CN109215942B - 电感元件及lc滤波器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种能够降低Q值的电感元件。该电感元件包括覆盖环形磁芯的第一覆盖件和第二覆盖件、以及缠绕在一区域上的第一绕组和第二绕组，该区域为磁芯、第一覆盖件和第二覆盖件的区域。第一覆盖件覆盖磁芯的内周面的一部分、外周面的一部分和沿轴向的一端侧的端面。第二覆盖件覆盖磁芯的内周面的一部分、外周面的一部分和沿轴向的另一端侧的端面。

Description

电感元件及LC滤波器
技术领域
本公开涉及一种电感元件及LC滤波器。
背景技术
已知一种电感元件，该电感元件包括磁芯、覆盖该磁芯表面的导体、覆盖该导体的绝缘体及通过在该绝缘体周围直接缠绕被覆导线而形成的线圈。公开号为2008-098307的日本未审查专利申请公开了这种电感元件的示例。
发明内容
本发明人已经发现了以下问题。需要有意地将Q值调整为低值。期望Q值低的原因是，当Q值低时，例如在谐振点附近的频率处的正常模式噪声易于被降低。
根据本公开的电感元件降低了Q值。
第一示例性方面为一种电感元件，包括：
环形磁芯；
第一覆盖件和第二覆盖件(例如，覆盖件2和3)，第一覆盖件和第二覆盖件覆盖该环形磁芯，和
第一绕组和第二绕组(例如，绕组4和5)，第一绕组和第二绕组缠绕在一区域上，该区域为环形磁芯、第一覆盖件和第二覆盖件的区域，其中
当环形磁芯所环绕的轴线的延伸方向被定义为轴向时，
环形磁芯包括内周面、外周面、沿轴向的一端侧的端面(例如，端面1c和1d中的一个)，及另一端侧的端面(例如，端面1c和1d中的一个)，
第一覆盖件覆盖环形磁芯的内周面的一部分、环形磁芯的外周面的一部分和环形磁芯的该一端侧的端面，且第一覆盖件包括在环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
第二覆盖件覆盖环形磁芯的内周面的一部分、环形磁芯的外周面的一部分和环形磁芯的该另一端侧的端面，且第二覆盖件包括在环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
第一覆盖件的内端面与第二覆盖件的内端面彼此间隔开；且
第一覆盖件的外端面与第二覆盖件的外端面彼此间隔开。
通过上述结构，对于正常模式，包括上述电感元件的LC滤波器具有增大的电阻分量Rs。因此可以降低Q值。
此外，第一覆盖件的内端面与第二覆盖件的内端面可在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距(例如，间距S1)，且第一覆盖件的外端面与第二覆盖件的外端面可在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距(例如，间距S2)。此外，第一覆盖件的内端面与第二覆盖件的内端面之间的间距可大于第一覆盖件的外端面与第二覆盖件的外端面之间的间距。此外，第一绕组与第二绕组可彼此间隔开预定的间距。电感元件还可包括壳体，且该壳体可包括开口，第一覆盖件的一部分和第二覆盖件的一部分可通过该开口露出。
此外，电感元件还可包括散热器，且该散热器可设置在第一绕组和第二绕组之间。由于位于绕组之间的部分产生的热量大于其他部分产生的热量，因此，散热器可以快速地辐射(例如，耗散)产生的热量。
此外，另一示例性方面是一种LC滤波器，该LC滤波器包括电感元件，该电感元件包括：
环形磁芯；
第一覆盖件和第二覆盖件，第一覆盖件和第二覆盖件覆盖环形磁芯；和
第一绕组和第二绕组，第一绕组和第二绕组缠绕在一区域上，该区域为环形磁芯、第一覆盖件和第二覆盖件的区域，其中
当环形磁芯所环绕的轴线的延伸方向被定义为轴向时，
环形磁芯包括内周面、外周面、沿轴向的一端侧的端面及另一端侧的端面，
