电抗器的制作方法

专利名称：电抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电抗器。更详细地说涉及到并排配置两个线圈，并将两个U字型形状的铁芯分别从线圈两侧向线圈轴心方向插入各线圈内并使它们相对，连接成轨道形状的电抗器。
背景技术：
一直以来，在混合动力汽车的驱动控制系统等中，为了提升系统的电压而搭载有例如专利文献I中公开的电抗器。图11是说明专利文献I中公开的电抗器的说明图。
如图11所示，专利文献I的电抗器110包括线圈120和铁芯130，当线圈120中流过的电流的状态变化时，在铁芯130中生成的磁路中，电感随着磁通量密度的变化而变化从而产生电动势。这里，使用图12至图14详细说明如例示的专利文献I的电抗器110这样的现有的电抗器的结构。图12是将现有的电抗器的结构作为一个例子示出的说明图。图13是简略地示出图12所示的电抗器的关键部分的图，是从图12中C侧观察所看到的平面图。图14是从图12中的D侧观察所看到的侧视图。如图12至图14所示，电抗器210并排配置电气上串联连接的两个线圈221、221，将两个U字型形状的铁芯230、230分别从线圈221两端向线圈轴心方向(图12中的右上-左下方向)插入各线圈221内并使它们相对，隔着间隔体235连接成轨道形状。在卷绕的线圈221、221径内，铁芯230两侧的铁芯插入部230A、230A与线圈221保持一定的间隙的同时被沿着线圈221插入，但是在位于线圈221的线圈轴心方向两侧的线圈末端(图13中，上下两侧，图14中，左右两侧)处，在线圈轴心方向上线圈221和铁芯230不相对。在电抗器210中，铁芯230和薄板一体成形，使该薄板的一部分弯曲变形而形成支板225，恰好设置在各线圈221的线圈末端两端附近的4个位置。向该支板225的插入孔225H插入螺栓，将电抗器210载置到未图示的框体上并通过螺栓连接固定在框体上。现有技术文献专利文献I :日本专利文献特开2007-180225号公报。

发明内容
但是，在如专利文献I中那样的现有的电抗器中，存在以下的两个问题。(I)铁芯大型化的问题(2)小型化的铁芯成形困难的问题由于以下的理由产生上述问题。(I)铁芯大型化的问题图15是示意性地示出现有的电抗器的磁路中的磁通路径的图，且是说明磁通路径和磁性饱和的关系的说明图。
在电抗器中，除在位于被卷绕的线圈的径内侧铁芯主体、以及线圈和铁芯的间隙生成磁场之外，在线圈的线圈末端附近，在线圈周边覆盖延伸至在线圈轴心方向上与线圈邻接的部分的范围也生成磁场。另一方面，在电抗器的特性上，如果流过线圈的电流增加，那么磁通量密度也增力口，当磁场变为一定强度时，发生磁性饱和。通常，磁通量密度伴随着电流值的增加，如参照的图15所示，从磁力线的路径MR短的磁通路径(最粗的箭头)向变长的磁通路径(最细的箭头)逐渐充满达到饱和。在现有的电抗器210的铁芯230中，被插入线圈221径内的铁芯插入部230A、以及在线圈221外侧连接铁芯插入部230A、230A的彼此的铁芯线圈外部230B位于磁场中，被用
作磁路。
但是，在该铁芯230中，如图13以及图14所示，在线圈轴心方向上与线圈221、221的线圈末端邻接的位置上不存在铁芯线圈外部230B。本来，在线圈221的线圈末端附近，在线圈轴心方向与线圈221，221邻接的部分(以下简称为“线圈末端邻接部”)E的磁场也属于能够作为磁路利用的范围，但是如图14以及图15所示，线圈末端邻接部E成为了无效空间。一旦上述的线圈末端邻接部E成为无效空间，那么在电抗器运转时，在磁路上比磁通路径更长的部分变得更少，因此即使增加流过线圈的电流，也会在低的电流值就发生磁性饱和，不能升压到期望的电压值。为了避免该现象，如图15所示，电抗器210在U字型形状的铁芯230中，通过进一步增长其周长(全长)，进一步增大截面积从而增大铁芯230整体的体积来确保磁通路径MR变得更长的长路径Rm，使得在发生磁性饱和之前，能够升压至期望的电压值。但是，由于电抗器210将两个U字型形状的铁芯230、230隔着间隔体235连接成轨道形状而形成，因此当一个铁芯230被大型化时，电抗器210整体变大，在空间等上存在问题。(2)小型化的铁芯的成形困难的问题铁芯大致分为堆积多个薄钢板形成的层积钢板型铁芯和压缩具有磁性的金属粉末结为一体而形成的压粉铁芯。为了解决前述的⑴问题，本申请人在层积钢板型铁芯的情况和压粉铁芯的情况这两种情况下研究了对将成为无效空间的线圈末端邻接部E也用作磁路，使铁芯230整体更加小型化的问题。图16是示出针对在压粉铁芯的情况下研究的参考例涉及的电抗器的铁芯的立体图。首先，说明研究的铁芯的形状。如参照的图13以及图14所示，铁芯230、230被形成为U字型形状，其两侧的铁芯插入部230A、230A被插入线圈221、221内。如图16所示，当将线圈221外侧与成为无效空间的线圈末端邻接部E相当的部分作为铁芯线圈332的外部的一部分时，需要铁芯插入部331的基准面P1、P2和铁芯线圈外部332的基准面Q1、Q2之间产生高度差R1、R2的三维形状的铁芯330。但是，当铁芯是层积钢板型铁芯时，通过现有的层积钢板型铁芯的成形中所使用的通常的设备，如参照的图16所示，堆积多个薄钢板而形成上述三维形状的铁芯330在技术上是困难的。另外，假定使用特殊的专用设备能够形成上述那样的三维形状的层积钢板型铁芯330，成本也相当高，因此，实现也同样将线圈末端邻接部作为磁路的一部分的堆积钢板铁芯是非常困难的。另一方面，压粉铁芯的成本比层积钢板型铁芯低，大量用于铁芯。因此，对于压粉铁芯也研究了通过与现有的压粉铁芯的成形方法同样的、有某种程度的自由度的锁模而进行的成形方法来形成在铁芯插入部331和铁芯线圈外部332之间具有高度差R1、R2的三维形状的铁芯330。S卩，如图16所示，研究的铁芯330包括分别被从线圈两侧向线圈轴心方向插入两个线圈内的铁芯插入部331、331、以及在线圈一侧连接铁芯插入部331、331的彼此，并也被配置在线圈末端邻接部(参照图14中的E部)处的铁芯线圈外部332。该铁芯330的整体通过压粉一体地成形。但是，试着对成形的铁芯330进行研究可知，铁芯线圈外部332之中，特别是角部 332C达不到期望的机械强度，使用进行通常的压粉铁芯的成形的成形设备，通过压粉来形成铁芯330是困难的。作为其中一个理由，可以考虑到是由于在成形时，锁模产生的按压力对被锁模的压粉不能均匀地传递到角部332C，在角部332C处金属粉末彼此没有被足够的结合力紧固。因此，对使用特殊的成形设备来形成铁芯330使得角部332C的机械强度能够满足期望的强度也进行了研究，但是结果可知通过压粉成形的铁芯330成本变高。如前所述，在现有的电抗器中，在层积钢板型铁芯的情况和压粉铁芯的情况这两种情况下研究了对将成为无效空间的线圈末端邻接部也用作磁路，使铁芯230整体更加小型化的问题。但是，无论在哪种铁芯的情况下都存在以下问题，如参照的图16所示，形成在铁芯插入部331的基准面P1、P2和铁芯线圈外部332的基准面Q1、Q2之间具有高度差R1、R2的三维形状的铁芯330在技术上是困难的。本发明是为了解决上述问题点而作出的，其目的是能够提供维持性能的同时相对于现有的电抗器实现电抗器整体小型化的电抗器。用于解决问题的手段为了解决上述的问题，本发明的一个实施方式中的电抗器具有如下的构成。(I)包括并排配置的电气上串联连接的两个线圈，并通过通过树脂对两个线圈模制各线圈的径外侧而一体化形成的模制线圈和两个U字型形状的铁芯，作为核心，使各个铁芯分别将位于铁芯的两侧的铁芯插入部从线圈单侧向线圈轴心方向插入各线圈内并使其相对，隔着间隔体连接成轨道形状的电抗器，其特征在于，模制线圈形成为大致六面形状，铁芯包括在各线圈的外部连接被插入各线圈内的铁芯插入部的两侧的铁芯线圈外部，由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂而得到的含磁性金属树脂组成的含磁性金属树脂层形成在铁芯线圈外部的外表面上。(2)如(I)所述的电抗器，优选含磁性金属树脂层至少形成在铁芯线圈外部中的、在位于线圈轴心方向两端的各线圈的线圈末端处，在沿着线圈的径向的方向上位于径外侧的部位上。(3)如(I)或者(2)所述的电抗器，优选在铁芯中，铁芯插入部与铁芯线圈外部被形成为相同的高度，另一方面，铁芯线圈外部的截面积比铁芯插入部的截面积形成得小。
