CN105281543B - Lc滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明的LC滤波器具备：第一AC电抗器，具有第一芯部以及卷绕于第一芯部的一部分的第一线圈部，第一线圈部的一方的端子连接于交流电源；第二AC电抗器，具有第二芯部以及在与该第二芯部之间设置第一间隙地卷绕于第二芯部的一部分的第二线圈部，第二线圈部的一方的端子连接于将交流电压转换为直流电压的电力转换部；电容器；壳体，收纳这些部件；冷却风导入部，设置在壳体的一面，导入冷却风；冷却风排出部，设置在壳体的与上述一面相对的另一面，以冷却风向规定的方向流动的方式排出冷却风，第二AC电抗器被配置成在第二线圈部的外周部与壳体之间设置有第二间隙，并且被配置成第二线圈部的轴向与冷却风沿第二间隙流动的方向一致。

Description

LC滤波器
技术领域
本发明涉及一种在将交流电源转换为直流电源、或者将直流电源转换为交流电源的电力转换装置中使用的LC滤波器，特别涉及一种具备冷却AC电抗器的功能的LC滤波器。
背景技术
作为通过对驱动马达驱动装置的交流电源进行基于PWM的开关控制来抑制负载电流中包含的高次谐波电流从而改善功率因素的装置，已知一种PWM转换器。
PWM转换器进行基于PWM的开关控制，因此在与交流电源之间的路径上输出包含数kHz以上的高频的矩形波的交流电压。矩形波的交流电压包含电源频率中所不包含的高频成分，因此在这种PWM转换器中，一般采用在与交流电源之间设置用于使高频的矩形波的交流电压通过的低通滤波器(LC滤波器)来去除高频的结构。
图1中示出LC滤波器的基本结构例。图1示出了在PWM转换器1002与三相交流电源1000的中间配置了LC滤波器1001的结构。
PWM转换器用的LC滤波器1001为被称作T型滤波器的、在电容器C1～C3的两端具备电感La1～La3和Lb1～Lb3的结构。作为实现两个电感的AC电抗器1010、1020一般使用两个类似的结构(芯以相同方向配置的结构)的电抗器。另外，AC电抗器一般为自然空气冷却方式(例如日本特开2007-221858号公报(JP2007-221858))。
关于这两个AC电抗器1010、1020的电感L，由于需要抑制从PWM转换器1002侧流入的高频电流的峰值，因此PWM转换器1002侧的L大，交流电源1000侧的L小。因而，PWM转换器侧的AC电抗器B(1020)的容量一般比交流电源侧的AC电抗器A(1010)的容量大。另外，为了卷绕线圈，AC电抗器的外形一般为长方体的外形。
另外，电感中产生的损失的大部分是在高频电流流动的PWM转换器侧的L中产生的。因而，只在转换器侧的AC电抗器B(1020)中流过高频电流而温度上升更大。
以往，由于AC电抗器又大又重，因此构成LC滤波器的两个AC电抗器和电容器等没有被收纳在一个壳体中。
在想要将这两个AC电抗器收纳在同一个壳体中的情况下，存在如下问题：由于电源侧的小的AC电抗器的高度与转换器侧的大的AC电抗器的高度不同而产生无用空间，使得壳体的体积变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够高效地冷却AC电抗器、且能够实现收纳LC滤波器部的壳体的小型化和轻量化的LC滤波器。
本发明的第一方式的LC滤波器的特征在于，具备：第一AC电抗器，其具有第一芯部以及卷绕于该第一芯部的一部分的第一线圈部，该第一线圈部的一方的端子连接于交流电源；第二AC电抗器，其具有第二芯部以及在与该第二芯部之间设置第一间隙地卷绕于第二芯部的一部分的第二线圈部，该第二线圈部的一方的端子连接于将交流电压转换为直流电压的电力转换部；电容器，其一方的端子连接于第一线圈部的另一方的端子和第二线圈部的另一方的端子；壳体，其收纳第一AC电抗器、第二AC电抗器以及电容器；冷却风导入部，其设置在壳体的一面，导入冷却风；以及冷却风排出部，其设置在壳体的与上述一面相对的另一面，以冷却风向规定的方向流动的方式排出冷却风，其中，第二AC电抗器被配置成在第二线圈部的外周部与壳体之间设置有第二间隙，并且被配置成第二线圈部的轴向与冷却风沿第二间隙流动的方向一致。
本发明的第二方式的LC滤波器的特征在于，在上述第一方式的LC滤波器中，上述第一AC电抗器被配置成在上述第一线圈部的外周部与上述壳体之间设置有第三间隙，并且被配置成上述第一线圈部的轴向与冷却风沿上述第三间隙流动的方向一致。
