变压器以及变压器的制造方法与流程

本发明涉及确保散热性能的变压器以及变压器的制造方法。

背景技术：

变压器被用作直流电压的转换电路即绝缘型dc-dc转换器的主要部件，具有按照一次绕组与二次绕组的匝数比将被输入一次绕组侧的电压在二次绕组侧转换为另一值的电压的功能。

图5示出了专利文献1记载的以往的变压器。在图5中，以往的变压器10具有一对磁芯14、内侧绕组架11、外侧绕组架12、罩13、壳体17以及散热树脂18。通过向内侧绕组架11卷绕内侧绕组15且向外侧绕组架12卷绕外侧绕组16来制造变压器10，如图5所示，该变压器10以变压器10的上方部分露出的方式收容于壳体17的内部。在壳体17的内部填充有散热树脂18。上下一对磁芯14被组装起来而形成使由绕组15、16产生的磁通通过的磁路。磁芯14具有对称的形状，以从上下方向夹着内侧绕组架11以及外侧绕组架12的方式彼此连结。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2014-93404号公报

然而，由于将变压器10放入壳体17并利用散热树脂18进行填充，因此，为了经由散热树脂18将绕组15、16的发热向下方的散热部件(在图5中没有图示)散热而确保散热性能，需要大量的散热树脂，从而变压器10变重且价格变高。

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明是解决所述以往的问题的发明，其目的在于，提供无需利用散热树脂从底面填充到一定高度就确保散热性能的轻量且廉价的变压器以及变压器的制造方法。

用于解决课题的方案

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案的变压器具备：线圈单元，其包括卷绕于内侧绕组架的内侧绕组、将所述内侧绕组环绕覆盖的外侧绕组架、卷绕于所述外侧绕组架的外侧绕组、以及将所述外侧绕组环绕覆盖的罩；和磁芯单元，其构成为从所述线圈单元的所述内侧绕组架以及所述外侧绕组架的上下方插入磁芯，从而在与所述内侧绕组以及所述外侧绕组的卷绕方向垂直的方向上形成磁路，至少在所述磁芯的所述磁路内的所述内侧绕组架与所述内侧绕组之间的空隙、所述磁芯的所述磁路外的所述内侧绕组架与所述内侧绕组之间的空隙、以及所述磁芯的所述磁路外的所述外侧绕组与所述罩之间的空隙分别填充散热树脂而形成有散热树脂部，所述磁芯的所述磁路内的所述内侧绕组与所述外侧绕组架之间的空隙、所述磁芯的所述磁路内的所述外侧绕组架与所述外侧绕组之间的空隙、以及所述磁芯的所述磁路内的所述外侧绕组与所述罩之间的空隙分别为未填充散热树脂的空间部。

另外，本发明的另一技术方案的变压器的制造方法具备：向内侧绕组架的卷绕部涂敷散热树脂之后，向所述内侧绕组架卷绕内侧绕组的工序；向外侧绕组架卷绕外侧绕组的工序；以及向所述内侧绕组架嵌合安装所述外侧绕组架的工序，在所述三个工序之后，向处于磁芯的磁路外的所述外侧绕组的外侧和罩的内侧中的至少一方涂敷散热树脂，向嵌合安装于所述内侧绕组架的所述外侧绕组架嵌合所述罩而形成线圈单元，从所述线圈单元的所述内侧绕组架以及所述外侧绕组架的上下方插入所述磁芯，从而在与所述内侧绕组以及所述外侧绕组的卷绕方向垂直的方向上形成磁路，至少在所述磁芯的所述磁路内的所述内侧绕组架与所述内侧绕组之间的空隙、所述磁芯的所述磁路外的所述内侧绕组架与所述内侧绕组之间的空隙、以及所述磁芯的所述磁路外的所述外侧绕组与所述罩之间的空隙分别由所涂敷的散热树脂形成散热树脂部。

根据本变压器以及变压器的制造方法，无需用散热树脂从底面填充到一定高度就能够实现确保散热性能的轻量且廉价的变压器。

发明效果

如以上那样，根据本发明的所述技术方案的变压器以及变压器的制造方法，无需用散热树脂从底面填充到一定高度(例如比绕组部高的高度)，因此能够提供确保散热性能的轻量且廉价的变压器。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的变压器的立体图。

