(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱フィラーを含む樹脂により形成される内側ボビンと、放熱フィラーを含まない樹脂により形成される外側ボビンと、放熱フィラーを含む樹脂により形成されるカバーとで構成される巻枠部と、
前記内側ボビンに巻装される内側巻線及び前記外側ボビンに巻装される外側巻線で構成される巻線部と、
前記巻枠部と前記巻線部とを挟み込むように配置されたコア部とを備えるトランスであって、
前記内側ボビンの下面がヒートシンクに接し、
前記外側ボビンは前記内側巻線の径方向外側に配置され、
前記カバーは前記外側巻線の径方向外側に配置され、
前記外側ボビンの上面が前記カバーと接し、前記外側ボビンの下面が前記内側ボビンと接し、前記カバーは、前記カバーの下面部の内側に突出する鍔部を備え、前記鍔部と前記外側ボビンの下面とは隙間を有するトランス。
【請求項２】
前記カバーの下面が前記ヒートシンクに接する請求項１に記載のトランス。
【請求項３】
前記カバーにおいて、前記外側ボビンと接する箇所の厚みが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載のトランス。
【請求項４】
前記内側ボビン及び前記カバーの底面に、厚みが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載のトランス。
【請求項５】
前記コア部の磁路が形成される領域の外側となる前記カバーにおいて、前記カバーの内側の曲率が前記外側巻線の最外周の曲率と略同一であり、前記コア部の磁路が形成される領域の外側となる前記カバーの内側の少なくとも一部が前記外側巻線に接する請求項１〜４のいずれか１つに記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い放熱性能を有するトランスに関し、特にトランスの放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランスは、直流電圧の変換回路である絶縁型ＤＣ‐ＤＣコンバータの主要部品として使用され、１次巻線と２次巻線との巻数比に従って、１次巻線側に入力された電圧を、２次巻線側で別値の電圧に変換する機能を有する。
【０００３】
図６に、特許文献１に記載された従来のトランスを示す。図６において、従来のトランス１０は、一対の磁性コア１４と、内側ボビン１１と、外側ボビン１２と、カバー１３と、ケース１７と、放熱樹脂部１８とを有する。内側ボビン１１に内側巻線１５を巻回し、外側ボビン１２に外側巻線１６を巻回することによってトランス１０が製造され、図６に示すように、トランス１０の上方部分が露出するように、ケース１７の内部に収容される。トランス１０が収容されたケース１７の内部には、トランス１０とケース１７との隙間には放熱樹脂が充填されて、放熱樹脂部１８を形成している。上下一対の磁性コア１４は、組み立てられて、巻線により発生する磁束を通過させる磁路を形成する。磁性コア１４は、対称な形状を有しており、内側ボビン１１及び外側ボビン１２を上下方向から挟むようにして互いに連結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、トランス１０をケース１７に入れて放熱樹脂で充填することにより、放熱樹脂部１８を介して巻線の発熱を下方のヒートシンク（図６には図示されていない）に放熱し、放熱性能を確保しているため、多量の放熱樹脂が必要となり、トランス１０が重く、価格が高くなる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、底面から一定の高さまで放熱樹脂で埋めなくとも放熱性能を確保した軽量かつ低価格のトランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるトランスは、
放熱フィラーを含む樹脂により形成される内側ボビンと、放熱フィラーを含まない樹脂により形成される外側ボビンと、放熱フィラーを含む樹脂により形成されるカバーで構成される巻枠部と、
前記内側ボビンに巻装される内側巻線及び前記外側ボビンに巻装される外側巻線で構成される巻線部と、
前記巻枠部と巻線部を挟み込むように配置されたコア部とを備えるトランスであって、
