专利名称：电抗器以及制造该电抗器的方法
技术领域：
本发明涉及用作例如车载DC-DC转换器等功率转换装置的部件的电抗器以及制造该电抗器的方法。更具体地说，本发明涉及如下电抗器该电抗器可以减少泄漏至外部的磁通量并具有小尺寸。
背景技术：
现有如下的电抗器，其用作用于逐步升压和逐步降压操作的电路部件之一。在已采用的典型形式的电抗器中，例如，在装载在例如混合动力车等车辆上的电抗器中，在具有环形形状(例如，O形)的磁芯的相应部分周围并排地设置有一对线圈，这对线圈通过缠绕导线来形成。 专利文献(PTL) I公开了一种电抗器，该电抗器包括一个线圈以及所谓的桶型芯部(即，具有E-E状横截面的磁芯)，该芯部包括内侧芯部，其设置在线圈内侧；以及外侧芯部，其设置成覆盖线圈的大致整个外周。桶型芯部具有小尺寸，并适于作为装载在安装空间小的车辆上的部件。具体地说，PTL I中公开的电抗器可以以如下的方式制造成较小的尺寸通过将内侧芯部的饱和磁通密度设置成高于外侧芯部的饱和磁通密度从而减小了内侧磁芯的截面面积，通过将外侧芯部的导磁率设置成低于内侧芯部的导磁率从而省去了间隙部件，或者通过设计成不使用壳体的结构形式。此外，PTL I公开了磁性粉末和树脂的混合物(在下文中称为“磁性混合物”)作为外侧芯部的构成材料。〈引用列表〉专利文献PTL I :日本未审查的专利申请公开No. 2009-033051 ο
发明内容
〈技术问题〉然而，现有技术的电抗器伴随有磁通量泄漏至外部的风险。当不使用壳体并且磁芯的暴露在外部的部分中的导磁率低时，由于磁芯的暴露部分与外部(通常是大气)之间的导磁率的微小差异，磁通量容易泄漏至外部。具体地说，当外侧磁芯由上述磁性混合物制成时，因为导磁率倾向于随着磁性材料中的树脂含量的增加而降低，所以磁通量更容易泄漏至外部。在图5所示的电抗器100中，例如，通过将磁芯130和线圈120所组成的组装件110容纳在由非磁性材料(例如，铝)制成的壳体140中，可以减少漏磁通量；磁芯130包括内侧磁芯131和外侧磁芯132。然而，即使在这种情况下，仍然难以减少经由壳体140的开口泄漏至壳体140外部的磁通量。例如，通过增大壳体140 (如图5中的点划线所示)而增大从线圈120的端面到壳体140的开口的距离L，也就是通过使外侧磁芯132的靠近壳体140的开口侧附近的厚度增加,可以减少泄漏至壳体140外部的磁通量。然而,这种结构增加了电抗器的高度并导致电抗器的尺寸增大。
因此，本发明的一个目的是提供如下电抗器该电抗器较不容易导致磁通量泄漏至外部并具有小尺寸。本发明的另一个目的是提供能够制造如下电抗器的电抗器制造方法该电抗器较不容易导致磁通量泄漏至外部并具有小尺寸。〈技术方案〉在图5所示的电抗器100中，可以想到，例如，用由非磁性材料制成的盖部件覆盖壳体140的开口。然而，在这种情况下，除了盖部件之外，还需要螺钉等用来将盖部件固定到壳体上。这不仅增加了部件的数量，而且增加了组装步骤的数量，且需要对壳体钻孔、设置盖部件、以及设置并固定螺钉等，因而降低了电抗器的生产率。此外，如果盖部件与磁芯之间产生间隙，则存在磁通量可能经由该间隙而泄漏的风险。例如，可以通过用上述磁性混合物形成外侧磁芯并在树脂硬化之前将盖部件的一部分埋入磁性混合物的树脂中，来防止产生间隙。具体地说，在这种情况下，通过使盖部件形成为具有呈凹凸状的外形，可以增大盖部件与磁性混合物之间的接触面积，从而更难以产生间隙。此外，通过将盖部件埋在磁性混合物中，可以省去例如螺钉等固定部件。然而，仍然额外地需要盖部件。
鉴于上述情况，本发明利用包括磁屏蔽层的电抗器实现了上述目的；磁屏蔽层可以在制造磁芯的同时形成在磁芯的最外表面部分，而不用另外准备独立于壳体的盖部件并将盖部件安装到壳体上。根据本发明的电抗器包括一个线圈，所述线圈通过缠绕导线而形成；磁芯，所述线圈设置在所述磁芯上；以及壳体，其具有开口并容纳所述线圈和所述磁芯的组装件。所述线圈被封入所述壳体中而处于密封状态，同时所述线圈的外周的至少一部分被所述磁芯覆盖。所述磁芯的位于与所述壳体的开口接近的一侧的区域由磁性粉末和树脂的混合物制成。另外，所述电抗器包括由非磁性粉末和树脂制成的磁屏蔽层，磁屏蔽层设置在从所述壳体的开口露出的最外表面区域中以覆盖所述磁芯的开口侧区域，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末的比重小的比重并具有导电性。例如，根据本发明的如下任意一种制造方法，可以容易地制造根据本发明的电抗器。根据本发明的第一种电抗器制造方法涉及通过将一个线圈和磁芯的组装件容纳在具有开口的壳体中来制造电抗器的方法，所述线圈通过缠绕导线而形成，并且所述线圈设置在所述磁芯上。所述方法包括如下的容纳步骤、填充步骤以及硬化步骤。(I)容纳步骤将所述线圈容纳在所述壳体中。(2)填充步骤向所述壳体中填充磁性粉末、非磁性粉末和树脂的混合物，以覆盖所述线圈的外周，其中，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末小的比重并具有导电性。(3)硬化步骤在达到如下状态之后使所述树脂硬化由于所述磁性粉末与所述非磁性粉末之间的比重差异而使所述非磁性粉末浮至所述壳体的开口侧并且所述磁性粉末沉至所述壳体的底侧的状态。根据本发明的电抗器制造方法的另一个实例实施为如下的根据本发明的电抗器制造方法。根据本发明的第二种电抗器制造方法涉及通过将一个线圈和磁芯的组装件容纳在具有开口的壳体中来制造电抗器的方法，其中，所述线圈通过缠绕导线而形成，所述线圈设置在所述磁芯上。所述方法包括如下的容纳步骤、磁性混合物填充步骤以及非磁性混合物填充步骤。(I)容纳步骤将所述线圈容纳在所述壳体中。