第一覆盖件覆盖环形磁芯的内周面的一部分、环形磁芯的外周面的一部分和环形磁芯的该一端侧的端面，且第一覆盖件包括在环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
第二覆盖件覆盖环形磁芯的内周面的一部分、环形磁芯的外周面的一部分和环形磁芯的该另一端侧的端面，且第二覆盖件包括在环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
第一覆盖件的内端面与第二覆盖件的内端面彼此间隔开；且
第一覆盖件的外端面与第二覆盖件的外端面彼此间隔开。
通过上述结构，对于正常模式，电阻分量Rs增加。因此，可以降低Q值。
根据本公开的电感元件可以降低Q值。
通过下文给出的详细描述和附图，本公开的上述和其他的目的、特征和优点将得到更全面地理解，附图仅以示例的方式给出，因此不被认为是限制本公开。
附图说明
图1为根据第一实施例的电感元件的立体图；
图2为根据第一实施例的电感元件的截面图；
图3为根据第一实施例的电感元件的主要部分的分解立体图；
图4为根据第一实施例的电感元件的主要部分的立体图；
图5为根据第一实施例的电感元件的主要部分的截面图；
图6为根据第一实施例的电感元件的变形示例的立体图；
图7为根据第一实施例的电感元件的另一变形示例的立体图；
图8为示出了阻抗和电感随频率的曲线图；
图9为示出了阻抗随频率的曲线图；
图10为示出了电阻分量Rs随覆盖件的厚度T1和T2的曲线图；
图11为示出了电阻分量Rs随厚度的曲线图；
图12示出了位于电感元件的绕组之间的区域的损耗分布；和
图13示出了位于电感元件的绕组之间的区域的损耗分布。
具体实施方式
(第一实施例)
下文参照图1至图2对根据第一实施例的电感元件进行描述。图1为根据第一实施例的电感元件的立体图。图2为根据第一实施例的电感元件的截面图。
如图1和图2所示，电感元件10包括磁芯1、覆盖件2和覆盖件3、及绕组4和绕组5。
如图3所示，磁芯1可以是任何种类的环形体。具体地，磁芯1可具有大致的圆形形状、大致的椭圆形形状或具有圆角的矩形形状。替代地，磁芯1可以是具有类似于跑道的形状的环形体。类似于跑道的形状具有两个长边部和两个短边部，这两个长边部彼此平行地大致沿直线延伸，这两个短边部中的每个以弯曲的方式延伸成半圆形形状且与两个长边部相互连接。磁芯1具有内周面1a、外周面1b及轴向(该示例中为Z轴方向)上的端面1c和1d。该轴向是一轴线(在该示例中为Z轴)的延伸方向且该轴线被磁芯1环绕。磁芯1可以通过使用多种众所周知的磁芯材料来形成。例如，磁芯1可以通过使用铁氧体材料来形成。
如图3和图4所示，覆盖件2和覆盖件3由诸如金属材料或由金属材料和树脂合成的金属-树脂复合材料组成。优选地，这些金属材料是非磁性的。此外，这些金属材料的示例包括纯铝(Al)、纯铜(Cu)、纯银(Ag)、纯金(Au)及它们的合金。
覆盖件2覆盖磁芯1的内周面1a的一部分、磁芯1的外周面1b的一部分及磁芯1的整个端面1c。覆盖件3覆盖磁芯1的内周面1a的一部分、磁芯1的外周面1b的一部分及磁芯1的整个端面1d。覆盖件2的内端面2d在磁芯1的内周面1a上延伸，且覆盖件2的外端面2e在磁芯1的外周面1b上延伸。覆盖件3的内端面3d在磁芯1的内圆面1a上延伸，且覆盖件3的外端面3e在磁芯1的外周面1b上延伸。覆盖件2的内端面2d和覆盖件3的内端面3d需要彼此间隔开。例如，如图5所示，内端面2d和3d优选在它们各自的整个区域彼此间隔开预定的间距S1。覆盖件2的外端面2e和覆盖件3的外端面3e需要彼此间隔开。例如，外端面2e和3e优选在它们各自的整个区域彼此间隔开预定的间距S2。间距S1和S2不一定必须分别位于磁芯1的内周面1a的中心处和外周面1b的中心处。也就是说，间距S1和S2可以偏离内周面的中心和外周面的中心。优选地，覆盖件2和覆盖件3分别具有预定的厚度T2和T3。优选地，厚度T2和T3小于磁芯1的直径，且优选地，厚度T2和T3为这种厚度：该厚度使得电感元件10不会丧失其作为电感元件所必须的性质。厚度T2和T3中的每个例如为在不小于磁芯1的直径的0.2％且不大于磁芯1的直径的4％的范围内的厚度。
