CN105895335B - 线圈组件及包括该线圈组件的高电流电感器和高电流反应器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的示例性实施例的线圈组件包括磁芯、包围所述磁芯的一部分的线筒以及卷绕在所述线筒上的线圈。因此，可以降低由所述磁芯与所述线筒之间的摩擦产生的噪声。

Description

线圈组件及包括该线圈组件的高电流电感器和高电流反应器
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月12日提交的韩国专利申请No.2015-0021332的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用的方式全部并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种高电流电感器(high current inductor)或高电流反应器(highcurrent reactor)中包含的线圈组件。
背景技术
在太阳能光伏系统、风能发电系统、电动汽车等中使用的电感器或反应器包括卷绕在磁芯上的线圈。这里，线筒包围磁芯，并且线圈卷绕在线筒上。
同时，当在磁性材料上施加外部磁场时，会发生磁性转变(magnetictransformation)，并且因此产生形状变化。这种现象被称为磁致伸缩(magnetostriction)，并且每种磁性材料存在内禀磁致伸缩值(intrinsicmagnetostriction value)。
因此，当在磁性材料上施加外部磁场时，磁芯和线筒由于磁致伸缩而彼此摩擦，并且可能产生高频噪声。
用于功率因数校正(power factor correction，PFC)的高电流电感器和用于PFC的高电流电感器主要安装在室内或有限空间中，并且因此它们的使用可能由于磁致伸缩引起的噪声而有问题。
发明内容
本发明涉及提供一种线圈组件，以及包括该线圈组件的高电流电感器和高电流反应器。
本发明的一个方面提供了一种线圈组件，所述线圈组件包括：磁芯；线筒，所述线筒包围所述磁芯的一部分；以及，线圈，所述线圈卷绕在所述线 筒上。
所述线筒可以包围所述磁芯的侧表面的一部分。
所述线筒可以包围所述磁芯的侧表面的40％至90％的面积。
所述线圈组件可以进一步包括形成在所述磁芯与所述线筒之间的中间层。
所述中间层可以包含硅。
所述线筒可以包含塑料或具有绝缘表面的金属。
所述磁芯可以包含从由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和Fe-B-Si-Nb-Cu基磁粉组成的组中选择的至少一种。
本发明的另一个方面提供了一种线圈组件，所述线圈组件包括：磁芯；第一线筒，所述第一线筒包围所述磁芯的侧表面的一部分；第二线筒，所述第二线筒与所述第一线筒分隔开并且所述第二线筒包围所述磁芯的侧表面的一部分；以及，线圈，所述线圈卷绕在所述线筒上。
所述第一线筒和所述第二线筒对称地设置在所述磁芯的两侧表面上。
本发明的又一个方面提供了一种包括至少一个线圈组件的用于功率因数校正的高电流电感器，所述线圈组件包括磁芯、包围所述磁芯的一部分的线筒以及卷绕在所述线筒上的线圈。
本发明的再一个方面提供了一种包括至少一个线圈组件的用于功率因数校正的高电流反应器，所述线圈组件包括磁芯、包围所述磁芯的一部分的线筒以及卷绕在所述线筒上的线圈。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本领域普通技术人员将更加明白本发明的上述和其他目的、特征和优点，其中：
图1是图示了由于外部磁场引起的磁致伸缩的示意图；
图2是图示了感应系数(inductance)、磁导率(permeability)和噪声产生之间的关系的曲线图；
图3是图示了根据本发明的示例性实施例的线圈组件的侧面的示意图；
图4是图示了根据本发明的示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图；
图5是图示了根据本发明的示例性实施例的磁芯和线筒的形状的示意图；
图6是图示了根据本发明的另一个示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图；
图7是图示了根据本发明的另一个示例性实施例的磁芯和线筒的形状的示意图；
图8是图示了根据本发明的又一个示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图；并且
图9是图示了实例的噪声与比较例的噪声之间的比较测量结果的曲线图。
具体实施方式
