电力转换装置的制作方法

电力转换装置
相关申请的援引
1.本技术以2019年11月8日申请的日本专利申请2019-203324号为基础，在此援引其记载内容。
技术领域
2.本公开涉及一种电力转换装置，该电力转换装置具有多个端口，并对从任一个端口输入的电力进行变压后从其他端口输出。


背景技术：

3.在将多个电路一体化而成的智能模块中具有如下的结构。智能模块包括通用基板和定制基板。在通用基板中装设有许多顾客通用的电路。另一方面，在定制基板中装设有根据顾客要求的规格而使电路结构、配置可能不同的电路。作为示出这种技术的文献，存在以下的专利文献1。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特开2013-21748号公报


技术实现要素：

5.根据上述技术，仅通过更换定制基板，就能够简单地改变需要根据顾客要求的规格来改变的电路。因此，能够确保定制性。然而，本发明人注意到，在将这样改变电路的一部分的技术用于规定的电力转换装置的情况下，有可能会发生如下所示的问题。
6.即，在规定的电力转换装置中，经由卷绕于变压器芯部的多个线圈进行变压。在这样的电力转换装置中，在将该电路的一部分根据顾客的需求等进行了变更的情况下，伴随于此，线圈彼此之间所要求的磁耦合度也有可能发生变化。具体地，在想要在线圈彼此之间高效地传递电力的规格的情况下，要求接近100％的高磁耦合度。另一方面，在使输出侧的线圈产生的电压稳定的规格的情况下，要求比100％稍低的磁耦合度。
7.因此，在经由多个线圈进行变压的电力转换装置中，在将该电路的一部分根据顾客的需求等进行了变更的情况下，伴随于此，也有可能产生需要重新调节线圈彼此之间的磁耦合度的必要性。然而，在专利文献1等的智能模块中，未考虑这样的磁耦合度的调节。
8.本公开是鉴于上述情况而作出的，其主要目的在于在经由多个线圈进行变压的电力转换装置中，容易根据顾客的需求等改变该电路的一部分，并且容易调节线圈彼此之间的磁耦合度。
9.本公开的电力转换装置具有壳体、多个端口、多个转换电路和多个线圈。多个上述端口设置于上述壳体。多个上述转换电路针对每个上述端口而设置，并且分别电连接到与自身对应的上述端口。多个上述线圈针对每个上述转换电路而设置，分别电连接到与自身对应的上述转换电路，并且分别卷绕于规定的变压器芯部。
10.上述电力转换装置通过各上述转换电路在上述端口侧处使用的直流或交流与规定频率的交流之间进行转换，在上述线圈彼此之间通过磁耦合传递上述规定频率的交流电力，并且伴随该传递进行变压。
11.上述电力转换装置具有形成有规定的基板孔的规定基板。在上述规定基板中装设有多个上述转换电路中的一部分即规定转换电路，并且在上述规定基板中的上述基板孔周围，与上述规定转换电路电连接的上述线圈即规定线圈以与上述规定基板一起移动的状态被固定。而且，在上述变压器芯部插通到上述基板孔中的状态下，上述规定基板固定于上述壳体，由此上述规定线圈相对于除此以外的上述线圈定位。
12.根据本公开，由于在规定基板上装设有规定转换电路和规定线圈，因此，仅通过将规定基板更换成其他构件，就能够简单地以组套来更换规定转换电路和规定线圈这两者。因此，能够根据顾客的需求等容易地改变规定转换电路和规定线圈。
13.此外，由于规定线圈与规定基板一起移动，因此，仅通过调节规定基板的位置，就能够调节规定线圈的位置，从而调节规定线圈与除规定线圈以外的线圈的磁耦合度。因此，仅通过将规定基板设置于与期望的磁耦合度对应的位置，就能够获得该期望的磁耦合度。
14.根据以上，在经由多个线圈进行变压的电力转换装置中，能够容易地根据顾客的需求等改变该电路的一部分，并且容易调节线圈彼此之间的磁耦合度。
附图说明