(4)如(I)至(3)中任一项所述电抗器，优选含磁性金属树脂的粘合剂树脂是环氧树脂。(5)如(4)所述的电抗器，优选，含磁性金属树脂覆盖铁芯的铁芯插入部。(6)如⑴至(3)中任一项所述的电抗器，优选含磁性金属树脂的粘合剂树脂是热可塑性树脂。(7)如(I)至(6)中任一项所述的电抗器，优选在模制线圈中包括紧固部件和使该电抗器保持并固定在支撑该电抗器的框体上的紧固部件保持部。(8)如(7)所述的电抗器，优选紧固部件保持部设置在沿着线圈轴心方向的模制线圈的厚度方向中央处。(9)如⑶所述的电抗器，优选紧固部件保持部是在线圈的径向上跨过模制线圈而延伸，在其围绕的模制线圈的外侧的位置上具有通孔的电抗器保持部件，紧固部件被插 入电抗器保持部件的通孔与框体连接。(10)如(9)所述的电抗器，优选电抗器保持部件是金属制的，通过嵌件成型与模制线圈成为一体。说明具有上述构成的本发明的电抗器的作用效果。(I)在上述方式的电抗器中，由于模制线圈20被形成为大致六面形状、铁芯具有在各线圈的外部连接插入到各线圈内的铁芯插入部的两侧的铁芯线圈外部、并且由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂得到的含磁性金属树脂组成的含磁性金属树脂层形成在铁芯线圈外部的外表面上，因此，处于位于线圈径内的铁芯的铁芯插入部，以及位于线圈外侧的铁芯的铁芯线圈外部位置的磁场能够用作磁路之外，而且，由于含磁性金属树脂层的存在，位于线圈的线圈末端附近，在线圈轴心方向上与线圈邻接的部分(以下称为“线圈末端邻接部”)的磁场也能够有效地作为磁路使用。S卩，含磁性金属树脂中混入的金属粉末例如除了以Fe、Zn、Mn等为主的铁素体系的金属之外，还可以是由Fe-C类、Fe-Si类的Fe基合金等组成的粉末，粉末的粒径大小为几ym 几十μπι。在含磁性金属树脂中，按照和粘合剂树脂的重量比大量含有这样的金属粉末，例如按照90%左右的比例含有这样的金属粉末，通过该含磁性金属树脂而在铁芯线圈外部的外表面上形成的含磁性金属树脂层的导磁率虽然比压粉铁芯差，但是能够作为核心发挥功能并成为磁路。因此，在电抗器运转时，通过含磁性金属树脂层位于生成于线圈末端邻接部的磁场中，除了铁芯之外，通过在该铁芯线圈外部的外表面形成的含磁性金属树脂层的存在，也能够作为磁路有效地利用。一旦通过上述方式的铁芯以及含磁性金属树脂层生成与现有的铁芯相同体积相当的磁路，那么上述方式的铁芯能够比现有的铁芯缩小与含磁性金属树脂层的体积大致相当的量。而且,将位于各铁芯的两侧的铁芯插入部31、31从线圈一侧向线圈轴心方向插入各个线圈内并使其相对，隔着间隔体连接成轨道形状的上述实施方式的电抗器，能够达到维持现有的电抗器的性能的同时能够比现有的电抗器更加小型化的优异的效果。(2)另外，在上述方式的电抗器中，含磁性金属树脂层至少形成在铁芯线圈外部中的、在位于线圈轴心方向两端的各线圈的线圈末端处，在沿着线圈的径向的方向上位于径外侧的部位上，因此含磁性金属树脂保护铁芯线圈外部的外表面，在铁芯中至少含磁性金属树脂所保护的部分能够抑制破碎、裂缝等的损伤的发生，并且能够防锈。另外，由含磁性金属树脂构成的含磁性金属树脂层形成在铁芯线圈外部的外表面上，因此无论上述方式的铁芯是层积钢板型铁芯的情况还是压粉铁芯的情况，能够通过铁芯以及含磁性金属树脂层低成本地形成将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。S卩，在铁芯是层积钢板型铁芯时，如参照的图16所示，以往，堆积多个薄的钢板来形成在铁芯插入部和铁芯线圈外部之间具有高度差的三维形状的铁芯，在技术上相当困难，并且导致成本高，实现将线圈末端邻接部用作磁路的一部分的铁芯是非常困难的 。与此相对，在上述方式的电抗器中，即使上述方式的铁芯是层积钢板型铁芯，在铁芯能够通过与现有的层积钢板型铁芯同样的制造方法制造之外，含磁性金属树脂层能够通过在构成铁芯的钢板上，通过公知的制造方法例如通过粘接材料的粘着方法、通过射出成形一体成形含磁性金属树脂和铁芯的方法等形成。因此，在上述方式的电抗器中，即使铁芯是层积钢板型铁芯的情况下，也能够通过铁芯以及含磁性金属树脂层低成本地形成将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。另一方面，当铁芯是压粉铁芯时，如参照的图16所示，当以与现有的压粉铁芯同样的成形方法形成在铁芯插入部和铁芯线圈外部之间具有高度差的三维形状的铁芯时，存在铁芯线圈外部之中，特别是角部不能达到满足期望的机械强度的问题。另外，对使用特殊的成形设备来形成铁芯使得角部的机械强度能够满足期望强度也进行了研究，但是反而存在成本变高的问题。与此相对，在上述方式的电抗器中，在能够通过与现有的压粉铁芯相同的成形方法成形铁芯之外，还能够通过例如以粘接材料粘着的方法、通过射出成形使含磁性金属树脂和铁芯一体成形的方法等使成形后的铁芯的铁芯线圈外部和含磁性金属树脂层一体地紧密接触。由此，能够简单地将在现有的铁芯中成为无效空间的线圈末端邻接部也作为磁路的一部分。因此，在上述方式的电抗器中，即使铁芯是压粉铁芯时，也能够通过铁芯以及含磁性金属树脂层低成本地形成将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。而且，通过压粉铁芯来构成铁芯，即使在线圈末端邻接部形成含磁性金属树脂层，也能够相比现有的铁芯缩小上述方式的铁芯，因此，能够抑制高成本高制造上述方式的电抗器。(3)另外，根据上述方式的电抗器，在铁芯中，铁芯插入部与铁芯线圈外部被形成为相同的高度，另一方面，铁芯线圈外部的截面积比铁芯插入部的截面积形成得小，因此，上述方式的电抗器在沿着线圈轴心方向的方向上的全长能够比现有的电抗器短。而且，在电抗器的性能上，与现有的电抗器以同样的规格制造上述方式的电抗器的情况下，上述方式的电抗器能够比现有的电抗器更紧凑，因此能够在空间更加狭小的位置搭载电抗器10。特别是，在例如混合动力汽车、电气汽车等的驱动控制系统等中为了使其系统的电压升压而搭载上述方式的电抗器的情况下，如果使电抗器小型化，那么搭载该电抗器的空间上的制约变小，因此相同规格的该电抗器能够搭载于更多种类的汽车。其结果是，能够以相同的规格大量生产上述方式的电抗器，上述方式的电抗器变得便宜。(4)另外，在上述方式的电抗器中，所述含磁性金属树脂的所述粘合剂树脂是环氧树脂，因此，由于环氧树脂在其特性上具有使分体的部件彼此粘合的粘接性，因此，即使以例如重量比90%程度大量含有混入含磁性金属树脂的金属粉末，也能够经由粘合剂树脂一体地粘合金属粉末的彼此。