CN101689420A - 电抗器 - Google Patents
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Abstract
一种电抗器，包括：冷却块；固定到冷却块的散热底座；电抗器芯，其包括线圈且其固定到散热底座；以及树脂模制体，其形成在散热底座上以覆盖电抗器芯。散热底座由具有预定对数衰减率和预定导热率的金属或合金形成。预定对数衰减率等于或高于0.1，并且预定导热率等于或高于10W/mK。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置在电动车辆、混合动力车辆等中的电抗器。
背景技术
通常，在电力转换回路中的电抗器中设置有电抗器芯，电抗器芯在平面图中呈大致长环形，并且线圈形成在电抗器芯的两个纵向部分中每一者周围。处于此状态下的电抗器容纳在外壳中。电抗器芯包括局部芯。各局部芯由叠置体形成或由粉末磁心形成，该叠置体由多块电磁钢板形成。由非磁性材料形成的间隙板设置在局部芯之间。间隙板通过粘合剂固定到局部芯。因此，形成电抗器。
散热器设置在外壳的下表面(底面)上。此外，冷却块设置在外壳下方。冷却剂或空气供应到冷却块中。通常，使用散热器和冷却块将当电流施加到线圈时线圈或电抗器芯中产生的热释放到外部，同时线圈和电抗器被冷却。形成树脂模制体以密封外壳与容纳于外壳中的电抗器芯之间的区域。因此，热经由该树脂模制体从线圈或电抗器芯传输到散热器。
现有技术中制造电抗器的方法包括众多工艺，例如，制造外壳的工艺，将包括线圈(或绕线管)的电抗器芯容纳于外壳中而将散热器布置在电抗器芯下方的工艺，在电抗器芯和散热器收容于外壳中后在外壳中形成树脂模制体的工艺，以及涂敷例如油脂到外壳底板的反面并且然后将冷却块装配到该反面的工艺。因此，重要而且需要的是在混合动力车辆等的大规模生产中提高电抗器的制造产量。
大电流和大电压通常施加到设置在电动车辆、混合动力车辆等中的电抗器。因此，电抗器的振动大，并且振动造成的噪音大。因此，迫切需要开发一种其中振动被有效抑制的电抗器，并提高制造产量和提高散热性能。
例如，日本专利申请公报No.2004-95570(JP-A-2004-95570)描述了一种电抗器装置，该电抗器装置被开发为提高散热性能。在该电抗器装置中，电抗器芯放置在用作散热器的底座的保持部上，并且使用固定件将电抗器芯固定到底座。使用不饱和聚酯将处于此状态下的电抗器芯和底座互相结合。因此，通过模制成型生产电抗器装置。
在上述电抗器装置中，电抗器芯中产生的热经由保持部和树脂模制体散到底座。然而，同样在此电抗器装置中，当电抗器装置操作时造成的振动未被有效抑制，与现有技术中其它电抗器装置一样。此外，难以通过简化用于制造该电抗器装置的工艺来提高电抗器装置的制造产量。
发明内容
本发明提供一种具有散热性能的电抗器，其中振动被抑制且其使得可提高制造产量。
本发明的第一方面涉及一种电抗器。该电抗器包括：冷却块；固定到冷却块的散热底座；电抗器芯，其包括线圈且其固定到散热底座；以及树脂模制体，其形成在散热底座上以覆盖电抗器芯。散热底座由具有等于或高于0.1的预定对数衰减率以及等于或高于10W/mK的预定导热率的金属或合金形成。
在根据第一方面的电抗器中，省略了为常规的电抗器的组成构件的壳体。例如，冷却块和冷却块上的散热底座一体地互相固定，并且包括线圈的电抗器芯放置在散热底座上。然后，形成树脂模制体以覆盖电抗器芯。因此，生产出根据第一方面的电抗器。相应地，与常规的电抗器相比可减少部件数目，并且可通过减少制造工艺的数目来提高制造产量。
此外，电抗器芯直接放置于其上的散热底座由既具有预定级别的散热性能又具有预定级别的振动衰减性能的材料形成。
在上述方面中，散热底座可由镁(Mg)、镍(Ni)、铁(Fe)、镁-锆合金(Mg-Zr合金)、铝-锌合金(Al-Zn合金)、镍-钛合金(Ni-Ti合金)或锰-铜-镍合金(Mn-Cu-Ni合金)形成。
在上述方面中，液体冷却剂或空气可在冷却块中循环。在具有此构造的情况下，可有效地冷却散热底座。
