DE112014000575T5 - Reaktor, Wandler und Leistungswandlungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Ein Reaktor entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Spule, die durch Verbinden eines Paares von von einem gewickelten Draht gebildeten Spulenelementen gebildet wird, und einen magnetischen Kern. Der Reaktor wird für einen fahrzeuginternen Wandler verwendet, der eine Eingabespannung wandelt. Elektrizitätsanlegebedingungen beinhalten einen maximalen Gleichstrom von 100 A oder mehr und 1000 A oder weniger, eine Durchschnittsspannung von 100 V oder mehr und 1000 V oder weniger und eine verwendbare Frequenz von 5 kHz oder mehr und 100 kHz oder weniger. Der magnetische Kern wird durch Kombinieren einer Mehrzahl von getrennten Kernstücken ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt hergestellt. Alle getrennten Kernstücke bestehen aus einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Pulver und das Harz enthält, hergestellt wird. Ein Abstand t zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und einer äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist, ist gleich 0,1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor, der beispielsweise für eine Komponente einer Leistungswandlungsvorrichtung verwendet wird, so beispielsweise für einen fahrzeuginternen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler (DC-DC), der an einem Fahrzeug, so beispielsweise einem hybriden Elektrofahrzeug, montiert ist. Die Erfindung betrifft zudem einen Wandler, der den Reaktor beinhaltet, sowie eine Leistungswandlungsvorrichtung, die den Wandler beinhaltet. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Reaktor mit einem kleinen Abstand zwischen einer Spule und einem magnetischen Kern sowie mit der Fähigkeit zur Größenverringerung.
• Hintergrund der Erfindung
• Ein Reaktor ist einer derjenigen Teile in einer Schaltung, die einen Aufwärtswandlungsvorgang und einen Abwärtswandlungsvorgang einer Spannung vornehmen. Der Reaktor wird für einen Wandler verwendet, der an einem Fahrzeug, so beispielsweise einem hybriden Elektrofahrzeug, montiert ist. Der Reaktor ist beispielsweise in Patentdruckschrift 1 offenbart.
• Der Reaktor aus der Offenbarung in Patentdruckschrift 1 beinhaltet eine Spule mit einem Paar von Spulenelementen und einen ringförmigen Kern für einen Reaktor (magnetischer Kern), der ein Paar von Spulenanordnungsabschnitten, die von diesen Spulenelementen bedeckt sind, und ein Paar von freiliegenden Abschnitten, die nicht von den Spulenelementen bedeckt sind, beinhaltet. Der Spulenanordnungsabschnitt besteht aus einem Pulverpressling, einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes einer Mischung (Verbundmaterial) aus einem magnetischen Pulver und einem Harz mit Fluidität oder dergleichen hergestellt wird. Der freiliegende Abschnitt besteht aus einem Pulverpressling.
• Zitierstellenliste
• Patentliteratur
• Patentdruckschrift 1: Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Patentes Nr. 2009-33055
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Es ist erwünscht, dass ein Reaktor, der an einem hybriden Elektrofahrzeug montiert ist, hinsichtlich der Größe weiter verkleinert wird, um den Einbauraum zu verringern. Insbesondere weist der Reaktor ein großes Volumen auf, das einen inneren Teil eines Wandlers einnimmt. Aus diesem Grund ist eine weitere Verringerung der Größe erwünscht.
• Mit Blick auf die gegebenen Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Reaktors mit einem kleineren Abstand zwischen einer Spule und einem magnetischen Kern im Vergleich zu einem herkömmlichen Reaktor und mit der Fähigkeit zur Größenverringerung.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Wandlers, der den Reaktor beinhaltet, und einer Leistungswandlungsvorrichtung, die den Wandler beinhaltet.
• Lösung des Problems
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor, der eine Spule, die durch Verbinden eines Paares von von einem gewickelten Draht gebildeten Spulenelementen gebildet wird, und einen magnetischen Kern beinhaltet. Der Reaktor wird für einen fahrzeuginternen Wandler verwendet, der eine Eingabespannung umwandelt. Elektrizitätsanlegebedingungen beinhalten einen maximalen Gleichstrom von 100 A oder mehr und 1000 A oder weniger, eine Durchschnittsspannung von 100 V oder mehr und 1000 V oder weniger und eine verwendbare Frequenz von 5 kHz oder mehr und 100 kHz oder weniger. Der magnetische Kern wird durch Kombinieren einer Mehrzahl von getrennten Kernstücken ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt hergestellt. Alle getrennten Kernstücke bestehen aus einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Pulver und das Harz enthält, hergestellt wird. Ein Abstand zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und einer äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist, ist gleich 0,1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Der Reaktor entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine verringerte Größe aufweisen.
• Der Wandler und die Leistungswandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung können eine verringerte Größe aufweisen und geeigneterweise für fahrzeuginterne Teile und dergleichen verwendet werden.
• Kurzbeschreibung der Zeichnung
• 1(A) ist eine perspektivische Prinzipansicht zur Darstellung eines Reaktors entsprechend einer ersten Ausführungsform, und 1(B) ist eine (B)-(B)-Schnittansicht von 1(A).
• 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Darstellung des Reaktors entsprechend der ersten Ausführungsform.
• 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Darstellung eines Reaktors entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
• 4 ist ein Konfigurationsprinzipdiagramm zur schematischen Darstellung eines Leistungsversorgungssystems eines hybriden Elektrofahrzeuges.
• 5 ist ein Schaltungsprinzipdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Leistungswandlungsvorrichtung entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die einen Wandler entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Zusammenfassung von Ausführungsformen der Erfindung
• Eine Zusammenfassung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist nachstehend angegeben.
• Ein Reaktor entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Spule, die durch Verbinden eines Paares von von einem gewickelten Draht gebildeten Spulenelementen gebildet wird, und einen magnetischen Kern. Der Reaktor wird für einen fahrzeuginternen Wandler verwendet, der eine Eingabespannung (beispielsweise durch einen Aufwärtswandlungsvorgang oder einen Abwärtswandlungsvorgang der Eingabespannung) wandelt. Elektrizitätsanlegebedingungen beinhalten einen maximalen Gleichstrom von 100 A oder mehr und 1000 A oder weniger, eine Durchschnittsspannung von 100 V oder mehr und 1000 V oder weniger und eine verwendbare Frequenz von 5 kHz oder mehr und 100 kHz oder weniger. Der magnetische Kern wird durch Kombinieren einer Mehrzahl von getrennten Kernstücken ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt hergestellt. Alle getrennten Kernstücke bestehen aus einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Pulver und das Harz enthält, hergestellt wird. Ein Abstand zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und einer äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist, ist gleich 0,1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger.