另外，通过选择环氧树脂作为粘合剂树脂，能够在含磁性金属树脂中含有大量的金属粉末，从而金属粉末热传导率高，因此，含磁性金属树脂全体具有热传导率高的物理特性。因此，在电抗器的运转时，模制线圈内的线圈发热所产生的热易于经由铁芯向热传导率的高的含磁性金属树脂传热，并能够从含磁性金属树脂向外部高效地放热。(5)另外，在上述方式的电抗器中，含磁性金属树脂覆盖所述铁芯的所述铁芯插入部，因此，在上述方式的电抗器的制造工序中，在隔着间隔体将各铁芯彼此连接时，能够将·含磁性金属树脂中混入的环氧树脂作为粘着铁芯和间隔体的粘接剂使用。S卩，在电抗器中，使两个U字型形状的铁芯从线圈两侧向线圈轴心方向分别插入各线圈内并相对，连接成为轨道形状，一般来说，在彼此相对的铁芯的铁芯插入部之间设置导磁率比铁芯小的间隔体。在现有的电抗器中，在其制造工序中，在隔着间隔体使各铁芯彼此连接形成核心时，在粘接工序中，另外使用粘接剂在粘接炉内使铁芯和间隔体粘着。但是，在上述方式的电抗器中，不需要上述的粘接炉，通过覆盖铁芯的铁芯插入部的含磁性金属树脂就能够使间隔体和铁芯的铁芯插入部紧密接触并粘着。另外，在铁芯线圈外部形成含磁性金属树脂时，如果通过含磁性金属树脂覆盖铁芯插入部并进行铁芯线圈外部的保护对策，那么能够针对通过含磁性金属树脂保护的铁芯全体抑制破碎、裂缝等的损伤以及生锈的发生。而且，能够与在铁芯线圈外部的外表面上形成含磁性金属树脂层的同时实施上述的铁芯的保护对策，因此，铁芯的保护对策的生产率比现有的保护对策得到提高，结果是能够减少铁芯的保护对策所需的成本。(6)另外，在上述方式的电抗器中，含磁性金属树脂的所述粘合剂树脂是热可塑性树脂，因此，能够通过高循环(High cycle)来实现在铁芯线圈外部的外表面上形成含磁性金属树脂层的工序、以及通过含磁性金属树脂覆盖铁芯插入部的工序等。因此，伴随着含磁性金属树脂层的形成、以及通过含磁性金属树脂进行的铁芯插入部的覆盖的生产率的提高，能够减少上述方式的电抗器的成本。此外，作为热可塑性树脂，例如，除了聚苯硫醚(PPS)之外，还可以例举出尼龙、聚酰胺等的材料组成的聚酰胺树脂等。(7)另外，在上述方式的电抗器中，在模制线圈中包括紧固部件和使该电抗器保持并固定在支撑该电抗器的框体上的紧固部件保持部，因此，在电抗器运转时，即使铁芯发生振动并且该振动向不是起振源的模制线圈传播，振动传播也能够在模制线圈中的树脂形成的模制层处减少。在电抗器运转时，当线圈中流过的电流的状态变化时，产生由于磁通量密度的变化而作用在铁芯间的电磁吸引力和在各铁芯中产生的磁致伸缩，双方的铁芯伸缩变位并振动。在上述方式的电抗器中，在不是上述的振动的起振源的模制线圈设置有紧固部件保持部，因此，即使铁芯的振动传播到模制线圈，在振动传播在模制线圈的模制层处被减少的状态下，也能够将该电抗器固定在框体上。(8)另外，在上述方式的电抗器中，紧固部件保持部设置在沿着线圈轴心方向的模制线圈的厚度方向中央处，因此，通过设置在该位置的紧固部件保持部将该电抗器保持在框体上，并通过紧固部件进行固定，那么在电抗器运转时，即使铁芯的振动经由模制线圈、螺栓传播到框体，也能够将向框体的振动传播抑制 得更小。S卩，在电抗器运转时，如前所述，铁芯彼此相互伸缩变位进行振动。铁芯大致分为堆积多个薄钢板形成的层积钢板型铁芯和以压粉形成的压粉铁芯，压粉铁芯成本比层积钢板型铁芯低，因此大量应用于铁芯。另一方面，当比较层积钢板型铁芯和压粉铁芯的机械性质时，压粉铁芯的弹性模数比积钢板型铁芯小，压粉铁芯的共振频率比积钢板型铁芯的共振频率低。当铁芯是层积钢板型铁芯时，层积钢板型铁芯的共振频率与电抗器运转时铁芯振动的驱动频率(约IOKHz)相差数KHz以上，因此铁芯不会受共振频率的不良影响而剧烈振动。但是，当铁芯是压粉铁芯时，存在在电抗器运转时，铁芯的驱动频率接近压粉铁芯的共振频率，铁芯成为剧烈振动的状态的问题。另外，不管铁芯是压粉铁芯还是层积钢板型铁芯，铁芯的振动主要是铁芯彼此在相互相对的方向上反复伸缩的振动(纵向振动)，包括振幅最大的“波腹”和振幅最小的“波节”。特别是，当铁芯是压粉铁芯时，铁芯以与其共振频率接近的驱动频率振动，当电抗器在与振幅最大的“波腹”的位置相当的位置被通过紧固部件固定在支持电抗器框体上时，发生由铁芯引起的大的振动传播到框体，发生由于铁芯的振动而引起的噪音的问题。与此相对，在上述方式的电抗器中，模制线圈的厚度方向中央是与两个铁芯产生的纵振动的振动的波节相当的位置，是两个铁芯中的磁致伸缩以及电磁吸引力引起的振动的振幅最小的部位。另外，在铁芯是以低成本的压粉铁芯来构成的情况下，即使铁芯的驱动频率在铁芯的共振频率附近，在模制线圈的厚度方向中央，铁芯的振动的振幅是最小的。因此，通过紧固部件和设置在模制线圈的厚度方向中央的紧固部件保持部，将该电抗器保持并固定在框体上，那么，在电抗器运转时，即使铁芯的振动经由模制线圈、紧固部件传播到框体，也能够将向框体的振动传播抑制得更小。而且，能够减少电抗器运转时产生的铁芯的振动向框体传播，因此能够充分地抑制由该振动引起的噪音。(9)另外，在上述方式的电抗器中，紧固部件保持部是在线圈的径向上跨过模制线圈而延伸，在其围绕的模制线圈的外侧的位置上具有通孔的电抗器保持部件，紧固部件被插入电抗器保持部件的通孔与所述框体连接，因此，在电抗器运转时，能够将从铁芯经由电抗器保持部件、紧固部件传递到框体振动传播抑制得较小。因此，由该振动传播引起的与框体连接的紧固部件的松动得到抑制，电抗器和框体能够长时间、以稳定的连接力紧紧地固定。(10)另外，在上述方式的电抗器中，电抗器保持部件是金属制的，通过嵌件成型与模制线圈成为一体，因此，模制线圈内的线圈发热所产生的热易于经由模制线圈的模制层向热传导率的大的电抗器保持部件传热，并能够从电抗器保持部件向外部高效地放热。根据本发明涉及的电抗器，能够维持性能的同时相对于现有的电抗器实现电抗器整体的小型化。


图I是示出实施例1、2涉及的电抗器的立体图；
图2是图I中A-A箭头视剖面图；图3是示出实施例I、2涉及的电抗器的关键部分立体图，是示出去除模制层之后的状态的图；图4是从Z方向观察图3所示的电抗器的关键部分看到的平面图，并且是示出去除含磁性金属树脂的部分之后的状态的图；图5是示出实施例1、2涉及的电抗器的立体分解图，并且是示出去除含磁性金属树脂层以及铁芯保护层之后的状态的说明图；图6是示出实施例1、2涉及的电抗器的模制线圈的图，并且使图5中B-B箭头视剖面图；图7是说明在实施例1、2涉及的电抗器的磁路中磁通路径和磁性饱和的关系的概念图；图8是示出在铁芯等中其材质和B-H特性的关系的曲线图；图9是简要地示出包含实施例1、2涉及的电抗器的驱动控制系统的结构的一个例子的框图；图10是示出图9中的P⑶的关键部分的电路图；图11是说明专利文献I中公开的电抗器的固定结构的说明图；图12是将现有的电抗器作为一个例子示出的说明图；图13是简略地示出图12中所示的电抗器的关键部分的图，并且使从图12中的C侧观察时看到的平面图；图14是与图13同样的图但是是从图12中D侧观察时看到的侧视图；图15是示意性地示出现有的电抗器涉及的磁路的磁通路径的图，并且是说明了磁通路径和磁性饱和的关系说明图；图16是示出针对压粉铁芯的情况进行研究得到的参考例涉及的电抗器的铁芯的立体图。
