专利名称：线圈装置的磁芯以及用于制造磁芯的方法
技术领域：
本发明涉及一种在用于驱动混合动力汽车或电动车辆的电动机中使用的电抗器 装置，并且涉及一种用于制造这种电抗器装置的方法。
背景技术：
公知一种例如在公开号为2004-095570的日本专利申请(JP-A-2004-095570)中 公开的电抗器装置，其中多个间隔件被插入到具有薄的硅钢板的叠层芯子中。在该电抗器 装置中，因为需要使芯子的磁导率降低以使得芯子不会轻易地磁性饱和，因此将多个间隔 件分散开并插入到芯子中。然而，问题在于叠层芯子是昂贵的。同时，由于显著提高了通过粉末冶金方法获得 的软磁材料的磁性，由粉末磁铁制成的芯子近年来已经受到关注。通过使接近100 μ m的磁 性粉末依次地绝缘、使少量的有机粘合剂与之混合并且之后在所获得的混合物上执行挤压 成型和热处理来生产压粉磁芯。然而，热处理必须在使得绝缘体和粘合剂不会被分解的温度下实施，并且不期望 压粉磁芯达到烧结磁性体等的致密化。因此，通过在其上执行高压挤压成型而压实压粉磁 芯。然而，高压挤压成型不可避免地产生毛边。电抗器中的毛边可能会在缠绕线圈时损坏 线圈的绝缘涂膜。毛边也可能会在电抗器装配过程期间损坏夹具和模具，并且也可能由于 粉末从边缘部分脱落而改变间隔件的长度。因此，能够通过切削操作去除毛边。然而，如果粉末是球形雾化粉末，则在去毛边 操作期间，粉末不会彼此相缠并且轻易地脱落。为此，在电抗器芯的去毛边表面(压制表 面)彼此面对并且间隔件插入到其间的情况下，间隔件的长度被改变，这最终导致电抗器 损耗。另一方面，公开号为2005-226152的日本专利申请(JP-A-2005-226152)公开了如 何在所获得的压型体上执行加压模塑和塑性成形以修改其外形。因为在通过该方法制造 的电抗器中不会产生毛边，因此能够避免上述问题。然而，在该电抗器芯中，当间隔件插入 经受塑性成形的相向的表面之间时，粉末通过塑性成形彼此冶金地结合的部分以环形形式 呈现。因此，涡电流在沿着磁路横截面的方向上流动，该方向为垂直于磁通量穿过方向的方 向。因此，增加了电抗器损耗。而且，公开号为H5-326240的日本专利申请(JP-A-H5-326240)描述了在平行于磁 路施加磁场的同时利用具有磁各向异性的扁平或针状粉末来使电抗器成型的方法。根据该 制造方法，能够生产粉末被平行于磁场引导的具有高μ的高性能的电抗器芯。然而，该方 法不能利用诸如雾化粉末的球形粉末，从而在选择原料时具有较低的自由度。此外，公开号为2006-344867的日本专利申请(JP-A-2006-344867)描述了一种电 抗器，通过利用各向异性的纳米晶材料作为粉末材料，其根本不需要间隔件或者减少了间 隔件的数量。根据该技术，各向异性的纳米晶材料的使用能够实现高磁各向异性、低磁导率 以及低矫顽性。此外，该电抗器能够利用雾化粉末，从而在选择原料上有较高的自由度。然而，该公开中所描述的电抗器没有考虑与毛边相关的问题。
发明内容