(2)磁性混合物填充步骤向所述壳体中填充磁性粉末和树脂的混合物，以覆盖所述线圈的外周。(3)非磁性混合物填充步骤在所述磁性粉末和树脂的混合物上方填充非磁性粉末和树脂的混合物并使所述树脂硬化，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末小的比重并具有导电性。尽管根据本发明的电抗器具有如下结构该结构包括覆盖线圈外周的磁芯以及具有开口的壳体，但在从壳体的开口露出的最外表面区域中，电抗器由于包括基本上由非磁性材料制成的磁屏蔽层而可以有效地减少磁通量泄漏至壳体的外部。具体地说，在根据本发明的电抗器中，由于采用非磁性粉末和典型地构成磁芯一部分的树脂而使磁屏蔽层与磁芯形成一体，所以与使用独立的盖部件的结构相比，可以避免增加包括如螺钉等固定部件在内的部件数量以及包括将盖部件附接到壳体上在内的步骤的数量，因而确保了较高的生产率。此外，本发明的电抗器典型地形成如下状态在磁性粉末和树脂的混合物(在下文中称为“磁性混合物”)(该混合物构成磁芯)中，用非磁性粉末代替从壳体的开口露出的最外表面区域中的磁性粉末。因此，电抗器具有比将独立的盖部件附接到壳体上时的尺寸小的 尺寸。另外，根据本发明的电抗器的尺寸保持得较小，这是因为该电抗器是包括仅一个线圈的桶型电抗器。利用根据本发明的制造方法，由于可以在形成磁性混合物的同时形成磁屏蔽层，所以不需要形成盖部件并将盖部件组装到壳体上的步骤，因而与包括独立的盖部件的构造相比，可以以较高的生产率来制造该电抗器。具体地说，利用根据本发明的第一种制造方法，当形成磁性混合物并形成磁屏蔽层时，只需要一个混合物填充步骤，从而减少了步骤的数量并确保了电抗器的较高生产率。具体地说，利用根据本发明的第二种制造方法，由于磁性混合物以及非磁性粉末和树脂的混合物(在下文中称为“非磁性混合物”)独立地填充到壳体中，所以可以在较短的时间内更加可靠地形成如下状态非磁性粉末集中到从壳体的开口露出的最外表面区域中。换句话说，尽管根据本发明的第二种制造方法需要比根据本发明的第一种制造方法所需多的步骤数量，但由于根据本发明的第二种制造方法可以缩短或省去根据本发明的第一种制造方法中将磁性粉末和非磁性粉末分离所需要的时间，所以根据本发明的第二种制造方法可以缩短制造时间。因此，根据本发明的第二种制造方法在电抗器的生产率方面较好。在根据本发明的电抗器的一个实施例中，所述磁芯包括内侧芯部，其插入所述线圈中；以及连接芯部，其覆盖所述线圈的外周并由所述磁性混合物制成，所述磁性混合物中的树脂使所述内侧芯部和所述连接芯部彼此成一体。利用上述实施例，当内侧芯部和连接芯部彼此连接时，由于不需要粘合剂，所以不需要粘接步骤，并且可以在形成连接芯部的同时形成磁芯。此外，还可以在形成连接芯部的同时形成磁屏蔽层。在形成磁芯和磁屏蔽层时形成电抗器。因此，上述实施例允许同时执行连接芯部的形成、磁芯的形成、磁屏蔽层的形成、以及电抗器的形成。因此，实现了电抗器的较高的生产率。此外，在上述实施例中，内侧芯部具有比连接芯部的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，而连接芯部具有比内侧芯部的导磁率低的导磁率。利用上述实施例，由于内侧芯部具有较高饱和磁通密度，所以当要获得相同强度的磁通量时，与例如磁芯由单一类型的材料制成并且内侧芯部和连接芯部具有相同的饱和磁通密度的电抗器相比，可以减小内侧芯部的截面面积。因此，利用上述实施例，还可以减小设置在内侧芯部周围的线圈的外径。因而，可以进一步减小上述实施例的电抗器的尺寸。另外，较小的线圈外径可以有利于缩短构成线圈的导线，从而减小线圈的电阻。结果，上述实施例可以降低损耗。从减小线圈的尺寸和降低损耗的角度来看，内侧芯部的饱和磁通密度优选地尽量高于连接芯部的饱和磁通密度。因此，饱和磁通密度的上限不设置为特定值。此外，利用上述实施例，由于连接芯部具有比内侧芯部的导磁率低的导磁率并且连接芯部由磁性混合物制成，所以可以容易地调节整个磁芯的导磁率，从而例如可以免去用于防止磁通量饱和的间隙。因此，例如，即使当线圈的内周面与内侧芯部的外周面之间的间隙设置成尽量小时，仍然不会经由该间隙而产生泄漏磁通量，并且不会发生因泄漏磁通量导致的线圈损耗。因此，通过设置较小的间隙或者优选地通过基本上消除该间隙，可以进一步减小上述实施例中的电抗器的尺寸。<有益效果>·
根据本发明的电抗器可以减少泄漏至外部的磁通量并具有小尺寸。根据本发明的电抗器制造方法可以以高生产率来生产电抗器，该电抗器能够减少泄漏至外部的磁通量并具有小尺寸。
图I是根据实施例I的电抗器的示意性剖视图。图2示出根据实施例I的电抗器；具体地说，图2中的(A)是示意性透视图，图2中的(B)是沿着图2中的(A)的线B-B截取的剖视图。图3是用于解释根据实施例I的电抗器的构成部件的示意性分解图。图4是根据实施例2的电抗器的示意性剖视图。图5是包括壳体的电抗器的示意性剖视图。
