電抗器、復(fù)合材料、電抗器芯體、變換器、以及功率變換裝置制造方法
【專利摘要】一種電抗器1A，包括通過螺旋纏繞導(dǎo)線2w形成的單個(gè)線圈2、以及布置在線圈2內(nèi)側(cè)及外側(cè)并形成閉合磁路的磁芯3。磁芯3包括布置在線圈2內(nèi)側(cè)的內(nèi)芯部31、以及布置成覆蓋線圈2外周的外芯部32。外芯部32由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料形成。在此復(fù)合材料的斷面中，最大氣泡直徑小于或等于300微米。在電抗器1A中，外芯部32具有小于或等于300微米的最大氣泡直徑，結(jié)果，損耗低，且磁性能不易降低。
【專利說明】電抗器、復(fù)合材料、電抗器芯體、變換器、以及功率變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及:適合作為磁性元器件(例如電抗器)形成材料的復(fù)合材料；這種復(fù)合材料形成的電抗器芯體；包括這種芯體的電抗器；包括這種電抗器的變換器；以及包括這種變換器的功率變換裝置。特別地，本發(fā)明涉及:損耗低且磁性能不易降低的電抗器；以及提供損耗低且磁性能不易降低的電抗器的復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]包括線圈和磁芯的磁性元器件用在多個(gè)領(lǐng)域中，例如電抗器和電動(dòng)機(jī)。例如,專利文獻(xiàn)I披露了一種電抗器，其用作車輛例如混合電動(dòng)車上所配置變換器的電路元件。作為這種電抗器的磁芯的形成材料，專利文獻(xiàn)I還披露了一種復(fù)合材料，其由磁粉以及含有這種粉末的樹脂(粘結(jié)樹脂)形成?？梢酝ㄟ^將磁粉和未固化液態(tài)樹脂的原料混合物填充進(jìn)入具有期望形狀的模具，并隨后使樹脂固化，藉此，制造這種復(fù)合材料。
[0003]引文列表
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開N0.2008-147403
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]在一些電抗器中，具有由現(xiàn)有復(fù)合材料所形成的磁芯，損耗例如鐵損變高，或者，磁性能例如相對(duì)磁導(dǎo)率及電感變得低于設(shè)定值。對(duì)現(xiàn)有復(fù)合材料的檢測(cè)顯示，存在尺寸大于300微米的大氣泡。
[0008]當(dāng)含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料中存在上述大氣泡時(shí)，由于氣泡具有比磁粉低的相對(duì)磁導(dǎo)率，由線圈產(chǎn)生的磁通大多繞過大氣泡。當(dāng)這種磁通繞過現(xiàn)象導(dǎo)致復(fù)合材料中磁感應(yīng)線分布的局部變化時(shí)，總體上會(huì)使復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率降低。相對(duì)磁導(dǎo)率的降低會(huì)導(dǎo)致電感值低于設(shè)定值。磁通繞過也會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增大。另外，大氣泡還會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料導(dǎo)熱率的降低，以及，沒有從線圈充分散熱會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗的增大。據(jù)此，上述大氣泡的存在可能是電抗器中損耗增大以及磁性能降低的起因。尚未有人考慮到:包括復(fù)合材料的電抗器的損耗及磁性能與復(fù)合材料中氣泡尺寸之間的相關(guān)性，以及，復(fù)合材料的導(dǎo)熱率與復(fù)合材料中氣泡尺寸之間的相關(guān)性。本發(fā)明的發(fā)明人首先注意到這些相關(guān)性。
[0009]據(jù)此，本發(fā)明的目的是提供一種電抗器，這種電抗器損耗低、且磁性能不易降低。本發(fā)明的另一目的是提供一種電抗器芯體，其提供損耗低且磁性能不易降低的電抗器。此夕卜，本發(fā)明的又一目的是提供一種復(fù)合材料，其適合作為用于上述電抗器芯體的材料、或者用于上述電抗器磁芯的材料。
[0010]問題的解決方案
[0011]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料的生產(chǎn)步驟中，有意執(zhí)行從復(fù)合材料充分排出氣泡(氣體)的脫氣步驟，從而提供了最大氣泡直徑小于或等于300微米的復(fù)合材料。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用最大氣泡直徑小于或等于300微米的復(fù)合材料作為磁芯的材料時(shí)，在包括這種磁芯的電抗器中，磁性能不易從設(shè)定值降低、且損耗低。本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)。[0012]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料是一種包括磁粉和樹脂的復(fù)合材料，其中，復(fù)合材料斷面中氣泡的最大直徑小于或等于300微米。
[0013]上述根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料可以由例如下述生產(chǎn)方法制造。特別地，當(dāng)樹脂是熱固性樹脂或熱塑性樹脂時(shí)，能適當(dāng)?shù)貞?yīng)用這種生產(chǎn)方法。這種生產(chǎn)方法涉及一種方法，其中，使磁粉與未固化樹脂混合，接著使這種樹脂固化，以生產(chǎn)該復(fù)合材料。本發(fā)明的生產(chǎn)方法包括下述混合步驟、填充步驟、脫氣步驟、以及固化步驟。
[0014]混合步驟:在脫氣狀態(tài)下攪拌磁粉和樹脂以制備液態(tài)混合物的步驟。
[0015]填充步驟:這樣的步驟，其中，液態(tài)混合物呈現(xiàn)最小粘度時(shí)的溫度定義為Tmin(°C )，選自大于或等于(Tmin-20) °C至小于或等于(Tmin_5) °C范圍的溫度定義為T1 (°C )和T2CC )，以及，將在溫度T1CC )下加熱的液態(tài)混合物填充進(jìn)在溫度T2CC )下加熱的模具。
[0016]脫氣步驟:這樣的步驟，其中，使已填充進(jìn)入模具的液態(tài)混合物在(Tmin±5) °〇下保持預(yù)定時(shí)間，同時(shí)進(jìn)行脫氣，使得最終真空度成為小于或等于I帕斯卡。
[0017]固化步驟:在經(jīng)過預(yù)定時(shí)間后、使樹脂固化的步驟。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的電抗器芯體包括上述根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的電抗器包括線圈和磁芯，其中，磁芯的至少一部分由上述根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料形成。也就是，在根據(jù)本發(fā)明的電抗器中，磁芯的至少一部分由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料形成，以及，在該復(fù)合材料斷面中氣泡的最大直徑小于或等于300微米。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料中，在包括這種復(fù)合材料的根據(jù)本發(fā)明的電抗器芯體中，以及，在形成根據(jù)本發(fā)明電抗器中磁芯的至少一部分的復(fù)合材料中，即使氣泡存在，氣泡的最大直徑也小于或等于300微米，因此，能抑制由于氣泡存在導(dǎo)致的磁通分布變化。據(jù)此，例如，考慮到電感值，設(shè)計(jì)值與實(shí)際值之間差值較小，并且，能充分抑制其由設(shè)計(jì)值降低。通過使用這種根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料或根據(jù)本發(fā)明的電抗器芯體，能生產(chǎn)損耗低且磁性能不易降低的電抗器。根據(jù)本發(fā)明的電抗器包括上述特定復(fù)合材料(其為上述根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料)、或者根據(jù)本發(fā)明的電抗器芯體，結(jié)果，損耗低，且磁性能不易降低。
[0020]此外，在復(fù)合材料斷面中氣泡的最大直徑小于或等于200微米的構(gòu)成中，即使氣泡存在，氣泡也較小。據(jù)此，通過使用根據(jù)這種構(gòu)成的復(fù)合材料，能得到一種電抗器，其中損耗低、且磁性能更不易降低。另外，在包括這種復(fù)合材料的電抗器中，損耗低，且磁性能更不易降低。
[0021]在上述生產(chǎn)方法中，首先，通過在磁粉與樹脂的混合及攪拌期間執(zhí)行脫氣步驟(典型地，真空處理)，便于氣泡從液態(tài)混合物排出，以及，大氣中的氣體很難被引入液態(tài)混合物中。因此，所得到的液態(tài)混合物具有低氣泡含量。其次，在將這種液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具過程中，液態(tài)混合物和模具二者都在選自特定溫度范圍的溫度T1CC)和T2CC)下加熱。結(jié)果，液態(tài)混合物呈現(xiàn)低粘度。因此，液態(tài)混合物具有高流動(dòng)性，并且易于填充進(jìn)入模具；另外，由于高流動(dòng)性，液態(tài)混合物中的氣泡趨于排出至外部。另外，由于液態(tài)混合物和模具都處于相近溫度，在接著將液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具之后，雖然液態(tài)混合物與模具接觸，但液態(tài)混合物的溫度不易降低，并且隨后保持于恒定溫度。因此，液態(tài)混合物能維持呈現(xiàn)低粘度的狀態(tài)，因此，氣泡趨于排出。在液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具之后，液態(tài)混合物保持處于樹脂呈現(xiàn)最小粘度的溫度Tmin (°C )上下，因而，使樹脂保持處于呈現(xiàn)低粘度的狀態(tài)。據(jù)此，氣泡趨于從模具中的液態(tài)混合物排出；另外，通過真空處理達(dá)到上述預(yù)定真空度，能將從液態(tài)混合物排出的氣體可靠地排向外部。因此，所得到的液態(tài)混合物充分脫氣。使此液態(tài)混合物中的樹脂固化，并且，所得到的復(fù)合材料具有小于或等于300微米的最大氣泡直徑。
