专利名称：电力转换装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力的电力转换装置及
其制造方法。
背景技术：
在近年，公知将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力，并且对以便携式 电话机或PHS (Personal Handy Phone System) 、PDA(PersonalDigital Assistant)为代表 的电子设备等传输电力的AC适配器(ad即ter)等电力转换装置。 但是，将从工业用电源接受的电力转换为其他的不同电力时，一般都伴随发热。作
为对这种电力转换装置等的发热进行散热的技术，提出有设置了提高对外部的散热面积的
散热板的技术(例如专利文献1)。 专利文献1 :日本特开平8-182324号公报 但是，在设置了这种散热板的技术中，需要根据伴随电力转换的发热量而加大散 热板尺寸。因此，存在导致电力转换装置尺寸变大的问题。
发明内容
本发明为鉴于现有技术具有的上述问题点而提出，本发明的目的在于，提供一种
电力转换装置及其制造方法，该电力转换装置通过利用由熔解热产生的吸热的简单结构，
能够抑制尺寸的变大，并且抑制基于伴随电力转换的发热量的增大的温度上升。 为了解决上述问题，根据本发明的一个方案，能够提供一种电力转换装置，其特征
在于，具备将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力的电力转换模块；收容了电
力转换模块的填充材料容器；以及具有绝缘性、并填充在填充材料容器中的直接包容电力
转换模块的填充材料，填充材料的熔点在电力转换模块通过电力转换而达到的温度以下。
电力转换装置，还可以具备检测填充材料的温度的温度检测器；和在由温度检
测器检测出的温度超过了填充材料熔点以上且沸点以下的第一规定温度时，抑制来自电力
转换模块的电力输出的控制部。 控制部，也可以在抑制了电力输出的状态下，在由温度检测器检测出的温度为填 充材料熔点以下的第二规定温度以下时，重新开始电力输出。 控制部，也可以根据由在温度检测器检测出的温度超过了第一规定温度时的其它 不同电力的供给目标即蓄电池的电压值，使第二规定温度不同。 电力转换模块，也可以在电力转换模块的主面上固定有与各电路抵接的用于确保 填充材料的容积的支架(frame)。 电力转换模块要转换的其它不同电力也可以是蓄电池的充电电力。 为了解决上述问题，根据本发明的其它方案，能够提供一种电力转换装置的制造
方法，其特征在于，包括生成填充材料容器的工序；在填充材料容器中收容将从工业用电
源接受的电力转换为其它不同电力的电力转换模块的工序；在收容了电力转换模块的填充材料容器中填充具有绝缘性的填充材料的工序；以及密封填充材料容器的工序。 如以上的说明，在本发明中通过利用由熔解热产生的吸热的简单结构，能够抑制
尺寸变大，并且抑制基于伴随电力转换的发热量的增大的温度上升。
图1是用于说明电力供给系统的概略结构的外观立体图。 图2是表示电力转换装置的概略结构的功能结构图。 图3是表示电力转换模块中的各电路连接状态的一个例子的方框图。 图4是用于说明充电时的填充材料的温度变化的时序图。 图5是用于说明不同充电时的填充材料的温度变化的时序图。 图6是表示了电力转换装置的制造方法的流程的流程图。 图7是用于说明填充材料容器的成型的说明图。 图8是表示在电力转换模块上形成了支架时的外观的立体图。 图9是表示在电力转换模块上形成了支架时的外观的立体图。 图中110-电力转换装置，112-工业用电源，120-便携式终端，124-蓄电池，
150-电力转换模块，152-填充材料容器，154-填充材料，156-温度检测器，158-电压测定
部，160-控制部，162-壳体，254、260-层压薄膜，270-支架。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的适当的实施方式进行详细说明。另外，在本说明书以及 附图中，对实际上具有相同功能结构的结构要素标以相同符号，从而省略重复说明。
