CN102576599A

CN102576599A - 电抗器

Info

Publication number: CN102576599A
Application number: CN2011800041398A
Authority: CN
Inventors: 稻叶和宏; 山本伸一郎; 丰田晴久
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-07-11
Also published as: EP2584574A1; EP2584574A4; JP5561536B2; JP2012004390A; EP2584574B1; WO2011158631A1; US8686820B2; US20120218066A1

Abstract

本发明披露电抗器(1A)，包括：线圈(10)，其通过缠绕导线形成；以及磁芯(20)，其借助两个芯体形成闭合磁路，这两个芯体即插入上述线圈中的内部芯体(21)以及与所述内部芯体(21)的端部相连且将所述线圈(10)的外周覆盖的连接芯体(23)。在线圈(10)与内部芯体(21)之间设置有插入芯体(25)，并且通过满足0＜S2/S1＜0.15并且满足B1＞B2以及B1＞B3，可以在减少损耗的同时将披露的电抗器小型化，其中，S1为线圈(10)内侧的面积，S2为插入芯体(25)的横截面积，B1为内部芯体(21)的饱和磁通密度，B2为连接芯体(23)的饱和磁通密度，B3为插入芯体(25)的饱和磁通密度。

Description

电抗器

技术领域

本发明涉及一种用作诸如车辆安装的DC-DC转换器等电力转换器的部件的电抗器。特别地，本发明涉及一种小型电抗器。

背景技术

电抗器为提高或降低电压的电路部件。例如，PTL 1描述了一种用作安装于诸如混合动力车辆等车辆中的转换器的电抗器。PTL 1中所述的电抗器包括具有E形截面的磁芯，该磁芯为所谓的罐形芯体。磁芯包括：实心圆柱形内部芯体部分，其布置在线圈内；空心圆筒形芯体部分，其布置为环绕线圈的外周；以及一对盘形芯体部分，其布置在线圈的两端面上(PTL 1)。在罐形芯体中，同心布置的内部芯体部分和空心圆筒形芯体部分通过盘形芯体部分彼此连接，并且形成闭合磁路。而且，PTL 1公开了如下内容：通过使内部芯体部分的饱和磁通密度比空心圆柱形芯体部分和盘形芯体部分的饱和磁通密度高，能够减小内部芯体部分的横截面积，并且因此能够获得小型电抗器。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本未审查专利申请公开2009-033051

发明内容

技术问题

为了缩小这种电抗器的尺寸，优选的是，使线圈和内部芯体部分之间的空间尽可能小。然而，如果间隔太小，则内部芯体部分的漏磁通会进入线圈并且因此可能产生损耗。具体地说，如果将用于电感调节的非磁性材料的间隔布置在内部芯体部分的轴向的中间位置处，则也会通过此间隔发生磁通泄漏，并且因此会以类似的方式产生损耗。另一方面，如果线圈和内部芯体部分之间的空间太大，则电抗器的尺寸缩小受到限制。

鉴于上面所述的背景技术实现了本发明，并且本发明的目的是提供在考虑降低损耗的情况下具有小尺寸的电抗器。

解决问题的方案

根据本发明的电抗器包括线圈和磁芯。所述线圈是通过缠绕导线而形成的。所述磁芯包括插入并穿过所述线圈的内部芯体部分以及与所述内部芯体部分的端部连接并且将所述线圈的外周覆盖的连接芯体部分。所述内部芯体部分和所述连接芯体部分形成闭合磁路。所述电抗器包括插入芯体部分，所述插入芯体部分布置在所述线圈和所述内部芯体部分之间。所述电抗器满足0＜S2/S1＜0.15，S1为所述线圈的内横截面积，S2为所述插入芯体部分的横截面积，并且满足B1＞B2以及B1＞B3，B1为所述内部芯体部分的饱和磁通密度，B2为所述连接芯体部分的饱和磁通密度，B3为所述插入芯体部分的饱和磁通密度。

通过这种构造，因为线圈和内部芯体部分之间的空间填充有插入芯体部分，所以抑制了从内部芯体部分到线圈的漏磁通，并且能够在提高电感的同时降低总损耗的增长率，所述总损耗为铁损和铜损的和。而且，因为内部芯体部分的饱和磁通密度满足B1＞B2以及B1＞B3，所以能够使得内部芯体部分的横截面积小于如下情况下的内部芯体部分的横截面积：即，不设置插入芯体部分并且满足B1≤B2，由此能够缩小线圈的外径并且能够缩小电抗器的尺寸。

在根据本发明的电抗器中，优选的是，满足0＜S2/S1＜0.04。

通过这种构造，能够在提高电感的同时降低总损耗的增长率，并且能够抑制铜损的增长率。

在根据本发明的电抗器中，内部芯体部分可以由粉末成型产品形成。

作为内部芯体部分的材料，使用饱和磁通密度比连接芯体部分的饱和磁通密度高的材料。可以优选地使用粉末成型产品作为具有高饱和磁通密度的材料。因为能够容易地形成具有三维形状的粉末成型产品，因此例如，能够容易地形成具有与线圈的内周表面的形状相符的外形的内部芯体部分。

