CN107534424B - 噪声滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种噪声滤波器(100、200、300)，具备层叠平板状的导体(50)而构成有绕组图案的线圈(1a、1b)、被该线圈(1a、1b)卷绕的磁芯(2)以及与线圈(1a、1b)的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件(3)，其中，配置于线圈(1a、1b)的层叠方向的端部的导体(50)的热阻与其他导体(50)的热阻相比最小。

Description

噪声滤波器
技术领域
本发明涉及搭载于电力变换装置等的噪声滤波器。
背景技术
在电力变换装置中，为了避免伴随着半导体元件的开关动作产生的噪声传出到外部，有时搭载噪声滤波器。这样的噪声滤波器一般包括线圈和磁芯。在流过线圈的电流大的情况下，由于线圈的发热，磁芯的磁特性降低，作为噪声滤波器的特性有可能降低。因此，需要冷却噪声滤波器。
为了冷却噪声滤波器，在以往的噪声滤波器中，公开了将线圈设置于由散热翅片包围的空间的技术(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：国际公开第2012/090307号(第8页、图1)
发明内容
然而，在以往的噪声滤波器中，与散热翅片面对的线圈外表面被冷却，但热容易集中于线圈中心部，中心部的温度上升。因此，配置于线圈中心部的磁芯的温度上升，作为噪声滤波器的特性有可能降低。为了抑制线圈中心部的温度上升，考虑使线圈的剖面积增大以使得流过线圈的电流密度降低的方法，但存在噪声滤波器大型化这样的课题。
本发明是为了解决上述课题而完成的，不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
本发明的噪声滤波器具备：线圈，层叠平板状的导体而构成有绕组图案；磁芯，被该线圈卷绕；以及散热部件，与线圈的层叠方向的端部电绝缘地紧贴，在该噪声滤波器中，使配置于层叠方向的端部的导体的热阻与其他导体的热阻相比最小。
本发明使与散热部件紧贴的配置于层叠方向的端部的导体的热阻相比其他导体的热阻减小，所以能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的噪声滤波器的立体图。
图2是示出表示本发明的实施方式1的噪声滤波器的线圈的结构的说明图。
图3是表示本发明的实施方式1的噪声滤波器的剖视图。
图4是表示本发明的实施方式2的噪声滤波器的立体图。
图5是表示本发明的实施方式2的噪声滤波器的剖视图。
图6是表示本发明的实施方式3的噪声滤波器的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式4的噪声滤波器的立体图。
图8是表示本发明的实施方式5的噪声滤波器的立体图。
图9是表示本发明的实施方式6的噪声滤波器的立体图。
图10是表示本发明的实施方式7的噪声滤波器的立体图。
(符号说明)
100、200、300、400、500、600、700噪声滤波器；1a、1b线圈；2磁芯；2a、2b分割芯；3散热部件；4金属平板；5电介体；6冷却部件；7导电板；11～16绕组片；21～28连接部；31～34端子部；50导体。
具体实施方式
实施方式1.
图1是用于实施本发明的实施方式1的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器100设置于例如作为电力变换装置的逆变器与用于驱动该逆变器的电源之间。
在图1中，噪声滤波器100包括层叠平板状的导体50而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2以及与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3。散热部件3设定为电接地电位。
平板状的导体50例如由用电介体5覆盖铜等金属平板4的外周部而成的包覆导体构成。作为电介体5，例如可列举聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺等包覆材料、由电沉积得到的金属氧化物、由粉状涂饰得到的环氧树脂等，优选是散热性能好的材料。另外，电介体5的膜厚根据散热性的观点，在能够确保平板状的导体50与散热部件3之间的绝缘性以及层叠的平板状的导体50彼此之间的绝缘性的范围内优选较薄。
磁芯2为了***到线圈1a和1b，包括剖面为U字形的分割芯2a和平板状的分割芯2b，分割芯2a与2b接合而形成闭磁路。
作为散热部件3，使用具备用于散热的翅片的散热翅片。此外，在图1中，实际上构成线圈1a和1b的平板状的导体50紧贴地配置，磁芯2被***到线圈1a和1b而配置，但为了容易理解噪声滤波器的结构，将它们分离开地图示。
