电抗器的制作方法

文档序号:18637209发布日期:2019-09-11 22:25阅读:219来源:国知局
电抗器的制作方法

本发明涉及一种电抗器。

本申请主张基于2017年02月15日的日本申请的特愿2017-026483的优先权,援引所述日本申请所记载的全部记载内容。



背景技术:

作为进行电压的升压动作、降压动作的电路的构件之一,存在电抗器。在专利文献1中,作为适合于车载转换器的电抗器,公开了一种电抗器,该电抗器具备以各卷绕部的轴平行的方式具备线圈以及由磁性材料构成并且环状地组合而成的芯,该线圈具备通过卷绕绕组而成的一对卷绕部。该芯具备配置于各卷绕部内的两个线圈配置部(相当于内侧芯部)以及配置于卷绕部外并将两线圈配置部彼此连结的两个露出部(相当于外侧芯部),用粘接剂将构成线圈配置部、露出部的分割片接合,成为没有间隙的一体物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-033055号公报



技术实现要素:

本公开的电抗器具备:

线圈,以各卷绕部的轴平行的方式具备第一卷绕部和第二卷绕部,该第一卷绕部和第二卷绕部通过卷绕绕组而成;以及

磁芯,包含配置于所述第一卷绕部内的第一内侧芯部、配置于所述第二卷绕部内的第二内侧芯部及配置于所述卷绕部外并将两个内侧芯部彼此连结的外侧芯部,

所述第一内侧芯部的构成材料的规格与所述第二内侧芯部的构成材料的规格不同,

所述第二内侧芯部构成为,所述第二内侧芯部与所述第二卷绕部的交流损耗小于所述第一内侧芯部与所述第一卷绕部的交流损耗。

附图说明

图1是示出实施方式的电抗器的一个例子的概略立体图。

图2是示出配备于实施方式的电抗器的磁芯的一个例子的俯视图。

图3是示出配备于实施方式的电抗器的磁芯的其他例子的俯视图。

具体实施方式

[本公开所要解决的课题]

针对上述具备具有两个卷绕部的线圈以及配置于卷绕部的内外的环状的磁芯的电抗器,期望降低两个卷绕部的温度差。

作为电抗器的设置状态,可能存在虽然一个卷绕部被配备于电抗器的设置对象的冷却机构充分地冷却、但另一个卷绕部未被充分冷却那样的设置状态。在这里,以往,上述两个卷绕部设为相同规格。详细地说,各卷绕部由同一种材料构成,将相同导体截面积以及相同形状的绕组按相同形状、相同大小、相同匝数螺旋状地卷绕而成。另外,以往,关于磁芯,线圈配置部彼此、露出部彼此也设为相同规格。即,各线圈配置部由同一种材料构成,形状相同、大小相同。关于这样两卷绕部、两线圈配置部是相同规格的电抗器,在处于上述另一个卷绕部未被充分冷却的设置状态的情况下,有可能另一个卷绕部与一个卷绕部相比温度变高,两个卷绕部的温度差变大。如果另一个卷绕部的温度过高,则导致磁芯的损失的增大等,因此,为了防止这样的不良情况,需要将向线圈的通电电流值设定得较小。因此,两个卷绕部的温度差可能变大、特别是可能导致另一个卷绕部的过热,这会限制线圈的使用电流值。

因此,将提供一种能够降低配备于线圈的两个卷绕部的温度差的电抗器作为目的之一。

[本公开的效果]

上述本公开的电抗器能够降低配备于线圈的两个卷绕部的温度差。

[本申请发明的实施方式的说明]

首先,列举本申请发明的实施方式来说明。

(1)本申请发明的一个方式涉及一种电抗器,具备:

线圈,以各卷绕部的轴平行的方式具备第一卷绕部和第二卷绕部,该第一卷绕部和第二卷绕部通过卷绕绕组而成;以及

磁芯,包含配置于所述第一卷绕部内的第一内侧芯部、配置于所述第二卷绕部内的第二内侧芯部及配置于所述卷绕部外并将两个内侧芯部彼此连结的外侧芯部,

所述第一内侧芯部的构成材料的规格与所述第二内侧芯部的构成材料的规格不同,

所述第二内侧芯部构成为,所述第二内侧芯部与所述第二卷绕部的交流损耗小于所述第一内侧芯部与所述第一卷绕部的交流损耗。

构成材料的规格可列举构成材料的成分(磁性材料的种类(组分)、有没有树脂等非磁性材料等)、构成材料的大小(在包含由磁性材料构成的粉末(磁性粉末)的情况下是磁性粉末的平均粒径等)等。