具体实施例方式下面参考附图描述根据实施例的电抗器。在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件。应该注意的是，在图I和图4中，为了简化起见，省略了导线两端。此外，图I和图4中的粗箭头表示各个磁通量。(实施例I)主要参考图I至图3描述根据实施例I的电抗器I α。电抗器I α是所谓的桶型电抗器，包括一个线圈2，其通过缠绕导线2w而形成(图2);以及磁芯3，线圈2设置在磁芯3上。电抗器I α还包括壳体4，壳体4容纳线圈2和磁芯3的组装件。磁芯3包括内侧芯部31，其插入线圈2中；以及连接芯部32，其设置在线圈2周围并连接至内侧芯部31。芯部31和32 二者形成闭合磁路。连接芯部32由磁性粉末和树脂的混合物制成。线圈2的大致整个外周被连接芯部32覆盖，并且线圈2被封入壳体4中而处于密封状态。电抗器I α的特征在于电抗器Ia在从壳体4的开口露出的最外表面区域中包括磁屏蔽层5。下面更详细地描述各个部件。[线圈2]
线圈2是通过螺旋地缠绕一根连续的导线而形成的圆筒状部件。导线2w优选的是如下的涂层导线其在导电材料(例如，铜或铝)制成的导体周围具有由电绝缘材料制成的绝缘涂层。这里，采用如下的带涂层的矩形导线其中，导体是由铜制成的矩形导线，绝缘涂层由釉质(典型的是聚酰胺酰亚胺)制成。绝缘涂层的厚度优选的是20 μ m以上且100 μ m以下。较厚的绝缘涂层可以进一步减少气孔并增强绝缘性能。线圈2通过以沿着边缘的方式缠绕带涂层的矩形导线而形成。无论是否沿着边缘缠绕，线圈因为具有圆筒状形状而可以比较容易地形成。除了使用导体具有矩形横截面的矩形导线之外，可选地，还可以将具有例如圆形形状和多边形形状等多种横截面形状的其它导线用作导线2w。如图2和图3所示，形成线圈2的导线2w的两端设置成从线匝主体延伸出适当的长度，并穿过稍后描述的连接芯部32被引出至磁屏蔽层5的外侧。由导电材料(例如，铜或铝)制成的端子部件(未示出)分别连接至导线的导体部分的两端中的每一端，导体部分通过剥除绝缘涂层而露出。线圈经由端子部件与例如用于向线圈2供电的电源等外部装置 (未示出)连接。例如，可以利用例如TIG焊接等焊接法或加压结合法来建立导线2w的导体部分和端子部件之间的连接。尽管在附图中导线2w的两端是与线圈2的轴向平行地引出的，但也可以适当地选择引出方向。当将电抗器I α安装到安装对象上时，电抗器I α安装成如下布置线圈2容纳在壳体4中，线圈2的轴向垂直于壳体4的底面40 (在下文中将这种布置称为“纵型布置”)。[磁芯3]磁芯3是所谓的桶型磁芯，磁芯3包括圆柱状内侧芯部31，其插入线圈2中；以及连接芯部32，其形成为覆盖线圈2和内侧芯部31的组装件的外周，并且在沿着线圈2的轴向截取的磁芯3的截面中，磁芯3具有通过组合两个E而形成的E-E形状。具体地说，电抗器I α的一个特征是，内侧芯部31的构成材料和连接芯部32的构成材料彼此不同，并且内侧芯部31和连接芯部32具有不同的磁特性。更具体地说，内侧芯部31具有比连接芯部32的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，并且连接芯部32具有比内侧芯部31的导磁率低的导磁率。<内侧芯部>内侧芯部31具有沿着线圈2的内周面的形状的圆柱状外形，并且由粉末压制体(powder compact)整体地形成。尽管本实施例中的内侧芯部31是不包括间隙部件或空气间隙的实心部件，但也可以将内侧芯部31制造成适当地包括间隙部件或空气间隙的形式。作为另一个实例，内侧芯部31可以由多个分割件组成，各分割件可以利用粘合剂彼此接合，由此提供整体形式的内侧芯部31。典型地，通过对表面上具有绝缘涂层的软磁性粉末或者软磁性粉末和添加到该软磁性粉末中并与软磁性粉末适当混合的粘结剂的粉末混合物进行压制(compact)，然后在比绝缘涂层的耐热温度低的温度下烘烤该压制的粉末，来获得粉末压制体。粉末压制体可以容易地形成三维形状。因此，可以容易地形成例如外形与线圈的内周面的形状相匹配的内侧芯部。此外，因为粉末压制体中的磁性颗粒之间存在绝缘体，所以磁性粉末是彼此绝缘的并可以降低涡流损耗。因此，即使当向线圈施加高频电力时，仍然可以保持小的涡流损耗。可以用作软磁性粉末的实例包括铁族金属粉末，其由Fe、Co、Ni等制成；铁基合金粉末，其由Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co、Fe-Cr、Fe-Si-Al等制成；稀土金属粉末；以及铁氧体粉末。具体地说，铁基合金粉末可以更容易地提供饱和磁通密度比例如铁氧体等磁性材料的饱和磁通密度高的粉末压制体。形成在软磁性粉末上的绝缘涂层可以由例如磷酸盐化合物、硅化合物、锆化合物、铝化合物、或硼化合物制成。粘结剂可以由例如热塑性树脂、非热塑性树脂或高级脂肪酸制成。通过上述烘烤处理使粘结剂消失或者变成绝缘体，例如二氧化娃。可以利用一种合适的已知产品来制备粉末压制体。通过选择软磁性粉末的材料并通过调节软磁性粉末与粘结剂之间的混合比、各种类型的涂层的量等，可以改变粉末压制体的饱和磁通密度。通过采用具有较高饱和磁通密度的软磁性粉末，或通过减少混合的粘结剂的量而增大软磁性材料的比例，可以获得具有较高饱和磁通密度的粉末压制体。另外，改变压制压力，特别是升高压制压力对于提高饱和磁通密度也是有效的。优选的是，选择软磁性粉末的材料并调节压制压力，以便获得期望的饱和磁通密度。在本实施例中，内侧芯部31由如下粉末压制体形成该粉末压制体由设置有绝缘涂层的软磁性粉末制成。 可以适当地选择内侧芯部31在线圈2的轴向上的长度(在下文中简称为“长度”)。