图2是图1所示的变压器的分解立体图。

图3a是本发明的第一实施方式的沿着图1所示的变压器的3a-3a线的截面的切断部端面图。

图3b是本发明的第一实施方式的沿着图1所示的变压器的3b-3b线的截面的切断部端面图。

图3c是本发明的第一实施方式的沿着图1所示的变压器的3c-3c线的剖视图。

图4a是本发明的第二实施方式的沿着图1所示的变压器的4a-4a线的截面的切断部端面图。

图4b是本发明的第二实施方式的沿着图1所示的变压器的4b-4b的截面的切断部端面图。

图4c是本发明的第二实施方式的沿着图1所示的变压器的4c-4c线的剖视图。

图5是表示专利文献1记载的以往的变压器的剖视图。

附图标记说明

100、200…变压器；101…内侧绕组架；101a…内侧绕组架卷绕部；101b…内侧绕组架凸缘部；101c…内侧绕组架中空筒部；101e…下端接触部；102…外侧绕组架；102a…外侧绕组架卷绕部；102b…外侧绕组架凸缘部；102c…外侧绕组架中空筒部；103…罩；103e…下端接触部；104…磁芯；105…内侧绕组；106…外侧绕组；107…散热树脂部；108…散热部件；109…空间部；120…线圈单元；121…磁芯单元；151、152、153…散热路径；180…磁路形成区域；181、182…内侧绕组架-内侧绕组间的空隙；183、184…内侧绕组-外侧绕组架间的空隙；185、186…外侧绕组架-外侧绕组间的空隙；187、188…外侧绕组-罩间的空隙；10…变压器；11…内侧绕组架；12…外侧绕组架；13…罩；14…磁芯；15…内侧绕组；16…外侧绕组；17…壳体；18…散热树脂。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明的第一实施方式的变压器100具有内侧绕组架101、外侧绕组架102、一对罩103以及上下左右各一对的合计4个磁芯104。

而且，如图2所示，内侧绕组架101具备内侧绕组架卷绕部101a、上侧和下侧的内侧绕组架凸缘部101b、以及内侧绕组架中空筒部101c，各部分通过注塑成形等而一体成形地制造。内侧绕组架卷绕部101a配置于内侧绕组架中空筒部101c的外周。上侧和下侧的内侧绕组架凸缘部101b分别配置于内侧绕组架中空筒部101c的上端和下端，并分别朝向径向外侧突出。在下侧的内侧绕组架凸缘部101b的下表面的长度方向的两端部，配置有能够与散热部件108接触的下端接触部101e。在内侧绕组架中空筒部101c的内侧形成有贯通孔101p。

外侧绕组架102具备外侧绕组架卷绕部102a、上侧和下侧的外侧绕组架凸缘部102b、以及外侧绕组架中空筒部102c，各部分通过注塑成形等而一体成形地制造。外侧绕组架卷绕部102a配置于外侧绕组架中空筒部102c的外周。上侧和下侧的外侧绕组架凸缘部102b分别配置于外侧绕组架中空筒部102c的上端和下端，并分别朝向径向外侧突出。在外侧绕组架中空筒部102c的内侧形成有贯通孔102p。

通过向外侧绕组架中空筒部102c的内侧的贯通孔102p内插入内侧绕组架101而在内侧绕组架101的径向外侧配置有外侧绕组架102，在外侧绕组架102的径向外侧配置有一对罩103。需要说明的是，在各罩103的下表面的端部配置有能够与散热部件108接触的下端接触部103e。

这样，由卷绕于内侧绕组架101的内侧绕组105、将内侧绕组105环绕覆盖的外侧绕组架102、卷绕于外侧绕组架102的外侧绕组106、以及将外侧绕组106环绕覆盖的罩103形成线圈单元120。

图3a表示沿着图1的变压器100的3a-3a线的截面的切断部端面图。在外侧绕组架102的卷绕有外侧绕组106的外侧绕组架卷绕部102a的外周，从变压器100的长度方向的两侧安装有一对罩103。内侧绕组架101、外侧绕组架102以及罩103分别由具有绝缘性的合成树脂构成，将磁芯104、内侧绕组105以及外侧绕组106绝缘分离。另外，在内侧绕组架卷绕部101a的外周卷绕内侧绕组105并在外侧绕组架卷绕部102a的外周卷绕外侧绕组106之后，从内侧绕组架101的上方嵌合安装外侧绕组架102。

另外，磁芯104的腿104a从上下方向分别进入内侧绕组架中空筒部101c的贯通孔101p和外侧绕组架中空筒部102c的贯通孔102p，且腿104a在中央部对接。上下左右各一对的磁芯104形成使由内侧绕组105以及外侧绕组106产生的磁通通过的磁路。这样，从线圈单元120的内侧绕组架101以及外侧绕组架102的上下方插入磁芯104，并且在与内侧绕组105以及外侧绕组106的卷绕方向垂直的方向上形成磁路，从而构成磁芯单元121。