内侧芯部与卷绕部的交流损耗是指将内侧芯部的铁损与卷绕部的交流铜损合起来的损失。

第一内侧芯部和第二内侧芯部中的至少一方能够包含间隙。

根据上述电抗器,容易降低配备于线圈的两个卷绕部的温度差。详细内容如下所述。

例如,将第二内侧芯部的构成材料(下面有时称为第二材料)设为由铁损比第一内侧芯部的构成材料(下面有时称为第一材料)低的成分构成的材料。在该情况下,第二内侧芯部的铁损小于第一内侧芯部的铁损。或者,例如,将第二材料与第一材料设为包含由同一种磁性材料构成的粉末的材料,将第二材料的粉末设为比第一材料细微的材料。在该情况下,第二内侧芯部的涡流损失小于第一内侧芯部的涡流损失,作为结果,第二内侧芯部的铁损小于第一内侧芯部的铁损。在这两种情况下,均是即使两卷绕部是相同规格,第二内侧芯部与第二卷绕部的交流损耗(下面有时称为第二交流损耗)也小于第一内侧芯部与第一卷绕部的交流损耗(下面有时称为第一交流损耗)。

或者,例如设为第二内侧芯部不包含间隙,第一内侧芯部包含间隙。在该情况下,虽然也取决于第二材料和第一材料的种类,但由于来自间隙部分的泄漏磁通,第一卷绕部的交流铜损容易大于第二卷绕部的交流铜损。因此,两卷绕部如上所述是相同规格,即使第一内侧芯部所包含的磁性材料是铁损比第二内侧芯部所包含的磁性材料低的成分,也有时能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。

如上所述,考虑交流损耗而调整第二材料的规格和第一材料的规格等,从而在任何情况下,都能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。进而,在线圈的通电时,能够使基于第二交流损耗的总发热量小于第一交流损耗的总发热量。即,使第二内侧芯部和第二卷绕部相对不易发热,能够降低温度上升。

在上述电抗器中,以第二交流损耗小于第一交流损耗的方式,第二内侧芯部的构成材料的规格与第一内侧芯部的构成材料的规格不同。在将这样的上述电抗器设置于例如冷却性能有差别的设置对象的情况下,将第一内侧芯部和第一卷绕部配置于冷却性能高的一侧,将第二内侧芯部和第二卷绕部配置于冷却性能低的一侧。此时,第一内侧芯部和第一卷绕部虽然相对容易发热,温度容易上升,但被设置对象充分地冷却,因此,降低温度上升。另一方面,第二内侧芯部和第二卷绕部虽然未被设置对象充分冷却,但相对不易发热,因此,降低温度上升。因此,上述电抗器即使在设置于冷却性能有差别的设置对象的情况下,也能够降低两个卷绕部的温度差,优选的是,容易取得均匀的温度。

(2)作为上述电抗器的一个例子,可列举如下方式:

所述第一内侧芯部所包含的磁性材料是饱和磁感应强度比所述第二内侧芯部所包含的磁性材料高的材料。

关于饱和磁感应强度高的磁性材料,铁损大的材料较多。因此,能够将第一内侧芯部设为饱和磁感应强度比第二内侧芯部高、将第二内侧芯部设为铁损比第一内侧芯部低。因此,上述方式即使在设置于上述冷却性能不同的设置对象的情况下,也能够进一步降低两个卷绕部的温度差。另外,饱和磁感应强度高的第一内侧芯部容易使其磁路截面积变小,根据这点,能够实现小型、轻质化。

(3)作为在上述第一材料中包含饱和磁感应强度高的磁性材料的上述(2)的电抗器的一个例子,可列举如下方式:

所述第一内侧芯部的磁路截面积小于所述第二内侧芯部的磁路截面积。

在上述方式中,第一内侧芯部的磁路截面积小,从而如上所述,能够实现小型、轻质化。另外,与其相反,能够进一步增大第二内侧芯部的磁路截面积,增大第二内侧芯部的散热面积(散热密度),容易降低第二内侧芯部的温度上升。因此,上述方式即使在设置于上述冷却性能不同的设置对象的情况下,也能够进一步降低两个卷绕部的温度差。

(4)作为上述电抗器的一个例子,可列举如下方式:

