CN113314297B - 一种线圈的灌封结构和灌封工艺 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种线圈的灌封结构和灌封工艺，用于排除灌封过程中产生的气泡，提升电气元件的使用性能，以及提升产品的稳定性。包括：下盖、上盖、互感器和主板，所述下盖包括下壳和线圈槽，所述线圈槽固定在所述下壳的底部，所述互感器包括的铁芯和互感线圈设置在所述线圈槽中，并且所述线圈槽的内壁设置有多个长条形凹槽；所述线圈槽上设置有针脚孔，并且所述针脚孔的内壁设置有多个正方形凹槽，所述针脚孔用于安装所述互感器的针脚。

Description

一种线圈的灌封结构和灌封工艺

技术领域

本发明涉及互感线圈的灌胶技术领域，尤其是涉及一种线圈的灌封结构和灌封工艺。

背景技术

由于智能用电监测模块需要对电气系统的电压、电流、剩余电流等电气参数进行检测，因此需要使用到互感器。而互感器及其线圈如果长时间裸露在空气中，不易奈酸碱，且空气中的水、油、尘等都容易导致线圈老化和氧化，这样，即存在安全隐患，同时又会缩短线圈的使用寿命，因此，人们通常对其进行灌封处理，以隔绝空气，达到防水、防尘、防油、耐湿热、抗氧化和抗老化的目的，以及减缓电子元器件的振动，防止外力损伤并稳定电子元器件的各种参数，达到加固和提高抗电强度的作用。

常用的灌封材料主要可分为两种：一种是弹性体灌封材料，如硅橡胶、聚氨酯橡胶及聚丁二烯弹性体等；另一种是刚性体灌封材料，像环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。其中，环氧树脂因具有良好的电绝缘性能、优异的热学性能和粘接性能，工艺过程容易，粘度较低，同时具有耐化学、湿、腐蚀的性能，低固化收缩率等优点而成为应用前景较广阔的灌封材料。但在环氧树脂混合过程和灌封过程中，常会引入空气，使得在灌封之后出现较多气泡，造成灌封缺陷，影响电气元件的使用性能，降低产品稳定性。

发明内容

本申请实施例提供一种线圈的灌封结构和灌封工艺，用于排除灌封过程中产生的气泡，提升电气元件的使用性能，以及提升产品的稳定性。

第一方面，提供了一种线圈的灌封结构，包括：下盖、上盖、互感器和主板，所述下盖包括下壳和线圈槽，所述线圈槽固定在所述下壳的底部，所述互感器包括的铁芯和互感线圈设置在所述线圈槽中，并且所述线圈槽的内壁设置有多个长条形凹槽；

所述线圈槽上设置有针脚孔，并且所述针脚孔的内壁设置有多个正方形凹槽，所述针脚孔用于安装所述互感器的针脚。

可选的，所述多个长条形凹槽在第一方向上平行排列，所述多个正方向凹槽呈梅花状排列，所述第一方向为垂直于所述线圈槽口的方向。

可选的，所述针脚与所述主板焊接，用于传递电信号，所述针脚为铜质针脚。

可选的，所述下盖和所述上盖连接形成所述灌封结构的外壳，所述外壳的材质为尼龙材质。

可选的，所述线圈槽的内壁和所述互感器之间还设置有灌封胶，且所述灌封胶是环氧树脂胶。

可选的，所述环氧树脂胶由环氧树脂和固化剂按照预设比例混合形成。

可选的，所述正方形凹槽的宽度取值范围是10-100μm，每个所述正方形凹槽之间的间隔与所述正方形凹槽的宽度相同，所述长条形凹槽的长度取值范围为1-10mm，所述长条形凹槽的宽度取值范围为10-100μm，每个所述长条形凹槽之间的间隔取值范围为10-100μm。

第二方面，提供一种线圈的灌封工艺，包括：

将环氧树脂和固化剂按照预设比例混合，得到混合灌封胶；

对所述混合灌封胶激振，形成用于灌封的环氧树脂胶；

将互感器的线圈放入线圈槽内，以及将所述互感器的针脚放入针脚孔内，所述线圈槽内壁有多个沿第一方向平行排列的长条形凹槽，所述针脚孔内壁有多个呈梅花状排列的正方形凹槽，所述第一方向为垂直于所述线圈槽口的方向；

将所述环氧树脂胶注入所述线圈槽和所述针脚孔内，用于灌封所述互感器的线圈和所述互感器的针脚；

常温静置，以使所述环氧树脂胶在所述线圈槽和所述针脚孔内固化。

可选的，对所述混合灌封胶激振的激振振幅为2-5mm，激振频率为20-120Hz。

可选的，对所述混合灌封胶激振的激振台为液压激振台。

在本申请实施例中，线圈的灌封结构中包括上盖、下盖、互感器和主板，下盖中的线圈槽固定在下盖中下壳的底部，互感器的线圈缠绕在铁芯上并安装在线圈槽中，该线圈槽的内壁设置有多个长条形凹槽。以及，该线圈槽上还设置有针脚孔，用于安装互感器的针脚，该针脚孔内壁设置有多个正方形凹槽。这样，由于长条形凹槽可以减少气泡与线圈槽内壁的接触面积，从而可以减小气泡附着在线圈槽内壁的粘滞力，使得气泡本身的浮力大于粘滞力，提升气泡的流动性，使得原本附着在线圈槽内壁上的气泡可以有效排除。且正方形的凹槽可以增强流体在此处的毛细作用，使得流体在毛细作用下可以提升更高，直到可以灌满针脚孔径，从而可以有效避免针脚孔径较小容易出现气泡断层的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请实施例提供的一种线圈的灌封结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种线圈的灌封结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种长条形凹槽示意图；