前記内側ボビンの下面がヒートシンクに接し、
前記外側ボビンは前記内側巻線の径方向外側に配置され、
前記カバーは前記外側巻線の径方向外側に配置され、
前記外側ボビンの上面が前記カバーと接し、
前記外側ボビンの下面が前記内側ボビンと接し、前記カバーは、前記カバーの下面部の内側に突出する鍔部を備え、前記鍔部と前記外側ボビンの下面とは隙間を有することを特徴とする。
【０００８】
本トランスによって、底面から一定の高さまで放熱樹脂で埋めることなく放熱性能を確保した軽量かつ低価格のトランスを実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の前記態様にかかるトランスによれば、放熱フィラーを含む内側ボビンの下面をヒートシンクに確実に接触させることができるため、トランスの巻線部に発生する熱を、内側ボビンの下面からヒートシンクに伝えて効率良く放散することができ、底面から一定の高さ（例えば、巻線部より高い高さ）まで放熱樹脂で埋めなくとも放熱性能を確保することができて軽量かつ低価格のトランスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態におけるトランスを示す斜視図
【図２】図１に示すトランスの分解斜視図
【図３Ａ】本発明の前記実施の形態における図１に示すトランスの３Ａ−３Ａ線に沿う断面における切断部端面図
【図３Ｂ】本発明の前記実施の形態における図１に示すトランスの３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面における切断部端面図
【図４Ａ】本発明の前記実施の形態における図１に示すトランスの４Ａ−４Ａ線に沿う断面における切断部端面図
【図４Ｂ】本発明の前記実施の形態における図１に示すトランスの４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面における切断部端面図
【図５】本発明の前記実施の形態の変形例におけるトランスのカバーを示す分解斜視図
【図６】特許文献１に記載された従来のトランスを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施の形態にかかるトランス２０は、内側ボビン２１と、外側ボビン２２と、一対のカバー２３と、一対の磁性コア２４とを有する。内側ボビン２１と外側ボビン２２と一対のカバー２３とで巻枠部４０を構成している。
【００１３】
さらに、図２に示すように、内側ボビン２１は、内側ボビン巻回部２１ａと、上側と下側の内側ボビン鍔部２１ｂと、内側ボビン中空筒部２１ｃとを備え、各部は射出成形などにより一体成形して製造される。内側ボビン巻回部２１ａは内側ボビン中空筒部２１ｃの外周に配置されている。上側と下側の内側ボビン鍔部２１ｂは、内側ボビン中空筒部２１ｃの上端と下端とにそれぞれ配置されて、径方向外向きにそれぞれ突出している。内側ボビン中空筒部２１ｃの内側には貫通穴２１ｐが形成されている。
【００１４】
外側ボビン２２は、外側ボビン巻回部２２ａと、上側と下側の外側ボビン鍔部２２ｂと、外側ボビン中空筒部２２ｃとを備え、各部は射出成形などにより一体成形して製造される。外側ボビン巻回部２２ａは外側ボビン中空筒部２２ｃの外周に配置されている。上側と下側の外側ボビン鍔部２２ｂは、外側ボビン中空筒部２２ｃの上端と下端とにそれぞれ配置されて、径方向外向きにそれぞれ突出している。外側ボビン中空筒部２２ｃの内側には貫通穴２２ｐが形成されている。
【００１５】
外側ボビン中空筒部２２ｃの内側の貫通穴２２ｐ内に内側ボビン２１を挿入することにより内側ボビン２１の径方向外側に外側ボビン２２が配置され、外側ボビン２２の径方向外側に一対のカバー２３が配置される。
【００１６】
上下一対のＥ字状の磁性コア２４は、内側ボビン２１と、外側ボビン２２と、左右一対のカバー２３とを囲むように配置される。
【００１７】