(电力供给系统100) 在使用于便携式终端等电子设备的锂离子电池等蓄电池中，正不断进行着高容量 化和高输出化。但是，为了更快速地充电这种蓄电池，例如需要能够通入10C以上的充电电 流的充电器(电力转换装置)。 在本实施方式中，不仅向空气中散热而释放对电子设备供给如此大电流时产生的 发热，而且同时使熔点低的蓄热材料进行吸热。从而，能够抑制电力转换装置尺寸的变大， 还同时能对蓄电池供给大电流、或縮小电力转换装置的占有体积。这里，为便于理解本实施 方式，首先对包括电力转换装置的电力供给系统的整体结构进行说明，之后详细说明电力 转换装置的特征。 图1是用于说明电力供给系统100的概略结构的外观立体图。电力供给系统100 构成为包括电力转换装置110、便携式终端120。 上述电力转换装置IIO，从工业用电源112接受AC100V(根据所使用的国家，例如 也可以设定为100 240V)的电力，并且转换成在便携式终端120中的有效电力，例如DC5V 的电力而提供给便携式终端120。在本实施方式中，利用电力转换装置IIO作为实施对蓄电 池快速充电的充电器，但是，并不局限于该用途，也能作为AC适配器使用，并且能够应付连 续供电中的突发性过载。 另外，这里，虽采用了其主体直接连接于工业用电源112的适配器作为电力转换 装置IIO，但是，并不局限于此情况，也可以采用具备向工业用电源112连接的连接插头(plug)、所谓插座的设备，或者在通过闩锁(latch)构件卡合并固定了便携式终端120的状 态下进行电力供给的所谓托架(cradle)。另外，这里，电力转换装置110虽以与便携式终 端120非一体的方式设置，但是，也可以埋设在便携式终端120中而形成一体。此外，电力 转换装置110，不仅是对便携式终端120，而且，只要是需要电力供给的设备(例如，需要快 速充电的电动汽车等)，就能够对其进行电力供给。 上述便携式终端120，除了上述的便携式电话机、KB、 PDA之外，还能由笔记本式 个人电脑等能够携带的各种电子设备构成。在本实施方式中，为便于理解，特别采用便携式 电话机作为便携式终端120。便携式终端120在操作部122的背面，以能够装卸的方式备 有蓄电池(未图示)。而且，便携式终端120具有与由电力转换装置110延长出的插头114 对应的连接器(co皿ector)124，并且从连接器124接受由电力转换装置110已转换的电力 而对蓄电池进行充电。 该蓄电池，积蓄来自电力转换装置110的电力的一部分，并在便携式终端120从电 力转换装置110脱离之后，对便携式终端120的各电路进行供电。作为蓄电池，主要采用锂 离子电池或镍氢电池等。
(电力转换装置110) 本实施方式，其特征在于，在上述的电力转换装置110内封入相变物质，利用该 相变物质进行相变时需要的热量，对热进行暂时蓄热。因此，相变物质作为所谓热缓冲器 (buffer)而发挥以下功能，即只在需要快速散热的短时间内进行吸热，且在不需要快速散 热的时间内进行放热。 图2是表示了电力转换装置110的概略结构的功能结构图。电力转换装置110构 成为包括电力转换模块150、填充材料容器152、填充材料154、温度检测器156、电压测定 部158、控制部160、壳体162。 上述电力转换模块150，将从工业用电源接受的电力转换为其它不同的电力，这 里，转换为能够对便携式终端120的蓄电池进行充电的电力。该电力转化模块150虽然也 可以形成为设置了如图2中所示的与电力转换相关的电路的基板，但是，能够采用连接各 电路彼此间的所有连结方法。 图3是表示了电力转换模块150中的各电路连接状态的一个例子的方框图。在电 力转换模块150中，从连接插头180输入的交流电力，由整流器182进行整流之后，由开关 电路184转换成所希望的脉冲宽度的波形。然后，经由变压器186进行变压后的电力，通过 整流器188变成直流。恒流恒压控制电路190，检测该电力，并且向开关电路184进行反馈 (feedback),以使输出的电压以及电流成为恒定电压恒定电流。此时，光电耦合器(photo coupler) 192与变压器186—样，使用于与工业用电源112之间的绝缘。这样生成的电力， 通过控制部160被供给蓄电池194。以下，对控制部160以及温度检测器156的功能进行说 明。 在图3中，用虚线表示的各电路，在电力转换时发热。该发热量随着所转换的电流 的增加而渐增。因此，为了縮短充电时间而转换大的电力时，发热量也相应地增大。
