CN1202708A - 线圈单元所用的磁芯组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能抑制升温的线圈单元所用磁芯组件及其制造方法。铁氧化制成的次级磁芯(21)包括相互对称并适合于相互耦合的一对磁芯部件(25、25)。每个磁芯部件(25)在其组合表面(44)设置有槽(43)。磁芯部件(25、25)相互组合时,组合的槽(43、43)限定出适合于在次级磁芯(21)中流动冷却介质的流动通道(40)。于是,可以在过硬而难以加工的烧结材料制成的磁芯中形成流动通道。

Description

线圈单元所用的磁芯组件及其制造方法

本发明涉及对电动汽车充电的线圈单元所用的磁芯组件，及其制造方法。

通常，磁性耦合装置包括构成磁路的磁芯组件，该磁路用于使初级线圈单元的初级线圈与次级线圈单元的次级线圈磁性耦合，而该初级线圈单元与外部电源装置连接，该次级线圈单元与电动汽车的电池连接。当两个单元互连而且初级线圈被激磁时，由所产生的磁通在次级线圈中产生感应电动势，对电池充电。

在这种磁性耦合装置中，无法防止磁芯组件的磁芯因磁性材料的磁滞损耗等而发热。因此，存在如下问题，即磁性耦合装置作为整体因基于电池充电的磁芯热源而导致温度上升。

本发明的第一目的是提供能抑制温度上升的用于线圈单元的磁芯组件。

本发明的第二目的是提供能抑制温度上升的用于线圈单元的磁芯组件的制造方法。

为了实现本发明的第一目的，提供一种利用外部充电电源对电动汽车的电池装置充电的线圈单元所用的磁芯组件，线圈单元包括与外部充电电源连接的初级线圈单元和与电池装置连接的次级线圈单元，根据本发明，包括：用于支承初级线圈单元的初级线圈的初级磁芯；和用于支承次级线圈单元的次级线圈的次级磁芯。初级磁芯具有一对互补初级磁芯部件。至少一个互补初级磁芯部件在组合表面设置有形成第一流动通道的槽，用于初级磁芯部件相互组合时在初级磁芯中流动冷却介质。次级磁芯具有一对互补次级磁芯部件。至少一个互补次级磁芯部件在组合表面设置有形成第二流动通道的槽，用于次级磁芯部件相互组合时在次级磁芯中流动冷却介质。因此，当初级磁芯与次级磁芯连接时，线圈单元在初级线圈和次级线圈之间构成磁路。

根据本发明的上述结构，由于在磁芯中形成用于流动冷却介质的流动通道，所以可以冷却未暴露于大气且容易积存热量的磁芯部分，从而提高冷却效率。

由于槽位于磁芯部件的组合表面，所以还可以通过磁芯组件的生产过程容易地在磁芯中形成槽。当一对磁芯部件互连时，槽构成流动通道。因此，不必进行钻孔步骤，从而可容易地制造用于线圈单元的磁芯组件。

在用于线圈单元的磁芯组件中，第一和第二流动通道可以在内部设置凹入和凸出，用于在其中产生冷却介质的紊流。

根据上述结构，由于冷却介质在流动通道中被造成紊流，通过与流动通道内周表面接触而升温的冷却介质可以和与内周表面隔开并处于低温的冷却介质混合。因此，只有处于高温的冷却介质不沿流动通道的内周表面流动，从而提高了冷却效率。

在上述任一种线圈单元所用的磁芯组件中，初级或次级线圈单元可容纳于保护壳中，保护壳可设置连通孔，用于流动通道与保护壳外部的连通。

根据上述结构，由于冷却介质可以从保护壳外部引入线圈单元所用的磁芯组件中的流动通道，所以保护壳可以保护线圈单元，而不在保护壳中积存热量。

为了实现本发明的第二目的，提供一种用于线圈单元的磁芯组件的制造方法，包括以下步骤：在用于形成一对互补磁芯部件的每一件的模具中填充铁氧体粉末；对模具中的铁氧体粉末进行压制，在磁芯部件的组合表面形成槽；对在模具中压制的铁氧体粉末进行烧结；把一对互补磁芯部件经各组合表面相互固定在一起。