在图I所示的实例中，内侧芯部31的长度稍长于线圈2的长度，内侧芯部31的两个端面及其邻近区域分别从线圈2的端面突出。然而，内侧芯部31的长度也可以等于或稍短于线圈2的长度。当内侧芯部31的长度等于或稍长于线圈2的长度时，线圈2所产生的磁通量可以充分地穿过内侧芯部31。此外，可以适当地选择内侧芯部31从线圈2突出的长度。尽管在图I所示的实例中内侧芯部31从线圈2的两端突出的长度是相同的，也可以将内侧芯部31从线圈2的一个端面突出的长度设置成比内侧芯部31从线圈2的另一个端面突出的长度长，如图2中的实例所示。具体地说，在上述纵型布置中，通过将内侧芯部31在壳体4中设置成如下状态可以将内侧芯部31稳定地设置在壳体4中内侧芯部31的从线圈2的一个端面突出的一个端面与壳体4的底面40接触，如图2中的实例所示。因此，连接芯部32更容易形成。<连接芯部>如上所述，连接芯部32不仅起到与内侧芯部31 —起形成闭合磁路的作用，而且起到如下密封部件的作用将线圈2和内侧芯部31的组装件的外周覆盖，从而线圈2和内侧芯部31 二者均被封入壳体4中而处于密封状态。因此,在电抗器Ia中，由磁性粉末和树脂的混合物制成的成型硬化体位于从壳体4的底面40到开口侧的空间中，并且构成连接芯部32。连接芯部32和内侧芯部31在没有任何粘合剂介入其间的情况下利用树脂彼此接合，该树脂是连接芯部32的构成材料。因此，磁芯3是不包括任何粘合剂和任何间隙部件的完全一体形成的单件式单元。可以典型地通过注射成型或铸塑成型来形成成型硬化体。在注射成型中，将由磁性材料制成的磁性粉末与具有流动性的树脂彼此混合。将所得到的混合物注入成型模具中，以便在施加预定压力的条件下成形。然后，树脂硬化。在铸塑成型中，在制备好与注射成型中使用的混合物类似的混合物之后，将混合物注入成型模具中，以便于随后在不施加压力的情况下成形以及硬化。在上述任意一种成型方法中使用的磁性粉末可以是与用于内侧芯部31的上述软磁性粉末类似的粉末。具体地说，可以优选地将由例如纯铁粉末或铁基合金粉末等铁基材料制成的粉末用作用于连接芯部32的软磁性粉末。因为铁基材料具有比铁氧体的饱和磁通密度和导磁率高的饱和磁通密度和导磁率，所以例如即使当树脂的含量比率较高时，仍然可以获得具有一定水平的饱和磁通密度和导磁率的芯体。还可以使用如下涂层粉末在由软磁性材料制成的颗粒的表面上具有由磷酸铁制成的涂层。无论磁性粉末的类型如何，粉末的平均粒径优选的是I μ m以上且1000 μ m以下，从便于使用的角度来看，更优选的是10 μ m以上且500 μ m以下。此外，在上述任意一种成型方法中，可以优选地使用热固性树脂(例如，环氧树脂、酚醛树脂或硅树脂)作为用作粘结剂的树脂。当使用热固性树脂时，通过加热成型体来使树脂热硬化。还可以使用常温固化树脂或冷固化树脂。在这种情况下，将成型体静置在常温下或较低的温度下，来使树脂硬化。与粉末压制体及稍后描述的电磁钢板相比，成型硬化体含有较大量的非磁性树脂。因此，即使当使用与构成内侧芯部31的粉末压制体中使用的软磁性粉末类似的软磁性粉末作为用于连接芯部32的磁性粉末时，连接芯部32的饱和磁通密度和导磁率保持较低。
可以通过改变磁性粉末与用作粘结剂的树脂之间的混合比来调节成型硬化体的导磁率和饱和磁通密度。例如，可以通过降低混合的磁性粉末的量来获得具有较低导磁率的成型硬化体。在本实施例中，连接芯部32由成型硬化体形成，成型硬化体利用涂层粉末和环氧树脂的混合物制成，涂层粉末具有100 μ m以下的平均粒径，由铁基材料制成并包括绝缘涂层。尽管本实施例中所示的连接芯部32形成为大致覆盖线圈2和内侧芯部31的组装件的整个外周，但磁芯3也可以形成为如下形式在磁芯3覆盖线圈2的位于壳体4的开口侧的区域中的外周的情况下，线圈2局部不被磁芯3覆盖(尽管线圈2被壳体4完全包围)。<磁特性>内侧芯部31的饱和磁通密度优选的是I. 6T以上，更优选的是I. 8T以上，最优选的是2T以上。此外，内侧芯部31的饱和磁通密度优选的是连接芯部32的饱和磁通密度的
I.2倍以上，更优选的是I. 5倍以上，最优选的是I. 8倍以上。在内侧芯部31的饱和磁通密度相对充分地高于连接芯部32的饱和磁通密度的情况下，可以减小内侧芯部31的截面面积。此外，内侧芯部31的导磁率优选的是50以上且1000以下，更优选的是约100至500。连接芯部32的饱和磁通密度优选的是O. 5T以上且小于内侧芯部31的饱和磁通密度。此外，连接芯部32的导磁率优选的是5以上且50以下，更优选的是约5至30。在连接芯部32的导磁率满足上述范围的情况下，可以避免整个磁芯3的平均导磁率变得太大，并实现例如无间隙的结构。在本实施例中，内侧芯部31的饱和磁通密度为I. 8T，导磁率为250，而连接芯部32的饱和磁通密度为1T，导磁率为10。内侧芯部31和连接芯部32的构成材料优选地调整为使得构成材料分别具有期望值的饱和磁通密度和导磁率。[壳体]壳体4容纳线圈2和磁芯3的组装件10，且是如下的矩形箱体，该箱体具有底面40，当将电抗器Ia安装到安装对象(未示出)上时，底面40用作电抗器Ia的安装侧表面；以及侧壁41，其从底面40竖直地设立，该箱体在与底面40相反的一侧开口。可以适当地选择壳体4的形状和尺寸。壳体4可以具有例如沿着组装件10延伸的圆筒状形状。此外，壳体4优选地由例如铝、铝合金、镁、或镁合金等非磁性且导电的材料制成。由具有导电性的非磁性材料制成的壳体可以有效地防止磁通量泄漏至壳体外。