复合材料、电抗器、转换器和功率转换器件的制作方法_2

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比例的磁性成分和高饱和磁通密度。由上可 知,在该方面中,能容易地获得具有高饱和磁通密度的复合材料,而且,制造性也优异。圆形 度优选为1. 0 W上且1. 5 W下,并且更优选为1. 0 W上且1. 3 W下。
[0035] 根据本发明的复合材料可W被合适地用于磁性部件的磁巧,例如,设置在安装于 诸如混合动力电动汽车等车辆上的转换器等中的电抗器的磁巧。因此,作为根据本发明的 电抗器,提出一种包括线圈和磁巧且磁巧的至少一部分由根据本发明的复合材料构成的电 抗器。
[0036] 根据本发明的电抗器具有由根据本发明的复合材料构成的磁巧的至少一部分。结 果,能够产生特别的优点。更具体而言,(1)能够减少间隙部件等,并且优选地,能够省略间 隙部件等,使得部件的数量少,(2)线圈所产生的磁通量难W泄漏到磁巧的外侧,使得能够 降低损耗,(3)能够包括具有0.6T W上的饱和磁通密度的磁巧,W及(4)能够W高精度制 造具有各种形状的磁巧,并且制造性还优异。
[0037] 可选地,作为根据本发明的电抗器,提出一种包括线圈和磁巧且整个磁巧由根据 本发明的复合材料构成的电抗器。
[003引该电抗器也能够产生上述优点(1)至(4)。具体而言,整个磁巧的相对磁导率为大 于20且35 W下。因此,能够进一步减少间隙部件等,并且优选地,省略间隙部件等。此外, 在磁巧的制造中,只要仅制造复合材料即可。与制造包括组合用的压粉成形体等的磁巧的 情况相比,能够简化制造过程。因此,根据上述方面的电抗器能够进一步减少部件的数量并 且提局制造性。
[0039] 根据本发明的电抗器可W被合适地用于转换器的部件。因此,作为根据本发明的 转换器,提出一种包括根据本发明的电抗器的转换器。
[0040] 如果根据本发明的转换器包括部件数量少且能够降低损耗的根据本发明的电抗 器,则制造性优异,并且能够获得低损耗。
[0041] 根据本发明的转换器可W被合适地用于包括转换器和逆变器的功率转换器件的 部件。因此,作为根据本发明的功率转换器件,提出一种包括根据本发明的转换器的功率转 换器件。
[0042] 如果根据本发明的功率转换器件包括部件数量少且能够降低损耗的根据本发明 的电抗器(作为部件),则制造性优异,并且能够获得低损耗。
[0043] 本发明的有益效果
[0044] 根据本发明的电抗器部件数量少且能够降低损耗。根据本发明的复合材料能够构 筑部件数量少且能够降低损耗的电抗器的磁巧。
【附图说明】
[0045] 图1的(A)是示出根据第一实施例的电抗器的概略透视图,而图1的做是示出 沿线B-B截取的电抗器的截面图。
[0046] 图2是示出设置在根据第一实施例的电抗器中的线圈和内侧巧部的组装体的透 视图。
[0047] 图3的(A)是示出根据第立实施例的电抗器的概略透视图,而图3的做是示出 设置在电抗器中的磁巧的概略透视图。
[0048] 图4是示意性地示出混合动力电动汽车的电源系统的概略结构图。
[0049] 图5是示出包括根据本发明的转换器在内的根据本发明的功率转换器件的实例 的概略电路图。
【具体实施方式】
[0化0] 下文将参考附图对本发明的实施例进行具体描述。在各附图中,相同的附图标记 表示相同的部件。
[0051](第一实施例)
[005引参考图1的(A)和图1的炬),将对根据第一实施例的电抗器1进行描述。电抗 器1包括通过螺旋地卷绕导线2w获得的单个筒状线圈2和设置在线圈2的内侧和外侧W 形成闭合磁路的磁巧3。在本实例中,线圈2和磁巧3的组装体容纳在壳体4中。电抗器1 的特征为磁巧3的构成材料。更具体而言,磁巧3中的设置在线圈2内侧的部分的至少一 部分由压粉成形体(powder compact)制成,而设置在线圈2外侧的部分的至少一部分由特 定复合材料制成。下文将对磁巧3进行详细描述,并接着将对其它部件进行描述。