[0022]如上所述，不僅在混合及填充期間執(zhí)行脫氣，而且單獨(dú)執(zhí)行特定脫氣步驟，能生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明具有小于或等于300微米最大氣泡直徑的復(fù)合材料。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的電抗器以及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料可以具有這樣一種構(gòu)成，其中，復(fù)合材料斷面中氣泡的總面積百分比小于或等于1%。
[0024]在這種構(gòu)成中，氣泡的最大直徑小于或等于300微米，并且，氣泡自身的總含量也低。據(jù)此，通過使用具有該構(gòu)成的復(fù)合材料，能得到一種電抗器，其中損耗低、且磁性能更不易降低。在具有該構(gòu)成的電抗器中，損耗低、且磁性能更不易降低。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的電抗器、以及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料可以具有這樣一種構(gòu)成，其中，復(fù)合材料斷面中氣泡的總面積百分比小于或等于0.2%。
[0026]在這種構(gòu)成中，氣泡的最大直徑小于或等于300微米，且氣泡自身的總含量也非常低。據(jù)此，通過使用具有該構(gòu)成的復(fù)合材料，能得到一種電抗器，其中損耗更為降低，且磁性能更不易降低。在具有該構(gòu)成的電抗器中，損耗更為降低，且磁性能更不易降低。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的電抗器、以及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料可以具有這樣一種構(gòu)成，其中，復(fù)合材料中磁粉的體積百分比大于或等于30體積％、且小于或等于70體積％。
[0028]在這種構(gòu)成中，磁性成分的百分比足夠高，因此，易于增強(qiáng)磁性能例如飽和磁通密度；另外，磁粉含量也沒有過高，因此，便于磁粉與樹脂混合，并且易于生產(chǎn)該復(fù)合材料。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的電抗器可以具有這樣一種構(gòu)成，其中，部分磁芯的至少一部分由該復(fù)合材料形成，該部分磁芯布置在線圈的內(nèi)側(cè)，該線圈具有筒狀外形并且通過纏繞導(dǎo)線形成。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的電抗器中的磁芯可以在不同部分包括不同的材料。
[0031]部分磁芯的至少一部分由上述復(fù)合材料形成，該部分磁芯布置在線圈內(nèi)側(cè)，在上述配置中，例如，當(dāng)布置于線圈外側(cè)的部分磁芯由相對(duì)磁導(dǎo)率高于復(fù)合材料的材料形成時(shí)，能減少從布置于線圈外側(cè)的部分向外部的磁漏。據(jù)此，能減少由于此磁漏導(dǎo)致的損耗，并且，能充分利用由線圈產(chǎn)生的磁通。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的電抗器可以具有這樣一種配置，其中，部分磁芯的至少一部分由復(fù)合材料形成，該部分磁芯布置在線圈的外側(cè)，該線圈具有筒狀外形并通過纏繞導(dǎo)線形成。
[0033]部分磁芯的至少一部分由上述復(fù)合材料形成，該部分磁芯(下文中稱為外芯部)布置在線圈外側(cè)，在上述配置中，例如，布置在線圈內(nèi)側(cè)的部分磁芯(下文中稱為內(nèi)芯部)可以由飽和磁通密度高于復(fù)合材料的材料形成。在這種配置中，考慮到獲得特定磁通的情況，與磁芯完全由相對(duì)磁導(dǎo)率較低的材料形成、并且具有均勻飽和磁通密度的情況相比，本發(fā)明可以減小內(nèi)芯部的斷面面積。據(jù)此，在上述配置中，能實(shí)現(xiàn)電抗器尺寸的減小。另外，作為內(nèi)芯部尺寸減小的結(jié)果，還能減小用于形成線圈的導(dǎo)線的長度。據(jù)此，在上述配置中，能減輕電抗器的重量。[0034]根據(jù)本發(fā)明的電抗器可以具有這樣一種構(gòu)成，其中磁芯基本全部由該復(fù)合材料形成。
[0035]在這種構(gòu)成中，含有樹脂成分，因此，磁芯完全由相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)較低的材料形成。據(jù)此，例如，能提供無隙結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)成中，當(dāng)磁芯全部由單種材料形成時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高生產(chǎn)率?？商娲?，在該構(gòu)成中，例如，通過調(diào)整磁粉的材料或含量，能容易地制造按照多個(gè)部分具有不同磁性能的磁芯。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的電抗器可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括殼體，該殼體容納線圈和磁芯的組合體。在這種情況下，可以采用這樣一種配置，其中，將線圈容納在殼體中，使得線圈的軸線大致平行于殼體的底面；以及，部分磁芯由復(fù)合材料形成，該部分磁芯覆蓋線圈外周的至少一部分。
[0037]在這種結(jié)構(gòu)中，線圈容納在殼體中，使得線圈的外周面朝向殼體的底面。據(jù)此，線圈外周面與殼體底面之間的距離趨于較短。因此，在該結(jié)構(gòu)中，線圈的熱量趨于傳導(dǎo)至殼體底面，并能通過此底面消散至用于電抗器的安裝基座。據(jù)此，提供了高散熱能力。另外，在上述結(jié)構(gòu)中，線圈和磁芯的組合體容納在殼體中，使得組合體能得到機(jī)械保護(hù)，并且受到保護(hù)以免受外部環(huán)境影響?？梢酝ㄟ^例如上述生產(chǎn)方法，其中，使用殼體作為模具，并將線圈、或線圈和部分磁芯的組合體容納在此殼體中，制造具有上述結(jié)構(gòu)的電抗器，以及，根據(jù)上述制造方法形成復(fù)合材料。這種復(fù)合材料構(gòu)成電抗器磁芯的至少一部分。當(dāng)使用殼體作為模具時(shí)，可以容易地制造上述配置:部分磁芯(該部分布置在線圈外側(cè))的至少一部分由復(fù)合材料形成的配置；以及，磁芯基本全部由復(fù)合材料形成的配置。
[0038]在具有這種結(jié)構(gòu)的電抗器中，為了將電抗器的電感調(diào)整到預(yù)定值，適宜地，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成磁芯的復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率大于或等于5、且小于或等于50，更宜為大于或等于5、且小于或等于20。特別地，當(dāng)電抗器的磁芯基本全部由根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料形成時(shí)，理想地，該復(fù)合材料具有大于或等于10、且小于或等于20的相對(duì)磁導(dǎo)率。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的電抗器能適當(dāng)?shù)赜米髯儞Q器的構(gòu)成部件。根據(jù)本發(fā)明的變換器可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其包括開關(guān)元件、控制開關(guān)元件操作的驅(qū)動(dòng)電路、以及使開關(guān)操作平穩(wěn)的電抗器，開關(guān)元件構(gòu)造成操作以變換輸入電壓，其中電抗器是根據(jù)本發(fā)明的電抗器。根據(jù)本發(fā)明的這種變換器能適當(dāng)?shù)赜米鞴β首儞Q裝置的構(gòu)成部件。根據(jù)本發(fā)明的功率變換裝置可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其包括變換輸入電壓的變換器；以及，與變換器連接并執(zhí)行直流與交流之間相互變換的逆變器，該逆變器構(gòu)造成供給經(jīng)過變換的功率，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其中，該變換器是根據(jù)本發(fā)明的變換器。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的變換器以及根據(jù)本發(fā)明的功率變換裝置包括根據(jù)本發(fā)明的電抗器，其中損耗低且磁性能不易降低。結(jié)果，在該變換器以及功率變換裝置中，損耗低，且趨于維持期望的磁性能。
[0041]發(fā)明的有益效果
[0042]在根據(jù)本發(fā)明的電抗器中，損耗低，且磁性能不易降低。根據(jù)本發(fā)明的電抗器芯體以及根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料具有小于或等于300微米的最大氣泡直徑，因此，能有助于獲得損耗低且磁性能不易降低的電抗器。
【專利附圖】

【附圖說明】[0043][圖1]是根據(jù)第一實(shí)施例的電抗器的示意軸測(cè)圖；
[0044][圖2A]是沿圖1中(A)-(A)的剖視圖；
[0045][圖2B]是沿圖1中(B)-(B)的剖視圖；
[0046][圖3A]是根據(jù)第一實(shí)施例的電抗器外芯部的斷面顯微照片；
[0047][圖3B]是比較例的電抗器外芯部的斷面顯微照片；
[0048][圖4A]是根據(jù)第二實(shí)施例的電抗器的示意軸測(cè)圖；
[0049][圖4B]是沿圖4A中(B)-(B)的剖視圖；
[0050][圖5A]是根據(jù)第三實(shí)施例的電抗器的示意軸測(cè)圖；
[0051][圖5B]是這種電抗器的磁芯的示意軸測(cè)圖；
[0052][圖6]是圖示復(fù)合材料中氣泡直徑與損耗之間關(guān)系的圖；
[0053][圖7]是圖示復(fù)合材料中氣泡直徑與電感之間關(guān)系的圖；
[0054][圖8]是圖示復(fù)合材料中氣泡含量與損耗之間關(guān)系的圖；
[0055][圖9]是圖示復(fù)合材料中氣泡含量與電感之間關(guān)系的圖；
[0056][圖10]是示意性圖示混合電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；以及
[0057][圖11]是圖示根據(jù)本發(fā)明的功率變換裝置實(shí)施例的示意電路圖，其中包括根據(jù)本發(fā)明的變換器。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中類似的附圖標(biāo)記表示具有相同名稱的元件。
[0059]《第一實(shí)施例》
