专利名称：磁性芯体和感应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性芯体和具有该磁性芯体的感应装置。感应装置，比如通过围绕磁性芯体缠绕线圈而构成的电抗器或者变压器，是常规的。这种感应装置中的一些具有组合使用铁氧体芯和粉芯的磁性芯体。参见例如日本公开特许公报 No. 2007-95914。上述文献中描述的芯体包括具有三个磁性腿部的E形芯体和具有一对切口部的平板状I形芯体。磁性腿部中设置在E形芯体的相反端的两个腿部连接到I形芯体的切口部。当E形芯体附接于I形芯体时，这种构型促进了 E形芯体相对于I形芯体的定位。在上述芯体中，如果I形芯体使用铁氧体芯形成，E形芯体一线圈围绕其缠绕——由粉芯形成，则预期会减小缠绕线圈的部分的横截面积和线圈的缠绕长度。然而，如果粉芯的磁性腿部中的每个均通过小的接触面积与铁氧体芯接触，则在铁氧体芯的接触粉芯的部分中会发生磁通饱和。这会使得不可能获得期望的直流叠加特性。为解决此问题，在上述文献中描述的芯体中，粉芯的磁性腿部中的每个的远端表面和相应的侧表面可与 切口部中相应的一个保持接触，以增大磁性腿部与切口部之间的接触面积。然而，当两个磁性腿部如上述文献中的情形那样连接到切口部时，磁性腿部之间的间距必须大于切口部之间的间距，以便于安装粉芯。这使得上述文献中难以做到将所有磁性腿部的远端表面和侧表 面与铁氧体芯保持接触。因此，不能保证芯体之间的足够大的接触面积。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种磁性芯体以及提供一种包括该磁性芯体的感应装置，所述磁性芯体确保了相对的芯体之间的足够大的接触面积，并且易于制造。为了实现上述目的，并且根据本发明的第一方面，提供了一种磁性芯体，其包括具有凹部的第一芯体以及具有第一端部和第二端部的第二芯体，所述第一端部和第二端部都保持与第一芯体接触。第二芯体与第一芯体形成闭合磁路。第二芯体由与第一芯体的材料相比具有较低的导磁率和较高的饱和磁通密度的材料形成。第二端部包括远端表面，所述远端表面具有比第一端部在垂直于磁通在闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积大的面积。第二端部的远端表面保持与第一芯体接触，并且第一端部与第一芯体中的凹部接
口 ο根据本发明的另一方面，提供了一种感应装置，所述感应装置包括第一方面的磁性芯体和围绕第二芯体构件缠绕的线圈。结合以示例的方式说明本发明原理的附图，从以下说明中，本发明的其他方面和优点将会变得明显。
连同附图参阅以下本发明的优选实施方式的描述，可最佳地理解本发明及其目的和优点。在附图中图1A是示意地示出了根据本发明的一种实施方式的磁性芯体和电抗器的正视图；图1B是示意地示出了图1A中所示的磁性芯体和电抗器的平面图；图1C是示意地示出了图1A中所示的磁性芯体和电抗器的左视图；以及图1D是示意地示出了图1A中所示的磁性芯体和电抗器的右视图。
具体实施例方式现在，参考图1A至ID说明根据本发明的一种实施方式的磁性芯体和感应装置。如在图1A至ID中所示，用作感应装置的电抗器10固定于散热板11，所述散热板在图示实施例中例如由铝形成。出于图示目的，在下面的描述中，由箭头Yi表示的平行于散热板11的方向定义为前后方向。由箭头Y2表示的平行于散热板11并垂直于箭头Yl方向的方向定义为左右方向或侧向方向。由箭头Y3表示的垂直于散热板11的方向定义为上下方向或竖直方向。
