多相电抗器

技术领域

本发明涉及一种多相电抗器。

背景技术

在电动汽车、HEV(Hybrid Electrical Vehicle：混合动力电动汽车)等车辆的DC-DC转换器中，使用通过在铁心的周围安装线圈而构成的电抗器。近年来，为了调整DC-DC转换器的输出电流的波动，已知有一种多相化的多相电抗器。

例如，在专利文献1中公开了一种三相电抗器，在专利文献2中公开了一种四相电抗器。电抗器是发热部件，因此需要适当地进行冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-208519号公报

专利文献2：日本专利第6518603号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在三相以上的多相电抗器中，存在如下课题：与一对外侧线圈及卷绕有该外侧线圈的外侧铁心部相比，热量更容易累积在内侧线圈及卷绕有内侧线圈的内侧铁心部，从而在多相电抗器中产生温度的偏差。

本发明提供一种能够抑制温度的偏差的多相电抗器。

用于解决课题的手段

本发明提供一种多相电抗器，其具备：

第一外侧线圈；

第二外侧线圈；

至少一个内侧线圈，其配置在所述第一外侧线圈与所述第二外侧线圈之间；

铁心，其具备：第一外侧铁心部，其卷绕有所述第一外侧线圈；第二外侧铁心部，其卷绕有所述第二外侧线圈；以及内侧铁心部，其卷绕有所述至少一个内侧线圈；以及

冷却部，

所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈分别沿第一方向延伸设置，且沿与所述第一方向正交的第二方向排列配置，

所述冷却部在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上配置于所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈的一侧，

其中，在与所述第一方向正交的截面中，

所述至少一个内侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面的长度大于所述第一外侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面的长度，且大于所述第二外侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面的长度。

另外，本发明提供一种多相电抗器，其具备：

第一外侧线圈；

第二外侧线圈；

至少一个内侧线圈，其配置在所述第一外侧线圈与所述第二外侧线圈之间；

铁心，其具备：第一外侧铁心部，其卷绕有所述第一外侧线圈；第二外侧铁心部，其卷绕有所述第二外侧线圈；以及内侧铁心部，其卷绕有所述至少一个内侧线圈；以及

冷却部，

所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈分别沿第一方向延伸设置，且沿与所述第一方向正交的第二方向排列配置，

所述冷却部在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上配置于所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈的一侧，

其中，在与所述第一方向正交的截面中，

所述至少一个内侧线圈的与所述冷却部对置的对置面的长度大于所述第一外侧线圈的与所述冷却部对置的对置面的长度，且大于所述第二外侧线圈的与所述冷却部对置的对置面的长度。

发明效果

根据本发明，促进了由于热量累积而温度升高的内侧线圈和内侧铁心部的冷却，能够抑制温度偏差。

附图说明

图1是表示能够应用本发明的一实施方式的多相电抗器1的三相交错型DC-DC转换器的一个例子的电路图。

图2是多相电抗器1的立体图。

图3是表示多相电抗器1的铁心20的图。

图4是第一实施例的多相电抗器的图3的A-A线剖视图。

图5是第二实施例的多相电抗器的图3的A-A线剖视图。

图6是现有的多相电抗器的图3的A-A线剖视图。

附图标记说明

1 多相电抗器

11 第一外侧线圈

11a 第一外侧线圈的对置面

12 内侧线圈

12a 内侧线圈的对置面

13 第二外侧线圈

13a 第二外侧线圈的对置面

20 铁心

21 第一外侧铁心部

21a 第一外侧铁心部的对置面

22 内侧铁心部

22a 内侧铁心部的对置面

23 第二外侧铁心部

23a 第二外侧铁心部的对置面

30 冷却部

40 壳体

41 底部

42 侧壁部

43 开口部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示使用三相电抗器作为本发明的一实施方式的多相电抗器的交错型DC-DC转换器的一个例子的电路图。

图1所示的三相交错型DC-DC转换器10具备：平滑电容器C1；多相电抗器1，其具有三个线圈11～13；开关部SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6；以及平滑电容器C2。

该DC-DC转换器在将平滑电容器C1侧的电压V1作为输入电压、将平滑电容器C2侧的电压V2作为输出电压进行动作的情况下，对输入电压V1进行升压。

多相电抗器1的线圈11的输出端子与串联连接的开关部SW1和开关部SW2的中间节点连接，构成第一电压变换部14。多相电抗器1的线圈12的输出端子与串联连接的开关部SW3和开关部SW4的中间节点连接，构成第二电压变换部15。多相电抗器1的线圈13的输出端子与串联连接的开关部SW5和开关部SW6的中间节点连接，构成第三电压变换部16。开关部SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6分别具有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等开关元件和与该开关元件并联连接的续流二极管。

