专利名称：电抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电抗器，其用作诸如车载直流-直流(DC-DC)转换器之类的电源转换器的组件。
背景技术：
混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、电动车辆等等，在行走电机被驱动或者电池被充电时，每一种车辆都需要执行升压操作和降压操作的转换器。即使是燃料电池车辆，燃料电池的输出也增加。转换器的部件之一是电抗器。例如，电抗器具有在其中一对线圈被平行布置的形式，而这一对线圈中的每一个具有 0型磁芯和缠绕在磁芯外周的线。PTL I公开了一种电抗器，其包括具有E型横截面的磁性线圈，该磁性线圈是所谓的壶形铁芯。磁芯包括插入到单个线圈中的圆柱形内芯部分、被布置以覆盖线圈外周的圆筒形外芯部分和被布置在线圈两端表面的一对圆盘状的耦合芯部分。耦合芯部分将同心布置的内芯和外芯部分彼此耦合，因此，壶形铁芯形成封闭的磁路。引用列表专利文献PTL I :日本未审查的专利申请公开No. 2009-03305
发明内容
技术问题在PTL I的电抗器中，内芯部分和线圈被外芯部分和耦合芯部分覆盖。这样的结构很难消散电抗器中由于铜损或铁损而产生的热。尤其是在车载转换器中，数百安培的电流会流过电抗器。线圈产生的热量可能增加，因此电抗器的内部温度可能升高到100°C或更闻的闻温。为了解决这样的问题，本发明提供了一种即使线圈的外部被芯构件覆盖也能够有效消散电抗器中产生的热的电抗器。解决问题的方案本发明所提供的电抗器包括线圈；芯，其具有布置在所述线圈的内部的内芯部分和覆盖所述线圈的外部的外芯部分；以及外壳，其罩着所述线圈和所述芯。所述外壳在内壁表面处具有散热结构，将所述散热结构提供给所述线圈和所述内芯部分中的至少一个。所述外芯部分具有与所述散热结构相对应的形状。对于该电抗器，在所述外壳的所述内壁表面处提供了用于所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的所述散热结构。因此，即使所述线圈的外部被芯构件覆盖，所述外壳中的所述散热结构也能够提高所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的散热性能。在该电抗器中，所述散热结构可以具有热传递部分，因设置所述热传递部分而使得所述外壳的所述内壁表面的一部分突出。因为所述外壳的所述内壁表面的一部分突出，所以所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个能够进一步靠近所述内壁表面。因此，能够提高所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的散热性能。所述散热结构可以与所述外壳的外壁表面不相似，并且可以由与所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的外部形状相对应地形成的内壁表面来形成。因为所述内壁表面被形成为与所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的外部形状相对应，所以所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个与所述内壁表面之间的距离在各个部分能够相同地减小。因此，能够提高所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的散热性能。根据所述电抗器的一方面，至少所述芯的所述外芯部分由磁性材料和树脂的混合物来形成。因此，即使所述散热结构具有复杂的形状，也能够容易地形成所述外芯部分。同样，根据所述电抗器的一方面，布置所述线圈以使得所述线圈的轴向方向实质上平行于所述外壳的底部表面。因此，热能够消散到所述外壳的所述底部表面，所述底部表面被冷却。本发明的有益效果 对于本发明，如上所述，即使所述线圈的外部被芯构件覆盖，也能够提高所述线圈和所述内芯部分中的至少一个的散热性能。
根据以下实施例，并参照附图来描述上述目的与其它目的、特征和优点。在附图中，相同的附图标记在不同的附图中表示相同的部件。图I是示出了根据本发明的实施例的电抗器的安装状态的示图。图2是示出了根据本发明的该实施例的电抗器的简要构造的透视图。图3是用于说明热传递部分的构造的所述电抗器的截面视图。图4是说明包括作为根据另一个示例的热传递部分的散热片式(fin-like)热传递部分的电抗器的截面视图。图5A是说明在外壳的四个内部角落处包括作为根据另一个示例的热传递部分的矩形板状热传递部分的电抗器的示图。更具体地，图5A是当在直接在侧壁212的内部的位置处沿着侧壁212切开电抗器时的侧视图。图5B是说明在外壳的四个内部角落处包括作为根据另一个示例的热传递部分的矩形板状热传递部分的电抗器的示图。更具体地，图5B是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。