CN112771633A - 电抗器 - Google Patents
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Abstract
一种电抗器,具备:线圈,具有卷绕部;及磁芯,配置于所述卷绕部的内侧和所述卷绕部的外侧,所述磁芯是通过组合多个芯片而构成的,所述多个芯片中的至少一个芯片是具备包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体和非磁性部件的第一芯片,所述非磁性部件被一体地保持于所述复合材料的成形体,所述非磁性部件具备:基部,沿所述复合材料的成形体的外周面配置;及突出片,从所述基部起竖立设置,所述突出片以与所述第一芯片的轴向交叉的方式插入于所述复合材料的成形体中的配置于所述卷绕部的内侧的部位的内部。
Description
技术领域
本公开涉及一种电抗器。
本申请主张基于2018年10月18日的日本申请的日本特愿2018-197055的优先权,引用上述日本申请所记载的全部记载内容。
背景技术
在专利文献1中,作为在车载转换器等中使用的电抗器,公开有如下电抗器,其具备:线圈,具有一对卷绕部;磁芯,具有组合为环状的多个芯片;及树脂模制部。上述多个芯片具备分别配置于各卷绕部的内侧的多个内芯片和配置于卷绕部的外侧的两个外芯片。上述树脂模制部覆盖磁芯的外周。上述树脂模制部中的、存在于卷绕部的内侧的部位的一部分夹设于相邻的内芯片之间而构成树脂间隙部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-135334号公报
发明内容
本公开的电抗器具备:线圈,具有卷绕部;及磁芯,配置于所述卷绕部的内侧和所述卷绕部的外侧,所述磁芯是通过组合多个芯片而构成的,所述多个芯片中的至少一个芯片是具备包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体及非磁性部件的第一芯片,所述非磁性部件被一体地保持于所述复合材料的成形体,所述非磁性部件具备:基部,沿所述复合材料的成形体的外周面配置;及突出片,从所述基部起竖立设置,所述突出片以与所述第一芯片的轴向交叉的方式插入于所述复合材料的成形体中的配置于所述卷绕部的内侧的部位的内部。
附图说明
图1是表示实施方式1的电抗器的概略俯视图。
图2A是表示实施方式1的电抗器所具备的第一芯片的概略立体图。
图2B是表示实施方式1的电抗器所具备的第一芯片的概略俯视图。
图2C是表示实施方式1的电抗器所具备的第一芯片的概略主视图。
图2D是从第一芯片的轴向观察实施方式1的电抗器所具备的第一芯片的概略侧视图。
图3是表示实施方式2的电抗器的概略俯视图。
具体实施方式
[本公开要解决的课题]
期望一种难以磁饱和且制造性也优异的电抗器。
如上所述,若在芯片之间具备树脂间隙部,则即使在使用电流值较大的情况下,电抗器也难以磁饱和。但是,为了形成树脂间隙部,需要将相邻的芯片的间隔支撑为预定的大小的部件,在专利文献1中组合内侧夹设部51与芯片。因此,组装时间变长,电抗器的制造性降低。
在取代上述树脂间隙部而具备氧化铝板这样的间隙板的情况下,如专利文献1的说明书[0019]所记载的那样,利用粘接剂来接合芯片与间隙板。在该情况下,由于需要粘接剂的固化时间,因此电抗器的制造性降低。
为此,本发明的目的之一在于提供一种难以磁饱和且制造性也优异的电抗器。
[本公开的效果]
本公开的电抗器难以磁饱和且制造性也优异。
[本公开的实施方式的说明]
首先,列记本公开的实施方式并进行说明。
(1)本公开的一技术方案所涉及的电抗器具备:线圈,具有卷绕部;及磁芯,配置于所述卷绕部的内侧和所述卷绕部的外侧,所述磁芯是通过组合多个芯片而构成的,所述多个芯片中的至少一个芯片是具备包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体及非磁性部件的第一芯片,所述非磁性部件被一体地保持于所述复合材料的成形体,所述非磁性部件具备:基部,沿所述复合材料的成形体的外周面配置;及突出片,从所述基部起竖立设置,所述突出片以与所述第一芯片的轴向交叉的方式插入于所述复合材料的成形体中的配置于所述卷绕部的内侧的部位的内部。
本公开的电抗器如以下说明的那样难以磁饱和且制造性也优异。
(磁特性)
在本公开的电抗器中,第一芯片以第一芯片的轴向沿卷绕部的轴向、即线圈的磁通方向的方式配置。其结果是,第一芯片中的非磁性部件的突出片以与上述磁通方向交叉的方式配置。这样的非磁性部件的突出片能够被用作磁隙。因而,本公开的电抗器即使在使用电流值较大的情况下也难以磁饱和。进而,本公开的电抗器即使在使用电流值较大的情况下,也能够维持预定的电感。此外,上述第一芯片的轴向代表性地相当于第一芯片的长度方向。
第一芯片以复合材料的成形体为主体。复合材料的成形体与电磁钢板的层叠体、压粉成形体或者压粉磁芯相比,代表性地包含大量作为非磁性材料的树脂。复合材料的成形体含有例如10体积%以上的树脂。由于复合材料中的树脂也作为磁隙发挥功能,因此本公开的电抗器难以磁饱和。
(制造性)
本公开的电抗器在第一芯片自身具备作为磁隙发挥功能的非磁性部件。由于构成第一芯片的复合材料的成形体与非磁性部件为一体物,因此能够省略保持上述相邻的芯片的间隔的部件、间隙板等。也不需要组合保持上述间隔的部件、间隙板与芯片。也不需要接合芯片与间隙板的粘接剂的固化时间。由此,由于组装时间缩短,因此本公开的电抗器的制造性优异。进而,第一芯片以复合材料的成形体为主体。因此,在第一芯片的制造过程中,能够在通过注射成形等形成复合材料的成形体的同时,使复合材料的成形体与非磁性部件一体化。由于能够容易地成形第一芯片,因此本公开的电抗器的制造性也优异。
此外,具备基部和突出片的非磁性部件例如与通用的间隙板那样的平板件相比,能够精度良好地成形在复合材料的成形体的预定的位置配置有突出片的第一芯片。其理由在于,能够在突出片相对于成形模具的定位、成形模具内的突出片的保持中应用基部。例如,若在成形模具的预定的位置设置供基部配置的槽等,则即使突出片被作为复合材料的成形体的原料的流动物推压,也难以错位。由于能够省略在成形模具内的预定的位置支撑非磁性部件的部件、或者易于形成为简单的结构,因此第一芯片的制造性优异。而且,具备基部和突出片的非磁性部件与上述平板件相比,即使突出片被上述流动物推压也难以变形或者折损。由此,第一芯片也被精度良好地成形。由此,本公开的电抗器的制造性也优异。
此外,由于第一芯片以复合材料的成形体为主体,因此本公开的电抗器是低损耗且小型的。详细而言,复合材料的成形体如上述那样,与电磁钢板的层叠体、压粉成形体相比难以磁饱和。因此,能够使非磁性部件的突出片的厚度变薄。由于上述突出片的厚度在某种程度上较薄,因此能够减少来自第一芯片中的突出片的配置部位的漏磁通。即使使卷绕部与第一芯片接近,也能够减少由上述漏磁通引起的损耗、例如铜损。根据这一点,本公开的电抗器为低损耗。由于复合材料包含树脂,电绝缘性优异,因此涡流损耗减少。其结果是,由于能够减少铁损这样的交流损耗,因此本公开的电抗器也为低损耗。
进而,在能够减小卷绕部与第一芯片的间隔这一点上,本公开的电抗器是小型的。如上所述,由于电绝缘性优异,因此也能够减小卷绕部与第一芯片的间隔。此外,这里的突出片的厚度是指沿第一芯片的轴向的最大长度。
(2)作为本公开的电抗器的一个例子,列举有如下方式,在所述复合材料的成形体的外周面中的所述突出片的前端侧具有浇口痕。
上述方式如以下说明的那样易于精度良好地成形第一芯片,制造性更加优异。上述方式代表性地能够通过在第一芯片的制造过程中从非磁性部件的突出片的前端侧朝向基部侧导入上述流动物来制造。换言之,能够将上述流动物的导入方向设为沿突出片的突出方向的方向。通过使上述流动物的导入方向沿上述突出方向,易于防止突出片被上述流动物推压而错位、或者倾倒、或者变形、或者折损。此外,突出片的突出方向与突出片的朝向复合材料的成形体的插入方向相同。