所述第一内侧芯部包含由粉末压制成形体构成的磁芯块,

所述第二内侧芯部包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,所述复合材料包含磁性粉末和树脂。

例如,如果对使用由同一种磁性材料构成的粉末的粉末压制成形体与复合材料的成形体进行比较,则复合材料的成形体的铁损更小。这样的第二内侧芯部的铁损比第一内侧芯部的铁损小。因此,上述方式即使在设置于上述冷却性能不同的设置对象的情况下,也能够进一步降低两个卷绕部的温度差。另外,复合材料的成形体通过提高树脂的含量等,容易使损失更低。在该情况下,容易降低第二内侧芯部的温度上升。粉末压制成形体与复合材料相比提高磁性材料的含量,能够提高饱和磁感应强度。在该情况下,如上所述,能够实现由第一内侧芯部的小型、轻质化带来的电抗器的小型、轻质化。

(5)作为在上述第一材料中包含饱和磁感应强度高的磁性材料的上述(2)或者上述(3)的电抗器的一个例子,可列举如下方式:

所述第一内侧芯部以及所述第二内侧芯部均包含由粉末压制成形体构成的磁芯块,或者均包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,所述复合材料包含磁性粉末和树脂。

上述方式除了能够降低上述两个卷绕部的温度差的效果之外,还在包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的方式中,如上所述,饱和磁感应强度高,容易实现小型、轻质化。在包含由复合材料构成的磁芯块的方式中,如上所述,容易使损失更低,容易降低两卷绕部的温度上升。

(6)作为上述电抗器的一个例子,可列举如下方式:

所述第一内侧芯部以及所述第二内侧芯部均包含由包含同一种磁性粉末和树脂的复合材料的成形体构成的磁芯块,

所述第二内侧芯部所包含的所述磁性粉末的平均粒径比所述第一内侧芯部所包含的所述磁性粉末的平均粒径小。

上述方式由于包含由复合材料构成的磁芯块,因此,如上所述,容易使损失更低,容易降低两卷绕部的温度上升。复合材料所包含的磁性粉末的粒径越小,则铁损、特别是涡流损失越容易变小。包含这样的细微的磁性粉末的第二内侧芯部与第一内侧芯部相比铁损更小。因此,上述方式即使在设置于上述冷却性能不同的设置对象的情况下,也能够进一步降低两个卷绕部的温度差。

[本申请发明的实施方式的详细内容]

下面,参照附图,具体说明本申请发明的实施方式。图中的相同符号表示相同名称物。

[实施方式1]

参照图1~图3,说明实施方式1的电抗器1、配备于电抗器1的磁芯3。

(电抗器)

((整体结构))

如图1所示,实施方式1的电抗器1具备具有通过卷绕绕组2w而成的第一卷绕部2a和第二卷绕部2b的线圈2以及配置于卷绕部2a、2b的内外的环状的磁芯3。两卷绕部2a、2b以各卷绕部2a、2b的轴平行的方式,横向排列地设置。磁芯3包含配置于第一卷绕部2a内的第一内侧芯部31a、配置于第二卷绕部2b内的第二内侧芯部31b及配置于卷绕部2a、2b外并将两个内侧芯部31a、31b彼此连结的两个外侧芯部32、32。磁芯3以将以各内侧芯部31a、31b的轴平行的方式间隔开地配置的两个内侧芯部31a、31b相连的方式,配置外侧芯部32、32,并环状地组装,从而在对线圈2进行励磁时,形成闭合磁路。

在实施方式1的电抗器1中,第一内侧芯部31a的构成材料的规格与第二内侧芯部31b的构成材料的规格不同。并且,第二内侧芯部31b构成为第二内侧芯部31b与第二卷绕部2b的交流损耗(第二交流损耗)小于第一内侧芯部31a与第一卷绕部2a的交流损耗(第一交流损耗)。代表地说,第二内侧芯部31b所包含的磁性材料与第一内侧芯部31a所包含的磁性材料的种类不同,或者,第二内侧芯部31b包含更多的树脂。这样的第二内侧芯部31b容易使铁损比第一内侧芯部31a小。因此,能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。进而,能够使基于第二交流损耗的发热量小于基于第一交流损耗的发热量。换言之,能够使第二内侧芯部31b以及第二卷绕部2b与第一内侧芯部31a以及第一卷绕部2a相比更不易发热。这样的电抗器1即使在第二内侧芯部31b以及第二卷绕部2b与第一内侧芯部31a以及第一卷绕部2a相比未被充分冷却的情况下,也能够降低两个卷绕部2a、2b的温度差。

下面,以磁芯3为中心,详细进行说明。

((线圈))

