CN102820125A

CN102820125A - 磁性芯体

Info

Publication number: CN102820125A
Application number: CN2012101771854A
Authority: CN
Inventors: 谢尔盖·莫伊谢耶夫
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-12-12
Also published as: JP5333521B2; US20120306605A1; US9041500B2; JP2012253264A; DE102012209269A1

Abstract

一种磁性芯体，该磁性芯体包括具有预定导磁率的第一芯体以及由与第一芯体相同的材料形成的第二芯体。第二芯体与第一芯体一起形成闭合的磁回路。第二芯体构造成通过散热单元散热。第一芯体和第二芯体中的至少一个构造成缠绕有线圈。该磁性芯体包括第三芯体，第三芯体设置在第一芯体与第二芯体之间并且具有比第一芯体低的导磁率。

Description

磁性芯体

技术领域

本发明涉及一种磁性芯体。

背景技术

常规地，作为一种感应装置的反应器具有一对由具有高导磁率的铁氧体形成的芯体以及由具有低导磁率的塑料形成的非磁性隔膜，该非磁性隔膜设置在芯体之间，以获得所需要的直流叠加特性。例如，参见日本公开专利公报No.2001-102217。

已知的是，感应装置的线圈中流动的电流的变化不仅在线圈中而且在芯体中引起发热。然而，在前述文件中描述的感应装置中，设置在芯体之间的呈现出低导热率的塑料抑制热从其中一个芯体（第一芯体）向另一个芯体（第二芯体）传递。因此，当在第一芯体中设置冷却器以从第一芯体散热时，例如，塑料会阻碍热从第二芯体传递。因而热易于在第二芯体中积累。在芯体之间形成有空气间隙而不是在芯体之间设置塑料的情况下，这个问题也会产生。

为解决该问题，可以将塑料或空气间隙省去从而允许由铁氧体形成的芯体彼此接触，以有利于热从一个芯体传递到另一个芯体。但是，在这种构型中，无法获得改善的直流叠加特性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种磁性芯体，该磁性芯体确保改善的直流叠加特性并且提高散热性能。

为实现前述目标，根据本发明的第一方面，提供了一种包括第一芯体和第二芯体的磁性芯体。第一芯体具有预定的导磁率。第二芯体由与第一芯体相同的材料形成并且与第一芯体一起形成闭合的磁回路。第二芯体构造成通过散热单元而散热。第一芯体和第二芯体中的至少一个构造成缠绕有线圈。磁性芯体还包括设置在第一芯体与第二芯体之间的第三芯体，第三芯体具有比第一芯体低的导磁率。

根据本发明的第二方面，提供了一种感应装置，该感应装置具有所述第一模式的磁性芯体以及绕该磁性芯体缠绕的线圈。

本发明的其它方面和优点将从以下结合以示例的方式示出本发明原理的附图而做出的描述中变得清楚。

附图说明

通过参照以下对当前优选的实施方式的描述以及附图，可以最佳地理解本发明以及其目的和优点，在附图中：

图1A为示意性地示出根据本发明的一个实施方式的磁性芯体和反应器的正视图；

图1B为示意性地示出图1A中所示的磁性芯体和反应器的平面图；

图1C为示意性地示出图1A中所示的磁性芯体和反应器的侧视图；

图2为示意性地示出根据本发明的另一实施方式的磁性芯体和反应器的正视图；以及

图3为示意性地示出根据本发明的另一实施方式的磁性芯体和反应器的正视图。

具体实施方式

现在将参照图1A至图1C描述根据本发明的一个实施方式的磁性芯体。

如图1A至图1C所示，从上方观察时形状像扁平细长矩形板的、用作第二芯体的I形芯体12粘附于由铝形成的用作散热单元（散热器）的散热板11。具体地，I形芯体12固定至散热板11并且与散热板11保持紧密接触。I形芯体12为由例如锰锌基材料或镍锰基材料的铁氧体制成的铁氧体芯。

粉芯构件13a粘附于I形芯体12的与粘附至散热板11的粘附表面相反的表面。如从上方观察到的，粉芯构件13a形成为与I形芯体12形状相同。并且，如从上方观察到的，粉芯构件13a粘附至I形芯体12，并且以重合的状态相互叠置。换句话说，粉芯构件13a固定到I形芯体12并与I形芯体12保持紧密接触。成形为像平板的粉芯构件13a构成用作第三芯体的粉芯13。

