扼流線圈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種扼流線圈，該扼流線圈的結(jié)構(gòu)簡單且既不是ER芯，也不是EE芯，利用該扼流線圈容易確保芯部的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明的扼流線圈設(shè)置有：外芯，其使用鐵粉芯作為芯材料且具有方形框架形狀；繞線筒，其纏繞有線圈且安裝在外芯框架內(nèi)；以及心軸狀的內(nèi)芯，其用作繞線筒的磁芯，內(nèi)芯的中心軸線與線圈的纏繞軸線方向平行。內(nèi)芯置于外芯內(nèi)表面中的彼此相面對的兩個平坦表面之間，以使得內(nèi)芯的中心軸線沿著與兩個平坦表面正交的方向延伸。
【專利說明】扼流線圈【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要用于對電源電路進(jìn)行升壓、改善功率因數(shù)或者使電流平滑的扼流線圈。
【背景技術(shù)】
[0002]扼流線圈例如用于對電源電路進(jìn)行升壓、改善功率因數(shù)或者使電流平滑?，F(xiàn)有的扼流線圈具有如下構(gòu)造:一對芯部和纏繞有線圈的繞線筒相互接合。例如，作為鐵氧體芯的芯形狀，ER芯(例如參見專利文獻(xiàn)I)是已知的。圖15是示出了 ER芯類型的扼流線圈100的結(jié)構(gòu)實(shí)例的分解圖。在圖15中，扼流線圈100包括一對上下芯部101以及圓筒形狀的繞線筒102，線圈103纏繞在該繞線筒上。 [0003]每個芯部101都包括位于兩端處的突出部IOla以及位于中部處的圓柱狀部101b，這樣芯部101具有與環(huán)形頸圈102a的外周形狀和形成在繞線筒102中心處的孔102b的形狀匹配的突出和凹陷形狀，環(huán)形頸圈102a設(shè)置在繞線筒102的軸向兩端的每一端處。在一對上下芯部101的圓柱狀部IOlb被插入到孔102b中并且外側(cè)的突出部IOla相互抵靠的狀況下，如果所有這些部件固定在一起，則構(gòu)成扼流線圈100。需要注意的是，例如，扼流線圈100被構(gòu)造成圓柱狀部IOlb不相互抵靠而外側(cè)的突出部IOla相互抵靠，從而形成特定間隙。該間隙的存在可以抑制磁飽和。
[0004]此外，與ER芯不同的EE芯也是眾所周知的(例如參見專利文獻(xiàn)2)。圖16是示出了 EE芯類型的扼流線圈200的結(jié)構(gòu)實(shí)例的透視圖。在圖16中，扼流線圈200包括一對上下芯部201以及有角形狀的繞線筒202，線圈203纏繞在該繞線筒上。
[0005]每個芯部201都包括位于兩端處的突出部201a以及位于中部處的突出部201b，這樣芯部201具有與方形頸圈202a的外形和形成在繞線筒202中心處的孔102b的形狀匹配的突出和凹陷形狀，方形頸圈202a設(shè)置在繞線筒202的軸向兩端的每一端處。在一對上下芯部201的中部處的突出部201b被插入到孔202b并且外側(cè)的突出部201a相互抵靠的情況下，如果所有這些部件固定在一起，則構(gòu)成扼流線圈200。需要注意的是，例如，扼流線圈200構(gòu)造成中部處的突出部201b不相互抵靠而外側(cè)的突出部201a相互緊靠，從而形成特定間隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]通常使用硅鋼板、鐵氧體或者非晶帶作為芯部的材料。盡管如此，本發(fā)明中期望用鐵粉芯(粉末磁芯)替代這些材料來制造扼流線圈。鐵粉芯的優(yōu)點(diǎn)是在高頻區(qū)域內(nèi)損耗小，并且飽和磁通密度相對較高。
[0008]然而，當(dāng)使用鐵粉芯來制造ER芯時，由于這種芯部的形狀復(fù)雜，因此不能一次將ER芯壓力成型，而是需要利用數(shù)控沖床控制數(shù)值的高級沖壓步驟。這帶來了高昂的成型成本。此外，由于形狀復(fù)雜，所以有多個部位易于發(fā)生局部應(yīng)力集中。從而芯部容易斷裂，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度不足。
[0009]另一方面，當(dāng)使用鐵粉芯來制造EE芯時，從看上去芯部呈E型的方向觀察到的芯部的橫截面形狀總是E型。因此，EE芯比ER芯更容易進(jìn)行壓力成型，并且EE芯即便使用廉價的油壓機(jī)也容易成型。但是，成對的芯部整體上具有易于發(fā)生應(yīng)力集中的許多角部。因此，不能說EE芯有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。此外，在使用EE芯的情況下，由于EE芯的繞線筒呈有角的形狀，因此唯一的問題是如果不使繞線筒向外突出，難以纏繞線圈。
[0010]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種具有簡單結(jié)構(gòu)的扼流線圈，該結(jié)構(gòu)既不是現(xiàn)有的ER芯結(jié)構(gòu)也不是現(xiàn)有的EE芯結(jié)構(gòu)，并且易于確保芯部的機(jī)械強(qiáng)度。
[0011]解決方案