此夕卜，由例如铝、镁、或它们的合金等轻质金属制成的壳体适于用作希望具有较小重量的汽车的一部分，这是因为这种类型的壳体与树脂相比具有更高的强度和更轻的重量。在本实施例中，壳体4由铝制成。此外，图2所示的壳体4包括引导突起部42，其设置在侧壁41的内周面上，并且不仅起到抑制线圈2的旋转的作用，而且起到在线圈2插入时引导线圈2的作用；定位部43，其设置在壳体4的一角，从壳体4的内周面突出并用于将导线2w的端部定位；以及线圈支撑部(未示出)，其设置在壳体4的内周面上并从底壁40突出，从而支撑线圈2并设定线圈2相对于壳体4的高度。通过采用包括引导突起部42、定位部43和线圈支撑部的壳体4，可以将线圈2高精度地设置在壳体4中的期望位置，并且可以使内侧芯部31相对于线圈2 高精度地定位。可选地，可以省去引导突起部42等。作为另一个实例，可以准备一个以上独立部件并将其设置在壳体中，以例如定位线圈2。具体地说，当提供独立部件作为由与连接芯部32的构成材料类似的材料制成的成型硬化体时，独立部件不仅可以在形成连接芯部32时容易与连接芯部32成一体，而且可以用于形成磁路。另外，如图2所示，壳体4包括安装部44，安装部44中形成有螺钉孔44h，以便用螺钉将电抗器I α固定到安装对象(未示出)上。在设置了安装部44的情况下，可以容易地用螺钉将电抗器Ia固定到安装对象上。[磁屏蔽层]磁屏蔽层5设置成覆盖连接芯部32的靠近壳体4的开口侧的区域。磁屏蔽层5由非磁性粉末和树脂的混合物制成，其中，非磁性粉末具有比用于形成连接芯部32的磁性粉末的比重小的比重并具有导电性，树脂是用于形成连接芯部32的树脂。换句话说，磁屏蔽层5的构成材料与连接芯部32的构成材料部分地相同。更具体地说，磁屏蔽层5是设于壳体4中的容纳物的最外表面上的区域，并且基本上由非磁性粉末和树脂的混合物制成。在该区域中，非磁性粉末与混合物的体积比为20%以上。连接芯部32定义为非磁性粉末与混合物的体积比小于20%的区域。磁屏蔽层5与连接芯部32之间的边界处于如下状态主要构成磁屏蔽层5的非磁性粉末与主要构成连接芯部32的磁性粉末彼此混合。利用稍后描述的制造方法，连接芯部32中可以存在一定程度的非磁性粉末。然而，因为非磁性粉末起到使磁性粉末在连接芯部32中均匀地分散的填充物的作用，所以允许连接芯部32中存在少量非磁性粉末。因为磁屏蔽层5由上述非磁性粉末和通常是非磁性的上述树脂制成，所以磁屏蔽层5可以防止磁通量经由壳体4的开口泄漏至壳体4外部。此外，由于非磁性粉末具有导电性，所以非磁性粉末可以在接收到来自线圈2的磁通量时产生涡流，从而可以用由涡流产生磁场来消除由线圈2在壳体4的开口附近产生的磁场。换句话说，非磁性粉末可以利用由涡流产生的磁场来防止磁通量从线圈2泄漏至壳体4的外部。因此，磁屏蔽层5可以抑制磁通量泄漏至壳体4的外部。具有导电性的非磁性粉末的构成材料的实例包括金属材料，例如铝(比重2.7)、铝合金、镁(比重1. 7)及镁合金，其具有比铁基材料(铁的比重7.8)的比重小的比重；以及非金属材料，例如氧化锆(比重典型地约为6. O)。铝合金的实例包括Al-Si基合金以及Al-Mg基合金。镁合金的实例包括Mg-Al基合金(例如，根据ASTM标准的AZ合金、AS合金和AM合金)以及Mg-Zr基合金(例如，根据ASTM标准的ZK合金)。具体地说，金属材料容易产生涡流，并可以预期金属材料能够有效地防止磁通量的泄漏。利用非磁性粉末的比重比构成连接芯部32的磁性材料的比重小的事实，上述非磁性粉末使得能够利用稍后描述的制造方法容易地形成磁屏蔽层5。此外，当形成磁屏蔽层5时，作为原料的非磁性粉末的量优选地调节成，非磁性粉末的体积比是20%以上的区域具有与壳体4的厚度相当的厚度。非磁性粉末的平均粒径优选的是Iym以上且ΙΟΟΟμπι以下，从便于使用的角度来看，更优选的是10 μ m以上且500 μ m以下。
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[其它构成部件]为了增强线圈2与磁芯3之间的绝缘性以及线圈2 (特别是导线2w的端部)与磁屏蔽层5之间的绝缘性，优选地在线圈2的与磁芯3及磁屏蔽层5接触的位置设置绝缘物。例如，可以想到的是，在线圈2的内周面和外周面上贴附绝缘带或者设置绝缘纸或绝缘片，以及在导线2w的形成线圈2的部分上安装绝缘管。可选地，可以在内侧芯部31周围设置由绝缘材料制成的绕线管(未示出)。绕线管可以是例如将内侧芯部31的外周覆盖的管状部件。可以通过采用具有从管状部件的两端向外延伸的环形凸缘的绕线管来增强线圈2的端面与连接芯部32之间的绝缘性。可以优选地将例如聚苯硫醚(PPS)树脂、液晶聚合物(LCP)或聚四氟乙烯(PTFE)树脂等绝缘树脂用作绕线管的构成材料。[电抗器的尺寸]当包括壳体4的电抗器Ia具有约O. 2升(200cm3)至O. 8升(800cm3)的容量时，可以优选地将电抗器I a用作车载部件(本实施例中电抗器I a的容量为280cm3)。[预期用途]通常对用于电动车和混合动力车的车载功率转换装置的部件而言，电抗器I a可以优选地用于如下通电条件例如，最大电流(DC)为约100A至1000A，平均电压为约100V至1000V，使用频率为5kHz至100kHz。在这种典型用途中，期望优选地通过调节电抗器I a的电感满足以下条件来使用电抗器I a :当所施加的DC电流为OA时的电感为10 μ H以上且ImH以下，并且最大电流负载状态期间的电感是电流为OA的情况下的电感的30%以上。