線圈組件及包括該線圈組件的高電流電感器和高電流反應器的制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件包括磁芯、包圍所述磁芯的一部分的線筒以及卷繞在所述線筒上的線圈。因此，可以降低由所述磁芯與所述線筒之間的摩擦產(chǎn)生的噪聲。
【專利說明】
線圈組件及包括該線圈組件的高電流電感器和高電流反應器
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2015年2月12日提交的韓國專利申請No. 2015-0021332的優(yōu)先權和 權益，該申請的公開內(nèi)容通過引用的方式全部并入本申請中。
技術領域
[0003] 本發(fā)明涉及一種高電流電感器(high current inductor)或高電流反應器(high current reactor)中包含的線圈組件。
【背景技術】
[0004] 在太陽能光伏系統(tǒng)、風能發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車等中使用的電感器或反應器包括卷 繞在磁芯上的線圈。這里，線筒包圍磁芯，并且線圈卷繞在線筒上。
[0005] 同時，當在磁性材料上施加外部磁場時，會發(fā)生磁性轉變（m a g n e t i c transformation)，并且因此產(chǎn)生形狀變化。這種現(xiàn)象被稱為磁致伸縮 (magnetostriction)，并且每種磁性材料存在內(nèi)稟磁致伸縮值（intrinsic magnetostriction value)〇
[0006] 因此，當在磁性材料上施加外部磁場時，磁芯和線筒由于磁致伸縮而彼此摩擦，并 且可能產(chǎn)生高頻噪聲。
[0007] 用于功率因數(shù)校正（power factor correction，PFC)的高電流電感器和用于PFC 的高電流電感器主要安裝在室內(nèi)或有限空間中，并且因此它們的使用可能由于磁致伸縮引 起的噪聲而有問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明涉及提供一種線圈組件，以及包括該線圈組件的高電流電感器和高電流反 應器。
[0009] 本發(fā)明的一個方面提供了一種線圈組件，所述線圈組件包括:磁芯；線筒，所述線 筒包圍所述磁芯的一部分；以及，線圈，所述線圈卷繞在所述線筒上。
[0010] 所述線筒可以包圍所述磁芯的側表面的一部分。
[0011]所述線筒可以包圍所述磁芯的側表面的40 %至90 %的面積。
[0012] 所述線圈組件可以進一步包括形成在所述磁芯與所述線筒之間的中間層。
[0013] 所述中間層可以包含硅。
[0014]所述線筒可以包含塑料或具有絕緣表面的金屬。
[0015] 所述磁芯可以包含從由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基 磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和Fe-B-Si-Nb-Cu基磁粉組成的組中選擇的至少一種。
[0016]本發(fā)明的另一個方面提供了一種線圈組件，所述線圈組件包括:磁芯;第一線筒， 所述第一線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分;第二線筒，所述第二線筒與所述第一線筒 分隔開并且所述第二線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分；以及，線圈，所述線圈卷繞在所 述線筒上。
[0017] 所述第一線筒和所述第二線筒對稱地設置在所述磁芯的兩側表面上。
[0018] 本發(fā)明的又一個方面提供了一種包括至少一個線圈組件的用于功率因數(shù)校正的 高電流電感器，所述線圈組件包括磁芯、包圍所述磁芯的一部分的線筒以及卷繞在所述線 筒上的線圈。
[0019] 本發(fā)明的再一個方面提供了一種包括至少一個線圈組件的用于功率因數(shù)校正的 高電流反應器，所述線圈組件包括磁芯、包圍所述磁芯的一部分的線筒以及卷繞在所述線 筒上的線圈。
【附圖說明】