通过从卷绕有内侧绕组105的内侧绕组架101的上方嵌合安装卷绕有外侧绕组106的外侧绕组架102来使内侧绕组105与外侧绕组106耦合，但只要内侧绕组105与外侧绕组106能够耦合即可，内侧绕组架101与外侧绕组架102的嵌合安装方法不限定于此。另外，通过从卷绕有外侧绕组106的外侧绕组架102的两侧安装一对罩103来将外侧绕组106与磁芯104绝缘分离，但只要能够将外侧绕组106与磁芯104绝缘分离即可，罩103的嵌合安装方法不限定于此。

另外，内侧绕组105和外侧绕组106可以分别由单线构成，或者也可以由绞合线构成，并且进一步期望由绝缘包覆导线构成。外侧绕组106与内侧绕组105的外径可以相同，也可以不同。

另外，磁芯104为将e型芯分割的形状，但只要能够针对绕组形成闭合磁路即可，也可以是u型、i型或pq型等任意形状的磁芯。材质除了铁氧体以外，也可以是金属等软磁性材料。

以下，利用图3a、图3b以及图3c说明本发明的第一实施方式的变压器100。图3a是图1的3a-3a线的截面的切断部端面图，图3b是图1的3b-3b线的截面的切断部端面图，图3c是图1的3c-3c线的剖视图。如图3a所示，本发明的第一实施方式的变压器100在下方装备有板状的散热部件108，将变压器100的发热散热到散热部件108。

如图3c所示，在本发明的第一实施方式的变压器100中，在磁芯104的磁路内的内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181、磁芯104的磁路外的内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙182、以及磁芯104的磁路外的外侧绕组106-罩103间的空隙188分别填充有散热树脂而分别形成散热树脂部107。另一方面，在磁芯104的磁路内的内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙183、磁芯104的磁路内的外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙185、以及磁芯104的磁路内的外侧绕组106-罩103间的空隙187形成有因不填充散热树脂而保持空间的状态的空间部109。在空隙181、空隙182以及空隙188的散热树脂部107进行热传导，另一方面，在空隙183、空隙185、以及空隙187的空间部109不进行热传导。因此，详细情况如后所述，能够将变压器100的内侧绕组105和外侧绕组106的发热经由内侧绕组架101、外侧绕组架102以及散热树脂部107而散热到散热部件108，从而将动作时的变压器各部分的温度设为规定值以下。示出了在图3c的磁路形成区域180中，形成有内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181被散热树脂填充而成的散热树脂部107的情况。示出了在图3c的磁路形成区域180以外的区域中，内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙182以及外侧绕组106-罩103间的空隙188被散热树脂填充而形成有散热树脂部107。

内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181以及外侧绕组106-罩103间的空隙188是内侧绕组105以及外侧绕组106的发热的散热的主要路径(散热路径如后所述)，因此期望其各自的几乎全部或者90％以上的部分被散热树脂填充而形成散热树脂部107。

散热树脂部107的散热树脂使用硅酮系树脂、氨基甲酸酯系树脂、或者环氧系树脂等，期望热传导率尽量高，期望至少比以往的从底面填充到一定高度(例如比绕组部高的高度)的以往的变压器的散热树脂的热传导率高。例如，期望热传导率为2w/m·k以上，进而，对于绕组105、106的发热量大的(例如绕组105、106的发热量为5w以上的)变压器，期望热传导率为3w/m·k以上。

另外，如图3b所示，内侧绕组架101具有与散热部件108接触的接触部101e。另外，罩103具有与散热部件108接触的接触部103e。由此，内侧绕组架101以及罩103分别具有与散热部件108接触的接触部101e、103e，成为内侧绕组105以及外侧绕组106的发热的散热的主要路径(散热路径如后所述)。因此，期望内侧绕组架101以及罩103的材料具有散热树脂的热传导率以上的热传导率。例如期望热传导率为2w/m·k以上，进而，对于绕组105、106的发热量大的变压器，期望将热传导率为3w/m·k以上的材料用作内侧绕组架101以及罩103。

