專利名稱：電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用作例如車載直流(DC) -DC轉(zhuǎn)換器等功率轉(zhuǎn)換器件的部件的電抗器、 包括所述電抗器的轉(zhuǎn)換器以及包括所述轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器件。更特別地，本發(fā)明涉及具有良好散熱效果的電抗器。
背景技術(shù)：
存在作為用于執(zhí)行升壓和減壓操作的電路的部件之一的電抗器。在例如載置于諸如混合動(dòng)力汽車等車輛上的轉(zhuǎn)換器中所使用的電抗器的一種形式中，各自通過(guò)螺旋地纏繞導(dǎo)線而形成的一對(duì)線圈并排地圍繞具有環(huán)狀形狀(例如，類似O形狀)的磁芯的各相應(yīng)部分進(jìn)行布置(專利文獻(xiàn)(PTL) I)。
還已知僅包括一個(gè)線圈的小型電抗器，類似于PTL2中公開(kāi)的電抗器。這種電抗器包括如PTL2的圖I中所示的所謂的桶型芯，即如下的磁芯該磁芯包括布置在線圈內(nèi)側(cè)的柱狀內(nèi)芯部、將線圈的大致整個(gè)外周表面覆蓋的筒狀芯部、以及布置在線圈的各端面處的一對(duì)盤形芯部。在桶型芯中，同心布置的內(nèi)芯部和筒狀芯部借助盤形芯部彼此相連，從而形成閉合磁路。
引文列表
專利文獻(xiàn)
PTLl :國(guó)際公開(kāi) TO2009/125593
PTL2 :日本未審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009-033051發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
在電抗器操作過(guò)程中，線圈由于通電而產(chǎn)生熱量，所以線圈和磁芯經(jīng)受高溫。具體地說(shuō)，車載電抗器產(chǎn)生的熱量比由普通電子器件中所使用的電抗器產(chǎn)生的熱量更大。因此， 車載電抗器通常在固定至設(shè)有冷卻功能的安裝目標(biāo)物(例如，固定至水冷基座)的狀態(tài)下使用。
考慮例如如下情況包括桶型芯的上述電抗器固定到安裝目標(biāo)物，使得線圈的軸向與安裝目標(biāo)物的表面垂直(在下文中這種布置稱為豎直布局)。在豎直布局中，僅線圈的端面被設(shè)置成靠近安裝目標(biāo)物，并且從線圈的其它區(qū)域到安裝目標(biāo)物的距離長(zhǎng)。因此，線圈的設(shè)置成靠近安裝目標(biāo)物的區(qū)域小，并且線圈的熱量較不易傳遞到安裝目標(biāo)物。因此，可以說(shuō)，豎直布局沒(méi)有提供充分的散熱效果。
考慮作為另一實(shí)例的如下情況包括桶型芯的上述電抗器固定到安裝目標(biāo)物，使得線圈的軸向與安裝目標(biāo)物的表面平行(在下文中這種布置稱為水平布局)。在該情況下， 當(dāng)線圈的端面具有如PTL2中公開(kāi)的真正圓圈的形狀時(shí)，僅僅一個(gè)限定線圈2的外周表面的直線設(shè)置成靠近安裝目標(biāo)物。因此，線圈的設(shè)置成靠近安裝目標(biāo)物的區(qū)域如上述豎直布局中一樣小。因此，類似地也可以說(shuō)，水平布局沒(méi)有提供充分的散熱效果。
具體地說(shuō)，當(dāng)磁芯3的將線圈的外周表面覆蓋的部分是由含有如PTLl和2中公開(kāi)的磁性粉末和樹(shù)脂的成型硬化體形成時(shí)，如果在線圈和安裝目標(biāo)物之間過(guò)量地存在有熱導(dǎo)率比由例如鐵制成的磁性粉末的熱導(dǎo)率差的樹(shù)脂，則散熱效果劣化。
此外，當(dāng)與桶型芯類似地線圈的大致整個(gè)外周表面被磁芯覆蓋時(shí)，可以說(shuō)這種電抗器不具有充分的散熱效果，盡管線圈的熱量能通過(guò)磁芯釋放到外部也是如此。因此，需要開(kāi)發(fā)一種包括一個(gè)線圈并且具有確保良好散熱效果的結(jié)構(gòu)的電抗器。
因此，本發(fā)明的目的是提供具有良好散熱效果的電抗器。本發(fā)明的另一目的是提供包括所述電抗器的轉(zhuǎn)換器，以及包括所述轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器件。
問(wèn)題的解決方案
本發(fā)明通過(guò)提供如下結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的即，線圈具有特定形狀，電抗器包括用作散熱路徑的外殼，并且線圈的外周表面的一部分與所述外殼接觸。
本發(fā)明的電抗器包括通過(guò)纏繞導(dǎo)線而形成的一個(gè)線圈、布置在線圈內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且形成閉合磁路的磁芯、以及用于容納所述線圈和所述磁芯的組裝件的外殼。所述線圈具有以下特征(I)至(3)。
(I)線圈的端面形狀為非圓形并且包括彎曲部。
(2)線圈容納在外殼中，使線圈的軸向與外殼的外底面平行，外底面由安裝目標(biāo)物冷卻。
(3)線圈的外周表面的一部分被磁芯覆蓋，并且線圈的外周表面的未被磁芯覆蓋的其余部分的至少一部分與外殼的內(nèi)底面接觸。
磁芯包括布置在線圈內(nèi)側(cè)的內(nèi)芯部以及將線圈的外周表面的所述一部分覆蓋的外芯部。內(nèi)芯部由粉末壓制體形成，并且外芯部由磁性粉末和樹(shù)脂的混合物制成。
在本發(fā)明的電抗器中，如上所述，僅線圈的外周表面的一部分被磁芯覆蓋而形成閉合磁路，而不是覆蓋線圈的大致整個(gè)外周表面(即，多個(gè)層匝的表面)，并且線圈的外周表面的至少另一部分與外殼接觸。具體地說(shuō)，在本發(fā)明的電抗器中，線圈的端面形狀是非圓形而不是真正的圓形形狀，并且線圈以水平布局布置。利用這種布置，本發(fā)明的電抗器可以增加線圈的外周表面和外殼的內(nèi)底面之間的接觸面積，并且能夠增大外殼的距外殼的內(nèi)底面的距離短的區(qū)域，即，外殼的設(shè)置成靠近具有冷卻功能的安裝目標(biāo)物的區(qū)域。因此，根據(jù)本發(fā)明的電抗器，線圈的熱量能夠直接高效地傳遞到外殼，并且熱量經(jīng)由外殼的外底面?zhèn)鲗?dǎo)到安裝目標(biāo)物，外底面與安裝目標(biāo)物接觸并且由安裝目標(biāo)物冷卻，從而得到良好的散熱效果。此外，由于與包括一對(duì)線圈的PTLl的電抗器不同，本發(fā)明的電抗器包括一個(gè)線圈，所以縮小了電抗器尺寸。由于線圈的端面具有扁平形狀而不是真正的圓形形狀，所以與端面形狀為真正圓圈的線圈相比更易于減小線圈的高度(即，線圈的沿真正圓圈的直徑方向的尺寸)。這點(diǎn)有助于減小電抗器的尺寸。而且，利用本發(fā)明的電抗器，由于線圈的端面形狀包括彎曲部，所以能夠容易地形成線圈。
根據(jù)本發(fā)明的電抗器，由于線圈的端面形狀包括直線部分和彎曲部，所以與PTLl 中所述的僅包括直線部分的線圈相比能夠更易于形成線圈并且能夠以更高的產(chǎn)率制造線圈。此外，根據(jù)本發(fā)明的電抗器，由于外芯部由上述混合物制成，所以能夠以如下方式容易地形成外芯部在線圈的外周表面的一部分與外殼的內(nèi)底面相接觸的狀態(tài)下將線圈放置到外殼中，將混合物填充到外殼中，然后使混合物中的樹(shù)脂硬化。這里，電抗器中所使用的磁芯可由通過(guò)疊置多個(gè)電工鋼板而獲得的層疊件、通過(guò)在壓力作用下對(duì)磁性粉末進(jìn)行壓制而獲得的粉末壓制體、由磁性粉末和樹(shù)脂的上述混合物制成的成型硬化體、或前述的組合(下文稱為混合芯)形成。具體地說(shuō)，因?yàn)榧词乖诜勰褐企w具有復(fù)雜的三維形狀時(shí)也能夠容易地形成粉末壓制體，所以內(nèi)芯部和外芯部可均由粉末壓制體形成。然而，本發(fā)明的電抗器構(gòu)造成具有這樣的復(fù)雜形狀即，具有期望形狀并且容納在外殼中的線圈的外周表面的一部分被磁芯的一部分(外芯部)覆蓋。與外芯部由電工鋼板的層疊件或粉末壓制體形成的情況相比，通過(guò)利用上述混合物形成外芯部，可以更容易地形成甚至具有這種復(fù)雜形狀的外芯部。當(dāng)外芯部由上述混合物形成時(shí)，因?yàn)槟軌蛉菀椎馗淖兇判苑勰┖蜆?shù)脂的混合比，所以能夠容易地形成具有期望磁特性(主要為電感)的外芯部和包括該外芯部的磁芯。這些點(diǎn)使本發(fā)明的電抗器能夠呈現(xiàn)出良好產(chǎn)率。
由于外芯部由上述混合物形成，所以內(nèi)芯部和外芯部能夠借助混合物中的樹(shù)脂彼此成一體。這種形式能夠消除粘合兩個(gè)芯部的步驟以及使用粘合材料(例如，粘接劑或粘合帶)的需要，并且能夠減少部件數(shù)量和步驟數(shù)量。而且，根據(jù)上述形式，能夠利用如下步驟來(lái)制造電抗器將線圈和內(nèi)芯部的組裝件放置到外殼中；以及在例如形成具有預(yù)定特性的磁芯的同時(shí)使外芯部成型為覆蓋線圈的外周表面的一部分。這些點(diǎn)也使本發(fā)明的電抗器能夠呈現(xiàn)良好的廣率。
另外，根據(jù)本發(fā)明的電抗器，由于內(nèi)芯部由粉末壓制體形成，所以對(duì)于具有各種內(nèi)周形狀的線圈而言，能夠容易地將內(nèi)芯部形成為具有與每個(gè)線圈的內(nèi)周形狀相符的外形。 通過(guò)將內(nèi)芯部的外形形成為與線圈的內(nèi)周形狀類似，內(nèi)芯部的外周形狀和線圈的內(nèi)周形狀能夠設(shè)置成彼此靠近，并且能夠進(jìn)一步減小電抗器尺寸。
在內(nèi)芯部和外芯部由不同材料制成的混合芯的情況下，能夠使得兩個(gè)芯部的磁特性彼此不同。在示例性的形式中，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，能夠使?nèi)芯部的飽和磁通密度比外芯部的飽和磁通密度高。根據(jù)這種形式，與如PTLl中所述的那樣在整個(gè)磁芯上飽和磁通密度均一的情況相比，能夠減小內(nèi)芯部的截面積。隨著內(nèi)芯部的截面積減小，也能夠縮短線圈的周長(zhǎng)。因此，上述形式有助于減小尺寸、重量和損耗。