在根据本发明的电抗器中，连接芯体部分和插入芯体部分可以均由磁性材料和树脂的混合物制成；并且内部芯体部分、插入芯体部分和连接芯体部分可以通过树脂彼此形成一体。

通过这种构造，当内部芯体部分和插入芯体部分以及内部芯体部分和连接芯体部分借助树脂彼此形成一体时，不需要使用用于调节电抗器的电感的间隔以及用于将各段磁芯彼此粘合并且用于将各段和间隔粘合到一起的粘合剂。因此，能够进一步缩小电抗器的尺寸。具体地说，可以通过用树脂将线圈、内部芯体部分、连接芯体部分和插入芯体部分彼此形成一体，形成具有预定特性的磁芯，并且能够制造出电抗器。因此，能够同时执行连接芯体部分和插入芯体部分的形成、磁芯的形成以及电抗器的制造。而且，当使用上述无间隔结构时，部件的数量小，并且能够减少制造步骤的数量。进而，通过这种构造，因为连接芯体部分和插入芯体部分均由磁性材料和树脂的混合物制成，因此能够通过调节磁性材料与树脂的混合比而容易地形成具有期望磁特性的磁芯。

在根据本发明的电抗器中，内部芯体部分的饱和磁通密度B1可以满足1.6T≤B1以及1.2×B2≤B1。

通过这种构造，因为内部芯体部分的饱和磁通密度B1等于或高于连接芯体部分的饱和磁通密度B2的1.2倍，所以内部芯体部分具有相对充分高的饱和磁通密度，并且因此能够减小内部芯体部分的横截面积。因此，能够缩小具有这种构造的电抗器的尺寸。具体地说，优选的是，内部芯体部分的饱和磁通密度B1等于或高于连接芯体部分的饱和磁通密度B2的1.5倍，更优选地等于或高于连接芯体部分的饱和磁通密度B2的1.8倍，而没有上限。优选的是，内部芯体部分的饱和磁通密度B1(绝对值)尽可能高。优选的是，B1等于或高于1.8T，更优选地等于或高于2T，而没有上限。可以调节内部芯体部分和连接芯体部分的材料以使饱和磁通密度可以在上述范围内。

在根据本发明的电抗器中，内部芯体部分的相对磁导率可以在50至1000的范围内，并且连接芯体部分和插入芯体部分各自的相对磁导率可以在5至50的范围内。

通过这种构造，能够减少磁芯的漏磁通，并且能够实现无间隔结构。如果连接芯体部分的磁导率在大约5至30的范围内并且内部芯体部分的磁导率在大约100至500的范围内，则根据本发明的电抗器能够容易地用作车辆部件。可以调节内部芯体部分、连接芯体部分和插入芯体部分的材料以使磁导率可以在上述范围内。

在根据本发明的电抗器中，电抗器还可以包括外壳，所述外壳收容包括线圈和磁芯的组件，并且所述线圈和所述内部芯体部分可以被所述连接芯体部分和所述插入芯体部分中所包含的树脂密封在所述外壳中。

通过这种构造，利用外壳来保护线圈和磁芯。而且，因为连接芯体部分和插入树脂部的树脂材料用作密封树脂，所以不需要准备附加的铸封树脂作为现有电抗器。

本发明的有益效果

通过根据本发明的电抗器，能够在考虑降低损耗的情况下来实现电抗器的尺寸缩小。

附图说明

图1A是根据第一实施例的电抗器的示意性纵向剖视图。

图1B是根据第一实施例的电抗器的示意性水平剖视图。

图2A是根据第二实施例的电抗器的示意性纵向剖视图。

图2B是根据第三实施例的电抗器的示意性纵向剖视图。

图3是示出面积比S2/S1和(总损耗)/L之间的关系的曲线图。

图4是示出面积比S2/S1和(铜损)/L之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面将参考附图对根据本发明的实施例的电抗器进行说明。在附图中，相同的附图标记表示相同的对象。附图的尺寸比不一定与说明书中的一致。

[第一实施例]

[概述]

如图1A和图1B所示，电抗器1A为所谓的罐形电抗器，且包括通过缠绕导线制成的线圈10以及布置有线圈10的磁芯20。磁芯20包括内部芯体部分21和连接芯体部分23。内部芯体部分21插入并穿过线圈10。连接芯体部分23覆盖线圈10的外周表面并且与内部芯体部分21的端部相连。而且，电抗器1A包括介于线圈10和内部芯体部分21之间的插入芯体部分25。根据本发明的电抗器1A的特征在于，作为线圈10的内横截面积S1和插入芯体部分25的横截面积S2之间的比的面积比S2/S1以及芯体部分的饱和磁通密度B1至B3在预定范围内。下面将对各个部件进行详细说明。

[线圈]