接着，说明本发明的第一实施方式的变压器100的散热路径。

首先，说明内侧绕组105的散热路径151，基本上设置为内侧绕组105不向外侧绕组架侧散热而经由内侧绕组架101散热。如图3a以及图3b中的内侧绕组105的散热路径151所示，在磁芯104的磁路内外，内侧绕组105的发热经过在内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181填充有散热树脂而形成的散热树脂部107、内侧绕组架卷绕部101a、下侧的内侧绕组架凸缘部101b、以及内侧绕组105而进行传导。如图3b所示，所传导的热量在变压器100的长度方向的两侧的磁芯104的磁路外，经由在内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙182填充有散热树脂而成的散热树脂部107和内侧绕组架101的与散热部件108接触的下端接触部101e而向散热部件108传导。因此，能够使动作时的内侧绕组105的温度为规定值以下。

接着，说明外侧绕组106的发热的散热路径，基本上设置为外侧绕组106不向内侧绕组架侧散热而经由罩103散热。如图3b以及图3c中的外侧绕组106的散热路径152所示，在磁芯104的磁路内，外侧绕组106的发热经由外侧绕组106而进行传导。接着，如图3b所示，在变压器100的长度方向的两侧的磁芯104的磁路外，经由在外侧绕组106-罩103间的空隙188填充的散热树脂部107和罩103的与散热部件108接触的下端接触部103e而向散热部件108传导。因此，能够使动作时的外侧绕组106的温度为规定值以下。

如图3c所示，内侧绕组105由于位于变压器100的内侧，因此会积聚与变压器100的所有发热相应的热量，需要用于散出该热量的高的散热能力。因此，通过在内侧绕组架101与内侧绕组105之间的空隙181、182的几乎整个空隙填充散热树脂而形成散热树脂部107，能够得到高的散热能力。而且，若在磁芯104的磁路内存在散热树脂，则会向磁芯104进行热传导而使磁芯104的温度上升，因此在磁路内的内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙183、磁路内的外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙185、以及磁路内的外侧绕组106-罩103间的空隙187分别不填充散热树脂而形成空间部109，从而不进行散热。另一方面，设为在磁路外的外侧绕组106-罩103间的空隙188填充散热树脂而形成散热树脂部107从而进行散热的构造。在组装有变压器100的成套设备中，位于变压器100的最外周的磁芯104受来自周边部件的波及热量(日文：煽り熱)的影响而温度上升，因此需要减少从外侧绕组106以及内侧绕组105向磁芯104的热传导，减少磁芯104的温度上升。

接着，利用图2说明本发明的第一实施方式的变压器100的制造方法。

首先，向内侧绕组架101的内侧绕组架卷绕部101a涂敷散热树脂。

接着，向内侧绕组架卷绕部101a卷绕内侧绕组105。其结果是，在内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181与后述的磁芯104的磁路外的内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙182分别形成散热树脂部107。

接着，从内侧绕组架101的上方嵌合安装外侧绕组架102。由此，在后述的磁芯104的磁路内的内侧绕组105与外侧绕组架102之间的空隙183形成未填充散热树脂的空间部109。

接着，向外侧绕组架卷绕部102a卷绕外侧绕组106。内侧绕组105以及外侧绕组106的匝数由变压器100的转换电压值决定。

接着，向处于磁芯的磁路外的外侧绕组106的外侧和罩103的内侧中的至少一方涂敷散热树脂。其结果是，在磁芯104的磁路外的外侧绕组106-罩103间的空隙188形成散热树脂部107。

接着，将一对罩103嵌合安装于外侧绕组架102。由此，在磁芯104的磁路内的外侧绕组架102与外侧绕组106之间的空隙185和磁芯104的磁路内的外侧绕组106与罩103之间的空隙187分别形成未填充散热树脂的空间部109。各散热树脂部107的散热树脂按照散热树脂的硬化方法而在常温或高温下硬化。在采用在高温下硬化的方式情况下，在该阶段进行加热硬化。

接着，从内侧绕组架中空筒部101c以及外侧绕组架中空筒部102c的上下方分别嵌合安装分割后的磁芯104，使磁芯104的腿104a彼此对接。需要说明的是，在使磁芯104的腿104a彼此对接时，也可以使腿104a彼此之间具有缝隙。磁芯104使用粘接剂粘接、或者由带状的构件固定外周、或者由弹簧状的构件固定。

需要说明的是，内侧绕组架101与外侧绕组架102的嵌合安装也可以采用如下方式：预先制造向内侧绕组架卷绕部101a卷绕内侧绕组105而成的内侧绕组架单元、和向外侧绕组架卷绕部102a卷绕外侧绕组106而成的外侧绕组架单元，从内侧绕组架单元的上方嵌合安装外侧绕组架单元而进行制造。

