电抗器、转换器及电力转换装置的制造方法
电抗器、转换器及电力转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力机动车和电动机动车、燃料电池机动车等车辆上搭载的转换器及电力转换装置的构成部件等所使用的电抗器。尤其是，涉及一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。
【背景技术】
[0002]作为进行电压的升压和降压的电压转换电路的部件之一，存在电抗器。例如在专利文献I中公开了一种多相转换器用电抗器，其包括芯部和卷绕安装于芯部并彼此磁耦合的多相线圈。在专利文献I所记载的两相转换器用电抗器(两相磁耦合电抗器)(10)中，具备芯部(12)和卷绕安装于芯部(12)的两相的线圈(14、16)。芯部(12)具备T字状的一对T形部(20、22)以及直线状的两个I形部(24)，一对T形部(20、22)具有基部(26)和从基部(26)的中央部突出的中央脚部(28)。另外，各T形部(20、22)配置为使中央脚部
(28)的前端之间经由间隙空间(32)而彼此相对。I形部(24)经由间隙板(18)而与各T形部(20、22)中的基部(26)的两端部(端脚要素(30))结合，并相互平行地配置。并且，在芯部(12)中，由隔着中央脚部(28)位于两侧的I形部(24)构成两个端脚部(34)，线圈(14,16)分别配置于各端脚部(34)。在该电抗器中，将多个线圈配置于同一芯部并使其彼此磁耦合，从而与单相电抗器相比能够小型化。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2012-65453号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]在转换器(电力转换装置)中，要求进一步的小型化。尤其是在车载用的转换器(电力转换装置)中，由于对设置空间存在严格的限制，因此希望进一步的小型化。
[0008]在将多个线圈配置于同一芯部并使其彼此磁耦合的电抗器中，除了感应系数之夕卜，线圈间的耦合系数也是重要的参数。在专利文献I记载的电抗器中，如上所述，其构成为，芯部具有T形部的中央脚部和位于其两侧的两个端脚部(I形部)这三个磁脚部，线圈分别配置于各端脚部。在芯部形成有:耦合磁路，通过T型部的基部和端脚部将线圈彼此磁耦合；以及泄漏磁路，通过中央脚部使从各线圈产生的磁通泄漏。并且，在该电抗器中，通过设置于中央脚部的间隙空间而能够调整电抗、耦合系数。然而，在该电抗器中，除了配置有线圈的端脚部以外，芯部还具有用于调整耦合系数的中央脚部，因此难以进一步小型化。
[0009]本发明的目的之一在于，提供一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。而且，本发明的另一目的在于，提供具备该电抗器的转换器、具备该转换器的电力转换装置。
[0010]用于解决课题的方案
[0011]本发明的电抗器，具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使多个所述线圈彼此磁耦合的芯部，其中，多个所述线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置。所述芯部由如下部件构成:多个磁脚部，配置有所述各线圈；以及一对连接部，配置于多个所述磁脚部的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部的端部彼此连接。所述电抗器具备调整相邻的所述线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。
[0012]发明效果
[0013]本发明的电抗器能够小型化。
【附图说明】
[0014]图1是说明本发明的实施方式涉及的电抗器的基本结构的一例的图，(A)是示出线圈和芯部的概要立体剖视图，(B)是概要俯视剖视图。
[0015]图2是示出实施方式I的电抗器的概要俯视剖视图。
[0016]图3是示出实施方式2的电抗器的概要俯视剖视图。
[0017]图4是示出实施方式3的电抗器的概要俯视剖视图。
[0018]图5是示出实施方式4的电抗器的概要俯视剖视图。
[0019]图6是示出混合动力机动车的电源系统的概要结构图。
[0020]图7是示出具备实施方式的转换器的实施方式的电力转换装置的一例的概要电路图。
【具体实施方式】
[0021][本发明的实施方式的说明]
[0022]本发明的电抗器通过使芯部由配置有线圈的磁脚部和将磁脚部的端部彼此连接起来的连接部构成，从而实现上述的目的。首先，列出本发明的实施方式来进行说明。
[0023]实施方式涉及电抗器具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使这些线圈彼此磁耦合的芯部。多个线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置。芯部由下述部件构成:多个磁脚部，配置有各线圈；以及一对连接部，配置于所述磁脚部的两端部，并且连接彼此相邻的各磁脚部的端部。并且，具备调整相邻的线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。
[0024]根据上述实施方式的电抗器，芯部由配置线圈的磁脚部和将磁脚部的端部彼此连接起来的连接部构成。即，实施方式的电抗器不具有专利文献I所述的电抗器那样的为了调整耦合系数而在芯部形成泄漏磁路的中央脚部。因此，实施方式的电抗器与现有的电抗器相比，能够小型化。而且，通过具备耦合系数调整构件，能够调整线圈之间的耦合系数。
[0025]作为上述耦合系数调整构件，可以列举出以下所示的(I)?(4)的方式。
[0026](I)具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板的方式；
[0027](2)在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部的方式；
[0028](3)在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部的方式；
[0029](4)具备设置于连接部的至少一方的磁隙部的方式。
[0030]在上述方式(I)中，通过具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板，来调整耦合系数。例如，在磁耦合的一对线圈以相邻的方式分别配置于磁脚部的情况下，有时来自一方的磁脚部的泄漏磁通通过线圈的绕组线间(匝间)而漏到线圈外部，该泄漏磁通的一部分横穿线圈间并移至另一方的磁脚部。根据上述方式(1)，通过配置于线圈之间的磁屏蔽板，能够屏蔽并抑制从一方的磁脚部横穿线圈间并移至另一方的磁脚部的泄漏磁通，从而能够提高线圈间的耦合系数。因此，能够调整耦合系数。例如，通过在磁脚部设置由空气间隙和非磁性材料构成的间隙部件等磁隙部，或者将磁脚部以低导磁率的软磁性材料形成等，在磁脚部容易产生泄漏磁通，能够增大耦合系数的调整量。
[0031]在上述方式(2)中，通过在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部，来调整耦合系数。通常，在线圈的绕距密的密绕部，绕组线的间隔(匝的间隔)狭窄，难以产生泄漏磁通。另一方面，在线圈的绕距稀疏的疏绕部，绕组线的间隔(匝的间隔)较宽，容易产生泄漏磁通。根据上述方式(2)，通过线圈在与磁脚部容易产生泄漏磁通的部分对应的部位具有密绕部，减少了泄漏磁通，从而能够提高线圈间的耦合系数。或者，通过线圈在与磁脚部容易产生泄漏磁通的部分对应的部位具有疏绕部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。作为磁脚部容易产生泄漏磁通的部位，例如可以列举出在磁脚部以均匀的软磁性材料形成的情况下为磁脚部的长度方向的中央部分，而在磁脚部设置有上述的磁隙部的情况下为磁隙部。
