CN116057654A - 电抗器、转换器以及电力变换装置 - Google Patents

电抗器、转换器以及电力变换装置 Download PDF

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CN116057654A CN202180057085.5A CN202180057085A CN116057654A CN 116057654 A CN116057654 A CN 116057654A CN 202180057085 A CN202180057085 A CN 202180057085A CN 116057654 A CN116057654 A CN 116057654A
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村下将也
稻叶和宏
吉川浩平
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

一种电抗器,具备线圈和磁芯,磁芯具备通过在X方向组合而构成为θ状的第一芯和第二芯,第一芯包括第一端芯部、中间芯部的至少一部分、以及包括第一侧芯部及第二侧芯部的两侧芯部的至少一部分,第二芯包括第二端芯部、中间芯部的剩余部、以及第一侧芯部及第二侧芯部各自的剩余部,第二芯的相对磁导率比第一芯的相对磁导率高,第一芯的第一侧芯部及第二侧芯部各自具有顶端面,第二芯的表面具有与顶端面面对的对置面,对置面的外侧缘位于比顶端面的外侧缘靠内侧,并且对置面的内侧缘和顶端面的内侧缘基本上对齐,对置面的宽度比顶端面的宽度短。

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8月24日在日本申请的特愿2020-141155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
在搭载于混合动力汽车等车辆的转换器的构成部件中有电抗器。电抗器具备线圈和磁芯。在专利文献1的图5至图8中记载了电抗器,该电抗器具备一个线圈和将两个E字状的芯片组合的磁芯。该磁芯是所谓的E-E型芯。该磁芯通过以两芯片的端面彼此面对的方式组合而构成为θ状。磁芯具有端芯部、中间芯部以及侧芯部。端芯部以从轴方向夹着线圈的方式配置于线圈的端面侧。中间芯部配置于线圈的内侧。侧芯部以隔着中间芯部的方式配置于线圈的外侧。
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,
所述电抗器具备线圈和磁芯,
所述第一芯包括第一端芯部、中间芯部的至少一部分、以及包括第一侧芯部及第二侧芯部的两侧芯部的至少一部分,
所述第二芯包括第二端芯部、所述中间芯部的剩余部、以及所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的剩余部,
所述第一端芯部面向所述线圈的第一端面,
所述第二端芯部面向所述线圈的第二端面,
所述中间芯部配置于所述线圈的内侧,
所述第一侧芯部及所述第二侧芯部以隔着所述中间芯部的方式配置于所述线圈的外侧,
所述第二芯的相对磁导率比所述第一芯的相对磁导率高,
所述第一芯的所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自具有朝向所述第二芯的顶端面,
所述第二芯的表面具有与所述顶端面面对的对置面,
在从Z方向观看所述磁芯时,
所述对置面的外侧缘位于比所述顶端面的外侧缘靠Y方向的内侧,
所述对置面的内侧缘和所述顶端面的内侧缘在所述Y方向基本上对齐,
所述对置面的所述Y方向的宽度比所述顶端面的所述Y方向的宽度短,
所述X方向是沿着所述中间芯部的轴方向的方向,
所述Y方向是所述中间芯部和所述第一侧芯部及所述第二侧芯部并列的方向,
所述Z方向是与所述X方向和所述Y方向双方正交的方向。
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是示出实施方式1的电抗器整体的概要的立体图。
图2是示出将实施方式1的电抗器分解的状态的概要的立体图。
图3是示出实施方式1的电抗器整体的概要的俯视图。
图4是说明在实施方式1的电抗器具备的磁芯中、第一芯的顶端面和第二芯的对置面的位置关系的放大图。
图5是示出实施方式2的电抗器整体的概要的俯视图。
图6是示出实施方式3的电抗器整体的概要的俯视图。
图7是说明在实施方式3的电抗器具备的磁芯中、第一芯的顶端面和第二芯的对置面的位置关系的放大图。
图8是示出实施方式4的电抗器整体的概要的俯视图。
图9示意性示出混合动力汽车的电源系统的构成图。
图10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11是示出试验例1中的电感的解析结果的坐标图。
具体实施方式
[本公开要解决的课题]
从实现电抗器的轻量化的观点,要求磁芯的轻量化。
一般来说,E-E型的磁芯将两个E字状的芯片对称地配置。两芯片为相同材质、相同形状且相同尺寸。当为了实现磁芯的轻量化而使磁芯整体小型化、具体地将两芯片的尺寸减小时,有可能给电抗器的电磁性能带来影响。另外,当使磁芯整体小型化时,有可能损失增加。因此,期望保持电磁性能并且实现磁芯的轻量化。作为电磁性能,例如可列举电感。
因此,本公开将提供能实现轻量化的电抗器作为目的之一。另外,本公开将提供具备上述电抗器的转换器作为另外的目的之一。进一步地,本公开将提供具备上述转换器的电力变换装置作为其他目的之一。
[本公开的效果]
本公开的电抗器能实现轻量化。另外,本公开的转换器及电力变换装置能实现轻量化。
[本公开的实施方式的说明]
首先,列举本公开的实施方式进行说明。
(1)本公开的实施方式的电抗器,
所述电抗器具备线圈和磁芯,
所述磁芯具备通过在X方向组合而构成为θ状的第一芯和第二芯,
所述第一芯包括第一端芯部、中间芯部的至少一部分、以及包括第一侧芯部及第二侧芯部的两侧芯部的至少一部分,
所述第二芯包括第二端芯部、所述中间芯部的剩余部、以及所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的剩余部,
所述第一端芯部面向所述线圈的第一端面,
所述第二端芯部面向所述线圈的第二端面,
所述中间芯部配置于所述线圈的内侧,
所述第一侧芯部及所述第二侧芯部以隔着所述中间芯部的方式配置于所述线圈的外侧,
所述第二芯的相对磁导率比所述第一芯的相对磁导率高,
所述第一芯的所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自具有朝向所述第二芯的顶端面,
所述第二芯的表面具有与所述顶端面面对的对置面,
在从Z方向观看所述磁芯时,
所述对置面的外侧缘位于比所述顶端面的外侧缘靠Y方向的内侧,
所述对置面的内侧缘和所述顶端面的内侧缘在所述Y方向基本上对齐,
所述对置面的所述Y方向的宽度比所述顶端面的所述Y方向的宽度短,
所述X方向是沿着所述中间芯部的轴方向的方向,
所述Y方向是所述中间芯部和所述第一侧芯部及所述第二侧芯部并列的方向,
所述Z方向是与所述X方向和所述Y方向双方正交的方向。
上述电抗器能实现轻量化。其理由是因为与比较芯相比能减小第二芯的体积。比较芯是指除了对置面的外侧缘和顶端面的外侧缘在Y方向对齐的方面之外,规格与上述电抗器的第二芯相同的芯。顶端面是第一芯的第一侧芯部及第二侧芯部的X方向的端面。对置面是第二芯的表面中、与第一芯的顶端面面对的面。第一芯的顶端面与第二芯的对置面的至少一部分区域接触。上述电抗器中,第二芯的对置面的宽度比第一芯的顶端面的宽度短。进一步地,第一芯的顶端面和第二芯的对置面处于如下位置关系:对置面的外侧缘位于比顶端面的外侧缘靠Y方向的内侧,并且对置面的内侧缘和顶端面的内侧缘在Y方向基本上对齐。当顶端面和对置面满足上述位置关系时,则第二芯的外侧宽度相对于第一芯的外侧宽度变窄,所以能减小第二芯的体积。因此,第二芯的重量被削减,所以能使磁芯轻量化。顶端面的宽度或者对置面的宽度是各自的沿着Y方向的长度,与顶端面或者对置面的外侧缘与内侧缘之间的Y方向的距离相等。第一芯的外侧宽度或者第二芯的外侧宽度分别是第一芯或者第二芯的沿着Y方向的最大长度。第一芯的外侧宽度或者第二芯的外侧宽度代表性地相当于第一端芯部或者第二端芯部各自的宽度、即沿着Y方向的长度。