具体实施例方式以下，针对本发明的一个实施方式中的电抗器，基于附图详细地说明实施例1、2。实施例1、2涉及的电抗器是出于将电压值从电池的电压值升压到施加于电动发电机的电压值的目的而搭载于混合动力汽车的驱动控制系统中的。
因此，在首先说明驱动控制系统的构成之后，再说明实施例涉及的电抗器。首先，使用图9以及图10说明驱动控制系统。图9是简略地示出包含实施例1、2涉及的电抗器的驱动控制系统的结构的一个例子的框图。图10是示出图9中的PCU的关键部分的电路图。如图9所示,驱动控制系统I包括PCU 2 (Power Control Unit,功率控制单元)、电动发电机6、电池7、端子台8、壳体71、减速机构72、微分机构73、驱动轴支承部74等。粘接，使用图10来说明P⑶2。如图10所示，P⑶2包括转换器3、逆变器4、控制装置5、电容器Cl、C2、以及输出线 6U、6V、6W。·转换器3连接在电池7和逆变器4之间，与逆变器4电气并联连接。逆变器4经由输出线6U、6V、6W与电动发电机6连接。电池7是例如镍氢电池、锂离子电池等二次电池，经由直流电流向转换器3供给，并且由流经转换器3的直流电流被充电。转换器3包括功率晶体管Ql、Q2、二极管Dl、D2以及后面详细说明的电抗器10。功率晶体管Ql、Q2串联连接于电源线PL2、PL3之间，将控制装置5的控制信号供给至基极。二极管Dl、D2分别连接在功率晶体管Ql、Q2的集电极-发射极之间，使得电流从功率晶体管Ql、Q2的发射极侧流向集电极侧。电抗器10被配置为其一端与连接电池7的正极的电源线PLl连接，另一端连接功率晶体管Q1、Q2的连接点。转换器3通过电抗器10将电池7的直流电压升压，以升压后的电压向电源线PL2供给直流电压。另外，转换器3将从逆变器4接受的直流电压进行降压之后对电池7进行充电。逆变器4包括U相臂4U、V相臂4V以及W相臂4W。各相臂4U、4V、4W并联连接于电源线PL2、PL3之间。U相臂4U包括串联连接的功率晶体管Q3、Q4，V相臂4V包括串联连接的功率晶体管Q5、Q6，W相臂4W包括串联连接的功率晶体管Q7、Q8。二极管D3至D8分别连接于功率晶体管Q3至Q8的集电极-发射极之间使得电流分别从功率晶体管Q3至Q8的发射极侧流向集电极侧。在各相臂4U、4V、4W中，各功率晶体管Q3至Q8的连接点经由输出线6U、6V、6W分别与电动发电机6的U相、V相、W相的反中性点侧连接。该逆变器4基于控制装置5的控制信号，将流过电源线PL2的直流电流转换为交流电流输出到电动发电机6。另外，逆变器4将由电动发电机6发电得到的交流电流进行整流而转换成直流电流，并将转换得到的直流电流供给电源线PL2。电容器Cl连接于电源线PL1、PL3之间来平滑电源线PLl中的电压水平。另外，电容器C2连接于电源线PL2、PL3之间来平滑电源线PL2中的电压水平。控制装置5基于电动发电机6的转子的旋转角度、马达转矩指令值、电动发电机6的U相、V相以及W相中的电流值、以及逆变器4的输入电压来计算电动发电机6的U相、V相以及W相中的线圈电压。另外，控制装置5基于上述计算结果生成接通/断开功率晶体管Q3至Q8的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)并向逆变器4输出。另外，控制装置5为了使逆变器4的输入电压最优，基于上述的马达转矩指令值、以及马达旋转数计算功率晶体管Ql、Q2的占空比，并基于上述计算结果，生成进行功率晶体管Ql、Q2的接通/断开的PWM信号并向转换器3输出。而且，为了将电动发电机6发电得到的交流电流转换成直流电流而对电池7进行充电，控制装置5控制转换器3以及逆变器4中的功率晶体管Ql至Q8的开关动作。在具有上述构成的P⑶2中，转换器3基于控制装置5的控制信号使电池7的电压升压，将升压后的电压施加于电源线PL2。电容器Cl平滑施加于电源线PL2的电压，逆变器4将通过电容器Cl平滑后的直流电压转换成交流电压并输出给电动发电机6。另一方面，逆变器4将电动发电机6通过再生而发电的交流电压转换为直流电压，并输出到电源线PL2。电容C2平滑施加于电源线PL2的电压，转换器3对通过电容C2平滑后的直流电压进行降压后对电池7充电。(实施例I)
接着，使用图I至图6说明本实施例涉及的电抗器。图I是示出本实施例涉及的电抗器的立体图，并且是说明安装到框体的说明图。图2是图I中的A-A箭头视的剖面图。图3是示出本实施例涉及的电抗器的关键部分的立体图，并且是示出去除了模制层的状态的图。图4是从Z方向观察图3所示的电抗器的关键部分的平面图，是示出去除了含磁性金属树脂部分的状态的图。图5是示出本实施例涉及的电抗器的立体分解图，是示出去除了含磁性金属树脂层以及铁芯保护层的状态的说明图。图6是示出本实施例涉及的电抗器的模制线圈的图，是图5中的B-B箭头视剖面图。此外，在本实施例中，以下，将图I中图示的X方向以及Z方向作为线圈的径向，将Y方向作为线圈轴心方向以及模制线圈的厚度方向。图2以及之后的附图中所示的X方向、Y方向以及Z方向依照图I中图示的X方向、Y方向以及Z方向。如图I所示，本实施例涉及的电抗器10通过螺栓50(紧固部件)以螺钉连接方式与支撑该电抗器10的框体60固定。框体60由例如铝铸件等金属构成，其包括，配合电抗器10的配置空间而形成的预定形状的框体主体部和两个向离开框体主体部一侧(图I中Z方向上侧)突出的框体连接部61、61。各框体连接部61、61上形成有余螺栓50螺合的母螺纹。如图I以及图2所示，电抗器10包括电抗器主体部11、电抗器保持部件25、含磁性金属树脂层33、以及铁芯保护层34等。而且，电抗器主体部11包括模制线圈20、两个U字型形状的铁芯30、以及两个间隔体35。首先说明电抗器主体部11。图2至如图6所示。模制线圈20并排配置两个电气串联连接的线圈21、21，并通过环氧树脂等对这两个线圈21、21模制得到的模制层20M —体成形各线圈21的径外侧全体，形成为大致六面形状。后述说明的铁芯30的铁芯插入部31分别插入模制线圈20的位于各线圈21、21的径内侧的贯通部，在模制层20M中形成有向各线圈21、21的径内突出形状的用于固定插入线圈21、21内的铁芯插入部31的凸部22。模制线圈20的贯通部中在模制线圈20的厚度方向Y的中央位置上分别布置有由例如厚度为t = 2mm左右的陶瓷板等非磁性体材料构成的板状的间隔体35。另外，模制线圈20包括作为紧固部件保持部的电抗器保持部件25，所述紧固部件保持部与2根螺栓50 —同将电抗器10保持并固定在支撑电抗器10的框体60上。