本发明提供了一种电抗器装置和用于制造电抗器装置的方法，该电抗器装置在选 择原料上具有高的自由度并且能够防止毛边问题并防止涡电流的产生。本发明的第一方案涉及一种电抗器装置。该电抗器装置具有由压粉磁芯构成的电 抗器芯和绕电抗器芯的外周缠绕的线圈。所述电抗器芯具有通过挤压成型而形成的一对压 制表面。所述压制表面中的每一个的边缘部分通过加压处理而塑性地形成。所述电抗器芯 布置在所述线圈通电时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的每一个的方向上。在根据本发明的第一方案的电抗器装置中，因为每个压制表面的边缘部分塑性地 形成，因此能够防止在缠绕线圈时对线圈的绝缘涂膜的损坏。而且，通过借助于加压处理塑 性地形成每个压制表面的边缘部分，能够防止粉末脱落并能够防止间隔件的长度的改变。在该电抗器装置中，电抗器芯布置在所述线圈通电时产生的磁通量不会穿过每个 所述压制表面的方向上。因此，即使当具有低的绝缘特性的边缘部分由于塑性成形而存在 于每个压制表面上时，也能够抑制涡电流的产生。结果，能够显著地防止电抗器损耗的增 加。所述电抗器芯可具有环形形状并且多个间隔件可以插入其中。在这样的电抗器装 置中，由于电抗器芯的压制表面不会面对间隔件，因此能够防止由毛边引起的涡电流的产 生和磁通量的泄漏。因此，能够获得高性能的电抗器装置。所述电抗器芯可通过朝边缘部分挤压具有光滑表面的滚子而塑性地形成。所述电抗器芯可通过执行塑性成形而使边缘部分倒角来形成。所述电抗器芯的倒角的宽度可以为CO. 5mm。本发明的第二方案涉及一种用于制造电抗器装置的方法。该制造方法涉及一种电 抗器装置，该电抗器装置具有由压粉磁芯构成的电抗器芯和绕所述电抗器芯的外周缠绕的 线圈。该制造方法具有以下步骤通过加压处理塑性地形成所述电抗器芯的通过挤压成型 而形成的一对压制表面中的每一个的边缘部分；以及将所述电抗器芯布置在所述线圈通电 时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的每一个的方向上。
本发明上述的和进一步的特征和优点将通过结合附图对示范性实施例的下列描 述而变得清晰，在附图中相同的数字用于表示相同的元件，其中，图1为根据本发明的实例的电抗器装置的立体图；图2为用在根据本发明的实例中的电抗器装置中的电抗器芯的分解立体图；图3为示出了用于制造用在根据本发明的实例的电抗器装置中的长方体芯的方 法的说明图；图4为示出了用于成型用在根据本发明的实例的电抗器装置中的环形芯子的方 法的说明图；以及图5为示出了电抗器损耗的图。
具体实施例方式根据本发明的该实例的电抗器装置由压粉磁芯构成的电抗器芯和绕电抗器芯的 外周缠绕的线圈构成。纯铁、铁_磷、铁_镍、铁-硅、铁-铝-硅或铁_钴波明德合金或 铁-铬_硅不锈钢能够用作作为电抗器芯的原材料的磁性粉末。该电抗器芯可以通过使磁性粉末依次地绝缘、使少量的有机粘合剂与之混合并且 之后执行挤压成型来制造。为了使磁性粉末依次地绝缘，玻璃、磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐或具 有高电阻和良好的变形适应性的其它绝缘材料能够与磁性粉末混合以形成绝缘涂层。能够通过用绝缘的磁性粉末填充成型模并在例如700Mpa或更高的成型压力下对 其加热来执行挤压成型。考虑到成型模的使用寿命来确定成型压力的上限。优选的是，成 型模的内表面(空腔的成型面)涂有高级脂肪酸润滑剂。优选地，所述成型以适合于润滑 剂和粉末之间的反应的温度，例如，100°C至120°C来执行。所获得的压型体的压制表面的周边边缘部分产生毛边。在本发明中，为了防止毛 边在压型体的运输期间脱落并损坏压型体的其他部分，通过借助于加压处理而执行塑性成 形来去除毛边。可以利用模具来执行在JP-A-2005-226152中所描述的塑性成形以执行加 压处理，或者还可以利用通过利用滚子挤压压型体的方法来执行加压处理。