上述填充材料容器152，在收容电力转换模块150，并填充了后面所述的填充材料 154后，将电力转换模块150以及填充材料154进行密封。 该填充材料容器152由合成树脂构成。合成树脂，由于容易加工并且在密封填充材料154的同时能够变形，因此，根据由熔解产生的填充材料154的形状变化而柔软地变 形。另外，也可以采用天然原料取代合成树脂。此外，当壳体162的密闭性足够高时，也可 以使用壳体162作为本实施方式的填充材料容器152。 上述填充材料154具有绝缘性，并且直接包容电力转换模块150。而且，在填充材 料容器152中填充所希望的容量后，通过热压合等进行密封。 填充材料154，在相变时能够快速地吸收电力转换模块150的发热。尤其，通过利 用体积变化少的熔解时间，电力转换装置110能够以不伴随形状变化且保持与以往相同占 有体积的方式对便携式终端120提供大电流。 填充材料154的熔点，优选在电力转换装置110的使用环境温度以上、并且在通过 电力转换而电力转换模块150达到的温度以下。 在本实施方式中，由于利用熔解热，因此，优选通过提供大电流时的发热而达到填 充材料154的熔点。因此，只要以在使用环境温度下未被液化的方式将熔点设定为在使用 环境温度以上、并且在通过由电力转换引起的温度上升而达到的温度以下，即温度变化的 范围内即可。这里，设为使用环境温度的原因是，因为根据由国家或地区不同引起的气温差 或室内外等各自的使用环境，能够改变熔点的可取范围。 另外，作为在电力转换装置110的使用环境温度以上、并且在通过电力转换而电 力转换模块150达到的温度以下的具体温度，将熔点能够设定为大约40 60°C ，优选50 60°C。另外，该温度还可以在6(TC以上。 为了使电力转换装置110具有通用性，将熔点设定为不受地区、季节影响的4(TC 以上，优选在5(TC以上。另外，电力转换模块150的各电路虽整体上具有IO(TC以上的耐热 性能，但是，当发热量大时，传热到壳体162，使接触壳体162的用户感到不舒服。熔点的上 限虽能够设定为6(TC以上，但这里，通过将该熔点设定为6(TC，从而能够保持电力转换装 置110的外表面温度低。 另外，在本实施方式中，采用侧链具有结晶性的a-烯烃(alpha olefine)聚合 物作为填充材料154。这种a-烯烃聚合物，例如在53t:的情况下，由于熔点处于40 60°C，并且熔解热量超过100J/g，因此熔解温度副度小。即，在熔点处能够快速吸热。
另外，a -烯烃聚合物，由于重量减少温度为例如300°C以上，因此，即使填充材料 升温超过熔点也不会产生分解。而且，由于固体与液体的体积差也小，因此，即使填充材料 容器152小也能够吸收其变化。另外，该a-烯烃聚合物被溶解在甲苯、甲基环己烷、庚烷
等低分子的便宜的溶剂里，因此，简化了制造工序中的清洗操作，并能够削减制造成本。作 为填充材料154，并不局限于这种a-烯烃聚合物，也可以采用由石蜡或树脂等高分子材料 组成的相变物质。 另外，填充材料154的容积决定为，至少对一个蓄电池194能够进行一次充电。例 如在近年所提出的600mAh的钛系锂离子中，充电1小时所需要的能量为5VX6A(在10C 下充电)X6minX60sec = 10800J，若假定进行过程中转换效率为80%，则损失的能量为 10800/0. 8X0. 2 = 2700J。因此，对应每单位时间的发热量为2700J/(6minX60sec)= 7. 5W。其中，为了设成能够对一个蓄电池充电一次，优选填充材料的蓄热容量为Q^ 2700J。
