复合材料、电抗器、转换器和功率转换器件的制作方法_5

文档序号:8303536阅读:来源:国知局
。然而,在本实例中,饱和磁通密度设置为低于内 侧巧部31 (压粉成形体)的饱和磁通密度。具体而言,在仅纯铁用于磁性粉末的情况下,能 够容易地实现1. 15T W上的饱和磁通密度。在仅铁合金用于磁性粉末的情况下能够容易地 实现大于1. 05T的饱和磁通密度。
[0102] 复合材料的相对磁导率设置为大于20且35 W下。由于复合材料的相对磁导率大 于20,因此当复合材料用于磁巧3 (具体而言,在该种情况下为设置在线圈2外侧的外侧巧 部32)时,还能够降低损耗。由于复合材料的相对磁导率为35 W下,因此当复合材料用于 磁巧3时,磁巧3难W磁饱和,并且能够减少间隙部件或气隙。当复合材料的相对磁导率减 小时,能够容易地减少间隙部件等,从而有助于减少电抗器1中的部件的数量。因此,优选 的是,复合材料的相对磁导率应为大于20且30 W下。
[0103] 在此,构成外侧巧部32的复合材料由包括具有位于磁性颗粒的表面上的绝缘涂 层的涂层粉末W及环氧树脂在内的复合材料形成,并且具有0.6T W上的饱和磁通密度W 及大于20且35 W下的相对磁导率。涂层粉末的含量为大于50体积%且75体积% W下。 因此,磁巧3具有部分不同的磁特性。内侧巧部31具有比外侧巧部32高的饱和磁通密度, 而外侧巧部32具有比内侧巧部31低的相对磁导率。外侧巧部32的相对磁导率低于内侧 巧部31的相对磁导率,内侧巧部31的相对磁导率为100 W上且500 W下。结果,磁通能够 容易地通过内侧巧部31。
[0104] 根据本实例的磁巧3具有大于20且100 W下的整体相对磁导率。磁巧3具有上 述相对较低的整体相对磁导率,并且可W整体具有一体化的无隙结构,而不使用间隙部件 或气隙。
[010引[线圈引
[0106] 线圈2是通过螺旋地卷绕单根连续导线2w而获得的管状部件。导线2w优选为在 由诸如铜、侣及其合金等导电材料制成的导体的外周上具有由绝缘材料制成的绝缘涂层的 涂层导线。能够使用具有各种形状的导体,例如具有矩形横截面的矩形线、具有圆形横截面 的圆线、具有多边形横截面的异形线等。构成绝缘涂层的代表性的绝缘材料为诸如聚酷胺 亚胺(polyamideimide)等瓷漆材料。绝缘涂层越厚越能提高绝缘性能。绝缘涂层的具体 厚度为20 ym W上且100 ym W下。可W适当地选择导线2w的横截面面积和卷绕数量(应 数),W具有所需特性。线圈2的端面的形状可W为外形仅由曲线形成的形状,例如图2所 示的环形形状、楠圆形形状(未示出)等,并且线圈2的端面的形状可W为外形由曲线和直 线形成的扁平形状,例如跑道形状、圆角矩形形状(参见图3,其将在后文中描述)等。具有 环形端面的筒状线圈易于卷绕导线,并且制造性优异。
[0107] 此处,线圈2为由扁立(edgewise)卷绕的涂层矩形导线制成的扁立线圈,该矩形 导线包括导体和绝缘涂层,其中所述导体为具有矩形横截面形状的矩形铜线,所述绝缘涂 层为瓷漆。线圈2的端面形状具有环形形状。
[0108] 诸如用于将电力供应至线圈2的电源等外部装置(未示出)与形成线圈2的导线 2w的两端连接。通常,导线2w的两端适当地从应部延伸(其从图1的(A)和图1的炬)中 的壳体4引出),端子部件与通过剥离绝缘涂层而露出的导体部分连接,并且外部装置通过 端子部件与导线2w的两端连接。端子部件由诸如铜或侣等导电材料构成。使用焊接(例 如,TIG焊接)、压接法等来连接端子部件。
[0109] 本实例所示的电抗器1采用该样的构造(在下文中称为竖直类型);线圈2和磁 巧3的组装体被容纳为线圈2的轴向与壳体4的底面垂直。关于该竖直类型,能够减小电 抗器1在安装对象(例如将安装电抗器1的冷却台)上的安装面积。
[0110] [壳体]