[0032]在上述方式(3)中，通过在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部，来调整耦合系数。通常，线圈的绕径越大，则越容易产生不通过磁脚部的泄漏磁通。根据上述方式(3)，通过使线圈具有大径部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间 的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。
[0033]在上述方式(4)中，通过具备设置于连接部的至少一方的磁隙部，来调整耦合系数。根据该方式，通过在连接部设置磁隙部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。
[0034]上述方式⑴?(4)能够单独或者组合使用。而且，线圈间的耦合系数可以列举出例如调整为0.4?0.9。
[0035]实施方式涉及的转换器具备上述实施方式的电抗器。实施方式的转换器通过具备能够小型化的实施方式的电抗器，而能够实现小型化。
[0036]实施方式涉及的电力转换装置具备上述实施方式的转换器。实施方式的电力转换装置通过具备包含能够小型化的实施方式的电抗器在内的实施方式的转换器，而能够实现小型化。
[0037][本发明的实施方式的详细内容]
[0038]下面，参考附图具体说明本发明的实施方式。各图中，相同标号示出相同或者相当的部分。
[0039]在此，首先，对本发明的实施方式涉及的电抗器的基本结构即线圈和芯部进行说明，接下来，说明本发明的实施方式涉及的电抗器具备的耦合系数调整构件的具体的方式。
[0040](电抗器的基本结构)
[0041]图1示出实施方式的电抗器的基本结构的一例。电抗器10具备第一线圈21和第二线圈22以及使所述第一线圈21和第二线圈22彼此磁耦合的环状的芯部30。另外，在图1(A)中，为了便于说明，其是将线圈21、22和芯部沿高度方向大致剖切为一半的立体剖视图。
[0042]第一线圈21和第二线圈22各自将绕组线2w呈螺旋状卷绕而成，并以使轴向彼此平行且彼此的外周面相对的方式并列配置。两个线圈21、22是相同形状的线圈，而且，两个线圈21、22从轴向的一端侧到另一端侧绕距和绕径相同。绕组线2w为在由铜或铜合金、铝或铝合金构成的扁线的表面具有珐琅树脂或聚酰亚胺树脂等的绝缘覆层的覆层扁线。并且，两个线圈21、22是将覆层扁线的绕组线2w以扁立绕法进行卷绕而形成为方筒状而成的边宽线圈。两个线圈21、22的一端彼此电连接。
[0043]芯部30使第一线圈21和第二线圈22彼此磁耦合。芯部30由下述部件构成:一对磁脚部311、312，位于各线圈21、22的内侧，并供各线圈21、22配置；以及一对连接部321、322，配置于这些磁脚部311、312的两端部，并且连接各磁脚部311、312的彼此的端部。芯部30通过在并列配置的两磁脚部311、312的各端面分别连接有各连接部321、322的内端面而构成为环状，通过这些磁脚部311、312及连接部321、322，形成将线圈21、22彼此磁耦合的耦合磁路。
[0044]磁脚部311、312分别为方柱状，并且各自通过将由软磁性材料构成的芯部片31m和由相对导磁率比芯部片31m小的材料构成的间隙部件31g交替层叠而形成。芯部片31m和间隙部件31g例如能够通过粘接剂一体化。连接部321、322是大致梯形(从与磁脚部311,312的端面连接的内端面朝向外侧而截面积变小的梯形)并由软磁性材料构成的芯部片。
[0045]构成磁脚部311、312及连接部321、322的芯部片由利用以铁等铁族金属及其合金、包含铁的氧化物等为代表的软磁性粉末的成形体或者将具有绝缘覆膜的磁性薄板(例如以硅钢板为代表的电磁钢板)层叠多层而成的层叠板体等形成。作为上述成形体，可以列举出压粉成形体、烧结体、将包含软磁性粉末和树脂的混合物通过射出成型或注塑成型等而成型的复合材料等。在这种成形体肿么，特别是在复合材料中，例如通过减少软磁性粉末的含有量，还能够达到相对导磁率为5?50这样的低导磁率。在本例子中，各芯部片(芯部片31m及连接部321、322)由铁、钢等的软磁性粉末的压粉成形体形成。
[0046]间隙部件31g由氧化铝或不饱和聚酯等非磁性材料形成。在本例子中，通过在磁脚部311、312设置间隙部件31g来调整磁脚部311、312(芯部30)的相对导磁率，但例如通过低导磁率的复合材料来形成芯部片的话，也能够不设置间隙部件就实现预定的相对导磁率，或者将磁脚部311、312分别由一个芯部片构成。另外，通过均匀的材质将各芯部片形成为相同的规格(压粉成形体)，但也可以使构成磁脚部311、312的多个芯部片31m的磁特性或规格不同，或者使芯部片31m与连接部321、322的磁特性或规格不同。除此之外，间隙部件31g还可以由比芯部片31m导磁率低的材料，例如软磁性粉末的含有量少的复合材料等形成。
[0047]接着，对调整相邻的线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件的具体方式进行说明。另外，在以下的实施方式I?4中，电抗器的基本构成与上述图1所示的电抗器10相同，以不同点为中心进行说明。
[0048][实施方式1:将磁屏蔽板配置于线圈之间]
[0049]在实施方式I中，对于具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板作为耦合系数调整构件的方式进行说明。在图2所示的实施方式I涉及的电抗器11中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22之间配置有磁屏蔽板50。磁屏蔽板50由非磁性的金属材料形成，例如可以适当地利用不锈钢、铝或铝合金。在本例子中，在两线圈21、22之间，将铝板(磁屏蔽板50)沿着磁脚部311、312的长度方向配置。这样一来，通过在两线圈21、22之间配置磁屏蔽板50，能够通过磁屏蔽板50吸收并抑制从一方的磁脚部(311或312)横穿线圈21、22之间并移至另一方的磁脚部(312或311)的泄漏磁通。由此，能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0050]在此，能够通过变更磁屏蔽板50的厚度及面积或者位置来进行耦合系数的调整。可以在能够配置于线圈21、22之间且能够抑制泄漏磁通的范围内适当地设定磁屏蔽板50的厚度。通常，线圈21、22之间的间隔为2mm左右。另外，磁屏蔽板50的厚度越厚，则对泄漏磁通的抑制效果越好，但即使其厚度达到相对于流过线圈21、22的电流的频率的表皮厚度(skin depth)的两倍以上，泄漏磁通的抑制效果的提高也较小。因此，优选磁屏蔽板50的厚度为表皮厚度的一倍以上两倍以下，例如可以列举出设为Imm以上2mm以下。在此，在磁屏蔽板50的厚度与表皮厚度相同(一倍)的情况下，能够将通过磁屏蔽板50的磁通降低为l/e(e 乂 2.71)倍，即能够降低约63%，在磁屏蔽板50的厚度为表皮厚度的两倍的情况下，能够将磁通降低为Ι/e2倍，即能够降低约87%。另一方面，磁屏蔽板50的长度越长，则与泄漏磁通交链的磁屏蔽板50的面积增加，因此磁屏蔽板50吸收泄漏磁通的吸收量增加，能够提高线圈21、22之间的耦合系数。另外，如果将磁屏蔽板50的高度增高，由于与泄漏磁通交链的磁屏蔽板50的面积增加，也能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0051]进而，变更磁屏蔽板50的位置也能够调整耦合系数。在如该例所示的那样在磁脚部311、312设置间隙部件31g的情况下，由于容易产生来自间隙部件31g的泄漏磁通，因此通过在磁脚部311、312的与间隙部件31g对应的部位配置磁屏蔽板50，能够有效地抑制泄漏磁通。例如，如上所述，将磁脚部311、312分别通过低导磁率的复合材料形成，并由一个芯部片构成的情况下等，由于容易在磁脚部311、312的长度方向的中央部分产生泄漏磁通，因此如果将磁屏蔽板50集中地配置于与磁脚部311、312的中央部分对应的部位，则易于有效地抑制泄漏磁通。另外，在将电抗器11容纳于壳体(未图示)的情况下，在将磁屏蔽板50配置于线圈21、 22之间之后，利用密封树脂进行密封，从而能够固定磁屏蔽板50。或者，也可以利用绝缘性的粘接剂将磁屏蔽板50预先固定于壳体的底板。