电抗器10包括分别用作第一芯体和第二芯体的I形芯体12和U形芯体13，并且线圈14围绕U形芯体13缠绕。I形芯体12利用例如粘合剂固定于散热板11的上表面。U形芯体13从上方安装在I形芯体12上。I形芯体12和U形芯体13形成磁性芯体C。I形芯体12是由例如锰锌基材料或者镍锰基材料之类的铁氧体形成的铁氧体芯。I形芯体12整体成形为当从上方看时在左右(侧向)方向上延伸的平直矩形板。I形芯体12具有用作凹部的切口部15，切口部15形成在I形芯体12的右外围端部(右端部)中。切口部15通过如下方式形成，即从对应于I形芯体12的上表面的位置在前后方向上的整个宽度上向下切除I形芯体12的相应部分。换言之，切口部15形成为使得底表面15a与侧表面15b当从正面看时以直角彼此相交。当从正面看时，I形芯体12的右端部大致具有台阶状的形状(成形为台阶状)。I形芯体12的下表面是保持与散热板11接触的接触面12a。U形芯体13是粉芯(粉末芯体)，所述粉芯利用例如Fe-Al-Si基材料的粉末(粉状材料)通过压力成型形成，所述粉芯具有用绝缘塑料材料涂覆的表面。形成U形芯体13的粉状材料具有比铁氧体的导磁率低的导磁率和比铁氧体的饱和磁通密度高的饱和磁通
山/又οU形芯体13具有成形为平板状的第一芯体构件17，当从上方看时，第一芯体构件17在前后方向上延伸。第一芯体构件17例如利用粘合剂固定于I形芯体12的左外围端部(左端部)的上表面。在第一芯体构件17的整个宽度上，第一芯体构件17在前后方向上的长度等于I形芯体12在前后方向上的长度。在所不实施方式中，第一芯体构件17对应于第二端部，并且第一芯体构件17的下表面17a对应于远端表面。U形芯体13具有包括平坦部19和腿部21的第二芯体构件18。平坦部19具有当从上方看时在侧向方向上延伸的平面矩形板状的形状，并且平行于I形芯体12延伸。腿部21成形为矩形柱状并且从平坦部19的右外围端部(右端部)向下延伸。换言之，在第二芯体构件18中，腿部21垂直于接触表面12a(散热板11)并且(向下)朝向I形芯体12 (接触表面12a)延伸。在图示实施例中，第二芯体构件18和第一芯体构件17是分离的部件。在该实施方式的第二芯体构件18中,腿部21对应于第一端部。腿部21的远端部配合在切口部15中，或者换言之，接合在切口部15中，所述切口部形成在I形芯体12中。腿部21的远端表面21a接触切口部15的底表面15a。腿部21的设置在远端表面21a的左侧的侧表面21b接触切口部15的侧表面15b。平坦部19的左外围端部(左端部)的下表面保持与第一芯体构件17的上表面接触。从散热板11的上表面(接触面12a)到第一芯体构件17的上表面的距离等于从散热板11的上表面到第二芯体构件18的平坦部19的下表面的距离。如已经描述的，U形芯体13由第一芯体构件17和第二芯体构件18形成，并且当从正面看时具有整体上的U形形状。第二芯体构件18的腿部21在远端表面21a和侧表面21b处保持与I形芯体12的切口部15接触。腿部21与I形芯体12之间的接触面积比腿部21的远端表面21a的面积大。另外，第一芯体构件17与I形芯体12之间的接触面积(下表面17a的面积)比第一芯体构件17与第二芯体构件18之间的接触面积以及腿部21在垂直于上下方向(竖直方向)的方向上的横截面积(远端表面21a的面积)大。除了对应于切口部15的部分之外，第二芯体构件18的平坦部19在平坦部19的纵向(侧向)中部处的横截面积小于I形芯体12在纵向(侧向)中部处的横截面积。第二芯体构件18的腿部21在垂直于竖直方向的方向上的横截面积小于第一芯体构件17在垂直于竖直方向的方向上的横截面积。U形芯体13的第二 芯体构件18在I形芯体12和第一芯体构件17的在前后方向上的中部处在侧向方向上延伸。由此，通过使I形芯体12与U形芯体13 (第一芯体构件17和第二芯体构件18)组合，磁性芯体C成形为从正面看时的矩形框架(矩形环)。线圈14围绕第二芯体构件18的腿部21缠绕。换言之，第二芯体构件18连接于I形芯体12和第一芯体构件17，其中腿部21穿过线圈14。在图示实施方式中，线圈14缠绕(回转)一匝。第二芯体构件18的腿部21对应于线圈14的缠绕部。下面将描述形成或制造电抗器10的方法。首先，通过固定装置如粘合剂将第一芯体17固定于I形芯体12的左外围端部(左端部)的上表面。