在上述电抗器中,即使第二芯的对置面的宽度比第一芯的顶端面的宽度短,也能保持电磁性能。是因为:在上述电抗器中,第一芯和第二芯的磁特性不同,具体地讲,第二芯的相对磁导率比第一芯的相对磁导率高。在第二芯的对置面的宽度比第一芯的顶端面的宽度短的情况下,磁芯的磁路面积在顶端面和对置面的接触部位局部地减小。通过第二芯及第一芯的各相对磁导率的关系满足上述关系,从而容易使在顶端面与对置面之间能通过的磁通平衡。换言之,能在第一芯与第二芯之间大致保持磁通的平衡。假设当第一芯和第二芯为相同的相对磁导率,但是对置面的面积比顶端面小时,则在顶端面和对置面的接触部位的附近,在第二芯流动的磁通比在第一芯流动的磁通减少。通过对置面的面积比顶端面小,但是第一芯和第二芯的相对磁导率不同,从而当为上述磁通大致平衡的范围时,对在第一芯和第二芯流动的磁通的影响变得轻微。因此,通过第二芯为高磁导率,从而能保持电感这样的电磁性能,并且能缩短第二芯的对置面的宽度。
(2)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述对置面的所述Y方向的宽度为所述顶端面的所述Y方向的宽度的60%以上且92%以下。
上述方式能保持电磁性能并且容易实现轻量化。能保持电磁性能的理由是因为:通过对置面的宽度为顶端面的宽度的60%以上,从而容易确保顶端面和对置面的接触面积。通过确保顶端面和对置面的接触面积,从而容易在顶端面与对置面之间使上述磁通平衡。也就是说,能在第一芯与第二芯之间大致保持磁通的平衡,所以容易保持电感这样的电磁性能。能轻量化的理由是因为:通过对置面的宽度为顶端面的宽度的92%以下,从而对置面的宽度充分变短。通过对置面的宽度充分短,从而能有效地削减第二芯的重量。
(3)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第一芯是在树脂中分散有软磁性粉末的复合材料的成形体,
所述第二芯是含软磁性粉末的原料粉末的压粉成形体。
上述方式容易得到规定的电感。是因为:磁芯具备与压粉成形体相比相对磁导率低的复合材料的成形体,从而能调整磁芯整体的磁特性。进一步地,上述方式即使在磁芯没有空隙部,也能调整磁芯整体的磁特性。因为在磁芯也可以不设置空隙部,所以能抑制来自空隙部的漏磁通。因此,能降低起因于漏磁通的损失。另外,在第一芯由复合材料的成形体构成,第二芯由压粉成形体构成的情况下,第一芯及第二芯的各相对磁导率的关系容易满足上述关系。
(4)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第一芯的相对磁导率为5以上且50以下。
上述方式容易得到规定的电感。
(5)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第二芯的相对磁导率为50以上且500以下。
上述方式容易得到规定的电感。
(6)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第二芯的相对磁导率相对于所述第一芯的相对磁导率的比为1.1以上且12以下。
上述方式能保持电磁性能并且容易实现轻量化。是因为:通过上述相对磁导率的比为1.1以上,从而能使对置面的宽度相对于顶端面的宽度充分缩短。另外,当上述相对磁导率的比为12以下时,容易得到规定的电感。
(7)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}满足0.1以上且1.6以下,
μr1是所述第一芯的相对磁导率,Ws1是所述顶端面的所述Y方向的宽度,μr2是所述第二芯的相对磁导率,Ws2是所述对置面的所述Y方向的宽度。
上述方式能有效地抑制电磁性能的降低。是因为:通过第一芯的相对磁导率及顶端面的宽度和第二芯的相对磁导率及对置面的宽度满足上述关系式,从而能设定成在顶端面与对置面之间能通过的磁通大致平衡的范围。能在第一芯与第二芯之间大致保持磁通的平衡,所以能抑制电感这样的电磁性能的降低。
(8)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第一芯包括所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的全部,
在所述第二芯的所述第二端芯部具有所述对置面。
上述方式代表性地得到E-T型、E-I型的磁芯。在上述方式中,第二芯的第二端芯部的宽度比第一芯的第一端芯部的宽度短。各端芯部的宽度是各自的Y方向的宽度。
(9)作为上述电抗器的一方式,可列举如下,
所述第一芯包括所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的一部分,
在所述第二芯的所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的剩余部具有所述对置面。
上述方式代表性地得到E-E型、E-U型的磁芯。在上述方式中,第二芯的第一侧芯部及第二侧芯部各自的剩余部的宽度比第一芯的第一侧芯部及第二侧芯部各自的一部分的宽度短。各侧芯部的一部分的宽度是各自的Y方向的宽度。各侧芯部的剩余部的宽度是各自的Y方向的宽度。
(10)本公开的实施方式的转换器
具备上述(1)至(9)的任一项记载的电抗器。
上述转换器具备上述电抗器,因此能轻量化。
(11)本公开的实施方式的电力变换装置
具备上述(10)记载的转换器。
上述电力变换装置具备上述转换器,因此能轻量化。
[本公开的实施方式的详情]
以下参照附图说明本公开的实施方式的具体例。图中的相同附图标记表示相同名称物。此外,本发明并不限定于这些例示,而通过权利要求书示出,意图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]
〔电抗器〕
参照图1至图4说明实施方式1的电抗器1。如图1、图2所示,电抗器1具备线圈2和磁芯3。磁芯3具备第一芯3a和第二芯3b。如图3所示,磁芯3通过第一芯3a和第二芯3b组合,从而在整体上构成为θ状。第一芯3a具有后述的顶端面3af。第二芯3b具有与顶端面3af面对的对置面3bf。
本实施方式的电抗器1的特征之一在于满足以下要件(a)至要件(c)的方面。
(a)第二芯3b的相对磁导率比第一芯3a的相对磁导率高。
(b)第一芯3a的顶端面3af和第二芯3b的对置面3bf处于特定的位置关系。
(c)对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短。
以下,详细说明电抗器1的结构。图3说明便利起见,将线圈2用双点划线示出。这点即使在后述的实施方式2至实施方式4中分别参照的图5、图6、图8中也同样。
(线圈)
如图1、图2所示,线圈2具有一个卷绕部21。卷绕部21通过将绕线卷绕成螺旋状而形成。绕线能利用公知的绕线。在本实施方式中,绕线是包覆扁平线。绕线的导体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。线圈2是将包覆扁平线扁立绕得到的扁立线圈。
本实施方式的卷绕部21的形状是矩形筒状。矩形包括正方形。即,卷绕部21的端面形状是矩形框状。卷绕部21的形状也可以是圆筒状。通过卷绕部21的形状是矩形筒状,从而与卷绕部21是具有相同内侧面积的圆筒状的情况比较,容易增大卷绕部21和设置对象的接触面积。上述内侧面积是指被卷绕部21的内周包围的空间的开口面积。因为上述接触面积变大,所以容易经由卷绕部21向设置对象散热。而且,容易将卷绕部21稳定地设置于设置对象。卷绕部21的角部圆滑化。
卷绕部21的端部21a及端部21b分别在卷绕部21的轴方向的一端侧及另一端侧引出到卷绕部21的外周侧。卷绕部21的端部21a及端部21b被剥掉绝缘包覆部而露出导体。在端部21a及端部21b装配有未图示的端子构件。借助该端子构件,在线圈2连接外部装置。外部装置的图示省略。外部装置可列举向线圈2进行电力供给的电源等。
(磁芯)