图6是说明包括了作为根据另一个示例的热传递部分的其中排列着多个径向布置的板状部分的热传递部分的电抗器的示图。图7A是说明包括作为根据进一步示例的热传递部分的螺旋形热传递部分的电抗器的示图。更具体地，图7A是当在直接在侧壁212的内部的位置处沿着侧壁212切开电抗器时的侧视图。图7B是说明包括作为根据进一步示例的热传递部分的螺旋形热传递部分的电抗器的示图。更具体地，图7B是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。图8A是说明具有如下外壳的电抗器的构造的不图，该外壳具有与线圈和内芯部分的外部形状相对应地形成的内壁表面以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图8A是当在直接在侧壁212的内部的位置处沿着侧壁212切开电抗器时的侧视图。图8B是说明具有如下外壳的电抗器的构造的不图，该外壳具有与线圈和内芯部分的外部形状相对应地形成的内壁表面以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图8B是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。图9A是说明包括如下外壳以及以基本上平行于该外壳的底部表面的方式布置的线圈和内芯部分的电抗器的构造的示图，该外壳具有与外部形状相对应地形成的热传递部分以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图9A是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。图9B是说明包括如下外壳的电抗器的构造的示图，该外壳具有与以基本上平行于外壳的底部表面的方式布置的线圈和内芯部分的外部形状相对应地形成的热传递部分以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图9B是当从上面观察时的俯视图。图IOA是说明具有如下外壳的电抗器的构造的示图，所述外壳具有与多个线圈元 件的外部形状相对应地形成的内壁表面来作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图IOA是当在直接在侧壁212的内部的位置处沿着侧壁212切开电抗器时的侧视图。图IOB是说明具有如下外壳的电抗器的构造的示图，所述外壳具有与多个线圈元件的外部形状相对应地形成的内壁表面来作为根据另一个示例的外壳的散热结构。更具体地，图IOB是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。图11是说明包括如下外壳的电抗器的构造的示图，该外壳具有带有散热结构的
外壁和盖。
具体实施例方式以下更详细地描述本发明。图I是示出了根据本发明的实施例的电抗器的安装状态的不图。根据该实施例的电抗器101能够用作车载DC-DC转换器的部件。电抗器101和其它部件一起被罩在用铝制造的转换器箱102中。在此实施例中，电抗器101包括用铝制造并具有(例如)箱盖形状的外壳103。电抗器101布置在转换器箱102中，使得外壳103由螺栓固定到转换器箱102的内底部表面104。外壳103的底部表面与转换器箱102的内底部表面104表面接触。在车载转换器中，可以将数百安培的电流施加于电抗器101，这导致电抗器101在高温时发热。为了冷却电抗器101和其它部件，将冷却水105引入到转换器箱102的外底部表面。通过外壳103的底部表面，将电抗器101产生的热传递到转换器箱102，并由冷却水105散热。图2是示出了根据该实施例的电抗器的简要构造的透视图。电抗器101包括线圈201和芯204。芯204包括布置在线圈201内部的内芯部分202和覆盖线圈201的外部的外芯部分203。电抗器101包括的外壳103罩着线圈201和芯204。在电抗器101中，通过以螺旋状缠绕单根连续线201w来形成线圈201，并且线圈201具有布置成平行于外壳103的底部表面的法线方向的轴向方向205。线20Iw的两端与转换器的半导体组件和电池连接。线201w优选使用涂覆线，其在用诸如铜或铝之类的导电材料制造的导体的外周上具有用绝缘材料制造的绝缘涂层。导体由用铜制造的矩形线形成。线201w使用具有珐琅绝缘涂层的涂覆矩形线。线201w的导体的横截面可以不是矩形横截面，可以是各种横截面中的任何一种，诸如圆形横截面和多边形横截面。具有上述构造的电抗器能够优选地用于在如下电力应用条件下的特殊使用目的，其中最大电流(直流)在从约100A到1000A的范围内，平均电压在从约100V到1000V的范围内，并且可用频率在从约5kHz到IOOkHz的范围内；或者通常地，该电抗器能够优选地用作诸如电动车辆、混合动力电动车辆等之类的车辆中的车载电源转换器的组件。关于特殊使用目的，期望的是优选使用的构造满足如下条件施加的直流电流为OA时的电感在从10 μ H到2mH的范围内，施加的电流为最大应用电流时的电感为外加电流为OA时的电感的10%或更大。