本發(fā)明涉及確保散熱性能的變壓器以及變壓器的制造方法。

背景技術：

變壓器被用作直流電壓的轉換電路即絕緣型dc-dc轉換器的主要部件，具有按照一次繞組與二次繞組的匝數(shù)比將被輸入一次繞組側的電壓在二次繞組側轉換為另一值的電壓的功能。

圖5示出了專利文獻1記載的以往的變壓器。在圖5中，以往的變壓器10具有一對磁芯14、內側繞組架11、外側繞組架12、罩13、殼體17以及散熱樹脂18。通過向內側繞組架11卷繞內側繞組15且向外側繞組架12卷繞外側繞組16來制造變壓器10，如圖5所示，該變壓器10以變壓器10的上方部分露出的方式收容于殼體17的內部。在殼體17的內部填充有散熱樹脂18。上下一對磁芯14被組裝起來而形成使由繞組15、16產生的磁通通過的磁路。磁芯14具有對稱的形狀，以從上下方向夾著內側繞組架11以及外側繞組架12的方式彼此連結。

在先技術文獻

專利文獻1：日本特開2014-93404號公報

然而，由于將變壓器10放入殼體17并利用散熱樹脂18進行填充，因此，為了經由散熱樹脂18將繞組15、16的發(fā)熱向下方的散熱部件(在圖5中沒有圖示)散熱而確保散熱性能，需要大量的散熱樹脂，從而變壓器10變重且價格變高。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明是解決所述以往的問題的發(fā)明，其目的在于，提供無需利用散熱樹脂從底面填充到一定高度就確保散熱性能的輕量且廉價的變壓器以及變壓器的制造方法。

用于解決課題的方案

為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術方案的變壓器具備：線圈單元，其包括卷繞于內側繞組架的內側繞組、將所述內側繞組環(huán)繞覆蓋的外側繞組架、卷繞于所述外側繞組架的外側繞組、以及將所述外側繞組環(huán)繞覆蓋的罩；和磁芯單元，其構成為從所述線圈單元的所述內側繞組架以及所述外側繞組架的上下方插入磁芯，從而在與所述內側繞組以及所述外側繞組的卷繞方向垂直的方向上形成磁路，至少在所述磁芯的所述磁路內的所述內側繞組架與所述內側繞組之間的空隙、所述磁芯的所述磁路外的所述內側繞組架與所述內側繞組之間的空隙、以及所述磁芯的所述磁路外的所述外側繞組與所述罩之間的空隙分別填充散熱樹脂而形成有散熱樹脂部，所述磁芯的所述磁路內的所述內側繞組與所述外側繞組架之間的空隙、所述磁芯的所述磁路內的所述外側繞組架與所述外側繞組之間的空隙、以及所述磁芯的所述磁路內的所述外側繞組與所述罩之間的空隙分別為未填充散熱樹脂的空間部。

另外，本發(fā)明的另一技術方案的變壓器的制造方法具備：向內側繞組架的卷繞部涂敷散熱樹脂之后，向所述內側繞組架卷繞內側繞組的工序；向外側繞組架卷繞外側繞組的工序；以及向所述內側繞組架嵌合安裝所述外側繞組架的工序，在所述三個工序之后，向處于磁芯的磁路外的所述外側繞組的外側和罩的內側中的至少一方涂敷散熱樹脂，向嵌合安裝于所述內側繞組架的所述外側繞組架嵌合所述罩而形成線圈單元，從所述線圈單元的所述內側繞組架以及所述外側繞組架的上下方插入所述磁芯，從而在與所述內側繞組以及所述外側繞組的卷繞方向垂直的方向上形成磁路，至少在所述磁芯的所述磁路內的所述內側繞組架與所述內側繞組之間的空隙、所述磁芯的所述磁路外的所述內側繞組架與所述內側繞組之間的空隙、以及所述磁芯的所述磁路外的所述外側繞組與所述罩之間的空隙分別由所涂敷的散熱樹脂形成散熱樹脂部。

