CN111937100B - 电抗器的制造方法及电抗器 - Google Patents

Abstract

电抗器(10)的制造方法包括：装配体制造工序，装配出芯线圈装配体，所述芯线圈装配体具备电抗器芯(20)和线圈(30)，所述电抗器芯具备内侧芯部和外侧芯部，所述内侧芯部沿第一方向延伸，所述外侧芯部沿第二方向延伸并将内侧芯部彼此连接，所述线圈能够绕内侧芯部隔开间隙地配置，且卷绕成沿第一方向延伸的筒状，线圈(30)的第三方向上的外形尺寸被设为与外侧芯部的第三方向上的外形尺寸对应的尺寸；设置工序，以在第三方向上使线圈(30)的最下部的位置与外侧芯部的最下部的位置一致的方式，将芯线圈装配体以第三方向朝向上下的姿态设置于模具内；注射成型工序，通过注射成型至少向间隙填充绝缘材料。

Description

电抗器的制造方法及电抗器

技术领域

本发明涉及电抗器的制造方法及电抗器。

本申请基于2018年3月29日在日本申请的特愿2018-065178号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

在专利文献1中记载了一种搭载于混合动力汽车或电动汽车等汽车的电抗器。该电抗器具备芯、树脂模制件和线圈，芯由将包含软磁性粉末的原料粉末进行加压成型而成的压粉成型体构成，树脂模制件覆盖该芯的外表面，线圈从树脂模制件之上卷绕于芯。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-131200号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所记载的电抗器因为用于混合动力汽车或电动汽车等汽车，所以成为以大量生产为前提的设计。在像这样大量生产电抗器的情况下，希望减少生产线中的节拍时间。

因此，专利文献1所记载的电抗器的制造方法是预先成型芯用的树脂罩和线圈用的树脂罩并存储起来。在该专利文献1中，在芯用的树脂罩覆盖在芯上后组装线圈，之后，安装线圈用的树脂罩。

但是，在不是大量生产的情况下，由于需要存储多种树脂罩，并且需要为了成型多种树脂罩而准备多种模具，因此存在模具的成本的比率变大且生产性降低的情况。

本发明的目的在于：提供一种能够抑制生产性降低的电抗器的制造方法及电抗器。

用于解决技术问题的手段

本发明的一方式的电抗器的制造方法包括：装配体制造工序，制造芯线圈装配体，所述芯线圈装配体具备电抗器芯和线圈，所述电抗器芯具备多个内侧芯部和两个外侧芯部，所述多个内侧芯部沿第一方向延伸，所述两个外侧芯部沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸，并将在所述第二方向上相邻的内侧芯部彼此连接，所述线圈能够绕所述内侧芯部隔开间隙地配置，且卷绕成沿所述第一方向延伸的筒状，所述线圈的与所述第一方向及所述第二方向交叉的第三方向上的外形尺寸被设为与所述外侧芯部的所述第三方向上的外形尺寸对应的尺寸；设置工序，以在所述第三方向上使所述线圈的最下部的位置与所述外侧芯部的最下部的位置一致的方式，将所述芯线圈装配体以所述第三方向朝向上下的姿态设置于模具内；注射成型工序，通过注射成型至少向所述间隙填充绝缘材料。

发明效果

根据上述方式的电抗器芯，能够抑制生产性降低。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的升压电路的电路图。