(3)作为本公开的电抗器的一个例子,列举有如下方式,所述突出片的从所述基部起的突出长度大于所述第一芯片的沿与轴向正交的方向的长度的1/2,所述突出片的沿所述轴向的最大长度小于2mm。
上述方式中的非磁性部件的突出片作为磁隙而良好地发挥功能。因而,上述方式难以磁饱和。另外,上述突出片的沿第一芯片的轴向的最大长度即厚度小于2mm,较薄。因此,来自第一芯片中的突出片的配置部位的漏磁通减少。这样的方式如上述那样是低损耗且小型的。
(4)作为本公开的电抗器的一个例子,列举有如下方式,假想对以与所述第一芯片的轴向正交的平面剖切所述复合材料的成形体所得的截面的外形进行内包的最小的长方形,所述突出片的突出方向是沿假想的所述长方形的长边的方向。
在上述方式中,与非磁性部件的突出片的突出方向是沿上述假想的长方形的短边的方向的情况相比,易于使突出片的突出长度变长。突出片的突出长度越长,则突出片作为磁隙越良好地发挥功能。因此,上述方式更加难以磁饱和。
(5)作为本公开的电抗器的一个例子,列举有如下方式,所述线圈具备相邻地排列的两个所述卷绕部,所述磁芯具备分别配置于两个所述卷绕部的内侧的包括所述突出片的所述第一芯片,所述第一芯片分别被配置为所述基部相对并且所述突出片背离。
与以突出片相对并且基部背离的方式配置各第一芯片的情况相比,上述方式中的非磁性部件的突出片作为磁隙良好地发挥功能。因此,上述方式更加难以磁饱和。
另外,具有配置于各卷绕部的内侧的部位的芯片均以复合材料的成形体为主体。因此,上述芯片能够通过注射成形等容易地形成。进而,各上述芯片能够应用相同组成、相同形状、相同大小的芯片。即,能够使用一个成形模具、相同的原料、相同的制造条件来制造多个上述芯片。由此,上述方式的制造性更加优异。
进而,由于具有配置于各卷绕部的内侧的部位的芯片以复合材料的成形体为主体,因此即使如上述那样使各卷绕部与各芯片接近,上述方式也是低损耗的。另外,通过上述的接近配置,上述方式能够成为小型的电抗器。
(6)作为本公开的电抗器的一个例子,列举有如下方式,所述复合材料的成形体的相对磁导率为5以上且50以下,配置于所述卷绕部的外侧的第二芯片的相对磁导率为所述复合材料的成形体的相对磁导率的2倍以上。
与复合材料的成形体的相对磁导率和第二芯片的相对磁导率为5~50且相同的情况相比,上述方式在具有较大的电感的同时易于小型化。
另外,复合材料的成形体的相对磁导率较低。包含这样的低导磁率的复合材料的成形体的方式难以磁饱和。由于难以磁饱和,因此能够使非磁性部件的突出片的厚度变薄。若突出片的厚度较薄,则来自第一芯片中的突出片的配置部位的漏磁通减少。另外,即使如上述那样使卷绕部与第一芯片接近,也能够降低损耗。这样的方式如上述那样是低损耗且小型的。
进而,上述方式能够减少第二芯片与第一芯片之间的漏磁通。这样的方式能够降低由上述漏磁通引起的损耗,是低损耗的。
(7)作为上述(6)的电抗器的一个例子,列举有如下方式,所述第二芯片的相对磁导率为50以上且500以下。
上述方式易于较大地确保第二芯片与第一芯片的相对磁导率之差。因此,上述方式更加易于减少第二芯片与第一芯片之间的漏磁通,损耗更低。
(8)作为上述电抗器的一个例子,列举有如下方式,所述电抗器具备覆盖所述磁芯的至少一部分的树脂模制部。
上述方式虽然具备多个芯片,但是能够通过树脂模制部来保持多个芯片。通过树脂模制部,能够提高磁芯作为一体物的强度,因此上述方式的强度也优异。另外,上述方式通过树脂模制部能够实现线圈与磁芯之间的电绝缘性的提高、使其免受外部环境的影响、实现机械性保护等。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下,参照附图,具体地说明本公开的实施方式。图中的相同附图标记表示相同名称物。
[实施方式1]
参照图1、图2A~图2D,对实施方式1的电抗器1进行说明。
图1是从与线圈2的卷绕部2a、2b的轴向和两个卷绕部2a、2b排列的方向这双方正交的方向观察实施方式1的电抗器1的俯视图。在此,上述轴向相当于图1的纸面左右方向。上述卷绕部2a、2b排列的方向相当于图1的纸面上下方向。上述正交的方向相当于图1的纸面垂直方向。
〈概要〉
如图1所示,实施方式1的电抗器1具备:线圈2,具有卷绕部;及磁芯3,配置于卷绕部的内侧和卷绕部的外侧。本例的线圈2具有相邻地排列的两个卷绕部2a、2b。各卷绕部2a、2b以各轴形成为平行的方式配置。磁芯3是通过组合多个芯片而构成的。本例的磁芯3具备:第一芯片31,包括分别配置于两个卷绕部2a、2b的内侧的部位;及第二芯片32,配置于卷绕部2a、2b的外侧。磁芯3是通过将这些芯片31、32组装成环状而构成的。两个芯片31以各轴向沿卷绕部2a、2b的轴向的方式配置。两个芯片32以夹着两个芯片31的方式配置。这样的电抗器1代表性地通过安装于转换器壳体等这样的未图示的设置对象而被使用。
特别是,作为构成磁芯3的芯片,实施方式1的电抗器1包括第一芯片31。第一芯片31具备复合材料的成形体30和非磁性部件7。详细而言,多个芯片中的、至少一个芯片是第一芯片31。复合材料的成形体30包含磁性粉末和树脂。非磁性部件7被一体地保持于复合材料的成形体30。另外,非磁性部件7具备基部70和突出片71。基部70沿复合材料的成形体30的外周面配置。突出片71从基部70起竖立设置。该突出片71插入于复合材料的成形体30中的配置于卷绕部2a、2b的内侧的部位的内部。进而,突出片71以与第一芯片31的轴向交叉的方式配置于复合材料的成形体30。
第一芯片31以第一芯片31的轴向沿卷绕部2a、2b的轴向、即线圈2的磁通方向的方式配置。其结果是,非磁性部件7的突出片71以与线圈2的磁通方向交叉的方式配置。本例的突出片71以与线圈2的磁通方向正交的方式配置。这样的突出片71作为磁隙发挥功能,有助于使电抗器1难以磁饱和。另外,非磁性部件7与复合材料的成形体30一体化而构成第一芯片31,有助于电抗器1的组装元件数量的削减。此外,此处的第一芯片31的轴向相当于芯片31的长度方向。
以下,对每个构成要素进行详细说明。
〈线圈〉
本例的线圈2具备将未图示的绕组卷绕成螺旋状而成的筒状的卷绕部2a、2b。作为具备相邻地排列的两个卷绕部2a、2b的线圈2,列举有以下的方式。
(i)线圈2具备由独立的两根绕组分别形成的卷绕部2a、2b和未图示的连接部。连接部是通过将从卷绕部2a、2b引出的绕组的两端部中的一方的端部彼此连接而构成的。
(ii)线圈2具备由一根连续的绕组形成的卷绕部2a、2b和未图示的连结部。连结部由架设于卷绕部2a、2b间的绕组的一部分构成,连结卷绕部2a、2b。
在(ii)中,从各卷绕部2a、2b引出的绕组的端部、在(i)中未被用于连接部的另一个端部被用作供电源等外部装置连接的部位。(i)的连接部列举有绕组的端部彼此直接连接的方式和间接连接的方式。在直接连接中,能够应用焊接、压接等。在间接连接中,能够应用安装于绕组的端部的适当的配件等。
绕组列举有具备导体线和覆盖导体线的外周的绝缘包覆的包覆线。导体线的构成材料列举有铜等。绝缘包覆的构成材料列举有聚酰胺酰亚胺等树脂。作为包覆线的具体例,列举有截面形状为长方形的包覆扁平线、截面形状为圆形的包覆圆线。作为由扁平线形成的卷绕部2a、2b的具体例,列举有扁立线圈。
本例的卷绕部2a、2b是四角筒状的扁立线圈。另外,在本例中,卷绕部2a、2b的形状、卷绕方向、匝数等规格相同。绕组、卷绕部2a、2b的形状、大小等能够适当变更。例如,卷绕部2a、2b的形状也可以是圆筒状等。或者,例如,各卷绕部2a、2b的规格也可以不同。
〈磁芯〉
《概要》
本例的磁芯3如上述那样,通过将两个芯片31和两个芯片32合计四个芯片组合成环状而构成闭合磁路。在本例中,各第一芯片31以复合材料的成形体30为主体,在复合材料的成形体30中的、配置于卷绕部2a、2b的内侧的部位包括非磁性部件7。另外,在本例中,各第二芯片32配置于卷绕部2a、2b的外侧,不具备非磁性部件7。主要是配置于卷绕部2a、2b的内侧的芯片31和配置于卷绕部2a、2b的外侧的芯片32为独立的芯片。在该情况下,芯片的构成材料、特别是在第一芯片31中复合材料的成形体30的构成材料的自由度提高。在本例中,线圈2内的芯片31的构成材料与线圈2外的芯片32的构成材料不同。两个芯片31的构成材料相同。另外,配置于一个卷绕部2a或者2b的内侧的芯片的个数为一个。因此,磁芯3、进而电抗器1的组装元件数量较少。芯片的构成材料、个数能够适当变更。