如图1所示,该例的线圈2具备分别螺旋状地卷绕2根绕组2w、2w而成的筒状的第一卷绕部2a和第二卷绕部2b以及将两绕组2w、2w的一端部彼此接合而成的接合部20。该线圈2是如下地制造的一体物:通过各绕组2w、2w形成各卷绕部2a、2b并如上所述横向排列地配置,使从各卷绕部2a、2b延伸的绕组2w、2w的一端部适当弯曲并将前端部分电连接而形成接合部20。在连接中,能够利用各种焊接、锡焊、钎焊等。绕组2w的另一端部均从卷绕部2a、2b向适当的方向引出,适当安装端子配件(未图示),并电连接到电源等外部装置(未图示)。

该例的卷绕部2a、2b是相同规格。详细地说,绕组2w、2w均是相同规格的线材,是具备由铜等构成的扁线的导体以及覆盖导体的外周的由聚酰胺酰亚胺等构成的绝缘包覆部的包覆扁线、即所谓的漆包线。卷绕部2a、2b均是使角部变圆而成的四方管状的扁绕线圈,形状、大小、卷绕方向、匝数相同。线圈2只要是横向排列地具备两个卷绕部2a、2b的相同规格的线圈即可,能够利用公知的线圈。例如,能够做成具备由1根连续的绕组形成的卷绕部2a、2b以及由该绕组中的介于卷绕部2a、2b之间的部分形成的连结部的线圈等。绕组、卷绕部2a、2b的规格能够适当变更。

((磁芯))

关于磁芯3,首先说明其构造,接着依次说明构成材料、第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b的具体组合。

<构造>

关于磁芯3,代表地说,如图2、图3所示,可列举如下方式:是具备包含磁性材料的多个磁芯块(在图2中是磁芯块310、320,在图3中是磁芯块310、312、320)、并将这些磁芯块环状地组装而成的组合物。另外,可列举如图2所示的磁芯3a那样在相邻的磁芯块间不包含间隙的方式以及如图3所示的磁芯3b那样在相邻的磁芯块间包含间隙的方式。在图3中,例示出在第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b中的至少一方中包含间隙的情况、特别是在第一内侧芯部31a中包含至少一个间隙材料33的情况。

在图2所示的不包含间隙的方式中,可列举:将各内侧芯部31a、31b设为由一个磁芯块310、310构成,并将两个外侧芯部32、32设为分别由一个磁芯块320、320构成。在该情况下,能够将磁芯块310、310、320、320分别设为一体成形品,磁芯块的制造性、磁芯3的组装可操作性优良。

在图3所示的包含间隙的方式中,例如可列举:将第一内侧芯部31a设为由多个磁芯块312与至少一个间隙材料33构成,并将第二内侧芯部31b以及两个外侧芯部32、32设为均由一个磁芯块310、320、320构成。或者,可列举将各内侧芯部31a、31b设为由多个磁芯块与至少一个间隙材料构成(未图示)。

各磁芯块310、312、320是按适当的形状、大小进行成形而成的成形体。在图1~图3中,例示出长方体状的磁芯块。具体来说,可列举由粉末压制成形体构成的磁芯块、由包含磁性粉末和树脂的复合材料的成形体构成的磁芯块、由层叠硅钢板等由软磁性材料构成的板材而成的层叠体构成的磁芯块、由铁素体芯等烧结体构成的磁芯块等。

粉末压制成形体可列举将包含磁性粉末、粘合剂、适当的润滑剂的混合粉末按规定的形状压缩成形而成的粉末压制成形体、进一步地可列举在成形后实施热处理而成的粉末压制成形体。作为粘合剂,能够利用树脂等,其含量可列举30体积%以下左右、进一步地可列举20体积%以下、15体积%以下左右。通过热处理,使粘合剂消失或者做成热变性物,能够做成实质上不包含树脂等粘合剂的物质。粉末压制成形体与复合材料的成形体相比,容易提高磁性材料的含量。例如,粉末压制成形体中的磁性材料的含量可列举超过80体积%、进一步地可列举85体积%以上。在包含同一种磁性材料的情况下,粉末压制成形体与复合材料的成形体相比,磁性材料较多,因此,容易做成饱和磁感应强度高的磁芯块。饱和磁感应强度高,因此,在满足规定的电感的范围内,容易使由粉末压制成形体构成的磁芯块的大小进一步变小。因此,由粉末压制成形体构成的磁芯块与由复合材料的成形体构成的磁芯块相比容易做成小型。另外,由于饱和磁感应强度高,因此,包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的电抗器1能够适当地利用于大电流用途(例如100a以上,进一步地200a以上)。但是,如果电流大,则容易发生磁饱和,因此,在包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的情况下,优选包含上述间隙。