图2是本发明的一实施方式的电抗器的俯视图。

图3是本发明的一实施方式的电抗器芯的俯视图。

图4是从第二方向观察上述电抗器芯的侧视图。

图5是安装于上述电抗器芯的线圈的俯视图。

图6是从第二方向观察安装于上述电抗器芯的线圈的侧视图。

图7是本发明的一实施方式的电抗器芯的制造方法及电抗器的制造方法的流程图。

图8是示出即将向上述线圈插入内侧芯部之前的状态的立体图。

图9是示出即将向上述内侧芯部的第二端部固定外侧芯部之前的状态的立体图。

图10是示出向本发明的一实施方式的模具内载置了线圈及电抗器芯的状态的剖视图。

图11是示出通过注射成型向上述模具内填充了绝缘材料的状态的剖视图。

具体实施方式

以下，参照图1～图11对本发明的实施方式进行详细说明。

＜升压电路＞

如图1所示，本实施方式的电抗器10构成升压电路100的一部分。升压电路100是斩波式的升压电路，具备电抗器10、电容器11和IGBT等功率半导体12。本实施方式的升压电路100内置于对搭载于混合动力液压挖掘机等的电动机进行驱动的变换器，将电容器等的端子电压V1升压至变换器所需的电压V2。注意，在图1中，附图标记“13”为续流二极管。

＜电抗器＞

如图2所示，电抗器10具备电抗器芯20、线圈30和绝缘材料40。本实施方式的电抗器10因为是用于混合动力液压挖掘机等的电抗器，所以与用于汽车等车辆的电抗器相比，有大电流流过。因此，本实施方式的电抗器10与用于汽车等车辆的电抗器相比更为大型。在以下的说明中，将第一方向设为“Dx”，将与第一方向交叉的第二方向设为“Dy”。将与第一方向Dx及第二方向Dy交叉的第三方向设为“Dz”。

＜电抗器芯＞

如图3、图4所示，电抗器芯20具备两个内侧芯部21和两个外侧芯部22。电抗器芯20利用这两个内侧芯部21和两个外侧芯部22在俯视时呈矩形的环状。

两个内侧芯部21沿第一方向Dx延伸。内侧芯部21在第一方向Dx的两侧具备第一端面21ta和第二端面21tb。两个内侧芯部21在与第一方向Dx交叉的第二方向Dy上彼此隔开间隔地配置。

内侧芯部21具有多个第一磁芯23和多个间隙材料24。图3所示的内侧芯部21在每一个内侧芯部21具有三个第一磁芯23和四个间隙材料24。

第一磁芯23呈长方体。具体而言，第一磁芯23形成为长方体状，在该长方体状中，沿第一方向Dx方向延伸的四个角部23g分别形成为如倒角那样向外侧凸出的曲面状。本实施方式中例示的第一磁芯23的第三方向上的厚度尺寸Lz1小于第一方向上的尺寸Lx1和第二方向上的尺寸Ly1。这些沿第一方向Dx并列配置的第一磁芯23的绕沿第一方向延伸的轴线的四个外表面分别被配置成共面。本实施方式的第一磁芯23通过将包含铁等软磁性粉末的原料粉末进行加压成型而形成。

间隔材料24分别配置于沿第一方向Dx相邻的第一磁芯23之间。间隙材料24是在沿第一方向Dx相邻的第一磁芯23之间形成规定间隙的间隔件。间隙材料24例如由陶瓷、氧化铝(矾土)、合成树脂等绝缘性、耐热性等优异的非磁性材料形成。间隙材料24形成为平板状，并且间隙材料24具有与第一磁芯23的垂直于第一方向Dx的截面形状相同或稍小的外形。

本实施方式中例示的间隔材料24还被配置在内侧芯部21与外侧芯部22之间。间隙材料24分别通过粘接等固定于第一磁芯23、后述第二磁芯26。由多个间隙材料24形成的电抗器芯20的总间隙长度例如能够根据电抗器芯20的饱和电流值、流经线圈30的电流的最大值等条件来计算。在总间隙长度一定的情况下，间隙材料24的设置片数越多，每一片间隙材料24的厚度越小。

两个外侧芯部22沿第二方向Dy延伸，并且在第一方向Dx上彼此隔开间隔地配置。外侧芯部22横跨在第二方向Dy上相邻的第一端面21ta之间而配置，并且横跨在第二方向Dy上相邻的第二端面21tb之间而配置。外侧芯部22具有第二磁芯26。图3所示的外侧芯部22在每一个外侧芯部22具有两个第二磁芯26。