绕组4和绕组5中的每个可以是可导电的任何类型的导电线。例如，绕组可以是铜线或漆包线。绕组4缠绕在一区域上，该区域为磁芯1、覆盖件2和覆盖件3的区域(即一部分)。绕组5缠绕在另一区域上，该另一区域为磁芯1、覆盖件2和覆盖件3的另一区域(即另一部分)，且绕组5与绕组4间隔开预定的间距。也就是说，绕组4和5之间存在预定的间距。
(变形示例1)
接下来，参照图6描述电感元件10的变形示例。该变形示例除了包括壳体之外，具有与电感元件10的结构相同的结构。
如图6所示，电感元件20包括壳体6。该壳体6由电绝缘材料制成。这种材料的示例包括树脂。该壳体6包括一个或多个开口6a、凸出部6b及壁6c。壳体6覆盖磁芯1及覆盖件2和3的、除与开口6a对应的部分之外的全部区域。此外，绕组4和5缠绕在壳体6上。开口6a设置在绕组4和绕组5之间。因此，磁芯1及覆盖件2和3中的每个的、位于绕组4和绕组5之间的部分暴露于电感元件20的外部。具体地，开口6a形成为使得磁芯1的外周面1b的一部分、覆盖件2的外周面2b的一部分及覆盖件3的外周面3b的一部分暴露于电感元件20的外部。多个凸出部6b沿磁芯1的径向从覆盖件2的外周面2b和覆盖件3的外周面3b突出，且将绕组4的一部分与绕组4的另一部分分隔开来。凸出部6b可将绕组5的一部分与绕组5的另一部分分隔开来。壁6c在磁芯1的内周面1a侧设置在绕组4和5之间，并将绕组4与绕组5分隔开。
在电感元件20中，在绕组4和绕组5之间，开口部6a将磁芯1的外周面1b的一部分、覆盖件2的外周面2b的一部分及覆盖件3的外周面3b的一部分暴露于电感元件20的外部。因此，这些部分可以比电感元件20的其他部分更快地辐射热量。
注意的是，已知一种电感元件(未示出)，该电感元件除了包括与壳体6不同的、覆盖磁芯1及覆盖件2和3的全部区域的壳体之外，具有与电感元件20的结构相同的结构。在这样的电感元件中，磁芯1外周面1b的位于绕组4和5之间的部分、覆盖件2外周面2b的位于绕组4和5之间的部分、及覆盖件3外周面3b的位于绕组4和5之间的部分倾向于产生比电感元件20的其他部分产生的热量多的热量。因此，与这种相关技术的电感元件相比，根据该实施例的电感元件20可以更快地从磁芯1外周面1b的位于绕组4和绕组5之间的部分、覆盖件2外周面2b的位于绕组4和绕组5之间的部分、及覆盖件3外周面3b的位于绕组4和绕组5之间的部分辐射(耗散)热量。
(变形示例2)
接下来，参照图7描述另一变形示例。该变形示例除了包括壳体外，具有与电感元件10的结构相同的结构。
如图7所示，电感元件30包括壳体7。除了开口7a外，壳体7具有与壳体6(参见图6)的结构相同的结构。壳体7包括一个或多个开口7a、凸出部7b和壁7c。开口7a位于绕组4和绕组5之间。因此，磁芯1及覆盖件2和3中每个的、位于绕组4和5之间的部分暴露于电感元件30的外部。具体地，开口7a形成为使得磁芯1的外周面1b、覆盖件2的外周面2b、覆盖件2的端面2c、覆盖件3的外周面3b及覆盖件3的端面3c中每个的一部分暴露于电感元件30的外部。凸出部7b和壁7c具有与凸出部6b和壁6c的结构相同的结构。
注意的是，电感元件20(参见图6)中，磁芯1的外周面1b的一部分、覆盖件2的外周面2b的一部分及覆盖件3的外周面3b的一部分暴露于电感元件20的外部。与此不同，电感元件30中，除了电感元件20中暴露的部分外，覆盖件2的端面2c和覆盖件3的端面3c中每个的一部分也暴露于电感元件30的外部。换句话说，电感元件30中暴露于外部的区域大于电感元件20中暴露于外部的区域。因此，电感元件30具有比电感元件20的散热性能更好的散热性能。
