび第2配線本体45bを含む第2巻線部30である。第2巻線部30は、トランス11における二次巻線部11bとなる。電流経路PT2を流れた交流電圧は、整流回路部4において、直流電圧に変換される。コイル装置20(トランス11)では、この動作の際に、一次巻線部11aを交流電圧が流れることによって、一次巻線部11aが発熱する。また、二次巻線部11bを交流電圧が流れることによって二次巻線部11bが発熱する。 The AC voltage converted to an arbitrary voltage by the transformer 11 flows through current path PT2. Current path PT2 is the second winding section 30, which includes the second coil pattern 37b and the second wiring main body 45b. The second winding section 30 becomes the secondary winding section 11b of the transformer 11. The AC voltage that flows through current path PT2 is converted to DC voltage in the rectifier circuit section 4. During this operation, in the coil device 20 (transformer 11), the AC voltage flows through the primary winding section 11a, causing the primary winding section 11a to generate heat. Furthermore, the AC voltage flows through the secondary winding section 11b, causing the secondary winding section 11b to generate heat.
上述したコイル装置20では、第1巻線部29のうち、コア21の外側領域に位置する第1巻線部29の部分において発生する熱は、絶縁層35および金属ベース本体34を介して第1冷却体39aへ放熱される。第1巻線部29のうち、コア21の内側領域に位置する第1巻線部29の部分において発生する熱も、絶縁層35および金属ベース本体34を介して第1冷却体39aへ放熱される。 In the coil device 20 described above, heat generated in the portion of the first winding portion 29 located in the outer region of the core 21 is dissipated to the first cooling body 39a via the insulating layer 35 and the metal base body 34. Heat generated in the portion of the first winding portion 29 located in the inner region of the core 21 is also dissipated to the first cooling body 39a via the insulating layer 35 and the metal base body 34.
これにより、コア21の内側領域に位置する第1巻線部29の部分において発生する熱を、コア21の外側領域に位置する第1巻線部29の部分において発生する熱と同程度に、第1冷却体39aへ放熱させることができる。 This allows the heat generated in the part of the first winding portion 29 located in the inner region of the core 21 to be dissipated to the first cooling body 39a to the same extent as the heat generated in the part of the first winding portion 29 located in the outer region of the core 21.
また、二次巻線部11bについても、一次巻線部11aと同様に、二次巻線部11bのうち、コア21の外側領域に位置する二次巻線部11bの部分において発生する熱は、絶縁層35および金属ベース本体34を介して第1冷却体39aへ放熱される。二次巻線部11bのうち、コア21の内側領域に位置する二次巻線部11bの部分において発生する熱も、絶縁層35および金属ベース本体34を介して第1冷却体39aへ放熱される。 Furthermore, with regard to the secondary winding portion 11b, similar to the primary winding portion 11a, heat generated in the portion of the secondary winding portion 11b located in the outer region of the core 21 is dissipated to the first cooling body 39a via the insulating layer 35 and the metal base body 34. Heat generated in the portion of the secondary winding portion 11b located in the inner region of the core 21 is also dissipated to the first cooling body 39a via the insulating layer 35 and the metal base body 34.
これにより、コア21の内側領域に位置する二次巻線部11bの部分において発生する熱を、コア21の外側領域に位置する二次巻線部11bの部分において発生する熱と同程度に、第1冷却体39aへ放熱させることができる。これらの結果、コイル装置20の放熱性を向上させることができる。また、放熱ために、第1コイルパターン37aおよび第2コイルパターン37b等を大型化する必要がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化に寄与することができる。 This allows heat generated in the portion of the secondary winding portion 11b located in the inner region of the core 21 to be dissipated to the first cooling body 39a to the same extent as heat generated in the portion of the secondary winding portion 11b located in the outer region of the core 21. As a result, the heat dissipation performance of the coil device 20 can be improved. Furthermore, there is no need to increase the size of the first coil pattern 37a and the second coil pattern 37b, etc., for heat dissipation, which contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、上述したコイル装置20では、金属ベース基板31は、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを備えている。第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとは、一体的な金属ベース基板ではなく、別体の金属ベース基板である。このため、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとが、1枚の一体的な金属ベース基板から形成されている場合と比較すると、金属ベース基板1枚当たりの面積を小さくすることができる。 In addition, in the coil device 20 described above, the metal base substrate 31 comprises a first metal base substrate 31a and a second metal base substrate 31b. The first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b are not an integrated metal base substrate, but are separate metal base substrates. Therefore, the area per metal base substrate can be reduced compared to when the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b are formed from a single integrated metal base substrate.
これにより、コイル装置20を製造する際に発生することが想定される金属ベース基板31の反りを低減することができる。また、シート状の金属ベース本体から取り出すことが可能な金属ベース本体の数を最適化することができる。その結果、金属ベース基板の製造コストの低減化に寄与することができる。This reduces the warping of the metal base substrate 31 that is expected to occur when manufacturing the coil device 20. It also optimizes the number of metal base bodies that can be removed from a sheet-shaped metal base body. As a result, this contributes to reducing the manufacturing costs of the metal base substrate.
さらに、金属ベース基板31として、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを、別体の金属ベース基板とすることで、電力変換装置1における入力端子6への入力電圧が異なる場合においても、金属ベース基板31の共通化を図ることができる。これについて説明する。 Furthermore, by making the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b separate metal base substrates, it is possible to standardize the metal base substrate 31 even when the input voltage to the input terminal 6 of the power conversion device 1 is different. This will be explained below.
まず、図2に示されるコア21(脚部23a)の磁束密度をBm、インバータ回路部2のスイッチング素子9がオンする期間をTon、入力端子6に対する入力電圧をVin、コイル装置20(トランス11)における第1巻線部29(一次巻線部11a)の巻き数をN、コア21(E型コア23)における脚部23aの断面積をAeとすると、Vin×Ton=Bm×N×Aeという関係式が成り立つ。 First, if the magnetic flux density of the core 21 (leg 23a) shown in Figure 2 is Bm, the period during which the switching element 9 of the inverter circuit section 2 is on is Ton, the input voltage to the input terminal 6 is Vin, the number of turns of the first winding section 29 (primary winding section 11a) in the coil device 20 (transformer 11) is N, and the cross-sectional area of the leg 23a in the core 21 (E-shaped core 23) is Ae, then the following relationship holds: Vin x Ton = Bm x N x Ae.
ここで、磁束密度Bmはコア21の発熱に影響する。このため、入力電圧Vinが増加する場合には、コア21の放熱構造が同等の構造であれば、磁束密度Bmも同程度であることが好ましい。電力変換装置1の入力端子6に入力される入力電圧Vinが、たとえば、3倍になる場合を想定する。 Here, magnetic flux density Bm affects the heat generation of core 21. Therefore, when input voltage Vin increases, if the heat dissipation structure of core 21 is the same, it is preferable that magnetic flux density Bm also be approximately the same. Let's assume that the input voltage Vin input to input terminal 6 of power conversion device 1 increases, for example, three times.
この場合には、上記関係式より、スイッチング素子9がオンする期間Tonを1/3倍の値にするか、第1巻線部29の巻き数Nを3倍の値にするか、または、脚部23aの断面積Aeを3倍の値にするか、いずれかの値を選択する必要がある。また、期間Tonの値、巻き数Nの値および断面積Aeの値の増減を組み合わせることによって、上記関係式を満たすようにする必要がある。In this case, based on the above equation, it is necessary to select one of the following values: the period Ton during which the switching element 9 is on is multiplied by one-third, the number of turns N of the first winding portion 29 is multiplied by three, or the cross-sectional area Ae of the leg portion 23a is multiplied by three. Furthermore, it is necessary to satisfy the above equation by combining increases and decreases in the values of the period Ton, the number of turns N, and the cross-sectional area Ae.
なお、スイッチング素子9がオンする期間Tonを減少させる場合には、インバータ回路部2におけるスイッチング素子9の発熱量と整流回路部4における整流素子12の発熱量との双方の発熱量が増加することになる。このため、スイッチング素子9の放熱構造および整流素子12の放熱構造が同等の放熱構造であれば、スイッチング素子9がオンする期間Tonも同等の期間であることが好ましい。 In addition, if the period Ton during which the switching element 9 is on is reduced, the amount of heat generated by both the switching element 9 in the inverter circuit section 2 and the rectifier element 12 in the rectifier circuit section 4 will increase. Therefore, if the heat dissipation structure of the switching element 9 and the heat dissipation structure of the rectifier element 12 are equivalent, it is preferable that the period Ton during which the switching element 9 is on is also equivalent.
配線部材41における第1巻線部29(一次巻線部11a)の巻き数Nを増加させる場合には、金属ベース基板31として、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bを変更する必要はなく、配線部材41を変更すればよい。なお、この場合、金属ベース基板31としては、1枚の金属ベース基板によって構成するようにしてもよい。 When increasing the number of turns N of the first winding portion 29 (primary winding portion 11a) in the wiring member 41, it is not necessary to change the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b as the metal base substrate 31; it is sufficient to change the wiring member 41. In this case, the metal base substrate 31 may be formed from a single metal base substrate.
脚部23aの断面積Aeを増加させる場合には、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bを変更することなく、E型コア23の脚部23aが挿通される挿通部32a(32)が形成されるように、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間隔(長さSL)を確保すればよい。また、配線部材41に、E型コア23の脚部23aが挿通される挿通部42a(42)が形成されるように、配線部材41を変更すればよい。 To increase the cross-sectional area Ae of the leg 23a, the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b need only be modified to ensure the spacing (length SL) between them so that the insertion portion 32a (32) through which the leg 23a of the E-shaped core 23 is inserted is formed, without modifying the first metal base substrate 31a or the second metal base substrate 31b. Furthermore, the wiring member 41 can be modified so that the insertion portion 42a (42) through which the leg 23a of the E-shaped core 23 is inserted is formed in the wiring member 41.
配線部材41における第1巻線部29(一次巻線部11a)の巻き数Nは、絶縁距離の制約および配線幅の制約によって、選択しうる設計範囲が限られている。このため、金属ベース基板31として、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを適用することで、E型コア23の脚部23aの断面積Aeを変更可能としたうえで、巻き数Nと断面積Aeとを組み合わせて設計範囲を広げることができる。The number of turns N of the first winding portion 29 (primary winding portion 11a) in the wiring member 41 has a limited design range due to constraints on the insulation distance and wiring width. Therefore, by using the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b as the metal base substrate 31, the cross-sectional area Ae of the leg portion 23a of the E-shaped core 23 can be changed, and the design range can be expanded by combining the number of turns N and the cross-sectional area Ae.
電力変換装置1の入力端子6に入力される入力電圧Vinが、3倍になる場合を想定した場合の電力変換装置1(コイル装置20)の構造の一例を、図7に示す。図7に示す電力変換装置1では、金属ベース基板31として、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを適用し、配線部材41の挿通部42とE型コア23の断面積Aeとが変更されている。 Figure 7 shows an example of the structure of the power conversion device 1 (coil device 20) when it is assumed that the input voltage Vin input to the input terminal 6 of the power conversion device 1 is tripled. In the power conversion device 1 shown in Figure 7, a first metal base substrate 31a and a second metal base substrate 31b are used as the metal base substrate 31, and the insertion portion 42 of the wiring member 41 and the cross-sectional area Ae of the E-shaped core 23 are changed.
図7に示す電力変換装置1では、図2に示す電力変換装置1と比べて、E型コア23の断面積Ae(3・CD×CW)が3倍に広げられている。第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとは、断面積Aeが3倍に広げられたE型コア23が挿通しうる挿通部32が形成される態様で、長さSLを隔てて配置されている。また、配線部材41の挿通部42の面積が3倍に広げられている。入力電圧Vinが3倍に増加する場合において、断面積Aeが3倍に広げられていることで、上記関係式が成立することがいえる。 In the power conversion device 1 shown in Figure 7, the cross-sectional area Ae (3 CD x CW) of the E-shaped core 23 is three times larger than that of the power conversion device 1 shown in Figure 2. The first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b are arranged a length SL apart, forming an insertion portion 32 through which the E-shaped core 23, whose cross-sectional area Ae has been increased three times, can be inserted. In addition, the area of the insertion portion 42 of the wiring member 41 is increased three times. When the input voltage Vin increases three times, the cross-sectional area Ae has been increased three times, and therefore the above relationship holds.
このように、入力電圧Vinを増加させるというような電力変換装置1の電気仕様を変更する場合、配線部材41の寸法を変更し、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとについては寸法を変更せず、変更前の第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとを使用することができる。これにより、電気仕様の変更に対して、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bを共通化することができる。その結果、金属ベース基板31の製造コストの低減に寄与することができる。 In this way, when changing the electrical specifications of the power conversion device 1, such as increasing the input voltage Vin, the dimensions of the wiring member 41 can be changed while the dimensions of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b remain unchanged, allowing the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b to be used before the change. This allows the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b to be standardized even when the electrical specifications are changed. As a result, this can contribute to reducing the manufacturing cost of the metal base substrate 31.
なお、上述した電力変換装置1では、配線部材41の絶縁部43における第1主面43aに、第1巻線部29の第1配線本体45aを配置し、絶縁部43における第2主面43bに、第2巻線部30の第2配線本体45bを配置した場合について説明した。たとえば、第1巻線部29の電圧が第2巻線部30の電圧よりも高い場合には、第2巻線部30を流れる電流が、第1巻線部29を流れる電流よりも多くなり、第2巻線部30の発熱量が、第1巻線部29の発熱量よりも多くなる。 In the above-described power conversion device 1, the first wiring body 45a of the first winding portion 29 is arranged on the first main surface 43a of the insulating portion 43 of the wiring member 41, and the second wiring body 45b of the second winding portion 30 is arranged on the second main surface 43b of the insulating portion 43. For example, if the voltage of the first winding portion 29 is higher than the voltage of the second winding portion 30, the current flowing through the second winding portion 30 will be greater than the current flowing through the first winding portion 29, and the amount of heat generated by the second winding portion 30 will be greater than the amount of heat generated by the first winding portion 29.
