CN103858187A - 电抗器、电抗器用线圈部件、转换器和功率转换器件 - Google Patents

电抗器、电抗器用线圈部件、转换器和功率转换器件 Download PDF

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Abstract

该电抗器(1A)设置有套筒状的线圈(2)、设置在套筒状的线圈(2)的内侧和外侧以形成闭合磁路的磁芯(3)、收纳套筒状的线圈(2)和磁芯(3)的外壳(4A)。磁芯(3)的至少一部分(在该情况中为设置在线圈(2)的外周侧的外芯部(32))由含有包含磁性体粉末和树脂的复合材料形成。线圈(2)的外周的至少一部分被由绝缘树脂形成的树脂成型部(21)覆盖,由此保持线圈(2)的形状。构成外壳(4A)的至少一部分并且由非磁性金属材料形成的散热台部(5A)被树脂成型部(21)的构成树脂保持为与线圈(2)成一体。由于散热台部(5A),使得线圈(2)可以稳定地设置在外壳中,且线圈(2)的热量能够有效地传递到安装对象。因此,电抗器(1A)具有优异的散热特性。

Description

电抗器、电抗器用线圈部件、转换器和功率转换器件
技术领域
本发明涉及一种用作安装在诸如混合动力车辆等车辆上的车载直流-直流(DC-DC)转换器或功率转换器件的构成部件的电抗器、电抗器用线圈部件、包括电抗器的转换器以及包括转换器的功率转换器件。具体而言,本发明涉及一种具有优异的散热特性的电抗器。
背景技术
电抗器是进行升压或降压操作的电路的部件之一。例如,专利文献1公开了一种用于安装在诸如混合动力车辆等车辆上的转换器的电抗器。该电抗器包括套筒状的线圈、设置在线圈内侧和外侧的磁芯、收纳线圈和磁芯的有底筒状外壳。专利文献1公开了这样一种模式:覆盖线圈外周面和端面的磁芯部分由磁性体粉末和树脂的复合材料制成。
用作车载部件的电抗器通常固定在诸如冷却基座等安装对象上,以便冷却通电时发热的线圈等。外壳由诸如铝(参见专利文献1的说明书的段落[0039]和其它段落)等表现出优异的导热性的材料制成。外壳固定为其外底面与安装对象接触以便用作散热路径。
引文列表
专利文献
专利文献1:日本未审查的专利申请公开No.2011-124310
发明内容
技术问题
需要进一步增强如下电抗器的散热特性:磁芯的至少一部分由含有上述树脂的复合材料制成。
包含在复合材料中的树脂的导热率通常小于形成外壳的金属的导热率,因此散热特性差。因此,在通电时产生热量的线圈的外周面和端面被复合材料覆盖的模式中,线圈的热量容易累积。在准备由复合材料制成的成型体并且将成型体组装在线圈上的情况下,线圈的外周面的一部分可以暴露在复合材料外。然而,由于成型体中的树脂的存在,与基本上由金属制成的磁芯(例如,电磁钢板的层叠体)相比,成型体的散热特性差。因此,在包括由复合材料制成的成型体的情况下还需要改善散热特性。
为了改善散热特性,例如,线圈可以被收纳在外壳中,使得线圈的轴线变成与外壳的外底面(与诸如冷却基座等安装对象接触)平行。对于这种收纳模式(在下文中,称为水平收纳模式)而言,与线圈在外壳中被收纳为使线圈的轴线变成与外壳的外底面垂直的模式(在下文中,该收纳模式称为竖直收纳模式)相比,在线圈的外周面中与安装对象相距较短的区域变大。因此,能够增强散热特性。
然而,当线圈呈现诸如筒状形状等曲面时,尽管可以容易地形成线圈,但却难以以稳定的方式将线圈设置在外壳中,特别是在水平收纳模式的情况下。当以不稳定的方式设置线圈时,可能无法充分实现散热特性的改善。而且,在水平收纳模式中,由于难以以稳定的方式设置线圈,因此会引起电抗器的生产率的降低。
因此,本发明的目的在于提供一种具有优异的散热特性的电抗器。而且,本发明的另一目的在于提供一种电抗器用线圈部件,在使用电抗器用线圈部件的情况下,能够获得具有优异散热特性的电抗器。此外,本发明的另一目的在于提供一种包括具有优异散热特性的电抗器在内的转换器和一种包括该转换器的功率转换器件。
技术方案
通过将形成外壳的一部分的部件用作散热路径并且使线圈被树脂保持为一体,本发明实现了上述目的。
本发明的电抗器包括:套筒状的线圈;磁芯,其设置在所述线圈的内侧和外侧,以形成闭合磁路;以及外壳,其收纳所述线圈和所述磁芯。所述磁芯的至少一部分由含有磁性体粉末和树脂的复合材料形成。本发明的电抗器还包括:树脂成型部,其由绝缘树脂形成,并且所述树脂成型部覆盖所述线圈的外周的至少一部分,以保持所述线圈的形状;以及散热台部,其由非磁性金属材料形成,并且所述散热台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,以形成所述外壳的至少一部分。
在本发明中,“形成外壳的至少一部分的散热台部”指的是如下的外壳:外壳包括底部和设置为立在底部上的壁部,外壳满足以下任一条件:底部与散热台部或壁部与散热台部彼此进行面接触;散热台部经由诸如紧固部件(例如,粘合剂或螺栓)等固定部件固定在底部或壁部上;底部与散热台部或壁部与散热台部通过彼此接合来彼此固定在一起;以及散热台部本身构成底部或壁部。
对于本发明的电抗器而言,(1)包括由通常表现出优异的导热性的金属材料制成的散热台部;(2)由于散热台部借助树脂成型部与线圈结合成一体,因此线圈的热量能够容易地传递到散热台部;(3)由于散热台部形成外壳的一部分,因此传递到散热台部的热量能够有效地传递到安装对象,外壳安装至该安装对象;以及(4)由于与线圈直接设置在外壳的底部上的情况相比线圈能够以稳定的方式设置在外壳中,因此线圈的热量能够有效地传递到安装对象。因此,本发明的电抗器表现出了优异的散热特性。
而且,对于本发明的电抗器而言,由于树脂成型部的存在:(1)能够保持线圈的形状,由此在组装过程中线圈不会膨胀或收缩,因此能够容易地处置线圈;以及(2)线圈和散热台部结合成一体,从而使组装部件的数量少,并且能够减少组装步骤。而且,采用注塑成型等时,即使树脂成型部具有复杂的形状(即,覆盖线圈的外周的至少一部分,并且与散热台部结合成一体),也能够容易地成型树脂成型部。此外,通过将散热台部成形为适当的形状,能够以稳定的方式设置线圈,并且能够保持该稳定的方式。例如,在使用外壳作为模具组件并且利用铸塑成型法形成复合材料的情况下,能够在将作为复合材料的混合物填充到外壳中的同时防止线圈在外壳中的位置的移位。而且,由于在制造过程中散热台部与外壳分开制造,因此能够容易地成型为任何形状,例如成型为与线圈的形状相符的形状。因此,与在外壳的内底面形成与线圈的形状相符的配合凹槽的情况相比,本发明的电抗器能够采用形状更简单的外壳,从而同样表现出外壳的优异的可制造性。因此,本发明的电抗器还表现出了优异的生产率。
此外,由于树脂成型部由绝缘树脂制成,因此,借助设在线圈与磁芯之间的绝缘树脂或设在线圈与散热台部之间的绝缘树脂,能够增强线圈与磁芯之间的绝缘性或线圈与散热台部之间的绝缘性。
作为本发明的电抗器的构成部件,可以适当使用本发明的下述电抗器用线圈部件。本发明的电抗器用线圈部件用作电抗器的构成部件,所述电抗器包括套筒状的线圈、设置在所述线圈的内侧和外侧以形成闭合磁路的磁芯以及收纳所述线圈和所述磁芯的外壳。所述磁芯的至少一部分由含有磁性体粉末和树脂的复合材料形成。所述电抗器用线圈部件包括:套筒状的线圈;树脂成型部,其由绝缘树脂形成,并且所述树脂成型部覆盖所述线圈的外周的至少一部分,以保持所述线圈的形状;以及散热台部,其由磁性金属材料形成,并且所述散热台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,以形成所述外壳的至少一部分。
如上所述,本发明的电抗器用线圈部件包括具有优异的导热性的散热台部(线圈可以以稳定的方式设置在散热台部上)。而且,线圈和散热台部借助树脂成型部彼此结合成一体。在该结构中,由于本发明的电抗器用线圈部件设置在电抗器用外壳中,因此能够获得具有优异的散热特性的电抗器。而且,如上所述,能够容易地处置本发明的电抗器用线圈部件,并且还能够容易地设置在电抗器用外壳中。因此,电抗器用线圈部件还能够有助于提高具有优异的散热特性的电抗器的生产率。
根据本发明的电抗器的一个方面,所述线圈包括并排设置的一对套筒状的线圈元件,并且所述磁芯由所述复合材料形成。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,所述磁芯可以用于由复合材料制成的电抗器,并且所述线圈包括并排设置的一对套筒状的线圈元件。
在上述模式中,由于包括一对线圈元件,因此即使线匝的数量很大,也能够缩短线圈沿轴向的长度,从而能够实现尺寸的减小。而且,在前述模式中,尽管整个磁芯都由复合材料形成,但由于设置有散热台部,因此也能够获得优异的散热特性。而且,在上述模式中,通过改变磁性体粉末的类型或含量,能够容易地制造各种磁特性的磁芯,并且在磁芯的形状方面存在很大的灵活性。
根据本发明的电抗器的一个方面,所述线圈只包括一个套筒状的线圈元件,在所述磁芯中,设置在所述线圈元件的外周侧的部分的至少一部分由所述复合材料形成,并且在所述线圈元件的外周上,所述复合材料所覆盖的部分被形成所述树脂成型部的树脂覆盖。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,线圈可以包括一个套筒状的线圈元件。在线圈元件的外周上,复合材料所覆盖的部分被形成树脂成型部的树脂覆盖。这种电抗器用线圈部件用于电抗器,其中,在磁芯中,设置在线圈元件的外周侧处的部分的至少一部分由复合材料形成。