《芯片的形状、大小》
在本例中,两个芯片31为相同形状、相同大小。各芯片31为细长的长方体状,如上述那样以长度方向沿卷绕部2a、2b的轴向的方式配置。各芯片31的外周形状与卷绕部2a、2b的内周形状大致相似。各芯片31的端面311、312的形状为长方形,短边长度<长边长度(图2D)。各芯片31的形状、大小取决于作为主体的复合材料的成形体30的形状、大小,是大致相同的。本例的复合材料的成形体30如上所述为细长的长方体状,外周面包括两个端面311、312和四个周面313~316(图2A)。以下,在第一芯片31或者复合材料的成形体30中,将轴向、在此为与长度方向正交的方向中的、贯通相向的周面313、315的方向称为高度方向。另外,将与上述轴向正交的方向中的、贯通相向的周面314、316的方向称为宽度方向。
在本例中,两个芯片32为相同形状、相同大小。各芯片32为长方体状。在各芯片32中连接两个芯片31的面具有比两个端面311、312的合计面积大的面积。
芯片31、32的大小根据构成材料、非磁性部件7的突出片71的大小等进行调整,以使电抗器1满足预定的磁特性。
此外,芯片31、32的形状、大小等能够适当变更。例如,第一芯片31的形状也可以是圆柱状、多棱柱状等。或者,例如,第二芯片32的形状也可以是专利文献1所示的具有圆顶状的面或者梯形状的面的柱状体。此外,例如,也可以对芯片的角部的至少一部分进行C倒角或者R倒角。倒角后的角部难以缺损,芯片的机械强度优异。此外,R倒角后的角部参照第二芯片32即可。
《非磁性部件》
《概要》
以下,主要参照图2A~图2D对非磁性部件7进行说明。
第一芯片31具备至少一个非磁性部件7。非磁性部件7是由非磁性材料形成的成形体,具备基部70和突出片71。本例的非磁性部件7是基部70和突出片71成形为一体的一体物。
基部70代表性地如图2A所示那样由平板件构成,沿复合材料的成形体30的外周面配置。即,基部70以与复合材料的成形体30的外周面实质上平行的方式配置。基部70的表面的至少一部分、代表性地为一整面从复合材料的成形体30的外周面露出。与上述露出的面相向的面与复合材料的成形体30接触或者被埋设(图2B)。以下,将上述露出的面称为外侧面7o。将与外侧面7o相向的面称为内侧面7i。基部70作为在复合材料的成形体30的预定的位置支撑突出片71的部件发挥功能。本例的基部70的平面形状为长方形,由具有相同厚度的平板件构成。
突出片71代表性地如图2A所示那样由平板件构成,插入于复合材料的成形体30内。在本例中,除了突出片71的侧面以外,突出片71的整体埋设于复合材料的成形体30(也参照图2D)。突出片71的侧面在复合材料的成形体30的外周面露出。此外,包括突出片71的侧面在内的周缘附近的区域也可以从复合材料的成形体30的外周面露出,突出片71的整体也可以埋设于复合材料的成形体30。本例的突出片71的平面形状为长方形,由具有相同厚度的平板件构成。
另外,突出片71相对于基部70的内侧面7i具有预定的角度,并从内侧面7i突出。在本例中,突出片71以与内侧面7i正交的方式设置(图2B)。突出片71相对于内侧面7i的角度为90°。因而,本例的非磁性部件7是T字状的部件(图2A、图2B)。以下,将上述角度称为倾斜角度θ(图2B)。
在本例中,沿长方体状的复合材料的成形体30的外周面的一面、在此为周面313配置由长方形的平板件形成的基部70。构成基部70的平板件的宽度与复合材料的成形体30的宽度实质上相等。基部70的宽度是指沿复合材料的成形体30的宽度方向的长度。突出片71从基部70的内侧面7i中的长度方向的中央部起以正交的方式突出。上述长度方向在此是与沿第一芯片31的轴向的方向平行的方向,在图2B中是纸面左右方向。由于这样的T字状的非磁性部件7为简单的形状,因此能够容易地成形,制造性优异。
《形状》
非磁性部件7的形状能够适当变更。非磁性部件7的形状例如能够通过调整构成基部70、突出片71的部件的形状、一个基部70中的突出片71的个数、突出片71的倾斜角度θ等而容易地变更。
例如,基部70的平面形状也可以是圆形状、椭圆状、多边形状等。另外,基部70也可以根据复合材料的成形体30的外周形状而设为曲面形状。本例的基部70与复合材料的成形体30的周面313对应地由平坦的板材构成,但是例如若复合材料的成形体30为圆柱状,则由圆弧状的板材构成基部70即可。或者,例如若复合材料的成形体30为多棱柱状,则也可以由遍及多棱柱状的外周面中的多个周面配置的弯折形状的部件来构成基部70。作为上述弯折形状的部件,例如列举有多个平板件以与上述多棱柱的外周面中的相邻的周面的内角对应的角度连接而成的部件等。
例如,突出片71的平面形状也可以是U字状,换言之,是对长方形附加了半圆这样的形状等。或者,例如,突出片71的周缘也可以取代直线状的边缘而为波状、锯齿状这样的曲线状的边缘。或者,例如,突出片71也可以由波纹板这样的曲线形状的板材构成。或者,例如,也可以取代厚度相同的平板件而由厚度不同的部件构成突出片71。上述厚度不同的部件例如列举有在突出片71中从与基部70的连接侧、即根部侧朝向前端侧而厚度连续性或者阶段性地不同的部件、具有槽或者贯通孔的部件等。若突出片71由上述的具有曲线状的边缘的板材、曲线形状的板材、厚度不同的部件这样的异形状的部件构成,则突出片71中的与复合材料的成形体30的接触面积增大。因此,非磁性部件7被牢固地保持于复合材料的成形体30。
此外,在突出片71由异形状的部件构成的情况下,倾斜角度θ例如像以下那样求出。采用对异形状的部件进行内包的最小的长方体。采用上述长方体中的、沿突出片71的突出方向的一面。将上述长方体的一个面相对于基部70的内侧面7i的角度设为倾斜角度θ。
此外,在基部70的内侧面7i及突出片71的至少一方,埋设于复合材料的成形体30的区域的表面也可以粗糙。例如,若表面粗糙度Ra为25μm以上,则与表面粗糙度Ra小于6.3μm的平滑的情况相比,内侧面7i、突出片71中的与复合材料的成形体30的接触面积增大。因此,非磁性部件7被牢固地保持于复合材料的成形体30。表面粗糙度Ra可以利用市售的表面粗糙度测定机来进行测定。
突出片71相对于一个基部70的个数能够适当变更。例如,一个基部70也可以具备多个突出片71。当一个基部70具备多个突出片71时,非磁性部件7中的与复合材料的成形体30的接触面积增大。因此,非磁性部件7被牢固地保持于复合材料的成形体30。例如,一个基部70也可以在基部70的长度方向上分离地具备多个突出片71。在该情况下,基部70的长度也可以更长。或者,一个基部70也可以在基部70的宽度方向上分离地具备多个窄幅的突出片71。该情况下的各突出片71的宽度根据基部70的宽度及突出片71的个数来选择即可。另一方面,若如本例那样一个基部70具备一个突出片71,则非磁性部件7易于成为简单的形状而易于成为小型。因此,非磁性部件7在制造性优异的基础上也易于操作。
调整突出片71相对于基部70的倾斜状态,以使突出片71的突出方向成为与第一芯片31的轴向交叉的方向、进而成为与线圈2的磁通方向交叉的方向。代表性地,如本例那样,基部70的内侧面7i沿第一芯片31的轴向配置,突出片71的倾斜角度θ实质上相当于第一芯片31相对于轴向的交叉角度。在该情况下,突出片71的突出方向是相对于基部70的内侧面7i倾斜了倾斜角度θ的方向。
突出片71的突出方向只要是与第一芯片31的轴向交叉的方向、即与线圈2的磁通方向交叉的方向即可。定量地从大于0°且小于180°中适当选择倾斜角度θ或者交叉角度即可。特别是,突出片71的突出方向越接近与线圈2的磁通方向正交的方向、即倾斜角度θ越接近90°,则突出片71越是作为磁隙良好地发挥功能,电抗器1越难以磁饱和。在本例中,如上所述,倾斜角度θ为90°,如图1、图2B所示,本例的突出片71的突出方向是与上述磁通方向正交的方向。也可以使突出片71相对于基部70的内侧面7i非正交地交叉,突出片71的突出方向是与第一芯片31的轴向非正交地交叉的方向。该倾斜角度θ≠90°的方式参照后述的变形例A即可。
