CN115335932A - 电抗器、转换器以及电力变换装置 - Google Patents

Abstract

一种电抗器，具备线圈和磁芯，所述线圈具有第一卷绕部，所述磁芯具备中间芯、第一端芯、第二端芯、第一侧芯以及第二侧芯，所述第一端芯具备：第一外方面，位于在X方向离开所述第一端面的位置；和第一凹部，设置于所述第一外方面，在从Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部设置于所述第一端芯中的Y方向的中间部，所述X方向是沿着所述中间芯的轴方向的方向，所述Y方向是所述中间芯、所述第一侧芯以及所述第二侧芯并列的方向，所述Z方向是与所述X方向及所述Y方向正交的方向。

Description

电抗器、转换器以及电力变换装置

技术领域

本公开涉及电抗器、转换器以及电力变换装置。

本申请基于2020年3月27日在日本申请的特愿2020-059195主张优先权，并援用所述日本申请记载的全部记载内容。

背景技术

混合动力汽车等具备的转换器的构成部件有电抗器。电抗器具备：线圈，具有将绕线卷绕成螺旋状而构成的卷绕部；和磁芯，组装于线圈。例如，在专利文献1的图5至图8中公开了卷绕部的数量为一个的电抗器。该电抗器的磁芯具备配置于卷绕部的内部的中间芯、配置于卷绕部的外周面的外侧的侧芯、以及配置于卷绕部的端面的端芯。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-201509号公报

发明内容

本公开的电抗器，具备线圈和磁芯，

所述线圈具有第一卷绕部，

所述磁芯具备：

中间芯，配置于所述第一卷绕部的内部；

第一端芯，面对所述第一卷绕部的第一端面；

第二端芯，面对所述第一卷绕部的第二端面；

第一侧芯，配置于所述第一卷绕部的第一侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯；以及

第二侧芯，配置于所述第一卷绕部的第二侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯，

所述第一端芯具备：

第一外方面，位于在X方向离开所述第一端面的位置；和

第一凹部，设置于所述第一外方面，

在从Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部设置于所述第一端芯中的Y方向的中间部，

所述X方向是沿着所述中间芯的轴方向的方向，

所述Y方向是所述中间芯、所述第一侧芯以及所述第二侧芯并列的方向，

所述Z方向是与所述X方向及所述Y方向正交的方向。

本公开的转换器，

具备本公开的电抗器。

本公开的电力变换装置，

具备本公开的转换器。

附图说明

图1是实施方式1的电抗器的示意立体图。

图2是图1的电抗器的俯视图。

图3是实施方式2所示的电抗器的俯视图。

图4是实施方式3所示的电抗器的俯视图。

图5是实施方式4所示的电抗器的俯视图。

图6是示意性示出混合动力汽车的电源系统的构成图。

图7是示出具备转换器的电力变换装置的一例的概要的电路图。

图8是示出试验例1中的第一凹部的宽度和电感的劣化率的关系的图表。

图9是示出试验例1中的第一凹部的宽度和总损失的劣化率的关系的图表。

图10是示出试验例2中的第一凹部的深度和电感的劣化率的关系的图表。

图11是示出试验例2中的第一凹部的深度和总损失的劣化率的关系的图表。

具体实施方式

[本公开要解决的课题]

伴随混合动力汽车等的发展，要求电抗器的轻量化。但是，当为了达成电抗器的轻量化而使磁芯小型化时，则电抗器的磁特性劣化。

因此，本公开将提供轻量且磁特性优良的电抗器作为目的之一。另外，本公开将提供具备轻量且磁特性优良的电抗器的转换器及电力变换装置作为目的之一。

[本公开的效果]

本公开的电抗器为轻量且磁特性优良。另外，本公开的转换器及电力变换装置为轻量且变换效率优良。

[本公开的实施方式的说明]

首先列举说明本公开的实施方式。

<1>实施方式的电抗器，

具备线圈和磁芯，

所述线圈具有第一卷绕部，

所述磁芯具备：

中间芯，配置于所述第一卷绕部的内部；

第一端芯，面对所述第一卷绕部的第一端面；

第二端芯，面对所述第一卷绕部的第二端面；

第一侧芯，配置于所述第一卷绕部的第一侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯；以及

第二侧芯，配置于所述第一卷绕部的第二侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯，

所述第一端芯具备：

第一外方面，位于在X方向离开所述第一端面的位置；和

第一凹部，设置于所述第一外方面，

在从Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部设置于所述第一端芯中的Y方向的中间部，

所述X方向是沿着所述中间芯的轴方向的方向，

所述Y方向是所述中间芯、所述第一侧芯以及所述第二侧芯并列的方向，

所述Z方向是与所述X方向及所述Y方向正交的方向。

通过在第一端芯设置第一凹部，从而第一端芯的实体部分减少，所以与没有第一凹部的情况相比，电抗器的重量减轻。

第一端芯的第一外方面中的Y方向的中间部是磁通难以通过的部位。因此，通过在第一端芯的第一外方面中的Y方向的中间部设置第一凹部，从而可抑制由于在磁芯设置第一凹部而导致的电抗器的磁特性的降低。在此，中间部是指第一端芯的Y方向的区域中、与两侧芯不重叠的区域。

<2>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部收纳于所述中间芯中的所述Y方向的长度的范围内。

通过第一凹部的宽度收纳于中间芯的宽度的范围内，从而容易抑制通过在磁芯设置第一凹部而导致的电抗器的磁特性的降低。

<3>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

所述第一凹部为沿着所述Z方向延伸的槽状。

当第一凹部为在Z方向延伸的槽状时，通过将第一凹部的Z方向的长度加长，从而即使基于第一凹部的第一端芯的削减量变大，也容易抑制电抗器的磁特性的降低。这是因为：即使第一凹部的Z方向的长度变长，第一凹部也收纳于第一端芯中的磁通难以通过的部位。假设第一凹部为在Y方向延伸的槽状时，则当第一凹部的Y方向的长度变长时，有可能第一凹部削减第一端芯中的磁通较多地通过的部位。