第二磁芯26呈长方体。两个第二磁芯26沿第二方向Dy并列配置。本实施方式中的第二磁芯26呈与第一磁芯23对应的形状(实质上相同的形状)。沿第二方向Dy相邻的第二磁芯26彼此通过粘接等固定在一起。在这些沿第二方向Dy相邻的第二磁芯26之间，没有配置与上述间隙材料24相当的材料。

本实施方式的第二磁芯26仅配置方向与第一磁芯23不同，其外形尺寸与第一磁芯23是对应的。换言之，第二磁芯26与第一磁芯23呈实质上相同的形状。本实施方式中例示的第二磁芯26的第二方向上的尺寸Ly2(参照图3)大于第一方向Dx上的尺寸Lx2(参照图4)以及第三方向Dz上的厚度尺寸Lz2(参照图4)。第二磁芯26的第一方向Dx上的厚度尺寸Lx2与第一磁芯23的第三方向Dz上的厚度尺寸Lz1(参照图4)实质上相同。即，在第三方向Dz上，第二磁芯26的厚度尺寸Lz2大于第一磁芯23的厚度尺寸Lz1。

如图4所示，内侧芯部21的第三方向Dz上的中心位置C1与外侧芯部22的第三方向Dz上的中心位置C2一致。如上所述，因为厚度尺寸Lz2大于厚度尺寸Lz1，所以内侧芯部21的第三方向Dz上的外表面21a配置于比外侧芯部22的第三方向Dz上的外表面22a靠内侧(换言之，靠近中心位置C1的一侧)的位置。

本实施方式中的第二磁芯26与第一磁芯23一样，通过将包含铁等软磁性粉末的原料粉末进行加压成型而形成。本实施方式中的第二磁芯26使用与形成第一磁芯23的型材相同的型材、或者使用与形成第一磁芯23的型材相同形状的型材分别形成。在本实施方式中，沿第一方向Dx并列配置的第一磁芯23的个数(三个)比沿第二方向Dy并列配置的第二磁芯26的个数(两个)多。

＜线圈＞

如图5、图6所示，线圈30通过将铜线等线材卷绕成螺线管状而形成。线圈30具备平行并列形成的两个筒状部30a、30b。这些筒状部30a、30b电串联连接，分别安装于平行配置的两个内侧芯部21。筒状部30a、30b的轴线Oa、Ob分别沿第一方向Dx延伸。线圈30的引出线30c、30d均配置在第一方向Dx上的一侧。跨越筒状部30a、30b之间的线材30e在第一方向Dx上配置于与引出线30c、30d相反的一侧。这两个筒状部30a、30b通过分别将内侧芯部21插入而成为绕内侧芯部21卷绕的状态。构成两个筒状部30a、30b的线材的卷绕方向设置为：对线圈30通电时形成为环状的电抗器芯20内部的磁力线的方向成为同一方向。

如图6所示，线圈30的第三方向Dz上的外形尺寸Lcz被设为与外侧芯部22的第三方向Dz上的外形尺寸Lz对应的尺寸(换言之，实质上相同的尺寸)。如果将线圈30以第三方向Dz成为上下方向的方式载置于平面上，则线圈30的第三方向Dz上的中心Oc、内侧芯部21的第三方向Dz上的中心位置C1以及外侧芯部22的第三方向Dz上的中心位置C2实质上配置于同一平面上。在筒状部30a与配置于筒状部30a的内侧的内侧芯部21之间、以及筒状部30b与配置于筒状部30b的内侧的内侧芯部21之间，分别在绕内侧芯部21的整周范围内形成有间隙Cr。

＜绝缘材料＞

图2所示的绝缘材料40将电抗器芯20与线圈30之间电绝缘。作为绝缘材料40，能够使用绝缘性、耐热性优异的合成树脂。该绝缘材料40的厚度、材质根据所需的绝缘性能、耐热性能来选定即可。本实施方式的绝缘材料40形成为覆盖整个电抗器芯20。