突出片71的突出方向列举有如下方式:假想对以与第一芯片31的轴向正交的平面剖切复合材料的成形体30所得的截面的外形进行内包的最小的长方形而沿该假想的长方形的长边的方向。本例的复合材料的成形体30为长方体状。因此,被与第一芯片31的轴向正交的平面剖切的复合材料的成形体30的截面形状为长方形。在该情况下,上述假想的长方形直接应用复合材料的成形体30的外形即可。若复合材料的成形体30是例如椭圆柱、端面形状为跑道状的柱状体等,则采取上述截面。而且,对于截面的外形、例如椭圆、跑道状等,假想采用对该截面的外形进行内包的最小的长方形即可。
在突出片71的突出方向沿上述假想的长方形的长边方向的情况下,与沿上述假想的长方形的短边方向的情况相比,突出片71的突出长度易于变长。换言之,复合材料的成形体30中的突出片71的插入深度易于变深。突出片71越深地插入于复合材料的成形体30,则复合材料的成形体30越易于成为被突出片71磁分隔的状态。这样的突出片71易于作为磁隙发挥功能,电抗器1难以磁饱和。
这里的突出片71的从基部70起的突出长度L7(图2B、图2D)是指沿突出片71的突出方向的最大长度。在本例中,突出长度L7是沿与第一芯片31的轴向正交的方向的最大长度。此外,后述的突出片71的厚度t7(图2B、图2C)是指突出片71的沿第一芯片31的轴向的最大长度。后述的突出片71的宽度w7(图2D)是指沿与第一芯片31的轴向及突出方向这双方正交的方向的最大长度。
《大小》
非磁性部件7的大小、特别是突出片71的厚度t7、突出长度L7、宽度w7等能够在电抗器1满足预定的磁特性的范围内适当选择。
厚度t7、突出长度L7、宽度w7越大,则越易于较大地确保突出片71的体积。突出片71的体积较大的电抗器1难以磁饱和。
另一方面,厚度t7越小,则来自第一芯片31中的突出片71的配置部位的漏磁通越少。在如本例那样突出片71的侧面在复合材料的成形体30的外周面露出的情况下,突出长度L7越小,则上述漏磁通也越少。根据这一点,即使使卷绕部2a、2b与第一芯片31接近,也能够减少由上述漏磁通引起的损耗、例如铜损。另外,通过上述的接近配置,电抗器1易于变得小型。因而,电抗器1是低损耗且小型的。进而,宽度w7、突出长度L7越小,则在第一芯片31的制造过程中,即使被作为复合材料的成形体30的原料的流动物推压,突出片71也越难以错位、或者变形、或者折损。因而,由于第一芯片31被精度良好地成形,因此电抗器1的制造性优异。
虽然也取决于磁芯3的大小等,但是若厚度t7例如小于2mm,则在减少磁饱和的同时,减少来自第一芯片31中的突出片71的配置部位的漏磁通。进而,电抗器1如上述那样是低损耗且小型的。在期望减少损耗的情况下等,厚度t7也可以为1.5mm以下,进一步为1.0mm以下、0.8mm以下。当厚度t7例如为0.5mm以上时,电抗器1难以磁饱和。
若宽度w7如图2D所示例的那样与复合材料的成形体30的宽度相等,则电抗器1难以磁饱和。另外,突出片71的侧面与复合材料的成形体30的外周面、在本例中为周面314、316实质上共面。因此,在制造过程中,易于将第一芯片31从成形模具拔出,第一芯片31的制造性优异。宽度w7也可以比复合材料的成形体30的宽度大。宽度w7例如也可以是复合材料的成形体30的宽度的大于1.0倍且1.2倍以下左右。在该情况下,突出片71的周缘附近的区域从复合材料的成形体30的外周面、在本例中为周面314、316中的至少一方突出。根据上述周缘附近的区域的突出量,能够将该区域应用于卷绕部2a、2b与复合材料的成形体30的间隔保持。或者,宽度w7也可以比复合材料的成形体30的宽度小。在该情况下,突出片71的整体埋设于复合材料的成形体30。在该情况下,也易于将第一芯片31从成形模具拔出,第一芯片31的制造性优异。
突出长度L7列举有大于第一芯片31的沿与轴向正交的方向的长度的1/2。在本例中,第一芯片31的沿与轴向正交的方向的长度相当于沿上述高度方向的长度,以下称为高度h3。高度h3相当于相向配置的周面313、315间的距离。另外,如图2D所示,高度h3相当于沿长方形状的端面311、312的长边方向的长度。本例的突出长度L7大于第一芯片31的高度h3的1/2。
若突出长度L7大于第一芯片31的高度h3的1/2、即大于高度h3的50%,则突出片71作为磁隙良好地发挥功能。因此,电抗器1难以磁饱和。突出长度L7越长,则越能够确保较大的磁隙,电抗器1越难以磁饱和。在期望减少磁饱和的情况下等,突出长度L7也可以是芯片31的高度h3的55%以上,进一步为60%以上。
若突出长度L7小于第一芯片31的高度h3、即小于高度h3的100%,则能够维持复合材料的成形体30与非磁性部件7一体化的状态。其理由在于,复合材料的成形体30包括覆盖突出片71的前端的部位,能够防止被突出片71分隔为两个。突出长度L7越小,则越能够较多地确保复合材料的成形体30中的覆盖突出片71的前端的部位,易于提高芯片31的强度。另外,在如上述那样突出片71的侧面从复合材料的成形体30的外周面露出的情况下,突出长度L7越小,则如上述那样漏磁通越少,电抗器1越易于成为低损耗且小型。在期望强度的提高、损耗的减少、小型化的情况下等,突出长度L7也可以为芯片31的高度h3的98%以下,进一步为95%以下、90%以下。
基部70的大小、例如厚度、长度、宽度特别是能够在复合材料的成形体30的制造过程中以能够恰当地支撑突出片71的范围适当选择。
在本例中,基部70的厚度与突出片71的厚度t7为同等程度,但是也可以比厚度t7薄,也可以比厚度t7厚。基部70的厚度越薄,则非磁性部件7越易于变得轻量。基部70的厚度越厚,则在第一芯片31的制造过程中,越易于较大地确保基部70相对于上述成形模具的槽的插入深度。上述插入深度越深,则越易于在成形模具内稳定地支撑突出片71。进而,能够提高第一芯片31的成形性、制造性。另外,若基部70为厚壁,则基部70中的从复合材料的成形体30露出的部位的厚度易于变大。根据该露出部位的厚度,能够将上述露出部位应用于卷绕部2a、2b与复合材料的成形体30的间隔保持。
此外,在基部70中,在上述第一芯片31的制造过程中插入到成形模具的槽中的部位从复合材料的成形体30露出。在本例中,包括外侧面7o在内,基部70中的基部70的厚度方向上的外侧的区域相当于上述露出部位。包括内侧面7i在内,在基部70中基部70的厚度方向上的内侧的区域埋设于复合材料的成形体30。此外,基部70的外侧面7o或者内侧面7i也可以与复合材料的成形体30的外周面共面。
在本例中,基部70的长度充分地大于突出片71的厚度t7。此处的基部70的长度是沿第一芯片31的轴向的最大长度。定量而言,基部70的长度为厚度t7的5倍以上,较长。由于基部70的长度较长,因此在第一芯片31的制造过程中易于较大地确保基部70相对于上述成形模具的槽的插入面积。上述插入面积越大,则越易于在成形模具内稳定地支撑突出片71。进而,能够提高第一芯片31的成形性、制造性。基部70的长度也可以是基部70的端部从卷绕部2a或者2b露出的长度。基部70的长度越短,则非磁性部件7越易于变得轻量。基部70的长度也可以是厚度t7的2倍以上且20倍以下左右。
在本例中,基部70的宽度与突出片71的宽度w7为同等程度,但是也可以比宽度w7细,也可以比宽度w7宽。此处的基部70的宽度是沿第一芯片31的宽度方向的最大长度。基部70的宽度越窄,则非磁性部件7越易于变得轻量。基部70的宽度越宽,则越易于较大地确保上述基部70的插入面积。进而,如上述那样提高第一芯片31的成形性、制造性。
《个数》