当采用上述的a -烯烃聚合物作为填充材料154时，例如，熔解热量为100J/g以 上。因此，吸收2700J损失能量时需要的质量为2700/100 = 27g，若根据a -烯烃聚合物的
6比重0.9g/cm 则需要的容积为27/0.9 = 30cm3。其成为装在与以往相同大小的纵4cmX 横4cmX宽2cm的平行六面体内。能够以该容积的填充材料154对蓄电池194进行满充电。 接着，对充电时的填充材料154的温度变化进行说明。 图4是用于说明充电时的填充材料154的温度变化的时序图。这里，进行采用恒 流恒压控制电路190的恒流恒压的充电，在图4中表示了通常的一次充电中的蓄电池194 的电压、电流以及填充材料154的温度。 例如，若假设蓄电池194的电压下降到3V的情况，则充电开始时的电压为3V，充 满电的电压为4.2V，并且继续充电直到充电电流低至规定的电流值。在充电开始时为10C 的电流，在此，虽流过6A的恒电流，但在该充电电流下产生的焦耳热通过填充材料154被吸 收。在本实施方式中，由于采用了熔点为53t:的填充材料154，因此，当填充材料154的温 度达到53t:时，保持恒定温度。在此期间，填充材料容器152内的填充材料154处于熔解状 态(固体与液体混合的状态)。而且，在恒电流状态结束时，充电电流减少到6A以下，并且 填充材料154的熔解也停止，经过规定时间之后，温度也下降。 上述的温度检测器156，并列设置在电力转化模块150上，并且检测在其周围所填 充的填充材料154的温度(气氛温度)。另外，上述电压测定部158对蓄电池194的电压值 进行测定。 上述控制部160，并列设置在电力转换模块150上，并且在由温度检测器156检测 出的温度超过了填充材料154的熔点以上并且沸点以下的第一规定温度时，抑制来自电力 转换模块的电力输出，而且，当该温度为熔点以下的第二规定温度以下时，重新开始电力输 出。另外，在本实施方式中，重量减少温度为30(TC，温度高因此并不成问题。但是，在使用 重量减少温度低的材料时，需要将第一规定温度设定为重量减少温度以下，以使填充材料 154不产生分解。 图5是用于说明与图4不同的充电时的填充材料154的温度变化的时序图。在这 里，也进行采用了恒流恒压控制电路190的恒流恒压充电，与图4一样，表示了通常的一次 充电中的蓄电池194的电压、电流以及填充材料154的温度。 例如，假设完成第一次的充电之后，再次(第二次)充电其它的蓄电池的情况。当 通过第一次充电完成充电时，填充材料154处于熔解状态(固体与液体混合的状态)。当开 始第二次充电时，填充材料154进一步进行吸热，在所有固体已液化的时刻，S卩，在超过了 填充材料154的吸热(蓄热)能力的时刻，从53t:的恒定温度重新开始上升。这里，当达到 第一规定温度即例如10(TC时，控制部160停止(抑制)充电。由于充电电流的减少从而填 充材料154的温度开始下降，当大约降回到第二规定温度即例如50°C时，控制部160重新开 始充电。 另外，根据在填充材料154达到第一规定温度时刻由电压测定部158测定出的该 其它蓄电池的电压值(充电状态)，控制部160也可以使第二规定温度的设定值不同。例 如，控制部160，在填充材料154达到了第一规定温度的时刻的该其它蓄电池的电压值在规 定的电压值(例如，接近于与满充电相当的电压值的电压值)以上时，将第二规定温度(例 如70°C )设定得较高；在低于规定的电压值时，将第二规定温度(例如50°C )设定得较低。 因此，在填充材料154达到了第一规定温度的时刻通过电压测定部158测定出的该其它蓄 电池的电压值为规定的电压值以上的情况下，由于不等待填充材料154的温度下降就重新开始充电，因此，可以谋求充电的进一步快速化，另一方面，由于在该其它的蓄电池成为满 充电时自动停止充电，因此也能够适当地抑制填充材料154的温度上升。