CN103403820B - 电抗器 - Google Patents

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Abstract

提供能适当测量线圈温度的小型电抗器。电抗器设置有:线圈(2),其配有一对线圈元件(2a和2b);以及磁芯(3),其具有位于各线圈元件(2a和2b)内的一对内芯部(31)和与内芯部(31)相连而形成闭合磁路的外芯部。线圈元件(2a和2b)的端面形状具有圆角部分(21),该部分为将矩形倒圆得到的角部。在线圈元件(2a和2b)中,相面对的圆角部分(21)之间的梯形空间中设有温度传感器(7)。温度传感器(7)被绝缘体上所设的保持部(54)保持成与圆角部分(21)接触并能适当测量线圈(2)温度。由于温度传感器位于线圈元件(2a和2b)中没有设置内芯部(31)的区域中,线圈元件(2a和2b)可以相靠近。因而电抗器体积小。

Description

电抗器
技术领域
本发明涉及用作例如安装到诸如混合动力车辆等车辆上的车载DC-DC转换器等功率转换器件的部件的电抗器、包括电抗器的转换器以及包括转换器的功率转换器件。更具体地说,本发明涉及能够适当地测量线圈的温度的小型电抗器。
背景技术
电抗器是用于执行升压或降压操作的电路的部件之一。例如,专利文献(PTL)1披露了一种安装在诸如混合动力车辆等车辆上的转换器中所包括的电抗器。该电抗器包括例如线圈、环状磁芯、外壳和密封树脂(第二树脂部分)。线圈包括一对彼此相邻地布置的线圈元件。磁芯包括插入相应线圈元件中的一对柱状内芯部(线圈缠绕部)和与布置成彼此平行的内芯部相连而形成闭合磁路的外芯部(端部芯体)。外壳容纳线圈和磁芯的组装件,并且被密封树脂填充。根据PTL1,具有矩形端面的每个线圈元件的外周表面被树脂覆盖,从而每个线圈元件形成为独立体。线圈元件利用连接导体使端部彼此连接,以形成单个线圈。
当线圈接受电力并产生热量时,产生的热量导致电抗器的损耗增加。因此,通常,在电抗器固定到冷却基座上从而能够冷却线圈时使用电抗器。已经对测量线圈的温度和根据温度控制施加到线圈的电流的操作进行了研究。根据PTL1,主体的彼此相对的表面(相对表面)形成有用于接纳温度传感器的附接槽。主体彼此邻近地设置,从而利用附接槽形成圆柱孔,温度传感器能够插入该圆柱孔中。附接槽沿与线圈元件彼此相邻地布置的方向以及线圈元件的轴向都垂直的方向延伸。附接槽形成为在各个相对表面的整个长度上从外壳的底面侧的边缘直线地延伸到外壳的开口侧的另一边缘(相对边缘)。
引用列表
专利文献
PTL1:日本未审查的专利申请公开No.2010-245458
发明内容
技术问题
近来,存在将安装在诸如混合动力车辆等车辆上的部件的尺寸进一步降低的需求。然而,根据现有技术,难以进一步降低电抗器的尺寸。
在具有上述附接槽的电抗器中,有必要在线圈元件的相对表面之间形成至少与温度传感器的厚度对应的间隙。
如果间隙的尺寸基本上等于温度传感器的厚度,则存在如下风险:温度传感器受到由于产生的热量而膨胀的线圈元件的按压而损坏。如果温度传感器损坏,则不能适当地测量温度。具体地说,在内芯部设置在线圈元件之间的空间中的区域,基本上没有用于吸收线圈元件的热膨胀的空间,并且线圈元件的热膨胀所导致的按压力容易施加到温度传感器上。因此,为了降低施加到温度传感器上的应力(线圈元件的按压力),或者优选地为了基本上消除应力,有必要增大上述间隙的尺寸。当如上所述设置间隙以防止温度传感器损坏时,由于间隙而难以减小电抗器的尺寸。
因此,本发明的目的在于提供能够适当地测量线圈的温度的小型电抗器。
解决问题的方案
根据本发明,通过以特定形状形成每个线圈元件并且将温度传感器放置在特定位置来实现上述目的。
根据本发明的电抗器包括:线圈,其包括一对线圈元件;以及磁芯,其包括设置在相应线圈元件内的一对内芯部和与所述内芯部相连以形成闭合磁路的外芯部。每个所述线圈元件是通过螺旋地缠绕导线而形成的管状体,并且每个所述线圈元件的端面形状具有圆角部分,所述圆角部分为经倒圆的角部。所述线圈元件布置成彼此相邻,使得所述线圈元件的轴线彼此平行。在根据本发明的电抗器中,所述线圈元件的彼此面对的圆角部分之间的梯形空间中设置有温度传感器。
当电抗器放置在冷却基座上时,测量线圈元件的在其安装侧表面(与外壳的底面相邻的表面)到位于与安装侧表面相反的一侧的相反表面(与外壳的开口相邻的表面)之间的温度分布。结果,在安装侧表面和在安装侧表面周围的区域温度足够低,并且随着距安装侧表面的距离增加,温度增大。这里,线圈元件在从相反表面到安装侧表面的方向(与线圈元件彼此相邻排列的方向和线圈元件的轴向都垂直的方向;这里被称为深度方向)上的尺寸定义为线圈元件的高度。相反表面和沿深度方向与相反表面间隔开线圈元件高度大约1/2的区域之间的温度差为2℃以下。因此,可以说,当温度传感器设置在线圈元件的相反表面上或附近(即设置在圆角部分之间的梯形空间中)时,能够适当地测量线圈的温度。
即使当线圈元件彼此相邻地布置成使得在线圈元件中内芯部的设置区域彼此靠近,上述梯形空间也可以设置为与圆角半径对应的足够大的空间。因此,能够可靠地布置温度传感器。换句话说,当温度传感器设置在梯形空间中时,能够使线圈元件中内芯部的设置区域之间的距离比温度传感器的厚度小。上述梯形空间是由缠绕导线形成圆角部分而必然形成的无用空间,并且由于上述空间的形成使得电抗器的尺寸基本上不增加。
圆角部分之间的梯形空间包括线圈元件之间的空间中没有设置内芯部的区域。因此,当温度传感器设置在该空间中时,能够减小,或者优选基本上消除由于线圈元件导致的施加到温度传感器上的应力。
因此,根据本发明的电抗器能够利用设置在梯形空间中的温度传感器适当地测量线圈的温度,并且该电抗器体积小。
根据本发明的实施例还可以包括介于所述线圈与所述磁芯之间的绝缘体。所述绝缘体可以包括传感器保持部,所述传感器保持部朝所述梯形空间突出,并且将所述温度传感器按压在所述线圈上,使得所述温度传感器与所述圆角部分接触。
在该实施例中,由于设置了绝缘体,所以能够增强线圈和磁芯之间的电绝缘性。另外,传感器保持部使得温度传感器与线圈可靠地接触。因此,在该实施方式中,能够利用与线圈直接接触的温度传感器测量线圈的温度,并且所测得的温度的可靠性高。尽管传感器保持部设置在线圈的附近,但由于传感器保持部由绝缘材料形成,所以即使当传感器保持部与线圈接触时也不会出现电气问题。
根据本发明的实施例还可以包括:至少一个钩部,与所述温度传感器相连的导线钩在所述至少一个钩部上;以及外壳,其容纳所述线圈和所述磁芯的组装件。所述至少一个钩部之中的至少一者可以与所述外壳形成一体。
在该实施例中,由于设置了外壳,所以能够保护组装件免受环境破坏,并且能够提供机械保护。具体地说,当外壳的与组装件接触或位于组装件附近的底部由金属材料制成时,底部能够用作散热路径,并且能够提高散热性能。另外,在该实施例中,在将温度传感器设置在梯形空间中之后,可以将导线固定到外壳上,并且可以通过将导线钩在钩部上来限制导线的位置。因此,能够降低由于导线不正确的布线而损坏温度传感器的可能性。另外,根据该实施例,在设置密封树脂的情况下,能够在不受导线阻碍的情况下容易地注射密封树脂。具体地说,当外壳的布置成将组装件的外周围绕起来的侧壁部由树脂形成时,能够通过例如注射成型使钩部与侧壁部容易地形成一体。在这种情况下,能够容易地制造电抗器。
根据本发明的实施例还可以包括:绝缘体,其介于所述线圈与所述磁芯之间;以及至少一个钩部,与所述温度传感器相连的导线钩在所述至少一个钩部上。所述至少一个钩部之中的至少一者可以与所述绝缘体形成一体。
此外,在该实施例中,由于设置了绝缘体,所以如上所述能够增强线圈和磁芯之间的电绝缘性。另外,由于设置了钩部,与上述实施例中钩部与外壳形成一体类似,能够限制导线的位置。因此,能够实现如下优点:不容易损坏温度传感器并且能够容易地注射密封树脂。另外,在通过例如利用绝缘树脂注射成型来制造绝缘体的情况下,钩部能够与绝缘体容易地形成一体。因此,同样在这种情况下,能够容易地制造电抗器。根据本发明的电抗器还可以构造成使得钩部设置成仅仅与外壳的侧壁部、仅仅与绝缘体或者与侧壁部和绝缘体中的每一者形成一体。
根据本发明的实施例,所述温度传感器可以设置在所述梯形空间的区域中,所述区域由所述圆角部分和插入相应线圈元件中的所述内芯部的切线所围绕。
在该实施例中,温度传感器设置在线圈元件之间的没有设置内芯部的区域中。因此,基本上防止温度传感器受到由于线圈的热膨胀而施加的压力的损坏,并且能够适当地测量线圈的温度。可以通过调整例如圆角部分被修圆的程度以及内芯部的尺寸和布置方式而将上述梯形空间设置成不设置内芯部的区域。
根据本发明的实施例,外壳可以包括:底板部,线圈和磁芯的组装件放置在所述底板部上;以及侧壁部,其与底板部相独立,并且利用固定部件与底板部结合在一起,以围绕组装件的外周。在下文中,将该实施例称为外壳可以拆分的实施例。
由于底板部和侧壁部是单独的部件,所以能够分开制造。因此,在该实施例中,制造自由度高。例如,底板部和侧壁部可以由不同的材料制成。当例如侧壁部由诸如树脂等绝缘材料制成时,线圈能够设置在侧壁部的附近。因此,可以减小电抗器的尺寸。当例如底板部由诸如铝等金属材料制成时,能够容易地消散掉线圈的热量。因此,能够提高电抗器的散热性能。可以在线圈和磁芯的组装件放置在底板部上之后,将侧壁部和底板部结合在一起。因此,能够容易地组装电抗器。