[0012](I)本發(fā)明的扼流線圈包括:由鐵粉芯制成的外芯，所述外芯至少在其內(nèi)表面?zhèn)瘸史叫慰蚣苄螤?；繞線筒，線圈纏繞在所述繞線筒上且所述繞線筒安裝在所述外芯的框架內(nèi)；以及內(nèi)芯，其由鐵粉芯制成，用作所述繞線筒的磁芯，所述內(nèi)芯呈中心軸線與所述線圈的纏繞軸線方向平行的芯棒狀形狀，所述內(nèi)芯被置于所述外芯的內(nèi)表面中的彼此相面對的兩個平坦表面之間，以使得所述中心軸線沿著與所述兩個平坦表面正交的方向延伸。
[0013]在按上述方式構(gòu)成的扼流線圈中，由于外芯和內(nèi)芯由不同的部件制成，因此外芯和內(nèi)芯的形狀得到簡化。在外芯中，至少在內(nèi)表面?zhèn)鹊男螤畛史叫慰蚣苄螤?，而?nèi)芯呈芯棒狀形狀。從而，外芯和內(nèi)芯都具有簡單的形狀并且易于成型。此外，由于形狀簡單，可以抑制局部應(yīng)力集中的發(fā)生，并且即便使用了鐵粉芯，也容易確保機(jī)械強(qiáng)度。呈方形框架形狀的外芯和呈芯棒狀形狀的內(nèi)芯易于構(gòu)造成外芯的框架形狀和內(nèi)芯的與中心軸線方向正交的橫截面的形狀可以在任何橫截面上保持不變。從而，每個芯部都易于壓力成型。
[0014](2)此外，根據(jù)上述第(I)項所述的扼流線圈可以構(gòu)造成，通過將所述內(nèi)芯插入到形成在所述繞線筒的中部處的孔內(nèi)以收納在所述孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置，所述內(nèi)芯的中心軸線方向上的一個端部抵靠在所述兩個平坦表面中的一個平坦表面上，而所述內(nèi)芯的中心軸線方向上的另一端部面向所述兩個平坦表面中的另一個平坦表面同時形成預(yù)定磁隙。
[0015]在這種情況下，如果繞線筒(內(nèi)芯插入到繞線筒的孔內(nèi)并被收納在孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置處)安裝在外芯的框架內(nèi)，內(nèi)芯的一端可以抵靠在外芯上，并且內(nèi)芯的另一端可以在內(nèi)芯的另一端和外芯之間形成預(yù)定間隙。從而容易對間隙進(jìn)行尺寸管理。
[0016](3)根據(jù)上述第(2)項所述的扼流線圈可以構(gòu)造成，所述孔是有底孔，且所述另一端部隔著所述有底孔的底部的厚度面向所述兩個平坦表面中的所述另一個平坦表面。
[0017]在這種情況下，可以形成由底部的厚度所限定的間隙，因此尤其容易對間隙進(jìn)行尺寸管理。
[0018](4)根據(jù)上述第(2)項或第(3)項所述的扼流線圈可以構(gòu)造成，在所述繞線筒的兩端分別形成有頸圈，其一端的所述頸圈比其另一端的所述頸圈厚，且所述磁隙存在于一端側(cè)的所述頸圈處。
[0019]在這種情況下，更厚的頸圈有助于將間隙側(cè)的線圈設(shè)置成稍微遠(yuǎn)離外芯。這樣可以減少線圈所暴露于的漏磁通量。從而可以抑制扼流線圈的損耗。
[0020](5)此外，根據(jù)上述第(5)項所述的扼流線圈，在一端的所述頸圈中，可以形成有凹部，所述線圈的纏繞端沿著所述凹部放置。
[0021]在這種情況下，由于更厚的頸圈具有足夠的厚度，所以可以容易地形成凹部。[0022]( 6 )在根據(jù)上述第(I)項至第(3 )項中任意一項所述的扼流線圈中，所述內(nèi)芯可以沿其中心軸線方向被分成多件，且起磁隙作用的部件可以被夾在所述多件之間。
[0023]在這種情況下，如果使用非磁性材料作為所述部件，例如，可以利用內(nèi)芯本身來確保磁隙。
[0024](7)此外，在根據(jù)上述第(I)項至第(3)項中任意一項所述的扼流線圈中，所述繞線筒可以設(shè)置有定位部，所述定位部使所述內(nèi)芯的中心軸線對準(zhǔn)所述兩個平坦表面中每一個平坦表面的中心。
[0025]在這種情況下，內(nèi)芯的中心軸線可以容易對準(zhǔn)兩個平坦表面中每一個平坦表面的中心，因此，可以使得磁通量以平衡的方式穿過外芯。
[0026](8)此外，根據(jù)上述第(I)項至第(3)項中任意一項所述的扼流線圈可以構(gòu)造成，纏繞在所述繞線筒上的所述線圈的最外層的一部分從所述外芯的框架的一個端面?zhèn)嚷冻霾⑶蚁鄬τ谒鲆粋€端面位于所述外芯的更內(nèi)部，而且還提供有散熱部件，所述散熱部件面向所述一個端面和所述最外層的一部分。
[0027]在這種情況下，所述外芯的一個端面和所述線圈的最外層的一部分都面向所述散熱部件，并且除此之外，所述最外層的一部分沒有比所述一個端面更突出。在這樣的狀態(tài)下，對于外芯，通過使所述一個端面接觸到所述散熱部件，可以容易形成用于散熱的導(dǎo)熱路徑。此外，對于線圈，通過使所述最外層的一部分經(jīng)由例如散熱片等導(dǎo)熱材料接觸到所述散熱部件，可以容易形成用于散熱的最短的導(dǎo)熱路徑。因此，可以獲得優(yōu)良的散熱效果:由線圈產(chǎn)生的熱量可以不僅經(jīng)由外芯而且也經(jīng)由所述線圈的最外層被傳導(dǎo)至散熱部件。
[0028](9)此外，根據(jù)上述第(I)項至第(3)項中任意一項所述的扼流線圈，優(yōu)選地，分別形成所述外芯和所述內(nèi)芯的每個所述鐵粉芯是通過將涂覆有絕緣涂層的軟磁性粉末進(jìn)行壓力成型和熱處理而獲得的，并且所述軟磁性粉末的平均粒徑為大約150微米。
[0029]在這種情況下的所述鐵粉芯減少了磁各向異性，并且因此更適合用作扼流線圈的芯部的材料。