本发明的第三方式的LC滤波器的特征在于，在上述第一方式或第二方式的LC滤波器中，上述第二AC电抗器被配置成比上述第一AC电抗器靠近上述冷却风导入部。
本发明的第四方式的LC滤波器的特征在于，在上述第一方式的LC滤波器中，上述LC滤波器被配置成上述第一AC电抗器的第一线圈部的轴与上述第二AC电抗器的第二线圈部的轴形成大致90度的角度。
本发明的第五方式的LC滤波器的特征在于，在上述第四方式的LC滤波器中，上述第二AC电抗器的高度与上述第一AC电抗器的高度大致相等。
本发明的第六方式的LC滤波器的特征在于，在上述第一方式至第五方式中的任一方式的LC滤波器中，上述第一线圈部的另一方的端子与上述第二线圈部的另一方的端子直接连接。
本发明的第七方式的电力转换装置的特征在于，具备上述第一方式至第六方式中的任一方式的LC滤波器。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过结合附图进行的以下实施方式的说明会变得更加明确。在该附图中，
图1是以往的LC滤波器的结构图，
图2A是本发明的实施例1所涉及的LC滤波器的俯视图，
图2B是本发明的实施例1所涉及的LC滤波器的侧视图，
图3是本发明的实施例2所涉及的LC滤波器的侧视图，
图4是本发明的实施例3所涉及的LC滤波器的侧视图，
图5是本发明的实施例4所涉及的LC滤波器的侧视图，以及
图6是本发明的实施例4的其它实施方式所涉及的LC滤波器的侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的LC滤波器。但是，需要注意的是，本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，还包括权利要求书中记载的发明及其同等物。
[实施例1]
首先，使用附图来说明本发明的实施例1所涉及的LC滤波器。图2A和图2B表示本发明的实施例1所涉及的LC滤波器的结构，图2A表示俯视图，图2B表示侧视图。
本发明的实施例1所涉及的LC滤波器101的特征在于，具备：第一AC电抗器1，其具有第一芯部11以及卷绕于该第一芯部的一部分的第一线圈部12，该第一线圈部的一方的端子连接于交流电源；第二AC电抗器2，其具有第二芯部21以及在与该第二芯部之间设置第一间隙23地卷绕于第二芯部的一部分的第二线圈部22，该第二线圈部的一方的端子连接于将交流电压转换为直流电压的电力转换部；电容器3，其一方的端子连接于第一线圈部12的另一方的端子16和第二线圈部22的另一方的端子26；壳体4，其收纳第一AC电抗器1、第二AC电抗器2以及电容器3；冷却风导入部5，其设置在壳体的一面，导入冷却风；以及冷却风排出部6，其设置在壳体的与上述一面相对的另一面，以冷却风向规定的方向流动的方式排出冷却风，其中，第二AC电抗器2被配置成在第二线圈部的外周部24与壳体4之间设置有第二间隙25，并且被配置成第二线圈部的轴向20与冷却风沿第二间隙流动的方向50一致。
构成第一AC电抗器1的第一芯部11和第二AC电抗器2的第二芯部21的铁芯使用由铁氧体等磁性材料构成的一个铁芯。
在第一芯部11的一部分卷绕有第一线圈部12，在第二芯部21的一部分卷绕有第二线圈部22。另外，如图2B所示，在第二AC电抗器2的第二芯部21与第二线圈部22之间形成有第一间隙23。另一方面，在第二AC电抗器2的第二线圈部22的外周部24与壳体4之间设置有第二间隙25。
在壳体4处设置有冷却风导入部5和冷却风排出部6，从设置在壳体4的外部的风扇等冷却装置(未图示)送来的冷却风从冷却风导入部5流向冷却风排出部6。此时，在第二间隙25中，冷却风向图2B的箭头50的方向流动。另一方面，在第一间隙23中，冷却风向箭头51的方向流动。
在实施例1所涉及的LC滤波器101中，以第二AC电抗器2的第二线圈部22的轴向20与冷却风沿第二间隙25流动的方向50一致的方式配置第二AC电抗器2。并且，第二AC电抗器2的第二线圈部22的轴向20与冷却风沿第一间隙23流动的方向51也一致。其结果，冷却风能够高效地冷却第二线圈部22。
另外，在图2B中示出在壳体4的底面附近形成有冷却风的流路50和51的情形，但并不限于此，冷却风的流路50和51优选形成在第二线圈部22所靠近的壳体4的四个面的全部。
