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公開番号2025018450
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122150
出願日2023-07-27
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H01F 27/28 20060101AFI20250130BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ること。
【解決手段】巻線、及び巻線が巻回された主脚部と、巻線が巻回されていない少なくとも一つの脚部と、巻線を跨いで主脚部と脚部とを連結した梁部と、を設けた磁性コアを有した磁性部品と、巻線が熱的に接続された放熱部、及び磁性コアが熱的に接続された冷却面を有した冷却器と、を備え、磁性コアは、Z方向の他方側に設けられ、冷却面に熱的に接続された第一コア、及びZ方向の一方側に設けられた第二コアを有し、磁性コアからY方向の両側に突出した巻線の突出部分のZ方向の他方側の端部と各放熱面とが熱的に接続され、第一コアの梁部である第一の梁部のY方向の幅は、第二コアの梁部である第二の梁部のY方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Y方向の幅が大きくされた第二の梁部に対して、第一の梁部の側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有している。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
単数又は複数の巻線、及び前記巻線が巻回され、前記巻線の巻回中心軸の方向に延出した主脚部と、前記巻線が巻回されていない、前記主脚部とは間隔を空けて配置された少なくとも一つの脚部と、前記巻線を跨いで前記主脚部と前記脚部とを連結した梁部と、を設けた磁性コアを有した磁性部品と、
前記巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部、及び前記磁性コアが熱的に接続された冷却面を有し、前記巻線及び前記磁性コアを冷却する冷却器と、を備え、
前記巻回中心軸の方向をＺ方向とし、前記Ｚ方向に垂直で前記主脚部から一つの前記脚部に向かって前記梁部の延出した方向をＸ方向とし、前記Ｘ方向及び前記Ｚ方向に垂直な方向をＹ方向とし、
前記磁性コアは、前記Ｚ方向の他方側に設けられ、前記冷却面に熱的に接続された第一コア、及び前記Ｚ方向の一方側に設けられた第二コアを有し、
前記磁性コアから前記Ｙ方向の両側に突出した前記巻線の突出部分のそれぞれの前記Ｚ方向の他方側に、前記放熱部の放熱面が配置され、
各前記突出部分の前記Ｚ方向の他方側の端部と各前記放熱面とが熱的に接続され、
前記第一コアの前記梁部である第一の梁部の前記Ｙ方向の幅は、前記第二コアの前記梁部である第二の梁部の前記Ｙ方向の幅よりも小さく、
各前記放熱面は、前記Ｙ方向の幅が大きくされた前記第二の梁部に対して、前記第一の梁部の側に前記放熱面が拡張された放熱面拡張部を有している電力変換装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記巻線は、平面上を湾曲した板状に形成されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記磁性部品は、絶縁性を有した樹脂部材からなり、前記巻線を取り囲む被膜部を有し、
前記被膜部の前記Ｚ方向の他方側は開口し、前記巻線の前記Ｚ方向の他方側の部分は前記被膜部から露出している請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記Ｚ方向に見て、前記第二の梁部の部分と前記放熱面拡張部とが重複している請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第一コアの前記Ｚ方向の他方側に、前記冷却面が配置され、
前記第一コアの前記Ｚ方向の他方側の端部と前記冷却面とが熱的に接続され、
前記放熱部は、前記冷却面から前記Ｚ方向の一方側に突出した前記冷却器の部分である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
金属からなり、前記巻線と前記第二の梁部との間に配置された放熱板を備え、
前記放熱板は、前記巻線と熱的に接続され、前記冷却器と熱的かつ電気的に接続されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第一コア及び前記第二コアの一方は前記Ｙ方向の厚みが均一なＥコア、前記第一コア及び前記第二コアの他方は少なくとも前記Ｚ方向の厚みが均一なＩコアである、又は、前記第一コア及び前記第二コアの一方は前記Ｙ方向の厚みが均一なＵコア、前記第一コア及び前記第二コアの他方は少なくとも前記Ｚ方向の厚みが均一なＩコアである請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記放熱部は、前記第一コアの外周部を取り囲み、前記第一コアの外周部とは隙間を空けて設けられ、
前記第一コアの外周部と前記放熱部との間の前記隙間の部分に、前記第一の梁部の前記Ｚ方向の高さ以下の高さまで熱伝導部材が充填されている請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第一コア及び前記第二コアの一方又は双方は、Ｕコアである請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記磁性コアは、一つの前記脚部と、前記主脚部である、第一主脚部及び第二主脚部と、を有し、
前記脚部、前記第一主脚部、及び前記第二主脚部は、前記Ｘ方向又は前記Ｘ方向の反対方向に、前記第一主脚部、前記脚部、前記第二主脚部の順に並べて配置され、