在可選的形式中，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，能夠使外芯部的磁?dǎo)率比內(nèi)芯部的磁導(dǎo)率低。這種形式能夠提供無(wú)間隙結(jié)構(gòu)或者能夠進(jìn)一步減小內(nèi)芯部的尺寸。這里，用于電抗器的磁芯的典型磁性材料的飽和磁通密度和相對(duì)磁導(dǎo)率之間具有相關(guān)性。在許多情況下, 具有較高飽和磁通密度的磁性材料具有較高的相對(duì)磁導(dǎo)率。因此，當(dāng)整個(gè)磁芯的飽和磁通密度高時(shí)，相對(duì)磁導(dǎo)率也趨于變高。因此，要求磁芯包括用于抑制磁通飽和的間隙，例如由具有比磁芯的磁導(dǎo)率低的磁導(dǎo)率的材料制成(通常由非磁性材料制成)的間隙部件或者空氣間隙。當(dāng)磁芯中包含間隙時(shí)，期望在線圈的內(nèi)周表面和內(nèi)芯部的外周表面之間設(shè)置一定的余隙，從而抑制通過(guò)間隙的漏磁通并且減少在漏磁通到達(dá)線圈時(shí)產(chǎn)生的損耗。在無(wú)間隙結(jié)構(gòu)的情況下，能夠與間隙的缺失對(duì)應(yīng)地減小芯的尺寸。而且，由于能夠通過(guò)將線圈和內(nèi)芯部布置為彼此更加靠近來(lái)減小上述余隙，所以能夠獲得更小的電抗器。另外，由于通過(guò)采用無(wú)間隙結(jié)構(gòu)而不再需要間隙部件，所以能夠減少部件數(shù)量和步驟數(shù)量。換言之，當(dāng)本發(fā)明的電抗器包括通過(guò)使磁芯的各部分的磁導(dǎo)率不同來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率的混合芯時(shí)， 能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)間隙結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的電抗器的一種形式中，內(nèi)芯部的端面分別與線圈的端面平齊?？蛇x地，內(nèi)芯部的一個(gè)端面與線圈的一個(gè)端面平齊而內(nèi)芯部的另一端面從線圈的其它端面伸出?？蛇x地，內(nèi)芯部的端面分別從線圈的端面伸出。
根據(jù)上述形式，內(nèi)芯部具有等于或大于線圈的軸向長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。因此，由于能夠使由線圈產(chǎn)生的磁通充分地穿過(guò)由粉末壓制體形成的內(nèi)芯部，所以上述形式能夠降低損耗， 其中，粉末壓制體趨于具有比構(gòu)成外芯部的混合物的飽和磁通密度高的飽和磁通密度。
在本發(fā)明的電抗器的一種形式中，線圈的端面形狀具有由一對(duì)半圓弧形部分和將一對(duì)半圓弧形部分互連的一對(duì)直線部分構(gòu)成的跑道形狀，并且至少所述直線部分與外殼的內(nèi)底面接觸。
線圈的端面形狀為非圓形并且包括彎曲部，并且可以為例如(I)基本僅由曲線形成的形狀；以及(2)具有彎曲部和直線部分的形狀。
僅由曲線形成的形狀(I)的實(shí)例為橢圓形。由于橢圓形線圈具有接近于真正圓圈的形狀并且具有相對(duì)短的周長(zhǎng)，所以能夠容易地縮短構(gòu)成線圈的導(dǎo)線的長(zhǎng)度，并且能夠減少所使用的導(dǎo)線的量。因此，可以降低損耗(諸如銅損)和重量。
具有彎曲部和直線部分的形狀(2)的實(shí)例包括圓角多邊形，將包括諸如正方形或矩形等四邊形在內(nèi)的多邊形的角部修圓而得；以及特殊形狀，用直線替代形成上述橢圓形的曲線的一部分而得；以及上述跑道形狀。直線部分的存在的有益之處在于，直線部分能夠容易地與外殼的通常形成為平坦表面的內(nèi)底面接觸，并且能夠穩(wěn)定地保持接觸狀態(tài)。因此，包括直線部分的線圈能夠容易地增大線圈和外殼的內(nèi)底面之間的接觸面積，并且能夠利用它們之間的接觸區(qū)域?qū)⒕€圈的熱量高效地傳遞到外殼。而且，假設(shè)線圈內(nèi)部的面積上恒定的，則包括直線部分的形狀趨于具有比僅由直線形成的形狀的周長(zhǎng)短的周長(zhǎng)。因此，如上所述，可以減少所使用的導(dǎo)線的量、損耗(諸如銅損)和重量。
具體地說(shuō)，具有上述跑道形狀的線圈可形成為如下的扁立線圈其通過(guò)采用包括具有正方形(通常為矩形)截面形狀的導(dǎo)體的矩形導(dǎo)線作為導(dǎo)線并且以扁立方式纏繞矩形導(dǎo)線而獲得。因?yàn)榫€圈的外周表面形成為由各匝矩形導(dǎo)線的緊密排列的側(cè)表面限定的表面，所以與使用圓形導(dǎo)線的線圈相比，扁立線圈能夠更易于確保相對(duì)于外殼的較大接觸面積。此外，由于扁立線圈能夠易于形成為具有較高占空系數(shù)的線圈，所以具有跑道形狀的線圈能夠易于增加占空系數(shù)并且減小尺寸，從而有助于減小電抗器的尺寸。當(dāng)具有跑道形狀的線圈設(shè)置為直線部分的長(zhǎng)度增加并且一對(duì)直線部分之間的距離減小的形式，即，具有較大縱橫比(長(zhǎng)軸/短軸)的形式時(shí)，線圈和外殼的內(nèi)底面之間的接觸面積(至少直線部分)增大，從而使得散熱效果更好。具體地說(shuō)，從增大線圈和外殼的內(nèi)底面之間的接觸面積以及減小線圈的高度的角度看，該線圈優(yōu)選地形成為縱橫比為大約I. I至2的水平方向較長(zhǎng)的線圈。水平方向較長(zhǎng)的線圈的其他有益之處在于，由于整個(gè)線圈比真正圓形的線圈更靠近外殼的內(nèi)底面(即，線圈的距外殼的內(nèi)底面的距離短的較大區(qū)域)并且線圈設(shè)置成較大區(qū)域靠近安裝目標(biāo)物，所以線圈的熱量能夠高效地傳遞到外殼的內(nèi)底面并且進(jìn)一步傳遞到安裝目標(biāo)物。另外，由于與具有圓角多邊形形狀的線圈相比具有跑道形狀的線圈包括趨于具有更大彎曲半徑的彎曲部(半圓弧形部分)，所以其更易于形成為扁立線圈。這點(diǎn)有助于提高產(chǎn)率。
在本發(fā)明的電抗器的一種形式中，電抗器還包括內(nèi)樹(shù)脂部，內(nèi)樹(shù)脂部由絕緣樹(shù)脂制成并且覆蓋線圈的表面的至少一部分以保持線圈的形狀，所述線圈借助介于線圈與外殼的內(nèi)底面之間的內(nèi)樹(shù)脂部與外殼的內(nèi)底面相接觸。
線圈通常通過(guò)纏繞導(dǎo)線而形成，導(dǎo)線包括由導(dǎo)電材料(例如，銅)制成的導(dǎo)體、以及形成在導(dǎo)體的外周上的絕緣涂層。當(dāng)線圈由具有絕緣涂層的導(dǎo)線形成時(shí)，絕緣涂層能夠使線圈和磁芯之間電絕緣，并且在外殼由金屬材料(例如，鋁)制成時(shí)使線圈和外殼之間電絕緣。此外，通過(guò)用絕緣樹(shù)脂覆蓋線圈的至少一部分(優(yōu)選地為線圈的與磁芯和外殼接觸的整個(gè)區(qū)域)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)線圈和磁芯之間的絕緣以及線圈和外殼之間的絕緣性。而且，根據(jù)上述形式，由于線圈的形狀由內(nèi)樹(shù)脂部保持，所以能夠例如在電抗器制造過(guò)程中將線圈和內(nèi)芯部的組裝件布置在外殼中時(shí)避免線圈變形以及膨脹或收縮。結(jié)果，線圈更易于處置并且能夠提高電抗器的產(chǎn)率。另外，線圈能夠借助內(nèi)樹(shù)脂部保持在壓縮狀態(tài)。在該情況下， 能夠縮短線圈的軸向長(zhǎng)度，從而能夠減小電抗器的尺寸。
在本發(fā)明的電抗器的一種形式中，外殼的內(nèi)底面包括臺(tái)座，線圈布置在所述臺(tái)座上，臺(tái)座包括與線圈的外周表面的一部分相符地形成的線圈槽。
根據(jù)上述形式，由于線圈布置在形狀與線圈的外周表面的形狀相符的線圈槽中， 所以能夠增大線圈和外殼之間的接觸面積，并且能夠進(jìn)一步增強(qiáng)散熱效果。線圈槽還能夠用于定位線圈。因此，上述形式進(jìn)一步呈現(xiàn)出良好的組裝可操作性。
在本發(fā)明的電抗器的一種形式中，利用粘接劑將線圈固定到外殼。
根據(jù)上述形式，由于線圈和外殼之間的粘接度增強(qiáng)，所以能夠進(jìn)一步增強(qiáng)散熱效果。而且，當(dāng)通過(guò)將磁性粉末和未硬化樹(shù)脂的混合物填充到外殼中時(shí)來(lái)成型外芯部時(shí)，更不易于發(fā)生例如如下問(wèn)題在樹(shù)脂硬化之前的時(shí)間段內(nèi)線圈的位置可能偏移。因此，上述形式進(jìn)一步呈現(xiàn)出良好的產(chǎn)率。
本發(fā)明的電抗器可適當(dāng)?shù)赜米鬓D(zhuǎn)換器的部件。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器包括開(kāi)關(guān)元件、用于控制開(kāi)關(guān)元件的操作的驅(qū)動(dòng)電路以及用于平滑開(kāi)關(guān)操作的電抗器，所述轉(zhuǎn)換器通過(guò)開(kāi)關(guān)元件的操作來(lái)轉(zhuǎn)換輸入電壓，其中電抗器是本發(fā)明的上述電抗器。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器可適當(dāng)?shù)赜米鞴β兽D(zhuǎn)換器件的部件。本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器件包括用于轉(zhuǎn)換輸入電壓的轉(zhuǎn)換器以及與轉(zhuǎn)換器連接并且將直流和交流相互轉(zhuǎn)換的逆變器，所述功率轉(zhuǎn)換器件利用經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其中所述轉(zhuǎn)換器是本發(fā)明的上述轉(zhuǎn)換器。
因?yàn)榘ū景l(fā)明的電抗器，所以本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器和本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器件具有良好的散熱效果。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的電抗器具有良好的散熱效果。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器和本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器件因?yàn)榫ň哂辛己蒙嵝Ч谋景l(fā)明的電抗器
從而也具有良好的散熱效果。


圖I是根據(jù)實(shí)施例I的電抗器的示意性透視圖。
圖2 (A)是根據(jù)實(shí)施例I的電抗器的沿著圖I中的線(II)- (II)截取的剖視圖， 并且圖2 (B)是僅示出圖2 (A)所示的電抗器中所包括的外殼的剖視圖。