このため、第2巻線部30を、第2金属ベース基板31bにより近い、絶縁部43における第2主面43bに配置し、電圧が相対的に高い第1巻線部29を、より確実に電気的に絶縁するために、絶縁部43における第1主面43aに配置することが好ましい。 For this reason, it is preferable to arrange the second winding portion 30 on the second main surface 43b of the insulating portion 43, which is closer to the second metal base substrate 31b, and to arrange the first winding portion 29, which has a relatively high voltage, on the first main surface 43a of the insulating portion 43 in order to more reliably provide electrical insulation.
また、上述した電力変換装置1におけるコイル装置20では、第1巻線部29および第2巻線部30のそれぞれが、E型コア23の脚部23aの周囲に1回巻回された構造(巻き数1(1ターン))を例に挙げた。さらに、第1配線本体45aおよび第2配線本体45bが配置される配線部材41として、1枚のプリント基板を例に挙げて説明した。 Furthermore, in the coil device 20 of the above-described power conversion device 1, the first winding portion 29 and the second winding portion 30 are each wound once around the leg portion 23a of the E-shaped core 23 (number of turns: 1). Furthermore, a single printed circuit board was used as an example of the wiring member 41 on which the first wiring body 45a and the second wiring body 45b are arranged.
第1巻線部29および第2巻線部30のそれぞれの巻き数としては、仕様に応じて、2回以上であってもよい。巻き数を増やすのに、配線部材41として、2枚以上のプリント基板を積層させてもよい。2枚以上のプリント基板を積層させる場合、一のプリント基板と他のプリント基板とを、導電性の接合部材によって電気的に接続させるようにしてもよい。また、たとえば、配線本体と絶縁部とを交互に積層させた多層プリント基板を適用してもよい。 The number of turns of each of the first winding portion 29 and the second winding portion 30 may be two or more, depending on the specifications. To increase the number of turns, two or more printed circuit boards may be stacked as the wiring member 41. When two or more printed circuit boards are stacked, one printed circuit board may be electrically connected to the other printed circuit boards using a conductive joining member. Also, for example, a multilayer printed circuit board may be applied in which wiring bodies and insulating portions are alternately stacked.
このように、第1巻線部29および第2巻線部30のそれぞれの巻き数を増やす場合には、プリント基板を積層させればよく、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bを大型化する必要性がない。その結果、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化に寄与することができる。 In this way, when increasing the number of turns of each of the first winding section 29 and the second winding section 30, it is sufficient to stack the printed circuit boards, and there is no need to increase the size of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b. As a result, this contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
(第1変形例)
第1変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図8に示すように、コイル装置20では、金属ベース基板31と配線部材41との間に、封止部材55が充填されている。また、コア21(E型コア23)と第1冷却体39a(溝部40)との間に、封止部材55が充填されている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(First Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a first modification will be described. As shown in Fig. 8, in the coil device 20, a sealing member 55 is filled between the metal base substrate 31 and the wiring member 41. In addition, a sealing member 55 is filled between the core 21 (E-shaped core 23) and the first cooling body 39a (groove portion 40). Note that the rest of the configuration is the same as that of the coil device 20 shown in Fig. 4, so the same members are given the same reference numerals and their description will not be repeated unless necessary.
封止部材55は、約0.1W/(m・K)以上、好ましくは、約1.0W/(m・K)程度の熱伝導率を有する材料から形成されていることが好ましい。封止部材55は、電気的絶縁性を有する。封止部材55は、1MPa以上のヤング率を有していてもよい。封止部材55は、弾性を有する樹脂材料から形成されていてもよい。封止部材55は、熱伝導性フィラーを含有するエポキシ樹脂から形成されていてもよい。封止部材55は、シリコーンまたはウレタン等のゴム材料から形成されていてもよい。 The sealing member 55 is preferably formed from a material with a thermal conductivity of approximately 0.1 W/(m·K) or more, preferably approximately 1.0 W/(m·K). The sealing member 55 is electrically insulating. The sealing member 55 may have a Young's modulus of 1 MPa or more. The sealing member 55 may be formed from an elastic resin material. The sealing member 55 may be formed from an epoxy resin containing a thermally conductive filler. The sealing member 55 may be formed from a rubber material such as silicone or urethane.
このような封止部材55を充填することで、金属ベース基板31において発生した熱と、配線部材41において発生した熱とを、封止部材55を介して第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、金属ベース基板31および配線部材41を放熱するために、金属ベース基板31等を大型化する必要がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。 By filling the space with such a sealing member 55, heat generated in the metal base substrate 31 and the wiring member 41 can be dissipated to the first cooling body 39a via the sealing member 55. As a result, there is no need to increase the size of the metal base substrate 31, etc., in order to dissipate heat from the metal base substrate 31 and the wiring member 41, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、一般的に、電位の異なる導電性材料の間では、一方の導電性材料と他方の導電性材料との間で絶縁破壊を防ぐために、一定以上の沿面距離を確保することが求められる。その一方の導電性材料と他方の導電性材料との間の沿面が、電気伝導性を有する物質によって汚損されるおそれが想定される場合には、沿面距離をより長く確保する必要がある。 In addition, between conductive materials with different potentials, it is generally required to maintain a certain creepage distance between one conductive material and the other to prevent dielectric breakdown. If it is anticipated that the creepage between one conductive material and the other may be contaminated by electrically conductive substances, a longer creepage distance must be maintained.
上述した第1変形例に係るコイル装置20では、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間を含む、金属ベース基板31と配線部材41との間に、封止部材55が充填されている。これにより、金属ベース基板31の表面が、電気伝導性を有する物質によって汚損されるのを阻止することができる。その結果、第1コイルパターン37aと金属ベース本体34との沿面距離と、第2コイルパターン37bと金属ベース本体34との沿面距離との双方を縮めることができ、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化に寄与することができる。In the coil device 20 according to the first modified example described above, a sealing member 55 is filled between the metal base substrate 31 and the wiring member 41, including between the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b. This prevents the surface of the metal base substrate 31 from being contaminated by electrically conductive substances. As a result, it is possible to reduce both the creepage distance between the first coil pattern 37a and the metal base main body 34 and the creepage distance between the second coil pattern 37b and the metal base main body 34, thereby contributing to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、E型コア23が第1冷却体39aに設けられた溝部40に収容された状態で、その溝部40とE型コア23がとの間に封止部材55が充填されている。これにより、コア21において発生する熱を、封止部材55を介して第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱ためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。 In addition, with the E-shaped core 23 housed in the groove 40 provided in the first cooling body 39a, a sealing member 55 is filled between the groove 40 and the E-shaped core 23. This allows heat generated in the core 21 to be dissipated to the first cooling body 39a via the sealing member 55. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
さらに、封止部材55によって、配線部材41が金属ベース基板31に固定された状態になり、コア21(E型コア23)が第1冷却体39aに固定された状態になる。その結果、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。 Furthermore, the sealing member 55 fixes the wiring member 41 to the metal base substrate 31, and fixes the core 21 (E-shaped core 23) to the first cooling body 39a. As a result, the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1, can be improved.
(第2変形例)
第2変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図9に示すように、コイル装置20では、金属ベース基板31とE型コア23との間に、付勢部材としてのバネ等の弾性部材57が介在している。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(Second Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a second modification will now be described. As shown in Fig. 9, in the coil device 20, an elastic member 57 such as a spring serving as a biasing member is interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23. Note that the rest of the configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Fig. 4, and therefore the same members are designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated unless necessary.
上述した第2変形例に係るコイル装置20では、金属ベース基板31とE型コア23との間に弾性部材57が介在している。これにより、E型コア23(コア21)において発生する熱は、バネ等の弾性部材57を介して金属ベース基板31(第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31b)へ効率よく伝導し、金属ベース基板31(金属ベース本体34)に伝導した熱は第1冷却体39aへ放熱されることになる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。In the coil device 20 according to the second modified example described above, an elastic member 57 is interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23. This allows heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently conducted to the metal base substrate 31 (first metal base substrate 31a and second metal base substrate 31b) via the elastic member 57, such as a spring, and the heat conducted to the metal base substrate 31 (metal base main body 34) is dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、金属ベース基板31とE型コア23との間に介在する弾性部材57によって、E型コア23(コア21)が第1冷却体39aに付勢される。その結果、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。 In addition, the elastic member 57 interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23 biases the E-shaped core 23 (core 21) against the first cooling body 39a. As a result, the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1, can be improved.
(第3変形例)
第3変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図10に示すように、コイル装置20では、金属ベース基板31に、付勢部材としての凹凸部59が形成されている。その凹凸部59が、金属ベース基板31とE型コア23との間に介在している。凹凸部59として、金属ベース基板31を加工する際に生じたバリが適用されている。金属ベース基板31(金属ベース本体34)の外形加工の一例としてプレス加工がある。
(Third Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a third modified example will now be described. As shown in Fig. 10, in the coil device 20, a metal base substrate 31 is formed with an uneven portion 59 as a biasing member. The uneven portion 59 is interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23. Burrs generated during processing of the metal base substrate 31 are used as the uneven portion 59. Pressing is an example of processing the outer shape of the metal base substrate 31 (metal base main body 34).
プレス加工では、金型を用いて、金属ベース基板31(金属ベース本体34)に圧力を加えることによって金属ベース基板31が加工される。このプレス加工の際に、金属ベース本体34にバリが生じる。バリは、金属ベース基板31の表面から突出するように生じる。バリは、たとえば、凸部と凹部とが交互に連なるように生じる。In press working, the metal base substrate 31 (metal base main body 34) is processed by applying pressure to the metal base substrate 31 using a mold. During this press working, burrs are generated on the metal base main body 34. The burrs are generated so that they protrude from the surface of the metal base substrate 31. For example, the burrs are generated as alternating convex and concave portions.
このコイル装置20では、プレス加工によって生じたバリを凹凸部59として、金属ベース基板31とE型コア23(コア21)との間に介在させている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。In this coil device 20, burrs generated by press processing are interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23 (core 21) as uneven portions 59. The rest of the configuration is the same as that of the coil device 20 shown in Figure 4, so the same components are given the same reference numerals and their descriptions will not be repeated unless necessary.
上述した第3変形例に係るコイル装置20では、プレス加工に伴って金属ベース基板31に生じたバリを凹凸部59として、金属ベース基板31とE型コア23との間に介在させている。このため、金属ベース基板31とE型コア23との間に介在する凹凸部59によって、E型コア23(コア21)が第1冷却体39aに付勢される。In the coil device 20 according to the third modified example described above, burrs generated on the metal base substrate 31 during press working are formed as uneven portions 59 and are interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23. As a result, the uneven portions 59 interposed between the metal base substrate 31 and the E-shaped core 23 urge the E-shaped core 23 (core 21) toward the first cooling body 39a.
しかも、バリとしての凹凸部59の凸部は尖った形状を有している。これにより、E型コア23(21)は、E型コア23(コア21)を第1冷却体39aに向けて付勢する方向と交差する方向の動きが規制されることになる。その結果、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性をさらに向上させることができる。 In addition, the convex portions of the uneven portion 59 acting as burrs have a pointed shape. This restricts the movement of the E-shaped core 23 (21) in a direction intersecting the direction that urges the E-shaped core 23 (core 21) toward the first cooling body 39a. As a result, the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1, can be further improved.
また、凹凸部59によって、E型コア23(コア21)が第1冷却体39aに付勢されることで、コア21において発生する熱を第1冷却体39aへ効率よく放熱させることができる。その結果、放熱ためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。 In addition, the uneven portion 59 biases the E-shaped core 23 (core 21) toward the first cooling body 39a, allowing the heat generated in the core 21 to be efficiently dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to enlarge the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
実施の形態2.
実施の形態2では、コイル装置としてのトランスの第2例について説明する。図11に示すように、金属ベース基板31に、E型コア23(コア21)を挟み込む挟み込み部としての段差部61aおよび段差部61bが形成されている。
Embodiment 2.
In the second embodiment, a second example of a transformer as a coil device will be described. As shown in Fig. 11, a metal base substrate 31 is formed with stepped portions 61a and 61b as sandwiching portions for sandwiching an E-shaped core 23 (core 21).
第1金属ベース基板31aにおける第1延在部33aと第2金属ベース基板31bにおける第2延在部33bとは、スリット部27を挟んで互いに対向している。段差部61aは、互いに対向する第1延在部33aおよび第2延在部33bのうち、第1延在部33aに形成されている。段差部61bは、互いに対向する第1延在部33aおよび第2延在部33bのうち、第2延在部33bに形成されている。 The first extension portion 33a of the first metal base substrate 31a and the second extension portion 33b of the second metal base substrate 31b face each other across the slit portion 27. The step portion 61a is formed on the first extension portion 33a of the opposing first extension portion 33a and second extension portion 33b. The step portion 61b is formed on the second extension portion 33b of the opposing first extension portion 33a and second extension portion 33b.
E型コア23の一端部が段差部61aに受け入れられ、E型コア23の他端部が段差部61bに受け入れられる態様で、E型コア23が、段差部61a(第1延在部33a)と段差部61b(第2延在部33b)との間に挟み込まれるとともに、第1冷却体39aに付勢されている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。 One end of the E-shaped core 23 is received in the stepped portion 61a, and the other end of the E-shaped core 23 is received in the stepped portion 61b, so that the E-shaped core 23 is sandwiched between the stepped portion 61a (first extension portion 33a) and the stepped portion 61b (second extension portion 33b) and is biased against the first cooling body 39a. The rest of the configuration is the same as that of the coil device 20 shown in Figure 4, so the same components are designated by the same reference numerals and their descriptions will not be repeated unless necessary.
上述したコイル装置20では、E型コア23は、第1延在部33aにおける段差部61aと第2延在部33bにおける段差部61bとの間に挟み込まれるとともに、第1冷却体39aに付勢されている。これにより、E型コア23の動きが規制される。その結果、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。In the coil device 20 described above, the E-shaped core 23 is sandwiched between the step portion 61a in the first extension portion 33a and the step portion 61b in the second extension portion 33b, and is biased against the first cooling body 39a. This restricts the movement of the E-shaped core 23. As a result, the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1, can be improved.
