電抗器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及被用于電源電路和太陽能發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器等的電抗器 (reactor)，特別是設(shè)及電感的直流疊加特性的改善。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為現(xiàn)有的電抗器用的磁巧材料，使用層疊電磁鋼板或軟磁性金屬壓粉磁巧。層 疊電磁鋼板雖然飽和磁通密度高，但是如果電源電路的驅(qū)動頻率超過10曲Z則有鐵損變 大，并且招致效率降低的問題。由于軟磁性金屬壓粉磁巧的高頻的鐵損小于層疊電磁鋼板， 因此隨著驅(qū)動頻率的高頻化而被廣泛使用，但還很難說是足夠低損耗，另外還存在飽和磁 通密度不及電磁鋼板等的一些問題。
[0003]另一方面，作為高頻鐵損小的磁巧材料，眾所周知有鐵氧體磁巧。但是，由于和層 疊電磁鋼板或軟磁性金屬壓粉磁巧相比飽和磁通密度低，因此為了避開在施加大電流時的 磁飽和而需要較大地獲取磁巧截面積的設(shè)計，從而存在形狀變大的問題。
[0004] 在專利文獻1中，作為磁巧材料，公開了一種電抗器，其通過使用一種復(fù)合磁巧從 而減小了損耗、尺寸和磁巧重量，該復(fù)合磁巧是通過將軟磁性金屬壓粉磁巧用于線圈卷繞 部并將鐵氧體磁巧用于磁輛部組合而得到。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 ;日本特開2007-128951號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009] 雖然通過做成組合了鐵氧體磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧從而高頻損耗會 降低，但是，在作為軟磁性金屬磁巧使用了飽和磁通密度高的化壓粉磁巧或化Si合金壓粉 磁巧的情況下，存在將它們與鐵氧體磁巧組合使用的復(fù)合磁巧的電感的直流疊加特性與僅 使用軟磁性金屬磁巧的情況相比變差的問題。正如在專利文獻1中所記載的，由于鐵氧體 磁巧的飽和磁通密度低于軟磁性金屬磁巧，所W雖然通過增大鐵氧體磁巧的磁巧截面積可 W看到一定的改善效果，但是卻得不到根本解決。
[0010] 圖4~圖5示出現(xiàn)有方式的一個例子。使用圖4~圖5來說明對在組合了鐵氧體 磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧中的電感的直流疊加特性的降低原因的考察。圖4~圖 5是示意性地表示鐵氧體磁巧21與軟磁性金屬磁巧22的接合部的結(jié)構(gòu)和磁通23的流動的 不意圖。
[0011] 圖中的箭頭表示磁通23,在軟磁性金屬磁巧22的磁通23與鐵氧體磁巧21的磁通 23相等的情況下在各個磁巧中的箭頭數(shù)目W相同數(shù)目來表示。由于每單位面積的磁通23 是磁通密度，所W箭頭的間隔越窄表示磁通密度越高。
[0012]由于鐵氧體磁巧21與軟磁性金屬磁巧22相比飽和磁通密度低，因此為了在鐵氧 體磁巧中流動大的磁通，而將垂直于鐵氧體磁巧21的磁通方向的截面積設(shè)定成大于垂直 于軟磁性金屬磁巧22的磁通方向的截面積。軟磁性金屬磁巧22的端部與鐵氧體磁巧21 相接合，并且軟磁性金屬磁巧22與鐵氧體磁巧21相對的部分的面積與軟磁性金屬磁巧22 的截面積相等。
[0013] 圖4表示在線圈中流動的電流小的情況，即，由卷繞部的軟磁性金屬磁巧勵磁的 磁通23小的情況。因為軟磁性金屬磁巧22的磁通密度比鐵氧體磁巧21的飽和磁通密度 小，所W從軟磁性金屬磁巧22流出的磁通23能夠直接流入鐵氧體磁巧21，并且沒有磁通 23的泄漏。在線圈中流動的電流小的情況下，電感的降低被抑制得小。