线圈10为通过螺旋状地缠绕单根连续导线而制成的筒形体。优选的是，导线为包括导体和将所述导体的外周覆盖的绝缘涂层的绝缘导线。导体由诸如铜或铝等导电材料制成，并且绝缘涂层由绝缘材料制成。此处，使用包括矩形铜导体导线和由釉制成的绝缘涂层的绝缘矩形导线。绝缘涂层的绝缘材料典型地为聚酰胺-酰亚胺。优选的是，绝缘涂层的厚度在20μm至100μm的范围内。厚度越厚，则销孔的数量越少且绝缘电阻越高。除了使用包括矩形导体的导线之外，还可以使用包括具有圆形横截面、多边形横截面等的导体的各种导线。线圈10是通过将绝缘的矩形导线沿边缘缠绕成筒形形状而制成的。当线圈10具有筒形形状时，能够相对容易地制成沿边缘缠绕的线圈10。可选地，线圈可以具有空心长方体形状。线圈10的匝数在例如大约30至60的范围内。

线圈10的导线的两端(未示出)从线圈10的转弯部适当地引出到下面所述的连接芯体部分23的外部。端子部件(未示出)与通过剥离绝缘涂层而被露出的导线的导体连接。用于向线圈10供应电力的外部装置(未示出)，诸如电力电源，通过端子部件与线圈10连接。导线的导体部分和端子部件通过诸如TIG焊接等焊接法或者通过压接法而彼此连接。导线的端部可以沿诸如线圈10的轴向等任何合适的方向引出。可选地，导线的端部可以沿与线圈10的轴向垂直的方向引出，或者可以沿着彼此不同的方向引出。

[磁芯]

磁芯20包括内部芯体部分21、连接芯体部分23和插入芯体部分25。内部芯体部分21具有圆柱形形状并且插入并穿过线圈10。连接芯体部分23形成为覆盖内部芯体部分21的两端部和线圈10的外周表面。插入芯体部分25介于线圈10和内部芯体部分21之间。在磁芯20中，因为内部芯体部分21、连接芯体部分23和插入芯体部分25是由不同材料制成的，所以这些部分具有不同的磁特性。具体地，内部芯体部分21的饱和磁通密度比连接芯体部分23和插入芯体部分25的饱和磁通密度高。

《内部芯体部分》

内部芯体部分21具有与线圈10的内周表面的形状相符的外形，并且内部芯体部分21整体是由粉末成型产品制成的。在本实施例中，内部芯体部分21为柱状体。

通常，粉末成型产品是通过如下工序获得的：将具有绝缘涂层的软磁粉末成型，然后在等于或低于绝缘涂层的上限温度的温度下对成型产品进行烘烤。可以使用包括软磁粉末和适量粘结剂的混合粉末，或者可以使用包括作为绝缘涂层的硅树脂的粉末，来代替软磁粉末。能够通过调节软磁粉末的材料、软磁粉末与粘结剂的混合比以及各种涂层的量来改变粉末成型产品的饱和磁通密度。例如，能够通过使用具有高饱和磁通密度的软磁粉末或者通过减少粘结剂的量并且增加软磁材料的比例来获得具有高饱和磁通密度的粉末成型产品。此外，能够通过改变成型压力、或者具体地说通过增大成型压力来提高饱和磁通密度。优选的是，选择软磁粉末的材料且调节成型压力以使粉末成型产品可以具有期望的饱和磁通密度。

软磁粉末可以为诸如Fe、Co或Ni等铁族金属粉末；诸如Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Cr、Fe-Si-Al等铁基合金粉末；或者稀土金属粉末；或铁氧体粉末。特别地，可以容易地用铁基合金粉末制成具有高饱和磁通密度的粉末成型产品。可以通过使用喷雾法(使用气体或水)或者机械粉碎法来制作这种粉末。可以使用由具有纳米级晶质结构的纳米晶质材料制成的粉末或者更优选地使用由各向异性纳米晶质材料制成的粉末来获得具有高各向异性和低矫顽力的粉末成型产品。

形成在软磁粉末上的绝缘涂层可以由例如磷酸盐化合物、硅化合物、锆化合物、铝化合物或硼化合物制成。粘结剂为例如热塑性树脂、非热塑性树脂或更高级脂肪酸。在烘烤步骤中，可以消除粘结剂或者将粘结剂变成诸如二氧化硅等绝缘体。因为粉末成型产品包括诸如绝缘涂层等绝缘体，所以软磁性颗粒彼此绝缘，因此能够降低涡流损耗。特别地，即使将高频电力提供给线圈10，也能够降低损耗。作为粉末成型产品，可以使用已知类型的粉末成型产品。例如，可以使用包括由涂有多层涂层的软磁材料制成的颗粒的粉末成型产品，所述多层涂层依次包括绝缘涂层、耐热层和挠性层(在日本未审查专利申请公开No.2006-202956中描述了这样的软磁材料)。耐热层的实例包括由如下的材料制成的层：该材料包括有机硅化合物且硅氧烷交联密度高于0且等于或低于1.5。挠性层的实例包括由硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂和酰胺树脂中的至少一种制成的层。

内部芯体部分21整体可以为由粉末成型产品制成的实心体，或者内部芯体部分21可以包括分段，每个分段由粉末成型产品和介于分段之间的间隔部件、气隙和粘合剂部件制成。在实心体构造的情况下，由于无间隔结构，能够减轻由于间隔的存在而引起的漏磁通问题(在图1A中由虚线示意性示出)。在分段构造的情况下，能够通过形成间隔来容易地调节电抗器1A的电感。在本实施例中，内部芯体部分21为由粉末成型产品制成的实心体。