また、E型コア23が、段差部61aに受け入れられていることで、E型コア23と第1金属ベース基板31a(第1延在部33a)との接触面積が増加する。E型コア23が、段差部61bに受け入れられていることで、E型コア23と第2金属ベース基板31b(第2延在部33b)との接触面積が増加する。 In addition, since the E-shaped core 23 is received in the step portion 61a, the contact area between the E-shaped core 23 and the first metal base substrate 31a (first extension portion 33a) increases. Since the E-shaped core 23 is received in the step portion 61b, the contact area between the E-shaped core 23 and the second metal base substrate 31b (second extension portion 33b) increases.
これにより、E型コア23(コア21)において発生する熱は、金属ベース基板31(第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31b)へ効率よく伝導し、金属ベース基板31(金属ベース本体34)に伝導した熱は第1冷却体39aへ放熱されることになる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。As a result, heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) is efficiently conducted to the metal base substrate 31 (first metal base substrate 31a and second metal base substrate 31b), and the heat conducted to the metal base substrate 31 (metal base main body 34) is dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to enlarge the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
(第1変形例)
第1変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図12に示すように、第1金属ベース基板31aにおける第1延在部33aに、E型コア23から配線部材41へ向かって上向きに反った上反り部63aが形成されている。第2金属ベース基板31bにおける第2延在部33bに、E型コア23から配線部材41へ向かって上向きに反った上反り部63bが形成されている。
(First Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a first modified example will be described. As shown in Fig. 12, a first extending portion 33a of a first metal base substrate 31a has an upwardly curved portion 63a that curves upward from the E-shaped core 23 toward the wiring member 41. A second extending portion 33b of a second metal base substrate 31b has an upwardly curved portion 63b that curves upward from the E-shaped core 23 toward the wiring member 41.
E型コア23の厚さは、溝部40の深さに相当する厚さ以上の厚さに設定されて、上反り部63aと上反り部63bとがE型コア23に当接するように構成されている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。 The thickness of the E-shaped core 23 is set to a thickness equal to or greater than the depth of the groove 40, and the upwardly curved portions 63a and 63b are configured to abut against the E-shaped core 23. The rest of the configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Figure 4, so the same components are given the same reference numerals and their descriptions will not be repeated unless necessary.
上述した第1変形例に係るコイル装置20では、第1金属ベース基板31a(上反り部63a)と第1冷却体39aとの間に、E型コア23が挟み込まれるとともに、第2金属ベース基板31b(上反り部63b)と第1冷却体39aとの間に、E型コア23が挟み込まれる。このとき、上反り部63aと上反り部63bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されて、E型コア23(コア21)が第1冷却体39aに固定される。これにより、E型コア23(コア21)を第1冷却体39aに固定する固定部材が不要になり、製造コストの低減に寄与することができる。In the coil device 20 according to the first modified example described above, the E-shaped core 23 is sandwiched between the first metal base substrate 31a (upwardly curved portion 63a) and the first cooling body 39a, and the E-shaped core 23 is sandwiched between the second metal base substrate 31b (upwardly curved portion 63b) and the first cooling body 39a. The upwardly curved portions 63a and 63b urge the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, securing the E-shaped core 23 (core 21) to the first cooling body 39a. This eliminates the need for a fixing member to secure the E-shaped core 23 (core 21) to the first cooling body 39a, contributing to reduced manufacturing costs.
また、上反り部63aと上反り部63bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されることで、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。さらに、上反り部63aと上反り部63bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されることで、E型コア23(コア21)において発生する熱を、第1冷却体39aへ効率よく放熱させることができる。 In addition, the upward cambered portions 63a and 63b bias the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, thereby improving the vibration resistance of the coil device 20 and, ultimately, the vibration resistance of the power conversion device 1. Furthermore, the upward cambered portions 63a and 63b bias the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, thereby enabling heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently dissipated to the first cooling body 39a.
また、図13に示すように、上反り部63aおよび上反り部63bがそれぞれ当接するE型コア23の部分に、上反り部63aおよび上反り部63bのそれぞれに沿うように傾斜部24を設けてもよい。E型コア23に傾斜部24を設けることで、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bのそれぞれとE型コア23との接触面積を拡げることができる。13, an inclined portion 24 may be provided along the cambered portion 63a and the cambered portion 63b at the portion of the E-shaped core 23 where the cambered portion 63a and the cambered portion 63b contact each other. By providing the inclined portion 24 on the E-shaped core 23, the contact area between the E-shaped core 23 and each of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b can be increased.
これにより、E型コア23(コア21)において発生する熱を、金属ベース基板31へ効率よく伝導させ、その金属ベース基板31に伝導した熱を第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。This allows the heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently conducted to the metal base substrate 31, and the heat conducted to the metal base substrate 31 to be dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to enlarge the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
(第2変形例)
第2変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図14に示すように、第1金属ベース基板31aにおける第1延在部33aに、第1冷却体39aからE型コア23へ向かって下向きに反った下反り部65aが形成されている。第2金属ベース基板31bにおける第2延在部33bに、第1冷却体39aからE型コア23へ向かって下向きに反った下反り部65bが形成されている。
(Second Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a second modification will be described. As shown in Fig. 14, a downwardly curved portion 65a that curves downward from the first cooling body 39a toward the E-core 23 is formed on the first extension portion 33a of the first metal base substrate 31a. A downwardly curved portion 65b that curves downward from the first cooling body 39a toward the E-core 23 is formed on the second extension portion 33b of the second metal base substrate 31b.
E型コア23の厚さは、溝部40の深さに相当する厚さ以下の厚さに設定されて、下反り部65aと下反り部65bとがE型コア23に当接するように構成されている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。 The thickness of the E-shaped core 23 is set to a thickness equal to or less than the depth of the groove 40, and the downwardly curved portions 65a and 65b are configured to abut against the E-shaped core 23. Other than this, the configuration is the same as that of the coil device 20 shown in Figure 4, so the same components are given the same reference numerals and their descriptions will not be repeated unless necessary.
上述した第2変形例に係るコイル装置20では、第1金属ベース基板31a(下反り部65a)と第1冷却体39aとの間に、E型コア23が挟み込まれるとともに、第2金属ベース基板31b(下反り部65b)と第1冷却体39aとの間に、E型コア23が挟み込まれる。このとき、下反り部65aと下反り部65bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されて、E型コア23(コア21)が第1冷却体39aに固定される。これにより、E型コア23(コア21)を第1冷却体39aに固定する固定部材が不要になり、製造コストの低減に寄与することができる。In the coil device 20 according to the second modified example described above, the E-shaped core 23 is sandwiched between the first metal base substrate 31a (the downwardly curved portion 65a) and the first cooling body 39a, and the E-shaped core 23 is sandwiched between the second metal base substrate 31b (the downwardly curved portion 65b) and the first cooling body 39a. The downwardly curved portions 65a and 65b urge the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, securing the E-shaped core 23 (core 21) to the first cooling body 39a. This eliminates the need for a fixing member to secure the E-shaped core 23 (core 21) to the first cooling body 39a, contributing to reduced manufacturing costs.
また、下反り部65aと下反り部65bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されることで、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。さらに、下反り部65aと下反り部65bとによってE型コア23が第1冷却体39aに付勢されることで、E型コア23(コア21)において発生する熱を、第1冷却体39aへ効率よく放熱させることができる。 In addition, the downwardly curved portions 65a and 65b bias the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, thereby improving the vibration resistance of the coil device 20 and, ultimately, the vibration resistance of the power conversion device 1. Furthermore, the downwardly curved portions 65a and 65b bias the E-shaped core 23 toward the first cooling body 39a, thereby enabling heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently dissipated to the first cooling body 39a.
また、図15に示すように、下反り部65aおよび下反り部65bがそれぞれ当接するE型コア23の部分に、下反り部65aおよび下反り部65bのそれぞれに沿うように傾斜部24を設けてもよい。E型コア23に傾斜部24を設けることで、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bのそれぞれとE型コア23との接触面積を拡げることができる。15, an inclined portion 24 may be provided along the downwardly curved portion 65a and the downwardly curved portion 65b at the portion of the E-shaped core 23 where the downwardly curved portion 65a and the downwardly curved portion 65b contact each other. By providing the inclined portion 24 on the E-shaped core 23, the contact area between the E-shaped core 23 and each of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b can be increased.
これにより、E型コア23(コア21)において発生する熱を、金属ベース基板31へ効率よく伝導させ、その金属ベース基板31に伝導した熱を第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。This allows the heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently conducted to the metal base substrate 31, and the heat conducted to the metal base substrate 31 to be dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to enlarge the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
実施の形態3.
実施の形態3では、コイル装置としてのトランスの第3例について説明する。図16に示すように、E型コア23に、スリット部27に向かって突出した凸部67が形成されている。凸部67は、第1延在部33a(第1金属ベース基板31a)と第2延在部33b(第2金属ベース基板31b)との間に挟み込まれている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
Embodiment 3.
In the third embodiment, a third example of a transformer as a coil device will be described. As shown in Fig. 16, a convex portion 67 protruding toward the slit portion 27 is formed on the E-shaped core 23. The convex portion 67 is sandwiched between the first extension portion 33a (first metal base substrate 31a) and the second extension portion 33b (second metal base substrate 31b). The remaining configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Fig. 4, so the same components are designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated unless necessary.
上述したコイル装置20では、E型コア23に、スリット部27に向かって突出した凸部67が形成されている。これにより、コア21(E型コア23)が、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間に挟み込まれた状態で、E型コア23が第1冷却体39aに押え付けられる。これにより、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。 In the coil device 20 described above, the E-shaped core 23 has a protrusion 67 that protrudes toward the slit portion 27. This allows the core 21 (E-shaped core 23) to be pressed against the first cooling body 39a while sandwiched between the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b. This improves the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1.
また、E型コア23に設けられた凸部67が、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間に挟み込まれていることで、第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31bのそれぞれとE型コア23との接触面積を拡げることができる。 In addition, since the convex portion 67 provided on the E-shaped core 23 is sandwiched between the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b, the contact area between the E-shaped core 23 and each of the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b can be increased.
これにより、E型コア23(コア21)において発生する熱を、金属ベース基板31へ効率よく伝導させ、その金属ベース基板31に伝導した熱を第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。This allows the heat generated in the E-shaped core 23 (core 21) to be efficiently conducted to the metal base substrate 31, and the heat conducted to the metal base substrate 31 to be dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to enlarge the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
実施の形態4.
実施の形態4では、コイル装置としてのトランスの第4例について説明する。図17に示すように、第1延在部33a(第1金属ベース基板31a)およびE型コア23を貫通して第1冷却体39aに達する、第1固定部材としてのネジ部材69が取り付けられている。第2延在部33b(第2金属ベース基板31b)およびE型コア23を貫通して第1冷却体39aに達する、第1固定部材としてのネジ部材69が取り付けられている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
Embodiment 4.
In the fourth embodiment, a fourth example of a transformer as a coil device will be described. As shown in Fig. 17, a screw member 69 is attached as a first fixing member, penetrating the first extension portion 33a (first metal base substrate 31a) and the E-shaped core 23 to reach the first cooling body 39a. A screw member 69 is attached as a first fixing member, penetrating the second extension portion 33b (second metal base substrate 31b) and the E-shaped core 23 to reach the first cooling body 39a. Note that the rest of the configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Fig. 4, so the same members are designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated unless necessary.
上述したコイル装置20では、ネジ部材69によって、第1金属ベース基板31a、第2金属ベース基板31bおよびE型コア23が第1冷却体39aに固定される。これにより、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。In the coil device 20 described above, the first metal base substrate 31a, the second metal base substrate 31b, and the E-shaped core 23 are fixed to the first cooling body 39a by the screw members 69. This improves the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1.
また、コア21(E型コア23)において発生する熱が、ネジ部材69を介して第1金属ベース基板31aおよび第2金属ベース基板31b(金属ベース基板31)に効率よく伝導し、金属ベース基板31に伝導した熱は第1冷却体39aに放熱される。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。 In addition, heat generated in the core 21 (E-shaped core 23) is efficiently conducted to the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b (metal base substrate 31) via the screw member 69, and the heat conducted to the metal base substrate 31 is dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
(変形例)
変形例に係るコイル装置20(電力変換装置)について説明する。図18に示すように、第1金属ベース基板31a(第1延在部33a)と第2金属ベース基板31b(第2延在部33b)との間に絶縁部材71が充填されている。その絶縁部材71およびE型コア23を貫通して第1冷却体39aに達する、第2固定部材としてのネジ部材73が取り付けられている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(Modification)
A coil device 20 (power conversion device) according to a modified example will be described. As shown in Fig. 18, an insulating member 71 is filled between a first metal base substrate 31a (first extension portion 33a) and a second metal base substrate 31b (second extension portion 33b). A screw member 73 is attached as a second fixing member, penetrating the insulating member 71 and the E-shaped core 23 and reaching the first cooling body 39a. The remaining configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Fig. 4, and therefore the same members are designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated unless necessary.
上述した変形例に係るコイル装置20では、第1延在部33aと第2延在部33bとの間に介在する絶縁部材71およびE型コア23が、ネジ部材73によって第1冷却体39aに固定される。これにより、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。また、E型コア23が第1冷却体39aに押え付けられることで、コア21において発生した熱を、第1冷却体39aへ効率よく放熱させることができる。In the coil device 20 according to the modified example described above, the insulating member 71 and the E-shaped core 23 interposed between the first extension portion 33a and the second extension portion 33b are fixed to the first cooling body 39a by the screw member 73. This improves the vibration resistance of the coil device 20 and, ultimately, the vibration resistance of the power conversion device 1. Furthermore, by pressing the E-shaped core 23 against the first cooling body 39a, heat generated in the core 21 can be efficiently dissipated to the first cooling body 39a.
なお、絶縁部材71としては、電気的絶縁性を有する材料から形成されていればよい。これにより、第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとの間の領域において、絶縁破壊が生じるのを、より効果的に防止することができる。 The insulating member 71 may be made of any electrically insulating material. This more effectively prevents dielectric breakdown in the region between the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b.
実施の形態5.