[电抗器制造方法(I)]例如，可以如下所述地制造电抗器I a。首先，准备线圈2以及由粉末压制体形成的内侧芯部31。将内侧芯部31插入线圈2中，如图3所示，从而制成线圈2和内侧芯部31的组装件。如上所述，必要时可以在线圈2与内侧芯部31之间设置绝缘物。然后，将上述组装件放置在壳体4中。可以利用上述引导突起部42等将该组装件高精度地设置在壳体4中的预定位置。制备构成连接芯部32 (图I和图2)的磁性粉末、构成磁屏蔽层5 (图I和图2)的非磁性粉末以及被连接芯部32和磁屏蔽层5共同享有的树脂的混合物，并将该混合物填充到壳体4中。在该磁性粉末、非磁性粉末和树脂的混合物中(在树脂硬化之前的状态下)，非磁性粉末的含量设成约I体积％至10体积％，并且磁性粉末和非磁性粉末的总含量设成约20体积％至60体积％ (树脂的含量设成40体积％至80体积％)。结果，可以如上所述地形成具有5至50的导磁率的连接芯部32、以及磁屏蔽层5。在本实施例中，磁性粉末的含量为35体积％，非磁性粉末(这里是具有150 μ m平均粒径的铝粉)的含量为5体积％，并且树脂的含量为60体积％。在将磁性粉末、非磁性粉末和树脂的混合物填充到壳体4中之后，将壳体4置于保持在树脂不硬化的水平的温度下，而不立即使树脂硬化，直到磁性粉末与非磁性粉末之间的比重差异使得非磁性粉末浮至壳体4的开口侧并且磁性粉末沉至壳体40的底面40从而使这两种类型的粉末变成分离状态为止。然后，在磁性粉末与非磁性粉末如上所述地彼此分离的状态下，将树脂硬化，从而获得电抗器Ia。在本实施例中，将填充后的壳体4置于在约80°C下保持数分钟至数十分钟以使磁性粉末与非磁性粉末分离的状态，然后使树脂硬化。可以基于所使用的树脂来适当地选择使磁性粉末与非磁性粉末彼此分离时保持的温度。当磁性粉末的颜色和非磁性粉末的颜色彼此不同时，例如使用铁粉和铝粉的情况，可以通过经由壳体4的开口视觉确认粉末的颜色来识别这两种类型粉末的分离状态。优选地在持续进行视觉确认的同时调节填充后的壳体4的静置时长。磁性粉末与非磁性粉末彼此分离所需要的时间不仅基于磁性粉末与非磁性粉末之间的混合比而改变，而且基于所使·用的树脂而改变。鉴于这种改变，可以通过预先准备采用各种材料的测试件，测量测试件各自所需要的静置时间，然后适当地选择与所使用的材料相对应的静置时间，来以较高的生产率制造电抗器。此外，通过在制造各测试件时采用透明的壳体，除了上述经由壳体的开口视觉确认混合物的表面之外，还可以容易地视觉确认混合物的内部。[电抗器制造方法(2)]可选地，例如，可以如下所述地制造电抗器Ia。首先，如制造方法(I)中所述，将线圈2和内侧芯部31的组装件放置在壳体4中。接下来，准备磁性粉末和树脂的混合物(磁性混合物)并将其填充到壳体4中，磁性粉末和树脂二者构成连接芯部32 (图I和图2)。然后，使树脂硬化。在该磁性混合物中，调节磁性粉末与树脂之间的比例，以使连接芯部32具有期望的磁特性。接下来，将非磁性粉末和树脂的混合物(非磁性混合物)填充到构成连接芯部32的磁性混合物上方，该非磁性混合物构成磁屏蔽层5，该树脂与连接芯部32中使用的树脂类似。然后，使树脂硬化。在非磁性混合物中，调节非磁性粉末与树脂之间的比例，以使非磁性粉末的体积比为20%。可以在构成连接芯部32的磁性混合物中的树脂完全硬化之后填充非磁性混合物。可选地,可以在磁性混合物中的树脂硬化至磁性混合物中的磁性粉末与非磁性混合物中的非磁性粉末不会彼此混合的程度之后填充非磁性混合物，而不是在磁性混合物中的树脂完全硬化之后填充非磁性混合物。在后一种情况下，因为构成连接芯部32的磁性混合物中的树脂未完全硬化，所以可以预期的是，构成磁屏蔽层5的非磁性混合物中的树脂更容易与上述非磁性混合物中的树脂相容，并且更不容易在连接芯部32与磁屏蔽层5之间产生间隙。可以通过使用不同的树脂或混入树脂中的不同的添加剂(例如，硬化剂)来制备连接芯部32中的树脂和磁屏蔽层5中的树脂。例如，可以通过改变硬化剂的类型而将构成连接芯部32的磁性混合物中的树脂的粘度和构成磁屏蔽层5的非磁性混合物中的树脂的粘度设置成彼此不同。当分离地形成磁屏蔽层5和连接芯部32时，例如，由于不需要上述分离步骤，所以可以增加构成磁屏蔽层5的非磁性混合物中的树脂的粘度。另一方面，当连接芯部32中的树脂和磁屏蔽层5中的树脂是如上所述地具有类似特性的树脂时，连接芯部32和磁屏蔽层5更容易彼此紧密地接触。利用上述制造方法(I)和(2)中的任意一种方法，在树脂硬化之后，获得如下的电抗器I α :覆盖线圈2的外周的区域基本上由磁性粉末和树脂的混合物构成，自壳体4的开口露出的从最外表面起延伸一定厚度的区域基本上由非磁性粉末和树脂(与连接芯部中的树脂类似)的混合物构成。[有益效果]由于包括磁屏蔽层5，电抗器I α可以有效地抑制由线圈2产生的磁通量泄漏至壳体4的外部。此外，由于可以与连接芯部32同时地形成磁屏蔽层5，所以不需要制造例如盖部件等独立部件以及将盖部件组装到壳体4上。因此，电抗器Ia具有较高生产率。电抗器I α具有较高生产率的另一个原因是，电抗器I α具有如上所述在制造磁 芯3时不使用粘合剂的无粘合剂结构。此外，在电抗器Ia中，由于内侧芯部31由粉末压制体形成，所以可以简单地调节饱和磁通密度，甚至可以容易地形成复杂的三维形状。这一点还提高了电抗器Ia的生产率。