如图3所示,磁芯3具有中间芯部30、第一端芯部31、第二端芯部32、第一侧芯部33以及第二侧芯部34。在图3中,各芯部的边界用双点划线示出。这点即使在后述的实施方式2至实施方式4中分别参照的图5、图6、图8中也同样。在本实施方式中,按如下规定X方向、Y方向、Z方向。X方向是沿着中间芯部30的轴方向的方向。Y方向是与X方向正交的方向,且是中间芯部30和第一侧芯部33及第二侧芯部34并列的方向。Z方向是与上述X方向和上述Y方向双方正交的方向。X方向相当于长度方向。Y方向相当于宽度方向。Z方向相当于高度方向。
如图3所示,磁芯3的形状从Z方向是θ状。当使线圈2通电时,则磁通在磁芯3流动,形成θ状的闭合磁路。在图3中,粗虚线的箭头表示磁通的流动。磁通的流动方向也可以与图3所示的上述箭头的方向为反向。线圈2产生的磁通从中间芯部30通过第一端芯部31、第一侧芯部33及第二侧芯部34、第二端芯部32并返回中间芯部30。也就是说,在磁芯3中,形成分别通过第一侧芯部33及第二侧芯部34的两个环状的闭合磁路。
<中间芯部>
中间芯部30是磁芯3中、配置于线圈2的内侧的部分。在本实施方式中,中间芯部30的沿着X方向的两端部从线圈2的两端面2a、2b突出。该突出的部分也是中间芯部30的一部分。
中间芯部30的形状只要是与卷绕部21的内侧形状对应的形状就不作特别限定。如图2所示,本实施方式的中间芯部30的形状是大致长方体状。从X方向观看,中间芯部30的角部也可以以沿着卷绕部21的角部的内周面的方式圆滑化。
中间芯部30既可以在X方向被分割,也可以不被分割。本实施方式的中间芯部30在X方向被二分割,具有第一中间芯部30a和第二中间芯部30b。第一中间芯部30a位于中间芯部30的X方向的一方侧、具体为第一端芯部31侧。第二中间芯部30b位于中间芯部30的X方向的另一方侧、具体为第二端芯部32侧。在本实施方式中,第一中间芯部30a和第二中间芯部30b接触,在第一中间芯部30a与第二中间芯部30b之间基本上没有间隙。也就是说,中间芯部30在第一中间芯部30a与第二中间芯部30b之间不具有空隙部。第一中间芯部30a及第二中间芯部30b各自的长度只要适当设定成能得到规定的磁特性即可。此处所说的长度是指X方向的长度。第一中间芯部30a既可以比第二中间芯部30b长,也可以比第二中间芯部30b短。在本实施方式中,第一中间芯部30a比第二中间芯部30b长。第一中间芯部30a及第二中间芯部30b各自的Y方向的宽度相等。
中间芯部30也可以具有空隙部。空隙部可列举设置于第一中间芯部30a与第二中间芯部30b之间。空隙部的位置优选是卷绕部21的内侧。通过空隙部位于卷绕部21的内侧,从而容易抑制来自空隙3g的漏磁通。因此,容易减少起因于漏磁通的损失。空隙部的长度只要适当设定成能得到规定的磁特性即可。空隙部的长度例如可列举0.1mm以上、进一步为0.3mm以上。空隙部的长度的上限例如可列举2mm以下、进一步为1.5mm以下、1.0mm以下。空隙部既可以是气隙,也可以配置树脂、陶瓷等非磁体。
<第一端芯部·第二端芯部>
第一端芯部31是磁芯3中、面向线圈2的第一端面2a的部分。第二端芯部32是面向线圈2的第二端面2b的部分。此处所说的面向是指各端芯部31、32和线圈2的各端面2a、2b相互面对。第一端芯部31和第二端芯部32以夹着线圈2的两端面2a、2b的方式在X方向隔开间隔地配置。
第一端芯部31及第二端芯部32各自的形状只要是形成规定的磁路的形状就不作特别限定。如图2所示,本实施方式的两端芯部31、32的形状是大致长方体状。
<第一侧芯部·第二侧芯部>
第一侧芯部33及第二侧芯部34是磁芯3中、以隔着中间芯部30的方式配置于线圈2的外侧的部分。也就是说,第一侧芯部33和第二侧芯部34以夹着线圈2的沿着轴方向的两侧面的方式在Y方向隔开间隔地配置。在本实施方式中,如图3所示,在从Z方向观看时,将两侧芯部33、34中、配置于Y方向的一方侧、即纸面上侧的侧芯部设为第一侧芯部33,将配置于Y方向的另一方侧、即纸面下侧的侧芯部设为第二侧芯部34。第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的轴方向与中间芯部30的轴方向平行。
第一侧芯部33及第二侧芯部34只要具有将第一端芯部31和第二端芯部32连接的长度即可。各侧芯部33、34的形状不作特别限定。如图2所示,本实施方式的两侧芯部33、34的形状分别是大致长方体状。第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的长度无论相等还是不同都可以。在本实施方式中,第一侧芯部33及第二侧芯部34的各长度相等,且也与中间芯部30的长度相等。中间芯部30的长度是第一中间芯部30a和第二中间芯部30b的合计长度。在中间芯部30具有上述空隙部的情况下,中间芯部30的长度是除空隙部之外的各中间芯部30a、30b的合计长度。中间芯部30、第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的长度与第一端芯部31和第二端芯部32的相互面对的面间的距离相等。
第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的Y方向的宽度无论相等还是不同都可以。在本实施方式中,第一侧芯部33及第二侧芯部34的各宽度相等。另外,第一侧芯部33的宽度和第二侧芯部34的宽度的合计宽度与中间芯部30的宽度相等。即,第一侧芯部33的截面积和第二侧芯部34的截面积的合计截面积与中间芯部30的截面积相等。
第一侧芯部33及第二侧芯部34的至少一方既可以在X方向被分割,也可以不被分割。本实施方式的两侧芯部33、34均没有被分割。
在中间芯部30具有上述的空隙部的情况下,中间芯部30比两侧芯部33、34短。通过第一中间芯部30a和第二中间芯部30b的合计长度比两侧芯部33、34的长度短,从而能在第一中间芯部30a与第二中间芯部30b之间设置成为空隙部的间隙。
(第一芯·第二芯)
如图2、图3所示,磁芯3是将第一芯3a和第二芯3b组合的组合物。磁芯3通过第一芯3a和第二芯3b在X方向组合而构成。第一芯3a及第二芯3b各自的形状能从各种组合选择。本实施方式的磁芯3是将E字状的第一芯3a和T字状的第二芯3b组合的E-T型。
<第一芯>
第一芯3a可列举包括第一端芯部31、中间芯部30的至少一部分、包括第一侧芯部33及第二侧芯部34的两侧芯部33、34的至少一部分。在本实施方式中,如图3所示,第一芯3a包括第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的全部。另外,第一芯3a包括作为中间芯部30的一部分的第一中间芯部30a。第一端芯部31、第一中间芯部30a、第一侧芯部33以及第二侧芯部34一体成形。第一中间芯部30a从第一端芯部31的Y方向的中间部朝向第二中间芯部30b在X方向延伸。第一侧芯部33及第二侧芯部34从第一端芯部31的Y方向的两端部朝向第二端芯部32在X方向延伸。第一芯3a的形状从Z方向观看是E字状。
如图3所示,第一芯3a的第一侧芯部33及第二侧芯部34各自具有朝向第二芯3b的顶端面3af。如图2所示,从X方向观看的顶端面3af的形状是矩形。
<第二芯>
第二芯3b可列举包括第二端芯部32、中间芯部30的剩余部、以及第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的剩余部。在本实施方式中,如图3所示,第二芯3b不包括两侧芯部33、34。第二芯3b包括作为中间芯部30的剩余部的第二中间芯部30b。第二端芯部32和第二中间芯部30b一体成形。第二中间芯部30b从第二端芯部32的Y方向的中间部朝向第一中间芯部30a在X方向延伸。第二芯3b的形状从Z方向观看是T字状。
第二芯3b的表面具有与第一芯3a的顶端面3af在X方向面对的对置面3bf。也就是说,对置面3bf是第二芯3b的表面中、与顶端面3af在X方向重合的区域。在本实施方式中,在第二芯3b的第二端芯部32具有对置面3bf。在对置面3bf包括与顶端面3af接触的接触区域。
(顶端面和对置面的位置关系)