内部芯体部分21的长度可以等于、略长于或略短于线圈10在轴向上的长度(下文中简称为线圈10的长度)。然而，优选的是，内部芯体部分21的长度等于或大于线圈10的长度，这是因为在此情况下，由线圈10产生的磁通能够充分地穿过内部芯体部分21。

在内部芯体部分21的端面从线圈10的端面伸出的情况下，在一端处的伸出长度可以与在另一端处的伸出长度不同。例如，在图1A和图1B中所示的电抗器1A中，线圈10和磁芯20布置在外壳30(下文描述)中。在内部芯体部分21的上端处的伸出长度比在内部芯体部分21的下端处的伸出长度大，并且内部芯体部分21的下端面布置在外壳30的底面上。通过这样做，内部芯体部分21能够稳固地安装到外壳30中，从而可以容易地形成连接芯体部分23(下文描述)。

此处，内部芯体部分21由粉末成型产品制成，所述粉末成型产品是由包括形成在磷酸盐涂层上的硅树脂涂层的软磁材料制成的。内部芯体部分21的饱和磁通密度B1为1.8T，并且内部芯体部分21的相对磁导率为250。优选的是，饱和磁通密度B1等于或高于1.6T，并且等于或高于连接芯体部分23的饱和磁通密度B2的1.2倍。优选的是，相对磁导率在100至500的范围内。

《连接芯体部分》

连接芯体部分23与内部芯体部分21的两端部连接并且覆盖线圈10的外周表面。连接芯体部分23可以与内部芯体部分21的端部的外周表面连接或者可以与内部芯体部分21的端面连接。在图1A中，内部芯体部分21的下端具有前一连接结构，并且内部芯体部分21的上端具有后一连接结构。内部芯体部分21的两端处的连接结构可以是相同的。磁芯20的连接芯体部分23和内部芯体部分21形成闭合磁路。

可以优选地将磁性材料和树脂的混合物(硬化成型产品)用作连接芯体部分23的材料。通过将该硬化成型产品用作连接芯体部分23，可以借助连接芯体部分23的树脂材料而不使用粘合剂将线圈10、内部芯体部分21和插入芯体部分25(下文描述)彼此形成一体。通常，硬化成型产品可通过注射成型或铸塑成型来制作。

在采用注射成型的情况下，磁性材料的粉末(如果需要，可以为还包括非磁性粉末的混合粉末)以及流体粘结剂树脂彼此混合以获得混合物流体，该混合物流体被注入到模具中并且在施加预定压力的同时成型，然后使粘结剂树脂硬化。在采用铸塑成型的情况下，与注射成型获得相同的混合物流体，并且该混合物流体被注入到模具中并且在不施加压力的情况下成型，然后使混合物流体硬化。

在任一成型方法中，作为磁性材料，可以使用与内部芯体部分21所使用的软磁粉末相同的软磁粉末。具体地说，作为用于连接芯体部分23的软磁粉末，可以优选地使用诸如纯铁粉等铁基材料或由平均直径在10μm至500μm范围内的颗粒构成的铁基合金粉末。通常地，铁基材料的饱和磁通密度比诸如铁氧体等磁性材料的饱和磁通密度高。因此，能够通过使用由铁基材料制成的粉末来获得具有高饱和磁通密度的连接芯体部分23。可以使用由如下颗粒构成的涂层粉末，所述颗粒由软磁材料制成并且涂有由磷酸铁等制成的涂层。

在任一种成型方法中，可以优选地将诸如环氧树脂、酚醛树脂或硅树脂等热固性树脂用作粘结剂树脂。如果将热固性树脂用作粘结剂树脂，则通过对成型产品进行加热来硬化树脂。可以使用室温固化型树脂或冷固化型树脂作为粘结剂树脂。在此情况下，通过将成型产品置于室温下或相对较低的温度下来硬化树脂。大量作为非磁性材料的粘结剂树脂被保留在硬化成型产品中。因此，即使使用相同的材料，硬化成型产品的饱和磁通密度和磁导率比形成内部芯体部分21的粉末成型产品的饱和磁通密度和磁导率低。

除了包括磁性材料粉末和粘结剂树脂之外，连接芯体部分23的材料还可以包括由诸如氧化铝或氧化硅等陶瓷制成的填料。尽管诸如铁基材料等磁性材料粉末与粘结剂树脂的混合物被硬化，粉末也可能在自身重量作用下沉淀，因此连接芯体部分23中的磁性材料的密度可能变得不均匀。通过将填料与连接芯体部分的材料混合，抑制了磁性材料粉末的沉淀，并且磁性材料粉末更易于均匀地散布在连接芯体部分中。而且，如果填料是由例如陶瓷制成的，则能够提高散热效率。当连接芯体部分23的体积为100％时，填料的比例在例如20至70体积％(体积百分比)的范围内。

当使用注射成型法或铸塑成型法时，能够通过改变磁性材料粉末和粘结剂树脂之间的比例来调节连接芯体部分23的磁导率和饱和磁通密度，或者如果包括上述填料，则能够通过改变磁性材料粉末、粘结剂树脂和填料之间的比例来调节连接芯体部分23的磁导率和饱和磁通密度。例如，当磁性材料粉末的比例减小时，磁导率趋于降低。可以调节连接芯体部分23的磁导率和饱和磁通密度以使电抗器1A可以具有期望的电感。