• Bei dieser Ausgestaltung ist der Abstand zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und der äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes klein. Daher können Höhe oder Breite des Reaktors verringert werden. In einem Fall, in dem ein magnetischer Kern mit derselben Größe wie im Stand der Technik verwendet wird, ist es möglich, die Größe des Reaktors zu verringern. Da alle getrennten Kernstücke aus dem gehärteten Pressling bestehen, ist es möglich, die getrennten Kernstücke ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt zu kombinieren. Mit anderen Worten, es wird im Wesentlichen kein Leckfluss durch den Spalt erzeugt. Sogar dann, wenn die Spule und der magnetische Kern nahe aneinander angeordnet sind, wird ein Verlust infolge eines Eintritts des Leckflusses in die Spule verhindert. Aus diesem Grund kann ein Reaktor 1A geeigneterweise für einen fahrzeuginternen Wandler verwendet werden, der eine Eingabespannung wandelt. Das große Volumen des Reaktors nimmt einen inneren Teil des fahrzeuginternen Wandlers ein. Durch Verwenden eines klein bemessenen Reaktors ist es daher möglich, die Größe des fahrzeuginternen Wandlers selbst zu verringern.
• Bei einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Reaktor ein isolierendes Element zum Isolieren des Abstandes zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und der äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist.
• Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine Isolierung zwischen der Spule und dem magnetischen Kern sicherzustellen.
• Ein Wandler entsprechend der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet den Reaktor entsprechend der vorbeschriebenen vorliegenden Ausführungsform. Der Wandler beinhaltet ein Schaltelement, eine Treiberschaltung zum Steuern bzw. Regeln des Betriebes des Schaltelementes sowie den Reaktor zum Glätten eines Schaltvorganges, wobei der Wandler eine Eingabespannung durch den Betrieb des Schaltelementes wandelt.
• Eine Leistungswandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet den Wandler entsprechend der vorbeschriebenen vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungswandlungsvorrichtung beinhaltet einen Wandler zum Wandeln einer Eingabespannung und einen Inverter, der mit dem Wandler verbunden ist, zum wechselseitigen Wandeln eines Gleichstromes eines Wechselstromes, wobei die Leistungswandlungsvorrichtung eine Last mit Leistung aus der Erzeugung durch Wandlung seitens des Inverters betreibt.
• Der Wandler entsprechend der vorliegenden Ausführungsform und die Leistungswandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform können verringerte Größen aufweisen und geeigneterweise für fahrzeuginterne Teile oder dergleichen verwendet werden.
• Details zu Ausführungsformen der Erfindung
• Details der Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen Elemente mit denselben Namen.
• Erste Ausführungsform
• Reaktor
• Ein Reaktor 1A entsprechend einer ersten Ausführungsform wird nachstehend anhand 1(A), 1(B) und 2 beschrieben. Der Reaktor 1A beinhaltet eine Spule 2 mit einem Paar von Spulenelementen 2a und 2b und einen magnetischen Kern 3 zur Kombination mit der Spule 2. Der Reaktor 1A zeichnet sich hauptsächlich dadurch aus, dass ein kleiner Abstand zwischen inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und einer äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes 3, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu den inneren Umfangsoberflächen ist, vorhanden ist. Zunächst werden eine Struktur im Zusammenhang mit dem Hauptmerkmalsabschnitt des Reaktors 1A und ein Haupteffekt in dieser Reihenfolge beschrieben, wobei im Anschluss jeweilige Strukturen, die die anderen Merkmalsabschnitte beinhalten, detailliert erläutert werden. Eine seitliche Anordnungsrichtung der Spulenelemente 2a und 2b (Querrichtung in der Papierebene) ist als Breite des Reaktors 1A gewählt, während eine senkrechte Richtung sowohl zur Breitenrichtung wie auch axialen Richtungen der Spulenelemente 2a und 2b (vertikale Richtung in der Papierebene) als Höhe des Reaktors 1A gewählt ist.
• Struktur im Zusammenhang mit dem Hauptmerkmalsabschnitt
• Spule
• Die Spule 2 beinhaltet ein Paar von Spulenelementen 2a und 2b sowie einen Spulenelementkopplungsabschnitt 2r, der die beiden Spulenelemente 2a und 2b koppelt. Die Spulenelemente 2a und 2b sind in Hohlzylinderform gebildet, wobei dieselbe Anzahl von Spulenwicklungen in derselben Wicklungsrichtung vorhanden ist, und sind seitlich nebeneinander derart angeordnet, dass die axialen Richtungen hiervon parallel zueinander sind. Des Weiteren ist der Spulenelementkopplungsabschnitt 2r in U-Form gebogen, die beide Spulenelemente 2a und 2b auf der anderen Endeseite der Spule 2 (auf der rechten Seite in der Papierebene von 1(A)) koppelt. Die Spule 2 kann durch spiralartiges Wickeln eines einzigen Drahtes ohne einen Übergangsabschnitt gebildet werden oder kann durch Herstellen der jeweiligen Spulenelemente 2a und 2b durch getrennte Drähte und Bonden von Enden der Drähte der Spulenelemente 2a und 2b durch Löten, Kontakt-Bonding oder dergleichen gebildet werden.
• Die Spule 2 verwendet vorzugsweise einen beschichteten Draht mit einer isolierenden Beschichtung aus einem isolierenden Material an einem äußeren Umfang eines Leiters, so beispielsweise einen rechteckigen Draht, ein kreisförmigen Draht oder dergleichen, der aus einem leitfähigen Material besteht, so beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung hieraus. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht der Leiter aus einem rechteckigen Kupferdraht, wobei die isolierende Beschichtung einen beschichteten rechteckigen Draht verwendet, der aus Enamel (üblicherweise Polyamidimid) besteht. Jedes der Spulenelemente 2a und 2b ist eine kantenartige Spule, die durch Wickeln des beschichteten rechteckigen Drahtes bezüglich der Kanten gebildet wird. Obwohl jedes der Spulenelemente 2a und 2b eine Endoberflächenform aufweist, die man durch Abrunden eines Eckabschnittes eines Rechteckes (1(B)) herstellt, kann die Endberflächenform zudem zu einer Kreisform oder dergleichen geändert werden.
• Beide Enden 2e und 2e der Spule 2 erstrecken sich von Wicklungsbildungsabschnitten aus und sind mit einem Anschlusselement, das nicht gezeigt ist, verbunden. Eine externe Vorrichtung (nicht gezeigt), so beispielsweise eine Leistungsversorgung, die die Spule 2 mit elektrischer Leistung versorgt, ist durch das Anschlusselement angeschlossen.