[0030]( 10)此外，根據(jù)上述第(I)項至第(3)項中任意一項所述的扼流線圈，優(yōu)選地，所述繞線筒的纏繞有所述線圈的部位的橫截面形狀是包括圓和橢圓在內(nèi)的倒圓外凸曲線，或者角部倒圓的多邊形，所述橫截面與所述纏繞軸線方向正交。
[0031]在這種情況下，與橫截面呈例如方形等具有角部的多邊形的情況相比，這些形狀都不具有尖角，并且因此更容易使線圈緊密接觸到所述部位。此外，例如，角部倒圓的橢圓形或者矩形的曲率半徑或者在纏繞方向上矩形的邊長是有變化的，并且因此纏繞的線圈不太可能松動。因此，容易纏繞線圈。在這種情況下，通過使得內(nèi)芯具有相類似的形狀，可以使得每一線圈上線圈和內(nèi)芯間的距離變得均一。
[0032]( 11)此外，在根據(jù)上述第(I)項至第(3 )項中任意一項所述的扼流線圈中，所述線圈和所述繞線筒可以通過將樹脂填充在所述外芯的框架的兩個端面之間而成型在一起。
[0033]在這種情況下，成型件的表面在整個扼流線圈的外表面上暴露出來。因此，通過使該表面接觸散熱部件，可以經(jīng)由成型件實(shí)現(xiàn)線圈的散熱。
[0034]本發(fā)明的有益效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明的扼流線圈，通過采用一種既不是現(xiàn)有的ER芯結(jié)構(gòu)也不是現(xiàn)有的EE芯結(jié)構(gòu)的簡單結(jié)構(gòu)，可以容易確保芯部的機(jī)械強(qiáng)度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0036]圖1是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的扼流線圈的結(jié)構(gòu)，其中(a)示出了繞線筒，(b)示出了組裝扼流線圈的狀態(tài)，以及(C)示出了已經(jīng)組裝好了的扼流線圈。
[0037]圖2是繞線筒的截面圖，線圈纏繞在繞線筒上且內(nèi)芯插入到繞線筒內(nèi)。
[0038]圖3是示出了在圖1的(C)狀態(tài)下的扼流線圈的截面圖，在該扼流線圈增加了用于散熱的構(gòu)造。
[0039]圖4是示出了在圖1的(C)狀態(tài)下的扼流線圈設(shè)置有具有不同于圖3所示構(gòu)造的散熱構(gòu)造的實(shí)例的截面圖。
[0040]圖5是示出了安裝在電動車輛或者混合動力車輛上用于給車載電池充電的電源電路(只示出了主電路部分)的實(shí)例的電路圖。
[0041]圖6是示出了圖1所示的扼流線圈的外芯的變型例的透視圖。
[0042]圖7是示出了內(nèi)芯和繞線筒的芯體的橫截面形狀的兩個實(shí)例的原理圖。
[0043]圖8是示出了內(nèi)芯的另一種結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0044]圖9是示出了根據(jù)變型例的繞線筒的透視圖。
[0045]圖10是從圖9中所示的X-X線方向觀察到的繞線筒的截面圖。
[0046]圖11是示出了纏繞有線圈的圖10所示繞線筒安裝在外芯上的狀態(tài)的部分截面圖。
[0047]圖12示出了根據(jù)另一個變型例的繞線筒，其中(a)是繞線筒的截面圖，而(b)是從一個頸圈側(cè)觀察到的繞線筒的側(cè)視圖。
[0048]圖13是在采用了圖12所示類型的繞線筒的情況下扼流線圈的截面圖。
[0049]圖14示出了線圈橫截面形狀的類型。
[0050]圖15是示出了現(xiàn)有的ER芯型扼流線圈的結(jié)構(gòu)實(shí)例的分解透視圖。
[0051]圖16是示出了現(xiàn)有的EE芯型扼流線圈的結(jié)構(gòu)實(shí)例的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的扼流線圈。
[0053]<使用扼流線圈的電路的實(shí)例>
[0054]首先，將描述扼流線圈的典型用法。圖5是示出了安裝在電動車輛(EV)或者插接式混合動力車輛(HEV)上用于給車載電池充電的電源電路(只示出了主電路部分)的實(shí)例的電路圖。這種電源電路通過使用供應(yīng)給一般家庭的商用電力20 (交流100伏或者200伏)等來給車載電池30 (例如直流340伏)充電。
[0055]在圖5中，電源電路包括整流/升壓電路40、變壓/絕緣電路50以及整流/平滑電路60。整流/升壓電路40包括一對扼流線圈IOA和10B、二極管41和42、開關(guān)元件43和44、與開關(guān)元件反并聯(lián)連接的二極管45和46以及平滑電容器47。變壓/絕緣電路50包括四個開關(guān)元件51至54以及變壓器50T。整流/平滑電路60包括四個二極管61至64、扼流線圈IOC以及平滑電容器65。變壓/絕緣電路50以及整流/平滑電路60形成了執(zhí)行直流-直流轉(zhuǎn)換的全橋轉(zhuǎn)換器。
[0056]在上述的電源電路中，商用電力20的交流電壓變成被整流/升壓電路40升壓的直流電壓。扼流線圈IOA和IOB有助于升壓和功率因數(shù)的改善。升壓的直流電壓經(jīng)平滑電容器47平滑以待輸出。輸出的直流電壓(例如大約400伏)由變壓/絕緣電路50和整流/平滑電路60形成的全橋變換器轉(zhuǎn)換成適合給車載電池30充電的直流電壓。扼流線圈IOC有助于使電流平滑。