粉芯13（粉芯构件13a）是通过使粉末材料——例如表面覆有绝缘塑料的铁-铝-硅磁性材料的粉末——经受压模而形成。相比于铁氧体芯，粉芯13展现出更低的导磁率和更高的饱和磁通密度。粉芯13的导热率优选地设定为8至10[W/mK]，这要高于例如PET（聚对苯二甲酸乙酯）的塑料的导热率。

用作第一芯体的E形芯体15设置在粉芯13的与粘附至I形芯体12的粘附表面相反的表面上。因而，E形芯体15、粉芯13、I形芯体12、和散热板11依此顺序连续地设置并且保持紧密接触。如从上方观察到的，E形芯体15定向成顺时针翻转90度的E形。E形芯体15由与I形芯体12相同的材料形成。这就是说，E形芯体15为由例如锰锌基材料或镍锰基材料形成的铁氧体芯。

E形芯体15包括基本板状的扁平部15a、一对柱状的第一腿部15b、以及柱状的第二腿部15c。如从上方观察到的，扁平部15a形成为与芯体12、13中的每个形状相同。两个第一腿部15b从扁平部15a的相反两端朝I形芯体12延伸。第二腿部15c从扁平部15a的中部朝I形芯体12延伸。当E形芯体15与I形芯体12和粉芯13组装到一起时，第一腿部15b和第二腿部15c的远端表面与粉芯13接触，或更具体地紧密接触。I形芯体12、粉芯13、和E形芯体15的扁平部15a设置成相互平行。与I形芯体12不同，E形芯体15不固定到散热板11。E形芯体15不与作为散热单元的散热板11接触。

线圈16绕E形芯体15的第二腿部15c缠绕。线圈16为通过将铜板冲压成类似矩形框的形状而形成的平面线圈。线圈16绕第二腿部15c缠绕为平行于I形芯体12和粉芯13。线圈16固定到例如未示出的电路板的作为主表面的表面。

通过这种方式，I形芯体12、粉芯13、和E形芯体15构成为磁性芯体10。另一方面，I形芯体12、粉芯13、E形芯体15、和线圈16构成为用作感应装置的反应器20。

如在图1A中由箭头Y1所表示的，反应器20具有闭合的磁回路，磁通在闭合的磁回路中从第二腿部15c流动到扁平部15a、第一腿部15b、粉芯13、I形芯体12、粉芯13、和第二腿部15c，或在线圈16接收电力时沿相反方向流动。因此，腿部15b、15c中的每个均用作磁路形成部，磁路形成部为磁性腿部并用于形成磁路，磁通通过该磁路沿朝着I形芯体12的方向、或沿相反方向——即，远离I形芯体12的方向——行进。粉芯13设置在I形芯体12与E形芯体15之间。更具体地，由单个粉芯构件13a形成的粉芯13在每个腿部15b、15c与I形芯体12之间延伸。

下面将描述用于形成或用于制造磁性芯体10和反应器20的方法。

首先，将I形芯体12和粉芯13彼此粘附并固定。然后，将已经粘附有粉芯13的I形芯体12粘附并固定到散热板11。随后，相对于I形芯体12和粉芯13设置线圈16。

然后，通过将E形芯体15与I形芯体12、粉芯13、和线圈16联结在一起，磁性芯体10和反应器20制作完成。具体地，为组装E形芯体15，使第二腿部15c穿过线圈16，同时调整第一腿部15b和第二腿部15c的位置以防止第一和第二腿部15b、15c接触线圈16。

现在将描述磁性芯体10的操作以及反应器20的操作。

当线圈16中流动的电流变化时，I形芯体12以及E形芯体15中的磁通变化，由此导致在I形芯体12与E形芯体15中产生热。由I形芯体12产生的热从I形芯体12传递到与I形芯体12紧密接触的散热板11并发散掉。换句话说，I形芯体12和散热板11彼此热连接。

相反，E形芯体15不接触例如散热板11之类的散热单元。不同于由I形芯体12产生的热，这使得由E形芯体15产生的热不能直接传递到散热单元——即，散热板11——而被发散掉。但是，设置在I形芯体12与E形芯体15之间的粉芯13允许由E形芯体15产生的热通过粉芯13传递到I形芯体12然后传递到散热板11，如由图1A中的箭头Y2所表示的。由此，由E形芯体15产生的热容易发散。换句话说，E形芯体15（腿部15b、15c）和I形芯体12通过粉芯13而彼此热连接。

示出的实施方式具有下面所描述的优点。

（1）相比于铁氧体具有更低的导磁率的粉芯13设置在都是由铁氧体形成的I形芯体12与E形芯体15之间。这种构型确保了直流叠加特性改善。当线圈16中的电流变化并使E形芯体15产生热时，热通过粉芯13传递到I形芯体12并通过散热板11发散。除了改善的直流叠加特性之外，这样还提高了散热性能。

