感应设备 |
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| 申请号 | CN201210395270.8 | 申请日 | 2012-10-17 | 公开(公告)号 | CN103065770A | 公开(公告)日 | 2013-04-24 |
| 申请人 | 株式会社丰田自动织机; | 发明人 | 谢尔盖·莫伊谢耶夫; 小池靖弘; | ||||
| 摘要 | 一种感应设备，包括由 铁 氧 体材料制成的第一芯、由导磁率比铁氧体材料低并且饱和磁通 密度 比铁氧体材料高的材料制成的第二芯、冷却设备以及线圈。第一芯和第二芯配合而形成闭合磁路。第一芯包括由冷却设备冷却的 接触 表面、以及延伸成与接触表面相交且朝向第二芯的第一磁腿。第二芯包括第二磁腿，第二磁腿延伸成与接触表面相交且朝向第一芯、并且设置成由线圈缠绕。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种感应设备，包括： |
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| 说明书全文 | 感应设备技术领域[0001] 本发明涉及一种感应设备。 背景技术[0002] 通常，铁氧体芯和粉体芯使用于例如电抗器和变压器的感应设备。在铁氧体芯的情形下，可在芯之间设置空气间隙来确保DC叠加特性。然而，空气间隙的设置导致磁通损失的增大。另一方面，在粉体芯的情形下，由于粉体芯的粉末的低导磁率，需要增大线圈的缠绕匝数，使得铜损趋向于增大。日本专利申请公开2009-278025公开了一种作为感应设备的由铁氧体芯和粉体芯制成以解决上述问题的细扼流线圈。 [0003] 该公开所公开的感应设备包括矩形框架状铁氧体芯和线圈缠绕在其上并插入在铁氧体芯中的I型粉体芯。这种结构的感应设备确保了DC叠加特性而不必在芯之间设置任何空气间隙，并且防止了线圈缠绕匝数的增大。 [0005] 该公开的扼流线圈可通过将冷却散热器安装到扼流线圈来冷却。为此，扼流线圈的铁氧体芯可以形成为排除铁氧体芯的与粉体芯插入的那一侧相对的一侧上的开口，并且散热器可安装到铁氧体芯的开口被排除的一侧。然而，为了冷却线圈以及粉体芯，需要将附加散热器在其粉体芯侧上安装到扼流线圈。附加散热器的设置使扼流线圈的结构复杂。 [0006] 如果散热器固定到铁氧体芯的侧表面，则线圈的端表面可通过散热器从铁氧体芯的侧表面冷却。在上述扼流线圈中，具有缠绕在其上的线圈的粉体芯需要从铁氧体芯的横向侧组装到铁氧体芯。然而，该组装方式是麻烦的。 [0007] 本发明的意图是提供一种具有第一芯和其上缠绕有线圈的第二芯的感应设备，其中，第一芯和线圈可以从相同的方向冷却，并且可以容易地执行制造。 发明内容[0008] 一种感应设备，包括由铁氧体材料制成的第一芯、由导磁率比铁氧体材料低并且饱和磁通密度比铁氧体材料高的材料制成的第二芯、冷却设备以及线圈。第一芯和第二芯配合而形成闭合磁路。第一芯包括由冷却设备冷却的接触表面、以及延伸成与接触表面相交且朝向第二芯的第一磁腿。第二芯包括第二磁腿，第二磁腿延伸成与接触表面相交且朝向第一芯、并且设置成由线圈缠绕。 附图说明[0011] 图1A是根据本发明的实施方式的电抗器的示意性正视图； [0012] 图1B是图1A的电抗器的示意性俯视图； [0013] 图1C是图1A的电抗器的示意性右向侧视图； [0014] 图2是沿图1A中的线A-A剖取的电抗器的示意性横截面图； [0015] 图3是根据本发明的替代实施方式的电抗器的示意性正视图；以及[0016] 图4是根据本发明的另一替代实施方式的电抗器的示意性正视图。 