图I以及如图6所示，电抗器保持部件25形成为将具有弹性的金属板弯曲成“ 口 ”形状，并进一步将弯曲的两个端部弯折90°得到的变形的形状以使得在将电抗器10固定到框体60时具有某种程度的弹力从而能够固定电抗器10。电抗器保持部件25被设置在沿着线圈21的轴心方向Y的模制线圈20的厚度方向Y中央，在线圈21的径向X上，跨过模制线圈20而延伸，并在其围绕的模制线圈20的外侧的位置上每侧各有一个通孔25H。电抗器保持部件25在其一侧表面上实施了例如根切、压花等加工，通过嵌件成型与模制线圈20成为一体。电抗器10通过将两根螺栓50插入电抗器保持部件25的通孔25H、25H并与框体60的各框体连接部61、61的母螺纹连接从而被固定在框体60上。接着，说明铁芯30。在本实施例中，铁芯30是压缩具有磁性的金属粉末结为一体而形成的压粉铁芯。铁芯30有两个，如图3以及图5所示，分别被形成为U字型形状。各铁芯30包括位于两侧的前端侧的铁芯插入部31、31和在各线圈21的外部连接插入到模制线圈20的各线圈21、 21内的两侧的铁芯插入部31、31的铁芯线圈外部32。在各铁芯30中，铁芯插入部31、31以及铁芯线圈外部32的截面是大致长方形形状，铁芯插入部31、31和铁芯线圈外部32以具有相同的高度的方式形成。另一方面，铁芯线圈外部32的截面积形成得比各铁芯插入部31的截面积小。具体地说，如图4所示，铁芯线圈外部32中的沿X方向的第二外表面32b与沿Y方向的第一外表面32a形成为直角，铁芯线圈外部32的Y方向的厚度t2比铁芯插入部31的X方向的厚度tl小。S卩，该铁芯插入部31的厚度tl与参照的图13所示的现有的铁芯插入部230A的厚度Si相同，但是铁芯线圈外部32的厚度t2比现有的铁芯线圈外部230B的厚度s2小。如图I、图2以及图4所示，在各铁芯30上，含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32中的、在位于线圈轴心方向Y的两端的各线圈21的线圈末端21E、21E处，在沿着线圈21的径向X的方向上位于线圈21的径外侧的第一外表面32a上，并与该第一外表面32a紧密接触。即，含磁性金属树脂层33被配置在与各线圈21的线圈末端21E、21E相对的位置。含磁性金属树脂层33由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂得到的含磁性金属树脂构成。在本实施例中，粘合剂树脂是环氧树脂。另外，金属粉末是由例如以Fe为主的铁素体类的金属之外，还可以是由Zn、Mn等金属、以及Fe-C类、Fe-Si类的Fe基合金等构成的粉末，粉末的粒径的大小为几μ m 几十μ m。含磁性金属树脂被构成为将上述的金属粉末和环氧树脂按照重量比以例如90%左右的比例大量含有上述的金属粉末。另外，在各铁芯线圈外部32的第二外表面32b上通过含磁性金属树脂形成铁芯保护层34。铁芯保护层34在一个铁芯30上与相邻的含磁性金属树脂层33、33连续，厚度比含磁性金属树脂层33薄，并且与第二外表面32b紧密接触地覆盖。另外，与铁芯保护层34 —样,在与铁芯线圈外部32的第二外表面32b位于同一面上的铁芯插入部31的第一外表面31a上，以及与四方的第一外表面31a相连并作为与间隔体35抵接面的第二外表面31b上也覆盖有含磁性金属树脂。但是，在铁芯线圈外部32中，如果第一外表面32a和第二外表面32b成直角的话，本来在这样的状态下，两面的角部处的机械强度可能不高。但是，在本实施例的电抗器10中，在第一外表面32a上紧密接触地形成有含磁性金属树脂层33，在第二外表面32b上紧密接触地形成有铁芯保护层34，因此第一外表面32a和第二外表面32b的角部不会变得在机械上易碎，在上述的角部不会发生破裂等损伤。在本实施例的电抗器10中，形成有含磁性金属树脂层33、铁芯保护层34、以及由含磁性金属树脂形成有第一、第二外表面31a、31b的覆盖层的两个铁芯30、30和两个间隔体35、35构成核心(core)。而且，针对各铁芯30，分别将铁芯30的铁芯插入部31、31从线圈一侧向线圈轴心方向Y插入到各线圈21内并使其相对，两个铁芯30、30隔着间隔体35、35连接成轨道形状。在本实施例中，两个铁芯30、30和间隔体35、35被通过铁芯30的铁芯插入部31 的第一外表面31a上覆盖的含磁性金属树脂中含有的粘合剂树脂，即环氧树脂粘接，以紧密接触的状态被粘着。接着，在说明电抗器10的组装之后将电抗器10固定到框体60。首先，在电抗器10的组装中，分别向模制线圈20的贯通部插入间隔体35、35，分别配置在模制线圈20的厚度方向Y的中央位置。接着，针对各铁芯30，分别将铁芯30的铁芯插入部31、31侧从线圈21、21单端向线圈21的轴心方向Y插入模制线圈20的各线圈21、21内并使其相对，使间隔体35夹在铁芯30、30之间从而使铁芯30、30结合成轨道形状。具体地说，将一侧的铁芯30的铁芯插入部31、31从位于模制线圈20的一侧的两个贯通部插入各线圈21的径内侧。使插入的铁芯插入部31、31的第二外表面31b、31b与间隔体35的一侧板面抵接并紧密接触，通过覆盖该第二外表面31b、31b的含磁性金属树脂中含有的环氧树脂(粘合剂树脂)将铁芯30和间隔体35粘着。同样地，将另一侧的铁芯30的铁芯插入部31、31从位于模制线圈20的另一侧的两个贯通部插入各线圈21、21的径内侧。使插入的铁芯插入部31、31的第二外表面31b、31b与间隔体35的另一侧板面抵接并紧密接触，通过覆盖该第二外表面31b、31b的含磁性金属树脂中含有的粘合剂树脂将铁芯30和间隔体35粘着。从模制线圈20的两侧插入的四个铁芯插入部31被通过模制线圈20的模制层20M的凸部22有弹性地保持并固定，因此，特别是即使在与间隔体35粘接之后也稳定地安装于模制线圈20上。结果，如参照的图3所示，隔着间隔体35的轨道形状的铁芯30、30插入模制线圈20中的两个线圈21、21，即得到了省略了树脂模制的图示状态下的电抗器主体部11、即电抗器10。之后，将图3所示状态下的电抗器主体部11设置在树脂成形模具内，通过注入含磁性金属树脂，对线圈21、21以及铁芯线圈外部32、32进行完全覆盖模制，形成如参照的图I所示的含磁性金属树脂层33和铁芯保护层34。接着，在将电抗器10固定到框体60时，如图I所示，将电抗器10的模制线圈20主体部(电抗器主体部11的线圈21以及间隔体35所在的部分)配置在框体60的框体连接部61、61之间，将电抗器保持部件25的两端部载置到框体连接部61、61上。在载置之后，电抗器10的模制线圈20主体部离开框体60，在模制线圈20和框体60之间形成间隙。在该状态下，将两根螺栓50、50插入电抗器保持部件25的通孔25H、25H内，使各螺栓50、50分别与框体连接部61、61螺合，从而连接电抗器保持部件25和框体连接部61、61。其结果是，电抗器10被通过两根螺栓50、50固定在框体60上。说明具有前述构成的本实施例涉及的电抗器10的作用效果。图7是说明在本实施例涉及的电抗器的磁路中磁通路径和磁性饱和的关系的概念图。图8是示出构成铁芯等的材质和B-H特性的关系的曲线图。在本实施例的电抗器10中，由于模制线圈20被形成为大致六面形状、铁芯30具有在各线圈21、21的外部连接插入到各线圈21内的铁芯插入部31、31的两侧的铁芯线圈外部32、并且由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂(环氧树脂)得到的含磁性金属树脂组成的含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32的第一外表面32a上，因此，除了处于位于线圈21径内的铁芯30的铁芯插入部31、31，以及位于线圈21外侧的铁芯30的铁芯·线圈外部32位置的磁场能够用作磁路之外，而且，如参照的图7所示，由于含磁性金属树脂层33的存在，位于线圈21的线圈末端21E附近，在线圈轴心方向Y上与线圈21邻接的部分(以下称为“线圈末端邻接部”)的磁场也能够有效地作为磁路使用。S卩，含磁性金属树脂中混入的金属粉末例如除了以Fe、Zn、Mn等为主的铁素体系的金属之外，还可以是由Fe-C类、Fe-Si类的Fe基合金等组成的粉末，粉末的粒径大小为几ym 几十μπι。