当电抗器是车载部件时，包括外壳在内的电抗器优选地具有在从约O. 2升(200cm3)到约O. 8升(800cm3)的范围内的容量。线圈201形成单个线圈元件。可替换地，单根线可以形成多个线圈元件并且这些线圈元件可以被罩在外壳中。多个线圈元件不必由单根线形成，而可以由单独的多根线形成。通过焊接等方式将这些线的末端接合起来，从而这些线可以形成完整的线圈。为了焊接单独的多根线，例如，可以使用钨极惰性气体(TIG)焊接、激光焊接或者电阻焊接。可替 换地，可以通过接触焊接、冷压焊接或者振动焊接将这些线的末端接合。将形成线圈201的线201w的两端从线圈的匝引出一定量到外芯部分203的外部。将绝缘涂层除去并使导体部分暴露。将用诸如铜或铝之类的导电材料制造的端子构件与暴露的导体部分连接起来。线圈201通过端子构件与电池等连接。线201w的两端和端子构件之间的连接可以使用诸如TIG焊接或接触焊接等之类的焊接。因为内芯部分202和外芯部分203被结合在一起，所以芯204形成封闭的磁路。在此实施例中，内芯部分202和外芯部分203由不同的成型材料形成，因此具有不同的磁性特性。更具体地说，内芯部分202具有的饱和磁通密度比外芯部分203所具有的饱和磁通密度更高，而外芯部分203具有的磁导率比内芯部分202所具有的磁导率更低。内芯部分202具有沿着线圈201 (如果形成了多个线圈元件，则是这些线圈元件)的内周表面的形状延伸的外部形状。在此情况下，内芯部分202具有圆柱形的外部形状。可替换地，内芯部分202可以具有如具有呈圆角矩形(类似跑道形状)的端面形状的长方体的外部形状，或者是其它外部形状。内芯部分202可以完全由粉末压块形成，并且可以具有其中未插入间隙构件、气隙或接合构件的构造。可替换地，内芯部分202可以由其间插入间隙构件、气隙或接合构件的多个芯形成。通常通过对表面具有绝缘涂层的软磁粉进行模塑并且以绝缘涂层的耐热温度或更低的温度燃烧软磁粉，来获得粉末压块。可以使用将粘合剂(binder)适当地混入软磁粉中的混合粉末，或者可以使用具有用硅树脂(silicone resin)制造的涂层作为绝缘涂层的粉末。取决于软磁粉材料，并通过调整软磁粉和粘合剂的混合比率以及各种涂层的数量，能够改变粉末压块的饱和磁通密度。例如，通过使用具有高饱和磁通密度的软磁粉，或者通过降低粘合剂的含量并提高软磁材料的比例，来获得具有高饱和磁通密度的粉末压块。甚至可以通过改变模塑压力，更具体地，通过提高模塑压力，来提高饱和磁通密度。可以选择软磁粉和可以调整模塑压力以获得所希望的饱和磁通密度。软磁粉可以是诸如铁(Fe )、钴(Co )或镍(Ni )之类的铁族金属的粉末，诸如Fe-硅
(51)、？6-祖、？6-铝(41)、？6-&)、？6-铬(0)和Fe-Si-Al之类Fe基合金的粉末，或者可替换地，是稀土金属粉末或铁氧体粉末。特别地，Fe基金属粉末容易向粉末压块提供高饱和磁通密度。这样的粉末可以通过(利用气体或水来)雾化、机械粉碎或其它方法来生产。如果使用由具有纳米尺寸的晶体的纳米晶体材料形成的粉末，或更优选地，使用由各向异性的纳米晶体材料形成的粉末，则获得高度各向异性且具有低矫顽力的粉末压块。在软磁粉上形成的绝缘涂层使用诸如磷酸盐化合物、硅化合物、锆化合物或硼化合物。粘合剂可以使用热塑性树脂、非热塑性树脂或高级脂肪酸。粘合剂通过燃烧而损耗或变为诸如硅石之类的绝缘体。因为粉末压块具有诸如绝缘涂层之类的绝缘体，所以其中的软磁粉与其它软磁粉绝缘，从而能够减少涡流损耗。即使将高频电源施加于线圈，也能够减少该损耗。内芯部分202包含完全布置在线圈(组件)内部的构造，也是从线圈(组件)部分地突出的构造。在图2所示的示例中，内芯部分202在线圈201的轴向方向上具有比线圈201的长度更大的长度。内芯部分202的两端从线圈201的端面突出。内芯部分202的长度可以等于或稍微小于线圈201的长度。如果内芯部分202的长度等于或大于线圈201的长度，则由线圈201产生的磁通量能够充分通过内芯部分202。在此实施例中，形成外芯部分203以基本完全地覆盖线圈201和内芯部分202。换言之，外芯部分203基本覆盖线圈201的整个外周、线圈201的两个端面和内芯部分202的 两个端面。在内芯部分202和外芯部分203之间没有插入粘接构件的情况下，通过形成外芯部分203的树脂来将内芯部分202和外芯部分203接合在一起。通过这样的接合，芯204能够完全形成整体而没有间隙。外芯部分203具有与外壳的内壁表面相对应的长方体外部形状作为基本外部形状。然而，只要能够形成封闭磁路，并不具体地限定外芯部分203的形状。线圈201的外侧可以不被外芯部分203部分地覆盖，并且可以暴露着。可以完全由磁性材料和树脂的混合物(硬化压块)来形成外芯部分203。通常可以通过注射成型或浇铸成型来形成硬化压块。通常，注射成型将软磁粉(或者是根据需要还往其中加入了非磁性粉末的混合粉末)和具有流动性的粘合剂树脂混合，在预定压力下将混合流体装入模子中模塑，然后硬化粘合剂树脂。浇铸成型类似于注射成型那样获得混合流体，然后在不使用压力的情况下将混合流体注入到模子中以将混合流体模塑和硬化。