[0060]參見圖1、圖2A和圖2B，說明第一實(shí)施例中的電抗器1A。電抗器IA包括:單個(gè)線圈2，其具有筒狀外形，并通過使導(dǎo)線2w螺旋纏繞而形成；磁芯3，其布置在線圈2內(nèi)側(cè)及外偵牝并形成閉合磁路；以及殼體4A，其容納線圈2和磁芯3的組合體。一般而言，電抗器IA安裝于安裝基座，例如冷卻基座，其具有例如冷卻水用循環(huán)通道的冷卻機(jī)構(gòu)；以及，使用電抗器IA的同時(shí)，用冷卻機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行冷卻。電抗器IA的殼體4A固定于安裝基座。磁芯3包括布置于線圈2內(nèi)側(cè)的內(nèi)芯部31、以及布置成覆蓋線圈2外周的外芯部32。電抗器IA具有下列特征:布置在筒狀線圈2外側(cè)的部分(也就是外芯部32)由復(fù)合材料形成，以及，此復(fù)合材料中的氣泡具有小于或等于300微米的最大直徑。下文中，順序說明電抗器的結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)方法。
[0061][線圈]
[0062]線圈2是通過將導(dǎo)線2w螺旋纏繞而形成的筒狀體，導(dǎo)線2w是單根連續(xù)導(dǎo)線。導(dǎo)線2w適宜是涂覆導(dǎo)線，其中，在導(dǎo)電材料例如銅、鋁或其合金形成的導(dǎo)體的外周，覆蓋有由絕緣材料(典型地，漆包材料例如聚酰胺-酰亞胺)形成的絕緣涂層。導(dǎo)體可以選自具有不同形狀的導(dǎo)線，例如具有矩形截面的矩形導(dǎo)線、具有圓形截面的圓形導(dǎo)線、以及具有多邊形截面的異形導(dǎo)線。特別地，當(dāng)扁立卷繞矩形導(dǎo)線時(shí)，所得到的扁立線圈易于具有高線圈間隙系數(shù)。據(jù)此，易于得到具有高線圈間隙系數(shù)的較小線圈，其有助于減小電抗器的尺寸。這里，線圈2是通過將涂覆矩形導(dǎo)線扁立卷繞而形成的扁立線圈，涂覆矩形導(dǎo)線中的導(dǎo)體由具有矩形截面的矩形銅導(dǎo)線構(gòu)成，以及，絕緣涂層由漆包形成。[0063](端面形狀)
[0064]如圖1和圖2B中所示，在線圈2中，端面形狀以及正交于軸向的橫截面的形狀是典型的圓形。即使導(dǎo)線是矩形導(dǎo)線，也易于通過將導(dǎo)線纏繞而形成這種圓形線圈。因此，線圈以高生產(chǎn)率生產(chǎn)，并且容易生產(chǎn)，以具有較小尺寸?？商娲?，線圈2的端面形狀可以是非圓形的形狀，并且具有曲線部分:例如，基本上僅由曲線構(gòu)成的形狀(例如橢圓形)，或者具有曲線部分和直線部分的形狀(例如，通過使多邊形例如矩形的頂點(diǎn)倒圓而提供的形狀，或者直線和圓弧相組合的跑道形狀)。當(dāng)該形狀具有直線部分時(shí)，可以將線圈容納在殼體中，使得由直線部分所形成的平面與殼體的底面平行，從而，獲得高穩(wěn)定性和高散熱能力。
[0065](導(dǎo)線端部)
[0066]如圖1中所示，導(dǎo)線2w構(gòu)成線圈2，導(dǎo)線2w的兩端都從匝形成部適當(dāng)?shù)厣斐?；從端部除去絕緣涂層，以露出導(dǎo)體部，并且，將由導(dǎo)電材料例如銅或鋁形成的端子件(未示出)與這些導(dǎo)體部連接。通過這些端子件，連接外部裝置(未示出)，例如向線圈2供電的電源。可以通過例如焊接如鎢極惰性氣體電弧焊(TIG)或壓力接合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線2w的導(dǎo)體部與端子件之間的連接。注意，導(dǎo)線2w的兩端延伸的方向是一種實(shí)施例，并且，該方向可以適當(dāng)改變。
[0067](配置結(jié)構(gòu))
[0068]如圖2A中所示，線圈2容納在殼體4A中，使得線圈2的軸線與殼體4A的底面40大致平行。簡而言之，線圈2容納成使其相對(duì)于殼體4A水平取向(下文中，這種配置結(jié)構(gòu)稱為橫式結(jié)構(gòu))。術(shù)語“大致平行”包括兩種情況，一種情況是外底面40ο和內(nèi)底面40i 二者都由平面構(gòu)成,并且線圈2的軸線平行于兩個(gè)面40o、40i ;另一種情況是外底面40ο和內(nèi)底面40i的一部分不是由平面構(gòu)成，并且該部分與線圈2的軸線不平行(例如，外底面40ο由平面構(gòu)成，以及，內(nèi)底面40i具有不規(guī)則形狀)。
[0069][磁芯]
[0070]如圖2A和圖2B中所示，磁芯3包括內(nèi)芯部31和外芯部32，內(nèi)芯部31具有柱狀外形，并且穿過線圈2，以及，外芯部32形成為覆蓋內(nèi)芯部31的至少一個(gè)端面31e (在本實(shí)施例的情況下，兩個(gè)端面)以及線圈2的外周面。當(dāng)激勵(lì)線圈2時(shí)，磁芯3形成閉合磁路。在電抗器IA中，磁芯3并不具有均勻的材料構(gòu)成，而是在不同部分由不同材料形成，并且在不同部分具有不同磁性能。具體而言，內(nèi)芯部31具有比外芯部32高的飽和磁通密度；以及，外芯部32具有比內(nèi)芯部31低的相對(duì)磁導(dǎo)率。
[0071](內(nèi)芯部)
[0072]內(nèi)芯部31是柱狀體，與線圈2的內(nèi)周形狀相符。這里，如圖2A中所示，內(nèi)芯部31在線圈2軸向的長度(下文中，簡稱為長度)大于線圈2的長度；在內(nèi)芯部31布置于線圈2內(nèi)側(cè)以穿過線圈2的狀態(tài)下，內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面31e以及其外周面中端面附近區(qū)域稍稍從線圈2端面凸出。內(nèi)芯部31的凸出長度可以適當(dāng)選擇。這里，內(nèi)芯部31以相同凸出長度從線圈2端面凸出?？商娲?，凸出長度可以不同，如下文所述第二實(shí)施例中那樣，或者，可以調(diào)整內(nèi)芯部的長度、或者內(nèi)芯部相對(duì)于線圈的布置位置，使得內(nèi)芯部只從線圈2的一個(gè)端面凸出?？商娲?，可以采用內(nèi)芯部長度等于線圈長度的另一結(jié)構(gòu)、或者內(nèi)芯部長度小于線圈長度的另一結(jié)構(gòu)。然而，如圖2A和圖4(B)中所示，內(nèi)芯部31的長度適宜等于或大于線圈2的長度，由此，由線圈2形成的磁通能充分穿過內(nèi)芯部31。
[0073]這里，內(nèi)芯部31由具有涂覆膜例如絕緣涂覆膜的軟磁材料所形成的壓坯構(gòu)成。典型地，通過壓制覆蓋有硅樹脂等所形成絕緣涂覆膜的軟磁粉、或這種軟磁粉與粘結(jié)劑適當(dāng)混合的混合粉末，接著在等于或低于絕緣涂覆膜耐熱溫度的溫度下焙燒粉末，藉此，得到壓坯。在壓坯的生產(chǎn)中，可以通過例如調(diào)整軟磁粉的材料、軟磁粉與粘結(jié)劑的混合比、或者包括絕緣涂覆膜的各種涂覆膜的量，或者通過調(diào)整壓制壓力，改變飽和磁通密度。例如，通過使用具有高飽和磁通密度的軟磁粉，通過減少所混合粘結(jié)劑的量從而增大軟磁材料的比例，或者，通過增大壓制壓力，能得到具有高飽和磁通密度的壓坯。
[0074]軟磁粉可以是，例如，鐵族金屬例如鐵(Fe)、鈷(Co)、或鎳(Ni)所形成的粉末；主要含鐵的鐵基合金所形成的粉末，例如鐵基材料如鐵-硅(Fe-Si)、鐵-鎳(Fe-Ni)、鐵-鋁(Fe-Al)、鐵-鈷(Fe-Co)、鐵-鉻(Fe-Cr)、或鐵-硅-鋁(Fe-S1-Al);稀土金屬粉末；或鐵氧體粉末。特別地，與鐵氧體相比，鐵基材料易于提供具有高飽和磁通密度的磁芯。形成于軟磁粉中的絕緣涂覆膜的構(gòu)成材料是例如磷酸鹽化合物、硅化合物、鋯化合物、鋁化合物、或硼化合物。特別地，當(dāng)構(gòu)成軟磁粉的磁性顆粒由金屬例如鐵族金屬或鐵基合金形成時(shí)，形成于磁性顆粒上的絕緣涂覆層允許渦流損耗的有效降低。粘結(jié)劑可以是例如熱塑性樹脂、非熱塑性樹脂、或者高級(jí)脂肪酸。通過上述焙燒，將這種粘結(jié)劑去除或者轉(zhuǎn)變成絕緣體例如二氧化硅。即使形狀是復(fù)雜的三維形狀時(shí)，壓坯也能相對(duì)容易地形成。另外，絕緣體(例如存在于磁性顆粒之間的絕緣涂覆膜)使磁性顆粒彼此絕緣，從而降低了渦流損耗；以及，即使將高頻功率施加于線圈，也能降低上述損耗。壓坯可以是已知的壓坯?？梢酝ㄟ^用具有期望形狀的模具進(jìn)行壓制成為一體產(chǎn)品，或者，可以通過用膠粘劑、膠帶等固定多個(gè)芯體片成為一體產(chǎn)品，藉此，獲得具有柱狀外形的內(nèi)芯部31。
[0075]這里，內(nèi)芯部31是不包括間隙件或氣隙的實(shí)心體。由于沒有間隙，允許尺寸減小。另外，間隙部中的磁漏也不會(huì)影響線圈2，因此，線圈2和內(nèi)芯部31可以布置成彼此靠近，這也有助于電抗器IA的尺寸減小。此外，由于沒有間隙，允許降低損耗以及抑制供給大電流期間電感的減小。可替代地，磁芯3可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其包括相對(duì)磁導(dǎo)率低于該壓坯的材料、以及下述復(fù)合材料，也就是，非磁性材料形成的間隙件，例如，典型地，氧化鋁板或氣隙；或者具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其包括相對(duì)磁導(dǎo)率高于I的間隙件。構(gòu)成這種間隙件的材料可以是分散有鐵、鐵-硅等磁粉的非磁性材料(舉例來說，樹脂例如不飽和聚酯)。存在相對(duì)磁導(dǎo)率高于I的間隙件(也就是，帶磁性的間隙件)，便于調(diào)節(jié)電抗器的電感。為了不使間隙件的厚度過大，間隙件具有的相對(duì)磁導(dǎo)率適宜大于I且小于或等于5，更適宜大于或等于1.1且小于或等于1.4。
[0076](外芯部)
[0077]這里，外芯部32基本上覆蓋線圈2的整個(gè)外周面和兩個(gè)端面、以及內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面31e及內(nèi)芯部31外周面的端面31e附近區(qū)域。外芯部32具有的形狀與這樣的空間相符，該空間由殼體4A內(nèi)周面以及容納在殼體4A中的線圈2和內(nèi)芯部31之組合體的外周面形成。
[0078]外芯部32布置成，使其區(qū)域與內(nèi)芯部31的兩個(gè)端面31e連接。結(jié)果，磁芯3形成閉合磁路。
[0079]外芯部32全部由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料形成。在這種復(fù)合材料的斷面中，最大氣泡直徑小于或等于300微米。
[0080]含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料典型地可以通過注射成型或澆鑄制造。在注射成型中，一般而言，將磁粉與具有流動(dòng)性的樹脂(液態(tài)樹脂)混合；在施加預(yù)定壓力的情況下，將這種液態(tài)混合物注射進(jìn)模具(包括殼體4A)以具有形狀；以及，接著使樹脂固化，從而提供復(fù)合材料。在澆鑄時(shí)，如注射成型中那樣得到液態(tài)混合物；然后，在不施加壓力的情況下，將此液態(tài)混合物注射進(jìn)模具以具有形狀，并且進(jìn)行固化，從而提供復(fù)合材料。特別地，通過制備液態(tài)混合物，并且在下述特定條件下將液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具，以及還通過執(zhí)行特定脫氣步驟，能得到最大氣泡直徑小于或等于300微米的復(fù)合材料。在第一實(shí)施例中，使用殼體4作為模具。在這種情況下，即使復(fù)合材料具有復(fù)雜形狀，也容易成型。可以制備具有期望形狀的多個(gè)成型體并組合到一起，從而形成具有期望形狀的磁芯。