[0052][实施方式2:线圈具有密绕部和疏绕部]
[0053]在实施方式2中，对于作为耦合系数调整构件而在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部的方式进行说明。在图3所示的实施方式2涉及的电抗器12中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22中具有绕距密的密绕部20a和绕距比密绕部20a稀疏的疏绕部20b。在本例子中，在两线圈21、22中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有密绕部20a、疏绕部20b、密绕部20a，在与磁脚部311、312的包含间隙部件31g的中央部分对应的部位设置有疏绕部20b。另外，在两线圈21、22中，两端部分的密绕部20a的合计卷绕数和中央部分的疏绕部20b的合计卷绕数相同。这样一来，通过使各线圈21、22在与磁脚部311、312的容易产生泄漏磁通的部分(间隙部件31g)对应的部位具有疏绕部20b，增加了泄漏磁通，能够降低线圈21、22之间的耦合系数。相反地，如果在与磁脚部311、312的容易产生泄漏磁通的部分(间隙部件31g)对应的部位集中地设置密绕部20a，则泄漏磁通减少，因此能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0054]在此，能够通过变更两线圈21、22中的密绕部20a及疏绕部20b的绕距或卷绕数，或者变更位置来进行耦合系数的调整。可以在能够配置于两磁脚部311、312的范围内适当地设定两线圈21、22中的密绕部20a及疏绕部20b的绕距。通常，线圈21、22中的绕组线2w的间隔(匝的间隔)为0.3mm左右。在将其作为基准的间隔时，例如可以将疏绕部20b中的绕组线2w的间隔设为例如+0.1mm以上且小于+0.5mm，将密绕部20a中的绕组线2w的间隔设为例如-0.1mm以上且小于-0.3mm。B卩，可以列举出以疏绕部20b中的绕组线2w的间隔比密绕部20a大例如处于0.2mm以上且小于0.8mm的范围的方式，使疏绕部20b的绕距比密绕部20a的绕距稀疏。另外，在两线圈21、22中的密绕部20a或疏绕部20b中，如果在绕组线2w之间存在绝缘性的空间等，则能够切实地维持绕组线2w的间隔。例如，可以列举出，在将两线圈21、22卷绕于筒状的绝缘性线圈架(未图示)并在各线圈21、22和各磁脚部311、312之间配置线圈架的情况下，在该线圈架的外周面形成有空间。
[0055][实施方式3:线圈上具有小径部和大径部]
[0056]在实施方式3中，对于作为耦合系数调整构件，而在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部的方式进行说明。在图4所示的实施方式3涉及的电抗器13中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22中具有绕径小的小径部20m和绕径比小径部20m大的大径部20η。在本例子中，在一方的第一线圈21中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有大径部20η、小径部20m，在另一方的第二线圈22中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有小径部20m、大径部20n。S卩，在第一线圈21和第二线圈22中，小径部20m和大径部20η的位置彼此不同。另外，在两线圈21、22中，在轴向上，小径部20m的区间和大径部20η的区间相同。这样一来，通过使各线圈21,22具有大径部20η，增加了泄漏磁通，能够降低线圈21、22之间的耦合系数。
[0057]在此，能够通过变更两线圈21、22中的小径部20m及大径部20η的绕径或区间来进行耦合系数的调整。虽然越是增大两线圈21、22中的大径部20η的绕径则泄漏磁通越增加，因此能够降低线圈21、22之间的耦合系数，但是，相应地磁脚部311、312之间的间隔变大，芯部30 (电抗器13)变得大型化。因此，可以列举出大径部20η的绕径比小径部20m大例如处于Imm以上且小于5mm的范围。另外，虽然使两线圈21、22中的大径部20η的区间越长则泄漏磁通越增加，因此能够降低线圈21、22之间的耦合系数，但是，当大径部20η的区间超过各线圈21、22的轴向的长度的一半时，存在大径部20η彼此干扰的可能性。如本例所示，通过使各线圈21、22中的大径部20η的区间相对于轴向的长度为一半以下，并在两线圈21、22中使小径部20m和大径部20η的位置彼此不同，从而能够避免大径部20η彼此干扰，并且能够尽可能地缩小磁脚部311、312之间的间隔。
[0058][实施方式4:在连接部设置磁隙部]
[0059]在实施方式4中，对于作为耦合系数调整构件，而具备在连接部的至少一方设置的磁隙部的方式进行说明。在图5所示的实施方式4涉及的电抗器14中，在将配置有第一线圈21和第二线圈22的各磁脚部311、312的端部彼此连接的两个连接部321、322的中间部设置有磁隙部32g。与磁脚部311、312的间隙部件31g同样地，磁隙部32g由非磁性材料的间隙部件形成。在本例中，在构成连接部321、322的两个芯部片32m之间配置间隙部件(磁隙部32g)，并利用粘接剂一体化。间隙部件可以采用比芯部片32m导磁率低的材料，例如软磁性粉末的含有量较少的复合材料等。此外，也可以是，以在连接部321、322的芯部片32m之间形成空间的方式，将线圈21、22或者连接部321、322(芯部片32m)的下表面通过例如粘接剂、螺栓等紧固部件固定在载置有电抗器14的板状部件(未图示)上，在芯部片32m之间设置空气间隙，从而使磁隙成为空气间隙。这样一来，通过在各连接部321、322设置磁隙部32g，能够增加泄漏磁通，降低线圈21、22之间的耦合系数。
[0060]在此，耦合系数的调整能够通过改变各连接部321、322的磁隙部32g的大小(间隙长度)来实现。而且，在本例中，在各连接部321、322分别设置有一个磁隙部32g，但是也可以是，将连接部321、322再分割为多个芯部片32m，并在芯部片32m之间设置磁隙部32g，从而也能够在各连接部321、322设置多个磁隙部32g。进而，虽然在两个连接部321、322设置有磁隙部32g，不过也可以仅在一方的连接部(321或322)设置磁隙部32g，还可以使两个连接部321、322中的磁隙部32g的大小和数量不同。
[0061]通过上述实施方式I?4说明的图2?5所示的各耦合系数调整构件的方式除了单独实施之外，也可以组合实施。而且，在上述实施方式I?4的电抗器11?14中，相互磁耦合的线圈21、22之间的耦合系数可以通过各耦合系数调整构件而例如调整为0.4?0.9。
[0062][实施方式5]
[0063]实施方式I?4的电抗器11?14例如能够用作在车辆等中搭载的转换器的构成部件、具备该转换器的电力转换装置的构成部件。上述电抗器例如优选用作通电条件例如为最大电流(直流):100A?1000A左右，平均电压:100V?1000V左右，使用频率:5kHz?10kHz左右的用途，代表性地来说是混合动力机动车、电动机动车等的车载用转换器、车载用电力转换装置的构成部件。
[0064](转换器(电力转换装置)的结构)