并且，通过将冷却风的流路50和51限定为第一间隙23和第二间隙25这种有限的区域，能够提高第一间隙23和第二间隙25中的冷却风的流速。其结果，能够提高第二芯部21和第二线圈部22的冷却效率，从而能够提高冷却效率。
另外，电感中产生的损失的大部分是在高频电流流动的第二AC电抗器2中产生的，因此只在第二AC电抗器2中流过高频电流，第二AC电抗器2中的温度上升比第一AC电抗器1中的温度上升大。因此，优选配置成第二AC电抗器2比第一AC电抗器1靠近冷却风导入部5。其结果，能够高效地冷却AC电抗器。
根据本发明的实施例1所涉及的LC滤波器，由于以冷却风的流路的方向与线圈附近的间隙方向为相同方向的方式配置了成为高温的第二AC电抗器，因此冷却风直接流过线圈和芯部，能够提高冷却效率。
[实施例2]
接着，使用附图来说明本发明的实施例2所涉及的LC滤波器。在图3中示出本发明的实施例2所涉及的LC滤波器的侧视图。实施例2所涉及的LC滤波器102与实施例1所涉及的LC滤波器101不同的点在于第一AC电抗器1被配置成在第一线圈部12的外周部14与壳体4之间设置有第三间隙15，并且被配置成第一线圈部12的轴向10与冷却风沿第三间隙15流动的方向52一致。实施例2所涉及的LC滤波器102的其它结构与实施例1所涉及的LC滤波器101的结构相同，因此省略详细的说明。另外，在图3中，为了使说明简单而省略了图2A和图2B所示的电容器3。
在实施例2所涉及的LC滤波器102中，配置成在第一AC电抗器1与壳体4之间设置第三间隙15，并配置成第一线圈部12的轴向10与冷却风沿第三间隙15流动的方向52一致，因此能够通过冷却风高效地冷却第一线圈部12。
并且，通过将冷却风的流路52限定为第三间隙15这种有限的区域，能够提高第三间隙15中的冷却风的流速。其结果，能够提高第一芯部11和第一线圈部12的冷却效率，从而能够提高冷却效率。
另外，如图3所示，第一AC电抗器1的尺寸比第二AC电抗器2的尺寸小。因此，第一AC电抗器1的第一线圈部12的外周部14与壳体4靠近的面限定为壳体4的四个面中的一个或两个面。在图3中，例示了使第一AC电抗器1靠近壳体4的底面的配置，但并不限于此，也可以使第一AC电抗器1靠近壳体4的侧面、上表面。但是，在壳体4的底面附近的温度相比于上表面附近的温度低的情况下，优选使第一AC电抗器1靠近壳体4的底面。
并且，第一AC电抗器1被配置在比第二AC电抗器2靠近冷却风排出部6的区域，因此还考虑根据第一AC电抗器1所配置的位置而第二AC电抗器2的附近的冷却风的流路会受到影响的情况。因此，优选以使冷却风在第二AC电抗器2的第二线圈部22的周边均匀地流过的方式配置第一AC电抗器1。例如，考虑使第三间隙15比第二间隙25(参照图2B)大。通过这样，能够缓和由于第三间隙15导致的对冷却风的流路的限定，从而能够将第二线圈部22的周边处的冷却风的流动维持均匀。
根据实施例2所涉及的LC滤波器，不仅能够提高第二AC电抗器的冷却效率还能够提高第一AC电抗器的冷却效率，因此能够提高LC滤波器整体的冷却效率。
[实施例3]
接着，使用附图来说明本发明的实施例3所涉及的LC滤波器。在图4中示出本发明的实施例3所涉及的LC滤波器的侧视图。实施例3所涉及的LC滤波器103与实施例2所涉及的LC滤波器102不同的点在于配置成第一AC电抗器1的第一线圈部12的轴10’与第二AC电抗器2的第二线圈部22的轴20形成大致90度的角度。实施例3所涉及的LC滤波器103的其它结构与实施例2所涉及的LC滤波器102的结构相同，因此省略详细的说明。另外，在图4中为了使说明简单，省略了图2A和图2B所示的电容器3。
在实施例3所涉及的LC滤波器中，能够配置成第一AC电抗器1的第一线圈部12的轴10’与第二AC电抗器2的第二线圈部22的轴20形成大致90度的角度，并使第一AC电抗器1靠近第二AC电抗器2。因此，能够缩短壳体4的在冷却风的流路方向上的长度，去除无用的空间，从而能够使LC滤波器103的壳体4的尺寸小型化。