线圈绕这样获得的电抗器芯缠绕以获得电抗器装置。可以使用通常使用的具有绝 缘涂膜的通用线圈作为所述线圈。在根据本发明的实例的电抗器装置中，电抗器芯布置在线圈通电时产生的磁通量 不会穿过每个压制表面的方向上。因此，即使当具有低的绝缘特性的边缘部分存在于每个 压制表面上时，也能够抑制涡电流的产生。因此，能够显著地防止电抗器损耗的增加。此外，线圈绕电抗器芯缠绕以便横过压制表面。因为每个压制表面的边缘部分借 助于加压处理而经受塑性成形并被倒角，因此能够防止对线圈的绝缘涂膜的损坏。根据本发明的实例的电抗器装置适当地用在多个电抗器芯设置成排并且多个间 隔件插入到其中的环形电抗器装置中。因为芯子的磁导率能够由这些间隔件自由地调节并 且使压制表面上的毛边倒角，所以能够防止由毛边或从毛边脱落的粉末引起的磁通量的漏 泄和间隔件的长度的变化。通常的氧化锆板等能够用作间隔件。间隔件和电抗器芯例如通 过粘合剂粘合在一起。下文中，将利用实例、比较实例以及参考实例详细描述本发明。图1示出了根据本发明的实例的电抗器装置。该电抗器装置具有环形形状并且由 芯子1和绕芯子1的外周缠绕的一对线圈2构成。该电抗器装置布置在混合动力汽车的电 动机中，其中线圈2通电时产生的磁通量如图1中的箭头所示被引导。如图2的分解图所示，芯子1由两个环形芯子10、四个长方体芯11和具有1. 6mm 厚度的氧化锆间隔件12构成。环形芯子10中的每一个被形成为实质上的U形并具有一对 腿部101。所述一对环形芯子10被布置为使得每个环形芯子10的腿部101面向另一对腿 部。两个长方体芯11串联地布置在相向的腿部101之间。间隔件12插入环形芯子10的 每个腿部101和长方体芯11中的一个之间以及长方体芯11之间。环形芯子10的每个腿 部101和间隔件12通过环氧树脂粘合剂层3粘合到彼此。每个间隔件12和每个长方体芯 11也通过相同的粘合剂层3粘合到彼此。环形芯子10和长方体芯11通过压紧而形成。将在下文中描述制造环形芯子10和长方体芯11的方法。通过雾化方法生产的铁-硅粉末(Si 质量百分比为3%，平均直径100μπι)被制 备作为原料粉末。市售的硅树脂(由东丽道康宁公司(Toray Dow Corning Corporation)制造的 “SR-2400”)用五倍于该硅树脂的有机溶剂(甲苯)来溶解，以制备涂层处理溶液。接下来， 该涂层处理溶液被喷射到通过气流运动的原料粉末上，之后，该原料粉末以180°C干燥三十 分钟。因此，以质量百分比为100%的原料粉末与质量百分比为的硅树脂的比例涂敷原 料粉末的每个颗粒的表面(涂层处理)，从而获得涂敷有硅树脂的涂层处理粉末。接下来，制备如图3所示的钢成型模。该金属模4由筒形固定模40以及能够在固 定模40内垂直运动的上模41和下模42构成。接下来，具有平均直径20 μ m和接近225°C熔点的20质量份硬脂酸锂、1质量份表 面活化剂(壬基酚聚氧乙烯醚(polyoxytehylene nonyl phenylether))、1质量份表面活 性剂(由东邦化学工业有限公司(Toho ChemicalIndustry Co.，Ltd.)制造的“硼酸脂乳 胶T-80”)和0. 2质量份防沫剂(由道康宁公司制造的“FS防沫剂80”)分散于10质量份 蒸馏水中以制备分散液。利用使用涂敷有氟树脂的球的球磨机搅拌该分散液100小时。之 后，产生的液体利用蒸馏水稀释20倍以制备稀释溶液。该稀释溶液利用喷射枪涂布到金属模4的成型面上。