＜电抗器的制造方法＞

接着，参照图7至图11对电抗器芯的制造方法进行说明。

首先，制造具备电抗器芯20和线圈30的芯线圈装配体As(参照图5、图6)(步骤S01：装配体制造工序)。具体而言，使用同一型材或同一形状的多个型材(均未图示)，对包含相同软磁性粉末的原料粉末进行加压成型，从而形成多个第一磁芯23及多个第二磁芯26。

由上述型材成型出的全部压粉磁芯为实质上相同的形状(外形尺寸对应)。因此，刚刚由型材成型后的压粉磁芯有时作为芯部件不被区分为第一磁芯23和第二磁芯26。在本实施方式中，刚刚由型材成型后的压粉磁芯在不被区分为第一磁芯23和第二磁芯26的情况下管理和保管。注意，即使使用同一型材、同一形状的型材，第一磁芯23和第二磁芯26有时也会产生微小形状差异。上述“实质上相同的形状”、“外形尺寸对应”是指在产生这种微小形状差异的情况下也视为相同形状。

接着，将由上述型材成型出的压粉磁芯用作第一磁芯23，装配出两个内侧芯部21。此时，在第一磁芯23之间夹入间隙材料24并通过粘接等进行固定。同样，将由上述型材成型出的压粉磁芯用作第二磁芯26，装配出外侧芯部22。此时，在沿第二方向Dy相对配置的两个第二磁芯26的端面26t之间不夹持间隙材料24，通过粘接等将这两个端面26t直接固定在一起。

接着，利用两个内侧芯部21和两个外侧芯部22装配出电抗器芯20。在该电抗器芯20的装配过程中，安装线圈30。如图8、图9所示，在本实施方式中，通过粘接等将两个内侧芯部21的第二端面21tb固定于一个外侧芯部22而形成U字状的芯部件Cp。然后，如图9所示，将形成为U字状的芯部件Cp的内侧芯部21分别插入到线圈30的两个筒状部30a、30b。然后，通过粘接等将另一个外侧芯部22固定于两个内侧芯部21的开放侧的第一端面21ta。

通过将这些内侧芯部21和外侧芯部22固定在一起，完成电抗器芯20形成为环状且在内侧芯部21安装有线圈30的芯线圈装配体As。本实施方式中说明的线圈30的安装顺序是一个例子，不限于上述顺序。

接着，如图10、图11所示，将芯线圈装配体As以第三方向Dz朝向上下的方式设置于注射成型用的模具Md内(步骤S02：设置工序)。

模具Md具备从下方支承线圈30的第一支承面BS1和从下方支承电抗器芯20的外侧芯部22的第二支承面BS2。这些第一支承面BS1与第二支承面BS2在第三方向Dz上的位置实质上为同一平面。本实施方式中的模具Md的底面BS为包含第一支持面BS1与第二支承面BS2的实质上连续的水平面。

通过在第一支承面BS1上载置线圈30，并在第二支承面BS2上载置电抗器芯20的外侧芯部22，从而使线圈30的最下部的位置与外侧芯部22的最下部的位置一致。因此，线圈30的中心Oc与外侧芯部22的中心位置C2实质上配置在同一平面上。在本实施方式中，因为外侧芯部22的中心位置C2与内侧芯部21的中心位置C1在第三方向Dz上实质上配置于同一位置，所以筒状部30a与内侧芯部21的间隙Cr(参照图6)以内侧芯部21的中心位置C1为基准在第三方向Dz上对称地形成。

接着，关闭模具Md，如图11所示，向模具Md内注射加热熔融了的绝缘材料40的材料，至少向电抗器芯20与线圈30之间的间隙Cr填充绝缘材料40的材料(步骤S03：注射成型工序)。本实施方式的绝缘材料40形成为,除了电抗器芯20与线圈30的间隙Cr以外，还将配置于线圈30的周围的电抗器芯20的外表面完全覆盖。如图2所示，本实施方式的绝缘材料40在从第三方向Dz观察的四角具有安装孔形成部41。这些安装孔形成部41具有用于将电抗器10固定于变换器等的壳体或用于安装散热件的安装孔h。

