专利名称：电抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作例如车载直流(DC) -DC转换器等功率转换器件的部件的电抗器、 包括所述电抗器的转换器以及包括所述转换器的功率转换器件。更特别地，本发明涉及具有良好散热效果的电抗器。
背景技术：
存在作为用于执行升压和减压操作的电路的部件之一的电抗器。在例如载置于诸如混合动力汽车等车辆上的转换器中所使用的电抗器的一种形式中，各自通过螺旋地缠绕导线而形成的一对线圈并排地围绕具有环状形状(例如，类似O形状)的磁芯的各相应部分进行布置(专利文献(PTL) I)。
还已知仅包括一个线圈的小型电抗器，类似于PTL2中公开的电抗器。这种电抗器包括如PTL2的图I中所示的所谓的桶型芯，即如下的磁芯该磁芯包括布置在线圈内侧的柱状内芯部、将线圈的大致整个外周表面覆盖的筒状芯部、以及布置在线圈的各端面处的一对盘形芯部。在桶型芯中，同心布置的内芯部和筒状芯部借助盘形芯部彼此相连，从而形成闭合磁路。
引文列表
专利文献
PTLl :国际公开 TO2009/125593
PTL2 :日本未审查的专利申请公开No. 2009-033051发明内容
技术问题
在电抗器操作过程中，线圈由于通电而产生热量，所以线圈和磁芯经受高温。具体地说，车载电抗器产生的热量比由普通电子器件中所使用的电抗器产生的热量更大。因此， 车载电抗器通常在固定至设有冷却功能的安装目标物(例如，固定至水冷基座)的状态下使用。
考虑例如如下情况包括桶型芯的上述电抗器固定到安装目标物，使得线圈的轴向与安装目标物的表面垂直(在下文中这种布置称为竖直布局)。在竖直布局中，仅线圈的端面被设置成靠近安装目标物，并且从线圈的其它区域到安装目标物的距离长。因此，线圈的设置成靠近安装目标物的区域小，并且线圈的热量较不易传递到安装目标物。因此，可以说，竖直布局没有提供充分的散热效果。
考虑作为另一实例的如下情况包括桶型芯的上述电抗器固定到安装目标物，使得线圈的轴向与安装目标物的表面平行(在下文中这种布置称为水平布局)。在该情况下， 当线圈的端面具有如PTL2中公开的真正圆圈的形状时，仅仅一个限定线圈2的外周表面的直线设置成靠近安装目标物。因此，线圈的设置成靠近安装目标物的区域如上述竖直布局中一样小。因此，类似地也可以说，水平布局没有提供充分的散热效果。
具体地说，当磁芯3的将线圈的外周表面覆盖的部分是由含有如PTLl和2中公开的磁性粉末和树脂的成型硬化体形成时，如果在线圈和安装目标物之间过量地存在有热导率比由例如铁制成的磁性粉末的热导率差的树脂，则散热效果劣化。
此外，当与桶型芯类似地线圈的大致整个外周表面被磁芯覆盖时，可以说这种电抗器不具有充分的散热效果，尽管线圈的热量能通过磁芯释放到外部也是如此。因此，需要开发一种包括一个线圈并且具有确保良好散热效果的结构的电抗器。
因此，本发明的目的是提供具有良好散热效果的电抗器。本发明的另一目的是提供包括所述电抗器的转换器，以及包括所述转换器的功率转换器件。
问题的解决方案
本发明通过提供如下结构来实现上述目的即，线圈具有特定形状，电抗器包括用作散热路径的外壳，并且线圈的外周表面的一部分与所述外壳接触。
本发明的电抗器包括通过缠绕导线而形成的一个线圈、布置在线圈内侧和外侧并且形成闭合磁路的磁芯、以及用于容纳所述线圈和所述磁芯的组装件的外壳。所述线圈具有以下特征(I)至(3)。
(I)线圈的端面形状为非圆形并且包括弯曲部。
(2)线圈容纳在外壳中，使线圈的轴向与外壳的外底面平行，外底面由安装目标物冷却。
(3)线圈的外周表面的一部分被磁芯覆盖，并且线圈的外周表面的未被磁芯覆盖的其余部分的至少一部分与外壳的内底面接触。
磁芯包括布置在线圈内侧的内芯部以及将线圈的外周表面的所述一部分覆盖的外芯部。内芯部由粉末压制体形成，并且外芯部由磁性粉末和树脂的混合物制成。
在本发明的电抗器中，如上所述，仅线圈的外周表面的一部分被磁芯覆盖而形成闭合磁路，而不是覆盖线圈的大致整个外周表面(即，多个层匝的表面)，并且线圈的外周表面的至少另一部分与外壳接触。具体地说，在本发明的电抗器中，线圈的端面形状是非圆形而不是真正的圆形形状，并且线圈以水平布局布置。利用这种布置，本发明的电抗器可以增加线圈的外周表面和外壳的内底面之间的接触面积，并且能够增大外壳的距外壳的内底面的距离短的区域，即，外壳的设置成靠近具有冷却功能的安装目标物的区域。因此，根据本发明的电抗器，线圈的热量能够直接高效地传递到外壳，并且热量经由外壳的外底面传导到安装目标物，外底面与安装目标物接触并且由安装目标物冷却，从而得到良好的散热效果。此外，由于与包括一对线圈的PTLl的电抗器不同，本发明的电抗器包括一个线圈，所以缩小了电抗器尺寸。由于线圈的端面具有扁平形状而不是真正的圆形形状，所以与端面形状为真正圆圈的线圈相比更易于减小线圈的高度(即，线圈的沿真正圆圈的直径方向的尺寸)。这点有助于减小电抗器的尺寸。而且，利用本发明的电抗器，由于线圈的端面形状包括弯曲部，所以能够容易地形成线圈。
根据本发明的电抗器，由于线圈的端面形状包括直线部分和弯曲部，所以与PTLl 中所述的仅包括直线部分的线圈相比能够更易于形成线圈并且能够以更高的产率制造线圈。此外，根据本发明的电抗器，由于外芯部由上述混合物制成，所以能够以如下方式容易地形成外芯部在线圈的外周表面的一部分与外壳的内底面相接触的状态下将线圈放置到外壳中，将混合物填充到外壳中，然后使混合物中的树脂硬化。这里，电抗器中所使用的磁芯可由通过叠置多个电工钢板而获得的层叠件、通过在压力作用下对磁性粉末进行压制而获得的粉末压制体、由磁性粉末和树脂的上述混合物制成的成型硬化体、或前述的组合(下文称为混合芯)形成。具体地说，因为即使在粉末压制体具有复杂的三维形状时也能够容易地形成粉末压制体，所以内芯部和外芯部可均由粉末压制体形成。然而，本发明的电抗器构造成具有这样的复杂形状即，具有期望形状并且容纳在外壳中的线圈的外周表面的一部分被磁芯的一部分(外芯部)覆盖。与外芯部由电工钢板的层叠件或粉末压制体形成的情况相比，通过利用上述混合物形成外芯部，可以更容易地形成甚至具有这种复杂形状的外芯部。当外芯部由上述混合物形成时，因为能够容易地改变磁性粉末和树脂的混合比，所以能够容易地形成具有期望磁特性(主要为电感)的外芯部和包括该外芯部的磁芯。这些点使本发明的电抗器能够呈现出良好产率。
由于外芯部由上述混合物形成，所以内芯部和外芯部能够借助混合物中的树脂彼此成一体。这种形式能够消除粘合两个芯部的步骤以及使用粘合材料(例如，粘接剂或粘合带)的需要，并且能够减少部件数量和步骤数量。而且，根据上述形式，能够利用如下步骤来制造电抗器将线圈和内芯部的组装件放置到外壳中；以及在例如形成具有预定特性的磁芯的同时使外芯部成型为覆盖线圈的外周表面的一部分。这些点也使本发明的电抗器能够呈现良好的广率。
另外，根据本发明的电抗器，由于内芯部由粉末压制体形成，所以对于具有各种内周形状的线圈而言，能够容易地将内芯部形成为具有与每个线圈的内周形状相符的外形。 通过将内芯部的外形形成为与线圈的内周形状类似，内芯部的外周形状和线圈的内周形状能够设置成彼此靠近，并且能够进一步减小电抗器尺寸。
在内芯部和外芯部由不同材料制成的混合芯的情况下，能够使得两个芯部的磁特性彼此不同。在示例性的形式中，通过选择适当的材料，能够使内芯部的饱和磁通密度比外芯部的饱和磁通密度高。根据这种形式，与如PTLl中所述的那样在整个磁芯上饱和磁通密度均一的情况相比，能够减小内芯部的截面积。随着内芯部的截面积减小，也能够缩短线圈的周长。因此，上述形式有助于减小尺寸、重量和损耗。