本发明的第二方面涉及一种电抗器。该电抗器包括：冷却块；固定到冷却块的散热底座；电抗器芯，其包括线圈且其固定到散热底座；以及树脂模制体，其形成在散热底座上以覆盖电抗器芯。散热底座由具有预定对数衰减率和预定导热率的金属或合金形成。散热底座可由Mg、Ni、Fe、Mg-Zr合金、Al-Zn合金、Ni-Ti合金或Mn-Cu-Ni合金形成。
根据本发明的电抗器具有高散热性能和高振动衰减性能。此外，根据本发明，可通过省略壳体来减少部件的数目并减小电抗器的尺寸和重量。因此，根据本发明的电抗器适合于在其中需要提供高性能、轻质和小巧的装置的最新式的混合动力车辆、电动车辆等中使用。
附图说明
本发明的上述和另外的特征和优点将从以下参照附图对示例实施方式的描述变得显而易见，附图中相同的标号用来代表相同的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明的一个实施方式的电抗器的纵向剖视图；
图2是沿图1中的线II-II截取的剖视图；
图3是示出与金属/合金的对数衰减率和导热率有关的检验结果的图表；
图4是示意性地图示与电抗器的振动有关的实验的图；
图5是示出在振动实验中沿X方向的振动的测量结果的图表；
图6是示出在振动实验中沿Y方向的振动的测量结果的图表；
图7是示出在振动实验中沿Z方向的振动的测量结果的图表；以及
图8是示出线圈上部的温度的测量结果的图表。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的一个实施方式。图1是示出根据本发明的一个实施方式的电抗器的纵向剖视图。图2是沿图1中的线II-II截取的剖视图。图3是示出与金属/合金的对数衰减率和导热率有关的检验结果的图表。图4是示意性地示出与电抗器的振动有关的实验的图。图5至图7分别是示出在振动实验中沿X方向的振动、沿Y方向的振动和沿Z方向的振动的测量结果的图表。图8是示出线圈上部的温度的测量结果的图表。
图1是示出根据本发明的实施方式的电抗器10的纵向剖视图并且图2是沿图1中的线II-II截取的剖视图。电抗器10包括冷却块1、散热底座2、电抗器芯3和树脂模制体4，冷却块1、散热底座2、电抗器芯3和树脂模制体4沿着从下方位置到上方位置的方向以所述的次序布置。冷却剂W从散热器等供应到冷却块1。散热底座2固定到冷却块1。电抗器芯3通过环氧树脂粘合剂5固定到散热底座2的上表面。线圈6形成在电抗器芯3中。树脂模制体4密封包括线圈6的电抗器芯3，以及散热底座2的暴露上表面。电抗器芯可通过使用粘合剂将I形磁芯与U形磁芯结合而形成。而且，间隙板可用来形成气隙。I形磁芯和U形磁芯各自可由通过叠置硅钢板形成的叠置体形成。可替代地，I形磁芯和U形磁芯各自可由粉末磁芯形成，该粉末磁芯通过挤压磁性粉末形成，磁性粉末通过使用树脂粘结剂覆盖软磁性金属粉末或软磁性金属氧化物粉末产生。如果使用磁性粉末形成磁芯，则可使用例如铁粉末、铁-硅合金粉末、铁-氮合金粉末、铁-镍合金粉末、铁-碳合金粉末、铁-硼合金粉末、铁-钴合金粉末、铁-磷合金粉末、铁-镍-钴合金粉末或铁-铝-硅合金粉末。间隙板例如可由诸如氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)之类的陶瓷形成。
树脂模制体4由环氧树脂如聚氨酯树脂等形成。冷却块1、散热底座2和电抗器芯3一体地互相固定，并且放置在模具(未示出)中。然后，将树脂材料填充到模具中，并且执行加压成型。因此，形成图1所示的树脂模制体4。
从散热器等供应到冷却块1的冷却剂W的温度约为65℃，因此比较高。然而，即使在此温度，冷却剂W的温度也足够冷以冷却当电抗器10工作时温度至少在100℃的线圈6和紧密接触线圈6的电抗器芯3。
散热底座2由既具有预定级别的振动衰减性能又具有预定级别的散热性能的金属材料或合金材料形成。
在该实施方式中，与振动衰减性能相关的基准为对数衰减率等于或高于0.1。将对数衰减率的基准设定为满足预定三维振动基准，稍后有述。与散热性能相关的另一个基准为导热率等于或高于10W/mK。导热率的基准设定为使得当电抗器10工作时线圈上部的温度等于或低于预定温度。
在图3中，以“实施例1到5”指示的各点表示满足以上两个基准的金属或合金。以“比较示例1到3”指示的各点表示不满足基准之一的金属或合金。
