CN107017080B - 线圈部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线圈部件，其具有芯部(10)，该芯部(10)构成供由并排配置且产生磁场的两个线圈(14A、14B)产生的磁通的闭环穿过的闭合磁路，芯部(10)具备相互对置的一对I型的基芯(11A、11B)、以连结两个基芯(11A、11B)的方式在它们之间并列配置的一对连结芯部(11C、11D)。连结芯部(11C、11D)分别通过将三个单元连结芯(12A～F)呈直线状地排列而成，各单元连结芯(12A～F)在芯主体(121a)上设置有圆柱状的突起(122a)，由此在相邻的单元芯(11A、11B、12A～F)彼此之间形成有小间隙和大间隙这两级间隙。

Description

线圈部件

技术领域

本发明涉及例如搭载于电动机动车、混合动力车的由电抗器构成的线圈部件，详细而言，涉及在闭合磁路的磁路上设置有适当的间隙的线圈部件。

背景技术

以往，这种线圈部件通过在闭合磁路的磁芯上卷绕绕线而构成，一般而言，为了防止直流叠加时的绕线的电感值的降低，实施通过在磁芯的磁路上设置适当的间隙(空隙)部来降低磁饱和引起的影响的对策。

例如，下述专利文献1记载的技术涉及平滑用扼流线圈用的铁氧体芯，其构成为使一对E型铁氧体芯以三个脚部的前端相互对接的方式组合并抵接，并且仅在中脚的对接部分的中央部分设置有间隙。

根据该技术，在一对E型铁氧体芯的对接面处，通过调整中脚的空隙部面积相对于总截面积的比例、以及E型铁氧体芯的对置方向上的空隙的长度，能够在某种程度上调整上述直流叠加特性曲线的形状。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭第63-201314号公报

然而，在上述公报技术中，如图7所示，即便在存在希望得到提高初始电感值，并且将规定的电流值下的电感值提高至规定的值(在图7中，在电流为50A的情况下使电感值为26μH)那样的目标特性(在图7中将正方形状的点连接而成的线)这样的要求的情况下，也不能调整为满足这两者，从而呈现出初始电感值以及在电流为50A的情况下的电感值均为远低于目标值的值的直流叠加特性(在图7中将菱形形状的点连接而成的线)。

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够容易地设定为在直流叠加特性下的多个直流电流值区域中成为所希望的电感值的线圈部件。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的线圈部件

一种线圈部件，其具有线圈和芯部，所述芯部构成供由所述线圈产生的磁通的闭环穿过的闭合磁路，所述线圈部件的特征在于，

所述芯部由多个单元芯构成，多个所述单元芯依次磁连结而整体形成闭合磁路，在至少一组磁连结的相邻的单元芯彼此之间设有间隙，

在隔着所述间隙而相邻的两个单元芯的至少一方的端面上设置有突起，所述间隙至少由小间隙和大间隙这两种间隙构成。

上述“至少大间隙和小间隙这两种间隙”是指具备两种以上的间隙，例如也包括具备大间隙、中间隙以及小间隙这三种间隙的情况。

另外，优选为，通过所述突起的前端面区域与所述相邻的单元芯的对置的端面形成所述小间隙，通过未设有所述突起的端面区域和所述相邻的单元芯的对置的端面形成所述大间隙。

另外，也可以为，所述芯部使两个コ字状的单元芯彼此对置而形成ロ字状的闭合磁路。

另外，也可以为，所述芯部由分别构成对置的两边的两个I型的基芯部、以及将上述的基芯部连结且分别构成对置的两边的两个连结芯部构成。

另外，也可以为，所述连结芯部分别配置在供电流流动的线圈内，上述多个连结芯部分别通过将多个单元芯配置为一列而形成。

另外，也可以为，在隔着所述间隙而相邻的两个单元芯的对置的端面双方设有突起，且形成为在所述芯部构成闭合磁路的状态下分别形成在对置的端面上的突起同轴的配置。

也可以为，在隔着所述间隙而相邻的两个单元芯的对置的端面的一方设有突起，另一方为平面。

另外，也可以为，所述小间隙和所述大间隙这至少两种间隙的间隙量能够对于所述线圈部件的直流叠加特性曲线的至少两个直流电流值区域独立地设定电感值，所述至少两个直流电流值区域中的一个是直流电流值为0的区域。