在可选的形式中，通过选择适当的材料，能够使外芯部的磁导率比内芯部的磁导率低。这种形式能够提供无间隙结构或者能够进一步减小内芯部的尺寸。这里，用于电抗器的磁芯的典型磁性材料的饱和磁通密度和相对磁导率之间具有相关性。在许多情况下, 具有较高饱和磁通密度的磁性材料具有较高的相对磁导率。因此，当整个磁芯的饱和磁通密度高时，相对磁导率也趋于变高。因此，要求磁芯包括用于抑制磁通饱和的间隙，例如由具有比磁芯的磁导率低的磁导率的材料制成(通常由非磁性材料制成)的间隙部件或者空气间隙。当磁芯中包含间隙时，期望在线圈的内周表面和内芯部的外周表面之间设置一定的余隙，从而抑制通过间隙的漏磁通并且减少在漏磁通到达线圈时产生的损耗。在无间隙结构的情况下，能够与间隙的缺失对应地减小芯的尺寸。而且，由于能够通过将线圈和内芯部布置为彼此更加靠近来减小上述余隙，所以能够获得更小的电抗器。另外，由于通过采用无间隙结构而不再需要间隙部件，所以能够减少部件数量和步骤数量。换言之，当本发明的电抗器包括通过使磁芯的各部分的磁导率不同来调节整个磁芯的相对磁导率的混合芯时， 能够实现无间隙结构。
在本发明的电抗器的一种形式中，内芯部的端面分别与线圈的端面平齐。可选地，内芯部的一个端面与线圈的一个端面平齐而内芯部的另一端面从线圈的其它端面伸出。可选地，内芯部的端面分别从线圈的端面伸出。
根据上述形式，内芯部具有等于或大于线圈的轴向长度的长度。因此，由于能够使由线圈产生的磁通充分地穿过由粉末压制体形成的内芯部，所以上述形式能够降低损耗， 其中，粉末压制体趋于具有比构成外芯部的混合物的饱和磁通密度高的饱和磁通密度。
在本发明的电抗器的一种形式中，线圈的端面形状具有由一对半圆弧形部分和将一对半圆弧形部分互连的一对直线部分构成的跑道形状，并且至少所述直线部分与外壳的内底面接触。
线圈的端面形状为非圆形并且包括弯曲部，并且可以为例如(I)基本仅由曲线形成的形状；以及(2)具有弯曲部和直线部分的形状。
仅由曲线形成的形状(I)的实例为椭圆形。由于椭圆形线圈具有接近于真正圆圈的形状并且具有相对短的周长，所以能够容易地缩短构成线圈的导线的长度，并且能够减少所使用的导线的量。因此，可以降低损耗(诸如铜损)和重量。
具有弯曲部和直线部分的形状(2)的实例包括圆角多边形，将包括诸如正方形或矩形等四边形在内的多边形的角部修圆而得；以及特殊形状，用直线替代形成上述椭圆形的曲线的一部分而得；以及上述跑道形状。直线部分的存在的有益之处在于，直线部分能够容易地与外壳的通常形成为平坦表面的内底面接触，并且能够稳定地保持接触状态。因此，包括直线部分的线圈能够容易地增大线圈和外壳的内底面之间的接触面积，并且能够利用它们之间的接触区域将线圈的热量高效地传递到外壳。而且，假设线圈内部的面积上恒定的，则包括直线部分的形状趋于具有比仅由直线形成的形状的周长短的周长。因此，如上所述，可以减少所使用的导线的量、损耗(诸如铜损)和重量。
具体地说，具有上述跑道形状的线圈可形成为如下的扁立线圈其通过采用包括具有正方形(通常为矩形)截面形状的导体的矩形导线作为导线并且以扁立方式缠绕矩形导线而获得。因为线圈的外周表面形成为由各匝矩形导线的紧密排列的侧表面限定的表面，所以与使用圆形导线的线圈相比，扁立线圈能够更易于确保相对于外壳的较大接触面积。此外，由于扁立线圈能够易于形成为具有较高占空系数的线圈，所以具有跑道形状的线圈能够易于增加占空系数并且减小尺寸，从而有助于减小电抗器的尺寸。当具有跑道形状的线圈设置为直线部分的长度增加并且一对直线部分之间的距离减小的形式，即，具有较大纵横比(长轴/短轴)的形式时，线圈和外壳的内底面之间的接触面积(至少直线部分)增大，从而使得散热效果更好。具体地说，从增大线圈和外壳的内底面之间的接触面积以及减小线圈的高度的角度看，该线圈优选地形成为纵横比为大约I. I至2的水平方向较长的线圈。水平方向较长的线圈的其他有益之处在于，由于整个线圈比真正圆形的线圈更靠近外壳的内底面(即，线圈的距外壳的内底面的距离短的较大区域)并且线圈设置成较大区域靠近安装目标物，所以线圈的热量能够高效地传递到外壳的内底面并且进一步传递到安装目标物。另外，由于与具有圆角多边形形状的线圈相比具有跑道形状的线圈包括趋于具有更大弯曲半径的弯曲部(半圆弧形部分)，所以其更易于形成为扁立线圈。这点有助于提高产率。
在本发明的电抗器的一种形式中，电抗器还包括内树脂部，内树脂部由绝缘树脂制成并且覆盖线圈的表面的至少一部分以保持线圈的形状，所述线圈借助介于线圈与外壳的内底面之间的内树脂部与外壳的内底面相接触。
线圈通常通过缠绕导线而形成，导线包括由导电材料(例如，铜)制成的导体、以及形成在导体的外周上的绝缘涂层。当线圈由具有绝缘涂层的导线形成时，绝缘涂层能够使线圈和磁芯之间电绝缘，并且在外壳由金属材料(例如，铝)制成时使线圈和外壳之间电绝缘。此外，通过用绝缘树脂覆盖线圈的至少一部分(优选地为线圈的与磁芯和外壳接触的整个区域)，可以进一步增强线圈和磁芯之间的绝缘以及线圈和外壳之间的绝缘性。而且，根据上述形式，由于线圈的形状由内树脂部保持，所以能够例如在电抗器制造过程中将线圈和内芯部的组装件布置在外壳中时避免线圈变形以及膨胀或收缩。结果，线圈更易于处置并且能够提高电抗器的产率。另外，线圈能够借助内树脂部保持在压缩状态。在该情况下， 能够缩短线圈的轴向长度，从而能够减小电抗器的尺寸。
在本发明的电抗器的一种形式中，外壳的内底面包括台座，线圈布置在所述台座上，台座包括与线圈的外周表面的一部分相符地形成的线圈槽。
根据上述形式，由于线圈布置在形状与线圈的外周表面的形状相符的线圈槽中， 所以能够增大线圈和外壳之间的接触面积，并且能够进一步增强散热效果。线圈槽还能够用于定位线圈。因此，上述形式进一步呈现出良好的组装可操作性。
在本发明的电抗器的一种形式中，利用粘接剂将线圈固定到外壳。
根据上述形式，由于线圈和外壳之间的粘接度增强，所以能够进一步增强散热效果。而且，当通过将磁性粉末和未硬化树脂的混合物填充到外壳中时来成型外芯部时，更不易于发生例如如下问题在树脂硬化之前的时间段内线圈的位置可能偏移。因此，上述形式进一步呈现出良好的产率。
本发明的电抗器可适当地用作转换器的部件。本发明的转换器包括开关元件、用于控制开关元件的操作的驱动电路以及用于平滑开关操作的电抗器，所述转换器通过开关元件的操作来转换输入电压，其中电抗器是本发明的上述电抗器。本发明的转换器可适当地用作功率转换器件的部件。本发明的功率转换器件包括用于转换输入电压的转换器以及与转换器连接并且将直流和交流相互转换的逆变器，所述功率转换器件利用经逆变器转换的电力来驱动负载，其中所述转换器是本发明的上述转换器。
因为包括本发明的电抗器，所以本发明的转换器和本发明的功率转换器件具有良好的散热效果。
本发明的有益效果
本发明的电抗器具有良好的散热效果。本发明的转换器和本发明的功率转换器件因为均包括具有良好散热效果的本发明的电抗器
从而也具有良好的散热效果。
图I是根据实施例I的电抗器的示意性透视图。
图2 (A)是根据实施例I的电抗器的沿着图I中的线(II)- (II)截取的剖视图， 并且图2 (B)是仅示出图2 (A)所示的电抗器中所包括的外壳的剖视图。
图3是说明根据实施例I的电抗器的构成部件的示意性分解图。
图4是示出根据实施例2的电抗器中所包括的线圈成型产品的示意性透视图。
图5是示意性地示出混合动力汽车的电源系统的框图。
图6是示出本发明的功率转换器件的一个实例的示意性电路图，该功率转换器件包括本发明的转换器。
具体实施方式
下文将参照附图详细地描述本发明的实施例。附图中相同的附图标记表示名称相同的部件。
(实施例I)