在上述成型方法中的任何一种方法中，粘合剂树脂可以优选使用热固性树脂，诸如环氧树脂、酚醛树脂或硅树脂。如果粘合剂树脂使用热固性树脂，则加热压块，从而将树脂热硬化。可替换地，粘合剂树脂可以使用室温固化树脂或低温固化树脂。在此情况下，将树脂置于在从室温到相对低的温度的范围内的温度下以将树脂硬化。作为非磁性材料的粘合剂树脂大量地保留在硬化压块中。即使硬化压块使用与粉末压块所使用的软磁粉一样的软磁粉，硬化压块具有的饱和磁通密度和磁导率也比粉末压块所具有的饱和磁通密度和磁导率更低。在使用注射成型或浇铸成型的情况下，如果不执行烧结则可以通过改变软磁粉(或非磁性粉末)和粘合剂树脂的含量来调节外芯部分的磁导率，或者如果执行烧结则可以通过改变软磁粉和非磁性粉末的含量来调节外芯部分的磁导率。例如，如果软磁粉的含量下降，则磁导率趋向于下降。优选地，调整外芯部分203的磁导率以使得电抗器101具有所希望的电感。用于外芯部分203的软磁粉可以使用与用于上述内芯部分202的软磁粉相同的软磁粉。优选地，将绝缘体布置在芯204和线圈201接触的位置，以进一步增强这两个部件之间的绝缘性。例如，可以将绝缘胶带附接到线圈201的内周和外周表面，或者可以布置绝缘纸或绝缘板。可以将用绝缘材料制造的绕线筒布置在内芯部分202的外周。绕线筒的形成材料可以优选使用绝缘树脂，诸如聚苯硫醚(PPS)树脂、液晶聚合物(LCQ)或聚四氟乙烯(PTFE)树脂。对于该电抗器101,因为内芯部分202的饱和磁通密度高于外芯部分203的饱和磁通密度，所以如果穿过内芯部分202的总磁通量等于穿过具有类似于电抗器101的芯的形状并且完全具有均匀饱和磁通密度的磁芯(均匀芯)的内芯的总磁通量，则内芯部分202的横截面(磁通量穿过的平面)面积可以小于均匀芯的内芯的横截面面积。因为内芯部分202尺寸缩小了，所以芯204能够缩小尺寸，作为其结果，电抗器101能够缩小尺寸。同样，对于电抗器101，因为内芯部分202具有高饱和磁通密度并且外芯部分203具有低磁导率，所以电抗器101能够具有所希望的电感。此外，对于电抗器101，在整个芯204中没有出现包含粘接剂(adhesive)的间隙的情况下，不会出现在间隙处的磁通量泄漏影响线圈201的现象。因此，能够将内芯部分202布置在紧靠线圈201的内周表面处。从而，能够减小内芯部分202的外周表面和线圈201的内周表面之间的间隙。同样，从这个观点出发，电抗器101 能够缩小尺寸。另外，如果电抗器101没有使用粘接剂，则在形成内芯部分202时不需要用于间隙构件的接合过程，从而导致良好的生产力。具体地，对于电抗器101，在形成外芯部分203时，通过外芯部分203的形成树脂将内芯部分202和外芯部分203结合在一起以同时形成芯204，其结果是，能够制造出电抗器101。因此，简化了制造过程，同样，从这个观点出发，提闻了生广力。同样，如果电抗器101具有没有粘接剂的结构，则几乎不出现由于粘接剂的厚度的变化而出现电感失配的现象。此外，对于电抗器101，因为内芯部分202是粉末压块，所以能够容易地调节饱和磁通密度，并且即使内芯部分202具有复杂的三维形状，也能够容易地形成内芯部分202。另外，因为外芯部分203具有树脂成分，所以能够保护外芯部分203不受诸如灰尘和腐蚀之类的外部环境的影响，并且能够机械地保护外芯部分203。具体地，对于电抗器101，因为外芯部分203完全覆盖线圈201，所以能够容易地形成外芯部分203并且能够充分保护线圈201。如上所述，电抗器101具有各种各样的优点。此外，对于电抗器101，虽然外芯部分203完全覆盖线圈201，但是能够将内部温度维持为低温。如参照图I所述，电抗器101的底部表面被冷却，因此相对容易降低底部表面一侧的内部温度。相比之下，电抗器101的上表面一侧离外壳103的底部表面最远，并且不像电抗器101的底部表面和侧面表面那样被该外壳覆盖。热主要通过从内芯部分202延伸到底部表面的路径和经由外芯部分203和该外壳的侧壁延伸到底部表面的路径而消散。温度相对容易升高。具体地，如果用磁性材料和树脂的混合物来模塑外芯部分203，则外芯部分203具有比内芯部分202的热导率更低的热导率。促进了温度相对容易升高的倾向。为了减小内部温度的上升，在根据此实施例的电抗器101中，外壳103在内壁表面207处包括热传递部分206，作为用于线圈201和内芯部分202中的至少一个的散热结构。热传递部分206被形成为使得外壳103的内壁表面207的一部分突出并形成与外壁表面208不相似的内壁表面207的一部分或全部。因为提供了热传递部分206，所以将外芯部分203形成为与热传递部分206的形状相对应，从而，与内壁表面207与外壁表面208相似的情况相比，使线圈201和内芯部分202中的至少一个靠近内壁表面207。因此，能够提高线圈201和内芯部分202中的至少一个的散热性能。在外壳103的侧壁209到212当中的侧壁209和210中的每一个处提供热传递部分206,并形成这些侧壁的内壁表面的一部分。内壁表面207的基本形状是与外壁表面208相似的长方体。然而，因为提供了从基体表面向线圈201和内芯部分202突出的热传递部分206，所以内壁表面207与外壁表面208不相似。利用该突出部，内壁表面207 (的热传递部分206)与线圈201和内芯部分202相接触。热传递部分206不限于作为外壳103的一部分而与外壳103 —起整体地模塑的构造，还包括由与外壳103的主体的材料相同或不同的材料形成、与主体独立地形成并安装到该主体的构造。、