<4>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

所述第一凹部中的与所述Z方向正交的截面形状是矩形

截面形状为矩形或者梯形的第一凹部的形成容易。另外，在第一端芯通过在X方向被压缩而制作的情况下，可得到容易从模具拔出第一端芯的效果。

<5>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

所述磁芯具备多个芯片，

所述多个芯片的一个是至少包括所述第一端芯的第一芯片，

所述第一芯片是包含软磁性粉末的原料粉末的压粉成形体。

通过磁芯由多个芯片构成，从而针对具有卷绕部的线圈能后装配磁芯。另外，当包括具有第一凹部的第一端芯的第一芯片是压粉成形体时，与第一芯片是复合材料的成形体的情况相比，容易抑制磁芯的磁特性的降低。

<6>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述Y方向的宽度为所述第一端芯的所述Y方向的长度的5％以上且50％以下。

当第一凹部中的Y方向的宽度为第一端芯中的Y方向的长度的5％以上且50％以下时，则第一凹部与第一端芯中的磁通较多地通过的部位不易重叠。因此，容易抑制电抗器的磁特性的降低。

<7>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述Y方向的宽度为所述中间芯的所述Y方向的长度的10％以上且150％以下。

当第一凹部中的Y方向的宽度为中间芯中的Y方向的长度的10％以上且150％以下时，则第一凹部与第一端芯中的磁通较多地通过的部位不易重叠。因此，容易抑制电抗器的磁特性的降低。

<8>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述X方向的深度为所述第一端芯的所述X方向的长度的10％以上且125％以下。

当第一凹部中的X方向的深度为第一端芯中的X方向的长度的10％以上且125％以下时，第一凹部与第一端芯中的磁通较多地通过的部位不易重叠。因此，容易抑制电抗器的磁特性的降低。在此，在第一凹部的深度为第一端芯的X方向的长度的100％以上的情况下，第一凹部达到中间芯。在该情况下，第一凹部的宽度需要小于中间芯的Y方向的长度。

<9>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

所述第二端芯具备：

第二外方面，位于在所述X方向离开所述第二端面的位置；和

第二凹部，设置于所述第二外方面，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，所述第二凹部设置于所述第二端芯中的所述Y方向的中间部

除了设置于第一端芯的第一凹部之外，还在第二端芯设置有第二凹部，从而电抗器进一步轻量化。

在此，第二凹部的优选结构与第一凹部的优选结构相同。即，第二凹部的优选结构是将上述<2>至<8>记载的电抗器中的“第一凹部”改读为“第二凹部”的结构。

<10>作为实施方式的电抗器的一方式，可列举的是，

所述线圈进一步具备第二卷绕部及第三卷绕部，

所述第一侧芯配置于所述第二卷绕部的内部，

所述第二侧芯配置于所述第三卷绕部的内部。

具有三个用于特定用途的卷绕部的电抗器容易变为大重量。在这样的电抗器中，也通过在第一端芯设置第一凹部，从而电抗器的重量减轻。

<11>实施方式的转换器，

具备上述<1>至<10>的任一项的电抗器。

上述转换器具备轻量且磁特性优良的实施方式的电抗器。因此，上述转换器为轻量且变换效率优良。

<12>实施方式的电力变换装置，

具备上述<11>的转换器。

上述电力变换装置具备轻量且变换效率优良的转换器。因此，上述电力变换装置为轻量且变换效率优良。

[本公开的实施方式的详情]

以下，基于附图说明本公开的电抗器的实施方式。图中的相同附图标记表示相同名称物。此外，本发明并不限定于实施方式所示的结构，而通过权利要求书示出，希望包括与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。

<实施方式1>

在实施方式1中，基于图1、2说明电抗器1的结构。图1所示的电抗器1通过将线圈2和磁芯3组合而构成。作为该电抗器1的特征之一，可列举在磁芯3的一部分设置有第一凹部4。以下，详细地说明电抗器1具备的各结构。

《线圈》

线圈2具有一个第一卷绕部21(图1、2)。第一卷绕部21通过将没有接合部的一根绕线卷绕成螺旋状而构成。绕线能利用公知的绕线。本方式的绕线使用包覆扁平线。包覆扁平线的导体线由铜制的扁平线构成。包覆扁平线的绝缘包覆部由瓷漆构成。第一卷绕部21由将包覆扁平线扁立绕得到的扁立线圈构成。

第一卷绕部21的形状是矩形筒状。矩形包括正方形。即，第一卷绕部21的端面形状形成为矩形框状。通过第一卷绕部21的形状是矩形筒状，从而与卷绕部是相同截面积的圆筒状的情况比较，容易增大第一卷绕部21和设置对象的接触面积。因此，电抗器1容易经由第一卷绕部21向设置对象散热。在此基础上，容易将第一卷绕部21稳定地设置于设置对象。卷绕部21的角部圆滑化。

第一卷绕部21的端部2a及端部2b分别在第一卷绕部21的轴方向的一端侧及另一端侧向第一卷绕部21的外周侧延长。在第一卷绕部21的端部2a及端部2b，绝缘包覆部被剥离而露出导体线。在露出的导体线连接未图示的端子构件。在线圈2通过该端子构件连接外部装置。省略外部装置的图示。外部装置可列举对线圈2进行电力供给的电源等。

《磁芯》

如图2所示，磁芯3具备中间芯30、第一端芯31、第二端芯32、第一侧芯33以及第二侧芯34。在图2中，各芯30、31、32、33、34的边界用双点划线示出。中间芯30是磁芯3中、具有配置于第一卷绕部21的内部的部分的部位。第一端芯31是磁芯3中、面对第一卷绕部21的第一端面211的部分。第二端芯32是磁芯3中、面对第一卷绕部21的第二端面212的部分。第一侧芯33是磁芯3中、配置于第一卷绕部21的第一侧面213的外侧的部分。第二侧芯34是磁芯3中、配置于第一卷绕部21的第二侧面214的外侧的部分。