此外，LC滤波器可通过使用电感元件10、20和30中的至少一个而形成。这种LC滤波器可通过将电感元件10、20和30中的至少一个与X电容器连接而形成。
注意的是，已知一种相关技术的LC滤波器，该LC滤波器除了不包括覆盖件2和3之外，具有与LC滤波器的结构相同的结构。认为LC滤波器与相关技术的LC滤波器没有显著的不同，且覆盖件2和3的存在/不存在不显著影响共模特性。
由于LC滤波器具有一种结构，在该结构中，磁芯1由包含金属的覆盖件2和3中的至少一个覆盖，因此在正常模式下电感元件10、20和30中的至少一个中产生漏磁。该漏磁与覆盖件2和3相互作用，并因此产生涡电流。由于覆盖件2的内端面2d和覆盖件3的内端面3d彼此间隔开，因此涡电流不会在覆盖件2和3的内部相互抵消。因此，涡电流具有优异的值。由于涡电流增大磁阻，因此正常模式下的电阻分量Rs增加。因此，LC滤波器具有优异的电阻分量Rs，并可以降低Q值。也就是说，在LC滤波器中，不需要将包括在LC滤波器中的电感元件10、20或30串联一电阻器或类似物，就可降低Q值。因此，LC滤波器可以避免增大电感元件10、20或30的尺寸，且保持电感元件10、20或30的尺寸/形状。
注意的是，电感元件20或30可包括散热器(未示出)，该散热器在开口6a的附近与覆盖件2接触、或在开口7a的附近与覆盖件3接触。在电感元件20或30包括这样的散热器的情况下，电感元件20或30将热量从覆盖件2或3快速地传输到散热器。因此，电感元件20或30可具有较高的散热性能。
此外，安装在车辆上的诸如逆变器设备的各种设备可通过使用上述电感元件和LC滤波器而形成。此外，车载空调可通过使用上述的诸如逆变器设备的各种设备而形成。
[示例]
接下来，参照图8至13解释通过测量电感元件20(参见图6)的示例的各种特性而获得结果和它们的计算结果。
(制造条件)
对于电感元件20的示例，使用具有4500H/m的磁导率的铁氧体材料制造磁芯。该磁芯为具有类似于跑道的形状的环形体。磁芯的外部尺寸为30mm×20mm×10mm，且磁芯的横截面形状为5mm×10mm。对于绕组，使用具有1.3mm直径的铜线。在磁芯的两个长边部上缠绕16圈绕组，使得电感元件20的示例构成共模电感元件。原则上，形成覆盖件的材料为铝合金，且适当地也可使用铜合金。原则上，覆盖件的厚度T1和T2为0.15mm，且根据需要定义标准水平。覆盖件的内端面之间的间距S1为5mm。原则上，覆盖件的外端面之间的间距S2为1mm，且根据需要定义标准水平。稍后将描述这些定义的标准水平。
注意的是，比较示例除了不包括与覆盖件2和3相对应的覆盖件之外，具有与电感元件10的示例的结构相同的结构。
(测量方法)
首先，测量电感元件10的示例及其比较示例的共模特性。图8示出了测量结果。注意的是，测量的共模特性为阻抗Z和电感L随预定范围内的频率的变化。
接下来，测量正常模式下的电阻分量特性。图9示出了测量结果。注意的是，正常模式下的测量的电阻分量Rs是通过测量阻抗Z随预定范围内的频率的变化而获得的。
接下来，还制造了电感元件20的多个其他示例。对于这些其他示例，测量了正常模式下的电阻分量特性Rs，且图10示出了测量结果。在其测量结果在图10中示出的示例中，为覆盖件的外端面之间的间距S2定义了四个标准水平，且为覆盖件的厚度T1和T2定义了三个标准水平t1、t2和t3。
接下来，还制造了电感元件20的多个其他示例。对于这些其他示例，测量了正常模式下的电阻分量特性Rs，且图11示出了测量结果。在其测量结果在图11中示出的示例中，两种类型的材料，即铝合金和铜合金，被用作覆盖件的材料，且为覆盖件的厚度T1和T2定义了12个标准水平。
