專利名稱：感應設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種感應設備。
背景技術：
通常，鐵氧體芯和粉體芯使用于例如電抗器和變壓器的感應設備。在鐵氧體芯的情形下，可在芯之間設置空氣間隙來確保DC疊加特性。然而，空氣間隙的設置導致磁通損失的增大。另一方面，在粉體芯的情形下，由于粉體芯的粉末的低導磁率，需要增大線圈的纏繞匝數(shù)，使得銅損趨向于增大。日本專利申請公開2009-278025公開了一種作為感應設備的由鐵氧體芯和粉體芯制成以解決上述問題的細扼流線圈。該公開所公開的感應設備包括矩形框架狀鐵氧體芯和線圈纏繞在其上并插入在鐵氧體芯中的I型粉體芯。這種結構的感應設備確保了 DC疊加特性而不必在芯之間設置任何空氣間隙，并且防止了線圈纏繞匝數(shù)的增大。在包括鐵氧體芯和粉體芯的復合磁芯中，鐵氧體芯的飽和磁通密度隨著溫度而改變，使得鐵氧體芯應當優(yōu)選通過將鐵氧體芯固定到散熱器來冷卻。該公開的扼流線圈可通過將冷卻散熱器安裝到扼流線圈來冷卻。為此，扼流線圈的鐵氧體芯可以形成為排除鐵氧體芯的與粉體芯插入的那一側(cè)相對的一側(cè)上的開口，并且散熱器可安裝到鐵氧體芯的開口被排除的一側(cè)。然而，為了冷卻線圈以及粉體芯，需要將附加散熱器在其粉體芯側(cè)上安裝到扼流線圈。附加散熱器的設置使扼流線圈的結構復雜。如果散熱器固定到鐵氧體芯的側(cè)表面，則線圈的端表面可通過散熱器從鐵氧體芯的側(cè)表面冷卻。在上述扼 流線圈中，具有纏繞在其上的線圈的粉體芯需要從鐵氧體芯的橫向側(cè)組裝到鐵氧體芯。然而，該組裝方式是麻煩的。本發(fā)明的意圖是提供一種具有第一芯和其上纏繞有線圈的第二芯的感應設備，其中，第一芯和線圈可以從相同的方向冷卻，并且可以容易地執(zhí)行制造。

發(fā)明內(nèi)容
一種感應設備，包括由鐵氧體材料制成的第一芯、由導磁率比鐵氧體材料低并且飽和磁通密度比鐵氧體材料高的材料制成的第二芯、冷卻設備以及線圈。第一芯和第二芯配合而形成閉合磁路。第一芯包括由冷卻設備冷卻的接觸表面、以及延伸成與接觸表面相交且朝向第二芯的第一磁腿。第二芯包括第二磁腿，第二磁腿延伸成與接觸表面相交且朝向第一芯、并且設置成由線圈纏繞。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點通過結合附圖給出的下列描述而將變得明顯，所述附圖以舉例方式示出本發(fā)明原理。


本發(fā)明的被認為是新穎的特征在隨附的權利要求中具體提出。參照附圖和當前優(yōu)選實施方式的下列描述，本發(fā)明及其目的和優(yōu)點會得到最好地理解，在附圖中
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電抗器的示意性正視圖；圖1B是圖1A的電抗器的示意性俯視圖；圖1C是圖1A的電抗器的示意性右向側(cè)視圖；圖2是沿圖1A中的線A-A剖取的電抗器的示意性橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的替代實施方式的電抗器的示意性正視圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明 的另一替代實施方式的電抗器的示意性正視圖。
具體實施例方式下面將參照圖1A至IC對作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的感應設備的電抗器進行描述。電抗器總體上由附圖標記10表示并且包括作為冷卻設備的由鋁合金制成的散熱器板