[0065]例如，如图6所示，混合动力机动车和电动机动车这样的车辆1200具备主电池1210、与主电池1210连接的电力转换装置1100、由来自主电池1210的供给电力驱动而用于行驶的电动机(负载)1220。电动机1220代表性地来说是三相交流电动机，在行驶时，驱动车轮1250，在再生时，作为发电机发挥 作用。在混合动力机动车的情况下，车辆1200除了电动机1220之外还具备发动机。另外，在图6中，作为车辆1200的充电部位示出了插槽，不过也可以是具备插头的形态。
[0066]电力转换装置1100具有:转换器1110，与主电池1210连接；以及转换器1120，与转换器1110连接，并进行直流与交流的相互转换。在本例中，转换器1110在车辆1200的行驶时，将200V?300V左右的主电池1210的直流电压(输入电压)升压至400V?700V左右，并向逆变器1120供电。而且，转换器1110在再生时将从电动机1220经由逆变器1120输出的直流电压(输入电压)降压至适合于主电池1210的直流电压，使主电池1210充电。逆变器1120在车辆1200的行驶时将通过转换器1110升压的直流转换为预定的交流并向电动机1220供电，在再生时，将来自电动机1220的交流输出转换为直流并输出到转换器
IllOo
[0067]如图7所示，转换器1110具备多个切换元件Ql?Q4、控制切换元件Ql?Q4的动作的驱动电路(未图示)以及电抗器L，通过重复进行接通/断开(切换动作)来进行输入电压的转换(在此为升降压)。切换元件Ql?Q4能够利用电场效果晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率器件(power device) ο电抗器L利用阻碍在电路中流动的电流的变化的线圈的性质，在通过切换动作将要使电流增减时具有使该变化平缓进行的功能。作为该电抗器L，利用上述实施方式I?4的电抗器11?14，通过利用实施方式I?4说明的耦合系数调整构件，调整彼此磁耦合的线圈21、22之间的耦合系数。电抗器11?14是小型的，因此能够使具备该电抗器11?14的转换器1110和电力转换装置1100小型化。
[0068]在本例中，构成电抗器L的线圈21、22的一端侧与主电池1210的正极侧连接。而且，一方的线圈21的另一端侧与将切换元件Q1、Q2串联连接而成的串联切换电路的中点连接，另一方的线圈22的另一端侧与将切换元件Q3、Q4串联连接而成的串联切换电路的中点连接。并且，通过利用驱动电路对切换元件Ql?Q4进行切换，使流过线圈21、22的电流处于彼此错开180度相位的状态，两个线圈21、22彼此逆向地磁耦合。
[0069]另外，车辆1200除了转换器1110之外，还具备辅机电源用转换器1160，其将与主电池1210连接的供电装置用转换器1150和作为辅机类1240的电力源的子电池1230与主电池1210连接，将主电池1210的高压转换为低压(图6)。转换器1110代表性地来说进行直流-直流转换，而供电装置用转换器1150和辅机电源用转换器1160进行交流-直流转换。有时也在供电装置用转换器1150中进行直流-直流转换。供电装置用转换器1150和辅机电源用转换器1160的电抗器具备与上述的实施方式I?4的电抗器11?14相同的结构，能够利用将大小、形状等适当变更的电抗器。而且，在进行输入电力的转换的转换器、仅进行升压的转换器、仅进行降压的转换器中也能够利用上述的实施方式I?4的电抗器11 ?14。
[0070]另外，本发明并不限定于上述的实施方式，而是意味着由权利要求书所示的包括了与权利要求书均等的含义以及范围内的所有变更，能够在不脱离本发明的主旨的范围适当变更。例如，在上述实施方式中，举例说明了具备两个线圈21、22、彼此磁耦合的两相磁耦合电抗器，不过也可以是具备三个以上线圈的电抗器。而且，也可以使流过两个线圈21、22的电流为同相，还可以使两个线圈21、22彼此顺向地磁耦合。
[0071]工业上的可利用性
[0072]本发明的电抗器能够优选用作在混合动力机动车、插入式混合动力机动车、电动机动车、燃料电池机动车之类的车辆中搭载的车载用转换器(代表性地来说是直流-直流转换器)、空调机的转换器等各种转换器、电力转换装置的构成部件。
[0073]标号说明
[0074]10、11、12、13、14:电抗器；
[0075]21:第一线圈；22:第二线圈；
[0076]2w:绕组线；
[0077]20a:密绕部；20b:疏绕部；
[0078]20m:小径部；20n:大径部；
[0079]30:芯部；
[0080]311,312:磁脚部;321、322:连接部；
[0081]31m,32m:芯部片；31g:间隙部件；
[0082]32g:磁隙部；
[0083]50:磁屏蔽板；
[0084]1100:电力转换装置；1110:转换器；
[0085]1120:逆变器；1150:供电装置用转换器；
[0086]1160:辅机电源用转换器；
[0087]1200:车辆；1210:主电池;
[0088]1220:电动机；1230:子电池；
[0089]1240:辅机类；1250:车轮；
[0090]L:电抗器；Q1?Q4:切换元件。
【主权项】
1.一种电抗器，具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使多个所述线圈彼此磁耦合的芯部，其中， 多个所述线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置， 所述芯部由如下部件构成:多个磁脚部，配置有所述各线圈；以及一对连接部，配置于多个所述磁脚部的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部的端部彼此连接， 所述电抗器具备调整相邻的所述线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。2.根据权利要求1所述电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件具备配置于相邻的所述线圈之间的磁屏蔽板。3.根据权利要求1或2所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件在相邻的所述线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比所述密绕部稀疏的疏绕部。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件在相邻的所述线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件具备设置于所述连接部的至少一方的磁隙部。6.—种转换器，具备权利要求1至5中的任一项所述的电抗器。7.一种电力转换装置，具备权利要求6所述的转换器。
【专利摘要】提供一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。一种电抗器(11)，具备将绕组线(2w)卷绕而成的多个线圈(21、22)以及使这些线圈(21、22)彼此磁耦合的芯部(30)，多个所述线圈(21、22)以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置，所述芯部(30)由如下部件构成：多个磁脚部(311、312)，配置有所述各线圈(21、22)；以及一对连接部(321、322)，配置于多个所述磁脚部(311、312)的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部(311、312)的端部彼此连接，所述电抗器还具备调整相邻的所述线圈(21、22)之间的耦合系数的耦合系数调整构件(50)。
【IPC分类】H01F27/24, H02M3/155, H01F27/36, H01F37/00
【公开号】CN104885169
【申请号】CN201380068839
【发明人】山本伸一郎