[0111] 根据本实例的壳体4是构造有矩形底面和从底面竖起的四个侧壁的长方体状的 容器,并且具有使得与底面相面对的面敞开的底管状形状。壳体4容纳线圈2和磁巧3的 组装体,W保护且机械保护线圈2和磁巧3不受环境影响,而且当电抗器1被固定在诸如冷 却台等安装对象上时,壳体4还被用作散热路径。因此,构成壳体4的材料是具有优异导热 性的材料,并且优选地为具有比诸如铁等磁性粉末的导热率高的导热率的材料。例如,能够 适当地使用诸如侣、侣合金、儀或儀合金等金属作为构成材料。由于侣、儀和合金都是轻质 的,因此它们也适合用作构成需要为轻质的汽车部件的材料。此外,侣、儀和合金为非磁性 材料且为导电材料。为此,还能够有效地防止泄漏到壳体4外侧的漏磁通。该里,壳体4由 侣合金制成。
[0112] 另外,根据本实例的壳体4具有一体形成的安装部41。安装部41用于将电抗器1 固定在安装对象上。安装部41具有螺栓孔,并且能够借助于螺栓(未示出)容易地将电抗 器1安装在安装对象上。此外,如果壳体4包括用于将线圈2或内侧巧部31放置在预定位 置的定位部分,则能够将线圈2或内侧巧部31设置在壳体4的适当位置中。壳体4具有定 位部分(未示出),使得线圈2被设置在如图1的炬)所示的壳体4的中央部分中。此外, 如果由诸如侣等导电材料构成的盖W相同的方式设置在壳体4中,则能够防止漏磁通并且 能够保护或机械保护外侧巧部32不受环境影响。优选的是,盖应当设置有凹口或通孔,W 引出构成线圈2的导线2w的端部,或应调整盖的尺寸,W形成间隙。可选地,还能够通过单 独将树脂填充在壳体4的开口部附近来形成由树脂制成的盖。
[011引[其它结构]
[0114] 为了提高线圈2与磁巧3之间的绝缘性能,能够采用线圈2的外周被绝缘树脂覆 盖的构造或者线圈2的外周被诸如绝缘纸、绝缘片、绝缘带等绝缘材料覆盖。绝缘树脂的实 例包括环氧树脂、聚氨醋树脂、聚苯硫離(PP巧树脂、聚对苯二甲酸了二醇醋(PBT)树脂、丙 締膳-了二締-苯己締(AB巧树脂、不饱和聚醋等。此外,为了提高线圈2与内侧巧部31之 间的绝缘性能,能够采用在内侧巧部31的外周上设置绝缘绕线筒的构造。该绕线筒可W包 括设置在内侧巧部31的外周上的管状部件和设置在管状部件的两端上的环形凸缘部。如 果绕线筒采用多个分割件组成一个单元的构造,则能够容易地设置在内侧巧部31中。构成 绕线筒的材料的实例包括PPS树脂、液晶聚合物(LCP)、聚四氣己締(PT阳)树脂等。另外, 可W用诸如热缩套管等绝缘套管覆盖内侧巧部31的外周。此外,在线圈2与壳体4接触的 情况下,可W在线圈2与壳体4之间设置绝缘材料,W提高该两者之间的绝缘性能。当在导 线2w的引出位置处的磁巧3的接触部分也被绝缘树脂、绝缘材料、热收缩管等覆盖时,能够 提高绝缘性能。
[0115] 可选地,可W省略壳体4。通过省略该种壳体,能够减少电抗器的尺寸和重量。在 本实例中,在包括线圈2和磁巧3的组装体的外周表面由复合材料构成的情况下,包含诸如 树脂等高分子成分。因此,同样在磁巧3被露出的构造中,能够保护和机械保护线圈2不受 外部环境的影响。在包括线圈2和磁巧3的组装体的外周进一步被绝缘树脂覆盖的构造中, 能够保护(提高耐腐蚀性)且机械保护包括线圈2和磁巧3不受外部环境的影响。如果绝 缘树脂包含例如由具有高导热率的陶瓷制成的填料,则散热能力较高,该是优选的。此外, 安装部可W与覆盖有树脂的部分一体地成型。
[0116] [用途]
[0117] 具有上述结构的电抗器1可W优选地用于在W下通电条件下使用;最大电流(直 流)在约100A至1000A的范围内,平均电压在约100V至1000V的范围内,使用频率在约 5曲Z至100曲Z的范围内,或者具有上述结构的电抗器1通常用于诸如电动汽车、混合动力 电动汽车等车辆中的车载功率转换器件的部件。
[0118] [电抗器的制造方法]