[0081][氣泡]
[0082]上述復(fù)合材料的斷面可以是通過在線圈2軸向切割提供的斷面，或者是通過在正交于軸向的方向切割提供的斷面。最大氣泡直徑如下方式確定:準(zhǔn)備復(fù)合材料的多個(gè)斷面(例如，10個(gè)斷面)，這些斷面與具有一定尺寸(例如，5毫米X 7毫米)的視野相對(duì)應(yīng)；基于存在于斷面中的氣泡的輪廓，計(jì)算該輪廓的等效圓直徑(具有與氣泡相同面積的圓的直徑，該圓基于斷面中所識(shí)別出的氣泡輪廓來確定)，并將該等效圓直徑視為氣泡直徑；以及，確定多個(gè)斷面中氣泡直徑的最大值。通過用光學(xué)顯微鏡(以約10倍~約50倍的放大倍數(shù))等觀察斷面，并且用可商購的圖像處理系統(tǒng)對(duì)觀察到的圖像進(jìn)行圖像處理，可以容易地進(jìn)行氣泡輪廓的提取、以及等效圓直徑的計(jì)算?？紤]到對(duì)磁性能以及損耗的影響，氣泡適宜盡可能小。據(jù)此，最大氣泡直徑適宜盡可能小，也就是，小于或等于200微米，更適宜小于或等于100微米。
[0083]當(dāng)最大直徑小于或等于300微米的氣泡大量存在時(shí)，與大氣泡存在的情況一樣，由于氣泡導(dǎo)致磁通繞過,會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料中磁感應(yīng)線分布的局部變化,這會(huì)導(dǎo)致磁性能降低或?qū)崧式档?。為此，除了最大氣泡直徑小于或等?00微米的特征之外，氣泡的數(shù)量也適宜盡可能少。也就是，氣泡自身的含量適宜盡可能低。具體而言，復(fù)合材料的這種斷面中氣泡的總面積百分比適宜小于或等于I %。此外，在300微米直徑的單個(gè)球狀氣泡存在的情況下，復(fù)合材料的這種斷面中的氣泡總面積百分比更適宜小于或等于越過此氣泡直徑的截面圓的面積百分比，具體而言，小于或等于0.2%。注意，越過直徑300微米(0.3毫米)的球狀氣泡直徑的截面圓的面積為:(0.15毫米半徑的平方)X π ^ 0.07平方毫米。據(jù)此，當(dāng)僅這種球狀氣泡出現(xiàn)時(shí)，相對(duì)于具有視野尺寸5毫米X 7毫米(35平方毫米)的斷面面積，越過此氣泡直徑的截面圓的面積百分比為:(0.07/35) XlOO = 0.2%。
[0084] 上述總面積百分比表示，相對(duì)于上述具有5毫米X7毫米尺寸視野中斷面面積的氣泡總面積百分比。視野可以具有例如矩形形狀或方形形狀，只要其具有35±5平方毫米的面積即可。
[0085][磁粉]
[0086]構(gòu)成外芯部32復(fù)合材料的磁粉可以具有與構(gòu)成內(nèi)芯部31壓坯的上述軟磁粉相同或不同的成分。構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料具有相對(duì)高的樹脂含量，樹脂是非磁性材料。據(jù)此，即使該磁粉是成分與構(gòu)成內(nèi)芯部31的壓坯相同的軟磁粉，與壓坯相比，外芯部32具有更低的飽和磁通密度以及更低的相對(duì)磁導(dǎo)率。構(gòu)成外芯部32的磁粉適宜是由鐵基材料(例如純鐵粉)或鐵基合金粉末構(gòu)成的粉末。磁粉可以是由不同材料構(gòu)成的多種粉末的混合物。特別地，在磁粉由金屬材料構(gòu)成的情況下，當(dāng)這種粉末是涂覆粉末，在構(gòu)成此粉末的顆粒表面上具有由磷酸鹽等形成的絕緣涂覆膜，此時(shí)，能降低渦流損耗。
[0087]構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料的磁粉具有的平均粒徑適宜為大于或等于I微米且小于或等于1000微米，特別地，大于或等于10微米且小于或等于500微米。這里，構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料的磁粉具有與用作原料的粉末大致相同的尺寸(維持該尺寸)。當(dāng)使用尺寸在這種范圍內(nèi)的粉末作為原料粉末時(shí)，液態(tài)混合物具有較高的流動(dòng)性，因此，能以高生產(chǎn)率制造復(fù)合材料。磁粉可以含有具有不同粒徑的多種磁粉。通過使用磁粉中含有細(xì)粉和粗粉的復(fù)合材料來構(gòu)成磁芯，易于得到具有高飽和磁通密度并呈現(xiàn)低損耗的電抗器。
[0088]構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料中，磁粉相對(duì)于復(fù)合材料(100% )的含量可以大于或等于30體積％且小于或等于70體積％，大于或等于40體積％且小于或等于65體積％，特別地，大于或等于40體積％且小于或等于60體積％。當(dāng)磁粉含量大于或等于30體積％時(shí)，磁粉的比例足夠高，因此，易于增強(qiáng)磁性能例如飽和磁通密度。特別地，在磁粉由飽和磁通密度為約2特斯拉(T)的材料(例如鐵或鐵_硅合金)構(gòu)成的情況下，當(dāng)磁粉含量大于或等于30體積％時(shí)，易于達(dá)到大于或等于0.6特斯拉的飽和磁通密度；以及，當(dāng)含量大于或等于40體積％時(shí)，易于達(dá)到大于或等于0.8特斯拉的飽和磁通密度。當(dāng)磁粉含量小于或等于70體積％時(shí)，在生產(chǎn)期間可以容易地進(jìn)行磁粉與樹脂之間的混合，并實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率。
[0089][樹脂]
[0090]作為構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料中粘結(jié)劑的樹脂，典型實(shí)施例包括熱固性樹脂例如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、硅樹脂、氨基甲酸乙酯樹脂、以及不飽和聚酯。其它合適作為粘結(jié)劑的樹脂包括熱塑性樹脂、冷固化樹脂、以及低溫固化樹脂。熱塑性樹脂的實(shí)施例包括聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚酰亞胺樹脂、以及氟碳樹脂。
[0091][含有的其它成分]
[0092]在復(fù)合材料的構(gòu)成中，磁粉以及作為粘結(jié)劑的樹脂可以與陶瓷形成的填料(典型地，非磁性粉末)混合，陶瓷例如氧化鋁或二氧化硅。通過添加比重低于磁粉的填料，能抑制磁粉的不均勻分布，以提供整個(gè)復(fù)合材料中磁粉均勻分散的復(fù)合材料。當(dāng)填料由具有高導(dǎo)熱率的材料構(gòu)成時(shí)，填料能有助于增強(qiáng)散熱能力。填料相對(duì)于復(fù)合材料(100質(zhì)量％)的含量可以大于或等于0.2質(zhì)量％。填料的含量越高，例如抑制磁粉不均勻分布以及增強(qiáng)散熱能力的效果越佳。據(jù)此，填料的含量適宜大于或等于0.3質(zhì)量％，更宜大于或等于0.5質(zhì)量％。然而，當(dāng)填料的含量過高時(shí)，磁粉的比例變低。據(jù)此，填料的含量適宜小于或等于20質(zhì)量％，更宜小于或等于15質(zhì)量特別地,優(yōu)選小于或等于10質(zhì)量％。當(dāng)填料具有的粒徑比磁粉小時(shí)，填料趨于存在于磁性顆粒之間，并且易于抑制由于添加填料導(dǎo)致的磁粉比例降低。
[0093]這里，外芯部32由復(fù)合材料構(gòu)成，該復(fù)合材料含有環(huán)氧樹脂、以及在鐵基材料(純鐵)所形成顆粒的表面上具有絕緣涂覆膜的涂覆粉末，并且具有小于或等于75微米的平均粒徑(復(fù)合材料中純鐵粉的含量:45體積％ )。
[0094][磁粉的分布狀態(tài)]
[0095]在復(fù)合材料中磁粉的典型配置中，構(gòu)成粉末的磁性顆粒均勻地分散在復(fù)合材料中?？商娲?，如下文所述，通過增加脫氣步驟中的保持時(shí)間，可以提供另外的結(jié)構(gòu)，其中，磁粉大量分布于模具的底面?zhèn)?這里，殼體4A的底面40側(cè))。具體而言，關(guān)于這種結(jié)構(gòu)，在外芯部32中，將分布于殼體4A底面40側(cè)的磁粉比例與分布于和底面40相對(duì)的開口側(cè)的磁粉比例相比較，底面40側(cè)的分布比例更大。
[0096][形狀]
[0097]外芯部32的形狀沒有特別限制，只要能形成閉合磁路即可。這里，如上所述，構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料大致覆蓋線圈2和內(nèi)芯部31之組合體的整個(gè)外周。據(jù)此，外芯部32還起到用于線圈2和內(nèi)芯部31密封材料的作用，以增強(qiáng)使線圈2免受外部環(huán)境影響的保護(hù)作用、以及對(duì)線圈2的機(jī)械保護(hù)。
[0098]例如，可以提供這樣一種結(jié)構(gòu)，其中線圈2外周的一部分沒有被構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料覆蓋。這種結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施例包括:一種結(jié)構(gòu)，其中使線圈2外周面中的一區(qū)域(該區(qū)域位于殼體4A的開口側(cè))露出而沒有被復(fù)合材料覆蓋；以及一種結(jié)構(gòu)，其中在殼體4A的底面中形成槽部，該槽部可以容納線圈2的一區(qū)域(該區(qū)域位于底面?zhèn)?的一部分，以及，容納在此槽部中的部分沒有被復(fù)合材料覆蓋。在這樣一種結(jié)構(gòu)中，在線圈2中，使位于開口側(cè)并且離殼體4A底面最遠(yuǎn)的區(qū)域露出，或者增大與殼體4A接觸的面積，結(jié)果，使散熱能力增強(qiáng)。在使線圈2的區(qū)域露出的結(jié)構(gòu)中，適宜設(shè)置蓋住殼體開口的蓋子。當(dāng)此蓋子由導(dǎo)電材料例如金屬(可以是與殼體中相同的材料)形成時(shí)，能抑制從線圈2的露出區(qū)域向外部的磁漏，并且此蓋子也可以用作散熱路徑。
[0099]可替代地，可以提供另一結(jié)構(gòu)，其中，在殼體4A的內(nèi)底面40i上另外布置用于線圈2的定位件(未示出)，并且，線圈2與該定位件接觸的區(qū)域沒有被構(gòu)成外芯部的復(fù)合材料覆蓋。出于增強(qiáng)線圈2與殼體4A之間絕緣的目的，定位件的材料適宜是絕緣材料；以及，當(dāng)此材料具有較高散熱能力時(shí)，能增強(qiáng)散熱能力。用構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料密封定位件和線圈2，使得定位件與線圈2的相對(duì)位置固定。
