电抗器和电力转换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电抗器和电力转换器。电抗器包括：磁芯(72；720)；围绕磁芯(72；720)缠绕的第一线圈(80)；围绕磁芯(72；720)缠绕的第二线圈(90)；以及磁体(100)，该磁体(100)设置在第一线圈(80)与第二线圈(90)之间、与磁芯(72；720)分离，并且降低第一线圈(80)与第二线圈(90)之间的耦合系数。
【专利说明】电抗器和电力转换器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电抗器和电力转换器。
【背景技术】
[0002]例如，日本专利申请公布第2005-057925号(JP2005-057925A)描述了一种复杂的谐振型转换器:其利用大约1.5mm的隔离转换器变压器的间隙长度将耦合系数降低至0.79。
[0003]在JP2005-057925A中所描述的结构通过在线圈之间的间隙长度的尺寸控制来降低耦合系数。
【发明内容】
[0004]然而，采用在JP2005-057925A中所描述的结构，当施加到线圈的电流值增加时，漏通量因此而增加，所以耦合系数降低。换言之，耦合系数随着施加到线圈的电流值的改变而改变。因此，本发明提供了一种能够降低伴随着施加到线圈的电流值的改变的耦合系数的改变量的电抗器和电力转换器。
[0005]本发明的第一方面涉及一种电抗器，该电抗器包括:磁芯；围绕磁芯缠绕的第一线圈；围绕磁芯缠绕的第二线圈；以及磁体，该磁体设置在第一线圈与第二线圈之间、与磁芯分离，并且降低第一线圈与第二线圈之间的耦合系数。
[0006]在以上所述的方面中，磁体可以形成磁路，使得当第一线圈通电时所形成的磁通量的一部分不会流入第二线圈。
[0007]在以上所述的方面中，磁芯可以限定彼此平行的第一轴和第二轴；第一线圈可以围绕第一轴缠绕；第二线圈可以围绕第二轴缠绕；以及磁体可以在与第一轴垂直的方向上设置在第一线圈与第二线圈之间。
[0008]在以上所述的方面中，在与第一轴和第二轴平行的方向上在磁体与磁芯之间可以形成有间隙。
[0009]在以上所述的方面中，间隙的尺寸可以是使得在所述第一线圈通电时的通电电流在预定范围内时所述耦合系数保持恒定的尺寸。
[0010]在以上所述的方面中，第一线圈和第二线圈可以围绕同一轴缠绕、在轴向方向上彼此分离，并且磁体可以在轴向方向上设置在第一线圈与第二线圈之间。
[0011]本发明的第二方面涉及一种电力转换器，该电力转换器包括:一次侧电路和通过变压器磁耦合到一次侧电路的二次侧电路，该一次侧电路包括第一电抗器，该第一电抗器包括:第一磁芯；围绕第一磁芯缠绕的第一线圈；围绕第一磁芯缠绕的第二线圈;以及第一磁体，该第一磁体设置在第一线圈与第二线圈之间、与第一磁芯分离，并且降低第一线圈与第二线圈之间的耦合系数；该二次侧电路包括第二电抗器:该第二电抗器包括:第二磁芯；围绕第二磁芯缠绕的第三线圈；围绕第二磁芯缠绕的第四线圈；以及第二磁体，该第二磁体设置在第三线圈与第四线圈之间、与第二磁芯分离，并且降低第三线圈与第四线圈之间的耦合系数。
[0012]根据以上所述的方面，可以获得一种能够降低伴随着施加到线圈的电流值的改变的耦合系数的改变量的电抗器和电力转换器。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]以下将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业显著性，在附图中相似的数字标示相似的元件，以及其中:
[0014]图1是根据本发明的第一示例实施例的电力转换器的结构的框图；
[0015]图2是根据本发明的第一示例实施例的电抗器的透视图；
[0016]图3是在沿着包括电抗器的磁芯元件的U型平面的表面的横截面处的截面图；
[0017]图4是耦合系数与电流(即，施加到第一线圈和第二线圈的电流)之间的关系的分析结果的视图；