[0057]〈扼流線圈的結(jié)構(gòu)〉
[0058]接下來，將詳細(xì)描述上述扼流線圈10A、10B和IOC的結(jié)構(gòu)特征。
[0059]圖1是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的扼流線圈的結(jié)構(gòu)，其中(a)示出了繞線筒，(b)示出了組裝扼流線圈的狀態(tài)，以及(C)示出了已經(jīng)組裝好了的扼流線圈。扼流線圈10包括外芯11、內(nèi)芯12、繞線筒13以及線圈14作為主要組件。
[0060]首先，圖1的(b)中所示的外芯11由鐵粉芯(粉末磁芯)制成，并且如圖所示，呈方形框架形狀(或有角的管形)。插有繞線筒13的外芯11的內(nèi)表面包括兩組平坦表面，也就是，彼此相面對的一對平坦表面Ila和彼此相面對的一對平坦表面lib。外芯11的框架的端面Ilc和Ild (在外芯11被看作“管”時軸向上的兩個端面)中的每一個端面整體上都呈方形。嚴(yán)格來說，在外芯11的內(nèi)周和外周的四個角中的每個角上都形成有進(jìn)行成型所需的弧形圓度。然而，假定這樣的細(xì)節(jié)不影響外芯11具有“方形框架形狀”。換言之，上述“方形框架形狀”指的是由外芯11所代表的基本形狀。
[0061 ] 此外，作為外芯11配對物的內(nèi)芯12類似地由鐵粉芯制成，并且例如呈橢圓芯棒狀形狀。內(nèi)芯12被用作繞線筒13的磁芯。
[0062]另一方面，圖1的(a)中所示的繞線筒13是使用例如PBT (聚對苯二甲酸丁二醇酯)作為材料的成型品，或者通過將這樣的成型品結(jié)合起來而獲得。繞線筒13由被纏繞線圈14的芯體13a和形成在繞線筒兩端的有角的頸圈13b組成。芯體13a呈管狀形狀，其與中心軸線方向(即當(dāng)纏繞線圈14時的纏繞軸線方向)正交的橫截面呈橢圓形狀。有底孔13d形成在繞線筒13的中部且從圖1的觀察者側(cè)的頸圈13b延續(xù)到芯體13a的內(nèi)表面。應(yīng)該注意的是另一側(cè)的頸圈13b用作有底孔13d的“底部”。在每一個頸圈13b的上端形成有定位部13c，該定位部沿與頸圈13b的主要平坦表面正交的方向向外稍微突出。
[0063]在繞線筒13的芯體13a上，如圖1的(b)中所示，線圈14纏繞預(yù)定圈數(shù)。內(nèi)芯12緊緊插入繞線筒13的有底孔13d中。插入孔中的內(nèi)芯12的中心軸線A與線圈14的纏繞軸線方向平行(基本上對準(zhǔn))。當(dāng)將已經(jīng)纏繞有線圈14且插有內(nèi)芯12的繞線筒13沿著圖1的(b)中箭頭所指示的方向插入到外芯11中時，如圖1的(c)所示，繞線筒13被安裝在外芯11的框架中。
[0064]如圖1的(b)中的雙點(diǎn)劃線所指示的，當(dāng)插入除定位部13c外的繞線筒13時繞線筒13的寬度尺寸(較長的尺寸)與除相對應(yīng)的曲率半徑R外的外芯11的內(nèi)部尺寸(尺寸是由彼此相面對的兩個平坦表面Ila之間的距離減去2R后得到的)相同，每個曲率半徑R設(shè)置在外芯11的內(nèi)周上的四個角中的每一個角上，而當(dāng)插入除定位部13c外的繞線筒13時繞線筒13的深度尺寸(較短的尺寸)與外芯11的內(nèi)部尺寸(彼此相面對的兩個平坦表面Ilb之間的尺寸)相同。由此，繞線筒13可以被緊緊插入并安裝至外芯11。在圖1的(c)的狀態(tài)下，內(nèi)芯12置于外芯11的內(nèi)表面中的彼此相面對的兩個平坦表面Ilb之間，以使得中心軸線A沿著與兩個平坦表面Ilb正交的方向延伸。
[0065]〈鐵粉芯的細(xì)節(jié)〉[0066]形成上述外芯11和內(nèi)芯12的鐵粉芯都是通過對原材料進(jìn)行壓力成型和熱處理制成的，原材料包括作為粉碎粉末的軟磁性粉末、涂覆在軟磁性粉末表面的絕緣涂層以及粘結(jié)劑。純鐵(Fe)、或者包括鐵的鐵硅合金系或鐵硅鋁合金系適合用作軟磁性粉末。此外，還可以使用鐵硅硼合金系(非晶鐵粉芯)。
[0067]具體地，本實(shí)施例中的軟磁性粉末包含作為主要成分的鐵(Fe)以及約占9.5重量％ (重量百分比)的硅(Si)和約占5.5重量％的鋁(Al)。涂覆在軟磁性粉末上的絕緣涂層通過對硅樹脂進(jìn)行熱固化來獲得。此外，粘結(jié)劑是丙烯酸樹脂。軟磁性粉末的平均粒徑優(yōu)選地不小于30微米且不大于500微米，而在本實(shí)例中大約為150微米。通過采用本實(shí)例中的平均粒徑，減少了磁各向異性，對于扼流線圈的芯部材料而言這是優(yōu)選的。在室溫下以10t/cm2的壓力進(jìn)行壓力成型。成型后，在氮?dú)鈿夥罩幸?50°C進(jìn)行I小時的熱處理。
[0068]也就是說，上述鐵粉芯的主要制作方法包括三步:(1)用絕緣涂層涂覆軟磁性粉末然后將粘結(jié)劑混入所得軟磁性粉末中的步驟；(2)按壓步驟；(3)熱處理步驟。作為比較，非晶帶的制作方法需要至少五個步驟:(i)冷軋；(ii)層壓/纏繞；(iii)粘合(加熱、加壓)；(iv)切割；以及(V)熱處理。也就是說，有利的是，鐵粉芯與非晶帶相比需要更少的制造步驟。