具体实施方式[0017] 下面将参照图1A至1C对作为根据本发明的实施方式的感应设备的电抗器进行描述。电抗器总体上由附图标记10表示并且包括作为冷却设备的由铝合金制成的散热器板11。为了描述方便起见，图1B和1C中的双头箭头Y1、图1A和1B中的双头箭头Y2以及图 1A和1C中的双头箭头Y3分别表示电抗器10的宽度方向、电抗器10的纵向方向以及电抗器10的竖直方向。 [0018] 电抗器10还包括作为第一芯的固定到散热器板11上表面处的第一L型芯12、作为第二芯的固定地安装到第一L型芯12上表面处的第二L型芯13、以及围绕第二L型芯13缠绕的线圈14。第一L型芯12和第二L型芯13配合而形成磁芯C。 [0019] 第一L型芯12由诸如Mn-Zn铁氧体或Ni-Mn铁氧体的铁氧体材料制成。第一L型芯12包括呈矩形形状并且在如图1B所示的纵向方向Y2上延伸的板部15。（第一L型芯12的）板部15的下表面用作与散热器板11接触的接触表面15A。 [0020] 第一L型芯12还包括在如图1A和1B所示的板部15左端处与板部15一体地形成、并垂直于接触表面15A（或者垂直于散热器板11）和朝向第二L型芯13（或者向上）延伸的壁部16，使得第一L型芯12呈如图1A的正视图所示的L形。壁部16用作第一L型芯12——作为本发明的第一芯——的第一磁腿。壁部16形成为沿如图1B所示的板部15的整个宽度延伸。 [0022] 第二L型芯13在如图1B所示的平面图中呈矩形形状并且包括设置成与第一L型芯12的板部15平行的板部17。第二L型芯13的板部17的下表面在板部17左端处（如图1A所示）与第一L型芯12的壁部16的上表面接触。 [0023] 第二L型芯13还包括从板部17的下表面的右端朝向（或向下）并垂直于第一L型芯12（或接触表面15A）延伸的方柱形式的腿部18，使得第二L型芯13呈如图1B的正视图所示的L形。腿部18用作第二L型芯13——作为本发明的第二芯——的第二磁腿。 [0024] 第二L型芯13的腿部18的下表面在其右端处与第一L型芯12的板部15的（面向第二L型芯13的）上表面接触。腿部18平行于第一L型芯12的壁部16。 [0025] 参照图2——其示出了沿图1A中的线A-A剖取的横截面图，第二L型芯13的板部17形成为使得其横截面积（由阴影部分示出）小于第一L型芯12的板部15的横截面积（也由阴影部分示出）并且也小于第一L型芯12的壁部16的垂直于其竖直方向Y3截取的截面积。第二L型芯13的腿部18形成为使得第二L型芯13的腿部18的垂直于其竖直方向Y3截取的截面积比第一L型芯12的板部15的横截面积小并且也比垂直于其竖直方向Y3截取的、第一L型芯12的壁部16的截面积小。 [0026] 如图1A、1B和1C所示，第二L型芯13设置在第一L型芯12沿其宽度方向Y1的中央并且沿纵向方向Y2延伸。第一L型芯12和第二L型芯13配合以形成在其正视图中的矩形构架（环状）形状的磁芯C，如图1A所示。尽管第一L型芯12以与散热器板11接触的方式固定到散热器板11，但是第二L型芯13与散热器板11间隔开而不与其接触。 [0027] 第二L型芯13的腿部18缠绕有由包覆例如聚氯乙烯的绝缘树脂的铜线制成的线圈14。换句话说，第二L型芯13固定到第一L型芯12，使得腿部18穿过线圈14。线圈支撑构件11A安装到散热器板11从而被包括在散热器板11中、从散热器板11的上表面朝向线圈14（或向上）延伸并且热连接到散热器板11。线圈14以与线圈支撑构件11A的上表面接触的方式固定到线圈支撑构件11A以防止线圈移位。