顶端面3af和对置面3bf满足特定的位置关系。具体地讲,如图4所示,对置面3bf的外侧缘3bo位于比顶端面3af的外侧缘3ao靠Y方向的内侧,并且对置面3bf的内侧缘3bi和顶端面3af的内侧缘3ai在Y方向基本上对齐。图4是从Z方向观看第一侧芯部33侧的顶端面3af和对置面3bf的附近的放大图。在图4中,仅图示第一侧芯部33侧,但是图3所示的第二侧芯部34侧也是同样的结构。另外,在图4中说明便利起见,将顶端面3af和对置面3bf以分离的方式示出,但是实际上相互接触。此处所说的外侧缘是指Y方向的外侧的边缘。内侧缘是指Y方向的内侧的边缘。Y方向的外侧是指在Y方向上远离中间芯部30的一侧。Y方向的内侧是指在Y方向上靠近中间芯部30的一侧。顶端面3af的外侧缘3ao或者对置面3bf的外侧缘3bo是构成顶端面3af或者对置面3bf的边缘中、从Z方向观看远离中间芯部30(图3)的一侧的边缘。顶端面3af的内侧缘3ai或者对置面3bf的内侧缘3bi是构成顶端面3af或者对置面3bf的边缘中、从Z方向观看靠近中间芯部30(图3)的一侧的边缘。上述“对置面3bf的外侧缘3bo位于比顶端面3af的外侧缘3ao靠Y方向的内侧”是指:外侧缘3bo和外侧缘3ao在Y方向没有对齐,从Z方向观看,外侧缘3bo向比外侧缘3ao靠Y方向的内侧偏离。上述“对置面3bf的内侧缘3bi和顶端面3af的内侧缘3ai基本上对齐”是指内侧缘3bi和内侧缘3ai的Y方向的偏离为顶端面3af的宽度Ws1的10%以下、进一步为5%以下。如本实施方式那样,在第二端芯部32具有对置面3bf的情况下,如图4所示,对置面3bf的内侧缘3bi位于使顶端面3af的内侧缘3ai在X方向延长的延长线上。因此,内侧缘3bi和内侧缘3ai在Y方向没有偏离,在Y方向对齐。也就是说,从Z方向观看,内侧缘3bi和内侧缘3ai的Y方向的位置一致。
(对置面和顶端面的宽度的关系)
对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短。此处所说的宽度是指Y方向的宽度。通过对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短,从而与顶端面3af的宽度Ws1和对置面3bf的宽度Ws2相同的情况比较,第二芯3b的体积变小。因此,第二芯3b的重量被削减,所以能使磁芯3轻量化。在本实施方式中,如图3所示,从Z方向观看,两侧芯部33、34的Y方向的外侧部分向比第二端芯部32靠外侧突出。因此,第二端芯部32的宽度W32比第一端芯部31的宽度W31短。
对置面3bf的宽度Ws2例如可列举为顶端面3af的宽度Ws1的60%以上且92%以下、进一步为65%以上且90%以下、70%以上且85%以下。通过对置面3bf的宽度Ws2为顶端面3af的宽度Ws1的60%以上,从而容易确保顶端面3af和对置面3bf的接触面积。通过确保顶端面3af和对置面3bf的接触面积,从而容易设定成在顶端面3af与对置面3bf之间能通过的磁通大致平衡的范围。当是上述磁通大致平衡的范围时,则在磁芯3形成磁路时,能在第一芯3a与第二芯3b之间大致保持磁通的平衡。因此,能保持电感这样的电磁性能。通过对置面3bf的宽度Ws2为顶端面3af的宽度Ws1的92%以下,从而对置面3bf的宽度Ws2充分短。因此,能有效地削减第二芯3b的重量。
(第一芯和第二芯的相对磁导率的关系)
第一芯3a和第二芯3b的相对磁导率不同。具体地讲,第二芯3b的相对磁导率比第一芯3a的相对磁导率高。也就是说,当将第一芯3a的相对磁导率设为μr1、将第二芯3b的相对磁导率设为μr2时,则满足μr1<μr2的关系。通过第二芯3b的相对磁导率比第一芯3a的相对磁导率高,从而即使对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短,也容易在顶端面3af与对置面3bf之间使上述磁通平衡。因此,能在第一芯3a与第二芯3b之间大致保持磁通的平衡。因此,能保持电感的电磁性能,并且能使对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1缩短。
第一芯3a的相对磁导率例如可列举5以上且50以下。第二芯3b的相对磁导率例如可列举50以上且500以下。第一芯3a及第二芯3b各自的相对磁导率能在满足上述相对磁导率的关系的基础上适当设定。第一芯3a及第二芯3b的各相对磁导率只要在上述各范围内,就容易得到规定的电感。第一芯3a的相对磁导率也可以进一步为10以上且45以下、15以上且40以下。第二芯3b的相对磁导率也可以进一步为100以上、150以上。
进一步地,第二芯3b的相对磁导率相对于第一芯3a的相对磁导率的比优选为1.1以上12以下。也就是说,满足1.1≦[μr2/μr1]≦12的关系。通过上述相对磁导率的比为1.1以上,从而第二芯3b的相对磁导率充分高于第一芯3a的相对磁导率。因此,能使对置面3bf的宽度Ws2相对于顶端面3af的宽度Ws1充分缩短。通过上述相对磁导率的比为12以下,容易得到规定的电感。上述相对磁导率的比也可以进一步为1.5以上、2以上、2.5以上。
相对磁导率能按如下求出。从第一芯3a和第二芯3b各自切出环状的测量试样。对上述各个测量试样施加初级侧为300匝、次级侧为20匝的绕线。在H=0(Oe)以上且100(Oe)以下的范围内测量B-H初始磁化曲线,求出该B-H初始磁化曲线的B/H的最大值。将该最大值设为相对磁导率。此处所说的磁化曲线是所谓的直流磁化曲线。
(材质)
第一芯3a及第二芯3b由成形体构成。作为成形体,例如可列举压粉成形体、复合材料的成形体等。第一芯3a和第二芯3b是相互不同的材质的成形体。相互不同的材质包括构成第一芯3a及第二芯3b的各成形体的各个构成要素的材质不同的情况不必说,也包括即使各构成要素的材质相同,但是各构成要素的含量不同的情况。例如,即使第一芯3a和第二芯3b由压粉成形体构成,但是当构成压粉成形体的软磁性粉末的材质、含量不同时,也是相互不同的材质。另外,即使第一芯3a和第二芯3b由复合材料的成形体构成,但是当构成复合材料的软磁性粉末的材质、含量不同时,也是相互不同的材质。
压粉成形体通过将含软磁性粉末的原料粉末压缩成形而构成。压粉成形体与复合材料的成形体比较,能提高软磁性粉末的含量。因此,压粉成形体容易提高磁特性。作为磁特性,可列举相对磁导率、饱和磁通密度。压粉成形体也可以含有粘合剂树脂、成形助剂等。压粉成形体中的磁性粉末的含量在将压粉成形体设为100体积%时,例如可列举85体积%以上且99.99体积%以下。
复合材料通过在树脂中分散软磁性粉末而构成。复合材料的成形体通过将在未固化的树脂中分散有软磁性粉末的流动性的原材料填充到模具,并使树脂固化而得到。复合材料能容易调整软磁性粉末的含量。因此,复合材料容易调整磁特性。复合材料中的软磁性粉末的含量在将复合材料设为100体积%时,例如可列举20体积%以上且80体积%以下。
构成软磁性粉末的粒子可列举软磁性金属的粒子、在软磁性金属的粒子的外周具备绝缘包覆部的包覆粒子、软磁性非金属的粒子等。软磁性金属可列举纯铁、铁基合金等。作为铁基合金,例如可列举Fe(铁)-Si(硅)合金、Fe-Ni(镍)合金等。绝缘包覆部可列举磷酸盐等。软磁性非金属可列举铁氧体等。
复合材料的树脂例如可列举热硬化性树脂、热塑性树脂。热硬化性树脂例如可列举不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等。热塑性树脂可列举聚苯硫醚树脂、聚四氟乙烯树脂、液晶聚合物、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂等。作为聚酰胺树脂,可列举尼龙6、尼龙66、尼龙9T等。除此之外,也能利用在不饱和聚酯中混合有碳酸钙、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。
复合材料除了软磁性粉末及树脂之外,也可以含有填料。填料例如可列举氧化铝、二氧化硅等陶瓷填料。通过复合材料含有填料,从而能提高散热性。填料的含量在将复合材料设为100体积%时,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。