11。為了描述方便起見，圖1B和IC中的雙頭箭頭Y1、圖1A和IB中的雙頭箭頭Y2以及圖1A和IC中的雙頭箭頭Y3分別表示電抗器10的寬度方向、電抗器10的縱向方向以及電抗器10的豎直方向。電抗器10還包括作為第一芯的固定到散熱器板11上表面處的第一 L型芯12、作為第二芯的固定地安裝到第一 L型芯12上表面處的第二 L型芯13、以及圍繞第二 L型芯13纏繞的線圈14。第一 L型芯12和第二 L型芯13配合而形成磁芯C。第一 L型芯12由諸如Mn-Zn鐵氧體或N1-Mn鐵氧體的鐵氧體材料制成。第一 L型芯12包括呈矩形形狀并且在如圖1B所示的縱向方向Y2上延伸的板部15。(第一 L型芯12的)板部15的下表面用作與散熱器板11接觸的接觸表面15A。第一 L型芯12還包括在如圖1A和IB所示的板部15左端處與板部15 —體地形成、并垂直于接觸表面15A (或者垂直于散熱器板11)和朝向第二 L型芯13 (或者向上)延伸的壁部16，使得第一 L型芯12呈如圖1A的正視圖所示的L形。壁部16用作第一 L型芯12—作為本發(fā)明的第一芯一的第一磁腿。壁部16形成為沿如圖1B所示的板部15的整個寬度延伸。第二 L型芯13是諸如Fe-Al-Si粉體的粉體材料、通過壓力模制而形成并包覆有絕緣樹脂。第二 L型芯13的粉體材料比第一 L型芯12的鐵氧體材料具有更低的導磁率和更高的飽和磁通密度。第二 L型芯13在如圖1B所示的平面圖中呈矩形形狀并且包括設置成與第一 L型芯12的板部15平行的板部17。第二 L型芯13的板部17的下表面在板部17左端處(如圖1A所示)與第一 L型芯12的壁部16的上表面接觸。第二 L型芯13還包括從板部17的下表面的右端朝向(或向下)并垂直于第一 L型芯12 (或接觸表面15A)延伸的方柱形式的腿部18，使得第二 L型芯13呈如圖1B的正視圖所示的L形。腿部18用作第二 L型芯13——作為本發(fā)明的第二芯——的第二磁腿。第二 L型芯13的腿部18的下表面在其右端處與第一 L型芯12的板部15的(面向第二 L型芯13的)上表面接觸。腿部18平行于第一 L型芯12的壁部16。參照圖2——其示出了沿圖1A中的線A-A剖取的橫截面圖，第二 L型芯13的板部17形成為使得其橫截面積(由陰影部分示出)小于第一 L型芯12的板部15的橫截面積(也由陰影部分示出)并且也小于第一 L型芯12的壁部16的垂直于其豎直方向Y3截取的截面積。第二 L型芯13的腿部18形成為使得第二 L型芯13的腿部18的垂直于其豎直方向Y3截取的截面積比第一 L型芯12的板部15的橫截面積小并且也比垂直于其豎直方向Y3截取的、第一 L型芯12的壁部16的截面積小。如圖1A、1B和IC所示，第二 L型芯13設置在第一 L型芯12沿其寬度方向Yl的中央并且沿縱向方向Y2延伸。第一 L型芯12和第二 L型芯13配合以形成在其正視圖中的矩形構架(環(huán)狀)形狀的磁芯C，如圖1A所示。盡管第一 L型芯12以與散熱器板11接觸的方式固定到散熱器板11，但是第二 L型芯13與散熱器板11間隔開而不與其接觸。第二 L型芯13的腿部18纏繞有由包覆例如聚氯乙烯的絕緣樹脂的銅線制成的線圈14。換句話說，第二 L型芯13固定到第一 L型芯12，使得腿部18穿過線圈14。線圈支撐構件IIA安裝到散熱器板11從而被包括在散熱器板11中、從散熱器板11的上表面朝向線圈14 (或向上)延伸并且熱連接到散熱器板11。線圈14以與線圈支撐構件IlA的上表面接觸的方式固定到線圈支撐構件IlA以防止線圈移位。在該實施方式中，線圈14纏繞了一匝。在線圈14圍繞第二 L型芯13的腿部18纏繞的本實施方式中，防止了第二 L型芯13在與腿部18的延伸方向相垂直的水平方向上移位。給線圈14通電致使電抗器10以如下方式形成閉合磁路磁通按從腿部18經(jīng)由板部17、壁部16和板部15而返回到腿部18這種順序流動或者按相反順序流動。換句話說，第一 L型芯12和第二 L型芯13配合以形成閉合磁路，并且第一 L型芯12的壁部16和第二 L型芯13的腿部18中的每個用作分別與第二 L型芯13和第一 L型芯12 —起形成磁路徑的單個磁腿。在該實施方式中，閉合磁路包括形成為穿過第一 L型芯12的第一磁路徑和形成為穿過第二 L型芯13的第二磁路徑。第二磁路徑的長度應當優(yōu)選小于磁芯C的閉合磁路的整個長度的50%。第 二 L型芯13的板部17和腿部18垂直于閉合磁路中的磁通方向截取的任意橫截面積小于第一 L型芯12的板部15和壁部16垂直于閉合磁路中的磁通方向截取的橫截面積。下面將參照圖1A、1B和IC描述電抗器10的制造或組裝方法。首先，將第一 L型芯12從上方安裝到散熱器板11并且將其以與散熱器板11接觸的方式固定到散熱器板11。