[0018]图5A和图5B是不出了漏通量与稱合通量之间的关系的视图；
[0019]图6是磁体的安装方法的一个示例的视图；
[0020]图7是磁体的安装方法的另一示例的视图；
[0021]图8是根据本发明的第二示例实施例的电抗器的截面图；以及
[0022]图9是根据本发明的第三示例实施例的电抗器的截面图。
【具体实施方式】
[0023]在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例实施例。
[0024]图1是根据本发明的第一示例实施例的电力转换器10的结构的框图。该电力转换器10可以安装在例如汽车的车辆中，并且例如可以由将电力分配到车载负载的系统所使用。
[0025]作为一次侧端口，电力转换器10包括例如:一次侧高压系统负载61a与其连接的第一输入/输出端口 60a,以及一次侧低压系统负载61c和一次侧低压系统电源62c与其连接的第二输入/输出端口 60c。一次侧低压系统电源62c将电力提供给与一次侧低压系统电源62c工作在相同电压系统(如12V系统)上的一次侧低压系统负载61c。另外,一次侧低压系统电源62c将由设置在电力转换器10中的一次侧转换器电路20升压的电力提供给在与一次侧低压系统电源62c工作在不同的电压系统(如高于12V系统的48V系统)上的一次侧高压系统负载61a。一次侧低压系统电源62c的一个具体示例为例如铅电池的二次电池。
[0026]电力转换器10是下述电力转换器电路:其具有以上所述的四个输入/输出端口，并且当选择四个输入/输出端口中的任意两个端口时在该两个端口之间执行电力转换。
[0027]端口电力Pa、Pc、Pb以及Pd分别是第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b以及第四输入/输出端口 60d的输入/输出电力(输入电力或输出电力)。端口电压Va、Vc、Vb以及Vd分别是第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b以及第四输入/输出端口 60d的输入/输出电压(输入电压或输出电压)。端口电流Ia、Ic、Ib以及Id分别是第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c、第三输入/输出端口 60b以及第四输入/输出端口 60d的输入/输出电流(输入电流或输出电流)。
[0028]电力转换器10包括针对第一输入/输出端口 60a所设置的电容器Cl、针对第二输入/输出端口 60c所设置的电容器C3、针对第三输入/输出端口 60b所设置的电容器C2以及针对第四输入/输出端口 60d所设置的电容器C4。电容器Cl、C2、C3以及C4的一些具体示例为薄膜型电容器、铝电解电容器、陶瓷电容器以及固体聚合物电容器。
[0029]电容器Cl插入在第一输入/输出端口 60a的高电势侧的端子613与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电势侧的端子614之间。电容器C3插入在第二输入/输出端口 60c的高电势侧的端子616与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电势侧的端子614之间。电容器C2插入在第三输入/输出端口 60b的高电势侧的端子618与第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的低电势侧的端子620之间。电容器C4插入在第四输入/输出端口 60d的高电势侧的端子622与第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口 60d的低电势侧的端子620之间。