15.参照附图和以下详细的记述，可以更明确本公开的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。图1是表示第一实施方式的电力转换装置的俯视图。图2是图1所示的ii-ii线的剖视图。图3是表示在壳体与子基板之间夹装有间隔件的状态的正面剖视图。图4是表示在壳体与主基板之间夹装有间隔件的状态的正面剖视图。图5是表示基板间距离与磁耦合度的关系的图表。图6是表示第二实施方式的电力转换装置的正面剖视图。图7是表示将子基板的配置向上方改变后的状态的正面剖视图。图8是表示第三实施方式的电力转换装置的俯视图。图9是表示将子基板的配置沿水平方向改变后的状态的俯视图。
具体实施方式
16.接着，参照附图对本公开的实施方式进行说明。但是，本公开并不限定于实施方式，在不脱离公开的主旨的范围内，能够适当改变来实施。
17.[第一实施方式]图1是表示本实施方式的电力转换装置100的俯视图。电力转换装置100装设于车辆。电力转换装置100包括壳体60、第一端口10、第二端口20、第三端口30、第一转换电路13、第二转换电路23、第三转换电路33、第一线圈17、第二线圈27、第三线圈37、变压器芯部50、主基板71和子基板73。
[0018]
图2是表示图1所示的ii-ii线的剖视图。以下，参照图，将主基板71和子基板73的
厚度方向一方设为“上”，将厚度方向另一方设为“下”进行说明，但是电力转换装置100也可以将以下所述的“上”设置为“下”，并且将以下所述的“上”和“下”设置为水平方向两侧。
[0019]
壳体60具有向上方开口的箱型的壳体主体60a和安装于该壳体主体60a的上部的盖部(省略图示)。变压器芯部50的下部固定于壳体60的内底部。
[0020]
在主基板71上安装有线圈基板72。在主基板71中形成有第一基板孔71a，在线圈基板72中形成有第二基板孔72a，在子基板73中形成有第三基板孔73a。上述第一基板孔71a、第二基板孔72a、第三基板孔73a是用于插通变压器芯部50的孔，沿上下方向贯穿各基板71、72、73。变压器芯部50以能够安装各基板71、72、73的方式分割形成为上部和下部。
[0021]
第一线圈17以从周围卷绕第一基板孔71a的形式埋入到主基板71中。因此，第一线圈17以与主基板71一起移动的状态固定于主基板71。
[0022]
第二线圈27以从周围卷绕第二基板孔72a的形式埋入到线圈基板72中。该线圈基板72固定于主基板71。因此，第二线圈27以经由线圈基板72与主基板71一起移动的状态固定于主基板71。
[0023]
第三线圈37以从周围卷绕第三基板孔73a的形式埋入到子基板73中。因此，第三线圈37以与子基板73一起移动的状态固定于子基板73。
[0024]
主基板71在变压器芯部50插通到第一基板孔71a和第二基板孔72a的状态下固定于壳体60。具体地，在壳体60的内壁部形成有规定的第一支承部61，主基板71通过螺钉76固定于该第一支承部61。因此，第一线圈17和第二线圈27分别以卷绕变压器芯部50的状态被固定。
[0025]
子基板73在变压器芯部50插通到第三基板孔73a的状态下固定于壳体60。具体地，在壳体60的内壁部上，与第一支承部61之间隔着层差而形成有第二支承部62，子基板73通过螺钉76固定于该第二支承部62。由此，子基板73相对于主基板71平行地设置。而且，第三线圈37以卷绕变压器芯部50的状态固定，并且相对于第一线圈17和第二线圈27定位。
[0026]
而且，在电流流过第一线圈17、第二线圈27、第三线圈37中的任一个时，通过该电流在变压器芯部50中产生磁通。在该电流为交流电的情况下，在变压器芯部50中产生的磁通发生变化，通过该磁通变化，在各线圈17、27、37中产生感应电动势。这样一来，通过磁耦合在线圈17、27、37彼此之间传递交流电力。伴随该传递，交流电力根据线圈17、27、37的匝数比和线圈17、27、37彼此之间的磁耦合度而进行变压。
[0027]
第一端口10设置于壳体60的规定的外侧面，规定的低压电路(省略图示)电连接到该第一端口10。低压电路是具有铅电池等低压电源且具有各种车载电气设备等负载的直流电路。
[0028]