另外，电抗器I a由于容纳有仅一个线圈2,所以具有小尺寸。具体地说,在电抗器I a中，由于内侧芯部31的饱和磁通密度比连接芯部32的饱和磁通密度高，所以当要获得与由单一类型的材料制成并在整个芯部上提供均一饱和磁通密度的磁芯所产生的磁通量具有相同强度的磁通量时，可以减小内侧芯部31的截面面积(即，磁通量穿过的表面)。使用上述内侧芯部31可以进一步减小电抗器I a的尺寸。此外，因为内侧芯部31具有较高的饱和磁通密度并且连接芯部32具有较低的导磁率，所以电抗器I a可以形成为不包括间隙部件的无间隙结构。因此，电抗器I a具有比包括间隙的电抗器小的尺寸。无间隙结构使线圈2能设置得更靠近内侧芯部31，从而可以进一步减小电抗器I a的尺寸。另外，在电抗器I a中，由于内侧芯部31的外形是与圆筒状线圈2的内周面的形状相符的圆柱状，所以线圈2和内侧芯部31可以容易地设置成更加靠近彼此，因而使得电抗器I a的尺寸较小。另外，由于包括壳体4，电抗器I a不仅可以保护线圈2和磁芯3的组装件10免受导致灰尘侵入、腐蚀等的外部环境的影响，而且可以从机械方面保护组装件10。此外，由于连接芯部32的表面被磁屏蔽层5覆盖，所以即使当将易被腐蚀的材料(例如，铁)用作磁性粉末时，仍然可以抑制磁性粉末的腐蚀。换句话说，磁屏蔽层5能够起到对抗外部环境的保护部件的作用以及用于磁芯3 (连接芯部32)和线圈2的机械保护部件的作用。此外，当壳体4和磁屏蔽层5均主要由金属制成时，它们可以用作散热路径，从而为电抗器I a提供良好的散热性能。具体地说，由于内侧芯部31包括内置的线圈2且与壳体4的底面40(如图2所示)以及设置在壳体4的开口侧的含有金属成分的磁屏蔽层5接触，所以线圈2的热量可以从壳体4的底面侧和开口侧有效地散出。此外，在电抗器Ia中，由于可以通过调节一起构成连接芯部32的磁性粉末与树脂之间的比例来容易地调节磁特性，所以可以容易地调节电感。(实施例2)以上描述了实施例I中的包括纵型布置的线圈2在内的结构形式。可选地，线圈2和内侧芯部31可以这样容纳在壳体4中线圈2的轴向与壳体4的底面40平行(在下文中将这种布置称为“横型布置”)，如图4所示的电抗器I β。与实施例I的纵型布置相比，在横型布置中，如图4所示，壳体4的开口趋于增大，并且在壳体的开口露出的连接芯部32的面积也趋于增大。然而，因为实施例2的电抗器1β包括位于在壳体4的开口露出的最外表面区域上的磁屏蔽层5，所以能够有效地抑制由线圈2产生的磁通量从连接芯部32泄漏至壳体4的外部。因此，即使如实施例2的电抗器I β的情况使得在壳体4的开口露出的连接芯部32的面积较大并且磁通量趋于更大量地泄漏至壳体4的外部，仍然可以通过设置磁屏蔽层5来有效地抑制磁通量的泄漏。与实施例I的电抗器Ia类似，也可以通过上述制造方法(I)或(2)来容易地制造实施例2的电抗器Iβ。(变型例I)以上结合如下构造描述了实施例I和实施例2 :在该构造中，利用形成线圈的导线 2w的绝缘涂层或者独立地准备的绝缘物来确保线圈2与磁芯3之间的绝缘性。可选地，可以将电抗器实施为包括线圈成型产品(未示出)的形式，线圈成型产品由线圈以及覆盖线圈表面的内侧树脂部分(未示出)制成。下面详细描述线圈成型产品，但因为其它构造与实施例I及实施例2中的构造类似而省略了对其它构造的描述。在一种不例性形式中，线圈成型广品包括线圈；内侧芯部，其插入线圈中；以及内侧树脂部分，其覆盖线圈表面，以便保持线圈的形状并将线圈和内侧芯部彼此保持成一体。在另一种示例性形式中，线圈成型产品包括线圈；以及内侧树脂部分，其覆盖线圈的表面，以便保持线圈的形状，内侧树脂部分具有空孔，内侧芯部插入并设置在空孔中。在这种形式中，通过调节构成内侧树脂部分的树脂的厚度使内侧芯部设置在线圈中的适当位置并且使空孔的形状与内侧芯部的外形匹配，可以使构成线圈中的内侧树脂部分的树脂具有定位内侧芯部的功能。因此，内侧芯部可以容易地插入并设置在线圈成型产品中的线圈中的预定位置。在除了导线的两端之外的整个线圈基本上被内侧树脂部分覆盖的形式中，由于内侧树脂部分设置在线圈的大致整个外周与磁芯之间，所以可以增强线圈与磁芯之间的绝缘性。在线圈的线匝形成部分从内侧树脂部分部分地露出的可选形式中，线圈成型产品具有凹凸状的外形，从而可以增大连接芯部与树脂之间的接触面积，并且增强线圈成型产品与连接芯部之间的粘合力。当内侧树脂部分形成为具有凹凸状的外形至不使线圈露出的程度时，不仅可以增强线圈与磁芯之间的绝缘性，而且可以利用设置在线圈与磁芯之间的内侧树脂部分来确保线圈与磁芯之间的粘合力较高。内侧树脂部分的厚度为例如约Imm至IOmm0构成内侧树脂部分的树脂可以优选地由绝缘材料制成，该绝缘材料具有达到如下程度的耐热性在使用包括线圈成型产品的电抗器期间，在线圈和磁芯可以达到的最高温度下，该绝缘材料不软化；并且，该绝缘材料可以通过转移成型和注射成型而成型。例如，可以优选地将如下树脂用作上述组成树脂热固性树脂，例如环氧树脂等；或者热塑性树脂，例如PPS树脂或LCP。此外，通过采用混有如下填充物的组成材料，可以获得更容易分散掉线圈的热量并具有更好散热性能的电抗器该填充物由从氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅中选择的至少一种类型的陶瓷制成。此外，可以利用内侧树脂部分来保持线圈处于比具有自由长度的状态更加压缩的状态，从而提供可以适当地调节线圈长度的线圈成型
女口