另外，也可以为，在所述间隙中嵌入有由绝缘体构成的间隔件。

另外，也可以为，构成所述连结芯部的所述单元芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置突起而成，该突起具有与该单元芯主体的上表面相似形状的上表面。

另外，也可以为，构成所述连结芯部的所述单元芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置一条或两条突起而成，该突起在该主体的上表面的对置的位置之间呈直线状地延伸。

此外，也可以为，构成所述连结芯部的所述单元芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置两级状的突起而成。

发明效果

根据本发明的线圈部件，构成供由线圈产生的磁通的闭环穿过的闭合磁路的芯部由多个单元芯构成，多个所述单元芯依次磁连结而整体形成闭合磁路，至少一组磁连结的相邻的单元芯彼此之间为整面彼此处于非抵接状态的整面间隙，该整面间隙至少由大间隙和小间隙这两种间隙构成。而且为了设置上述的两种以上的间隙，在相邻的单元芯的对置端面的至少一方设置有突起。

即，相邻的单元芯间为整面间隙，因此在该间隙部难以发生磁饱和，并且至少设有大间隙和小间隙这两种间隙，因此能够容易地调整至少两种间隙的长度，使得对于所述线圈部件的直流叠加特性在至少两个直流电流值区域分别得到所希望的电感值。

由此，能够简单地进行直流叠加特性中的多个目标点处的电感值的设定。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的线圈部件的简要结构的剖视图。

图2是用于对本发明的实施方式1的线圈部件的相邻的连结部单体芯之间的间隙的形态进行说明的概要图。

图3是示出本发明的实施方式的线圈部件的连结部单体芯的各种形状((a)～(e))的立体图。

图4是示出本发明的实施方式1的线圈部件的直流叠加特性的、对连结部单体芯的间隙量进行变更的情况下的曲线形状的变化的曲线图。

图5是示出本发明的实施方式1的线圈部件的直流叠加特性的、对连结部单体芯的突起的直径进行变更的情况下的曲线形状的变化的曲线图。

图6是示出本发明的实施方式2的线圈部件的简要结构的剖视图。

图7是示出现有技术中的直流叠加特性的曲线形状、和要实现的直流叠加特性的曲线形状的曲线图。

具体实施方式

以下，参照上述附图对本发明的线圈部件的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本实施方式的线圈部件使用作为代表例的电抗器。

<电抗器的主要结构>

如图1所示，本发明的一个实施方式的电抗器1包括：并排配置且产生磁场的两个线圈14A、14B、以及形成供由该两个线圈14A、14B产生的磁通的闭环穿过的闭合磁路的芯部10，此外，芯部10具备：以彼此对置的方式配置且分别插入各线圈14A、14B内的一对I型的基芯11A、11B、以及以连结两个基芯11A、11B的方式在它们之间并列配置的一对连结芯部11C(第一连结芯部)、11D(第二连结芯部)。

上述线圈14A、14B例如是扁立型的线圈，具有由扁平型的导线(扁平线)以扁立绕法单层卷绕为筒状而成的一对绕线部(各导线的区分(边界线)省略图示)、在各绕线部的一端侧设置的引线部(省略图示)、以及将各绕线部彼此电连结的连结线部(省略图示)。

另外，上述两个基芯11A、11B形成为彼此相同的长方体形状。另一方面，在上述连结芯部11C、11D中，第一连结芯部11C通过呈直线状排列三个单元连结芯12A、12B、12C而成，第二连结芯部11D通过呈直线状排列三个单元连结芯12D、12E、12F而成。

需要说明的是，作为构成芯部10的材料，例如可以列举硅钢板、各种压粉芯等磁性材料。

对各连结芯部11C、11D而言，如图2所示(在图2中，作为代表例示出相邻的单元连结芯12A、12B的位置关系)，相邻的单元连结芯12A、12B配置为在彼此对置的端面之间整面彼此不抵接而夹有间隙。

