設(shè)置有冷卻器的電抗器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設(shè)置有冷卻器的電抗器。該電抗器是使用線圈的無(wú)源元件，并且也可稱為“電感器”。
【背景技術(shù)】
[0002]包括混合動(dòng)力車輛的電動(dòng)車輛配備有電力變換器，其將電池的輸出電力變換為適合于驅(qū)動(dòng)行駛用電機(jī)的電力。該電力變換器可不僅包括將直流電變換成交流電的逆變器回路，而且包括電壓變換器回路。用于電動(dòng)車輛的電力變換器處理大電流，因此還對(duì)用于逆變器回路和電壓變換器回路的器件采用具有大容許電流的器件。
[0003]具有大容許電流的器件的發(fā)熱量大。一種發(fā)熱量特別大的器件是包括在電壓變換器回路中的電抗器。因此，需要有效地冷卻電抗器的技術(shù)。例如，日本專利申請(qǐng)公報(bào) N0.2008-198981 (JP 2008-198981A)和日本專利申請(qǐng)公報(bào) N0.2005-045960 (JP2005-045960A)提出了電抗器被包在冷卻器中的結(jié)構(gòu)。特別地，JP 2008-198981 A描述了一種電抗器和包括開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊交替地夾在多個(gè)平板形的冷卻器之間的結(jié)構(gòu)。
[0004]關(guān)于電抗器，已知日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2001-244123 (JP 2001-244123A)和日本專利申請(qǐng)公報(bào) N0.2011-082489 (JP 2011-082489A)中描述的技術(shù)。JP 2001-244123 A 描述了一種適合于表面安裝的電抗器。JP 2011-082489 A描述了一種使用扁平地卷繞的線圈的電抗器?！氨馄降鼐砝@的線圈”指的是扁線卷繞成使得平表面在線圈軸線的徑向上自己重疊的線圈。線圈軸線也可稱為卷繞軸線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種設(shè)置有冷卻器的電抗器，其提供了更好的冷卻效果。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的設(shè)置有冷卻器的電抗器包括:線圈；由軟磁性材料形成的芯，所述芯覆蓋所述線圈的內(nèi)側(cè)和所述線圈的外周；所述冷卻器配置在所述芯的兩側(cè)，所述芯和所述冷卻器在所述芯和所述冷卻器的層疊方向上被加壓；所述芯在所述層疊方向上的厚度小于所述芯的面向所述層疊方向的表面的縱向長(zhǎng)度；并且所述芯在所述層疊方向上的厚度小于所述芯的面向所述層疊方向的所述表面的橫向長(zhǎng)度。對(duì)于該方面中所述的電抗器，芯是在層疊方向上的厚度小于芯的面向?qū)盈B方向的表面的縱向長(zhǎng)度并且小于上述面向?qū)盈B方向的表面的橫向長(zhǎng)度的扁平體。通過(guò)如上所述使芯在層疊方向上的厚度薄，來(lái)自線圈的中央部分的熱快速傳遞到位于兩側(cè)的鄰接的冷卻器。芯的層疊體和冷卻器在層疊方向上被加壓。在層疊方向上加壓使芯和冷卻器更緊密地接觸，并且由此提高了從芯到冷卻器的傳熱效率。
[0007]此外，與芯僅配置在線圈內(nèi)側(cè)的電抗器相比，使用覆蓋線圈的內(nèi)側(cè)和外周的芯使得能夠確保大的電感。這是因?yàn)榇磐ㄟ€在芯的外周上通過(guò)。該類型的芯可通過(guò)使軟磁性粒子(或粉末)硬化來(lái)制造。該類型的芯通?？赏ㄟ^(guò)注射模制包括軟磁性粒子的樹(shù)脂而制成。
[0008]為了既實(shí)現(xiàn)大的電感又使電抗器薄，在本說(shuō)明書(shū)中描述的電抗器的另一方面，可采用串聯(lián)連接在一起的多個(gè)線圈部。而且，可采用在與所述層疊方向交叉的方向上并列配置在所述芯中的多個(gè)線圈部。串聯(lián)連接在一起的多個(gè)線圈部增大了電感。同時(shí)，將多個(gè)線圈部并列配置有助于使芯的厚度薄。本說(shuō)明書(shū)中描述的電抗器不限于具有兩個(gè)線圈部。線圈部的數(shù)量也可以是三個(gè)或更多個(gè)。