• Magnetischer Kern
• Der magnetische Kern 3 wird in Kombination ohne einen zwischen den getrennten Kernstücken vorgesehenen Spalt gebildet. Hierbei beinhaltet der Ausdruck „ohne einen vorgesehenen Spalt” selbstredend denjenigen Fall, in dem der Spalt zwischen den getrennten Kernstücken nicht vorhanden ist, sowie denjenigen Fall, in dem unvermeidlicherweise ein Zwischenraum vorhanden ist, sowie denjenigen Fall, in dem ein Klebstoff zum Koppeln der getrennten Kernstücke verwendet wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Zwischenraum oder der Klebstoff die relative magnetische Permeabilität des gesamten magnetischen Kernes oder die Induktanz des Reaktors nicht wesentlich beeinflussen. Dieser im Wesentlichen nicht vorhandene Einfluss bezeichnet denjenigen Fall, in dem eine Änderung der relativen magnetischen Permeabilität des gesamten magnetischen Kernes gleich 5% oder weniger in Bezug auf das Nichtvorhandensein des Zwischenraumes oder des Klebstoffes ist, und dies sogar dann, wenn der Zwischenraum oder der Klebstoff vorhanden sind.
• Insbesondere beinhaltet der magnetische Kern 3 getrennte Kernstücke 31 und 31 mit Anordnung an einer Innenseite der Spulenelemente 2a und 2b sowie getrennte Kernstücke 32 und 32, die von den Spulenelementen 2a und 2b, wie in 2 gezeigt ist, freiliegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt, da das getrennte Kernstück 31 an der Innenseite der Spulenelemente 2a und 2b (das heißt einer Innenseite der Spule 2) angeordnet ist, die Benennung desselben als innerer Kern. Die Definition des inneren Kernes ist nachstehend angegeben. Da das getrennte Kernstück 32 von den Spulenelementen 2a und 2b (Spule 2) freiliegt, wird es als äußerer Kern bezeichnet. Kombiniert werden die inneren Kerne 31 und 31 und die äußeren Kerne 32 und 32 nach Art eines Ringes durch Bonden an vier Stellen, das heißt einer inneren Endoberfläche des einen der äußeren Kerne 32 (Oberfläche, wo die äußeren Kerne 32 zueinander entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend sind) und einer der Endoberflächen des Paares von inneren Kernen 31 und 31 und einer inneren Endoberfläche des anderen äußeren Kernes 32 und der anderen Endoberfläche des Paares von inneren Kernen 31 und 31. Die inneren Kerne 31 und 31 und die äußeren Kerne 32 und 32 bilden eine geschlossene magnetische Schaltung bzw. einen geschlossenen magnetischen Kreis, wenn die Spule 2 mit Energie versorgt wird.
• Die inneren Kerne 31 und 31 sind säulenartige Elemente mit äußeren Formen, die auf die Innenumfangsformen der jeweiligen Spulenelemente 2a und 2b abgestimmt sind (in diesem Falle Formen, die man durch Abrunden von Eckabschnitten eines rechteckigen Parallelepipeds erhält (1(B)), während die äußeren Kerne 32 und 32 säulenartige Elemente mit nahezu kuppelförmigen oberen beziehungsweise unteren Oberflächen sind. Alle inneren Kerne 31 und 31 und äußeren Kerne 32 und 32 bestehen aus einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial hergestellt wird, das ein magnetisches Pulver aufweist, das in ein als Bindemittel dienendes Harz gemischt ist.
• Abstand zwischen der Spule und dem magnetischen Kern
• Ein Abstand t zwischen den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und den äußeren Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 ist über einen gesamten Umfang der inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b (äußere Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31) verringert. Der magnetische Kern 3 kombiniert die jeweiligen Kerne 31, 31, 32 und 32, die aus dem gehärteten Pressling bestehen, ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt. Daher kann der Abstand t verringert werden. Es wird im Wesentlichen kein Leckfluss infolge des Spaltes erzeugt. Sogar dann, wenn die Spule 2 und der magnetische Kern 3 nahe aneinander angeordnet sind, wird daher das Entstehen eines Verlustes durch den Eintritt des Leckflusses in die Spule 2 verhindert. Wird der Abstand t weiter verringert, so kann die Größe des Reaktors 1A stärker verkleinert werden. Der kleine Abstand t über den gesamten Umfang impliziert insgesamt eine Verringerung eines Abstandes t zwischen oberen Oberflächen der inneren Kerne 31 und 31 und den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu den oberen Oberflächen sind, eines Abstandes t zwischen unteren Oberflächen der inneren Kerne 31 und 31 und den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu den unteren Oberflächen sind, eines Abstandes t zwischen beiden Seitenoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 und den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b, die bezugsrichtig entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu den beiden Seitenoberflächen sind, und eines Abstandes zwischen einer gekrümmten Oberfläche zur Bildung aller Eckabschnitte zur Kopplung einer jeden von den oberen und unteren Oberflächen der inneren Kerne 31 und 31 mit jeder der beiden Seitenoberflächen und den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der gekrümmten Oberfläche sind. Hierbei stellt der Abstand zwischen der gekrümmten Oberfläche und den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der gekrümmten Oberfläche sind, eine Länge in einer Normalenrichtung der gekrümmten Oberfläche dar.
• Insbesondere ist der Abstand t gleich 0,1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger. Durch Wählen des Abstandes t bei 2 mm oder weniger ist es möglich, sowohl die Höhe wie auch die Breite des Reaktors 1A zu verringern, wodurch die Größe des Reaktors 1A verkleinert wird. Durch Wählen des Abstandes t bei 0,1 mm oder mehr kann ein isolierendes Element, das nachstehend noch beschrieben wird, auf einfache Weise zwischen den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und den inneren Kernen 31 und 31 bereitgestellt werden. Es ist insbesondere vorzuziehen, wenn der Abstand t gleich 0,2 mm oder mehr und 1 mm oder weniger ist. Innerhalb dieses Bereiches wird bevorzugt, wenn der Abstand t über den gesamten Umfang gleichmäßig ist. Hierbei ist der Abstand t gleich 1,0 mm über den gesamten Umfang gewählt. Mit anderen Worten, der Abstand t ist über den gesamten Umfang gleichmäßig.
• Funktion und Effekt des Hauptmerkmalsabschnittes des Reaktors
• Entsprechend dem Reaktor 1A mit der vorbeschriebenen Struktur ist der kleine Abstand t zwischen den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und den äußeren Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 (magnetischer Kern 3), die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu den inneren Umfangsoberflächen sind, vorhanden. Es ist daher möglich, die Höhe oder die Breite zu verringern, wodurch die Größe verkleinert wird. Aus diesem Grund kann der Reaktor 1A geeigneterweise in einem fahrzeuginternen Wandler zum Wandeln einer Eingabespannung verwendet werden. Ein großes Volumen des Reaktors nimmt einen inneren Teil des fahrzeuginternen Wandlers ein. Durch Verwenden eines klein bemessenen Reaktors ist es jedoch möglich, die Größe des fahrzeuginternen Wandlers selbst zu verringern. Darüber hinaus ist der magnetische Kern 3 in Kombination mit einem Spalt mit Bereitstellung zwischen den jeweiligen Kernen 31, 31, 32 und 32 gebildet. Aus diesem Grund wird von dem Spalt im Wesentlichen kein Rauschen erzeugt.