[0030]电力转换器10是下述电力转换器电路:其包括一次侧转换器电路20和二次侧转换器电路30。一次侧转换器电路20和二次侧转换器电路30经由一次侧磁耦合电抗器204和二次侧磁耦合电抗器304连接在一起，并且通过变压器400 (中心抽头变压器)磁耦合。[0031 ] 一次侧转换器电路20是下述一次侧电路:其包括一次侧全桥电路200、第一输入/输出端口 60a以及第二输入/输出端口 60c。一次侧全桥电路200是一次侧电力转换部分，包括:变压器400的一次侧线圈202、一次侧磁耦合电抗器204、一次侧第一上臂U1、一次侧第一下臂/U1、一次侧第二上臂Vl以及一次侧第二下臂/VI。在此，一次侧第一上臂U1、一次侧第一下臂/U1、一次侧第二上臂Vl以及一次侧第二下臂/Vl均为开关元件，其每个包括例如N沟道类型MOSFET以及作为MOSFET的寄生装置的体二极管。可以另外地将二极管并联到 MOSFET。
[0032]一次侧全桥电路200包括连接到在第一输入/输出端口 60a的高电势侧的端子613的一次侧正总线298，以及连接到在第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口60c的低电势侧的端子614的一次侧负总线299。
[0033]将一次侧第一上臂Ul串联连接到一次侧第一下臂/Ul的一次侧第一臂电路207附接在一次侧正总线298与一次侧负总线299之间。该一次侧第一臂电路207是能够响应于一次侧第一上臂Ul和一次侧第一下臂/Ul的0N/0FF开关操作来进行电力转换操作的一次侧第一电力转换器电路部分(即，一次侧U相电力转换器电路部分)。此外，将一次侧第二上臂Vl串联连接到一次侧第二下臂/Vl的一次侧第二臂电路211与一次侧第一臂电路207并联地附接在一次侧正总线298与一次侧负总线299之间。该一次侧第二臂电路211是能够响应于一次侧第二上臂Vl和一次侧第二下臂/Vl的0N/0FF开关操作来进行电力转换操作的一次侧第二电力转换器电路部分(即，一次侧V相电力转换器电路部分)。
[0034]一次侧线圈202和一次侧磁耦合电抗器204设置在将一次侧第一臂电路207的中点207m连接到一次侧第二臂电路211的中点211m的桥部分上。现在将更详细地描述此桥部分的连接。一次侧磁耦合电抗器204的一次侧第一电抗器204a的一端连接到一次侧第一臂电路207的中点207m。另外，一次侧线圈202的一端连接到一次侧第一电抗器204a的另一端。此外，一次侧磁耦合电抗器204的一次侧第二电抗器204b的一端连接到一次侧线圈202的另一端。然后，一次侧第二电抗器204b的另一端连接到一次侧第二臂电路211的中点211m。一次侧磁耦合电抗器204包括一次侧第一电抗器204a，以及以耦合系数Ic1磁耦合到一次侧第一电抗器204a的一次侧第二电抗器204b。
[0035]中点207m是在一次侧第一上臂Ul与一次侧第一下臂/Ul之间的一次侧第一中间节点，并且中点211m是在一次侧第二上臂Vl与一次侧第二下臂/Vl之间的一次侧第二中间节点。
[0036]第一输入/输出端口 60a是在一次侧正总线298与一次侧负总线299之间所设置的端口。第一输入/输出端口 60a包括端子613和端子614。第二输入/输出端口 60c是在一次侧负总线299与一次侧线圈202的中心抽头202m之间所设置的端口。第二输入/输出端口 60c包括端子614和端子616。
[0037]中心抽头202m连接到在第二输入/输出端口 60c的高电势侧的端子616。中心抽头202m是由一次侧线圈202所形成的一次侧第一绕组202a和一次侧第二绕组202b的中间连接点。
[0038]二次侧转换器电路30是下述二次侧电路:其包括二次侧全桥电路300、第三输入/输出端口 60b以及第四输入/输出端口 60d。二次侧全桥电路300是二次侧电力转换部分，包括:变压器400的二次侧线圈302、二次侧磁耦合电抗器304、二次侧第一上臂U2、二次侧第一下臂/U2、二次侧第二上臂V2以及二次侧第二下臂/V2。在此，二次侧第一上臂U2、二次侧第一下臂/U2、二次侧第二上臂V2以及二次侧第二下臂/V2均为开关元件，其每个包括例如N沟道类型MOSFET以及作为MOSFET的寄生装置的体二极管。