此处，连接芯体部分23由硬化成型产品制成，硬化成型产品是由环氧树脂和铁基材料粉末构成的，铁基材料包括平均直径等于或小于100μm且涂布有上述涂层的颗粒。连接芯体部分23的饱和磁通密度B2为1T，并且连接芯体部分23的相对磁导率为10。优选的是，饱和磁通密度B2等于或高于0.5T且比内部芯体部分21的饱和磁通密度B1低。优选的是，相对磁导率在5至50的范围内，更优选地在5至30的范围内。

《插入芯体部分》

此外，插入芯体部分25形成在线圈10和内部芯体部分21之间。线圈10和内部芯体部分21之间的空间的至少一部分被插入芯体部分25填充。因为内部芯体部分21的漏磁通穿过插入芯体部分25，所以抑制了由于漏磁通穿过线圈10而造成的损耗增加。

如同连接芯体部分23，插入芯体部分25优选地由硬化成型产品制成。通过由硬化成型产品形成插入芯体部分25，线圈10、内部芯体部分21和连接芯体部分23中的每一者能够容易与插入芯体部分25形成一体。在此情况下，插入芯体部分25和连接芯体部分23的材料可以相同或者可以不同。不仅在硬化成型产品的磁性材料和树脂材料中的至少一种不同的情况下而且在相同的磁性材料和相同的树脂以不同的比例混合的情况下，材料均可以是不同的。具体地说，在用相同的材料来形成插入芯体部分25和连接芯体部分23的情况下，能够通过将内部芯体部分21放置在线圈10中并且用磁性材料和树脂的混合物来填充线圈10周围的空间并且通过使所述混合物硬化来同时形成连接芯体部分23和插入芯体部分25。

优选的是，在插入芯体部分25的外周表面和线圈10的内周表面之间不存在空间。也就是说，通过用插入芯体部分25来填充内部芯体部分21和线圈10之间的空间，能够容易地抑制内部芯体部分21的漏磁通穿过线圈10。能够通过为插入芯体部分25和连接芯体部分23使用相同的材料、将内部芯体部分21布置在线圈10的内部、用磁性材料和树脂的混合物来填充内部芯体部分21周围的空间、并且使混合物硬化来基本消除此空间。

此处，如同连接芯体部分23，插入芯体部分25是由涂层粉末和环氧树脂构成的硬化成型产品形成的。涂层粉末为平均直径等于或小于100μm且涂有上述涂层的铁基粉末。因此，插入芯体部分25的饱和磁通密度B3为1T，插入芯体部分25的相对磁导率为10。优选的是，饱和磁通密度B3等于或高于0.5T且比内部芯体部分21的饱和磁通密度B1低。优选的是，相对磁导率在5至50的范围内，更优选地在5至30的范围内。

《面积比》

包括线圈10、内部芯体部分21和插入芯体部分25的电抗器1A满足0＜S2/S1＜0.15，其中，S1为线圈10的内横截面积，S2为插入芯体部分25的横截面积。线圈10的内横截面积S1为当沿轴向观察线圈10时线圈10的线匝内侧区域的面积。插入芯体部分25的横截面积S2为沿着与线圈10的轴向垂直的平面剖切的插入芯体部分25的横截面的面积。内部芯体部分21在纵向上通常具有均一的横截面积，并且形成在内部芯体部分21的外周上的插入芯体部分25在纵向上具有均一的横截面积。如果插入芯体部分25的横截面积在插入芯体部分25的纵向上不均一，则插入芯体部分25的最大横截面积定义为横截面积S2。

如果面积比在0＜S2/S1＜0.15的范围内，则能够降低总损耗与电抗器1A的电感的比例，这从下面描述的实例中可清楚地看出。也就是说，能够抑制总损耗的增长率，并且能够提高电感。因此，能够用具有较小体积的电抗器来实现相同的电感，并且能够缩小电抗器1A的尺寸。然而，如果面积比超过此范围的上限，则在线圈10的内部被具有低饱和磁通密度的插入芯体部分25所占据的区域增加，因此难以使电抗器1A的尺寸缩小。更优选的是，面积比在0＜S2/S1＜0.04的范围内。如果满足此范围，则能够降低铜损与电抗器1A的电感的比例。也就是说，能够抑制铜损的增长率，并且能够提高电感。因此，能够用具有较小体积的电抗器来实现相同的电感，并且能够进一步缩小电抗器1A的尺寸。

能够通过适当地选择线圈10的内径和内部芯体部分21的外径来调节面积比S2/S1。这是因为，插入芯体部分25是通过用磁性材料和树脂的混合物来填充线圈10和内部芯体部分21之间的空间来形成的。

《饱和磁通密度》

根据本发明的电抗器1A满足B1＞B2以及B1＞B3，其中，B1为内部芯体部分21的饱和磁通密度，B2为连接芯体部分23的饱和磁通密度，B3为插入芯体部分25的饱和磁通密度。在形成芯体部分使得满足这些条件的情况下，能够通过减小内部芯体部分21的直径来缩小电抗器1A的尺寸，并且能够通过抑制从内部芯体部分21到线圈10的漏磁通来实现损耗低的电抗器1A。