[0069]此外，在非晶帶的情況下，磁通量易于穿過非晶帶的平坦表面，并且因而容易產(chǎn)生強(qiáng)的磁各向異性。因此，如果假設(shè)在圖1所示結(jié)構(gòu)中外芯11和內(nèi)芯12由非晶帶制成，則會在與內(nèi)芯12的端面面對的外芯11中產(chǎn)生渦電流，從而引起大的渦流損耗。在這一點(diǎn)上，在鐵粉芯引起的各向異性更少的情況下，更不易產(chǎn)生渦電流。
[0070]〈繞線筒的細(xì)節(jié)〉
[0071]圖2是繞線筒13的截面圖，線圈14纏繞在繞線筒13上且內(nèi)芯12插入并容納在繞線筒內(nèi)的預(yù)定位置處。在圖2中，左側(cè)的頸圈13b的外表面(除定位部13c外)與內(nèi)芯12的左端面齊平。另一方面，右側(cè)的頸圈13b (除定位部13c外)的厚度不是完全均一的，這是因為內(nèi)芯12的右端面所抵靠的中間部分13bl的厚度和頸圈13b的除中間部分13bl外的周圍部分13b2 (在側(cè)面接納線圈14的部分)的厚度被設(shè)計成彼此不相同。也就是，厚度tl是主要確保頸圈13b強(qiáng)度的厚度，而厚度t2是用來限定內(nèi)芯12的右端面和與內(nèi)芯緊密面對的外芯11之間的磁隙的厚度。因此，所必須的磁隙長度被設(shè)定為厚度t2。應(yīng)該注意的是左側(cè)的頸圈13b也具有與厚度tl相同的厚度值。
[0072]<組裝完成后的截面和散熱結(jié)構(gòu)>
[0073]圖3是示出了在圖1的(C)狀態(tài)下的扼流線圈10的截面圖，該扼流線圈增加了用于散熱的構(gòu)造。由于插入了繞線筒13，如果定位部13c抵靠在外芯11的頂部處的端面11c，則這個位置就是確切的安裝位置。在這個安裝位置處，內(nèi)芯12的中心軸線A與外芯11的平坦表面Ilb中的每一個平坦表面的中心(圖3紙面內(nèi)的上下方向上的中心和與圖3紙面正交的深度方向上的中心)對準(zhǔn)。按這種方式，可以容易地將內(nèi)芯12的中心軸線A與兩個平坦表面Ilb的中心對準(zhǔn)，并且因此可以使得磁通量以平衡的方式穿過外芯11。
[0074]此外，在圖3中，內(nèi)芯12的中心軸線A方向上的左端部抵靠在外芯12的平坦表面Ilb中的一個(左側(cè))平坦表面上，而內(nèi)芯12的中心軸線A方向上的右端部隔著有底孔13d的底部的厚度(圖2中所示的t2)面向平坦表面Ilb中的另一個(右側(cè))平坦表面。也就是，在內(nèi)芯12被插入到繞線筒13的有底孔13d內(nèi)并且被收納于孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置處的狀態(tài)下，如果繞線筒13被安裝在外芯11的框架內(nèi)，內(nèi)芯12的一端可以抵靠在外芯11上，而內(nèi)芯12的另一端可以提供特定間隙，該間隙由位于內(nèi)芯12的另一端和外芯11之間的底部的厚度(t2)限定。從而，該間隙的尺寸管理變得容易。
[0075]此外，在圖3中，線圈14的最外層的一部分(位于下部的一部分)14a從外芯11的框架的端面Iid側(cè)露出，并且相對于端面Ild位于外芯11的更內(nèi)部(附圖中的上側(cè))。因而，還設(shè)置有散熱部件15，該散熱部件面向外芯11的端面Ild和線圈14的最外層的一部分14a。散熱部件15具有例如,水護(hù)套結(jié)構(gòu)(water jacket structure),并且能吸收熱量并將熱量釋放到外側(cè)。散熱部件15抵靠在外芯11的下部的端面Ild上。此外，散熱片16被置于并固定在線圈14的最外層的一部分14a和散熱部件15之間。散熱片16是導(dǎo)熱性好并且具有柔性片材形狀的導(dǎo)熱材料。
[0076]采用這種散熱構(gòu)造，對于外芯11，通過使端面Ild接觸到散熱部件15，可以容易地形成用于散熱的導(dǎo)熱路徑。此外，對于線圈14，通過使最外層的一部分14a經(jīng)由散熱片16接觸到散熱部件15，可以容易地形成用于散熱的最短(不經(jīng)由外芯11)的導(dǎo)熱路徑。因此，如圖3中的箭頭所示，由于線圈14產(chǎn)生的熱量可以不僅經(jīng)由外芯11而且也從線圈14的最外層被傳導(dǎo)至散熱部件，從而可以獲得優(yōu)良的散熱效果。
[0077]圖4是示出了提供具有不同于圖3所示散熱片16的散熱構(gòu)造的截面圖。在圖4中，通過在外芯11的框架的兩個端面之間填充例如環(huán)氧樹脂將線圈14和繞線筒13整體成型在一起。利用這種成型處理，外芯11內(nèi)的空間部分被環(huán)氧樹脂填充，從而得到成型件17的表面與上端面13c和下端面13e中的每個端面齊平的狀態(tài)(成型件17的表面在扼流線圈整體的外表面上暴露出來)。
[0078]然后，通過使外芯11下部的成型件17的表面接觸到散熱部件15，可以形成用于散熱的從線圈14導(dǎo)出熱量的最短(不經(jīng)由外芯11)的導(dǎo)熱路徑。因此，可以獲得優(yōu)良的散熱效果，從而線圈14產(chǎn)生的熱量可以不僅經(jīng)由外芯11而且經(jīng)由成型件17被傳導(dǎo)至散熱部件15。
[0079]〈總結(jié)〉
[0080]如上所述，根據(jù)上述實(shí)施例的扼流線圈10，由于外芯11和內(nèi)芯12由彼此不同的部件制成，因此外芯和內(nèi)芯的形狀得到簡化。由于外芯11呈方形框架形狀而內(nèi)芯12呈芯棒狀形狀，因此外芯11和內(nèi)芯12均具有簡單形狀且易于成型。此外，由于形狀簡單，可以抑制發(fā)生局部應(yīng)力集中，并且即便使用了鐵粉芯，也容易確保機(jī)械強(qiáng)度。此外，對于呈方形框架形狀的外芯11和呈芯棒狀形狀的內(nèi)芯12，外芯11的框架形狀和內(nèi)芯12的與中心軸線方向正交的截面形狀在任何截面上保持不變。從而，容易進(jìn)行每個芯部的壓力成型。