[0039]二次侧全桥电路300包括连接到在第三输入/输出端口 60b的高电势侧的端子618的二次侧正总线398，以及连接到在第三输入/输出端口 60b和第四输入/输出端口60d的低电势侧的端子620的二次侧负总线399。
[0040]将二次侧第一上臂U2串联连接到二次侧第一下臂/U2的二次侧第一臂电路307附接在二次侧正总线398与二次侧负总线399之间。该二次侧第一臂电路307是能够响应于二次侧第一上臂U2和二次侧第一下臂/U2的0N/0FF开关操作来进行电力转换操作的二次侧第一电力转换器电路部分(即，二次侧U相电力转换器电路部分)。此外，将二次侧第二上臂V2串联连接到二次侧第二下臂/V2的二次侧第二臂电路311与二次侧第一臂电路307并联地附接在二次侧正总线398与二次侧负总线399之间。该二次侧第二臂电路311是能够响应于二次侧第二上臂V2和二次侧第二下臂/V2的0N/0FF开关操作来进行电力转换操作的二次侧第二电力转换器电路部分(即，二次侧V相电力转换器电路部分)。
[0041]二次侧线圈302和二次侧磁耦合电抗器304设置在将二次侧第一臂电路307的中点307m连接到二次侧第二臂电路311的中点311m的桥部分上。现在将更详细地描述此桥部分的连接。二次侧磁耦合电抗器304的二次侧第一电抗器304a的一端连接到二次侧第一臂电路307的中点307m。另外，二次侧线圈302的一端连接到二次侧第一电抗器304a的另一端。此外，二次侧磁耦合电抗器304的二次侧第二电抗器304b的一端连接到二次侧线圈302的另一端。然后，二次侧第二电抗器304b的另一端连接到二次侧第二臂电路311的中点311m。二次侧磁耦合电抗器304包括二次侧第一电抗器304a，以及以耦合系数k2磁耦合到二次侧第一电抗器304a的二次侧第二电抗器304b。
[0042]中点307m是在二次侧第一上臂U2与二次侧第一下臂/U2之间的二次侧第一中间节点，并且中点311m是在二次侧第二上臂V2与二次侧第二下臂/V2之间的二次侧第二中间节点。
[0043]第三输入/输出端口 60b是在二次侧正总线398与二次侧负总线399之间所设置的端口。第三输入/输出端口 60b包括端子618和端子620。第四输入/输出端口 60d是在二次侧负总线399与二次侧线圈302的中心抽头302m之间所设置的端口。第四输入/输出端口 60d包括端子620和端子622。
[0044]中心抽头302m连接到在第四输入/输出端口 60d的高电势侧的端子622。中心抽头302m是由二次侧线圈302所形成的二次侧第一绕组302a和二次侧第二绕组302b的中间连接点。
[0045]在此，将描述一次侧转换器电路20的升压/降压功能。关注第二输入/输出端口60c和第一输入/输出端口 60a,第二输入/输出端口 60c的端子616经由一次侧第一绕组202a和串联连接到一次侧第一绕组202a的一次侧第一电抗器204a连接到一次侧第一臂电路207的中点207m。另外，一次侧第一臂电路207的两端都连接到第一输入/输出端口60a,所以升压/降压电路附接在第二输入/输出端口 60c的端子616与第一输入/输出端口 60a之间。
[0046]此外，第二输入/输出端口 60c的端子616经由一次侧第二绕组202b和串联连接到一次侧第二绕组202b的一次侧第二电抗器204b连接到一次侧第二臂电路211的中点211m。另外，一次侧第二臂电路211的两端都连接到第一输入/输出端口 60a，所以升压/降压电路并联地附接在第二输入/输出端口 60c的端子616与第一输入/输出端口 60a之间。二次侧转换器电路30是与一次侧转换器电路20基本上具有相同结构的电路，所以两个升压/降压电路并联地连接在第四输入/输出端口 60d的端子622与第三输入/输出端口 60b之间。因此，二次侧转换器电路30具有类似于一次侧转换器电路20的升压/降压功能。