参照图I至图3描述实施例I的电抗器I。电抗器I包括一个线圈2，其通过缠绕导线2w而形成；磁芯3，其布置在线圈2的内侧和外侧并且形成闭合磁路；以及外壳4，其用于容纳线圈2和磁芯3的组装件。电抗器I的特征在于，线圈2的端面形状、线圈2相对于外壳4的被容纳状态以及磁芯3的材料。下文将详细描述各个部件。
[线圈2]
线圈2是通过螺旋地缠绕一根连续导线2w而形成的筒状部件。优选地，这里所使用的导线2w为涂层导线，其包括由导电材料(例如铜、铝或其合金)制成的导体以及由绝缘材料制成且形成在导体的外周上的绝缘涂层。这里所使用的导体可选自具有各种截面形状的导体，诸如具有矩形截面的矩形导线、具有圆形截面的圆形导线以及具有多边形截面的特殊形式的导线。构成绝缘涂层的绝缘材料通常为釉质材料，例如，聚酰胺-酰亚胺。优选的是，绝缘涂层的厚度为20 μ m以上100 μ m以下。在减少销孔和增强绝缘性方面，具有较大厚度的绝缘涂层更有效。例如，能够通过形成涂覆有多层釉质材料的绝缘涂层，来增加绝缘涂层的厚度。此外，绝缘涂层可以具有由不同材料制成的多层结构。在多层结构的一个实例中，在聚酰胺-酰亚胺层的外周上形成有聚苯硫醚层。多层结构的绝缘涂层还提供优良的电绝缘性能。可以适当地选择绕组(匝)数量。优选地，可以将绕组数量为大约30至 70个的线圈用作车载部件。
这里，线圈2是通过扁立缠绕涂层矩形导线而形成的扁立线圈(绕组数量50)，在涂层矩形导线中，导体是由铜制成且具有矩形截面的矩形导线(纵横比(宽度/厚度)为5以上，优选地为10以上)，并且绝缘涂层由釉质制成。
[端面形状]
图2 (A)为当沿着与线圈2的轴向垂直的平面剖切时电抗器I的剖视图。线圈2 具有相同的截面形状，当沿其轴向观察时，其截面形状与其端面形状相同。如图2(A)所示， 线圈2的端面形状为包括弯曲部和直线部分的形状。更具体地，线圈2的端面具有由平行布置的一对直线部分22以及布置为将直线部分22的端部互连的一对半圆弧形部分21构成的跑道形状。这里，线圈2的纵横比(长轴/短轴)设定成大约I. 3。每个半圆弧形部分 21具有相对较大的弯曲半径，并且为具有缓和弯曲的弯曲部。因此，该端面形状有利于导线的扁立缠绕。利用该端面形状，线圈2的外周表面和内周表面由半圆弧形部分21所限定的曲面和直线部分22所限定的平面构成。
[布局]
线圈2在磁芯3的一部分(内芯部31)插入到线圈2内侧的状态下被容纳在外壳4 中。具体地说，在本发明的电抗器I中，线圈2以如下水平布局被容纳在外壳4中当电抗器I安装到诸如冷却基座等安装目标物上时，线圈2的轴向与安装目标物的表面平行。在电抗器I中，因为外壳4的平坦的外底面41ο用作与安装目标物相接触的安装表面，所以线圈2在与外底面41ο平行的状态下容纳在外壳4中。在线圈2的外周表面中，由直线部分 22限定的平面区域与外壳4的外底面41ο平行。简言之，线圈2以水平方向较长的方式容纳在外壳4中(图I)。
线圈2的外周表面的一部分(这里为，由一个直线部分22限定的平面以及由与该一个直线部分22连接的两个半圆弧形部分21的区段限定的曲面，所述区段设置成靠近与一个直线部分22连接的点)被磁芯3 (外芯部32)覆盖。简言之，当垂直地观看端面时，线圈构件2的外周表面的类C形区域被外芯部3覆盖2。此外，线圈2的外周表面的其余部分(不被磁芯3覆盖的部分)与外壳4的内底面41i相接触。这里，线圈2的外周表面的其余部分与设在外壳4的内底面41i中的线圈槽44接触。线圈槽44形成在台座43中，台座 43 一体地形成在内底面41i中。
[端部的处理]
形成线圈2的导线2w具有从线圈2的匝形成部分延伸出适当长度的引出部分并且被引出到外芯部32之外。由例如铜或铝等导电材料制成的端子部件(未示出)分别与导线2w的通过剥除导线2w的两个端部中每个端部的绝缘涂层而露出的导体连接。诸如用于向线圈2供给电力的电源等外部装置(未示出)通过端子部件与线圈2连接。可以使用诸如钨极惰性气体保护(TIG)焊接等焊接法、加压结合法将导线2w的导体和每个端子部件连接起来。在图I所示的实例中，导线2w的两个端部与线圈2的轴向垂直地引出，但是可适当地选择两个端部的引出方向。例如，导线2w的两个端部可与线圈2的轴向平行地引出，或可以沿不同的方向引出。
在引出部分中，优选的是通过适当地布置诸如绝缘纸、绝缘带(例如，聚酰亚胺带) 或绝缘膜(例如，聚酰亚胺膜)等绝缘材料，或者通过浸涂绝缘材料，或者通过装配绝缘管 (例如热收缩管或常温收缩管)，来覆盖可能至少与磁芯3 (具体地为外芯部32)接触的每个区域。例如，当电压施加到绕组数量为50匝的线圈上时，即使匝间电压为约12V至14V，也可能将大约600V至700V的电压施加到引出部分上。鉴于这点，能够通过用绝缘材料至少覆盖引出部分的与磁芯3接触的上述区域来确保引出部分和外芯部32之间的绝缘性。
[磁芯3]
如图I所示，磁芯3包括具有柱状形状并且插入到线圈2内的内芯部31、以及形成为将内芯部31的至少一个端面31e和线圈2的外筒形圆周表面的一部分覆盖的外芯部32。 当线圈2受到激励时，磁芯3形成闭合磁路。构成内芯部31的材料和构成外芯部32的材料彼此不同，并且磁芯3的各个部分具有不同的磁特性。更具体地，内芯部31具有比外芯部32的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，并且外芯部32具有比内芯部31的磁导率低的磁导率。
〈〈内芯部》
内芯部31是具有与线圈2的内周形状相符的跑道状外形的柱状部件。尽管内芯部31这里为完全由粉末压制体(powder compact)形成而不包括间隙部件或空气间隙的实心部件，但是其可以具有如下的形式即，包括空气间隙或由例如铝板等非磁性材料制成的间隙部件。
典型地，通过对表面上具有由例如硅树脂等制成的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。当制造粉末压制体时，能够通过选择软磁性粉末的材料、通过调节软磁性粉末和粘结剂之间的混合比、包括绝缘涂层在内的各种类型涂层的量等、或者通过控制压制压力来改变饱和磁通密度。例如，能够通过采用具有较高饱和磁通密度的软磁性粉末、通过减少混合的粘结剂的量来增加软磁性材料的比例、或者通过使压制压力升高，获得具有较高饱和磁通密度的粉末压制体。
软磁性粉末的实例包括由铁基材料制成的粉末，例如，诸如Fe、Co、Ni等铁族金属；以及含有铁作为主要成分的Fe基合金材料，诸如Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al等；稀土金属粉末；以及铁氧体粉末。具体地说，铁基材料能够更易于提供饱和磁通密度比使用铁氧体的情况下的饱和磁通密度高的磁芯。形成在软磁性粉末上的绝缘涂层可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。尤其当构成磁性粉末的磁性颗粒由金属(例如，铁族金属或铁基合金)制成时，由这种化合物制成的绝缘涂层能够有效地降低涡流损耗。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，例如二氧化硅。在粉末压制体中， 因为例如绝缘涂层等绝缘体存在于磁性颗粒之间，所以磁性颗粒彼此绝缘，并且能够减少涡流损耗。因此，即使当向线圈供应高频电力时，也能够保持涡流损耗小。可以利用一种合适的已知产品来制备粉末压制体。