根据本发明的方法，即使磁芯是由过硬而难以加工的烧结铁氧体粉末制成，也可以制造其中具有流动通道的用于线圈单元的磁芯组件。

通过以下结合附图对本发明的说明，本领域的技术人员将可以了解本发明的上述和其它特征。

图1是装备有本发明的用于线圈单元的磁芯组件实施例的充电装置的透视图。

图2是图1所示充电装置一部分的纵向剖面图，展示了该装置的充电状态。

图3是本发明的磁芯组件实施例中次级磁芯的次级磁芯部件的分解透视图。

图4是本发明的磁芯组件实施例中初级磁芯的初级磁芯部件的分解透视图。

图5是压制成型次级磁芯的次级磁芯部件的模具组合的剖面图，展示了模具组合的开启位置。

图6是图5所示模具组合的剖面图，展示了模具组合的闭合位置。

图7是图3所示次级磁芯的另一种次级磁芯部件的分解透视图。

图8是图3所示次级磁芯的又一种次级磁芯部件的分解透视图。

以下结合图1～8说明根据本发明的用于线圈单元的磁芯组件及其制造方法的实施例。

如图1所示，电动汽车在车体一侧设置有向外开启的接收部分10。盖11可旋转地安装在接收部分10的开口。次级线圈单元20位于接收部分10的内部。当耦合器13沿图1中的箭头A所示方向插入接收部分10时，接收部分10适合于可拆卸地接收固定于从外部充电装置(未示出)延伸的用于充电的电源电缆(未示出)端部的耦合器13。

次级线圈单元20包括例如通过烧结铁氧体粉末制成的次级磁芯21和卷绕于次级磁芯21上的次级磁芯22。次级线圈22的输出端与充电电路连接，该充电电路通过对在次级线圈22中感应的高频电动势整流，对电动汽车中的存储装置中的电源电池(未示出)充电。

次级磁芯22具有在侧示立体图中呈角状的C形，具有垂直柱21A和从垂直柱21A的相对端水平延伸的一对水平柱21B。次级磁芯21固定于接收部分10的内壁，垂直柱21A设置在接收部分10中的内侧上，水平柱21B伸向接收部分10的开口。次级线圈22安装在垂直柱21A上，水平柱21B的末端表面限定出适合于与初级磁芯31连接的耦合表面。以下将说明耦合表面21C。

次级磁芯21的垂直柱21A和水平柱21B形成为圆管。各个柱21A和21B的内部相互连通，如图2所示，限定出适合流动冷却介质的流动通道40。流动通道40包括垂直柱21A中的通路41和水平柱21B中的通路42。垂直柱21A中的通路41在相反端设置有开口41A、41A。开口41A通过接收部分10的内壁上的开口10A面对电动汽车车体中的宽阔空间10B。于是，随着冷却介质冷却次级磁芯21时，空间10B中的空气在通路41中自由地流动。流动通道40在其内周表面上设置有多个突起50(图2)。

如图3所示，次级磁芯21包括一对磁芯部件25、25，其相对于包含垂直和水平柱21A和21B的中心轴的平面对称。每个磁芯部件25在其组合表面44设置有剖面是半圆形的槽43。当一个磁芯部件25中的一个槽43与另一个磁芯部件25中的另一个槽43结合时，在次级磁芯21中限定出流动通道40。槽43的内周表面上的突起50朝向配合的磁芯部件25中的配合槽43。次级磁芯21由下述方法制造，亦即首先形成每个磁芯部件，然后相互耦合磁芯部件。于是，可以容易地在次级磁芯21中形成流动通道40。

耦合器13具有适合于装入接收部分10的外壳14。外壳14含有包括初级线圈32和初级磁芯31的初级线圈单元30。初级磁芯31剖面是角管。初级磁芯31在相反端设置有开口，从而限定出流动冷却介质的流动通道45。流动通道45的相反端的开口45A通过外壳14的孔14A面对外壳14的外部，从而随着冷却流动通道45中的介质时自由地流动空气。在流动通道45的内周表面上形成多个突起51。

初级磁芯31相反端的前端表面限定出适合与次级磁芯21耦合的耦合表面31C。耦合表面31C经过外壳14的孔14B(见图1)面对耦合表面21C。初级线圈32安装在初级磁芯31的中间部分上。初级线圈32的端头连接于从外部充电装置延伸的用于充电的电源电缆。

如图4所示，初级磁芯31包括对称于含有初级磁芯31的中心轴的平面的一对磁芯部件35和35，以便对应于一对磁芯部件25和25。每个磁芯部件35在组合表面47设置有剖面为矩形的槽46。一个磁芯部件35中的一个槽46与另一个磁芯部件35中的另一个槽46结合，限定出流动通道45。