最后，通过使用计算器计算覆盖件中的损耗分布。图12和图13示出了结果。具体地，图12示出了位于绕组4和绕组5之间的与覆盖件2和覆盖件3的外周面2b和3b相对应的表面上的区域中的损耗分布。此外，图13示出了绕组4所缠绕在的、与覆盖件2和覆盖件3的外周面2b和3b相对应的表面上的区域中的损耗分布。注意的是，图12中所示的覆盖件是从与图4中所示的箭头A1相同的方向观察的。注意的是，图13中所示的覆盖件是从与图4中所示的箭头A2相同的方向观察的。
(测量结果和计算结果)
如图8所示，在示例和比较示例中，阻抗Z和电感L关于频率没有显著的不同。因此，认为覆盖件的存在/不存在不会显著影响LC滤波器的共模特性。
如图9所示，在预定的频率F1处，示例具有显著高于比较示例的阻抗。也就是说，示例具有高于比较示例的电阻分量。这种差异的一种可能原因如下。根据该示例的LC滤波器具有这种结构：在该结构中，使用含有金属的两个覆盖件覆盖磁芯。因此，在正常模式下，电感元件中产生漏磁。该漏磁与两个覆盖件相互作用，并因此产生涡电流。由于两个覆盖件的内端面彼此间隔开，且这两个覆盖件的外端面也彼此间隔开，因此这两个覆盖件内的涡电流不会相互抵消。因此，它们具有优异的值。由于涡电流增大磁阻，因此正常模式下的电阻分量Rs增加。因此，LC滤波器具有优异的电阻分量Rs，且可以降低Q值。
如图10所示，存在这样的趋势：随着覆盖件的外端面之间的间距S2改变，电阻分量Rs减小。此外，随着覆盖件的厚度T1和T2增加至三个标准水平t1、t2和t3，电阻分量Rs改变。可以通过适当地改变覆盖件的外端面之间的间距S2和覆盖件的厚度T1和T2，将电阻分量Rs调节到任意值。
如图11所示，无论覆盖件的材料是铝合金还是铜合金，随着覆盖件的厚度T1和T2的增加，电阻分量Rs先增加，接着在到达顶峰之后，逐渐降低。尽管顶峰的高度彼此没有显著的差别，但是电阻分量达到顶峰时，覆盖件的厚度T1和T2之间存在较大差异，这表明铝合金和铜合金彼此不同。认为这些差异由覆盖件的材料的种类而引起。
如图12所示，绕组4和绕组5之间的、靠近覆盖件2外端面2e和覆盖件3外端面3e的部分的损耗大于其他部分的损耗。因此，认为绕组4和绕组5之间的靠近覆盖件2外端面2e和覆盖件3外端面3e的部分集中产热。
如图13所示，由绕组4所缠绕的、靠近覆盖件2外端面2e和覆盖件3外端面3e的部分的损耗小于其他部分的损耗。因此，认为绕组4所缠绕的靠近覆盖件2外端面2e和覆盖件3外端面3e的部分集中产热。
本公开不限于上述实施例且可在不背离本公开的精神下适当地修改。
根据如此描述的本公开，将显而易见的是，本公开的实施例可以以多种方式变化。这种变化不被认为是背离本公开的精神和范围，且对于本领域技术人员来说显而易见的所有的这样的修改旨在包含在所附权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种电感元件，其特征在于，所述电感元件包括：
环形磁芯；
第一覆盖件和第二覆盖件，所述第一覆盖件和所述第二覆盖件覆盖所述环形磁芯；和
第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和所述第二绕组缠绕在一区域上，所述区域为所述环形磁芯、所述第一覆盖件和所述第二覆盖件的区域，其中
当所述环形磁芯所环绕的轴线的延伸方向被定义为轴向时，
所述环形磁芯包括内周面、外周面、沿所述轴向的一端侧的端面、及另一端侧的端面，
所述第一覆盖件覆盖所述环形磁芯的内周面的一部分、所述环形磁芯的外周面的一部分和所述环形磁芯的所述一端侧的端面，且所述第一覆盖件包括在所述环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在所述环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