根據(jù)本變壓器以及變壓器的制造方法，無需用散熱樹脂從底面填充到一定高度就能夠實現(xiàn)確保散熱性能的輕量且廉價的變壓器。

發(fā)明效果

如以上那樣，根據(jù)本發(fā)明的所述技術方案的變壓器以及變壓器的制造方法，無需用散熱樹脂從底面填充到一定高度(例如比繞組部高的高度)，因此能夠提供確保散熱性能的輕量且廉價的變壓器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第一實施方式的變壓器的立體圖。

圖2是圖1所示的變壓器的分解立體圖。

圖3a是本發(fā)明的第一實施方式的沿著圖1所示的變壓器的3a-3a線的截面的切斷部端面圖。

圖3b是本發(fā)明的第一實施方式的沿著圖1所示的變壓器的3b-3b線的截面的切斷部端面圖。

圖3c是本發(fā)明的第一實施方式的沿著圖1所示的變壓器的3c-3c線的剖視圖。

圖4a是本發(fā)明的第二實施方式的沿著圖1所示的變壓器的4a-4a線的截面的切斷部端面圖。

圖4b是本發(fā)明的第二實施方式的沿著圖1所示的變壓器的4b-4b的截面的切斷部端面圖。

圖4c是本發(fā)明的第二實施方式的沿著圖1所示的變壓器的4c-4c線的剖視圖。

圖5是表示專利文獻1記載的以往的變壓器的剖視圖。

附圖標記說明

100、200…變壓器；101…內側繞組架；101a…內側繞組架卷繞部；101b…內側繞組架凸緣部；101c…內側繞組架中空筒部；101e…下端接觸部；102…外側繞組架；102a…外側繞組架卷繞部；102b…外側繞組架凸緣部；102c…外側繞組架中空筒部；103…罩；103e…下端接觸部；104…磁芯；105…內側繞組；106…外側繞組；107…散熱樹脂部；108…散熱部件；109…空間部；120…線圈單元；121…磁芯單元；151、152、153…散熱路徑；180…磁路形成區(qū)域；181、182…內側繞組架-內側繞組間的空隙；183、184…內側繞組-外側繞組架間的空隙；185、186…外側繞組架-外側繞組間的空隙；187、188…外側繞組-罩間的空隙；10…變壓器；11…內側繞組架；12…外側繞組架；13…罩；14…磁芯；15…內側繞組；16…外側繞組；17…殼體；18…散熱樹脂。

具體實施方式

以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。

如圖1所示，本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100具有內側繞組架101、外側繞組架102、一對罩103以及上下左右各一對的合計4個磁芯104。

而且，如圖2所示，內側繞組架101具備內側繞組架卷繞部101a、上側和下側的內側繞組架凸緣部101b、以及內側繞組架中空筒部101c，各部分通過注塑成形等而一體成形地制造。內側繞組架卷繞部101a配置于內側繞組架中空筒部101c的外周。上側和下側的內側繞組架凸緣部101b分別配置于內側繞組架中空筒部101c的上端和下端，并分別朝向徑向外側突出。在下側的內側繞組架凸緣部101b的下表面的長度方向的兩端部，配置有能夠與散熱部件108接觸的下端接觸部101e。在內側繞組架中空筒部101c的內側形成有貫通孔101p。

外側繞組架102具備外側繞組架卷繞部102a、上側和下側的外側繞組架凸緣部102b、以及外側繞組架中空筒部102c，各部分通過注塑成形等而一體成形地制造。外側繞組架卷繞部102a配置于外側繞組架中空筒部102c的外周。上側和下側的外側繞組架凸緣部102b分別配置于外側繞組架中空筒部102c的上端和下端，并分別朝向徑向外側突出。在外側繞組架中空筒部102c的內側形成有貫通孔102p。

通過向外側繞組架中空筒部102c的內側的貫通孔102p內插入內側繞組架101而在內側繞組架101的徑向外側配置有外側繞組架102，在外側繞組架102的徑向外側配置有一對罩103。需要說明的是，在各罩103的下表面的端部配置有能夠與散熱部件108接觸的下端接觸部103e。