压粉成形体、复合材料的成形体中的软磁性粉末的含量视为与成形体的截面中的软磁性粉末的面积比例等价。软磁性粉末的含量按如下求出。用扫描型电子显微镜(SEM)观察成形体的截面,取得观察图像。SEM的倍率例如设为200倍以上且500倍以下。观察图像的取得数量设为10个以上。总截面积设为0.1cm 2以上。既可以对一截面取得一个观察图像,也可以对一截面取得多个观察图像。对取得的各观察图像进行图像处理,提取粒子的轮廓。作为图像处理,例如可列举二值化处理。算出各观察图像中软磁性粒子的面积比例,求出该面积比例的平均值。将该平均值视为软磁性粉末的含量。
在本实施方式中,通过第一芯3a是复合材料的成形体,第二芯3b是压粉成形体。通过第一芯3a由复合材料的成形体构成,第二芯3b由压粉成形体构成,从而能调整磁芯3整体的磁特性。因此,即使如本实施方式那样不在磁芯3设置空隙部,也容易得到规定的电感。即使第一芯3a和第二芯3b是相互不同的材质,也可以根据需要设置空隙部。另外,当第一芯3a由复合材料的成形体构成,第二芯3b由压粉成形体构成时,则第一芯3a及第二芯3b的各相对磁导率的关系容易满足上述关系。在本实施方式中,第一芯3a的相对磁导率是20,第二芯3b的相对磁导率是150。
(第一芯的相对磁导率及顶端面的宽度和第二芯的相对磁导率及对置面的宽度的关系)
在将第一芯3a的相对磁导率设为μr1、将顶端面3af的宽度设为Ws1、将第二芯3b的相对磁导率设为μr2、将对置面3bf的宽度设为Ws2时,优选{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}满足0.1以上且1.6以下。通过相对磁导率μr1及宽度Ws1和相对磁导率μr2及宽度Ws2满足上述关系式,从而能设定成在顶端面3af与对置面3bf之间能通过的磁通大致平衡的范围。当{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}为0.1以上且1.6以下时,可以说是上述磁通大致平衡的范围,所以能在第一芯3a和第二芯3b之间大致保持磁通的平衡。因此,能有效地抑制电感的降低。{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}进一步也可以为0.1以上且1.4以下、0.15以上且1.2以下。
(尺寸)
例如,在电抗器1为车载用的情况下,如图1所示,磁芯3的尺寸如下。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。磁芯3的Z方向的高度H例如为15mm以上且75mm以下。磁芯3的宽度W相当于第一端芯部31的宽度W31。第二端芯部32的宽度W32比第一端芯部31的宽度W31短。具体地讲,第二端芯部32的宽度W32比第一端芯部31的宽度W31短出顶端面3af和对置面3bf的宽度的差的量。
另外,磁芯3的主要部的尺寸如下。中间芯部30的宽度、即第一中间芯部30a及第二中间芯部30b的宽度例如为10mm以上且50mm以下。第一端芯部31及第二端芯部32的长度例如为5mm以上且40mm以下。第一侧芯部33及第二侧芯部34的宽度例如为5mm以上且40mm以下。第一侧芯部33及第二侧芯部34的宽度相当于顶端面3af的宽度Ws1。各芯部的尺寸与磁芯3的磁路面积的大小有关。
(其他)
电抗器1也可以具备外壳、粘接层、保持构件以及模制树脂部的至少一个作为其他的结构。外壳是将线圈2和磁芯3的组合体收纳于内部的构件。收纳于外壳的组合体也可以被密封树脂部埋设。粘接层也可以将上述组合体固定于载置面,将上述组合体固定于外壳的内底面,将上述外壳固定于载置面等。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之间的电绝缘的构件。模制树脂部通过将上述组合体的外周覆盖,从而使线圈2和磁芯3一体化。
〔作用效果〕
实施方式1的电抗器1能实现轻量化。是因为第二芯3b的对置面3bf的宽度Ws2比第一芯3a的顶端面3af的宽度Ws1短。通过对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短,从而与顶端面3af的宽度Ws1和对置面3bf的宽度Ws2相同的情况比较,第二端芯部32的宽度W32比第一端芯部31的宽度W31缩短。也就是说,第二芯3b的体积减小。因此,第二芯3b的重量被削减,所以能使磁芯3轻量化。
另外,电抗器1能保持电感这样的电磁性能。是因为第二芯3b的相对磁导率μr2比第一芯3a的相对磁导率μr1高。通过第二芯3b的相对磁导率μr2比第一芯3a的相对磁导率μr1高,从而即使对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短,也容易使在顶端面3af与对置面3bf之间能通过的磁通平衡。也就是说,能在第一芯3a与第二芯3b之间大致保持磁通的平衡,能抑制电感的降低。因此,能保持电感并且缩短对置面3bf的宽度Ws2
特别是,电抗器1通过对置面3bf的宽度Ws2相对于顶端面3af的宽度Ws1的比在特定的范围,第二芯3b的相对磁导率μr2相对于第一芯3a的相对磁导率をμr1的比在特定的范围,从而容易保持电磁性能并且容易实现轻量化。进一步地,通过相对磁导率μr1及宽度Ws1和相对磁导率μr2及宽度Ws2满足特定的关系,从而能有效地抑制电感的降低。
电抗器1通过第一芯3a由复合材料的成形体构成,第二芯3b由压粉成形体构成,从而容易将第一芯3a及第二芯3b的各相对磁导率分别设定在规定的范围。另外,当第一芯3a由复合材料的成形体构成,第二芯3b由压粉成形体构成时,即使在磁芯3不设置空隙部,也容易得到规定的电感。
[实施方式2]
参照图5说明实施方式2的电抗器1。实施方式2的电抗器1在磁芯3是E-I型的方面与实施方式1的电抗器1不同。以下说明以与实施方式1的不同点为中心进行。有时省略与实施方式1同样的结构的说明。
第一芯3a包括第一端芯部31、中间芯部30的全部以及第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的全部。中间芯部30从第一端芯部31的Y方向的中间部朝向第二端芯部32在X方向延伸。第一芯3a的形状是E字状。第一芯3a是复合材料的成形体。
第二芯3b仅包括第二端芯部32。第二芯3b不包括中间芯部30、第一侧芯部33及第二侧芯部34。第二芯3b的形状是I字状。第二芯3b是压粉成形体。
在本实施方式中,中间芯部30中的第二端芯部32侧的端部与第二端芯部32接触。因此,在中间芯部30与第二端芯部32之间基本上没有间隙,不存在空隙部。与本实施方式不同,也能在中间芯部30与第二端芯部32之间设置空隙部。在中间芯部30与第二端芯部32之间设置空隙部的情况下,中间芯部30比两侧芯部33、34短。由此,能在中间芯部30与第二端芯部32之间设置成为空隙部的间隙。
对置面3bf和顶端面3af的位置关系、对置面3bf的宽度Ws2和顶端面3af的宽度Ws1的关系、第一芯3a的相对磁导率μr1和第二芯3b的相对磁导率μr2的关系与实施方式1同样。另外,与实施方式1同样,相对磁导率μr1及宽度Ws1和相对磁导率μr2及宽度Ws2满足上述关系式。即,{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}为0.1以上且1.6以下。
〔作用效果〕
实施方式2的电抗器1与实施方式1的电抗器1同样,能保持电感并且实现轻量化。
[实施方式3]
参照图6、图7说明实施方式3的电抗器1。实施方式3的电抗器1在磁芯3是E-E型的方面与实施方式1的电抗器1不同。以下说明以与实施方式1的不同点为中心进行。有时省略与实施方式1同样的结构的说明。图7是从Z方向观看第一侧芯部33侧的顶端面3af和对置面3bf的附近的放大图。在图7中,仅图示第一侧芯部33侧,但是图6所示的第二侧芯部34侧也是同样的结构。另外,在图7中,说明便利起见,将顶端面3af和对置面3bf以分离的方式示出,但是实际上相互接触。