【申请人】株式会社自动网络技术研究所, 住友电装株式会社, 住友电气工业株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月21日
【公告号】DE112013006277T5, WO2014103579A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合动力机动车和电动机动车、燃料电池机动车等车辆上搭载的转换器及电力转换装置的构成部件等所使用的电抗器。尤其是，涉及一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。
【背景技术】
[0002]作为进行电压的升压和降压的电压转换电路的部件之一，存在电抗器。例如在专利文献I中公开了一种多相转换器用电抗器，其包括芯部和卷绕安装于芯部并彼此磁耦合的多相线圈。在专利文献I所记载的两相转换器用电抗器(两相磁耦合电抗器)(10)中，具备芯部(12)和卷绕安装于芯部(12)的两相的线圈(14、16)。芯部(12)具备T字状的一对T形部(20、22)以及直线状的两个I形部(24)，一对T形部(20、22)具有基部(26)和从基部(26)的中央部突出的中央脚部(28)。另外，各T形部(20、22)配置为使中央脚部
(28)的前端之间经由间隙空间(32)而彼此相对。I形部(24)经由间隙板(18)而与各T形部(20、22)中的基部(26)的两端部(端脚要素(30))结合，并相互平行地配置。并且，在芯部(12)中，由隔着中央脚部(28)位于两侧的I形部(24)构成两个端脚部(34)，线圈(14,16)分别配置于各端脚部(34)。在该电抗器中，将多个线圈配置于同一芯部并使其彼此磁耦合，从而与单相电抗器相比能够小型化。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2012-65453号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]在转换器(电力转换装置)中，要求进一步的小型化。尤其是在车载用的转换器(电力转换装置)中，由于对设置空间存在严格的限制，因此希望进一步的小型化。
[0008]在将多个线圈配置于同一芯部并使其彼此磁耦合的电抗器中，除了感应系数之夕卜，线圈间的耦合系数也是重要的参数。在专利文献I记载的电抗器中，如上所述，其构成为，芯部具有T形部的中央脚部和位于其两侧的两个端脚部(I形部)这三个磁脚部，线圈分别配置于各端脚部。在芯部形成有:耦合磁路，通过T型部的基部和端脚部将线圈彼此磁耦合；以及泄漏磁路，通过中央脚部使从各线圈产生的磁通泄漏。并且，在该电抗器中，通过设置于中央脚部的间隙空间而能够调整电抗、耦合系数。然而，在该电抗器中，除了配置有线圈的端脚部以外，芯部还具有用于调整耦合系数的中央脚部，因此难以进一步小型化。
[0009]本发明的目的之一在于，提供一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。而且，本发明的另一目的在于，提供具备该电抗器的转换器、具备该转换器的电力转换装置。
[0010]用于解决课题的方案
[0011]本发明的电抗器，具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使多个所述线圈彼此磁耦合的芯部，其中，多个所述线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置。所述芯部由如下部件构成:多个磁脚部，配置有所述各线圈；以及一对连接部，配置于多个所述磁脚部的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部的端部彼此连接。所述电抗器具备调整相邻的所述线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。
[0012]发明效果
[0013]本发明的电抗器能够小型化。
【附图说明】
[0014]图1是说明本发明的实施方式涉及的电抗器的基本结构的一例的图，(A)是示出线圈和芯部的概要立体剖视图，(B)是概要俯视剖视图。
[0015]图2是示出实施方式I的电抗器的概要俯视剖视图。
[0016]图3是示出实施方式2的电抗器的概要俯视剖视图。
[0017]图4是示出实施方式3的电抗器的概要俯视剖视图。
[0018]图5是示出实施方式4的电抗器的概要俯视剖视图。
[0019]图6是示出混合动力机动车的电源系统的概要结构图。
[0020]图7是示出具备实施方式的转换器的实施方式的电力转换装置的一例的概要电路图。
【具体实施方式】
[0021][本发明的实施方式的说明]
[0022]本发明的电抗器通过使芯部由配置有线圈的磁脚部和将磁脚部的端部彼此连接起来的连接部构成，从而实现上述的目的。首先，列出本发明的实施方式来进行说明。
[0023]实施方式涉及电抗器具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使这些线圈彼此磁耦合的芯部。多个线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置。芯部由下述部件构成:多个磁脚部，配置有各线圈；以及一对连接部，配置于所述磁脚部的两端部，并且连接彼此相邻的各磁脚部的端部。并且，具备调整相邻的线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。
[0024]根据上述实施方式的电抗器，芯部由配置线圈的磁脚部和将磁脚部的端部彼此连接起来的连接部构成。即，实施方式的电抗器不具有专利文献I所述的电抗器那样的为了调整耦合系数而在芯部形成泄漏磁路的中央脚部。因此，实施方式的电抗器与现有的电抗器相比，能够小型化。而且，通过具备耦合系数调整构件，能够调整线圈之间的耦合系数。
[0025]作为上述耦合系数调整构件，可以列举出以下所示的(I)?(4)的方式。
[0026](I)具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板的方式；
[0027](2)在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部的方式；
[0028](3)在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部的方式；
[0029](4)具备设置于连接部的至少一方的磁隙部的方式。
[0030]在上述方式(I)中，通过具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板，来调整耦合系数。例如，在磁耦合的一对线圈以相邻的方式分别配置于磁脚部的情况下，有时来自一方的磁脚部的泄漏磁通通过线圈的绕组线间(匝间)而漏到线圈外部，该泄漏磁通的一部分横穿线圈间并移至另一方的磁脚部。根据上述方式(1)，通过配置于线圈之间的磁屏蔽板，能够屏蔽并抑制从一方的磁脚部横穿线圈间并移至另一方的磁脚部的泄漏磁通，从而能够提高线圈间的耦合系数。因此，能够调整耦合系数。例如，通过在磁脚部设置由空气间隙和非磁性材料构成的间隙部件等磁隙部，或者将磁脚部以低导磁率的软磁性材料形成等，在磁脚部容易产生泄漏磁通，能够增大耦合系数的调整量。
[0031]在上述方式(2)中，通过在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部，来调整耦合系数。通常，在线圈的绕距密的密绕部，绕组线的间隔(匝的间隔)狭窄，难以产生泄漏磁通。另一方面，在线圈的绕距稀疏的疏绕部，绕组线的间隔(匝的间隔)较宽，容易产生泄漏磁通。根据上述方式(2)，通过线圈在与磁脚部容易产生泄漏磁通的部分对应的部位具有密绕部，减少了泄漏磁通，从而能够提高线圈间的耦合系数。或者，通过线圈在与磁脚部容易产生泄漏磁通的部分对应的部位具有疏绕部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。作为磁脚部容易产生泄漏磁通的部位，例如可以列举出在磁脚部以均匀的软磁性材料形成的情况下为磁脚部的长度方向的中央部分，而在磁脚部设置有上述的磁隙部的情况下为磁隙部。