这里，内芯部31是由具有涂层(例如，绝缘涂层)的软磁性材料制成的粉末压制体构成的，并且内芯部31的饱和磁通密度为I. 6T以上并且为外芯部32的饱和磁通密度I. 2 倍以上。此外，内芯部31的相对磁导率为100至500，并且由内芯部31和外芯部32构成的整个磁芯3的相对磁导率为10至100。当要获得一定量的磁通时，随着内芯部的饱和磁通密度的绝对值变高并且随着内芯部的饱和磁通密度变高至比外芯部的饱和磁通密度更大的程度，可以进一步减小内芯部的截面积。因此，内芯部具有较高饱和磁通密度的形式可以有助于减小电抗器的尺寸。内芯部31的饱和磁通密度优选地为I. 8T以上且更优选地为 2T以上，并且优选地为外芯部32的饱和磁通密度的I. 5倍以上且更优选地为I. 8倍以上。 在任何情况下，不指定上限。通过采用通常以硅钢板为代表的电工钢板的层叠件而不是粉末压制体，能够更易于提高内芯部的饱和磁通密度。
在图I所示的实例中，内芯部31在线圈2的轴向上的长度(下文简称为长度)比线圈2的长度长。在内芯部31插入到线圈2内的状态下，内芯部31的两个端面31e及其附近分别从线圈2的相应端面略微伸出。可以任意地选择内芯部31从线圈2伸出的长度。 尽管这里内芯部31从线圈2的两端伸出的长度相同，但是伸出长度可彼此不同。此外，内芯部31可以设置成使内芯部31仅从线圈2的一个端面伸出。在另一形式中，内芯部的长度可与线圈的长度相等，或者内芯部的长度可比线圈的长度短。当内芯部的长度等于或大于线圈的长度时，能够通过以如下形式布置内芯部来降低损耗内芯部的端面分别如图示的实例从线圈的相应端面伸出的形式，或者内芯部的端面分别与线圈的相应端面平齐的形式，或者内芯部的一个端面与线圈的一个端面平齐而内芯部的另一端面从线圈的另一端面伸出的形式。在上述任意形式中，外芯部32优选地布置成使得当线圈2受到激励时形成闭合磁路。
由于本发明的电抗器I以如上所述的水平布局构造，所以内芯部31也被布置成 当电抗器I固定到安装目标物上时，相应于线圈2的布局而在水平方向上较长。
为了增强线圈2和内芯部31之间的绝缘性，在内芯部31和线圈2之间设置绝缘部件33 (图2)。例如，通过在线圈2的内周表面或内芯部31的外周表面上固定绝缘带或者布置绝缘纸或绝缘片材，来设置绝缘部件33。可选地，可以在内芯部31的周围布置由绝缘材料制成的线轴(未示出)。线轴可实现为例如覆盖内芯部31的外周的管状部件的形式、 或包括这种管状部件和设在管状部件的两端处的凸缘(通常为环状凸缘)的形式。优选地可将诸如聚苯硫醚(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线轴的材料。另外，当线轴形成为分离件组合起来的管状部件时，更易于将线轴布置在内芯部31的周围。
外芯部>>
外芯部32形成为不仅基本覆盖线圈2的两个端面和外周表面的不与外壳4的线圈槽44接触的整个区域，而且覆盖内芯部31的两个端面及其附近。外芯部32具有如下所述的截面形状。在电抗器I的存在线圈2的区域中，当观看纵截面(即，沿着在线圈2的轴向上延伸并且与外壳4的外底面41ο (图2)垂直的平面截取的截面)并且观看如图2 (A) 所示的横截面(即，沿着与线圈2的轴向垂直的平面截取的截面)时，那些截面中的每个截面均具有类C的形状。此外，当观看水平截面(即，沿着穿过线圈2的轴线并且与外壳4的外底面41ο平行的平面截取的截面)时，该截面具有矩形框架形状。外芯部32的一部分与内芯部31的两个端面31e彼此相连，从而磁芯3形成闭合磁路。
这里，外芯部32完全由包含磁性粉末和树脂的混合物(成型硬化体)形成。内芯部 31和外芯部32借助外芯部32的树脂而彼此粘合，而无需将粘接剂置于二者之间。这里，外芯部32还具有既不包括间隙部件又不包括空气间隙的形式。因此，磁芯3为完全一体形成而不包括任何间隙部件的整体式部件。
由于外芯部32以将线圈2和内芯部31密封在外壳4内的方式基本覆盖线圈2的不与外壳4的线圈槽44接触的整个区域，所以外芯部32还充当线圈2和内芯部31的密封部件。因此，在电抗器I中，外芯部32能够保护线圈2和内芯部31免受外部环境影响并且能够增强机械保护。
仅仅需要外芯部32来形成闭合磁路，并且外芯部32的形状(即，覆盖线圈2的区域)只是选择的问题而已。例如，外芯部32可以具有不覆盖线圈2的外周的一部分的形式。 在这种形式的一个实例中，线圈2的外周表面的位于外壳4的敞开侧处的区域露出，而未被外芯部覆盖。在另一情况中，形成在外壳4的位于底面侧的区域中的台座43的厚度增大以提供比图3所示的线圈槽44深的线圈槽。例如，形成更深的线圈槽以便不仅与线圈2的直线部分22相接触，而且与半圆弧形部分21 (例如，位于外壳4的底面侧处的1/4圆弧)的更大区域相接触。可以通过将外壳4的整个区域加厚来提供上述更深的线圈槽。这种变型提供了线圈相对于更深线圈槽的接触部分不被外芯部覆盖的形式(即，线圈和形成在外壳中的线圈槽之间的接触面积增大的形式)。然而，线圈槽优选地形成为使得内芯部31的端面露出而不被深埋在线圈槽中并且与外芯部32充分接触。在又一形式中，在外壳4的内底面41i上单独布置用于线圈2的定位部件(未示出)，并且线圈2的与定位部件接触的部分不被外芯部覆盖。能够通过使用具有良好散热效果的材料形成定位部件，来增强散热。
通常可以通过注射成型或铸塑成型来形成成型硬化体。注射成型通常以如下方式来进行将由磁性材料制成的粉末与处于流体状态的树脂彼此混合，将混合流体注入到通常用于在预定压力下执行成型处理的模具(这里为外壳4)中，然后将树脂硬化。铸塑成型是以如下方式来进行的制备与注射成型中所使用的混合流体相似的混合流体，将混合流体注入到用于在不施加压力的情况下执行成型处理的模具中，然后使树脂硬化。
在任意成型方法中使用的磁性粉末可以为与上述用于内芯部31的软磁性粉末相似的粉末。特别地，由铁基材料制成的粉末，例如纯铁粉末或Fe基合金粉末，可优选地用作外芯部32的软磁性粉末。还可以通过将由不同材料制成的多种类型的磁性粉末混合而使用。还可以采用如下的涂层粉末，在该涂层粉末中，在由软磁性材料(尤其是金属材料)制成的磁性颗粒的表面上形成有由例如磷酸盐制成的绝缘涂层。能够通过采用该涂层粉末来降低涡流损耗。为了方便使用，磁性粉末的平均粒径优选地为Iym以上1000 μ m以下，并且更优选地为10 μ m以上500 μ m以下。通过采用具有不同粒径的多种类型的粉末，更易于获得具有较高饱和磁通密度以及较小损耗的电抗器。
在上述成型方法的任意一种中，可以优选地将诸如环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂或聚氨酯树脂等热固性树脂用作充当粘结剂的树脂。当使用热固性树脂时，通过加热成型体而使树脂热硬化。可以使用常温固性树脂或冷固性树脂用作充当粘结剂的树脂。在该情况下，通过将成型体放置在从室温到相对低温的状态下来硬化树脂。因为作为非磁性材料的树脂在成型硬化体内保持相对大量，所以即使当使用与用于构成内芯部31的粉末压制体相同的软磁性粉末时，与使用粉末压制体的情况相比，能够更易于利用成型硬化体形成具有较低饱和磁通密度和较低磁导率的芯。
除了混合磁性粉末和用作粘结剂的树脂之外，还可将由例如氧化铝或硅石等陶瓷制成的填充物混合到成型硬化体的材料中。通过混合具有比磁性粉末的比重小的比重的填充物，可以抑制磁性粉末的局部存在，并且更易于获得如下成型硬化体其整体被均匀散布有磁性粉末。此外，当填充物由具有良好导热率的材料制成时，填充物有助于改善散热效果。当混合填充物时,填充物相对于100质量％(质量百分比)成型硬化体的含量为例如O. 3 质量％以上以及30质量％以下。磁性粉末和填充物相对于100体积％ (体积百分比)外芯部的总含量为例如20体积％至70体积％。而且，使用颗粒比磁性粉末更细微的填充物的有益之处在于，填充物以能够有效防止磁性粉末的局部存在并且能够均匀地散布磁性粉末的方式介于磁性颗粒之间，以及能够容易地抑制由于填充物的添加引起的磁性粉末的比例减少。