將線圈14設置在第一 L型芯12的板部15(或散熱器板11)上方并將其固定到散熱器板11的線圈支撐構件11A，使得第二 L型芯13的腿部18能夠在第二 L型芯13設置在第一 L型芯12上時穿過線圈14，并且也使得線圈14的底部表面的一部分與散熱器板11的線圈支撐構件IlA的上表面接觸。接下來，在使得第二 L型芯13的腿部18穿過線圈14的位置處將第二 L型芯13從上方安裝到第一 L型芯12。因此，電抗器10被完全地組裝。在該實施方式中，第一 L型芯12、線圈14和第二 L型芯13按這種順序從上方安裝。換句話說，上述部件的組裝能夠從相對于散熱器板11的一個方向執(zhí)行，即，相應的部件從上方組裝。下面將描述電抗器10的操作。給線圈14通電致使線圈14、第一 L型線圈12和第二 L型線圈13產(chǎn)生磁通，由此產(chǎn)生熱量。由線圈14產(chǎn)生的熱量經(jīng)由線圈支撐構件IlA傳遞到散熱器板11并從散熱器板11釋放。線圈14熱連接到線圈支撐構件IlA并進而熱連接到散熱器板11，并且經(jīng)由線圈支撐構件IlA被散熱器板11冷卻。由第一 L型芯12產(chǎn)生的熱量通過接觸表面15A傳遞到散熱器板11并從散熱器板11釋放。具體地，第一 L型芯12和散熱器板11通過接觸表面15A熱連接，使得第一 L型芯12被散熱器板11冷卻。因此，接觸表面15A用作由散熱器板11冷卻的冷卻表面。由第二 L型線圈13產(chǎn)生的熱量通過第一 L型芯12傳遞到散熱器板11并從散熱器板11釋放。具體地，第二 L型線圈13和散熱器板11通過第一 L型芯12熱連接，使得第二 L型線圈13被散熱器板11冷卻。因此，在本實施方式中，第一 L型芯12和線圈14能夠從相同側(cè)一即第一 L型芯12 (或散熱器板11)側(cè)一被容易地冷卻。本發(fā)明的實施方式提供下列有益效果。( I)在該實施方式中，第一 L型芯12的壁部16形成為垂直于其用作冷卻表面的接觸表面15A并還朝向第二 L型芯13延伸。同時，第二 L型芯13的腿部18形成為垂直于第一 L型芯12的接觸表面15A并還朝向第一 L型芯12延伸。因此，第二 L型芯13能夠通過從上方一即朝向第一 L型芯12側(cè)、從第二 L型芯13側(cè)一安裝而組裝到第一 L型芯12。線圈14設置成圍繞第二 L型芯13的垂直于第一 L型芯12的接觸表面15A并還朝向第一L型芯12延伸的腿部18纏繞，使得可將線圈14容易地設置在散熱器板11上方(或第一 L型芯12上方)。因此，第一 L型芯12和設置成圍繞第二 L型芯13纏繞的線圈14能夠從相同側(cè)一即從散熱器板11側(cè)一被容易地冷卻，而且電抗器10還能夠被容易地制造。(2)第二 L 型芯13的腿部18設置成被線圈14纏繞。第二 L型芯13的腿部18形成為使得其垂直于閉合磁路中磁通的流動方向截取的橫截面積小于第一 L型芯12的橫截面積。因此，給定匝數(shù)的線圈14的繞組線的長度能夠被減小。第二 L型芯13由飽和磁通密度比鐵氧體材料更大的粉體材料制成，使得腿部18處的磁通的飽和能夠被限制。(3)第一 L型芯12和第二 L型芯13中的每個芯是具有單個磁腿的L型芯。因此，各個芯的結構是簡單的，使得能夠便于芯的制造。(4)通過線圈14來防止第二 L型芯13在與腿部18的延伸方向相垂直的方向上移位。因此，能夠防止第二 L型芯13的運動而不必設置任何附加的限制構件。(5)能夠通過散熱器板11有效地冷卻由鐵氧體材料制成并直接固定到散熱器板11的第一 L型芯12，使得能夠?qū)︼柡痛磐芏鹊母淖冞M行限制。(6)由鐵氧體材料制成的第一 L型芯12和由粉體材料制成的第二 L型芯13配合以形成磁芯C。在L型芯使用于第二芯的實施方式中，可將第二 L型芯13的磁路徑的長度制成更小，并且因此，與U型芯代替L型芯使用于第二芯的的情形相比，可以提高電感。同時，在L型芯使用于第一芯的實施方式中，與I型芯代替L型芯使用于第一芯的情形相比，第一 L型芯12的磁路徑的長度增大。然而，由比用于第二 L型芯13的粉體材料具有更高的導磁率的鐵氧體材料制成的第一 L型芯12限制電抗器10的電感減小。因此，在確保電抗器10的組裝和冷卻的容易性的情況下，根據(jù)本實施方式的電抗器10具有提高的電感。(7)通常，粉體材料比鐵氧體材料更昂貴。