复合材料的成形体可列举通过注塑成形、铸造成形等适当的成形方法而制造的成形体。复合材料的成形体还能够做成将线圈2的卷绕部2a、2b设为成形模而在卷绕部2a、2b内直接成形而成的成形体(参照后述的变形例(1)、(2))。复合材料的成形体由于有树脂介于磁性粉末的粉末粒子之间,因此,与粉末压制成形体相比,容易降低铁损、特别是涡流损失,容易做成低损失的磁芯块。即,容易做成基于铁损的发热量少、温度不易上升的磁芯块。由于损失低,因此,包含由复合材料的成形体构成的磁芯块的电抗器1即使在用于高频用途(例如,20khz以上、进一步地25khz以上、30khz以上)的情况下,也容易降低铁损。此外,复合材料的成形体即使是复杂的形状,也能够容易地成形,制造性优良。另外,虽然还取决于使用电流值,但包含由复合材料的成形体构成的磁芯块的磁芯3能够设为不包含上述间隙的方式。

间隙材料33可列举氧化铝、树脂等非磁性材料、包含磁性粉末和树脂等非磁性材料并且由相对导磁率比上述磁芯块低的混合材料等构成的材料。在图3中,作为间隙材料33,例示出由上述非磁性材料等构成的板材。作为其他间隙,还能够设为空气间隙。在如图2所示的磁芯3a那样没有间隙的情况下,容易降低由于来自间隙部分的泄漏磁通引起的交流铜损,容易降低基于交流铜损的卷绕部2a、2b的发热。如果如图3所示的磁芯3b那样具备间隙,则即使在流过大电流的情况下,也能够抑制磁芯3b的磁饱和。可以在期望降低、抑制磁饱和的情况下适当设置间隙。

<构成材料>

上述磁芯块的构成材料可列举实质上仅是磁性材料的方式(例如,粉末压制成形体、层叠体、烧结体等)以及包含磁性材料与树脂的方式(例如,复合材料等)。

磁性材料可列举作为软磁性材料的金属、非金属等。关于金属,可列举实质上由fe构成的纯铁、包含各种添加元素并由剩余部分fe和不可避免的杂质构成的铁基合金、fe以外的铁族金属、其合金等。铁基合金例如可列举fe-si合金、fe-si-al合金、fe-ni合金、fe-c合金等。关于非金属,可列举铁素体等。纯铁与铁基合金相比,处于饱和磁感应强度较高的倾向。铁基合金与纯铁相比,处于铁损较低的倾向。

在粉末压制成形体中,代表地说,用于原料的磁性粉末通过压缩成形发生塑性变形而存在。在复合材料的成形体中,代表地说,用于原料的磁性粉末以在树脂中分散的状态存在,该磁性粉末实质上维持用于原料的粉末的成分、大小、形状等。复合材料中的磁性粉末的平均粒径例如可列举1μm以上且1000μm以下。上述平均粒径越小,则在粉末粒子自身可能产生的铁损、特别是涡流损失越小,越容易做成低损失的磁芯块。在期望更低损失的情况下,上述平均粒径优选为1μm以上且100μm以下,更优选为1μm以上且50μm以下。上述平均粒径越大,则越容易增大相对导磁率,越容易降低来自复合材料的泄漏磁通。另外,容易处理粒径大的磁性粉末,制造过程中的可操作性优良。上述平均粒径例如通过从复合材料去除树脂等而仅提取磁性粉末、并用市场出售的粒度测定装置来测定该磁性粉末而求出。简略地说,能够取复合材料的成形体的剖面,将剖面上的各粉末粒子的面积等效圆的直径设为该粉末粒子的粒径,将存在于剖面的10个以上的粉末粒子的粒径的平均值设为上述平均粒径。

在由上述粉末压制成形体、层叠体构成的磁芯块中,除上述磁性材料以外,还能够包含介于由软磁性材料构成的粉末粒子间、板材间的绝缘材料。通过该绝缘材料使粉末粒子间、板材间绝缘,从而能够降低铁损、特别是涡流损失,能够做成低损失的磁芯块。能够将上述复合材料所包含的磁性粉末设为由在由磁性材料构成的粉末粒子的外周具备绝缘包覆部的包覆粒子构成。在该情况下,由于绝缘材料可靠地存在于粉末粒子间,因此,能够做成更低损失的磁芯块。

