專利名稱：線圈單元所用的磁芯組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對電動汽車充電的線圈單元所用的磁芯組件，及其制造方法。
通常，磁性耦合裝置包括構成磁路的磁芯組件，該磁路用于使初級線圈單元的初級線圈與次級線圈單元的次級線圈磁性耦合，而該初級線圈單元與外部電源裝置連接，該次級線圈單元與電動汽車的電池連接。當兩個單元互連而且初級線圈被激磁時，由所產生的磁通在次級線圈中產生感應電動勢，對電池充電。
在這種磁性耦合裝置中，無法防止磁芯組件的磁芯因磁性材料的磁滯損耗等而發(fā)熱。因此，存在如下問題，即磁性耦合裝置作為整體因基于電池充電的磁芯熱源而導致溫度上升。
本發(fā)明的第一目的是提供能抑制溫度上升的用于線圈單元的磁芯組件。
本發(fā)明的第二目的是提供能抑制溫度上升的用于線圈單元的磁芯組件的制造方法。
為了實現本發(fā)明的第一目的，提供一種利用外部充電電源對電動汽車的電池裝置充電的線圈單元所用的磁芯組件，線圈單元包括與外部充電電源連接的初級線圈單元和與電池裝置連接的次級線圈單元，根據本發(fā)明，包括用于支承初級線圈單元的初級線圈的初級磁芯；和用于支承次級線圈單元的次級線圈的次級磁芯。初級磁芯具有一對互補初級磁芯部件。至少一個互補初級磁芯部件在組合表面設置有形成第一流動通道的槽，用于初級磁芯部件相互組合時在初級磁芯中流動冷卻介質。次級磁芯具有一對互補次級磁芯部件。至少一個互補次級磁芯部件在組合表面設置有形成第二流動通道的槽，用于次級磁芯部件相互組合時在次級磁芯中流動冷卻介質。因此，當初級磁芯與次級磁芯連接時，線圈單元在初級線圈和次級線圈之間構成磁路。
根據本發(fā)明的上述結構，由于在磁芯中形成用于流動冷卻介質的流動通道，所以可以冷卻未暴露于大氣且容易積存熱量的磁芯部分，從而提高冷卻效率。
由于槽位于磁芯部件的組合表面，所以還可以通過磁芯組件的生產過程容易地在磁芯中形成槽。當一對磁芯部件互連時，槽構成流動通道。因此，不必進行鉆孔步驟，從而可容易地制造用于線圈單元的磁芯組件。
在用于線圈單元的磁芯組件中，第一和第二流動通道可以在內部設置凹入和凸出，用于在其中產生冷卻介質的紊流。
根據上述結構，由于冷卻介質在流動通道中被造成紊流，通過與流動通道內周表面接觸而升溫的冷卻介質可以和與內周表面隔開并處于低溫的冷卻介質混合。因此，只有處于高溫的冷卻介質不沿流動通道的內周表面流動，從而提高了冷卻效率。
在上述任一種線圈單元所用的磁芯組件中，初級或次級線圈單元可容納于保護殼中，保護殼可設置連通孔，用于流動通道與保護殼外部的連通。
根據上述結構，由于冷卻介質可以從保護殼外部引入線圈單元所用的磁芯組件中的流動通道，所以保護殼可以保護線圈單元，而不在保護殼中積存熱量。
為了實現本發(fā)明的第二目的，提供一種用于線圈單元的磁芯組件的制造方法，包括以下步驟在用于形成一對互補磁芯部件的每一件的模具中填充鐵氧體粉末；對模具中的鐵氧體粉末進行壓制，在磁芯部件的組合表面形成槽；對在模具中壓制的鐵氧體粉末進行燒結；把一對互補磁芯部件經各組合表面相互固定在一起。
根據本發(fā)明的方法，即使磁芯是由過硬而難以加工的燒結鐵氧體粉末制成，也可以制造其中具有流動通道的用于線圈單元的磁芯組件。
通過以下結合附圖對本發(fā)明的說明，本領域的技術人員將可以了解本發(fā)明的上述和其它特征。


圖1是裝備有本發(fā)明的用于線圈單元的磁芯組件實施例的充電裝置的透視圖。
圖2是圖1所示充電裝置一部分的縱向剖面圖，展示了該裝置的充電狀態(tài)。
圖3是本發(fā)明的磁芯組件實施例中次級磁芯的次級磁芯部件的分解透視圖。
圖4是本發(fā)明的磁芯組件實施例中初級磁芯的初級磁芯部件的分解透視圖。
圖5是壓制成型次級磁芯的次級磁芯部件的模具組合的剖面圖，展示了模具組合的開啟位置。
圖6是圖5所示模具組合的剖面圖，展示了模具組合的閉合位置。
圖7是圖3所示次級磁芯的另一種次級磁芯部件的分解透視圖。
圖8是圖3所示次級磁芯的又一種次級磁芯部件的分解透視圖。
以下結合圖1～8說明根據本發(fā)明的用于線圈單元的磁芯組件及其制造方法的實施例。