圖3是說(shuō)明根據(jù)實(shí)施例I的電抗器的構(gòu)成部件的示意性分解圖。
圖4是示出根據(jù)實(shí)施例2的電抗器中所包括的線圈成型產(chǎn)品的示意性透視圖。
圖5是示意性地示出混合動(dòng)力汽車的電源系統(tǒng)的框圖。
圖6是示出本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器件的一個(gè)實(shí)例的示意性電路圖，該功率轉(zhuǎn)換器件包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施方式
下文將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示名稱相同的部件。
(實(shí)施例I)
參照?qǐng)DI至圖3描述實(shí)施例I的電抗器I。電抗器I包括一個(gè)線圈2，其通過(guò)纏繞導(dǎo)線2w而形成；磁芯3，其布置在線圈2的內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且形成閉合磁路；以及外殼4，其用于容納線圈2和磁芯3的組裝件。電抗器I的特征在于，線圈2的端面形狀、線圈2相對(duì)于外殼4的被容納狀態(tài)以及磁芯3的材料。下文將詳細(xì)描述各個(gè)部件。
[線圈2]
線圈2是通過(guò)螺旋地纏繞一根連續(xù)導(dǎo)線2w而形成的筒狀部件。優(yōu)選地，這里所使用的導(dǎo)線2w為涂層導(dǎo)線，其包括由導(dǎo)電材料(例如銅、鋁或其合金)制成的導(dǎo)體以及由絕緣材料制成且形成在導(dǎo)體的外周上的絕緣涂層。這里所使用的導(dǎo)體可選自具有各種截面形狀的導(dǎo)體，諸如具有矩形截面的矩形導(dǎo)線、具有圓形截面的圓形導(dǎo)線以及具有多邊形截面的特殊形式的導(dǎo)線。構(gòu)成絕緣涂層的絕緣材料通常為釉質(zhì)材料，例如，聚酰胺-酰亞胺。優(yōu)選的是，絕緣涂層的厚度為20 μ m以上100 μ m以下。在減少銷孔和增強(qiáng)絕緣性方面，具有較大厚度的絕緣涂層更有效。例如，能夠通過(guò)形成涂覆有多層釉質(zhì)材料的絕緣涂層，來(lái)增加絕緣涂層的厚度。此外，絕緣涂層可以具有由不同材料制成的多層結(jié)構(gòu)。在多層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例中，在聚酰胺-酰亞胺層的外周上形成有聚苯硫醚層。多層結(jié)構(gòu)的絕緣涂層還提供優(yōu)良的電絕緣性能?？梢赃m當(dāng)?shù)剡x擇繞組(匝)數(shù)量。優(yōu)選地，可以將繞組數(shù)量為大約30至 70個(gè)的線圈用作車載部件。
這里，線圈2是通過(guò)扁立纏繞涂層矩形導(dǎo)線而形成的扁立線圈(繞組數(shù)量50)，在涂層矩形導(dǎo)線中，導(dǎo)體是由銅制成且具有矩形截面的矩形導(dǎo)線(縱橫比(寬度/厚度)為5以上，優(yōu)選地為10以上)，并且絕緣涂層由釉質(zhì)制成。
[端面形狀]
圖2 (A)為當(dāng)沿著與線圈2的軸向垂直的平面剖切時(shí)電抗器I的剖視圖。線圈2 具有相同的截面形狀，當(dāng)沿其軸向觀察時(shí)，其截面形狀與其端面形狀相同。如圖2(A)所示， 線圈2的端面形狀為包括彎曲部和直線部分的形狀。更具體地，線圈2的端面具有由平行布置的一對(duì)直線部分22以及布置為將直線部分22的端部互連的一對(duì)半圓弧形部分21構(gòu)成的跑道形狀。這里，線圈2的縱橫比(長(zhǎng)軸/短軸)設(shè)定成大約I. 3。每個(gè)半圓弧形部分 21具有相對(duì)較大的彎曲半徑，并且為具有緩和彎曲的彎曲部。因此，該端面形狀有利于導(dǎo)線的扁立纏繞。利用該端面形狀，線圈2的外周表面和內(nèi)周表面由半圓弧形部分21所限定的曲面和直線部分22所限定的平面構(gòu)成。
[布局]
線圈2在磁芯3的一部分(內(nèi)芯部31)插入到線圈2內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下被容納在外殼4 中。具體地說(shuō)，在本發(fā)明的電抗器I中，線圈2以如下水平布局被容納在外殼4中當(dāng)電抗器I安裝到諸如冷卻基座等安裝目標(biāo)物上時(shí)，線圈2的軸向與安裝目標(biāo)物的表面平行。在電抗器I中，因?yàn)橥鈿?的平坦的外底面41ο用作與安裝目標(biāo)物相接觸的安裝表面，所以線圈2在與外底面41ο平行的狀態(tài)下容納在外殼4中。在線圈2的外周表面中，由直線部分 22限定的平面區(qū)域與外殼4的外底面41ο平行。簡(jiǎn)言之，線圈2以水平方向較長(zhǎng)的方式容納在外殼4中(圖I)。
線圈2的外周表面的一部分(這里為，由一個(gè)直線部分22限定的平面以及由與該一個(gè)直線部分22連接的兩個(gè)半圓弧形部分21的區(qū)段限定的曲面，所述區(qū)段設(shè)置成靠近與一個(gè)直線部分22連接的點(diǎn))被磁芯3 (外芯部32)覆蓋。簡(jiǎn)言之，當(dāng)垂直地觀看端面時(shí)，線圈構(gòu)件2的外周表面的類C形區(qū)域被外芯部3覆蓋2。此外，線圈2的外周表面的其余部分(不被磁芯3覆蓋的部分)與外殼4的內(nèi)底面41i相接觸。這里，線圈2的外周表面的其余部分與設(shè)在外殼4的內(nèi)底面41i中的線圈槽44接觸。線圈槽44形成在臺(tái)座43中，臺(tái)座 43 一體地形成在內(nèi)底面41i中。
[端部的處理]
形成線圈2的導(dǎo)線2w具有從線圈2的匝形成部分延伸出適當(dāng)長(zhǎng)度的引出部分并且被引出到外芯部32之外。由例如銅或鋁等導(dǎo)電材料制成的端子部件(未示出)分別與導(dǎo)線2w的通過(guò)剝除導(dǎo)線2w的兩個(gè)端部中每個(gè)端部的絕緣涂層而露出的導(dǎo)體連接。諸如用于向線圈2供給電力的電源等外部裝置(未示出)通過(guò)端子部件與線圈2連接?？梢允褂弥T如鎢極惰性氣體保護(hù)(TIG)焊接等焊接法、加壓結(jié)合法將導(dǎo)線2w的導(dǎo)體和每個(gè)端子部件連接起來(lái)。在圖I所示的實(shí)例中，導(dǎo)線2w的兩個(gè)端部與線圈2的軸向垂直地引出，但是可適當(dāng)?shù)剡x擇兩個(gè)端部的引出方向。例如，導(dǎo)線2w的兩個(gè)端部可與線圈2的軸向平行地引出，或可以沿不同的方向引出。
在引出部分中，優(yōu)選的是通過(guò)適當(dāng)?shù)夭贾弥T如絕緣紙、絕緣帶(例如，聚酰亞胺帶) 或絕緣膜(例如，聚酰亞胺膜)等絕緣材料，或者通過(guò)浸涂絕緣材料，或者通過(guò)裝配絕緣管 (例如熱收縮管或常溫收縮管)，來(lái)覆蓋可能至少與磁芯3 (具體地為外芯部32)接觸的每個(gè)區(qū)域。例如，當(dāng)電壓施加到繞組數(shù)量為50匝的線圈上時(shí)，即使匝間電壓為約12V至14V，也可能將大約600V至700V的電壓施加到引出部分上。鑒于這點(diǎn)，能夠通過(guò)用絕緣材料至少覆蓋引出部分的與磁芯3接觸的上述區(qū)域來(lái)確保引出部分和外芯部32之間的絕緣性。
[磁芯3]
如圖I所示，磁芯3包括具有柱狀形狀并且插入到線圈2內(nèi)的內(nèi)芯部31、以及形成為將內(nèi)芯部31的至少一個(gè)端面31e和線圈2的外筒形圓周表面的一部分覆蓋的外芯部32。 當(dāng)線圈2受到激勵(lì)時(shí)，磁芯3形成閉合磁路。構(gòu)成內(nèi)芯部31的材料和構(gòu)成外芯部32的材料彼此不同，并且磁芯3的各個(gè)部分具有不同的磁特性。更具體地，內(nèi)芯部31具有比外芯部32的飽和磁通密度高的飽和磁通密度，并且外芯部32具有比內(nèi)芯部31的磁導(dǎo)率低的磁導(dǎo)率。
〈〈內(nèi)芯部》
內(nèi)芯部31是具有與線圈2的內(nèi)周形狀相符的跑道狀外形的柱狀部件。盡管內(nèi)芯部31這里為完全由粉末壓制體(powder compact)形成而不包括間隙部件或空氣間隙的實(shí)心部件，但是其可以具有如下的形式即，包括空氣間隙或由例如鋁板等非磁性材料制成的間隙部件。
典型地，通過(guò)對(duì)表面上具有由例如硅樹(shù)脂等制成的絕緣涂層的軟磁性粉末、或者軟磁性粉末和添加到該軟磁性粉末中并與軟磁性粉末適當(dāng)混合的粘結(jié)劑的粉末混合物進(jìn)行壓制(compact)，然后在比絕緣涂層的耐熱溫度低的溫度下烘烤該壓制的粉末，來(lái)獲得粉末壓制體。當(dāng)制造粉末壓制體時(shí)，能夠通過(guò)選擇軟磁性粉末的材料、通過(guò)調(diào)節(jié)軟磁性粉末和粘結(jié)劑之間的混合比、包括絕緣涂層在內(nèi)的各種類型涂層的量等、或者通過(guò)控制壓制壓力來(lái)改變飽和磁通密度。例如，能夠通過(guò)采用具有較高飽和磁通密度的軟磁性粉末、通過(guò)減少混合的粘結(jié)劑的量來(lái)增加軟磁性材料的比例、或者通過(guò)使壓制壓力升高，獲得具有較高飽和磁通密度的粉末壓制體。
軟磁性粉末的實(shí)例包括由鐵基材料制成的粉末，例如，諸如Fe、Co、Ni等鐵族金屬；以及含有鐵作為主要成分的Fe基合金材料，諸如Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al等；稀土金屬粉末；以及鐵氧體粉末。具體地說(shuō)，鐵基材料能夠更易于提供飽和磁通密度比使用鐵氧體的情況下的飽和磁通密度高的磁芯。形成在軟磁性粉末上的絕緣涂層可由例如磷酸鹽化合物、硅化合物、鋯化合物、鋁化合物或硼化合物制成。尤其當(dāng)構(gòu)成磁性粉末的磁性顆粒由金屬(例如，鐵族金屬或鐵基合金)制成時(shí)，由這種化合物制成的絕緣涂層能夠有效地降低渦流損耗。粘結(jié)劑可以由例如熱塑性樹(shù)脂、非熱塑性樹(shù)脂或高級(jí)脂肪酸制成。通過(guò)上述烘烤處理使粘結(jié)劑消失或者變成絕緣體，例如二氧化硅。在粉末壓制體中， 因?yàn)槔缃^緣涂層等絕緣體存在于磁性顆粒之間，所以磁性顆粒彼此絕緣，并且能夠減少渦流損耗。因此，即使當(dāng)向線圈供應(yīng)高頻電力時(shí)，也能夠保持渦流損耗小?？梢岳靡环N合適的已知產(chǎn)品來(lái)制備粉末壓制體。