[0100]可以提供一種結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)芯部31的區(qū)域沒有被構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料覆蓋。在這種結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，設(shè)置支撐件，其支撐內(nèi)芯部31從線圈2端面凸出的區(qū)域，并且，內(nèi)芯部31與支撐件相接觸的區(qū)域沒有被復(fù)合材料覆蓋。支撐件確定內(nèi)芯部31相對(duì)于殼體4A的位置；以及，作為內(nèi)芯部31位置得到確定的結(jié)果，也能確定線圈2的位置。另外，通過用構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料進(jìn)行密封，實(shí)現(xiàn)這些位置處的固定。據(jù)此，當(dāng)設(shè)置支撐件時(shí)，可以省略上述用于線圈2的定位件。當(dāng)內(nèi)芯部31和線圈2固定于適當(dāng)位置處時(shí)，易于使電感成為設(shè)定值。支撐件可以是整體形成為殼體4A—部分的部件，或者可以是由復(fù)合材料或其它材料形成的獨(dú)立部件。此外，通過由具有高散熱能力的材料形成支撐件，能增強(qiáng)散熱能力。在這樣的結(jié)構(gòu)中，其中，調(diào)整支撐件的尺寸，使得在支撐件支撐內(nèi)芯部31的同時(shí)，在線圈2與殼體4A的內(nèi)底面40i之間形成間隙，能增強(qiáng)線圈2與內(nèi)底面40i之間的絕緣；以及，在線圈2與內(nèi)底面40i互相接觸的結(jié)構(gòu)中，能增強(qiáng)散熱能力。
[0101][內(nèi)芯部與外芯部之間的結(jié)合]
[0102]內(nèi)芯部31與外芯部32之間的結(jié)合，不是由膠粘劑實(shí)現(xiàn)的，而是由構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料的樹脂實(shí)現(xiàn)該結(jié)合。這里，外芯部32也不包括間隙件或氣隙。因此，磁芯3是一體件，其完全不包括間隙件。據(jù)此，關(guān)于電抗器1A，磁芯3的制造并不需要使用膠粘劑等的結(jié)合步驟，因此，電抗器IA能以高生產(chǎn)率生產(chǎn)。
[0103]可替代地，內(nèi)芯部31和外芯部32之間的結(jié)合可以用膠粘劑實(shí)現(xiàn)。在設(shè)置有間隙件的另一結(jié)構(gòu)中，內(nèi)芯部31、外芯部32、以及間隙件之間的結(jié)合可以用膠粘劑實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用膠粘劑進(jìn)行結(jié)合時(shí)，可以通過多個(gè)獨(dú)立的結(jié)合步驟進(jìn)行結(jié)合。當(dāng)膠粘劑的量足夠少時(shí)，認(rèn)為膠粘劑不會(huì)實(shí)質(zhì)上起到間隙件的作用。
[0104](磁性能)
[0105]這里，內(nèi)芯部31具有的飽和磁通密度大于或等于1.6特斯拉、并且為外芯部32飽和磁通密度的1.2倍或更大，以及，具有大于或等于100且小于或等于500的相對(duì)磁導(dǎo)率；外芯部32具有的飽和磁通密度大于或等于0.5特斯拉、且低于內(nèi)芯部31的飽和磁通密度，并且具有大于或等于5、且小于或等于30的相對(duì)磁導(dǎo)率；以及，由內(nèi)芯部31和外芯部32構(gòu)成(在二者之間實(shí)質(zhì)上沒有間置間隙件和氣隙的情況下)的整個(gè)磁芯3具有大于或等于
10、且小于或等于100的相對(duì)磁導(dǎo)率。在獲得一定磁通的情況下，內(nèi)芯部的飽和磁通密度的絕對(duì)值越高，以及內(nèi)芯部的飽和磁通密度相比于外芯部越大，越容易使內(nèi)芯部的斷面面積減小。據(jù)此，在內(nèi)芯部具有高飽和磁通密度的結(jié)構(gòu)中，在所得到的磁通與整個(gè)磁芯具有均勻飽和磁通密度的磁芯中相同的情況下，能減小內(nèi)芯部的斷面面積，這能有助于減小電抗器的尺寸。內(nèi)芯部31具有的飽和磁通密度適宜大于或等于1.8特斯拉，更宜大于或等于2特斯拉，但其上限沒有限定；以及，內(nèi)芯部31具有的飽和磁通密度適宜是外芯部32的1.5倍或更大，更宜為1.8倍或更大，但其上限沒有限定。取代壓坯，通過使用以硅鋼片為代表的磁性鋼片的層疊結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯部的飽和磁通密度趨于進(jìn)一步提高。另一方面，例如，當(dāng)外芯部32的相對(duì)磁導(dǎo)率低于內(nèi)芯部31的相對(duì)磁導(dǎo)率時(shí)，磁通趨于通過內(nèi)芯部31。通過設(shè)置具有低相對(duì)磁導(dǎo)率的部分，能抑制磁飽和，因此，能提供具有無隙結(jié)構(gòu)的磁芯3。
[0106][線圈與磁芯之間的間置件]
[0107]為了增強(qiáng)線圈2與磁芯3之間的絕緣，可以提供一種結(jié)構(gòu)，其中可以將絕緣件間置于線圈2和磁芯3之間。例如，絕緣件可以附著于線圈2的外周面或內(nèi)周面，或者線圈2的外周面或內(nèi)周面可以被絕緣紙或絕緣片覆蓋?？商娲?，在內(nèi)芯部31外側(cè)或線圈2外側(cè)可以布置筒狀絕緣體。適合用于形成絕緣體的材料是絕緣樹脂例如PPS樹脂、液晶聚合物(LCPs)、以及聚四氟乙烯(PTFE)樹脂。當(dāng)絕緣體由在內(nèi)芯部31或線圈2徑向可分開的可分離片構(gòu)成時(shí)，絕緣體能容易地布置在內(nèi)芯部31外側(cè)或線圈2外側(cè)。當(dāng)設(shè)置筒狀體，其布置于內(nèi)芯部31外側(cè)并且具有自兩端周緣向外側(cè)凸出的環(huán)形凸緣，此時(shí)，線圈2的端面可以被凸緣覆蓋。
[0108]可替代地，例如，可以提供一種線圈成型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，其中線圈2的外周面、內(nèi)周面、以及端面被絕緣樹脂覆蓋。通過調(diào)整覆蓋線圈2內(nèi)周面的樹脂的厚度，此樹脂可以用來確定內(nèi)芯部31的位置?？商娲兀梢蕴峁┮环N線圈成型產(chǎn)品，其中用絕緣樹脂使線圈2和內(nèi)芯部31成型為一體。在這種情況下，線圈2和內(nèi)芯部31的一體產(chǎn)品能容易地容納在殼體4A中。絕緣樹脂也能具有維持線圈2形狀的功能，或者，維持線圈2處于從其自然長度狀態(tài)被壓縮狀態(tài)的功能。如上所述，線圈成型產(chǎn)品允許容易地處理線圈2、以及減小線圈2的軸向長度。在線圈成型產(chǎn)品中，樹脂的厚度可以是例如約I毫米?約10毫米。線圈成型產(chǎn)品可以通過例如日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開N0.2009-218293中所描述的生產(chǎn)方法制造。成型可以通過注射成型、傳遞成型、或者澆鑄進(jìn)行。能適合用作絕緣樹脂的樹脂是熱固性樹脂(例如環(huán)氧樹脂)以及熱塑性樹脂(例如PPS樹脂和LCPs)。當(dāng)使用混有填料(該填料由選自氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、以及碳化硅中的至少一種陶瓷構(gòu)成)的絕緣樹脂時(shí)，能增強(qiáng)散熱能力。
[0109]在線圈2中，相比于匝形成部，可以將高電壓施加于從匝形成部伸出的導(dǎo)線2w延伸部。據(jù)此，在導(dǎo)線2w延伸部的至少一部分中，該部分與磁芯3 (外芯部32)接觸，該部分可以被絕緣樹脂覆蓋；絕緣材料例如絕緣紙、膠布絕緣帶(例如，聚酰亞胺帶)、或絕緣膜(例如，聚酰亞胺膜)可以纏繞于該部分周圍；該部分可以用絕緣材料浸涂；或者在該部分中可以布置絕緣管(熱縮管或冷縮管)。結(jié)果，能增強(qiáng)線圈2與磁芯3 (這里，特別是外芯部32)之間的絕緣性能。
[0110][殼體]
[0111]典型地，殼體4A可以是長方體形盒件，其由具有矩形板形狀的底面40、以及具有矩形框形狀并且自底面40豎立的側(cè)壁41構(gòu)成，該部件在與底面40相對(duì)的一側(cè)具有開口。注意，殼體4A的底面40表示，在電抗器IA安裝于安裝基座時(shí)，與安裝基座相接觸的表面。這里，示出了底面40朝下放置的結(jié)構(gòu)；可替代地，底面40可以面向側(cè)面(圖1中，向左或向右)或面向上。當(dāng)殼體4A安裝于安裝基座例如冷卻基座時(shí)，底面40作為冷卻面，并且將線圈2的熱量通過殼體4A傳導(dǎo)至安裝基座，使線圈2得到冷卻。
[0112]典型地，使用殼體4A作為外殼，其容納線圈2與磁芯3的組合體，以保護(hù)組合體免受外部環(huán)境的灰塵及腐蝕的影響，并且機(jī)械保護(hù)組合體；以及，殼體4A還用作散熱路徑。據(jù)此，適合用作殼體4A構(gòu)成材料的是具有高導(dǎo)熱率的材料，適宜為導(dǎo)熱率高于鐵磁粉等的材料，例如，金屬例如鋁、鋁合金、鎂或者鎂合金。這些鋁、鎂及其合金重量輕，因此也適合作為需要減重的車輛部件的構(gòu)成材料。另外，由于鋁、鎂及其合金是非磁性材料并且還是導(dǎo)電材料，能有效地抑制向殼體4A外部的磁漏。這里，殼體4A由鋁合金構(gòu)成。
[0113]如圖2A和圖2B中所示，底面40可以具有前表面和后表面(內(nèi)底面40i和外底面40ο)，其為平面。可替代地，如上所述，通過采用設(shè)置有與線圈2外周形狀相符的槽部、或者設(shè)置有支撐內(nèi)芯部31的支撐件的結(jié)構(gòu)，線圈2或內(nèi)芯部31的熱量易于傳導(dǎo)至殼體4A，并能增強(qiáng)散熱能力。另外，通過采用在側(cè)壁41上設(shè)置散熱片等的結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)散熱能力。
[0114]另外，如圖1中所示，殼體4A配置有安裝部45，該安裝部45具有螺栓孔45h，用于通過固定部件例如螺栓將電抗器IA固定至安裝基座。安裝部45的存在，允許通過固定部件例如螺栓將電抗器IA容易地固定至安裝基座。具有這種結(jié)構(gòu)的殼體4A易于通過鑄造、切削、塑性加工等生產(chǎn)。
[0115]為了增強(qiáng)線圈2與殼體4A之間的絕緣，可以采用在線圈2與殼體4A之間布置上述絕緣材料的結(jié)構(gòu)?？梢圆贾么私^緣材料，使得能保證線圈2與殼體4A之間所要求的最小絕緣性能；當(dāng)絕緣材料盡可能薄時(shí)，能增強(qiáng)散熱能力，并且還能實(shí)現(xiàn)尺寸減小。當(dāng)絕緣材料由具有高導(dǎo)熱率的材料形成時(shí)，能進(jìn)一步增強(qiáng)散熱能力。當(dāng)絕緣材料是絕緣膠粘劑時(shí)，能可靠地將線圈2固定至殼體4A，并且還能保證絕緣。特別地，當(dāng)此膠粘劑具有高導(dǎo)熱率時(shí)，例如，含有具有高導(dǎo)熱率和高電絕緣性的填料(例如氧化鋁)的膠粘劑，能增強(qiáng)散熱能力。