如圖1所示，電動汽車在車體一側設置有向外開啟的接收部分10。蓋11可旋轉地安裝在接收部分10的開口。次級線圈單元20位于接收部分10的內部。當耦合器13沿圖1中的箭頭A所示方向插入接收部分10時，接收部分10適合于可拆卸地接收固定于從外部充電裝置(未示出)延伸的用于充電的電源電纜(未示出)端部的耦合器13。
次級線圈單元20包括例如通過燒結鐵氧體粉末制成的次級磁芯21和卷繞于次級磁芯21上的次級磁芯22。次級線圈22的輸出端與充電電路連接，該充電電路通過對在次級線圈22中感應的高頻電動勢整流，對電動汽車中的存儲裝置中的電源電池(未示出)充電。
次級磁芯22具有在側示立體圖中呈角狀的C形，具有垂直柱21A和從垂直柱21A的相對端水平延伸的一對水平柱21B。次級磁芯21固定于接收部分10的內壁，垂直柱21A設置在接收部分10中的內側上，水平柱21B伸向接收部分10的開口。次級線圈22安裝在垂直柱21A上，水平柱21B的末端表面限定出適合于與初級磁芯31連接的耦合表面。以下將說明耦合表面21C。
次級磁芯21的垂直柱21A和水平柱21B形成為圓管。各個柱21A和21B的內部相互連通，如圖2所示，限定出適合流動冷卻介質的流動通道40。流動通道40包括垂直柱21A中的通路41和水平柱21B中的通路42。垂直柱21A中的通路41在相反端設置有開口41A、41A。開口41A通過接收部分10的內壁上的開口10A面對電動汽車車體中的寬闊空間10B。于是，隨著冷卻介質冷卻次級磁芯21時，空間10B中的空氣在通路41中自由地流動。流動通道40在其內周表面上設置有多個突起50(圖2)。
如圖3所示，次級磁芯21包括一對磁芯部件25、25，其相對于包含垂直和水平柱21A和21B的中心軸的平面對稱。每個磁芯部件25在其組合表面44設置有剖面是半圓形的槽43。當一個磁芯部件25中的一個槽43與另一個磁芯部件25中的另一個槽43結合時，在次級磁芯21中限定出流動通道40。槽43的內周表面上的突起50朝向配合的磁芯部件25中的配合槽43。次級磁芯21由下述方法制造，亦即首先形成每個磁芯部件，然后相互耦合磁芯部件。于是，可以容易地在次級磁芯21中形成流動通道40。
耦合器13具有適合于裝入接收部分10的外殼14。外殼14含有包括初級線圈32和初級磁芯31的初級線圈單元30。初級磁芯31剖面是角管。初級磁芯31在相反端設置有開口，從而限定出流動冷卻介質的流動通道45。流動通道45的相反端的開口45A通過外殼14的孔14A面對外殼14的外部，從而隨著冷卻流動通道45中的介質時自由地流動空氣。在流動通道45的內周表面上形成多個突起51。
初級磁芯31相反端的前端表面限定出適合與次級磁芯21耦合的耦合表面31C。耦合表面31C經過外殼14的孔14B(見圖1)面對耦合表面21C。初級線圈32安裝在初級磁芯31的中間部分上。初級線圈32的端頭連接于從外部充電裝置延伸的用于充電的電源電纜。
如圖4所示，初級磁芯31包括對稱于含有初級磁芯31的中心軸的平面的一對磁芯部件35和35，以便對應于一對磁芯部件25和25。每個磁芯部件35在組合表面47設置有剖面為矩形的槽46。一個磁芯部件35中的一個槽46與另一個磁芯部件35中的另一個槽46結合，限定出流動通道45。
在槽35的內周表面上設置多個突起51，以使突起51朝向配合的磁芯部件35耦合表面。當耦合器13插入接收部分10時，磁芯21和31的左右磁芯部件25、25和35、35相互耦合，從而形成磁路而不會因充電引起磁通量跨過左右磁芯部件。亦即，磁芯21和31的耦合表面44和47沿磁通方向延伸。因此，盡管磁芯21和31分成磁芯部件25、25和35、35，但是本發(fā)明的磁芯組件具有與不分割的磁芯相同的充電效率。
接著，以下結合圖5和6說明制造磁芯21和31的方法。
通過填充鐵氧體粉末形成每個磁芯部件之后，使各對磁芯部件25、和35、35分別相互組合形成磁芯21和31。
在燒結步驟中，在模具組合中對鐵氧體粉末壓制成型后，對壓制成型的鐵氧體粉末加熱。圖5和6是模具組合60的剖視圖，展示了與磁芯部件25的水平柱25B對應的部位(見圖3和6)。模具組合60包括上模61和下模62，可沿圖5中的箭頭所示垂直方向相互可分離地耦合。下模62在其開放表面設置有適合于容納鐵氧體粉末的凹入63。上模61在其開放表面設置有與凹入63配合的凸起65，以便壓制鐵氧體粉末(見圖5)。