這樣，由卷繞于內側繞組架101的內側繞組105、將內側繞組105環(huán)繞覆蓋的外側繞組架102、卷繞于外側繞組架102的外側繞組106、以及將外側繞組106環(huán)繞覆蓋的罩103形成線圈單元120。

圖3a表示沿著圖1的變壓器100的3a-3a線的截面的切斷部端面圖。在外側繞組架102的卷繞有外側繞組106的外側繞組架卷繞部102a的外周，從變壓器100的長度方向的兩側安裝有一對罩103。內側繞組架101、外側繞組架102以及罩103分別由具有絕緣性的合成樹脂構成，將磁芯104、內側繞組105以及外側繞組106絕緣分離。另外，在內側繞組架卷繞部101a的外周卷繞內側繞組105并在外側繞組架卷繞部102a的外周卷繞外側繞組106之后，從內側繞組架101的上方嵌合安裝外側繞組架102。

另外，磁芯104的腿104a從上下方向分別進入內側繞組架中空筒部101c的貫通孔101p和外側繞組架中空筒部102c的貫通孔102p，且腿104a在中央部對接。上下左右各一對的磁芯104形成使由內側繞組105以及外側繞組106產生的磁通通過的磁路。這樣，從線圈單元120的內側繞組架101以及外側繞組架102的上下方插入磁芯104，并且在與內側繞組105以及外側繞組106的卷繞方向垂直的方向上形成磁路，從而構成磁芯單元121。

通過從卷繞有內側繞組105的內側繞組架101的上方嵌合安裝卷繞有外側繞組106的外側繞組架102來使內側繞組105與外側繞組106耦合，但只要內側繞組105與外側繞組106能夠耦合即可，內側繞組架101與外側繞組架102的嵌合安裝方法不限定于此。另外，通過從卷繞有外側繞組106的外側繞組架102的兩側安裝一對罩103來將外側繞組106與磁芯104絕緣分離，但只要能夠將外側繞組106與磁芯104絕緣分離即可，罩103的嵌合安裝方法不限定于此。

另外，內側繞組105和外側繞組106可以分別由單線構成，或者也可以由絞合線構成，并且進一步期望由絕緣包覆導線構成。外側繞組106與內側繞組105的外徑可以相同，也可以不同。

另外，磁芯104為將e型芯分割的形狀，但只要能夠針對繞組形成閉合磁路即可，也可以是u型、i型或pq型等任意形狀的磁芯。材質除了鐵氧體以外，也可以是金屬等軟磁性材料。

以下，利用圖3a、圖3b以及圖3c說明本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100。圖3a是圖1的3a-3a線的截面的切斷部端面圖，圖3b是圖1的3b-3b線的截面的切斷部端面圖，圖3c是圖1的3c-3c線的剖視圖。如圖3a所示，本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100在下方裝備有板狀的散熱部件108，將變壓器100的發(fā)熱散熱到散熱部件108。

如圖3c所示，在本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100中，在磁芯104的磁路內的內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181、磁芯104的磁路外的內側繞組架101-內側繞組105間的空隙182、以及磁芯104的磁路外的外側繞組106-罩103間的空隙188分別填充有散熱樹脂而分別形成散熱樹脂部107。另一方面，在磁芯104的磁路內的內側繞組105-外側繞組架102間的空隙183、磁芯104的磁路內的外側繞組架102-外側繞組106間的空隙185、以及磁芯104的磁路內的外側繞組106-罩103間的空隙187形成有因不填充散熱樹脂而保持空間的狀態(tài)的空間部109。在空隙181、空隙182以及空隙188的散熱樹脂部107進行熱傳導，另一方面，在空隙183、空隙185、以及空隙187的空間部109不進行熱傳導。因此，詳細情況如后所述，能夠將變壓器100的內側繞組105和外側繞組106的發(fā)熱經由內側繞組架101、外側繞組架102以及散熱樹脂部107而散熱到散熱部件108，從而將動作時的變壓器各部分的溫度設為規(guī)定值以下。示出了在圖3c的磁路形成區(qū)域180中，形成有內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181被散熱樹脂填充而成的散熱樹脂部107的情況。示出了在圖3c的磁路形成區(qū)域180以外的區(qū)域中，內側繞組架101-內側繞組105間的空隙182以及外側繞組106-罩103間的空隙188被散熱樹脂填充而形成有散熱樹脂部107。