在该磁芯3中，在中间芯30、第一端芯31、第一侧芯33以及第二端芯32形成用粗虚线示出的环形的闭合磁路。另外，在中间芯30、第一端芯31、第二侧芯34以及第二端芯32形成有用粗虚线示出的环形的闭合磁路。

在此，以磁芯3为基准规定电抗器1中的方向。首先，沿着中间芯30的轴方向的方向是X方向。与该X方向正交、且中间芯30、第一侧芯33以及第二侧芯34并列的方向是Y方向。并且，与X方向和Y方向两方交叉的方向是Z方向(图1)。

[中间芯]

中间芯30是磁芯3中、配置于线圈2的第一卷绕部21的内部的部分。因此，中间芯30沿着第一卷绕部21的轴方向延伸。在本例中，磁芯3中、沿着第一卷绕部21的轴方向的部分的两端部从第一卷绕部21的端面211、212突出。该突出的部分也是中间芯30的一部分。

中间芯30的形状只要是沿着第一卷绕部21的内部形状的形状就不作特别限定。本例的中间芯30为大致长方体状。

[第一端芯·第二端芯]

第一端芯31及第二端芯32大于第一卷绕部21的Y方向的宽度。即，第一端芯31向比第一卷绕部21的第一端面211靠Y方向的外侧伸出，第二端芯32向比第一卷绕部21的第二端面212靠Y方向的外侧伸出。

第一端芯31和第二端芯32的形状只要是在各端芯31、32的内部形成充足的磁路的形状就不作特别限定。本例的第一端芯31及第二端芯32为大致长方体状。从Z方向观看的第一端芯31及第二端芯32的四个角部中、位于离两侧芯33、34远的位置的两个角部也可以具有圆角。当上述两个角部具有圆角时，则端芯31、32的重量被削减。上述两个角部是磁通难以通过的部位。因此，即使上述两个角部形成圆角，电抗器1的磁特性也不易降低。

本例的第一端芯31具备设置于其第一外方面310的第一凹部4。第一外方面310是第一端芯31中的与X方向正交的2面中、位于远离中间芯30的位置的面。由于第一凹部4，第一端芯31的重量减轻。关于该第一凹部4的详情将后述。

[第一侧芯·第二侧芯]

第一侧芯33在第一卷绕部21的第一侧面213的外侧连接第一端芯31和第二端芯32。第一侧芯33的轴方向与中间芯30的轴方向平行。第一侧面213是第一卷绕部21中的朝向Y方向的面。

第二侧芯34在第一卷绕部21的第二侧面214的外侧连接第一端芯31和第二端芯32。第二侧面214是第一卷绕部21中的朝向Y方向的面，且是朝向第一侧面213的相反方向的面。第二侧芯34的轴方向与中间芯30的轴方向平行。在本例中，中间芯30的轴线、第一侧芯33的轴线以及第二侧芯34的轴线配置于XY平面上。

[分割方式]

磁芯3以能装配于线圈2的方式由多个芯片构成。本例的磁芯3通过将第一芯片3A和第二芯片3B两个芯片组合而构成。第一芯片3A由第一端芯31和中间芯30的一部分构成。从Z方向观看的第一芯片3A的形状是大致T字形状。另一方面，第二芯片3B由第二端芯32、第一侧芯33、第二侧芯34以及中间芯30的一部分构成。从Z方向观看的第二芯片3B的形状是大致E字形状。在此，磁芯3的分割数量也可以如例如实施方式2所示为三个以上。

第一芯片3A中的成为中间芯30的部分的X方向的长度和第二芯片3B中的成为中间芯30的部分的X方向的长度的总和比第一侧芯33的X方向的长度、或者第二侧芯34的X方向的长度短。因此，在第一卷绕部21的内部，在第一芯片3A与第二芯片3B之间形成有间隙部3g。本例的间隙部3g是气隙。也可以在间隙部3g夹着未图示的间隙板。与本例不同，在第一卷绕部21的内部，第一芯片3A的端面和第二芯片3B的端面也可以抵接。在该情况下，也可以在第一端芯31与第一侧芯33之间及第一端芯31与第二侧芯34之间的至少一方具有间隙部。

[磁特性·材质等]

磁芯3的各芯30、31、32、33、34优选是将包含软磁性粉末的原料粉末加压成形而构成的压粉成形体、或者是软磁性粉末和树脂的复合材料的成形体。既可以使所有的芯30、31、32、33、34是压粉成形体，也可以使所有的芯30、31、32、33、34是复合材料的成形体。另外，也可以使芯30、31、32、33、34中的一部分是压粉成形体，且剩余部分是复合材料的成形体。一部分是压粉成形体、剩余部分是复合材料的成形体的磁芯3不易磁饱和。

压粉成形体的软磁性粉末是由铁等铁族金属、或者Fe(铁)-Si(硅)合金、Fe-Ni(镍)合金等铁合金等构成的软磁性粒子的集合体。也可以在软磁性粒子的表面形成有由磷酸盐等构成的绝缘包覆部。原料粉末也可以包含润滑材料等。

通过将软磁性粉末和未固化的树脂的混合物填充到模具，并使树脂固化，从而能制造复合材料的成形体。复合材料的软磁性粉末能使用与压粉成形体中能使用的物质相同的物质。另一方面，作为复合材料所包含的树脂，可列举热固性树脂、热塑性树脂、常温固化性树脂、低温固化性树脂等。热固性树脂例如可列举不饱和聚酯树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、有机硅树脂等。热塑性树脂可列举聚苯硫醚(PPS)树脂、聚四氟乙烯(PTFE)树脂、液晶聚合物(LCP)、诸如尼龙6、尼龙66的聚酰胺(PA)树脂、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂等。除此之外，也能利用在不饱和聚酯混合有碳酸钙或玻璃纤维的BMC(Bulk molding compound：整体模制塑料)、混炼型硅橡胶、混炼型聚氨酯橡胶等。