图1所示的第一芯片31具备具有一个突出片71的一个非磁性部件7。第一芯片31也可以具备未图示的多个非磁性部件7。在电抗器1具备多个非磁性部件7的情况下,各非磁性部件7的突出片71设于第一芯片31的轴向上的不同的位置,相对于复合材料的成形体30以相同的朝向或者不同的朝向插入。在以下的(1)中示出多个突出片71的插入方向、换言之突出方向相同的方式的一个例子。在以下的(2)中示出多个突出片71的插入方向、换言之突出方向不同的方式的一个例子。将以下的示例的各非磁性部件7设为本例那样的T字状的部件。
(1)配置有各非磁性部件7的基部70的复合材料的成形体30的外周面是选自周面313~316中的一个。例如,所有非磁性部件7的基部70配置于周面313。各非磁性部件7的突出片71从周面313向周面315突出。各突出片71的前端位于周面315侧。
(2)配置有各非磁性部件7的基部70的复合材料的成形体30的外周面是选自周面313~316中的两个以上。各非磁性部件7的突出片71从配置有基部70的周面朝向与该周面相向的周面突出。各突出片71的前端位于相向的周面侧。各突出片71在复合材料的成形体30的轴向上的不同位置以各突出片71的前端部相对的方式配置、或者以突出片71交叉的方式配置。在该方式的制造过程中,根据需要,使用在成形模具的预定的位置支撑非磁性部件7的部件。
在一个第一芯片31具备多个非磁性部件7的情况下,各非磁性部件7的形状、大小既可以相同,也可以不同。在非磁性部件7的形状、大小相同的情况下,第一芯片31可以说是简单的形状,易于成形。另外,例如,在一个第一芯片31具备多个非磁性部件7的情况下,与仅具备一个非磁性部件7的情况相比,能够使各突出片71的厚度t7变薄。其理由在于,能够利用多个突出片71来分割仅具备一个非磁性部件7的情况下的突出片71的厚度。因此,若一个第一芯片31具有多个非磁性部件7,则易于减少来自各非磁性部件7的配置部位的漏磁通及由该漏磁通引起的损耗。
《形成位置》
非磁性部件7设于复合材料的成形体30的轴向上的任意位置。在本例中,第一芯片31中的非磁性部件7的形成位置是第一芯片31的轴向的中心。这样的第一芯片31以沿第一芯片31的轴向二等分的线段为轴,呈对称形状。
在一个第一芯片31具备多个非磁性部件7等而具备多个突出片71的情况下,若将在第一芯片31的轴向上相邻的突出片71的间隔设为在某种程度上较宽,则易于提高第一芯片31的强度。其理由在于,通过多个突出片71,易于减少因复合材料的成形体30被分隔而引起的强度的降低,易于提高第一芯片31的作为一体物的强度。相邻的突出片71的间隔也取决于非磁性部件7的个数、基部70的大小等,例如列举有第一芯片31的长度的10%以上且小于第一芯片31的长度的50%。上述间隔例如也可以设为第一芯片31的长度/(沿上述轴向排列的突出片71的个数+1)。
《浇口痕》
此外,第一芯片31代表性地在复合材料的成形体30的外周面具有图2B~图2D所示的浇口痕75。浇口痕75是在第一芯片31的制造过程中在通过注射成形等对复合材料的成形体30进行成形的情况下被填充于向成形模具的腔体内导入原料的流动物的浇口的流动物的残留物。省略浇口的图示。浇口痕75与上述腔体内的浇口的设置位置对应地设于复合材料的成形体30。因此,复合材料的成形体30中的浇口痕75的位置能够通过调整腔体内的浇口的配置位置来变更。
此外,图2B、图2D为了易于理解而夸张地表示浇口痕75。图2C用粗线的圆形表示浇口痕75。浇口痕75的形状、大小根据所使用的浇口而不同。浇口例如列举有针形浇口、扇形浇口等。图2B~图2D的浇口痕75的形状、大小为示例。
作为浇口痕75的配置位置的一个例子,如本例所示,列举有在复合材料的成形体30的外周面中的突出片71的前端侧具有浇口痕75的方式。详细而言,采用使突出片71沿其突出方向延长的假想的延长部。第一芯片31在复合材料的成形体30的外周面中的与上述假想的延长部的交点位置具有浇口痕75。这样的第一芯片31代表性地能够通过在制造过程中从突出片71的前端侧朝向基部70侧、即根部侧导入作为复合材料的成形体30的原料的流动物来制造。通过将上述流动物的导入方向设为沿突出片71的突出方向的方向,易于防止突出片71被上述流动物推压而错位、或者倾倒、或者变形、或者折损。因此,易于精度良好地成形在复合材料的成形体30的预定的位置插入有突出片71的第一芯片31。进而,电抗器1的制造性优异。
浇口痕75的配置位置能够适当变更。根据非磁性部件7的突出片71的大小、倾斜角度θ等,浇口痕75的配置位置也可以是从复合材料的成形体30的外周面中的上述交点位置偏离的位置。
《第一芯片相对于卷绕部的配置状态》
在本例的电抗器1中,线圈2具备两个卷绕部2a、2b,且具备分别配置于卷绕部2a、2b的内侧的包括非磁性部件7的突出片71的第一芯片31。在该情况下,能够适当选择各第一芯片31中的基部70的朝向、突出片71的朝向。如图1所示,各第一芯片31也可以是以基部70相对并且突出片71背离的方式配置的方式。以下,将该方式称为靠内方式。或者,各第一芯片31也可以是以突出片71相对并且基部70背离的方式配置的方式。以下,将该方式称为靠外方式。靠外方式作为实施方式2见后述。
或者,也可以是以主要配置于一方的卷绕部2a内的第一芯片31的突出片71与主要配置于另一方的卷绕部2b内的第一芯片31的突出片71交叉的方式,例如以正交的方式配置的方式。以下,将该方式称为交叉方式。作为交叉方式的一个例子,列举有以下内容。在一方的第一芯片31中,基部70配置于周面313,突出片71从周面313朝向相向的周面315配置。在另一方的第一芯片31中,基部70配置于周面314,突出片71从周面314朝向相向的周面316配置。即,以各芯片31中的基部70的配置位置成为偏离90°的位置的方式配置非磁性部件7。
在此,在图1所示的那样的环状的磁芯3中,环的内周侧的区域与环的外周侧的区域相比,磁通易于密集地通过。在基部70相对且突出片71背离的靠内方式中,在磁通易于密集地通过的内周侧的区域可靠地存在有突出片71。因此,靠内方式与靠外方式、交叉方式相比,作为磁隙良好地发挥功能,难以磁饱和。
此外,在两个卷绕部2a、2b中的、主要配置于至少一方的内侧的第一芯片31具有多个非磁性部件7的情况下,包括上述呈靠内方式的非磁性部件7、呈靠外方式的非磁性部件7及呈交叉方式的非磁性部件7中的至少一个。
《构成材料》
构成非磁性部件7的非磁性材料优选为非金属。其理由在于,能够减少涡流损耗等损耗,能够形成低损耗的电抗器1。作为非磁性的非金属材料的一个例子,列举有各种树脂、陶瓷等。在非磁性部件7的构成材料为树脂的情况下,优选具有在制造过程中即使与作为复合材料的成形体30的原料的流动物接触也不会变形、或者不会溶解的程度的耐热性的树脂。例如,列举有热变形温度为200℃以上、优选为250℃以上的树脂。
作为具体的树脂,列举有热塑性树脂、热固性化树脂等。作为热塑性树脂的一个例子,列举有聚苯硫醚(PPS)树脂等。作为热固性化树脂的一个例子,列举有不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂等。若非磁性部件7的构成材料为树脂,则与为陶瓷的情况相比,易于成形非磁性部件7。这样的非磁性部件7的制造性优异。
作为陶瓷的一个例子,列举有氧化铝等。若非磁性部件7的构成材料为陶瓷,则非磁性部件7的刚性、强度优异。因此,在第一芯片31的制造过程中,易于防止突出片71被上述流动物推压而错位、或者倾倒、或者变形、或者折损。
《芯片的构成材料》
构成磁芯3的多个芯片列举有以软磁性材料为主体的成形体等。软磁性材料列举有铁、铁合金,例如Fe-Si合金、Fe-Ni合金等这样的金属、铁氧体等非金属等。上述成形体列举有复合材料的成形体、压粉成形体、由软磁性材料形成的板材的层叠体、烧结体等。复合材料的成形体包含磁性粉末和树脂。复合材料的成形体的详细情况见后述。压粉成形体的详细情况见后述。板材的层叠体代表性地列举有层叠电磁钢板等板材而成的层叠体。烧结体代表性地列举有铁氧体磁芯等。所有的芯片的构成材料相同的方式、全部不同的方式、如本例那样局部地包含构成材料相同的芯片的方式均能够应用。但是,构成磁芯3的多个芯片中的、具备非磁性部件7的第一芯片31由复合材料的成形体形成。
《复合材料的成形体》