[0020] 通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，本領域普通技術人員將更加明白 本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點，其中：
[0021] 圖1是圖示了由于外部磁場引起的磁致伸縮的示意圖；
[0022] 圖2是圖示了感應系數(shù)（inductance)、磁導率(permeability)和噪聲產(chǎn)生之間的 關系的曲線圖；
[0023] 圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件的側面的示意圖；
[0024] 圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件的頂面的示意圖；
[0025] 圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的磁芯和線筒的形狀的示意圖；
[0026] 圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的線圈組件的頂面的示意圖；
[0027] 圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的磁芯和線筒的形狀的示意圖；
[0028] 圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明的又一個示例性實施例的線圈組件的頂面的示意圖；并 且
[0029] 圖9是圖示了實例的噪聲與比較例的噪聲之間的比較測量結果的曲線圖。
【具體實施方式】
[0030] 盡管本發(fā)明構思易受各種修改和替代形式的影響，但是在附圖中以舉例方式示出 了其具體實施例并且本文中將詳細描述其具體實施例。然而，應當理解，并非旨在將本發(fā)明 構思限制于公開的特定形式，相反，本發(fā)明構思涵蓋落入本發(fā)明構思的精神和范圍內(nèi)的所 有修改、等同物和替代。
[0031] 應當理解，雖然術語"第一"、"第二"等可以在本文中用于描述多種部件，但是這些 部件應當不受這些術語的限制。這些術語僅僅用于使一個部件與另一個部件區(qū)分開。因此， 在不脫離本發(fā)明構思的教導的情況下，下文討論的第一部件可以稱為第二部件，并且下文 討論的第二部件可以稱為第一部件。"和/或"包括提及的一個或多個項目的每一個或所有 組合。
[0032] 應當理解，當元件被稱為與另一個元件"連接"或"耦接"時，它可以與另一個元件 直接連接或耦接，或者可以存在中間元件。相比之下，當元件被稱為與另一個元件"直接連 接"、"直接耦接"時，不存在中間元件。用于描述元件之間的關系的其他詞語應當用相同的 方式進行理解(例如，"在...與...之間"與"直接在...與...之間"，"相鄰"與"直接相鄰" 等)。
[0033] 本文中用于描述本發(fā)明構思的實施例的術語并非旨在限制本發(fā)明構思的范圍。指 代單數(shù)的本發(fā)明構思的元件的數(shù)量可以是一個或多個，除非上下文另外明確指明。還將進 一步理解，當在本文中使用時，術語"包含"、"具有"等指的是存在所述的特征、數(shù)字、步驟、 操作、元件、部件和/或它們的組合，但是不排除存在或增加一個或多個其他的特征、數(shù)字、 步驟、操作、元件、部件和/或它們的組合。
[0034] 除非另有說明，本文中使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)應當理解成本 發(fā)明構思所屬的領域的習慣含義。應當進一步理解，常用的術語也應當理解成相關領域中 的習慣含義并且不應當以理想化或過于正式化的含義進行理解，除非本文中清楚地這樣定 義。
[0035] 以下，參照附圖描述示例性實施例，并且與附圖符號無關，相同或?qū)脑⒔o 出相同的附圖標記，并且將省略重復的描述。
[0036] 圖1是圖示了由于外部磁場引起的磁致伸縮的示意圖，并且圖2是圖示了感應系 數(shù)、磁導率和噪聲產(chǎn)生之間的關系的曲線圖。
[0037] 參見圖1，當在磁性材料上施加外部磁場時，磁性材料被磁化并且其形狀發(fā)生變 化。這種磁性變化，也就是說，磁致伸縮值可以由等式1定義。
[0038] [等式 1]
[0039] λ= Δ 1/1