然后，将此时具有固定于I形芯体12的第一芯体构件17的I形芯体12通过固定装置如粘合剂固定于散热板11的上表面。随后，从I形芯体12 (散热板11)的上方将线圈14安装在对应于切口部15的位置处，其中第二芯体构件18的腿部21设置在切口部15中。接下来，使腿部21穿过线圈14，同时将第二芯体构件18从I形芯体12 (散热板11)的上方连接于I形芯体12。这导致第一芯体构件17的上表面与第二芯体构件18的平坦部19的下表面之间的接触，以及腿部21的远端表面21a与I形芯体12中的切口部15的底表面15a之间的接触。在这种状态下，使第二芯体构件18向左(朝向第一芯体构件17)移动，以使第二芯体构件18的腿部21的侧表面21b接触I形芯体12的切口部15的侧表面15b。由此,完成磁性芯体C和电抗器10。因此，即使制造误差导致例如I形芯体12中的切口部15在侧向方向上的长度小或大，也能够实现第二芯体构件18的腿部21的远端表面21a和侧表面21b与I形芯体12 (切口部15)之间的紧密接触(接触)。
现在描述电抗器10的操作。如图1A中的箭头Y4a和Y4b所示，电抗器10形成闭合磁路，以使当线圈14接收电力时磁通依次地流过腿部21、平坦部19、第一芯体构件17、I形芯体12和腿部21，或者依次地流过腿部21、I形芯体12、第一芯体构件17、平坦部19和腿部21。换言之，U形芯体13与I形芯体12 —起形成闭合磁路，并且U形芯体13的第一芯体构件17和腿部21分别用作磁性腿以相对于I形芯体12形成磁路。第二芯体构件18的平坦部19和腿部21在垂直于磁通在闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积小于I形芯体12和第一芯体构件17在垂直于磁通在闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积。第一芯体构件17的下表面17a的面积大于腿部21在垂直于磁通在闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积。第二芯体构件18的腿部21通过远端表面21a和侧表面21b保持与I形芯体12接触。这允许磁通不仅流过腿部21的侧表面21b与I形芯体12之间的接触部(接触表面)，如箭头Y4a所示，而且还流过腿部21的远端表面21a与I形芯体12之间的接触部(接触表面)，如箭头Y4b所示。由此，防止了由铁氧体形成的I形芯体12导致第二芯体构件18的腿部21与I形芯体12之间的接触部中的磁通饱和。U形芯体13在第一芯体构件17的整个下表面17a处接触I形芯体12的上表面。这允许磁通通过第一芯体构件17的整个下表面17a，如图1C中的箭头Y4c所示。由此，防止了 I形芯体12导致第一芯体构件17与I形 芯体12之间的接触部中的磁通饱和。由此，第一芯体构件17用作扩大部，用于相对于腿部21在垂直于竖直方向的方向上的横截面积扩大第一芯体构件17与I形芯体12之间的接触面积。具体地，第一芯体构件17与第二芯体构件18之间的接触面积相比第一芯体构件17的下表面17a的面积较小。然而，因为粉末材料具有高饱和磁通密度，所以防止了在第一芯体构件17与第二芯体构件18之间的接触部中发生磁通饱和。所示实施方式具有下面描述的优点。(I)U形芯体13的第一芯体构件17具有下表面17a,下表面17a具有大于第二芯体构件18的腿部21在垂直于磁通在闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积的面积。第一芯体构件17在下表面17a处接触I形芯体12。第二芯体构件18的腿部21的远端部配合在形成于I形芯体12中的切口部15中，或者换言之，接合在切口部15中。由此，相比于仅仅通过远端表面21a保持与I形芯体12接触的腿部21，该实施方式的腿部21通过大的接触面积接触I形芯体12。