尽管本发明构思易受各种修改和替代形式的影响，但是在附图中以举例方式示出了其具体实施例并且本文中将详细描述其具体实施例。然而，应当理解，并非旨在将本发明构思限制于公开的特定形式，相反，本发明构思涵盖落入本发明构思的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述多种部件，但是这些部件应当不受这些术语的限制。这些术语仅仅用于使一个部件与另一个部件区分开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下文讨论的第一部件可以称为第二部件，并且下文讨论的第二部件可以称为第一部件。“和/或”包括提及的一个或多个项目的每一个或所有组合。
应当理解，当元件被称为与另一个元件“连接”或“耦接”时，它可以与另一个元件直接连接或耦接，或者可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为与另一个元件“直接连接”、“直接耦接”时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应当用相同的方式进行理解(例如，“在...与...之间”与“直接在...与...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
本文中用于描述本发明构思的实施例的术语并非旨在限制本发明构思的范围。指代单数的本发明构思的元件的数量可以是一个或多个，除非上下文另外明确指明。还将进一步理解，当在本文中使用时，术语“包含”、“具有”等指的是存在所述的特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合，但是不排除存在或增加一个或多个其他的特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
除非另有说明，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)应当理解成本发明构思所属的领域的习惯含义。应当进一步理解，常用的术语也应当理解成相关领域中的习惯含义并且不应当以理想化或过于正式化的含义进行理解，除非本文中清楚地这样定义。
以下，参照附图描述示例性实施例，并且与附图符号无关，相同或对应的元件将给出相同的附图标记，并且将省略重复的描述。
图1是图示了由于外部磁场引起的磁致伸缩的示意图，并且图2是图示了感应系数、磁导率和噪声产生之间的关系的曲线图。
参见图1，当在磁性材料上施加外部磁场时，磁性材料被磁化并且其形状发生变化。这种磁性变化，也就是说，磁致伸缩值可以由等式1定义。
[等式1]
λ＝Δl/l
这里，l表示磁性材料的长度，并且Δl表示磁性材料的长度值由于磁场变化而发生的变化。磁性材料的内禀磁致伸缩值(λs)如表1所示。
[表1]
磁性材料 Bs(T) Tc(℃) ρ(×10-8)[Ωm] λs(×10-6)
Fe-Si-B 1.56 395 130 27
Fe-Ni 1.5 500 40 0～4
Fe-Si 1.5～1.6 725 80 0
Fe-Si-Al 1.0 500 80 0
Fe-Ni-Mo 0.75 450～460 60 7.2
Fe-B-Si-Nb-Cu 1.2 560 110 0
参见表1，具有高磁通量(high flux)的Fe-Ni基磁性材料、具有巨磁通量(megaflux)的Fe-Si基磁性材料、Fe-Si-Al基磁性材料(铁硅铝合金(sendust))、Fe-B-Si-Nb-Cu基磁性材料等均可以具有接近0的磁致伸缩值。相反，可以注意到，非晶磁性材料(例如，Fe-Si-B基磁性材料)或坡莫合金(permalloy)磁性材料(例如，Fe-Ni-Mo基磁性材料)，可以具有高磁致伸缩值。
参见图2，随着外部磁化力增大，可以注意到，可以改善磁特性(感应系数和透磁率)，但是由于磁致伸缩引起的噪声会增大。
根据本发明的示例性实施例，通过减小形成在磁芯与卷绕在磁芯上的线筒之间的间隙可以防止磁致伸缩引起的噪声产生。
图3是图示了根据本发明的示例性实施例的线圈组件的侧面的示意图，图4是图示了根据本发明的示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图，图5是图示了根据本发明的示例性实施例的磁芯和线筒的形状的示意图，图6是图示了根据本发明的另一个示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图，图7是图示了根据本发明的另一个示例性实施例的磁芯和线筒的形状的示意图，并且图8是图示了根据本发明的又一个示例性实施例的线圈组件的顶面的示意图。