[0032]在上述方式(3)中，通过在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部，来调整耦合系数。通常，线圈的绕径越大，则越容易产生不通过磁脚部的泄漏磁通。根据上述方式(3)，通过使线圈具有大径部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间 的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。
[0033]在上述方式(4)中，通过具备设置于连接部的至少一方的磁隙部，来调整耦合系数。根据该方式，通过在连接部设置磁隙部，增加了泄漏磁通，从而能够降低线圈间的耦合系数。由此，能够调整耦合系数。
[0034]上述方式⑴?(4)能够单独或者组合使用。而且，线圈间的耦合系数可以列举出例如调整为0.4?0.9。
[0035]实施方式涉及的转换器具备上述实施方式的电抗器。实施方式的转换器通过具备能够小型化的实施方式的电抗器，而能够实现小型化。
[0036]实施方式涉及的电力转换装置具备上述实施方式的转换器。实施方式的电力转换装置通过具备包含能够小型化的实施方式的电抗器在内的实施方式的转换器，而能够实现小型化。
[0037][本发明的实施方式的详细内容]
[0038]下面，参考附图具体说明本发明的实施方式。各图中，相同标号示出相同或者相当的部分。
[0039]在此，首先，对本发明的实施方式涉及的电抗器的基本结构即线圈和芯部进行说明，接下来，说明本发明的实施方式涉及的电抗器具备的耦合系数调整构件的具体的方式。
[0040](电抗器的基本结构)
[0041]图1示出实施方式的电抗器的基本结构的一例。电抗器10具备第一线圈21和第二线圈22以及使所述第一线圈21和第二线圈22彼此磁耦合的环状的芯部30。另外，在图1(A)中，为了便于说明，其是将线圈21、22和芯部沿高度方向大致剖切为一半的立体剖视图。
[0042]第一线圈21和第二线圈22各自将绕组线2w呈螺旋状卷绕而成，并以使轴向彼此平行且彼此的外周面相对的方式并列配置。两个线圈21、22是相同形状的线圈，而且，两个线圈21、22从轴向的一端侧到另一端侧绕距和绕径相同。绕组线2w为在由铜或铜合金、铝或铝合金构成的扁线的表面具有珐琅树脂或聚酰亚胺树脂等的绝缘覆层的覆层扁线。并且，两个线圈21、22是将覆层扁线的绕组线2w以扁立绕法进行卷绕而形成为方筒状而成的边宽线圈。两个线圈21、22的一端彼此电连接。
[0043]芯部30使第一线圈21和第二线圈22彼此磁耦合。芯部30由下述部件构成:一对磁脚部311、312，位于各线圈21、22的内侧，并供各线圈21、22配置；以及一对连接部321、322，配置于这些磁脚部311、312的两端部，并且连接各磁脚部311、312的彼此的端部。芯部30通过在并列配置的两磁脚部311、312的各端面分别连接有各连接部321、322的内端面而构成为环状，通过这些磁脚部311、312及连接部321、322，形成将线圈21、22彼此磁耦合的耦合磁路。
[0044]磁脚部311、312分别为方柱状，并且各自通过将由软磁性材料构成的芯部片31m和由相对导磁率比芯部片31m小的材料构成的间隙部件31g交替层叠而形成。芯部片31m和间隙部件31g例如能够通过粘接剂一体化。连接部321、322是大致梯形(从与磁脚部311,312的端面连接的内端面朝向外侧而截面积变小的梯形)并由软磁性材料构成的芯部片。
[0045]构成磁脚部311、312及连接部321、322的芯部片由利用以铁等铁族金属及其合金、包含铁的氧化物等为代表的软磁性粉末的成形体或者将具有绝缘覆膜的磁性薄板(例如以硅钢板为代表的电磁钢板)层叠多层而成的层叠板体等形成。作为上述成形体，可以列举出压粉成形体、烧结体、将包含软磁性粉末和树脂的混合物通过射出成型或注塑成型等而成型的复合材料等。在这种成形体肿么，特别是在复合材料中，例如通过减少软磁性粉末的含有量，还能够达到相对导磁率为5?50这样的低导磁率。在本例子中，各芯部片(芯部片31m及连接部321、322)由铁、钢等的软磁性粉末的压粉成形体形成。
[0046]间隙部件31g由氧化铝或不饱和聚酯等非磁性材料形成。在本例子中，通过在磁脚部311、312设置间隙部件31g来调整磁脚部311、312(芯部30)的相对导磁率，但例如通过低导磁率的复合材料来形成芯部片的话，也能够不设置间隙部件就实现预定的相对导磁率，或者将磁脚部311、312分别由一个芯部片构成。另外，通过均匀的材质将各芯部片形成为相同的规格(压粉成形体)，但也可以使构成磁脚部311、312的多个芯部片31m的磁特性或规格不同，或者使芯部片31m与连接部321、322的磁特性或规格不同。除此之外，间隙部件31g还可以由比芯部片31m导磁率低的材料，例如软磁性粉末的含有量少的复合材料等形成。
[0047]接着，对调整相邻的线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件的具体方式进行说明。另外，在以下的实施方式I?4中，电抗器的基本构成与上述图1所示的电抗器10相同，以不同点为中心进行说明。
[0048][实施方式1:将磁屏蔽板配置于线圈之间]
[0049]在实施方式I中，对于具备配置于相邻的线圈之间的磁屏蔽板作为耦合系数调整构件的方式进行说明。在图2所示的实施方式I涉及的电抗器11中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22之间配置有磁屏蔽板50。磁屏蔽板50由非磁性的金属材料形成，例如可以适当地利用不锈钢、铝或铝合金。在本例子中，在两线圈21、22之间，将铝板(磁屏蔽板50)沿着磁脚部311、312的长度方向配置。这样一来，通过在两线圈21、22之间配置磁屏蔽板50，能够通过磁屏蔽板50吸收并抑制从一方的磁脚部(311或312)横穿线圈21、22之间并移至另一方的磁脚部(312或311)的泄漏磁通。由此，能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0050]在此，能够通过变更磁屏蔽板50的厚度及面积或者位置来进行耦合系数的调整。可以在能够配置于线圈21、22之间且能够抑制泄漏磁通的范围内适当地设定磁屏蔽板50的厚度。通常，线圈21、22之间的间隔为2mm左右。另外，磁屏蔽板50的厚度越厚，则对泄漏磁通的抑制效果越好，但即使其厚度达到相对于流过线圈21、22的电流的频率的表皮厚度(skin depth)的两倍以上，泄漏磁通的抑制效果的提高也较小。因此，优选磁屏蔽板50的厚度为表皮厚度的一倍以上两倍以下，例如可以列举出设为Imm以上2mm以下。在此，在磁屏蔽板50的厚度与表皮厚度相同(一倍)的情况下，能够将通过磁屏蔽板50的磁通降低为l/e(e 乂 2.71)倍，即能够降低约63%，在磁屏蔽板50的厚度为表皮厚度的两倍的情况下，能够将磁通降低为Ι/e2倍，即能够降低约87%。另一方面，磁屏蔽板50的长度越长，则与泄漏磁通交链的磁屏蔽板50的面积增加，因此磁屏蔽板50吸收泄漏磁通的吸收量增加，能够提高线圈21、22之间的耦合系数。另外，如果将磁屏蔽板50的高度增高，由于与泄漏磁通交链的磁屏蔽板50的面积增加，也能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0051]进而，变更磁屏蔽板50的位置也能够调整耦合系数。在如该例所示的那样在磁脚部311、312设置间隙部件31g的情况下，由于容易产生来自间隙部件31g的泄漏磁通，因此通过在磁脚部311、312的与间隙部件31g对应的部位配置磁屏蔽板50，能够有效地抑制泄漏磁通。例如，如上所述，将磁脚部311、312分别通过低导磁率的复合材料形成，并由一个芯部片构成的情况下等，由于容易在磁脚部311、312的长度方向的中央部分产生泄漏磁通，因此如果将磁屏蔽板50集中地配置于与磁脚部311、312的中央部分对应的部位，则易于有效地抑制泄漏磁通。另外，在将电抗器11容纳于壳体(未图示)的情况下，在将磁屏蔽板50配置于线圈21、 22之间之后，利用密封树脂进行密封，从而能够固定磁屏蔽板50。或者，也可以利用绝缘性的粘接剂将磁屏蔽板50预先固定于壳体的底板。