実施の形態5では、コイル装置としてのトランスの第5例について説明する。図19に示すように、第1延在部33a(第1金属ベース基板31a)は、コア21の外側領域からコア21の内側領域に向かって、幅が徐々に狭まるように形成されている。第2延在部33b(第2金属ベース基板31b)は、コア21の外側領域からコア21の内側領域に向かって、幅が徐々に狭まるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図4に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
Embodiment 5.
In the fifth embodiment, a fifth example of a transformer as a coil device will be described. As shown in Fig. 19, the first extension 33a (first metal base substrate 31a) is formed so that its width gradually narrows from the outer region of the core 21 toward the inner region of the core 21. The second extension 33b (second metal base substrate 31b) is formed so that its width gradually narrows from the outer region of the core 21 toward the inner region of the core 21. Note that the rest of the configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Fig. 4, so the same components are designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated unless necessary.
上述したコイル装置20では、第1延在部33aおよび第2延在部33bのそれぞれにおける、コア21の外側領域に位置する部分(付根部分)は、幅WAを有する。また、第1延在部33aおよび第2延在部33bのそれぞれにおける先端部(コア21の内側領域)は、幅WBを有する。E型コア23において、隣り合う脚部23aと脚部23b(または脚部23c)との間隔は、間隔DLである。幅WAは、間隔DLよりも広く設定されている。幅WBは、間隔DLよりも狭く設定されている。 In the coil device 20 described above, the portions (root portions) of the first extension portion 33a and the second extension portion 33b located in the outer region of the core 21 have a width WA. The tip portions (inner region of the core 21) of the first extension portion 33a and the second extension portion 33b have a width WB. In the E-shaped core 23, the distance between adjacent leg portions 23a and 23b (or leg portions 23c) is distance DL. Width WA is set wider than distance DL. Width WB is set narrower than distance DL.
これにより、一方の第1延在部33aは、脚部23aと脚部23bとの双方の角部22aに当接する。他方の第1延在部33aは、脚部23aと脚部23cとの双方に角部22a当接する。また、一方の第2延在部33bは、脚部23aと脚部23bとの双方の角部22bに当接する。他方の第2延在部33bは、脚部23aと脚部23cとの双方の角部22bに当接する。 As a result, one first extension portion 33a abuts against the corners 22a of both legs 23a and 23b. The other first extension portion 33a abuts against the corners 22a of both legs 23a and 23c. Furthermore, one second extension portion 33b abuts against the corners 22b of both legs 23a and 23b. The other second extension portion 33b abuts against the corners 22b of both legs 23a and 23c.
第1延在部33aがE型コア23の角部22aに当接し、第2延在部33bがE型コア23の角部22bに当接することで、コア21(E型コア23)が、第1延在部33aと第2延在部33bとの間に挟み込まれる。その結果、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。 The first extension 33a abuts against the corner 22a of the E-shaped core 23, and the second extension 33b abuts against the corner 22b of the E-shaped core 23 , so that the core 21 (E-shaped core 23) is sandwiched between the first extension 33a and the second extension 33b. As a result, the vibration resistance of the coil device 20, and therefore the vibration resistance of the power conversion device 1, can be improved.
(第1変形例)
第1変形例について説明する。図20に示すように、第1延在部33aは、コア21の外側領域から内側領域へ向かって長さEFLを有する。第2延在部33bは、コア21の外側領域から内側領域へ向かって長さESLを有する。2つの第1延在部33aのそれぞれの長さEFLは、2つの第2延在部33bのそれぞれの長さESLよりも短い。それぞれ長さESLを有する2つの第2延在部33bは、コア21の中央部CP(延在方向)を超えて、コア21の内側領域に位置している。
(First Modification)
A first modification will be described. As shown in Fig. 20 , the first extension portion 33a has a length EFL extending from the outer region toward the inner region of the core 21. The second extension portion 33b has a length ESL extending from the outer region toward the inner region of the core 21. The length EFL of each of the two first extension portions 33a is shorter than the length ESL of each of the two second extension portions 33b. The two second extension portions 33b, each having the length ESL, are located beyond the center portion CP (extension direction) of the core 21 in the inner region of the core 21.
第1変形例に係るコイル装置20では、第2金属ベース基板31bにおける2つの第2延在部33bが、コア21の中央部CPを超えて位置する。これにより、コア21において最も発熱量が高い中央部CP付近において発生した熱は、2つの第2延在部33bを介して第2金属ベース基板31bへ効率よく伝導する。第2金属ベース基板31bに伝導した熱は、第1冷却体39aへ放熱される。 In the coil device 20 according to the first variant, the two second extension portions 33b of the second metal base substrate 31b are positioned beyond the central portion CP of the core 21. As a result, heat generated near the central portion CP, where the amount of heat generated in the core 21 is the highest, is efficiently conducted to the second metal base substrate 31b via the two second extension portions 33b. The heat conducted to the second metal base substrate 31b is dissipated to the first cooling body 39a.
なお、第1金属ベース基板31aにおける2つの第1延在部33aが、コア21の中央部CPを超えて位置するようにしてもよい。この場合には、コア21において最も発熱量が高い中央部CP付近において発生した熱は、2つの第1延在部33aを介して第1金属ベース基板31aへ効率よく伝導する。第1金属ベース基板31aに伝導した熱は、第1冷却体39aへ放熱される。 The two first extensions 33a of the first metal base substrate 31a may be positioned beyond the center CP of the core 21. In this case, heat generated near the center CP, where the amount of heat generated in the core 21 is the highest, is efficiently conducted to the first metal base substrate 31a via the two first extensions 33a. The heat conducted to the first metal base substrate 31a is dissipated to the first cooling body 39a.
(第2変形例)
第2変形例に係るコイル装置20(電力変換装置)について説明する。図21に示すように、第1延在部33aは、コア21の外側領域から内側領域へ向かって長さEFLを有する。第2延在部33bは、コア21の外側領域から内側領域へ向かって長さESLを有する。一方の第1延在部33aの長さEFLは、一方の第2延在部33bの長さESLよりも長い。他方の第1延在部33aの長さEFLは、他方の第2延在部33bの長さESLよりも短い。長さEFLを有する一方の第1延在部33aは、コア21の中央部CP(延在方向)を超えて、コア21の内側領域に位置する。長さESLを有する他方の第2延在部33bは、コア21の中央部CP(延在方向)を超えて、コア21の内側領域に位置する。
(Second Modification)
A coil device 20 (power conversion device) according to a second modification will be described. As shown in FIG. 21 , the first extension portion 33a has a length EFL extending from the outer region toward the inner region of the core 21. The second extension portion 33b has a length ESL extending from the outer region toward the inner region of the core 21. The length EFL of one first extension portion 33a is longer than the length ESL of one second extension portion 33b. The length EFL of the other first extension portion 33a is shorter than the length ESL of the other second extension portion 33b. The one first extension portion 33a having the length EFL is located in the inner region of the core 21 beyond the center portion CP (extension direction) of the core 21. The other second extension portion 33b having the length ESL is located in the inner region of the core 21 beyond the center portion CP (extension direction) of the core 21.
第2変形例に係るコイル装置20では、第1金属ベース基板31aにおける一方の第1延在部33aが、コア21の中央部CPを超えて位置する。また、第2金属ベース基板31bにおける他方の第2延在部33bが、コア21の中央部CPを超えて位置する。これにより、コア21において最も発熱量が高い中央部CP付近において発生した熱は、一方の第1延在部33aを介して第1金属ベース基板31aへ効率よく伝導するとともに、他方の第2延在部33bを介して第2金属ベース基板31bへ効率よく伝導する。第1金属ベース基板31aと第2金属ベース基板31bとにそれぞれ伝導した熱は、第1冷却体39aへ放熱される。 In the coil device 20 according to the second modified example, one of the first extension portions 33a in the first metal base substrate 31a is positioned beyond the center CP of the core 21. Furthermore, the other of the second extension portions 33b in the second metal base substrate 31b is positioned beyond the center CP of the core 21. As a result, heat generated near the center CP of the core 21, where the amount of heat generated is the highest, is efficiently conducted to the first metal base substrate 31a via one of the first extension portions 33a, and also efficiently conducted to the second metal base substrate 31b via the other second extension portion 33b. The heat conducted to the first metal base substrate 31a and the second metal base substrate 31b is dissipated to the first cooling body 39a.
実施の形態6.
実施の形態6では、コイル装置としてのトランスの第6例について説明する。ここでは、必要に応じて、X-Y-Z直交座標系を用いて説明する。また、図4等に示すコイル装置20の構成と同一の部材については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
Embodiment 6.
In the sixth embodiment, a sixth example of a transformer as a coil device will be described. Here, the X-Y-Z Cartesian coordinate system will be used as needed. Furthermore, the same components as those in the coil device 20 shown in FIG. 4 and other figures will be given the same reference numerals, and their descriptions will not be repeated unless necessary.
図22、図23、図24および図25に示すように、コイル装置20としてのトランス11では、コア21として、第1コア21a、第2コア21b、第3コア21cおよび第4コア21dを備えている。冷却体39として、第1冷却体39aに加えて、第2冷却体39b、第3冷却体39c、第4冷却体39d、第5冷却体39eおよび第6冷却体39fを備えている。第2冷却体39b、第3冷却体39c、第4冷却体39d、第5冷却体39eおよび第6冷却体39fのそれぞれは、第1冷却体39aに載置されている。第2冷却体39b~第6冷却体39fは、第1冷却体39aに熱接合されている。 As shown in Figures 22, 23, 24, and 25, the transformer 11 as the coil device 20 includes the first core 21a, the second core 21b, the third core 21c, and the fourth core 21d as the cores 21. The cooling bodies 39 include the first cooling body 39a, the second cooling body 39b, the third cooling body 39c, the fourth cooling body 39d, the fifth cooling body 39e, and the sixth cooling body 39f. The second cooling body 39b, the third cooling body 39c, the fourth cooling body 39d, the fifth cooling body 39e, and the sixth cooling body 39f are each placed on the first cooling body 39a. The second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f are thermally joined to the first cooling body 39a.
第1配線本体45aは、第1配線本体第1部45aaと第1配線本体第2部45abとを含む。第1配線本体第1部45aaおよび第1配線本体第2部45abのそれぞれは、第1方向としてのX軸に沿って延在する部分を含む。第2配線本体45bは、第2配線本体第1部45baと第2配線本体第2部45bbとを含む。第2配線本体第1部45baおよび第2配線本体第2部45bbのそれぞれは、X軸に沿って延在する部分を含む。第1配線本体第1部45aaおよび第2配線本体第1部45baと、第1配線本体第2部45abおよび第2配線本体第2部45bbとは、第2方向としてのY軸方向に距離を隔てて配置されている。 The first wiring body 45a includes a first wiring body first portion 45aa and a first wiring body second portion 45ab. The first wiring body first portion 45aa and the first wiring body second portion 45ab each include a portion extending along the X-axis, which is the first direction. The second wiring body 45b includes a second wiring body first portion 45ba and a second wiring body second portion 45bb. The second wiring body first portion 45ba and the second wiring body second portion 45bb each include a portion extending along the X-axis. The first wiring body first portion 45aa and the second wiring body first portion 45ba, and the first wiring body second portion 45ab and the second wiring body second portion 45bb are arranged at a distance in the Y-axis direction, which is the second direction.
第2コア21bは、第1コア21aに対してX軸方向に距離を隔てて配置されている。第3コア21cは、第1コア21aに対してY軸方向に距離を隔てて配置されている。第4コア21dは、第3コア21cに対してX軸方向に距離を隔てられ、かつ、第2コア21bに対してY軸方向に距離を隔てて配置されている。4つの第1コア21a~第4コア21dは、マトリクス状(2×2)に配置されている。 The second core 21b is arranged at a distance in the X-axis direction from the first core 21a. The third core 21c is arranged at a distance in the Y-axis direction from the first core 21a. The fourth core 21d is arranged at a distance in the X-axis direction from the third core 21c and at a distance in the Y-axis direction from the second core 21b. The four cores, first core 21a to fourth core 21d, are arranged in a matrix (2x2).
第2冷却体39bは、第1コア21aと第2コア21bとの間に配置されている。第2冷却体39bは、第1コア21aおよび第2コア21bのそれぞれとは、隙間を開けて配置されている。第3冷却体39cは、第1コア21aと第3コア21cとの間に配置され、かつ、第2コア21bと第4コア21dとの間に配置されている。 The second cooling body 39b is disposed between the first core 21a and the second core 21b. The second cooling body 39b is disposed with a gap between it and the first core 21a and the second core 21b. The third cooling body 39c is disposed between the first core 21a and the third core 21c, and also between the second core 21b and the fourth core 21d.
第4冷却体39dは、第4冷却体39dと第3冷却体39cとによって第1コア21aを挟み込む態様で、第1コア21aに対して第3冷却体39cが配置されている側とは反対側に配置されている。また、第4冷却体39dは、第4冷却体39dと第3冷却体39cとによって第2コア21bを挟み込む態様で、第2コア21bに対して第3冷却体39cが配置されている側とは反対側に配置されている。 The fourth cooling body 39d is arranged on the opposite side of the first core 21a from the side on which the third cooling body 39c is arranged, with the first core 21a sandwiched between the fourth cooling body 39d and the third cooling body 39c. The fourth cooling body 39d is also arranged on the opposite side of the second core 21b from the side on which the third cooling body 39c is arranged, with the second core 21b sandwiched between the fourth cooling body 39d and the third cooling body 39c.
第5冷却体39eは、第5冷却体39eと第3冷却体39cとによって第3コア21cを挟み込む態様で、第3コア21cに対して第3冷却体39cが配置されている側とは反対側に配置されている。また、第5冷却体39eは、第5冷却体39eと第3冷却体39cとによって第4コア21dを挟み込む態様で、第4コア21dに対して第3冷却体39cが配置されている側とは反対側に配置されている。第6冷却体39fは、第3冷却体39cと第4冷却体39dとの間に配置されている。第6冷却体39fは、第3冷却体39cおよび第4冷却体39dのそれぞれとは、隙間を開けて配置されている。 The fifth cooling body 39e is arranged on the opposite side of the third core 21c from the side on which the third cooling body 39c is arranged, with the third core 21c sandwiched between the fifth cooling body 39e and the third cooling body 39c. The fifth cooling body 39e is arranged on the opposite side of the fourth core 21d from the side on which the third cooling body 39c is arranged, with the fourth core 21d sandwiched between the fifth cooling body 39e and the third cooling body 39c. The sixth cooling body 39f is arranged between the third cooling body 39c and the fourth cooling body 39d. The sixth cooling body 39f is arranged with a gap between it and the third cooling body 39c and the fourth cooling body 39d.