开关部SW1～SW6的各开关元件根据来自未图示的开关控制部的信号进行接通断开控制。DC-DC转换器10所具有的三个电压变换部14、15、16并联电连接，通过在期望的时刻对至少一个电压变换部14、15、16的开关元件进行接通断开切换动作，从而以直流状态对电压V1进行升压并输出电压V2。电压变换部14、15、16的开关元件的接通断开切换动作由开关信号控制，该开关信号是从开关控制部到DC-DC转换器10的脉冲状且具有规定的占空比。

当对电压变换部14、15、16的开关元件进行接通断开切换控制时，在接通动作中，向DC-DC转换器10的输入电流向开关元件侧流动，多相电抗器1蓄积能量，在断开动作中，向DC-DC转换器10的输入电流向二极管侧流动，多相电抗器1放出蓄积的能量。当仅对DC-DC转换器10的三个电压变换部14、15、16中的一个进行驱动时，输出流过断开动作中的DC-DC转换器10的一个电压变换部的电流。另外，在对DC-DC转换器10的三个电压变换部14、15、16中的两个进行驱动的情况下，进行将驱动的各电压变换部14、15、16的接通断开切换相位各错开180度的交错控制。在对DC-DC转换器10的三个电压变换部14、15、16的全部进行驱动的情况下，进行将各电压变换部14、15、16的接通断开切换相位各错开120度的交错控制。

该多相电抗器1是通过在铁心20上卷绕线圈11～13而构成的，是在工作时发热的发热部件。因此，在使用多相电抗器1时，需要维持在耐热温度以下，并需要适当地进行冷却。以下，对多相电抗器1的结构和冷却作用进行说明。在以下的说明中，将三个线圈11～13中的配置于外侧的线圈11、13分别称为第一外侧线圈11、第二外侧线圈13，将被第一外侧线圈11和第二外侧线圈13夹着的线圈12称为内侧线圈12。另外，如图2～5所示，使用X轴、Y轴、Z轴的正交坐标系对多相电抗器1的各部位的位置关系进行说明。

多相电抗器1具备第一外侧线圈11、第二外侧线圈13、内侧线圈12、铁心20、冷却部30以及收纳它们的壳体40。

铁心20例如通过将薄板状的电磁钢板层叠而构成。如图3所示，铁心20具备：第一外侧铁心部21、内侧铁心部22和第二外侧铁心部23，它们沿X轴方向延伸设置，并沿着Y轴方向相互平行地排列配置；第一连结部24，其在X轴方向一端侧沿Y轴方向延伸设置，连结这些第一外侧铁心部21、内侧铁心部22和第二外侧铁心部23；以及第二连结部25，其在X轴方向另一端侧沿Y轴方向延伸设置，连结这些第一外侧铁心部21、内侧铁心部22和第二外侧铁心部23。X轴方向是本发明的第一方向，Y轴方向是本发明的第二方向。

第一外侧铁心部21上卷绕有第一外侧线圈11，第二外侧铁心部23上卷绕有第二外侧线圈13，内侧铁心部22上卷绕有内侧线圈12。因此，第一外侧铁心部21、内侧线圈12和第二外侧线圈13分别沿X轴方向延伸设置，且沿Y轴方向排列配置。

在该多相电抗器1中，即使采用任意组合，各线圈11、12、13产生的磁通的磁通方向均为彼此相反的方向，磁通相互抵消。因此，各线圈11、12、13产生的磁通的抵消量相等，能够抑制铁心20的磁饱和。

壳体40具备：大致矩形状的底部41，其配置于Z轴方向的一侧且沿X轴方向和Y轴方向延伸；侧壁部42，其从底部41的外缘部向Z轴方向另一侧延伸；以及开口部43，其被侧壁部42包围且在与底部41对置的Z轴方向另一侧开口。

冷却部30设置在底部41与铁心20之间，且以沿着X轴方向和Y轴方向的方式在Z轴方向上配置于第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12的一侧。冷却部30例如可以是设有供制冷剂流动的制冷剂通路的循环式的冷却部，也可以是贮存式的冷却部。

图6是现有的多相电抗器的剖视图。现有的普通多相电抗器1P的铁心由上边和下边具有相同长度(L)的、具有相同形状的正方形或长方形截面的外侧铁心部21P、23P以及内侧线圈12P构成。在这样的现有的多相电抗器中，与一对外侧线圈11P、13P及卷绕有该外侧线圈11P、13P的外侧铁心部21P、23P相比，热量更容易累积在内侧线圈12P及卷绕有内侧线圈12P的内侧铁心部22P，从而在多相电抗器1P中产生温度的偏差。