图2是示出层叠平板状的导体50而构成的线圈1a和1b的结构的说明图。在图2中，图2的(a)、(b)以及(c)示出图1中的线圈1a、1b的层叠的平板状的导体(绕组片)，图2的(a)、(b)以及(c)的左侧对应于线圈1a，右侧对应于线圈1b。进一步地，图2的(a)是与散热部件3紧贴的导体，图2的(b)是层叠于其上的导体，图2的(c)是进一步地层叠于其上的导体。如图2所示，线圈1a是将绕组片11设为最下层、在其上层叠绕组片13、进一步地在其上层叠绕组片15而构成的。另外，线圈1b是将绕组片12设为最下层、在其上层叠绕组片14、进一步地在其上层叠绕组片16而构成的。在本实施方式中，构成为绕组片11～16的通电方向的宽度大致相等。
在图2中，对各绕组片进行电连接，构成螺旋状的绕组图案的线圈。关于各绕组片，用电介体5覆盖金属平板4的外周部，但使例如绕组片11的上方的面的端部21的部分、绕组片13的下方的面的端部23的部分和上方的面的端部24的部分以及绕组片15的下方的面的端部27的部分的金属平板4露出，在层叠绕组片11、13和15时，在这些金属平板露出的部分进行电连接，能够形成螺旋状的线圈1a。同样地，使绕组片12的上方的面的端部22的部分、绕组片14的下方的面的端部26的部分和上方的面的端部25的部分以及绕组片16的下方的面的端部28的部分的金属平板4露出，在层叠绕组片12、14和16时，在这些金属平板露出的部分进行电连接，能够形成螺旋状的线圈1b。此外，作为进行电连接的方法，能够采用利用低熔点金属的熔融接合或者利用螺纹部件、铆钉的机械接合等。另外，在线圈1a和1b，为了与其他设备电连接，以从线圈的绕组区域突出的形式将线圈端子部31、32、33、34分别形成于绕组片11、12、15、16。此外，为了避免局部发热，连接绕组图案间的部分的接合面积优选比平板导体4的剖面积大。
本实施方式中的噪声滤波器100设置于例如作为电力变换装置的逆变器与用于驱动该逆变器的电源之间。在该情况下，将电源的输出端子连接到作为线圈1a的一个端子部的线圈端子部31与作为线圈1b的一个端子部的线圈端子部32，将逆变器的输入端子连接到作为线圈1a的另一个端子部的线圈端子部33与作为线圈1b的另一个端子部的线圈端子部34。这样连接的噪声滤波器100能够抑制在逆变器中产生的开关噪声传播到电源侧或者设备的外部。此外，在电源的电压低的情况下，也有时将升压转换器配置于噪声滤波器与逆变器之间。
图3是图1所示的本实施方式的噪声滤波器100的A－A’线处的剖视图。线圈1a、1b通过将由平板状的导体50构成的各绕组片层叠于散热部件3上而构成，在本实施方式中，构成为与散热部件3相接的绕组片11、12的厚度与其他绕组片13、14、15、16的厚度相比最小。即，构成为与散热部件3相接的绕组片11、12的热阻与其他绕组片13、14、15、16的热阻相比最小。
如果导体的厚度变小，则电流(I)流过的剖面积变小，电阻(R)变大。由于电流流过导体中而产生的焦耳热与I2×R成比例，所以如果导体的厚度变小，则产生的焦耳热增大。然而，与散热部件3相接的绕组片11、12与其他绕组片相比散热性优良，所以与其他绕组片相比，能够对散热部件3迅速地散热。进一步地，当与散热片3相接的绕组片的导体厚度变小时，能够使线圈1a、1b整体小型化。
另外，构成与散热部件3相接的绕组片11、12的导体的金属平板4经由电介体5与散热部件3相接，在与散热部件3之间形成杂散电容。通过将该杂散电容用作对地电容器，与以往的将电感器与电容器这2个单独构件组合而构成的噪声滤波器相比，能够削减构件数，能够小型化。进一步地，杂散电容的大小能够通过调整电介体5的膜厚而调整为任意的大小。在理想情况下，通过在能够确保平板状的导体50与散热部件3之间的绝缘性的范围内尽可能减小电介体的膜厚，从而能够使电容(对地电容器)最大化，提高噪声降低效果，并且提高散热性能。
在这样构成的噪声滤波器中，能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
此外，在本实施方式中，仅使与散热部件3相接的绕组片11、12的厚度比其他绕组片的厚度小，但也可以适当调整其他绕组片的厚度。例如如果将线圈1a作为例子来进行说明，则也可以使与散热部件3相接的绕组片11的厚度最小，使层叠于绕组片11之上的绕组片13、15的厚度从绕组片11的厚度起阶段性地增大。通过这样构成，远离散热部件3的绕组片的电阻变小，能够使产生的焦耳热减少，关于与散热部件3接近的绕组片，即使产生的焦耳热增加一些，由于向散热部件3的散热特性高，所以也能够抑制线圈1a整体的温度上升。
另外，与散热部件3相接的绕组片11、12优选整体紧贴于散热部件3。因此，为了消除磁芯2的分割芯2b的上表面与散热部件3的表面之间的高低差，散热部件3优选具备分割芯2b被埋入的缺口部。此外，在本实施方式中，由剖面为U字形的分割芯2a和平板状的分割芯2b构成磁芯2，但分割芯2b也可以做成剖面为U字形的形状。
实施方式2.