如图6所示,本实施方式的第一侧芯部33及第二侧芯部34各自在X方向被二分割。第一侧芯部33具有第一部分33a和第二部分33b。第二侧芯部34具有第一部分34a和第二部分34b。第一部分33a、34a位于两侧芯部33、34的X方向的一方侧、具体为第一端芯部31侧。第二部分33b、34b位于两侧芯部33、34的X方向的另一方侧、具体为第二端芯部32侧。在本实施方式中,第二部分33b、34b的宽度比第一部分33a、34a的宽度短。第一部分33a、34a的各宽度相等。第二部分33b、34b的各宽度相等。另外,第一部分33a、34a的合计宽度与中间芯部30的宽度相等。
第一部分33a、34a和第二部分33b、34b接触,在第一部分33a、34a与第二部分33b、34b之间基本上没有间隙。也就是说,两侧芯部33、34在第一部分33a、34a与第二部分33b、34b之间不具有空隙部。第一部分33a、34a及第二部分33b、34b各自的长度只要适当设定成能具有规定的磁特性即可。第一部分33a、34a既可以比第二部分33b、34b长,也可以比第二部分33b、34b短。另外,第一部分33a、34a各自的长度既可以相等,也可以不同。第二部分33b、34b各自的长度既可以相等,也可以不同。在本实施方式中,第一部分33a、34a比第二部分33b、34b长。另外,第一部分33a、34a的各长度相等。第二部分33b、34b的各长度相等。
如图6所示,第一芯3a包括第一端芯部31、第一中间芯部30a、以及作为第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的一部分的第一部分33a、34a。第一端芯部31、第一中间芯部30a以及两侧芯部33、34的第一部分33a、34a一体成形。第一部分33a、34a从第一端芯部31的Y方向的两端部朝向第二部分33b、34b在X方向延伸。第一芯3a的形状从Z方向观看是E字状。第一芯3a是复合材料的成形体。
如图6所示,第一芯3a的两侧芯部33、34中的第一部分33a、34a各自具有朝向第二芯3b的顶端面3af。顶端面3af的宽度Ws1与第一部分33a、34a的宽度相等。
第二芯3b包括第二端芯部32、第二中间芯部30b、以及作为第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的剩余部的第二部分33b、34b。第二端芯部32、第二中间芯部30b、以及两侧芯部33、34的第二部分33b、34b一体成形。第二部分33b、34b从第二端芯部32的Y方向的两端部朝向第一部分33a、34a在X方向延伸。第二芯3b的形状从Z方向观看是E字状。第二芯3b是压粉成形体。
在本实施方式中,在第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的第二部分33b、34b具有对置面3bf。本实施方式的对置面3bf的宽度Ws2与第二部分33b、34b的宽度相等。
顶端面3af和对置面3bf与实施方式1同样满足特定的位置关系。具体地讲,如图7所示,对置面3bf的外侧缘3bo位于比顶端面3af的外侧缘3ao靠Y方向的内侧,并且对置面3bf的内侧缘3bi和顶端面3af的内侧缘3ai在Y方向基本上对齐。
另外,与实施方式1同样,对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短。在本实施方式中,如图6所示,从Z方向观看,第一部分33a、34a的Y方向的外侧部分向比第二部分33b、34b靠外侧突出。因此,第二端芯部32的宽度W32比第一端芯部31的宽度W31短。
第一芯3a的相对磁导率μr1和第二芯3b的相对磁导率μr2的关系与实施方式1同样。另外,与实施方式1同样,相对磁导率μr1及宽度Ws1和相对磁导率μr2及宽度Ws2满足上述关系式。即,{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}为0.1以上且1.6以下。
〔作用效果〕
实施方式3的电抗器1与实施方式1的电抗器1同样,能保持电感,并且能实现轻量化。
[实施方式4]
参照图8说明实施方式4的电抗器1。实施方式4的电抗器1在磁芯3是E-U型的方面与实施方式3的电抗器1不同。以下说明以与实施方式3的不同点为中心进行。有时省略与实施方式3同样的结构的说明。
第一芯3a包括第一端芯部31、中间芯部30的全部、以及第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的第一部分33a、34a。第一芯3a的形状是E字状。第一芯3a是复合材料的成形体。
第二芯3b包括第一端芯部31、和第一侧芯部33及第二侧芯部34各自的第二部分33b、34b。第二芯3b不包括中间芯部30。第二芯3b的形状是U字状。第二芯3b是压粉成形体。
在本实施方式中,中间芯部30中的第二端芯部32侧的端部与第二端芯部32接触。因此,在中间芯部30与第二端芯部32之间基本上没有间隙,不存在空隙部。与实施方式2同样,也能在中间芯部30与第二端芯部32之间设置空隙部。
对置面3bf和顶端面3af的位置关系、对置面3bf的宽度Ws2和顶端面3af的宽度Ws1的关系、第一芯3a的相对磁导率μr1和第二芯3b的相对磁导率μr2的关系与实施方式3同样。另外,与实施方式1同样,相对磁导率μr1及宽度Ws1和相对磁导率μr2及宽度Ws2满足上述关系式。即,{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}为0.1以上且1.6以下。
〔作用效果〕
实施方式4的电抗器1与实施方式1的电抗器1同样,能保持电感并且实现轻量化。
[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代表性地能利用于电动汽车、混合动力汽车等车辆等上所搭载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。
如图9所示,混合动力汽车、电动汽车等车辆1200具备主电池1210、与主电池1210连接的电力变换装置1100、以及通过来自主电池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发挥作用。在混合动力汽车的情况下,车辆1200除电动机1220之外还具备发动机1300。在图9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具备与主电池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行驶时将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以下程度并向逆变器1120供电。转换器1110在再生时将从电动机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,使其向主电池1210充电。输入电压是直流电压。逆变器1120在车辆1200行驶时将由转换器1110升压的直流变换成规定的交流并向电动机1220供电,在再生时将来自电动机1220的交流输出变换成直流并向转换器1110输出。
如图10所示,转换器1110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。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,使该变化平滑。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。通过具备轻量的电抗器1,从而能使电力变换装置1100、转换器1110轻量化。
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的电力源的副电池1230和主电池1210连接并将主电池1210的高压变换成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。
<试验例1>
对与上述的实施方式1同样的结构的电抗器评价对电磁性能的影响和磁芯的重量减少效果。试验例1中使用的电抗器的试样的磁芯3是E-T型。第一芯3a的相对磁导率μr1为20。第二芯3b的相对磁导率μr2为150。