热传递部分206的材料可以使用诸如铝或铝合金之类的金属材料，或者诸如氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅之类的陶瓷。因为具有高热导率的热传递部分206(基本上)没有通过外芯部分203就与线圈201和内芯部分202接触(或靠近)，所以电抗器101中的热有效地消散。应当注意，如果热传递部分206还使用肋材，则还必须考虑机械强度来选择热传递部分206的材料。在制造电抗器101时，例如，准备好由粉末压块形成的线圈201和内芯部分202，并且将内芯部分202插入到线圈201中。此时，可以适当地将绝缘体布置在线圈201和内芯部分202之间。将线圈201和内芯部分202的该组装部件罩在提供有热传递部分206的外壳103中。在此状态下，将形成外芯部分203的磁性材料和粘合剂树脂的混合流体适当地施加到外壳103中。以这种方式，因为通过填充磁性材料和树脂的混合物来形成外芯部分203，所以即使外壳103的内壁表面207具有用于散热结构的复杂形状，也能够将外芯部分203形成为与散热结构相对应，因而能够相对容易地制造电抗器101。在此示例中，没有在外壳103的侧壁211或212处提供热传递部分206。由此，在侧壁211和212的邻近处，在线圈201的轴向方向上连续地形成外芯部分203以便连接内芯部分202的一端和另一端。在此部分中，从内部沿着内芯部分202和外芯部分203延伸到外部然后到达线圈201的内部的环形(封闭的)磁路得到充分保证。作为其结果，虽然在外壳103的内壁表面207处提供热传递部分206，但是能够提供所希望的磁特性。提供有热传递部分206的内壁不限于此例，只要能保证磁路，就能够适当地确定该内壁。热传递部分206包括突出部206A和突出部206B，突出部206A从外壳103的内壁表面207突出以便与线圈201的外周表面相接触，突出部206B从外壳103的内壁表面207突出以便与从线圈201的端面突出的内芯部分202相接触。突出部206A具有与线圈201的外周表面相对应的凹面作为接触面，并且突出部206B具有与内芯部分202的外周表面相对应的凹面作为接触面。由于这些凹面，接触(或靠近)面积比在这些表面为平面的情况下的接触(或靠近)面积大。热能够容易地根据针对该表面的量从线圈201和内芯部分202消散。图3是用于说明热传递部分的构造的所述电抗器的截面视图。在热传递部分206中，突出部206A在线圈201的轴向方向205上连续到突出部206B。此外，在外壳103的侧壁209和210中的每一个处提供突出部206B，并且突出部206B连续到外壳103的底部表面301上。线圈201产生的热通过突出部206A和206B传递到外壳103的底部表面301。因此，与只提供突出部206A的情况相比，热能够容易地从线圈201消散。同样地，因为突出部206B连续到外壳103的底部表面301上，所以来自内芯部分202的热也能够容易地传递到底部表面301。另外，突出部206B的上端面与线圈201的下端面的一部分相接触。因此，突出部206B能够有助于冷却线圈201。进一步地，在电抗器101中，内芯部分202的下端部分302与外壳103的底部表面301表面接触。内芯部分202具有比外芯部分203的热导率更高的热导率。因为内芯部分202的下端面与底部表面301相接触，所以热甚至能够通过内芯部分202消散到外壳103上。能够进一步调高整个电抗器101的散热性能。在此情况下，热传递部分206包括突出部206A和206B。然而，热传递部分206可以只包括突出部206A和206B中的一个。另外，可以在线圈201的上端侧提供类似于突出部206B的热传递部分(或突出部)。电抗器101的上表面侧没有被外壳103覆盖。具体地，中心部分远离外壳103的侧壁209到212，因此中心部分的温度容易升高。如果在线圈201的上端侧提供热传递部分，则电抗器101的上表面侧的热能够有效消散。同样地，突出部 206A和206B通过采用凹面的方式靠近线圈201和内芯部分202 ;然而，突出部206A和206B可以通过采用平面或凸面的方式靠近线圈201和内芯部分202。由于线圈201具有圆筒形状，内芯部分202具有圆柱形状，并且外壳103的内壁表面具有长方体的形状，因此，如果采用平面或凸面，则热传递部分的一部分比其它部分更靠近线圈201和内芯部分202。然而，靠近部分从内壁的基体表面突出，因此热能够容易地根据针对该表面的量从线圈201或内芯部分202消散。图4是说明包括作为根据另一个示例的热传递部分的散热片式热传递部分的电抗器的截面视图。与图3所示的示例类似，在外壳103的侧壁209和210中的每一个处提供热传递部分401。