上述的复合材料当除了软磁性粉末及树脂之外还含有氧化铝、二氧化硅等非磁性且非金属粉末的填料时，则可更加提高散热性。非磁性且非金属粉末的含量可列举0.2质量％以上且20质量％以下、进一步为0.3质量％以上且15质量％以下、0.5质量％以上且10质量％以下。

复合材料中的软磁性粉末的含量可列举30体积％以上且80体积％以下。从提高饱和磁通密度、散热性的观点出发，软磁性粉末的含量进一步能设为50体积％以上、60体积％以上、70体积％以上。从提高制造过程中的流动性的观点出发，优选将软磁性粉末的含量设为75体积％以下。在复合材料的成形体中，当将软磁性粉末的填充率调整得低时，则容易减小其相对磁导率。复合材料的成形体的相对磁导率例如为5以上且50以下。复合材料的成形体的相对磁导率进一步可以为10以上且45以下、15以上且40以下、20以上且35以下。在本例中，第二芯片3B整体由复合材料的成形体构成。

压粉成形体比复合材料的成形体容易提高软磁性粉末的含量。例如，压粉成形体中的软磁性粉末的含量超过80体积％，进一步为85体积％以上。由压粉成形体构成的芯片容易成为饱和磁通密度及相对磁导率高的芯片。压粉成形体的相对磁导率例如为50以上且500以下。压粉成形体的相对磁导率也可以为80以上、100以上、150以上、180以上。在本例中，包括第一凹部4的第一芯片3A整体由压粉成形体构成。

[尺寸]

在本例的电抗器1为车载用的情况下，磁芯3的X方向的长度L例如为30mm以上且150mm以下，磁芯3的Y方向的宽度W例如为30mm以上且150mm以下，Z方向的高度H例如为15mm以上且75mm以下。

中间芯30的Y方向的长度T0例如为10mm以上且50mm以下。第一端芯31的X方向的长度T1及第二端芯32的X方向的长度T2例如为5mm以上且40mm以下。另外，第一侧芯33的Y方向的长度T3及第二侧芯34的Y方向的长度T4例如为5mm以上且40mm以下。这些长度与磁芯3的磁路截面积的大小有关。

《第一凹部》

第一端芯31在其第一外方面310具备第一凹部4。第一凹部4在从Z方向俯视磁芯3时设置于第一端芯31中的Y方向的中间部。中间部是第一端芯31的Y方向的区域中、与两侧芯33、34不重叠的区域。该第一凹部4优选隔着第一端芯31的Y方向的中央为对称。形成于本例的磁芯3的两个闭合磁路朝向Y方向上的离开中间部的方向。因此，磁通在第一外方面310中的中间部难以通过。因此，即使在第一外方面310的中间部的位置设置有第一凹部4，第一端芯31的磁路截面积也不易减少，电抗器1的磁特性不易降低。

本例的第一凹部4为在Z方向延伸的槽状。本例的第一凹部4具有从Z方向上的第一端芯31的上表面到下表面的长度。这样的长度的第一凹部4削减第一端芯31的重量的效果高。与本例不同，第一凹部4也可以是不达到第一端芯31的上表面或者下表面的长度。

第一凹部4的与延伸方向正交的截面形状不作特别限定。在本例中，第一凹部4的与延伸方向正交的截面形状是矩形。所谓截面形状是指由第一凹部4的底面40、在Y方向相对的两个内壁面41、42、X方向的外方侧的开口部包围的形状。矩形的角也可以具有圆角。当第一凹部4的截面形状是矩形时，则截面形状与半圆形、三角形等的第一凹部相比，能够较大地削减第一端芯31的体积。设置有该第一凹部4的第一芯片3A是从X方向被压缩的压粉成形体。当第一凹部4的截面形状是矩形时，则第一芯片3A容易从模具脱模。另外，在第一芯片3A中的与第一凹部4相反的一侧设置有中间芯30的一部分，因此X方向上的第一芯片3A的压缩长度不易产生差。因此，容易制作致密的第一芯片3A。与本例不同，第一凹部4的截面形状也可以是其开口部变宽的梯形。也就是说，截面形状是梯形的第一凹部4是内壁面41和内壁面42的距离随着从底面40朝向开口部而变长的第一凹部4。梯形的角也可以具有圆角。

第一凹部4优选在从Z方向俯视磁芯3时收纳于中间芯30中的Y方向的长度T0的范围内。这样的第一凹部4不易与第一端芯31中的磁通较多地通过的部位重叠。因此，第一端芯31的磁路截面积不易减少，电抗器1的磁特性不易降低。

第一凹部4的Y方向的宽度W1优选为第一端芯31的Y方向的长度、即磁芯3的宽度W的5％以上且50％以下。更优选的宽度W1为宽度W的10％以上且35％以下。在该情况下，第一凹部4也不与第一端芯31中的磁通较多地通过的部位重叠。因此，第一端芯31的磁路截面积不易减少，电抗器1的磁特性不易降低。在此，所谓第一凹部4的宽度W1是指第一凹部4的开口部的宽度。

第一凹部4的Y方向的宽度W1也可以为中间芯30的Y方向的长度T0的10％以上且150％以下。更优选的宽度W1为长度T0的25％以上且125％以下。在该情况下，第一凹部4也不易与第一端芯31中的磁通较多地通过的部位重叠。因此，第一端芯31的磁路截面积不易减少，电抗器1的磁特性不易降低。