（2）由单个平板状粉芯构件13a形成的粉芯13设置在每个腿部15b、15c与I形芯体12之间。这种构型相比于为各个腿部15b、15c设置独立的粉芯13的构型减少了部件的数量。因此，可以容易地制造磁性芯体10。

（3）平板状I形芯体12固定到散热板11并且E形芯体15包括腿部15b，15c。相比于由具有朝E形芯体15延伸的柱状磁路形成部的E形芯体或L形芯体来替代I形芯体12的情况，这样有助于将芯体固定到散热板11。

（4）特别地，在示出的实施方式中，固定到散热板11的I形芯体12呈平板状的形状。与采用例如E形芯体代替I形芯体12的情况不同，这样防止由于芯体固定到散热板11而使线圈16的位置被限制到特定位置。因此可以容易地安装线圈16。此外，包括腿部15b、15c的E形芯体15在安装线圈16之后被安装。这有助于在不引起线圈16与E形芯体15之间的接触的情况下组装E形芯体15。

（5）线圈16绕由具有高导磁率的铁氧体而不是粉末材料形成的E形芯体15（第二腿部15c）缠绕。相比于线圈16围绕其设置的芯体由粉末材料形成的情况，这样减少了线圈16缠绕的圈数。因此可以有效地防止磁性芯体10和反应器20尺寸增大。

本发明不局限于示出的实施方式，而是可以以下面描述的形式实施。

如图2所示，粉芯13可以由设置在第一腿部15b中的一个（左侧腿部15b）和第二腿部15c与I形芯体12之间的粉芯构件13a构造而成。换句话说，粉芯13可以由设置在腿部15b、15c中的两个或更多个与I形芯体12之间的单个构件而形成。在这种情况下，在第一腿部15b中的另一个（右侧腿部15b）与I形芯体12之间可以部署另外的粉芯构件13b。相比于分别针对各个腿部15b、15c而使用粉芯构件的构型，这种构型减少了部件的数量。因此，可以容易地制造磁性芯体10。

粉芯13可以由分别针对各个腿部15b、15c设置的多个粉芯构件构造而成。换句话说，为各个腿部15b、15c配置单独的粉芯13。每个粉芯13设置在相应的一个腿部15b、15c与I形芯体12之间。

如从上方观察到的，I形芯体12和粉芯13的形状和尺寸可构造为与E形芯体15不同。例如，如在图3中从上方所观察到的，粉芯13可以在尺寸上大于E形芯体15。在这种情况下，I形芯体12在尺寸上大于粉芯13。这种构型防止在安装E形芯体15并相对于线圈16调整E形芯体15的位置时，每个腿部15b、15c的远端表面的任何部分变得与粉芯13隔开。可替代地，如从上方观察到的，当I形芯体和粉芯13的形状和尺寸构造成彼此相同时，I形芯体12和粉芯13可以在尺寸上大于E形芯体15。

本发明可以用于在散热板11上安装有多个反应器20的电子装置中。例如，为相对于散热板11形成特定数量的（多个）反应器20，将分别具有粘附至I形芯体12的粉芯13的特定数量的I形芯体12粘附至散热板11。然后，设置具有至少所述特定数量的线圈16的单个电路板，使得线圈16对应于相关联的I形芯体12（相关联的粉芯13）。随后，为各个线圈16依次安装E形芯体15从而完成反应器20。在这种构型中，相比于将E形芯体固定到散热板11而不是I形芯体12的构型，可以容易地设置形成在单个电路板上的线圈16以便高效地形成所述多个反应器20。可替代地，反应器20中的一些或全部可以各自构造为具有多个线圈16的变压器。

可以通过去除第二腿部15c而将E形芯体15改型成U形芯体。在这种情况下，线圈16绕每个第一腿部15b缠绕。

散热板11和I形芯体12、以及I形芯体12和粉芯13可以通过不同于粘附的其他任何适合的方法固定到一起。例如，E形芯体15可以使用将E形芯体15向散热板11迫压的保持器而被固定。

代替I形芯体12，可将具有三个朝E形芯体15延伸的柱状磁路形成部的E形芯体、具有两个磁路形成部的U形芯体、或具有一个磁路形成部的L形芯体固定到散热板11。在这些情况下，可以代替E形芯体15而使用不具有腿部的平板状I形芯体或具有一个腿部的L形芯体。但是，为便于磁性芯体的制造，示出的实施方式的构型是优选的。