第一转换电路13装设于主基板71，并且电连接到第一端口10和第一线圈17。而且，当直流电力从低压电路输入到第一端口10时，第一转换电路13将该直流电力转换为规定频率的交流电力，并供给到第一线圈17。另一方面，当将直流电力从第一端口10输出到低压电路时，第一转换电路13将从第一线圈17供给的规定频率的交流电力转换为直流电力，并供给到第一端口10。具体地，该第一转换电路13是具有四个半导体开关14的逆变器电路，通过控制上述四个半导体开关14，在直流与上述规定频率的交流之间适当地进行双向转换。
[0029]
第二端口20设置于壳体60中的与第一端口10侧相反侧的外侧面。规定的高压电路(省略图示)电连接到该第二端口20。高压电路是具有锂电池等高压电源且具有驱动使轮胎
旋转的旋转电机的逆变器等负载的直流电路。
[0030]
第二转换电路23装设于主基板71，并且电连接到第二端口20和第二线圈27。而且，当直流电力从高压电路输入到第二端口20时，第二转换电路23将该直流电力转换为规定频率的交流电力，并供给到第二线圈27。另一方面，当将直流电力从第二端口20输出到高压电路时，第二转换电路23将从第二线圈27供给的规定频率的交流电力转换为直流电力，并供给到第二端口20。具体地，该第二转换电路23是具有四个半导体开关14的逆变器电路，通过控制上述四个半导体开关14，在直流与上述规定频率的交流之间适当地进行双向转换。
[0031]
第三端口30设置于壳体60中的设置有第二端口20的外侧面。规定的定制电路电连接到该第三端口30。定制电路是顾客通过选择等向车辆追加的电路。定制电路是任意的，作为其具体例，可以举出具有用于加热各种催化剂、方向盘等的加热器等负载的电路，具有各种可选的仪器等负载的电路，具有太阳能板等电源的电路，具有升压电池等电源的电路等。
[0032]
第三转换电路33装设于子基板73，并且电连接到第三端口30和第三线圈37。根据定制电路的形式，适当地选择该第三转换电路33。因此，作为该第三转换电路33的形式，存在各种形式。
[0033]
作为第三转换电路33的形式，可以举出以下形式。定制电路是直流电路，当直流电力从该定制电路输入到第三端口30时，第三转换电路33将该直流电力转换为规定频率的交流电力，并供给到第三线圈37。另一方面，当将直流电力从第三端口30输出到定制电路时，第三转换电路33将从第三线圈37供给的规定频率的交流电力转换为直流电力，并供给到第三端口30。具体地，该第三转换电路33是具有四个半导体开关14的逆变器电路，通过控制上述四个半导体开关34，在直流与上述规定频率的交流之间适当地进行双向转换。另外，图1、图2示出了第三转换电路33是该形式的情况。
[0034]
另外，作为第三转换电路33的另一形式，可以举出以下形式。定制电路是交流电路，当交流电力从定制电路输入到第三端口30时，第三转换电路33将该交流电力(例如50或60赫兹)转换为规定频率(例如数百千赫兹)的交流电力，并供给到第三线圈37。另一方面，当将交流电力从第三端口30输出到定制电路时，第三转换电路33将从第三线圈37供给的规定频率的交流电力转换为定制电路中使用的频率的交流电力，并供给到第三端口30。
[0035]
具体地，在这种情况下，第三转换电路33包括第一ac-dc转换电路和第二ac-dc转换电路，上述第一ac-dc转换电路在从定制电路输入的交流(例如50或60赫兹)与直流之间进行转换，上述第二ac-dc转换电路在该转换后的直流与上述规定频率(例如，数百千赫兹)的交流之间进行转换。在此，第一ac-dc转换电路和第二ac-dc转换电路均是具有四个半导体开关的逆变器电路，具有上述第一ac-dc转换电路和第二ac-dc转换电路的第三转换电路33在定制电路中使用的频率的交流与上述规定频率的交流之间适当地进行双向转换。
[0036]
另外，作为第三转换电路33的又一形式，可以举出以下形式。定制电路是仅具有负载而不具有电源的直流电路，第三端口30专门输出电力，不输入电力。因此，第三转换电路33是具有四个二极管的整流电路，将从第三线圈37供给的规定频率的交流电力单向地转换为直流电力，并供给到第三端口30。
[0037]