图4是用于实施本发明的实施方式2的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器200的结构部件与在实施方式1中说明的噪声滤波器100相同，但线圈的形状不同。
在图4中，本实施方式的噪声滤波器200包括层叠平板状的导体50而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2以及与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3。
图5是图4所示的本实施方式的噪声滤波器200的B－B’线处的剖视图。线圈1a、1b通过将由平板状的导体50构成的各绕组片层叠于散热部件3上而构成，在本实施方式中，构成为与散热部件3相接的绕组片11、12的导体的宽度与其他绕组片13、14、15、16的导体的宽度相比最大。此外，在本实施方式中，绕组片11～16的厚度构成为大致相等。其结果，构成为与散热部件3相接的绕组片11、12的导体的面向层叠方向的剖面的面积与其他绕组片13、14、15、16的导体的面向层叠方向的剖面的面积相比最大。即，构成为与散热部件3相接的绕组片11、12的热阻与其他绕组片13、14、15、16的热阻相比最小。
如果导体的面向层叠方向的剖面的面积增大，则与散热部件3的接触面积变大，能够提高线圈1a、1b的散热性。通过使线圈1a、1b的散热性变高，能够构成为使各绕组片的导体厚度变小。其结果，虽然线圈1a、1b的横向的尺寸变大，但由于能够使绕组片的厚度变小，所以能够使线圈1a、1b整体小型化。
另外，由于与散热部件3的接触面积增加，从而能够使金属平板4与散热部件3之间的电容增大，所以，能够提高噪声降低效果。
在这样构成的噪声滤波器中，能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
此外，在本实施方式中，使与散热部件3相接的绕组片11、12的面向层叠方向的剖面的的面积比其他绕组片的面向层叠方向的剖面的面积相比增大，但也可以适当调整其他绕组片的面向层叠方向的剖面的面积。例如，如图5所示，在线圈1a中，也可以相对于远离散热部件3的绕组片15的面向层叠方向的剖面的面积，使与散热部件3更近地配置的绕组片13、11的面向层叠方向的剖面的面积依次增大。通过这样构成，能够提高从与散热部件3接近的绕组片向散热部件3的散热特性。通过使线圈1a、1b的散热性变高，能够构成为使各绕组片的导体厚度进一步地减小，能够使线圈1a、1b整体进一步地小型化。
另外，在本实施方式中，设为层叠的绕组片的厚度相同，但与实施方式1同样地，为了使噪声滤波器200小型化，也可以构成为使与散热部件3相接的绕组片的导体厚度小于其他绕组片的导体厚度。
实施方式3.
图6是本实施方式3中的噪声滤波器300的剖视图。本实施方式的噪声滤波器300的结构部件与在实施方式1中说明的噪声滤波器100相同，但散热部件3以及与散热部件3相接的绕组片的形状不同。
在图6中，本实施方式的噪声滤波器300包括层叠平板状的导体50而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯(未图示)以及与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3。
线圈1a、1b通过将由平板状的导体50构成的各绕组片层叠于散热部件3上而构成，在本实施方式中，与散热部件3相接的绕组片11、12的导体和散热部件3对置的面形成为凹凸形状而相互紧贴。
绕组片11、12的导体与散热部件3以凹凸形状相互紧贴，该凸凹形状能够采用圆柱状、矩形形状的凸凹形状，也能够采用狭缝状的凸凹形状等。
在这样构成的噪声滤波器中，绕组片11、12的导体与散热部件3的接触面积变大，能够提高线圈1a、1b的散热性。通过使线圈1a、1b的散热性变高，能够构成为使各绕组片的导体厚度变小，所以能够使线圈1a、1b整体小型化。
另外，由于与散热部件3的接触面积增加，从而能够使金属平板4与散热部件3之间的电容增大，所以能够提高噪声降低效果。
在这样构成的噪声滤波器中，能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
实施方式4.