在图10、图11中，附图标记“51a”是进行按压以使线圈30在模具Md内不移动的按压部件。附图标记“51b”是进行按压以使电抗器芯20在模具Md内不移动的按压部件。附图标记“52”是用于形成安装孔h的套管。附图标记“53”是套管按压件。附图标记“54”是用于供线圈30的引出线30c、30d引出的槽。按压部件51a、51b、套管52及套管按压件53并不限于上述形状和配置。按压部件51a、51b、套管52及套管按压件53只要根据电抗器10的规格、模具Md的形状等各种条件来确定即可。

接着，使绝缘材料40冷却、固化(步骤S04：冷却固化工序)，打开模具Md并取出电抗器10(步骤S05：脱模工序)。

＜作用效果＞

如上所述，在本实施方式的装配体制造工序(步骤S01)中，制造线圈30的第三方向Dz上的外形尺寸Lcz为与外侧芯部22的第三方向Dz上的外形尺寸Lz对应的尺寸的芯线圈装配体As。在设置工序(步骤S02)中，以在第三方向Dz上使线圈30的最下部的位置与外侧芯部22的最下部的位置一致的方式，将芯线圈装配体As以第三方向Dz朝向上下的姿态设置于模具Md内。在注射成型工序(步骤S03)中，通过注射成型，至少向间隙Cr中填充绝缘材料40。因此，仅通过将芯线圈装配体As设置于模具Md，就能够将线圈30相对于电抗器芯20定位，能够在内侧芯部21与线圈30之间适当地形成间隙Cr。通过这样适当地形成间隙Cr，能够通过注射成型向间隙Cr中填充绝缘材料40。因此，不需要准备多种用于预先成型绝缘材料40的模具或者存储成型出的绝缘材料40，因此即使在不是大量生产的情况下，也能够抑制生产性降低。

在本实施方式中，在装配体制造工序(步骤S01)中，还以使内侧芯部21的第三方向Dz上的中心位置C1配置于与外侧芯部22的第三方向Dz上的中心位置C2对应的位置的方式配置内侧芯部21。因此，在向模具Md内设置芯线圈装配体As时，能够在第三方向Dz上使内侧芯部21的中心位置C1与线圈30的中心Oc的位置一致。因为如此使中心位置C1与中心Oc的位置一致，所以能够以内侧芯部21的中心位置C1为基准在第三方向Dz上对称地形成筒状部30a与内侧芯部21之间的间隙Cr。因此，在注射成型工序(步骤S03)中，能够向间隙Cr中稳定地填充绝缘材料40。

在本实施方式的电抗器10中，线圈30的第三方向Dz上的外形尺寸Lcz被设为与外侧芯部22的第三方向Dz上的外形尺寸Lz2对应的尺寸。因此，在制造电抗器10时，仅通过将电抗器芯20及线圈30以第三方向Dz朝向上下的姿态载置成平面状，就能够将线圈30相对于电抗器芯20定位。

在该姿态下，外侧芯部22比内侧芯部21向上下突出。因此，在使内侧芯部21与外侧芯部22的磁路的截面积相等的情况下，能够减小外侧芯部22的第一方向Dx上的尺寸。因此，能够减小电抗器10的第一方向Dx上的尺寸。

在本实施方式的电抗器10中，内侧芯部21的第三方向Dz上的中心位置C1配置于与外侧芯部22的第三方向Dz上的中心位置C2对应的位置。通过如此使中心位置C1与中心位置C2的第三方向Dz上的位置一致，能够以内侧芯部21的中心位置C1为基准对称地形成间隙Cr。因此，即使在绝缘材料40通过注射成型而填充于间隙Cr的情况下，也能够稳定地发挥绝缘材料40的绝缘性能。