在由粉體材料制成的L型芯13形成為L型芯的實施方式中，與U型芯使用于第二芯的情形相比，用于第二芯的粉體材料的使用更少，結果可以減小成本。(8)在固定到散熱器版11的第一 L型芯12是L型并且線圈14設置在第一 L型芯12的板部15上方的實施方式中，將線圈14設置在第一芯上方的自由度大于E型芯使用于第一芯的情形，因此便于線圈14的安裝。此外，在設置線圈14之后被安裝且具有腿部18的第二 L型芯13可以被容易地安裝。在具有用于第一芯的I型芯的電抗器中，與L型芯使用于第一芯的情形相比，設置線圈14的自由度可以進一步增大并且組裝線圈14的容易性可以進一步提高。然而，I型芯使用于第一芯導致第二 L型芯13的磁路徑的長度相對于磁路的整個長度增大，由此減小了導磁率，使得第二 L型芯13的橫截面積需要增大以便增大導磁率。因此，需要將線圈14的繞組線制成更長。在該實施方式中，第一 L型芯12和第二L型芯13都由L型芯制成，使得上述問題能夠得到適當?shù)亟鉀Q。本發(fā)明不局限于上述實施方式，而是可以以如下示例的各種方式實施。如在圖3中用雙點劃線所示出的，第一 L型芯12可在其壁部16的底緣處形成有沿第一 L型芯12的整個寬度延伸的斜切表面21A或倒圓表面22A。類似地，斜切表面21B或倒圓表面22B可在第二 L型芯13的腿部18的頂緣處形成以沿其整個寬度延伸。如圖3所示，第一 L型芯12和第二 L型芯13可以變型為分別在其沿縱向方向Y2的相對端處具有一對壁部16和一對腿部18的U型芯。作為另一變型，U型芯中的任一個可由L型芯代替。然而，根據(jù)圖1A、1B、1C和圖2的實施方式的電抗器10在電抗器10的制造容易性方面具有優(yōu)勢。如圖4所示，第一 L型芯12和第二 L型芯13可以以第二 L型芯13的板部17的左端(如圖所示)連結到第一 L型芯12的壁部16的上端的右側(cè)表面的方式進行變型。換句話說，第二 L型芯13的板部17的左端和腿部18的底端與第一 L型芯12接觸地連結。然而，根據(jù)圖1A、1B、1C和圖2的實施方式的電抗器10在電抗器10的組裝穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。電抗器10可以以第二 L型芯13的腿部18的下端的左側(cè)表面與第一 L型芯12的板部15的右端表面接觸的方式布置。換句話說，第二 L型芯13的板部17的左端和腿部18的下端的左側(cè)表面與第一 L型芯12接觸地連結。然而，根據(jù)圖1A、1B、1C和圖2的實施方式的電抗器10在電抗器10的組裝穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。第一 L型芯12的壁部16不必延伸成與第一 L型芯12的接觸表面15A或散熱器板11垂直。具體地，電抗器10可以形成為使得第一 L型芯12的壁部16相對于接觸表面15A傾斜。壁部16可形成為與接觸表面15A相交并朝向第二 L型芯13傾斜。第二 L型芯13的腿部18不必延伸成與第二 L型芯13的板部17或散熱器板11垂直。具體地，電抗器10可以形成為使得腿部18相對于接觸表面15A傾斜。腿部18可以形成為與接觸表面15A相交并朝向第一 L型芯12傾斜。線圈14的纏繞匝數(shù)可多于一匝。線圈14可以是平面線圈并通過釬焊固定到線路板。在該情形下，由絕緣材料制成的構件可以設置在線圈14與第二 L型芯13的腿部18之間以防止第二 L型芯13移位?？刹煌ㄟ^線圈14防止第二 L型芯13移位。在該情形下，第二 L型芯13應當優(yōu)選通過朝向第一 L型芯12推壓第二 L型芯13的任何保持件固定。多個例如電抗器10的電抗器可設置在例如散熱器板11的散熱器板上由此形成例如感應設備的電設備。在制作具有預定數(shù)量(至少兩個)的電抗器10的感應設備中，首先將預定數(shù)量的例如第一 L型芯12的第一 L型芯連結到散熱器板11。接下來，將其上安裝有預定數(shù)量的例如線圈14的線圈的單個線路板設置在第一 L型芯12的板部15上，使得線圈14針對其對應的第一 L型芯12定位 。然后，例如第二 L型芯13的第二 L型芯設置成使得第二 L型芯13的腿部18穿過相應的線圈14，結果完成了各個電抗器10。