优选的是，插入芯体部分25的饱和磁通密度B3与连接芯体部分23的饱和磁通密度B2相同。然而，B3可以与B2不同。也就是，可以满足B1＞B3＞B2或者B1＞B2＞B3。

[其它部件]

《绝缘体》

为了提高线圈10和磁芯20之间的绝缘电阻，优选的是，将绝缘体(未示出)置于磁芯20与线圈10的接触磁芯20的部分之间。例如，可以将绝缘带施加于线圈10的内周表面和外周表面上，或者可以将绝缘纸或绝缘片材布置在线圈10的内周表面和外周表面上。可以将由绝缘材料制成的绕线筒布置在内部芯体部分21的外周上。绕线筒可以为将内部芯体部分21的外周覆盖的筒体。通过使用包括沿周向从筒体的两端延伸的环形凸缘的绕线筒，能够提高线圈10的端面和连接芯体部分23的端面之间的绝缘电阻。作为绕线筒的材料，可以优选地使用诸如聚苯硫醚(PPS)树脂、液晶聚合物(LCP)或聚四氟乙烯(PTFE)树脂等绝缘树脂。

《外壳》

图1A和图1B中所示的电抗器1A包括外壳30，外壳30用于收容包括线圈10和磁芯20的组件。包括线圈10和内部芯体部分21的所述组件被连接芯体部分23中所包含的树脂密封在外壳30中。也就是说，连接芯体部分23的树脂材料还用作线圈10和内部芯体部分21的密封物。外壳30以这样的方式收容线圈10：即，当电抗器1A安装到安装对象上时线圈10的轴向与位于安装对象(未示出)附近的表面(图1A中的下表面)垂直。可以适当地选择线圈10在外壳30中的取向。

可以适当地选择外壳30的材料和形状。例如，外壳30可具有与组件的形状相符的圆筒形形状。此处，外壳30为由诸如铝等金属制成的盒状体，该盒状体包括矩形底面和从所述底面竖立的侧壁并且在盒状体一端处具有开口。

具体地，外壳30包括引导突起部、定位部和线圈支撑部(未示出)。从侧壁的内周表面突出的引导突起部防止线圈10旋转且在插入线圈10时用作引导件。从外壳30的内周表面的角部突出的定位部用于将导线的端部定位。线圈支撑部布置在外壳30的内周表面上并且从底面突出，线圈支撑部支撑线圈10并且确定线圈10相对于外壳30的高度。通过使用包括引导突起部、定位部和线圈支撑部的外壳30，可以高精度地将线圈10布置在外壳30中的期望位置处，并且能够以高精度确定内部芯体部分21相对于线圈10的位置。外壳30无需完全包括引导突起部、定位部和线圈支撑部，或者可以包括这些部分中的至少一个。这些部分可以作为外壳30的一部分与外壳30形成一体。可选地，可以准备独立部件且将该部件布置在外壳30中，并且该部件可以用作引导突起部等。如果收容在外壳30中的独立部件为由与连接芯体部分23的材料相同的材料制成的硬化成型产品，则当形成连接芯体部分23(插入芯体部分25)时独立部件可以容易地与连接芯体部分23形成一体，并且独立部件可以用作磁路。外壳30可以包括形成有螺孔的附接部。螺孔用于使用螺栓将电抗器1A固定到安装对象(未示出)。如果外壳30具有附接部，则能够容易地用螺栓将电抗器1A固定到安装对象。

[应用]

具有上述构造的电抗器1A能够优选地用于如下电气条件下的应用：例如，最大电流(直流)在约100A至1000A的范围内，平均电压在约100V至1000V的范围内，并且使用频率在约5kHz至100kHz的范围内。典型应用是用作电动车辆或混合动力车辆的车辆安装的转换器的部件。对于此应用，可以通过将直流为0A时的电感调节至10μH至1mH范围内的值并且将最大电流时的电感调节至等于或高于电流为0A时的电感的值的30％，优选地使用电抗器1A。

[电抗器的尺寸]

可以适当地选择具有上述构造的电抗器1A的尺寸，只要该电抗器1A具有期望电感并且满足上述面积比和饱和磁通密度即可。例如，在将电抗器1A用作车辆部件的情况下，包括外壳30的电抗器1A的体积在约0.2升(200cm³)至0.8升(800cm³)的范围内(此处为230cm³)。因为电抗器1A的尺寸满足这些条件，所以电抗器1A是小的且能够优选地用作车辆部件。

[制造电抗器的方法]

电抗器1A可以按如下方式来制造。首先，准备由粉末成型产品制成的线圈10和内部芯体部分21。通过将内部芯体部分21插入线圈10来制成包括线圈10和内部芯体部分21的组件。如上所述可以在线圈10和内部芯体部分21之间适当地布置绝缘体。