• Erläuterung einer jeden Struktur, die den anderen Merkmalsabschnitt beinhaltet
• Magnetischer Kern
• Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind die inneren Kerne 31 und 31 an der Innenseite der Spulenelemente 2a und 2b (Spule 2) angeordnet. Der Ausdruck „innerer Kern mit Anordnung an der Innenseite der Spule” impliziert, dass ein innerer Kern wenigstens einen Teil aufweist, der in der Spule angeordnet ist. Der Ausdruck „innerer Kern mit Anordnung an der Innenseite der Spule” beinhaltet beispielsweise denjenigen Fall, in dem ein zentraler Teil des inneren Kernes in einem inneren Teil der Spule angeordnet ist und die Umgebung eines Endes des inneren Kernes an einer Außenseite der Spule positioniert ist. Hierbei sind die Längen der inneren Kerne 31 und 31 in der axialen Richtung größer als die Längen der Spulenelemente 2a und 2b in der axialen Richtung (1(A)). Mit anderen Worten, die Endoberfläche des inneren Kernes 31 und die Umgebung hiervon liegen mit einem Vorsprung von den Endoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b frei.
• Die obere Oberfläche des inneren Kernes 31 und die obere Oberfläche des äußeren Kernes 32 sind bündig zueinander (1(A) und 1(B)). Demgegenüber ist die untere Oberfläche des inneren Kernes 31 nicht zu der unteren Oberfläche des äußeren Kernes 32 bündig, wobei jedoch die untere Oberfläche des äußeren Kernes 32 nach unten im Vergleich zu der unteren Oberfläche des inneren Kernes 31 vorsteht und zu der unteren Oberfläche der Spule 2 bündig ist (1(B)). Entsprechend wird eine der Einbauzielseite zu eigene Oberfläche des Reaktors 1A von den unteren Oberflächen der beiden Spulenelemente 2a und 2b und den unteren Oberflächen der beiden äußeren Kerne 32 gebildet. Der Reaktor 1A ist üblicherweise an einem Einbauziel, so beispielsweise einer Kühlbasis, angebracht. Aus diesem Grund bilden die äußeren Kerne 32 und 32 wie auch die Spule 2 Oberflächen auf einer Einbauzielseite, was zu einer hervorragenden Wärmefreigabefähigkeit führt.
• Alle inneren Kerne 31 und 31 und äußeren Kerne 32 und 32 bestehen aus einem gehärteten Pressling, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial hergestellt wird, das man durch Mischen eines magnetischen Pulvers in ein als Bindemittel dienendes Harz, wie vorstehend beschrieben worden ist, erhält. Es ist möglich, weiche magnetische Materialien als magnetisches Pulver zu verwenden, so beispielsweise Eisen, eine Legierung auf Eisenbasis, eine Legierung, enthaltend ein Seltene-Erden-Element, Ferrit und dergleichen, ein Beschichtungspulver, das eine isolierende Beschichtung in diesen weichen magnetischen Materialien beinhaltet, und dergleichen mehr. Durch Verwendung des Beschichtungspulvers ist es insbesondere möglich, Wirbelstromverluste in dem gehärteten Pressling effektiv zu verringern. Die isolierende Beschichtung beinhaltet beispielsweise eine Phosphatverbindung, eine Siliziumverbindung, eine Zirkonverbindung, eine Aluminiumverbindung, eine Borverbindung und dergleichen. Demgegenüber ist es möglich, als als Bindemittel dienendes Harz ein Thermosetting-Harz zu verwenden, so beispielsweise ein Epoxidharz, ein Phenolharz, ein Silizium- bzw. Silikonharz oder ein Urethanharz. Darüber hinaus ist es möglich, ein thermoplastisches Harz zu verwenden, so beispielsweise ein PPS-Hartz (Polyphenylensulfid PPS), ein Polyimidharz, ein Fluorharz, ein Polyamidharz, ein bei Raumtemperatur aushärtendes Harz oder ein bei niedriger Temperatur aushärtendes Harz. Zudem ist es möglich, eine BMC (Bulk Molding Compound BMC) zu verwenden, die man durch Mischen von Kalziumkarbid oder Glasfaser in einem ungesättigten Polyester, einem Siliziumgummi vom Walztyp (millable), einem Urethangummi vom Walztyp (miliable) oder dergleichen herstellt.
• Die durchschnittliche Teilchengröße des magnetischen Pulvers ist vorzugsweise gleich 1 μm oder mehr und 1000 μm oder weniger und insbesondere gleich 10 μm oder mehr und 500 μm oder weniger. Des Weiteren kann das magnetische Pulver durch Mischen von verschiedenen Pulverarten verschiedener Teilchengrößen hergestellt werden. Durch Verwenden eines magnetischen Pulvers mit einer durchschnittlichen Teilchengröße, die in dem Bereich liegt, als solches Material wird es möglich, die Fluidität zu vergrößern und einen gehärteten Pressling mit hoher Produktivität unter Verwendung von Spritzgießen oder dergleichen herzustellen.
• Es wird bevorzugt, wenn der Gehalt des magnetischen Pulvers, das den gehärteten Pressling ausmacht, bei 20 Vol.-% oder mehr und 75 Vol.-% oder weniger liegt, wenn der gehärtete Pressling bei 100 Vol.-% gewählt ist. Ist der Gehalt des magnetischen Pulvers gleich 20 Vol.-% oder mehr, so ist es möglich, ohne Weiteres eine magnetische Eigenschaft sicherzustellen, so beispielsweise die relative magnetische Permeabilität oder die magnetische Sättigungsflussdichte. Ist der Gehalt des magnetischen Pulvers gleich 75 Vol.-% oder niedriger, so kann es leicht mit einem Harz gemischt werden, sodass die Produktivität des gehärteten Presslings hoch ist. Weiter wird bevorzugt, wenn der Gehalt des magnetischen Pulvers bei 40 Vol.-% oder mehr und 65 Vol.-% oder weniger liegt. Ist das magnetische Pulver speziell ein Material wie Eisen oder eine Fe-Si-Legierung, so ist es möglich, die magnetische Sättigungsflussdichte bei 0,8 T oder mehr zu wählen, indem der Gehalt des magnetischen Pulvers bei 40 Vol.-% oder mehr gewählt wird. Ist der Gehalt des magnetischen Pulvers bei 65 Vol.-% oder weniger gewählt, so können das magnetische Pulver und das Harz einfacher gemischt werden, sodass die Produktivität höher ist.
• Der gehärtete Pressling kann ein Pulver (Füllstoff), das aus einem nichtmagnetischen Material besteht, so beispielsweise aus Keramiken, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder dergleichen, zusätzlich zu dem magnetischen Pulver und dem Harz enthalten. Der Füllstoff trägt zur Verbesserung der Wärmefreigabefähigkeit und zur Unterdrückung einer ungleichmäßigen Verteilung des magnetischen Pulvers (ungleichmäßige Dispersion) bei. Darüber hinaus ist der Füllstoff teilchenartig und ist zwischen den magnetischen Teilchen vorgesehen. Infolgedessen ist es möglich, eine Verringerung der Rate des magnetischen Pulvers infolge des Füllstoffinhaltes zu verhindern. Ist der gehärtete Pressling bei 100 Mass.-.% gewählt, so ist der Gehalt des Füllstoffes vorzugsweise gleich 0,2 Mass.-% oder mehr und 20 Mass.-% oder weniger, vorzugsweise 0,3 Mass.-% oder mehr und 15 Mass.-% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 0,5 Mass.-% oder mehr und 10 Mass.-% oder weniger.