[0047]接下来，将描述本发明的电抗器。以下所描述的电抗器能够优选地被用于以上所述的电力转换器10。例如，电抗器可以被用作一次侧磁耦合电抗器204，或可以被用作二次侧磁I禹合电抗器304。在以下的说明中，作为不例，电抗器将被描述为形成一次侧磁I禹合电抗器204的电抗器。
[0048]图2是根据本发明的一个不例实施例(第一不例实施例)的电抗器70A的透视图。图3是电抗器70A的截面图(即，沿着磁芯元件72a和72b的横截面为U型的方向上的截面图)。
[0049]电抗器70A包括磁芯72、第一线圈80、第二线圈90以及磁体100。
[0050]磁芯72可以由任何合适的磁性材料(例如，包括如铁素体的铁氧化物的材料)制成。在图2所示的示例中，磁芯72包括两个磁芯元件72a和72b。这些磁芯元件72a和72b均为U型芯，并且被布置为以形成槽72c的方式彼此面对。在此结构中，针对这些磁芯元件72a和72b可以使用相同部件。可以通过将U型芯与I型芯进行组合来形成磁芯72，或磁芯72可以是环型芯。另外，磁芯72可以是通过冲压所形成的芯或可以是层压的芯。
[0051]第一线圈80以穿过槽72c的方式围绕磁芯72的第一支柱部分73a而缠绕。在这种情况下，第一支柱部分73a限定了第一轴，第一线圈80围绕第一轴而缠绕。第二线圈90以穿过槽72c的方式围绕磁芯72的第二支柱部分73b而缠绕。第二支柱部分73b限定了第二轴，第二线圈90围绕第二轴而缠绕。在以下的说明中，X方向对应于与第一轴和第二轴平行的方向。
[0052]第一线圈80和第二线圈90通常由相同的材料制成。第一线圈80和第二线圈90各自优选地由具有矩形横截面的扁平线形成，与具有圆形横截面的细圆线相比，具有矩形横截面的扁平线能够处理更大的电流。然而，第一线圈80和第二线圈90还可以各自由具有圆形横截面的细圆线形成。另外，第一线圈80和第二线圈90可以各自具有单层绕组结构，或多层绕组结构。
[0053]磁体100可以由任何合适的磁性材料(例如，包括如铁素体的铁氧化物的材料)制成。磁体100在Y方向上设置在第一线圈80与第二线圈90之间。Y方向在磁芯元件72a和72b的U型平面中垂直于第一支柱部分73a(和第二支柱部分73b)的延伸方向(即，X方向)。磁体100具有降低第一线圈80与第二线圈90之间的耦合系数的功能。磁体100的形状可以是任何合适的形状，并且不限于具有降低第一线圈80与第二线圈90之间的耦合系数的功能。在图2所示的示例中，磁体100是平板型构件(Y方向为法线的平板)，并且被布置在磁芯72的槽72c中。当磁体100是平板型构件时，板厚度例如可以是大约0.1mm。磁体100在Z方向上的延伸范围是任意的。例如，磁体100可以在磁芯72的两个端面之间的槽72c内侧在Z方向上延伸(参见图2)，或可以以从磁芯72的两个端面沿着Z方向突出的方式在Z方向上延伸，或可以以比磁芯72的两个端面在Z方向上待在更内侧的方式在Z方向上延伸。
[0054]图4是示出了耦合系数与电流(即，施加到第一线圈80和第二线圈90的电流)之间的关系的分析结果的视图。图5A和图5B是示出了当第二线圈90通电时漏通量与耦合通量之间的关系的视图。图5A是比较例的情况的视图，而图5B是采用示例实施例的情况的视图。图4是示出了基于由发明人进行的CAE(计算机辅助工程)分析的分析结果的视图。图4还示出了用于比较的比较例的分析结果的视图。比较例被形成为未采用磁体100。即，比较例与减去磁体100的电抗器70A具有相同的结构。耦合系数指示由一个线圈所生成的磁通量与另一线圈相联系的百分比。在此，描述当第二线圈90通电时漏通量与耦合通量之间的关系。当第一线圈80通电时漏通量与耦合通量之间的关系基本上相同。
[0055]通过比较例，当相对低的电流施加到第二线圈90时，生成稱合通量,如图5A中的框格式所示。此时，通过比较例，如图5A所示在第一线圈80与第二线圈90之间在Y方向上存在空气间隙，所以流动通过此空气间隙的漏通量较小(由虚线的框格式示出)。因此，通过比较例，耦合系数相对高(近似96% )，如图4所示。