具体地，腿部21的远端部配合在I形芯体12中的切口部15中，或者与I形芯体12的切口部15接合。在这种状态下，第一芯体构件17的下表面17a接触I形芯体12。这确保了芯体之间足够大的接触面积并且便于磁性芯体的制造，这与U形芯体的相反端配合在形成于I形芯体中的相应凹部(切口部)中的传统构造不同。(2)第二芯体构件18具有腿部21，该腿部对应于U形芯体13的一端，并且独立于第一芯体构件17，第一芯体构件17对应于U形芯体13的另一端。在这种构型中，在第一芯体构件17配合在I形芯体12中或者换言之粘附于I形芯体12之后，腿部21的远端部安装在I形芯体12的切口部15中或者与切口部15接合。在这种状态下，第二芯体构件18安装成使得平坦部19的左端部接触第一芯体构件17。换言之，磁性芯体以提高的简易性制造。(3)接收第二芯体构件18的腿部21的远端部(下端部)的切口部15通过切除I形芯体12的一部分而形成在I形芯体12中。当第二芯体构件18与I形芯体12连接时，这允许第二芯体构件18侧向移动。由此，腿部21的侧表面21b与切口部15的侧表面15b以提高的可靠性紧密接触。(4)1形芯体12具有切口部15，该切口部沿着I形芯体12在前后方向上的整个宽度延伸。这允许与线圈14的安装位置相对应地在前后方向上调整第二芯体构件18的位置。本发明不限制于所示实施方式，而是能够以下面所介绍的方式实施。切口部15可形成为使得在底表面15a和侧表面15b之间形成锐角和钝角。在这种情况下，第二芯体构件18的腿部21不是必须垂直于接触表面12a(散热板11)延伸，只要腿部21以对应于切口部15的角度的角度形成即可。第一芯体构件17在前后方向上的长度可以小于I形芯体12在前后方向上的长度。第一芯体构件17的形状和腿部21的形状可以根据需要改变。例如，腿部21可具有从上方看到的圆形或椭圆形的形状。在这种情况下，I形芯体12的切口部15需要形成为与腿部21的形状相对应地成形的凹部。I形芯体12可包括不同形状的凹部。例如，切口部15可形成在I形芯体12的右外围部(右部)的一部分中，使得切口部15在前后方向上的宽度等于第二芯体构件18的腿部21在前后方向上的宽度。替选地，可以形成与从上方看到的腿部21的轮廓一致成形的矩形凹部。另外，腿部21例如可以具有半球形的远端部。在这种情况下，I形芯体12必须具有凹面，该凹面具有对应于腿部21的远端部的半球形形状的形状。I形芯体12和U形芯体13 (第一芯体构件17和第二芯体构件18)可分别具有拐角部，所述拐角部包括沿着芯体12、13在前后方向上的整个宽度延伸的倾斜表面(倒角的表面)或弓形表面(圆角的表面)。第一芯体构件17和第二芯体构件18可以相互一体地形成。第一芯体构件17可利用例如粘合剂固定于第二芯体构件18的平坦部19的左端部的下表面。这种构型也确保了第二芯体构件18的腿部21的侧表面21b与切口部15的侧表面15b之间的紧密接触。第二芯体构件18可利用保持件固定，所述保持件将第二芯体构件18朝向I形芯体12和第一芯体构件17迫压。线圈14可缠绕两匝或多匝。线圈14可通过缠绕用覆层材料如绝缘塑料涂覆的铜线来形成。第一芯体构件17和第二芯体构件18的腿部21可相对于接触表面12a(散热板11)倾斜。换言之，第一芯体构件17和腿部21可分别在与I形芯体12或接触表面12a (散热板11)相交的方向上延伸。