這里，內(nèi)芯部31是由具有涂層(例如，絕緣涂層)的軟磁性材料制成的粉末壓制體構(gòu)成的，并且內(nèi)芯部31的飽和磁通密度為I. 6T以上并且為外芯部32的飽和磁通密度I. 2 倍以上。此外，內(nèi)芯部31的相對(duì)磁導(dǎo)率為100至500，并且由內(nèi)芯部31和外芯部32構(gòu)成的整個(gè)磁芯3的相對(duì)磁導(dǎo)率為10至100。當(dāng)要獲得一定量的磁通時(shí)，隨著內(nèi)芯部的飽和磁通密度的絕對(duì)值變高并且隨著內(nèi)芯部的飽和磁通密度變高至比外芯部的飽和磁通密度更大的程度，可以進(jìn)一步減小內(nèi)芯部的截面積。因此，內(nèi)芯部具有較高飽和磁通密度的形式可以有助于減小電抗器的尺寸。內(nèi)芯部31的飽和磁通密度優(yōu)選地為I. 8T以上且更優(yōu)選地為 2T以上，并且優(yōu)選地為外芯部32的飽和磁通密度的I. 5倍以上且更優(yōu)選地為I. 8倍以上。 在任何情況下，不指定上限。通過(guò)采用通常以硅鋼板為代表的電工鋼板的層疊件而不是粉末壓制體，能夠更易于提高內(nèi)芯部的飽和磁通密度。
在圖I所示的實(shí)例中，內(nèi)芯部31在線圈2的軸向上的長(zhǎng)度(下文簡(jiǎn)稱為長(zhǎng)度)比線圈2的長(zhǎng)度長(zhǎng)。在內(nèi)芯部31插入到線圈2內(nèi)的狀態(tài)下，內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面31e及其附近分別從線圈2的相應(yīng)端面略微伸出。可以任意地選擇內(nèi)芯部31從線圈2伸出的長(zhǎng)度。 盡管這里內(nèi)芯部31從線圈2的兩端伸出的長(zhǎng)度相同，但是伸出長(zhǎng)度可彼此不同。此外，內(nèi)芯部31可以設(shè)置成使內(nèi)芯部31僅從線圈2的一個(gè)端面伸出。在另一形式中，內(nèi)芯部的長(zhǎng)度可與線圈的長(zhǎng)度相等，或者內(nèi)芯部的長(zhǎng)度可比線圈的長(zhǎng)度短。當(dāng)內(nèi)芯部的長(zhǎng)度等于或大于線圈的長(zhǎng)度時(shí)，能夠通過(guò)以如下形式布置內(nèi)芯部來(lái)降低損耗內(nèi)芯部的端面分別如圖示的實(shí)例從線圈的相應(yīng)端面伸出的形式，或者內(nèi)芯部的端面分別與線圈的相應(yīng)端面平齊的形式，或者內(nèi)芯部的一個(gè)端面與線圈的一個(gè)端面平齊而內(nèi)芯部的另一端面從線圈的另一端面伸出的形式。在上述任意形式中，外芯部32優(yōu)選地布置成使得當(dāng)線圈2受到激勵(lì)時(shí)形成閉合磁路。
由于本發(fā)明的電抗器I以如上所述的水平布局構(gòu)造，所以內(nèi)芯部31也被布置成 當(dāng)電抗器I固定到安裝目標(biāo)物上時(shí)，相應(yīng)于線圈2的布局而在水平方向上較長(zhǎng)。
為了增強(qiáng)線圈2和內(nèi)芯部31之間的絕緣性，在內(nèi)芯部31和線圈2之間設(shè)置絕緣部件33 (圖2)。例如，通過(guò)在線圈2的內(nèi)周表面或內(nèi)芯部31的外周表面上固定絕緣帶或者布置絕緣紙或絕緣片材，來(lái)設(shè)置絕緣部件33?？蛇x地，可以在內(nèi)芯部31的周圍布置由絕緣材料制成的線軸(未示出)。線軸可實(shí)現(xiàn)為例如覆蓋內(nèi)芯部31的外周的管狀部件的形式、 或包括這種管狀部件和設(shè)在管狀部件的兩端處的凸緣(通常為環(huán)狀凸緣)的形式。優(yōu)選地可將諸如聚苯硫醚(PPS)樹(shù)脂、液晶聚合物(LCP)或聚四氟乙烯(PTFE)樹(shù)脂等絕緣樹(shù)脂用作線軸的材料。另外，當(dāng)線軸形成為分離件組合起來(lái)的管狀部件時(shí)，更易于將線軸布置在內(nèi)芯部31的周圍。
外芯部>>
外芯部32形成為不僅基本覆蓋線圈2的兩個(gè)端面和外周表面的不與外殼4的線圈槽44接觸的整個(gè)區(qū)域，而且覆蓋內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面及其附近。外芯部32具有如下所述的截面形狀。在電抗器I的存在線圈2的區(qū)域中，當(dāng)觀看縱截面(即，沿著在線圈2的軸向上延伸并且與外殼4的外底面41ο (圖2)垂直的平面截取的截面)并且觀看如圖2 (A) 所示的橫截面(即，沿著與線圈2的軸向垂直的平面截取的截面)時(shí)，那些截面中的每個(gè)截面均具有類C的形狀。此外，當(dāng)觀看水平截面(即，沿著穿過(guò)線圈2的軸線并且與外殼4的外底面41ο平行的平面截取的截面)時(shí)，該截面具有矩形框架形狀。外芯部32的一部分與內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面31e彼此相連，從而磁芯3形成閉合磁路。
這里，外芯部32完全由包含磁性粉末和樹(shù)脂的混合物(成型硬化體)形成。內(nèi)芯部 31和外芯部32借助外芯部32的樹(shù)脂而彼此粘合，而無(wú)需將粘接劑置于二者之間。這里，外芯部32還具有既不包括間隙部件又不包括空氣間隙的形式。因此，磁芯3為完全一體形成而不包括任何間隙部件的整體式部件。
由于外芯部32以將線圈2和內(nèi)芯部31密封在外殼4內(nèi)的方式基本覆蓋線圈2的不與外殼4的線圈槽44接觸的整個(gè)區(qū)域，所以外芯部32還充當(dāng)線圈2和內(nèi)芯部31的密封部件。因此，在電抗器I中，外芯部32能夠保護(hù)線圈2和內(nèi)芯部31免受外部環(huán)境影響并且能夠增強(qiáng)機(jī)械保護(hù)。
僅僅需要外芯部32來(lái)形成閉合磁路，并且外芯部32的形狀(即，覆蓋線圈2的區(qū)域)只是選擇的問(wèn)題而已。例如，外芯部32可以具有不覆蓋線圈2的外周的一部分的形式。 在這種形式的一個(gè)實(shí)例中，線圈2的外周表面的位于外殼4的敞開(kāi)側(cè)處的區(qū)域露出，而未被外芯部覆蓋。在另一情況中，形成在外殼4的位于底面?zhèn)鹊膮^(qū)域中的臺(tái)座43的厚度增大以提供比圖3所示的線圈槽44深的線圈槽。例如，形成更深的線圈槽以便不僅與線圈2的直線部分22相接觸，而且與半圓弧形部分21 (例如，位于外殼4的底面?zhèn)忍幍?/4圓弧)的更大區(qū)域相接觸?？梢酝ㄟ^(guò)將外殼4的整個(gè)區(qū)域加厚來(lái)提供上述更深的線圈槽。這種變型提供了線圈相對(duì)于更深線圈槽的接觸部分不被外芯部覆蓋的形式(即，線圈和形成在外殼中的線圈槽之間的接觸面積增大的形式)。然而，線圈槽優(yōu)選地形成為使得內(nèi)芯部31的端面露出而不被深埋在線圈槽中并且與外芯部32充分接觸。在又一形式中，在外殼4的內(nèi)底面41i上單獨(dú)布置用于線圈2的定位部件(未示出)，并且線圈2的與定位部件接觸的部分不被外芯部覆蓋。能夠通過(guò)使用具有良好散熱效果的材料形成定位部件，來(lái)增強(qiáng)散熱。
通?？梢酝ㄟ^(guò)注射成型或鑄塑成型來(lái)形成成型硬化體。注射成型通常以如下方式來(lái)進(jìn)行將由磁性材料制成的粉末與處于流體狀態(tài)的樹(shù)脂彼此混合，將混合流體注入到通常用于在預(yù)定壓力下執(zhí)行成型處理的模具(這里為外殼4)中，然后將樹(shù)脂硬化。鑄塑成型是以如下方式來(lái)進(jìn)行的制備與注射成型中所使用的混合流體相似的混合流體，將混合流體注入到用于在不施加壓力的情況下執(zhí)行成型處理的模具中，然后使樹(shù)脂硬化。
在任意成型方法中使用的磁性粉末可以為與上述用于內(nèi)芯部31的軟磁性粉末相似的粉末。特別地，由鐵基材料制成的粉末，例如純鐵粉末或Fe基合金粉末，可優(yōu)選地用作外芯部32的軟磁性粉末。還可以通過(guò)將由不同材料制成的多種類型的磁性粉末混合而使用。還可以采用如下的涂層粉末，在該涂層粉末中，在由軟磁性材料(尤其是金屬材料)制成的磁性顆粒的表面上形成有由例如磷酸鹽制成的絕緣涂層。能夠通過(guò)采用該涂層粉末來(lái)降低渦流損耗。為了方便使用，磁性粉末的平均粒徑優(yōu)選地為Iym以上1000 μ m以下，并且更優(yōu)選地為10 μ m以上500 μ m以下。通過(guò)采用具有不同粒徑的多種類型的粉末，更易于獲得具有較高飽和磁通密度以及較小損耗的電抗器。
在上述成型方法的任意一種中，可以優(yōu)選地將諸如環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、硅樹(shù)脂或聚氨酯樹(shù)脂等熱固性樹(shù)脂用作充當(dāng)粘結(jié)劑的樹(shù)脂。當(dāng)使用熱固性樹(shù)脂時(shí)，通過(guò)加熱成型體而使樹(shù)脂熱硬化?？梢允褂贸毓绦詷?shù)脂或冷固性樹(shù)脂用作充當(dāng)粘結(jié)劑的樹(shù)脂。在該情況下，通過(guò)將成型體放置在從室溫到相對(duì)低溫的狀態(tài)下來(lái)硬化樹(shù)脂。因?yàn)樽鳛榉谴判圆牧系臉?shù)脂在成型硬化體內(nèi)保持相對(duì)大量，所以即使當(dāng)使用與用于構(gòu)成內(nèi)芯部31的粉末壓制體相同的軟磁性粉末時(shí)，與使用粉末壓制體的情況相比，能夠更易于利用成型硬化體形成具有較低飽和磁通密度和較低磁導(dǎo)率的芯。
除了混合磁性粉末和用作粘結(jié)劑的樹(shù)脂之外，還可將由例如氧化鋁或硅石等陶瓷制成的填充物混合到成型硬化體的材料中。通過(guò)混合具有比磁性粉末的比重小的比重的填充物，可以抑制磁性粉末的局部存在，并且更易于獲得如下成型硬化體其整體被均勻散布有磁性粉末。此外，當(dāng)填充物由具有良好導(dǎo)熱率的材料制成時(shí)，填充物有助于改善散熱效果。當(dāng)混合填充物時(shí),填充物相對(duì)于100質(zhì)量％(質(zhì)量百分比)成型硬化體的含量為例如O. 3 質(zhì)量％以上以及30質(zhì)量％以下。磁性粉末和填充物相對(duì)于100體積％ (體積百分比)外芯部的總含量為例如20體積％至70體積％。而且，使用顆粒比磁性粉末更細(xì)微的填充物的有益之處在于，填充物以能夠有效防止磁性粉末的局部存在并且能夠均勻地散布磁性粉末的方式介于磁性顆粒之間，以及能夠容易地抑制由于填充物的添加引起的磁性粉末的比例減少。