內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181以及外側繞組106-罩103間的空隙188是內側繞組105以及外側繞組106的發(fā)熱的散熱的主要路徑(散熱路徑如后所述)，因此期望其各自的幾乎全部或者90％以上的部分被散熱樹脂填充而形成散熱樹脂部107。

散熱樹脂部107的散熱樹脂使用硅酮系樹脂、氨基甲酸酯系樹脂、或者環(huán)氧系樹脂等，期望熱傳導率盡量高，期望至少比以往的從底面填充到一定高度(例如比繞組部高的高度)的以往的變壓器的散熱樹脂的熱傳導率高。例如，期望熱傳導率為2w/m·k以上，進而，對于繞組105、106的發(fā)熱量大的(例如繞組105、106的發(fā)熱量為5w以上的)變壓器，期望熱傳導率為3w/m·k以上。

另外，如圖3b所示，內側繞組架101具有與散熱部件108接觸的接觸部101e。另外，罩103具有與散熱部件108接觸的接觸部103e。由此，內側繞組架101以及罩103分別具有與散熱部件108接觸的接觸部101e、103e，成為內側繞組105以及外側繞組106的發(fā)熱的散熱的主要路徑(散熱路徑如后所述)。因此，期望內側繞組架101以及罩103的材料具有散熱樹脂的熱傳導率以上的熱傳導率。例如期望熱傳導率為2w/m·k以上，進而，對于繞組105、106的發(fā)熱量大的變壓器，期望將熱傳導率為3w/m·k以上的材料用作內側繞組架101以及罩103。

接著，說明本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100的散熱路徑。

首先，說明內側繞組105的散熱路徑151，基本上設置為內側繞組105不向外側繞組架側散熱而經由內側繞組架101散熱。如圖3a以及圖3b中的內側繞組105的散熱路徑151所示，在磁芯104的磁路內外，內側繞組105的發(fā)熱經過在內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181填充有散熱樹脂而形成的散熱樹脂部107、內側繞組架卷繞部101a、下側的內側繞組架凸緣部101b、以及內側繞組105而進行傳導。如圖3b所示，所傳導的熱量在變壓器100的長度方向的兩側的磁芯104的磁路外，經由在內側繞組架101-內側繞組105間的空隙182填充有散熱樹脂而成的散熱樹脂部107和內側繞組架101的與散熱部件108接觸的下端接觸部101e而向散熱部件108傳導。因此，能夠使動作時的內側繞組105的溫度為規(guī)定值以下。

接著，說明外側繞組106的發(fā)熱的散熱路徑，基本上設置為外側繞組106不向內側繞組架側散熱而經由罩103散熱。如圖3b以及圖3c中的外側繞組106的散熱路徑152所示，在磁芯104的磁路內，外側繞組106的發(fā)熱經由外側繞組106而進行傳導。接著，如圖3b所示，在變壓器100的長度方向的兩側的磁芯104的磁路外，經由在外側繞組106-罩103間的空隙188填充的散熱樹脂部107和罩103的與散熱部件108接觸的下端接觸部103e而向散熱部件108傳導。因此，能夠使動作時的外側繞組106的溫度為規(guī)定值以下。

如圖3c所示，內側繞組105由于位于變壓器100的內側，因此會積聚與變壓器100的所有發(fā)熱相應的熱量，需要用于散出該熱量的高的散熱能力。因此，通過在內側繞組架101與內側繞組105之間的空隙181、182的幾乎整個空隙填充散熱樹脂而形成散熱樹脂部107，能夠得到高的散熱能力。而且，若在磁芯104的磁路內存在散熱樹脂，則會向磁芯104進行熱傳導而使磁芯104的溫度上升，因此在磁路內的內側繞組105-外側繞組架102間的空隙183、磁路內的外側繞組架102-外側繞組106間的空隙185、以及磁路內的外側繞組106-罩103間的空隙187分別不填充散熱樹脂而形成空間部109，從而不進行散熱。另一方面，設為在磁路外的外側繞組106-罩103間的空隙188填充散熱樹脂而形成散熱樹脂部107從而進行散熱的構造。在組裝有變壓器100的成套設備中，位于變壓器100的最外周的磁芯104受來自周邊部件的波及熱量(日文：煽り熱)的影響而溫度上升，因此需要減少從外側繞組106以及內側繞組105向磁芯104的熱傳導，減少磁芯104的溫度上升。