所述第二覆盖件覆盖所述环形磁芯的内周面的一部分、所述环形磁芯的外周面的一部分和所述环形磁芯的所述另一端侧的端面，且所述第二覆盖件包括在所述环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在所述环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面彼此间隔开；且
所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面彼此间隔开，
其中
所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距，且
所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距，
其中，所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面之间的间距大于所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面之间的间距。
2.根据权利要求1所述的电感元件，其特征在于，所述第一绕组与所述第二绕组彼此间隔开预定的间距。
3.根据权利要求1或2所述的电感元件，其特征在于，所述电感元件还包括壳体，其中
所述壳体包括开口，所述第一覆盖件的一部分和所述第二覆盖件的一部分能够通过所述开口露出。
4.根据权利要求1或2所述的电感元件，其特征在于，所述电感元件还包括散热器，其中
所述散热器设置在所述第一绕组和所述第二绕组之间。
5.一种LC滤波器，其特征在于，所述LC滤波器包括电感元件，所述电感元件包括：
环形磁芯；
第一覆盖件和第二覆盖件，所述第一覆盖件和所述第二覆盖件覆盖所述环形磁芯；和
第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和所述第二绕组缠绕在一区域上，所述区域为所述环形磁芯、所述第一覆盖件和所述第二覆盖件的区域，其中
当所述环形磁芯所环绕的轴线的延伸方向被定义为轴向时，
所述环形磁芯包括内周面、外周面、沿所述轴向的一端侧的端面及另一端侧的端面，
所述第一覆盖件覆盖所述环形磁芯的内周面的一部分、所述环形磁芯的外周面的一部分和所述环形磁芯的所述一端侧的端面，且所述第一覆盖件包括在所述环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在所述环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
所述第二覆盖件覆盖所述环形磁芯的内周面的一部分、所述环形磁芯的外周面的一部分和所述环形磁芯的所述另一端侧的端面，且所述第二覆盖件包括在所述环形磁芯的内周面上延伸的内端面和在所述环形磁芯的外周面上延伸的外端面，
所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面彼此间隔开；且
所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面彼此间隔开，
其中
所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距，且
所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面在它们的整个区域彼此间隔开预定的间距，
其中，所述第一覆盖件的内端面与所述第二覆盖件的内端面之间的间距大于所述第一覆盖件的外端面与所述第二覆盖件的外端面之间的间距。
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