當(dāng)線圈2如電抗器I 一樣以水平布局布置并且線圈2在設(shè)置成靠近外殼4的內(nèi)底面41i的狀態(tài)下容納在外殼4中時(shí)，在成型硬化體的制造過(guò)程中磁性粉末會(huì)沉淀到外殼4 的底壁41上，從而得到磁性粉末局部化到靠近底壁41的一側(cè)的成型硬化體。然而，即使在該情況下，也會(huì)因?yàn)閮?nèi)芯部31設(shè)置成靠近外殼4的底壁41并且外芯部趨于進(jìn)入外芯部的高密度地存在有磁性粉末的區(qū)域與內(nèi)芯部31相接觸的狀態(tài)，而能夠充分地形成閉合磁路。
這里，外芯部32由包含涂層粉末和環(huán)氧樹(shù)脂的成型硬化體形成，涂層粉末在由鐵基材料制成并且平均粒徑為100 μ m以下的磁性顆粒的表面上具有絕緣涂層。外芯部32具有5至30的相對(duì)磁導(dǎo)率，并且外芯部32的飽和磁通密度為O. 5T以上且小于內(nèi)芯部31的飽和磁通密度。通過(guò)將外芯部32的磁導(dǎo)率設(shè)定成比內(nèi)芯部31的磁導(dǎo)率低，可以減少磁芯 3的漏磁通，并且構(gòu)成無(wú)間隙結(jié)構(gòu)的磁芯3。通過(guò)改變磁性粉末和用作粘結(jié)劑的樹(shù)脂的混合比，能夠調(diào)節(jié)成型硬化體的磁導(dǎo)率和飽和磁通密度。例如，通過(guò)減少所混合的磁性粉末的量來(lái)獲得具有較低磁導(dǎo)率的成型硬化體。通過(guò)制備由芯部31和32中的每個(gè)獲得的樣品并且通過(guò)采用例如可購(gòu)得的B-H曲線跟蹤器或振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)，能夠測(cè)量出芯部31和32 中每者的飽和磁通密度和相對(duì)磁導(dǎo)率。
[外殼]
如圖I至圖3所示，外殼4通常為長(zhǎng)方體盒狀部件，其由矩形底壁41和從底壁41 垂直延伸出的四個(gè)側(cè)壁42構(gòu)成，與底壁41相對(duì)的表面是開(kāi)口的。外殼4通常不僅用作用于容納線圈2和磁芯3的組裝件的容器，而且用作散熱路徑。因此，外殼4適當(dāng)?shù)赜删哂辛己脤?dǎo)熱率的材料制成，優(yōu)選地為導(dǎo)熱率比例如鐵制成的磁性粉末的導(dǎo)熱率高的例如諸如鋁、鋁合金、鎂或鎂合金等金屬等材料。因?yàn)殇X、鎂以及鋁和鎂的合金均重量輕，所以它們適合用作要求重量輕的汽車部件的材料。另外，因?yàn)殇X、鎂以及鋁和鎂的合金為非磁性材料和導(dǎo)電材料，所以還能夠有效地防止磁通泄漏到外殼4的外部。這里，外殼4是由鋁合金制成的。
盡管外殼4的外周形狀和內(nèi)周形狀通常彼此相似，但是這里使用的外殼4中它們并不相似。更詳細(xì)地，如圖2 (B)所示，外殼4的底壁41具有外底面41ο，當(dāng)電抗器I安裝到諸如水冷卻基座等安裝目標(biāo)物上時(shí)，外底面41ο充當(dāng)安裝表面。外底面41ο用作由安裝目標(biāo)物冷卻的冷卻表面。外底面41ο形成為平面。底壁41還具有內(nèi)底面41i，線圈2的外周表面的一部分與內(nèi)底面41i相接觸。如圖2 (B)所示，內(nèi)底面41i具有各部分厚度變化的非均勻形狀。內(nèi)底面41i包括臺(tái)座43，臺(tái)座43形成在內(nèi)底面的中部并且從一個(gè)側(cè)壁42 延伸到與一個(gè)側(cè)壁相對(duì)的另一側(cè)壁42，并且底壁41的與臺(tái)座43對(duì)應(yīng)的部分變厚。這里臺(tái)座43與內(nèi)底面41 i形成一體。在臺(tái)座43的一部分中形成有與線圈2的外周表面的一部分配合的線圈槽44。
如圖3所示，線圈槽44具有與線圈2的外周表面相符的形狀，并且由平面部分和彎曲部構(gòu)成，平面部分與線圈2的沿著由直線部分22限定的平面延伸的平面區(qū)域相接觸， 彎曲部與線圈2的沿著由半圓弧形部分21限定的曲面延伸的曲面區(qū)域相接觸。臺(tái)座43的構(gòu)成平坦部分的區(qū)域的最小厚度可與底壁41 (圖2)的不存在臺(tái)座43的區(qū)域的厚度相當(dāng)。 通過(guò)如此僅將底壁41的一部分變厚，可以確保外芯部32 (圖I和圖2)具有足夠體積并且抑制外殼4重量的增加。而且，由于線圈槽44具有與線圈2的外周表面相符的形狀，所以線圈槽44還能夠用作將線圈2相對(duì)于外殼4定位的部件。
臺(tái)座43的沒(méi)有形成線圈槽44的厚部可用作內(nèi)芯部31的支撐物。如果支撐物能夠支撐內(nèi)芯部31，則支撐物不一定需要具有如圖3所示的較大面積。因此，支撐物可以形成為具有比圖3所示面積小的面積(B卩，線圈的軸向上的長(zhǎng)度較短和/或與線圈的軸向垂直的方向上的長(zhǎng)度較短)?？蛇x地，臺(tái)座43可以具有僅包括與線圈2的外周表面接觸的線圈槽 44以使線圈2的端面和內(nèi)芯部31的端面不被覆蓋的形式。通過(guò)減小臺(tái)座43的體積，能夠增加外芯部32的體積。
在可選的形式中，內(nèi)底面41i可形成為平面，而省去線圈槽44。即使在該情況下， 由于線圈2具有平面區(qū)域，所以線圈2的外周表面的由直線部分22限定的平面區(qū)域能夠保持與外殼的平坦內(nèi)底面相接觸。當(dāng)不形成線圈槽44時(shí)，可以單獨(dú)布置定位部件，以便更易于將線圈2在外殼4內(nèi)定位。定位部件優(yōu)選地形成為例如由與外芯部32的材料相似的材料制成的成型硬化體。原因在于，當(dāng)外芯部32形成時(shí)，這種成型硬化體能夠易于與外芯部 32形成一體，并且單獨(dú)的定位部件可用作磁路?？蛇x地，通過(guò)采用具有良好散熱效果的材料來(lái)形成定位部件，能夠增強(qiáng)散熱。而且，當(dāng)如在該實(shí)施例中那樣外底面41ο (圖2)僅大致由平面構(gòu)成時(shí)，能夠充分地確保相對(duì)于安裝目標(biāo)物的較大接觸面積，并且能夠提高外殼4 的產(chǎn)率。然而，出于例如增加外殼4的表面積的目的，外底面可以具有非均勻部分。
另外，在圖I所示的實(shí)例中，外殼4包括安裝部45，安裝部45具有使用例如螺栓等固定部件將電抗器I固定到安裝目標(biāo)物上的螺栓孔45h。由于設(shè)有安裝部45，可以利用例如螺栓等固定部件容易地將電抗器I固定到安裝目標(biāo)物上。能夠通過(guò)例如鑄造和切割法來(lái)容易地制造包括如上所述的臺(tái)座43、線圈槽44和安裝部45并且具有復(fù)雜三維形狀的外殼 4。
盡管外殼4可以在敞開(kāi)狀態(tài)下使用，但是從防止漏磁通以及保護(hù)外芯部32免受環(huán)境和機(jī)械損壞的角度看，優(yōu)選地如外殼4 一樣以包括由例如鋁等導(dǎo)電材料制成的蓋的形式使用。在蓋中形成切除部或通孔以使得能夠穿過(guò)蓋引出線圈2的導(dǎo)線2w的端部。
為了增強(qiáng)線圈2和外殼4之間的絕緣性,可以在線圈2和外殼4之間設(shè)置例如絕緣紙、絕緣片材或絕緣帶等絕緣部件。例如，可以通過(guò)將絕緣帶等纏繞到線圈2的表面上以使絕緣部件覆蓋線圈2的內(nèi)周表面和外周表面(在一些情況下，包括線圈2的端面)來(lái)布置絕緣部件。在可選的形式中，絕緣部件33可如上所述布置在線圈2的內(nèi)周上，并且上述絕緣部件可單獨(dú)地布置在外殼4的內(nèi)底面41i和線圈2的與內(nèi)底面41i接觸的區(qū)域之間。要求這種絕緣部件具有恰好足以確保線圈2和外殼4之間所需的最低水平絕緣的厚度。通過(guò)使絕緣部件的厚度最小，可以抑制由于絕緣部件的存在引起的導(dǎo)熱率的下降，并且減小了尺寸。這里使用的絕緣部件優(yōu)選地具有高的導(dǎo)熱率。
可選地，可將絕緣粘接劑用作該絕緣部件。換言之，可以利用粘接劑將線圈2和外殼4彼此固定到一起。在該情況下，絕緣粘接劑不僅能夠增強(qiáng)線圈2和外殼4之間的絕緣性，而且能夠利用粘接劑的作用將線圈2以緊密接觸的形式固定到外殼4上，而無(wú)論外芯部 32中是否包含樹(shù)脂成分。絕緣粘接劑優(yōu)選地由尤其含有具有良好導(dǎo)熱率的填充物(例如，由具有良好導(dǎo)熱率和良好電絕緣性的氧化鋁制成的填充物)的粘接劑制成。通過(guò)以較小的厚度和多層結(jié)構(gòu)來(lái)形成絕緣粘接劑層，即使絕緣粘接劑的總厚度較小也可以增強(qiáng)電絕緣性。 通過(guò)采用片材形式的絕緣粘接劑，能夠獲得良好的可操作性。絕緣粘接劑可以為可購(gòu)得的粘接劑中的一種。
在本發(fā)明中，即使當(dāng)在線圈2和外殼4之間設(shè)置用于提供所需水平的電絕緣的絕緣部件時(shí)，這種布置也應(yīng)視為落在線圈和外殼的內(nèi)底面彼此相接觸的形式的范圍內(nèi)。通過(guò)使絕緣部件的厚度最小，能夠抑制由于絕緣部件的存在引起的導(dǎo)熱率的降低。例如，絕緣部件的厚度(在多層結(jié)構(gòu)的情況下為總厚度)可以為小于2_、或1_以下、或者尤其是O. 5mm 以下。
[預(yù)期用途]
具有上述結(jié)構(gòu)的電抗器I通常用作用于電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車的車載功率轉(zhuǎn)換器件的部件，并可以在如下通電條件下適當(dāng)?shù)厥褂美纾畲箅娏?直流)約為100A至1000A，平均電壓約為100V至1000V，工作頻率為5kHz至IOOkHz。在該用途中，期望在滿足如下條件的情況下適當(dāng)?shù)厥褂秒娍蛊鱅 :當(dāng)供給的直流為OA時(shí)，電感為10 μ H以上2mH以下，并且在供給最大電流期間的電感為在電流為OA時(shí)獲得的電感的10%以上。
[電抗器的尺寸]
當(dāng)電抗器I用作車載部件時(shí)，包括外殼4在內(nèi)的電抗器I的容量?jī)?yōu)選地約為O. 2 升(200cm3)至O. 8升(800cm3)。在該實(shí)施例中，容量約為500cm3。
[制造電抗器的方法]
舉例而言，可以以如下方式來(lái)制造電抗器I。首先，制備線圈2和由粉末壓制體形成的內(nèi)芯部31。將內(nèi)芯部31插入到線圈2中，以便于制造線圈2和內(nèi)芯部31的組裝件，如圖3所示。如上所述，可根據(jù)需要在線圈2和內(nèi)芯部31之間布置絕緣部件33(圖3中省去絕緣部件33)。此外，可將例如絕緣管等絕緣部件裝配到導(dǎo)線2w的引出部分上，如上所述。
接下來(lái)，將上述組件放置到外殼4中。通過(guò)將組裝件中的線圈2裝配到線圈槽44 中，可容易地將組裝件恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谕鈿?內(nèi)。將磁性粉末和樹(shù)脂的混合流體，即構(gòu)成外芯部32 (圖I)的混合流體適當(dāng)?shù)刈⑷氲酵鈿?中，以成型為預(yù)定形狀，然后將樹(shù)脂硬化。這樣，能夠形成外芯部32，并且能夠同時(shí)獲得電抗器I (圖I)。