另外，在填充材料 154达到了第一规定温度的时刻通过电压测定部158测定出的该其他蓄电池的电压值低于 规定的电压值的情况下，填充材料154的温度充分降低后才重新开始充电，因此，在该情况 下也能够适当地抑制填充材料154的温度上升。 若通过这种经过两次的充电等在填充材料154的熔解后还继续进行加热，则会出 现在熔解时保持了恒定温度的填充材料154也完全液化，并且进一步达到沸点的情况。在 该沸点下，会产生例如千倍的体积变化。若将填充材料容器152以及后面所述的壳体162 设定为与该体积变化相对应的结构，则会导致成本增大。因此，设定为仅利用形状变化少的 熔解，并且在沸点以下的第一规定温度下，减少或停止电力输出。而且，在填充材料154返 回到能够快速吸热的固体的第二规定温度下，重新开始电力输出。根据这种结构，能够安全 而有效地释放由电力转换产生的热。 另外，在本实施方式中，虽将第一规定温度设定为比填充材料154的熔点即53°C 更高的IO(TC，但是，在本实施方式中，并不局限于此，也可以将第一规定温度设定为在填充 材料154的熔点即53。C上加了余量a (1 2°C )的温度，例如54 55°C。因此，能够防止 填充材料154的温度上升到熔点以上，从而能够抑制用户由于接触壳体162而感到的不舒 服感。 上述的壳体162，由塑料等树脂形成，并且进一步保护填充了填充材料154的填充 材料容器152以抗拒外部压力。塑料等树脂，与金属等相比比热非常小，因此，即使内部的 电力转换模块的温度高也不怎么向外表面传导。因此，在填充材料154为60°C的情况下，用 户即使接触壳体162也少有对该热的不舒服感。
(电力转换装置的制造方法) 接下来，对电力转换装置110的制造方法进行说明。 图6是表示电力转换装置110的制造方法的流程的流程图。其中，首先生成封入 电力转换模块150的填充材料容器152(S200)。 图7是用于说明填充材料容器的成型的说明图。在图7(a)中，生成在铝薄膜250 的两面粘合了 PET(Poly Ethylene Ter印hthalate)薄膜252的层压薄膜254，并且通过金 属模256将其压縮成型。因此，压縮成型后的层压薄膜254形成为如图7(b)的箱体形状。 该层压薄膜254成为填充材料容器152的一部分。这里，采用铝薄膜250作为层压薄膜254， 但是，并不局限于这种情况，在层压薄膜254中能够采用原有的各种构件。
然后，如图7(c)中所示，只引出电力转换模块150的输入输出线258而将其收容 在上述已生成的填充材料容器152中(S202)，之后自其上填充填充材料154(S204)。接着， 将其它的层压薄膜260披覆在填充材料容器152上，并且在真空中进行热压合，从而密封填 充材料154(S206)。除了热压合之外，还可以采用O形环(ring)等密封构件或粘接构件来 实施各种密封。就这样，制成如图7(d)中所示的密封了电力转换模块150以及填充材料 154的填充材料容器152。通过这种密封，填充材料154，即使由于溶解而液化，也能够减少 漏泄到填充材料容器152之外的可能性。 另外，由于填充材料154具有绝缘性，因此，即使液化了也不会对配置在电力转换 模块150、填充材料容器152内部的其它电子部件造成电性上的恶劣影响。
另外，由于填充材料容器152会自由变形，因此，为了保持某一程度的形状，也可 以在所收容的电力转换模块150上形成支架270。 图8、图9是表示在电力转换模块150上形成支架270时的外观的立体图。在图8 中，支架270的突起物272设置为在支架270彼此间对置，在图9中，对电力转换模块150 放射状地设置了支架270的突起物272，该突起物272抵接于作为支撑对象的填充材料容 器152。这样，通过在电力转换模块150的四个角上设置支架270，从而使得填充材料容器 152，即使受到外压也能够保持六面体。另外，通过该支架270，能够在电力转换模块150的 主面上形成规定的空间，从而能够使填充材料154遍布电力转换模块150上的电子部件整 体。 最后，处理输入输出线258，并且在壳体中收容填充材料容器152 (S208)。 在以上所说明的实施方式中，通过利用由熔解热产生的吸热的简单结构，在保持