由于包括一个套筒状的线圈元件,因此上述模式能够提供小尺寸的电抗器。而且,在这种模式中,尽管线圈的外周的至少一部分被复合材料覆盖,但由于设置有散热台部,因此也能够表现出优异的散热特性。
根据本发明的电抗器和用于电抗器的线圈部件的一个方面,在所述散热台部中,所述树脂成型部所覆盖的区域的至少一部分被实施表面粗糙化处理。
借助表面粗糙化处理,能够增大散热台部与形成树脂成型部的树脂之间的接触面积,由此能够增强大散热台部与形成树脂成型部的树脂之间的粘合性。因此,在这种模式中,线圈和散热台部经由形成树脂成型部的树脂彼此牢固地结合在一起。因此,线圈的热量能够容易地传递到散热台部,并且表现出优异的散热特性。而且,同样由于表面粗糙化处理增大了散热台部本身的表面面积的事实,这种模式提供了优异的散热特性。
根据本发明的电抗器和用于电抗器的线圈部件的一个方面,所述散热台部具有固定孔,所述固定孔螺固有用于将所述散热台部固定在所述外壳上的紧固部件。
在上述模式中,散热台部能够可靠地固定在外壳上,并且线圈的穿过散热台部传递的热量能够有效地传递到外壳外侧的安装对象。因此,获得了优异的散热特性。而且,在这种模式中,线圈在外壳中的位置在长时间内都不会发生移位。
根据本发明的电抗器和用于电抗器的线圈部件的一个方面,所述外壳和所述散热台部均包括彼此接合的接合部。
在上述模式中,无需使用诸如螺栓等任何紧固部件,便可将散热台部定位在外壳中。因此,实现了电抗器的优异的生产率。而且,在上述模式中,线圈的穿过散热台部传递的热量能够有效地传递到外壳外侧的安装对象。因此,获得了优异的散热特性。
根据本发明的电抗器的一个方面,在所述外壳上形成有台部凹槽,所述散热台部的至少一部分配合在所述台部凹槽中。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,散热台部的至少一部分配合到形成在外壳上的台部凹槽中。
在上述模式中,由于散热台部的至少一部分配合在外壳中,因此如上所述,无需使用诸如螺栓等任何紧固部件便可定位散热台部。因此,表现出了电抗器的优异的生产率,并且还获得了优异的散热特性。而且,由于散热台部的形状简单,因此台部凹槽的形状同样为简单的形状。因此,能够容易地形成外壳。
根据本发明的电抗器的一个方面,电抗器包括:盖部,其覆盖所述外壳的开口部;以及盖侧台部,其由非磁性金属材料形成,并且所述盖侧台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,所述盖部附接在所述盖侧台部上。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,还可以包括盖侧台部。盖侧台部可以由非磁性金属材料制成,并且被形成树脂成型部的树脂保持为与线圈一体。覆盖外壳的开口部的盖部可以附接在盖侧台部上。
在上述模式中,由于除了包括散热台部之外还包括盖侧台部,因此盖侧台部和盖部也可以用作散热路径,由此获得了更优异的散热特性。而且,由于外壳的开口部被盖部覆盖,因此能够实现外壳中的收纳物应对外部环境的保护和机械保护。
根据本发明的电抗器的一个方面,在所述磁芯中,设置在所述线圈内侧的内芯部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,在包括在电抗器中的磁芯中,设置在线圈内侧的内芯部被形成树脂成型部的树脂保持为与线圈一体。
在上述模式中,由于除了结合线圈之外,磁芯的一部分也被树脂成型部结合成一体,因此实现了电抗器的优异的可组装性。
作为本发明的电抗器的一种模式,所述线圈可以被收纳在所述外壳中使得所述线圈的轴线与所述外壳的外底面平行。而且,作为本发明的电抗器用线圈部件的一种模式,线圈可以借助树脂成型部附接在散热台部上,使得在线圈收纳在电抗器所包括的外壳中时,线圈的轴线与外壳的外底面平行。
在上述模式中,能够构造处于水平收纳模式的电抗器。在线圈的外周面中,能够充分而广泛地固定与安装对象相距短的区域。从而实现优异的散热特性。而且,与竖直收纳模式相比,更容易减小体积。因此,能够容易地将线圈部件(为本发明的电抗器用线圈部件,其中,线圈和散热部件通过树脂成型部结合成一体)收纳在外壳中。因此,表现出优异的可组装性。
根据本发明的电抗器和用于电抗器的线圈部件的一个方面,所述散热台部包括与所述线圈的外周面相符的支撑面。
由于线圈的外周面的较宽区域设置为经由支撑面紧靠散热台部,因此还能够将线圈的热量有效地传递到散热台部。因此,这种模式提供了优异的散热特性。而且,由于形成树脂成型部的树脂在线圈的外周面与散热台部的支撑面之间呈现出均一的厚度,因此这种模式还提供了优异的绝缘性能。
本发明的转换器包括本发明的电抗器。本发明的功率转换器件包括本发明的转换器。
本发明的转换器或本发明的功率转换器件包括表现出了优异的散热特性的本发明的电抗器。因此,本发明的转换器或本发明的功率转换器件具有优异的散热特性,并且可以用作车载部件,特别是转换器的构成部件或者用作功率转换器件的构成部件。
本发明的有益效果
本发明的电抗器具有优异的散热特性。使用本发明的电抗器用线圈部件,能够获得具有优异的散热特性的电抗器。
附图说明
图1中的(A)是根据第一实施例的电抗器的示意性透视图;而图1中的(B)是沿图1中的(A)中的线B-B截取的截面图。
图2是根据第一实施例的电抗器的分解透视图。
图3中的(A)是被包括在根据第一实施例的电抗器中的线圈部件的树脂成型部保持的构成部件的示意性透视图;而图3中的(B)是内芯部的示意性透视图。
图4是根据第二实施例的电抗器的示意性透视图。
图5中的(A)是包括在根据第二实施例的电抗器中的线圈部件的示意性透视图;而图5中的(B)是沿图4中的(A)中的线B-B截取的截面图。
图6中的(A)是根据第三实施例的电抗器的示意性透视图;而图6中的(B)是包括在电抗器中的线圈部件的示意性透视图。
图7是示出包括在根据第五实施例的电抗器中的线圈、内芯部和散热台部的示意性透视图。
图8是示出包括在根据第五实施例的电抗器中的线圈、内芯部和散热台部的示意性透视图,示出线圈的端面形状不相同的实例。
图9是示意性示出混合动力车辆的电源系统的示意性结构图。
图10是示出包括本发明转换器的本发明功率转换器件的一个实例的示意性电路图。
具体实施方式
在下文中,将参考附图对本发明的各个实施例进行具体的描述。在所有附图中,相同的附图标记表示具有相同名称的元件。
[第一实施例]
将参考图1至图3对根据第一实施例的电抗器1A进行描述。电抗器1A包括主要由一个套筒状的线圈元件(其由螺旋地缠绕的导线2w制成)制成的线圈2以及设置在线圈2的内侧和外侧以形成闭合磁路的磁芯3。线圈2和磁芯3收纳在有底筒状外壳4A中。通常使用具有安装在诸如冷却基座等安装对象上的外壳4A的电抗器1A。磁芯3包括设置在线圈2中的柱状内芯部31和设置在线圈2的外周侧的外芯部32。此处,外芯部32由含有磁性体粉末和树脂的复合材料制成。外壳4A为底部40与壁部41一体成型的箱型元件。电抗器1A的特征在于线圈部件20A的设置,在线圈部件20A中,线圈2和散热台部5A(其固定在外壳4A上以形成外壳4A的底部40的一部分)被树脂成型部21保持为一体。在下文中,将对每个结构进行详细的描述。
(线圈部件)
将参考图2和图3对线圈部件20A进行描述。包括在根据第一实施例的电抗器1A中的线圈部件20A包括线圈2、散热台部5A、构成磁芯3的内芯部31以及将上述元件保持为一体的树脂成型部21。
<线圈>
线圈2包括由多个线匝(其通过螺旋地缠绕一根连续的导线2w而形成)构成的线圈元件。导线2w优选为包括由诸如铜、铝及其合金等导电材料制成的导体的涂层导线。导体的外周周围设置有由绝缘材料(典型地为诸如聚酰胺-酰亚胺等釉质材料)制成的绝缘涂层。导体可以具有各种形状,例如截面形状为矩形的矩形导线、截面形状为圆形的圆形导线或者截面形状为多边形的变形导线。在本文中,线圈(线圈元件)2是通过以扁立(edgewise)的方式缠绕覆有涂层的矩形导线形成的扁立线圈,其中,导体是由铜制成的矩形导线,并且绝缘层由釉质制成。扁立线圈能够增大占空系数以形成紧凑的线圈,并且有助于减小电抗器的尺寸。
可以适当选择线圈(线圈元件)2的端面形状。在本文中,端面为由直线和圆弧组合而成的跑道形状,并且线圈2的外周面的至少一部分由平面形成。在本文中,根据第一实施例的电抗器1A处于水平收纳模式,在该模式中,线圈2被收纳在外壳4A中,使得线圈2的轴线与由外壳4A中的平面形成的外底面40o(图1中的(B))平行。在水平收纳模式中,由于线圈2的外周面的平面设置为与外壳4的外底面40o平行,因此能够以稳定的方式设置线圈2,并且能够增大从线圈2的外周面到外底面40o相距较短的区域。因此,能够增强散热特性。因此,在水平收纳模式中,优选这样的线圈:线圈的外周面的至少一部分由平面形成,例如,上述的跑道形状。其它合适的形状还可以包括例如,线圈的各个端面均为具有被倒圆的角部(参见图7,将在下文中对其进行描述)的多边形(例如,矩形)。另一方面,当线圈2的端面形状基本上仅由曲线(例如圆形或椭圆形)形成时,即使导线是矩形导线,也能容易地缠绕导线,因而表现出线圈的优异的可制造性。由于散热台部5A的设置,因此即使使用圆筒状的线圈,也能够以稳定的方式设置线圈。