在槽35的内周表面上设置多个突起51，以使突起51朝向配合的磁芯部件35耦合表面。当耦合器13插入接收部分10时，磁芯21和31的左右磁芯部件25、25和35、35相互耦合，从而形成磁路而不会因充电引起磁通量跨过左右磁芯部件。亦即，磁芯21和31的耦合表面44和47沿磁通方向延伸。因此，尽管磁芯21和31分成磁芯部件25、25和35、35，但是本发明的磁芯组件具有与不分割的磁芯相同的充电效率。

接着，以下结合图5和6说明制造磁芯21和31的方法。

通过填充铁氧体粉末形成每个磁芯部件之后，使各对磁芯部件25、和35、35分别相互组合形成磁芯21和31。

在烧结步骤中，在模具组合中对铁氧体粉末压制成型后，对压制成型的铁氧体粉末加热。图5和6是模具组合60的剖视图，展示了与磁芯部件25的水平柱25B对应的部位(见图3和6)。模具组合60包括上模61和下模62，可沿图5中的箭头所示垂直方向相互可分离地耦合。下模62在其开放表面设置有适合于容纳铁氧体粉末的凹入63。上模61在其开放表面设置有与凹入63配合的凸起65，以便压制铁氧体粉末(见图5)。

凹入63具有与磁芯部件25的外周构形对应的半圆形。凸起65设置有其半圆形与凹入63的半圆形共轴的隆起64。隆起64用于在磁芯部件25的组合表面形成槽43。当一对磁芯部件25、25相互组合时，在组合表面44的一对槽43、43限定出流动通道40。隆起64设置有具有底壁的多个孔眼64A。孔眼64A按一定图形布置，朝模具61的开放方向延伸，以便在流动通道40的内周表面上形成突起50。

虽然图中未展示进行初级磁芯31的磁芯部件35的压制成型的模具组合，但是模具组合包括一对模具，其中之一具有适合于容纳铁氧体粉末的凹入，另一个具有适合于形成槽46的隆起。该隆起也设置有形成突起51的孔眼。

通过烧结压制成型的粉末可以获得图3和4所示的磁芯部件25和35。一对磁芯部件通过例如粘结相互组合及相互固定，形成磁芯21和引。磁芯部件25、25和35、35中的各对槽43、43和46、46限定出穿过磁芯21和31的流动通道40和45。

根据本发明的制造方法，经过烧结铁氧体粉末的工艺在模压组合件中容易地形成槽43和46，通过结合各对磁芯部件25、25和35、35中的各对槽43、43和46、46，可以在磁芯21和31形成流动通道40和45。因此，无需加工硬的烧结铁氧体成品即可容易地制造具有流动通道的磁芯21和31。由于磁芯部件25和35的待设置槽43和46的组合表面44和47在组合模具之前在模具中一次暴露，所以组合表面可以形成期望的形状。因此，即使磁芯21和31具有任何复杂的流动通道，例如设置有凸起50和51的流动通道，仍然难以将塑模从流动通道40和45开口40A和45A拔出。

接着，以下说明电动汽车的充电操作。

当耦合器13插入接收部分10时，次级磁芯21的水平柱21B通过孔14B进入外壳14，使组合表面21C和31C相互接触，从而限定出矩形磁路(图2)。当利用外部电源对初级线圈22激磁时，所产生的磁通量穿过磁芯21和31，通过磁感应在初级线圈22中产生感应电动势，对电动汽车中的电源电池充电。

在电池充电的同时，在磁芯21和31中产生大磁通量，以使磁芯21和31发热。然而，由于磁芯21和31具有流动通道40和45，穿过流动通道40、45的空气作为冷却介质从磁芯21和31吸热，从而抑制磁芯21和31升温。

由于从次级磁芯21中的流动通道40出来的垂直柱21A的通路41和初级磁芯35中的流动通道45在磁芯21和31的垂直方向延伸，所以受热的轻空气在通路41和流动通道45中向上运动，并通过上开口排放出磁芯21和31之外。同时，冷的重空气通过下开口流入通路41和流动通道45。

位于通路41和流动通道45的内周表面上的突起50和51使得与冷却介质的接触面积变大，从而使冷却介质产生紊流。这种紊流导致因与通路41和流动通道45的内周表面接触而受热的冷却介质，和与内周表面隔开的处于较低温度的冷却介质相互混合。于是，只有处于较高温度的冷却介质不沿通路41和流动通道45的内周表面流动。这提高了磁芯21和31的冷却效率。

另一方面，由于次级磁芯21的水平柱21B中的各个通路42与垂直柱21A中的通路41连通，所以在垂直柱21A中的冷却介质进入通路42并沿水平柱21B中的通路42的下部分流动的同时，处于较高温度的冷却介质沿水平柱21B中的通路42的上部分流进垂直柱21A中的通路41。这样，冷却介质也在水平柱21B中的通路42中产生流动。