[0009]此外，當(dāng)在層疊方向上的厚度減小時(shí)，與冷卻器接觸的芯表面積增加。這有助于既提高冷卻效率，又增大電抗器(即，芯)和冷卻器的層疊體能夠耐受的荷載。從層疊體的兩側(cè)作用大的荷載使得能將電抗器牢固地保持在層疊體中。例如，可以在不使用螺栓或螺釘?shù)那闆r下僅通過(guò)該荷載來(lái)將電抗器保持在冷卻器之間。
[0010]為了既實(shí)現(xiàn)大的電感又使電抗器薄，在本說(shuō)明書(shū)中描述的電抗器的另一方面，可采用通過(guò)扁平地卷繞扁線而形成的線圈(即扁線被扁平地卷繞的線圈)，并且該類型的線圈可配置成使得線圈軸線指向所述層疊方向。換言之，該線圈可配置成使得線圈軸向與電抗器和冷卻器的層疊方向?qū)R。在下文中，扁線被扁平地卷繞的線圈將被稱為“扁平線圈”。扁平線圈是繞組不在線圈軸向上自己重疊并且能通過(guò)使用扁線來(lái)允許大電流的薄線圈。此夕卜，當(dāng)線圈配置成使得線圈軸線指向?qū)盈B方向時(shí)，線圈的端面(即，在線圈軸向上的端面)與冷卻器對(duì)向，因此從線圈到冷卻器的傳熱效率進(jìn)一步提高。
[0011]另一方面，如果線圈和冷卻器過(guò)于靠攏，則泄漏到冷卻器的磁通增加。因此，可在線圈與冷卻器之間配置磁屏蔽板。該磁屏蔽板可嵌埋在芯中，或它可插入電抗器與冷卻器之間。
[0012]當(dāng)采用兩個(gè)扁平線圈部時(shí)，一連接部可構(gòu)造成將一個(gè)所述線圈部的內(nèi)側(cè)端部和另一個(gè)所述線圈部的內(nèi)側(cè)端部連接，并且所述連接部可配置成與所述冷卻器對(duì)向。能夠促進(jìn)從線圈部到連接部和從連接部到冷卻器的傳熱。如上所述，該電抗器還可包括三個(gè)或更多個(gè)線圈。
[0013]本說(shuō)明書(shū)還描述了用于進(jìn)一步提高上述設(shè)置有冷卻器的電抗器中的線圈的散熱效率的改進(jìn)。下面將描述若干提高線圈的散熱效果的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)方面，可采用金屬框架，所述金屬框架圍繞所述芯的面向與所述層疊方向交叉的方向的側(cè)面，并且所述金屬框架可與所述冷卻器接觸。該金屬框架促進(jìn)從芯到冷卻器的散熱。
[0014]此外，在另一方面，所述電抗器可包括金屬柱，所述金屬柱沿線圈軸向在所述線圈的內(nèi)側(cè)從所述芯穿過(guò)，并且所述金屬柱的端面可與所述冷卻器接觸。線圈內(nèi)部的熱經(jīng)該金屬柱傳遞到冷卻器。
【附圖說(shuō)明】
[0015]下面將參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0016]圖1是包括電抗器、半導(dǎo)體模塊和冷卻器的層疊單元的電力變換器的透視圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電抗器的透視圖；
[0018]圖3是沿圖2中的線II1-1II截取的電抗器的截面圖；
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電抗器的截面圖；
[0020]圖5是沿圖4中的線V-V截取的電抗器的截面圖；
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電抗器的截面圖；以及
[0022]圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電抗器的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將描述應(yīng)用該電抗器的電力變換器。圖1是電力變換器90的透視圖。電力變換器90安裝在混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛中。電力變換器90使來(lái)自電池的直流(DC)電力升壓，并且將DC電力變換成頻率適合于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)或PM電機(jī)的交流電。亦即，電力變換器90包括升壓變換器回路或逆變器回路。如眾所周知的，這兩種回路都使用許多所謂的功率半導(dǎo)體元件。在多個(gè)平板形的半導(dǎo)體模塊82上布置有多個(gè)功率半導(dǎo)體元件。對(duì)于每個(gè)半導(dǎo)體模塊82，一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體元件使用樹(shù)脂模制而成。