热传递部分401包括多个散热片式突出部。例如，在线圈201的轴向方向205上布置每一个都具有三角形截面的多个板片。以平行于外壳103的底部表面301的方式将每一片布置在侧壁209或210上。可替换地，可以以其它方式形成热传递部分401，例如，通过在侧壁209和210上布置多个针状突出部。热传递部分401不与线圈201或内芯部分202相接触；然而，也可以与线圈201和内芯部分202相接触。如果热传递部分401不与线圈201或内芯部分202相接触，则在那部分形成外芯部分203以保证磁路。即使热传递部分401不与线圈201或内芯部分202相接触，侧壁209和210的内壁表面也靠近线圈201和内芯部分202，这是因为存在相对于基体表面的热传递部分401。因此，热易于从线圈201和内芯部分202消散到外壳103上。同样地，因为提供了热传递部分401，所以侧壁209和210的内壁表面的表面积变大了，因此从这个观点出发，热也易于消散。图5A和图5B是说明在外壳的四个内部角落处包括作为根据另一个示例的热传递部分的矩形板状热传递部分的电抗器的示图。图5A是当在直接在侧壁212的内部的位置处沿着侧壁212切开电抗器时的侧视图。图5B是当沿着线圈的端面方向切开电抗器时的俯视图。在与类似箱子的外壳103的四个内部角落相对应的位置处提供热传递部分501。如果该外壳具有类似箱子的形状并且线圈201具有圆筒形状，则尤其是在四个角落处，线圈201和外壳103的侧壁209到212之间的距离变大。通过提供热传递部分501，线圈201和内芯部分202的这些部分变得靠近内壁表面，因此热能够容易地从这些部分散发。每一个热传递部分501具有矩形板状的形状，其中切掉了与内芯部分202相接触的角落部分，并且将矩形板放置在外壳103的底部表面301上。热传递部分501可以具有矩形板的形状或其它形状。在此示例中，热传递部分501的上表面还与线圈201的下端面的一部分相接触，因此能够有助于消散线圈201的热。然而，热传递部分501的上表面可以与线圈201的下端面相分离。即使在这种情况下，热传递部分501也靠近线圈201的下端面，因此能够容易地消散来自线圈201的热。另外，因为热传递部分501连续到外壳103的底部表面301上，所以热容易从线圈201和内芯部分202传递到底部表面301上。代替提供热传递部分501或者在除提供热传递部分501以外，可以在电抗器I的上表面侧提供类似于热传递部分501的热传递部分。此外，可以提供多个柱状热传递部分，其中每一个都具有与热传递部分501类似的横截面形状并且在线圈201的轴向方向205上延伸。在此情况下，能够有效提高远离外壳103的侧壁的热传递部分的散热性能。用形成外芯部分203的磁性材料和树脂的混合物来填充这些热传递部分之间的区域，因此保证了 外芯部分203中的磁路。图6是说明包括了如下热传递部分来作为根据另一个示例的热传递部分的电抗器的示图，在该热传递部分中排列着多个径向布置的板状部分。通过围绕内芯部分202放射状地布置多个沿着线圈201的轴向方向立于外壳103的底部表面301上的板状部分来形成热传递部分601。在此示例中，在四个内部角落的每一个角落处提供的板状部分具有比在每一个侧壁中心处提供的板状部分的厚度更大的厚度。这些板状部分可以具有相同的厚度，并且板状部分的数量不限于此示例中的数量。每一个热传递部分601的表面与线圈201相接触。因此，线圈201的外周表面的热能够容易地消散到外壳103的侧壁209到212，然后消散到底部表面301。热传递部分601不必与线圈201相接触。另外，放射状布置的热传递部分601可以靠近或可以接触线圈201和内芯部分202。在板状部分之间形成外芯部分203，并且能够充分保证在那部分处的磁路。图7A和图7B是说明包括作为根据进一步示例的热传递部分的螺旋形热传递部分的电抗器的示图。在外壳103的侧壁211和212处提供热传递部分701。以螺旋的形式围绕着线圈201来形成两个热传递部分701。热传递部分701接触线圈201 (和内芯部分202)或靠近线圈201 (和内芯部分202)，从而容易消散热量。在形成螺旋的线部分(例如，701A和701B)之间提供间隙。同样地，在该间隙中形成外芯部分203，因此即使在那部分中也能够形成磁路。通过以螺旋的形式形成热传递部分701，螺旋形式允许线圈201的热相对均匀地散发并且有助于形成磁路。图8A和图8B是说明包括如下外壳的电抗器的构造的示图，该外壳具有与线圈和内芯部分的外部形状相对应地形成的内壁表面以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。由被形成为圆柱形以与线圈201和内芯部分202的外部形状相对应的内壁表面801形成根据此示例的散热结构。因为外壳103的外部形状是长方体，所以外壁表面208与内壁表面801不相似。虚线802假想地显示了假设以类似于外壁表面208的长方体形状形成的内壁表面。通过图中内壁表面801和虚线802之间的对比发现，因为与线圈201和内芯部分202的外部形状相对应地形成圆柱形内壁表面801，所以外壳103的侧壁靠近线圈201和内芯部分202。