[0056]另一方面,通过示例实施例，当相对低的电流施加到第二线圈90时,生成稱合通量和漏通量，如图5B中以框格式示出。通过示例实施例，如图5B所示,磁体100在Y方向上设置在第一线圈80与第二线圈90之间，所以磁体100形成了磁路，使得漏通量增加。因此，通过此示例实施例，耦合系数相对低(大约90%)，如图4所示。以这种方式，通过示例实施例，通过在第一线圈80与第二线圈90之间在Y方向上设置磁体100，与比较例相比，可以降低在低电流区域中的耦合系数。当一次侧磁耦合电抗器204具有电流滤波功能时，这种低耦合系数是尤其优选的。
[0057]另外，通过比较例，当施加到第二线圈90的电流增加时，通过空气的磁通量(漏通量)的百分比逐渐地增加(流动通过磁芯72的磁通量的百分比逐渐地减小)，所以耦合系数下降，如图4所示。例如，通过图4所示的示例，当电流增加到使用范围的最大值(参见虚线)时，耦合率改变了(即，下降了)多于1%。
[0058]另一方面,通过示例实施例，当施加到第二线圈90的电流增加时,流动通过磁芯72的磁通量的百分比和流动通过磁体100的磁通量的百分比两者均增加，所以耦合系数基本上保持为常数，如图4所示。S卩，磁芯72的漏通量的百分比的增加被流动通过磁体100的磁通量的百分比的下降抵消，所以耦合系数基本上保持为常数。作为结果，通过示例实施例，可以从低电流区域到高电流区域(贯穿使用范围的整个区域)使得耦合系数为常数。在此，术语“常数”意味着不是严格的常数，而是波动保持在小于I %的范围内(参见图4)。
[0059]图4所示的特性依赖于磁芯72的组成(例如，磁饱和时的电流值)、磁体100的磁饱和特性(例如，磁饱和时的电流值)以及在磁芯72与磁体100之间在X方向上的空隙量(amount of clearance) Δ (参见图3)等。因此,例如,如I禹合系数贯穿使用范围的整个区域为常数的特性(即，电流与耦合系数之间的关系)还可以通过调整空隙量△而实现。在磁芯72与磁体100之间在X方向上的空隙量Λ越小，则磁体100越快地变为饱和(B卩，磁饱和时的电流值变得越低)。
[0060]图6是磁体100的安装方法的示例的视图。
[0061]在图6所示的示例中，磁体100是与绕线器(bobbin) 110整体地形成的(插入塑模)。绕线器110的树脂部分包括第一线圈保持部分112、第二线圈保持部分114、基体部分116以及覆盖部分118。第一线圈保持部分112和第二线圈保持部分114以在X方向上延伸的方式直立在基体部分116上。第一线圈保持部分112和第二线圈保存部分114均具有中空圆柱形状。对应于第一线圈保持部分112和第二线圈保持部分114的中空部分的通孔116a和116b形成在基体部分116中。覆盖部分118覆盖磁体100。第一线圈80和第二线圈90分别地围绕第一线圈保持部分112和第二线圈保持部分114的外周缠绕。另外，磁芯72的第一支柱部分73a和第二支柱部分73b分别地插入到第一线圈保持部分112和第二线圈保持部分114的中空部分。
[0062]在一个电抗器70A中可以仅使用一个绕线器110，或在一个电抗器70A中可以使用两个绕线器110。当使用两个绕线器110时，两个绕线器110可以布置为彼此面对，而基体部分116在X方向上对齐。在这种情况下，磁芯元件72a和72b两者在X方向上从两个绕线器110的两侧附接。
[0063]图7是示出了磁体100的安装方法的另一示例的视图。
[0064]磁体100可以通过粘合剂或胶带等黏着到线圈中的任一个，即，第一线圈80或第二线圈90。在图7所示的示例中，磁体100黏着到第一线圈80的外周表面(S卩，在Y方向上与第二线圈90相对的外周表面)。绝缘层121和122在Y方向上形成在磁体100的两个表面上。例如，可以通过施加具有10 μ m或更厚的厚度的树脂涂层或带状绝缘材料来形成绝缘层121和122。如果磁体100通过胶带黏着到第一线圈80的外周表面，则可以省略绝缘层121。