因此，在磁芯21和31的流动通道40和45中的冷却介质的自然对流可以有效地从磁芯21和31消除热量。

根据上述实施例，即使磁芯21和31发热，在流动通道40和45中流动的冷却介质例如空气也可以消除热量并抑制磁芯21和31升温。此外，由于流动通道40和45穿过磁芯21和31，所以可有效地冷却磁芯21和31的内部。而且，由于磁芯21和31所用保护罩(接收部分和外壳14的壁)设置有孔10A和14A，所以可从保护罩外部把低温空气引入流动通道40和45，可以避免线圈单元20和30不在保护罩内积存热量。

而且，由于通过在磁芯部件25和35的组合表面44和47上制成槽43和46，并使各对磁芯部件25、25和35、35相互组合，由此形成流动通道40和45，所以无需加工烧结成品即可容易地制成具有流动通道40和45的磁芯21和31。

应予注意，本发明并不限于上述实施例，例如以下所述的选择替换例包含于本发明的技术范围内。此外，除了以下选择替换例之外，在不偏离本发明的要点的条件下本发明可以做出各种变换：

(1)虽然在上述实施例中，在次级磁芯21的水平柱21B的末端流动通道40是开放的，但是水平柱21B的末端也可以是闭合的，如图7所示。这种结构可在磁芯21和31之间形成较宽的接触面积，形成稳定的磁路。

(2)虽然在上述实施例中，突起50和51限定出用于在通路中产生紊流的突出物，但是突出物可以是例如剖面呈翅片或三角形顶点，沿冷却介质的流动方向在流动通道的内周表面上布置。

(3)虽然在上述实施例中，在一对磁芯部件25、25(35、35)中形成槽43、43(46、46)，但是也可以在磁芯部件25(35)之一形成槽43(46)。即使具有单槽的磁芯部件之一与没有槽的另一个磁芯部件组合，单槽也能限定出流动通道。

(4)如图8所示，可以在磁芯21的外周表面形成凹坑55，使凹坑55落入突起51中，从而凹坑55增强了从磁芯21的外周表面的热辐射。

(5)此外，本发明包括的实施例中，流动通道可以没有用于产生紊流的突出物。

根据本发明的上述说明，本领域的技术人员可以做出各种改进、变化和变形。在本领域技术范围内的这些改进、变化和变形将被后附的权利要求书所覆盖。

1997年3月7日提交的日本专利申请平9-52907的全部公开、包括说明书、权利要求、附图和概述作为一个整体在此引证为参考文件。

Claims (5)

1.一种利用外部充电电源对电动汽车的电池装置充电的线圈单元所用的磁芯组件，所述线圈单元包括与外部充电电源连接的初级线圈单元和与所述电池装置连接的次级线圈单元，包括：

用于支承所述初级线圈单元的初级线圈的初级磁芯，所述初级线圈具有一对互补初级磁芯部件，至少一个所述互补初级磁芯部件在组合表面设置有形成第一流动通道的槽，用于所述初级磁芯部件相互组合时在所述初级磁芯中流动冷却介质；

用于支承所述次级线圈单元的次级线圈的次级磁芯，所述次级磁芯具有一对互补次级磁芯部件，至少一个所述互补次级磁芯部件在组合表面设置有形成第二流动通道的槽，用于所述次级磁芯部件相互组合时在所述次级磁芯中流动冷却介质；

从而，当所述初级磁芯与所述次级磁芯连接时，所述线圈单元在所述初级线圈和所述次级线圈之间构成磁路。

2.根据权利要求1的线圈单元所用的磁芯组件，其中所述第一和第二流动通道在内部设置凹入和凸出，用于在其中产生冷却介质的紊流。

3.根据权利要求1的线圈单元所用的磁芯组件，其中所述初级或次级线圈单元容纳于保护壳中，所述保护壳可设置连通孔，用于所述流动通道与所述保护壳外部的连通。

4.根据权利要求2的线圈单元所用的磁芯组件，其中所述初级或次级线圈单元容纳于保护壳中，所述保护壳可设置连通孔，用于所述流动通道与所述保护壳外部的连通。

5.一种线圈单元所用的磁芯组件的制造方法，包括以下步骤：

在用于形成一对互补磁芯部件的每一件的模具中填充铁氧体粉末；

对所述模具中的铁氧体粉末进行压制，在所述磁芯部件的组合表面形成槽；

对所述压制的铁氧体粉末进行烧结；

把一对所述互补磁芯部件通过各组合表面相互固定在一起。

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