凹入63具有與磁芯部件25的外周構形對應的半圓形。凸起65設置有其半圓形與凹入63的半圓形共軸的隆起64。隆起64用于在磁芯部件25的組合表面形成槽43。當一對磁芯部件25、25相互組合時，在組合表面44的一對槽43、43限定出流動通道40。隆起64設置有具有底壁的多個孔眼64A。孔眼64A按一定圖形布置，朝模具61的開放方向延伸，以便在流動通道40的內周表面上形成突起50。
雖然圖中未展示進行初級磁芯31的磁芯部件35的壓制成型的模具組合，但是模具組合包括一對模具，其中之一具有適合于容納鐵氧體粉末的凹入，另一個具有適合于形成槽46的隆起。該隆起也設置有形成突起51的孔眼。
通過燒結壓制成型的粉末可以獲得圖3和4所示的磁芯部件25和35。一對磁芯部件通過例如粘結相互組合及相互固定，形成磁芯21和引。磁芯部件25、25和35、35中的各對槽43、43和46、46限定出穿過磁芯21和31的流動通道40和45。
根據本發(fā)明的制造方法，經過燒結鐵氧體粉末的工藝在模壓組合件中容易地形成槽43和46，通過結合各對磁芯部件25、25和35、35中的各對槽43、43和46、46，可以在磁芯21和31形成流動通道40和45。因此，無需加工硬的燒結鐵氧體成品即可容易地制造具有流動通道的磁芯21和31。由于磁芯部件25和35的待設置槽43和46的組合表面44和47在組合模具之前在模具中一次暴露，所以組合表面可以形成期望的形狀。因此，即使磁芯21和31具有任何復雜的流動通道，例如設置有凸起50和51的流動通道，仍然難以將塑模從流動通道40和45開口40A和45A拔出。
接著，以下說明電動汽車的充電操作。
當耦合器13插入接收部分10時，次級磁芯21的水平柱21B通過孔14B進入外殼14，使組合表面21C和31C相互接觸，從而限定出矩形磁路(圖2)。當利用外部電源對初級線圈22激磁時，所產生的磁通量穿過磁芯21和31，通過磁感應在初級線圈22中產生感應電動勢，對電動汽車中的電源電池充電。
在電池充電的同時，在磁芯21和31中產生大磁通量，以使磁芯21和31發(fā)熱。然而，由于磁芯21和31具有流動通道40和45，穿過流動通道40、45的空氣作為冷卻介質從磁芯21和31吸熱，從而抑制磁芯21和31升溫。
由于從次級磁芯21中的流動通道40出來的垂直柱21A的通路41和初級磁芯35中的流動通道45在磁芯21和31的垂直方向延伸，所以受熱的輕空氣在通路41和流動通道45中向上運動，并通過上開口排放出磁芯21和31之外。同時，冷的重空氣通過下開口流入通路41和流動通道45。
位于通路41和流動通道45的內周表面上的突起50和51使得與冷卻介質的接觸面積變大，從而使冷卻介質產生紊流。這種紊流導致因與通路41和流動通道45的內周表面接觸而受熱的冷卻介質，和與內周表面隔開的處于較低溫度的冷卻介質相互混合。于是，只有處于較高溫度的冷卻介質不沿通路41和流動通道45的內周表面流動。這提高了磁芯21和31的冷卻效率。
另一方面，由于次級磁芯21的水平柱21B中的各個通路42與垂直柱21A中的通路41連通，所以在垂直柱21A中的冷卻介質進入通路42并沿水平柱21B中的通路42的下部分流動的同時，處于較高溫度的冷卻介質沿水平柱21B中的通路42的上部分流進垂直柱21A中的通路41。這樣，冷卻介質也在水平柱21B中的通路42中產生流動。
因此，在磁芯21和31的流動通道40和45中的冷卻介質的自然對流可以有效地從磁芯21和31消除熱量。
根據上述實施例，即使磁芯21和31發(fā)熱，在流動通道40和45中流動的冷卻介質例如空氣也可以消除熱量并抑制磁芯21和31升溫。此外，由于流動通道40和45穿過磁芯21和31，所以可有效地冷卻磁芯21和31的內部。而且，由于磁芯21和31所用保護罩(接收部分和外殼14的壁)設置有孔10A和14A，所以可從保護罩外部把低溫空氣引入流動通道40和45，可以避免線圈單元20和30不在保護罩內積存熱量。