第3冷却体39cは、第1コア21a、第2コア21b、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに接触している。第3冷却体39cは、第1コア21a、第2コア21b、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに熱接合している。 The third cooling body 39c is in contact with each of the first core 21a, second core 21b, third core 21c, and fourth core 21d. The third cooling body 39c is thermally bonded to each of the first core 21a, second core 21b, third core 21c, and fourth core 21d.
第4冷却体39dは、第1コア21aおよび第2コア21bのそれぞれに接触している。第4冷却体39dは、第1コア21aおよび第2コア21bのそれぞれに熱接合している。第5冷却体39eは、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに接触している。第5冷却体39eは、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに熱接合している。これにより、コア21(第1コア21a~第4コア21d)は、第3冷却体39c、第4冷却体39dおよび第5冷却体39eのそれぞれを介して第1冷却体39aに熱接合されることになる。 The fourth cooling body 39d is in contact with each of the first core 21a and the second core 21b. The fourth cooling body 39d is thermally bonded to each of the first core 21a and the second core 21b. The fifth cooling body 39e is in contact with each of the third core 21c and the fourth core 21d. The fifth cooling body 39e is thermally bonded to each of the third core 21c and the fourth core 21d. As a result, the core 21 (first core 21a to fourth core 21d) is thermally bonded to the first cooling body 39a via each of the third cooling body 39c, the fourth cooling body 39d, and the fifth cooling body 39e.
第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれは、第2冷却体第1部としてのE型冷却体38aと、第2冷却体第2部としてのI型冷却体38bとを含む。E型冷却体38aは、第1冷却体39aに配置されている。I型冷却体38bは、E型冷却体38aと対向するように配置されている。E型冷却体38aは、脚部38aa、脚部38abおよび脚部38acを有する。I型冷却体38bは、脚部38aa、脚部38abおよび脚部38acのそれぞれに接触するように配置されている。 The second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f each include an E-type cooling body 38a as the first part of the second cooling body and an I-type cooling body 38b as the second part of the second cooling body. The E-type cooling body 38a is disposed on the first cooling body 39a. The I-type cooling body 38b is disposed opposite the E-type cooling body 38a. The E-type cooling body 38a has legs 38aa, 38ab, and 38ac. The I-type cooling body 38b is disposed in contact with each of the legs 38aa, 38ab, and 38ac.
E型冷却体38aとI型冷却体38bとは、配線部材41に対して、第1冷却体39aが配置されている側と、第1冷却体39aが配置されている側とは反対側とから、配線部材41を挟み込むように配置されている。E型冷却体38aは、熱伝導部材75を介して配線部材41に熱接合されている。I型冷却体38bは、熱伝導部材76を介して配線部材41に熱接合されている。これにより、配線部材41は、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれを介して第1冷却体39aに熱接合されることになる。 The E-type cooling body 38a and the I-type cooling body 38b are arranged with the wiring member 41 sandwiched between them, from the side where the first cooling body 39a is arranged and the side opposite the side where the first cooling body 39a is arranged. The E-type cooling body 38a is thermally bonded to the wiring member 41 via a thermal conductive member 75. The I-type cooling body 38b is thermally bonded to the wiring member 41 via a thermal conductive member 76. As a result, the wiring member 41 is thermally bonded to the first cooling body 39a via both the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f.
なお、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fとして、E型冷却体38aとI型冷却体38bとを組み合わせた構造としたが、組み合わせることによって配線部材41を挟み込むことができれば、E型冷却体38aおよびI型冷却体38bに限られるものではない。たとえば、2つのE型冷却体を組み合わせた構造であってもよい。 Note that the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f are configured by combining the E-type cooling body 38a and the I-type cooling body 38b, but as long as the wiring member 41 can be sandwiched by combining them, the configuration is not limited to the E-type cooling body 38a and the I-type cooling body 38b. For example, a configuration combining two E-type cooling bodies may also be used.
第2冷却体39b~第6冷却体39fのそれぞれの熱伝導率としては、たとえば、1.0W/(m・K)以上が好ましく、10.0W/(m・K)以上がより好ましく、100.0W/(m・K)以上がさらに好ましい。また、第2冷却体39b~第6冷却体39fのそれぞれは、たとえば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金またはアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。 The thermal conductivity of each of the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f is preferably 1.0 W/(m·K) or more, more preferably 10.0 W/(m·K) or more, and even more preferably 100.0 W/(m·K) or more. Furthermore, each of the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f is formed from a metal material such as copper, iron, aluminum, an iron alloy, or an aluminum alloy.
さらに、第2冷却体39b~第6冷却体39fのそれぞれは、たとえば、高い熱伝導率を有する樹脂から形成されていてもよい。なお、第2冷却体39b~第6冷却体39fのそれぞれは、接地電位と同じ電位になるように、他の部材と電気的に接続されていてもよい。 Furthermore, each of the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f may be formed, for example, from a resin with high thermal conductivity. Each of the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f may be electrically connected to another member so that it has the same potential as the ground potential.
配線部材41には、挿通部42として、挿通部42a、挿通部42b、挿通部42c、挿通部42dおよび挿通部42eが形成されている。挿通部42aには、コア21(第1コア21aおよび第2コア21b)の脚部23c(図2参照)、コア21(第3コア21cおよび第4コア21d)の脚部23b(図2参照)、第3冷却体39c、E型冷却体38a(第2冷却体39b)の脚部38ac、および、E型冷却体38a(第6冷却体39f)の脚部38abが挿通される。The wiring member 41 has the following insertion portions 42: insertion portion 42a, insertion portion 42b, insertion portion 42c, insertion portion 42d, and insertion portion 42e. The legs 23c (see Figure 2) of the cores 21 (first core 21a and second core 21b), the legs 23b (see Figure 2) of the cores 21 (third core 21c and fourth core 21d), the third cooling body 39c, the legs 38ac of the E-type cooling body 38a (second cooling body 39b), and the legs 38ab of the E-type cooling body 38a (sixth cooling body 39f) are inserted through the insertion portion 42a.
挿通部42bには、コア21(第1コア21aおよび第2コア21b)の脚部23a(図2参照)およびE型冷却体38a(第2冷却体39b)の脚部38aaが挿通される。挿通部42cには、コア21(第3コア21cおよび第4コア21d)の脚部23a(図2参照)およびE型冷却体38a(第6冷却体39f)の脚部38aaが挿通される。 The legs 23a (see Figure 2) of the core 21 (first core 21a and second core 21b) and the legs 38aa of the E-type cooling body 38a (second cooling body 39b) are inserted through the insertion portion 42b. The legs 23a (see Figure 2) of the core 21 (third core 21c and fourth core 21d) and the legs 38aa of the E-type cooling body 38a (sixth cooling body 39f) are inserted through the insertion portion 42c.
挿通部42dには、コア21(第1コア21aおよび第2コア21b)の脚部23b(図2参照)、E型冷却体38a(第2冷却体39b)の脚部38ab、および、第4冷却体39dが挿通される。挿通部42eには、コア21(第3コア21cおよび第4コア21d)の脚部23c(図2参照)、E型冷却体38a(第6冷却体39f)の脚部38ac、および、第5冷却体39eが挿通される。 The legs 23b (see Figure 2) of the core 21 (first core 21a and second core 21b), the legs 38ab of the E-type cooling body 38a (second cooling body 39b), and the fourth cooling body 39d are inserted through the insertion portion 42d. The legs 23c (see Figure 2) of the core 21 (third core 21c and fourth core 21d), the legs 38ac of the E-type cooling body 38a (sixth cooling body 39f), and the fifth cooling body 39e are inserted through the insertion portion 42e.
第1配線本体第1部45aaおよび第2配線本体第1部45baは、第1コア21aと第2コア21bとの間に第2冷却体39bを介在させた状態で、第1コア21aおよび第2コア21bに巻回されている。第1配線本体第2部45abおよび第2配線本体第2部45bbは、第3コア21cと第4コア21dとの間に第6冷却体39fを介在させた状態で、第3コア21cおよび第4コア21dに巻回されている。 The first wiring main body first portion 45aa and the second wiring main body first portion 45ba are wound around the first core 21a and the second core 21b, with the second cooling body 39b interposed between them. The first wiring main body second portion 45ab and the second wiring main body second portion 45bb are wound around the third core 21c and the fourth core 21d, with the sixth cooling body 39f interposed between them.
上述したコイル装置20では、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれが、熱伝導部材75または熱伝導部材76を介して配線部材41に熱接合されている。これにより、配線部材41において発生した熱を、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fを介して第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のために配線部材41を大型化する必要がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化に寄与することができる。In the coil device 20 described above, the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f are each thermally joined to the wiring member 41 via the thermal conduction member 75 or the thermal conduction member 76. This allows heat generated in the wiring member 41 to be dissipated to the first cooling body 39a via the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f. As a result, there is no need to increase the size of the wiring member 41 for heat dissipation, which contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、第3冷却体39cは、第1コア21a、第2コア21b、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに熱接合している。第4冷却体39dは、第1コア21aおよび第2コア21bのそれぞれに熱接合している。第5冷却体39eは、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれに熱接合している。 The third cooling body 39c is thermally bonded to each of the first core 21a, second core 21b, third core 21c, and fourth core 21d. The fourth cooling body 39d is thermally bonded to each of the first core 21a and second core 21b. The fifth cooling body 39e is thermally bonded to each of the third core 21c and fourth core 21d.
これにより、コア21(第1コア21a~第4コア21d)において発生した熱を、第3冷却体39c、第4冷却体39dおよび第5冷却体39eのそれぞれに効率よく伝導させることができ、さらに、その第3冷却体39c、第4冷却体39dおよび第5冷却体39eのそれぞれに伝導した熱を、第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化に寄与することができる。This allows heat generated in the core 21 (first core 21a to fourth core 21d) to be efficiently conducted to the third cooling body 39c, fourth cooling body 39d, and fifth cooling body 39e, respectively, and further allows the heat conducted to the third cooling body 39c, fourth cooling body 39d, and fifth cooling body 39e to be dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、上述したコイル装置20では、コア21は、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれとは隙間を開けて配置されている場合を例に挙げたが、コア21を、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれに接触させるように配置してもよい。すなわち、第1コア21aおよび第2コア21bのそれぞれを第2冷却体39bに接触するように配置させ、第3コア21cおよび第4コア21dのそれぞれを、第6冷却体39fに接触するように配置させてもよい。 In addition, in the coil device 20 described above, the core 21 is arranged with a gap between it and the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f, but the core 21 may be arranged so that it contacts the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f. That is, the first core 21a and the second core 21b may be arranged so that they contact the second cooling body 39b, and the third core 21c and the fourth core 21d may be arranged so that they contact the sixth cooling body 39f.
コア21を、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれに接触させることで、コア21において発生した熱を、第2冷却体39bおよび第6冷却体39fのそれぞれにも伝導させて第1冷却体39aに放熱することができ、コア21において発生した熱を効果的に第1冷却体39aに放熱することができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。 By bringing the core 21 into contact with each of the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f, heat generated in the core 21 can be conducted to each of the second cooling body 39b and the sixth cooling body 39f and dissipated to the first cooling body 39a, allowing the heat generated in the core 21 to be effectively dissipated to the first cooling body 39a. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
(変形例)
変形例に係るコイル装置20(電力変換装置1)について説明する。図26、図27および図28に示すように、コイル装置20では、冷却体39として、第1冷却体39a~第6冷却体39fに加えて、蓋冷却体39gを備えている。蓋冷却体39gは、コア21(第1コア21a~第4コア21d)、第2冷却体39b~第6冷却体39fを覆うように配置されている。
(Modification)
A coil device 20 (power conversion device 1) according to a modified example will be described. As shown in Figures 26, 27, and 28, the coil device 20 includes a lid cooling body 39g in addition to first cooling body 39a to sixth cooling body 39f as cooling bodies 39. Lid cooling body 39g is disposed so as to cover cores 21 (first core 21a to fourth core 21d) and second cooling body 39b to sixth cooling body 39f.
蓋冷却体39gと、コア21、第2冷却体39b~第6冷却体39fとの間には、熱伝導部材77が介在している。蓋冷却体39gは、ネジ部材74によって、第2冷却体39b~第6冷却体39fに固定されている。なお、これ以外の構成については、図22~図24または図4等に示すコイル装置20の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。 A heat-conducting member 77 is interposed between the lid cooling body 39g and the core 21 and the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f. The lid cooling body 39g is fixed to the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f with screw members 74. The rest of the configuration is similar to that of the coil device 20 shown in Figures 22 to 24 or 4, etc., so the same members are designated by the same reference numerals and their descriptions will not be repeated unless necessary.
蓋冷却体39gの熱伝導率としては、たとえば、1.0W/(m・K)以上が好ましく、10.0W/(m・K)以上がより好ましく、100.0W/(m・K)以上がさらに好ましい。また、蓋冷却体39gは、たとえば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金またはアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。The thermal conductivity of the lid cooling body 39g is preferably 1.0 W/(m·K) or more, more preferably 10.0 W/(m·K) or more, and even more preferably 100.0 W/(m·K) or more. The lid cooling body 39g is formed from a metal material such as copper, iron, aluminum, an iron alloy, or an aluminum alloy.
さらに、蓋冷却体39gは、たとえば、高い熱伝導率を有する樹脂から形成されていてもよい。なお、蓋冷却体39gは、接地電位と同じ電位になるように、他の部材と電気的に接続されていてもよい。 Furthermore, the lid cooling body 39g may be formed, for example, from a resin with high thermal conductivity. The lid cooling body 39g may be electrically connected to other components so that it has the same potential as the ground potential.