[0065]图8是根据本发明的另一示例实施例(第二示例实施例)的电抗器70B的截面图，并且对应于以上所述的第一示例实施例的图3。
[0066]就第一线圈80和第二线圈90的布置而言，电抗器70B与以上所述的第一不例实施例中的电抗器70A不同。因此，布置磁体100的方式不同于以上所述的第一示例实施例的布置磁体100的方式。其他结构可以与在第一示例实施例中相同。
[0067]更具体地，第一线圈80以穿过槽72c的方式围绕磁芯72的第二支柱部分73b缠绕。第二线圈90也以穿过槽72c的方式围绕磁芯72的第二支柱部分73b缠绕。第一线圈80和第二线圈90围绕同一轴缠绕，在X方向上分离。在图8所示的示例中，第一线圈80和第二线圈90围绕磁芯72的第二支柱部分73b缠绕，但是其也可以围绕第一支柱部分73a缠绕。
[0068]磁体100在X方向上设置在第一线圈80与第二线圈90之间。在图8所示的示例中，磁体100类似地布置在磁芯72的槽72c内侧。磁体100具有以X轴为法线的平板形状。如在以上所述的第一示例实施例中所描述地，磁体100具有降低第一线圈80与第二线圈90之间的耦合系数的功能。
[0069]根据第二示例实施例的电抗器70B也能够获得与由根据以上所述的第一示例实施例的电抗器70A所获得的这些效果类似的效果。即，通过第二示例实施例，通过在第一线圈80与第二线圈90之间设置磁体100，能够抑制耦合系数关于通电电流的改变的改变，而同时降低耦合系数。作为结果，能够使得从低电流区域到高电流区域(贯穿使用范围的整个区域)耦合系数为常数。
[0070]同样地在第二示例实施例中，例如，如耦合系数贯穿使用范围的整个区域为常数的特性(电流与耦合系数之间的关系)还可以通过调整空隙量Λ 2(在磁体100与磁芯72之间在Y方向上的空隙)而实现。
[0071]图9是根据本发明的又一示例实施例(第三示例实施例)的电抗器70C的截面图，并且对应于以上所述的第一示例实施例的图3。
[0072]电抗器70C与在以上所述的第一示例实施例中的电抗器70Α的主要不同之处在于:磁芯720由E-形芯形成。因此，布置第一线圈80、第二线圈90以及磁体100的方式不同于在以上所述的第一不例实施例中布置第一线圈80、第二线圈90以及磁体100的方式。其他结构可以与在第一示例中相同。
[0073]磁芯720包括两个磁芯元件720a和720b。磁芯元件720a和720b均是E-形芯，并且以形成两个槽720c和720d的方式布置为彼此面对。在此结构中，对于这些磁芯元件720a和720b可以使用相同的部件。还可以通过对E-形芯与1-形芯进行组合形成磁芯720 ( S卩，磁芯720可以是E1-形芯)。另外，磁芯720可以是通过冲压所形成的芯或可以是层压的芯。
[0074]第一线圈80和第二线圈90以穿过两个槽720c和720d的方式围绕磁芯720的中心支柱部分730缠绕。第一线圈80和第二线圈90围绕同一轴缠绕，在X方向上分离。
[0075]磁体100在X方向上设置在第一线圈80与第二线圈90之间。在图9所示的示例中，磁体100类似地布置在磁芯720的槽720c和720d中。在图9所示的示例中，磁体100具有以X方向为法线的平板形状。如在以上所述的第一示例实施例中所描述地，磁体100具有降低第一线圈80与第二线圈90之间的耦合系数的功能。
[0076]根据第三示例实施例的电抗器70C还能够获得与由根据以上所述的第一示例实施例的电抗器70A所获得的那些效果类似的效果。即，通过第三示例实施例，通过在第一线圈80与第二线圈90之间设置磁体100，能够抑制耦合系数关于通电电流的改变的改变，而同时降低耦合系数。作为结果，能够从低电流区域到高电流区域(贯穿使用范围的整个区域)使得耦合系数为常数。