因此，在本实施方式中，在图4和图5所示的截面中，铁心20的形状设定为内侧铁心部22的与冷却部30对置的对置面22a的长度Lb2大于第一外侧铁心部21的与冷却部30对置的对置面21a的长度Lb1，且大于第二外侧铁心部23的与冷却部30对置的对置面23a的长度Lb3。由此，内侧铁心部22与冷却部30对置的面积比第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23与冷却部30对置的面积大。因此，促进了由于热量累积而温度升高的内侧铁心部22的冷却，能够抑制第一外侧铁心部21、第二外侧铁心部23和内侧铁心部22间的温度偏差。

同样地，当用线圈表示该关系性时，铁心20的形状设定为内侧线圈12的与冷却部30对置的对置面12a的长度大于第一外侧线圈11的与冷却部30对置的对置面11a的长度，且大于第二外侧线圈13的与冷却部30对置的对置面13a的长度。由此，内侧线圈12与冷却部30对置的面积比第一外侧线圈11和第二外侧线圈13与冷却部30对置的面积大。因此，促进了由于热量累积而温度升高的内侧线圈12的冷却，能够抑制第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12间的温度偏差。

此外，对置面11a、12a、13a可以与冷却部30直接抵接，也可以不直接抵接。与冷却部30不直接抵接时，可以由导热性好的粘接剂、导热片等隔开。作为将这样的关系性具体化的结构，以下对两个实施例进行说明。

【第一实施例】

在图4所示的第一实施例中，内侧铁心部22的截面具有梯形形状，且构成为内侧铁心部22的与冷却部30对置的对置面22a成为梯形形状的下底，上表面22b成为梯形形状的上底。更具体地说明，内侧铁心部22相对于图6所示的现有的多相电抗器1P，内侧铁心部22的对置面22a的长度Lb2在Y轴方向上变长2A(L+2A)，相应地，上表面22b的长度Lu2在Y轴方向上变短2A(L-2A)，且相对于Y轴方向的中心呈线对称地形成。

第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23构成为上表面22b的长度Lu1、Lu3在Y轴方向上变长A(L+A)，对置面21a的长度Lb1、Lb3在Y轴方向上变短A(L-A)，与内侧铁心部22相邻的内侧面与内侧铁心部22的外侧面大致平行。在如图4所示的铁心20中，第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12分别具有相同的面积。另外，与现有的多相电抗器1P相比，若使铁心的高度(Z轴方向长度)相同，则第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12也具有相同的面积。

【第二实施例】

在图5所示的第二实施例中，内侧铁心部22的截面具有梯形形状，且构成为内侧铁心部22的与冷却部30对置的对置面22a成为梯形形状的下底，上表面22b成为梯形形状的上底。更具体地说明，内侧铁心部22相对于图6所示的现有的多相电抗器1P的铁心，内侧铁心部22的对置面22a的长度Lb2在Y轴方向上变长2A(L+2A)，相应地，上表面22b的长度Lu2在Y轴方向上变短2A(L-2A)，且相对于Y轴方向的中心呈线对称地形成。

第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23的截面具有梯形形状，且构成为第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23的与冷却部30对置的对置面21a、23a成为梯形形状的上底，上表面21b、23b成为梯形形状的下底。更具体地说明，第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23相对于图6所示的现有的多相电抗器1P的铁心，第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23的对置面21a、23a的长度Lb1、Lb3在Y轴方向上变短2A(L-2A)，相应地，上表面21b、23b的长度Lu1、Lu3在Y轴方向上变长2A(L+2A)，且相对于Y轴方向的中心呈线对称地形成。

在如图5所示的铁心20中，第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12也分别具有相同的面积。另外，即使与现有的线圈相比，若使铁心的高度(Z轴方向长度)相同，则第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12也具有相同的面积。

这样，在任一实施例中，都能够容易地使内侧铁心部22的与冷却部30对置的对置面22a的长度Lb2比第一外侧铁心部21和第二外侧铁心部23的与冷却部30对置的对置面21a、23a的长度Lb1、Lb3长，从而能够抑制第一外侧线圈11、第二外侧线圈13和内侧线圈12的温度偏差。

以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于这些例子。显然，本领域技术人员能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或修正例，而且应理解这些变更例及修正例也属于本发明的技术范围。此外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。