接下来，将组件放置于外壳30中。可以使用上述引导突起部等，将组件以高精度布置在外壳30中的预定位置处。将形成连接芯体部分23和插入芯体部分25的包括磁性材料和粘结剂树脂的混合物流体适当地浇注到外壳30中；形成具有预定形状的连接芯体部分23和插入芯体部分25；通过使粘结剂树脂硬化来获得电抗器1A。

可选地，电抗器1A可以按如下方式来制造。首先，将内部芯体部分21放置于具有圆筒形形状的模具中，将形成插入芯体部分25的包括磁性材料和粘结剂树脂的混合物流体适当地浇注到模具和内部芯体部分21之间的空间中，并且使粘结剂树脂硬化。接下来，从模具中移除成型产品，从而获得内部芯体部分21和插入芯体部分25彼此形成一体的组合芯体部分。随后，将组合芯体部分插入线圈10，并且将包括线圈10和组合芯体部分的组件布置在外壳30中。然后，将形成连接芯体部分23的混合物流体浇注到外壳30中并且使粘结剂树脂硬化，从而获得电抗器1A。通过这种方法，能够用不同的材料来制成连接芯体部分23和插入芯体部分25。

[操作效果]

在电抗器1A中，内部芯体部分21的饱和磁通密度比连接芯体部分23的饱和磁通密度高。因此，与磁芯20整体的饱和磁通密度均匀的情况相比，能够使用具有较小横截面积(磁通量穿过的表面的面积)的内部芯体部分21来获得相同的磁通量。而且，因为插入芯体部分25布置在内部芯体部分21和线圈10之间并且插入芯体部分25的面积比S2/S1被限制在预定范围内，所以抑制了内部芯体部分21的漏磁通进入线圈10，并且能够降低电抗器1A的损耗。

在电抗器1A中，在整个磁芯20中不存在间隔部件。因此，线圈10不受来自间隔的漏磁通影响，从而就此方面而言也能够降低损耗。

而且，因为根据本实施例的电抗器1A具有无需使用粘合剂来制造的无粘合剂结构，所以电抗器1A具有高产率，并且能够在不执行接合间隔部件等的步骤的情况下来形成内部芯体部分21。具体地说，通过在形成连接芯体部分23和插入芯体部分25的同时利用连接芯体部分23的树脂材料将内部芯体部分21和连接芯体部分23彼此接合、将内部芯体部分21和插入芯体部分25彼此接合并且将插入芯体部分25和连接芯体部分23彼此连接形成磁芯20来制造电抗器1A。因此，能够使用少量的步骤来制造电抗器1A，并且就此方面而言电抗器1A也具有高产率。此外，因为电抗器1A的内部芯体部分21为粉末成型产品，所以可以容易地调节内部芯体部分21的饱和磁通密度，并且可以容易地形成复杂的三维形状，从而就此方面而言电抗器1A也具有高产率。

因为电抗器1A包括外壳30，所以能够保护包括线圈10和磁芯20的组件免于诸如灰尘和腐蚀等外部环境的破坏并且能够以机械方式进行保护。具体地说，因为连接芯体部分23和插入芯体部分25包括树脂部件，所以能够保护线圈10和内部芯体部分21免于外部环境破坏并且即使外壳30具有开口也能够以机械方式进行保护。另外，因为外壳30是由金属制成的，所以外壳30能够用作散热路径，从而电抗器1A具有高的散热效率。具体地说，因为布置有线圈10的内部芯体部分21与外壳30相接触，所以能够从线圈10高效地散热。

[第二实施例]

接下来，将参考图2A对第二实施例进行说明。第二实施例与第一实施例的不同之处在于内部芯体部分21和连接芯体部分23的构造。下面将主要对第二实施例和第一实施例之间的差别进行说明。因为其它构造与第一实施例中的相同，因为将省略对它们的描述。

电抗器1B与第一实施例的不同之处在于，连接芯体部分23也与内部芯体部分21的下端面连接。也就是，能够使内部芯体部分21的上端部和下端部的构造更加一致。

电抗器1B不具有外壳。可以通过将包括线圈10和内部芯体部分21的组件放置于模具中并且将形成连接芯体部分23和插入芯体部分25的混合物流体浇注到所述模具中，获得电抗器1B。线圈10和内部芯体部分21保持在距模具的底面一定距离处。为了能够保持，可以将由与连接芯体部分23(插入芯体部分25)材料相同的材料制成的支撑块体放置于模具的底面上，并且可以将线圈10和内部芯体部分21放置于支撑块体上。然后，使混合物流体中所包含的粘结剂树脂硬化，并且从模具中移除成型产品，从而获得电抗器1B。通过使用分段模具，在连接芯体部分23和插入芯体部分25的树脂已经硬化之后，能够容易地从模具中移除成型产品。

根据第二实施例的电抗器1B与第一实施例中的电抗器的相同之处在于，插入芯体部分25形成在内部芯体部分21和线圈10之间，并且插入芯体部分25是由与连接芯体部分23的材料相同的材料制成的。

通过使用电抗器1B，能够使得内部芯体部分21的上端部和下端部的构造更加一致，并且能够使得穿过磁芯20的磁通更加均匀。

[第三实施例]