在含磁性金属树脂中，按照和粘合剂树脂的重量比大量含有这样的金属粉末，例如按照90%左右的比例含有这样的金属粉末，如图8所示，通过该含磁性金属树脂而在铁芯线圈外部32的第一外表面32a上形成的含磁性金属树脂层33的导磁率虽然比压粉铁芯差，但是能够作为核心发挥功能并成为磁路。这里，说明通常的电抗器的特性。在通常的电抗器中具有直流叠加特性，如果不在核心设置间隔体，那么虽然在线圈中流过的直流电流的电流值低时，可以获得大的电感，但是当电流值增大时，电感急剧下降。其结果是，在低的电流值就发生磁性饱和，不能到升压到期望的电压值。为了避免该现象，将导磁率比铁芯小的间隔体夹在铁芯彼此之间。在具有间隔体时，虽然在电流值低时，电感比没有间隔体的情况变小，但是使电感开始下降的直流偏置电流值却具有比没有间隔体的情况增大的倾向。即，电感与没有间隔体的情况下不同，在线圈中流过的电流的电流值从低变高时，在几乎平坦地推移之后才慢慢地减少。因此,发生磁性饱和时的电流值变高，即使针对升压到期望的电压值所需要的电流值，不会发生磁性饱和。在电抗器的特性上，随着流过线圈的电流增加，磁通量密度也增加，在磁场达到一定的强度的时候发生磁性饱和。通常，如参照的图7所示，磁通量密度伴随着电流值的增加从磁力线的路径MR短的磁通路径(最粗的箭头)向变长的磁通路径(最细的箭头)逐渐充满达到饱和。这里，使用图7以及图15对比现有的电抗器210的磁路和本实施例的电抗器10的磁路。在现有的电抗器210的铁芯230中，与线圈末端邻接部E成为无效空间相当的量，在铁芯230中，通过进一步增长其周长(全长)，进一步增大截面积从而增大铁芯230整体的体积来确保比磁通路径MR变长的长路径Rm。与此相对，在本实施例的电抗器10中，其磁路即使在特性上与现有的电抗器210的磁路相同，取代如图15所示的比磁通路径MR变长的长路径Rm，通过含磁性金属树脂层33确保了比磁力线的路径MR变长的长路径(最细的箭头)(长路径Rn)。S卩，在本实施例中，在混合动力汽车的驱动控制系统中，出于从电池的电压值升压到施加于电动发电机的电压值的目的搭载电抗器10。在电抗器10中，含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32的第一外表面32a上。铁芯大致分为堆积多个薄钢板形成的层积钢板型铁芯和压缩具有磁性的金属粉末结为一体形成的压粉铁芯，在本实施例的电抗器10中，在作为上述的压粉铁芯的铁芯30的铁芯线圈外部32的第一外表 面32a上形成有由含磁性金属树脂构成的含磁性金属树脂层33。另一方面，分别比较堆积钢板、压粉以及含磁性金属树脂的导磁率时，按照堆积钢板、压粉、含磁性金属树脂的顺序，由于非磁性体混入的比例增多，因此按照以上顺序导磁率变小。另外，如前所述，如果不在核心设置导磁率比铁芯小的间隔体，那么在低的电流值就发生磁性饱和，不能升压到期望的电压值。在现有的电抗器210的磁路中的磁通路径MR之中，取代长路径Rm，在本实施例的电抗器10中，如图7所示，含磁性金属树脂层33确保了比磁通路径MR变长的长路径Rn。通过该含磁性金属树脂层33的存在，在磁性饱和发生之前，电抗器10能够升压到期望的电压值。因此，能够得到磁性饱和发生时的电流值高，对于升压到期望的高电压值所需的电流值不会发生磁性饱和，适用于混合动力汽车以及电机汽车等的驱动控制系统的升压的电抗器10。这样，在电抗器10的运转时，如参照的图14以及图15所示，通过含磁性金属树脂层33位于与现有的电抗器210中成为无效空间的线圈末端邻接部E相当的线圈末端邻接部生成的磁场中，除了铁芯30，该铁芯线圈外部32的第一外表面32a处形成的含磁性金属树脂层33也能够作为磁路有效地利用。由此，如参照的图13以及图4所示，除了间隔体35，一旦通过本实施例的铁芯30、30以及含磁性金属树脂层33生成与现有的铁芯230相同体积相当的磁路，那么铁芯30、30能够比现有的铁芯230、230缩小与含磁性金属树脂层33的总体积大致相当的量。而且，本实施例的电抗器10能够达到维持现有的电抗器210的性能的同时能够比现有的电抗器210更加小型化的优异的效果。另外，在本实施例的电抗器10中，含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32中的、在位于线圈轴心方向Y两端的各线圈21的线圈末端21E、21E处,在沿着线圈21的径向Y的方向上位于线圈21的径外侧的线圈末端邻接部，因此，含磁性金属树脂保护铁芯线圈外部32的第一外表面32a，在铁芯30中，通过含磁性金属树脂保护的铁芯保护层34、以及覆盖有含磁性金属树脂的铁芯插入部31的第一外表面31a部分，能够抑制破碎、裂缝等的损伤的发生，并且能够防锈。另外，由含磁性金属树脂形成的含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32的第一外表面32a，因此，不管铁芯30是层积钢板型铁芯还是压粉铁芯的情况，能够通过铁芯30以及含磁性金属树脂层33低成本地形成能够将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。
S卩，与本实施例的电抗器10不同，在铁芯是层积钢板型铁芯时，如参照的图16所示，以往，堆积多个薄的钢板来形成在铁芯插入部和铁芯线圈外部之间具有高度差的三维形状的铁芯，在技术上相当困难，并且导致成本高，实现将线圈末端邻接部用作磁路的一部分的铁芯是非常困难的。与此相对，在本实施例的电抗器10中，即使铁芯30是层积钢板型铁芯，在铁芯30能够通过与现有的层积钢板型铁芯同样的制造方法制造之外，含磁性金属树脂层33能够通过在构成铁芯30的钢板上，通过公知的制造方法例如通过粘接材料的粘着方法、通过射出成形一体成形含磁性金属树脂和铁芯的方法等形成。因此，在本实施例的电抗器10中，即使铁芯30是层积钢板型铁芯的情况下，也能够通过铁芯30以及含磁性金属树脂层33低成本地形成将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。另一方面，当铁芯30是压粉铁芯时，如参照的图16所示，当以与现有的压粉铁芯 同样的成形方法形成在铁芯插入部和铁芯线圈外部之间具有高度差的三维形状的铁芯时，存在铁芯线圈外部之中，特别是角部不能达到满足期望的机械强度的问题。另外，对使用特殊的成形设备来形成铁芯使得角部的机械的强度能够满足期望强度也进行了研究，但是反而存在成本变高的问题。与此相对，在本实施例的电抗器10中，在能够通过与现有的压粉铁芯相同的成形方法成形铁芯30之外，能够通过例如以粘接材料粘着的方法、通过射出成形使含磁性金属树脂和铁芯一体成形的方法等使成形后的铁芯30的铁芯线圈外部32和含磁性金属树脂层33 —体地紧密接触。由此，能够简单地将在现有的铁芯230中成为无效空间的线圈末端邻接部E也作为磁路的一部分。因此，在本实施例的电抗器10中，即使铁芯30是压粉铁芯时，也能够通过铁芯以及含磁性金属树脂层低成本地形成将位于线圈末端邻接部的磁场也作为磁路的一部分有效地利用的核心。而且，即使通过压粉铁芯来构成铁芯30，在线圈末端邻接部形成有含磁性金属树脂层33，也能够使铁芯30比现有的铁芯230小，能够抑制高成本来制造电抗器10。另外，根据本实施例的电抗器10，在铁芯30中，将铁芯插入部31和铁芯线圈外部32以相同的高度形成，另一方面，铁芯线圈外部32的截面积被形成得比铁芯插入部31的截面积小，因此如参照的图4以及图13所示，电抗器10的全长L在沿着线圈轴心方向Y的方向上能够比现有的电抗器210的全长LO (L0 < L)短。