在外壳可以拆分的实施例中,可以在底板部的表面上设置用于固定线圈的结合层。
在该实施例中,仅仅结合层介于线圈和底板部之间。因此,外壳的底面和线圈之间的距离小,并且能够减小电抗器的尺寸。另外,在该实例中,利用结合层将线圈固定到底板部上。因此,不管是否设置密封树脂,都能够将线圈设置在外壳中的适当位置处。另外,由于底板部和侧壁部是单独的部件,所以能够在侧壁部与底板部分开时形成结合层。因此,在该实施例中,能够容易地形成结合层,并且工作效率高。
在外壳可以拆分且设置有结合层的实施例中,结合层可以具有包括散热层和由绝缘粘合剂制成的粘合剂层的多层结构,并且底板部可以由导电材料制成。粘合剂层布置成与线圈接触,散热层布置成与底板部接触。
在该实施例中,能够利用粘合剂层将线圈可靠地固定至底板部,并且能够将线圈的热量经由形成在底板部侧的散热层有效地传递到诸如冷却基座等固定对象。因此,根据该实施例,不管是否设置密封树脂或者不管密封树脂的材料如何,都能够提高散热性能。另外,由于与线圈接触的粘合剂层由绝缘材料制成,所以即使当散热层和底板部由导电材料制成时,线圈和底板部也能够彼此绝缘。因此,能够减小包括散热层在内的结合层的厚度。因此,在该实施例中,能够提高散热性能,并且能够减小尺寸。另外,由于底板部由导电材料(通常为诸如铝等具有高导热率的金属材料)制成,所以线圈的热量能够经由底板部从散热层有效地传递到固定对象。这是在该实施例中能够提高散热性能的另一个原因。
结合层的至少一部分可以由具有2W/m·K以上导热率的材料制成。
当结合层整体或结合层的一部分(例如,上述散热层)由具有上述高导热率的材料制成时,能够进一步提高电抗器的散热性能。另外,由于能够提高散热性能,所以能够减小结合层的厚度。换句话说,能够减小线圈和底板部(固定对象)之间的距离。这是能够提高散热性能并且能够减小电抗器的尺寸的另一个原因。
在结合层具有包括粘合剂层和散热层在内的多层结构的实施例中,散热层可以由包含氧化铝填充物的环氧树脂基粘合剂制成,底板部可以由铝或铝合金制成。
在该实施例中,设置包括散热层和底板部的散热路径,从而能够提高散热性能。另外,在该实施例中,散热层由绝缘粘合剂制成,从而能够增加底板部和线圈之间的绝缘性,并且可以减小散热层的厚度。因此,能够提高散热性能,并且能够减小尺寸。
在外壳可以拆分的实施例中,侧壁部可以由绝缘材料制成。
由于侧壁部由绝缘材料制成,所以侧壁部和线圈彼此绝缘。因此,如上所述能够缩短侧壁部的内表面和线圈的外周表面之间的距离,并且能够进一步减小尺寸。当绝缘材料是诸如树脂等比金属材料轻的材料时,与根据现有技术的铝外壳的重量相比,能够减小外壳的重量。因此,能够减小电抗器的重量。另外,当绝缘材料是树脂时,如上所述能够容易地形成钩部。
在外壳可以拆分的实施例中,底板部的导热率可以高于或等于侧壁部的导热率。
当放置有线圈的底板部具有高散热性能时,可以将线圈的热量经由底板部有效地传递到固定对象。因此,在该实施例中,能够提高散热性能。
根据本发明的电抗器适合用作转换器的部件。根据本发明的转换器包括开关元件、用于控制所述开关元件的操作的驱动电路、以及用于使开关操作变得平稳的电抗器,所述转换器利用所述开关元件的操作来对输入电压进行转换。所述电抗器是根据本发明的电抗器。根据本发明的转换器适合用作功率转换器件的部件。根据本发明的功率转换器件包括用于对输入电压进行转换的转换器、以及与所述转换器相连并将直流和交流相互转换的逆变器,所述功率转换器件利用由所述逆变器进行转换而获得的电力驱动负载。所述转换器是根据本发明的转换器。
本发明的转换器和本发明的功率转换器件包括本发明的电抗器,从而能够适当地测量线圈的温度。因此,能够根据温度适当地执行控制操作。
本发明的有益效果
根据本发明的电抗器体积小,并且能够适当地测量线圈的温度。
附图说明
图1是根据第一实施例的电抗器的示意性透视图。
图2是根据第一实施例的电抗器的示意性分解透视图。
图3是根据第一实施例的电抗器中所包括的线圈和磁芯的组装件的示意性分解透视图。
图4示出根据第一实施例的电抗器中所包括的绝缘体,其中部分(A)是透视图,部分(B)是部分(A)沿线B-B截取的剖视图。
图5是图1沿线V-V截取的剖视图。
图6是根据另一实施例的绝缘体的透视图。
图7是示出混合动力车辆的电源系统的示意图。
图8是示出本发明的功率转换器件的实例的示意性电路图,该功率转换器件包括本发明的转换器。
具体实施方式
{第一实施例}
现在将参照图1至5描述根据本发明的第一实施例的电抗器1。在附图中,相同的附图标记表示具有相同名称的部件。在下面的描述中,将安装电抗器的安装侧称为底侧,将底侧的相反侧称为顶侧。
<<电抗器的总体结构>>
电抗器1包括:线圈2,其包括一对线圈元件2a和2b;磁芯3,其包括设置在相应线圈元件2a和2b内的一对内芯部31(图3)和与内芯部31相连以形成闭合磁路的外芯部32;以及温度传感器7,其测量线圈2的温度。该实例的电抗器1还包括:外壳4,其容纳线圈2和磁芯3的组装件10;以及绝缘体5,其介于线圈2和磁芯3之间。外壳4是一侧开口的箱形部件。绝缘体5包括中空管状部51和框架主体(框架板部52)(参见图4)。电抗器1最典型的特征是各线圈元件2a和2b的形状以及温度传感器7的设置位置。在下面的描述中,将首先说明这些典型特征,然后详细说明其它结构。
[线圈]
将主要参照图3和图5描述线圈2。为了便于理解,图5主要示出线圈2和温度传感器7,省略绝缘体5的支撑部、分隔部等。
线圈2包括:一对线圈元件2a和2b,其通过螺旋地缠绕没有接头的单根连续导线2w而形成;以及线圈连接部2r,其将线圈元件2a和2b彼此连接。线圈元件2a和2b是具有相同绕线匝数的中空的筒形体,并且布置成彼此平行(相邻),从而其轴向彼此平行。通过在线圈2的另一端(图3的右端)处将导线2w的一部分弯曲成U形而形成线圈连接部2r。利用该结构,线圈元件2a和2b按相同的方向缠绕。
作为替代,线圈元件可以由单独的导线制成,并且可以通过焊接、熔接、压力结合等将各线圈元件的导线的一端结合在一起来形成线圈。
可以适当地使用涂层导线作为导线2w,涂层导线包括由导电材料(例如铜、铝或它们的合金)制成的导体以及由绝缘材料制成且覆盖在导体的外周上的绝缘涂层。绝缘涂层的厚度优选的是20μm以上且100μm以下。当绝缘涂层厚度增大时,可以减少针孔的出现并且可以增强电绝缘性能。导体通常是矩形导线。也可以使用具有诸如圆形、椭圆形和多边形等各种横截面形状的其它类型的导线作为导体。矩形导线的优点在于:(1)与使用圆形横截面的圆形导线的情况相比,可以更容易形成具有高占空系数的线圈;(2)可以容易地增加导线与外壳4的结合层42(图2)(下文将描述)之间的接触面积;以及(3)可以容易地增加导线与端子硬件部件8(图2)(下文将描述)之间的接触面积。在该实例中,采用如下的涂层矩形导线:导体由铜制成的矩形导线构成,并且绝缘涂层由釉质(通常为聚酰胺酰亚胺)制成。线圈元件2a和2b是通过以扁立方式缠绕涂层矩形导线而形成的扁立(edgewise)线圈。
形成线圈2的导线的两个端部2e在线圈2的一端(图3的左端)处适当地从匝形成部分延伸出来,并且通常延伸到例如外壳4之外(图1)。导线的端部2e构造成去除绝缘涂层以将导体部分露出,并且导体部分连接到由导电材料制成的端子硬件部件8(参见图1)。线圈2经由端子硬件部件8连接到诸如用于供应电力的电源等外部装置(未示出)。
当沿轴向观看时,每个线圈元件2a和2b的端面形状(沿与轴向垂直的平面截取的横截面形状)是带有圆角的矩形形状,且包括四个圆角部分21以及将圆角部分21连接起来的长直线部分22和短直线部分23。因此,如图5所示,每个线圈元件2a和2b的轮廓包括限定圆角部分21的曲线以及限定直线部分22和23的直线。
作为替代,每个线圈元件2a和2b的端面的形状可以是通过将多边形(而不是矩形)倒圆而获得的形状。然而,通过将矩形倒圆角获得的形状的优点在于:(1)可以容易地缠绕导线2w,从而可以容易地制造线圈;(2)线圈元件的内周形状简单,从而可以容易地形成外周形状与线圈元件的内周形状类似的内芯部;以及(3)无用空间(deadspace)和尺寸小。
可以适当选择每个圆角部分21的圆角半径。可以考虑例如所使用的线圈2的尺寸和导线2w的尺寸(在使用矩形导线的情况下,考虑导线的宽度和厚度)来选择圆角半径。具体地说,在线圈2是扁立线圈的情况下,能够容易地增大导线2w的形成圆角部分21的部分在导线2w的外周处的圆角半径,从而能够容易地在线圈元件2a和2b之间提供用于接纳温度传感器7的大的梯形空间。
如图5所示,线圈元件2a和2b的直线部分22之间设置有小的间隙g,以增加元件2a和2b之间的绝缘性。间隙g(例如,大约2mm)小于温度传感器7(将在下面描述)的厚度(例如,约3mm)。在该实例中,利用绝缘体5的分隔部53a和53b(图3和图4)(将在下面描述)提供间隙g。
如图5所示,包括圆角部分21的线圈2在线圈元件2a和2b的彼此相对的圆角部分21之间具有梯形空间。更具体地说,梯形空间是由直线lR、曲线和直线(切线)lu所围绕的空间。直线lR将一个线圈元件2a的位于顶侧的圆角部分21与连接到该圆角部分21的长直线部分22之间的交点和另一个线圈元件2b的位于顶侧的圆角部分21与连接到该圆角部分21的长直线部分22之间的交点连接起来。曲线限定线圈元件2a和2b的相邻的圆角部分21。直线(切线)lu将线圈元件2a和2b的位于顶侧的短直线部分23的表面(顶面2u)连接起来。本发明的一个特征在于,温度传感器7设置在该梯形空间中。