[0014] 圖5是表示在線圈中流動的電流大的情況，即，由卷繞部磁巧勵磁的磁通大的情 況。如果軟磁性金屬磁巧22的磁通密度比鐵氧體磁巧21的飽和磁通密度變大的話，則從 軟磁性金屬磁巧22流出的磁通23不能通過接合部直接流入鐵氧體磁巧21，而是成為如虛 線箭頭所示的那樣磁通23通過周圍的空間流動。目P，因為磁通23在相對磁導(dǎo)率為1的空 間中流動，所W有效磁導(dǎo)率降低，并且電感急劇降低。也就是說，在疊加了成為軟磁性金屬 磁巧22的磁通密度比鐵氧體磁巧21的飽和磁通密度大那樣的大電流的情況下，會有電感 降低的問題。另外，由于發(fā)生磁通23的泄漏，所W還存在由于該磁通與線圈的交鏈而銅損 增大的問題。
[0015] 該樣在現(xiàn)有技術(shù)中由于僅僅考慮了鐵氧體磁巧和軟磁性金屬磁巧的截面積，從而 忽略了接合部上的磁飽和問題，并且電感的直流疊加特性不充分。
[0016] 本發(fā)明是為了解決上述問題而研究出來的結(jié)果，其目的在于在使用了組合了鐵氧 體磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧的電抗器中改善電感的直流疊加特性。
[0017] 解決技術(shù)問題的手段
[0018] 本發(fā)明的電抗器是一種由用鐵氧體磁巧構(gòu)成的一對磁輛部磁巧、被配置于上述磁 輛部磁巧的相對的平面之間的卷繞部磁巧、被卷繞于上述卷繞部磁巧的周圍的線圈構(gòu)成的 電抗器，上述卷繞部磁巧由軟磁性金屬磁巧構(gòu)成，上述卷繞部磁巧的被線圈卷繞的部分的 磁巧截面積大致一定，在將上述卷繞部磁巧的被線圈卷繞的部分的磁巧截面積設(shè)定為S1， 并將上述卷繞部磁巧的與上述磁輛部磁巧相對的部分的面積設(shè)定為S2時，面積比S2/S1在 1. 3~4. 0的范圍內(nèi)。通過該樣，能夠在組合使用鐵氧體磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧 的電抗器中，改善電感的直流疊加特性。
[0019] 另外，本發(fā)明的電抗器優(yōu)選卷繞部磁巧通過組合2個W上的軟磁性金屬磁巧來構(gòu) 成。通過該樣，在粉末成形下的制作變得容易，并且能夠回避由于磁巧加工而引起的強度降 低或損耗增大。
[0020] 另外，本發(fā)明的電抗器優(yōu)選在磁輛部磁巧與卷繞部磁巧相對的間隙中設(shè)置間隔 (gap)。通過該樣，能夠調(diào)節(jié)磁導(dǎo)率，并且能夠容易地將電抗器的電感調(diào)節(jié)為任意的電感。
[0021] 發(fā)明效果
[0022] 通過本發(fā)明，能夠在組合使用鐵氧體磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧的電抗器 中，改善電感的直流疊加特性。
【附圖說明】
[0023] 圖1 (a)、化）是表示本發(fā)明的一個實施方式所設(shè)及的電抗器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0024] 圖2(a)、化）是表示本發(fā)明的其它實施方式所設(shè)及的電抗器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0025] 圖3(a)、化）是表示現(xiàn)有例所設(shè)及的電抗器的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0026] 圖4是示意性地表示現(xiàn)有例所設(shè)及的鐵氧體磁巧與軟磁性金屬磁巧的接合部的 結(jié)構(gòu)和磁通的流動的圖。
[0027] 圖5是示意性地表示現(xiàn)有例所設(shè)及的鐵氧體磁巧與軟磁性金屬磁巧的接合部的 結(jié)構(gòu)和磁通的流動的圖。