因此，金属模4的形成成型 腔的成型面均勻地涂布有硬脂酸锂。涂布有硬脂酸锂的金属模4以120°C至150°C的热度加热，并且之后将之前以 120°C至150°C加热的预定量的前述涂层处理粉末填充到该空腔中。在将金属模4的温度保 持在120°C至150°C的同时，使上模41和下模42如图3所示运动并彼此靠近，从而以950MPa 至1568MPa的成型压力在其上执行压紧。在脱模之后，为了去除扭曲，使所获得的产品以 750°C在氮气环境中经受热处理达30分钟。此处，每个长方体芯11经受挤压成型以使得由图2所示的侧边(a)和侧边(b)围 绕的平面形成由上模41和下模42挤压的平面(压制表面)。因此，在所获得的压型体中， 如图3所示，毛边Ila形成在侧边(a)和侧边(b)上，但没有形成在侧边(c)上。毛边Ila由具有光滑表面的滚子挤压以借助于塑性成形使侧边(a)和侧边(b)倒 角。侧边(a)和侧边(b)上的毛边Ila(边缘部分)在干燥条件下由转动的滚子挤压，而不 利用切削油或冷却液。边缘部分上的铁_硅颗粒通过摩擦热彼此冶金地结合。应该注意的是，倒角的宽度越大，电阻越低。因此，考虑到使产品特性满足的许可 范围，倒角的宽度设定为CO. 5mm或更低。应该注意到的是，该倒角处理是为了使交叉部分 以45度倒角。例如，当在离每个交叉端部Imm处削去一部分时，该部分以Cl表示。除了用图4中的箭头所示的方向作为压缩方向之外，环形芯子10根据用于长方体 芯11的成型方法来成型。每个腿部101的毛边仅形成在上下侧边(d)上，而不是形成在左 右侧边(e)上。因此，通过利用滚子仅在侧边(d)上执行塑性成形。这样获得的环形芯子10、长方体芯11和间隔件12以图2所示的方式布置并利用 环氧粘合剂粘合在一起以获得本实例的环形电抗器装置。在该电抗器装置中，磁通量穿过 每个长方体芯11的由侧边(a)和侧边(c)围绕的平面，并且磁通量穿过每个环形芯子10 的由侧边(d)和侧边(e)围绕的平面。
长方体芯11的侧边(a)上和环形芯子10的侧边(d)上的粉末通过利用滚子执行 的塑性成形冶金地结合到彼此。因此，绝缘质量低。然而，长方体芯11的侧边(C)和环形 芯子10的侧边(e)保持为压紧件，并且铁-硅颗粒保持高的绝缘质量。因此，当磁通量穿 过时，防止了在长方体芯11的由侧边(a)和侧边(c)围绕的平面上和在环形芯子10的由 侧边(d)和侧边(e)围绕的平面上产生涡电流。在成型期间形成的毛边借助于塑性成形被压碎，从而不会损坏线圈2的绝缘涂 膜。此外，能够防止间隔件的长度的变化和磁通量的漏泄。因此，能够获得高性能的电抗器
直ο(参考实例)除了没有执行利用滚子的塑性成形之外，环形芯子10和长方体芯11 以与实例中相同的方式形成。电抗器装置也以与实例中相同的方式被制造。因为该电抗器 装置不具有使粉末冶金地结合的部分，因此已经防止了涡电流的产生。然而，毛边Ila保留 在每个长方体芯11的侧边(a)和侧边(b)和每个环形芯子10的侧边(d)上，可能会损坏 线圈2的绝缘涂膜。而且，间隔件的长度可能会由于从毛边脱落的铁_硅颗粒而改变，或者 可能会损坏夹具。(比较实例)除了当使每个长方体芯11成型时由侧边(a)和侧边(c)围绕的平面 被形成为压制表面之外，环形芯子10和长方体芯11以与实例相同的方式形成。电抗器装 置也以与实例中相同的方式被制造。在该电抗器装置中，毛边形成在长方体芯11的在由侧 边(a)和侧边(C)围绕的平面的整个外周上，并且铁-硅颗粒通过塑性成形在整个外周上 冶金地彼此结合。