図３Ａは、図１のトランス２０の３Ａ−３Ａ線に沿う断面における切断部端面図を示している。ここでは、内側ボビン２１の外周には内側巻線２５が巻装され、外側ボビン２２の外周には外側巻線２６が巻装され、内側ボビン２１の上方から、外側ボビン２２を嵌め込めるようになっている。よって、外側ボビン２２は、内側巻線２５の径方向外側に配置されることになる。内側巻線２５と外側巻線２６とで巻線部４３が構成される。左右一対のカバー２３は、磁性コア２４の磁路が形成される領域の外側（磁路外）の嵌合部２３ａと２３ｂとで嵌合することで構成される。カバー２３の嵌合部２３ａと２３ｂは、トランス２０の幅方向の中心線に対して位置をずらせて配置することにより、後述するように鍔部２３ｈと外側巻線２６との接触を大きくして放熱特性を向上させている。カバー２３は、外側巻線２６の径方向外側に配置されている。内側ボビン２１と、外側ボビン２２と、カバー２３とは、絶縁性のある合成樹脂でそれぞれ構成され、磁性コア２４、内側巻線２５、及び外側巻線２６の電気的絶縁を行う。また、内側ボビン中空筒部２１ｃと、外側ボビン中空筒部２２ｃとには、それらの貫通穴２１ｐ内に、一対の磁性コア２４の中心側の脚２４ａが、上下方向から入り込み、中央部において上下から入り込んだ脚２４ａ同士が突き合わされるようになっている。一対の磁性コア２４は、内側巻線２５及び外側巻線２６により発生する磁束を通過させる磁路を形成する。一対の磁性コア２４は、巻枠部４０と巻線部４３とを挟み込むように配置されたコア部２４の一例として機能する。
【００１８】
また、内側巻線２５と外側巻線２６とは、それぞれ、単線で構成されていてもよく、又は、撚り線で構成されていてもよいとともに、さらに、絶縁被覆導線で構成されることが望ましい。外側巻線２６は、内側巻線２５と同じ外径であってもよいが、異なっていてもよい。
【００１９】
また、磁性コア２４は、Ｅ型コアを分割した形状になっているが、巻線に対して、閉磁路を形成できるものであればよく、Ｕ型、Ｉ型、又は、ＰＱ型など任意の形状の磁性コアでもよい。材質は、フェライトの他、金属などの軟磁性材料でもよい。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂを用いて本発明の前記実施の形態におけるトランス２０について以下に説明する。図３Ａは図１の３Ａ−３Ａ線の断面における切断部端面図であり、図３Ｂは図１の３Ｂ−３Ｂ線の断面における切断部端面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、トランス２０の下端面には板状のヒートシンク２８が配置されている。
図３Ａに示すように、内側ボビン２１は、ヒートシンク２８と接触できる内側ボビン下面部２１ｅを内側ボビン２１の下端面に露出していて、内側巻線２５の発熱は、放熱経路４１で示すように、内側ボビン２１と内側ボビン下面部２１ｅとを介して、ヒートシンク２８に放熱する。また、カバー２３は、ヒートシンク２８と接触できるカバー下面部２３ｅをカバー２３の下端面に露出していて、外側巻線２６の発熱は、放熱経路４２で示すように、カバー２３とカバー下面部２３ｅとを介して、ヒートシンク２８に放熱する。その際、内側ボビン２１及びカバー２３は、ヒートシンク２８まで熱を伝導する必要があるため、アルミナなどの放熱フィラーを含む樹脂でそれぞれ形成され、熱伝導率が例えば２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに、巻線の発熱量が大きい（例えば巻線の発熱量が５Ｗ以上の）トランスに対しては、熱伝導率が例えば３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。これは、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋより小さい場合には、放熱が十分に行えなくなり、コイルの温度を十分下げることができないためである。
【００２１】
次に、図３Ｂを用いて、内側ボビン２１と、外側ボビン２２と、カバー２３との詳細な構造を説明する。外側ボビン２２は、上側の外側ボビン鍔部２２ｂの上部に位置する外側ボビン上面部２２ｄの上面の一部が、カバー２３のカバー押圧部２３ｄの下面の一部と接触しており、下側の外側ボビン鍔部２２ｂの下部に位置する外側ボビン下面部２２ｅの下面全面が、内側ボビン２１の内側ボビン下面部２１ｅの上面と接触する構造としている。この構造により、上部から押さえることができない内側ボビン２１は、カバー押圧部２３ｄと、外側ボビン上面部２２ｄと、外側ボビン２２と、外側ボビン下面部２２ｅと、内側ボビン下面部２１ｅとの順番で、カバー押圧部２３ｄからバネなどの固定部品で固定することにより押圧力５１を内側ボビン２１にかけて、内側ボビン下面部２１ｅの下端面全面をヒートシンク２８に押さえ付けられることを可能としている。