在形成线圈2的导线2w方面,各端部侧的区域从图3所示的转弯部适当地引出,并且由诸如铜或铝等导电材料制成的端子部件连接到导线2w。经由端子部件给线圈2供电。在第一实施例中,在线圈2的一个端侧沿径向引出导线2w的一个端部侧的区域。导线2w的另一端部侧的区域朝线圈2的一个端侧折回,并且同样沿径向引出(在图3中,两个相反端部均从导线2w向上引出)。这能够实现将导线2w的两个相反端部设置在线圈2的一个端侧处,并且能够容易地进行端子部件等的附接工作。可以适当选择导线2w的两个相反端部的引出方向。例如,导线2w的两个相反端部能够如第二实施例(稍后将对其进行描述(图5))所示那样分别在线圈2的一个端侧和另一端侧处引出。需要注意的是,尽管导线2w的两个相反端部通常露在外壳4A的外侧,但也可以收纳在外壳4A中。
在线圈2中,在某些情况下,与转弯部相比,可以将高电压施加在导线2w的从转弯部延伸的引出部上。因此,当绝缘物质设置在与磁芯3(外芯部32)接触的导线2w的各引出部中的至少一部分上(图1)时,能够增强线圈2与磁芯3(具体而言,外芯部32)之间的绝缘性。在本文中,如图1和图2所示,导线2w的引出部被树脂成型部21覆盖。在其它模式中,可以适当缠绕绝缘纸、绝缘带(例如,聚酰亚胺带)或者绝缘膜(例如,聚酰亚胺膜);或者可以设置绝缘管(热缩管和冷缩管中的任何一种)。在导线2w的引出部未被树脂成型部覆盖的模式中,由于能够简化树脂成型部的外部形状,因此能够容易地成型线圈部件。在导线2w的引出部被树脂成型部覆盖的模式中,由于无需单独设置绝缘物质,因此能够实现步骤数量的减少。
<内芯部>
如图3中的(B)所示,插入并设置在线圈2内侧的内芯部31是具有与线圈2的内周形状相符的外部形状的柱状元件。在本文中,内芯部31由使用了软磁性金属粉末的粉末磁芯形成。稍后将给出内芯部31的细节。
<散热台部>
散热台部5A设置为覆盖线圈2的表面的一部分,并且利用树脂成型部21(图2)保持这种布置状态。在电抗器1A已经组装好的状态下,散热台部5A固定在外壳4A的底部40(图1)上,并且形成外壳4A的一部分并支撑线圈2。此外,散热台部5A用作散热路径。
由于散热台部5A设置为紧靠线圈2,因此散热台部5A的材料应当为非磁性材料。而且,由于散热台部5A用作线圈2的散热路径,因此散热台部5A的材料应当为通常表现出优异导热性的金属材料。散热台部5A的构成材料可以包括例如铝、铝合金、镁和镁合金。在本文中,应注意的是,由于非磁性金属重量轻,因此它们适合作为需要重量轻的车载部件的构成材料。由于散热台部5A由金属制成,因此能够通过铸造、切削加工、塑性加工等容易地制造期望形状的散热台部。在本文中,散热台部5A由铝合金制成。
如图3中的(A)所示,散热台部5A是四边形的板状部件,并且散热台部5A在线圈2的轴向上的长度与线圈2在轴向上的长度大致相同。沿线圈(线圈元件)2的外周面在线圈2的整个长度上设置散热台部5A。与线圈2的外周面相对的一个表面(即,支撑面50)的形状与线圈2的外周面相符。支撑面50由曲面和平面形成,类似于跑道形状的线圈2的外周面。支撑面50具有能够覆盖线圈2的外周面的一部分(在本文中为安装侧(图3中的(A)的底侧)的区域)的区域。与支撑面50相反的表面(即,安装面50d(图1中的(B)中的底面))由平面形成,并且与由外壳4A的平面(图1中的(B))形成的内底面接触。散热台部5A的端面50e均为]形,端面50e在中部的厚度比较小,并且朝两个相反的边缘侧增加。侧面50s均由矩形平面形成。
散热台部5A的角部具有固定孔51,螺栓(紧固部件)100拧入固定孔51中,以将散热台部5A固定在外壳4A(图1中的(B))上。如图3中的(A)所示,固定孔51的形成部从侧面50s突出。可以适当选择固定孔51的数量,只要可以将散热台部5A固定或设置在外壳4A上即可。采用通过螺栓100实现的固定结构,能够充分保持线圈部件20A相对于外壳4A的位置。
散热台部可以不包括固定孔。例如,采用散热台部的安装面设置为与外壳接触的模式,便可以省去螺栓,以及可以减少部件件数并且实现紧固工作的消除。因此,表现出优异的可组装性。可选地,采用通过粘合剂将散热台部固定在外壳上的模式,能够获得如下优点:(1)部件数量的减少;(2)散热台部与外壳之间的粘合性的提高;以及(3)线圈部件相对于外壳的布置状态的保持。
可选地,散热台部和外壳可以均具有接合部。例如,与第二实施例(稍后将给出描述)一样,外壳4B可以设置有台部凹槽401(图5中的(B)),由此散热台部5B的至少一部分可以配合在台部凹槽401中;外壳可以设置有突出部,由此散热台部可以设置有与突出部配合的通孔或凹部;外壳可以设置有凹部,由此散热台部可以设置有配合到凹部中的突出部;或者可以以组合的方式实施上述模式。而且,也可以组合使用上述粘合剂。在上述模式的任一模式中,能够容易地相对于外壳定位线圈部件,并且能够保持线圈部件的位置。外壳还可以设置有定位突出部,并且通过使散热台部的一部分与突出部接触进行定位。
由于基本上线圈2的整个外周都被树脂成型部21(将在下文中对其进行描述)覆盖,因此线圈2与散热台部5A之间设有形成树脂成型部21的树脂。因此,能够增强线圈2与主要由金属材料形成的散热台部5A之间的绝缘性。在本文中,由于散热台部5A的支撑面50与线圈2的外周面相符,因此形成树脂成型部21的树脂在线圈2与支撑面50(图1中的(B))之间呈现出均一的厚度。
当散热台部5A的表面的至少一部分(特别是树脂成型部21(将在下文中对其进行描述)所覆盖的区域)被实施表面粗糙化处理时,能够增强散热台部5A与形成树脂成型部21的树脂之间的粘合性,因而这是优选的。具体而言,为了增强线圈2与散热台部5A之间的粘合性,散热台部5A中的将线圈2的外周面覆盖的支撑面50的至少一部分优选地被实施表面粗糙化处理。
表面粗糙化处理可以包括例如提供最大高度为1mm以下并且优选地为0.5mm以下的小凹凸部的过程。具体而言,能够采用用于增强金属与树脂之间的粘合性的已知方案,例如:(1)以铝阳极氧化为代表的阳极氧化处理;(2)利用任何已知方案进行针状电镀(acicular plating);(3)利用任何已知方案注入分子结化合物;(4)通过激光进行微细凹槽的加工;(5)使用任何已知的特殊溶液进行纳米级的波纹成形(dimple formation);(6)蚀刻处理;(7)喷砂或抛丸处理;(8)锉磨处理;(9)利用氢氧化钠进行消光处理;以及(10)通过金属丝刷进行磨削处理。期望的是,这种表面粗糙化处理得到的表面面积的增加还能够改善散热特性。
而且,还可以通过使常用金属经过切削加工形成任何凹槽(第二实施例,将在下文中对其进行描述)或孔,或者通过进行铸造、塑性加工等将表面成形为凹凸形状来实现散热台部5A的表面面积的增加。因此,可以期望,通过增大散热台部5A与形成树脂成型部21的树脂之间的接触面积能够提高粘合性或散热特性。
在散热台部5A中,树脂成型部21所覆盖的区域越大,越能够增强散热台部5A与树脂成型部21之间的粘合性。结果是,树脂成型部21牢固地保持线圈2以及散热台部5A。在本文中,除了安装面50d(为相对于外壳4A的接触面)之外,散热台部5A都被树脂成型部21覆盖。由于安装面50d暴露在树脂成型部21外,因此热量容易从散热台部5A传递到外壳4A,从而获得优异的散热特性。在其它可能的模式中,端面50e和侧面50s中的一部分或每一个均可以暴露在树脂成型部21外。
<树脂成型部>
树脂成型部21覆盖线圈2的表面的至少一部分并且将线圈2保持为特定形状。由于树脂成型部21,线圈2不会膨胀或收缩,因此在组装过程中能够容易地进行处置。而且,在本文中,树脂成型部21还起到将线圈2保持在压缩状态而非其自然长度的作用。因此,线圈2的长度比自然长度更短,从而使线圈2的尺寸变得较小。而且,由于树脂成型部21由绝缘树脂制成并且覆盖线圈2的表面,因此树脂成型部21还起到增强线圈2与周围部件(磁芯3、散热台部5A等)之间的绝缘性的作用。而且,树脂成型部21还用作将线圈2和散热台部5A保持为一体的部件。就根据第一实施例的电抗器1A而言,树脂成型部21还将线圈2、散热台部5A和内芯部31保持为一体。因此,由于电抗器1A采用这种线圈部件20A,因此组装部件的数量少并且表现出优异的可组装性。
在本文中,树脂成型部21覆盖由线圈2、插入并设置在线圈2内侧的内芯部31以及设置为将线圈2的外周面的一部分覆盖的散热台部5A组成的组装体的除导线2w的与端子部件连接的两个相反端部和散热台部5A的安装面50d之外的区域。即,树脂成型部21覆盖:线圈2的导线2w的内周面和外周面、一对端面以及引出部的一部分;内芯部31的整个外周面;以及散热台部5A的支撑面50、侧面50s和端面50e。
可以适当选择被树脂成型部21覆盖的区域。例如,线圈2的转弯部的一部分可以不被树脂成型部21覆盖并且可以暴露在外。具体而言,即使形成树脂成型部21的树脂仅设在线圈2与散热台部5A之间,也能够实现线圈2的形状的保持和线圈2与散热台部5A之间的绝缘性。可选地,对于线圈2的外周而言,当形成树脂成型部21的树脂至少覆盖形成外芯部32的复合材料所覆盖的部分时,能够实现线圈2的形状的保持和线圈2与磁芯3(外芯部32)之间的绝缘性。但在本实施例中,当线圈2基本上被完全覆盖时,形成树脂成型部21的树脂设在线圈2与磁芯3之间,并且设在线圈2与散热台部5A之间。因此,能够增强线圈2与磁芯3之间的绝缘性和线圈2与散热台部5A之间的绝缘性。而且,树脂成型部21所覆盖的线圈2的区域越大,越容易保持线圈2的形状。
尽管在本文中内芯部31的两个相反端面31e和两个相反端面31e的附近区域未被树脂成型部21覆盖并且暴露在外侧而与形成外芯部32(将在下文中对其进行描述)的复合材料接触,但也可以采用至少一个端面31e被树脂成型部21覆盖的模式。此时,内芯部31的端面31e上的树脂能够用作间隔。