图4为本申请实施例提供的一种正方形凹槽示意图；

图5为本申请实施例提供的一种线圈的灌封工艺的流程图；

图6为本申请实施例提供的一种液压激振台；

图7为本申请实施例提供的一种气泡与线圈槽内壁接触的示意图；

图8为本申请实施例提供的传统的针脚孔灌封技术

图9为本申请实施例提供的针脚孔灌封技术；

图10为本申请实施例提供的传统的针脚灌封技术和改进后的针脚孔灌封技术的接触角对比示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的保护。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请中的“多个”可以表示至少两个，例如可以是两个、三个或者更多个，本申请实施例不做限制。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了便于理解，下面先对本申请实施例的技术背景进行介绍。

如前所述，在环氧树脂混合过程和灌封过程中，常会引入空气，使得在灌封之后出现较多气泡，造成灌封缺陷，影响电气元件的使用性能，降低产品稳定性。目前，为了解决该技术问题，有一种方案是在灌封之前将互感器的线圈芯置于冷冻室中降温至15-20℃进行预处理，以减缓灌封胶的固化，解决因环氧灌封胶固化过快导致的线圈灌胶不彻底的问题，从而有效避免在灌胶后出现较多气泡的现象。以及在环氧树脂和固化剂混合后，向混合胶体中加入密度高于环氧树脂的绝缘填充材料并均匀混合，此时，由于绝缘填充材料的密度大于环氧树脂的密度，使得绝缘填充材料在自然沉降的过程中可以将环氧树脂内的气泡排除。然而，由于线圈的比热容有限，只能延缓短时间内的固化，待温度恢复后还是会和常温下的固化效果相同，因此能排除的气泡也有限。以及，在环氧树脂和固化剂的混合胶体中添加绝缘材料时，绝缘材料只是在下沉的过程中起到搅拌作用，并不能提高胶体气泡在胶体中的流动性，因此排除气泡的能力有限。

鉴于此，本申请实施例提供了一种灌封结构，该结构中，在线圈槽内壁设有多个长条形凹槽，以及在线圈孔内壁设有多个正方形凹槽。长条形凹槽可以减少气泡和线圈槽内壁的接触面积，从而减小气泡和线圈槽内壁的粘滞力，使得气泡在胶体中的浮力大于气泡与线圈槽内壁的粘滞力，提升气泡的在胶体中的流动性，从而有效排除了胶体中的气泡。正方形凹槽可以增加针脚孔内壁的亲水性，从而增强胶体在此处的毛细作用，并通过该毛细作用使得胶体的液面提升，直到胶体灌满整个针脚孔，从而有效避免了在对针脚孔进行灌封的过程中产生气泡。

下面结合说明书附图介绍本申请实施例提供的技术方案。

请参见图1和图2所示，图1和图2示出了本申请实施例提供的一种灌封结构的三维图，该结构中包括下盖1、互感器2、主板3和上盖4。

下盖1中包括下壳11和线圈槽12，线圈槽12固定在下壳11的底部，且下壳11和上盖4连接形成该灌封结构的外壳，该外壳主要由尼龙材质注塑形成。

互感器2包括铁芯23和互感线圈21，互感线圈21主要由漆包线组成，缠绕在铁芯23上，并安装在线圈槽12中，其中，线圈槽12的内壁设置有多个长条形凹槽，例如可以是M个长条形凹槽，M为大于1的正整数。M个长条形凹槽的具体排列方式请参见图3所示，其中黑色长条即为长条形凹槽，所述M个长条形凹槽在第一方向上平行排列，第一方向为垂直于线圈槽12口径处的方向(体现在图1和图2中是竖直方向)。

每个长条形凹槽的长的取值范围为1-10mm(即e的取值范围为1-10mm)，优选为1-3mm，每个长条形凹槽的宽的取值范围为10-100μm(即d的取值范围为10-100μm)，优选为10-30μm，每个长条形凹槽之间的间隔取值范围为10-100μm(即c的取值范围为10-100μm)，优选为10-30μm。需要说明的是，c和d的大小可以相等也可以不相等，在本申请实施例中不做具体限定。