复合材料所包含的树脂可列举热硬化性树脂、热塑性树脂、常温硬化性树脂、低温硬化性树脂等。热塑性树脂例如可列举聚苯硫醚(pps)树脂、聚四氟乙烯(ptfe)树脂、液晶聚合物(lcp)、尼龙6、尼龙66这样的聚酰胺(pa)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)树脂等。热硬化性树脂例如可列举不饱和聚酯纤维树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂等。此外,还能够利用将碳酸钙、玻璃纤维混合于不饱和聚酯纤维而成的bmc(bulkmoldingcompound,块状模塑料)、混炼型硅橡胶、混炼型聚氨酯橡胶等。

复合材料中的磁性粉末的含量例如可列举30体积%以上且80体积%以下,进一步地可列举50体积%以上且75体积%以下。复合材料中的树脂的含量可列举10体积%以上且70体积%以下,进一步地可列举20体积%以上且50体积%以下。另外,复合材料除磁性粉末以及树脂之外,还能够含有由氧化铝、二氧化硅等非磁性的非金属材料构成的填充物粉末。填充物粉末的含量可列举0.2质量%以上且20质量%以下,进一步地可列举0.3质量%以上且15质量%以下、0.5质量%以上且10质量%以下。磁性粉末的含量越多,则越容易提高饱和磁感应强度,越容易做成小型。在磁性粉末由金属构成的情况下,如果磁性粉末的含量多,则容易提高散热性。另一方面,树脂的含量越多,则通过介于磁性粉末的粉末粒子间的树脂而越提高绝缘性,越容易降低涡流损失,损失越低。在含有填充物粉末的情况下,能够期待由绝缘性的提高带来的低损失化、散热性的提高等。

<组合>

作为具体的组合,如果从上述构造区分开,则可列举以下组合。

(1)第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b均包含由粉末压制成形体构成的磁芯块。

(2)第一内侧芯部31a包含由粉末压制成形体构成的磁芯块,第二内侧芯部31b包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,所述复合材料包含磁性粉末和树脂。

(3)第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b均包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,所述复合材料包含磁性粉末和树脂。

如果在上述(1)中设为在包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b这两者中具备间隙的方式,在上述(2)中设为在包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的第一内侧芯部31a中具备间隙的方式(参照图3),则不易发生磁饱和。在上述(3)中具备多个由复合材料构成的磁芯块的方式中,不易发生磁饱和,因此,能够设为不包含间隙的方式(参照图2)。

关于上述(1)至(3)中的任一方式,代表地说,都可列举第一内侧芯部31a所包含的磁性材料与第二内侧芯部31b所包含的磁性材料是种类不同的材料的方式。例如,第一内侧芯部31a所包含的磁性材料可列举是饱和磁感应强度比第二内侧芯部31b所包含的磁性材料高的材料的方式。关于饱和磁感应强度高的材料,铁损大的材料较多。因此,能够将第一内侧芯部31a设为饱和磁感应强度比第二内侧芯部31b高,将第二内侧芯部31b设为铁损比第一内侧芯部31a低。因此,该方式能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。作为饱和磁感应强度较高的磁性材料,可列举纯铁,作为饱和磁感应强度较低的磁性材料,可列举铁基合金。关于第一内侧芯部31a、第二内侧芯部31b,在表1中示出构造与磁性材料的组分的组合例。对于第一材料具有高的饱和磁感应强度的方式的组合例,样品no.1、no.2-1、no.3-1符合。作为其他组合,可列举第一内侧芯部31a所包含的磁性材料是饱和磁感应强度较高的铁基合金(例如,fe-si合金)、第二内侧芯部31b所包含的磁性材料是饱和磁感应强度较低的铁基合金(例如,fe-si-al合金)等。

[表1]

此外,在样品no.2-2中,第二内侧芯部31b虽然具备由包含树脂的复合材料构成的磁芯块,但包含饱和磁感应强度高的纯铁。因此,根据复合材料中的纯铁的含量等,包含由复合材料构成的磁芯块的第二内侧芯部31b的铁损有时大于包含由粉末压制成形体构成的磁芯块的第一内侧芯部31a。在这样的情况下,通过将第一内侧芯部31a设为包含间隙,从而由于来自间隙部分的泄漏磁通引起的第一卷绕部2a的交流铜损增大,作为结果,能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。