而且，由于通過在磁芯部件25和35的組合表面44和47上制成槽43和46，并使各對磁芯部件25、25和35、35相互組合，由此形成流動通道40和45，所以無需加工燒結成品即可容易地制成具有流動通道40和45的磁芯21和31。
應予注意，本發(fā)明并不限于上述實施例，例如以下所述的選擇替換例包含于本發(fā)明的技術范圍內。此外，除了以下選擇替換例之外，在不偏離本發(fā)明的要點的條件下本發(fā)明可以做出各種變換(1)雖然在上述實施例中，在次級磁芯21的水平柱21B的末端流動通道40是開放的，但是水平柱21B的末端也可以是閉合的，如圖7所示。這種結構可在磁芯21和31之間形成較寬的接觸面積，形成穩(wěn)定的磁路。
(2)雖然在上述實施例中，突起50和51限定出用于在通路中產生紊流的突出物，但是突出物可以是例如剖面呈翅片或三角形頂點，沿冷卻介質的流動方向在流動通道的內周表面上布置。
(3)雖然在上述實施例中，在一對磁芯部件25、25(35、35)中形成槽43、43(46、46)，但是也可以在磁芯部件25(35)之一形成槽43(46)。即使具有單槽的磁芯部件之一與沒有槽的另一個磁芯部件組合，單槽也能限定出流動通道。
(4)如圖8所示，可以在磁芯21的外周表面形成凹坑55，使凹坑55落入突起51中，從而凹坑55增強了從磁芯21的外周表面的熱輻射。
(5)此外，本發(fā)明包括的實施例中，流動通道可以沒有用于產生紊流的突出物。
根據本發(fā)明的上述說明，本領域的技術人員可以做出各種改進、變化和變形。在本領域技術范圍內的這些改進、變化和變形將被后附的權利要求書所覆蓋。
1997年3月7日提交的日本專利申請平9-52907的全部公開、包括說明書、權利要求、附圖和概述作為一個整體在此引證為參考文件。
權利要求
1.一種利用外部充電電源對電動汽車的電池裝置充電的線圈單元所用的磁芯組件，所述線圈單元包括與外部充電電源連接的初級線圈單元和與所述電池裝置連接的次級線圈單元，包括用于支承所述初級線圈單元的初級線圈的初級磁芯，所述初級線圈具有一對互補初級磁芯部件，至少一個所述互補初級磁芯部件在組合表面設置有形成第一流動通道的槽，用于所述初級磁芯部件相互組合時在所述初級磁芯中流動冷卻介質；用于支承所述次級線圈單元的次級線圈的次級磁芯，所述次級磁芯具有一對互補次級磁芯部件，至少一個所述互補次級磁芯部件在組合表面設置有形成第二流動通道的槽，用于所述次級磁芯部件相互組合時在所述次級磁芯中流動冷卻介質；從而，當所述初級磁芯與所述次級磁芯連接時，所述線圈單元在所述初級線圈和所述次級線圈之間構成磁路。
2.根據權利要求1的線圈單元所用的磁芯組件，其中所述第一和第二流動通道在內部設置凹入和凸出，用于在其中產生冷卻介質的紊流。
3.根據權利要求1的線圈單元所用的磁芯組件，其中所述初級或次級線圈單元容納于保護殼中，所述保護殼可設置連通孔，用于所述流動通道與所述保護殼外部的連通。
4.根據權利要求2的線圈單元所用的磁芯組件，其中所述初級或次級線圈單元容納于保護殼中，所述保護殼可設置連通孔，用于所述流動通道與所述保護殼外部的連通。
5.一種線圈單元所用的磁芯組件的制造方法，包括以下步驟在用于形成一對互補磁芯部件的每一件的模具中填充鐵氧體粉末；對所述模具中的鐵氧體粉末進行壓制，在所述磁芯部件的組合表面形成槽；對所述壓制的鐵氧體粉末進行燒結；把一對所述互補磁芯部件通過各組合表面相互固定在一起。
全文摘要
提供一種能抑制升溫的線圈單元所用磁芯組件及其制造方法。鐵氧化制成的次級磁芯(21)包括相互對稱并適合于相互耦合的一對磁芯部件(25、25)。每個磁芯部件(25)在其組合表面(44)設置有槽(43)。磁芯部件(25、25)相互組合時,組合的槽(43、43)限定出適合于在次級磁芯(21)中流動冷卻介質的流動通道(40)。于是,可以在過硬而難以加工的燒結材料制成的磁芯中形成流動通道。
文檔編號H01F27/08GK1202708SQ9810783
公開日1998年12月23日 申請日期1998年3月7日 優(yōu)先權日1997年3月7日
發(fā)明者渡邊邦彥, 田俊郎 申請人:住友電裝株式會社, 住友電氣工業(yè)株式會社