接著，利用圖2說明本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100的制造方法。

首先，向內側繞組架101的內側繞組架卷繞部101a涂敷散熱樹脂。

接著，向內側繞組架卷繞部101a卷繞內側繞組105。其結果是，在內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181與后述的磁芯104的磁路外的內側繞組架101-內側繞組105間的空隙182分別形成散熱樹脂部107。

接著，從內側繞組架101的上方嵌合安裝外側繞組架102。由此，在后述的磁芯104的磁路內的內側繞組105與外側繞組架102之間的空隙183形成未填充散熱樹脂的空間部109。

接著，向外側繞組架卷繞部102a卷繞外側繞組106。內側繞組105以及外側繞組106的匝數(shù)由變壓器100的轉換電壓值決定。

接著，向處于磁芯的磁路外的外側繞組106的外側和罩103的內側中的至少一方涂敷散熱樹脂。其結果是，在磁芯104的磁路外的外側繞組106-罩103間的空隙188形成散熱樹脂部107。

接著，將一對罩103嵌合安裝于外側繞組架102。由此，在磁芯104的磁路內的外側繞組架102與外側繞組106之間的空隙185和磁芯104的磁路內的外側繞組106與罩103之間的空隙187分別形成未填充散熱樹脂的空間部109。各散熱樹脂部107的散熱樹脂按照散熱樹脂的硬化方法而在常溫或高溫下硬化。在采用在高溫下硬化的方式情況下，在該階段進行加熱硬化。

接著，從內側繞組架中空筒部101c以及外側繞組架中空筒部102c的上下方分別嵌合安裝分割后的磁芯104，使磁芯104的腿104a彼此對接。需要說明的是，在使磁芯104的腿104a彼此對接時，也可以使腿104a彼此之間具有縫隙。磁芯104使用粘接劑粘接、或者由帶狀的構件固定外周、或者由彈簧狀的構件固定。

需要說明的是，內側繞組架101與外側繞組架102的嵌合安裝也可以采用如下方式：預先制造向內側繞組架卷繞部101a卷繞內側繞組105而成的內側繞組架單元、和向外側繞組架卷繞部102a卷繞外側繞組106而成的外側繞組架單元，從內側繞組架單元的上方嵌合安裝外側繞組架單元而進行制造。

另外，也可以在卷繞外側繞組106之后，將向外側繞組106-罩103間的空隙188填充的散熱樹脂涂敷于外側繞組106，從外側繞組架102的兩側嵌合安裝一對罩103，從而在空隙188形成散熱樹脂部107。

通過以上那樣的工序，能夠制造本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100。

接著，以下利用圖4a、圖4b、圖4c來說明本發(fā)明的第二實施方式的變壓器200。圖4a是圖1的4a-4a線的截面的切斷部端面圖，圖4b是圖1的4b-4b線的截面的切斷部端面圖，圖4c是圖1的4c-4c線的剖視圖。在圖4a、圖4b、圖4c中，對與圖3a、圖3b、圖3c相同的結構要素使用相同的附圖標記并省略說明。

如圖4c所示，本發(fā)明的第二實施方式的變壓器200相對于本發(fā)明的第一實施方式的變壓器100而言，還在磁芯104的磁路外的內側繞組105-外側繞組架102間的空隙184、和磁芯104的磁路外的外側繞組架102-外側繞組106間的空隙186分別填充散熱樹脂而形成散熱樹脂部107。這樣一來，能夠將變壓器100的內側繞組105以及外側繞組106的發(fā)熱經由內側繞組架101以及罩103而向散熱部件108散出，使動作時的變壓器各部分的溫度為規(guī)定值以下。