上述したコイル装置20では、蓋冷却体39gと、コア21、第2冷却体39b~第6冷却体39fとの間には、熱伝導部材77が介在している。蓋冷却体39gは、熱伝導部材77を介して、コア21および第2冷却体39b~第6冷却体39fに熱接合されている。また、第2冷却体39b~第6冷却体39fは、第1冷却体39aに熱接合されている。 In the coil device 20 described above, a thermally conductive member 77 is interposed between the lid cooling body 39g and the core 21 and the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f. The lid cooling body 39g is thermally bonded to the core 21 and the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f via the thermally conductive member 77. The second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f are also thermally bonded to the first cooling body 39a.
これにより、コア21において発生した熱を、蓋冷却体39gに伝導させることができ、さらに、その蓋冷却体39gに伝導した熱を、第2冷却体39b~第6冷却体39fを介して第1冷却体39aへ放熱させることができる。その結果、放熱のためにコア21を大型化する必要性がなくなり、コイル装置20の小型化、ひいては、電力変換装置1の小型化にさらに寄与することができる。This allows heat generated in the core 21 to be conducted to the lid cooling body 39g, and the heat conducted to the lid cooling body 39g can then be dissipated to the first cooling body 39a via the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f. As a result, there is no need to increase the size of the core 21 for heat dissipation, which further contributes to the miniaturization of the coil device 20 and, ultimately, the power conversion device 1.
また、ネジ部材74によって、蓋冷却体39gとともに、コア21および第2冷却体39b~第6冷却体39fが、第1冷却体39aに固定されることになる。これにより、コイル装置20の耐振動性、ひいては、電力変換装置1の耐振動性を向上させることができる。 In addition, the core 21 and the second cooling body 39b to the sixth cooling body 39f, along with the lid cooling body 39g, are fixed to the first cooling body 39a by the screw member 74. This improves the vibration resistance of the coil device 20, and ultimately the vibration resistance of the power conversion device 1.
なお、上述したコイル装置20では、4つの第1コア21a~第4コア21dがマトリクス状(2×2)に配置されたコア21を例に挙げて説明した。コア21の数と配置構造はこれに限られない。 In the coil device 20 described above, the cores 21 are arranged in a matrix (2x2) of four cores 21a to 21d. The number and arrangement of the cores 21 are not limited to this.
なお、上述した各実施の形態において説明したコイル装置として、1つのコイルユニットから構成されたコイル装置を例に挙げて説明したが、コイル装置としては、2つ以上のコイルユニットから構成されたコイル装置についても適用することが可能である。 In addition, the coil device described in each of the above-mentioned embodiments has been described as being composed of one coil unit, but the coil device can also be applied to a coil device composed of two or more coil units.
各実施の形態において説明したコイル装置20(電力変換装置1)については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。 The coil device 20 (power conversion device 1) described in each embodiment can be combined in various ways as needed.
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。The embodiments disclosed herein are illustrative and not limiting. The scope of the present disclosure is defined by the claims, not the scope described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
なお、本開示は、以下の態様を含む。
[付記1]
コイルユニットを有するコイル装置であって、
前記コイルユニットは、
ループ状の磁路を有する1つ以上のコアと、
前記コアによって取り囲まれた前記コアの内側領域と前記コアの外側領域とに配置され、金属ベース本体に絶縁層を介在させて第1コイルパターンおよび第2コイルパターンが形成された金属ベース基板と、
前記第1コイルパターンを含み、前記コアの前記内側領域を通り抜ける態様で前記コアに巻回された第1巻線部と、
前記第2コイルパターンを含み、前記コアの前記内側領域を通り抜ける態様で前記コアに巻回され、前記第1巻線部と電気的に絶縁された第2巻線部と、
前記金属ベース本体に対して前記絶縁層が形成されている側とは反対側に接合された第1冷却体を含む、1つ以上の冷却体と
を備え、
前記金属ベース基板は、
前記第1コイルパターンが形成された第1金属ベース基板と、
前記第2コイルパターンが形成された第2金属ベース基板と
を含み、
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板との間に、前記コアが挿通される挿通部が形成される態様で、互いに対向するように配置された、コイル装置。
The present disclosure includes the following aspects.
[Appendix 1]
A coil device having a coil unit,
The coil unit includes:
one or more cores having a looped magnetic path;
a metal base substrate disposed in an inner region of the core and an outer region of the core, the metal base substrate having a first coil pattern and a second coil pattern formed on a metal base body with an insulating layer interposed therebetween;
a first winding portion including the first coil pattern and wound around the core in a manner passing through the inner region of the core;
a second winding portion including the second coil pattern, wound around the core in a manner passing through the inner region of the core, and electrically insulated from the first winding portion;
one or more cooling bodies including a first cooling body joined to the metal base body on the side opposite to the side on which the insulating layer is formed,
The metal base substrate is
a first metal base substrate on which the first coil pattern is formed;
a second metal base substrate on which the second coil pattern is formed,
A coil device in which the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged facing each other, with an insertion portion through which the core is inserted formed between the first metal base substrate and the second metal base substrate.
[付記2]
前記金属ベース基板には、前記コアを取り囲む部分にループ状の誘導電流が流れるのを阻止するスリット部が、前記挿通部に繋がる態様で形成され、
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記スリット部に相当する距離を隔てて配置された、付記1記載のコイル装置。
[Appendix 2]
a slit portion that prevents a loop-shaped induced current from flowing in a portion surrounding the core is formed in the metal base substrate in a manner that the slit portion is connected to the insertion portion;
2. The coil device according to claim 1, wherein the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged at a distance corresponding to the slit portion.
[付記3]
前記コアに巻回される配線本体を含む配線部材を備え、
前記第1コイルパターンは、
第1コイルパターン第1部と、
第1コイルパターン第2部と
を含み、
前記第2コイルパターンは、
第2コイルパターン第1部と、
第2コイルパターン第2部と
を含み、
前記配線本体は、
前記第1コイルパターン第1部と前記第1コイルパターン第2部との間を電気的に接続する第1配線本体と、
前記第2コイルパターン第1部と前記第2コイルパターン第2部との間を電気的に接続する第2配線本体と
を含み、
前記第1巻線部は、前記第1配線本体を含み、
前記第2巻線部は、前記第2配線本体を含む、付記1または2に記載のコイル装置。
[Appendix 3]
a wiring member including a wiring main body wound around the core,
The first coil pattern is
a first coil pattern first portion;
a first coil pattern second portion;
The second coil pattern is
a first portion of a second coil pattern;
a second coil pattern second portion;
The wiring body is
a first wiring main body electrically connecting the first coil pattern first portion and the first coil pattern second portion;
a second wiring main body electrically connecting the second coil pattern first portion and the second coil pattern second portion,
the first winding portion includes the first wiring main body,
3. The coil device according to claim 1, wherein the second winding portion includes the second wiring body.
[付記4]
前記配線部材は、プリント基板であり、
前記配線本体は、前記プリント基板に配置された、付記3記載のコイル装置。
[Appendix 4]
the wiring member is a printed circuit board,
4. The coil device according to claim 3, wherein the wiring body is disposed on the printed circuit board.
[付記5]
前記配線部材は、前記コアによって取り囲まれた前記コアの前記内側領域と前記コアの前記外側領域とに位置する態様で、前記金属ベース基板に対して前記第1冷却体が配置されている側とは反対側に配置され、
前記第1冷却体には、前記コアを受け入れる受け入れ溝部が形成され、
前記配線部材と前記金属ベース基板との間、および、前記受け入れ溝部と前記コアとの間に、封止部材が充填された、付記3または4に記載のコイル装置。
[Appendix 5]
the wiring member is located in the inner region of the core and the outer region of the core, surrounded by the core, on the opposite side of the metal base substrate from the side where the first cooling body is located,
a receiving groove portion for receiving the core is formed in the first cooling body;
5. The coil device according to claim 3, wherein a sealing material is filled between the wiring member and the metal base substrate, and between the receiving groove and the core.
[付記6]
前記金属ベース基板と前記コアとの間に、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に位置する前記コアの部分を前記第1冷却体へ向かって付勢する付勢部材を介在させた、付記1~5のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 6]
A coil device described in any one of appendices 1 to 5, wherein a biasing member is interposed between the metal base substrate and the core, biasing the portion of the core located between the metal base substrate and the first cooling body toward the first cooling body.
[付記7]
前記第1金属ベース基板は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第1延在部を含み、
前記第2金属ベース基板は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第2延在部を含み、
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記第1延在部と前記第2延在部とが互いに対向するように配置された、付記1~6のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 7]
the first metal base substrate includes a first extension portion extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
the second metal base substrate includes a second extension portion extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
A coil device described in any one of appendices 1 to 6, wherein the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged so that the first extension portion and the second extension portion face each other.
[付記8]
前記第1延在部および前記第2延在部には、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に位置する前記コアの部分を、前記第1延在部と前記第2延在部との間に挟み込む挟み込み部が形成された、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 8]
A coil device as described in Appendix 7, wherein the first extension portion and the second extension portion are formed with a clamping portion that sandwiches the portion of the core located between the metal base substrate and the first cooling body between the first extension portion and the second extension portion.
[付記9]
前記第1延在部および前記第2延在部には、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に位置する前記コアの部分を、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に挟み込んで、前記第1冷却体へ向かって付勢する反り部が形成された、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 9]
A coil device as described in Appendix 7, wherein the first extension portion and the second extension portion have a warped portion that sandwiches the portion of the core located between the metal base substrate and the first cooling body between the metal base substrate and the first cooling body and urges the core toward the first cooling body.
[付記10]
前記コアには、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に位置する前記コアの部分から、前記第1延在部と前記第2延在部との間に向かって突出した突出部が形成された、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 10]
A coil device as described in Appendix 7, wherein the core has a protrusion formed thereon that protrudes from a portion of the core located between the metal base substrate and the first cooling body toward the space between the first extension portion and the second extension portion.
[付記11]
前記コアは、
前記第1巻線部と前記第2巻線部とが巻回される第1脚部と、
前記第1脚部と第1間隔を隔てて位置する第2脚部と
を含み、
前記第1延在部と前記第2延在部とは、前記第1脚部と前記第2脚部との間に互いに対向するように位置し、
前記第1延在部は、前記第1延在部の先端に向かって、前記第1間隔よりも広い第1幅から前記第1間隔よりも狭い第2幅へ幅が狭まるように形成され、
前記第2延在部は、前記第2延在部の先端に向かって、前記第1間隔よりも広い第3幅から前記第1間隔よりも狭い第4幅へ幅が狭まるように形成され、
前記金属ベース基板は、前記第1延在部を前記第1脚部と前記第2脚部とに当接させるとともに、前記第2延在部を前記第1脚部と前記第2脚部とに当接させる態様で、前記コアを挟み込むように配置された、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 11]
The core is
a first leg portion around which the first winding portion and the second winding portion are wound;
a second leg portion positioned at a first distance from the first leg portion;
the first extension portion and the second extension portion are located between the first leg portion and the second leg portion so as to face each other,
the first extension portion is formed so that its width narrows from a first width wider than the first interval to a second width narrower than the first interval toward a tip of the first extension portion,
the second extension portion is formed so that its width narrows from a third width wider than the first interval to a fourth width narrower than the first interval toward a tip of the second extension portion,
The coil device described in Appendix 7, wherein the metal base substrate is arranged to sandwich the core, with the first extension portion abutting against the first leg portion and the second leg portion, and the second extension portion abutting against the first leg portion and the second leg portion.
[付記12]
前記第1延在部および前記第2延在部のそれぞれから、前記金属ベース基板と前記第1冷却体との間に位置する前記コアの部分を貫通して前記第1冷却体に達する第1固定部材が取り付けられた、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 12]
A coil device as described in Appendix 7, wherein a first fixing member is attached from each of the first extension portion and the second extension portion, passing through a portion of the core located between the metal base substrate and the first cooling body and reaching the first cooling body.
[付記13]
前記第1延在部と前記第2延在部との間に絶縁部材が充填され、
前記絶縁部材を貫通して前記第1冷却体に達する第2固定部材が取り付けられた、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 13]
an insulating member is filled between the first extension portion and the second extension portion;
8. The coil device according to claim 7, further comprising a second fixing member attached to the insulating member and extending to the first cooling body.
[付記14]
前記第1延在部は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第1延在長さを有し、
前記第2延在部は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第2延在長さを有し、
前記第1延在長さは、前記第2延在長さよりも長い第1長さおよび前記第2延在長さよりも短い第2長さのいずれかに設定された、付記7記載のコイル装置。
[Appendix 14]
the first extension portion has a first extension length extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
the second extension portion has a second extension length extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
8. The coil device according to claim 7, wherein the first extension length is set to either a first length that is longer than the second extension length or a second length that is shorter than the second extension length.
[付記15]
前記コアは、第1方向に互いに距離を隔てて配置された第1コアと第2コアとを含み、
前記冷却体は、前記第1コアと前記第2コアとの間に配置され、前記第1冷却体に熱接合された第2冷却体を含み、
前記第1配線本体および前記第2配線本体のそれぞれは、前記第1コアと前記第2コアとの間に前記第2冷却体を介在させた状態で、前記第1コアおよび前記第2コアに巻回された、付記3~5のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 15]
The core includes a first core and a second core arranged at a distance from each other in a first direction,
the cooling body includes a second cooling body disposed between the first core and the second core and thermally joined to the first cooling body;
A coil device described in any one of appendices 3 to 5, wherein the first wiring body and the second wiring body are wound around the first core and the second core, respectively, with the second cooling body interposed between the first core and the second core.
[付記16]
前記第2冷却体は、
前記第1冷却体に配置される第2冷却体第1部と、
前記第2冷却体第1部と対向するように配置される第2冷却体第2部と
を含み、
前記第2冷却体第1部と前記第2冷却体第2部とは、前記配線部材に対して、前記第1冷却体が配置されている側と、前記第1冷却体が配置されている側とは反対の側とから、前記配線部材を挟み込むように配置された、付記15記載のコイル装置。
[Appendix 16]
The second cooling body is
a second cooling body first portion disposed on the first cooling body;
a second cooling body second part disposed so as to face the second cooling body first part,
A coil device as described in Appendix 15, wherein the second cooling body first part and the second cooling body second part are arranged to sandwich the wiring member from the side where the first cooling body is arranged and the side opposite to the side where the first cooling body is arranged.