可以通过调整圆角部分21的圆角半径来调整梯形空间的尺寸。当圆角半径较大时,可以容易地增大温度传感器7的设置空间的尺寸。当圆角半径较小时,可以容易地减小线圈的尺寸。例如,可以选择圆角半径使得梯形空间是如下区域,即,在图5中从直线lu(即,从线圈2的顶面2u)向下延伸线圈2的高度(图5中竖直方向上的尺寸)的50%的范围(例如,从直线lu开始的20mm内的区域,然而这取决于电抗器的尺寸)。该区域包括电抗器1(线圈2)的最高温度点,并且温度差可以被设为2℃以下。
优选的是,温度传感器7设置在上述梯形空间中的不设置内芯部31的区域中。在该实例中,具有与线圈元件2a和2b的内周形状类似的外周形状的内芯部31同轴地设置在相应的线圈元件2a和2b中。当用直线(切线)lc将内芯部31的顶面连接起来时,切线lc上方的区域用作不设置内芯部31的区域。
在该实例中,如图5所示,温度传感器7设置在梯形空间中的不设置内芯部31的区域(由直线lu、切线lc和限定位于线圈元件2a和2b顶侧的相邻的圆角部分21的曲线所围绕的区域)中。另外,在该实例中,温度传感器7的厚度比线圈2的直线部分22之间的间隙g大得多。因此,温度传感器7被位于线圈元件2a和2b的顶侧的圆角部分21支撑,并且不会掉落到内芯部31的设置区域,即切线lc以下的区域。即,在该实例中,温度传感器7自动地设置在梯形空间中的由直线lu、切线lc和圆角部分21所围绕的区域中,并且被圆角部分21支撑。
梯形空间从线圈2的一个端面延伸到另一端面,并且温度传感器7可以设置在该空间中的任何位置处。然而,优选的是,温度传感器7设置在梯形空间的包括线圈2的轴向中央在内的中部区域。该中部区域可以是例如距上述中央在线圈2的轴向长度的30%内的区域,即,包括上述中央并延伸线圈2的轴向长度的60%的区域。例如,中部区域可以是距中央15mm内的区域,即,包括中央并延伸30mm以下的区域,然而这取决于电抗器的尺寸。在中部区域设置在该范围内的情况下,中部区域包括电抗器1(线圈2)的最高温度点,并且其中的温度差可以被设为2℃以下。在该实例中,将温度传感器7设置在该中部区域中。
[温度传感器]
温度传感器7可以是杆形部件(参见图4),包括诸如热敏电阻等热敏元件7a和保护热敏元件7a的保护部7b。保护部7b可以是,例如,由树脂制成的管。温度传感器7与导线71(图1和图4的(B))相连,以将所获取的信息发送到诸如控制装置等外部装置。
[磁芯]
将参照图3来描述磁芯3。磁芯3包括:一对内芯部31,其被相应的线圈元件2a和2b覆盖;以及一对外芯部32,线圈2不布置在外芯部32上,并且外芯部32不被线圈2覆盖。在该实例中,每个内芯部31均是具有长方体形状的柱状部件,如上所述,该长方体具有沿各个线圈元件2a和2b的内周形状进行倒圆的圆角。每个外芯部32均是具有一对梯形表面的柱状部件。磁芯3形成为环形形状,使得外芯部32布置成将彼此间隔开的内芯部31夹在外芯部32之间,并且使得内芯部31的端面31e与外芯部32的内端面32e接触。当线圈2被激励时,内芯部31和外芯部32形成闭合磁路。
每个内芯部31均为通过将由磁性材料制成的芯件31m和通常由非磁性材料制成的间隙部件31g交替地层叠而形成的层叠件。每个外芯部32均为由磁性材料制成的芯件。
每个芯件可以为由磁性粉末制成的压制体(compact),或者为通过将多个具有绝缘涂层的磁性薄板(例如,电磁钢板)层叠而形成的层叠件。压制体可以为由软磁性材料的粉末制成的粉末压制体,软磁性材料例如为诸如铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)等铁族金属;诸如硅铁(Fe-Si)、镍铁(Fe-Ni)、铝铁(Fe-Al)、钴铁(Fe-Co)、铬铁(Fe-Cr)或铝硅铁(Fe-Si-Al)等Fe基合金;稀土金属;或非晶态磁性材料。作为替代,压制体可以为通过对粉末进行压制成形后再进行烧结而形成的烧结压制体,或者为通过对粉末和树脂的混合物进行注射成型或铸造成型而形成的成型硬化体。作为替代,芯件可以为如下的铁氧体芯:其为金属氧化物的烧结材料。当芯件由压制体制成时,即使当芯件和磁芯的三维形状复杂时也能够容易地形成芯件和磁芯。
粉末压制体的材料可以优选地使用包含涂层颗粒的涂层粉末,在该涂层颗粒中,由软磁性材料制成的颗粒的表面涂覆有绝缘涂层。通过对涂层粉末进行成型然后在等于或低于绝缘涂层的允许温度上限的温度下进行热处理来获得粉末压制体。绝缘涂层通常由硅树脂或磷酸盐制成。
内芯部31和外芯部32可以由不同材料制成。例如,每个内芯部31可以由上述粉末压制体或层叠件形成,每个外芯部32可以由成型硬化体形成。在这种情况下,内芯部31的饱和磁通密度可以容易地设置成高于外芯部32的饱和磁通密度。在该实例中,每个芯件由诸如铁或钢等含铁的软磁性材料的粉末制成的粉末压制体形成。
间隙部件31g为布置在芯件之间的间隙中以调节电感的片状部件。间隙部件31g由具有比芯件的磁导率低的磁导率的材料制成。通常,使用诸如氧化铝、玻璃环氧树脂或不饱和聚酯等非磁性材料。作为选择,间隙部件31g可以由在诸如陶瓷或酚醛树脂等非磁性材料中散布有磁性粉末(例如,铁氧体、Fe、Fe-Si或铝硅铁粉)的混合物制成。在这种情况下,能够减小间隙处的磁通泄漏。另外可选地,可以提供气隙作为替代。
可以适当地选择芯件和间隙部件的数量,以使电抗器1具有期望的电感。可以适当地选择芯件和间隙部件的形状。在该实例中,每个内芯部31均包括多个芯件31m和多个间隙部件31g。然而,作为替代,间隙部件的数目可以是一个。作为选择,可以根据芯件的材料而省去间隙部件。每个外芯部32也可以构造为包括仅一个芯件或多个芯件。在芯件由粉末压制体形成且内芯部和外芯部均由多个芯件形成的情况下,可以减小每个芯件的尺寸。因此,可以增强芯件的成型性。
可以例如通过施加粘合剂或者将一条粘合带缠绕在周围的方式使各芯件、或者使芯件31m与间隙部件31g结合在一起。可以利用粘合剂形成内芯部31,并且内芯部31不借助粘合剂结合到外芯部32上。
作为选择,可以通过利用由绝缘材料制成的热收缩管或冷收缩管使内芯部31形成一体。在这种情况下,上述管也用作线圈元件2a、2b与内芯部31之间的绝缘部件。
作为选择,可以代替地利用能够将磁芯3保持成环状的带状紧固部件使磁芯3形成一体。更具体地说,带状紧固部件可以设置在组装成环状的磁芯3的外周和组装件10的外周,以将磁芯3保持成环状。带状紧固部件可以由具有高耐热性的非磁性材料制成。例如,可以使用市场上可买到的系紧部件(Ty-Rap(Thomas&BettsInternationalInc.的注册商标)、PEEK扎带(由HellermannTytonCo.,Ltd.制造的扎绞线)、不锈钢带(由PanduitCorporation制造),等)。可以在磁芯与带状紧固部件之间以及线圈与带状紧固部件之间置入缓冲部件(例如,由诸如ABS树脂、PPS树脂、PBT树脂或环氧树脂等树脂,或者诸如硅橡胶等橡胶制成)。在这种情况下,能够防止线圈2和磁芯3因为受到带状紧固部件施加的紧固力而损坏。
该实例的磁芯3形成为使得内芯部31的安装侧表面与外芯部32的安装侧表面不平齐。外芯部32的安装侧表面从内芯部31突出,并且与线圈2的安装侧表面(图5中的底面2d)平齐。因此,线圈2和磁芯3的组装件10的安装侧表面包括线圈元件2a和2b的底面2d以及外芯部32的安装侧表面,并且线圈2和磁芯3都能与结合层42(图2)(下文将描述)接触。因此,电抗器1具有高散热性能。另外,由于组装件10的安装侧表面包括线圈2和磁芯3二者的表面,所以组装件10与固定对象之间的接触面积足够大。因此,可以稳定地安装电抗器1。此外,当芯件由粉末压制体形成时,外芯部32的从内芯部31突出的部分可以用作磁通路径。
[绝缘体]
将参照图3和图4描述绝缘体5。绝缘体5可沿线圈2的轴向分成一对分段件50a和50b,并且通过将分段件50a和50b组装在一起而形成绝缘体5。绝缘体5包括:管状部51,其容纳相应的内芯部31;以及框架板部52,其介于线圈元件2a和2b的端面与外芯部32的内端面32e之间。管状部51使线圈元件2a和2b与内芯部31绝缘,框架板部52使线圈元件2a和2b与外芯部32绝缘。绝缘体5的一个特征在于包括传感器保持部54,该传感器保持部将设置在上述梯形空间中的温度传感器7按压在线圈2上。
分段件50a和50b包括布置在内芯部31的角部处的多个杆状支撑部51a和51b。支撑部51a和51b布置成从相应的框架板部52延伸出来,并且支撑部51a和51b的端部具有不规则形状。具有不规则形状的端部彼此相接合,并且在分段件50a和50b被组装在一起时用作定位部分,如图4的(A)所示。当分段件50a和50b组装在一起时,支撑部51a和51b形成管状部51。在该实例中,当分段件50a和50b布置在内芯部31的外周表面上时,内芯部31的仅仅一部分(主要是角部)被支撑部51a和51b覆盖,并且其它部分被露出。因此,在设置密封树脂的情况下,能够增大内芯部31和密封树脂之间的接触面积,并且能够在注射密封树脂时容易地去除气泡。因此,便于制造电抗器1。