在复合材料的成形体中,复合材料中的磁性粉末的含有量例如列举有30体积%以上且80体积%以下。复合材料中的树脂的含有量例如列举有10体积%以上且70体积%以下。磁性粉末的含有量越多且树脂的含有量越少,则饱和磁通密度、相对磁导率越高、或者散热性越高。在期望饱和磁通密度、相对磁导率的提高、散热性的提高等情况下,磁性粉末的含有量也可以为50体积%以上,进一步为55体积%以上、60体积%以上。磁性粉末的含有量越少且树脂的含有量越多,则电绝缘性越高,涡电流损耗越少。在制造过程中,复合材料的流动性优异。在期望损耗的减少、流动性的提高的情况下等,磁性粉末的含有量可以为75体积%以下,进一步可以为70体积%以下。或者,树脂的含有量也可以大于30体积%。
对于复合材料的成形体而言,不仅如上述那样根据磁性粉末的含有量、树脂的含有量的多少,根据磁性粉末的组成也易于使饱和磁通密度、相对磁导率不同。可以调整上述磁性粉末的组成、磁性粉末的含有量、树脂的含有量等,以使电抗器1具有预定的磁特性、例如预定的电感。
在复合材料的成形体中,复合材料中的树脂列举有热固性化树脂、热塑性树脂、常温固化性树脂、低温固化性树脂等。作为热固性化树脂的一个例子,列举有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等。作为热塑性树脂的一个例子,列举有PPS树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、液晶聚合物(LCP)、尼龙6、尼龙66这样的聚酰胺(PA)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂等。此外,也可以应用在不饱和聚酯中混合碳酸钙、玻璃纤维而成的BMC(Bulk molding compound)、混炼型硅橡胶、混炼型聚氨酯橡胶等。
复合材料的成形体除了磁性粉末及树脂以外,还可以含有由非磁性材料形成的粉末。作为非磁性材料,列举有氧化铝、二氧化硅等陶瓷、各种金属等。复合材料的成形体通过含有由非磁性材料形成的粉末而能够提高散热性。另外,由陶瓷这样的非金属且非磁性材料形成的粉末的电绝缘性也优异,是优选的。由非磁性材料形成的粉末的含有量例如列举有0.2质量%以上且20质量%以下。上述含有量也可以进一步设为0.3质量%以上且15质量%以下、0.5质量%以上且10质量%以下。
复合材料的成形体可以通过注射成形、铸塑成形等适当的成形方法来制造。代表性地列举有如下方法:准备包含磁性粉末和树脂的原料,在将流动状态下的原料、即流动物填充到成形模具后进行固化。磁性粉末能够应用由上述软磁性材料形成的粉末、在粉末粒子的表面具备由绝缘材料等形成的包覆层的粉末等。
特别是对于具备非磁性部件7的第一芯片31,如上所述,作为成形模具,列举有应用在腔体内设有支撑复合材料的成形体30的槽的成形模具。根据需要,也可以将支撑非磁性部件7的部件安装于成形模具。
《压粉成形体》
压粉成形体代表性地列举有在将包含上述磁性粉末和粘合剂的混合粉末压缩成形为预定的形状后实施热处理所得的材料。粘合剂能够应用树脂等。粘合剂的含有量列举有30体积%以下左右。若实施热处理,则粘合剂消失、或者成为热改性物。因此,与复合材料的成形体相比,压粉成形体易于提高磁性粉末的含有比例。例如,压粉成形体中的磁性粉末的含有比例列举有大于80体积%,进一步为85体积%以上。由于磁性粉末的含有比例较多,因此压粉成形体与含有树脂的复合材料的成形体相比,具有饱和磁通密度、相对磁导率较高的倾向。
《磁特性》
在第一芯片31中,复合材料的成形体30的相对磁导率例如列举有5以上且50以下。复合材料的成形体30的相对磁导率也可以为更低的10以上且45以下,进一步为40以下、35以下、30以下。具备包括这样的低导磁率的复合材料的成形体30的磁芯3的电抗器1难以磁饱和。因此,能够使非磁性部件7的突出片71的厚度t7变薄。若突出片71的厚度t7较薄,则来自突出片71的配置部位的漏磁通减少。进而,电抗器1如上述那样是低损耗且小型的。
优选配置于卷绕部2a、2b的外侧的第二芯片32的相对磁导率比上述复合材料的成形体30的相对磁导率大。其理由之一在于,能够减少第一芯片31与第二芯片32之间的漏磁通。进而,由上述漏磁通引起的损耗减少,电抗器1为低损耗。其它理由在于,与复合材料的成形体30的相对磁导率例如为5~50、第二芯片32的相对磁导率与上述复合材料的成形体30的相对磁导率相等的情况相比,电抗器1在具有较大的电感的同时,易于变得小型。
特别是,若第二芯片32的相对磁导率为复合材料的成形体30的相对磁导率的2倍以上,则能够更加可靠地减少第一芯片31与第二芯片32间的漏磁通。复合材料的成形体30的相对磁导率与第二芯片32的相对磁导率之差越大,则上述漏磁通越少。在期望损耗的减少的情况下等,第二芯片32的相对磁导率也可以为复合材料的成形体30的相对磁导率的2.5倍以上,进一步为3倍以上、5倍以上、10倍以上。
第二芯片32的相对磁导率例如列举为50以上且500以下。第二芯片32的相对磁导率也可以为更高的80以上,进一步为100以上、150以上、180以上。这样的高导磁率的芯片32易于进一步增大与复合材料的成形体30的相对导磁率之差。例如在复合材料的成形体30的相对磁导率为50的情况下,若第二芯片32的相对磁导率为100以上,则为复合材料的成形体30的2倍以上。由于上述相对磁导率之差较大,因此如上所述,第一芯片31与第二芯片32之间的漏磁通更加易于减少,电抗器1更加易于成为低损耗。另外,第二芯片32的相对磁导率越大,则越能够使第二芯片32比第一芯片31小。根据这一点,电抗器1易于变得更加小型。
此处的相对磁导率如下述这样地求出。
制作由与第一芯片31所具备的复合材料的成形体30、第二芯片32相同的组成形成的环状的试样。环状的试样的大小为外径34mm、内径20mm、厚度5mm。
对上述环状的试样实施一次侧:300圈的绕组、二次侧:20圈的绕组,在H=0(Oe)~100(Oe)的范围内测定B-H初磁化曲线。
求出所得到的B-H初磁化曲线的B/H的最大值。将该最大值作为相对磁导率。这里的磁化曲线是所谓的直流磁化曲线。
将在复合材料的成形体30的相对磁导率的测定中使用的环状的试样设为不具有非磁性部件7。
本例的各第一芯片31以复合材料的成形体30为主体。本例的第二芯片32由压粉成形体形成。复合材料的成形体30的相对磁导率为5以上且50以下。第二芯片32的相对磁导率为50以上且500以下,且为复合材料的成形体30的相对磁导率的2倍以上。
此外,在本例中,各第一芯片31所具备的复合材料的成形体30为相同组成。因此,两复合材料的成形体30的相对磁导率实质上相等。各第一芯片31所具备的复合材料的成形体30的组成也可以不同。
〈保持部件〉
此外,电抗器1也可以具备夹设于线圈2与磁芯3之间的保持部件5。图1用双点划线假想地表示保持部件5。
保持部件5代表性地由电绝缘材料构成,有助于提高线圈2与磁芯3之间的电绝缘性。另外,保持部件5保持卷绕部2a、2b及芯片31、32,被应用于芯片31、32相对于卷绕部2a、2b的定位。保持部件5代表性地以相对于卷绕部2a、2b设置预定的间隙的方式保持芯片31。在电抗器1具备后述的树脂模制部6的情况下,上述间隙能够被应用于流动状态下的树脂的流路。因而,保持部件5也有助于在树脂模制部6的制造过程中确保上述流路。
图1所示例的保持部件5是配置于第一芯片31的端部与第二芯片32的接触部位及其附近的长方形的框状的部件。例如,保持部件5列举有具备以下的贯通孔、支撑片、线圈侧的槽部及芯侧的槽部的部件。保持部件5的详细情况未图示。作为类似的形状,参照专利文献1的外侧夹设部52即可。以下,将在保持部件5中配置第二芯片32的一侧称为芯侧。将在保持部件5中配置卷绕部2a、2b的一侧称为线圈侧。
贯通孔从保持部件5的芯侧向保持部件5的线圈侧贯通,供第一芯片31插通。支撑片从形成贯通孔的内周面局部地突出而支撑第一芯片31的外周面的一部分、例如角部。当第一芯片31被支撑片保持时,在卷绕部2a、2b与第一芯片31之间设有与支撑片的厚度相应的间隙。线圈侧的槽部设于保持部件5的线圈侧,供各卷绕部2a、2b的端面及其附近嵌入。芯侧的槽部设于保持部件5的芯侧,供第二芯片32中的与第一芯片31接触的接触面及其附近嵌入。