当线圈2如电抗器I 一样以水平布局布置并且线圈2在设置成靠近外壳4的内底面41i的状态下容纳在外壳4中时，在成型硬化体的制造过程中磁性粉末会沉淀到外壳4 的底壁41上，从而得到磁性粉末局部化到靠近底壁41的一侧的成型硬化体。然而，即使在该情况下，也会因为内芯部31设置成靠近外壳4的底壁41并且外芯部趋于进入外芯部的高密度地存在有磁性粉末的区域与内芯部31相接触的状态，而能够充分地形成闭合磁路。
这里，外芯部32由包含涂层粉末和环氧树脂的成型硬化体形成，涂层粉末在由铁基材料制成并且平均粒径为100 μ m以下的磁性颗粒的表面上具有绝缘涂层。外芯部32具有5至30的相对磁导率，并且外芯部32的饱和磁通密度为O. 5T以上且小于内芯部31的饱和磁通密度。通过将外芯部32的磁导率设定成比内芯部31的磁导率低，可以减少磁芯 3的漏磁通，并且构成无间隙结构的磁芯3。通过改变磁性粉末和用作粘结剂的树脂的混合比，能够调节成型硬化体的磁导率和饱和磁通密度。例如，通过减少所混合的磁性粉末的量来获得具有较低磁导率的成型硬化体。通过制备由芯部31和32中的每个获得的样品并且通过采用例如可购得的B-H曲线跟踪器或振动样品磁强计(VSM)，能够测量出芯部31和32 中每者的饱和磁通密度和相对磁导率。
[外壳]
如图I至图3所示，外壳4通常为长方体盒状部件，其由矩形底壁41和从底壁41 垂直延伸出的四个侧壁42构成，与底壁41相对的表面是开口的。外壳4通常不仅用作用于容纳线圈2和磁芯3的组装件的容器，而且用作散热路径。因此，外壳4适当地由具有良好导热率的材料制成，优选地为导热率比例如铁制成的磁性粉末的导热率高的例如诸如铝、铝合金、镁或镁合金等金属等材料。因为铝、镁以及铝和镁的合金均重量轻，所以它们适合用作要求重量轻的汽车部件的材料。另外，因为铝、镁以及铝和镁的合金为非磁性材料和导电材料，所以还能够有效地防止磁通泄漏到外壳4的外部。这里，外壳4是由铝合金制成的。
尽管外壳4的外周形状和内周形状通常彼此相似，但是这里使用的外壳4中它们并不相似。更详细地，如图2 (B)所示，外壳4的底壁41具有外底面41ο，当电抗器I安装到诸如水冷却基座等安装目标物上时，外底面41ο充当安装表面。外底面41ο用作由安装目标物冷却的冷却表面。外底面41ο形成为平面。底壁41还具有内底面41i，线圈2的外周表面的一部分与内底面41i相接触。如图2 (B)所示，内底面41i具有各部分厚度变化的非均匀形状。内底面41i包括台座43，台座43形成在内底面的中部并且从一个侧壁42 延伸到与一个侧壁相对的另一侧壁42，并且底壁41的与台座43对应的部分变厚。这里台座43与内底面41 i形成一体。在台座43的一部分中形成有与线圈2的外周表面的一部分配合的线圈槽44。
如图3所示，线圈槽44具有与线圈2的外周表面相符的形状，并且由平面部分和弯曲部构成，平面部分与线圈2的沿着由直线部分22限定的平面延伸的平面区域相接触， 弯曲部与线圈2的沿着由半圆弧形部分21限定的曲面延伸的曲面区域相接触。台座43的构成平坦部分的区域的最小厚度可与底壁41 (图2)的不存在台座43的区域的厚度相当。 通过如此仅将底壁41的一部分变厚，可以确保外芯部32 (图I和图2)具有足够体积并且抑制外壳4重量的增加。而且，由于线圈槽44具有与线圈2的外周表面相符的形状，所以线圈槽44还能够用作将线圈2相对于外壳4定位的部件。
台座43的没有形成线圈槽44的厚部可用作内芯部31的支撑物。如果支撑物能够支撑内芯部31，则支撑物不一定需要具有如图3所示的较大面积。因此，支撑物可以形成为具有比图3所示面积小的面积(B卩，线圈的轴向上的长度较短和/或与线圈的轴向垂直的方向上的长度较短)。可选地，台座43可以具有仅包括与线圈2的外周表面接触的线圈槽 44以使线圈2的端面和内芯部31的端面不被覆盖的形式。通过减小台座43的体积，能够增加外芯部32的体积。
在可选的形式中，内底面41i可形成为平面，而省去线圈槽44。即使在该情况下， 由于线圈2具有平面区域，所以线圈2的外周表面的由直线部分22限定的平面区域能够保持与外壳的平坦内底面相接触。当不形成线圈槽44时，可以单独布置定位部件，以便更易于将线圈2在外壳4内定位。定位部件优选地形成为例如由与外芯部32的材料相似的材料制成的成型硬化体。原因在于，当外芯部32形成时，这种成型硬化体能够易于与外芯部 32形成一体，并且单独的定位部件可用作磁路。可选地，通过采用具有良好散热效果的材料来形成定位部件，能够增强散热。而且，当如在该实施例中那样外底面41ο (图2)仅大致由平面构成时，能够充分地确保相对于安装目标物的较大接触面积，并且能够提高外壳4 的产率。然而，出于例如增加外壳4的表面积的目的，外底面可以具有非均匀部分。
另外，在图I所示的实例中，外壳4包括安装部45，安装部45具有使用例如螺栓等固定部件将电抗器I固定到安装目标物上的螺栓孔45h。由于设有安装部45，可以利用例如螺栓等固定部件容易地将电抗器I固定到安装目标物上。能够通过例如铸造和切割法来容易地制造包括如上所述的台座43、线圈槽44和安装部45并且具有复杂三维形状的外壳 4。
尽管外壳4可以在敞开状态下使用，但是从防止漏磁通以及保护外芯部32免受环境和机械损坏的角度看，优选地如外壳4 一样以包括由例如铝等导电材料制成的盖的形式使用。在盖中形成切除部或通孔以使得能够穿过盖引出线圈2的导线2w的端部。
为了增强线圈2和外壳4之间的绝缘性,可以在线圈2和外壳4之间设置例如绝缘纸、绝缘片材或绝缘带等绝缘部件。例如，可以通过将绝缘带等缠绕到线圈2的表面上以使绝缘部件覆盖线圈2的内周表面和外周表面(在一些情况下，包括线圈2的端面)来布置绝缘部件。在可选的形式中，绝缘部件33可如上所述布置在线圈2的内周上，并且上述绝缘部件可单独地布置在外壳4的内底面41i和线圈2的与内底面41i接触的区域之间。要求这种绝缘部件具有恰好足以确保线圈2和外壳4之间所需的最低水平绝缘的厚度。通过使绝缘部件的厚度最小，可以抑制由于绝缘部件的存在引起的导热率的下降，并且减小了尺寸。这里使用的绝缘部件优选地具有高的导热率。
可选地，可将绝缘粘接剂用作该绝缘部件。换言之，可以利用粘接剂将线圈2和外壳4彼此固定到一起。在该情况下，绝缘粘接剂不仅能够增强线圈2和外壳4之间的绝缘性，而且能够利用粘接剂的作用将线圈2以紧密接触的形式固定到外壳4上，而无论外芯部 32中是否包含树脂成分。绝缘粘接剂优选地由尤其含有具有良好导热率的填充物(例如，由具有良好导热率和良好电绝缘性的氧化铝制成的填充物)的粘接剂制成。通过以较小的厚度和多层结构来形成绝缘粘接剂层，即使绝缘粘接剂的总厚度较小也可以增强电绝缘性。 通过采用片材形式的绝缘粘接剂，能够获得良好的可操作性。绝缘粘接剂可以为可购得的粘接剂中的一种。
在本发明中，即使当在线圈2和外壳4之间设置用于提供所需水平的电绝缘的绝缘部件时，这种布置也应视为落在线圈和外壳的内底面彼此相接触的形式的范围内。通过使绝缘部件的厚度最小，能够抑制由于绝缘部件的存在引起的导热率的降低。例如，绝缘部件的厚度(在多层结构的情况下为总厚度)可以为小于2_、或1_以下、或者尤其是O. 5mm 以下。
[预期用途]
具有上述结构的电抗器I通常用作用于电动汽车或混合动力汽车的车载功率转换器件的部件，并可以在如下通电条件下适当地使用例如，最大电流(直流)约为100A至1000A，平均电压约为100V至1000V，工作频率为5kHz至IOOkHz。在该用途中，期望在满足如下条件的情况下适当地使用电抗器I :当供给的直流为OA时，电感为10 μ H以上2mH以下，并且在供给最大电流期间的电感为在电流为OA时获得的电感的10%以上。