[0040] 這里，1表示磁性材料的長度，并且△ 1表示磁性材料的長度值由于磁場變化而發(fā) 生的變化。磁性材料的內(nèi)稟磁致伸縮值(Xs)如表1所示。
[0041] [表1]
[0042]
[0043] 參見表1，具有高磁通量(high flux)的Fe-Ni基磁性材料、具有巨磁通量(mega flux)的Fe-Si基磁性材料、Fe-Si-Al基磁性材料(鐵娃錯合金(sendust))、Fe-B-Si-Nb_Cu 基磁性材料等均可以具有接近〇的磁致伸縮值。相反，可以注意到，非晶磁性材料(例如，F(xiàn)e-Si -B基磁性材料)或坡莫合金(permal loy)磁性材料(例如，F(xiàn)e-Ni -Mo基磁性材料），可以具 有高磁致伸縮值。
[0044] 參見圖2,隨著外部磁化力增大，可以注意到，可以改善磁特性(感應系數(shù)和透磁 率），但是由于磁致伸縮引起的噪聲會增大。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，通過減小形成在磁芯與卷繞在磁芯上的線筒之間的 間隙可以防止磁致伸縮引起的噪聲產(chǎn)生。
[0046] 圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件的側面的示意圖，圖4是圖示 了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件的頂面的示意圖，圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的示 例性實施例的磁芯和線筒的形狀的示意圖，圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施 例的線圈組件的頂面的示意圖，圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施例的磁芯和 線筒的形狀的示意圖，并且圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明的又一個示例性實施例的線圈組件的 頂面的示意圖。
[0047]參見圖3至圖5,根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件可以包括磁芯110、包圍磁 芯110的一部分的線筒120以及卷繞在線筒120上的線圈130。當線筒120包圍磁芯110的一部 分而非整個磁芯110時，磁芯110與線筒120之間的間隙可以由于卷繞在線筒120上的線圈 130的力而減小。因此，可以降低由磁芯110與線筒120之間的摩擦產(chǎn)生的噪聲。
[0048] 磁芯110可以通過以下方式制造:與陶瓷或聚合物粘結劑(polymer binder)-起 涂覆磁粉，然后進行絕緣（insulation)，并且在高壓下成型。磁芯110可以具有包括圓柱、棱 柱等的三維形狀。這里，磁粉是具有軟磁性質(zhì)（soft magnetic property)的金屬合金的粉 末，并且可以包括純鐵(pure iron)、娃鋼片（silicon steel plate)、非晶磁粉(amorphous magnetic powder)、坡莫合金磁粉、高磁通量(HF)磁粉、鐵娃錯合金磁粉等。例如，磁粉可以 包括從由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和 Fe-B-S i -Nb-Cu基磁粉組成的組中選擇的至少一種。
[0049] 線筒120可以包圍磁芯110的側表面的一部分。為此，線筒120可以包括第一線筒 122和第二線筒124,第一線筒122包圍磁芯110的側表面的一部分，并且第二線筒124與第一 線筒122間隔開且第二線筒包圍磁芯110的側表面的一部分。這里，第一線筒和第二線筒可 以對稱地設置在磁芯的兩側表面上。如上所述，當線筒120包圍磁芯110的一部分而非整個 磁芯110并且線圈130卷繞在線筒120上時，磁芯110與線筒120之間的間隙可以由于線圈130 的卷繞力而減小。因此，線筒120和磁芯110可以彼此靠近，并且因此可以降低由線筒120與 磁芯110之間的摩擦產(chǎn)生的噪聲。