• Die relative magnetische Permeabilität eines jeden der inneren Kerne 31 und 31 ist vorzugsweise 5 oder mehr und 50 oder weniger, besonders bevorzugt 5 oder mehr und 35 oder weniger und ganz besonders bevorzugt 10 oder mehr und 35 oder weniger. Die magnetische Sättigungsflussdichte eines jeden der inneren Kerne 31 und 31 ist vorzugsweise gleich 0,6 T oder mehr, besonders bevorzugt gleich 0,8 T oder mehr und ganz besonders bevorzugt gleich 1,0 T oder mehr. Insbesondere ist die thermische Leitfähigkeit eines jeden der inneren Kerne 31 und 31 vorzugsweise gleich 0,25 W/m·K oder mehr. Demgegenüber ist die relative magnetische Permeabilität eines jeden der äußeren Kerne 32 und 32 vorzugsweise gleich 5 oder mehr und 50 oder weniger, besonders bevorzugt 5 oder mehr und 35 oder weniger und ganz besonders bevorzugt 10 oder mehr und 35 oder weniger. Ist die relative magnetische Permeabilität eines jeden der äußeren Kerne 32 und 32 (innere Kerne 31 und 31) höher (niedriger) als die relative magnetische Permeabilität eines jeden der inneren Kerne 31 und 31 (äußere Kerne 32 und 32) gewählt, so kann ein Leckfluss noch leichter verhindert werden. Die magnetische Sättigungsflussdichte eines jeden der äußeren Kerne 32 und 32 ist vorzugsweise gleich 0,6 T oder mehr, besonders bevorzugt gleich 0,8 T oder mehr und ganz besonders bevorzugt gleich 1,0 T oder mehr. Die relative magnetische Permeabilität des gesamten magnetischen Kernes 3 ist vorzugsweise gleich 5 oder mehr und 50 oder weniger und besonders bevorzugt gleich 10 oder mehr und 35 oder weniger. Der herkömmliche Pulverpressling weist einen höheren Gehalt des magnetischen Pulvers im Vergleich zu dem gehärteten Pressling auf und weist oftmals eine relative magnetische Permeabilität von annähernd einigen 100 auf, was höher als die relative magnetische Permeabilität des gehärteten Presslings ist. Aus diesem Grund ist es in einem Fall, in dem ein Kern bereitgestellt wird, der von dem Pulverpressling gebildet ist, schwierig, die magnetische Sättigung ohne den vorgesehenen Spalt zu verhindern. Demgegenüber weist bei der vorliegenden Ausführungsform jeder der inneren Kerne 31 und 31 und der äußeren Kerne 32 und 32 eine niedrige relative magnetische Permeabilität auf, und der gesamte magnetische Kern 3 weist zudem eine niedrige relative magnetische Permeabilität auf. Daher ist es möglich, die magnetische Sättigung ohne einen vorgesehenen Spalt zu verhindern. Aus diesem Grund können die jeweiligen Kerne 31, 31, 32 und 32 ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt kombiniert werden.
• Die relative magnetische Permeabilität oder die magnetische Sättigungsflussdichte des gehärteten Presslings können durch eine Variation des Gehaltes des magnetischen Pulvers oder eine Änderung des Materials des magnetischen Pulvers reguliert werden. Wird der Gehalt des magnetischen Pulvers in dem gehärteten Pressling vergrößert, so können die relative magnetische Permeabilität oder die magnetische Sättigungsflussdichte erhöht werden. Durch Verwenden eines magnetischen Pulvers mit einer hohen relativen magnetischen Permeabilität ist es möglich, die relative magnetische Permeabilität des gehärteten Presslings zu vergrößern. Durch Verwenden eines magnetischen Pulvers mit einer hohen magnetischen Sättigungsflussdichte ist es möglich, die magnetische Sättigungsflussdichte des gehärteten Presslings zu vergrößern.
• Es wird davon ausgegangen, dass die relative magnetische Permeabilität eines jeden der Kerne auf folgende Weise ermittelt wird. Ein ringförmiges Teststück mit einem Außenseitendurchmesser von 34 mm, einem Innenseitendurchmesser von 20 mm und einer Dicke von 5 mm wird durch einen gehärteten Pressling, der aus demselben Material wie jeder Kern gebildet ist, hergestellt. Ein Draht mit 300 Primärwicklungen und 20 Sekundärwicklungen wird zu dem Teststück hinzugegeben, um eine anfängliche B-H-Magnetisierungskurve des Teststücks innerhalb eines Bereiches von H = 0 bis 100 Oersted (Oe) zu messen. Bei der Messung ist es beispielsweise möglich, den BH Curve Tracer „BHS-40S10K” zu verwenden, der von Riken Denshi Co., Ltd. hergestellt wird. Der maximale Wert eines Gradienten (B/H) einer so erhaltenen anfänglichen B-H-Magnetisierungskurve wird auf diese Weise ausfindig gemacht und als relative magnetische Permeabilität eines jeden Kernes gewählt. Üblicherweise weist der Gradient (B/H) der anfänglichen B-H-Magnetisierungskurve ein Maximum bei H gleich 0 oder in der Umgebung von H gleich 0 auf. Die Magnetisierungskurve ist eine DC-Magnetisierungskurve. Darüber hinaus ist die relative magnetische Permeabilität eine sogenannte magnetische Gleichstrompermeabilität und unterscheidet sich von einer relativen magnetischen Wechselstrompermeabilität, die in einem magnetischen Wechselfeld gemessen wird. Demgegenüber wird die magnetische Sättigungsflussdichte eines jeden Kernes als magnetische Flussdichte gewählt, wenn ein Magnetfeld von 10.000 (Oe) an dem Teststück durch einen Elektromagnet angelegt wird und eine ausreichende magnetische Sättigung erfolgt.
• Um den gehärteten Pressling zu bilden, ist es üblicherweise möglich, ein Spritzgießen, ein Spritzpressen (transfer molding), ein Metallspritzgießen (Metal Injection Molding MIM), ein Druckgießen (cast molding), ein Pressformen (press molding) unter Verwendung eines magnetischen Pulvers und eines pulverartigen harten Harzes oder dergleichen einzusetzen. Für den Fall des Spritzgießens wird ein vorbestimmter Druck auf ein Mischmaterial aus dem magnetischen Pulver und dem Harz ausgeübt, das Mischmaterial wird in eine Gussform gefüllt und sodann geformt. Durch Härten des Harzes ist es sodann möglich, einen gehärteten Pressling herzustellen. Für den Fall des Spritzpressens (transfer molding) oder MIM wird auf ähnliche Weise das Mischmaterial in die Form eingefüllt und sodann geformt. Für den Fall des Druckgießens (cast molding) wird das Mischmaterial in die Form eingefüllt und sodann geformt und gehärtet, ohne dass Druck ausgeübt würde. Damit kann der gehärtete Pressling hergestellt werden.
• Isolierendes Element
• Es wird bevorzugt, wenn der Reaktor 1A entsprechend der vorliegenden Ausführungsform eine Ausgestaltung aufweist, die ein isolierendes Element zum Isolieren der Spule 2 von dem magnetischen Kern 3 beinhaltet. Selbstverständlich ist als Folge dessen die Isolation zwischen der Spule 2 und dem magnetischen Kern 3 sichergestellt. Darüber hinaus können die Spule 2 und der magnetische Kern 3 leicht positioniert werden. Insbesondere ist ein Isolierband an den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b oder den äußeren Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 angeklebt, es ist eine isolierende Beschichtung dort aufgebracht, oder es sind die inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b oder die äußeren Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 mit isolierendem Papier oder einer isolierenden Lage bedeckt.