在试验例1中,对对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短的试样编号1-1、和顶端面3af的宽度Ws1和对置面3bf的宽度Ws2相同的试样编号10进行了评价。以下示出磁芯3及各主要部的尺寸。
(磁芯的尺寸)
·磁芯3的长度L:70mm
·磁芯3的宽度W=第一端芯部31的宽度W31:75mm
·磁芯3的高度H:30mm
·中间芯部30的宽度=第一中间芯部30a及第二中间芯部30b的宽度:24mm
·第一端芯部31及第二端芯部32的长度:12.5mm
·第一侧芯部33及第二侧芯部34的宽度=顶端面3af的宽度Ws1:12mm
<试样编号10>
·对置面3bf的宽度Ws2:12mm
·第二端芯部32的宽度W32:75mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):0mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):100%
<试样编号1-1>
·对置面3bf的宽度Ws2:10mm
·第二端芯部32的宽度W32:71mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):2mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):83%
试样编号10的第二端芯部32的宽度W32与第一端芯部31的宽度W31相同为75mm。试样编号10是比较模型。试样编号1-1的对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短2mm。
(电磁性能的评价)
关于各试样的电抗器,通过计算机的模拟实验解析电感及损失。解析使用作为市售的电磁场解析软件的株式会社JSOL制的JMAG-Designer19.0。在电感的解析中求出使直流流过线圈时的电感。电流在0A至400A的范围变化。在表1中示出电流值为0A、100A、200A以及300A时的电感。在表1中将试样编号1-1的各电流值的电感以相对于试样编号10的各电流值的电感的差的比率的方式示出。该比率用将试样编号10的各电流值的电感设为100的百分率表示。另外,在图11中示出通过解析得到的电感的坐标图。在图11的坐标图中,横轴表示电流(Amean,平均值)。在图11的坐标图中,纵轴表示电感(μH)。在图11中,虚线的坐标图表示试样编号10的电感。在图11中,实线的坐标图表示试样编号1-1的电感。
在损失的解析中,求出以直流电流为0A、输入电压为300V、输出电压为600V、频率为20kHz的条件驱动时的总损失。总损失包括磁芯的铁损及线圈中的损失等。在表1中示出其结果。在表1中将试样编号1-1的总损失以相对于试样编号10的总损失的差的比率的方式示出。该比率用将试样编号10的损失设为100的百分率表示。
(重量减少效果的评价)
计算求出试样编号1-1中的第二芯的体积相对于试样编号10中的第二芯的体积的削减量。体积削减量是从试样编号10的第二芯的体积减去试样编号1-1的第二芯的体积得到的。在表1中示出其结果。另外,计算求出试样编号1-1的第二芯相对于试样编号10的第二芯的质量比。质量比将相对于试样编号10的第二芯的质量的试样编号1-1的第二芯的质量用百分率表示。在表1中也一并示出质量比。
[表1]
Figure BDA0004113413800000271
如表1及图11所示,试样编号1-1的电感特性与试样编号10的电感特性大致相同。具体地讲,如表1所示,试样编号1-1中的0A至300A的各电流值的电感在试样编号10中的各电流值的电感的±2.5%以内、进一步为±2.0%以内、特别是±1.0以内,所以可以说试样编号1-1维持与试样编号10等同的电感特性。也就是说,试样编号1-1能充分保持规定的电感。因此,在试样编号1-1中,通过使对置面的宽度比顶端面的宽度缩短而给电感带来的影响轻微。另外,从表1的结果可知,试样编号1-1的损失与试样编号10的损失相比与其说大致不变,不如说稍微降低。
进一步地,试样编号1-1与试样编号10比较,能将第二芯的重量削减4%。
<试验例2>
在试验例2中,改变对置面3bf的宽度Ws2,调查宽度Ws2相对于顶端面3af的宽度Ws1的削减量给电磁性能带来的影响。具体地讲,对使对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1在1mm至5mm的范围缩短的试样编号2-1至编号2-5的电抗器进行与试验例1同样的评价。试样编号2-2与试验例1的试样编号1-1相同。试样编号2-1至编号2-5的不同点仅是对置面3bf的宽度Ws2。将各试样中的宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2)、宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1)分别在表2中示出。
关于各试样的电抗器,与试验例1同样地求出电感及总损失。将其结果在表2中示出。在表2中将试样编号2-1至编号2-5中的各电流值的电感以相对于试样编号10中的各电流值的电感的差的比率的方式示出。将试样编号2-1至编号2-5的总损失以相对于试样编号10的总损失的差的比率的方式示出。进一步地,与试验例1同样,将试样编号2-1至编号2-5中的第二芯相对于试样编号10中的第二芯的体积削减量及质量比在表2中示出。
[表2]
Figure BDA0004113413800000281
如表2所示,对置面的宽度Ws2越是比顶端面的宽度Ws1短,即顶端面的宽度Ws1和对置面的宽度Ws2的差(Ws1-Ws2)越大,则第二芯的体积削减量越大。即,重量的减少效果越大。但是,当对置面的宽度Ws2变得更短时,则电感特性的劣化相应地变得显著。具体地讲,相对于试样编号10中的0A至300A的各电流值的电感,偏差变大。也就是说,难以维持与试样编号10等同的电感特性。从表2可知,当将对置面的宽度Ws2缩短时,则第二芯的体积削减量以一定的比例增加,与此相对,电感的偏差范围比体积削减量的增加比例大。试样编号2-1至编号2-4相对于试样编号10,0A至300A的各电流值的电感的偏差范围在±2.5%以内,所以可以说能大致保持规定的电感特性。特别是,试样编号2-1至编号2-3因为相对于试样编号10的电感的偏差范围在±2.0%以内,所以能更良好地保持规定的电感特性。由此,认为对置面的宽度Ws2相对于顶端面的宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1)优选60%以上、进一步为70%以上。进一步地,当不仅考虑重量的减少效果,还考虑损失的减少效果时,则认为比率(Ws2/Ws1)优选92%以下、进一步为90%以下。
<试验例3>
对与上述的实施方式3同样的结构的电抗器评价对电磁性能的影响和磁芯的重量减少效果。试验例3使用的电抗器的试样的磁芯3是E-E型。第一芯3a的相对磁导率μr1是20。第二芯3b的相对磁导率μr2是150。
在试验例3中,对对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1短的试样编号3-1至编号3-5、和顶端面3af的宽度Ws1和对置面3bf的宽度Ws2相同的试样编号30进行了评价。试样编号3-1至编号3-5使对置面3bf的宽度Ws2比顶端面3af的宽度Ws1在1mm至5mm的范围内缩短。试样编号3-1至编号3-5、编号30的不同点仅是对置面3bf的宽度Ws2。以下示出磁芯3及各主要部的尺寸。
(磁芯的尺寸)
·磁芯3的长度L:70mm
·磁芯3的宽度W=第一端芯部31的宽度W31:75mm
·磁芯3的高度H:30mm
·中间芯部30的宽度=第一中间芯部30a及第二中间芯部30b的宽度:24mm
·第一端芯部31及第二端芯部32的长度:12.5mm
·第一侧芯部33及第二侧芯部34的第一部分33a、34a的宽度=顶端面3af的宽度Ws1:12mm
<试样编号30>
·第一侧芯部33及第二侧芯部34的第二部分33b、34b的宽度=对置面3bf的宽度Ws2:12mm