[0119] 例如,可W按照如下方式制造电抗器1。首先,制备由压粉成形体形成的线圈2和 内侧巧部31,并且将内侧巧部31插入到线圈2中,W制作如图2所示的线圈2和内侧巧部 31的组装体。然后,将该组装体容纳在壳体4中。
[0120] 制备构成外侧巧部32(图1的(A)和图1的炬))的磁性粉末和高分子材料(未 硬化)的混合物。将该些材料充分混合为使得磁性粉末均匀分散开,然后将由此获得的混 合物注入到成型模具(在此为壳体4)中。由于该混合物的上述流动性优异,因此能够W高 精度填充到用作存在线圈2和内侧巧部31的复杂成型空间的壳体4中。在填充之后,硬化 混合物的高分子材料,从而可W形成由复合材料构成的外侧巧部32。在此,如图1的炬)所 示,外侧巧部32形成为与内侧巧部31的一个端面和内侧巧部31的另一端面侧的外周表面 接触。结果,能够提供在线圈2通电时形成闭合磁路的磁巧3。在本实例中,在外侧巧部32 形成的同时获得电抗器1。
[0121] [优点]
[0122] 构成磁巧3的至少一部分(在此为外侧巧部32)的复合材料满足特定的相对磁导 率,从而能够降低损耗。因此,电抗器1具有低损耗。此外,构成磁巧3的至少一部分(在 此为外侧巧部32)的复合材料满足特定的磁导率。结果,能够减少间隙部件或气隙(在此, 它们能够被省略)。因此,电抗器1的部件数量少,并且能够减少间隙部件的装配步骤或粘 结步骤(在此,它们能够被省略)。因此,生产性也是优异的。
[0123] 此外,因为构成外侧巧部32的复合材料的磁性成分的比例较高(磁性粉末的含量 为多于50体积% ),电抗器1具有高饱和磁通密度(0. 6T W上)。特别是,在电抗器1中, 内侧巧部31由压粉成形体制成,从而内侧巧部31也具有高饱和磁通密度。因此,在电抗器 1中,与整个磁巧3由复合材料构成的情况相比,整个磁巧3具有更高的饱和磁通密度(通 过对磁巧3的饱和磁通密度求平均而得到的值)。
[0124] 此外,电抗器1的外侧巧部32由复合材料构成。结果,能够获得W下优点;(1)能 够容易地改变磁特性;(2)由于具有诸如树脂等高分子成分,因此线圈2和内侧巧部31被 覆盖而受到保护和机械保护,从而使该两者不受外部环境的影响;(3)诸如树脂等高分子 成分可W为用于粘结在内侧巧部31上的粘结材料;W及(4)能够在形成外侧巧部32的同 时形成电抗器1,从而制造性优异。
[0125] 另外,关于电抗器1,内侧巧部31的饱和磁通密度高于外侧巧部32的饱和磁通密 度。结果,在获得与由单种材料构成的巧部(总体具有均一的饱和磁通密度的巧部)的磁 通相同的磁通的情况下,能够减小内侧巧部31 (特别是被线圈2覆盖的部分)的截面面积。 通过减小内侧巧部31的尺寸,还能够减小线圈2的尺寸(缩短导线2w)。此外,电抗器1具 有无隙结构。为此,能够降低由间隙部分中的磁通泄漏造成的铜损。因此,线圈2和内侧巧 部31能够设置为彼此靠近。由上可知,电抗器1的尺寸小。此外,能够通过减小线圈2的 尺寸(缩短线圈2)来减少电抗器1的重量。
[01%](第二实施例)
[0127] 在第一实施例中,提出该样的构造;形成磁巧的一部分的复合材料由磁性粉末和 高分子材料(树脂)构成。另外,在磁巧的至少一部分由复合材料构成的情况下,能够采用 复合材料包含由至少一种类型的材料构成的非磁性粉末的构造,也就是,磁巧由含有磁性 粉末、非磁性粉末和高分子材料的复合材料构成的构造。假定磁性粉末的"磁性材料"为广 义上的铁磁材料,并且通常为软磁性材料。假定非磁性粉末的"非磁性材料"不为铁磁材料。
[0128] 非磁性粉末
[0129] 非磁性粉末具有用于在制造复合材料时抑制磁性粉末的沉淀的效果。为了充分获 得该效果,优选的是,非磁性
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