接下来，将参考图2B对第三实施例进行说明，其中在内部芯体部分21的中间位置处设置间隔。下面将主要对第三实施例和第二实施例之间的差别进行说明。因为其它构造与第一实施例中的相同，因为将省略对它们的描述。

在电抗器1C中，内部芯体部分21包括多个分段以及介于这些分段之间的间隔40，每个分段由粉末成型产品制成。在本实施例中，内部芯体部分21包括两个分段。然而，分段的数量不受具体限制。间隔40用于调节电抗器1C的电感。可以优选地使用诸如氧化铝等非磁性材料作为间隔40。间隔40的数量不受具体限制。可以依照电抗器1C所需的电感来适当地选择间隔40的数量。

根据本实施例的电抗器1C与第二实施例的相同之处在于，插入芯体部分25形成在内部芯体部分21和线圈10之间，插入芯体部分25和连接芯体部分23由相同的材料制成，并且连接芯体部分23与内部芯体部分21的两端面连接。

在使用电抗器1C时，因为间隔40布置在内部芯体部分21中的中间位置处，所以可以容易地调节电抗器1C的电感。尽管形成了间隔40，但因为在间隔40的外周和线圈10之间布置有插入芯体部分25，所以抑制漏磁通从间隔40的外周进入线圈10，从而能够实现损耗降低。

[实例]

通过使用与第一实施例相对应的电抗器的实施例，在如上所述改变面积比S2/S1的同时，计算电抗器的总损耗和线圈的铜损。在此计算所使用的实施例中，线圈、内部芯体部分和连接芯体部分的尺寸是恒定不变的，并且插入芯体部分形成在线圈和内部芯体部分之间，从而实施例具有不同的面积比S2/S1。假设当面积比为零时，即当不存在插入芯体部分时损耗与电抗器的电感的比率为1.0，对总损耗和铜损进行归一化。计算的具体条件如下。计算的结果示于表以及图3和图4中。在表中，面积比由100×S2/S1(％)表示。

假设270A的电流通过线圈，计算用于此计算的每个实施例的电感。内部芯体部分的外径和线圈的内径的比为1∶1.15。对于此计算，使用电磁CAE分析软件JMAG(由JSOL公司制作)。

[表]

从表和图3中可以看出，当设置有插入芯体部分时，(总损耗)/L小于1，这表示电感的增长率比电抗器的体积恒定时损耗的增长率高。也就是说，优选的是，设置有插入芯体部分，并且在此情况下，能够缩小电抗器的尺寸。从表和图4中可以看出，当面积比S2/S1等于或小于约0.04时，即等于或小于约4％时，(铜损)/L小于1，这表示能够在抑制电抗器的体积恒定时的铜损增长的同时提高电感。因此，具体地说，确认的是，使得面积比S2/S1等于或小于0.04(等于或小于4％)对于抑制损耗和缩小电抗器的尺寸是有效的。而且，确认的是，设置插入芯体部分对于提高高电流侧的电感是有效的。

上述实施例能够在本发明的范围内进行适当地修改，并且不限于上述构造。

工业实用性

根据本发明的电抗器能够用作安装到诸如混合动力车辆、电动车辆或燃料电池车辆等车辆中的诸如双向DC-DC转换器等电力转换器的部件。

附图标记列表

1A，1B，1C 电抗器

10 线圈

20 磁芯

21 内部芯体部分

23 连接芯体部分

25 插入芯体部分

30 外壳

40 间隔

Claims

1.一种电抗器，其包括线圈和磁芯，所述线圈是通过缠绕导线而形成的，所述磁芯包括插入并穿过所述线圈的内部芯体部分以及与所述内部芯体部分的端部连接并且将所述线圈的外周覆盖的连接芯体部分，所述芯体部分形成闭合磁路，所述电抗器包括：

插入芯体部分，其布置在所述线圈和所述内部芯体部分之间，

其中，满足0＜S2/S1＜0.15，S1为所述线圈的内横截面积，S2为所述插入芯体部分的横截面积，并且

满足B 1＞B2以及B 1＞B3，B1为所述内部芯体部分的饱和磁通密度，B2为所述连接芯体部分的饱和磁通密度，B3为所述插入芯体部分的饱和磁通密度。

2.根据权利要求1所述的电抗器，其中，满足0＜S2/S1＜0.04。

3.根据权利要求1或2所述的电抗器，其中，所述内部芯体部分是由粉末成型产品制成的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电抗器，其中，所述连接芯体部分和所述插入芯体部分均由磁性材料和树脂的混合物制成，并且

所述内部芯体部分、所述插入芯体部分和所述连接芯体部分利用所述树脂彼此形成一体。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电抗器，其中，所述内部芯体部分的饱和磁通密度B1满足1.6T≤B1以及1.2×B2≤B1。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电抗器，其中，所述内部芯体部分的相对磁导率在50至1000的范围内，并且

所述连接芯体部分和所述插入芯体部分中的每一者的相对磁导率均在5至50的范围内。

7.根据权利要求4所述的电抗器，还包括外壳，所述外壳收容包括所述线圈和所述磁芯的组件，

其中，所述线圈和所述内部芯体部分被所述连接芯体部分和所述插入芯体部分中所包含的所述树脂密封在所述外壳中。