另一方面，第一凹部4的X方向的深度D1优选为第一端芯31的X方向的长度T1的10％以上且125％以下。更优选的深度D1为长度T1的20％以上且100％以下。在该情况下，第一凹部4也不易与第一端芯31中的磁通较多地通过的部位重叠。因此，第一端芯31的磁路截面积不易减少，电抗器1的磁特性不易降低。在此，所谓第一凹部4的深度D1是从第一凹部4的开口部到最深部的长度。

《第二凹部》

在此，第二端芯32也可以具备用双点划线示出的第二凹部5。第二凹部5的结构与第一凹部4相同。通过将第一凹部4的说明中的“第一凹部4”改读为“第二凹部5”，将“第一外方面310”改读为“第二外方面320”，将“第一端芯31”改读为“第二端芯32”，将“长度T1”改读为“长度T2”，从而变为第二凹部5的说明。

《其他》

电抗器1也可以进一步具备壳体、粘接层、保持构件以及模制树脂部的至少一个。壳体是在内部收纳线圈2和磁芯3的组合体的构件。收纳于壳体的组合体也可以被密封树脂部埋设。粘接层是将上述组合体固定于载置面、或者将上述组合体固定于壳体的内底面、或者将上述壳体固定于载置面的层。保持构件是介于线圈2与磁芯3之间、确保线圈2与磁芯3之间的绝缘的构件。模制树脂部是将上述组合体的外周覆盖并且介于线圈2与磁芯3之间、将线圈2和磁芯3一体化的结构。

《效果》

具有第一凹部4的本例的电抗器1与不具有第一凹部4的现有的电抗器相比为轻量。

在本例的电抗器1中，通过在第一端芯31设置第一凹部4，从而第一端芯31的实体部分减少。因此，电抗器1轻量化。另外，因为第一端芯31的实体部分减少，所以包括成本的磁芯3的生产率、即电抗器1的生产率提高。进一步地，当在第二端芯32设置第二凹部5时，电抗器1的重量更进一步减轻。

本例的电抗器1具有与不具有第一凹部4的电抗器同等程度的磁特性。

在本例的电抗器1中，在第一端芯31的第一外方面310中的Y方向的中间部设置有第一凹部4。该中间部是磁通难以通过的部位。因此，可抑制由于在磁芯3设置第一凹部4而导致的电抗器1的磁特性的降低。

<实施方式2>

基于图3说明实施方式2的电抗器1。实施方式2的电抗器1和实施方式1的电抗器1的磁芯3的分割状态不同。本例的电抗器1中的除磁芯3的分割状态以外的结构与实施方式1的电抗器1相同。

本例的电抗器1的磁芯3通过将第一芯片3A、第二芯片3B、第三芯片3C以及第四芯片3D组合而构成。本例的第一芯片3A由第一端芯31和中间芯30的一部分构成。在第一端芯31设置有第一凹部4。本例的第二芯片3B由第二端芯32和中间芯30的一部分构成。在第二端芯32设置有第二凹部5。从Z方向观看的第一芯片3A及第二芯片3B为大致T字形。本例的第一芯片3A和第二芯片3B是相同的形状，通过一个模具制作。

另一方面，本例的第三芯片3C由第一侧芯33构成，本例的第四芯片3D由第二侧芯34构成。从Z方向观看的第三芯片3C和第四芯片3D为大致I字形。本例的第三芯片3C和第四芯片3D是相同的形状，通过一个模具制作。

各芯片3A、3B、3C、3D是压粉成形体或者复合材料的成形体。例如，可列举芯片3A、3B是压粉成形体、且芯片3C、3D是复合材料的成形体的方式。

根据本例的电抗器1也可得到与实施方式1的电抗器1同样的效果。即，本例的电抗器1为轻量且磁特性优良。

<实施方式3>

基于图4说明实施方式3的电抗器1。实施方式3的电抗器1和实施方式1、2的电抗器1的磁芯3的分割状态不同。本例的电抗器1中的除磁芯3的分割状态以外的结构与实施方式1、2的电抗器1相同。

本例的电抗器1的磁芯3通过将第一芯片3A和第二芯片3B组合而构成。本例的第一芯片3A由第一端芯31、第二端芯32、第一侧芯33以及第二侧芯34构成。在第一端芯31设置有第一凹部4。在第二端芯32设置有第二凹部5。从Z方向观看的第一芯片3A为大致O字形。另一方面，本例的第二芯片3B由中间芯30构成。从Z方向观看的第二芯片3B为大致I字形。

各芯片3A、3B是压粉成形体或者复合材料的成形体。例如，可列举第一芯片3A是压粉成形体、第二芯片3B是复合材料的成形体的方式。

根据本例的电抗器1也可得到与实施方式1的电抗器1同样的效果。即，本例的电抗器1为轻量且磁特性优良。

<实施方式4>

在实施方式4中，基于图5说明具备三个卷绕部21、22、23的电抗器1。

本例的线圈2具备第一卷绕部21、第二卷绕部22以及第三卷绕部23。三个卷绕部21、22、23只要能构成如图2所示的闭合磁路，既可以是一系列，也可以独立。在第一卷绕部21的内部配置有中间芯30，在第二卷绕部22的内部配置有第一侧芯33，在第三卷绕部23的内部配置有第二侧芯34。三个卷绕部21、22、22在Y方向并列，三个卷绕部21、22、23的轴线载置于X-Y平面上。

本例的磁芯3通过将第一芯片3A和第二芯片3B组合而构成。本例的第一芯片3A由第一端芯31、中间芯30的一部分、第一侧芯33的一部分以及第二侧芯34的一部分构成。另一方面，本例的第二芯片3B由第二端芯32、中间芯30的一部分、第一侧芯33的一部分以及第二侧芯34的一部分构成。从Z方向观看的第一芯片3A及第二芯片3B为大致E字形。本例的第一芯片3A和第二芯片3B是相同的形状，通过一个模具制作。