可以适当选择树脂成型部21的厚度,例如约为0.1mm至10mm。树脂成型部21的厚度越大,越能增强绝缘性能;厚度越小,越能增强散热特性,此外还能够实现线圈部件的尺寸的减小。当采用小厚度时,厚度优选地约为0.1mm至3mm,并且应当在满足期望绝缘强度等的范围内适当选择。而且,在整个覆盖部分上,厚度可以是均一的,或者可以局部变化。例如,如图1中的(B)所示,当树脂成型部21中的仅仅覆盖散热台部5A的部分的厚度相对较小而覆盖线圈2的部分的厚度相对较大时,能够有效增强线圈2与磁芯3之间的绝缘性和线圈2与散热台部5A之间的绝缘性。在本文中,均一地设定树脂成型部21中的覆盖线圈2表面的部分的厚度,但也同样均一地设定覆盖散热台部5A的部分的厚度,尽管设定得厚度较小。因此,线圈部件20A的外部形状与由线圈2、内芯部31和散热台部5A组成的组装体的形状类似。需要注意的是,利用设在线圈2与内芯部31之间的形成树脂成型部21的树脂使线圈2和内芯部31同轴设置。
作为形成树脂成型部21的绝缘树脂,优选使用的树脂是具有绝缘特性和耐热性的任何树脂,绝缘特性使得线圈2与磁芯3之间以及线圈2与散热台部5A之间彼此能够完全绝缘,耐热性使得在电抗器1A工作期间达到最高温度时树脂不会软化。而且,树脂应当能够经受转移成型或注塑成型。例如,能够适当使用诸如环氧树脂、硅树脂、不饱和聚酯等热固性树脂或者诸如聚苯硫醚(PPS)树脂、液晶聚合物(LCP)等热塑性树脂。当将树脂和填充物(由选自如下群组的至少一种类型的陶瓷制成,该群组包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅)的混合物用于树脂成型部21时,能够提高绝缘性能,并且还能够改善散热特性。具体而言,当将导热率为1W/m·K以上(进一步为2W/m·K以上)的树脂用于树脂成型部21时,能够获得优异的散热特性,因而该导热率的树脂是优选的。在本文中,对于树脂成型部21而言,使用含有填充物的环氧树脂(导热率:2W/m·K)。
在制造线圈部件20A时,例如可以使用日本未审查的专利申请公开No.2009-218293中公开的制造方法。线圈部件20A能够利用诸如注塑成型、转移成型、铸塑成型等各种成型方法进行制造。更具体地,通过将线圈2、内芯部31和散热台部5A收纳在模具组件中并且设置任何适当的支撑部件,使得上述元件被期望厚度的树脂覆盖。因此,能够将树脂成型部21成型并且能够制造线圈部件20A。
在制造线圈部件20A时,设置用于保持线圈2与内芯部31之间的间隔的间隔保持部件(未示出),能够更容易地简化模具组件的结构。间隔保持部件例如可以是:设置在内芯部31的外周上的套筒状部件(可以比较短,并且这种套筒状形状可以是由多个分割件组合形成的);具有L形截面并且包括上述套筒状部件和从套筒状部件的外周向外突出的一个或多个平板状凸缘部的环形部件;设置在线圈2与内芯部31之间的板部件;以及上述部件的组合。由于形成树脂成型部21的树脂将间隔保持部件与线圈2和其它部件结合成一体,因此当树脂成型部21由诸如上述PPS树脂、LCP、聚四氟乙烯(PTFE)树脂等绝缘树脂制成时,能够增强线圈2与内芯部31之间的绝缘性。当采用上述套筒状部件或环形部件时,通过部分地减小厚度或进行切削来调节套筒状部件或环形部件的形状或厚度,使得形成树脂成型部21的树脂完全填充在线圈2与内芯部31之间。
(磁芯)
如上所述,磁芯3包括柱状内芯部31(图3中的(B))和设置在内芯部31的端面31e中的至少一者(在本文中为两个相反端面)与线圈2的外周侧处的外芯部32(图1)。外芯部32基本上覆盖线圈部件20A的外周面。当线圈2通电时,磁芯3形成闭合磁路。
<内芯部>
在本文中,由于内芯部31比线圈2沿轴向的长度稍长,因此在内芯部31插入并设置在线圈2中的状态下,内芯部31的两个相反端面31e和附近的外周面从线圈2的端面略微突出(图2)。树脂成型部21保持这种状态。可以适当选择内芯部31从线圈2的各个端面突出的长度(在下文中,称为突出长度)。在本文中,尽管每个突出长度是相等的,但每个突出长度也可以是不同的。可选地,内芯部的长度或内芯部相对于线圈的布置位置能够调节为使突出部仅存在于线圈2的端面中的一个端面处。当内芯部的长度等于或大于线圈的长度时,能够允许线圈2所形成的磁通完全穿过内芯部31。
尽管磁芯3可以整体上由相同材料制成,但在本文中,磁芯3的材料也可以局部不同。内芯部31由粉末磁芯形成,而外芯部32由复合材料形成。
粉末磁芯通常通过在压力作用下将原料粉末成型然后进行适当的热处理而制成。即使粉末磁芯为复杂的三维形状,也能够相对容易地进行成型。原料粉末可以包括涂层粉末,在涂层粉末中,由铁基材料(铁族金属或铁合金)或诸如稀土金属等软磁材料制成的金属颗粒的表面设置有由硅树脂或磷酸盐、铁氧体粉末、或适当混合有诸如热塑性树脂等树脂或诸如高级脂肪酸等添加剂(代表性地为通过热处理进行消散(vanish)或变成绝缘物质的添加剂)的混合粉末制成的绝缘涂层。通过上述制造方法,能够获得如下的粉末磁芯:其中在软磁性颗粒之间设有绝缘物质。由于粉末磁芯表现出优异的绝缘性能,因此能够减小涡流损耗。而且,当通过增加原料的软磁性粉末或成型压力来调节原料或制造条件时,粉末磁芯比形成外芯部32的复合材料更能增大饱和磁通密度。可以采用已知的粉末磁芯作为上述粉末磁芯。
柱状内芯部31可以是使用期望形状的模具组件而成型的一体元件或通过层叠均由粉末磁芯制成的多个芯件而形成的层叠体。层叠体能够被粘合剂或粘合剂带固定为一体元件。在本文中,内芯部31是没有内置间隙部件或空气间隙的实心元件。
<外芯部>
在本文中,外芯部32的形状与由外壳4A的内周面和收纳在外壳4A中的线圈部件20A的外周面形成的空间相符。除了与外壳4A接触的安装面50d和导线2w的两个相反端部之外,线圈部件20A都被外芯部32覆盖。由于外芯部32的一部分设置为连接至内芯部31的两个相反端面31e,因此磁芯3形成闭合磁路。
形成外芯部32的复合材料通常能够使用磁性体粉末和粉末状固体树脂等进行注塑成型、转移成型、MIM(金属注塑成型)、铸塑成型、加压成型而制成。在注塑成型中,在将混合物填充到模具组件中的同时将预定的压力施加至含有磁性体粉末和树脂的混合物,由此将混合物成型。之后,使树脂固化,从而获得复合材料。在转移成型和MIM中,同样通过将原料填充到模具组件中来进行成型。在铸塑成型中,在不施加压力的情况下将混合物倒入到模具组件或外壳4A中。然后,将混合物成型并固化,从而获得复合材料。
当使用模具组件单独地形成复合材料时,用于填充原料所需的时间较短。因此,能够大量生产复合材料,因而表现出优异的生产率。在这种模式中,将成型体(为从模具组件中脱离出来的复合材料)组装在线圈部件20A上并收纳在外壳4A中。然后,通过将散热台部5A固定在外壳4A上来获得电抗器1A。而且,在这种模式中,复合材料,或内芯部31和外芯部32能够利用粘合剂彼此结合在一起。而且,在这种模式中,粘合剂和密封树脂(稍后将对其进行描述)可以填充在外芯部32与外壳4A的壁部41之间,以改善外芯部32与外壳4A的壁部41之间的粘合性。在这种模式中,例如,通过生产均具有]形截面的多个复合材料并且将这些复合材料组合起来,能够容易地覆盖线圈部件20A。当具有]形截面的复合材料的内面形状与线圈部件20A的外部形状相符时,能够充分确保磁路。当复合材料的内面形状不完全与线圈部件20A的形状相符时,复合材料的内面形状为与线圈部件20A的形状粗略相符的简单形状(例如,由多种复合材料的组合形成的内部空间为长方体形状),实现了复合材料的优异的成型性。
另一方面,当使用外壳4A作为模具组件将原料直接填充到外壳4A中来形成复合材料时,获得如下优点:(1)能够省略磁芯3的上述成型步骤、组装步骤和结合步骤;(2)即使线圈部件20A具有复杂的形状,也能够容易地成型具有与线圈部件20A相符的形状的外芯部32;(3)能够容易地使外壳4A和复合材料彼此进行紧密的接触。特别是,当外壳4A的内面同样被实施与散热台部5A类似的表面粗糙化处理时,能够增大外壳4A与外芯部32之间的接触面积,由此能够增强散热特性;以及(4)在原料填充过程中收纳物在外壳4A中的位置将不会容易地发生移位。
形成外芯部32的复合材料中的磁性体粉末可以具有与上述形成内芯部31的软磁性粉末相同的组分,或者具有不同的组分。在组分相同的情况下,由于复合材料含有作为非磁性材料的树脂,因此与粉末磁芯相比具有更小的饱和磁通密度和相对磁导率。因此,在用复合材料形成外芯部32时,能够将外芯部32的相对磁导率设定为比由粉末磁芯制成的内芯部31的相对磁导率小。而且,由于内芯部31为粉末磁芯,因此与设置在线圈2的外周周围的复合材料相比,能够容易地增大饱和磁通密度。
复合材料中的磁性体粉末可以由单一类型的粉末制成或由材料不同的多种类型的粉末制成。形成外芯部32的复合材料优选地为诸如纯铁粉末等铁基粉末。而且,当复合材料为与粉末磁芯类似的涂层粉末时,能够增强软磁性颗粒之间的绝缘性,由此能够减小涡流损耗。
复合材料中的磁性体粉末的平均粒径可以为1μm以上且1000μm以下,特别是10μm以上且500μm以下。而且,当磁性体粉末包括粒径不同的多种类型的粉末(粗粉末和细粉末)时,能够容易地获得高饱和磁通密度和低损耗的电抗器。需要注意的是,复合材料中的磁性体粉末与原料的粉末大致相同(保持一样)。使用平均粒径落在上述范围内的粉末作为原料,表现出了优异的流动性。因此,利用注塑成型等,能够以高生产率制造复合材料。