[付記17]
前記第2冷却体第1部と前記配線部材との間、および、前記第2冷却体と前記配線部材との間のそれぞれに熱伝導部材を介在させた、付記16記載のコイル装置。
[Appendix 17]
17. The coil device according to claim 16, wherein a heat conductive member is interposed between the second cooling body first portion and the wiring member, and between the second cooling body and the wiring member.
[付記18]
前記第2冷却体は、前記第1コアと前記第2コアとのそれぞれに接触するように配置された、付記15~17のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 18]
18. The coil device according to any one of claims 15 to 17, wherein the second cooling body is arranged so as to be in contact with each of the first core and the second core.
[付記19]
前記第1配線本体は、直列に接続された第1配線本体第1部と第1配線本体第2部とを含み、
前記第2配線本体は、直列に接続された第2配線本体第1部と第2配線本体第2部とを含み、
前記第1配線本体第1部、前記第1配線本体第2部、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、第1方向に延在する部分を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第1配線本体第2部と、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部とは、前記第1方向と交差する第2方向に距離を隔てて配置され、
前記コアは、前記第2方向に互いに距離を隔てて配置された第1コアと第3コアとを含み、
前記冷却体は、前記第1冷却体にそれぞれ熱接合された第3冷却体、第4冷却体および第5冷却体を含み、
前記第3冷却体は、前記第1コアおよび前記第3コアのそれぞれに接触する態様で、前記第1コアと前記第3コアとの間に配置され、
前記第4冷却体は、前記第4冷却体と前記第3冷却体とによって前記第1コアを挟み込む態様で、前記第1コアに対して前記第3冷却体が配置されているいる側とは反対側に配置され、
前記第5冷却体は、前記第5冷却体と前記第3冷却体とによって前記第3コアを挟み込む態様で、前記第3コアに対して前記第3冷却体が配置されている側とは反対側に配置され、
前記第1配線本体第1部および前記第2配線本体第1部のそれぞれは、前記第1コアに巻回され、
前記第1配線本体第2部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、前記第3コアに巻回された、付記3~5のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 19]
the first wiring main body includes a first wiring main body first portion and a first wiring main body second portion connected in series,
the second wiring main body includes a second wiring main body first portion and a second wiring main body second portion connected in series,
each of the first wiring body first portion, the first wiring body second portion, the second wiring body first portion, and the second wiring body second portion includes a portion extending in a first direction;
the first wiring body first portion and the first wiring body second portion, and the second wiring body first portion and the second wiring body second portion are arranged at a distance in a second direction intersecting the first direction,
the cores include a first core and a third core that are spaced apart from each other in the second direction,
the cooling bodies include a third cooling body, a fourth cooling body, and a fifth cooling body, each thermally joined to the first cooling body;
the third cooling body is disposed between the first core and the third core in a manner of contacting each of the first core and the third core,
the fourth cooling body is disposed on an opposite side of the first core from a side on which the third cooling body is disposed, in a manner in which the first core is sandwiched between the fourth cooling body and the third cooling body,
the fifth cooling body is disposed on an opposite side of the third core from a side on which the third cooling body is disposed, with the third core sandwiched between the fifth cooling body and the third cooling body;
the first wiring main body first portion and the second wiring main body first portion are each wound around the first core;
The coil device according to any one of appendices 3 to 5, wherein each of the first wiring main body second portion and the second wiring main body second portion is wound around the third core.
[付記20]
前記第1配線本体は、直列に接続された第1配線本体第1部と第1配線本体第2部とを含み、
前記第2配線本体は、直列に接続された第2配線本体第1部と第2配線本体第2部とを含み、
前記第1配線本体第1部、前記第1配線本体第2部、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、第1方向に延在する部分を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第1配線本体第2部と、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部とは、前記第1方向と交差する第2方向に距離を隔てて配置され、
前記コアは、
第1コアと、
前記第1コアに対して、前記第1方向に距離を隔てて配置された第2コアと、
前記第1コアに対して、前記第2方向に距離を隔てて配置された第3コアと、
前記第3コアに対して前記第1方向に距離を隔てられるとともに、前記第2コアに対して前記第2方向に距離を隔てて配置された第4コアと
を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第2配線本体第1部のそれぞれは、前記第1コアおよび前記第2コアに巻回され、
前記第1配線本体第2部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、前記第3コアおよび前記第4コアに巻回され、
前記冷却体は、前記第1冷却体に熱接合され、前記第1コア、前記第2コア、前記第3コアおよび前記第4コアを覆うように配置された蓋冷却体を含み、
前記蓋冷却体は、前記第1コア、前記第2コア、前記第3コアおよび前記第4コアに熱接合された、付記3~5のいずれか1項に記載のコイル装置。
[Appendix 20]
the first wiring main body includes a first wiring main body first portion and a first wiring main body second portion connected in series,
the second wiring main body includes a second wiring main body first portion and a second wiring main body second portion connected in series,
each of the first wiring body first portion, the first wiring body second portion, the second wiring body first portion, and the second wiring body second portion includes a portion extending in a first direction;
the first wiring body first portion and the first wiring body second portion, and the second wiring body first portion and the second wiring body second portion are arranged at a distance in a second direction intersecting the first direction,
The core is
A first core;
a second core disposed at a distance from the first core in the first direction;
a third core disposed at a distance from the first core in the second direction;
a fourth core that is spaced apart from the third core in the first direction and spaced apart from the second core in the second direction,
the first wiring main body first portion and the second wiring main body first portion are wound around the first core and the second core, respectively;
the first wiring main body second portion and the second wiring main body second portion are wound around the third core and the fourth core, respectively;
the cooling body includes a lid cooling body thermally joined to the first cooling body and arranged to cover the first core, the second core, the third core, and the fourth core;
The coil device according to any one of appendices 3 to 5, wherein the lid cooling body is thermally bonded to the first core, the second core, the third core, and the fourth core.
[付記21]
前記冷却体は、前記第1冷却体にそれぞれ熱接合された、第2冷却体、第3冷却体、第4冷却体、第5冷却体および第6冷却体を含み、
前記第2冷却体は、前記第1コアと前記第2コアとの間に配置され、
前記第3冷却体は、前記第1コアおよび前記第3コアのそれぞれに接触するように、前記第1コアと前記第3コアとの間に配置され、かつ、前記第2コアおよび前記第4コアのそれぞれに接触するように、前記第2コアと前記第4コアとの間に配置され、
前記第4冷却体は、前記第4冷却体と前記第3冷却体とによって、前記第1コアと前記第2コアとを挟み込む態様で、前記第1コアおよび前記第2コアに対して前記第3冷却体が配置されている側とは反対側に配置され、
前記第5冷却体は、前記第5冷却体と前記第3冷却体とによって前記第3コアと前記第4コアとを挟み込む態様で、前記第3コアに対して、前記第3冷却体が配置されている側とは反対側に配置され、
前記第6冷却体は、前記第3コアと前記第4コアとの間に配置された、付記20記載のコイル装置。
[Appendix 21]
the cooling bodies include a second cooling body, a third cooling body, a fourth cooling body, a fifth cooling body, and a sixth cooling body, each thermally joined to the first cooling body;
the second cooling body is disposed between the first core and the second core,
the third cooling body is disposed between the first core and the third core so as to be in contact with each of the first core and the third core, and is disposed between the second core and the fourth core so as to be in contact with each of the second core and the fourth core,
the fourth cooling body is disposed on an opposite side of the first core and the second core from a side on which the third cooling body is disposed, with the first core and the second core sandwiched between the fourth cooling body and the third cooling body;
the fifth cooling body is disposed on an opposite side of the third core from a side on which the third cooling body is disposed, in a manner in which the third core and the fourth core are sandwiched between the fifth cooling body and the third cooling body;
21. The coil device according to claim 20, wherein the sixth cooling body is disposed between the third core and the fourth core.
[付記22]
前記蓋冷却体と、前記第1コア、前記第2コア、前記第3コアおよび前記第4コアとの間に熱伝導部材を介在させた、付記20または21に記載のコイル装置。
[Appendix 22]
22. The coil device according to claim 20, wherein a heat conductive member is interposed between the lid cooling body and the first core, the second core, the third core, and the fourth core.
[付記23]
付記1~22のいずれか1項に記載のコイル装置を備えた、電力変換装置。
[Appendix 23]
A power conversion device comprising the coil device according to any one of appendices 1 to 22.
[付記24]
前記第1コイルパターンに電気的に接続され、前記第1金属ベース基板に配置されたインバータ回路部と、
前記第2コイルパターンに電気的に接続され、前記第2金属ベース基板に配置された整流回路部と
を備えた、付記23記載の電力変換装置。
[Appendix 24]
an inverter circuit section electrically connected to the first coil pattern and disposed on the first metal base substrate;
24. The power conversion device according to claim 23, further comprising: a rectifier circuit section electrically connected to the second coil pattern and disposed on the second metal base substrate.
本開示は、コアに第1巻線部および第2巻線部をそれぞれ巻回させたコイル装置およびコイル装置を備えた電力変換装置に有効に利用される。 The present disclosure is effectively used in a coil device having a first winding section and a second winding section wound around a core, and a power conversion device equipped with a coil device.
1 電力変換装置、2 インバータ回路部、3 変圧部、4 整流回路部、5 平滑回路部、6 入力端子、7 出力端子、8 入力コンデンサ、9、9a、9b、9c、9d スイッチング素子、10 制御回路部、11 トランス、11a 一次巻線部、11b 二次巻線部、12、12a、12b、12c、12d 整流素子、13 平滑リアクトル、14 平滑コンデンサ、18 コイルユニット、20 コイル装置、21 コア、21a 第1コア、21b 第2コア、21c 第3コア、21d 第4コア、22a、22b 角部、23 E型コア、23a、23b、23c 脚部、24 傾斜部、25 I型コア、27 スリット部、29 第1巻線部、30 第2巻線部、31 金属ベース基板、31a 第1金属ベース基板、31b 第2金属ベース基板、32、32a、32b、32c 挿通部、33a 第1延在部、33b 第2延在部、34 金属ベース本体、34a 第1主面、34b 第2主面、35 絶縁層、35a 第1主面、35b 第2主面、37 コイルパターン、37a 第1コイルパターン、37af 第1コイルパターン第1部、37as 第1コイルパターン第2部、37b 第2コイルパターン、37bf 第2コイルパターン第1部、37bs 第2コイルパターン第2部、38a E型冷却体、38b I型冷却体、38aa、38ab、38ac 脚部、39 冷却体、39a 第1冷却体、39b 第2冷却体、39c 第3冷却体、39d 第4冷却体、39e 第5冷却体、39f 第6冷却体、39g 蓋冷却体、39aa 主面、40 溝部、41 配線部材、42、42a、42b、42c、42d、42e 挿通部、43 絶縁部、43a 第1主面、43b 第2主面、45 配線本体、45a 第1配線本体、45aa 第1配線本体第1部、45ab 第1配線本体第2部、45b 第2配線本体、45ba 第2配線本体第1部、45bb 第2配線本体第2部、47 スルーホール導電部、53 接合部材、55 封止部材、57 弾性部材、59 凹凸部、61a、61b 段差部、63a、63b 上反り部、65a、65b 下反り部、67 凸部、69、73、74 ネジ部材、71 絶縁部材、75、76、77 熱伝導部材、RP 誘導電流、TA、TB 端子、CR 沿面距離、SL、CW、CD 長さ、TA、TB 端子、WA、WB 幅、DL 間隔、CP 中央部、EFL、ESL 長さ、PT1 電流経路、PT2 電流経路。1 Power conversion device, 2 Inverter circuit section, 3 Transformer section, 4 Rectifier circuit section, 5 Smoothing circuit section, 6 Input terminal, 7 Output terminal, 8 Input capacitor, 9, 9a, 9b, 9c, 9d Switching element, 10 Control circuit section, 11 Transformer, 11a Primary winding section, 11b Secondary winding section, 12, 12a, 12b, 12c, 12d Rectifier element, 13 Smoothing reactor, 14 Smoothing capacitor, 18 Coil unit, 20 Coil device, 21 Core, 21a First core, 21b Second core, 21c Third core, 21d Fourth core, 22a, 22b Corner portion, 23 E-shaped core, 23a, 23b, 23c Leg portion, 24 Inclined portion, 25 I-shaped core, 27 Slit portion, 29 First winding portion, 30 Second winding portion, 31 Metal base substrate, 31a: First metal base substrate, 31b: Second metal base substrate, 32, 32a, 32b, 32c: Insertion portion, 33a: First extension portion, 33b: Second extension portion, 34: Metal base body, 34a: First main surface, 34b: Second main surface, 35: Insulating layer, 35a: First main surface, 35b: Second main surface, 37: Coil pattern, 37a: First coil pattern, 37af: First coil pattern first portion, 37as: First coil pattern second portion, 37b: Second coil pattern, 37bf: Second coil pattern first portion, 37bs: Second coil pattern second portion, 38a: E-type cooling body, 38b: I-type cooling body, 38aa, 38ab, 38ac: Leg portion, 39: Cooling body, 39a: First cooling body, 39b: Second cooling body, 39c: Third cooling body, 39d Fourth cooling body, 39e Fifth cooling body, 39f Sixth cooling body, 39g Lid cooling body, 39aa Main surface, 40 Groove portion, 41 Wiring member, 42, 42a, 42b, 42c, 42d, 42e Insertion portion, 43 Insulating portion, 43a First main surface, 43b Second main surface, 45 Wiring body, 45a First wiring body, 45aa First wiring body first portion, 45ab First wiring body second portion, 45b Second wiring body, 45ba Second wiring body first portion, 45bb Second wiring body second portion, 47 Through-hole conductive portion, 53 Jointing member, 55 Sealing member, 57 Elastic member, 59 Concave and convex portions, 61a, 61b Step portions, 63a, 63b Upwardly curved portions, 65a, 65b Downwardly curved portions, 67 Convex portion, 69, 73, 74 screw member, 71 insulating member, 75, 76, 77 heat conduction member, RP induced current, TA, TB terminal, CR creepage distance, SL, CW, CD length, TA, TB terminal, WA, WB width, DL spacing, CP center, EFL, ESL length, PT1 current path, PT2 current path.