[电抗器的尺寸]
当电抗器I用作车载部件时，包括外壳4在内的电抗器I的容量优选地约为O. 2 升(200cm3)至O. 8升(800cm3)。在该实施例中，容量约为500cm3。
[制造电抗器的方法]
举例而言，可以以如下方式来制造电抗器I。首先，制备线圈2和由粉末压制体形成的内芯部31。将内芯部31插入到线圈2中，以便于制造线圈2和内芯部31的组装件，如图3所示。如上所述，可根据需要在线圈2和内芯部31之间布置绝缘部件33(图3中省去绝缘部件33)。此外，可将例如绝缘管等绝缘部件装配到导线2w的引出部分上，如上所述。
接下来，将上述组件放置到外壳4中。通过将组装件中的线圈2装配到线圈槽44 中，可容易地将组装件恰当地定位在外壳4内。将磁性粉末和树脂的混合流体，即构成外芯部32 (图I)的混合流体适当地注入到外壳4中，以成型为预定形状，然后将树脂硬化。这样，能够形成外芯部32，并且能够同时获得电抗器I (图I)。
[有益效果]
由于电抗器I被构造成使得线圈2的外周表面的一部分与外壳4的内底面41i相接触，线圈2的热量能够直接传递到由例如铝制成并且具有良好导热率的外壳4，并且热量能够通过外壳4的外周表面41ο (冷却表面)高效地散布到诸如水冷基座等安装目标物。因此，电抗器I具有良好的散热效果。具体地说，电抗器I能够利用如下这种布置来提高散热效果即，线圈2的端面具有包括弯曲部和直线部分的跑道形状，并且由直线部分限定的平坦区域用作相对于外壳4的接触区域，从而能容易地增加线圈2和外壳4之间的接触面积。 此外，由于线圈2的直线部分22用作与外壳4接触的区域，所以线圈2被稳定地支撑在外壳4的内底面41i上，并且因为线圈2在保持该被支撑状态的同时由外芯部32密封，所以可靠地保持了这种被支撑状态。因此，电抗器I具有良好的长期散热效果。而且，对于电抗器1，由于在外壳4的内底面41i中形成有形状与线圈2的外周表面的形状相符的线圈槽 44而使得不仅直线部分22而且由半圆弧形部分21限定的弯曲区域的一部分与内底面41i 相接触，因此与内底面仅由平面形成的情况相比，增加了线圈2和外壳4之间的接触面积， 并且提高了散热效果。另外，由于线圈2的外周被包含磁性粉末的成型硬化体覆盖，所以电抗器I具有比当线圈2的外周仅被树脂覆盖时更高的散热效果。
由于电抗器I包括一个线圈2并且具有线圈2被容纳在外壳4中且使线圈2的轴向与外壳4的外底面4Io平行的水平布局，所以电抗器I具有较低的高度和较小的尺寸。具体地说，对于电抗器1，由于线圈2的端面具有跑道形状，所以能够利用涂层矩形导线作为导线2w来将线圈2形成为扁立线圈，从而提供具有较高占空系数和较小尺寸的线圈。这点也有助于减小电抗器I的尺寸。而且，对于电抗器I，外壳4可用作散热路径,并且外壳4能够保护线圈2和磁性3免受诸如灰尘和腐蚀等外部环境破坏以及免于机械损坏。
对于电抗器I,由于外芯部32由包含磁性粉末和树脂的混合物制成,所以能够容易地制造具有期望形状的外芯部32。因此，即使当电抗器I具有将线圈2的外周表面的一部分覆盖的复杂形状时，也通过容易地制造外芯部32来获得良好的产率。另外，使用上述混合物能够提供下列有益效果(I)能够容易地改变外芯部32的磁特性，以及(2)由于外芯部32含有树脂成分，所以即使在外壳4处于敞开状态时也能够保护线圈2和内芯部31免受外部环境破坏和机械损坏。
对于电抗器1，由于内芯部31由粉末压制体形成，所以能够容易地形成具有复杂三维形状的内芯部31(8卩，具有与线圈2的内周形状相符的类似于跑道的外形的柱状部件)， 从而获得良好的产率。另外，由于内芯部31由粉末压制体形成，所以能够容易地调节包括饱和磁通密度在内的磁特性。
对于电抗器1，由于内芯部31具有比外芯部32的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，所以当利用由单一材料制成并且在整个磁芯上具有均一饱和磁通密度的磁芯来获得相同的磁通量时，能够减少内芯部31的截面积(即，磁通通过的内芯部31的表面积)。这点进一步有助于减小电抗器尺寸。对于电抗器I，由于外部布置有线圈2的内芯部31具有较高的饱和磁通密度并且将线圈2的外周表面的一部分覆盖的外芯部32具有较低的磁导率，所以甚至可以在省去间隙的情况下抑制磁饱和。省去间隙能够进一步有助于减小电抗器的尺寸。对于电抗器1，由于整个磁芯3上不存在用于调节电感的间隙，所以通过间隙的漏磁通不影响线圈2，从而使内芯部31的外周表面和线圈2的内周表面设置成彼此更加靠近。这样，能够减小内芯部31的外周表面和线圈2的内周表面之间的余隙,从而能够进一步减小电抗器I的尺寸。具体地说，对于电抗器1，由于内芯部31具有类似地与线圈2的内周表面相符的外形，所以能够进一步减小上述余隙。而且，由于省去间隙，能够降低由于该间隙的存在而导致的损耗。
对于电抗器I，在形成外芯部32的同时，内芯部31和外芯部32借助于构成外芯部32的树脂彼此粘合，从而形成磁芯3。结果，能够制造电抗器I。因此，减少了制造步骤的数量，并且提高了产率。而且，由于电抗器I具有无间隙结构，所以不需要粘合间隙部件的步骤。这点也有助于提高产率。
(实施例2)
下文将参照图4来描述实施例2的电抗器。已经结合如下布置描述了实施例I : 即，利用构成线圈2的导线2w的绝缘涂层以及单独制备的绝缘部件33，增强了线圈2和磁芯3之间的绝缘性以及线圈2和外壳4之间的绝缘性。实施例2的电抗器与实施例I的电抗器I的区别在于，包括覆盖线圈2的表面的内树脂部23。下面的描述主要针对该区别点以及基于该区别点的有益效果来进行，而省略了与实施例I中的相同的构造和有益效果的描述。
实施例2的电抗器包括线圈成型产品2c，其中线圈2和内芯部31借助构成内树脂部23的树脂彼此成一体。
[线圈成型产品]
线圈成型产品2c包括实施例I中所述的线圈2，其中导线2w是涂层矩形导线并且端面具有跑道形状；内芯部31，其插入到线圈2内；以及内树脂部23，其不仅覆盖线圈2 的表面以保持线圈的形状而且将线圈2和内芯部31彼此保持为一体。
〈〈内芯部》
内芯部31是具有类似于跑道的外形的柱状部件，如上文所述的实施例I中。内芯部31插入到线圈2的内侧，并且在内芯部31的两个端面及其附近分别从内树脂部23的相应端面23e略微伸出的状态下，借助内树脂部23使内芯部31与线圈2形成一体。
〈〈内树脂部》
这里，除了导线2w的包括两个端部在内的引出部分之外，内树脂部23覆盖基本整个线圈2。能够任意地选择线圈2的被内树脂部23覆盖的区域。例如，可使线圈2部分地露出，而不被内树脂部23覆盖。然而，通过如该实施例中那样覆盖线圈2的大致整个表面， 能够使例如内树脂部23的树脂等绝缘体可靠地存在于线圈2和内芯部31之间、线圈2和外芯部之间以及线圈2和外壳之间。内树脂部23的厚度大致均一。可任意地选择内树脂部23的厚度以满足期望的绝缘特性，并且例如约为Imm至10mm。内树脂部23越薄，散热效果越好。
内树脂部23还具有将线圈2保持为从自由长度状态压缩的状态的功能。
优选地，内树脂部23的树脂由绝缘材料制成，所述绝缘材料的耐热性处于在使用包括线圈成型产品2c的电抗器期间绝缘材料在线圈2和磁芯的最大可达温度下不软化的水平，并且所述绝缘材料能够通过转移成型或注射成型来成型。例如，可以优选地使用诸如环氧树脂等热固性树脂或者诸如PPS树脂和LCP等热塑性树脂。这里，使用环氧树脂。此外，通过采用与由选自氮化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的至少一种类型陶瓷制成的填充物混合的树脂作为内树脂部23的树脂，能够获得能更易于消散线圈2的热量并且具有较高散热效果的电抗器。