[0081]此外，通過將內(nèi)芯12插入到形成在繞線筒13的中部處的孔(有底孔13d)內(nèi)以收納在孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置，內(nèi)芯12的中心軸線A方向上的一個端部抵靠在外芯11的兩個平坦表面Ilb中的一個平坦表面上，而內(nèi)芯12的中心軸線A方向上的另一端部在面向兩個平坦表面Ilb中的另一個平坦表面的同時形成預(yù)定磁隙(對應(yīng)于圖2中的厚度t2)。也就是說，如果繞線筒13 (內(nèi)芯12被插入到繞線筒13的孔內(nèi)并收納在孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置處)被安裝在外芯11的框架內(nèi)，則芯12的一端可以抵靠在外芯11上，并且內(nèi)芯12的另一端可以在內(nèi)芯12的另一端和外芯11之間形成預(yù)定間隙。從而容易對間隙進(jìn)行尺寸管理。
[0082]此外，繞線筒13的纏繞有線圈14的部位(芯體13a)的橫截面形狀是橢圓形，該橫截面與纏繞軸線方向正交。當(dāng)與橫截面呈如方形等多邊形的情況相比，由于橢圓沒有角部，因此更容易使線圈14緊密接觸到所述部位。此外，當(dāng)與橫截面呈圓形的情況相比，橢圓形在纏繞方向上的曲率是有變化的，因此纏繞的線圈14不太可能松動。因此，容易纏繞線圈14。應(yīng)該注意的是，通過使得內(nèi)芯12具有類似橢圓形狀的橫截面形狀，可以使每圈線圈上線圈14和內(nèi)芯12間的距離都均一。
[0083]在上述實(shí)施例中，外芯11的內(nèi)部形狀和外部形狀每一者都是方形，但是外芯11的外部形狀可以不一定是方形。例如，在圖6所示的變型例的外芯11的情況下，盡管外芯11的內(nèi)部形狀是方形并且外芯11的內(nèi)表面包括兩組平坦表面，即，如同圖1中的情況，包括一對平坦表面Ila和一對平坦表面11b，但是外芯11的外部形狀具有以弧形突出的形狀。在這種情況下，也可以獲得由于形狀簡單而帶來的相似的基本作用和效果。由于外表面厚度和圓度的增加，機(jī)械強(qiáng)度預(yù)期也會增加。
[0084]此外，在圖1和圖6所示的外芯11的內(nèi)部形狀的方形的四個角部中的每一個角部都可以設(shè)置有具有與繞線筒13的每一個頸圈13b的厚度相對應(yīng)的曲率半徑的圓度。
[0085]<內(nèi)芯和繞線筒的芯體的變型例>
[0086]在上述實(shí)施例中，圖1中所示的繞線筒13的芯體13a和內(nèi)芯12每一者的橫截面形狀都是橢圓形。如上所述，這有利之處在于可以容易地纏繞線圈14。盡管如此，上述橫截面的形狀不限于橢圓。例如，也可以采用圓或者與圓或者橢圓近似的曲線。此外，如果把角部倒圓成弧形來改變輪廓，則甚至可以優(yōu)選使用諸如方形等多邊形。
[0087]總之，如下情況是足夠的:繞線筒13的芯體和內(nèi)芯12每一者的橫截面形狀(輪廓)是包括圓和橢圓在內(nèi)的倒圓外凸曲線或者角部倒圓的多邊形。與橫截面為諸如方形等具有角部的多邊形的情況相比，這些形狀不具有尖角，并且因此更容易使線圈緊密接觸。此外，角部倒圓的矩形在纏繞方向上的邊長是有變化的。因此纏繞的線圈不太可能松動。因此，容易纏繞線圈。
[0088]如上所述，優(yōu)選的是芯體13a的橫截面形狀和內(nèi)芯12的橫截面形狀有相似性的關(guān)系，以保持線圈14和內(nèi)芯12之間的磁感距離均一。
[0089]圖7是示出了內(nèi)芯12和繞線筒13的芯體13a的橫截面形狀的兩個實(shí)例的示意圖。如圖7的(a)所示，在內(nèi)芯12和芯體13a的橫截面形狀都如圖1中所示地為橢圓的情況下，容易纏繞線圈14，但是線圈14的直接接觸散熱片16的最外圍部分的面積小，并且從線圈14到散熱片16的直接散熱性能不夠好。同樣的情況適用于橫截面形狀為圓形的情況。如果橫截面形狀是矩形，則線圈14可以在大的范圍內(nèi)接觸到散熱片16。但是，如果有角部，則不容易纏繞線圈14。
[0090]因此，如圖7的(b)中所示，更優(yōu)選的是橫截面形狀基本呈矩形而角部倒圓的形狀。在這種情況下，線圈14可以在大的范圍內(nèi)接觸到散熱片16，線圈14也易于纏繞。實(shí)驗結(jié)果表明，優(yōu)選的是長邊的長度W、短邊的長度B、以及每個角部的曲率半徑Rb滿足以下關(guān)系:
[0091]W=L 5XB
[0092]Rb=B/3
[0093]〈內(nèi)芯的變型例等〉
[0094]圖8是示出了內(nèi)芯12的另一種結(jié)構(gòu)的透視圖。在上述實(shí)施例中，內(nèi)芯12呈芯棒狀形狀并由一件構(gòu)成(圖1)。但是，如圖8所示，內(nèi)芯12可以沿中心軸線A的軸向被分成多件，且間隔件18被夾在所述多件之間。這是內(nèi)芯12被分成兩件的實(shí)例，但是內(nèi)芯12也可以被分成三件或者更多件。在這種情況下，例如，通過用作為非磁性材料的樹脂形成間隔件18，可以利用間隔件18的厚度來確保磁隙。