[0077]同样地在第三示例实施例中，例如，如耦合系数贯穿使用范围的整个区域为常数的特性(电流与耦合系数之间的关系)也可以通过调整空隙量Λ 3(在磁体100与磁芯720之间在Y方向上的空隙)而实现。
[0078]在上文中，详细地描述了各种示例实施例，但是其不限于具体的示例实施例。各种修改和改变也是可能的。另外，可以对以上所述的示例实施例的构成元件中的所有或多个进行组合。
[0079]例如，根据以上所述的示例实施例的电抗器70Α和70Β不仅可以被用作具有所示出的结构的电力转换器10中的磁耦合电抗器，而且还可以被用作具有另一结构的电力转换器中的磁耦合电抗器。另外，根据以上所述的示例实施例的电抗器70Α和70Β还可以被用作变压器。
【权利要求】
1.一种电抗器,包括: 磁芯(72 ；720)； 围绕所述磁芯(72 ；720)缠绕的第一线圈(80)； 围绕所述磁芯(72 ；720)缠绕的第二线圈(90);以及 磁体(100)，所述磁体(100)设置在所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间、与所述磁芯(72 ；720)分离，并且所述磁体(100)降低了所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间的耦合系数。
2.根据权利要求1所述的电抗器，其中 所述磁体(100)形成磁路，使得当所述第一线圈(80)通电时所形成的磁通量的一部分不会流入所述第二线圈(90)。
3.根据权利要求1所述的电抗器，其中 所述磁芯(72 ；720)限定彼此平行的第一轴和第二轴； 所述第一线圈(80)围绕所述第一轴而缠绕； 所述第二线圈(90)围绕所述第二轴而缠绕；以及 所述磁体(100)在与所述第一轴垂直的方向上设置在所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间。
4.根据权利要求3所述的电抗器，其中 在与所述第一轴和所述第二轴平行的方向上在所述磁体(100)与所述磁芯之间形成有间隙。
5.根据权利要求4所述的电抗器，其中 所述间隙的尺寸被形成为使得在所述第一线圈(80)通电时的通电电流在预定范围内时所述耦合系数保持恒定。
6.根据权利要求1所述的电抗器，其中 其中，所述第一线圈(80)和所述第二线圈(90)围绕同一轴缠绕、在轴向方向上彼此分离，并且所述磁体(100)在所述轴向方向上设置在所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间。
7.—种电力转换器,包括: 一次侧电路(20)，所述一次侧电路(20)包括第一电抗器(204)，所述第一电抗器(204)包括:第一磁芯(72 ；720);围绕所述第一磁芯(72 ；720)缠绕的第一线圈(80);围绕所述第一磁芯(72 ；720)缠绕的第二线圈(90);以及第一磁体(100)，所述第一磁体(100)设置在所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间、与所述第一磁芯(72 ；720)分离，并且降低所述第一线圈(80)与所述第二线圈(90)之间的耦合系数；以及 二次侧电路(30)，所述二次侧电路(30)通过变压器(400)磁耦合到所述一次侧电路(20)并且包括第二电抗器(304)，所述第二电抗器(304)包括:第二磁芯(72 ；720);围绕所述第二磁芯(72 ；720)缠绕的第三线圈(80);围绕所述第二磁芯(72 ；720)缠绕的第四线圈(90);以及第二磁体(100)，所述第二磁体(100)设置在所述第三线圈(80)与所述第四线圈(90)之间、与所述第二磁芯(72;720)分离，并且降低所述第三线圈(80)与所述第四线圈(90)之间的耦合系数。
【文档编号】H01F27/30GK104465035SQ201410484419
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】棚桥文纪 申请人:丰田自动车株式会社