さらに、外側ボビン下面部２２ｅを、図３Ｂに示すような下向きに凸形状とし、かつ、長手方向の両側に凹部２２ｆを形成している。この凹部２２ｆには、カバー２３のカバー下面部２３ｅの内側に、対向するカバー２３に向けてトランスの幅方向に突出した鍔部２３ｈが、隙間４５を空けて挿入されている。このようにすることにより、カバー２３に接触させず、外側ボビン２２を内側ボビン２１のみに接触する構造とすることができる。このような構造により、カバー２３の鍔部２３ｈの高さのばらつきに影響されず、内側ボビン２１を外側ボビン２２で確実に押さえることができる。特に、内側に配置されて熱がこもり易い内側巻線２５（図３Ｂでは外側ボビン２２の奥手に位置するため図示されていない）からの放熱を確実に行うため、内側ボビン下面部２１ｅの下端面をヒートシンク２８に確実に接触させておくことが重要である。よって、内側ボビン２１及びカバー２３は、内側ボビン下面部２１ｅ及びカバー下面部２３ｅを介して、内側巻線２５及び外側巻線２６からそれぞれ受け取った熱をヒートシンク２８にそれぞれ伝え、さらに、カバー２３は、側面から外気に放熱することができる。したがって、放熱フィラーを含む内側ボビン下面部２１ｅをヒートシンク２８に確実に接触させることができ、内側ボビン２１及びカバー２３を介して内側巻線２５及び外側巻線２６の放熱をそれぞれ確実に行える。
【００２２】
次に、温度上昇時におけるトランス２０の放熱について、以下に説明する。温度上昇時、放熱フィラーを含まない樹脂は、放熱フィラーを含む樹脂より熱膨張係数が１桁大きいため、樹脂の伸び量が大きくなる。例えば、図３Ｂに膨張５２の矢印で示す方向に、放熱フィラーを含まない樹脂を用いた外側ボビン２２は、放熱フィラーを含む樹脂を用いた内側ボビン２１より大きく伸びる。このとき、外側ボビン２２の伸びにより外側ボビン２２が内側ボビン２１を押し上げないように、外側ボビン上面部２２ｄと内側ボビン２１の上部とは、少なくとも上下方向には接触しない構造とし、カバー押圧部２３ｄから外側ボビン２２を介して内側ボビン２１を固定することにより、内側ボビン下面部２１ｅをヒートシンク２８に確実に接触させることができ、温度上昇時でも、内側ボビン２１及びカバー２３を介して巻線２５，２６の放熱を確実に行える。なお、外側ボビン上面部２２ｄは、図３Ｂに示すような上向きに凸形状でもよい。
【００２３】
さらに、内側ボビン下面部２１ｅ及びカバー２３のカバー下面部２３ｅは、他の部分よりも特に厚みを増やし、ヒートシンク２８との接触面を平坦とした接触部とすることで、接触面が反ることなくヒートシンク２８と確実に接触することができる。例えば、内側ボビン下面部２１ｅ及びカバー下面部２３ｅの厚みはそれぞれ３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。厚みが３ｍｍより薄い場合には、接触面の反りが起こりやすく、ヒートシンクと確実に接触することができなくなる。また、厚みが１０ｍｍより厚い場合には、熱抵抗が大きくなって放熱性が悪くなり、内側巻線２５及び外側巻線２６の放熱が十分にできなくなる。
【００２４】
さらに、図３Ｂに示すように、外側ボビン上面部２２ｄとカバー２３が接するカバー押圧部２３ｄの厚みを厚くしてカバー押圧部２３ｄの上面を平坦とすることで、カバー２３を押える押圧力５１を外側ボビン２２に効率良く伝えることが可能となる。例えば、カバー押圧部２３ｄの厚みは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが望ましい。厚みが２ｍｍより薄い場合には、カバー押圧部２３ｄにクラックが入りやすく、押える力を十分に伝えることができなくなる。また、厚みが１０ｍｍより厚い場合には、カバー２３の重量が増え、トランス２０の軽量化を阻害する。
【００２５】
次に、図４Ａ及び図４Ｂを用いて、トランス２０のカバー２３の形状について説明する。図４Ａに図１の４Ａ−４Ａ線の断面における切断部端面図を示す。トランス２０は、磁性コア２４が形成する磁路形成領域６０以外の領域において、カバー２３は外側巻線２６と接触するように、カバー２３の幅方向沿いの内面に、凸形状の厚肉部２３ｆを持つ。これによって、外側巻線２６とカバー２３とを確実に接触させることができ、カバー２３の厚肉部２３ｆを介して外側巻線２６の放熱を確実に行える。