• Alternativ kann eine zylindrische Trommel bzw. Spule (bobbin) (nicht gezeigt) an dem äußeren Umfang der inneren Spulen 31 und 31 angeordnet sein. Ein Material zum Bilden der zylindrischen Trommeln bzw. Spulen beinhaltet ein thermoplastisches Harz, so beispielsweise ein PPS-Hartz, ein PTFE-Harz (Polytetrafluorethylen PTFE), ein Flüssigkristallpolymer (LCP), Nylon 6, Nylon 66 oder ein PBT-Harz (Polybutylenterephthalat PBT). Die zylindrische Trommel bzw. Spule, die aus einem Paar von schnittförmigen getrennten Stücken besteht, kann ohne Weiteres an dem äußeren Umfang der inneren Kerne 31 und 31 angeordnet sein. Zusätzlich zu der zylindrischen Trommel bzw. Spule kann eine rahmenförmige Trommel bzw. Spule (nicht gezeigt) zwischen den Endoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und den äußeren Kernen 32 und 32 angeordnet sein. Infolgedessen kann eine Isolierung zwischen der Spule 2 und dem äußeren Kern 32 sichergestellt werden. In dem Fall, in dem die rahmenförmige Trommel bzw. Spule vorgesehen ist, ist ein B-förmiges Plattenelement vorhanden, das ein Paar von Öffnungsabschnitten (Durchgangslöcher) aufweist, in die die inneren Kerne 31 und 31 jeweils eingeführt werden können. Ein Material zum Bilden der rahmenförmigen Trommel bzw. Spule beinhaltet dasselbe Material wie dasjenige der zylindrischen Trommel bzw. Spule.
• Alternativ ist es möglich, einen Spulenpressling zu verwenden, den man durch Beschichten der äußeren Umfangoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche der Spule 2 und der Endoberfläche mit einem isolierenden Harz herstellt. Durch Anpassen der Dicke der Harzbeschichtung der inneren Umfangsoberfläche der Spule 2 ist es zudem möglich, das Harz dafür zu verwenden, die inneren Kerne 31 und 31 zu positionieren. Es ist zudem möglich, einen Spulenpressling zu verwenden, der durch integrales Formen der Spule 2 und der inneren Kerne 31 und 31 mit dem isolierenden Harz hergestellt wird. Das isolierende Harz nimmt zudem eine Funktion des Haltens der Form der Spule 2 oder des Haltens der Spule 2 in einem Kompressionszustand anstelle einer natürlichen Länge hiervon wahr. Wie bei dem Spulenpressling gezeigt ist, kann mit der Spule 2 daher ohne Weiteres umgegangen werden, und es kann die Länge in einer axialen Richtung der Spule 2 verringert werden. Die Dicke des Harzes in dem Spulenpressling ist bei 0,1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger gewählt. Um den Spulenpressling herzustellen, ist es möglich, ein Herstellungsverfahren zu verwenden, das beispielsweise in der Veröffentlichung des ungeprüften japanischen Patentes Nr. 2009-218293 beschrieben ist. Das Formen beinhaltet ein Spritzgießen (injection molding), ein Spritzpressen (transfer molding) und ein Druckgießen (cast molding). Für das isolierende Harz ist es möglich, geeigneterweise ein Thermosetting-Harz einzusetzen, so beispielsweise ein Epoxidharz, oder ein thermoplastisches Harz, so beispielsweise ein PPS-Hartz, oder LCP. Wird als Isolierharz eine Mischung verwendet, die mit einem Füllstoff gemischt ist, der aus wenigstens einer Keramik besteht, die aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Siliziumkarbid ausgewählt ist, wird es möglich, die Wärmefreigabefähigkeit zu verbessern.
• Verwendungszweck
• Der Reaktor 1A kann geeigneterweise für einen Verwendungszweck bei Elektrizitätsanlegebedingungen verwendet werden, in denen beispielsweise ein maximaler Strom (Gleichstrom) in einem Bereich von etwa 100 A bis 1000 A ist, eine Durchschnittsspannung in einem Bereich von etwa 100 V bis 1000 V ist, und eine verwendbare Frequenz in einem Bereich von etwa 5 kHz bis 100 kHz ist, oder typischerweise als Komponente eines Wandlers, der an einem Fahrzeug, so beispielsweise einem Elektrofahrzeug, einem hybriden Elektrofahrzeug und dergleichen, montiert ist und dem Wandeln einer Eingabespannung dient, oder als Komponente einer fahrzeuginternen Wandlungsvorrichtung, die den Wandler beinhaltet.
• Entsprechend dem vorbeschriebenen Reaktor 1A ist es zusätzlich zu dem Effekt möglich, eine Isolierung zwischen sowohl der Spule 2 wie auch dem magnetischen Kern 3 durch Bereitstellen eines isolierenden Elementes zwischen beiden sicherzustellen. Des Weiteren ist es möglich, die Zuverlässigkeit durch Positionieren der Spule 2 und des magnetischen Kernes 3 zu verbessern. Es ist daher möglich, den Abstand T zwischen den inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b und den äußeren Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31 über den gesamten Umfang der inneren Umfangsoberflächen der Spulenelemente 2a und 2b (äußere Umfangsoberflächen der inneren Kerne 31 und 31) gleichmäßig auszugestalten.
• Zweite Ausführungsform
• Bei einer zweiten Ausführungsform wird ein Reaktor mit einer trennenden Form für einen magnetischen Kern, die von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden ist, anhand 3 beschrieben. Da die Spule 2, die in dem Reaktor 1B von 3 vorgesehen ist, in Gänze die gleiche Struktur wie die Spule 2 entsprechend der ersten Ausführungsform aufweist, wird eine Beschreibung hiervon weggelassen. Darüber hinaus ist das äußere Aussehen des Reaktors 1B entsprechend der zweiten Ausführungsform in Gänze gleich demjenigen des Reaktors 1A gemäß Darstellung in 1(A) und 1(B). Die nachfolgende Beschreibung erfolgt hauptsächlich mit Blick auf den Unterschied zur ersten Ausführungsform.
• Magnetischer Kern
• Ein magnetischer Kern A3 wird durch Kombinieren von zwei getrennten Kernstücken 35 und 35, die dieselbe Form aufweisen, gebildet. Insbesondere weist das getrennte Kernstück 35 bei einer Betrachtung von oben her nahezu U-Form auf und beinhaltet einen Basisabschnitt 35a und ein Paar von vorstehenden Abschnitten 35b und 35b, die sich von dem Basisabschnitt 35a aus hin zu der Spule 2 erstrecken.
• Der Basisabschnitt 35a entspricht dem äußeren Kern 32 (siehe 2) der ersten Ausführungsform. Obwohl eine obere Oberfläche des Basisabschnittes 35a bündig zu oberen Oberflächen der vorstehenden Abschnitte 35b und 35b ist, ist eine untere Oberfläche des Basisabschnittes 35a niedriger als die unteren Oberflächen der vorstehenden Abschnitte 35b und 35b. Aus diesem Grunde ist, wenn die getrennten Kernstücke 35 und 35 in der Spule 2 eingebaut sind, die untere Oberfläche des Basisabschnittes 35a des getrennten Kernstückes 35 bündig zu der unteren Oberfläche der Spule 2.
• Die vorstehenden Abschnitte 35b und 35b weisen Längen auf, die jeweils nahezu die Hälfte der Längen der Spulenelemente 2a und 2b sind. Aus diesem Grund wird, wenn die beiden getrennten Kernstücke 35 und 35 in die Spulenelemente 2a und 2b an beiden Endseiten der Spulenelemente 2a und 2b bezugsrichtig eingeführt sind, ein Abschnitt entsprechend dem inneren Kern 31 (siehe 2) entsprechend der ersten Ausführungsform von dem vorstehenden Abschnitt 35b in einem der getrennten Kernstücke 35 und dem vorstehenden Abschnitt 35b in dem anderen getrennten Kernstück 35 gebildet.