图7是实施方式4的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器400的结构部件与在实施方式1中说明的噪声滤波器100相同，但具备冷却部件，该冷却部件电绝缘地紧贴于与线圈和散热部件紧贴的端部相反的一侧的线圈的端部。
在图7中，噪声滤波器400包括层叠平板状的导体而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2、与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3以及电绝缘地紧贴于和线圈1a及1b与散热部件紧贴的端部相反的一侧的线圈的端部的冷却部件6。作为冷却部件6，例如能够使用金属板。另外，线圈1a、1b通过将由平板状的导体构成的各绕组片层叠于散热部件3上而构成，在本实施方式中，构成为与散热部件3相接的绕组片的厚度以及与冷却部件6相接的绕组片的厚度小于其他线圈中央部的绕组片的厚度。
在这样构成的噪声滤波器中，能够通过散热部件3和冷却部件6这两者进行线圈1a、1b的散热，所以能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。另外，能够高效地冷却线圈1a、1b，所以能够进一步地减小构成线圈1a、1b的导体的厚度，能够使噪声滤波器进一步地小型化。
此外，在本实施方式中，冷却部件6也可以与散热部件3同样地设定为电接地电位。例如，也可以使冷却部件6与散热部件3电导通。通过这样构成，线圈1a、1b的金属平板经由电介体而与冷却部件6以及散热部件3相接，在线圈1a、1b的金属平板与冷却部件6以及散热部件3之间形成杂散电容。通过将该杂散电容用作对地电容器，能够使噪声滤波器400的电容增大，能够提高噪声降低效果。
另外，还能够将实施方式2和3中说明的线圈的结构组合到本实施方式的噪声滤波器中。
实施方式5.
图8是实施方式5的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器500的结构部件与在实施方式1中说明的噪声滤波器100相同，但在层叠的平板状的导体的层间，具备与导体电绝缘地紧贴并且与所述散热部件电连接的导电板。
在图8中，噪声滤波器500包括层叠与实施方式1相同的平板状的导体而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2、与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3以及导电板7，该导电板7被***使得与具有紧贴于散热部件的面的平板状的导体的相反的一侧的面相接。导电板7在构成线圈1a和1b的所述导体的层间，与导体电绝缘地紧贴并且与所述散热部件电连接。作为导电板7，例如能够使用金属板。
在这样构成的噪声滤波器中，构成为与散热部件3相接的绕组片的厚度与其他绕组片的厚度相比最小，所以能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
进一步地，除了在线圈1a、1b与散热部件3之间形成的杂散电容之外，还能够将在线圈1a、1b与导电板7之间形成的杂散电容用作对地电容器，所以能够使噪声滤波器500的电容增大，能够提高噪声降低效果。
此外，在本实施方式中，导电板7配置于具有与散热部件紧贴的面的平板状的导体的相反的一侧的面，但也可以配置于层叠的平板状的导体中的任意导体的层间。
实施方式6.
图9是实施方式6的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器600是将在实施方式5中说明的导电板7组合到在实施方式2中说明的噪声滤波器而得到的。
在图9中，噪声滤波器600包括层叠与实施方式2相同的平板状的导体而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2、与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3以及导电板7，该导电板7被***使得与具有紧贴于散热部件的面的平板状的导体的相反的一侧的面相接。导电板7在构成线圈1a和1b的所述导体的层间，与导体电绝缘地紧贴并且与所述散热部件电连接。
在这样构成的噪声滤波器中，构成为与散热部件3相接的绕组片的面向层叠方向的剖面的面积与其他绕组片的面向层叠方向的剖面的面积相比最大，所以能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
进一步地，除了在线圈1a、1b与散热部件3之间形成的杂散电容之外，还能够将在线圈1a、1b与导电板7之间形成的杂散电容用作对地电容器，所以能够使噪声滤波器600的电容增大，能够提高噪声降低效果。
此外，在本实施方式中，导电板7配置于具有与散热部件紧贴的面的平板状的导体的相反的一侧的面，但也可以配置于层叠的平板状的导体中的任意导体的层间。
实施方式7.