前記巻線であり、トランス巻線である一次巻線と二次巻線とが、前記第一主脚部に巻回され、
前記巻線であるリアクトル巻線が、前記第二主脚部に巻回され、
前記脚部に、前記一次巻線、前記二次巻線、及び前記リアクトル巻線の共通の磁路が形成されている請求項１に記載の電力変換装置
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年の自動車を取りまく環境規制及び技術進歩により、さまざまな車格において電気自動車又はハイブリット自動車などの電動化車両が開発され、普及が進んでいる。駆動源にモータが用いられている電動化車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電動化車両に搭載される電力変換装置には、高電圧バッテリの電圧を降圧し、補器バッテリ用の電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータがある。
【０００３】
ＤＣ－ＤＣコンバータは、一般的に、高電圧の直流電圧を高電圧の交流電圧に変換するインバータ回路、高電圧の交流を低電圧の交流に変換するトランス、複数の整流素子を用いて低電圧の交流を整流し、直流パルス電圧に変換する整流回路、直流パルス電圧を平滑化する平滑リアクトルと平滑コンデンサ、及びこれらの部品を収容し、トランス及び整流素子等の発熱部品を冷却する水路を有した筐体を備える。磁性部品であるトランス及び平滑リアクトルは、発熱しやすい巻線及び磁性コアを有する。巻線及び磁性コアを効率よく冷却する観点から、トランス及び平滑リアクトルはプレーナ構造を採用する場合が多い。
【０００４】
このようなＤＣ－ＤＣコンバータでは、全ての発熱部品を筐体の冷却面に平置きして配置する。そのため、自ずと発熱部品の中で最も高さの高い部品がＤＣ－ＤＣコンバータそのものの高さを律速することになる。またほとんどの場合において、最も高さが高い発熱部品はトランスもしくは平滑リアクトルであるため、トランス及び平滑リアクトルの高さにより、ＤＣ－ＤＣコンバータの高さ及び筐体サイズが決定される。
【０００５】
そのため、トランスの高さを抑制した構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示された構成では、トランスの高さを抑制するために磁性コアの形状を扁平化し、磁性コアの梁部が磁性コアの中脚に対して外側へ大きく迫り出す形状になっている。また、板金からなるトランス巻線の最外層の巻線を低圧側巻線とし、巻線を覆う樹脂被膜部から低圧側巻線を露出させて低圧側巻線と磁性コアとの間の高さ方向の隙間を縮めることで、トランスの高さを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５９３３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のトランスの構造では、磁性コアの形状を扁平化しているため、トランスの高さを抑制することができる。しかしながら、巻線巻回部のほとんど部分が高さ方向の両側から磁性コアにより挟まれているため、巻線巻回部を直接筐体と熱的に接続させることができないので、トランス端子で筐体と熱的に接続する構成になる。具体的には、巻線巻回部の中央に設けたセンタータップ端子が筐体と電気的に接続され、整流素子に接続される外側のトランス端子が伝熱シート等を介して筐体と熱的に接続されている。そのため、巻線の温度はトランス端子から最も離れた地点で最大となり、巻線の放熱経路は板金の半ターン分の長さになる。
【０００８】
プレーナ構造の磁性部品では、この放熱経路長と損失に依存して巻線温度が決定される。そのため、小型化及び低コスト化の観点からは、放熱経路長を短縮し、巻線を細くして損失を上げても巻線温度を許容温度内に収めるのが望ましい。しかしながら、上記特許文献１では扁平形状の磁性コアで巻線巻回部を覆っているため、放熱経路長の短縮ができないので、巻線を太くする必要がある。その結果、磁性コアの窓寸法が拡大するため、巻線と磁性コアの両方が大型化すると共に、これらのコストが増大するという課題があった。
【０００９】
そこで、本開示は、磁性部品の低背化を維持しつつ、巻線の放熱経路、巻線幅、及び磁性コアの窓幅を短縮し、小型化及び低コスト化した電力変換装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の電力変換装置は、単数又は複数の巻線、及び巻線が巻回され、巻線の巻回中心軸の方向に延出した主脚部と、巻線が巻回されていない、主脚部とは間隔を空けて配置された少なくとも一つの脚部と、巻線を跨いで主脚部と脚部とを連結した梁部と、を設けた磁性コアを有した磁性部品と、巻線が直接又は放熱部材を介して熱的に接続された放熱部、及び磁性コアが熱的に接続された冷却面を有し、巻線及び磁性コアを冷却する冷却器と、を備え、巻回中心軸の方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直で主脚部から一つの脚部に向かって梁部の延出した方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とし、磁性コアは、Ｚ方向の他方側に設けられ、冷却面に熱的に接続された第一コア、及びＺ方向の一方側に設けられた第二コアを有し、磁性コアからＹ方向の両側に突出した巻線の突出部分のそれぞれのＺ方向の他方側に、放熱部の放熱面が配置され、各突出部分のＺ方向の他方側の端部と各放熱面とが熱的に接続され、第一コアの梁部である第一の梁部のＹ方向の幅は、第二コアの梁部である第二の梁部のＹ方向の幅よりも小さく、各放熱面は、Ｙ方向の幅が大きくされた第二の梁部に対して、第一の梁部の側に放熱面が拡張された放熱面拡張部を有しているようにしたものである。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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