[0095]也就是說，在這種情況下，并不一定需要利用圖2和圖3中所示的繞線筒13的結(jié)構(gòu)來確保磁隙。因此，可以將繞線筒13的有底孔13d變成通孔，并且可以使內(nèi)芯12的兩個端面抵靠在外芯11上。然而，可以組合使用如圖2中所示的利用繞線筒13的有底孔13d的底部的厚度來確保間隙的構(gòu)造以及如圖8中所示的將間隔件18夾在內(nèi)芯12的多件之間的構(gòu)造。在這種情況下，有底孔13d的底部的厚度和間隔件18的厚度的總和確保必要數(shù)量的磁隙。此外，間隔件18不一定必須是非磁性材料。例如，通過選擇磁阻比內(nèi)芯12的磁阻更大的磁性材料作為材料，間隔件18可以展示出與間隙相類似的作用(抑制磁飽和)。
[0096]<繞線筒的變型例>
[0097]圖9是示出了根據(jù)變型例的繞線筒13的透視圖。作為基本特征，繞線筒13由芯體13a和位于芯體兩端處的頸圈組成，在芯體13a內(nèi)形成有有底孔13d，而在每一個頸圈上形成有定位部13c，這如同圖1中所示的繞線筒13的情況。然而，在圖9示出的實(shí)例中，芯體13a的橫截面形狀(輪廓)不是橢圓形，而是四個角部倒圓的矩形，如圖7的(b)中所示。
[0098]圖9中所示的繞線筒13和圖1中所示的繞線筒13之間的主要區(qū)別在于，首先，兩個頸圈中的一個頸圈13f比兩個頸圈中的另一個頸圈13b更厚，并且在頸圈13f中形成有相對于頸圈13f的其他部分更凹陷的凹部13g。由于頸圈13f足夠厚，因而可以容易地形成凹部13g。通過將線圈14的纏繞端沿著凹部13g和端壁13h放置，線圈14的纏繞變得容易。
[0099]圖10是從圖9中所示的X-X線觀察到的繞線筒13的截面圖。有底孔13的底部形成了厚度為t2的磁隙，如同圖2中的情況所示。然而，在間隙側(cè)的頸圈13f的厚度例如為t3，比左側(cè)的頸圈13b的厚度tl大。
[0100]圖11是示出了圖10中所示的纏繞有線圈14的繞線筒13安裝在外芯11上的狀態(tài)的部分截面圖。圖11中帶箭頭的線示出了應(yīng)該從內(nèi)芯12流進(jìn)外芯11的磁通量泄露到外部而變成了漏磁通量φ的狀態(tài)。當(dāng)位于外芯11的內(nèi)周的右端側(cè)附近的線圈14的導(dǎo)線暴露于這樣的漏磁通量φ時，會在發(fā)生導(dǎo)線內(nèi)渦流損耗，因而，優(yōu)選的是這種線圈14的導(dǎo)線盡可能不暴露于漏磁通量φ。由于間隙側(cè)的頸圈i3f具有較大的厚度，因此可以通過增加厚度，將導(dǎo)線靠左設(shè)置，以使得導(dǎo)線遠(yuǎn)離漏磁通量φ。結(jié)果是導(dǎo)線所暴露于的漏磁通量減少了。從而，扼流線圈10的損耗減少。
[0101]圖12示出了根據(jù)另一個變型例的繞線筒13，其中(a)示出了繞線筒的截面圖，而(b)是從頸圈13f側(cè)觀察到的繞線筒的側(cè)視圖。關(guān)于繞線筒13，用于收納內(nèi)芯的孔13j的底部部分地敞開，而且形成有作為通孔的底部孔13k。這里，作為實(shí)例，內(nèi)芯呈圓柱形，而孔13j也具有與內(nèi)芯相對應(yīng)的形狀。底部孔13k的直徑比孔13j的內(nèi)徑小，因此，底部孔13k的邊緣13kl用作被內(nèi)芯抵靠的阻擋物。此外，邊緣13kl的厚度(t2)形成磁隙。形成這樣的底部孔13k提供如下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)線圈纏繞在繞線筒13上時使用的用作繞線筒13旋轉(zhuǎn)軸線的治具可以被插入并穿過底部孔13k。在纏繞線圈之后，底部孔13k中的空間可以保留下來作為不被任何物體堵塞的空間，或者可以被散熱材料或者樹脂填充。[0102]應(yīng)該注意的是繞線筒13的頸圈13b (包括定位部13c)或者頸圈13f優(yōu)選地具有如圖1、圖9或者圖12中所示的形狀(方形)，以便將繞線筒穩(wěn)定安裝至外芯11，從而便于定位，并用于進(jìn)一步提高散熱性能。但是，可以采用如圖15所示的具有環(huán)形頸圈的繞線筒(102a)(內(nèi)芯呈圓柱形)。另外在這種情況下，由于外芯和內(nèi)芯由彼此不同的部件制成，所以外芯和內(nèi)芯的形狀得到簡化，因此容易進(jìn)行成型，并且可以獲得基本的作用和效果:即便使用鐵粉芯，也可以容易地確保機(jī)械強(qiáng)度。
[0103]〈繞線筒的固定〉
[0104]圖13是在采用了圖12所示類型的繞線筒13的情況下的扼流線圈10的截面圖。通常，繞線筒13被緊緊安裝在外芯11內(nèi)，從而被穩(wěn)定地保持在外芯11內(nèi)。此外，由于定位部13c的存在，繞線筒13不會沿圖13中的向下方向移動。但是，為了更確實(shí)地將外芯11和繞線筒13彼此固定，優(yōu)選的是在施加粘合劑19后將繞線筒13插入到外芯11中。作為粘合劑，優(yōu)選硅基型，但是也可以使用環(huán)氧樹脂基類的材料。
[0105]〈線圈的類型〉
[0106]圖14示出了線圈橫截面形狀的類型。圖2和其它附圖中所示的線圈14的導(dǎo)線(絕緣導(dǎo)線)是橫截面為圓形的圓導(dǎo)線，如圖14的(a)中所示。除此之外，也可以使用如圖14的(b)所示的橫截面呈正方形的扁平導(dǎo)線線圈14f或者如圖14的(c)中所示的扁立(edgewise)線圈14w，其中扁立線圈14是橫截面呈矩形的扁平導(dǎo)線且以矩形的短邊進(jìn)行纏繞來形成內(nèi)徑表面。扁立線圈與圖14的(a)中的圓導(dǎo)線和圖14的(b)中的扁平導(dǎo)線相比更不易纏繞，但是占空系數(shù)大，并且更適用于高電流。