[0116]電抗器IA具有橫式結(jié)構(gòu),其中線圈2容納為相對(duì)于殼體4A水平取向。在橫式結(jié)構(gòu)中，線圈2外周面與殼體4A內(nèi)底面40i之間的接觸面積趨于較大，以及,線圈2外周面的區(qū)域、靠近殼體4A內(nèi)底面40i的區(qū)域，也就是靠近于安裝基座的區(qū)域，趨于較大。據(jù)此，在橫式結(jié)構(gòu)中，線圈2的熱量能有效地傳導(dǎo)至殼體4A，并且，通過與安裝基座相接觸的殼體4A外底面40ο，將此熱量傳導(dǎo)至安裝基座。所以，橫式結(jié)構(gòu)具有高散熱能力。[0117][應(yīng)用]
[0118]具有上述這種結(jié)構(gòu)的電抗器1A，能適合在下列電氣條件下的應(yīng)用中使用，其中，例如，最大電流(直流)為約100安培?約1000安培，平均電壓為約100伏特?約1000伏特，以及，所使用頻率為約5千赫茲?約100千赫茲:典型地，用于電動(dòng)車或混合電動(dòng)車的車載功率變換裝置的部件。
[0119][電抗器尺寸]
[0120]當(dāng)使用電抗器IA作為車載部件時(shí)，包括殼體4A的電抗器IA的體積適宜為約0.2升(200立方厘米)?約0.8升(800立方厘米)。具體而言，在線圈具有圓形端面的情況下，內(nèi)徑可以為20毫米?80毫米，以及，匝數(shù)可以是30?70 ;在內(nèi)芯部具有筒狀外形的情況下，直徑可以為10毫米至70毫米，以及，高度(軸向長度)可以為20毫米至120毫米；以及，長方體盒形殼體底面的邊可以具有30毫米至100毫米的長度。在此實(shí)施例中，該體積為約500立方厘米。
[0121][電抗器的制造方法]
[0122]按照下列方法，可以制造包括下述外芯部32的電抗器1A，該外芯部32由最大氣泡直徑小于或等于300微米的復(fù)合材料形成。
[0123](準(zhǔn)備步驟)
[0124]首先，準(zhǔn)備作為模具的殼體4A，以及，要容納在殼體4A中的線圈2和內(nèi)芯部31之組合體?？梢圆捎眠@樣一種結(jié)構(gòu)，其中，前述絕緣材料間置于線圈2和內(nèi)芯部31之間。
[0125](混合步驟)
[0126]準(zhǔn)備期望磁粉以及期望樹脂和可選的非磁性粉末，將這些材料置于容器中，并進(jìn)行混合及攪拌，以制備液態(tài)混合物。特別地，在混合步驟期間，進(jìn)行脫氣。脫氣可以通過真空處理進(jìn)行?；旌喜襟E的最終真空度適宜為約10帕?約1000帕。這里，選擇約500帕?；旌喜襟E最有可能從大氣引入氣體(主要是空氣)，并且所引入的氣體趨于殘留成為復(fù)合材料中的氣泡。據(jù)此，通過在脫氣下進(jìn)行混合，易于減小復(fù)合材料中氣泡的大小及數(shù)量。用可商購的配置有脫氣機(jī)構(gòu)(其允許容器脫氣)的攪拌裝置，能容易地進(jìn)行此混合步驟。注意，混合步驟可以在室溫(約20°C至約25°C )下進(jìn)行。
[0127](填充步驟)
[0128]一般而言，熱固性樹脂和熱塑性樹脂的溫度越高，則粘度越低，并且，流動(dòng)性越高。據(jù)此，在從混合步驟將液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具(這里，殼體4A)的過程中，使液態(tài)混合物的溫度升高。該溫度低于液態(tài)混合物粘度最小時(shí)的溫度Tmin，低的程度大于或等于5°C、并且小于或等于20°C。具體而言，此溫度T1選自(Tmin-20) 1:至(Tmin_5) °C。通過將液態(tài)混合物的溫度設(shè)定為T1 (V )，可以使液態(tài)混合物呈現(xiàn)足夠低的粘度，以易于填充。
[0129]通過以期望的比例混合期望磁粉、期望樹脂、以及可選非磁性粉末來制備液態(tài)混合物，并且預(yù)先檢查溫度與液態(tài)混合物粘度之間的關(guān)系，可以確定期望液態(tài)混合物的溫度Tmin?；跍囟萒min，可以確定溫度1\。在制備具有多種組成的磁粉和樹脂的情況下，預(yù)先制造具有不同混合量的多種液態(tài)混合物，并且預(yù)先確定這些液態(tài)混合物的粘度-溫度關(guān)系，以提供測(cè)量數(shù)據(jù)，通過參照此測(cè)量數(shù)據(jù)，能容易地確定期望液態(tài)混合物的溫度Tmin。
[0130]另外，將模具(這里，容納準(zhǔn)備好的組合體的殼體4A)的溫度設(shè)定為選自上述溫度范圍(Tmin-20) °C至(Tmin_5) °C的溫度T2 (°C )。結(jié)果，液態(tài)混合物與模具之間的溫差較小(最大為15°C )?？梢韵簯B(tài)混合物與模具之間的溫差，使得液態(tài)混合物與模具設(shè)定為相同的溫度(T1 = T2)。與液態(tài)混合物和模具中的至少之一處于室溫的情況相比，通過將液態(tài)混合物與模具的溫度都設(shè)定為預(yù)定溫度0\、T2),容易排出液態(tài)混合物中的氣泡。另外，由于液態(tài)混合物與模具之間的溫差較小(最大為15°C )，能抑制下列現(xiàn)象:填充進(jìn)入模具的液態(tài)混合物被模具加熱從而導(dǎo)致粘度的增大，或者液態(tài)混合物被模具冷卻從而使氣泡排出困難。將溫度為T1 Ce)的液態(tài)混合物填充進(jìn)入溫度ST2CC)的模具。在填充期間還進(jìn)行真空處理(適宜地，最終真空度小于或等于1000帕)，氣泡量趨于進(jìn)一步減少。也可以通過將模具放置在恒溫槽中以使模具能維持于恒定溫度，執(zhí)行填充步驟。這里，溫度Tmin為80°C，以及，液態(tài)混合物的溫度T1和模具(殼體4A)的溫度T2設(shè)定為70°C ((Tmin-1O) V )。
[0131](脫氣步驟)
[0132]將液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具(這里，殼體4A)之后，將液態(tài)混合物以Tmin± 5 (°C )的溫度在脫氣狀態(tài)下保持預(yù)定時(shí)間。作為在溫度TminCC)左右保持液態(tài)混合物的結(jié)果，液態(tài)混合物呈現(xiàn)最小粘度，因此，液態(tài)混合物中的氣泡趨于移動(dòng)，并且易于從液態(tài)混合物中排出。另外，通過真空處理進(jìn)行脫氣，已從液態(tài)混合物排出的氣泡能可靠地排向外部。特別地，通過將最終真空度設(shè)定為達(dá)到小于或等于I帕，便于氣泡的排出。
[0133]保持溫度適宜為Tmin±3(°C )，更宜為TminCC )。最終真空度適宜小于或等于0.1帕，更宜小于或等于0.01帕(IX 10_2帕)。保持時(shí)間取決于例如液態(tài)混合物中樹脂的粘度、或者液態(tài)混合物中磁粉的含量。例如，保持時(shí)間可以是約10分鐘至約20分鐘。脫氣步驟能通過真空處理進(jìn)行，同時(shí)將模具(這里，殼體4A)置于恒溫槽中。這里，采用了 80°C的保持溫度、約15分鐘的保持時(shí)間、以及1X10—2帕的最終真空度。注意，用可商購的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)測(cè)量80°C下樹脂的粘度、以及液態(tài)混合物的粘度，以及，發(fā)現(xiàn)樹脂具有約I帕.秒的粘度，并且發(fā)現(xiàn)液態(tài)混合物具有約4帕.秒的粘度。
[0134]這里，按照常規(guī)做法，在生產(chǎn)復(fù)合材料的情況下，為了達(dá)到使磁粉均勻分布在復(fù)合材料中的狀態(tài)，在將液態(tài)混合物填充進(jìn)入模具(包括殼體)之后，在磁粉發(fā)生沉降之前盡可能快地使樹脂固化。與之不同，在本發(fā)明中，在填充液態(tài)混合物之后，有意地執(zhí)行這樣的步驟:不僅簡單進(jìn)行真空處理，而且在液態(tài)混合物呈現(xiàn)最小粘度的溫度下將液態(tài)混合物保持預(yù)定時(shí)間。據(jù)此，本發(fā)明可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，所得到復(fù)合材料中磁粉的量在模具(這里，殼體4A)底面?zhèn)却笥谠谀＞唛_口側(cè)。特別地，當(dāng)增大上述保持時(shí)間(例如，大于或等于30分鐘)時(shí)，趨于提供一種結(jié)構(gòu)，其中磁粉集中于模具(這里，殼體4A)的底面?zhèn)取Ｍㄟ^添加上述由非磁性粉末形成的填料，能抑制復(fù)合材料中磁粉的不均勻分布。注意，與下述豎式結(jié)構(gòu)中相比，在橫式結(jié)構(gòu)的情況下，磁粉在殼體4A底面?zhèn)燃械牟痪鶆蚍植紝?duì)電感的影響較小。另外，通過使用集中于殼體底面?zhèn)鹊拇欧圩鳛樯崧窂?，線圈的熱量能容易地傳導(dǎo)至殼體的底面，并且能增強(qiáng)散熱能力。
[0135](固化步驟)
[0136]在脫氣步驟之后，使樹脂固化。可以根據(jù)樹脂適當(dāng)?shù)剡x擇固化溫度。在增加樹脂交聯(lián)密度的情況下，可以執(zhí)行兩段固化步驟，將樹脂保持于固化溫度，然后，將樹脂保持于允許增加交聯(lián)密度的溫度。在該固化步驟中，不必進(jìn)行真空處理；然而，當(dāng)在脫氣步驟期間在恒溫槽中建立真空、接著在恒溫槽中執(zhí)行固化步驟時(shí)，可以在真空狀態(tài)下執(zhí)行固化。這里，執(zhí)行上述兩段固化步驟，其中，以120°C的保持溫度、2小時(shí)的保持時(shí)間執(zhí)行第一段，并以150°C的保持溫度、4小時(shí)的保持時(shí)間執(zhí)行第二段。作為樹脂固化的結(jié)果，可以形成外芯部32,同時(shí),能提供電抗器1A。
[0137]在使用冷固化樹脂或低溫固化樹脂作為復(fù)合材料中樹脂的情況下，通過使用在室溫或預(yù)定低溫下具有足夠低粘度的樹脂，并且采用上述生產(chǎn)方法中除溫度條件以外的條件(在脫氣下攪拌、以及在脫氣下保持預(yù)定時(shí)間)，能得到最大氣泡直徑小于或等于300微米的復(fù)合材料。