E形芯体15可以粘附至散热板11。在这种情况下，粉芯13和I形芯体12依此顺序相继地联结到E形芯体15。换句话说，可以使E形芯体15通过散热板11散热。

线圈16可以绕E形芯体15的第一腿部15b中的每个或扁平部15a缠绕。可替代地，代替E形芯体15或除了E形芯体15之外，线圈16可以绕I形芯体12设置。

I形芯体12可以通过不同于散热板11的其他散热单元散热。例如，通过将I形芯体12保持为与容置磁性芯体10和反应器20的壳体紧密接触，能够使壳体起散热单元的作用。可替代地，可以将制冷剂喷送到I形芯体12上。

I形芯体12和E形芯体15可以由例如硅钢板之类的金属带而不是铁氧体形成。具体地，由金属带形成的芯体展现出比粉芯13高的导磁率。

粉芯13（粉芯构件13a）可以通过使表面覆有绝缘塑料的金属玻璃的粉末经受压模而形成。

磁性芯体10可以在用作感应装置的、具有多个线圈16的变压器中使用。

因此，当前各示例和各实施方式被认为是示例性的和非限制性的，本发明并不局限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围内和等同范围内进行改型。

Claims

1.一种磁性芯体，所述磁性芯体包括：

第一芯体（15），所述第一芯体（15）具有预定的导磁率；以及

第二芯体（12），所述第二芯体（12）由与所述第一芯体（15）相同的材料形成，所述第二芯体（12）与所述第一芯体（15）一起形成闭合的磁回路，其中，

所述第二芯体（12）构造成通过散热单元（11）散热，所述第一芯体（15）和所述第二芯体（12）中的至少一个构造成缠绕有线圈（16），

所述磁性芯体的特征在于，在所述第一芯体（15）与所述第二芯体（12）之间设置有第三芯体（13），所述第三芯体（13）具有比所述第一芯体（15）低的导磁率。

2.根据权利要求1所述的磁性芯体，其特征在于，

所述第一芯体（15）和所述第二芯体（12）中的至少一个具有多个磁路形成部（15b，15c），其中，所述磁路形成部（15b，15c）中的每个形成磁路，磁通在所述磁路中朝向或远离所述第一芯体（15）和所述第二芯体（12）中的另一个流动，并且

所述第三芯体（13）由与所述磁路形成部（15b，15c）中的至少两个相对置的单个构件构造而成。

3.根据权利要求2所述的磁性芯体，其特征在于，所述第三芯体（13）由单个平板状构件构造而成并且与所有的所述磁路形成部（15b，15c）相对置。

4.根据权利要求2或3所述的磁性芯体，其特征在于，

所述磁路形成部（15b，15c）形成于所述第一芯体（15）中，并且

所述第二芯体（12）形成为平板状形状并且构造成固定至所述散热单元（11）。

5.根据权利要求1所述的磁性芯体，其特征在于，

所述第一芯体（15）包括多个磁路形成部（15b，15c），所述磁路形成部（15b，15c）中的每个形成朝向所述第二芯体（12）行进的磁路或远离所述第二芯体（12）的磁路，并且

所述第三芯体（13）由设置在所述第一芯体（15）与所述第二芯体（12）之间而与所述磁路形成部（15b，15c）中的至少两个相对置的单个构件构造而成。

6.根据权利要求1至3以及权利要求5中的任一项所述的磁性芯体，其特征在于，所述第三芯体（13）是通过使磁性材料的粉末经受压模而形成的。

7.根据权利要求1至3以及权利要求5中的任一项所述的磁性芯体，其特征在于，所述第一芯体（15）、所述第三芯体（13）、所述第二芯体（12），以及所述散热单元（11）依此顺序相继地设置并且保持紧密接触。

8.一种感应装置，所述感应装置包括：

磁性芯体；以及

绕所述磁性芯体缠绕的线圈（16），

其中，所述磁性芯体包括：

第二芯体（12），所述第二芯体（12）由与所述第一芯体（15）相同的材料形成、并且与所述第一芯体（15）一起形成闭合的磁回路，其中，

所述第二芯体（12）构造成通过散热单元（11）散热，所述第一芯体（15）和所述第二芯体（12）中的至少一个构造成缠绕有线圈（16），并且

所述感应装置的特征在于，所述磁性芯体具有第三芯体（13），所述第三芯体（13）设置在所述第一芯体（15）与所述第二芯体（12）之间并且具有比所述第一芯体（15）低的导磁率。