同样地，因为以这种方式形成内壁表面801，所以将外芯部分203形成为圆筒形状以便填充与内壁表面801的形状一致的间隙。外芯部分203的厚度在圆筒形线圈201的整个圆周方向上均匀下降。因此，热能够容易地从线圈201和内芯部分202均匀地消散到外壳103的底部表面301上。同样地，因为以圆筒形状来形成外芯部分203，所以能够在线圈201的整个圆周方向上减少磁路长度的变化。作为其结果，能够更容易地获得所设计的磁特性。进一步地，能够减少外芯部分203的过多的芯构件。应当注意，已经描述了线圈201为圆筒形的示例，然而，线圈201的形状可以是其它形状。图9A和图9B是说明了如下电抗器的构造的示图，其中基本平行于外壳的底部表面来布置线圈以作为根据下文描述的另一个示例的外壳的散热结构。根据此示例的散热结构包括线圈201、内芯部分202和热传递部分701。如果以这种方式形成热传递部分701，则形成外芯部分203以填充与该形状一致的间隙。同样地，因为形成了线圈201、内芯部分 202和热传递部分701，所以外壳103的底部表面进一步靠近线圈201和内芯部分202，因此热能够通过热传递部分701从线圈201和内芯部分202容易地消散到外壳103的底部表面301。应当注意，已经描述了线圈201为圆筒形并具有圆形端面的示例,然而,线圈201的端面形状可以是其它形状，诸如矩形、椭圆或类似跑道的形状。图IOA和图IOB是说明包括如下外壳的电抗器的构造的示图，该外壳具有与多个线圈元件的外部形状相对应地形成的内壁表面以作为根据另一个示例的外壳的散热结构。在此示例中，线圈包括两个线圈元件20IA和20IB。分别为线圈元件20IA和20IB准备内芯部分202A和202B。线圈元件201A和201B中的每一个具有圆角矩形形状(类似跑道形状)的端面。
形成外壳103的内壁表面901以便具有类似跑道的横截面形状以与连接两个线圈元件201A和201B的外部形状的封套(envelope)相对应。线圈元件201A或201B的外周表面平行于内壁表面901，甚至在类似跑道形状的圆角部分处也平行。因为外壳103的外部形状为长方体，所以外壁表面208与内壁表面901不相似。作为类似跑道形状的基本形状的矩形的长边与短边的比率不同于外壳103的横截面的矩形的长边与短边的比率，因此从这个观点来看，外壁表面208与内壁表面901也不相似。虚线902假想地显示了假设以类似于外壁表面208的长方体的形状形成的内壁表面。与图8A和图8B的示例类似，通过图中内壁表面901和虚线902之间的对比发现，因为具有类似跑道的横截面的内壁表面901被形成为与线圈元件201A和201B的外部形状相对应，所以外壳103的侧壁靠近线圈元件201A和201B。因此，热能够从线圈元件201A和201B容易地消散到外壳103的底部表面301。如果如上所述提供多个线圈元件，则能够与连接这些线圈元件的外部形状的封套相对应地形成内壁表面901。即使提供了多个线圈元件，也可以将内壁表面形成为与这些线圈元件的外部形状中的每一个形状相对应。例如，如果增加了图IOB所示的内壁表面903，则将内壁表面形成为与线圈元件201A或201B的外部形状相对应。在此情况下，在线圈元件201A和201B之间的部分提供一个其中线圈元件201A和201B平行于该内壁表面的部件。因此，热能够进一步地从线圈元件20IA和20IB有效地消散。
图11是说明包括如下外壳的电抗器的构造的示图，该外壳具有带有散热结构的外壁和盖。与图5A和图5B所示的示例相似，在与外壳103的底部表面301侧的四个内部角落相对应的位置提供热传递部分1001。热传递部分1001是用于说明图11的构造的一个示例，该构造不限于热传递部分1001。在图11的电抗器中，在外 壳103的侧壁处的外壁表面208还具有散热结构1002。多个散热结构1002中的每一个都具有如下结构其中，在线圈201的轴向方向上将平行于外壳103的底部表面布置的多个板状片布置在外壳103的侧壁的外壁表面208上。然而，外壁表面208的散热结构不限于此示例。例如，可以由完全布置在侧壁的外壁表面上的多个针状突出部来形成该散热结构。如上所述，通过在外壳103的外壁表面208处提供散热结构1002，能够进一步有效地消散从线圈201和内芯部分202传递到外壳103的侧壁的热。因此，能够提高整个电抗器的散热性能。此外，在此示例中，外壳103具有封闭外壳103的上部的盖1003。在上述示例中，外壳103的上表面是开放的并且外芯部分203的一部分是暴露的。在图10的示例中，利用例如用铝制造的盖1003来封闭外壳103的上侧面。电抗器的上表面与盖1003表面接触。因此，电抗器的上表面的热还通过经外壳103的盖1003和侧壁延伸到底部表面301的路径消散。盖1003的材料可以使用诸如铝或铝合金之类的金属材料，或者诸如氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼或碳化硅之类的陶瓷。