如上所述，作为第三转换电路33的形式，存在各种转换电路，需要根据定制电路的形式选择并设置其中的适当的转换电路。另外，对于第三线圈37，也需要根据定制电路的形式选择并设置匝数等形式适当的线圈。
[0038]
接着，对以上所示的结构的周边结构进行说明。如图1所示，在俯视观察中的与第一转换电路13的半导体开关14重叠的位置处设置有第一散热构件81。另外，在俯视观察中的与第二转换电路23的半导体开关24重叠的位置处设置有第二散热构件82。另外，在俯视观察中的与第三转换电路33的半导体开关34重叠的位置处设置有第三散热构件83。
[0039]
而且，如图2所示，第一散热构件81在半导体开关14的下方与主基板71或其装设物抵接，并且与壳体60抵接。另外，第二散热构件82在半导体开关24的下方与主基板71或其装设物抵接，并且与壳体60抵接。另外，第三散热构件83在半导体开关34的下方与子基板73或其装设物抵接，并且与壳体60抵接。而且，在壳体60中设置有水路、空冷翅片等冷却装置(省略图示)。因此，壳体60变得比各转换电路13、23、33的各半导体开关14、24、34更低温。因此，各半导体开关14、24、34中产生的热量经由各散热构件81、82、83传递到壳体60而被散热。
[0040]
如图1所示，子基板73配置于俯视观察时的与噪声发生源44重叠的位置，利用子基板73的背面对噪声发生源44的上方进行覆盖。噪声发生源44是例如用于控制半导体开关14、24、34的ecu、用于控制上述ecu的上位ecu等产生噪声的电气设备。
[0041]
图3是表示在第二支承部62与子基板73之间夹装间隔件77且用螺钉76将子基板73固定于第二支承部62的状态的正面剖视图。以下，将主基板71与子基板73之间的间隔称为“基板间距离d”。通过在第二支承部62与子基板73之间夹装间隔件77，与未夹装的情况相比，能够增大基板间距离d。此外，作为该夹装的间隔件77，通过选择厚度更大的间隔件，能够使基板间距离d更大。
[0042]
而且，由于第三线圈37与子基板73一起移动，因此，在这样使基板间距离d增大的情况下，伴随于此，从第一线圈17和第二线圈27到第三线圈37的距离也变大。由此，第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度变小。另外，此时，与图2所示的情况相比，对于第三散热构件83，能够通过设置沿上下方向增长间隔件77的厚度的构件来应对。
[0043]
图4是表示在第一支承部61与主基板71之间夹装间隔件77且用螺钉76将主基板71固定于第一支承部61的状态的正面剖视图。这样，通过在第一支承部61与主基板71之间夹装间隔件77，与未夹装的情况相比，能够减小基板间距离d。此外，作为该夹装的间隔件77，通过选择厚度更大的间隔件，能够使基板间距离d更小。
[0044]
而且，由于第一线圈17和第二线圈27与主基板71一起移动，因此，在这样使基板间距离d减小的情况下，伴随于此，从第一线圈17和第二线圈27到第三线圈37的距离也减小。由此，第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度变大。另外，此时，与图2所示的情况相比，对于第一散热构件81和第二散热构件82，能够通过设置沿上下方向增长间隔件77的厚度的构件来应对。
[0045]
图5是表示基板间距离d与第三线圈37相对于第一线圈17的磁耦合度之间的关系的图表。这样，基板间距离d越小，磁耦合度越大，基板间距离d越大，磁耦合度越小。因此，能够通过调节基板间距离d来调节磁耦合度。
[0046]
根据本实施方式，能够得到以下的效果。如上所述，需要根据定制电路的形式适当地改变第三转换电路33和第三线圈37的形式。针对这点，由于第三转换电路33和第三线圈37装设于子基板73，因此，仅通过将子基板73替换为其他构件，就能够简单地以组套来更换第三转换电路33和第三线圈37这两者。因此，能够根据定制电路的形式、即顾客的需求容易地改变第三转换电路33和第三线圈37。
[0047]