而且，在电抗器的性能上与现有的电抗器210以同样的规格制造本实施例的电抗器10的情况下，电抗器10能够比现有的电抗器210更紧凑，因此能够在空间更加狭小的位置搭载电抗器10。特别是，在例如混合动力汽车、电气汽车等的驱动控制系统等中为了使其系统的电压升压而搭载本实施例的电抗器10的情况下，如果使电抗器10小型化，那么搭载该电抗器10的空间上的制约变小，因此相同规格的该电抗器10能够搭载于更多种类的汽车。其结果是，能够以相同的规格大量生产本实施例的电抗器10，电抗器10变得便宜。另外，在本实施例的电抗器10中，含磁性金属树脂的粘合剂树脂是环氧树脂，因此，由于环氧树脂在其特性上具有使分体的部件彼此粘合的粘接性，因此，即使以例如重量比90%程度大量含有混入含磁性金属树脂的金属粉末，也能够经由粘合剂树脂一体地粘合金属粉末的彼此。另外，通过选择环氧树脂作为粘合剂树脂，能够在含磁性金属树脂中含有大量的金属粉末，从而金属粉末热传导率高，因此，含磁性金属树脂全体具有热传导率高的物理特性。因此，在电抗器10的运转时，模制线圈20内的线圈21、21发热所产生的热易于经由铁芯30、30向热传导率的高的含磁性金属树脂传热，并能够从含磁性金属树脂向外部高效地放热。另外，在本实施例的电抗器10中，由于含磁性金属树脂覆盖各铁芯30的铁芯插入部31、31的第一、第二外表面31a、31b，因此，在电抗器10的制造工序中，在隔着间隔体35将各铁芯30、30彼此连接时，能够将含磁性金属树脂中混入的环氧树脂作为粘着铁芯30和间隔体35的粘接剂使用。S卩，在电抗器中，使两个U字型形状的铁芯从线圈两侧向线圈轴心方向分别插入 各线圈内并相对，连接成为轨道形状，一般来说，在彼此相对的铁芯的铁芯插入部之间设置导磁率比铁芯小的间隔体。在现有的电抗器210中，在其制造工序中，在隔着间隔体235使各铁芯230彼此连接形成核心时，在粘接工序中，另外使用粘接剂在粘接炉内使铁芯230和间隔体235粘着。但是，在本实施例的电抗器10中，不需要上述的粘接炉，通过覆盖铁芯30的铁芯插入部31、31的含磁性金属树脂就能够使间隔体35和铁芯30的铁芯插入部31紧密接触
并粘着。另外，在铁芯线圈外部32形成含磁性金属树脂时，如果通过含磁性金属树脂覆盖铁芯插入部31并进行铁芯线圈外部32的保护对策，那么能够针对通过含磁性金属树脂保护的铁芯30全体抑制破碎、裂缝等的损伤以及生锈的发生。而且,能够与在铁芯线圈外部32的第一、第二外表面32a、32b上形成含磁性金属树脂层的同时实施上述的铁芯30的保护对策，因此，铁芯30的保护对策的生产率比现有的保护对策得到提高，结果是能够减少铁芯30的保护对策所需的成本。另外，在本实施例的电抗器10中，模制线圈20包括螺栓50、以及向支撑该电抗器10的框体60保持并固定该电抗器10的紧固部件保持部25 (电抗器保持部件25)，因此，在电抗器10运转时，即使铁芯30发生振动并且该振动向不是起振源的模制线圈20传播，振动传播也能够在模制线圈20中的树脂形成的模制层20M处减少。在电抗器10运转时，当线圈21中流过的电流的状态变化时，产生由于磁通量密度的变化而作用在铁芯30、30间的电磁吸引力和在各铁芯30中产生的磁致伸缩，双方的铁芯30,30伸缩变位并振动。在本实施例的电抗器10中，在不是上述的振动的起振源的模制线圈20设置有紧固部件保持部25，因此即使铁芯30的振动传播到模制线圈20，在振动传播在模制线圈20的模制层20M处被减少的状态下，也能够将该电抗器10固定在框体60上。另外，在本实施例的电抗器10中，紧固部件保持部25设置在沿着线圈轴心方向Y的模制线圈20的厚度方向Y中央，因此通过设置在该位置的紧固部件保持部25将该电抗器10保持在框体60上，并通过螺栓50进行固定，那么在电抗器10运转时，即使铁芯30的振动经由模制线圈20、螺栓50传播到框体60，也能够将向框体60的振动传播抑制得更小。
S卩，在电抗器运转时，如前所述，铁芯彼此相互伸缩变位进行振动。铁芯大致分为堆积多个薄钢板形成的层积钢板型铁芯和以压粉形成的压粉铁芯，压粉铁芯成本比层积钢板型铁芯低，因此大量应用于铁芯。另一方面，当比较层积钢板型铁芯和压粉铁芯的机械性质时，压粉铁芯的弹性模数比积钢板型铁芯小，压粉铁芯的共振频率比积钢板型铁芯的共振频率低。当铁芯是层积钢板型铁芯时，层积钢板型铁芯的共振频率与电抗器运转时铁芯振动的驱动频率(约IOKHz)相差数KHz以上，因此铁芯不会受共振频率的不良影响而剧烈振动。但是，当铁芯是压粉铁芯时，存在在电抗器运转时，铁芯的驱动频率接近压粉铁芯的共振频率，铁芯成为剧烈振动的状态的问题。 另外，不管铁芯是压粉铁芯还是层积钢板型铁芯，铁芯的振动主要是铁芯彼此在相互相对的方向上反复伸缩的振动(纵向振动)，包括振幅最大的“波腹”和振幅最小的“波节”。特别是，当铁芯是压粉铁芯时，铁芯以与其共振频率接近的驱动频率振动，当电抗器在与振幅最大的“波腹”的位置相当的位置被通过紧固部件固定在支持电抗器框体上时，发生由铁芯引起的大的振动传播到框体，发生由于铁芯的振动而引起的噪音的问题。与此相对，在本实施例的电抗器10中，模制线圈20的厚度方向Y中央是与两个铁芯30、30产生的纵振动的振动的波节相当的位置，是两个铁芯30、30中的磁致伸缩以及电磁吸引力引起的振动的振幅最小的部位。另外，如本实施例那样，在铁芯30是以低成本的压粉铁芯来构成的情况下，即使铁芯30的驱动频率在铁芯30的共振频率附近，在模制线圈20的厚度方向Y中央，铁芯30的振动的振幅是最小的。因此，通过螺栓50和设置在模制线圈20的厚度方向中央Y的紧固部件保持部25，将该电抗器10保持并固定在框体60上，那么，在电抗器10运转时，即使铁芯30的振动经由模制线圈20、螺栓50传播到框体60，也能够将向框体60的振动传播抑制得更小。而且，能够减少电抗器10运转时产生的铁芯30的振动向框体60传播，因此能够充分地抑制由该振动引起的噪音。另外，在本实施例的电抗器10中，紧固部件保持部25是在线圈21的径向X上跨过模制线圈20而延伸，在其围绕的模制线圈20的外侧的位置上具有通孔25H、25H的电抗器保持部件25，螺栓50被插入电抗器保持部件25的通孔25H、25H与框体60连接，在电抗器10运转时，能够将从铁芯30经由电抗器保持部件25、螺栓50传递到框体60振动传播抑制得较小。因此，由该振动传播引起的与框体60连接的螺栓50、50材料的松动得到抑制，电抗器10和框体60能够长时间、以稳定的连接力紧紧地固定。另外，在本实施例的电抗器10中，电抗器保持部件25是金属制的，通过嵌件成型与模制线圈20成为一体，因此，模制线圈20内的线圈21、21发热所产生的热易于经由模制线圈20的模制层20M向热传导率的大的电抗器保持部件25传热，并能够从电抗器保持部件25向外部高效地放热。(实施例2)以下，使用参照的图I、图2以及图4说明实施例2。