[0138]圖3A:實(shí)施例示出電抗器IA的外芯部32斷面的顯微照片。如圖3A中所示，作為由包括上述特定脫氣步驟的生產(chǎn)方法形成外芯部32的結(jié)果，構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料中最大氣泡直徑小于或等于300微米。另外，在此實(shí)施例中，氣泡的數(shù)量非常少，并且氣泡大體上不存在。另一方面，在比較例中，沒有執(zhí)行上述特定脫氣步驟:緊接在執(zhí)行上述填充步驟之后，執(zhí)行固化步驟，以生產(chǎn)電抗器；以及，用顯微鏡類似方式觀察外芯部的剖面。結(jié)果，如圖3B中所示，在比較例的電抗器中，構(gòu)成外芯部的復(fù)合材料中含有氣泡，其具有大于300微米(0.3毫米)的最大直徑。在這種實(shí)施例中,最大氣泡直徑大于或等于500微米(0.5毫米)，并且氣泡數(shù)量也較多。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料斷面中的氣泡面積百分比(對(duì)于出現(xiàn)在復(fù)合材料斷面(5毫米X 7毫米)中的所有氣泡，氣泡的總面積相對(duì)于斷面(5毫米X 7毫米)的百分比)為1.4%。類似方式觀察復(fù)合材料的其它斷面，并且類似方式測(cè)量氣泡面積百分比；發(fā)現(xiàn)氣泡的面積百分比為2.8%和3.7%。如上所述，在比較例的電抗器所含有的復(fù)合材料中，存在大氣泡，并且復(fù)合材料的各斷面中氣泡的面積百分比沒有達(dá)到小于或等于I %。
[0139][優(yōu)點(diǎn)]
[0140]在電抗器IA中，由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料構(gòu)成磁芯3的一部分，以及，在該復(fù)合材料中，最大氣泡直徑小于或等于300微米。據(jù)此，能減少損耗，并且，能抑制磁性能的降低。所以，電抗器IA是呈現(xiàn)低損耗且具有優(yōu)良磁性能的電抗器。
[0141]另外，在電抗器IA中，外芯部32由復(fù)合材料形成。據(jù)此，即使外芯部32具有局部覆蓋線圈2或內(nèi)芯部31的復(fù)雜形狀時(shí)，外芯部32也能容易地形成。
[0142]此外，在電抗器IA中，外芯部32由復(fù)合材料形成；并且，通過使用殼體4A作為模具，形成外芯部32，同時(shí)，構(gòu)成外芯部32的樹脂導(dǎo)致內(nèi)芯部31與外芯部32之間的結(jié)合，以形成磁芯3，結(jié)果，能生產(chǎn)出電抗器1A。據(jù)此，生產(chǎn)步驟的數(shù)量較少。另外，由于電抗器IA具有無隙結(jié)構(gòu)，不需要進(jìn)行間隙件的結(jié)合步驟?？紤]到這些方面，就生產(chǎn)率而言電抗器IA也是優(yōu)良的。
[0143]此外，電抗器IA具有單個(gè)線圈2，并且具有橫式結(jié)構(gòu)，其中將此線圈2容納在殼體4A中，使得線圈2的軸向與殼體4A的外底面40ο大致平行。據(jù)此，線圈2的外周面與殼體4Α之間的距離較短，并且實(shí)現(xiàn)了高散熱能力。電抗器IA也不龐大，并具有較小尺寸。
[0144]另外，由于外芯部32由復(fù)合材料形成，提供了下列優(yōu)點(diǎn):(I)外芯部32的磁性能能容易地改變；⑵覆蓋線圈2外周的材料含有磁粉，因此，相比于該材料僅由樹脂形成的情況，導(dǎo)熱率較高，并且提供了高散熱能力；以及(3)由于外芯部32含有樹脂成分，即使殼體4Α具有開口，也能保護(hù)線圈2和內(nèi)芯部31免受外部環(huán)境影響并加以機(jī)械保護(hù)。
[0145]《第二實(shí)施例》
[0146]參照?qǐng)D4Α和圖4Β，說明第二實(shí)施例中的電抗器1Β。電抗器IB的基本結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例中電抗器IA的相同。電抗器IB包括線圈2、磁芯3、以及容納該線圈2和磁芯3的殼體4B。磁芯3包括布置成穿過線圈2的內(nèi)芯部31、以及覆蓋線圈2外周的外芯部32。外芯部32由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料形成。在這種復(fù)合材料中，最大氣泡直徑小于或等于300微米。電抗器IB不同于電抗器IA之處在于線圈2的容納結(jié)構(gòu)。下文中，具體說明此區(qū)別及其優(yōu)點(diǎn)。省略對(duì)與第一實(shí)施例共有的其它結(jié)構(gòu)以及優(yōu)點(diǎn)的具體說明。
[0147]殼體4B包括具有矩形板形狀的底面40、以及具有矩形框形狀并且從底面40豎立的側(cè)壁41。
[0148]線圈2容納在殼體4B中，使得在殼體4B的內(nèi)底面40i上，線圈2的軸線與底面40 (外底面40ο)垂直(下文中，這種結(jié)構(gòu)稱為豎式結(jié)構(gòu))。另外,還容納有穿過線圈2的內(nèi)芯部31，使得內(nèi)芯部31的軸線與底面40垂直；以及，內(nèi)芯部31的端面31e與殼體4Β的內(nèi)底面40i接觸。外芯部32覆蓋:殼體4B中所容納線圈2的外周面，靠近一個(gè)端面31e的內(nèi)芯部31外周面區(qū)域，內(nèi)芯部31的另一端面31e，以及，靠近另一端面31e的內(nèi)芯部31外周面區(qū)域。
[0149]如圖4B中所示，在殼體4B中，為了將線圈2布置在殼體4B中部，設(shè)置用于線圈2的定位件(未示出)。定位件可以是整體形成為殼體4B—部分的部件，或者，可以是由例如構(gòu)成外芯部32的復(fù)合材料形成的獨(dú)立部件?？梢圆捎靡环N結(jié)構(gòu)，其中還設(shè)置有用于內(nèi)芯部31的定位件(未示出；例如，從內(nèi)底面40i凸出的凸部)。
[0150]在具有豎式結(jié)構(gòu)的電抗器IB中，可以使殼體4B的底面40尺寸較小，因此，與具有橫式結(jié)構(gòu)的電抗器IA相比，能減小安裝面積。在內(nèi)芯部31中，端面31e作為與殼體4B的接觸面，因此,能獲得相對(duì)于殼體4B的高穩(wěn)定性。
[0151 ] 具有豎式結(jié)構(gòu)的電抗器IB能按照與橫式結(jié)構(gòu)電抗器IA相同的方式生產(chǎn)。特別地，在豎式結(jié)構(gòu)的情況下，復(fù)合材料向上延伸，排出氣泡用的通道趨于較長。然而，通過執(zhí)行上述特定脫氣步驟，能抑制大氣泡的產(chǎn)生。
[0152]《第一變化例》
[0153]在上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，描述了內(nèi)芯部31由壓坯構(gòu)成而僅有外芯部32由復(fù)合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)?？商娲兀梢圆捎闷渌Y(jié)構(gòu)件，其中內(nèi)芯部也由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料構(gòu)成。也就是，能采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中磁芯大體全部由復(fù)合材料形成。在這種情況下，單獨(dú)將線圈容納在殼體中，接著將液態(tài)混合物填充進(jìn)入殼體以覆蓋線圈的內(nèi)側(cè)及外側(cè)。結(jié)果，能提供內(nèi)芯部和外芯部由相同復(fù)合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以通過一個(gè)步驟制造磁芯，就生產(chǎn)率而言這是優(yōu)良的。
[0154]可替代地，可以采用另一結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)芯部和外芯部由在磁粉的材料或含量方面不同的復(fù)合材料構(gòu)成。在這種情況下，例如，具有柱狀外形的復(fù)合材料可以由具有期望成分的液態(tài)混合物單獨(dú)形成，并且，可以將這種復(fù)合材料用作內(nèi)芯部。
[0155]在這種復(fù)合材料的生產(chǎn)中，通過采用包括上述特定脫氣步驟的生產(chǎn)方法，也能將構(gòu)成內(nèi)芯部的復(fù)合材料形成為具有小于或等于300微米的最大氣泡直徑。通過采用在磁粉的材料或含量方面不同的復(fù)合材料，能提供內(nèi)芯部飽和磁通密度比外芯部高的結(jié)構(gòu)，或者，提供外芯部飽和磁通密度比內(nèi)芯部高的結(jié)構(gòu)。當(dāng)磁粉的含量較高時(shí)，趨于得到具有高飽和磁通密度的復(fù)合材料；以及，當(dāng)含量較低時(shí)，趨于得到具有低相對(duì)磁導(dǎo)率的復(fù)合材料。
[0156]《第二變化例》
[0157]可替代地，可以采用另一結(jié)構(gòu)，其中，如上所述使用具有柱狀外形的復(fù)合材料作為內(nèi)芯部，以及，外芯部由壓坯構(gòu)成。在這種結(jié)構(gòu)中，能使內(nèi)芯部的相對(duì)磁導(dǎo)率低于外芯部的相對(duì)磁導(dǎo)率，并且，能使外芯部的飽和磁通密度高于內(nèi)芯部的飽和磁通密度。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能減小外芯部中的磁漏。
[0158]《第三實(shí)施例》
[0159]在前文第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，說明了分別包括單個(gè)線圈2的結(jié)構(gòu)?？商娲兀梢圆捎萌鐖D5A中電抗器IC所示的另一結(jié)構(gòu)，其包括:線圈2，線圈2具有一對(duì)線圈元件2a、2b，通過將作為單根連續(xù)導(dǎo)線的導(dǎo)線2w螺旋纏繞，形成該線圈元件2a、2b ;以及環(huán)形磁芯3 (參見圖5B)，線圈元件2a、2b布置于環(huán)形磁芯3周圍。
[0160]典型地，線圈2具有下列結(jié)構(gòu):成對(duì)的線圈元件2a、2b并排(平行)布置，使其軸線互相平行，并且，將導(dǎo)線2w —部分回折形成聯(lián)結(jié)部2r，通過該聯(lián)結(jié)部2r使線圈元件2a、2b聯(lián)結(jié)?？商娲兀梢圆捎昧硪唤Y(jié)構(gòu)，其中線圈元件2a、2b由獨(dú)立導(dǎo)線形成，并且通過焊接例如TIG焊接、壓力接合、釬焊等使構(gòu)成線圈元件的導(dǎo)線的端部聯(lián)結(jié)，或者通過單獨(dú)準(zhǔn)備的聯(lián)結(jié)件使端部聯(lián)結(jié)。線圈元件2a、2b具有相同的匝數(shù)和相同的纏繞方向，并且形成為具有中空筒狀外形。
[0161]磁芯3具有:一對(duì)柱狀內(nèi)芯部31、31，其布置在線圈元件2a、2b內(nèi)；以及一對(duì)柱狀外芯部32、32，其布置在線圈2外部并且暴露于線圈2外部。如圖5B中所示，在磁芯3中，布置成彼此分開的內(nèi)芯部31、31的端面通過一個(gè)外芯部32連接，以及，內(nèi)芯部31、31的另一端面通過另一外芯部32連接。因此，磁芯3形成為具有環(huán)形形狀。
[0162]另外，電抗器IC包括絕緣體5，用于增強(qiáng)線圈2與磁芯3之間的絕緣。此絕緣體5具有:筒狀部(未示出)，布置在柱狀內(nèi)芯部31的外側(cè)；以及一對(duì)框板部52，其與線圈2的端面(在此端面觀察，匝具有環(huán)形形狀)相接觸，并且具有穿過內(nèi)芯部31、31的兩個(gè)通孔(未示出)?？梢杂脕順?gòu)成絕緣體5的材料包括例如PPS樹脂、PTFE樹脂、以及LCPs的絕緣材料。