在该实施方式中，线圈14缠绕了一匝。在线圈14围绕第二L型芯13的腿部18缠绕的本实施方式中，防止了第二L型芯13在与腿部18的延伸方向相垂直的水平方向上移位。 [0028] 给线圈14通电致使电抗器10以如下方式形成闭合磁路：磁通按从腿部18经由板部17、壁部16和板部15而返回到腿部18这种顺序流动或者按相反顺序流动。换句话说，第一L型芯12和第二L型芯13配合以形成闭合磁路，并且第一L型芯12的壁部16和第二L型芯13的腿部18中的每个用作分别与第二L型芯13和第一L型芯12一起形成磁路径的单个磁腿。 [0029] 在该实施方式中，闭合磁路包括形成为穿过第一L型芯12的第一磁路径和形成为穿过第二L型芯13的第二磁路径。第二磁路径的长度应当优选小于磁芯C的闭合磁路的整个长度的50%。第二L型芯13的板部17和腿部18垂直于闭合磁路中的磁通方向截取的任意横截面积小于第一L型芯12的板部15和壁部16垂直于闭合磁路中的磁通方向截取的横截面积。 [0030] 下面将参照图1A、1B和1C描述电抗器10的制造或组装方法。首先，将第一L型芯12从上方安装到散热器板11并且将其以与散热器板11接触的方式固定到散热器板11。将线圈14设置在第一L型芯12的板部15（或散热器板11）上方并将其固定到散热器板11的线圈支撑构件11A，使得第二L型芯13的腿部18能够在第二L型芯13设置在第一L型芯12上时穿过线圈14，并且也使得线圈14的底部表面的一部分与散热器板11的线圈支撑构件11A的上表面接触。 [0031] 接下来，在使得第二L型芯13的腿部18穿过线圈14的位置处将第二L型芯13从上方安装到第一L型芯12。因此，电抗器10被完全地组装。在该实施方式中，第一L型芯12、线圈14和第二L型芯13按这种顺序从上方安装。换句话说，上述部件的组装能够从相对于散热器板11的一个方向执行，即，相应的部件从上方组装。 [0032] 下面将描述电抗器10的操作。给线圈14通电致使线圈14、第一L型线圈12和第二L型线圈13产生磁通，由此产生热量。由线圈14产生的热量经由线圈支撑构件11A传递到散热器板11并从散热器板11释放。线圈14热连接到线圈支撑构件11A并进而热连接到散热器板11，并且经由线圈支撑构件11A被散热器板11冷却。 [0033] 由第一L型芯12产生的热量通过接触表面15A传递到散热器板11并从散热器板11释放。具体地，第一L型芯12和散热器板11通过接触表面15A热连接，使得第一L型芯 12被散热器板11冷却。因此，接触表面15A用作由散热器板11冷却的冷却表面。 [0034] 由第二L型线圈13产生的热量通过第一L型芯12传递到散热器板11并从散热器板11释放。具体地，第二L型线圈13和散热器板11通过第一L型芯12热连接，使得第二L型线圈13被散热器板11冷却。因此，在本实施方式中，第一L型芯12和线圈14能够从相同侧——即第一L型芯12（或散热器板11）侧——被容易地冷却。 [0035] 本发明的实施方式提供下列有益效果。 [0036] （1）在该实施方式中，第一L型芯12的壁部16形成为垂直于其用作冷却表面的接触表面15A并还朝向第二L型芯13延伸。同时，第二L型芯13的腿部18形成为垂直于第一L型芯12的接触表面15A并还朝向第一L型芯12延伸。因此，第二L型芯13能够通过从上方——即朝向第一L型芯12侧、从第二L型芯13侧——安装而组装到第一L型芯12。线圈14设置成围绕第二L型芯13的垂直于第一L型芯12的接触表面15A并还朝向第一L型芯12延伸的腿部18缠绕，使得可将线圈14容易地设置在散热器板11上方（或第一L型芯12上方）。