实施例1到5中的金属/合金分别为Mn-Cu-Ni合金、Mg-Zr合金、Mg、Ni和Fe。满足两个基准的其它合金包括例如Al-Zn合金和Ni-Ti合金。
比较示例1到3中的金属分别为Pb、Ti和Al。未能满足至少一个基准的另一种金属为Cu。
相应地，选择Mn-Cu-Ni合金、Mg-Zr合金、Al-Zn合金、Ni-Ti合金、Mg、Ni或Fe作为包括在根据该实施方式的电抗器10中的散热底座2的材料。
如图1所示，电抗器10不包括树脂壳体。因此，与常规的电抗器相比，电抗器10的尺寸和重量得以减小。此外，电抗器芯固定到散热底座，并且散热底座由表现出必需的振动衰减性能和散热性能的金属或合金形成。因此，电抗器10既具有振动衰减性能又具有散热性能。
如图4所示，电源40连接到电抗器，并且电抗器工作。此时，使用加速度传感器20测量振动，并且使用热电偶30测量线圈上部的温度。针对其中散热底座由在实施例1到5中指出的金属或合金形成的电抗器10和其中散热器由在比较示例1到3中指出的金属形成的现有技术电抗器10’进行实验。如图4所示，测量沿限定平面的X方向和Y方向各自的振动以及沿竖直的Z方向的振动的振动加速度(G＝gal)。然后，判断沿各方向的振动是否等于或低于基准值。将线圈上部的温度的基准值设为130℃，并且判断线圈上部的温度是否等于或低于基准值。振动加速度的基准值和温度的基准值各自可适当改变。
图5示出沿X方向测量到的振动。图6示出沿Y方向测量到的振动。图7示出沿Z方向测量到的振动。图8示出在线圈上部测量到的温度的测量结果。表1示出总的结果。
表1
关于振动特性，图5至图7和表1示出包括由在实施例1到5中指出的金属或合金形成的散热底座的各电抗器10满足所有振动基准，并且电抗器10中的振动加速度最多为电抗器10’的振动加速度的约25％，在比较示例2和3中电抗器10’的散热器由Ti和Al形成。
关于线圈上部的温度，图8和表1示出包括由实施例1到5中的金属或合金形成的散热底座的各电抗器10满足基准，并且包括由在比较示例1到3中指出的金属形成的散热器的各电抗器10’也满足基准。结果表明即使由在比较示例中指出的金属材料形成的电抗器10’的散热器也充分提供了散热性能。因此，认为结果是恰当的。
实验结果表明，通过将电抗器芯放置和固定在由在实施例1到5之一中指出的金属材料或合金材料形成的散热底座上，可生产既具有高散热性能又具有高振动衰减性能的电抗器。
尽管已参照附图详细描述了本发明的实施方式，但本发明的构造不限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的范围的前提下，可作出设计变更等。
Claims (5)
1.一种电抗器，其特征在于包括：
冷却块；
固定到所述冷却块的散热底座；
电抗器芯，其包括线圈且其固定到所述散热底座；以及
树脂模制体，其形成在所述散热底座上以覆盖所述电抗器芯，
其中所述散热底座由具有等于或高于0.1的预定对数衰减率以及等于或高于10W/mK的预定导热率的金属或合金形成。
2.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述散热底座由Mg、Ni、Fe、Mg-Zr合金、Al-Zn合金、Ni-Ti合金或Mn-Cu-Ni合金形成。
3.如权利要求1或2所述的电抗器，其中，使用硅粘合剂或环氧树脂粘合剂将所述电抗器芯固定到所述散热底座。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电抗器，其中，所述树脂模制体由环氧树脂或聚氨酯树脂形成。
5.一种电抗器，其特征在于包括：
冷却块；
固定到所述冷却块的散热底座；
包括线圈的电抗器芯，其中所述电抗器芯固定到所述散热底座；以及
形成在所述散热底座上的树脂模制体，所述树脂模制体覆盖所述电抗器芯，其中
所述散热底座由具有预定对数衰减率和预定导热率的Mg、Ni、Fe、Mg-Zr合金、Al-Zn合金、Ni-Ti合金或Mn-Cu-Ni合金形成。
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