当复合材料为100%时,形成外芯部32的复合材料中的磁性体粉末的含量可以占40体积%(体积百分比)以上且70体积%以下。由于磁性体粉末占40体积%以上,因此磁性成分的比例十分高,由此能够更容易增强整个磁芯3的诸如饱和磁通密度等磁特性。当磁性体粉末占70体积%以下时,实现了复合材料的优异的可制造性。
用作复合材料中的粘结剂的树脂代表性地可以为诸如环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂和聚氨酯树脂等热固性树脂。其它实例可以包括诸如PPS树脂、聚酰亚胺树脂、氟树脂和聚酰胺树脂等热塑性树脂、室温固化树脂和低温固化树脂。
还能够采用除含有磁性体粉末和树脂之外还含有由诸如陶瓷等非磁性体(氧化铝或二氧化硅)制成的粉末(填充物)的复合材料。填充物有助于改善散热特性,并且抑制磁性体粉末的不均匀分布(实现均匀分布)。而且,当填充物为细颗粒形式时,由于填充物设在磁性体颗粒之间,因此能够抑制因所含有的填充物而造成的磁性体粉末的比例的降低。当复合材料为100质量%(质量百分比)时,填充物的含量应当为0.2质量%以上且20质量%以下,进一步为0.3质量%以上且15质量%以下,特别是0.5质量%以上且10质量%以下。因此,能够充分获得上述效果。
在本文中,外芯部32由涂层粉末构成的复合材料形成,在涂层粉末中,平均粒径为75μm以下的铁基材料(纯铁)的颗粒设置有环氧树脂以及位于颗粒表面上的绝缘涂层(复合材料中的纯铁粉末的含量为40体积%)。而且,同样在外芯部32中未设有间隙部件或空气间隙。因此,磁芯3整体上都无间隙。由于没有包括间隙,因此获得了如下优点:(1)减小了尺寸;(2)降低了损耗;以及(3)在大电流通电时抑制了电感量的减小。需要注意的是,在磁芯3中,可以设有由非磁性材料制成的间隙部件(例如氧化铝板)或空气间隙。
外芯部32的形状没有特别限制,只要能够形成闭合磁路便可。在本实施例中,当线圈部件20A的整个外周基本上都被复合材料覆盖时,复合材料(外芯部32)能够强化线圈部件20A应对外部环境的保护或强化线圈部件20A的机械保护。而且,由于线圈2和外芯部32都能够与散热台部5A(图1中的(B))接触,因此来自外芯部32的热量同样能够经由散热台部5A传递到外壳4A外。
线圈部件20A可以局部暴露在复合材料外。例如,当线圈2(线圈部件20A)的外周面中的设置在外壳4A的开口侧处的区域被露出时,预计到的是,能够增强散热特性。
<磁特性>
如上所述,由于磁芯3由不同的材料制成,因此磁芯3的磁特性局部不同。在本文中,内芯部31的饱和磁通密度比外芯部32的饱和磁通密度高,而外芯部32的相对磁导率比内芯部31的相对磁导率小。具体而言,由粉末磁芯制成的内芯部31具有1.6T以上的饱和磁通密度,为外芯部32的饱和磁通密度的1.2倍以上。内芯部31的相对磁导率为100以上且500以下。由复合材料制成的外芯部32具有0.6T以上的饱和磁通密度,该饱和磁通密度小于内芯部31的饱和磁通密度。外芯部32的相对磁导率为5以上且50以下,优选地为10以上且30以下。由内芯部31和外芯部32组成的整个磁芯3的相对磁导率为10以上且100以下。在内芯部的饱和磁通密度高的模式中,当希望获得与整体上具有均匀饱和磁通密度的磁芯的磁通量相同的磁通量时,可以减小内芯部的截面面积。因此,这种模式有助于减小电抗器的尺寸。在这种模式中,内芯部31的饱和磁通密度为1.8T以上,并且更优选地为2T以上。优选的是,内芯部31的饱和磁通密度为外芯部32的饱和磁通密度的1.5倍,更优选地为1.8倍以上。通过使用电磁钢板(以硅钢板为代表)的层叠体替代粉末磁芯,能够更容易地增大内芯部的饱和磁通密度。另一方面,当外芯部32的相对磁导率设定为低于内芯部31的相对磁导率时,能够抑制磁饱和。因此,例如可以获得无间隙结构的磁芯3。采用无间隙结构的磁芯3,能够减少漏磁通。
(外壳)
在本文中,将线圈部件20A和外芯部32(磁芯3)的组装体收纳的外壳4A是如下的容器,在该容器中,板状底部40(图1中的(B))和设置为立在底部40上的框状壁部41一体成型,并且与底部40相反的一侧是敞开的。底部40的外底面40o由平面形成,并且在电抗器1A安装在诸如冷却基座等安装对象上时,外底面40o的至少一部分(在本文中为整个外底面)变为通过与安装对象接触而被冷却的冷却面。需要注意的是,允许外底面40o局部地包括不与安装对象接触的区域(平面或曲面)。而且,尽管图1示出了外底面40o设置在底侧的模式,但外底面40o也可以设置在侧面(图1中的右侧或左侧)或顶侧。
在本文中,外壳4A的底部40设置有被螺栓100插入的螺栓孔。通过将螺栓100拧入到设置在底部40中的线圈部件20A的固定孔51和这些螺栓孔中,将线圈部件20A固定在外壳4A上,并且使散热台部5A与底部40结合为一体。
在本文中,在外壳4A的形状方面,尽管底部40由四边形板形成并且壁部41为矩形框状,但也可以根据收纳物等的形状适当选择该几何形状。也可以根据外壳4A中的收纳物适当选择外壳4A的尺寸。而且,尽管底部40的外表面和内表面(内底面和外底面40o)形成为平面,但这些表面也可以通过设置有如上所述的接合部等而均具有凹凸形状。
外壳4A保护收纳物使之免受外部环境(灰尘或腐蚀)的影响并且提供机械保护。而且,为了将外壳4A用作散热路径,外壳4A的构成材料优选为导热性优异的材料,特别是导热率比形成磁芯3的磁性体粉末的导热率高的材料。而且,当外壳由非磁性但导电的材料制成时,能够防止漏磁通泄漏到外壳之外。因此,可以使用与散热台部5A类似的非磁性的金属材料(上述铝等材料)作为形成外壳4A的材料。形成外壳4A的材料和形成散热台部5A的材料可以是相同的或可以是不同的。在本文中,外壳4A由铝合金制成。
在通过使用外壳4A作为模具组件进行铸塑成型来成型形成外芯部32的复合材料的情况下,通过采用在外壳4A的内面的至少一部分上设置优选占50面积%(面积百分比)(更优选占80面积%以上)的微小凹凸面的方式,能够增强复合材料与外壳4A之间的粘合性,并且能够改善散热特性。在形成微小凹凸面时,可以采用上述表面粗糙化处理。
此外,外壳4A包括用于将电抗器1A固定在安装对象上的附接部400。附接部400是从底部40的外周朝壁部41的外侧突出的突出件。突出件均设置有被诸如螺栓等紧固部件(未示出)插入的螺栓孔。在本文中,在四边形外壳4A中,各角部分别设置有附接部400。由于设置有附接部400,因此可以容易地将电抗器1A固定在安装对象上。可以适当选择附接部400的附接位置、件数、形状等。也可以省去附接部400。
而且,图2所示的盖部6A设置为覆盖外壳4A的开口部。由于设置有盖部6A,因此能够防止外壳4A中的收纳物脱落,从而保护收纳物。此外,当盖部6A由与外壳4A的构成材料类似的非磁性但导电的材料制成时,能够防止漏磁通的发生。而且,当盖部6A由诸如与外壳4A类似的金属材料等具有优异导热性的材料制成时,还能够期望散热特性的改善。
在本文中,盖部6A是与外壳4A的开口部的形状对应的四边形板部件,并且设置有分别被导线2w的端部插入的导线孔60。而且,在本文中,外壳4A的壁部41一体地包括被用于固定盖部6A的螺栓110拧入的盖台406。盖部6A包括设置有被螺栓110插入的螺栓孔的突出件。在本文中,盖台406设置在形成壁部41的四个面的每一个面上,当盖部6A设置在外壳4A上时,盖部6A的突出件设置在与盖台406的位置对应的位置。可以适当选择盖台406和突出件的形成位置或个数(图4示出了设置有两个盖台406的实例)。
(用途)
在通电条件例如为下述条件时可以适当使用具有上述结构的电抗器1A:最大电流(直流电流)约为100A至1000A;平均电压约为100V至1000V;以及工作频率约为5kHz至100kHz。通常,电抗器1A可以适当地用作电动车辆、混合动力车辆等的车载功率转换器件的构成部件。
(电抗器的尺寸)
当用作车载部件时,包括外壳4A的电抗器1A优选地具有约为0.2升(200cm3)至0.8升(800cm3)的容量。在本实施例中,容量约为540cm3
(电抗器的制造方法)
例如,电抗器1A可以按如下步骤进行制造。在本文中,首先,分别准备好图3所示的线圈2、内芯部31和散热台部5,然后利用树脂成型部21(图2)将上述部件一体成型,以获得线圈部件20A(图2)。
接下来,当通过使用外壳4A作为模具组件进行铸塑成型来制造外芯部32时,如图2所示,将线圈部件20A收纳在外壳4A中。然后,利用螺栓100(图1中的(B))将散热台部5A固定在外壳4A上。可以将粘合剂或润滑剂适当地施加在散热台部5A的安装面50d或外壳4A的内底面上(单独制造复合材料的情况(将在下文中对其进行描述)和下述实施例也同样如此)。当在散热台部5A与外壳4A之间设置润滑剂等时,空气难以设于散热台部5A与外壳4A之间并且散热台部5A与外壳4A彼此可以紧密接触,由此可以增强散热特性。然后,利用作为外芯部32原料的磁性体粉末和树脂以及粘结剂或非磁性体粉末适当地制成混合物。将混合物填充到用作模具组件的外壳4A中,之后使树脂固化。此时,由于线圈部件20A借助螺栓100固定在外壳4A上,因此在树脂固化之前,线圈部件20A在外壳4A中都不会移位。因此,能够精确成型外芯部32。利用上述过程可以获得不带有盖部6A的电抗器。需要注意的是,在图2中未示出外芯部32。