＜其他实施方式＞

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内能够适当变更。

在实施方式中，对将本发明应用于混合动力液压挖掘机的升压电路100的例子进行了说明，但也可以应用于其他升压电路。

实施方式的电抗器芯20具有两个内侧芯部21，但也可以具有三个以上的内侧芯部21。

在实施方式中，在第二方向Dy上，平行配置的两个内侧芯部21的外侧的面与外侧芯部22的端面26t配置成共面。但是，内侧芯部21的第二方向Dy上的外侧的面和端面26t也可以分别不配置成共面。

作为实施方式的电抗器芯20，对使用实质上相同形状的压粉磁芯装配出的电抗器芯20进行了说明。但是，电抗器芯20不限于使用压粉磁芯装配出的电抗器芯或使用实质上相同形状的磁芯装配出的电抗器芯。例如，电抗器芯也可以组合I型的芯和U型的芯而构成。

实施方式的形成于第二磁芯26的如倒角那样向外侧凸出的曲面根据需要设置即可，也可以省略。

工业实用性

根据上述电抗器芯，能够抑制生产性降低。

附图标记说明

10…电抗器11…电容器12…功率半导体20…电抗器芯21…内侧芯部21ta…第一端面21tb…第二端面22…外侧芯部23…第一磁芯23g…角部24…间隙材料26…第二磁芯30…线圈30a、30b…筒状部30c、30d…引出线40…绝缘材料41…安装孔形成部100…升压电路h…安装孔Md…模具。

Claims (3)

1.一种电抗器的制造方法，其中，包括：

装配体制造工序，制造芯线圈装配体，所述芯线圈装配体具备电抗器芯和线圈，所述电抗器芯具备多个内侧芯部和两个外侧芯部，所述多个内侧芯部沿第一方向延伸并具有多个第一磁芯，所述两个外侧芯部沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸并具有与所述第一磁芯相同形状的多个第二磁芯，并将在所述第二方向上相邻的所述内侧芯部彼此连接，所述电抗器芯配置为与所述第一方向及所述第二方向交叉的第三方向上的所述内侧芯部的中心位置与所述外侧芯部的中心位置一致，所述线圈能够绕所述内侧芯部隔开间隙地配置，且卷绕成沿所述第一方向延伸的筒状，所述线圈的所述第三方向上的外形尺寸被设为与所述外侧芯部的所述第三方向上的外形尺寸对应的尺寸；

设置工序，以在所述第三方向上使所述线圈的最下部的位置与所述外侧芯部的最下部的位置一致并且所述间隙以所述内侧芯部的中心位置为基准在所述第三方向上对称地形成的方式，将所述芯线圈装配体以所述第三方向朝向上下的姿态设置于模具内；

注射成型工序，通过注射成型至少向所述间隙填充绝缘材料。

2.如权利要求1所述的电抗器的制造方法，其中，

在所述设置工序中，在形成于所述模具内的平面上设置所述芯线圈装配体。

3.一种电抗器，其中，具备：

电抗器芯，其具备多个内侧芯部和两个外侧芯部，所述多个内侧芯部沿第一方向延伸并具有多个第一磁芯，所述两个外侧芯部沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸并具有与所述第一磁芯相同形状的多个第二磁芯，并将在所述第二方向上相邻的所述内侧芯部彼此连接，所述电抗器芯配置为与所述第一方向及所述第二方向交叉的第三方向上的所述内侧芯部的中心位置与所述外侧芯部的中心位置一致；

线圈，其绕所述内侧芯部隔开间隙地配置，且形成为沿所述第一方向延伸的筒状；

绝缘材料，其通过注射成型而至少配置于所述间隙；

所述第三方向上的外形尺寸被设为与所述外侧芯部的所述第三方向上的外形尺寸对应的尺寸，

所述间隙以所述内侧芯部的中心位置为基准在所述第三方向上对称地形成。

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