• In dem Reaktor 1B wird der magnetische Kern 3 von zwei getrennten Kernstücken 35 und 35 gebildet. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Komponenten im Vergleich zu dem magnetischen Kern 3 entsprechend der ersten Ausführungsform kleiner. Darüber hinaus sind zwei Bonding-Stellen der getrennten Kernstücke 35 und 35 vorhanden, das heißt. wechselseitig entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Oberflächen des Paares von vorstehenden Abschnitten 35b und 35b in einem von dem getrennten Kernstück 35 und des Paares von vorstehenden Abschnitten 35b und 35b in dem anderen getrennten Kernstück 35. Aus diesem Grund kann der magnetische Kern 3 einfacher als der magnetische Kern 3 des Reaktors 1A entsprechend der ersten Ausführungsform aufgebaut sein. Daher weist der Reaktor 1B entsprechend der zweiten Ausführungsform eine hohe Produktivität auf.
• Gebildet werden kann der magnetische Kern zudem durch Kombinieren von zwei getrennten Kernstücken mit nahezu L-Form bei einer Betrachtung von oben her. Insbesondere beinhaltet jedes der getrennten Kernstücke ein Element entsprechend einem äußeren Kern und ein Element entsprechend einem inneren Kern zur Einführung in die Spulenelemente. Auch in diesem Fall sind zwei Bonding-Stellen der getrennten Kernstücke vorhanden. Auf dieselbe Weise wie bei dem Reaktor 1B kann daher der magnetische Kern im Vergleich zu dem Reaktor 1A entsprechend der ersten Ausführungsform einfacher aufgebaut sein.
• Dritte Ausführungsform
• Die Reaktoren entsprechend den ersten und zweiten Ausführungsformen können beispielsweise für eine Komponente eines Wandlers verwendet werden, der an einem Fahrzeug oder dergleichen montiert ist, oder auch für eine Komponente einer Leistungswandlungsvorrichtung, die den Wandler beinhaltet.
• Wie in 4 gezeigt ist, beinhaltet ein Fahrzeug 1200, das ein hybrides Elektrofahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ist, beispielsweise eine Hauptbatterie 1210, eine Leistungswandlungsvorrichtung 1100, die mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, und einen Motor (Last) 1220, der von einer Leistung getrieben wird, die von der Hauptbatterie 1210 eingespeist wird und zum Fahren dient. Der Motor 1220 ist üblicherweise eine Drei-Phasen-Wechselstrommotor. Der Motor 1220 treibt Räder 1250 während des Fahrens an und wirkt während der Regenerierung als Generator. Für den Fall eines hybriden Elektrofahrzeuges beinhaltet das Fahrzeug 1200 einen (Verbrennungs-)Motor zusätzlich zu dem Motor 1220. 4 zeigt einen Einlass als Ladeabschnitt des Fahrzeuges 1200. Es kann jedoch auch ein Stecker vorhanden sein.
• Die Leistungswandlungsvorrichtung 1100 beinhaltet einen Wandler 1110, der mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, sowie einen Inverter 1120, der mit dem Wandler 1110 verbunden ist und eine Wandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt. Während der Fahrt des Fahrzeuges 1200 nimmt der Wandler 1110 eine Aufwärtswandlung einer Gleichstromspannung (Eingabespannung) der Hauptbatterie 1210 vor, die in einem Bereich von 200 bis 300 V liegt, und zwar auf ein Niveau in einem Bereich von etwa 400 bis 700 V, und führt die Leistung sodann dem Inverter 1120 zu. Während der Regenerierung nimmt der Wandler 1110 zudem eine Abwärtswandlung der Gleichstromspannung (Eingabespannung) von dem Motor 1220 durch den Wandler 1120 auf eine Gleichstromspannung vor, die für die Hauptbatterie 1210 geeignet ist, und verwendet sodann die Gleichstromspannung zur Ladung der Hauptbatterie 1210. Während der Fahrt des Fahrzeuges 1200 wandelt der Inverter 1120 den Gleichstrom, der von dem Wandler 1110 aufwärtsgewandelt worden ist, in einen vorbestimmten Wechselstrom und führt den Wechselstrom dem Motor 1220 zu. Während der Regenerierung wandelt der Inverter 1120 den Wechselstrom, der von dem Motor 1220 ausgegeben wird, in Gleichstrom und gibt den Gleichstrom an den Wandler 1110 aus.
• Wie in 5 gezeigt ist, beinhaltet der Wandler 1110 eine Mehrzahl von Schaltelementen 1111, eine Treiberschaltung 1112, die die Betriebsvorgänge der Schaltelemente 1111 steuert bzw. regelt, und einen Reaktor L. Der Wandler 1110 wandelt die Eingabespannung (durch Vornahme einer Aufwärts- und Abwärtswandlung in dieser Situation) durch Wiederholung von EIN/AUS-Vorgängen (Schaltvorgänge). Die Schaltelemente 1111 verwenden jeweils eine Leistungsvorrichtung, so beispielsweise einen FET oder einen IGBT. Der Reaktor L verwendet eine Eigenschaft einer Spule, die eine Änderung eines Stromes stört, der durch eine Schaltung zu fließen versucht, und nimmt eine Funktion dahingehend wahr, dass die Änderung geglättet wird, wenn der Strom durch den Schaltvorgang vergrößert oder verkleinert wird. Der Reaktor, der bei jedem von der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben worden ist, wird als Reaktor L verwendet. Durch Verwendung eines klein bemessenen Reaktors wird es möglich, die Größe der Leistungswandlungsvorrichtung 1100 (die den Wandler 1110 beinhaltet) zu verringern.
• Das Fahrzeug 1200 beinhaltet zusätzlich zu dem Wandler 1110 einen Zuführvorrichtungswandler 1150, der mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, und einen Hilfsleistungszuleitungswandler 1160, der mit einer Nebenbatterie 1230, die als Leistungsquelle für ein Hilfsteil 1240 und die Hauptbatterie 1210 dient, verbunden ist und die Hochspannung der Hauptbatterie 1210 in eine niedrige Spannung wandelt. Der Wandler 1110 nimmt üblicherweise eine DC-DC-Wandlung vor, wohingegen der Zuführvorrichtungswandler 1150 und der Hilfsleistungszuleitungswandler 1160 eine AC-DC-Wandlung vornehmen. Der Zuführvorrichtungswandler 1150 kann von einer Art sein, die eine DC-DC-Wandlung vornimmt. Der Zuführvorrichtungswandler 1150 und der Hilfsleistungszuleitungswandler 1160 können jeweils eine Ausgestaltung ähnlich zu dem Reaktor entsprechend einer beliebigen der vorbeschriebenen Ausführungsformen aufweisen, wobei die Größe und Form des Reaktors geeignet geändert werden können. Zudem kann der Reaktor entsprechend jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen als Wandler verwendet werden, der eine Wandlung für die Eingabeleistung und nur eine Aufwärts- oder Abwärtswandlung vornimmt.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann geeignet abgewandelt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzugehen.
• Gewerbliche Anwendbarkeit
• Der Reaktor entsprechend der vorliegenden Erfindung kann für eine Komponente einer Leistungswandlungsvorrichtung verwendet werden, so beispielsweise einen DC-DC-Wandler, der an einem Fahrzeug montiert ist, so beispielsweise einem hybriden Elektrofahrzeug, einem hybriden Elektrofahrzeug mit Stecker, einem Elektrofahrzeug oder einem Brennstoffzellenfahrzeug, oder für einen Wandler einer Klimaanlage. Teile für den Reaktor entsprechend der vorliegenden Erfindung können auch als Komponenten des Reaktors mit Verwendung bei der Leistungswandlungsvorrichtung zum Einsatz kommen.
• Bezugszeichenliste