因此，第一L型芯12和设置成围绕第二L型芯13缠绕的线圈14能够从相同侧——即从散热器板11侧——被容易地冷却，而且电抗器10还能够被容易地制造。 [0037] （2）第二L型芯13的腿部18设置成被线圈14缠绕。第二L型芯13的腿部18形成为使得其垂直于闭合磁路中磁通的流动方向截取的横截面积小于第一L型芯12的横截面积。因此，给定匝数的线圈14的绕组线的长度能够被减小。第二L型芯13由饱和磁通密度比铁氧体材料更大的粉体材料制成，使得腿部18处的磁通的饱和能够被限制。 [0038] （3）第一L型芯12和第二L型芯13中的每个芯是具有单个磁腿的L型芯。因此，各个芯的结构是简单的，使得能够便于芯的制造。 [0039] （4）通过线圈14来防止第二L型芯13在与腿部18的延伸方向相垂直的方向上移位。因此，能够防止第二L型芯13的运动而不必设置任何附加的限制构件。 [0040] （5）能够通过散热器板11有效地冷却由铁氧体材料制成并直接固定到散热器板11的第一L型芯12，使得能够对饱和磁通密度的改变进行限制。 [0041] （6）由铁氧体材料制成的第一L型芯12和由粉体材料制成的第二L型芯13配合以形成磁芯C。在L型芯使用于第二芯的实施方式中，可将第二L型芯13的磁路径的长度制成更小，并且因此，与U型芯代替L型芯使用于第二芯的的情形相比，可以提高电感。同时，在L型芯使用于第一芯的实施方式中，与I型芯代替L型芯使用于第一芯的情形相比，第一L型芯12的磁路径的长度增大。然而，由比用于第二L型芯13的粉体材料具有更高的导磁率的铁氧体材料制成的第一L型芯12限制电抗器10的电感减小。因此，在确保电抗器10的组装和冷却的容易性的情况下，根据本实施方式的电抗器10具有提高的电感。 [0042] （7）通常，粉体材料比铁氧体材料更昂贵。在由粉体材料制成的L型芯13形成为L型芯的实施方式中，与U型芯使用于第二芯的情形相比，用于第二芯的粉体材料的使用更少，结果可以减小成本。 [0043] （8）在固定到散热器版11的第一L型芯12是L型并且线圈14设置在第一L型芯12的板部15上方的实施方式中，将线圈14设置在第一芯上方的自由度大于E型芯使用于第一芯的情形，因此便于线圈14的安装。此外，在设置线圈14之后被安装且具有腿部18的第二L型芯13可以被容易地安装。在具有用于第一芯的I型芯的电抗器中，与L型芯使用于第一芯的情形相比，设置线圈14的自由度可以进一步增大并且组装线圈14的容易性可以进一步提高。然而，I型芯使用于第一芯导致第二L型芯13的磁路径的长度相对于磁路的整个长度增大，由此减小了导磁率，使得第二L型芯13的横截面积需要增大以便增大导磁率。因此，需要将线圈14的绕组线制成更长。在该实施方式中，第一L型芯12和第二L型芯13都由L型芯制成，使得上述问题能够得到适当地解决。 [0044] 本发明不局限于上述实施方式，而是可以以如下示例的各种方式实施。 [0045] 如在图3中用双点划线所示出的，第一L型芯12可在其壁部16的底缘处形成有沿第一L型芯12的整个宽度延伸的斜切表面21A或倒圆表面22A。类似地，斜切表面21B或倒圆表面22B可在第二L型芯13的腿部18的顶缘处形成以沿其整个宽度延伸。 [0046] 如图3所示，第一L型芯12和第二L型芯13可以变型为分别在其沿纵向方向Y2的相对端处具有一对壁部16和一对腿部18的U型芯。作为另一变型，U型芯中的任一个可由L型芯代替。然而，根据图1A、1B、1C和图2的实施方式的电抗器10在电抗器10的制造容易性方面具有优势。 [0047] 如图4所示，第一L型芯12和第二L型芯13可以以第二L型芯13的板部17的左端（如图所示）连结到第一L型芯12的壁部16的上端的右侧表面的方式进行变型。换句话说，第二L型芯13的板部17的左端和腿部18的底端与第一L型芯12接触地连结。然而，根据图1A、1B、1C和图2的实施方式的电抗器10在电抗器10的组装稳定性方面具有优势。 [0048] 电抗器10可以以第二L型芯13的腿部18的下端的左侧表面与第一L型芯12的板部15的右端表面接触的方式布置。换句话说，第二L型芯13的板部17的左端和腿部18的下端的左侧表面与第一L型芯12接触地连结。然而，根据图1A、1B、1C和图2的实施方式的电抗器10在电抗器10的组装稳定性方面具有优势。 [0049] 第一L型芯12的壁部16不必延伸成与第一L型芯12的接触表面15A或散热器板11垂直。具体地，电抗器10可以形成为使得第一L型芯12的壁部16相对于接触表面15A倾斜。壁部16可形成为与接触表面15A相交并朝向第二L型芯13倾斜。 [0050] 第二L型芯13的腿部18不必延伸成与第二L型芯13的板部17或散热器板11垂直。具体地，电抗器10可以形成为使得腿部18相对于接触表面15A倾斜。腿部18可以形成为与接触表面15A相交并朝向第一L型芯12倾斜。 [0051] 线圈14的缠绕匝数可多于一匝。线圈14可以是平面线圈并通过钎焊固定到线路板。在该情形下，由绝缘材料制成的构件可以设置在线圈14与第二L型芯13的腿部18之间以防止第二L型芯13移位。 [0052] 可不通过线圈14防止第二L型芯13移位。在该情形下，第二L型芯13应当优选通过朝向第一L型芯12推压第二L型芯13的任何保持件固定。 [0053] 多个例如电抗器10的电抗器可设置在例如散热器板11的散热器板上由此形成例如感应设备的电设备。在制作具有预定数量（至少两个）的电抗器10的感应设备中，首先将预定数量的例如第一L型芯12的第一L型芯连结到散热器板11。接下来，将其上安装有预定数量的例如线圈14的线圈的单个线路板设置在第一L型芯12的板部15上，使得线圈14针对其对应的第一L型芯12定位。然后，例如第二L型芯13的第二L型芯设置成使得第二L型芯13的腿部18穿过相应的线圈14，结果完成了各个电抗器10。在上述感应设备中，与E型芯使用于第一L型芯12并固定到散热器板11的情形相比，线圈14可容易地安装在单个线路板上并且多个电抗器10可以高效地形成。多个电抗器中的一部分电抗器或全部电抗器可用作具有多个线圈14的变压器。 [0054] 第一L型芯12可通过不同于散热器板11的任何冷却设备冷却。例如，在其中容置有电抗器10使得第一L型芯12安装成与外壳接触的该外壳可用作冷却设备。可替代地，第一L型芯12可通过对该芯鼓吹制冷剂来冷却。 [0055] 第二L型芯13可由在其表面涂覆有绝缘树脂的金属玻璃粉末制成并且通过压力模制而形成为期望芯形。 [0056] 第一L型芯12的壁部16和第二L型芯13的腿部18可形成为具有圆形形状或其他任何合适形状的横截面。类似地，第一L型芯12的板部15和第二L型芯13的板部17可以形成为具有六边形形状或其他任何合适形状的横截面。 [0057] 可在第一L型芯12的壁部16与第二L型芯13之间、或在第二L型芯13的腿部18与第一L型芯12之间设置磁膏或磁片。换句话说，可插置有任何合适的构件而不允许第一芯和第二芯彼此直接接触。 [0058] 本发明可应用于作为具有多个线圈14的感应设备的变压器。 |
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