另外，也可以在卷绕外侧绕组106之后，将向外侧绕组106-罩103间的空隙188填充的散热树脂涂敷于外侧绕组106，从外侧绕组架102的两侧嵌合安装一对罩103，从而在空隙188形成散热树脂部107。

通过以上那样的工序，能够制造本发明的第一实施方式的变压器100。

接着，以下利用图4a、图4b、图4c来说明本发明的第二实施方式的变压器200。图4a是图1的4a-4a线的截面的切断部端面图，图4b是图1的4b-4b线的截面的切断部端面图，图4c是图1的4c-4c线的剖视图。在图4a、图4b、图4c中，对与图3a、图3b、图3c相同的结构要素使用相同的附图标记并省略说明。

如图4c所示，本发明的第二实施方式的变压器200相对于本发明的第一实施方式的变压器100而言，还在磁芯104的磁路外的内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙184、和磁芯104的磁路外的外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙186分别填充散热树脂而形成散热树脂部107。这样一来，能够将变压器100的内侧绕组105以及外侧绕组106的发热经由内侧绕组架101以及罩103而向散热部件108散出，使动作时的变压器各部分的温度为规定值以下。

图4a示出了在磁路形成区域180中在内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙181填充散热树脂而形成有散热树脂部107的情况。图4b示出了在磁路形成区域180以外的区域中在内侧绕组架101-内侧绕组105间的空隙182、内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙184、外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙186、以及外侧绕组106-罩103间的空隙188填充散热树脂而形成有散热树脂部107的情况。

接着，说明本发明的第二实施方式的变压器200的散热路径。相对于变压器100的散热路径，如图4b以及图4c所示，追加了散热路径153。相对于变压器100而言，还在内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙184以及外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙186填充散热树脂而形成散热树脂部107。内侧绕组105以及外侧绕组106的发热从温度高的一侧向低的一侧传导热量，经由内侧绕组架101的与散热部件108接触的接触部101e或者罩103的与散热部件108接触的接触部103e而向散热部件108传导。在图4b以及图4c中，示出了内侧绕组105的温度比外侧绕组106高的情况，示出了内侧绕组105的发热通过散热路径153而向外侧绕组106、罩103传导的情况。此时，内侧绕组105-外侧绕组架102间的空隙184以及外侧绕组架102-外侧绕组106间的空隙186处于磁芯104所形成的磁路外，因此不会向磁芯104进行热传导而使磁芯104的温度上升。变压器200相对于变压器100而言追加了散热路径153，因此变压器200无需使磁芯104的温度上升就能够使散热性能变得更高，进一步对于功率大的变压器的散热是有效的。

接着，利用图2说明本发明的第二实施方式的变压器200的制造方法。

相对于变压器100的制造工序而言，以下点有所不同。

在从内侧绕组架101的上方嵌合安装外侧绕组架102之前，向内侧绕组105涂敷散热树脂。或者，向外侧绕组架102的内侧涂敷散热树脂。之后，从内侧绕组架101的上方嵌合安装外侧绕组架102，由此，在磁芯104的磁路外的内侧绕组105与外侧绕组架102之间的空隙184形成填充有散热树脂的散热树脂部107。

而且，在向外侧绕组架卷绕部102a卷绕外侧绕组106之前，向外侧绕组架卷绕部102a涂敷散热树脂。之后，向外侧绕组架卷绕部102a卷绕外侧绕组106，由此在磁芯104的磁路外的外侧绕组架102与外侧绕组106之间的空隙186形成填充有散热树脂而成的散热树脂部107。

通过以上那样的工序，能够制造本发明的第二实施方式的变压器200。

根据所述的第一以及第二实施方式的变压器100、200，无需利用散热树脂从底面填充到一定高度(例如比绕组部高的高度)，因此能够大幅削减散热树脂的量，从而能够提供确保散热性能的轻量且廉价的变压器。另外，根据第二实施方式的变压器200，相对于变压器100而言追加了散热路径153，因此无需使磁芯104的温度上升就能够使散热性能变得更高，进一步对于功率大的变压器的散热是有效的。

需要说明的是，可以通过适当组合所述各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例来发挥其各自所具有的效果。另外，可以使实施方式彼此组合、或实施例彼此组合、或实施方式与实施例组合，并且也可以使不同的实施方式或实施例中的特征彼此组合。

产业上的可利用性

本发明的所述技术方案的变压器以及变压器的制造方法对于具有高转换效率并具有大电流容量、且也能够适用于机动车、环境、住宅、基础设施等广泛范围的领域中的电源系统的dc/dc转换器、ac/dc转换器等用途的变压器是有用的。