【００２６】
さらに、巻線２５，２６の発熱量が大きい（例えば巻線の発熱量が５Ｗ以上の）トランス２０に対するカバー２３の形状について、図４Ｂで説明する。図４Ｂに図１の４Ｂ−４Ｂ線の断面における切断部端面図を示す。トランス２０は、磁性コア２４が形成する磁路形成領域６０以外の領域において、カバー２３の内側の曲率が外側巻線２６の外側（最外周）の曲率とほぼ同じであり、外側巻線２６とカバー２３とが接触するように、カバー２３の幅方向沿いの内面に、厚肉部２３ｇを持つ。これによって、外側巻線２６とカバー２３とを確実に接触させることができ、カバー２３の厚肉部２３ｇを介して外側巻線２６の放熱が確実に行える。
【００２７】
以上により、本発明の前記実施の形態にかかるトランス２０が構成される。
【００２８】
次に、本発明の前記実施の形態の変形例のトランス２０であるトランス７０を図５と図４Ａを用いて以下に説明する。図５において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２９】
図２のトランス２０に対して、トランス７０は、カバー２３の形状が変更されている。図２のカバー２３は、磁性コア２４の磁路内に嵌合部２３ａ，２３ｂが存在しない構造としているが、図５のカバー７３は、磁性コア２４の磁路内に嵌合部７３ａ，７３ｂが存在する構造としているため、カバー７３において、図４Ａに示した厚肉部２３ｆに相当する厚肉部を備えた場合に、カバー７３の厚肉部にカバー７３の嵌合部７３ａ，７３ｂが存在しない。よって、外側巻線２６を嵌合部７３ａ，７３ｂを通さずにカバー７３に接触することができるため、外側巻線２６の放熱をさらに確実に行える。
【００３０】
以上により、本発明の前記実施の形態の変形例にかかるトランス７０が構成される。
【００３１】
前記実施の形態及び前記変形例にかかるトランス２０，７０によれば、放熱フィラーをそれぞれ含んで放熱性の良い内側ボビン２１及びカバー２３のカバー下面部２３ｅをヒートシンク２８に確実に接触させることができる。このため、トランス２０，７０の巻線部４３に発生する熱を、内側ボビン２１の内側ボビン下面部２１ｅからヒートシンク２８に伝えて効率良く放散することができ、底面から一定の高さ（例えば、巻線部４３より高い高さ）まで放熱樹脂で埋めることなく、放熱性能を確保することとができ、軽量かつ低価格のトランス２０，７０を提供することができる。よって、放熱樹脂の量をゼロか、又は、巻線部４３の高さより大幅に低い高さまで、大幅に減少させることができる。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のトランスは、高変換効率かつ大電流容量を有し、自動車、環境、住宅、インフラストラクチャーなど、広範囲の分野における電源システムのＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータなどの用途にも適用できるトランスとして有用である。
【符号の説明】
【００３３】
２０  トランス
２１  内側ボビン
２１ａ  内側ボビン巻回部
２１ｂ  内側ボビン鍔部
２１ｃ  内側ボビン中空筒部
２１ｅ  内側ボビン下面部
２２  外側ボビン
２２ａ  外側ボビン巻回部
２２ｂ  外側ボビン鍔部
２２ｃ  外側ボビン中空筒部
２２ｄ  外側ボビン上面部
２２ｅ  外側ボビン下面部
２２ｆ  凹部
２３  カバー
２３ａ，２３ｂ  嵌合部
２３ｄ  カバー押圧部
２３ｅ  カバー下面部
２３ｆ、２３ｇ  厚肉部
２３ｈ  鍔部
２４  磁性コア
２５  内側巻線
２６  外側巻線
２８  ヒートシンク
４０  巻枠部
４１、４２  放熱経路
４３  巻線部
４５  隙間
５１  押圧力
５２  膨張
６０  磁路形成領域
７０  トランス
７３  カバー
１０  トランス
１１  内側ボビン
１２  外側ボビン
１３  カバー
１４  磁性コア
１５  内側巻線
１６  外側巻線
１７  ケース
１８  放熱樹脂部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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