另一方面,当外芯部32是由单独制造的复合材料制成的成型体时,准备好预定形状的复合材料(成型体),以将复合材料组装在线圈部件20A的外周上。由复合材料制成的成型体成型为使包括在线圈部件20A中的散热台部5A的安装面50d暴露在外。然后,将所获得的组合体收纳在外壳4A中,并且利用螺栓100(图1中的(B))将散热台部5A固定在外壳4A上。利用上述过程可以获得不带有盖部6A的电抗器。而且,当不使用外壳4A作为模具组件而是使用由复合材料制成的成型体时,可以用密封树脂填充外壳4A。借助密封树脂,均由复合材料制成的成型体可以彼此固定起来,或者成型体和线圈部件可以彼此固定起来。密封树脂可以是诸如环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂等绝缘树脂。当含有具有优异绝缘性能或散热特性的填充物的树脂用作密封树脂时,能够改善线圈与外壳之间或磁芯与外壳之间的绝缘性以及散热特性。根据密封树脂材料或密封树脂厚度,能够有利地防止振动或噪声。
接下来,将盖部6A设置在外壳4A的开口部并且紧固螺栓110,由此能够获得电抗器1A(图1)。
(效果)
在电抗器1A方面,由于线圈2和散热台部5A被树脂成型部21保持为一体并且散热台部5A形成外壳4A的底部的一部分,因此线圈2能够以稳定的方式设置在外壳4A中。具体而言,即使像电抗器1A那样处于水平收纳模式,也能够以稳定的方式设置线圈2。于是,经由散热台部5A,线圈2的热量能够有效地传递到安装对象。因此,在电抗器1A方面,磁芯3的一部分(在本文中为外芯部32)由含有磁性体粉末和树脂的复合材料制成。尽管线圈2被该复合材料覆盖,但也获得了优异的散热特性。
具体而言,如上所述,由于根据第一实施例的电抗器1A处于水平布置模式,因此从线圈2的外周面到安装对象的距离短的区域是多的。而且,在电抗器1A方面,由于散热台部5A具有与线圈2的外周面相符的支撑面50,因此线圈2的热量能够较容易地传递到散热台部5A。而且,对于电抗器1A而言,由于散热台部5A借助诸如螺栓100等紧固部件牢固地固定在外壳4A上,因此线圈2的热量经由散热台部5A容易地传递到安装对象。同样由于这些方面的存在,电抗器1A具有优异的散热特性。
而且,由于散热台部5A由非磁性材料制成,因此即使散热台部5A设置为紧靠线圈2,散热台部5A对线圈2的磁性影响也非常小。而且,由于包括散热台部5A,因此能够简化外壳4A的形状,由此能够容易地成型外壳4A。此外,绝缘树脂制成的树脂成型部21确保了均主要由金属制成的线圈2与散热台部5A之间的绝缘性。而且,由于电抗器1A包括作为构成元件的线圈部件20A,因此能够容易地处置线圈2。此外,组装部件的数量少,因此表现出优异的可组装性。具体而言,对于电抗器1A而言,由于线圈部件20A同样一体地保持磁芯3的一部分(内芯部31),因此也表现出了优异的可组装性。
此外,由于磁芯3的至少一部分(在本文中为外芯部32)为上述复合材料,因此获得了如下效果。
(1)能够容易地形成外芯部32,即使外芯部32具有复杂的形状也如此,即,覆盖结合成一体的线圈2、内芯部31和散热台部5A的线圈部件20A。
(2)当采用外壳4A用作模具组件进行铸塑成型时,由于磁芯3可以与外芯部32同时形成,因此所涉及的制造步骤的数量较少,由此表现出优异的生产率。
(3)内芯部31和外芯部32能够借助形成外芯部32的树脂彼此结合在一起。而且,即使省略螺栓100,形成外芯部32的树脂也能够将线圈部件20A与外壳4A彼此结合在一起。
(4)能够容易地改变外芯部32的磁特性。
(5)由于与材料仅为树脂的情况相比,覆盖线圈部件20A(线圈2)的外周的材料含有磁性体粉末,因此导热率更高并且获得了优异的散热特性。
(6)由于形成外芯部32的材料含有树脂,因此即使在不包括盖部6A的模式中,也能够实现线圈部件20A对外部环境的保护和机械保护。
[第二实施例]
将参考图4和图5对根据第二实施例的电抗器1B进行描述。根据第二实施例的电抗器1B的基本结构与根据第一实施例的电抗器1A的基本结构类似。有底筒状外壳4B收纳有线圈部件20B,在线圈部件20B中,主要由一个套筒状的线圈元件构成的线圈2、内芯部31(图5)和散热台部5B(图5)被树脂成型部21保持为一体。线圈部件20B(线圈2)的外周侧被由含有磁性体粉末和树脂的复合材料制成的外芯部32覆盖。根据第二实施例的电抗器1B与根据第一实施例的电抗器1A的主要区别在于散热台部5B的形状以及散热台部5B和外壳4B的布置状态。在下文中,将主要对这些区别进行描述,而不对与第一实施例类似的结构和效果进行描述。需要注意的是,图5中的(B)仅示出外芯部32、外壳4B、散热台部5B的截面。
如图5所示,散热台部5B是与根据第一实施例的散热台部5A类似的四边形板状部件,并且散热台部5B包括由与线圈2(线圈元件)的外周面相符的曲面和平面形成的支撑面50以及由平面形成的安装面50d(图5中的(B)中的底面)。由于散热台部5B没有任何固定孔51(图1中的(B)),因此角部不突出,并且散热台部5B具有比散热台部5A更简单的外形。具体而言,端面均为]形,而安装面50d和侧面50s均为矩形,端面、安装面50d和侧面50s均由平面形成。但是支撑面50包括设置为从一个端面到另一端面的线性树脂凹槽52。在本文中,多个树脂凹槽52从一个侧面50s到另一侧面50s设置为彼此平行,由此支撑面50为凹凸形状。树脂凹槽52能够增加散热台部5B与形成树脂成型部21的树脂之间的接触面积。结果是,线圈2和散热台部5B彼此能够紧密接触。如图5中的(B)所示,树脂凹槽52填充有形成树脂成型部21的树脂。在本文中,树脂凹槽52通过切削加工形成。可以适当选择树脂凹槽52的形状和数量。例如,树脂凹槽52可以是网格状的或曲线状的,并且数量可以设置为一个。设置至少一个孔来替代树脂凹槽52也可以实现类似的效果。
与根据第一实施例的外壳4A类似,外壳4B为底部40和壁部41被一体成型的长方体形状的容器。具体而言,对于外壳4B而言,如图5中的(B)所示,底部40包括四边形台部凹槽401,包括在线圈部件20B中的散热台部5B的端面和侧面50s部分地配合到四边形台部凹槽401中。通过将散热台部5B部分地配合在台部凹槽401中,线圈部件20B被定位在外壳4B中并且保持在这个位置。在本文中,台部凹槽401设置为在散热台部5B配合到台部凹槽401中时侧面50s部分地暴露在台部凹槽401外。可以适当改变台部凹槽401的深度,例如,台部凹槽401可以足够深以使散热台部5B和线圈2的一部分配合在台部凹槽401中。而且,在散热台部5B中,当将要配合在台部凹槽401中的区域(端面或侧面50s)的一部分暴露在树脂成型部21外以与台部凹槽401接触时,形成外壳4B的金属与形成散热台部5B的金属彼此直接接触。因此,能够增强散热特性。
当外壳4B用作模具组件并且利用铸塑成型法形成外芯部32(与第一实施例类似)时,将散热台部5B配合在外壳4B的台部凹槽401中以定位在外壳4B中。在该状态下,将外芯部32的原料混合物填充到外壳4B中,并且将树脂固化。另一方面,当外芯部32是由单独制造的复合材料制成的成型体时,复合材料应当成型为在组装复合材料(成型体)时使将要配合在台部凹槽401中的散热台部5B的上述区域露出。
在根据第二实施例的电抗器1B方面,由于覆盖线圈2外周面的散热台部5B中的一部分为凹凸形状,因此利用树脂成型部21,线圈2与散热台部5B能够彼此紧密接触,由此线圈2的热量能够经由散热台部5B有效地传递到安装对象。而且,对于电抗器1B而言,由于散热台部5B配合在外壳4B的底部40中,由此散热台部5B与外壳4B结合成一体,因此能够进一步将线圈的热量从散热台部5B有效地传递到外壳4B外。因此,电抗器1B具有更优异的散热特性。而且,对于电抗器1B而言,散热台部5B无需使用螺栓100(图1)便可定位在外壳4B中,由此表现出优异的可组装性。而且,由于散热台部5B的外形为简单的形状,因此台部凹槽401的形状同样简单。因此,与在外壳的底部形成符合线圈2外形的凹槽的情况相比,能够更容易地形成台部凹槽401。因此,对于电抗器1B而言,同样表现出外壳4B的优异的生产率。
此外,根据第二实施例的电抗器1B同样具有覆盖外壳4B的开口部的四边形板状盖部6B。盖部6B与包括在根据第一实施例的电抗器1A中的盖部6A的区别在于设置导线切口61来代替导线孔60(图2)。在这种方式下,还可以适当改变盖部6B的规格。
[第三实施例]
将参考图6对根据第三实施例的电抗器1C进行描述。根据第三实施例的电抗器1C的基本结构与根据第一实施例的电抗器1A的基本结构类似。有底筒状外壳4C收纳有线圈部件20C,在线圈部件20C中,主要由一个套筒状的线圈元件构成的线圈2、内芯部31、散热台部5A被树脂成型部21保持为一体。线圈部件20C(线圈2)的外周侧被由含有磁性体粉末和树脂的复合材料制成的外芯部32覆盖。而且,电抗器1C同样包括覆盖外壳4C的开口部的四边形板状盖部6C。根据第三实施例的电抗器1C与根据第一实施例的电抗器1A的主要区别在于除了设置有散热台部5A之外还设置有盖侧台部5C。在下文中,将主要对这个区别进行描述,而不对与第一实施例类似的结构和效果进行描述。
盖侧台部5C与在第一实施例的部分中所述的散热台部5A类似,区别仅在于布置位置。即,盖侧台部5C同样由非磁性金属材料制成,并且包括与线圈2的外周面相符的支撑面。然后,相对于线圈2的轴线,将盖侧台部5C设置为与散热台部5A相对。盖侧台部5C被树脂成型部21保持为与线圈2一体。相应地,树脂成型部21将线圈2、散热台部5A、盖侧台部5C和内芯部31结合成一体,以形成包括在电抗器1C中的线圈部件20C。