在该实例中,管状部51的长度调整为使得管状部51在内芯部31的整个长度上延伸。然而,可以减小支撑部51a和51b的长度(上述长度被定义为在线圈的轴向上的尺寸)。在这种情况下,能够通过在内芯部31的外周上形成由绝缘材料制成的绝缘涂层来增强线圈元件2a和2b与内芯部31之间的绝缘性。例如,绝缘涂层可以由诸如上述热收缩管等绝缘管、一条绝缘带或一张绝缘纸制成。
每个框架板部52是具有一对开口(通孔)的B形平板部,内芯部31能够插入该开口中。
一个分段件50a(图4中的左件)在框架板部52的顶侧具有传感器保持部54。更具体地说,在分段件50a组装到线圈2(图5)上时,传感器保持部54设置成朝线圈2上的梯形空间突出。
传感器保持部54是杆状。在该实例中,如图5所示,传感器保持部54的与温度传感器7相接触的内表面形成为弧形曲面,从而能够防止温度传感器7被过度按压并且能够容易地保持温度传感器7。能够适当地选择传感器保持部54的突出长度,只要能够防止温度传感器7与线圈2分离即可。在该实例中,传感器保持部54的突出长度调整为使得温度传感器7的长度为总长度大约1/2(图4的(B)中左右方向上的尺寸)的部分与传感器保持部54接触。
分段件50a的框架板部52还具有分隔部53a。更具体地说,分隔部53a从框架板部52朝线圈突出,从而在分段件50a组装到线圈2(图5)上时,分隔部53a介于线圈元件2a与2b之间。由于分隔部53a,线圈元件2a和2b的直线部分22彼此不接触,并且如上所述设置有预定间隙g(图5)。在该实例中,分隔部53a是L形。分隔部53a的与字母“L”的短腿对应的部分设置在框架板部52的顶侧,并且用作传感器保持部54与框架板部52之间的连接部。分隔部53a的与字母“L”的短腿对应的部分的端面还用作温度传感器7的止挡件,如图4的(B)所示。因此,利用传感器保持部54防止温度传感器7与线圈2分离,并且根据分隔部53a的端面的位置确定温度传感器7相对于线圈2在线圈2的轴向上的位置。在该实例中,分隔部53a的突出长度调整为使得温度传感器7设置在如上所述的梯形空间的中部区域。能够适当地改变分隔部53a的突出长度。
绝缘体5的另一个特征在于包括位于另一个分段件50b(图4的(A)中的右件)的框架板部52上的钩部55(图4的(A))。与温度传感器7相连的导线71钩在钩部55上。
钩部55的形状不受特别限制。在该实例中,分段件50b还具有带状的分隔部53b,并且分隔部53b的一部分用作钩部55。与上述分段件50a类似,分隔部53b是从框架板部52朝线圈突出的带状板。分隔部53b的端部沿与线圈元件的排列方向和轴向都垂直的方向(图4中的竖直方向)向上延伸。当分段件50b组装到线圈2(图5)上时,分隔部53b通过在与线圈2的匝形成表面充分离开的位置处沿排列方向弯曲而形成L形。与字母“L”的短腿对应的部分用作钩部55。
作为替代,可以使用没有如上所述地弯曲成L形的平带状部件,并且导线71可以缠绕在该带状部件的从线圈2的匝形成表面突出的端部上。因此,该端部可以用作钩部55。作为选择,可以在上述带状部件中形成通孔,并且可以通过将导线71插入通孔中来限制导线71的移动。因此,该通孔可以用作钩部55。作为选择,可以在上述带状部件上设置能够夹住导线71的多个突出部或切口,并且可以利用突出部或切口夹住导线71来固定导线71。因此,这些突出部或切口可以用作钩部55。可以使用杆状部件代替带状部件。可以将上述L形部分、通孔、突出部、切口等设置在框架板部52的一部分上并用作钩部55。可以适当选择钩部55的位置。绝缘体可以包括多个钩部。
另一个分段件50b还可以包括基部52p,线圈连接部2r放置在该基部上,并且该基部使线圈连接部2r与对应的外芯部32绝缘。基部52p沿与分隔部53b的突出方向相反的方向(图4的(B)中向右)从分段件50b的框架板部52突出。换言之,分隔部53b从分段件50b的框架板部52的一侧(图4的(B)中的左侧)突出,基部52p从另一侧突出。
在该实例中,在分段件50a和50b组装在一起的状态下,仅仅在与线圈元件的轴向上的一部分对应的区域中(具体地说,在线圈元件的端面附近的区域中)存在分隔部53a和53b。利用这种结构,线圈元件2a和2b之间的空间填充有密封树脂,或者在不设置密封树脂的情况下用作空气空间。因此,散热不容易受到绝缘体5的阻碍,并且在这种情况下也能确保高的散热性能。可以省去分隔部53a和53b。在这种情况下,传感器保持部54可以延伸成与框架板部52连接,并且止挡件可以设置在传感器保持部54自身上。作为选择,分隔部可以设置成在线圈元件2a和2b的轴向上的几乎整个长度上延伸。利用这种结构,线圈元件2a和2b能够利用分隔部彼此充分地绝缘,并确保高的绝缘性能。
另外,在该实例中,分段件50a和50b的框架板部52的与外芯部32接触的表面上设置有用于将外芯部32定位的定位突出部(未示出)。因此,便于组装。定位突出部可以省去。
绝缘体5可以由诸如聚苯硫醚(PPS)树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂或液晶聚合物(LCP)等绝缘材料形成。即使当绝缘体5的形状复杂时也可以通过例如注射成型来容易地形成绝缘体5。
[外壳]
将参照图2描述外壳4。外壳4容纳线圈2和磁芯3的组装件10且包括板状底板部40和竖立在底板部40上的框架状侧壁部41。电抗器1的外壳4的底板部40和侧壁部41彼此不形成一体,而是形成为单独的部件并用固定部件结合在一起。底板部40具有结合层42。
(底板部)
底板部40为上面放置组装件10的矩形板,并且通常在电抗器1安装到固定对象上时固定到固定对象上。尽管在该实例的安装状态下底板部40位于底部,但是作为替代,可以使底板部40位于顶部或侧部。底板部40的当外壳4被组装时面向内的表面上具有结合层42。可以适当选择底板部40的外部形状。在该实例中,底板部40包括附接部400,附接部400从底板部40的四个角部突出。侧壁部41(下文将描述)也包括附接部411。当通过将底板部40和侧壁部41组装在一起而形成外壳4时,附接部400层叠在相应的附接部411上。附接部400和411分别具有螺栓孔400h和411h,螺栓孔接纳用于将外壳4固定到固定对象上的螺栓(未示出)。螺栓孔400h形成为延伸至侧壁部41的相应螺栓孔411h。螺栓孔400h和411h可以为不带螺纹的通孔或带螺纹的螺钉孔,并且可以适当选择螺栓孔的数量。
作为选择,可以采用侧壁部41不具有附接部而仅仅底板部40具有附接部400的构造。在这种情况下,底板部40的外部形状设置成使得底板部40的附接部400从侧壁部41的外周突出。作为选择,可以采用仅仅侧壁部41具有附接部411而底板部40不具有附接部的构造。在这种情况下,侧壁部41的外部形状设置成使得侧壁部41的附接部411从底板部40的外周突出。
(侧壁部)
侧壁部41为矩形框架状部件。当利用底板部40覆盖侧壁部41的一侧的开口来组装外壳4时,侧壁部41布置成围绕组装件10,并且另一侧处的开口保持敞开。在该实例中,侧壁部41在电抗器1安装到固定对象上的安装侧的区域具有与底板部40的外部形状相符的矩形形状,并且侧壁部41在开口没有覆盖的一侧的区域具有与线圈2和磁芯3的组装件10的外周表面相符的弯曲形状。在外壳4被组装的状态下,线圈2的外周表面位于侧壁部41的内周表面附近。线圈2的外周表面和侧壁部41的内周表面之间的间隙非常小,为大约0mm至1.0mm。另外,在该实例中,在侧壁部41的开口侧的区域中设置有外伸部,并且该外伸部布置成将组装件10的外芯部32的梯形表面覆盖。如图1所示,在组装件10容纳在外壳4中的状态下,线圈2露出,并且磁芯3的外芯部32基本上被外壳4的部件覆盖。外伸部提供了各种优点。例如,(1)可以增强耐振性;(2)可以提高外壳4(侧壁部41)的刚性;(3)能够保护组装件10不受外部环境影响以及为组装件10提供机械保护。上述外伸部可以省去,使线圈2和外芯部32的一个或两个梯形表面露出。
在电抗器1安装成使得底板部40位于顶部或侧部的情况下,外伸部防止组装件10从侧壁部41掉落。可以在外伸部的内表面上另外设置用于防止外芯部32掉落的位置固定部。在该实例中,将其中一个外伸部用作端子基部410(下文描述)。
[钩部]
侧壁部41的一个特征在于包括位于将一个外芯部32(图2中的右外芯部32)覆盖的外伸部的边缘上的钩部43和44。与温度传感器7相连的导线71(图1)钩在钩部43和44上。
在该实例中,钩部43和44都是L形件,并且在侧壁部41上设置成使得钩部43和44的与字母“L”的短腿对应的部分彼此背对,也就是说,使得与字母“L”的开口对应的部分彼此背对。在该实例中,如图1所示,一个钩部43位于线圈元件2a和2b之间的位置的上方,另一个钩部44位于一个线圈元件2a的上方。绝缘体5的钩部55位于一个钩部43与另一个钩部44之间,从而导线71能够容易地布线,使得温度传感器7不容易掉落。在与钩部44斜对角的位置处(在端子基部410的边缘处),侧壁部41还包括由L形件构成的钩部45。