[0107]〈其他〉
[0108]應(yīng)該注意，這里所披露的實(shí)施例在各個方面而言僅僅是示例性的，而并不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的范圍來限定，并且應(yīng)包括與權(quán)利要求書等同的含義以及落入權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有變型例。
[0109]參考標(biāo)記列表
[0110]10扼流線圈[0111 ] 11 外芯
[0112]Ilb平坦表面
[0113]Ild 端面
[0114]12 內(nèi)芯
[0115]13繞線筒
[0116]13a 芯體
[0117]13b，13f 頸圈
[0118]13c定位部
[0119]13d有底孔
[0120]13g 凹部
[0121]13j 孔
[0122]14 線圈
[0123]15散熱部件
[0124]17成型件 [0125] 18間隔件
【權(quán)利要求】
1.一種扼流線圈，包括: 外芯，其由鐵粉芯制成，所述外芯至少在其內(nèi)表面?zhèn)瘸史叫慰蚣苄螤睿? 繞線筒，線圈纏繞在所述繞線筒上且所述繞線筒安裝在所述外芯的框架內(nèi)；以及 內(nèi)芯，其由鐵粉芯制成，用作所述繞線筒的磁芯，所述內(nèi)芯呈中心軸線與所述線圈的纏繞軸線方向平行的芯棒狀形狀，所述內(nèi)芯被置于所述外芯的內(nèi)表面中的彼此相面對的兩個平坦表面之間，以使得所述中心軸線沿著與所述兩個平坦表面正交的方向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扼流線圈，其中， 通過將所述內(nèi)芯插入到形成在所述繞線筒的中部處的孔內(nèi)以收納在所述孔內(nèi)的預(yù)設(shè)位置，所述內(nèi)芯的中心軸線方向上的一個端部抵靠在所述兩個平坦表面中的一個平坦表面上，而所述內(nèi)芯的中心軸線方向上的另一端部面向所述兩個平坦表面中的另一個平坦表面同時形成預(yù)定磁隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扼流線圈，其中， 所述孔是有底孔，且所述另一端部隔著所述有底孔的底部的厚度面向所述兩個平坦表面中的所述另一個平坦表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的扼流線圈，其中， 在所述繞線筒的兩端分別形成有頸圈，其一端的所述頸圈比其另一端的所述頸圈厚，且所述磁隙存在于一端側(cè)的所述頸圈處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的扼流線圈，其中， 在一端的所述頸圈中，形成有凹部，所述線圈的纏繞端沿著所述凹部放置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 所述內(nèi)芯沿其中心軸線方向被分成多件，且起磁隙作用的部件被夾在所述多件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 所述繞線筒設(shè)置有定位部，所述定位部使所述內(nèi)芯的中心軸線對準(zhǔn)所述兩個平坦表面中每一個平坦表面的中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 纏繞在所述繞線筒上的所述線圈的最外層的一部分從所述外芯的框架的一個端面?zhèn)嚷冻霾⑶蚁鄬τ谒鲆粋€端面位于所述外芯的更內(nèi)部，而且還提供有散熱部件，所述散熱部件面向所述一個端面和所述最外層的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 分別形成所述外芯和所述內(nèi)芯的每個所述鐵粉芯是通過將涂覆有絕緣涂層的軟磁性粉末進(jìn)行壓力成型和熱處理而獲得的，并且所述軟磁性粉末的平均粒徑為大約150微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 所述繞線筒的纏繞有所述線圈的部位的橫截面形狀是包括圓和橢圓在內(nèi)的倒圓外凸曲線，或者角部倒圓的多邊形，所述橫截面與所述纏繞軸線方向正交。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的扼流線圈，其中， 所述線圈和所述繞線筒通過將樹脂填充在所述外芯的框架的兩個端面之間而成型在一起。
【文檔編號】H01F27/255GK103733283SQ201280038260
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月1日
【發(fā)明者】鄭曉光, 大橋紳悟 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 住友電裝株式會社, 株式會社自動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所