[有益效果]
由于電抗器I被構(gòu)造成使得線圈2的外周表面的一部分與外殼4的內(nèi)底面41i相接觸，線圈2的熱量能夠直接傳遞到由例如鋁制成并且具有良好導(dǎo)熱率的外殼4，并且熱量能夠通過(guò)外殼4的外周表面41ο (冷卻表面)高效地散布到諸如水冷基座等安裝目標(biāo)物。因此，電抗器I具有良好的散熱效果。具體地說(shuō)，電抗器I能夠利用如下這種布置來(lái)提高散熱效果即，線圈2的端面具有包括彎曲部和直線部分的跑道形狀，并且由直線部分限定的平坦區(qū)域用作相對(duì)于外殼4的接觸區(qū)域，從而能容易地增加線圈2和外殼4之間的接觸面積。 此外，由于線圈2的直線部分22用作與外殼4接觸的區(qū)域，所以線圈2被穩(wěn)定地支撐在外殼4的內(nèi)底面41i上，并且因?yàn)榫€圈2在保持該被支撐狀態(tài)的同時(shí)由外芯部32密封，所以可靠地保持了這種被支撐狀態(tài)。因此，電抗器I具有良好的長(zhǎng)期散熱效果。而且，對(duì)于電抗器1，由于在外殼4的內(nèi)底面41i中形成有形狀與線圈2的外周表面的形狀相符的線圈槽 44而使得不僅直線部分22而且由半圓弧形部分21限定的彎曲區(qū)域的一部分與內(nèi)底面41i 相接觸，因此與內(nèi)底面僅由平面形成的情況相比，增加了線圈2和外殼4之間的接觸面積， 并且提高了散熱效果。另外，由于線圈2的外周被包含磁性粉末的成型硬化體覆蓋，所以電抗器I具有比當(dāng)線圈2的外周僅被樹(shù)脂覆蓋時(shí)更高的散熱效果。
由于電抗器I包括一個(gè)線圈2并且具有線圈2被容納在外殼4中且使線圈2的軸向與外殼4的外底面4Io平行的水平布局，所以電抗器I具有較低的高度和較小的尺寸。具體地說(shuō)，對(duì)于電抗器1，由于線圈2的端面具有跑道形狀，所以能夠利用涂層矩形導(dǎo)線作為導(dǎo)線2w來(lái)將線圈2形成為扁立線圈，從而提供具有較高占空系數(shù)和較小尺寸的線圈。這點(diǎn)也有助于減小電抗器I的尺寸。而且，對(duì)于電抗器I，外殼4可用作散熱路徑,并且外殼4能夠保護(hù)線圈2和磁性3免受諸如灰塵和腐蝕等外部環(huán)境破壞以及免于機(jī)械損壞。
對(duì)于電抗器I,由于外芯部32由包含磁性粉末和樹(shù)脂的混合物制成,所以能夠容易地制造具有期望形狀的外芯部32。因此，即使當(dāng)電抗器I具有將線圈2的外周表面的一部分覆蓋的復(fù)雜形狀時(shí)，也通過(guò)容易地制造外芯部32來(lái)獲得良好的產(chǎn)率。另外，使用上述混合物能夠提供下列有益效果(I)能夠容易地改變外芯部32的磁特性，以及(2)由于外芯部32含有樹(shù)脂成分，所以即使在外殼4處于敞開(kāi)狀態(tài)時(shí)也能夠保護(hù)線圈2和內(nèi)芯部31免受外部環(huán)境破壞和機(jī)械損壞。
對(duì)于電抗器1，由于內(nèi)芯部31由粉末壓制體形成，所以能夠容易地形成具有復(fù)雜三維形狀的內(nèi)芯部31(8卩，具有與線圈2的內(nèi)周形狀相符的類似于跑道的外形的柱狀部件)， 從而獲得良好的產(chǎn)率。另外，由于內(nèi)芯部31由粉末壓制體形成，所以能夠容易地調(diào)節(jié)包括飽和磁通密度在內(nèi)的磁特性。
對(duì)于電抗器1，由于內(nèi)芯部31具有比外芯部32的飽和磁通密度高的飽和磁通密度，所以當(dāng)利用由單一材料制成并且在整個(gè)磁芯上具有均一飽和磁通密度的磁芯來(lái)獲得相同的磁通量時(shí)，能夠減少內(nèi)芯部31的截面積(即，磁通通過(guò)的內(nèi)芯部31的表面積)。這點(diǎn)進(jìn)一步有助于減小電抗器尺寸。對(duì)于電抗器I，由于外部布置有線圈2的內(nèi)芯部31具有較高的飽和磁通密度并且將線圈2的外周表面的一部分覆蓋的外芯部32具有較低的磁導(dǎo)率，所以甚至可以在省去間隙的情況下抑制磁飽和。省去間隙能夠進(jìn)一步有助于減小電抗器的尺寸。對(duì)于電抗器1，由于整個(gè)磁芯3上不存在用于調(diào)節(jié)電感的間隙，所以通過(guò)間隙的漏磁通不影響線圈2，從而使內(nèi)芯部31的外周表面和線圈2的內(nèi)周表面設(shè)置成彼此更加靠近。這樣，能夠減小內(nèi)芯部31的外周表面和線圈2的內(nèi)周表面之間的余隙,從而能夠進(jìn)一步減小電抗器I的尺寸。具體地說(shuō)，對(duì)于電抗器1，由于內(nèi)芯部31具有類似地與線圈2的內(nèi)周表面相符的外形，所以能夠進(jìn)一步減小上述余隙。而且，由于省去間隙，能夠降低由于該間隙的存在而導(dǎo)致的損耗。
對(duì)于電抗器I，在形成外芯部32的同時(shí)，內(nèi)芯部31和外芯部32借助于構(gòu)成外芯部32的樹(shù)脂彼此粘合，從而形成磁芯3。結(jié)果，能夠制造電抗器I。因此，減少了制造步驟的數(shù)量，并且提高了產(chǎn)率。而且，由于電抗器I具有無(wú)間隙結(jié)構(gòu)，所以不需要粘合間隙部件的步驟。這點(diǎn)也有助于提高產(chǎn)率。
(實(shí)施例2)
下文將參照?qǐng)D4來(lái)描述實(shí)施例2的電抗器。已經(jīng)結(jié)合如下布置描述了實(shí)施例I : 即，利用構(gòu)成線圈2的導(dǎo)線2w的絕緣涂層以及單獨(dú)制備的絕緣部件33，增強(qiáng)了線圈2和磁芯3之間的絕緣性以及線圈2和外殼4之間的絕緣性。實(shí)施例2的電抗器與實(shí)施例I的電抗器I的區(qū)別在于，包括覆蓋線圈2的表面的內(nèi)樹(shù)脂部23。下面的描述主要針對(duì)該區(qū)別點(diǎn)以及基于該區(qū)別點(diǎn)的有益效果來(lái)進(jìn)行，而省略了與實(shí)施例I中的相同的構(gòu)造和有益效果的描述。
實(shí)施例2的電抗器包括線圈成型產(chǎn)品2c，其中線圈2和內(nèi)芯部31借助構(gòu)成內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂彼此成一體。
[線圈成型產(chǎn)品]
線圈成型產(chǎn)品2c包括實(shí)施例I中所述的線圈2，其中導(dǎo)線2w是涂層矩形導(dǎo)線并且端面具有跑道形狀；內(nèi)芯部31，其插入到線圈2內(nèi)；以及內(nèi)樹(shù)脂部23，其不僅覆蓋線圈2 的表面以保持線圈的形狀而且將線圈2和內(nèi)芯部31彼此保持為一體。
〈〈內(nèi)芯部》
內(nèi)芯部31是具有類似于跑道的外形的柱狀部件，如上文所述的實(shí)施例I中。內(nèi)芯部31插入到線圈2的內(nèi)側(cè)，并且在內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面及其附近分別從內(nèi)樹(shù)脂部23的相應(yīng)端面23e略微伸出的狀態(tài)下，借助內(nèi)樹(shù)脂部23使內(nèi)芯部31與線圈2形成一體。
〈〈內(nèi)樹(shù)脂部》
這里，除了導(dǎo)線2w的包括兩個(gè)端部在內(nèi)的引出部分之外，內(nèi)樹(shù)脂部23覆蓋基本整個(gè)線圈2。能夠任意地選擇線圈2的被內(nèi)樹(shù)脂部23覆蓋的區(qū)域。例如，可使線圈2部分地露出，而不被內(nèi)樹(shù)脂部23覆蓋。然而，通過(guò)如該實(shí)施例中那樣覆蓋線圈2的大致整個(gè)表面， 能夠使例如內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂等絕緣體可靠地存在于線圈2和內(nèi)芯部31之間、線圈2和外芯部之間以及線圈2和外殼之間。內(nèi)樹(shù)脂部23的厚度大致均一?？扇我獾剡x擇內(nèi)樹(shù)脂部23的厚度以滿足期望的絕緣特性，并且例如約為Imm至10mm。內(nèi)樹(shù)脂部23越薄，散熱效果越好。
內(nèi)樹(shù)脂部23還具有將線圈2保持為從自由長(zhǎng)度狀態(tài)壓縮的狀態(tài)的功能。
優(yōu)選地，內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂由絕緣材料制成，所述絕緣材料的耐熱性處于在使用包括線圈成型產(chǎn)品2c的電抗器期間絕緣材料在線圈2和磁芯的最大可達(dá)溫度下不軟化的水平，并且所述絕緣材料能夠通過(guò)轉(zhuǎn)移成型或注射成型來(lái)成型。例如，可以優(yōu)選地使用諸如環(huán)氧樹(shù)脂等熱固性樹(shù)脂或者諸如PPS樹(shù)脂和LCP等熱塑性樹(shù)脂。這里，使用環(huán)氧樹(shù)脂。此外，通過(guò)采用與由選自氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼和碳化硅中的至少一種類型陶瓷制成的填充物混合的樹(shù)脂作為內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂，能夠獲得能更易于消散線圈2的熱量并且具有較高散熱效果的電抗器。
[制造線圈成型產(chǎn)品的方法]
例如，通過(guò)采用日本未審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2009-218293中描述的制造方法， 能夠制造出包括內(nèi)芯部31的上述線圈成型產(chǎn)品2c。更具體地，制備如下模具，所述模具能夠打開(kāi)和關(guān)閉并且包括能夠在模具內(nèi)來(lái)回移動(dòng)的多個(gè)桿狀部件。在將線圈2和內(nèi)芯部31 布置在模具內(nèi)之后，借助于桿狀部件將線圈2按壓成壓縮狀態(tài)。在壓縮狀態(tài)下，將構(gòu)成樹(shù)脂注入到模具中并且然后進(jìn)行固化。
可選地，可以單獨(dú)準(zhǔn)備能夠?qū)⒕€圈保持為壓縮狀態(tài)的保持部件，并且在將保持部件附接至線圈并且將處于壓縮狀態(tài)的線圈放置到模具中之后，可將保持部件固定至模具， 從而將處于壓縮狀態(tài)的線圈保持在模具內(nèi)。保持部件優(yōu)選地被構(gòu)造成可移除以便再使用。