设置在侧壁部41上的钩部的形状、数量和布置位置不受特别限制。例如,可以采用仅仅设置钩部44的构造。作为选择,例如,与设置在绝缘体5上的上述钩部55类似,可以将设置在侧壁部41的开口周围的适当位置处的通孔、至少一个突出部、至少一个切口等用作钩部。在该实例中,钩部43、44和45设置在侧壁部41的开口的沿线圈元件2a和2b的排列方向延伸的边缘上。然而,作为替代,钩部当然可以设置在沿线圈元件2a和2b的轴向延伸的边缘上。在侧壁部41由树脂(下文描述)制成的情况下,能够通过例如注射成型使钩部43、44和45与侧壁部41容易地形成一体。下面将描述导线71被钩住的方式。
[附接位置]
与底板部40类似,侧壁部41的安装侧的区域包括从侧壁部41的四个角部突出的附接部411。附接部411具有限定附接位置的各个螺栓孔411h。可以用侧壁部41的材料直接形成螺栓孔411h,或者通过布置由另一种材料制成的筒形体来形成螺栓孔411h。例如,在侧壁部41由树脂(下文描述)制成的情况下,可以使用由诸如黄铜、钢或不锈钢等金属制成的金属管作为筒形体。在这种情况下,能够提高强度,并且能够抑制树脂的蠕变变形。在该实例中,通过布置金属管来形成螺栓孔411h。
[端子基部]
在侧壁部41的开口侧的区域中,将另一个外芯部32(图2中的左外芯部32)的顶部覆盖的外伸部用作端子基部410。与导线2w的相应端部2e相连的一对端子硬件部件8固定到端子基部410上。
[端子硬件部件]
端子硬件部件8是通过适当弯曲由诸如铜、铜合金、铝或铝合金等导电材料制成的板而形成的导电部件。端子硬件部件8的一端包括结合部81a和81b,端子硬件部件8的另一端包括通孔82h。导线的端部2e通过熔接或焊接与结合部81a和81b结合。用于将端子硬件部件8与诸如电源等外部装置相连的诸如螺栓等连接件安装到通孔82h中。端子硬件部件8的中间部分固定到侧壁部41。
在该实例中,结合部81a和81b是U形的。能够通过将导线的端部2e放置到由结合部81a和81b限定的U形空间中并且例如利用焊料填充导线的端部2e与结合部81a和81b之间的空间来将线圈2电连接到端子硬件部件8。作为选择,可以代替地通过在将导线的端部2e放置到U形空间中时将结合部81a和81b卷曲而使得结合部81a和81b可靠地接触导线的端部2e,然后执行诸如TIG焊接等焊接、压力结合或熔接来提供上述电连接。
图2中所示的端子硬件部件8的形状是一个实例,可以适当地进行改变,只要提供结合部、用于与外部装置相连的连接部和要固定到侧壁部41的固定部即可。例如,结合部可以为平板状。
如图2所示,端子基部410具有凹槽410c,该凹槽用于接纳端子硬件部件8的中间部分。凹槽410c中设置有用于将端子硬件部件8定位的定位突出部410p。端子硬件部件8具有用于接纳突出部410p的定位孔83。定位突出部410p和定位孔83的形状、数量和布置位置不受特别限制,只要能够将端子硬件部件8定位即可。定位突出部410p和定位孔83可以省去。作为选择,突出部可以设置在端子硬件部件上,而孔形成在端子基部上。
端子固定部件9从上方覆盖安装到凹槽410c中的端子硬件部件8,并且通过用螺栓91紧固端子固定部件9将端子硬件部件8固定到端子基部410。端子固定部件9可以优选地由用作外壳材料(下文将描述)的诸如绝缘树脂等绝缘材料形成。
在侧壁部41由绝缘树脂(下文描述)制成的情况下,可以省去端子固定部件9和螺栓91,并且可以通过对端子硬件部件8进行嵌入成型(insert-molding)来使侧壁部、端子硬件部件8和端子基部彼此形成一体。在这种情况下,减少了部件的数量和组装步骤的数量,从而能够容易地制造电抗器。
作为选择,可以形成利用绝缘材料覆盖端子硬件部件8的中间部分而获得的成型部件,并且这些成型部件可以固定到侧壁部41。
侧壁部41还可以设置有支撑基部(未示出),该支撑基部支撑端子硬件部件8的形成有通孔82h的另一个端部。例如,在侧壁部41由绝缘树脂(下文描述)制成的情况下,可以利用绝缘树脂使支撑基部与侧壁部41形成一体。当螺母等适当地布置在支撑基部上且通孔82h与螺母孔同轴布置时,可以通过将诸如螺栓等连接件安装到螺母等上来将端子硬件部件8连接到外部装置。
(材料)
外壳4可以由例如金属材料制成。由于金属材料通常具有高导热率,所以能够获得具有高散热性能的外壳。另外,由于外壳是导电的,所以外壳用作磁屏蔽件,并且能够抑制磁通泄漏。由于外壳布置在线圈2的附近,所以金属材料优选地为非磁性金属。
具体地说,这种金属可以为例如铝(导热率:237W/m·K)或其合金、镁(156W/m·K)或其合金、铜(398W/m·K)或其合金、银(427W/m·K)或其合金、铁(80W/m·K)、或奥氏体不锈钢(例如,SUS304:16.7W/m·K)。当使用铝、镁或它们的合金时,能够减轻外壳的重量,从而能够减轻电抗器的重量。具体地说,铝和铝合金具有高耐腐蚀性,镁和镁合金具有高减震性能。因此,这些材料适合用作车载部件的材料。在例如利用金属材料形成呈有底管形状的外壳或框架状侧壁部41的情况下,可以执行诸如压铸等铸造法或诸如压力加工等塑性加工法。在利用金属材料形成板状底板部40的情况下,可以执行例如冲压方法。
作为选择,外壳4可以由诸如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂、聚氨酯树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)树脂等非金属材料制成。这些非金属材料通常具有优良的电绝缘性能。因此,能够增强线圈2和外壳4之间的绝缘性。另外,这些非金属材料比上述金属材料轻,因此能够减小电抗器1的重量。当由陶瓷制成的填充物(下文描述)混合到上述树脂中时,能够提高散热性能。在例如利用树脂形成呈有底管形状的外壳、板状底板部40或框架状侧壁部41的情况下,可以适当地执行注射成型法。
底板部40和侧壁部41也可以由相同类型的材料制成。在这种情况下,这两个部分具有相同的导热率。作为选择,由于底板部40和侧壁部41形成为单独的部件,所以它们可以由不同的材料制成。在这种情况下,可以选择材料使得底板部40的导热率比侧壁部41的导热率高。在这种情况下,布置在底板部40上的线圈2和磁芯3的热量能够有效地传递到诸如冷却基座等固定对象。在该实例中,底板部40由铝或铝合金制成,侧壁部41由PBT树脂制成。在底板部40由导电材料形成的情况下,可以进行氧化铝膜处理(alumitetreatment)以在底板部40的表面上形成极薄的绝缘涂层(厚度为约1μm至10μm)。因此,能够提高绝缘性能。
(连接方法)
可以使用各种类型的固定部件将底板部40和侧壁部41连接在一起。例如,可以使用诸如粘合剂或螺栓等紧固部件作为固定部件。在该实例中,在底板部40和侧壁部41中形成螺栓孔(未示出),并且将螺栓(未示出)用作固定部件。把螺栓拧入螺栓孔中,以将底板部40和侧壁部41连接在一起。
(结合层)
底板部40的至少如下区域中包括结合层42:在该区域中,线圈2的安装侧表面(底面2d(图5))与底板部40相接触。
当结合层42具有由绝缘材料制成的单层结构时,能够容易地形成结合层42,并且即使当底板部40由金属制成时也能使线圈2与底板部40绝缘。当结合层42具有由绝缘材料制成的多层结构时,能够提高绝缘性能。当多层结构的各层由相同材料制成时,能够减小每层的厚度。即使当由于每层厚度减小而导致形成针孔时,因为能够用相邻层覆盖针孔,所以也能够提供绝缘性。当多层结构的各层由不同类型的材料制成时,能够提供多种功能,例如线圈2和底板部40之间的绝缘性、线圈2和底板部40之间的粘合性、以及使热量从线圈2发散到底板部40。在这种情况下,至少一层由绝缘材料制成。
当结合层42的厚度(在结合层42具有多层结构的情况下的总厚度)增大时,能够提高结合层42的绝缘性能。当结合层42的厚度(在结合层42具有多层结构的情况下的总厚度)减小时,能够提高结合层42的散热性能并且能够减小尺寸。结合层42的(总)厚度可以设置成小于2mm、1mm以下、0.5mm以下,然而这取决于结合层42的材料。在结合层42由具有高导热率的材料(下文将描述)制成的情况下,即使当(总)厚度为1mm以上时也能实现高散热性能。即使当结合层42由具有低导热率的材料(例如,1W/m·K以下)制成时,也能如上所述在(总)厚度较小(优选0.5mm以下)时实现高散热性能。这里,结合层42的厚度是紧接在成形处理之后的厚度。在组装件10放置在结合层42上之后,结合层42的厚度可能减小(例如,减小大约0.1mm)。
结合层42的形状不受特别限制,只要结合层42的面积大到足以使得线圈2的安装侧表面(底面2d)与结合层42可靠地接触即可。在该实例中,如图2所示,结合层42的形状与组装件10的安装侧表面(即,线圈2和外芯部32两者的安装侧表面)的形状相符。因此,线圈2和外芯部32都能够可靠地与结合层42接触。
结合层42可以具有包括如下层的多层结构:由绝缘材料制成的粘合剂层,其位于线圈2的安装侧表面与结合层42进行接触的前侧;以及由具有高导热率的材料制成的散热层,其位于底板部40与结合层42进行接触的一侧。在这种情况下,结合层42包括粘合剂层和散热层。
优选的是,粘合剂层由具有高粘合强度的材料制成。例如,粘合剂层可以由诸如环氧树脂基粘合剂或丙烯酸粘合剂等绝缘粘合剂制成。可以通过例如施加材料或者进行丝网印刷来形成粘合剂层。作为替代,可以使用片状粘合剂膜作为粘合剂层。当使用片状粘合剂膜时,不论片状粘合剂膜具有单层结构还是多层结构都能够容易地形成粘合剂层或结合层。在该实例中,粘合剂层具有由绝缘粘合剂制成的单层结构。