保持部件5只要具有上述功能,就能够适当变更形状、大小等。另外,保持部件5能够应用公知的结构。例如,保持部件5也可以是与上述框状的部件独立的部件,包括配置于卷绕部2a、2b与芯片31之间的部件。作为类似的形状,参照专利文献1的内侧夹设部51即可。
保持部件5的构成材料列举有树脂这样的电绝缘材料。树脂的具体例参照上述复合材料的成形体项即可。代表性地列举有热塑性树脂、热固性化树脂等。保持部件5能够通过注射成形等公知的成形方法来制造。
〈树脂模制部〉
此外,电抗器1也可以具备覆盖磁芯3的至少一部分的树脂模制部6。图1用双点划线假想地表示树脂模制部6。
树脂模制部6通过覆盖磁芯3的至少一部分而具有保护磁芯3免受外部环境的影响、或机械性地保护、或提高磁芯3与线圈2、周围元件之间的电绝缘性的功能。树脂模制部6若如图1所示例的那样覆盖磁芯3、且未覆盖卷绕部2a、2b的外周而使其露出,则电抗器1的散热性也优异。其理由在于,卷绕部2a、2b能够与液体制冷剂等冷却介质直接接触。
作为树脂模制部6的一个例子,如图1所示,列举有具备内侧树脂部61和外侧树脂部62的方式。内侧树脂部61存在于卷绕部2a、2b的内侧,覆盖第一芯片31的至少一部分。外侧树脂部62存在于卷绕部2a、2b的外侧,覆盖第二芯片32的至少一部分。另外,树脂模制部6是内侧树脂部61与外侧树脂部62连续的一体成形物,列举有将构成磁芯3的芯片31、32保持为一体。通过利用树脂模制部6将构成磁芯3的芯片31、32保持为一体,能够提高磁芯3的作为一体物的刚性,电抗器1的强度优异。
内侧树脂部61、外侧树脂部62的包覆范围、厚度等能够适当选择。例如,树脂模制部6也可以覆盖磁芯3的外周面的整个面。或者,例如,外侧树脂部62也可以不覆盖第二芯片32的一部分而使其露出。或者,例如,树脂模制部6可以是大致相同的厚度,也可以是局部厚度不同。此外,树脂模制部6也可以是内侧树脂部61仅覆盖第一芯片31中的与第二芯片32的连结部位及其附近的部件。或者,树脂模制部6也可以不具备内侧树脂部61,实质上仅覆盖第二芯片32。
树脂模制部6的构成材料列举有各种树脂。例如,列举有热塑性树脂。作为热塑性树脂的一个例子,列举有PPS树脂、PTFE树脂、LCP、PA树脂、PBT树脂等。上述构成材料除了树脂以外,还可以含有导热性优异的粉末、由上述非磁性材料形成的粉末。包含上述粉末的树脂模制部6的散热性优异。此外,若树脂模制部6的构成树脂和保持部件5的构成树脂是相同的树脂,则两者的接合性优异。另外,由于两者的热膨胀系数相同,因此能够抑制由热应力引起的树脂模制部6的剥离、破裂等。在树脂模制部6的成形中能够应用注射成形等。
〈电抗器的制造方法〉
实施方式1的电抗器1例如能够通过准备芯片31、32并与线圈2组装来制造。适当地组装保持部件5。具备树脂模制部6的电抗器1能够通过将组装有线圈2、磁芯3及保持部件5的部件收纳于树脂模制部6的成形模具中并利用流动状态下的树脂包覆磁芯3来制造。省略成形模具的图示。
具备复合材料的成形体30和非磁性部件7的第一芯片31可以应用如上述那样在腔体内具备支撑非磁性部件7的基部70的槽的成形模具等,通过注射成形等来制造。对于非磁性部件7,只要另外制造并准备预定的形状、大小的部件即可。通过将基部70配置于成形模具的槽而维持突出片71在腔体内竖立设置的状态。在该竖立设置状态下如上述那样从突出片71的前端侧等导入作为复合材料的成形体30的原料的流动物即可。在本例中,各第一芯片31为相同形状、相同大小。复合材料的成形体30为相同的形状、相同的大小、相同的组成。非磁性部件7为相同的形状、相同的大小、相同的构成材料。因此,能够共用一个成形模具来制造多个第一芯片31。另外,能够以相同的原料、相同的制造条件制造多个第一芯片31。
在树脂模制部6的制造中,能够应用以从一方的芯片32朝向另一方的芯片32的方式导入流动状态下的树脂的单向的填充方法。或者,能够应用以从两个芯片32分别朝向卷绕部2a、2b内的方式导入流动状态下的树脂的双向的填充方法。
〈用途〉
实施方式1的电抗器1能够被应用于进行电压的升压动作、降压动作的电路的元件、例如各种转换器、电力转换装置的构成元件等。作为转换器的一个例子,列举有搭载于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等车辆的车载用转换器,代表性的是DC-DC转换器、空调机的转换器等。
〈主要效果〉
实施方式1的电抗器1能够将第一芯片31所具备的非磁性部件7的突出片71用作磁隙。由于第一芯片31以复合材料的成形体30为主体,复合材料中的树脂作为磁隙发挥功能,因此也难以磁饱和。因而,电抗器1即使在使用电流值较大的情况下也难以磁饱和。
另外,在实施方式1的电抗器1中,构成第一芯片31的复合材料的成形体30与非磁性部件7为一体物。因此,不需要保持相邻的芯片的间隔的部件、间隙板等,组装元件数量较少,电抗器1易于组装。也可以不用粘接剂来接合芯片与间隙板,也能够省略粘接剂的固化时间。因而,电抗器1的制造性优异。
由于第一芯片31以复合材料的成形体30为主体,因此在通过注射成形等来成形复合材料的成形体30时能够将非磁性部件7同时一体化。另外,由于非磁性部件7具备基部70和突出片71,因此非磁性部件7易于被支撑于成形模具内的预定的位置,不需要另外的支撑部件等。另外,这样的非磁性部件7即使被作为复合材料的成形体30的原料的流动物推压,也易于防止突出片71的错位、变形、折损等。由此,能够容易且精度良好地成形第一芯片31。由此,电抗器1的制造性也优异。
进而,实施方式1的电抗器1起到以下的效果。
(a)非磁性部件7的突出片71配置于卷绕部2a、2b的内侧。因此,与突出片71配置于卷绕部2a、2b的外侧的情况相比,来自突出片71的配置部位的漏磁通减少。因而,电抗器1能够良好地确保预定的电感。
(b)以复合材料的成形体30为主体的第一芯片31与电磁钢板的层叠体、压粉成形体相比难以磁饱和。根据这一点,能够使非磁性部件7的突出片71的厚度t7变薄。通过使突出片71的厚度t7较薄,能够减少来自突出片71的配置部位的漏磁通。即使使卷绕部2a、2b与第一芯片31接近,也能够减少由上述漏磁通引起的损耗、例如铜损。由于第一芯片31包含树脂而电绝缘性优异,因此也能够使卷绕部2a、2b与第一芯片31接近。通过上述的接近配置,电抗器1易于变得小型。因而,电抗器1是低损耗且小型的。
(c)由于复合材料的成形体30包含树脂而电绝缘性优异,因此涡电流损耗减少。从能够减少铁损这样的交流损耗的观点出发,电抗器1是低损耗的。
进而,本例的电抗器1起到以下的效果。
具有配置于各卷绕部2a、2b的内侧的部位的芯片均为第一芯片31,且以复合材料的成形体30为主体。由于能够通过注射成形等容易地形成多个芯片,因此电抗器1的制造性也优异。另外,若具有配置于各卷绕部2a、2b的内侧的部位的芯片为第一芯片31,则如上所述,来自非磁性部件7的突出片71的配置部位的漏磁通减少。因此,电抗器1是更低损耗且小型的。
主要是配置于卷绕部2a、2b的各第一芯片31的配置方式为上述的靠内方式。在环状的磁芯3中的、磁通易于密集地通过的内周侧的区域,两第一芯片31的突出片71以与磁通方向正交的方式配置。因此,能够更加可靠地减少磁饱和,电抗器1难以磁饱和。
[实施方式2]
以下,主要参照图3,对实施方式2的电抗器1进行说明。
实施方式2的电抗器1的基本结构与实施方式1相同。实施方式2中的与实施方式1的主要不同点在于主要配置于各卷绕部2a、2b的内侧的各第一芯片31中的非磁性部件7的配置状态。实施方式2的电抗器1是上述靠外方式。以下,详细地说明该不同点,省略与实施方式1重复的结构及效果的详细说明。
在实施方式2的电抗器1中,线圈2具备两个卷绕部2a、2b,磁芯3具备分别配置于卷绕部2a、2b的内侧的包括非磁性部件7的突出片71的第一芯片31。各第一芯片31以突出片71相对、且基部70背离的方式配置。图3示例了如下情况:关于配置于一方的卷绕部2a内的非磁性部件7,基部70位于纸面下侧,关于配置于另一方的卷绕部2b内的非磁性部件7,基部70位于纸面上侧。