当线圈部件20C收纳在外壳4C中时,树脂成型部21将台部5A、5C相对于线圈2的位置保持在线圈2的外周面中;散热台部5A设置在安装侧(图6中的底侧);盖侧台部5C设置在外壳4C的开口侧(图6中的顶侧);以及与盖侧台部5C的支撑面相反的面(图6中的(B)中的顶面)朝向上方。然后,对于电抗器1C而言,利用螺栓110将盖部6C附接为接触盖侧台部5C的与支撑面相反的面。对于盖侧台部5C而言,包括在散热台部5A中的固定孔51(图1中的(B))用作被螺栓110附接以固定盖部6C的固定孔51C。
与包括在根据第一实施例的电抗器1A中的盖部6A类似,盖部6C同样包括被导线2w的端部插入的导线孔60。盖部6C还包括被螺栓110插入的螺栓孔62。与包括在根据第一实施例的电抗器1A中的盖部6A和包括在根据第二实施例的电抗器1B中的盖部6B不同,由于盖部6C包括螺栓孔62,因此无需带有螺栓孔的突出件。因此,盖部6C具有简单的形状。而且,对于电抗器1C而言,如上所述,由于盖部6C附接在盖侧台部5C上,因此外壳4C无需盖台406(图1),从而具有简单的形状。
除了包括散热台部5A之外,根据第三实施例的电抗器1C还包括由表现出优异导热性的材料制成的盖侧台部5C。由于盖部6C固定在盖侧台部5C上,因此盖侧台部5C和盖部6C这二者都可以用作散热路径。因此线圈2的热量能够传递到外壳4C外。因此,电抗器1C能够增强外壳4C的开口侧处的区域的散热特性,由此能够实现更优异的散热特性。而且,由于电抗器1C包括作为构成元件的线圈部件20C(其中,盖侧台部5C同样被树脂成型部21保持为与线圈2一体),因此不会引起组装部件数量的增加,从而表现出优异的可组装性。而且,由于在线圈2与盖侧台部5C之间设有形成树脂成型部21的树脂,因此同样表现出优异的绝缘性能。
需要注意的是,在成型线圈部件20C时,将树脂成型部21形成为使得散热台部5A的安装面50d(图1中的(B))以及盖侧台部5C相对于盖部6C的接触面(与支撑面相反的面)暴露在树脂成型部21外。而且,散热台部的有关事项(表面粗糙化处理、施加润滑剂或粘合剂)也可以应用于盖侧台部5C。
[第四实施例]
在第一实施例至第三实施例的部分中,已经对如下模式进行了描述:内芯部31由粉末磁芯制成,以及外芯部32仅由复合材料制成。还能够采用这样的模式:内芯部也由含有磁性体粉末和树脂的复合材料制成,即,整个磁芯由复合材料制成的模式。在这种情况下,例如,内芯部和外芯部可以由相同的复合材料制成。在这种情况下,形成芯部的复合材料的磁性体粉末的含量可以为40体积%以上且70体积%以下;饱和磁通密度可以为0.6T以上;相对磁导率可以为5以上且50以下,优选地为10以上且30以下;以及整个磁芯的相对磁导率可以为5以上且50以下。而且,在这种情况下,可以使用外壳作为模具组件将内芯部和外芯部一体成型,或者内芯部和外芯部均可以形成为由复合材料制成的成型体。
可选地,内芯部和外芯部可以由不同的复合材料制成。对于这种结构而言,例如,在使用相同的磁性体粉末时,可以仅通过改变磁性体粉末的含量来调节饱和磁通密度或相对磁导率。因此,还有利于容易地制造出任何期望特性的复合材料。在特定模式中,内芯部和外芯部分别由材料或磁性体粉末含量不同的复合材料形成,并且像第一实施例至第三实施例那样,内芯部的饱和磁通密度较高,而外芯部的相对磁导率较低,或者相反,内芯部的相对磁导率较低,而外芯部的饱和磁通密度较高。通过增大磁性体粉末的混合量,能够容易地获得具有高饱和磁通密度和高相对磁导率的复合材料。另一方面,通过减少上述混合量,能够容易地获得具有低饱和磁通密度和低相对磁导率的复合材料。还能够预先用期望组分的原料单独制备柱状复合材料(成型体),并且能够将柱状复合材料用作内芯部和外芯部。形成内芯部和外芯部中的每一个的复合材料可以具有如下特性:磁性体粉末的含量为40体积%以上且70体积%以下;饱和磁通密度为0.6T以上;相对磁导率可以为5以上且50以下;并且优选地为10以上且30以下。磁芯的相对磁导率总体上可以为5以上且50以下。
[第五实施例]
在第一实施例至第四实施例的部分中,已经对包括一个线圈元件的模式进行了描述。在其它可能的模式中,如图7和图8所示的线圈2D和线圈2E,可以包括通过螺旋地缠绕的导线2w制成的一对线圈元件2a、2b。线圈2D与线圈2E之间的主要区别在于端面形状。图7所示的线圈2D的线圈元件2a、2b的端面形状为角部被倒圆的四边形。与第一实施例一样,图8所示的线圈2E的线圈元件2a、2b的端面形状为跑道形状。
包括在图7和图8分别所示的线圈2D和线圈2E中的每一者中的一对线圈元件2a、2b并排设置(平行)为线圈元件2a、2b的轴线彼此平行。线圈元件2a、2b借助由折回的导线2w的一部分形成的连结部2r彼此连接。还能够采用这样的模式:线圈元件2a、2b由不同的导线制成,并且分别形成线圈元件2a、2b的导线的一个端部利用诸如TIG焊接等焊接、压力固定、锡焊等方法进行结合。在其它可能的模式中,一个端部经由单独制备的连接部件彼此结合。然后,例如在水平收纳模式中,形成这样的线圈部件:散热台部5D或5E被树脂成型部(未示出)保持为一体,并排设置的线圈元件2a、2b中每一者的安装侧表面可以设置在散热台部5D或5E上。散热台部5D、5E均可以为具有E形端部并且包括与线圈元件2a、2b的外周面相符的支撑面50a、50b的部件。在本文中,尽管示出了设置一个散热台部5D或5E用于一对线圈元件2a、2b的模式,但还能够采用设置有两个散热台部的模式,即,设置具有支撑面50a的散热台部和具有支撑面50b的散热台部。当包括一对线圈元件2a、2b时,在采用水平收纳模式的情况下,表现出了优异的散热特性。此外,线圈部件能够以稳定的方式设置在外壳中而不会受到连结部2r的阻碍。
在同样包括两个线圈元件2a、2b的情况下,能够采用这样的模式:与第一实施例一样,内芯部由粉末磁芯形成,以及外芯部由复合材料形成。在这种情况下,如图7和图8所示,准备好分别插入和设置在线圈元件2a、2b中的一对内芯部31a、31b。而且,在这种情况下,与第一实施例一样,可以通过使用外壳作为模具组件将外芯部成型。可选地,可以组装由成型为任何适当形状(例如,长方体形状)的复合材料制成的成型体作为外芯部。在其它可能的模式中,在同样包括两个线圈元件2a、2b的情况下,可以与第三实施例一样包括盖侧台部。与散热台部5D、5E类似,当盖侧台部具有与线圈元件2a、2b的外周面相符的支撑面时,可以构造表现出更优异的散热特性的电抗器。
[第六实施例]
在同样包括两个线圈元件2a、2b的情况下,与第四实施例一样,磁芯可以全部由复合材料制成。在这种情况下设置在线圈元件2a、2b中的内芯部可以均为由复合材料制成的成型体,而设置在线圈元件2a、2b外侧的外芯部可以与第一实施例一样使用外壳作为模具组件成型。可选地,内芯部和外芯部可以均为由复合材料制成的成型体。内芯部和外芯部可以由相同的复合材料制成。在这种情况下,形成芯部的复合材料的磁性体粉末的含量可以为40体积%以上且70体积%以下;饱和磁通密度可以为0.6T以上;相对磁导率可以为5以上且50以下,优选地为10以上且30以下。磁芯的相对磁导率总体上可以为5以上且50以下。而且,在这种情况下,当使用外壳作为模具组件一体成型内芯部和外芯部这二者时,可以省去组装工作。
可选地,内芯部和外芯部可以由不同的复合材料制成。对于这种结构而言,例如,在使用相同的磁性体粉末时,可以仅通过改变磁性体粉末的含量来调节饱和磁通密度或相对磁导率。因此,还有利于容易地制造出任何期望特性的复合材料。通过调节磁性体粉末的材料或含量,例如能够实现内芯部的饱和磁通密度较高而外芯部的相对磁导率较低的模式,或者能够实现内芯部的相对磁导率较低而外芯部的饱和磁通密度较高的模式。形成内芯部和外芯部中的每一者的复合材料可以具有如下性能:磁性体粉末的含量为40体积%以上且70体积%以下;饱和磁通密度可以为0.6T以上;相对磁导率可以为5以上且50以下,优选地为10以上且30以下。磁芯的相对磁导率总体上可以为5以上且50以下。在这种情况下,当内芯部和外芯部均为由复合材料制成的成型体时,表现出了优异的可制造性。
[变型例1]
在第一实施例的部分中,尽管已经对水平收纳模式进行了描述,但在第一实施例至第六实施例中均可以采用竖直收纳模式。对于竖直收纳模式而言,能够更容易减少相对于安装对象的接触面积,并且能够实现安装面积尺寸的减小。
对于竖直收纳模式而言,例如,能够形成下述模式的磁芯。内芯部的一个端面从线圈的将与外壳的内底面接触的一个端面突出。内芯部的从线圈突出的一个端面侧的外周面和内芯部的另一端面与形成外芯部的复合材料接触。例如,与第一实施例一样,散热台部为具有与线圈的外周面相符的支撑面的板状部件,并且板状部件的与支撑面相反的面可以用作与外壳的壁部接触的接触面。散热台部的端面可以用作将与外壳的内底面接触的安装面。而且,与第三实施例一样,可以包括一对这样的散热台部并且设置为线圈设在这些散热台部之间。然后,各个散热台部的壁部的接触面可以与四边形外壳的相对壁部接触。在其它可能的模式中,散热台部例如可以为杆状、板状或L形,并且可以仅设置在线圈的一个端面侧。在这种情况下,可以适当选择散热台部的形状和个数以及树脂成型部的形状,使得磁通量能够在内芯部与外芯部之间完全通过。
[变型例2]