1A, 1B

Reaktor

2

Spule

2a, 2b

Spulenelement

2r

Spulenelementkopplungsabschnitt

2e

Ende

3

magnetischer Kern

31

getrenntes Kernstück (innerer Kern)

32

getrenntes Kernstück (äußerer Kern)

35

getrenntes Kernstück

35a

Basisabschnitt (äußerer Kern)

35b

vorstehender Abschnitt (innerer Kern)

1100

Leistungswandlungsvorrichtung

1110

Wandler

1111

Schaltelement

1112

Treiberschaltung

L

Reaktor

1120

Inverter

1150

Zuführvorrichtungswandler

1160

Hilfsleistungszuleitungswandler

1200

Fahrzeug

1210

Hauptbatterie

1220

Motor

1230

Nebenbatterie

1240

Hilfsteil

1250

Rad

Claims (4)

1. Reaktor, umfassend eine Spule, die durch Verbinden eines Paares von von einem gewickelten Draht gebildeten Spulenelementen gebildet wird, und einen magnetischen Kern, wobei der Reaktor für einen fahrzeuginternen Wandler verwendet wird, der eine Eingabespannung wandelt, wobei Elektrizitätsanlegebedingungen einen maximalen Gleichstrom von 100 A oder mehr und 1000 A oder weniger, eine Durchschnittsspannung von 100 V oder mehr und 1000 V oder weniger und eine verwendbare Frequenz von 5 kHz oder mehr und 100 kHz oder weniger beinhalten, wobei der magnetische Kern durch Kombinieren einer Mehrzahl von getrennten Kernstücken ohne einen dazwischen vorgesehenen Spalt hergestellt wird, wobei alle getrennten Kernstücke aus einem gehärteten Pressling bestehen, der durch Härten eines Harzes aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Pulver und das Harz enthält, hergestellt wird, und wobei ein Abstand zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes und einer äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist, gleich 0,1 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein isolierendes Element zum Isolieren der inneren Umfangsoberfläche des Spulenelementes von der äußeren Umfangsoberfläche des magnetischen Kernes, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der inneren Umfangsoberfläche ist.
3. Wandler, umfassend den Reaktor nach Anspruch 1 oder 2.
4. Leistungswandlungsvorrichtung, umfassend den Wandler nach Anspruch 3.

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