散热层可以由具有高散热性能的材料制成,优选地由具有高于2W/m·K的导热率的材料制成。优选的是,散热层的导热率尽可能高,可以为3W/m·K以上,更优选的是10W/m·K以上,还更优选的是20W/m·K以上。最优选的是,使用具有30W/m·K以上导热率的材料。
散热层可以由包含上述由陶瓷制成的填充物的绝缘树脂(例如,环氧树脂或丙烯酸树脂)制成。当使用这种材料时,能够获得具有高散热性能和高电绝缘性能的散热层。另外,在这种情况下,散热层和粘合剂层都由绝缘材料制成。换句话说,结合层整体都由绝缘材料制成。因此,能够进一步提高结合层的绝缘性能。在绝缘树脂是粘合剂的情况下,能够增强散热层与粘合剂层之间的粘合性,并且包括该散热层的结合层能够使线圈2牢固地结合到底板部40上。粘合剂层和散热层可以由不同类型的粘合剂制成。然而,当粘合剂层和散热层由相同类型的粘合剂制成时,能够增强粘性并且能够容易地形成结合层。结合层整体可以由包含填充物的绝缘粘合剂制成。在这种情况下,结合层具有由单种类型的材料制成的多层结构。
可以通过例如将材料施加在底板部40上或者进行丝网印刷来容易地形成由包含填充物的树脂制成的散热层。
作为选择,可以提供由金属材料制成的散热层。金属材料通常具有高导热率,然而是导电的,因此,粘合剂层需要具有较高的绝缘性能。另外,由金属材料制成的散热层往往较重。可以提供如下散热层:其由诸如陶瓷等非金属无机材料制成,更具体地说,由从选自如下群组的材料类型制成,该群组包括金属元素、B和Si形成的氧化物、碳化物和氮化物。在这种情况下,能够实现高散热性能和高电绝缘性能二者。更具体的陶瓷的实例包括大约20W/m·K至150W/m·K的氮化硅(Si3N4)、大约20W/m·K至30W/m·K的氧化铝(Al2O3)、大约200W/m·K至250W/m·K的氮化铝(AlN)、大约50W/m·K至65W/m·K的氮化硼(BN)以及大约50W/m·K至130W/m·K的碳化硅(SiC)。可以利用例如PVD法或CVD法等沉积方法或者通过准备陶瓷的烧结板并用适当的粘合剂将该烧结板结合到底板部40上来形成上述由陶瓷制成的散热层。
作为选择,可以用适当的粘合剂将具有高散热性能的片状部件结合到底板部40上,并且该片状部件可以用作散热层。
散热层可以具有单层结构或多层结构。在散热层具有多层结构的情况下,至少一层可以由与其它层的材料不同的材料制成。例如,散热层可以具有由具有不同导热率的材料制成的多层结构。
当设置散热层时,能够利用散热层提高散热性能。因此,在使用密封树脂的情况下,可用密封树脂的选择自由度增加。例如,可以使用诸如不包含填充物的树脂等具有低导热率的树脂作为密封树脂。
在该实例中,散热层由环氧树脂基粘合剂制成(导热率:3W/m·K以上),该粘合剂包含由氧化铝制成的填充物。因此,在该实例中,结合层整体都由绝缘粘合剂制成。另外,在该实例中,散热层具有由包含填充物的粘合剂制成的两层结构。其中一层的厚度为0.2mm,总厚度为0.4mm(包括粘合剂层的厚度在内的总厚度为0.5mm)。作为替代,散热层可以包括三层或更多层。
[容纳在外壳中的其它部件]
当用于朝向一个外芯部32按压另一个外芯部32的按压部件(例如,片簧)插在另一个外芯部32的背面与侧壁部41之间时,一个外芯部32的背面可以与外壳4的侧壁部41相接触。在这种情况下,能够防止由于诸如振动和冲击等外界因素引起的间隙长度的变化。在使用按压部件的情况下,间隙部件31g可以形成为由诸如硅橡胶或氟橡胶等弹性材料制成的弹性间隙部件。在这种情况下,间隙部件31g可以发生变形,以在一定程度上调节间隙长度或吸收尺寸误差。
在壳体4中可以另外地包含除了温度传感器以外,诸如电流传感器等各种物理量传感器。与这些传感器相连的导线可以钩在例如外壳4的钩部45上。
[密封树脂]
外壳4可以填充有由绝缘树脂制成的密封树脂(未示出)。在这种情况下,导线的端部2e布置成从密封树脂露出,从而能够通过焊接、熔接等将导线的端部2e与端子硬件部件8结合。在通过焊接等将导线的端部2e与端子硬件部件8连接在一起之后,可以用密封树脂覆盖导线的端部2e与端子硬件部件8。可以适当选择要使用的密封树脂量。线圈2的顶面2u可以被密封树脂完全覆盖,或者从密封树脂露出。
上述密封树脂可以为例如环氧树脂、聚氨酯树脂或硅树脂。密封树脂可以包含具有高绝缘性能和高导热率的填充物,例如,由从如下群组中选择的至少一种类型的陶瓷制成的填充物,该群组包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼、莫来石和碳化硅。在这种情况下,能够进一步提高散热性能。
在用密封树脂填充外壳4的情况下,可以设置垫圈6来防止处于未固化状态的树脂通过底板部40和侧壁部41之间的间隙泄漏。在该实例中,垫圈6是环状部件,具有使得垫圈6能够安装到线圈2和磁芯3的组装件10的外周上的尺寸,并且由合成橡胶制成。作为替代,垫圈6可以由其它适当的材料制成。外壳4的侧壁部41的安装侧表面中形成有用于接纳垫圈6的垫圈槽(未示出)。在利用粘合剂将底板部40和侧壁部41结合在一起的情况下,能够利用粘合剂密封其间的间隙,并且能够防止密封树脂的泄漏。因此,能够省去垫圈6。
<<电抗器的制造>>
通常可以利用以下步骤制造具有上述结构的电抗器1:准备组装件、侧壁部和底板部→固定线圈→布置侧壁部→组装外壳→将端子硬件部件结合到导线上→安装温度传感器→以及注射密封树脂。
[组装件的准备]
首先,将描述线圈2和磁芯3的组装件10的制造过程。具体地说,如图3所示,将内芯部31和绝缘体5的一个分段件50a的一部分插入到线圈元件2a和2b中,在每个内芯部31中,芯件31m和间隙部件31g上下层叠。在该实例中,通过利用一条粘合带将彼此层叠起来的芯件31m和间隙部件31g的外周表面连接起来而形成柱状的内芯部31。接着,将绝缘体5的另一个分段件50b的一部分通过另一端处的端面插入到线圈元件2a和2b中。此时,分段件50b的支撑部51b可以用作引导部。芯件31m和间隙部件31g并非必须利用一条粘合带或粘合剂结合在一起,作为替代,可以彼此分开。在这种情况下,芯件31m和间隙部件31g中的一部分可以在被一个分段件50a支撑时插入线圈元件2a和2b中,其余芯件31m和间隙部件31g可以在被另一个分段件50b支撑时插入线圈元件2a和2b。当分段件50a和50b的支撑部51a和51b的不规则部分彼此接合时,分段件50a和50b相对于彼此定位。
接着,通过将外芯部32布置成利用外芯部32的内端面32e夹住内芯部31的在框架板部52的开口处露出的端面31e来形成组装件10。此时,内芯部31的端面31e与外芯部32的内端面32e相接触。绝缘体5的分隔部53a和53b插在线圈元件2a和2b之间,并且在线圈元件2a和2b之间形成与分隔部53a和53b的厚度相对应的间隙g(图5)。绝缘体5的传感器保持部54布置在由线圈元件2a和2b的彼此相对的圆角部分21形成的梯形空间的上部区域。
[侧壁部的准备]
通过例如注射成型来形成预定形状的侧壁部41。将端子硬件部件8设置在侧壁部41的相应凹槽410c中,并且将端子固定部件9放置在端子硬件部件8上。然后,紧固螺栓91,从而准备好侧壁部41,端子硬件部件8固定在该侧壁部上。如上所述,作为替代,可以准备与端子硬件部件8一体地形成的侧壁部。
[底板部的准备和线圈的固定]
如图2所示,将铝或铝合金的片材冲压出具有预定形状的底板部40。利用丝网印刷在底板部40的表面上形成具有预定形状的结合层42。这样,准备好具有结合层42的底板部40。把处于组装状态的组装件10放置在结合层42上。随后,使结合层42适当地固化,以将组装件10固定到底板部40上。
由于结合层42,能够将线圈2紧密地结合到底板部40上,并且能够固定线圈2和外芯部32的位置。相应地,也能够固定被一对外芯部32夹住的内芯部31的位置。因此,即使当不利用粘合剂将内芯部31和外芯部32彼此结合时,或者当不利用粘合剂等将芯件31m和间隙部件31g连接在一起时,也能够利用结合层42使内芯部31和外芯部32结合在一起而形成环状的磁芯3。当结合层42由粘合剂制成时,能够将组装件10牢固地固定到结合层42上。
虽然可以紧接在将组装件10放置在结合层42上之前形成结合层42,但是,作为替代,可以使用预先形成有结合层42的底板部40。在这种情况下,可以使用剥离纸来防止在组装件10放置在结合层42上之前异物附着于结合层42上。作为选择,可以代替地形成结合层42从而仅仅预先形成散热层,并且紧接在组装件10放置在结合层42上之前仅形成粘合剂层。
[侧壁部的布置]
将固定有端子硬件部件8的侧壁部41从组装件10的上方安装到底板部40上,从而侧壁部41围绕组装件10的外周表面。此时,侧壁部41布置成使得导线的端部2e放置在相应的U形结合部81a和81b上。因此,端子硬件部件8的结合部81a和81b可以用作引导部。当侧壁部41如上所述布置成从上方覆盖组装件10时,侧壁部41的外伸部在外芯部32的一端覆盖组装件10的相应外芯部32的梯形表面。外伸部通过覆盖外芯部32而用作止挡件,并且提供将侧壁部41相对于组装件10定位的功能。在侧壁部41布置在组装件10的周围之后,可以将端子硬件部件8固定到侧壁部41上。
[外壳的组装]