[制造线圈成型产品的方法]
例如，通过采用日本未审查的专利申请公开No. 2009-218293中描述的制造方法， 能够制造出包括内芯部31的上述线圈成型产品2c。更具体地，制备如下模具，所述模具能够打开和关闭并且包括能够在模具内来回移动的多个杆状部件。在将线圈2和内芯部31 布置在模具内之后，借助于杆状部件将线圈2按压成压缩状态。在压缩状态下，将构成树脂注入到模具中并且然后进行固化。
可选地，可以单独准备能够将线圈保持为压缩状态的保持部件，并且在将保持部件附接至线圈并且将处于压缩状态的线圈放置到模具中之后，可将保持部件固定至模具， 从而将处于压缩状态的线圈保持在模具内。保持部件优选地被构造成可移除以便再使用。
在线圈2中，如上所述，例如绝缘纸、绝缘带或绝缘管等绝缘部件可适当地布置在导线2w的各个引出部分的不被内树脂部23覆盖且可能与外芯部相接触的区域(靠近导线 2w的端部)上。当绝缘部件布置在线圈2的各个引出部分上时，能够简化内树脂部23的形状，并且能够提高成型性。此外，与引出部分被内树脂部23的树脂覆盖的情况相比，能够更易于使线圈成型广品的尺寸减小，从而进一步有助于电抗器的尺寸减小。
[制造电抗器的方法]
包括上述线圈成型广品2c的电抗器可以以如下方式制造制造线圈成型广品2c ； 将线圈成型产品2c放置到外壳中；将磁性材料和树脂的混合流体注入到用于成型的外壳中，其中混合流体构成外芯部；然后，使树脂硬化。可以利用上述粘接剂将线圈成型产品2c 固定到外壳。
[有益效果]
对于实施例2的电抗器，由于线圈2的表面被内树脂部23覆盖，所以线圈2借助介于线圈与外壳的内底面之间的内树脂部23与外壳的内底面相接触。这样，由于介于线圈2和外壳之间的绝缘体，即使当外壳由例如铝等金属制成时，也能够有效地增强线圈2和外壳之间的绝缘性。此外，尽管在线圈2和外壳之间设置了内树脂部23，但因为线圈2采用了端面具有特殊形状(即跑道形状)并且电抗器以水平布局布置的布置方式而使得线圈2的较大区域设置得靠近安装目标物，所以实施例2的电抗器具有与实施例I的电抗器类似的良好散热效果。
在线圈成型产品2c中，线圈2和内芯部31借助内树脂部23彼此形成一体，并且基本上仅内树脂部23的树脂存在于线圈2的内周表面和内芯部31的外周表面之间的余隙中。因此，在不使用例如绝缘体等额外部件的情况下，也能够有效地增强线圈2和内芯部31 之间的绝缘性。而且，由于实施例2的电抗器采用能够保持线圈2的形状的线圈成型产品 2c，所以线圈2的形状稳定并且在制造过程中更易于处置线圈2，从而使得产率良好。具体地说，由于线圈成型产品2c包括一体形式的内芯部31，所以线圈2和内芯部31能够在成型内树脂部23的同时彼此形成一体，从而能够减少步骤数量以及部件数量。这点也有助于提高电抗器的产率。另外，由于线圈2和内芯部31可作为整体式单元处置，并且它们能够被同时放置到外壳中，因此与当它们彼此分开时相比，更容易执行将线圈2和内芯部31放置到外壳中的操作。这点进一步有助于提高电抗器的产率。
此外，由于线圈成型产品2c借助内树脂部23将线圈2保持为压缩状态，所以可缩短线圈2的轴向长度，而无需使用另外的部件将线圈2维持在压缩状态。这点有助于减小电抗器的尺寸。如果线圈2和内芯部31为单独的部件而不是借助内树脂部23彼此形成一体，则需要在内树脂部中形成中空孔以便于内芯部31的插入，并且考虑到插入内芯部31的简易性需要在内芯部31和中空孔的壁之间设置余隙。相反地，在线圈2和内芯部31借助内树脂部23彼此形成一体的该实施例中，不需要这种余隙，并且与该余隙的缺失对应地能够减小电抗器的尺寸。
(实施例3)
已经结合利用内树脂部23将线圈2和内芯部31彼此形成一体而构造的线圈成型产品2c描述了实施例2。在线圈成型产品的另一形式中，内芯部可不借助内树脂部与线圈形成一体。换言之，线圈成型产品可由线圈和内树脂部构成。该线圈成型产品具有由将线圈的内周表面覆盖的内树脂部的树脂限定的中空孔。内芯部插入到中空孔中。通过调节内树脂部的树脂的厚度使内芯部布置在线圈内侧的适当位置处，并且通过形成与内芯部的外形匹配的中空孔的形状，可使得内树脂部的树脂用作定位内芯部的部件。
在制造线圈成型产品2c的步骤中，通过布置具有预定形状的成型芯而不是内芯部，能够制造出上述线圈成型产品，以上在实施例2中描述了该步骤。包括上述线圈成型产品的电抗器可以以如下方式来制造将内芯部插入到这样获得线圈成型产品的中空孔中， 将线圈成型产品和内芯部的组装件放置到外壳中，以及然后形成外芯部。
根据该实施例，因为如实施例2的线圈成型产品2c那样内树脂部保持线圈的形状，所以更易于处置线圈。此外，该实施例还能够增强线圈和磁芯之间的绝缘性以及线圈和外壳之间的绝缘性，其原因在于，如实施例2的线圈成型产品2c中那样，在线圈和内芯部之间、线圈和外芯部之间、以及线圈和外壳之间设置有内树脂部。
(实施例4)
尽管已经结合线圈的端面具有跑道形状的情况描述了前面的实施例，但是线圈的端面也可具有椭圆形状、水平方向较长的椭圆形的曲线的一部分被与椭圆的长轴平行的直线替代从而包括一个直线部分的特殊形状、或具有圆角的矩形形状。
在具有椭圆形状的线圈中，尤其优选的是，线圈具有纵横比(长轴/短轴)大的水平方向较长的椭圆形形状，因为线圈的靠近外壳的内底面(因此靠近安装对象)的区域增大， 所以提高了散热效果。此外，水平方向较长的线圈具有较低的高度和较小的尺寸。例如，通过采用导体具有圆形截面形状的圆形导线，有利于制造具有仅由曲线限定的形状的线圈。 在线圈内部的面积保持恒定的条件下，椭圆形线圈的周长比实施例I的具有跑道形状的电抗器I的线圈的周长短。因此，可以减少用于形成线圈的导线的量、诸如铜损等损耗以及重量。
具有特殊形状的线圈和具有圆角矩形形状的线圈中的每一种与具有跑道形状的实施例I的电抗器I中的线圈2类似地具有直线部分。因此，即使当外壳的内底面为平面时，这种类型的线圈也不仅能够充分地提供相对于外壳的内底面的接触面积，而且相对于外壳呈现出良好稳定性。通过使用圆形导线有利于制造具有特殊形状的线圈。另一方面， 具有圆角矩形形状的线圈可以与实施例I的电抗器I中的线圈2相似地使用矩形导线形成为扁立线圈。因此，在存在由直线部分限定的平面区域的情况下，能够增加接触面积，同时能够提高占空系数并且能够减小线圈尺寸。
(实施例I)
实施例I至4的电抗器均能够用作例如载置于车辆等上的转换器的部件或者用作包括转换器的功率转换器件的部件。
如图5所示，例如，车辆200 (例如，混合动力汽车或电动汽车)包括主电池210、与主电池210连接的功率转换器件100以及受从主电池210供给的电力驱动来驱使车辆200 的电动机(负载)220。电动机220通常为三相交流(AC)电动机，其在运行期间驱动车轮250 并且在再生期间用作发电机。在混合动力汽车的情况下，车辆200除包括电动机220外还包括发动机。尽管图5示出了作为车辆200的充电端口的入口，但车辆200还可以包括插塞。
功率转换器件100包括与主电池210连接的转换器110以及与转换器110连接并且在DC和AC之间进行相互转换的逆变器120。在图示的实例中，在车辆200的行驶期间转换器110将主电池210的DC电压(输入电压)从大约200V至300V的范围升压到大约400V 至700V的范围，并且将升压后电压供给逆变器120。在再生期间，转换器110将通过逆变器 120从电动机220输出的DC电压(输入电压)降压至适于主电池210的DC电压以便充蓄到主电池210中。逆变器120在车辆200行驶期间将由转换器110升压后的DC转换成预定的AC并且将AC供给到电动机220。在再生期间，逆变器120将从电动机220输出的AC转换成DC并且将DC输出给转换器110。