实施方式2的电抗器1例如列举有以图3的纸面下侧成为接近未图示的设置对象的一侧、纸面上侧成为远离设置对象的一侧的方式安装于设置对象的情况。在该情况下,可以说在接近设置对象的一侧、即一方的卷绕部2a内的非磁性部件7中,突出片71靠近接近设置对象的一侧。另外,可以说在远离设置对象的一侧、即另一个卷绕部2b内的非磁性部件7中,突出片71以远离设置对象的方式设置。
《主要效果》
如以下说明的那样,若是非磁性部件7的突出片71靠近接近设置对象的一侧的状态,则靠外方式的电抗器1的散热性优异。
一方的卷绕部2a易于因来自卷绕部2a侧的第一芯片31所具备的突出片71的配置部位的漏磁通而发热。但是,该突出片71在卷绕部2a中靠近接近设置对象的一侧的区域,在此为图3的纸面下侧的区域。以下,将该区域称为设置侧的区域。若一方的卷绕部2a中的设置侧的区域被设置对象冷却,则第一芯片31及一方的卷绕部2a能够效率良好地向上述设置对象传热。在本例中,以各卷绕部2a、2b与第一芯片31成为同轴的方式配置线圈2和磁芯3。也可以使第一芯片31相对于一方的卷绕部2a的轴偏心,以使卷绕部2a侧的第一芯片31的轴接近设置对象。在该情况下,卷绕部2a侧的第一芯片31所具备的突出片71接近一方的卷绕部2a中的设置侧的区域。因此,第一芯片31及一方的卷绕部2a能够效率良好地向上述设置对象传热。
另一方的卷绕部2b易于因来自卷绕部2b侧的第一芯片31所具备的突出片71的配置部位的漏磁通而发热。但是,该突出片71在另一方的卷绕部2b中靠近远离设置对象的一侧,在此为图3的纸面上侧的区域。在另一方的卷绕部2b中远离设置对象的一侧与卷绕部2a相比更接近外部环境,易于从外部环境冷却。若未图示的冷却机构与卷绕部2b接近配置,则第一芯片31及另一方的卷绕部2b能够效率良好地向该冷却机构传热。从这一点出发,电抗器1的散热性也优异。即使在如上述那样另一方的卷绕部2b与第一芯片31偏心的情况下,第一芯片31及另一方的卷绕部2b也能够效率良好地向外部环境、冷却机构传热。
本发明并不局限于这些示例,而是由权利要求书示出,意在包含与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。
例如,对于上述实施方式1、2,能够进行以下的至少一个变更。
(变形例A)非磁性部件的突出片相对于第一芯片的轴向非正交地交叉。
在该情况下,突出片的沿突出方向的长度易于变长。因此,突出片的与复合材料的成形体的接触面积增大。因而,非磁性部件被牢固地保持于复合材料的成形体。
(变形例B)构成磁芯的芯片全部以复合材料的成形体为主体。
该方式例如与具备复合材料的成形体和压粉成形体的实施方式1相比,难以磁饱和。因此,能够使非磁性部件的突出片的厚度变薄。由于来自突出片的配置部位的漏磁通减少,因此该电抗器是低损耗的。另外,各芯片的电绝缘性也优异,涡流损耗减少。由于铁损这样的交流损耗减少,因此该电抗器也是低损耗的。
(变形例C)构成磁芯的芯片的个数为两个、三个或者五个以上。
芯片的个数越少,则电抗器的组装元件数量越被削减,电抗器的制造性越高。若芯片的个数较多,则如在实施方式1中说明的那样,各芯片的构成材料的自由度提高,易于进行磁特性等的调整。
在芯片的个数为两个的情况下,例如能够应用具备两个U字状的芯片的方式、具备两个L字状的芯片的方式、具备U字状的芯片和I字状的芯片的方式等。任一方式均可以包括具备复合材料的成形体和非磁性部件的芯片,在该芯片中的、配置于卷绕部内的部位具备非磁性部件的突出片即可。
(变形例D)在线圈具备两个卷绕部的情况下,具有配置于一方的卷绕部的内侧的部位的芯片是具备复合材料的成形体和非磁性部件的第一芯片,具有配置于另一方的卷绕部的内侧的部位的芯片是第一芯片以外的芯片。
例如,第一芯片以外的芯片也可以是压粉成形体等。
(变形例E)包括配置于卷绕部内的部位的芯片的外周形状与卷绕部的内周形状不相似。
该方式易于较宽地确保卷绕部与芯片的间隔。因此,在非磁性部件中减少了由来自突出片的配置部位的漏磁通引起的损耗、例如铜损。
(变形例F)电抗器具备以下的至少一个。均省略图示。
(F-1)电抗器具备温度传感器、电流传感器、电压传感器、磁通传感器等测定电抗器的物理量的传感器。
(F-2)电抗器具备安装于线圈的卷绕部的外周面的至少一部分的散热板。
散热板例如列举有金属板、由导热性优异的非金属无机材料形成的板材等。特别是若在配置具备非磁性部件的第一芯片的卷绕部设置散热板,则电抗器的散热性优异,是优选的。其理由在于,如上述那样配置具有非磁性部件的第一芯片的卷绕部易于因来自非磁性部件中的突出片的配置部位的漏磁通而发热。也可以在未配置第一芯片的卷绕部设置散热板。
(F-3)电抗器具备夹设于电抗器的设置面与设置对象、或者上述散热板之间的接合层。
接合层例如列举有粘接剂层。若采用电绝缘性优异的粘接剂,则即使散热板为金属板,也可以通过粘接剂层来提高卷绕部与散热板之间的绝缘性,因此是优选的。
(F-4)电抗器具备安装部,该安装部与外侧树脂部成形为一体,用于将电抗器固定于设置对象。
附图标记说明
1电抗器
2线圈
2a、2b卷绕部
3磁芯
30复合材料的成形体
31第一芯片
32第二芯片
311、312端面
313、314、315、316周面
5保持部件
6树脂模制部
61内侧树脂部
62外侧树脂部
7非磁性部件
70基部
7o外侧面
7i内侧面
71突出片
75浇口痕
L7突出长度
t7厚度
w7宽度
h3高度。
Claims (8)
1.一种电抗器,具备:
线圈,具有卷绕部;及
磁芯,配置于所述卷绕部的内侧和所述卷绕部的外侧,
所述磁芯是通过组合多个芯片而构成的,
所述多个芯片中的至少一个芯片是具备包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体及非磁性部件的第一芯片,
所述非磁性部件被一体地保持于所述复合材料的成形体,所述非磁性部件具备:
基部,沿所述复合材料的成形体的外周面配置;及
突出片,从所述基部起竖立设置,
所述突出片以与所述第一芯片的轴向交叉的方式插入于所述复合材料的成形体中的配置于所述卷绕部的内侧的部位的内部。
2.根据权利要求1所述的电抗器,其中,
在所述复合材料的成形体的外周面中的所述突出片的前端侧具有浇口痕。
3.根据权利要求1或2所述的电抗器,其中,
所述突出片的从所述基部起的突出长度大于所述第一芯片的沿与轴向正交的方向的长度的1/2,
所述突出片的沿所述轴向的最大长度小于2mm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电抗器,其中,
假想对以与所述第一芯片的轴向正交的平面剖切所述复合材料的成形体所得的截面的外形进行内包的最小的长方形,
所述突出片的突出方向是沿假想的所述长方形的长边的方向。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电抗器,其中,
所述线圈具备相邻地排列的两个所述卷绕部,
所述磁芯具备分别配置于两个所述卷绕部的内侧的包括所述突出片的所述第一芯片,
所述第一芯片分别被配置为所述基部相对并且所述突出片背离。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的电抗器,其中,
所述复合材料的成形体的相对磁导率为5以上且50以下,
配置于所述卷绕部的外侧的第二芯片的相对磁导率为所述复合材料的成形体的相对磁导率的2倍以上。
7.根据权利要求6所述的电抗器,其中,
所述第二芯片的相对磁导率为50以上且500以下。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电抗器,其中,
所述电抗器具备覆盖所述磁芯的至少一部分的树脂模制部。
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