与以往相同占有体积的状态下，就能够供给大电流。另外，在供给的电流值小的情况下，能
够实现电力转换装置的小型、轻量化，从而能够谋求便携性(轻便性)的提高。 以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是，显然本发明并不局限
于这些例子。对于本技术领域的技术人员而言，在本申请的技术方案所记载的范围内实现
各种变形例或修正例是显而易见的，至于这些变形例或修正例，当然被认为也属于本发明
的技术范围。 例如，在本实施方式中，虽设定为作为控制部160的控制基础的蓄电池的电压值 是通过电力转换装置110的电压测定部158而被测定的，但是，也可以设定为是通过便携式 终端120而被测定的。 另外，本说明书的电力转换装置的制造方法中的各工序，并不是一定要按照作为
流程所记载的顺序以时序进行处理，也可以包括并列的或通过子程序的处理。(产业上的利用可能性) 本发明，能够使用于将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力的电力转换 装置及其制造方法。
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权利要求
一种电力转换装置，其特征在于，具备将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力的电力转换模块；收容所述电力转换模块的填充材料容器；以及具有绝缘性、并直接包容所述电力转换模块且填充在所述填充材料容器中的填充材料，所述填充材料的熔点在所述电力转换模块通过电力转换而达到的温度以下。
2. 根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，还具备 温度检测器，其检测所述填充材料的温度；禾口控制部，其在由所述温度检测器检测出的温度超过了所述填充材料的熔点以上且沸点 以下的第一规定温度时，抑制来自所述电力转换模块的电力输出。
3. 根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，所述控制部，在抑制了电力输出的状态下，在由所述温度检测器检测出的温度为所述 填充材料的熔点以下的第二规定温度以下时，重新开始电力输出。
4. 根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，所述控制部，根据由所述温度检测器检测出的温度超过了所述第一规定温度时的所述 其它不同电力的供给目标即蓄电池的电压值，使所述第二规定温度不同。
5. 根据权利要求l所述的电力转换装置，其特征在于，所述电力转换模块，在该电力转换模块的主面上固定有与各电路抵接的用于确保所述 填充材料的容积的支架。
6. 根据权利要求l所述的电力转换装置，其特征在于， 所述其它不同电力为蓄电池的充电电力。
7. —种电力转换装置的制造方法，其特征在于，包括 生成填充材料容器的工序；在所述填充材料容器中收容将从工业用电源接受的电力转换为其它不同电力的电力 转换模块的工序；在收容了所述电力转换模块的填充材料容器中填充具有绝缘性的填充材料的工序；以及密封所述填充材料容器的工序。
全文摘要
本发明提供一种电力转换装置。本发明的电力转换装置(110)，其特征在于，具备将从工业用电源(112)接受的电力转换为其它不同电力的电力转换模块(150)；收容电力转换模块(150)的填充材料容器(152)；和具有绝缘性、并直接包容电力转换模块(150)且填充在填充材料容器(152)中的填充材料(154)；填充材料(154)的熔点在电力转换模块(150)通过电力转换而达到的温度以下。
文档编号H01L25/18GK101765964SQ20088010126
公开日2010年6月30日 申请日期2008年7月29日 优先权日2007年7月30日
发明者朝户英树, 织田正一郎 申请人:京瓷株式会社