参见图3至图5，根据本发明的示例性实施例的线圈组件可以包括磁芯110、包围磁芯110的一部分的线筒120以及卷绕在线筒120上的线圈130。当线筒120包围磁芯110的一部分而非整个磁芯110时，磁芯110与线筒120之间的间隙可以由于卷绕在线筒120上的线圈130的力而减小。因此，可以降低由磁芯110与线筒120之间的摩擦产生的噪声。
磁芯110可以通过以下方式制造：与陶瓷或聚合物粘结剂(polymer binder)一起涂覆磁粉，然后进行绝缘(insulation)，并且在高压下成型。磁芯110可以具有包括圆柱、棱柱等的三维形状。这里，磁粉是具有软磁性质(soft magnetic property)的金属合金的粉末，并且可以包括纯铁(pure iron)、硅钢片(silicon steel plate)、非晶磁粉(amorphousmagnetic powder)、坡莫合金磁粉、高磁通量(HF)磁粉、铁硅铝合金磁粉等。例如，磁粉可以包括从由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和Fe-B-Si-Nb-Cu基磁粉组成的组中选择的至少一种。
线筒120可以包围磁芯110的侧表面的一部分。为此，线筒120可以包括第一线筒122和第二线筒124，第一线筒122包围磁芯110的侧表面的一部分，并且第二线筒124与第一线筒122间隔开且第二线筒包围磁芯110的侧表面的一部分。这里，第一线筒和第二线筒可以对称地设置在磁芯的两侧表面上。如上所述，当线筒120包围磁芯110的一部分而非整个磁芯110并且线圈130卷绕在线筒120上时，磁芯110与线筒120之间的间隙可以由于线圈130的卷绕力而减小。因此，线筒120和磁芯110可以彼此靠近，并且因此可以降低由线筒120与磁芯110之间的摩擦产生的噪声。
同时，线筒120可以包围磁芯110的侧表面的40％至90％的面积并且优选地包围磁芯110的侧表面的50％至80％的面积。当线筒120包围磁芯110的侧表面的面积超过90％时，降噪效果由于线筒120与磁芯110之间的摩擦面积增大而减弱。另外，当线筒120包围磁芯110的侧表面的面积小于40％时，降噪效果由于磁芯110的振动产生的噪声传递到线筒120的外侧而减弱，并且会产生线圈130与磁芯110直接接触的面积。
线筒120可以包含塑料或具有绝缘表面的金属。
尽管具有棱柱形状的磁芯110在图3至图5中作为实例进行描述，但是形状可以不限于此。如图6和图7所示，磁芯110可以具有圆柱形状，并且线筒120可以具有与所述圆柱形状相对应的形状。
同时，如图8所示，中间层140可以进一步形成在磁芯110与线筒120之间。中间层140可以是具有比磁芯110和线筒120的刚度(rigidity)更高的刚度的层。中间层140可以包含硅或绝缘材料。因此，线筒120和磁芯110可以更加紧密地彼此靠近，并且因此可以降低噪声。中间层140可以包括，例如，包含硅基聚合树脂(silicon-based polymer resin)的薄膜以及涂覆在所述薄膜两侧的绝缘层。
根据本发明的示例性实施例的线圈组件可以制造成块体单元，并且可以应用到用于功率因数校正(PFC)的高电流反应器、用于PFC的高电流电感器、用于太阳能光伏系统或风能发电系统的逆变器(inverter)的电感滤波器、用于太阳能光伏系统和电动汽车的大容量直流-直流转换器(DC-DC converter)的电感器、用于车辆的电子器件的电感器等。
以下将使用实施例的实例以及比较例更详细地描述本发明。
<实例1>
通过以下方式制造具有棱柱形状的磁芯：与聚合物粘结剂一起涂覆Fe-Si-B基磁粉，然后进行绝缘，并且在高压下成型。另外，在两个对称的线筒包围磁芯的侧表面的面积的80％之后卷绕线圈。
<实例2>
通过以下方式制造具有棱柱形状的磁芯：与聚合物粘结剂一起涂覆Fe-Si-B基磁粉，然后进行绝缘，并且在高压下成型。另外，在两个对称的线筒包围磁芯的侧表面的面积的50％之后卷绕线圈。
<比较例1>
通过以下方式制造具有棱柱形状的磁芯：与聚合物粘结剂一起涂覆Fe-Si-B基磁粉，然后进行绝缘，并且在高压下成型。另外，在一个线筒包围磁芯的侧表面的全部面积之后卷绕线圈。
<比较例2>
通过以下方式制造具有棱柱形状的磁芯：与聚合物粘结剂一起涂覆Fe-Si-B基磁粉，然后进行绝缘，并且在高压下成型。另外，在两个对称的线筒包围磁芯的侧表面的面积的20％之后卷绕线圈。
在实例1、实例2、比较例1和比较例2的每个线圈组件上施加电流，并且测量4kH至10kH的噪声值。
表2表示在实例1和实例2施加电流之后测量的噪声值，并且图9表示实例和比较例的噪声的测量结果。