Claims (21)
前記コイルユニットは、
ループ状の磁路を有する1つ以上のコアと、
前記コアによって取り囲まれた前記コアの内側領域と前記コアの外側領域とに配置され、金属ベース本体に絶縁層を介在させて第1コイルパターンが形成された金属ベース基板と、
前記第1コイルパターンを含み、前記コアの前記内側領域を通り抜ける態様で前記コアに巻回された第1巻線部と
を備え、
前記金属ベース基板は、
前記第1コイルパターンが形成された第1金属ベース基板と、
第2金属ベース基板と
を含み、
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板との間に、前記コアが挿通される挿通部が形成される態様で、互いに対向するように配置された、コイル装置。 A coil device having a coil unit,
The coil unit includes:
one or more cores having a looped magnetic path;
a metal base substrate disposed in an inner region of the core and an outer region of the core, the metal base substrate having a first coil pattern formed on a metal base body with an insulating layer interposed therebetween;
a first winding portion including the first coil pattern and wound around the core in a manner passing through the inner region of the core;
Equipped with
The metal base substrate is
a first metal base substrate on which the first coil pattern is formed ;
a second metal base substrate;
A coil device in which the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged facing each other, with an insertion portion through which the core is inserted formed between the first metal base substrate and the second metal base substrate.
前記第2コイルパターンを含み、前記コアの前記内側領域を通り抜ける態様で前記コアに巻回され、前記第1巻線部と電気的に絶縁された第2巻線部と、a second winding portion including the second coil pattern, wound around the core in a manner passing through the inner region of the core, and electrically insulated from the first winding portion;
前記金属ベース本体に対して前記絶縁層が形成されている側とは反対側に接合された第1冷却体を含む、1つ以上の冷却体とone or more cooling bodies including a first cooling body joined to the metal base body on the side opposite to the side on which the insulating layer is formed;
を有する、請求項1記載のコイル装置。The coil device of claim 1 , further comprising:
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記スリット部に相当する距離を隔てて配置された、請求項1記載のコイル装置。 a slit portion that prevents a loop-shaped induced current from flowing in a portion surrounding the core is formed in the metal base substrate in a manner that the slit portion is connected to the insertion portion;
2. The coil device according to claim 1, wherein the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged at a distance corresponding to the slit portion.
前記第1コイルパターンは、
第1コイルパターン第1部と、
第1コイルパターン第2部と
を含み、
前記第2コイルパターンは、
第2コイルパターン第1部と、
第2コイルパターン第2部と
を含み、
前記配線本体は、
前記第1コイルパターン第1部と前記第1コイルパターン第2部との間を電気的に接続する第1配線本体と、
前記第2コイルパターン第1部と前記第2コイルパターン第2部との間を電気的に接続する第2配線本体と
を含み、
前記第1巻線部は、前記第1配線本体を含み、
前記第2巻線部は、前記第2配線本体を含む、請求項2記載のコイル装置。 a wiring member including a wiring main body wound around the core,
The first coil pattern is
a first coil pattern first portion;
a first coil pattern second portion;
The second coil pattern is
a first portion of a second coil pattern;
a second coil pattern second portion;
The wiring body is
a first wiring main body electrically connecting the first coil pattern first portion and the first coil pattern second portion;
a second wiring main body electrically connecting the second coil pattern first portion and the second coil pattern second portion,
the first winding portion includes the first wiring main body,
The coil device according to claim 2 , wherein the second winding portion includes the second wiring body.
前記配線本体は、前記プリント基板に配置された、請求項4記載のコイル装置。 the wiring member is a printed circuit board,
The coil device according to claim 4 , wherein the wiring body is disposed on the printed circuit board.
前記第1冷却体には、前記コアを受け入れる受け入れ溝部が形成され、
前記配線部材と前記金属ベース基板との間、および、前記受け入れ溝部と前記コアとの間に、封止部材が充填された、請求項4記載のコイル装置。 the wiring member is located in the inner region of the core and the outer region of the core, surrounded by the core, on the opposite side of the metal base substrate from the side where the first cooling body is located,
a receiving groove portion for receiving the core is formed in the first cooling body;
5. The coil device according to claim 4 , wherein a sealing material is filled between the wiring member and the metal base substrate and between the receiving groove and the core.
前記第2金属ベース基板は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第2延在部を含み、
前記第1金属ベース基板と前記第2金属ベース基板とは、前記第1延在部と前記第2延在部とが互いに対向するように配置された、請求項2記載のコイル装置。 the first metal base substrate includes a first extension portion extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
the second metal base substrate includes a second extension portion extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
3. The coil device according to claim 2 , wherein the first metal base substrate and the second metal base substrate are arranged such that the first extending portion and the second extending portion face each other.
前記第1巻線部と前記第2巻線部とが巻回される第1脚部と、
前記第1脚部と第1間隔を隔てて位置する第2脚部と
を含み、
前記第1延在部と前記第2延在部とは、前記第1脚部と前記第2脚部との間に互いに対向するように位置し、
前記第1延在部は、前記第1延在部の先端に向かって、前記第1間隔よりも広い第1幅から前記第1間隔よりも狭い第2幅へ幅が狭まるように形成され、
前記第2延在部は、前記第2延在部の先端に向かって、前記第1間隔よりも広い第3幅から前記第1間隔よりも狭い第4幅へ幅が狭まるように形成され、
前記金属ベース基板は、前記第1延在部を前記第1脚部と前記第2脚部とに当接させるとともに、前記第2延在部を前記第1脚部と前記第2脚部とに当接させる態様で、前記コアを挟み込むように配置された、請求項8記載のコイル装置。 The core is
a first leg portion around which the first winding portion and the second winding portion are wound;
a second leg portion positioned at a first distance from the first leg portion;
the first extension portion and the second extension portion are located between the first leg portion and the second leg portion so as to face each other,
the first extension portion is formed so that its width narrows from a first width wider than the first interval to a second width narrower than the first interval toward a tip of the first extension portion,
the second extension portion is formed so that its width narrows from a third width wider than the first interval to a fourth width narrower than the first interval toward a tip of the second extension portion,
The coil device of claim 8, wherein the metal base substrate is arranged to sandwich the core, with the first extension portion abutting against the first leg portion and the second leg portion, and the second extension portion abutting against the first leg portion and the second leg portion.
前記絶縁部材を貫通して前記第1冷却体に達する第2固定部材が取り付けられた、請求項8記載のコイル装置。 an insulating member is provided between the first extension portion and the second extension portion;
9. The coil device according to claim 8 , further comprising a second fixing member attached to the insulating member and extending to the first cooling body.
前記第2延在部は、前記コアの前記外側領域から前記コアの前記内側領域へ延在する第2延在長さを有し、
前記第1延在長さは、前記第2延在長さよりも長い第1長さおよび前記第2延在長さよりも短い第2長さのいずれかに設定された、請求項8記載のコイル装置。 the first extension portion has a first extension length extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
the second extension portion has a second extension length extending from the outer region of the core to the inner region of the core;
The coil device according to claim 8 , wherein the first extension length is set to either a first length longer than the second extension length or a second length shorter than the second extension length.
前記冷却体は、前記第1コアと前記第2コアとの間に配置され、前記第1冷却体に熱接合された第2冷却体を含み、
前記第1配線本体および前記第2配線本体のそれぞれは、前記第1コアと前記第2コアとの間に前記第2冷却体を介在させた状態で、前記第1コアおよび前記第2コアに巻回された、請求項4記載のコイル装置。 The core includes a first core and a second core arranged at a distance from each other in a first direction,
the cooling body includes a second cooling body disposed between the first core and the second core and thermally joined to the first cooling body;
5. The coil device according to claim 4, wherein the first wiring body and the second wiring body are wound around the first core and the second core, respectively, with the second cooling body interposed between the first core and the second core.
前記第1冷却体に配置される第2冷却体第1部と、
前記第2冷却体第1部と対向するように配置される第2冷却体第2部と
を含み、
前記第2冷却体第1部と前記第2冷却体第2部とは、前記配線部材に対して、前記第1冷却体が配置されている側と、前記第1冷却体が配置されている側とは反対の側とから、前記配線部材を挟み込むように配置された、請求項16記載のコイル装置。 The second cooling body is
a second cooling body first portion disposed on the first cooling body;
a second cooling body second part disposed so as to face the second cooling body first part,
The coil device of claim 16, wherein the second cooling body first part and the second cooling body second part are arranged to sandwich the wiring member from the side where the first cooling body is arranged and the side opposite to the side where the first cooling body is arranged.
前記第2配線本体は、直列に接続された第2配線本体第1部と第2配線本体第2部とを含み、
前記第1配線本体第1部、前記第1配線本体第2部、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、第1方向に延在する部分を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第1配線本体第2部と、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部とは、前記第1方向と交差する第2方向に距離を隔てて配置され、
前記コアは、前記第2方向に互いに距離を隔てて配置された第1コアと第3コアとを含み、
前記冷却体は、前記第1冷却体にそれぞれ熱接合された第3冷却体、第4冷却体および第5冷却体を含み、
前記第3冷却体は、前記第1コアおよび前記第3コアのそれぞれに接触する態様で、前記第1コアと前記第3コアとの間に配置され、
前記第4冷却体は、前記第4冷却体と前記第3冷却体とによって前記第1コアを挟み込む態様で、前記第1コアに対して前記第3冷却体が配置されているいる側とは反対側に配置され、
前記第5冷却体は、前記第5冷却体と前記第3冷却体とによって前記第3コアを挟み込む態様で、前記第3コアに対して前記第3冷却体が配置されている側とは反対側に配置され、
前記第1配線本体第1部および前記第2配線本体第1部のそれぞれは、前記第1コアに巻回され、
前記第1配線本体第2部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、前記第3コアに巻回された、請求項4記載のコイル装置。 the first wiring main body includes a first wiring main body first portion and a first wiring main body second portion connected in series,
the second wiring main body includes a second wiring main body first portion and a second wiring main body second portion connected in series,
each of the first wiring body first portion, the first wiring body second portion, the second wiring body first portion, and the second wiring body second portion includes a portion extending in a first direction;
the first wiring body first portion and the first wiring body second portion, and the second wiring body first portion and the second wiring body second portion are arranged at a distance in a second direction intersecting the first direction,
the cores include a first core and a third core that are spaced apart from each other in the second direction,
the cooling bodies include a third cooling body, a fourth cooling body, and a fifth cooling body, each thermally joined to the first cooling body;
the third cooling body is disposed between the first core and the third core in a manner of contacting each of the first core and the third core,
the fourth cooling body is disposed on an opposite side of the first core from a side on which the third cooling body is disposed, in a manner in which the first core is sandwiched between the fourth cooling body and the third cooling body,
the fifth cooling body is disposed on an opposite side of the third core from a side on which the third cooling body is disposed, with the third core sandwiched between the fifth cooling body and the third cooling body;
the first wiring main body first portion and the second wiring main body first portion are each wound around the first core;
The coil device according to claim 4 , wherein the first wiring main body second portion and the second wiring main body second portion are each wound around the third core.
前記第2配線本体は、直列に接続された第2配線本体第1部と第2配線本体第2部とを含み、
前記第1配線本体第1部、前記第1配線本体第2部、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、第1方向に延在する部分を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第1配線本体第2部と、前記第2配線本体第1部および前記第2配線本体第2部とは、前記第1方向と交差する第2方向に距離を隔てて配置され、
前記コアは、
第1コアと、
前記第1コアに対して、前記第1方向に距離を隔てて配置された第2コアと、
前記第1コアに対して、前記第2方向に距離を隔てて配置された第3コアと、
前記第3コアに対して前記第1方向に距離を隔てられるとともに、前記第2コアに対して前記第2方向に距離を隔てて配置された第4コアと
を含み、
前記第1配線本体第1部および前記第2配線本体第1部のそれぞれは、前記第1コアおよび前記第2コアに巻回され、
前記第1配線本体第2部および前記第2配線本体第2部のそれぞれは、前記第3コアおよび前記第4コアに巻回され、
前記冷却体は、前記第1冷却体に熱接合され、前記第1コア、前記第2コア、前記第3コアおよび前記第4コアを覆うように配置された蓋冷却体を含み、
前記蓋冷却体は、前記第1コア、前記第2コア、前記第3コアおよび前記第4コアに熱接合された、請求項4記載のコイル装置。 the first wiring main body includes a first wiring main body first portion and a first wiring main body second portion connected in series,
the second wiring main body includes a second wiring main body first portion and a second wiring main body second portion connected in series,
each of the first wiring body first portion, the first wiring body second portion, the second wiring body first portion, and the second wiring body second portion includes a portion extending in a first direction;
the first wiring body first portion and the first wiring body second portion, and the second wiring body first portion and the second wiring body second portion are arranged at a distance in a second direction intersecting the first direction,
The core is
A first core;
a second core disposed at a distance from the first core in the first direction;
a third core disposed at a distance from the first core in the second direction;
a fourth core that is spaced apart from the third core in the first direction and spaced apart from the second core in the second direction,
the first wiring main body first portion and the second wiring main body first portion are wound around the first core and the second core, respectively;
the first wiring main body second portion and the second wiring main body second portion are wound around the third core and the fourth core, respectively;
the cooling body includes a lid cooling body thermally joined to the first cooling body and arranged to cover the first core, the second core, the third core, and the fourth core;
The coil device according to claim 4 , wherein the lid cooling body is thermally bonded to the first core, the second core, the third core, and the fourth core.
前記第2金属ベース基板に配置された整流回路部と
を備えた、請求項20記載の電力変換装置。 an inverter circuit section electrically connected to the first coil pattern and disposed on the first metal base substrate ;
The power conversion device according to claim 20 , further comprising a rectifier circuit portion disposed on the second metal base substrate.
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