·第二端芯部32的宽度W32:75mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):0mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):100%
<试样编号3-1>
·对置面3bf的宽度Ws2:11mm
·第二端芯部32的宽度W32:73mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):1mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):92%
<试样编号3-2>
·对置面3bf的宽度Ws2:10mm
·第二端芯部32的宽度W32:71mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):2mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):83%
<试样编号3-3>
·对置面3bf的宽度Ws2:9mm
·第二端芯部32的宽度W32:69mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):3mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):75%
<试样编号3-4>
·对置面3bf的宽度Ws2:8mm
·第二端芯部32的宽度W32:67mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):4mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):75%
<试样编号3-5>
·对置面3bf的宽度Ws2:7mm
·第二端芯部32的宽度W32:65mm
·宽度Ws1和宽度Ws2的差(Ws1-Ws2):5mm
·宽度Ws2相对于宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1):58%
关于各试样的电抗器,与试验例1同样地求出电感。将其结果在表3中示出。在表3中将试样编号3-1至编号3-5中的各电流值的电感以相对于试样编号30中的各电流值的电感的差的比率的方式示出。进一步地,将试样编号3-1至编号3-5中的第二芯相对于试样编号30中的第二芯的体积削减量及质量比在表3中示出。
[表3]
Figure BDA0004113413800000311
如表3所示,即使磁芯是E-E型,也与上述的试验例2的E-T型的情况同样,对置面的宽度Ws2越是比顶端面的宽度Ws1短,则第二芯的体积削减量越大。即,重量的减少效果变大。另外,在E-E型的试样中,当对置面的宽度Ws2变短时,则与试验例2的表2所示的E-T型的试样相比,体积削减量变大,但是电感特性的劣化变得更加显著。具体地讲,相对于试样编号30中的0A至300A的各电流值的电感的偏差变得更大。也就是说,难以维持与试样编号30等同的电感特性。试样编号3-1至编号3-3相对于试样编号30,0A至300A的各电流值的电感的偏差范围在±2.5%以内,所以可以说能大致保持规定的电感特性。特别是,试样编号3-1至编号3-2因为相对于试样编号30的电感的偏差范围在±2.0%以内,所以能更良好地保持规定的电感特性。由此,认为在E-E型的磁芯中,对置面的宽度Ws2相对于顶端面的宽度Ws1的比率(Ws2/Ws1)优选70%以上、进一步为80%以上。进一步地,当考虑重量的减少效果时,则认为比率(Ws2/Ws1)优选92%以下、进一步为90%以下。
进一步地,关于试样编号3-1至编号3-5的电抗器,与试验例1同样地求出总损失,结果是各试样的损失与试样编号30的损失为相同程度。
附图标记说明
1 电抗器
2 线圈
2a第一端面、2b第二端面
21卷绕部、21a、21b端部
3磁芯
3a第一芯、3b第二芯
30中间芯部
30a第一中间芯部、30b第二中间芯部
31第一端芯部、32第二端芯部
33第一侧芯部、34第二侧芯部
33a、34a第一部分、33b、34b第二部分
3af顶端面、3bf对置面
3ao、3bo外侧缘
3ai、3bi内侧缘
W、Ws1、Ws2、W31、W32宽度
L 长度
H 高度
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 副电池
1240 辅机类
1250 车轮
1300 发动机

Claims (11)

1.一种电抗器,具备线圈和磁芯,
所述磁芯具备通过在X方向组合而构成为θ状的第一芯和第二芯,
所述第一芯包括第一端芯部、中间芯部的至少一部分、以及包括第一侧芯部及第二侧芯部的两侧芯部的至少一部分,
所述第二芯包括第二端芯部、所述中间芯部的剩余部、以及所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的剩余部,
所述第一端芯部面向所述线圈的第一端面,
所述第二端芯部面向所述线圈的第二端面,
所述中间芯部配置于所述线圈的内侧,
所述第一侧芯部及所述第二侧芯部以隔着所述中间芯部的方式配置于所述线圈的外侧,
所述第二芯的相对磁导率比所述第一芯的相对磁导率高,
所述第一芯的所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自具有朝向所述第二芯的顶端面,
所述第二芯的表面具有与所述顶端面面对的对置面,
在从Z方向观看所述磁芯时,
所述对置面的外侧缘位于比所述顶端面的外侧缘靠Y方向的内侧,
所述对置面的内侧缘和所述顶端面的内侧缘在所述Y方向基本上对齐,
所述对置面的所述Y方向的宽度比所述顶端面的所述Y方向的宽度短,
所述X方向是沿着所述中间芯部的轴方向的方向,
所述Y方向是所述中间芯部和所述第一侧芯部及所述第二侧芯部并列的方向,
所述Z方向是与所述X方向和所述Y方向双方正交的方向。
2.根据权利要求1所述的电抗器,其中,所述对置面的所述Y方向的宽度为所述顶端面的所述Y方向的宽度的60%以上且92%以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电抗器,其中,所述第一芯是在树脂中分散有软磁性粉末的复合材料的成形体,
所述第二芯是含软磁性粉末的原料粉末的压粉成形体。
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,所述第一芯的相对磁导率为5以上且50以下。
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,所述第二芯的相对磁导率为50以上且500以下。
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,所述第二芯的相对磁导率相对于所述第一芯的相对磁导率的比为1.1以上且12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,{(μr1×Ws1)/(μr2×Ws2)}满足0.1以上且1.6以下,
μr1是所述第一芯的相对磁导率,Ws1是所述顶端面的所述Y方向的宽度,μr2是所述第二芯的相对磁导率,Ws2是所述对置面的所述Y方向的宽度。
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,所述第一芯包括所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的全部,
在所述第二芯的所述第二端芯部具有所述对置面。
9.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,所述第一芯包括所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的一部分,
在所述第二芯的所述第一侧芯部及所述第二侧芯部各自的剩余部具有所述对置面。
10.一种转换器,具备权利要求1至权利要求9中的任一项所述的电抗器。
11.一种电力变换装置,具备权利要求10所述的转换器。
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