另外，第一AC电抗器1被配置在冷却风排出部6的附近，因此优选以使第二AC电抗器2的第二线圈部22的附近处的冷却风的流动维持均匀的方式配置第一AC电抗器1。例如，优选如图4所示那样第一AC电抗器1的第一芯部11与壳体4之间的距离在壳体4的底面和上表面均等。通过这样，能够使在第二AC电抗器2的第二线圈部22的附近流动的冷却风的流动均匀，因此能够均匀地冷却第二AC电抗器2。
并且，优选第二AC电抗器2的高度与第一AC电抗器1的高度大致相等。在该情况下，第二AC电抗器2与壳体4之间的距离同第一AC电抗器1与壳体4之间的距离相等，因此能够维持在第二AC电抗器2的第二线圈部22的附近流动的冷却风的均匀性。并且，在以使第一AC电抗器1和第二AC电抗器的高度一致的方式进行AC电抗器的设计的情况下，为了容易地进行制造，优选以使芯的层叠厚度尽可能小的方式进行设计。
[实施例4]
接着，使用附图来说明本发明的实施例4所涉及的LC滤波器。在图5中示出本发明的实施例4所涉及的LC滤波器的侧视图。实施例4所涉及的LC滤波器104与实施例1所涉及的LC滤波器101不同的点在于第一线圈部12的另一方的端子16与第二线圈部22的另一方的端子26通过端子座32直接连接。实施例4所涉及的LC滤波器104的其它结构与实施例1所涉及的LC滤波器101的结构相同，因此省略详细的说明。
根据实施例4所涉及的LC滤波器，通过将第一AC电抗器1和第二AC电抗器2的端子之间直接连结，不需要用于在各AC电抗器的端子间进行中继的线缆等，能够实现壳体的小型化。另外，在直接连结时，考虑在双方的端子开设所谓的自由尺寸孔(日语：ばか穴)并使用螺钉和螺母进行紧固，或在一方的端子打入嵌入螺母并用螺钉、螺栓进行紧固，或在端子处安装连接器。
在图6所示的实施例4的LC滤波器的变形例中，示出了第一线圈部12的另一方的端子16与第二线圈部22的另一方的端子26通过螺钉33直接连接的例子。
以上，关于本发明的实施例所涉及的LC滤波器中所包括的第一AC电抗器1和第二AC电抗器2例示了均为三相的情况，但不限于此，即使是单相也同样能够实施本发明。
另外，在以上的说明中将LC滤波器作为独立于电力转换装置的结构进行了说明，但是也可以是电力转换装置具备上述所说明的LC滤波器。
如以上所说明的那样，根据本发明，能够高效地冷却AC电抗器，能够实现收纳LC滤波器部的壳体的小型化和轻量化。

Claims (7)

1.一种LC滤波器，其特征在于，具备：
第一AC电抗器，其具有第一芯部以及卷绕于该第一芯部的一部分的第一线圈部，该第一线圈部的一方的端子连接于交流电源；
第二AC电抗器，其具有第二芯部以及在与该第二芯部之间设置第一间隙地卷绕于上述第二芯部的一部分的第二线圈部，该第二线圈部的一方的端子连接于将交流电压转换为直流电压的电力转换部；
电容器，其一方的端子连接于上述第一线圈部的另一方的端子和上述第二线圈部的另一方的端子；
壳体，其收纳上述第一AC电抗器、上述第二AC电抗器以及上述电容器；
冷却风导入部，其设置在上述壳体的一面，导入冷却风；以及
冷却风排出部，其设置在上述壳体的与上述一面相对的另一面，以冷却风向规定的方向流动的方式排出冷却风，
其中，上述第二AC电抗器被配置成在上述第二线圈部的外周部与上述壳体之间设置有第二间隙，并且被配置成上述第二线圈部的轴向与冷却风沿上述第二间隙流动的方向一致，
上述第二AC电抗器的尺寸比上述第一AC电抗器的尺寸大。
2.根据权利要求1所述的LC滤波器，其特征在于，
上述第一AC电抗器被配置成在上述第一线圈部的外周部与上述壳体之间设置有第三间隙，并且被配置成上述第一线圈部的轴向与冷却风沿上述第三间隙流动的方向一致。
3.根据权利要求1或2所述的LC滤波器，其特征在于，
上述第二AC电抗器被配置成比上述第一AC电抗器靠近上述冷却风导入部。
4.根据权利要求1所述的LC滤波器，其特征在于，
上述LC滤波器被配置成上述第一AC电抗器的第一线圈部的轴与上述第二AC电抗器的第二线圈部的轴形成大致90度的角度。
5.根据权利要求4所述的LC滤波器，其特征在于，
上述第二AC电抗器的高度与上述第一AC电抗器的高度大致相等。
6.根据权利要求1或2所述的LC滤波器，其特征在于，
上述第一线圈部的另一方的端子与上述第二线圈部的另一方的端子直接连接。
7.一种电力转换装置，其特征在于，
具备根据权利要求1至6中的任一项所述的LC滤波器。
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