即，如图2所示，该单元连结芯12B由单元连结芯单元芯主体121B和突起122B构成(对于其他的单元连结芯12A、C～F也同样)。需要说明的是，以下将从突起122B的上表面(前端面)到单元连结芯12A的底面为止的距离称为小间隙，将该小间隙加上突起122B的高度(突起高度)而得到的值称为大间隙(从单元芯主体121B的上表面到单元芯主体121A的底面为止的距离)(对于其他的单元连结芯12A、C～F也同样)。

需要说明的是，作为本实施方式中的单元连结芯12A～F的具体的形状，如图3的(A)的单元连结芯212a所示那样，为在长方体状的单元芯主体221a上设置有圆柱状的突起222a的形状。

因此，在相邻的单元连结芯12A、12B之间形成有小间隙和大间隙这两级间隙。

这样，通过调整小间隙量和大间隙量、以及该小间隙的面积和大间隙的面积(间隙整体的面积-小间隙的面积＝大间隙的面积)，能够控制直流叠加特性的曲线形状。

以下，对这样的调整手法进行说明。

在本实施方式中，通过设置小间隙和大间隙，从而确保图7所示那样的所希望的直流叠加特性曲线、即直流电流为0的区域的第一目标电感、以及在高至一定程度的直流电流值(在本实施方式中为50A)下的第二目标电感。

与现有技术的直流叠加特性曲线相比能够增大第一目标电感以及第二目标电感的主要原因在于，在基芯(各基芯也称为单元芯)11A、11B以及单元连结芯12A～12F(各单元连结芯也称为单元芯)中的、相邻的单元芯彼此之间不存在抵接的部分，并且设有两级间隙(如图1所示，六处间隙为两级间隙)。

换言之，在两种间隙中，能够主要通过小间隙来设定直流电流大致为0的区域的电感值，主要通过大间隙来设定直流叠加特性曲线的中间区域的电感值，因此还能够通过一个两级间隙，一定程度地独立控制两个直流电流区域的电感值。

需要说明的是，在图2中，举出作为一个例子的具体数字，例如如下述表1所示，在与样品无关地而将大间隙量设为2.5mm不变的情况下，若使突起高度在样品1中为1.0mm，在样品2中为1.5mm，在样品3中为2.0mm，则小间隙在样品1中为1.5mm，在样品2中为1.0mm，在样品3中为0.5mm。

另外，若将上述单元连结芯12A～12F的上表面设为一边为30mm的正方形，将突起直径在样品1中设为10mm，在样品2中设为15mm，在样品3中设为20mm，则小间隙相对于间隙整体的面积比率在样品1中为为25π/900≈8.7％，在样品2中为56.25π/900≈19.6％，在样品3中为100π/900≈34.9％。

另外，小间隙相对于大间隙的面积比率在样品1中为9.6％，在样品2中为24.4％，在样品3中为53.6％。

这样，通过控制在相邻的单元连结芯12A～12F彼此之间、以及基芯11A、11B与相邻的单元连结芯12A、D之间的、大间隙以及小间隙各自的面积和间隙量，从而容易调整直流叠加特性曲线的非线性形状，尤其能够分别独立地设定利用图7说明的两个目标电感。

需要说明的是，通过在相邻的两个单元芯11A、11B、12A～12F之间夹设由绝缘体构成的间隔件，从而上述的大小间隙量能够容易地维持为规定的间隙量(在下述实施方式2中也相同)。

另外，在上述实施方式中，作为单元连结芯12A～12F的形状而使用图3的(A)所示的形状，但也可以取而代之，如图3的(B)所示的单元连结芯212b那样，在长方体状的单元芯主体221b上，在该主体的上表面的对置的两边之间设置呈直线状延伸的一条突起222b，也可以如图3的(C)所示的单元连结芯212c那样，在长方体状的单元芯主体221c上，设置具有比该单元芯主体221c的上表面的形状小一圈的(相似形状的)上表面的长方体状的突起222c。

另外，也可以如图3的(D)所示的单元连结芯212d那样，在单元芯主体221d的上表面上设置两级状的突起(222d1、222d2)，包含单元芯主体221d的上表面在内而形成三级台阶，由此形成三级的间隙(大间隙、中间隙、小间隙)。