各芯片3A、3B是压粉成形体或者复合材料的成形体。例如，可列举第一芯片3A是压粉成形体、第二芯片3B是复合材料的成形体的方式。

根据本例的电抗器1也可得到与实施方式1的电抗器1同样的效果。即，本例的电抗器1为轻量且磁特性优良。

<实施方式5>

《转换器·电力变换装置》

实施方式1至实施方式4的电抗器1能利用于满足以下通电条件的用途。作为通电条件，例如可列举最大直流电流为100A以上且1000A以下程度、平均电压为100V以上且1000V以下程度、使用频率为5kHz以上且100kHz以下程度。实施方式1至实施方式4的电抗器1代表性地能利用于载置于电动汽车、混合动力汽车等车辆等的转换器的构成部件、具备该转换器的电力变换装置的构成部件。

混合动力汽车、电动汽车等车辆1200如图6所示具备主电池1210、与主电池1210连接的电力变换装置1100、以及被来自主电池1210的供给电力驱动而利用于行驶的电动机1220。电动机1220代表性地是三相交流电动机，在行驶时驱动车轮1250，在再生时作为发电机执行功能。在混合动力汽车的情况下，车辆1200除了电动机1220之外还具备发动机1300。在图6中，作为车辆1200的充电部位示出插座，但是能设为具备插头的方式。

电力变换装置1100具有与主电池1210连接的转换器1110、和与转换器1110连接并进行直流和交流的相互变换的逆变器1120。该例所示的转换器1110在车辆1200行驶时使200V以上且300V以下程度的主电池1210的输入电压升压到400V以上且700V以下程度向逆变器1120供电。转换器1110在再生时使从电动机1220经由逆变器1120输出的输入电压降压到适合主电池1210的直流电压，将其向主电池1210充电。输入电压是直流电压。逆变器1120在车辆1200行驶时使由转换器1110升压的直流变换为预定的交流向电动机1220供电，在再生时，将来自电动机1220的交流输出变换为直流向转换器1110输出。

转换器1110如图7所示具备多个开关元件1111、控制开关元件1111的动作的驱动电路1112、以及电抗器1115，通过接通/切断的反复而进行输入电压的变换。所谓输入电压的变换在此是进行升降压。开关元件1111利用电场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管等功率器件。电抗器1115具有如下功能：利用要妨碍将要流过电路的电流的变化的线圈性质，在通过开关动作将要增减电流时，使其变化平滑。作为电抗器1115，具备实施方式1至实施方式4的任一个的电抗器1。通过具备轻量且磁特性优良的电抗器1等，从而电力变换装置1100、转换器1110为轻量且变换效率优良。

车辆1200除了转换器1110之外，还具备与主电池1210连接的供电装置用转换器1150、与成为辅机类1240的电力源的辅助电池1230及主电池1210连接并将主电池1210的高压变换为低压的辅机电源用转换器1160。转换器1110代表性地进行DC-DC变换，但是供电装置用转换器1150、辅机电源用转换器1160进行AC-DC变换。在供电装置用转换器1150中也有进行DC-DC变换的转换器。供电装置用转换器1150、辅机电源用转换器1160的电抗器具备与实施方式1至实施方式4的任一个的电抗器1等同样的结构，能利用适当变更大小、形状等的电抗器。另外，进行输入电力的变换的转换器、且仅进行升压的转换器或仅进行降压的转换器也能利用实施方式1至实施方式4的任一个的电抗器1等。

<试验>

《试验例1》

在试验例1中，调查了图2所示的第一凹部4的宽度W1给电抗器1的电感和总损失带来的影响。具体地讲，进行了不具有第一凹部4的试样编号1的电抗器和具有第一凹部4的试样编号2至编号6的电抗器1的解析。试样编号1的电抗器和试样编号2至编号6的电抗器1的不同点仅是第一凹部4的有无。另外，试样编号2至编号6的电抗器的不同点仅是第一凹部4的宽度W1。各试样的磁芯3的主要部的尺寸如下。

[试样编号1]

·第一凹部4…无。

·磁芯3的长度L…70mm

·磁芯3的宽度W＝第一端芯31及第二端芯32的宽度W…75mm

·磁芯3的高度H…30mm

·中间芯30的Y方向的长度T0…30mm

·第一端芯31及第二端芯32的X方向的长度T1、T2…12mm

·第一侧芯33及第二侧芯34的Y方向的长度T3、T4…11mm

[试样编号2]

·第一凹部4的宽度W1…6mm

第一凹部4的宽度W1是磁芯3的宽度W的8％，是中间芯30的Y方向的长度T0的20％。

·第一凹部4的深度D1…4mm

·第一凹部4的Z方向的长度…30mm

[试样编号3]

·第一凹部4的宽度W1…12mm

第一凹部4的宽度W1是磁芯3的宽度W的16％，是中间芯30的Y方向的长度T0的40％。

[试样编号4]

·第一凹部4的宽度W1…18mm

第一凹部4的宽度W1是磁芯3的宽度W的24％，是中间芯30的Y方向的长度T0的60％。

[试样编号5]

·第一凹部4的宽度W1…24mm

第一凹部4的宽度W1是磁芯3的宽度W的32％，是中间芯30的Y方向的长度T0的80％。

[试样编号6]

·第一凹部4的宽度W1…30mm

第一凹部4的宽度W1是磁芯3的宽度W的40％，是中间芯30的Y方向的长度T0的100％。

各试样的电感及总损失的模拟实验使用作为市售的软件的JMAG-Designer18.1(株式会社JSOL制)。在电感的解析中，求出使电流流过线圈2时的电感(μH)。电流在0A到300A的范围内变化。将电流值为0A、100A、200A以及300A时的电感在表1示出。电感用将0A时的试样编号1的电感设为100％的百分率表示。

另外，在总损失的解析中，基于以直流电流0A、输入电压200V、输出电压400V、频率20kHz驱动时的磁通密度分布及电流密度分布求出总损失(W)。本例的总损失包括磁芯3的铁损及线圈损失等。将其结果在表1示出。总损失用将试样编号1的总损失设为100％的百分率表示。