[表2]
试验编号 线筒的应用面积 噪声
实例1 80％ 45～50dB
实例2 50％ 40～45dB
比较例1 100％ 55～60dB
比较例2 20％ 50～55dB
参见表2和图9，可以注意到，当在实例1和实例2中的线筒的应用面积是磁芯的侧表面的80％和50％时，与在比较例1和比较例2中的线筒的应用面积是磁芯的侧表面的100％和20％相比，产生的噪声更低。
根据本发明的示例性实施例，可以降低由于线圈组件的磁致伸缩引起的噪声产生。因此，可以拓宽用于线圈组件中包含的磁芯的磁性材料的选择范围。根据本发明的示例性实施例的线圈组件可以制造成块体单元，并且可以应用到用于功率因数校正(PFC)的高电流反应器、用于PFC的高电流电感器、用于太阳能光伏系统或风能发电系统的逆变器的电感滤波器、用于太阳能光伏系统和电动汽车的大容量直流-直流转换器的电感器、用于车辆的电子器件的电感器等。
尽管根据本发明的某些示例性实施例示出并且描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解的是，在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精 神和范围的情况下可以在形式和细节上进行各种修改。
【附图标记的描述】
100:线圈组件
110:磁芯
120:线筒
130:线圈
140:中间层。

Claims (9)

1.线圈组件，包括：
磁芯；
一对线筒，所述一对线筒包围所述磁芯的一部分；
线圈；以及
中间层，形成在所述磁芯与所述线筒之间，
其中，该对线筒包括：
第一线筒，包围所述磁芯的侧表面的第一部分；以及
第二线筒，所述第二线筒与所述第一线筒间隔开并且所述第二线筒包围所述磁芯的所述侧表面的第二部分，
其中，所述第一线筒和所述第二线筒对称地设置在所述磁芯的所述侧表面上，
其中，所述线圈卷绕在所述第一线筒和所述第二线筒上，并且
其中，该对线筒包围所述磁芯的所述侧表面的40％至90％的面积。
2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述线筒包围所述磁芯的侧表面的50％至80％的面积。
3.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述中间层包含硅(Si)或绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的线圈组件，其中，所述中间层包括：
包含硅基聚合树脂的薄膜；以及
涂覆在所述薄膜的两侧的绝缘层。
5.根据权利要求3所述的线圈组件，其中，所述中间层被配置为具有比所述磁芯和所述线筒的刚度更高的刚度。
6.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，该对线筒包含塑料或具有绝缘表面的金属。
7.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述磁芯包含从由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和Fe-B-Si-Nb-Cu基磁粉组成的组中选择的至少一种。
8.一种包括至少一个线圈组件的用于功率因数校正的高电流电感器，所述线圈组件包括：
磁芯；
一对线筒，该对线筒包围所述磁芯的一部分；
线圈；以及
中间层，形成在所述磁芯与所述线筒之间，
其中，该对线筒包括：
第一线筒，包围所述磁芯的侧表面的第一部分；以及
第二线筒，所述第二线筒与所述第一线筒间隔开并且所述第二线筒包围所述磁芯的所述侧表面的第二部分，
其中，所述第一线筒和所述第二线筒对称地设置在所述磁芯的所述侧表面上，
其中，所述线圈卷绕在所述第一线筒和所述第二线筒上，并且
其中，该对线筒包围所述磁芯的所述侧表面的40％至90％的面积。
9.一种包括至少一个线圈组件的用于功率因数校正的高电流反应器，所述线圈组件包括：
磁芯；
一对线筒，该对线筒包围所述磁芯的一部分；
线圈；以及
中间层，形成在所述磁芯与所述线筒之间，
其中，该对线筒包括：
第一线筒，包围所述磁芯的侧表面的第一部分；以及
第二线筒，所述第二线筒与所述第一线筒间隔开并且所述第二线筒包围所述磁芯的所述侧表面的第二部分，
其中，所述第一线筒和所述第二线筒对称地设置在所述磁芯的所述侧表面上，
其中，所述线圈卷绕在所述第一线筒和所述第二线筒上，并且
其中，该对线筒包围所述磁芯的所述侧表面的40％至90％的面积。
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