此外，磁通量穿过长方体芯11的由侧边(a)和侧边(c)围绕的平面。因 此，在长方体芯11的由侧边(a)和侧边(c)围绕的平面上产生了涡电流，从而增加了电抗 器损耗。(测试实例)为了检验本实例的电抗器装置的特性，在上述三个实例中所描述的 电抗器装置中的每一个上测量电抗器损耗。结果如图5所示。应该注意的是，将当电抗器 运行时产生的输入功率和输出功率之间的差作为电抗器损耗。如图5所示，与比较实例的电抗器装置相比，实例的电抗器装置具有明显更低的 电抗器损耗，并且等同于参考实例的电抗器装置。这表明达到了防止涡电流产生的效果。本发明的电抗器装置不仅能用在环形电抗器装置中，而且也可以用在定子铁心、 阳极电抗器芯、转子铁心等中。尽管已经结合本发明的示范性实施例对本发明进行了描述，但应该理解的是，本 发明不局限于所描述的示范性实施例或结构。相反，本发明旨在覆盖各种改进和等效的配 置。此外，尽管以各种示例性组合和结构示出了公开的发明的各个元件，包括更多、更少或 仅有单一元件的其它组合和结构也在所附的权利要求的范围内。
权利要求
一种电抗器装置包括电抗器芯，其由压粉磁芯构成；以及线圈，其绕所述电抗器芯的外周缠绕，其特征在于，所述电抗器芯具有通过挤压成型而形成的一对压制表面，所述压制表面中的每一个的边缘部分通过加压处理而塑性地形成，并且所述电抗器芯布置在所述线圈通电时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的每一个的方向上。
2.根据权利要求1所述的电抗器装置，其中所述电抗器芯具有环形形状和多个插入其 中的间隔件。
3.根据权利要求1或2所述的电抗器装置，其中所述电抗器芯通过朝所述边缘部分挤 压具有光滑表面的滚子而塑性地形成。
4.根据权利要求3所述的电抗器装置，其中所述电抗器芯通过执行塑性成形而使所述 边缘部分倒角来形成。
5.根据权利要求4所述的电抗器装置，其中所述电抗器芯的倒角的宽度为CO.5mm。
6.一种电抗器装置，包括由压粉磁芯构成的电抗器芯，其具有通过挤压成型而形成的一对压制表面，并且所述 压制表面中的每一个的边缘部分通过加压处理塑性地形成；以及线圈，其绕所述电抗器芯的外周缠绕，其中所述电抗器芯布置在所述线圈通电时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的 每一个的方向上。
7.一种用于制造电抗器装置的方法，所述电抗器装置具有由压粉磁芯构成的电抗器芯 和绕所述电抗器芯的外周缠绕的线圈，所述方法包括下列步骤通过加压处理塑性地形成所述电抗器芯的通过挤压成型而形成的一对压制表面中的 每一个的边缘部分；以及将所述电抗器芯布置在所述线圈通电时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的每 一个的方向上。
全文摘要
一种电抗器芯，其具有通过挤压成型形成的一对压制表面(a-b平面)，所述压制表面中的每一个的边缘部分通过加压处理塑性地形成，并且所述电抗器芯布置在线圈(2)通电时产生的磁通量不会穿过所述压制表面中的每一个的方向上。
文档编号H01F41/02GK101978444SQ200980109346
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月16日 优先权日2008年3月17日
发明者山口登士也, 杉山昌挥, 犬塚智宪 申请人:丰田自动车株式会社