[0052][实施方式2:线圈具有密绕部和疏绕部]
[0053]在实施方式2中，对于作为耦合系数调整构件而在相邻的线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比密绕部稀疏的疏绕部的方式进行说明。在图3所示的实施方式2涉及的电抗器12中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22中具有绕距密的密绕部20a和绕距比密绕部20a稀疏的疏绕部20b。在本例子中，在两线圈21、22中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有密绕部20a、疏绕部20b、密绕部20a，在与磁脚部311、312的包含间隙部件31g的中央部分对应的部位设置有疏绕部20b。另外，在两线圈21、22中，两端部分的密绕部20a的合计卷绕数和中央部分的疏绕部20b的合计卷绕数相同。这样一来，通过使各线圈21、22在与磁脚部311、312的容易产生泄漏磁通的部分(间隙部件31g)对应的部位具有疏绕部20b，增加了泄漏磁通，能够降低线圈21、22之间的耦合系数。相反地，如果在与磁脚部311、312的容易产生泄漏磁通的部分(间隙部件31g)对应的部位集中地设置密绕部20a，则泄漏磁通减少，因此能够提高线圈21、22之间的耦合系数。
[0054]在此，能够通过变更两线圈21、22中的密绕部20a及疏绕部20b的绕距或卷绕数，或者变更位置来进行耦合系数的调整。可以在能够配置于两磁脚部311、312的范围内适当地设定两线圈21、22中的密绕部20a及疏绕部20b的绕距。通常，线圈21、22中的绕组线2w的间隔(匝的间隔)为0.3mm左右。在将其作为基准的间隔时，例如可以将疏绕部20b中的绕组线2w的间隔设为例如+0.1mm以上且小于+0.5mm，将密绕部20a中的绕组线2w的间隔设为例如-0.1mm以上且小于-0.3mm。B卩，可以列举出以疏绕部20b中的绕组线2w的间隔比密绕部20a大例如处于0.2mm以上且小于0.8mm的范围的方式，使疏绕部20b的绕距比密绕部20a的绕距稀疏。另外，在两线圈21、22中的密绕部20a或疏绕部20b中，如果在绕组线2w之间存在绝缘性的空间等，则能够切实地维持绕组线2w的间隔。例如，可以列举出，在将两线圈21、22卷绕于筒状的绝缘性线圈架(未图示)并在各线圈21、22和各磁脚部311、312之间配置线圈架的情况下，在该线圈架的外周面形成有空间。
[0055][实施方式3:线圈上具有小径部和大径部]
[0056]在实施方式3中，对于作为耦合系数调整构件，而在相邻的线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部的方式进行说明。在图4所示的实施方式3涉及的电抗器13中，在配置于各磁脚部311、312的第一线圈21和第二线圈22中具有绕径小的小径部20m和绕径比小径部20m大的大径部20η。在本例子中，在一方的第一线圈21中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有大径部20η、小径部20m，在另一方的第二线圈22中，从轴向的一端侧朝向另一端侧按顺序形成有小径部20m、大径部20n。S卩，在第一线圈21和第二线圈22中，小径部20m和大径部20η的位置彼此不同。另外，在两线圈21、22中，在轴向上，小径部20m的区间和大径部20η的区间相同。这样一来，通过使各线圈21,22具有大径部20η，增加了泄漏磁通，能够降低线圈21、22之间的耦合系数。
[0057]在此，能够通过变更两线圈21、22中的小径部20m及大径部20η的绕径或区间来进行耦合系数的调整。虽然越是增大两线圈21、22中的大径部20η的绕径则泄漏磁通越增加，因此能够降低线圈21、22之间的耦合系数，但是，相应地磁脚部311、312之间的间隔变大，芯部30 (电抗器13)变得大型化。因此，可以列举出大径部20η的绕径比小径部20m大例如处于Imm以上且小于5mm的范围。另外，虽然使两线圈21、22中的大径部20η的区间越长则泄漏磁通越增加，因此能够降低线圈21、22之间的耦合系数，但是，当大径部20η的区间超过各线圈21、22的轴向的长度的一半时，存在大径部20η彼此干扰的可能性。如本例所示，通过使各线圈21、22中的大径部20η的区间相对于轴向的长度为一半以下，并在两线圈21、22中使小径部20m和大径部20η的位置彼此不同，从而能够避免大径部20η彼此干扰，并且能够尽可能地缩小磁脚部311、312之间的间隔。
[0058][实施方式4:在连接部设置磁隙部]
[0059]在实施方式4中，对于作为耦合系数调整构件，而具备在连接部的至少一方设置的磁隙部的方式进行说明。在图5所示的实施方式4涉及的电抗器14中，在将配置有第一线圈21和第二线圈22的各磁脚部311、312的端部彼此连接的两个连接部321、322的中间部设置有磁隙部32g。与磁脚部311、312的间隙部件31g同样地，磁隙部32g由非磁性材料的间隙部件形成。在本例中，在构成连接部321、322的两个芯部片32m之间配置间隙部件(磁隙部32g)，并利用粘接剂一体化。间隙部件可以采用比芯部片32m导磁率低的材料，例如软磁性粉末的含有量较少的复合材料等。此外，也可以是，以在连接部321、322的芯部片32m之间形成空间的方式，将线圈21、22或者连接部321、322(芯部片32m)的下表面通过例如粘接剂、螺栓等紧固部件固定在载置有电抗器14的板状部件(未图示)上，在芯部片32m之间设置空气间隙，从而使磁隙成为空气间隙。这样一来，通过在各连接部321、322设置磁隙部32g，能够增加泄漏磁通，降低线圈21、22之间的耦合系数。
[0060]在此，耦合系数的调整能够通过改变各连接部321、322的磁隙部32g的大小(间隙长度)来实现。而且，在本例中，在各连接部321、322分别设置有一个磁隙部32g，但是也可以是，将连接部321、322再分割为多个芯部片32m，并在芯部片32m之间设置磁隙部32g，从而也能够在各连接部321、322设置多个磁隙部32g。进而，虽然在两个连接部321、322设置有磁隙部32g，不过也可以仅在一方的连接部(321或322)设置磁隙部32g，还可以使两个连接部321、322中的磁隙部32g的大小和数量不同。
[0061]通过上述实施方式I?4说明的图2?5所示的各耦合系数调整构件的方式除了单独实施之外，也可以组合实施。而且，在上述实施方式I?4的电抗器11?14中，相互磁耦合的线圈21、22之间的耦合系数可以通过各耦合系数调整构件而例如调整为0.4?0.9。
[0062][实施方式5]
[0063]实施方式I?4的电抗器11?14例如能够用作在车辆等中搭载的转换器的构成部件、具备该转换器的电力转换装置的构成部件。上述电抗器例如优选用作通电条件例如为最大电流(直流):100A?1000A左右，平均电压:100V?1000V左右，使用频率:5kHz?10kHz左右的用途，代表性地来说是混合动力机动车、电动机动车等的车载用转换器、车载用电力转换装置的构成部件。
[0064](转换器(电力转换装置)的结构)