圖4a示出了在磁路形成區(qū)域180中在內側繞組架101-內側繞組105間的空隙181填充散熱樹脂而形成有散熱樹脂部107的情況。圖4b示出了在磁路形成區(qū)域180以外的區(qū)域中在內側繞組架101-內側繞組105間的空隙182、內側繞組105-外側繞組架102間的空隙184、外側繞組架102-外側繞組106間的空隙186、以及外側繞組106-罩103間的空隙188填充散熱樹脂而形成有散熱樹脂部107的情況。

接著，說明本發(fā)明的第二實施方式的變壓器200的散熱路徑。相對于變壓器100的散熱路徑，如圖4b以及圖4c所示，追加了散熱路徑153。相對于變壓器100而言，還在內側繞組105-外側繞組架102間的空隙184以及外側繞組架102-外側繞組106間的空隙186填充散熱樹脂而形成散熱樹脂部107。內側繞組105以及外側繞組106的發(fā)熱從溫度高的一側向低的一側傳導熱量，經由內側繞組架101的與散熱部件108接觸的接觸部101e或者罩103的與散熱部件108接觸的接觸部103e而向散熱部件108傳導。在圖4b以及圖4c中，示出了內側繞組105的溫度比外側繞組106高的情況，示出了內側繞組105的發(fā)熱通過散熱路徑153而向外側繞組106、罩103傳導的情況。此時，內側繞組105-外側繞組架102間的空隙184以及外側繞組架102-外側繞組106間的空隙186處于磁芯104所形成的磁路外，因此不會向磁芯104進行熱傳導而使磁芯104的溫度上升。變壓器200相對于變壓器100而言追加了散熱路徑153，因此變壓器200無需使磁芯104的溫度上升就能夠使散熱性能變得更高，進一步對于功率大的變壓器的散熱是有效的。

接著，利用圖2說明本發(fā)明的第二實施方式的變壓器200的制造方法。

相對于變壓器100的制造工序而言，以下點有所不同。

在從內側繞組架101的上方嵌合安裝外側繞組架102之前，向內側繞組105涂敷散熱樹脂?；蛘?，向外側繞組架102的內側涂敷散熱樹脂。之后，從內側繞組架101的上方嵌合安裝外側繞組架102，由此，在磁芯104的磁路外的內側繞組105與外側繞組架102之間的空隙184形成填充有散熱樹脂的散熱樹脂部107。

而且，在向外側繞組架卷繞部102a卷繞外側繞組106之前，向外側繞組架卷繞部102a涂敷散熱樹脂。之后，向外側繞組架卷繞部102a卷繞外側繞組106，由此在磁芯104的磁路外的外側繞組架102與外側繞組106之間的空隙186形成填充有散熱樹脂而成的散熱樹脂部107。

通過以上那樣的工序，能夠制造本發(fā)明的第二實施方式的變壓器200。

根據(jù)所述的第一以及第二實施方式的變壓器100、200，無需利用散熱樹脂從底面填充到一定高度(例如比繞組部高的高度)，因此能夠大幅削減散熱樹脂的量，從而能夠提供確保散熱性能的輕量且廉價的變壓器。另外，根據(jù)第二實施方式的變壓器200，相對于變壓器100而言追加了散熱路徑153，因此無需使磁芯104的溫度上升就能夠使散熱性能變得更高，進一步對于功率大的變壓器的散熱是有效的。

需要說明的是，可以通過適當組合所述各種實施方式或變形例中的任意的實施方式或變形例來發(fā)揮其各自所具有的效果。另外，可以使實施方式彼此組合、或實施例彼此組合、或實施方式與實施例組合，并且也可以使不同的實施方式或實施例中的特征彼此組合。

產業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的所述技術方案的變壓器以及變壓器的制造方法對于具有高轉換效率并具有大電流容量、且也能夠適用于機動車、環(huán)境、住宅、基礎設施等廣泛范圍的領域中的電源系統(tǒng)的dc/dc轉換器、ac/dc轉換器等用途的變壓器是有用的。