图10是实施方式7的噪声滤波器的立体图。本实施方式的噪声滤波器700是将在实施方式5中说明的导电板7组合到在实施方式4中说明的噪声滤波器而得到的。
在图10中，噪声滤波器700包括层叠与实施方式4相同的平板状的导体而构成有绕组图案的线圈1a和1b、被线圈1a和1b卷绕的磁芯2、与线圈1a和1b的层叠方向的端部电绝缘地紧贴的散热部件3、电绝缘地紧贴于和线圈1a及1b与散热部件紧贴的端部相反的一侧的线圈的端部的冷却部件6以及导电板7，该导电板7被***使得与具有紧贴于散热部件的面的平板状的导体的相反的一侧的面相接。导电板7在构成线圈1a和1b的所述导体的层间，与导体电绝缘地紧贴并且与所述散热部件电连接。
在这样构成的噪声滤波器中，能够通过散热部件3和冷却部件6这两者进行线圈1a、1b的散热，所以能够不使噪声滤波器大型化而提高噪声滤波器的散热性。
进一步地，除了在线圈1a、1b与散热部件3之间形成的杂散电容之外，还能够将在线圈1a、1b与导电板7之间形成的杂散电容用作对地电容器，所以能够使噪声滤波器700的电容增大，能够提高噪声降低效果。
此外，在本实施方式中，导电板7配置于具有与散热部件紧贴的面的平板状的导体的相反的一侧的面，但也可以配置于层叠的平板状的导体中的任意导体的层间。
另外，在实施方式5～7中，说明了将导电板7组合到在实施方式1～3中说明的噪声滤波器的结构的例子，但也可以将导电板7组合到在实施方式4中说明的噪声滤波器的结构。
此外，在实施方式1～7中，作为构成线圈1a、1b的导体，使用由电介体覆盖金属平板的外周部而成的包覆导体，但也可以由其他导体构成。例如，还能够使用由包埋树脂密封金属平板而成的导体、一体成形为印刷基板的的导体等。或者，也可以做成使用金属平板作为导体、并且在应该确保绝缘性的导体间夹入绝缘性的电介体片而成的结构。进一步地，当在直流电压下使用线圈1a、1b的情况下，只要足够地设置导体的剖面积，在绕组片的层间就仅产生1V以下的电位差，所以能够通过气体或者空气来充分担保绝缘性。在该情况下，还能够不通过电介体来确保绝缘性，而是通过使导体间间隔开，利用空气层来确保绝缘。空气与固体电介体相比相对介电常数较小，所以能够减小导体的层间的静电电容。其结果，能够抑制流过层间的噪声电流，能够提高噪声滤波器的噪声降低效果。
进一步地，为了使线圈1a、1b与散热部件3之间或者线圈1a、1b与冷却部件6之间绝缘，也可以将绝缘部件***到它们之间。作为绝缘部件，最好是热导率高、相对介电常数大的材料，例如能够使用陶瓷基板、填充有无机填充物的高散热绝缘片、散热油脂等。

Claims (8)

1.一种噪声滤波器，具备：
线圈，层叠平板状的导体而构成有绕组图案；
磁芯，被该线圈卷绕；以及
散热部件，与所述线圈的层叠方向的端部电绝缘地紧贴，
所述噪声滤波器的特征在于，
配置于所述层叠方向的端部的所述导体的热阻与和所述导体一起构成所述线圈的其他导体的热阻相比最小。
2.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，
配置于所述层叠方向的端部的所述导体的厚度与其他导体的厚度相比最小。
3.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，
配置于所述层叠方向的端部的所述导体的面向层叠方向的剖面的面积与其他导体的面向层叠方向的剖面的面积相比最大。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
配置于所述层叠方向的端部的所述导体与所述散热部件紧贴的面相互是凹凸形状。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
所述噪声滤波器具备冷却部件，该冷却部件电绝缘地紧贴于与所述线圈和所述散热部件紧贴的端部相反的一侧的所述线圈的端部。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
在所述线圈与所述散热部件之间具备电介体。
7.根据权利要求5所述的噪声滤波器，其特征在于，
在所述线圈与所述冷却部件之间具备电介体。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
在构成所述线圈的所述导体的层间具备导电板，该导电板与所述导体电绝缘地紧贴并且与所述散热部件电连接。
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