此外，由于第三线圈37与子基板73一起移动，因此，仅通过调节子基板73的位置，就能够调节第三线圈37的位置，从而调节第三线圈37与除此之外的线圈17、27的磁耦合度。因此，仅通过将子基板73设置于与期望的磁耦合度对应的位置，就能够获得该期望的磁耦合度。
[0048]
另外，由于第一线圈17和第二线圈27与主基板71一起移动，因此，仅通过调节主基板71的位置，就能够调节第一线圈17和第二线圈27的位置，从而调节第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度。因此，不仅是子基板73的配置，还可以通过主基板71的配置来调节磁耦合度。
[0049]
另外，通过在主基板71与第一支承部61之间、或子基板73与第二支承部62之间夹装间隔件77，能够简单地调节基板间距离d。因此，能够简单地调节第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度。
[0050]
另外，构成为在子基板73与第二支承部62之间、以及主基板71与第一支承部61之间的任一个均能够夹装间隔件77。而且，与在子基板73与第二支承部62之间未夹装间隔件77的情况相比，在子基板73与第二支承部62之间夹装间隔件77的情况下，基板间距离d变大。另一方面，与在主基板71与第一支承部61之间未夹装间隔件77的情况相比，在主基板71与第一支承部61之间夹装间隔件77的情况下，基板间距离d变小。因此，也可以使基板间距离d从不使用间隔器77的正常状态变大或变小。
[0051]
另外，通过设定第一支承部61与第二支承部62之间的层差的大小，能够设定不使用间隔件77的正常状态下的基板间距离d。
[0052]
另外，第一转换电路13、第二转换电路23、第三转换电路33的各半导体开关14、24、34中产生的热量经由各散热构件81、82、83传递到壳体60，因此，各半导体开关14、24、34的散热性提高。而且，当将主基板71或子基板73的配置沿上下方向改变时，能够通过将散热构件81、82、83改变为具有对应高度的不同构件来应对。
[0053]
另外，由于利用子基板73的背面对噪声发生源44的上方进行覆盖，因此，能够尽量抑制从噪声发生源44产生的噪声传播到周围的电路等。
[0054]
[第二实施方式]接着，对第二实施方式进行说明。在以下的实施方式中，对与在此之前的实施方式相同或对应的构件等标注相同的符号。关于本实施方式，基于第一实施方式以与该第一实施方式不同的点为中心进行说明。
[0055]
图6、图7是表示本实施方式的电力转换装置100的正面剖视图。除了第一支承部61和第二支承部62之外，壳体60在其内壁部上还具有第三支承部63。详细地，在壳体60的内壁部上，在与第二支承部62之间隔着层差而形成有第三支承部63。子基板73存在图6所示的用于安装于第二支承部62的第二支承部62用的子基板73和比该子基板73大的图7所示的用于安装于第三支承部63的第三支承部63用的子基板73，根据安装的支承部62、63将子基板73改变为大小不同的基板。
[0056]
根据本实施方式，通过改变安装子基板73的支承部62、63，能够改变基板间距离d。另外，能够得到以下的效果。由于第二支承部62用的子基板73和第三支承部63用的子基板73的大小不同，因此，无法将第二支承部62用的子基板73安装于第三支承部63、或将第三支承部63用的子基板73安装于第二支承部62。因此，能够防止在组装电力转换装置100时，将
子基板73安装于错误位置，从而导致第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度变为与预期不同的磁耦合度这样的错误。
[0057]
[第三实施方式]接着，对第三实施方式进行说明。关于本实施方式，基于第一实施方式以与该第一实施方式不同的点为中心进行说明。
[0058]
图8、图9是表示本实施方式的电力转换装置100的俯视图。此外，在上述图中，子基板73用虚线表示，并且省略了主基板71的图示，以便能够看到线圈17、37。
[0059]