表1将通过设置第一凹部4引起的磁芯3的体积削减量(mm ³)一起示出。

[表1]

如表1所示，与作为基础模型的试样编号1的电抗器相比，有如下倾向：第一凹部4的宽度W1越大，磁芯3的体积削减量越大，则电抗器1的电感越降低，总损失越增加。也就是说，电抗器1的轻量化和电抗器1的磁特性处于折衷选择的关系。但是，通过第一凹部4位于第一端芯31的第一外方面310中的中间部，从而电感的降低和总损失的增加微不足道。在此，从维持电抗器1的磁特性的观点出发，通过设置第一凹部4导致的电感的降低率及总损失的上升率优选为1％以下。从该观点来看，当是试样编号3及试样编号4时，可以说体积削减量和磁特性的降低程度的平衡良好。也就是说，第一凹部4的宽度W1优选为12mm以上且18mm以下程度。

进一步地，为了调查第一凹部4的宽度W1和电抗器1的磁特性的变化程度的关系，而调查了以下所示的电感性能的劣化率和总损失的劣化率。这些劣化率是本说明书的独自的指标。

[电感性能的劣化率]

·(电感性能的劣化率)＝(电感的减少量)/(磁芯的体积削减量)

在此，上述公式的电感的减少量是与电流值为0A时的基础模型的电感之差、与为100A时的基础模型的电感之差、与为200A时的基础模型的电感之差、以及与为300A时的基础模型的电感之差的总和。例如，基于表1的结果的试样编号2的电感的减少量成为|100-99.97|+|79.43-79.40|+|55.71-55.67|+|33.42-33.40|＝0.12。

将试样编号2至编号6的电感的劣化率在图8的图表示出。图表的横轴是第一凹部4的宽度W1(mm)，纵轴是电感性能的劣化率。在图8的图表中，将各试样的标绘用线连接。当图8所示的标绘间的线的斜率较小时，可以说电感性能的劣化相对于宽度W1的增加较小。

[总损失的劣化率]

·(总损失的劣化率)＝(总损失的增加量)/(磁芯的体积削减量)

在此，上述公式中的总损失的增加量是与基础模型的总损失的差。例如，基于表1的结果的试样编号2的总损失的增加量为100.15-100.00＝0.15。

将试样编号2～编号6的总损失的劣化率在图9的图表中示出。图表的横轴是第一凹部4的宽度W1(mm)，纵轴是总损失的劣化率。在图9的图表中，将各试样的标绘用线连接。当图9所示的标绘间的线的斜率较小时，可以说总损失的劣化相对于宽度W1的增加较小。

如图8、9所示，将宽度W1为18mm的试样编号4和宽度W1为24mm的试样编号5连接的线的斜率小于其他线的斜率。因此，可以说：在宽度W1为18mm至24mm的范围内，电抗器1的磁特性的降低程度变得稍微平缓。因此，从减小磁芯3的重量的观点来看，第一凹部4的宽度W1可以为18mm以上且24mm以下。

《试验例2》

在试验例2中，调查了图2所示的第一凹部4的深度D1给电抗器1的电感和总损失带来的影响。具体地讲，进行了不具有第一凹部4的试样编号1的电抗器和具有第一凹部4的试样编号7至编号11的电抗器1的解析。试样编号1的电抗器与试验例1的试样编号1的电抗器相同。试样编号7至编号11的电抗器1的不同点只是第一凹部4的深度D1。各试样的磁芯3的主要部的尺寸如下。

[试样编号7]

·第一凹部4的深度D1…2mm

第一凹部4的深度D1是第一端芯31的X方向的长度T1的16％。

·第一凹部4的宽度W1…12mm

·第一凹部4的Z方向的长度…30mm

[试样编号8]

··第一凹部4的深度D1…4mm

第一凹部4的深度D1是第一端芯31的X方向的长度T1的33％。

[试样编号9]

·第一凹部4的深度D1…6mm

第一凹部4的深度D1是第一端芯31的X方向的长度T1的50％。

[试样编号10]

·第一凹部4的深度D1…8mm

第一凹部4的深度D1是第一端芯31的X方向的长度T1的66％。

[试样编号11]

·第一凹部4的深度D1…10mm

第一凹部4的深度D1是第一端芯31的X方向的长度T1的83％。

将各试样的电感及总损失用与试验例1同样的手法求出。将其结果在表2中示出。

[表2]

如表2所示，与作为基础模型的试样编号1的电抗器相比，有如下倾向：第一凹部4的深度D1越大，即磁芯3的体积削减量越大，则电抗器1的电感越降低，总损失越增加。但是，通过第一凹部4位于第一端芯31的第一外方面310中的中央部，从而电感的降低和总损失的增加微不足道。但是，从维持电抗器1的磁特性的观点出发，通过设置第一凹部4导致的电感的降低率及总损失的上升率优选为1％以下。从该观点来看，当是试样编号8及试样编号9时，可以说体积削减量和磁特性的降低程度的平衡良好。也就是说，第一凹部4的深度D1优选为4mm以上且6mm以下程度。

进一步地，为了调查第一凹部4的深度D1和电抗器1的磁特性的变化程度的关系，而调查了各试样的电感的劣化率及总损失的劣化率。两劣化率的定义与试验例1的两劣化率的定义相同。将其结果在图10、11中示出。

图10是示出试样编号7至编号11的电感的劣化率的图表。图10的图表的横轴是第一凹部4的深度D1(mm)，纵轴是电感的劣化率。图11是示出试样编号7至编号11的总损失的劣化率的图表。图表的横轴是第一凹部4的深度D1(mm)，纵轴是总损失的劣化率。在图10、11的图表中，将各试样的标绘用线连接。