在实施例I的电抗器10中，形成含磁性金属树脂层33以及铁芯保护层34，并且覆盖铁芯插入部31的第一、第二外表面31a、31b的含磁性金属树脂中混入的粘合剂树脂是环氧树脂。与此相对，在本实施例的电抗器10中，含磁性金属树脂中混入的粘合剂树脂是热可塑性树脂而不是环氧树脂。由此，实施例I和实施例2的粘合剂树脂的材质不同，除此以外的部分与实施例I是相同的。因此，附图的符号使用与实施例I相同的符号，以与实施例I不同的部分为中心进行说明，针对其他部分的说明进行简化或者省略。在本实施例中，在各铁芯30上，如图1，图2以及图4所示，含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32中的、在位于线圈轴心方向Y的两端的各线圈21的线圈末端21E、21E处，在沿着线圈21的径向X的方向上位于线圈21的径外侧的第一外表面32a上，并与该第一外表面32a紧密接触。即，含磁性金属树脂层33被配置在与各线圈21的线圈末端 21E、21E相对的位置上。含磁性金属树脂层33由将具有磁性金属粉末混入粘合剂树脂而得到的含磁性金属树脂构成。另外，在各铁芯线圈外部32的第二外表面32b上通过含磁性金属树脂形成有铁芯保护层34。铁芯保护层34铁芯保护层34在一个铁芯30上与相邻的含磁性金属树脂层33、33连续，其厚度比含磁性金属树脂层33小，并与第二外表面32b紧密接触地覆盖。另外，与铁芯保护层34同样地，铁芯插入部31的第一外表面31a也被含磁性金属树脂覆盖。含磁性金属树脂的粘合剂树脂都是热可塑性树脂，在本实施例中是聚苯硫醚(PPS)。但是，在本实施例的电抗器10中，铁芯30的铁芯插入部31的第二外表面31b和间隔体35的板面通过环氧树脂等的粘接材料粘着。说明具有前述的构成的本实施例涉及的电抗器10的作用效果。与实施例I同样，在本实施例的电抗器10中，模制线圈20被形成为大致六面形状，铁芯30具有在各线圈21、21的外部连接被插入到各线圈21内的铁芯插入部31、31的两侧的铁芯线圈外部32，由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂(PPS)而得到的含磁性金属树脂所构成的含磁性金属树脂层33形成在铁芯线圈外部32的第一外表面32a上，因此，如参照的图7所示，除了位于线圈21径内的铁芯30的铁芯插入部31、31，以及位于线圈21外侧的铁芯30的铁芯线圈外部32的磁场能够作为磁路利用之外，通过含磁性金属树脂层33的存在，位于线圈末端邻接部的磁场也能够作为磁路有效地利用。由此，如参照的图13以及图4所示，除了间隔体35，一旦通过本实施例的铁芯30、30以及含磁性金属树脂层33生成与现有的铁芯230相同体积相当的磁路，那么铁芯30、30能够比现有的铁芯230、230缩小与含磁性金属树脂层33的总体积大致相当的量。而且，本实施例的将位于各铁芯30的两侧的铁芯插入部31、31从线圈一侧向线圈轴心方向Y插入各个线圈21内并使其相对，隔着间隔体35、35连接成轨道形状的电抗器10，能够达到维持现有的电抗器210的性能的同时能够比现有的电抗器210更加小型化的优异的效果，。另外，在本实施例的电抗器10中，含磁性金属树脂的粘合剂树脂是PPS，因此能够通过高循环(High cycle)来实现在铁芯线圈外部31的第一外表面32a上形成含磁性金属树脂层33的工序、以及通过含磁性金属树脂覆盖铁芯插入部31的工序等。因此，伴随着含磁性金属树脂层33的形成、以及通过含磁性金属树脂进行的铁芯插入部31的覆盖的生产率的提高，能够减少本实施例的电抗器10的成本。此外，作为热可塑性树脂，例如，除了聚苯硫醚(PPS)之外，还可以例举出尼龙、聚酰胺等的材料组成的聚酰胺树脂等。以上，结合实施例1、2说明了本发明的一个实施方式，但是本发明不限定于上述实施例1、2，在不脱离其主旨的范围内，能够适当改变进行应用。例如，在实施例1、2中，铁芯30是压粉铁芯，但是铁芯也可以是堆积多个薄钢板形成的层积钢板型铁芯。
产业上的可用性从以上的说明可知，根据本发明，能够提供在保护铁芯并维持性能的同时，电抗器全体比现有的电抗器小型化的电抗器。符号说明10 电抗器20 模制线圈21 线圈2IE线圈末端25 电抗器保持部件25H 通孔30 铁芯31 铁芯插入部32 铁芯线圈外部32a第一外表面(外表面)33 含磁性金属树脂层50 螺栓(紧固部件)60 框体X、Z线圈的径向Y 线圈轴心方向，模制线圈的厚度方向。
权利要求
1.一种电抗器，包括模制线圈和两个U字型形状的铁芯，所述模制线圈是将串联地电连接的两个线圈并列配置，并通过树脂对所述两个线圈模制所述各线圈的径外侧而一体化形成的，作为核心，使所述各个铁芯分别将位于所述铁芯的两侧的铁芯插入部从所述线圈一侧向线圈轴心方向插入所述各线圈内并使其相对，隔着间隔体连接成轨道形状，其特征在于， 所述模制线圈形成为大致六面形状， 所述铁芯包括在所述各线圈的外部连接被插入所述各线圈内的所述铁芯插入部的两侧的铁芯线圈外部， 由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂而得到的含磁性金属树脂组成的含磁性金属树脂层形成在所述铁芯线圈外部的外表面上， 在所述模制线圈中包括紧固部件保持部，所述紧固部件保持部与紧固部件一起，将该电抗器保持并固定在支撑该电抗器的框体上， 通过所述紧固部件和所述紧固部件保持部，将所述模制线圈保持在从所述框体离开的状态。
2.如权利要求I所述的电抗器，其特征在于， 所述含磁性金属树脂层至少形成在所述铁芯线圈外部中的、在位于所述线圈轴心方向两端的所述各线圈的线圈末端处，在沿着所述线圈的径向的方向上位于径外侧的部位上。
3.如权利要求I或2所述的电抗器，其特征在于， 在所述铁芯中，所述铁芯插入部与所述铁芯线圈外部被形成为相同的高度，另一方面，所述铁芯线圈外部的截面积被形成为比所述铁芯插入部的截面积小。
4.如权利要求I至3中任一项所述的电抗器，其特征在于， 所述含磁性金属树脂的所述粘合剂树脂是环氧树脂。
5.如权利要求4所述的电抗器，其特征在于， 所述含磁性金属树脂覆盖所述铁芯的所述铁芯插入部。
6.如权利要求I至3中任一项所述的电抗器，其特征在于， 所述含磁性金属树脂的所述粘合剂树脂是热可塑性树脂。
7.如权利要求I至6中任一项所述的电抗器，其特征在于， 在所述模制线圈中包括紧固部件和使该电抗器保持并固定在支撑该电抗器的框体上的紧固部件保持部。
8.如权利要求7所述的电抗器，其特征在于， 所述紧固部件保持部设置在沿着所述线圈轴心方向上的所述模制线圈的厚度方向中央处。
9.如权利要求8所述的电抗器，其特征在于， 所述紧固部件保持部在所述线圈的径向上跨过所述模制线圈而延伸，并在其所围绕的所述模制线圈的外侧的位置上具有通孔， 所述紧固部件被插入所述电抗器保持部件的所述通孔并与所述框体紧固在一起。
10.如权利要求9所述的电抗器，其特征在于， 所述电抗器保持部件是金属制的，通过嵌件成型与所述模制线圈成为一体。
全文摘要
本申请目的在于提供能够维持性能的同时相对于现有的电抗器实现电抗器整体小型化的电抗器。因此，本发明的一个实施方式包括并排配置的电气上串联连接的两个线圈，并通过树脂对两个线圈模制各线圈的径外侧而一体化形成的模制线圈和两个U字型形状的铁芯，作为核心，针对各个铁芯分别将位于铁芯的两侧的铁芯插入部从线圈一侧向线圈轴心方向插入各线圈内并使其相对，隔着间隔体连接成轨道形状的电抗器，其特征在于，模制线圈形成为大致六面形状，铁芯包括在各线圈的外部连接被插入各线圈内的铁芯插入部的两侧的铁芯线圈外部，由将具有磁性的金属粉末混入粘合剂树脂而得到的含磁性金属树脂组成的含磁性金属树脂层形成在铁芯线圈外部的外表面上。
文档编号H01F37/00GK102918610SQ20108006701
公开日2013年2月6日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者横田修司 申请人:丰田自动车株式会社