子基板73以能够沿水平方向调节位置的方式安装。例如，能够通过在子基板73上设置沿一水平方向延伸的长孔作为各螺钉通孔并将螺钉76穿过上述各长孔以螺合于壳体60来实现这样的结构。另外，例如，也可以通过在壳体60中设置用于将子基板73安装于规定的第一位置的螺钉孔，并且设置用于将子基板73安装于从第一位置沿水平方向移位后的第二位置或第三位置的螺钉孔来实现。
[0060]
而且，通过沿水平方向调节子基板73的位置来调节磁耦合度。详细地，如图8所示，在俯视观察时，在第三线圈37与第一线圈17重叠时，第三线圈37相对于第一线圈17的磁耦合度变强。另一方面，如图9所示，在俯视观察时，在第三线圈37相对于第一线圈17偏移时，第三线圈37相对于第一线圈17的磁耦合度变弱。
[0061]
根据本实施方式，通过沿水平方向、即与基板孔73a的贯穿方向正交的方向调节子基板73的配置，能够调节第三线圈37相对于第一线圈17和第二线圈27的磁耦合度。
[0062]
[其他实施方式]以上实施方式能够如下变更来实施。例如，也可以将电力转换装置100装设于车辆以外的交通工具或固定物。另外，例如，也可以将上述低压电路或高压电路以外的直流电路电连接到第一端口10或第二端口20。另外，例如，也可以将第一转换电路13和第二转换电路23设为在端口10、20侧处使用的频率与线圈17、27侧处使用的上述规定频率之间进行转换的ac-ac转换电路，并且将交流电路电连接到第一端口10、第二端口20。另外，例如，也可以将第一端口10或第二端口20设为输出专用，并且将第一转换电路13或第二转换电路23设为将从线圈17、27供给的交流单向地转换为直流的整流电路。
[0063]
另外，例如，代替在主基板71上装设两组转换电路13、23和线圈17、27的组套，也可以仅装设一组，还可以装设三组以上。此外，例如，代替仅在子基板73上装设一组成组的转换电路33和线圈37，也可以装设两组以上。
[0064]
另外，例如，代替将第一线圈17或第二线圈27固定于主基板71，也可以固定于变压器芯部50，从而能够仅调节第三线圈37的位置。
[0065]
另外，例如，在第一实施方式中，也可以是，使主基板71与子基板73的位置关系相反，与第一实施方式的情况相反，在主基板71与壳体60之间夹装间隔件77时，基板间距离d变大，在子基板73与壳体60之间夹装间隔件77时，基板间距离d变小。
[0066]
此外，例如，在第一实施方式中，代替使用间隔件77，也可以准备层差、即第一支承部61与第二支承部62的上下方向的间隔不同的多个壳体60，通过更换壳体60来调节基板间距离d。
[0067]
另外，例如，在第一实施方式中，代替各散热构件81、82、83，也可以将与各基板71、73或其装设物抵接的散热部与壳体60一体地形成。而且，也可以仅在任一基板71、73与支承
部61、62之间夹装间隔件77的情况下，在该基板71、73与散热部之间夹装厚度与间隔件77相同的散热构件。
[0068]
另外，例如，在第三实施方式中，也可以是代替能够沿水平方向调节子基板73的位置，将第三线圈37以其中心从第三基板孔73a的中心偏心的状态固定于子基板73，在将子基板73翻转设置时，第三线圈37的位置沿水平方向移位。
[0069]
另外，例如，在各实施方式中，线圈基板72固定于图中的主基板71的下表面，但是也可以将线圈基板72固定于主基板71的上表面。此外，在将线圈基板72固定于主基板71的下表面或上表面的情况下，也可以在主基板71与线圈基板72之间夹装间隔件。能够适当选择该间隔件的厚度。根据以上，能够对第二线圈27相对于第一线圈17和第三线圈37的位置进行调节。由此，在三个线圈17、27、37中，相对位置的自由度上升，磁耦合度的自由度上升。
[0070]
虽然基于实施例对本公开进行了记述，但是应当理解为本公开并不限定于上述实施例、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步在此基础上包括有仅单个要素、其以上或以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。