在上述感應設備中，與E型芯使用于第一 L型芯12并固定到散熱器板11的情形相比，線圈14可容易地安裝在單個線路板上并且多個電抗器10可以高效地形成。多個電抗器中的一部分電抗器或全部電抗器可用作具有多個線圈14的變壓器。第一 L型芯12可通過不同于散熱器板11的任何冷卻設備冷卻。例如，在其中容置有電抗器10使得第一 L型芯12安裝成與外殼接觸的該外殼可用作冷卻設備。可替代地，第一 L型芯12可通過對該芯鼓吹制冷劑來冷卻。第二 L型芯13可由在其表面涂覆有絕緣樹脂的金屬玻璃粉末制成并且通過壓力模制而形成為期望芯形。第一 L型芯12的壁部16和第二 L型芯13的腿部18可形成為具有圓形形狀或其他任何合適形狀的橫截面。類似地，第一 L型芯12的板部15和第二 L型芯13的板部17可以形成為具有六邊形形狀或其他任何合適形狀的橫截面?？稍诘谝?L型芯12的壁部16與第二 L型芯13之間、或在第二 L型芯13的腿部18與第一 L型芯12之間設置磁膏或磁片。換句話說，可插置有任何合適的構件而不允許第一芯和第二芯彼此直接接觸。本發(fā)明可應用于作為具有多個`線圈14的感應設備的變壓器。
權利要求
1.一種感應設備，包括 第一芯，所述第一芯由鐵氧體材料制成； 第二芯，所述第二芯由導磁率比所述鐵氧體材料低并且飽和磁通密度比所述鐵氧體材料高的材料制成，其中，所述第一芯和所述第二芯配合而形成閉合磁路； 冷卻設備；以及 線圈，其特征在于，所述第一芯包括 接觸表面，所述接觸表面由所述冷卻設備冷卻；以及 第一磁腿，所述第一磁腿延伸成與所述接觸表面相交且朝向所述第二芯，其中，所述第二芯包括 第二磁腿，所述第二磁腿延伸成與所述接觸表面相交且朝向所述第一芯，并且所述第二磁腿設置成由所述線圈纏繞。
2.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述第一芯的所述第一磁腿的垂直于所述閉合磁路中的磁通方向截取的任意橫截面積大于所述第二芯的所述第二磁腿的垂直于所述閉合磁路中的磁通方向截取的任意橫截面積。
3.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述第一芯和所述第二芯中的每個均是具有單個磁腿的L型芯。
4.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，通過所述線圈而防止所述第二芯在與所述第二磁腿的延伸方向相垂直的方向上移位。
5.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其中，所述閉合磁路包括形成為穿過所述第一芯的第一磁路徑以及形成為穿過所述第二芯的第二磁路徑，其特征在于，所述第二磁路徑的長度小于所述閉合磁路的整個長度的50%。
6.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述冷卻設備包括朝向所述線圈延伸并且與所述線圈熱連接的線圈支撐構件。
7.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述第一磁腿的端部與所述第二芯接觸，并且所述第二磁腿的端部與所述第一芯接觸。
8.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述第二芯設置成使得所述第二芯的所述第二磁腿穿過所述線圈。
9.根據(jù)權利要求1所述的感應設備，其特征在于，所述第一芯的所述接觸表面與所述冷卻設備接觸。
全文摘要
一種感應設備，包括由鐵氧體材料制成的第一芯、由導磁率比鐵氧體材料低并且飽和磁通密度比鐵氧體材料高的材料制成的第二芯、冷卻設備以及線圈。第一芯和第二芯配合而形成閉合磁路。第一芯包括由冷卻設備冷卻的接觸表面、以及延伸成與接觸表面相交且朝向第二芯的第一磁腿。第二芯包括第二磁腿，第二磁腿延伸成與接觸表面相交且朝向第一芯、并且設置成由線圈纏繞。
文檔編號H01F27/24GK103065770SQ201210395270
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者謝爾蓋·莫伊謝耶夫, 小池靖弘 申請人:株式會社豐田自動織機