[0化3][磁巧]
[0054] 当线圈2通电时,磁巧3是用于形成磁通路径的部件。如图1的做所示,根据本 实例的磁巧3包括;柱状内侧巧部31,其具有设置在线圈2内侧并被线圈2覆盖的至少一 部分;W及外侧巧部32,其设置在线圈2外侧并形成为基本上覆盖内侧巧部31的一部分和 线圈2的筒状外周表面。构成内侧巧部31的材料和构成外侧巧部32的材料彼此不同。更 具体而言,内侧巧部31由压粉成形体形成,而外侧巧部32由包含磁性粉末和高分子材料的 复合材料构成,高分子材料包含分散状态的上述粉末。在电抗器1中,特征之一在于该复合 材料具有大于20且35 W下的相对磁导率。
[0055] {内侧巧部}
[0056] 根据本实例的内侧巧部31是沿着筒状线圈2的内周形状的柱状部件。能够适当 地选择内侧巧部31的截面形状和外形。例如,内侧巧部31可W具有诸如矩形平行六面体 形状等棱柱形状、楠圆体形状等,并且可W具有与线圈2的内周形状相似的形状,而且还可 W具有不相似的形状。根据本实例的内侧巧部31被假定为其中既没有诸如氧化侣板等间 隙部件也没有气隙的实屯、元件。
[0057] 当将沿着线圈2的轴向(图1的炬)中的竖直方向)的长度称为内侧巧部31的 长度或线圈2的长度时,根据本实例的内侧巧部31的长度大于图1的炬)所示的线圈2的 长度。此外,内侧巧部31在壳体4中被容纳为;一个端面(在图1的炬)中设置在壳体4 的开口侧的表面)与线圈2的端面基本上齐平,而另一端面(在图1的炬)中设置在壳体4 的底面侧的表面)及附近部分突出超过线圈2的另一端面。因此,对于电抗器1而言,在磁 巧3中,设置在筒状线圈2的内侧的部分由构成内侧巧部31的一部分的压粉成形体形成, 而设置在线圈2的外侧的部分由构成内侧巧部31的其它部分的压粉成形体和构成外侧巧 部32的复合材料形成。
[0化引能够适当地选择内侧巧部31的突出长度。在此,采用仅内侧巧部31的另一端面 侧突出超过线圈2的另一端面的构造。然而,也能够采用内侧巧部31的各个端面都突出超 过线圈2的相应端面的构造。此时,也能够采用突出长度彼此相等或彼此不同的任何构造。 可选地,能够采用内侧巧部31的长度与线圈2的长度彼此相等的构造,也就是,内侧巧部31 的各个端面与线圈2的相应端面均彼此齐平的构造。例如,能够采用该样的构造;在磁巧3 中,仅有设置在线圈2的内侧的部分由压粉成形体制成,而设置在线圈2的外侧的整个部分 由复合材料制成。所有上述构造都包括复合材料,使得当线圈2通电时会形成闭合磁路。
[0059] 通常可W通过W下方式获得压粉成形体;成型然后赔烧由磁性颗粒构成的磁性粉 末、包括磁性颗粒和形成在磁性颗粒的表面上的绝缘涂层的涂层磁性粉末W及除了具有该 些粉末之外还具有适当混合的粘结剂的混合粉末。在将涂层磁性粉末用于原料的情况下, 在绝缘涂层的耐热温度W下进行赔烧。原料的涂层磁性粉末中的绝缘涂层的实例包括磯酸 盐化合物、有机娃树脂等。原料中的绝缘涂层在某些情况下进行赔烧之后保持完好无损,而 在其它情况下进行赔烧则变成化合物(将在后文中描述)等。通过调整磁性颗粒的材料、磁 性粉末和粘结剂的混合比W及含有该绝缘涂层的各种涂层的量,并且调节压粉成形体的制 造过程中的成型压力,能够改变压粉成形体的磁特性。例如,当使用由具有高饱和磁通密度 的材料构成的磁性粉末时,减少粘结剂的混合量来提高磁性成分的比例,或提高成型压力, 从而获得具有高饱和磁通密度的压粉成形体。即使压粉成形体处于相对复杂的=维形状, 也能够容易地成型压粉成形体,并因此表现出优异的制造性。