利用螺栓(未示出)将分开准备的底板部40和侧壁部41结合在一起。作为该步骤的结果,如图1所示,外壳4组装成盒形,并且组装件10被容纳在外壳4中。另外,导线的端部2e放置在结合部分81a和81b上。
[端子硬件部件与导线的结合]
通过焊接、熔接等将导线的端部2e和端子硬件部件8的结合部分81a和81b结合在一起,以使它们彼此电连接。可以首先执行将端子硬件部件8结合到导线2w上或布置温度传感器7(下文将描述)。
[温度传感器的布置]
温度传感器7放置在梯形空间中。在该实例中,温度传感器7插入由线圈元件2a和2b的位于顶侧的圆角部分21和绝缘体5的传感器保持部54所围绕的空间中。通过利用绝缘体5的分段件50a的分隔部53a的端面作为止挡件,将温度传感器7插入所述空间中,从而温度传感器7的轴向沿着线圈元件2a和2b的轴向延伸。因此,如图5所示,温度传感器7设置在线圈2的梯形空间(在该实例中,具体地说,为切线lc上方的空间)中,使得温度传感器7被线圈元件2a和2b的位于顶侧的圆角部分21和传感器保持部54所围绕。
然后,将与温度传感器7相连的导线71钩到绝缘体5的钩部55和外壳4的侧壁部41的钩部43和44上。在该实例中,如图1所示,导线71布线并被钩住而从钩部55的底部延伸→从钩部43的底部延伸到顶部→从钩部44的底部延伸到顶部。由于导线71钩在多个钩部55、43或44上,所以能够可靠地固定导线71的位置。因此,能够获得以下优点。也就是说,(1)也能够可靠地紧固温度传感器7;以及(2)不必将导线71布置成使得温度传感器7接受过大的弯曲力。作为上述步骤的结果,形成未设置有密封树脂的电抗器1。
[密封树脂的注射]
将密封树脂(未示出)注射到外壳4中并进行固化,从而形成具有密封树脂的电抗器1。在该实施例中,温度传感器7和导线71也能够用密封树脂固定。在该实施例中,可以在注射密封树脂之后将结合部81a和81b结合到导线的端部2e。
<<用途>>
具有上述结构的电抗器1适合用在如下通电条下:例如,最大电流(直流)为约100A至1000A,平均电压为约100V至1000V,操作频率为约5kHz至100kHz。通常,电抗器1适合用作安装在例如电动车辆或混合电动车辆中的车载功率转换器件的部件。
<<优点>>
在具有上述结构的电抗器1中,线圈2具有特定的形状,并且温度传感器7设置在由线圈2的形状限定的特定区域中,即,设置在由圆角部分21形成的梯形空间中。因此,能够减少或基本消除施加到温度传感器7上的应力(由于线圈2的热膨胀而施加的应力)。因此,能够防止温度传感器7受到上述应力的损坏,并且电抗器1能够适当地测量线圈2的温度。具体地说,电抗器1包括具有传感器保持部54的绝缘体5,该传感器保持部保持温度传感器7,使得温度传感器7与线圈2接触。这也使得能够适当地测量线圈2的温度。另外,在电抗器1中,线圈元件2a和2b之间的间隙g比温度传感器7的厚度小得多。因此,温度传感器7不设置在线圈2中的设置有内芯部31的区域中,而是设置在没有设置内芯部31的区域(梯形空间中切线lc上方的区域)中。这也使得电抗器1的温度传感器7不容易受到上述应力的损坏。因此,电抗器1能够基于所测得的温度执行适当的反馈控制。
在电抗器1中,温度传感器7设置在如下区域中:该区域是所谓的无用空间,并且上述应力不容易施加到或基本不施加到该区域中(梯形空间中的位于切线lc上方的区域)。因此,电抗器1的尺寸不会由于温度传感器7的安装或保护而增加,并且电抗器1的尺寸较小。具体地说,在电抗器1中,分隔部53a和53b的厚度比温度传感器7的厚度小。因此,电抗器1的尺寸比将温度传感器7设置在线圈元件2a和2b的直线部分22之间的电抗器的尺寸小。
另外,由于电抗器1包括具有钩部55的绝缘体5以及具有钩部43和44的侧壁部41,所以能够限制导线71的移动。因此,即使当导线71具有过长的长度时,也能减小在制造或安装电抗器1的过程中强烈地牵拉导线71的可能性以及与导线71相连的温度传感器7受到损坏的可能性。另外,也能够减小导线71自身布线不规则和缠结的可能性。具体地说,在电抗器1中,导线71钩在多个钩部43、44和55上,从而当注射密封树脂时处于被钩住状态的导线71不容易解除或移动。因此,温度传感器7也不容易移动。这也使得电抗器1能够适当地测量线圈2的温度。另外,由于钩部43、44和55与外壳4(侧壁部41)和绝缘体5形成一体,所以部件的数目比在钩部形成为单独的部件的情况下的数目小。此外,能够通过例如利用树脂注射成型来容易地形成钩部43、44和55,从而能够容易地制造电抗器1。
另外,在电抗器1中,包括具有2W/m·K以上高导热率的散热层的结合层42介于底板部40和线圈2之间。因此,当使用电抗器1时,来自线圈2和磁芯3的热量能够经由散热层有效地传递到诸如冷却基座等固定对象。因此,电抗器1具有高散热性能。当结合层42整体由具有2W/m·K以上的导热率的绝缘材料制成时,或者当结合层42的厚度减小时,能够进一步提高电抗器的散热性能。
另外,在电抗器1中,与线圈2接触的底板部40由诸如铝或铝合金等具有高导热率的材料制成,从而电抗器1具有高散热性能。另外,在电抗器1中,虽然底板部40由金属材料(导电材料)制成,但是至少结合层42的与线圈2接触的部分由绝缘材料制成。因此,即使当结合层42非常薄且厚度为大约0.1mm时,也能够在线圈2与底板部40之间提供绝缘性。具体地说,在该实例中,结合层42整体由绝缘材料制成,从而能够在线圈2与底板部40之间提供足够的绝缘性。另外,还由于结合层42薄,所以来自例如线圈2的热量能够经由底板部40容易地传递到固定对象,这样,电抗器1具有高散热性能。此外,在该实例中,结合层42整体由绝缘粘合剂制成,从而线圈2和磁芯3能够紧密地结合到结合层42。这是来自例如线圈2的热量能够容易地传递到结合层42并且电抗器1具有高散热性能的另一个原因。另外,在该实例中,使用涂层矩形导线作为导线2w,从而线圈2与结合层42之间的接触面积足够大。这是电抗器1具有高散热性能的另一个原因。
此外,由于电抗器1包括外壳4,所以能够保护组装件10免受环境破坏,并且能够提供机械保护。尽管设置了外壳4,但由于侧壁部41由树脂形成,所以电抗器1是轻的。另外,由于与使用由导电材料制成的侧壁部的情形相比能够缩短线圈2的外周表面和侧壁部41的内周表面之间的间隙,所以电抗器1体积小。而且,由于如上所述结合层42较薄,所以能够减小线圈2的底面2d和底板部40的内表面之间的间隙,并且电抗器1体积小。
另外,在电抗器1中,底板部40和侧壁部41形成为单独的部件,并且利用固定部件结合在一起。因此,在侧壁部41被去除时,能够在底板部40上形成结合层42并且能够将组装件10放置在底板部40上。因此,能够容易地形成结合层42和安装组装件10,并且能够容易地制造电抗器1。另外,由于底板部40和侧壁部41形成为单独的部件,所以它们能够由不同的材料制成。这增大了外壳4的材料选择范围。另外,由于设置了绝缘体5,所以能够增强电抗器1的线圈2和磁芯3之间的绝缘性。
{第一变型例}
尽管上述第一实施例中设置了外壳,但是外壳可以省去。在该变型例中,由于不设置外壳,所以可以减小尺寸。在该变型例中,当设置根据第一实施例的包括传感器保持部54和钩部55的绝缘体5时,能够容易地保持将温度传感器7设置在组装件10上的预定位置(梯形空间中)处的状态。另外,当通过例如注射成型使组装件10的外周覆盖被树脂时,能够获得以下优点。即,(1)能够利用树脂使温度传感器7可靠地固定在线圈2的梯形空间中,从而防止温度传感器7掉落或移动;(2)能够保护组装件10免受外部环境破坏,并且能够提供机械保护;以及(3)能够根据树脂的类型提高散热性能。上述树脂可以为例如环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯树脂、PPS树脂、PBT树脂或ABS树脂。当这些树脂与密封树脂类似地包含上述填充物时,能够提高散热性能。
{第二变型例}
尽管在上述第一实施例中底板部40和侧壁部41由不同的材料制成,但是作为替代它们可以由相同的材料制成。当例如它们由诸如铝、镁或它们地合金等具有高散热性能的金属材料制成时,能够进一步提高电抗器的散热性能。具体地说,当在该变型例中设置密封树脂时,线圈和磁芯的热量能够有效地传递到外壳,并且能够实现高散热性能。另外,当在该变型例中将绝缘树脂用于密封树脂时,能够提高线圈的外周表面和侧壁部的内周表面之间的绝缘性。此外,在本变型例中,当结合层包括由绝缘材料制成的粘合剂层时,能够在线圈与底板部之间提供绝缘性。另外,当结合层包括由具有2W/m·K以上导热率的材料制成的散热层时,能够减小线圈和底板部之间的间隙,从而能够减小尺寸。
在本变型例中,为了使端子硬件部件8与侧壁部绝缘,可以在端子硬件部件8的表面上在除了结合部81a和81b和通孔82h周围之外的区域中设置绝缘涂层。此外,在本变型例中,外壳的侧壁部可以与第一实施例一样,设置有钩部。然而,当与上述第一实施例一样设置具有钩部55的绝缘体5且不在外壳上设置钩部时,能够容易地制造侧壁部。
{第三变型例}
尽管在上述第一实施例中外壳的底板部40和侧壁部41形成为单独的部件,但是作为替代,底板部和侧壁部可以彼此形成一体。在这种情况下,当外壳由金属材料制成时,能够获得以下优点:(1)能够实现高散热性能;以及(2)外壳具有高强度。当外壳由绝缘材料(通常是树脂)制成时,能够获得以下优点:(I)能够实现高绝缘性能;(Ⅱ)外壳较轻;以及(III)即使当外壳具有钩部时也能够容易地制造外壳。