在将第一内侧芯部31a如上所述设为具备包含饱和磁感应强度高的磁性材料的磁芯块的情况下,该磁芯块不易发生磁饱和,因此,能够更小。例如,如图3所示,能够设为第一内侧芯部31a的磁路截面积小于第二内侧芯部31b的磁路截面积的方式。该方式由于第一内侧芯部31a是小型、轻质,因此,具备该第一内侧芯部31a的磁芯3b是小型、轻质。另外,第一内侧芯部31a小,从而能够将与第一卷绕部2a之间确保得较宽,降低由于来自第一内侧芯部31a的泄漏磁通引起的第一卷绕部2a的交流铜损,容易降低第一卷绕部2a的温度上升。但是,第一内侧芯部31a小,从而散热面积(散热密度)变小,根据这点,认为温度容易上升。另一方面,第二内侧芯部31b与第一内侧芯部31a相比能够增大磁路截面积,因此,容易增大散热面积(散热密度),降低温度上升。作为结果,该方式也能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。

在磁芯块的构造不同的上述(2)的方式、使磁性粉末的大小不同的上述(3)的方式中,能够将第一内侧芯部31a所包含的磁性材料与第二内侧芯部31b所包含的磁性材料设为同一种材料。

作为上述(2)的方式的具体例子,如表1的样品no.2-3(或者no.2-4)所示,可列举第一内侧芯部31a包含由纯铁(或者铁基合金)的粉末压制成形体构成的磁芯块,第二内侧芯部31b包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,该复合材料包含纯铁(或者铁基合金)的磁性粉末。包含树脂的复合材料与粉末压制成形体相比铁损容易变低。因此,在包含同种磁性材料的情况下,通过使磁芯块的构造不同,从而能够将第二内侧芯部31b设为铁损比第一内侧芯部31a低。其结果是,在该情况下,也能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。

作为上述(3)的方式的具体例子,如表1的样品no.3-2、no.3-3所示,可列举设为如下方式:将第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b均设为包含由复合材料的成形体构成的磁芯块,该复合材料包含同一种磁性粉末(在no.3-2中是纯铁,在no.3-3中是铁基合金)和树脂,使第二内侧芯部31b所包含的磁性粉末与第一内侧芯部31a所包含的磁性粉末相比平均粒径较小。磁性粉末越细微,则如上所述,越容易降低铁损、特别是涡流损失。因此,即使在第一内侧芯部31a和第二内侧芯部31b均是包含由复合材料的成形体构成的磁芯块的情况下,也能够将包含细微粉末的第二内侧芯部31b设为铁损比第一内侧芯部31a低,其中,该复合材料包含同一种磁性粉末。其结果是,在该情况下,也能够使第二交流损耗小于第一交流损耗。

构成外侧芯部32、32的磁芯块320、320能够利用从上述粉末压制成形体、复合材料的成形体、层叠体、烧结体选择的物体。外侧芯部32代表地说可列举由与第一内侧芯部31a所包含的磁芯块310、312相同的材料构成。例如,在将磁芯块320、320设为复合材料的成形体的情况下,可列举做成图2所示的不包含间隙的磁芯3a。或者,在将磁芯块320、320设为粉末压制成形体的情况下,可列举做成图3所示的包含间隙的磁芯3b。

作为第一交流损耗、第二交流损耗的测定方法,例如可列举使内侧芯部31a、31b、各卷绕部2a、2b模型化,利用仿真来进行cae(computeraidedengineering,计算机辅助工程)分析等。在该情况下,可以基于各内侧芯部31a、31b的规格(磁性材料的种类、树脂的含量、磁性粉末的平均粒径、有没有间隙等)、各卷绕部2a、2b的规格(绕组2w的种类、卷绕部2a、2b的形状、大小、匝数等)等,使各内侧芯部31a、31b以及各卷绕部2a、2b模型化。或者,可列举将各内侧芯部31a、31b、各卷绕部2a、2b分别分解,用市场出售的测定装置测定各自的铁损、交流铜损,并将测定结果整合。在两卷绕部2a、2b是相同规格的情况下,简略地说,有时能够根据第一材料与第二材料的种类的差异、磁性粉末的平均粒径的差异、有没有间隙等,将铁损的大小理解为将铁损与交流铜损相加而得到的交流损耗的大小。

(用途)

实施方式1的电抗器1例如能够利用于搭载于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等车辆的车载用转换器(代表的是dc-dc转换器)、空调机的转换器等各种转换器、电力变换装置的结构构件。

(主要效果)