在本说明书中至少记载了以下的事项。此外，在括号内示出了在前述的实施方式中对应的构成要素等，但是本发明并不限定于此。

(1)一种多相电抗器(多相电抗器1)，其具备：

第一外侧线圈(第一外侧线圈11)；

第二外侧线圈(第二外侧线圈13)；

至少一个内侧线圈(内侧线圈12)，其配置在所述第一外侧线圈与所述第二外侧线圈之间；

铁心(铁心20)，其具备：第一外侧铁心部(第一外侧铁心部21)，其卷绕有所述第一外侧线圈；第二外侧铁心部(第二外侧铁心部23)，其卷绕有所述第二外侧线圈；以及内侧铁心部(内侧铁心部22)，其卷绕有所述至少一个内侧线圈；以及

冷却部(冷却部30)，

所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈分别沿第一方向(X轴方向)延伸设置，且沿与所述第一方向正交的第二方向(Y轴方向)排列配置，

所述冷却部在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向(Z轴方向)上配置于所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈的一侧，

其中，在与所述第一方向正交的截面中，

所述至少一个内侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面(对置面22a)的长度(长度Lb2)大于所述第一外侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面(对置面21a)的长度(长度Lb1)，且大于所述第二外侧铁心部的与所述冷却部对置的对置面(对置面23a)的长度(长度Lb3)。

根据(1)，内侧铁心部与冷却部对置的面积比第一外侧铁心部和第二外侧铁心部与冷却部对置的面积大，因此，促进了由于热量累积而温度升高的内侧铁心部的冷却，能够抑制第一外侧铁心部、第二外侧铁心部和内侧铁心部间的温度偏差。

(2)一种多相电抗器(多相电抗器1)，其具备：

第一外侧线圈(第一外侧线圈11)；

第二外侧线圈(第二外侧线圈13)；

至少一个内侧线圈(内侧线圈12)，其配置在所述第一外侧线圈与所述第二外侧线圈之间；

铁心(铁心20)，其具备：第一外侧铁心部(第一外侧铁心部21)，其卷绕有所述第一外侧线圈；第二外侧铁心部(第二外侧铁心部23)，其卷绕有所述第二外侧线圈；以及内侧铁心部(内侧铁心部22)，其卷绕有所述至少一个内侧线圈；以及

冷却部(冷却部30)，

所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈分别沿第一方向(X轴方向)延伸设置，且沿与所述第一方向正交的第二方向(Y轴方向)排列配置，

所述冷却部在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向(Z轴方向)上配置于所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈和所述至少一个内侧线圈的一侧，

其中，在与所述第一方向正交的截面中，

所述至少一个内侧线圈的与所述冷却部对置的对置面(对置面12a)的长度大于所述第一外侧线圈的与所述冷却部对置的对置面(对置面11a)的长度，且大于所述第二外侧线圈的与所述冷却部对置的对置面(对置面13a)的长度。

根据(2)，内侧线圈与冷却部对置的面积比第一外侧线圈和第二外侧线圈与冷却部对置的面积大，因此，促进了由于热量累积而温度升高的内侧线圈的冷却，能够抑制第一外侧线圈、第二外侧线圈和内侧线圈间的温度偏差。

(3)根据(1)或(2)所述的多相电抗器，其中，

在所述截面中，

所述内侧铁心部具有梯形形状，

所述内侧铁心部的与所述冷却部对置的所述对置面是所述梯形形状的下底。

根据(3)，能够容易地使内侧铁心部的与冷却部对置的对置面的长度比第一外侧铁心部和第二外侧铁心部的与冷却部对置的对置面的长度长。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的多相电抗器，其中，

在所述截面中，

所述第一外侧铁心部和所述第二外侧铁心部具有梯形形状，

所述第一外侧铁心部的与所述冷却部对置的所述对置面以及所述第二外侧铁心部的与所述冷却部对置的所述对置面是所述梯形形状的上底。

根据(4)，能够容易地使内侧铁心部的与冷却部对置的对置面的长度比第一外侧铁心部和第二外侧铁心部的与冷却部对置的对置面的长度长。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的多相电抗器，其中，

还具备壳体(壳体40)，该壳体收容所述第一外侧线圈、所述第二外侧线圈、所述内侧线圈、所述铁心和所述冷却部，

所述壳体具备：

底部(底部41)；

侧壁部(侧壁部42)，其从所述底部竖立设置；以及

开口部(开口部43)，其被所述侧壁部包围并与所述底部对置，

所述冷却部设置在所述底部与所述铁心之间。

根据(5)，多相电抗器的操作性提高。