如图6所示，转换器110包括多个开关元件111、用于控制开关元件111的操作的驱动电路112以及电抗器L，从而通过反复执行通/断(S卩，开关操作)来进行输入电压的转换(这里为升压和降压)。将诸如场效应晶体管(FET)或绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等功率器件用作开关元件111。电抗器L具有如下功能当电流由于开关操作将要增大或减小时， 通过利用线圈的特性来平滑电流的变化，线圈的特性起到阻碍将要流经电路的电流变化的作用。将实施例I至4的电抗器之一用作电抗器L。因为包括具有良好散热效果的这些电抗器中的一个，功率转换器件100和转换器110也具有良好散热效果。
除了包括转换器110之外，车辆200还包括与主电池210连接的供电装置转换器 150以及辅助电源转换器160，辅助电源转换器160与充当辅助装置240的电源的辅助电池 230连接并且还与主电池210连接，辅助电源转换器160将主电池210的高压转换成低压。 转换器110通常进行DC-DC转换，而供电装置转换器150和辅助电源转换器160进行AC-DC 转换。在一些情况下，供电装置转换器150可以进行DC-DC转换。与实施例I至4的电抗器等构造类似并且具有适当调整的尺寸和形状的电抗器能够用作供电装置转换器150和辅助电源转换器160中的电抗器。此外，在用于转换输入功率的转换器中，尤其是仅用于进行升压操作的转换器或者仅用于进行降压操作的转换器，可以使用实施例I至4的电抗器等中的任一个。
应当注意的是，本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明的主旨的情况下根据需要对本发明进行变型。
作为具有良好散热效果的电抗器的其它形式，电抗器可如下地来构造。
(附注I)
一种电抗器，其包括通过缠绕导线形成的一个线圈、布置在所述线圈内侧和外侧并且形成闭合磁路的磁芯、以及用于容纳所述线圈和所述磁芯的组装件的外壳，
其中，所述线圈构造并布置成，
所述线圈的端面形状为非圆形并且包括弯曲部，
所述线圈容纳在所述外壳中，使所述线圈的轴向与所述外壳的外底面平行，所述外底面用作安装目标物，并且，
所述线圈的外周表面的一部分被所述磁芯覆盖，并且所述线圈的外周表面的未被所述磁芯覆盖的其余部分的至少一部分与所述外壳的内底面接触。
(附注2)
如附注I所述的电抗器，其中，在所述磁芯中，将所述线圈的外周表面的一部分覆盖的外芯部由包含磁性粉末和树脂的混合物制成。
(附注3)
如附注I或2所述的电抗器，其中，所述磁芯包括布置在所述线圈内侧的内芯部以及将所述线圈的外周表面的所述一部分覆盖的外芯部，
所述内芯部由粉末压制体形成。
在上述附注I至3中所述的电抗器中可以采用选自多个电工钢板的层叠件、粉末压制体、成型硬化体及其组合的任意形式的磁芯。
工业实用性
本发明的电抗器可适当地用作各种电抗器(包括车载部件、发电或变压设备中的部件等)。具体地说，本发明的电抗器可用作安装到例如混合动力汽车、电动汽车或燃料电池汽车等车辆上的诸如DC-DC转换器等功率转换器件的部件。本发明的转换器和本发明的功率转换器件可应用于各种用途，包括车辆、发电或变压设备等。
附图标记列表
I电抗器
2线圈2w导线 2c线圈成型产品
21半圆弧形部分22直线部分23内树脂部
23e端面
3磁芯 31内芯部32外芯部
33绝缘部件
4外壳 41底壁41i内底面41ο外底面
42侧壁 43台座44线圈槽45安装部45h螺栓孔
100功率转换器件100转换器111开关元件
112驱动电路
120逆变器150供电装置转换器160辅助电源转换器
200车辆 210主电池220电动机230辅助电池
240辅助装置
250车轮
权利要求
1.一种电抗器，其包括通过缠绕导线形成的一个线圈、布置在所述线圈内侧和外侧并且形成闭合磁路的磁芯、以及用于容纳所述线圈和所述磁芯的组装件的外壳， 其中，所述线圈构造并布置成， 所述线圈的端面形状为非圆形并且包括弯曲部， 所述线圈容纳在所述外壳中，使所述线圈的轴向与所述外壳的外底面平行，所述外底面由安装目标物冷却，并且， 所述线圈的外周表面的一部分被所述磁芯覆盖，并且所述线圈的外周表面的未被所述磁芯覆盖的其余部分的至少一部分与所述外壳的内底面接触，并且， 所述磁芯包括 布置在所述线圈内侧的内芯部以及将所述线圈的外周表面的所述一部分覆盖的外芯部， 所述内芯部由粉末压制体形成， 所述外芯部由磁性粉末和树脂的混合物制成。
2.根据权利要求I所述的电抗器，其中，所述内芯部的端面分别与所述线圈的端面平齐，或者所述内芯部的一个端面与所述线圈的一个端面平齐而所述内芯部的另一端面从所述线圈的另一端面伸出，或者所述内芯部的端面分别从所述线圈的端面伸出。
3.根据权利要求I或2所述的电抗器，其中，所述线圈的端面形状具有由一对半圆弧部分和将所述一对半圆弧部分互连的一对直线部分构成的跑道形状，并且 至少所述直线部分与所述外壳的内底面接触。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的电抗器，还包括内树脂部，所述内树脂部由绝缘树脂制成并且覆盖所述线圈的表面的至少一部分以保持所述线圈的形状， 其中，所述线圈经由所述内树脂部而与所述外壳的内底面接触，所述内树脂部介于所述线圈与所述外壳的所述内底面之间。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的电抗器，其中，所述外壳的内底面包括台座，所述线圈设置在所述台座上， 所述台座包括与所述线圈的外周表面的一部分相符地形成的线圈槽。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的电抗器，其中，所述线圈利用粘合剂固定到所述外壳上。
7.一种转换器，其包括开关元件、用于控制所述开关元件的操作的驱动电路、以及用于平稳开关操作的电抗器，所述转换器利用所述开关元件的操作来对输入电压进行转换， 其中，所述电抗器是根据权利要求I至6中任一项所述的电抗器。
8.—种功率转换器件，其包括用于使输入电压逐步升压和降压的转换器、以及连接至所述转换器并且将直流和交流相互转换的逆变器，所述功率转换器件利用经所述逆变器转换的电力来驱动负载， 其中，所述转换器是根据权利要求7所述的转换器。
全文摘要
本发明提供了一种具有优良散热特性的电抗器。电抗器(1)配有通过缠绕绕组线(2w)而构成的一个线圈(2)；布置在线圈(2)的内侧和外侧并且形成闭合磁路的磁芯(3)；以及用于容纳线圈(2)和磁芯(3)的组装体的外壳(4)。使线圈(2)的端面形状为跑道的形状，并且线圈(2)被容纳在外壳(4)中使得线圈(2)的轴向与外壳(4)的外底面(41o)平行。线圈(2)的外周表面的一部分被磁芯(3)(外芯部(32))覆盖，并且使得没有被磁芯(3)覆盖的部分与外壳(4)的内底面(41i)接触。由于线圈(2)的外周表面的一部分(主要为直线部分(22))与外壳(4)的内底面(41i)直接接触，所以线圈(2)的热量能够直接消散至外壳(4)，并且热量能够经由外壳(4)消散至待安装外壳(4)的物体，诸如水冷基座。因此，电抗器(1)具有优良的散热特性。
文档编号H01F37/00GK102985987SQ20118003456
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年7月13日
发明者稻叶和宏 申请人:住友电气工业株式会社