在第一实施例的部分中,已经对同样结合有内芯部31的线圈部件进行了描述。另一方面,第一实施例至第六实施例均可以采用线圈部件没有内芯部31、31a或31b的模式。即,线圈和散热台部可以被树脂成型部保持,并且线圈部件可以具有用于插入并设置内芯部31、31a或31b的中空孔。在制造线圈部件时,可以使用芯部替代上述内芯部31。而且,通过调节设置在线圈2(线圈元件)的内侧的树脂的厚度来形成中空孔,这样树脂可以用于定位内芯部31、31a或31b。
[第七实施例]
根据第一实施例至第六实施例和变型例1、2中的任一个的电抗器例如可以用作安装在车辆等上的转换器的构成部件或者用作包括转换器的功率转换器件的构成部件。
例如,如图9所示,诸如混合动力车辆或电动车辆等车辆1200包括主电池1210、与主电池210连接的功率转换器件1100以及受从主电池1210供给来的用于驱动行驶的功率驱动的电动机(负载)1220。电动机1220代表性地为三相交流电动机。电动机1220在行驶模式中驱动车轮1250并且在再生模式中用作发电机。当车辆为混合动力车辆时,车辆1200除了包括电动机1220之外还包括发动机。尽管图9示出了作为车辆1200的充电部的入口,但还可以包括插塞。
功率转换器件1100包括与主电池1210连接以对输入电压进行转换的转换器1110以及与转换器1110连接以在直流和交流之间进行相互转换的逆变器1120。当车辆1200处于行驶模式时,本实例中的转换器1110将主电池1210的直流电压(输入电压)从大约200V至300V升压到大约400V至700V,并且将升压后的功率供给到逆变器1120。而且,在再生模式中,转换器1110将通过逆变器1120从电动机1220输出的直流电压(输入电压)降压至适于主电池1210的直流电压,使得该直流电压用于对主电池1210进行充电。当车辆1200处于行驶模式时,逆变器1120将由转换器1110升压后的直流转换成预定的交流,并且将转换的功率供给到电动机1220,以驱动电动机1220。在再生模式中,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10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(开关操作)来对输入电压进行转换(在该情况下,执行升压和降压)。可以使用诸如FET和IGBT等功率器件作为开关元件1111。电抗器L利用线圈对流过电路的电流变化施加干扰的特性,并且因此具有如下的功能:当通过开关操作使电流增加或减小时使得变化平滑。电抗器L为根据第一实施例至第六实施例和变型例1、2中任一个的电抗器。由于包括具有优异的散热特性的电抗器,因此功率转换器件1100和转换器1110同样表现出优异的散热特性。
除了包括转换器1110之外,车辆1200还包括与主电池1210连接的供电装置用转换器1150以及辅助电源用转换器1160,辅助电源用转换器1160与用作辅助装置1240的电源的备用电池1230连接并且还与主电池210连接,以将主电池1210的高压转换成低压。转换器1110通常进行直流-直流(DC-DC)转换,而供电装置用转换器1150和辅助电源用转换器1160进行交流-直流(AC-DC)转换。一些类型的供电装置用转换器1150进行直流-直流转换。供电装置用转换器1150和辅助电源用转换器1160均可具有与根据第一实施例至第六实施例和变型例1、2的电抗器类似的结构,并且可适当改变电抗器的尺寸和形状。而且,根据上述第一实施例至第六实施例和变型例1、2中任一个的电抗器可用作如下的转换器:进行输入功率的转换并且仅进行升压或降压。
需要注意的是,本发明不限于上述实施例,并且可以在不脱离本发明的要点的范围内作出适当地修改来进行实践。
例如,可以采用在线圈与散热台部之间除了设有形成树脂成型部的树脂之外还设有密封树脂的模式,或者可以采用线圈和散热台部被密封树脂结合成一体的模式。在这些模式中,由于至少存在于线圈与散热台部之间的密封树脂能够保持线圈与散热台部之间的相对位置,因此线圈的热量能够以优异的方式传递到散热台部。而且,散热台部被实施表面粗糙化处理,从而可以增大密封树脂与散热台部之间的接触面积,并且可以进一步增强散热特性。在其它可能的模式中,当磁芯为由复合材料或粉末磁芯形成的成型体时,能够容易地将磁芯组装在线圈上。因此,可以省去树脂成型部,并且线圈、磁芯和散热台部可以借助粘合剂彼此固定在一起,或者可以被收纳在外壳中然后利用上述密封树脂等进行固定。
工业实用性
本发明的电抗器能够用作诸如安装在车辆(例如混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动汽车、燃料电池汽车)上的直流-直流转换器、空调转换器等功率转换器件的构成部件。本发明的电抗器用线圈部件可以用作用于功率转换器件的电抗器的构成部件。
附图标记列表
1A、1B、1C:电抗器
2、2D、2E:线圈
2w:导线
2a、2b:线圈元件
2r:连结部
20A、20B、20C:线圈部件
21:树脂成型部
3:磁芯
31、31a、31b:内芯部
31e:端面
32:外芯部
4A、4B、4C:外壳
40:底部
40o:外底面
41:壁部
400:附接部
401:台部凹槽
406:盖台
5A、5B、5D、5E:散热台部
5C:盖侧台部
50、50a、50b:支撑面
50d:安装面
50s:侧面
50e:端面
51、51C:固定孔
52:树脂凹槽
6A、6B、6C:盖部
60:导线孔
61:导线切口
62:螺栓孔
100、110: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:供电装置用转换器
1160:辅助电源用转换器
1200:车辆
1210:主电池
1220:电动机
1230:备用电池
1240:辅助装置
1250:车轮

Claims (14)

1.一种电抗器,包括:
套筒状的线圈;
磁芯,其设置在所述线圈的内侧和外侧,以形成闭合磁路;以及
外壳,其收纳所述线圈和所述磁芯,其中
所述磁芯的至少一部分由含有磁性体粉末和树脂的复合材料形成,所述电抗器还包括:
树脂成型部,其由绝缘树脂形成,并且所述树脂成型部覆盖所述线圈的外周的至少一部分,以保持所述线圈的形状;以及
散热台部,其由非磁性金属材料形成,并且所述散热台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,以形成所述外壳的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的电抗器,其中,
所述线圈包括并排设置的一对套筒状的线圈元件,并且
所述磁芯由所述复合材料形成。
3.根据权利要求1所述的电抗器,其中,
所述线圈只包括一个套筒状的线圈元件,
在所述磁芯中,设置在所述线圈元件的外周侧的部分的至少一部分由所述复合材料形成,并且
在所述线圈元件的外周上,所述复合材料所覆盖的部分被形成所述树脂成型部的树脂覆盖。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电抗器,其中,
在所述散热台部中,所述树脂成型部所覆盖的区域的至少一部分被实施表面粗糙化处理。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电抗器,其中,
所述散热台部具有固定孔,所述固定孔螺固有用于将所述散热台部固定在所述外壳上的紧固部件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电抗器,其中,
所述外壳和所述散热台部均包括彼此接合的接合部。
7.根据权利要求6所述的电抗器,其中,
在所述外壳上形成有台部凹槽,所述散热台部的至少一部分配合在所述台部凹槽中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电抗器,还包括:
盖部,其覆盖所述外壳的开口部;以及
盖侧台部,其由非磁性金属材料形成,并且所述盖侧台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,所述盖部附接在所述盖侧台部上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电抗器,其中,
在所述磁芯中,设置在所述线圈内侧的内芯部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电抗器,其中,
所述线圈被收纳在所述外壳中使得所述线圈的轴线与所述外壳的外底面平行。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电抗器,其中,
所述散热台部包括与所述线圈的外周面相符的支撑面。
12.一种转换器,其包括根据权利要求1至11中任一项所述的电抗器。
13.一种功率转换器件,其包括根据权利要求12所述的转换器。
14.一种用于电抗器的电抗器用线圈部件,所述电抗器包括套筒状的线圈、设置在所述线圈的内侧和外侧以形成闭合磁路的磁芯以及收纳所述线圈和所述磁芯的外壳,所述电抗器用线圈部件包括:
套筒状的线圈;
树脂成型部,其由绝缘树脂形成,并且所述树脂成型部覆盖所述线圈的外周的至少一部分,以保持所述线圈的形状;以及
散热台部,其由非磁性金属材料形成,并且所述散热台部被形成所述树脂成型部的树脂保持为与所述线圈一体,以形成所述外壳的至少一部分,其中,
所述磁芯的至少一部分由含有磁性体粉末和树脂的复合材料形成。
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