在線圈2中，如上所述，例如絕緣紙、絕緣帶或絕緣管等絕緣部件可適當(dāng)?shù)夭贾迷趯?dǎo)線2w的各個(gè)引出部分的不被內(nèi)樹(shù)脂部23覆蓋且可能與外芯部相接觸的區(qū)域(靠近導(dǎo)線 2w的端部)上。當(dāng)絕緣部件布置在線圈2的各個(gè)引出部分上時(shí)，能夠簡(jiǎn)化內(nèi)樹(shù)脂部23的形狀，并且能夠提高成型性。此外，與引出部分被內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂覆蓋的情況相比，能夠更易于使線圈成型廣品的尺寸減小，從而進(jìn)一步有助于電抗器的尺寸減小。
[制造電抗器的方法]
包括上述線圈成型廣品2c的電抗器可以以如下方式制造制造線圈成型廣品2c ； 將線圈成型產(chǎn)品2c放置到外殼中；將磁性材料和樹(shù)脂的混合流體注入到用于成型的外殼中，其中混合流體構(gòu)成外芯部；然后，使樹(shù)脂硬化?？梢岳蒙鲜稣辰觿⒕€圈成型產(chǎn)品2c 固定到外殼。
[有益效果]
對(duì)于實(shí)施例2的電抗器，由于線圈2的表面被內(nèi)樹(shù)脂部23覆蓋，所以線圈2借助介于線圈與外殼的內(nèi)底面之間的內(nèi)樹(shù)脂部23與外殼的內(nèi)底面相接觸。這樣，由于介于線圈2和外殼之間的絕緣體，即使當(dāng)外殼由例如鋁等金屬制成時(shí)，也能夠有效地增強(qiáng)線圈2和外殼之間的絕緣性。此外，盡管在線圈2和外殼之間設(shè)置了內(nèi)樹(shù)脂部23，但因?yàn)榫€圈2采用了端面具有特殊形狀(即跑道形狀)并且電抗器以水平布局布置的布置方式而使得線圈2的較大區(qū)域設(shè)置得靠近安裝目標(biāo)物，所以實(shí)施例2的電抗器具有與實(shí)施例I的電抗器類似的良好散熱效果。
在線圈成型產(chǎn)品2c中，線圈2和內(nèi)芯部31借助內(nèi)樹(shù)脂部23彼此形成一體，并且基本上僅內(nèi)樹(shù)脂部23的樹(shù)脂存在于線圈2的內(nèi)周表面和內(nèi)芯部31的外周表面之間的余隙中。因此，在不使用例如絕緣體等額外部件的情況下，也能夠有效地增強(qiáng)線圈2和內(nèi)芯部31 之間的絕緣性。而且，由于實(shí)施例2的電抗器采用能夠保持線圈2的形狀的線圈成型產(chǎn)品 2c，所以線圈2的形狀穩(wěn)定并且在制造過(guò)程中更易于處置線圈2，從而使得產(chǎn)率良好。具體地說(shuō)，由于線圈成型產(chǎn)品2c包括一體形式的內(nèi)芯部31，所以線圈2和內(nèi)芯部31能夠在成型內(nèi)樹(shù)脂部23的同時(shí)彼此形成一體，從而能夠減少步驟數(shù)量以及部件數(shù)量。這點(diǎn)也有助于提高電抗器的產(chǎn)率。另外，由于線圈2和內(nèi)芯部31可作為整體式單元處置，并且它們能夠被同時(shí)放置到外殼中，因此與當(dāng)它們彼此分開(kāi)時(shí)相比，更容易執(zhí)行將線圈2和內(nèi)芯部31放置到外殼中的操作。這點(diǎn)進(jìn)一步有助于提高電抗器的產(chǎn)率。
此外，由于線圈成型產(chǎn)品2c借助內(nèi)樹(shù)脂部23將線圈2保持為壓縮狀態(tài)，所以可縮短線圈2的軸向長(zhǎng)度，而無(wú)需使用另外的部件將線圈2維持在壓縮狀態(tài)。這點(diǎn)有助于減小電抗器的尺寸。如果線圈2和內(nèi)芯部31為單獨(dú)的部件而不是借助內(nèi)樹(shù)脂部23彼此形成一體，則需要在內(nèi)樹(shù)脂部中形成中空孔以便于內(nèi)芯部31的插入，并且考慮到插入內(nèi)芯部31的簡(jiǎn)易性需要在內(nèi)芯部31和中空孔的壁之間設(shè)置余隙。相反地，在線圈2和內(nèi)芯部31借助內(nèi)樹(shù)脂部23彼此形成一體的該實(shí)施例中，不需要這種余隙，并且與該余隙的缺失對(duì)應(yīng)地能夠減小電抗器的尺寸。
(實(shí)施例3)
已經(jīng)結(jié)合利用內(nèi)樹(shù)脂部23將線圈2和內(nèi)芯部31彼此形成一體而構(gòu)造的線圈成型產(chǎn)品2c描述了實(shí)施例2。在線圈成型產(chǎn)品的另一形式中，內(nèi)芯部可不借助內(nèi)樹(shù)脂部與線圈形成一體。換言之，線圈成型產(chǎn)品可由線圈和內(nèi)樹(shù)脂部構(gòu)成。該線圈成型產(chǎn)品具有由將線圈的內(nèi)周表面覆蓋的內(nèi)樹(shù)脂部的樹(shù)脂限定的中空孔。內(nèi)芯部插入到中空孔中。通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)樹(shù)脂部的樹(shù)脂的厚度使內(nèi)芯部布置在線圈內(nèi)側(cè)的適當(dāng)位置處，并且通過(guò)形成與內(nèi)芯部的外形匹配的中空孔的形狀，可使得內(nèi)樹(shù)脂部的樹(shù)脂用作定位內(nèi)芯部的部件。
在制造線圈成型產(chǎn)品2c的步驟中，通過(guò)布置具有預(yù)定形狀的成型芯而不是內(nèi)芯部，能夠制造出上述線圈成型產(chǎn)品，以上在實(shí)施例2中描述了該步驟。包括上述線圈成型產(chǎn)品的電抗器可以以如下方式來(lái)制造將內(nèi)芯部插入到這樣獲得線圈成型產(chǎn)品的中空孔中， 將線圈成型產(chǎn)品和內(nèi)芯部的組裝件放置到外殼中，以及然后形成外芯部。
根據(jù)該實(shí)施例，因?yàn)槿鐚?shí)施例2的線圈成型產(chǎn)品2c那樣內(nèi)樹(shù)脂部保持線圈的形狀，所以更易于處置線圈。此外，該實(shí)施例還能夠增強(qiáng)線圈和磁芯之間的絕緣性以及線圈和外殼之間的絕緣性，其原因在于，如實(shí)施例2的線圈成型產(chǎn)品2c中那樣，在線圈和內(nèi)芯部之間、線圈和外芯部之間、以及線圈和外殼之間設(shè)置有內(nèi)樹(shù)脂部。
(實(shí)施例4)
盡管已經(jīng)結(jié)合線圈的端面具有跑道形狀的情況描述了前面的實(shí)施例，但是線圈的端面也可具有橢圓形狀、水平方向較長(zhǎng)的橢圓形的曲線的一部分被與橢圓的長(zhǎng)軸平行的直線替代從而包括一個(gè)直線部分的特殊形狀、或具有圓角的矩形形狀。
在具有橢圓形狀的線圈中，尤其優(yōu)選的是，線圈具有縱橫比(長(zhǎng)軸/短軸)大的水平方向較長(zhǎng)的橢圓形形狀，因?yàn)榫€圈的靠近外殼的內(nèi)底面(因此靠近安裝對(duì)象)的區(qū)域增大， 所以提高了散熱效果。此外，水平方向較長(zhǎng)的線圈具有較低的高度和較小的尺寸。例如，通過(guò)采用導(dǎo)體具有圓形截面形狀的圓形導(dǎo)線，有利于制造具有僅由曲線限定的形狀的線圈。 在線圈內(nèi)部的面積保持恒定的條件下，橢圓形線圈的周長(zhǎng)比實(shí)施例I的具有跑道形狀的電抗器I的線圈的周長(zhǎng)短。因此，可以減少用于形成線圈的導(dǎo)線的量、諸如銅損等損耗以及重量。
具有特殊形狀的線圈和具有圓角矩形形狀的線圈中的每一種與具有跑道形狀的實(shí)施例I的電抗器I中的線圈2類似地具有直線部分。因此，即使當(dāng)外殼的內(nèi)底面為平面時(shí)，這種類型的線圈也不僅能夠充分地提供相對(duì)于外殼的內(nèi)底面的接觸面積，而且相對(duì)于外殼呈現(xiàn)出良好穩(wěn)定性。通過(guò)使用圓形導(dǎo)線有利于制造具有特殊形狀的線圈。另一方面， 具有圓角矩形形狀的線圈可以與實(shí)施例I的電抗器I中的線圈2相似地使用矩形導(dǎo)線形成為扁立線圈。因此，在存在由直線部分限定的平面區(qū)域的情況下，能夠增加接觸面積，同時(shí)能夠提高占空系數(shù)并且能夠減小線圈尺寸。
(實(shí)施例I)
實(shí)施例I至4的電抗器均能夠用作例如載置于車輛等上的轉(zhuǎn)換器的部件或者用作包括轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器件的部件。
如圖5所示，例如，車輛200 (例如，混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車)包括主電池210、與主電池210連接的功率轉(zhuǎn)換器件100以及受從主電池210供給的電力驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)使車輛200 的電動(dòng)機(jī)(負(fù)載)220。電動(dòng)機(jī)220通常為三相交流(AC)電動(dòng)機(jī)，其在運(yùn)行期間驅(qū)動(dòng)車輪250 并且在再生期間用作發(fā)電機(jī)。在混合動(dòng)力汽車的情況下，車輛200除包括電動(dòng)機(jī)220外還包括發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管圖5示出了作為車輛200的充電端口的入口，但車輛200還可以包括插塞。
功率轉(zhuǎn)換器件100包括與主電池210連接的轉(zhuǎn)換器110以及與轉(zhuǎn)換器110連接并且在DC和AC之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的逆變器120。在圖示的實(shí)例中，在車輛200的行駛期間轉(zhuǎn)換器110將主電池210的DC電壓(輸入電壓)從大約200V至300V的范圍升壓到大約400V 至700V的范圍，并且將升壓后電壓供給逆變器120。在再生期間，轉(zhuǎn)換器110將通過(guò)逆變器 120從電動(dòng)機(jī)220輸出的DC電壓(輸入電壓)降壓至適于主電池210的DC電壓以便充蓄到主電池210中。逆變器120在車輛200行駛期間將由轉(zhuǎn)換器110升壓后的DC轉(zhuǎn)換成預(yù)定的AC并且將AC供給到電動(dòng)機(jī)220。在再生期間，逆變器120將從電動(dòng)機(jī)220輸出的AC轉(zhuǎn)換成DC并且將DC輸出給轉(zhuǎn)換器110。