广叩O通过将线圈和型芯或者将线圈和内侧芯部设置在模具中，将构成内侧树脂部分的树脂在适当地压缩线圈的状态下填充到模具中并使树脂硬化，可以制造线圈成型产品。例如，可以使用日本未审查的专利申请公开No. 2009-218293中描述的线圈成型产品的制造方法。使用上述线圈成型产品有利于增强线圈与磁芯之间的绝缘性，并且因为内侧树脂部分保持线圈的外形，所以在组装电抗器期间能够更容易地操作线圈，从而使电抗器的生产率较高。具体地说，通过采用借助内侧树脂部分将线圈和内侧树脂部分成型为一体的线 圈成型产品，因为线圈和内侧树脂部分不是彼此分离的而便于操作线圈和内侧树脂部分。此外，由于可以同时将线圈和内侧树脂部分容纳在壳体中，所以进一步提高了电抗器的生产率。具体地说，通过采用内侧树脂部分将线圈保持为压缩状态的线圈成型产品，可以缩短线圈的轴向长度，并且可以进一步减小电抗器的尺寸。(变型例2)以上结合由粉末压制体制成的内侧芯部31描述了实施例I和实施例2。另外，内侧芯部可以由如下叠层制成该叠层通过堆叠电磁钢板(典型的是硅钢板)而形成。电磁钢板可以容易地提供如下磁芯该磁芯具有比使用粉末压制体时的饱和磁通密度高的饱和磁通密度。应该注意到，可以在不脱离本发明的本质的情况下适当地修改上述实施例，并且上述实施例不限于上述构造。〈工业实用性〉可以将根据本发明的电抗器用作例如装载在车辆(例如，混合动力车、电动车、或燃料电池车)上的双向DC-DC转换器等功率转换装置的部件。可以优选地采用根据本发明的电抗器制造方法来制造本发明的电抗器。〈附图标记列表〉1α、1β电抗器 10组装件2线圈 2w导线3磁芯 31内侧芯部 32连接芯部4壳体 40底面 41侧壁 42引导突起部43定位部 44安装部 44h螺钉孔5磁屏蔽层100电抗器 110组装件 120线圈 130磁芯131内侧磁芯 132外侧磁芯 140壳体
权利要求
1.一种电抗器，包括一个线圈，所述线圈通过缠绕导线而形成；磁芯，所述线圈设置在所述磁芯上；以及壳体，其具有开口并容纳所述线圈和所述磁芯的组装件， 其中，所述线圈被封入所述壳体中而处于密封状态，同时所述线圈的外周的至少一部分被所述磁芯覆盖， 所述磁芯的位于与所述壳体的开口接近的一侧的区域由磁性粉末和树脂的混合物制成，并且 在从所述壳体的开口露出的最外表面区域中设置有由非磁性粉末和树脂制成的磁屏蔽层以覆盖所述磁芯的开口侧区域，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末的比重小的比重并具有导电性。
2.根据权利要求I所述的电抗器，其中， 所述磁芯包括内侧芯部，其插入所述线圈中；以及连接芯部，其覆盖所述线圈的外周并由所述混合物制成， 所述混合物中的树脂使所述内侧芯部和所述连接芯部彼此成为一体， 所述内侧芯部具有比所述连接芯部的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，并且 所述连接芯部具有比所述内侧芯部的导磁率低的导磁率。
3.—种通过将一个线圈和磁芯的组装件容纳在具有开口的壳体中来制造电抗器的电抗器制造方法，所述线圈通过缠绕导线而形成，并且所述线圈设置在所述磁芯上，所述方法包括如下步骤 将所述线圈容纳在所述壳体中； 向所述壳体中填充磁性粉末、非磁性粉末和树脂的混合物以覆盖所述线圈的外周，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末的比重小的比重并具有导电性；以及 在达到如下状态之后使所述树脂硬化由于所述磁性粉末与所述非磁性粉末之间的比重差异而使所述非磁性粉末浮至所述壳体的开口侧并且所述磁性粉末沉至所述壳体的底侧的状态。
4.一种通过将一个线圈和磁芯的组装件容纳在具有开口的壳体中来制造电抗器的电抗器制造方法，所述线圈通过缠绕导线而形成，并且所述线圈设置在所述磁芯上，所述方法包括如下步骤 将所述线圈容纳在所述壳体中； 向所述壳体中填充磁性粉末和树脂的混合物以覆盖所述线圈的外周；以及 在所述磁性粉末和树脂的混合物上方填充非磁性粉末和树脂的混合物并使各树脂均硬化，所述非磁性粉末具有比所述磁性粉末的比重小的比重并具有导电性。
全文摘要
本发明公开一种电抗器(1α)，包括一个线圈(2)；磁芯(3)，线圈(2)设置在磁芯(3)上；以及壳体(4)，其容纳线圈(2)和磁芯(3)的组装件(10)。磁芯(3)具有插入线圈(2)中的内侧芯部(31)以及设置在线圈(2)的外周上的连接芯部(32)。连接芯部(32)由磁性粉末和树脂的混合物构成。线圈(2)被连接芯部(32)覆盖，并被密封地封入壳体(4)。电抗器(1α)的从壳体(4)的开口露出的最上部区域设置有由导电非磁性粉末和树脂构成的磁屏蔽层(5)，导电非磁性粉末具有比磁芯粉末的小的比重，从而可以减少泄漏至外部的磁通量，并可以提供小型电抗器。向壳体(4)中填充磁性粉末、非磁性粉末和树脂的混合物来制造电抗器(1α)，其中，在树脂硬化之前，非磁性粉末浮至壳体(4)的开口侧，而磁性粉末沉至壳体(4)的底侧。因此，可以减少泄漏至外部的磁通量，并可以提供制造小型电抗器的方法。
文档编号H01F37/00GK102947904SQ20118002971
公开日2013年2月27日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年6月16日
发明者稻叶和宏 申请人:住友电气工业株式会社