[0050] 同時，線筒120可以包圍磁芯110的側表面的40%至90%的面積并且優(yōu)選地包圍磁 芯110的側表面的50 %至80 %的面積。當線筒120包圍磁芯110的側表面的面積超過90 %時， 降噪效果由于線筒120與磁芯110之間的摩擦面積增大而減弱。另外，當線筒120包圍磁芯 110的側表面的面積小于40%時，降噪效果由于磁芯110的振動產(chǎn)生的噪聲傳遞到線筒120 的外側而減弱，并且會產(chǎn)生線圈130與磁芯110直接接觸的面積。
[00511線筒120可以包含塑料或具有絕緣表面的金屬。
[0052]盡管具有棱柱形狀的磁芯110在圖3至圖5中作為實例進行描述，但是形狀可以不 限于此。如圖6和圖7所示，磁芯110可以具有圓柱形狀，并且線筒120可以具有與所述圓柱形 狀相對應的形狀。
[0053]同時，如圖8所示，中間層140可以進一步形成在磁芯110與線筒120之間。中間層 140可以是具有比磁芯110和線筒120的剛度(rigidity)更高的剛度的層。中間層140可以包 含硅或絕緣材料。因此，線筒120和磁芯110可以更加緊密地彼此靠近，并且因此可以降低噪 聲。中間層140可以包括，例如，包含娃基聚合樹脂(silicon-based polymer res in)的薄膜 以及涂覆在所述薄膜兩側的絕緣層。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的線圈組件可以制造成塊體單元，并且可以應用到用 于功率因數(shù)校正(PFC)的高電流反應器、用于PFC的高電流電感器、用于太陽能光伏系統(tǒng)或 風能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器(inverter)的電感濾波器、用于太陽能光伏系統(tǒng)和電動汽車的大容 量直流-直流轉換器(DC-DC converter)的電感器、用于車輛的電子器件的電感器等。
[0055] 以下將使用實施例的實例以及比較例更詳細地描述本發(fā)明。
[0056] 〈實例 1>
[0057] 通過以下方式制造具有棱柱形狀的磁芯：與聚合物粘結劑一起涂覆Fe-Si-B基磁 粉，然后進行絕緣，并且在高壓下成型。另外，在兩個對稱的線筒包圍磁芯的側表面的面積 的80%之后卷繞線圈。
[0058] 〈實例 2>
[0059] 通過以下方式制造具有棱柱形狀的磁芯：與聚合物粘結劑一起涂覆Fe-Si-B基磁 粉，然后進行絕緣，并且在高壓下成型。另外，在兩個對稱的線筒包圍磁芯的側表面的面積 的50%之后卷繞線圈。
[0060] 〈比較例1>
[0061 ]通過以下方式制造具有棱柱形狀的磁芯：與聚合物粘結劑一起涂覆Fe-Si-B基磁 粉，然后進行絕緣，并且在高壓下成型。另外，在一個線筒包圍磁芯的側表面的全部面積之 后卷繞線圈。
[0062] 〈比較例2>
[0063] 通過以下方式制造具有棱柱形狀的磁芯：與聚合物粘結劑一起涂覆Fe-Si-B基磁 粉，然后進行絕緣，并且在高壓下成型。另外，在兩個對稱的線筒包圍磁芯的側表面的面積 的20%之后卷繞線圈。
[0064]在實例1、實例2、比較例1和比較例2的每個線圈組件上施加電流，并且測量4kH至 10kH的噪聲值。
[0065] 表2表示在實例1和實例2施加電流之后測量的噪聲值，并且圖9表示實例和比較例 的噪聲的測量結果。
[0066] [表2]
[0067]
[0068] 參見表2和圖9,可以注意到，當在實例1和實例2中的線筒的應用面積是磁芯的側 表面的8 0 %和5 0 %時，與在比較例1和比較例2中的線筒的應用面積是磁芯的側表面的 100%和20%相比，產(chǎn)生的噪聲更低。
[0069] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可以降低由于線圈組件的磁致伸縮引起的噪聲產(chǎn) 生。因此，可以拓寬用于線圈組件中包含的磁芯的磁性材料的選擇范圍。根據(jù)本發(fā)明的示例 性實施例的線圈組件可以制造成塊體單元，并且可以應用到用于功率因數(shù)校正(PFC)的高 電流反應器、用于PFC的高電流電感器、用于太陽能光伏系統(tǒng)或風能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的電 感濾波器、用于太陽能光伏系統(tǒng)和電動汽車的大容量直流-直流轉換器的電感器、用于車輛 的電子器件的電感器等。