如圖6所示，轉(zhuǎn)換器110包括多個(gè)開(kāi)關(guān)元件111、用于控制開(kāi)關(guān)元件111的操作的驅(qū)動(dòng)電路112以及電抗器L，從而通過(guò)反復(fù)執(zhí)行通/斷(S卩，開(kāi)關(guān)操作)來(lái)進(jìn)行輸入電壓的轉(zhuǎn)換(這里為升壓和降壓)。將諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等功率器件用作開(kāi)關(guān)元件111。電抗器L具有如下功能當(dāng)電流由于開(kāi)關(guān)操作將要增大或減小時(shí)， 通過(guò)利用線圈的特性來(lái)平滑電流的變化，線圈的特性起到阻礙將要流經(jīng)電路的電流變化的作用。將實(shí)施例I至4的電抗器之一用作電抗器L。因?yàn)榘ň哂辛己蒙嵝Ч倪@些電抗器中的一個(gè)，功率轉(zhuǎn)換器件100和轉(zhuǎn)換器110也具有良好散熱效果。
除了包括轉(zhuǎn)換器110之外，車輛200還包括與主電池210連接的供電裝置轉(zhuǎn)換器 150以及輔助電源轉(zhuǎn)換器160，輔助電源轉(zhuǎn)換器160與充當(dāng)輔助裝置240的電源的輔助電池 230連接并且還與主電池210連接，輔助電源轉(zhuǎn)換器160將主電池210的高壓轉(zhuǎn)換成低壓。 轉(zhuǎn)換器110通常進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，而供電裝置轉(zhuǎn)換器150和輔助電源轉(zhuǎn)換器160進(jìn)行AC-DC 轉(zhuǎn)換。在一些情況下，供電裝置轉(zhuǎn)換器150可以進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換。與實(shí)施例I至4的電抗器等構(gòu)造類似并且具有適當(dāng)調(diào)整的尺寸和形狀的電抗器能夠用作供電裝置轉(zhuǎn)換器150和輔助電源轉(zhuǎn)換器160中的電抗器。此外，在用于轉(zhuǎn)換輸入功率的轉(zhuǎn)換器中，尤其是僅用于進(jìn)行升壓操作的轉(zhuǎn)換器或者僅用于進(jìn)行降壓操作的轉(zhuǎn)換器，可以使用實(shí)施例I至4的電抗器等中的任一個(gè)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且可以在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下根據(jù)需要對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變型。
作為具有良好散熱效果的電抗器的其它形式，電抗器可如下地來(lái)構(gòu)造。
(附注I)
一種電抗器，其包括通過(guò)纏繞導(dǎo)線形成的一個(gè)線圈、布置在所述線圈內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且形成閉合磁路的磁芯、以及用于容納所述線圈和所述磁芯的組裝件的外殼，
其中，所述線圈構(gòu)造并布置成，
所述線圈的端面形狀為非圓形并且包括彎曲部，
所述線圈容納在所述外殼中，使所述線圈的軸向與所述外殼的外底面平行，所述外底面用作安裝目標(biāo)物，并且，
所述線圈的外周表面的一部分被所述磁芯覆蓋，并且所述線圈的外周表面的未被所述磁芯覆蓋的其余部分的至少一部分與所述外殼的內(nèi)底面接觸。
(附注2)
如附注I所述的電抗器，其中，在所述磁芯中，將所述線圈的外周表面的一部分覆蓋的外芯部由包含磁性粉末和樹(shù)脂的混合物制成。
(附注3)
如附注I或2所述的電抗器，其中，所述磁芯包括布置在所述線圈內(nèi)側(cè)的內(nèi)芯部以及將所述線圈的外周表面的所述一部分覆蓋的外芯部，
所述內(nèi)芯部由粉末壓制體形成。
在上述附注I至3中所述的電抗器中可以采用選自多個(gè)電工鋼板的層疊件、粉末壓制體、成型硬化體及其組合的任意形式的磁芯。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的電抗器可適當(dāng)?shù)赜米鞲鞣N電抗器(包括車載部件、發(fā)電或變壓設(shè)備中的部件等)。具體地說(shuō)，本發(fā)明的電抗器可用作安裝到例如混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車或燃料電池汽車等車輛上的諸如DC-DC轉(zhuǎn)換器等功率轉(zhuǎn)換器件的部件。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器和本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器件可應(yīng)用于各種用途，包括車輛、發(fā)電或變壓設(shè)備等。
附圖標(biāo)記列表
I電抗器
2線圈2w導(dǎo)線 2c線圈成型產(chǎn)品
21半圓弧形部分22直線部分23內(nèi)樹(shù)脂部
23e端面
3磁芯 31內(nèi)芯部32外芯部
33絕緣部件
4外殼 41底壁41i內(nèi)底面41ο外底面
42側(cè)壁 43臺(tái)座44線圈槽45安裝部45h螺栓孔
100功率轉(zhuǎn)換器件100轉(zhuǎn)換器111開(kāi)關(guān)元件
112驅(qū)動(dòng)電路
120逆變器150供電裝置轉(zhuǎn)換器160輔助電源轉(zhuǎn)換器
200車輛 210主電池220電動(dòng)機(jī)230輔助電池
240輔助裝置
250車輪
權(quán)利要求
1.一種電抗器，其包括通過(guò)纏繞導(dǎo)線形成的一個(gè)線圈、布置在所述線圈內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且形成閉合磁路的磁芯、以及用于容納所述線圈和所述磁芯的組裝件的外殼， 其中，所述線圈構(gòu)造并布置成， 所述線圈的端面形狀為非圓形并且包括彎曲部， 所述線圈容納在所述外殼中，使所述線圈的軸向與所述外殼的外底面平行，所述外底面由安裝目標(biāo)物冷卻，并且， 所述線圈的外周表面的一部分被所述磁芯覆蓋，并且所述線圈的外周表面的未被所述磁芯覆蓋的其余部分的至少一部分與所述外殼的內(nèi)底面接觸，并且， 所述磁芯包括 布置在所述線圈內(nèi)側(cè)的內(nèi)芯部以及將所述線圈的外周表面的所述一部分覆蓋的外芯部， 所述內(nèi)芯部由粉末壓制體形成， 所述外芯部由磁性粉末和樹(shù)脂的混合物制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電抗器，其中，所述內(nèi)芯部的端面分別與所述線圈的端面平齊，或者所述內(nèi)芯部的一個(gè)端面與所述線圈的一個(gè)端面平齊而所述內(nèi)芯部的另一端面從所述線圈的另一端面伸出，或者所述內(nèi)芯部的端面分別從所述線圈的端面伸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電抗器，其中，所述線圈的端面形狀具有由一對(duì)半圓弧部分和將所述一對(duì)半圓弧部分互連的一對(duì)直線部分構(gòu)成的跑道形狀，并且 至少所述直線部分與所述外殼的內(nèi)底面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的電抗器，還包括內(nèi)樹(shù)脂部，所述內(nèi)樹(shù)脂部由絕緣樹(shù)脂制成并且覆蓋所述線圈的表面的至少一部分以保持所述線圈的形狀， 其中，所述線圈經(jīng)由所述內(nèi)樹(shù)脂部而與所述外殼的內(nèi)底面接觸，所述內(nèi)樹(shù)脂部介于所述線圈與所述外殼的所述內(nèi)底面之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的電抗器，其中，所述外殼的內(nèi)底面包括臺(tái)座，所述線圈設(shè)置在所述臺(tái)座上， 所述臺(tái)座包括與所述線圈的外周表面的一部分相符地形成的線圈槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的電抗器，其中，所述線圈利用粘合劑固定到所述外殼上。
7.一種轉(zhuǎn)換器，其包括開(kāi)關(guān)元件、用于控制所述開(kāi)關(guān)元件的操作的驅(qū)動(dòng)電路、以及用于平穩(wěn)開(kāi)關(guān)操作的電抗器，所述轉(zhuǎn)換器利用所述開(kāi)關(guān)元件的操作來(lái)對(duì)輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 其中，所述電抗器是根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的電抗器。
8.—種功率轉(zhuǎn)換器件，其包括用于使輸入電壓逐步升壓和降壓的轉(zhuǎn)換器、以及連接至所述轉(zhuǎn)換器并且將直流和交流相互轉(zhuǎn)換的逆變器，所述功率轉(zhuǎn)換器件利用經(jīng)所述逆變器轉(zhuǎn)換的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載， 其中，所述轉(zhuǎn)換器是根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)良散熱特性的電抗器。電抗器(1)配有通過(guò)纏繞繞組線(2w)而構(gòu)成的一個(gè)線圈(2)；布置在線圈(2)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)并且形成閉合磁路的磁芯(3)；以及用于容納線圈(2)和磁芯(3)的組裝體的外殼(4)。使線圈(2)的端面形狀為跑道的形狀，并且線圈(2)被容納在外殼(4)中使得線圈(2)的軸向與外殼(4)的外底面(41o)平行。線圈(2)的外周表面的一部分被磁芯(3)(外芯部(32))覆蓋，并且使得沒(méi)有被磁芯(3)覆蓋的部分與外殼(4)的內(nèi)底面(41i)接觸。由于線圈(2)的外周表面的一部分(主要為直線部分(22))與外殼(4)的內(nèi)底面(41i)直接接觸，所以線圈(2)的熱量能夠直接消散至外殼(4)，并且熱量能夠經(jīng)由外殼(4)消散至待安裝外殼(4)的物體，諸如水冷基座。因此，電抗器(1)具有優(yōu)良的散熱特性。
文檔編號(hào)H01F37/00GK102985987SQ20118003456
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者稻葉和宏 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社