[0065]例如，如图6所示，混合动力机动车和电动机动车这样的车辆1200具备主电池1210、与主电池1210连接的电力转换装置1100、由来自主电池1210的供给电力驱动而用于行驶的电动机(负载)1220。电动机1220代表性地来说是三相交流电动机，在行驶时，驱动车轮1250，在再生时，作为发电机发挥 作用。在混合动力机动车的情况下，车辆1200除了电动机1220之外还具备发动机。另外，在图6中，作为车辆1200的充电部位示出了插槽，不过也可以是具备插头的形态。
[0066]电力转换装置1100具有:转换器1110，与主电池1210连接；以及转换器1120，与转换器1110连接，并进行直流与交流的相互转换。在本例中，转换器1110在车辆1200的行驶时，将200V?300V左右的主电池1210的直流电压(输入电压)升压至400V?700V左右，并向逆变器1120供电。而且，转换器1110在再生时将从电动机1220经由逆变器1120输出的直流电压(输入电压)降压至适合于主电池1210的直流电压，使主电池1210充电。逆变器1120在车辆1200的行驶时将通过转换器1110升压的直流转换为预定的交流并向电动机1220供电，在再生时，将来自电动机1220的交流输出转换为直流并输出到转换器
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[0067]如图7所示，转换器1110具备多个切换元件Ql?Q4、控制切换元件Ql?Q4的动作的驱动电路(未图示)以及电抗器L，通过重复进行接通/断开(切换动作)来进行输入电压的转换(在此为升降压)。切换元件Ql?Q4能够利用电场效果晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率器件(power device) ο电抗器L利用阻碍在电路中流动的电流的变化的线圈的性质，在通过切换动作将要使电流增减时具有使该变化平缓进行的功能。作为该电抗器L，利用上述实施方式I?4的电抗器11?14，通过利用实施方式I?4说明的耦合系数调整构件，调整彼此磁耦合的线圈21、22之间的耦合系数。电抗器11?14是小型的，因此能够使具备该电抗器11?14的转换器1110和电力转换装置1100小型化。
[0068]在本例中，构成电抗器L的线圈21、22的一端侧与主电池1210的正极侧连接。而且，一方的线圈21的另一端侧与将切换元件Q1、Q2串联连接而成的串联切换电路的中点连接，另一方的线圈22的另一端侧与将切换元件Q3、Q4串联连接而成的串联切换电路的中点连接。并且，通过利用驱动电路对切换元件Ql?Q4进行切换，使流过线圈21、22的电流处于彼此错开180度相位的状态，两个线圈21、22彼此逆向地磁耦合。
[0069]另外，车辆1200除了转换器1110之外，还具备辅机电源用转换器1160，其将与主电池1210连接的供电装置用转换器1150和作为辅机类1240的电力源的子电池1230与主电池1210连接，将主电池1210的高压转换为低压(图6)。转换器1110代表性地来说进行直流-直流转换，而供电装置用转换器1150和辅机电源用转换器1160进行交流-直流转换。有时也在供电装置用转换器1150中进行直流-直流转换。供电装置用转换器1150和辅机电源用转换器1160的电抗器具备与上述的实施方式I?4的电抗器11?14相同的结构，能够利用将大小、形状等适当变更的电抗器。而且，在进行输入电力的转换的转换器、仅进行升压的转换器、仅进行降压的转换器中也能够利用上述的实施方式I?4的电抗器11 ?14。
[0070]另外，本发明并不限定于上述的实施方式，而是意味着由权利要求书所示的包括了与权利要求书均等的含义以及范围内的所有变更，能够在不脱离本发明的主旨的范围适当变更。例如，在上述实施方式中，举例说明了具备两个线圈21、22、彼此磁耦合的两相磁耦合电抗器，不过也可以是具备三个以上线圈的电抗器。而且，也可以使流过两个线圈21、22的电流为同相，还可以使两个线圈21、22彼此顺向地磁耦合。
[0071]工业上的可利用性
[0072]本发明的电抗器能够优选用作在混合动力机动车、插入式混合动力机动车、电动机动车、燃料电池机动车之类的车辆中搭载的车载用转换器(代表性地来说是直流-直流转换器)、空调机的转换器等各种转换器、电力转换装置的构成部件。
[0073]标号说明
[0074]10、11、12、13、14:电抗器；
[0075]21:第一线圈；22:第二线圈；
[0076]2w:绕组线；
[0077]20a:密绕部；20b:疏绕部；
[0078]20m:小径部；20n:大径部；
[0079]30:芯部；
[0080]311,312:磁脚部;321、322:连接部；
[0081]31m,32m:芯部片；31g:间隙部件；
[0082]32g:磁隙部；
[0083]50:磁屏蔽板；
[0084]1100:电力转换装置；1110:转换器；
[0085]1120:逆变器；1150:供电装置用转换器；
[0086]1160:辅机电源用转换器；
[0087]1200:车辆；1210:主电池;
[0088]1220:电动机；1230:子电池；
[0089]1240:辅机类；1250:车轮；
[0090]L:电抗器；Q1?Q4:切换元件。
【主权项】
1.一种电抗器，具备将绕组线卷绕而成的多个线圈和使多个所述线圈彼此磁耦合的芯部，其中， 多个所述线圈以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置， 所述芯部由如下部件构成:多个磁脚部，配置有所述各线圈；以及一对连接部，配置于多个所述磁脚部的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部的端部彼此连接， 所述电抗器具备调整相邻的所述线圈之间的耦合系数的耦合系数调整构件。2.根据权利要求1所述电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件具备配置于相邻的所述线圈之间的磁屏蔽板。3.根据权利要求1或2所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件在相邻的所述线圈中的至少一方具有绕距密的密绕部和绕距比所述密绕部稀疏的疏绕部。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件在相邻的所述线圈中的至少一方具有绕径小的小径部和绕径比小径部大的大径部。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电抗器，其中， 所述耦合系数调整构件具备设置于所述连接部的至少一方的磁隙部。6.—种转换器，具备权利要求1至5中的任一项所述的电抗器。7.一种电力转换装置，具备权利要求6所述的转换器。
【专利摘要】提供一种小型且能够调整耦合系数的电抗器。一种电抗器(11)，具备将绕组线(2w)卷绕而成的多个线圈(21、22)以及使这些线圈(21、22)彼此磁耦合的芯部(30)，多个所述线圈(21、22)以相邻的彼此的外周面相对的方式并列配置，所述芯部(30)由如下部件构成：多个磁脚部(311、312)，配置有所述各线圈(21、22)；以及一对连接部(321、322)，配置于多个所述磁脚部(311、312)的两端部，并且将彼此相邻的所述各磁脚部(311、312)的端部彼此连接，所述电抗器还具备调整相邻的所述线圈(21、22)之间的耦合系数的耦合系数调整构件(50)。
【IPC分类】H01F27/24, H02M3/155, H01F27/36, H01F37/00
【公开号】CN104885169
【申请号】CN201380068839
【发明人】山本伸一郎
【申请人】株式会社自动网络技术研究所, 住友电装株式会社, 住友电气工业株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月21日
【公告号】DE112013006277T5, WO2014103579A1
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