在圖1中，未示出從半導(dǎo)體模塊82延伸的端子。功率半導(dǎo)體元件的發(fā)熱量大。因此，在電力變換器90中，多個(gè)平板形的半導(dǎo)體模塊82與多個(gè)平板形的冷卻器81交替地層疊。多個(gè)半導(dǎo)體模塊82和多個(gè)冷卻器81的層疊體將被稱為層疊單元80。除半導(dǎo)體模塊82外，電抗器10也層疊在層疊單元80中。亦即，電抗器10在兩側(cè)由冷卻器81夾持。電抗器10是升壓變換器的一個(gè)構(gòu)件。該升壓變換器的回路是眾所周知的，因此將省略其描述。電抗器10和位于其兩側(cè)的冷卻器81構(gòu)成“設(shè)置有冷卻器的電抗器”。
[0024]對(duì)于層疊單元80，鄰接的冷卻器81與連接管83連接。此外，冷卻劑供給管84a和冷卻劑排出管84b與在層疊單元80 —端的冷卻器81連接。此外，冷卻器81是供冷卻劑流過(guò)的流動(dòng)路徑。從冷卻劑供給管84a供給的冷卻劑經(jīng)連接管83擴(kuò)散到所有冷卻器81。冷卻劑冷卻冷卻器81的流動(dòng)路徑從其中穿過(guò)的鄰接的半導(dǎo)體模塊82或電抗器10。已從半導(dǎo)體模塊82或電抗器10吸熱的冷卻劑經(jīng)分開(kāi)的連接管83和冷卻劑排出管84b排出到外部。
[0025]為了提高冷卻效率，層疊單元80在其層疊方向上被加壓。層疊單元80收納在殼體91中。層疊單元80的一端被壓靠在殼體91的內(nèi)壁上，并且板簧93插入另一端側(cè)。該板簧93由殼體91的支承件92支承。層疊單元80在電力變換器90的殼體內(nèi)在層疊方向上被板簧93加壓。作為層疊單元80在層疊方向上被加壓的結(jié)果，半導(dǎo)體模塊82與冷卻器81之間和電抗器10與冷卻器81之間的接觸程度加大，因此向冷卻劑81傳熱的效率提高。
[0026]此外，電力變換器90包括用于使電池的輸出電流和升壓變換器回路的輸出電流平滑化的大電容電容器94。電容器94連同層疊單元80—起被收納在殼體91中。除上述器件外，電力變換器90還包括控制升壓變換器回路和逆變器回路的控制板，但在圖1中，未示出該控制板和殼體的罩蓋。
[0027](第一實(shí)施例)
[0028]接下來(lái)將描述上述電抗器10的第一實(shí)施例。圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電抗器1a的透視圖。電抗器1a的主要構(gòu)件是卷繞的扁線13的線圈12。線圈12的內(nèi)側(cè)和外周以包括軟磁性粒子的樹(shù)脂模制，但在圖1中，為了顯示線圈的形狀而未示出樹(shù)脂模具。在圖2中，樹(shù)脂(即，包括軟磁性粒子的樹(shù)脂)充填在用附圖標(biāo)記16表示的空間中。該樹(shù)脂模具對(duì)應(yīng)于電抗器的芯。因此，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，芯16將用表示該空間的附圖標(biāo)記16表示。換言之，芯16由硬化后的軟磁性粒子形成。此外，磁屏蔽板配置在線圈12的在線圈軸向上的兩側(cè)，但在圖中未不出。稍后將參考圖3描述磁屏蔽板。圖中的直線CL表不線圈軸線(卷繞軸線)。
[0029]電抗器1a的總體形狀為大致長(zhǎng)方體，且其尺寸具有高度H、寬度W和厚度D。這些尺寸之間的關(guān)系為寬度W >高度H >厚度D。如在比較圖1和2中的坐標(biāo)系時(shí)可以理解的，坐標(biāo)軸的X方向?qū)?yīng)于電抗器10和冷卻器81的層疊方向。因此，電抗器1a是在層疊方向上的厚度D小于面向?qū)盈B方向的表面的橫向長(zhǎng)度W和縱向長(zhǎng)度H的扁平體。電抗器1a的該扁平體確保了與冷卻器的寬接觸面積。因此，向配置在兩側(cè)的冷卻器81傳熱的效率良好。
[0030]電抗器1a的主體是扁線13被扁平地卷繞的線圈12。如上所述，線圈12在內(nèi)側(cè)和外側(cè)由芯16覆蓋。金屬框架15圍繞該芯16。引出線13a和13b從線圈12延伸。這些引出線13a和13b從設(shè)置在金屬框架15中的狹縫延伸到電抗器的外部。引出線13a和13b對(duì)應(yīng)于電抗器1a的端子。
[0031]圖3是沿圖2的線II1-1II截取的截面圖。在圖3中，示出了圖2中未示出的磁屏蔽板17。此外，同樣在圖3中，與圖2相似，省略了表示芯16的截面的陰影以使該圖更容易觀看。用附圖