在实施方式1的电抗器1中,以第二交流损耗小于第一交流损耗的方式,第一内侧芯部31a的构成材料的规格与第二内侧芯部31b的构成材料的规格不同。这样的电抗器1例如在设置于冷却性能有差别的设置对象的情况下,将第一内侧芯部31a和第一卷绕部2a配置于冷却性能高的一侧,将第二内侧芯部31b和第二卷绕部2b配置于冷却性能低的一侧。如果这样配置,则第二内侧芯部31b和第二卷绕部2b与第一内侧芯部31a以及第一卷绕部2a相比,未从设置对象被充分冷却。但是,第二内侧芯部31b和第二卷绕部2b可以说第二交流损耗小于第一交流损耗、基于第二交流损耗的发热量少、不易发热。因此,如上所述,虽然冷却状态有差别,但能够降低两卷绕部2a、2b的温度差,优选的是,能够实质上去除温度差而设为均匀的温度。卷绕部2a、2b的温度差小,从而能够防止由于一个卷绕部温度过高而限制使用温度。因此,实施方式1的电抗器1能够提高最高使用温度,换言之,能够增大使用电流值,可使用的条件大,通用性优良。

[变形例]

针对上述实施方式,能够进行以下的至少一项的变更、追加。

(1)能够将线圈2设为具备覆盖卷绕部2a、2b的表面的至少一部分的树脂模塑部的模塑线圈。

在该情况下,例如如果用树脂模塑部覆盖卷绕部2a、2b的内周面的至少一部分,则通过介于线圈2与磁芯3之间(特别是,卷绕部2a、2b与内侧芯部31a、31b之间)的树脂部分,能够提高两者间的电绝缘性。另外,在该情况下,能够将卷绕部2a、2b利用于成形模,通过注塑成形等而对由复合材料的成形体构成的内侧芯部31a、31b进行成形。

树脂模塑部的构成材料例如可列举在复合材料这项中说明的各种热塑性树脂、各种热硬化性树脂等绝缘性树脂。如果在绝缘性树脂中含有氧化铝、二氧化硅等非磁性的非金属粉末,则能够提高散热性、电绝缘性等。

(2)能够将线圈2设为如下的一体线圈,在该一体线圈中,代替上述树脂模塑部,或者除树脂模塑部的配备之外,还具备将构成卷绕部2a、2b的相邻的匝彼此接合的热熔接树脂部(未图示)。

在该情况下,能够将卷绕部2a、2b利用于成形模,通过注塑成形等而对由复合材料的成形体构成的内侧芯部31a、31b进行成形。

(3)代替上述树脂模塑部,能够具备介于线圈2与磁芯3之间并且由上述绝缘性树脂构成的中介部件(绕线管等)。

在该情况下,能够提高线圈2与磁芯3之间的电绝缘性。

(4)能够将磁芯3设为具备覆盖其表面的至少一部分、特别是内侧芯部31a、31b的表面的至少一部分、并且由上述绝缘性树脂构成的树脂模塑部的模塑芯。

在该情况下,能够提高线圈2与磁芯3之间、特别是卷绕部2a、2b与内侧芯部31a、31b之间的电绝缘性。

(5)具备温度传感器、电流传感器、电压传感器、磁通传感器等测定电抗器的物理量的传感器(未图示)。

在具备温度传感器的情况下,可列举将温度传感器配置于被认为温度容易变高的第二卷绕部2b、第二内侧芯部31b的附近。

(6)在卷绕部2a、2b中的绕组的露出部位(在模塑线圈的情况下,是从树脂模塑部的露出部位)具备散热板或者散热层。

在该情况下,更容易降低两卷绕部2a、2b的温度上升,能够提高线圈2的使用电流值。

散热板如果设为由铝、铝合金等构成的金属板,则热导率高,散热性优良。散热层可列举由包含散热性优良的粉末(由氧化铝等非磁性的非金属构成的粉末、由铝等非磁性的金属构成的粉末等)和树脂(也可以是粘接剂的)的混合材料构成。也可以利用散热片等。

(7)能够具备容纳包含线圈2与磁芯3的组合物的壳体(未图示)。进一步地,能够具备将包含线圈2与磁芯3的组合物密封于壳体内的密封树脂。

壳体的构成材料如果设为铝、铝合金等金属,则导热性优良,能够将壳体利用于两卷绕部2a、2b的散热路径,能够提高散热性。密封树脂的构成材料可列举环氧树脂、硅树脂等树脂。如果是还含有上述散热性优良的粉末的树脂,则能够进一步提高散热性。由于具备散热性优良的壳体、密封树脂,从而更容易降低两卷绕部2a、2b的温度上升,能够提高线圈2的使用电流值。

本发明不限定于这些示例,而是通过权利要求书来表示,旨在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。

标号说明

1电抗器

2线圈

2a第一卷绕部

2b第二卷绕部

20接合部

2w绕组

3、3a、3b磁芯

31a第一内侧芯部

31b第二内侧芯部

310、312、320磁芯块

32外侧芯部

33间隙材料

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