[0163]在這樣一種結(jié)構(gòu)中，例如，磁芯3可以具有:配置(3-1),其中，與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中一樣，布置在線圈元件2a、2b內(nèi)側(cè)的部分(也就是內(nèi)芯部31、31)由壓坯等構(gòu)成，以及，布置在線圈2外側(cè)的部分(也就是外芯部32、32)由上述復(fù)合材料構(gòu)成；配置(3-2)，其中，布置在線圈元件2a、2b內(nèi)側(cè)的部分(也就是內(nèi)芯部31、31)由上述復(fù)合材料構(gòu)成，以及，布置在線圈2外側(cè)的部分(也就是外芯部32、32)由壓坯等構(gòu)成；或者配置(3-3)，其中，與第一變化例中一樣，磁芯3全部由上述復(fù)合材料構(gòu)成。在這三種配置(3-1)、(3-1)、以及(3-3)的每一個(gè)中，可以采用一種配置，其中各內(nèi)芯部31僅由磁性材料例如復(fù)合材料或壓坯構(gòu)成；可替代地，如圖5B中所示，可以采用一種配置，其中各內(nèi)芯部31由層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成,通過交替層疊由上述磁性材料構(gòu)成的芯體片31m與由相對(duì)磁導(dǎo)率低于芯體片31m的材料構(gòu)成的間隙件31g，形成該層疊結(jié)構(gòu)。如上所述，間隙件31g可以由非磁性材料形成，或者可以由含有非磁性材料和磁粉并且相對(duì)磁導(dǎo)率大于I (相對(duì)磁導(dǎo)率適宜大于I且小于或等于5，更宜為大于或等于1.1且小于或等于1.4)的混合材料構(gòu)成。可以采用一種配置，其中，各外芯部32由例如芯體片31m構(gòu)成，該芯體片31m由上述磁性材料構(gòu)成。可以采用基于配置(3-1)的另一配置，其中，與第一實(shí)施例中一樣，布置上述復(fù)合材料，以覆蓋線圈2和內(nèi)芯部31、32之組合體的外周。
[0164]在上述配置(3-1)中，能容易地使由壓坯等構(gòu)成的內(nèi)芯部31的飽和磁通密度高于由含有樹脂的復(fù)合材料所構(gòu)成的外芯部32的飽和磁通密度。當(dāng)內(nèi)芯部31具有高飽和磁通密度時(shí)，如上所述，能減小內(nèi)芯部31的斷面尺寸。作為配置(3-1)中內(nèi)芯部31尺寸減小的結(jié)果，如上所述，能構(gòu)成較小的電抗器。另外，作為配置(3_1)中內(nèi)芯部31尺寸減小的結(jié)果，能減少導(dǎo)線2w的長度，從而減輕電抗器的重量。
[0165]在上述配置(3-2)中，與配置(3-1)不同，能容易地使外芯部32的飽和磁通密度高于內(nèi)芯部31的飽和磁通密度，因此，能減少從外芯部32向外部的磁漏。據(jù)此，在配置(3-2)中，能減少由于磁漏導(dǎo)致的損耗，并且能充分利用由線圈2所產(chǎn)生的磁通。
[0166]在上述配置(3-3)中，當(dāng)整個(gè)磁芯由該材料均勻方式構(gòu)成時(shí)，不僅在將磁芯制造成單個(gè)成型產(chǎn)品的情況下，而且在由多個(gè)芯體片構(gòu)成磁芯的情況下，都能容易地以高生產(chǎn)率生產(chǎn)磁芯。在配置(3_3)中，在調(diào)整磁粉的材料或含量以提供具有低相對(duì)磁導(dǎo)率(例如，相對(duì)磁導(dǎo)率大于或等于10且小于或等于20)的復(fù)合材料的情況下，能提供無隙結(jié)構(gòu)。據(jù)此，不會(huì)導(dǎo)致從間隙部的磁漏，并且也能抑制由于存在間隙導(dǎo)致的電抗器尺寸增大?？商娲兀谂渲?3-3)中，通過使用在磁粉的材料或含量方面不同的芯體片，可以使磁芯還具有基于這些部分的不同磁性能，與配置(3-1)和配置(3-2)中一樣。另外，在配置(3-3)中，通過采用線圈內(nèi)側(cè)及外側(cè)被復(fù)合材料覆蓋的結(jié)構(gòu)，能由復(fù)合材料的樹脂成分保護(hù)線圈。
[0167]與第一實(shí)施例中一樣，第三實(shí)施例中的電抗器IC的內(nèi)芯部31，也可以通過用具有期望形狀的模具壓制成一體產(chǎn)品，或者，可以通過用膠粘劑、膠帶等將多個(gè)芯體片固定成為一體產(chǎn)品。通過構(gòu)成內(nèi)芯部31或外芯部32的復(fù)合材料中的樹脂，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯部31與外芯部32之間的結(jié)合。在這種情況下，無需膠粘劑，實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯部31與外芯部32之間的結(jié)合。通過利用復(fù)合材料中的樹脂來實(shí)現(xiàn)結(jié)合，能消除對(duì)膠粘劑的需求。據(jù)此，能減少步驟的數(shù)量，使得電抗器IC能以高生產(chǎn)率生產(chǎn)?？商娲?，與第一實(shí)施例中一樣，內(nèi)芯部31與外芯部32之間的結(jié)合可以由膠粘劑實(shí)現(xiàn)；或者，在設(shè)置間隙件的另一配置中，內(nèi)芯部31、外芯部32、以及間隙件之間的結(jié)合可以用膠粘劑實(shí)現(xiàn)。結(jié)合可以由多個(gè)結(jié)合步驟進(jìn)行。當(dāng)膠粘劑的量足夠少時(shí)，認(rèn)為膠粘劑不會(huì)實(shí)質(zhì)上起到間隙件的作用。
[0168]《試驗(yàn)例I》
[0169]通過仿真，測(cè)試復(fù)合材料中氣泡尺寸(這里，直徑)、損耗(這里，鐵損)、以及電感之間的關(guān)系。
[0170]這里，成型第一實(shí)施例中的電抗器(線圈、磁芯(內(nèi)芯部和外芯部)、以及容納磁芯和線圈之組合體的殼體)，作為試驗(yàn)樣本?？紤]一種情況:在構(gòu)成外芯部的復(fù)合材料中，出現(xiàn)具有表I中所列直徑的單個(gè)氣泡(成型氣泡)；以及，通過三維磁場(chǎng)分析，計(jì)算由于直徑變化導(dǎo)致的鐵損變化和電感變化。這種分析用可商購的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件進(jìn)行。結(jié)果描述在表1、圖6(損耗)、以及圖7(電感)中。樣本N0.1為沒有氣泡的理想狀態(tài)，其鐵損值和電感值定義為基準(zhǔn)(I)。關(guān)于各樣本N0.2?6，確定相對(duì)于理想狀態(tài)下樣本N0.1鐵損的鐵損增大程度，以及，確定相對(duì)于處于理想狀態(tài)下樣本N0.1電感的電感降低程度。關(guān)于電感，供給的電流值是170安培。
[0171][表I]
【權(quán)利要求】
1.一種電抗器,包括線圈和磁芯， 其中，所述磁芯的至少一部分由含有磁粉和樹脂的復(fù)合材料形成，以及 在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的最大直徑小于或等于300微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電抗器，其中，在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的總面積百分比小于或等于I %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電抗器，其中，在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的總面積百分比小于或等于0.2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電抗器，其中，在所述復(fù)合材料中，磁粉的體積百分比大于或等于30體積％、且小于或等于70體積％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電抗器，其中，部分磁芯的至少一部分由所述復(fù)合材料形成，該部分磁芯布置在所述線圈的內(nèi)側(cè)，所述線圈具有筒狀外形并且通過纏繞導(dǎo)線形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電抗器，其中，部分磁芯的至少一部分由所述復(fù)合材料形成，該部分磁芯布置在所述線圈的外側(cè)，所述線圈具有筒狀外形并且通過纏繞導(dǎo)線形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電抗器，其中，所述磁芯基本上全部由所述復(fù)合材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電抗器，進(jìn)一步包括殼體，其容納所述線圈和所述磁芯的組合體， 其中，所述線圈容納在所述殼體中，使得所述線圈的軸線大致平行于所述殼體的底面；以及 部分磁芯由所述復(fù)合材料形成，該部分磁芯覆蓋所述線圈的外周的至少一部分。
9.一種復(fù)合材料，包括磁粉和樹脂， 其中，在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的最大直徑小于或等于300微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料，其中，在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的總面積百分比小于或等于1%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料，其中，在所述復(fù)合材料的斷面中，氣泡的總面積百分比小于或等于0.2%。
12.—種包括根據(jù)權(quán)利要求9至權(quán)利要求11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合材料的電抗器芯體。
13.一種變換器，包括開關(guān)元件、控制所述開關(guān)元件操作的驅(qū)動(dòng)電路、以及使開關(guān)操作平穩(wěn)的電抗器，所述開關(guān)元件構(gòu)造成操作以變換輸入電壓， 其中，所述電抗器是根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電抗器。
14.一種功率變換裝置，包括使輸入電壓變換的變換器、以及與所述變換器連接并執(zhí)行直流與交流之間相互變換的逆變器，所述逆變器構(gòu)造成供給變換后的功率用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載， 其中，所述變換器是根據(jù)權(quán)利要求13所述的變換器。
【文檔編號(hào)】H01F37/00GK103534770SQ201280020820
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】稻葉和宏 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社