当图10、11所示的标绘间的线的斜率较小时，可以说电感和总损失的劣化的程度相对于深度D1的增加较小。如图10、11所示，将深度D1为6mm的试样编号9和深度D1为8mm的试样编号10连接的线的斜率小于其他线的斜率。因此，可以说：在深度D1为6mm至8mm的范围内，电抗器1的磁特性的降低程度变得稍微平缓。因此，从减小磁芯3的重量的观点来看，第一凹部4的深度D1可以为6mm以上且8mm以下。

《试验例3》

在试验例3中，对根据磁芯3是压粉成形体还是复合材料，通过设置第一凹部4导致的磁特性的降低率是否有不同进行了调查。各试样的信息如下。各试样的磁芯3的尺寸L、W、H、T0、T1、T2、T3、T4与试验例1的试样编号1相同。

[试样编号20]

·磁芯3整体是压粉成形体。

·不具有第一凹部4。

[试样编号21]

·磁芯3整体是压粉成形体。

·具有第一凹部4。

·第一凹部4的宽度W1…12mm

·第一凹部4的深度D1…4mm

[试样编号22]

·磁芯3整体是复合材料。

·不具有第一凹部4。

[试样编号23]

·磁芯3整体是复合材料。

·具有第一凹部4。

·第一凹部4的宽度W1…12mm

·第一凹部4的深度D1…4mm

测定了试样编号20至编号23的电感和总损失。测定方法与试验例1相同。将测定结果在表3中示出。表3的电感用将0A时的试样编号20的电感设为100％的百分率表示。另外，表3的总损失用将试样编号20的总损失设为100％的百分率表示。在表3中的试样编号21及试样编号23的各栏所示的括号内，将相对于试样编号20及试样编号22的劣化率用百分率表示。当电感的劣化率为负时，可以认为电抗器1的磁特性降低。另外，当总损失的变化率为正时，可以认为电抗器1的磁特性降低。

[表3]

如表3所示，磁芯3由压粉成形体构成的试样编号21的劣化率小于磁芯3由复合材料构成的试样编号23的劣化率。因此，在第一端芯31设置第一凹部4的情况下，优选第一端芯31是压粉成形体。

附图标记说明

1 电抗器

2 线圈

21 第一卷绕部、22 第二卷绕部、23 第三卷绕部、2A、2B 端部

211 第一端面、212 第二端面

213 第一侧面、214 第二侧面

3 磁芯

3g 间隙部

3A 第一芯片、3B 第二芯片、3C第三芯片、3D 第四芯片

30 中间芯、31 第一端芯、32 第二端芯

33 第一侧芯、34 第二侧芯

310 第一外方面、320 第二外方面

4 第一凹部

40 底面、41、42 内壁面

5 第二凹部

1100 电力变换装置

1110 转换器、1111 开关元件、1112 驱动电路

1115 电抗器、1120 逆变器

1150 供电装置用转换器、1160 辅机电源用转换器

1200 车辆

1210 主电池、1220 电动机、1230 辅助电池

1240 辅机类、1250 车轮

1300 发动机

D1 深度

H 高度

L、T0、T1、T2、T3、T4 长度

W、W1 宽度

Claims (12)

1.一种电抗器，具备线圈和磁芯，

所述线圈具有第一卷绕部，

所述磁芯具备：

中间芯，配置于所述第一卷绕部的内部；

第一端芯，面对所述第一卷绕部的第一端面；

第二端芯，面对所述第一卷绕部的第二端面；

第一侧芯，配置于所述第一卷绕部的第一侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯；以及

第二侧芯，配置于所述第一卷绕部的第二侧面的外侧，连接所述第一端芯和所述第二端芯，

所述第一端芯具备：

第一外方面，位于在X方向离开所述第一端面的位置；和

第一凹部，设置于所述第一外方面，

在从Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部设置于所述第一端芯中的Y方向的中间部，

所述X方向是沿着所述中间芯的轴方向的方向，

所述Y方向是所述中间芯、所述第一侧芯以及所述第二侧芯并列的方向，

所述Z方向是与所述X方向及所述Y方向正交的方向。

2.根据权利要求1所述的电抗器，其中，在从所述Z方向俯视所述磁芯时，所述第一凹部收纳于所述中间芯中的所述Y方向的长度的范围内。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电抗器，其中，所述第一凹部为沿着所述Z方向延伸的槽状。

4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的电抗器，其中，所述第一凹部中的与所述Z方向正交的截面形状是矩形。

5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的电抗器，其中，所述磁芯具备多个芯片，

所述多个芯片的一个是至少包括所述第一端芯的第一芯片，

所述第一芯片是包含软磁性粉末的原料粉末的压粉成形体。

6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的电抗器，其中，在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述Y方向的宽度为所述第一端芯的所述Y方向的长度的5％以上且50％以下。

7.根据权利要求1至权利要求6中的任一项所述的电抗器，其中，在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述Y方向的宽度为所述中间芯的所述Y方向的长度的10％以上且150％以下。

8.根据权利要求1至权利要求7中的任一项所述的电抗器，其中，在从所述Z方向俯视所述磁芯时，

所述第一凹部的所述X方向的深度为所述第一端芯的所述X方向的长度的10％以上且125％以下。

9.根据权利要求1至权利要求8中的任一项所述的电抗器，其中，

所述第二端芯具备：

第二外方面，位于在所述X方向离开所述第二端面的位置；和

第二凹部，设置于所述第二外方面，

在从所述Z方向俯视所述磁芯时，所述第二凹部设置于所述第二端芯中的所述Y方向的中间部。

10.根据权利要求1至权利要求9中的任一项所述的电抗器，其中，所述线圈进一步具备第二卷绕部及第三卷绕部，

所述第一侧芯配置于所述第二卷绕部的内部，

所述第二侧芯配置于所述第三卷绕部的内部。

11.一种转换器，具备权利要求1至权利要求10中的任一项所述的电抗器。

12.一种电力变换装置，具备权利要求11所述的转换器。

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