同样地，如果盖1003和外壳103是用类似金属材料的导电材料来制造的，则盖1003和外壳103还起到对电磁干扰的屏蔽的作用。此外，在此示例中，在与外壳103的上表面侧处的四个角落相对应的位置提供热传递部分1004。热传递部分1004与从线圈201突出的内芯部分202的上部的侧表面相接触，并与线圈201的上端面的一部分相接触。另外，当盖1003封闭时，热传递部分1004还与盖1003相接触。因此，热能够进一步有效地通过热传递部分1004和盖1003从线圈201和内芯部分202消散。应当注意，可以不在外壳103处提供而可以在盖1003处提供热传递部分1004。在此情况下，以不干扰盖1003的热传递部分的形状来模塑外芯部分203。因此，热能够进一步有效地从线圈201和内芯部分202传递到盖1003。上述实施例没有限制本发明的技术范围，在本发明的范围内可以进行各种修改和应用。例如，本发明的电抗器的应用不限于车载转换器，能够将该电抗器应用于具有较高输出的电源转换器，例如用于空调机的转换器。另外，还可以通过准备线圈和芯的组装部件、罩住该组装部件、并填充单独准备的填充树脂来制造罩在外壳中的电抗器。填充树脂可以使用例如包含环氧树脂、聚氨酯树脂、PPS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)树脂的混合物，还可以使用以包括氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅的陶瓷中的至少一种来制造的填料。通过包含该填料，提高了电抗器的散热性能。另夕卜，本发明不但能够应用于被罩在外壳中以使得线圈的轴向方向平行于外壳的底部表面的法线方向的电抗器，而且能够应用于例如被罩在外壳中以使得线圈的轴向方向平行于外壳的底部表面的电抗器。在上述实施例中，已经将本发明描述为电抗器的内芯部分由粉末压块形成。对于另一个示例，内芯部分可以使用由堆叠形成的构造，在该堆叠中，堆叠着通常为硅钢片的电磁钢板。该电磁钢板比粉末压块更有可能提供具有高饱和磁通密度的磁芯。进一步地，在上述电抗器中，内芯部分具有比外芯部分的饱和磁通密度更高的饱和磁通密度，并且外芯部分具有比内芯部分的磁导率更低的磁导率。然而，适用本发明的电抗器不限于上述电抗器。例如，不但外芯部分，而且内芯部分也可以由磁性材料和树脂的混合物形成。在此公开的实施例和示例仅仅是示例，而不是旨在提供限制。本发明的范围不是由上述描述来限定，而是由权利要求的范围来限定。本发明的范围旨在包含相当于权利要求的范围的内涵和在权利要求的范围内的全部修改。工业实用性
车辆上的转换器或空调机上的转换器，该车辆可以是诸如混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆、电动车辆或燃料电池车辆。附图标记列表101电抗器102转换器箱103电抗器的外壳201 线圈20IA和20IB线圈元件201w 线202内芯部分203外芯部分204 芯206、401、501、601、701、1001 和 1004 热传递部分206A 和 206B 突出部207、801 和 901 内壁表面208外壁表面209、210、211 和 212 侧壁301外壳的底部表面1002外壁的散热结构1003外壳的盖
权利要求
1.一种电抗器,其包括 线圈； 芯，其具有布置在所述线圈的内部的内芯部分和覆盖所述线圈的外部的外芯部分；以及 外壳，其罩着所述线圈和所述芯， 其中，所述外壳在内壁表面处具有散热结构，将所述散热结构提供给所述线圈和所述内芯部分中的至少一个。
2.根据权利要求I所述的电抗器，其中，所述散热结构具有热传递部分，因设置所述热传递部分而使得所述外壳的所述内壁表面的一部分突出。
3.根据权利要求I所述的电抗器，其中，所述散热结构与所述外壳的外壁表面不相似，并且由与所述线圈和所述内芯部分中的所述至少一个的外部形状相对应地形成的内壁表面来形成。
4.根据权利要求I到3中任意一项所述的电抗器，其中，至少所述芯的所述外芯部分由磁性材料和树脂的混合物来形成。
5.根据权利要求I到4中任意一项所述的电抗器，其中，布置所述线圈以使得所述线圈的轴向方向实质上平行于所述外壳的底部表面。
全文摘要
提供了一种电抗器，其包括线圈；芯，其包括布置在所述线圈中的内芯部分和被配置为覆盖所述线圈的外侧的外芯部分。所述电抗器的所述内芯部分的饱和通量密度高于所述外芯部分的饱和通量密度，并且所述外芯部分的磁导率低于所述内芯部分的磁导率。所述电抗器由磁性材料和树脂的混合物形成，所述电抗器的外壳包括布置在所述外壳的内壁表面上的热传递单元以起到用于所述线圈和所述内芯部分中的至少一个的散热结构的作用。即使当所述线圈的外侧被芯材料覆盖，所述电抗器也可以有效地扩散所述电抗器中产生的热。
文档编号H01F37/00GK102714091SQ201180006195
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月8日 优先权日2010年1月20日
发明者北岛健二, 北岛未规, 山本伸一郎, 山田幸伯, 稻叶和宏, 野村康 申请人:住友电气工业株式会社