[002引圖6是示意性地表示本發(fā)明的一個實施方式所設(shè)及的鐵氧體磁巧與軟磁性金屬 磁巧的接合部的結(jié)構(gòu)和磁通的流動的圖。
[0029] 符號說明
[0030] 10.電抗器 11.磁輛部磁巧 12.卷繞部磁巧
[0031] 121.卷繞部 122.磁輛磁巧相對部
[0032] 13.線圈 14.間隔（gap) 21.鐵氧體磁巧
[0033] 22.軟磁性金屬磁巧 23.磁通
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明在組合了鐵氧體磁巧和軟磁性金屬磁巧的復(fù)合磁巧中，通過防止磁通在鐵 氧體磁巧與軟磁性金屬磁巧之間流出或者在流入的面上鐵氧體的磁飽和，從而能夠提高在 直流電流疊加下的電感。使用圖6說明通過本發(fā)明得到的電感的直流疊加特性的改善效 果。
[0035] 圖6的特征在于；將在由軟磁性金屬磁巧22構(gòu)成的卷繞部磁巧中被線圈卷繞的部 分的與磁通方向相垂直的磁巧截面積設(shè)定為S1，并將在卷繞部磁巧中與鐵氧體磁巧21相 對的部分的面積設(shè)定為S2時，面積S2大于磁巧截面積S1。
[0036] 通過將面積S2做得大于磁巧截面積S1，可W相對于軟磁性金屬磁巧22的線圈卷 繞部的磁通密度，減小軟磁性金屬磁巧22的與鐵氧體磁巧21相對的部分的磁通密度。即 使是流到線圈的電流大的情況下，從軟磁性金屬磁巧22流出的磁通23也可W不通過周圍 的空間而直接流入鐵氧體磁巧21，并且能夠抑制有效磁導(dǎo)率的降低。其結(jié)果即使在直流疊 加下也能夠獲得高電感。
[0037]W下參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[003引圖1是表示電抗器10的結(jié)構(gòu)的圖。圖1化）是表示用A-A'切開圖1 (a)的截面圖。 電抗器10具有2個相對的磁輛部磁巧11和被配置于該磁輛部磁巧11之間的卷繞部磁巧 12W及被卷繞于卷繞部磁巧12的線圈13。線圈13既可W是被直接卷繞于卷繞部磁巧12 的方式也可W是被卷繞于線圈架的方式。
[0039]在磁輛部磁巧11中使用鐵氧體磁巧。鐵氧體磁巧與軟磁性金屬磁巧相比損耗非 常小，但是飽和磁通密度低。由于磁輛部磁巧11不被線圈13卷繞，所W即使增大寬度或厚 度也不會在線圈13的尺寸上有所影響。因此，通過增大磁輛部磁巧11的截面積能夠補償 飽和磁通密度低的不足。磁輛部磁巧11的截面積為相對磁通方向垂直的截面積，寬度X 厚度相當于截面積。由于鐵氧體磁巧與軟磁性金屬磁巧相比容易成形，因此磁巧截面積大 的磁巧也容易制造。鐵氧體磁巧優(yōu)選使用Mn化系鐵氧體。Mn化系鐵氧體因為與其它鐵氧 體相比損耗小并且飽和磁通密度也高，所W有利于磁巧的小型化。
[0040] 卷繞部磁巧12是使用軟磁性金屬磁巧（例如鐵壓粉磁巧）。卷繞部磁巧12包含 線圈13卷繞的部分121和與磁輛部磁巧11相對的部分122。軟磁性金屬磁巧優(yōu)選使用鐵 壓粉磁巧或化Si合金壓粉磁巧。鐵壓粉磁巧或化Si合金壓粉磁巧飽和磁通密度高，且高 頻鐵損也小于層疊電磁鋼板，因此隨著驅(qū)動頻率的高頻化而變得有利。將線圈卷繞部121 的與磁通方向相垂直的磁巧截面積設(shè)定為S1。磁通方向與線圈13發(fā)出的磁場的方向含義 相同，相當于線圈13的軸方向。磁巧截面積S1在磁通方向上大致相同。將磁巧相對部122 與磁輛部11相對的部分的面積設(shè)定為S2。
[0041] 因為如果線圈卷繞部121的磁巧截面積S1變大則線圈13的外形變大并且電抗器 10大型化，所W優(yōu)選磁巧截面積S1小。但是，如果磁巧截面積S1變小則磁通不足，所W在 直流疊加下的電感降低。另外，如果磁巧截面積S1變小則由波動引起的磁通的振幅變大， 所W