第二芯体构件18的平坦部19不必一定平行于I形芯体12地形成。本发明可实施为具有安装在散热板11上的多个电抗器10的感应装置(电子装置)。例如，为了在散热板11上形成特定数量的(特定多数个)电抗器10，将分别具有固定于I形芯体12的第一芯体构件17的特定数量的I形芯体12粘附于散热板11。然后，安装具有至少特定数量的线圈14的单个电路基片，使得各个线圈14与相应的I形芯体12的切口部15相对应地布置。随后，将各个腿部21穿过相应的线圈14，并且接下来安装第二芯体构件18。由此，完成电抗器10。相比于E形芯体而不是I形芯体固定于散热板11的构型，这种构型便于设置在单个电路基片上的线圈14的安装，并且确保了多个电抗器10的高效组装。替选地，多个电抗器10中的一些或全部可以各自形成为包括多个线圈14的变压器。I形芯体12可例如利用粘合剂固定于容纳电抗器10的壳体。U形芯体13可利用具有用绝缘塑料涂覆的表面的金属玻璃粉末通过压力成型形成。例如磁膏或磁片可以设置在I形芯体12与第一芯体构件17之间以及第二芯体构件18的腿部21与I形芯体12之间。换言之，I形芯体12与第一芯体构件17或腿部21与I形芯体12可以直接地或通过其他部件间接地相互接触。本发明可在变压器中用作包括多个线圈14的感应装置。因此，当前各示例和各实施方式应认为是说明性的而非限制性的，本发明并不局限于这里给出的细节，而是可 以在所附权利要求的范围内及等同范围内进行改型。
权利要求
1.一种磁性芯体，包括 具有凹部(15)的第一芯体(12);和 第二芯体(13)，所述第二芯体(13)具有第一端部(21)和第二端部，所述第一端部(21)和所述第二端部都保持与所述第一芯体(12)接触，所述第二芯体(13)与所述第一芯体(12)形成闭合磁路， 所述磁性芯体的特征在于， 所述第二芯体(13)由具有比所述第一芯体(12)的导磁率低的导磁率和比所述第一芯体(12)的饱和磁通密度高的饱和磁通密度的材料形成， 所述第二端部包括远端表面(17a)，所述远端表面(17a)具有大于所述第一端部(21)在垂直于磁通在所述闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积的面积，并且 所述第二端部的远端表面(17a)保持与所述第一芯体(12)接触，并且所述第一端部(21)与所述第一芯体(12)中的所述凹部(15)接合。
2.根据权利要求1所述的磁性芯体，其中，所述第二芯体(13)包括 第一芯体构件(17)和第二芯体构件(18)， 其中，所述第二芯体构件(18)具有所述第一端部(21)和与所述第一端部(21)相对设置的第三端部，并且 由独立于所述第二芯体构件(18)的部件形成的所述第一芯体构件(17)具有所述第二端部，并且保持与所述第二芯体构件(18)的所述第三端部接触。
3.根据权利要求2所述的磁性芯体，其中，所述远端表面(17a)与所述第一芯体(12)之间的接触面积大于所述第二芯体构件(18)的所述第三端部与所述第一芯体构件(17)之间的接触面积。
4.根据权利要求1所述的磁性芯体，其中，所述凹部(15)通过切除所述第一芯体(12)的端部而形成。
5.根据权利要求1所述的磁性芯体,其中,所述第一芯体(12)由I形芯体形成，并且所述第二芯体(13)由U形芯体形成。
6.一种感应装置，包括 根据权利要求1至5中任一项所述的磁性芯体(C);和 围绕所述第二芯体(13)缠绕的线圈(14)。
全文摘要
一种磁性芯体，包括具有凹部的第一芯体以及具有第一端部和第二端部的第二芯体，所述第一端部和所述第二端部都保持与所述第一芯体接触，并且所述第二芯体与所述第一芯体形成闭合磁路。第二芯体由具有比所述第一芯体的导磁率低的导磁率和比所述第一芯体的饱和磁通密度高的饱和磁通密度的材料形成。第二端部包括远端表面，所述远端表面具有大于所述第一端部在垂直于磁通在所述闭合磁路中的流动方向的方向上的横截面积的面积。所述第二端部的远端表面保持与所述第一芯体接触，并且所述第一端部与所述第一芯体中的凹部接合。
文档编号H01F27/24GK103065768SQ201210393189
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月16日 优先权日2011年10月18日
发明者谢尔盖·莫伊谢耶夫, 小池靖弘 申请人:株式会社丰田自动织机