另外，也可以如图3的(E)所示的单元连结芯212e那样，在单元芯主体221e的上表面以及下表面上，在该主体221e的上表面以及下表面的对置的两边之间设置平行地延伸的两条突起222e1、222e2。在该情况下，在上表面和下表面上形成的突起以彼此上下重叠的方式形成。

并且，作为上述单元芯主体221a～221e的形状，也可以不是长方体状而是圆柱状等其他形状。

(实施例)

对于图1所示的实施方式，在下述(1)、(2)的情况下调查通过变更单元连结芯12A～12F的突起量(间隙量)以及突起上表面的面积(突起直径：间隙面积)，直流叠加特性如何变化。需要说明的是，作为单元连结芯12A～12F的形状，均使用图3的(A)的类型且使用同一尺寸，相邻的各单元芯的间隔(大间隙量)为2.5mm且恒定(对于三个样品，参照下述表1)。

[表1]

(1)使突起直径为15mm且恒定，使小间隙量变化为1.0mm、1.5mm、2.0mm的情况

如图4所示，将小间隙量为1.0mm的情况下的直流叠加特性设为连结菱形标识的线，将小间隙量为1.5mm的情况下的直流叠加特性设为连结圆形标识的线，并且将小间隙量为2.0mm的情况下的直流叠加特性设为连结方形标识的线。

由图4可以明确，小间隙量越小，初始电感值越大，而小间隙量越大，例如直流电流为250A时的电感值越大。

(2)使小间隙为1.5mm且恒定，使突起直径变化为20mm、15mm、10mm的情况

如图5所示，将突起直径为20mm的情况下的直流叠加特性设为连结方形标识的线，将突起直径为15mm的情况下的直流叠加特性设为连结圆形标识的线，并且将突起直径为10mm的情况下的直流叠加特性设为连结菱形标识的线。

由图5可以明确，突起直径越大，初始电感值越大，而突起直径越小，例如直流电流为300A时的电感值越大。

这样，通过对小间隙量(若单元芯的间隔恒定则为小间隙量和大间隙量)以及小间隙的面积(若单元芯的对置面的面积恒定则为小间隙的面积和大间隙的面积)进行组合调整，能够得到各种非线形形状的直流叠加特性。

例如，通过将小间隙量设定得较小而能够将初始电感值设定得较大，另外，通过将大间隙量设定得较大而能够将直流电流为250A时的电感值设定为较大的值。

(变更形态)

作为本发明的线圈部件不限于上述实施方式，能够选择其他各种形态的线圈部件。

例如，图6是示出上述实施方式的变更形态的电抗器110的简要剖视图。

该图6所示的电抗器110在相邻的各单元芯111A、111B、112A～112F彼此使突起对置而形成小间隙这一点上不同，其余的结构大致相同，因此对于与图1所示的各构件对应的构件，将在图1的各构件上标注的附图标记加上100之后的附图标记标注于图6的各构件，并省略详细说明。

在该变更形态中，如图6所示，各单元芯111A、111B、112A～112F各具备两个突起，另外，该单元芯111A、111B、112A～112F的突起均为相同形状，该对置的突起的间隔构成小间隙，并且位于该突起的外侧且未配置有突起的区域部分的单元芯111A、111B、112A～112F主体的端面之间的间隔构成大间隙。

另外，对置的突起形成为同轴状，因此小间隙的面积单纯地与该突起的端面的面积对应。另外，大间隙的面积为从单元连结芯112A～112F的突起形成端面的面积减去突起的端面的面积(小间隙面积)而得到的面积。

需要说明的是，作为各单元芯111A、111B、112A～112F的形状、各突起的形状不限于上述变更方式，例如作为单元芯主体的形状可以代替长方体状而采用圆柱状，作为突起形状也可以在单元芯主体的上下两表面上设置与图3的(B)、(C)、(D)、(E)对应的形状来代替与图3的(A)对应的形状。