[0060] 磁性颗粒的材料的实例可W为铁基材料(如;诸如化、Co或Ni等铁族金属(例 如,由化和不可避免的杂质制成的纯铁)、主要成分为化的铁合金(Fe-Si基合金、化-Ni 基合金、Fe-Al基合金、Fe-Co基合金、Fe-Cr基合金、Fe-Si-Al基合金等))、稀上类金属合 金W及诸如铁氧体(氧化铁)等软磁性材料。具体而言,对于铁基材料而言,更易于获得具 有比铁氧体高的饱和磁通密度的压粉成形体。构成形成在压粉成形体上的绝缘涂层的材料 的实例包括磯酸盐化合物、娃化合物、错化合物、侣化合物、棚化合物等。粘结剂的实例包括 热塑性树脂、非热塑性树脂、高级脂肪酸等。粘结剂可W通过上述的赔烧而消失或者可W变 为诸如二氧化娃等绝缘体。关于压粉成形体,诸如绝缘涂层等绝缘体存在于磁性颗粒之间, 使得磁性颗粒之间彼此绝缘。因此,即使在W高频功率对线圈通电的情况下,祸流损耗也是 小的。在磁性颗粒由金属形成的情况下,如果存在绝缘涂层的话,则绝缘涂层能够降低祸流 损耗。在磁性颗粒由诸如铁氧体等绝缘体形成的情况下,无需包括绝缘涂层。能够使用已 知的压粉成形体。
[0061] 能够适当地选择内侧巧部31的饱和磁通密度或相对磁导率。在要获得恒定磁通 的情况下,由于至少内侧巧部31中的被线圈2覆盖的部分中的饱和磁通密度的绝对值较高 且至少内侧巧部31中的被线圈2覆盖的部分的饱和磁通密度高于外侧巧部32的饱和磁通 密度,因此能够减小被线圈2覆盖的部分的截面面积(磁通穿过的部分的面积)。为此,能 够减小具有高饱和磁通密度的内侧巧部31的电抗器1的尺寸(能够减小其体积)。因此, 优选的是,至少内侧巧部31中的被线圈2覆盖的部分的饱和磁通密度应该为1. 6T或W上, 进一步应该为1. 8T W上,特别地应该为2T W上,并且应该为外侧巧部32的饱和磁通密度 的至少1. 2倍W上,进一步应该为外侧巧部32的饱和磁通密度的至少1. 5倍W上,特别地 应该为外侧巧部32的饱和磁通密度的至少1. 8倍W上,上述表述均没有上限。当构成内侧 巧部31的材料使用电磁钢板(W娃钢板为代表)的层叠体来替代压粉成形体时,能够容易 地进一步增大内侧巧部31的饱和磁通密度。
[0062] 在此,构成内侧巧部31的压粉成形体由包括诸如绝缘涂层等涂层的软磁性金属 粉末形成,并且具有1. 6T W上的磁通密度W及100 W上且500 W下的相对磁导率。
[006引[外侧巧部]
[0064] 根据本实例的外侧巧部32是设置为基本上覆盖线圈2和内侧巧部31的组装体 (图2)的外周且内部既没有设置间隙部件也没有气隙的实屯、元件。具体而言,外侧巧部32 形成为覆盖线圈2的两个端面和外周表面W及内侧巧部31的一个端面和另一端面侧的外 周表面,并且如图1的炬)所示,外侧巧部32沿线圈2的轴向截取的截面形状为倒U形。内 侧巧部31的一部分和外侧巧部32通过外侧巧部32中的高分子材料彼此粘合,W形成闭合 磁路,而且还构成一体的磁巧3。换言之,根据本实例的磁巧3不具有置于内侧巧部31与外 侧巧部32之间的诸如粘合剂等另一部件。
[0065] 如果能够形成闭合磁路,则外侧巧部32可W具有任何形状。例如,也可W采用该 样的构造;线圈2的外周的一部分没有被构成外侧巧部32的复合材料覆盖。关于将在后文 中描述的水平构造(第五实施例),能够容易地制造使线圈2的外周的一部分从复合材料露 出的构造。
[0066] 磁性粉末
[0067] 复合材料中的磁性粉末的材料的实例包括诸如铁族金属(例如纯铁或铁合金)等 铁基材料、诸如稀±类金属合金等金属W及诸如化合物(非金属)(例如,铁氧体)等软磁 性材料。构成复合材料的磁性粉末的类型可W为与构成内侧巧部31的压粉成形体的磁性 粉末的类型相同或者可化含有由不同类型的材料形成的粉末。
[0068] 示例性纯铁可W为含有99. 5质量% (质量百分
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