{第四变型例}
根据上述第一实施例,绝缘体5由能够沿线圈2的轴向彼此分开的一对分段件50a和50b形成。作为选择,如图6所示,管状部51和框架板部52能够形成为单独的部件。图6所示的绝缘体5包括布置在相应内芯部周围的一对管状部51以及布置成将管状部51置于中间的一对框架板部52。
图6所示的每个管状部51通过一对管件511和512相组合而形成为管状,一对管件511和512横截面为U形且能够沿与线圈的轴向垂直的方向彼此分开。利用这种结构,管件511和512能够容易地布置在内芯部的外周上,因此能够便于组装。管状部的其它结构可以类似于上述第一实施例的管状部51的结构。在图6所示的管状部51中,管件511和512彼此不接合,从而每个内芯部的仅仅一部分(主要是一对相对的表面)被管件511和512覆盖,而其它部分露出。另外,管件511和512具有从管件的前侧延伸到后侧的孔,并且内芯部也部分地从这些孔中露出。因此,在提供图6所示的绝缘体5和密封树脂的情况下,与第一实施例类似,能够增大内芯部和密封树脂之间的接触面积,并且能够容易地去除空气。
与第一实施例类似,图6所示的每个框架板部52都是具有一对开口的B形平板。另外,每个框架板部52均在布置有线圈的一侧具有从框架板部突出的短管状部。当组装绝缘体5时,管状部的端面与上述管件511和512的端面相接触。因此,绝缘体5设置成在每个内芯部的整个长度上延伸。与第一实施例类似,L形分隔部53a和传感器保持部54设置在一个框架板部52(图6中的左框架板)的短管状部之间。与第一实施例类似,带状分隔部53b和基部52p设置在另一个框架板部52(图6中的右框架板)上。然而,在该实例中,另一个框架板部52没有设置钩部55(图4)。带状分隔部53b和平板状基部52p之间的角部被切割而形成切口部52n,并且将温度传感器7的一端(与导线71相连的连接端)设置在切口部52n中。温度传感器7的一个端部与一个框架板部52的分隔部53a相接触,并且被传感器保持部54按压在线圈上。温度传感器7的另一个端部安装在切口部52n中,并且被分隔部53b的端面支撑。
利用上述结构,在图6所示的绝缘体5中,温度传感器7也能够被适当地支撑在由线圈元件的位于顶侧的圆角部分所限定的梯形空间中。具体地说,如图6所示,即使当温度传感器7较长时,也能够适当地支撑温度传感器7。在该变型例中,优选地提供与第一实施例中一样具有钩部43和44的外壳,这是因为能够限制导线71的移动。
{第二实施例}
根据第一实施例或第一变型例至第四变型例中任一个的电抗器可用作例如安装在车辆等上的转换器的部件或用作包括转换器的功率转换器件的部件。
例如,如图7所示,作为混合动力车辆或电动车辆的车辆1200包括主电池1210、与主电池1210连接的功率转换器件1100以及受从主电池1210供应的电力驱动并用于驱动车辆1200的电动机(负载)1220。电动机1220通常为三相交流电动机。电动机1220在车辆1200被驱动时驱动车轮1250并且在再生期间用作发电机。在车辆1200是混合动力车辆的情况下,车辆1200除包括电动机1220外还包括发动机。尽管图7示出了作为车辆1200的充电部的入口,但作为替代可以设置插塞。
功率转换器件1100包括与主电池1210连接的转换器1110以及与转换器1110连接并且在直流和交流之间进行相互转换的逆变器1120。当车辆1200被驱动时,该实例的转换器1110将主电池1210的大约200V至300V的直流电压(输入电压)增大到大约400V至700V,并且将增大的电压供应至逆变器1120。另外,在再生期间,转换器1110将通过逆变器1120从电动机1220输出并输入到转换器1110的直流电压(输入电压)减小至适于主电池1210的直流电压,并且对主电池1210充电。当车辆1200被驱动时,逆变器1120将由转换器1110升压后的直流转换成预定的交流并且将交流供应至电动机1220。在再生期间,逆变器1120将从电动机1220输出的交流转换成直流并且将直流输出给转换器1110。
如图8所示,转换器1110包括多个开关元件1111、用于控制开关元件1111的操作的驱动电路1112以及电抗器L。转换器1110通过反复执行通/断操作(即,开关操作)来转换输入电压(在该实例中,增大和减小输入电压)。诸如FET或IGBT等功率器件用作开关元件1111。电抗器L利用线圈对试图流过电路的电流变化进行抑制的特性,并且具有如下的功能:当通过开关操作使电流增大或减小时使得电流变化平滑。根据第一实施例或第一变型例至第四变型例中任一个的电抗器可以用作电抗器L。当设置电抗器1时,能够利用温度传感器可靠地测量线圈的温度,并且功率转换器件1100和转换器1110能够基于测量结果执行控制操作。
除了包括转换器1110之外,车辆1200还包括供电装置转换器1150以及辅助电源转换器1160。供电装置转换器1150与主电池1210相连。辅助电源转换器1160与充当辅助装置1240的电源的辅助电池1230连接,还与主电池1210连接,并且将主电池1210的高压转换成低压。尽管转换器1110通常执行DC-DC转换,但是供电装置转换器1150和辅助电源转换器1160执行AC-DC转换。然而,供电装置转换器1150可以为执行DC-DC转换的类型。如下电抗器可以用作供电装置转换器1150或辅助电源转换器1160中所包括的电抗器:其具有与根据第一实施例或第一变型例至第四变型例中任一个的电抗器的结构相同的结构,并且尺寸和形状可适当地修改。根据第一实施例或第一变型例至第四变型例中任一个的电抗器还可以用于如下的转换器:执行输入功率的转换并且仅增大或减小电压。
本发明不限于上述实施例,可在不偏离本发明的范围的情况下适当地进行各种修改。
工业实用性
根据本发明的电抗器适合用作例如安装在车辆(例如,混合动力车、插电式混合动力车辆、电动车、或燃料电池车)上的DC-DC转换器或空调机的转换器等功率转换器件的部件。
<附图标记列表>
1电抗器10组装件
2线圈2a,2b线圈元件2r线圈连接部2w导线
2e导线的端部2d底面2u顶面21圆角部分22、23直线部分
3磁芯31内芯部31e端面31m芯件31g间隙部件
32外芯部32e内端面
4外壳40底板部41侧壁部42结合层43、44、45钩部
400、411附接部400h、411h螺栓孔410端子基部410c凹槽
410p定位突出部
5绝缘体50a、50b分段件51管状部51a、51b支撑部
52框架板部52p基部52n切口部53a、53b分隔部54传感器保持部
55钩部511、512管件
6垫圈
7温度传感器7a热敏元件7b保护部71导线
8端子硬件部件81a、81b结合部82h通孔83定位孔
9端子固定部件91螺栓
1100功率转换器件1110转换器1111开关元件
1112驱动电路L电抗器1120逆变器
1150供电装置转换器1160辅助电源转换器
1200车辆1210主电池1220电动机1230辅助电池
1240辅助装置1250车轮

Claims (7)

1.一种电抗器,包括:
线圈,其包括一对线圈元件;以及
磁芯,其包括设置在相应线圈元件内的一对内芯部和与所述内芯部相连以形成闭合磁路的外芯部,
其中,每个所述线圈元件是通过螺旋地缠绕导线而形成的管状体,并且每个所述线圈元件的端面形状具有圆角部分,所述圆角部分为经倒圆的角部,所述线圈元件布置成彼此相邻,使得所述线圈元件的轴线彼此平行,并且
所述线圈元件的彼此面对的圆角部分之间的梯形空间的区域中设置有温度传感器,
所述区域由所述圆角部分和插入相应线圈元件中的所述内芯部的切线所围绕。
2.根据权利要求1所述的电抗器,还包括介于所述线圈与所述磁芯之间的绝缘体,
其中,所述绝缘体包括传感器保持部,所述传感器保持部朝所述梯形空间突出,并且将所述温度传感器按压在所述线圈上,使得所述温度传感器与所述圆角部分接触。
3.根据权利要求1或2所述的电抗器,还包括:至少一个钩部,与所述温度传感器相连的导线钩在所述至少一个钩部上;以及外壳,其容纳所述线圈和所述磁芯的组装件,
其中,所述至少一个钩部之中的至少一者与所述外壳形成一体。
4.根据权利要求1所述的电抗器,还包括:绝缘体,其介于所述线圈与所述磁芯之间;以及至少一个钩部,与所述温度传感器相连的导线钩在所述至少一个钩部上,
其中,所述至少一个钩部之中的至少一者与所述绝缘体形成一体。
5.根据权利要求2所述的电抗器,还包括:至少一个钩部,与所述温度传感器相连的导线钩在所述至少一个钩部上,
其中,所述至少一个钩部之中的至少一者与所述绝缘体形成一体。
6.一种转换器,包括开关元件、用于控制所述开关元件的操作的驱动电路、以及用于使开关操作变得平稳的电抗器,所述转换器利用所述开关元件的操作来对输入电压进行转换,
其中,所述电抗器是根据权利要求1至5中任一项所述的电抗器。
7.一种功率转换器件,包括用于对输入电压进行转换的转换器、以及与所述转换器相连并将直流和交流相互转换的逆变器,所述功率转换器件利用由所述逆变器进行转换而获得的电力驱动负载,
其中,所述转换器是根据权利要求6所述的转换器。
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