[0070] 盡管根據(jù)本發(fā)明的某些示例性實施例示出并且描述了本發(fā)明，但是本領域技術人 員將會理解的是，在不脫離由所附權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可 以在形式和細節(jié)上進行各種修改。
[0071] 【附圖標記的描述】
[0072] 100:線圈組件
[0073] 110 :磁芯
[0074] 120:線筒
[0075] 130:線圈
[0076] H〇:中間層。
【主權項】
1. 線圈組件，包括： 磁芯； 線筒，所述線筒包圍所述磁芯的一部分；以及 線圈，所述線圈卷繞在所述線筒上。2. 根據(jù)權利要求1所述的線圈組件，其中，所述線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分。3. 根據(jù)權利要求2所述的線圈組件，其中，所述線筒包圍所述磁芯的側表面的40%至 90%的面積。4. 根據(jù)權利要求3所述的線圈組件，其中，所述線筒包圍所述磁芯的側表面的50%至 80%的面積。5. 根據(jù)權利要求1所述的線圈組件，進一步包括： 形成在所述磁芯與所述線筒之間的中間層。6. 根據(jù)權利要求5所述的線圈組件，其中，所述中間層包含硅(Si)或絕緣材料。7. 根據(jù)權利要求6所述的線圈組件，其中，所述中間層包括： 包含硅基聚合樹脂的薄膜；以及 涂覆在所述薄膜的兩側的絕緣層。8. 根據(jù)權利要求6所述的線圈組件，其中，所述中間層被配置為具有比所述磁芯和所述 線筒的剛度更高的剛度。9. 根據(jù)權利要求1所述的線圈組件，其中，所述線筒包含塑料或具有絕緣表面的金屬。10. 根據(jù)權利要求1所述的線圈組件，其中，所述磁芯包含從由Fe-Si-B基磁粉、Fe-Ni基 磁粉、Fe-Si基磁粉、Fe-Si-Al基磁粉、Fe-Ni-Mo基磁粉和Fe-B-Si-Nb-Cu基磁粉組成的組中 選擇的至少一種。11. 根據(jù)權利要求1所述的線圈組件，其中，所述線筒包括： 第一線筒，所述第一線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分；以及 第二線筒，所述第二線筒與所述第一線筒間隔開并且所述第二線筒包圍所述磁芯的側 表面的一部分。12. 根據(jù)權利要求11所述的線圈組件，其中，所述第一線筒和所述第二線筒對稱地設置 在所述磁芯的兩側表面上。13. -種包括至少一個線圈組件的用于功率因數(shù)校正的高電流電感器，所述線圈組件 包括： 磁芯； 線筒，所述線筒包圍所述磁芯的一部分；以及 線圈，所述線圈卷繞在所述線筒上。14. 根據(jù)權利要求13所述的高電流電感器，其中，所述線筒包圍所述磁芯的側表面的一 部分。15. 根據(jù)權利要求13所述的高電流電感器，進一步包括： 設置在所述磁芯與所述線筒之間的中間層。16. 根據(jù)權利要求13所述的高電流電感器，其中，所述線筒包括： 第一線筒，所述第一線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分；以及 第二線筒，所述第二線筒與所述第一線筒間隔開并且所述第二線筒包圍所述磁芯的側 表面的一部分。17. -種包括至少一個線圈組件的用于功率因數(shù)校正的高電流反應器，所述線圈組件 包括： 磁芯； 線筒，所述線筒包圍所述磁芯的一部分；以及 線圈，所述線圈卷繞在所述線筒上。18. 根據(jù)權利要求17所述的高電流反應器，其中，所述線筒包圍所述磁芯的側表面的一 部分。19. 根據(jù)權利要求17所述的高電流反應器，進一步包括： 設置在所述磁芯與所述線筒之間的中間層。20. 根據(jù)權利要求17所述的高電流反應器，其中，所述線筒包括： 第一線筒，所述第一線筒包圍所述磁芯的側表面的一部分；以及 第二線筒，所述第二線筒與所述第一線筒間隔開并且所述第二線筒包圍所述磁芯的側 表面的一部分。
【文檔編號】H01F27/255GK105895335SQ201610084935
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月14日
【發(fā)明人】廉載勛, 金昭延, 裵碩, 李相元, 韓宗洙
【申請人】Lg伊諾特有限公司