另外，作为一个线圈部件内的单元连结芯，可以均使用相同形状的芯，也可以使用多种形状的芯。另外，作为一个线圈部件内的基芯，可以使用彼此为相同形状的芯，也可以使用彼此为不同形状的芯。

另外，在上述实施方式以及上述变更方式的电抗器中，作为间隙而形成小间隙和大间隙这两级间隙，但也可以使突起的高度等级为两级，从而包含端面基准位置在内制作三级的间隙。并且，也可以通过增加级数而形成四级以上的间隙。由此，能够进一步提高形成的直流叠加特性的非线形性形状的自由度。

需要说明的是，通过将在相邻的两个单元芯彼此的对置的端面上分别设置的突起形成为彼此的一部分对置，也能够形成多级间隙。

另外，在上述实施方式的电抗器中设置了六处间隙，此外在上述变更形态的电抗器中设置了八处间隙，但作为本发明的线圈部件，在闭合磁路内的至少一处设置多级间隙即可，在闭合磁路内的其他位置可以仅设置一级间隙，也可以为不设置间隙的形状。

另外，也可以代替构成芯部的I型的芯，使用コ字形状、U字形状的芯，另外也可以不由一个芯构成而组合多个芯构成。

并且，各连结芯部不限于三个单元芯，由至少一个单元芯构成即可，能够由任意的多个单元芯构成。

在上述实施方式以及上述变更形态的电抗器中使用扁立型的线圈，但也可以使用其他种类的线圈、例如使用卷绕圆形线圈而成的线圈。另外，在上述实施方式以及上述变更形态的电抗器中未示出绕线架，但也可以在芯部10与线圈14A、14B之间夹设绕线架而提高绝缘性。

另外，在上述实施方式中，列举电抗器的例子表示线圈部件，本发明作为电抗器的用途能够适宜用于车载用的电抗器，然而能够也能够应用于在例如太阳能面板中使用的电抗器等、可在由芯部形成的闭合磁路的一部分设置多级间隙的任意的电抗器装置。

另外，不仅能够应用于电抗器，也能够应用于扼流线圈等其他线圈部件整体。

Claims (9)

1.一种线圈部件，其具有线圈和芯部，所述线圈部件的特征在于，

所述芯部由两个基芯、以及配置在所述线圈内且在两个所述基芯之间并列配置的多个单元连结芯构成，两个所述基芯与多个所述单元连结芯依次磁连结而整体形成闭合磁路，在至少一组磁连结的相邻的两个单元连结芯彼此之间设有间隙，

在隔着所述间隙而相邻的两个单元连结芯的至少一方的端面上设置有突起，所述间隙至少由小间隙和大间隙这两种间隙构成，

通过一个单元连结芯的所述突起的前端面区域与相邻的单元连结芯的对置的端面形成所述小间隙，通过未设有所述突起的所述一个单元连结芯的端面区域和所述相邻的单元连结芯的对置的端面形成所述大间隙，

通过对所述小间隙和所述大间隙这至少两种间隙的间隙量和间隙面积比进行组合设定，而对于所述线圈部件的直流叠加特性曲线的至少两个直流电流值区域独立地设定电感值，

所述至少两个直流电流值区域中的一个是直流电流值为0的区域。

2.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

所述芯部通过使两个コ字状的单元连结芯彼此对置而形成口字状的闭合磁路。

3.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

两个所述基芯是I型的基芯部。

4.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

在隔着所述间隙而相邻的两个单元连结芯的对置的端面双方设有突起，且形成为在所述芯部构成闭合磁路的状态下分别形成在对置的端面上的突起同轴的配置。

5.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

在隔着所述间隙而相邻的两个单元连结芯的对置的端面的一方设有突起，对置的端面的另一方为平面。

6.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

在所述间隙中嵌入有由绝缘体构成的间隔件。

7.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

所述单元连结芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置突起而成，该突起具有与该单元芯主体的上表面相似形状的上表面。

8.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

所述单元连结芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置一条或两条突起而成，该突起在该单元芯主体的上表面的对置的位置之间呈直线状地延伸。

9.根据权利要求1所述的线圈部件，其特征在于，

所述单元连结芯通过在长方体状或圆柱状的单元芯主体上设置两级状的突起而成。

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