在一种可能的方式中，在线圈槽12的内壁上，可以在至少一个水平面上设置有多个长条形凹槽(例如是在N个水平面上设置有多个长条形凹槽，其中，每个水平面上的长条形凹槽的数量为M，N为大于或等于1的整数)，当N＝1时，M个长条形凹槽可以设置在线圈槽12的内壁的中间位置处，也可以设置在靠近线圈槽12的底部位置处，还可以设置在靠近线圈槽12的口径位置处。当N>1时，竖直方向上的长条形凹槽可以是一一对应设置的，即不同水平面上的长条形凹槽在竖直方向上是一一对应设置的。例如，N个长条形凹槽在一条竖直直线上。

线圈槽12上还设置有针脚孔13，用于安装互感器2的针脚22，其中，针脚孔13内壁设置有多个正方形凹槽。多个正方形凹槽的具体排列方式请参见图4所示，其中黑色方块即为正方形凹槽。多个正方形凹槽呈梅花状平行排列(即排列在奇数行的基数列和偶数行的偶数列，或者排在奇数行的偶数列和偶数行的奇数列)，每个正方形凹槽的宽度的取值范围为10-100μm(即a的取值范围为10-100μm)，优选为10-30μm，每个正方形凹槽之间的间隔与正方形凹槽的宽度的取值相同，即a＝b。

主板3和互感器2的针脚22焊接在一起，固定在下盖内。其中，针脚22为铜质针脚，用于向主板3传递电信号，主板3用于接收从针脚22处传递的电信号，以及传输和处理控制信号。

在灌封之后，该线圈的灌封结构中还包括设置在线圈槽12的内壁和互感器2之间的灌封胶14(如图2所示)，该灌封胶14例如可以是环氧树脂胶，且该环氧树脂胶是由环氧树脂和固化剂按照预设比例混合形成的，其中，该预设比例例如可以是质量比为3.5～4.5:1。该灌封胶的作用主要是用于固定和封装电子元器件，从而提高电子元器件的稳定性。

其中，长条形凹槽可以较少气泡与线圈槽的内壁的接触面积，从而减小气泡与线圈槽的内壁的粘滞力，使得气泡与线圈槽之间的粘滞力小于气泡在环氧树脂胶中的浮力，提升气泡在胶体中上浮的流动性，从而使得附着在线圈槽内壁的气泡可以排出。而呈梅花状排列的正方形凹槽可以增加环氧树脂胶在此处的毛细作用，使得环氧树脂胶的液面在毛细作用下可以提升的更高，直到可以灌满整个针脚孔，从而有效避免在灌封过程中由于针脚孔径较小而导致出现气泡断层的现象。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种线圈的灌封工艺，如图5所示，具体可以包括以下步骤：

步骤501：将环氧树脂和固化剂按照预设比例混合，得到混合灌封胶；

在本申请实施例中，将环氧树脂和固化剂按照预设比例倒入同一个塑料容器内，其中，预设比例是指环氧树脂和固化剂的质量比，为3.5～4.5:1

步骤502：对所述混合灌封胶激振，形成用于灌封的环氧树脂胶；

在将环氧树脂和固化剂倒入同一个塑料容器之后，将该塑料容器放在激振台上，并将该激振台与液压系统连接，具体的连接方式请参加图6所示。激振时，液压系统不断地切换加压方向，实现液压缸的激振，然后将该激振振幅和激振频率传递给激振台，使得塑料容器内的环氧树脂和固化剂在激振台的作用下混合均。其中，激振振幅A为2-5mm，激振频率f为20-120Hz。需要说明的是，激振过程中，激振振幅和激振频率可以是固定的，也可以是变化的，具体的激振振幅和激振频率的设置方式本申请实施例不做具体的限定。

在具体的实施过程中，利用激振技术替代传统的人工搅拌，有效避免搅拌过程中空气进入胶体形成气泡，从而有效防止胶体开裂等灌封缺陷的产生。

步骤503：将互感器的线圈放入线圈槽内，以及将所述互感器的针脚放入针脚孔内，所述线圈槽内壁有多个沿第一方向平行排列的长条形凹槽，所述针脚孔内壁有多个呈梅花状排列的正方形凹槽，所述第一方向为垂直于所述线圈槽口的方向；

步骤504：将所述环氧树脂胶注入所述线圈槽和所述针脚孔内，用于灌封所述互感器的线圈和所述互感器的针脚；

将互感器的线圈和针脚分别放入线圈槽和针脚孔之后，首先将混合均匀的环氧树脂胶倒入线圈槽内用于灌封互感器的线圈，在这个过程中，由于引入空气的原因，使得在线圈槽内壁上将会产生气泡，此时，线圈槽内壁的多个长条形凹槽可以减少气泡与线圈槽内壁的接触面积(请参见图7所示)，从而较少气泡附着在线圈槽内壁的粘滞力，使得气泡在环氧树脂胶中的浮力能够大于气泡与线圈槽内壁的粘滞力，从而提升气泡在环氧树脂胶中的流动性，使得原本附着在线圈槽内壁的气泡可以得到有效的排除。其中，每个长条形凹槽的长、宽以及每个长条形凹槽之间的间隔的取值范围如上所述，在此不再赘述。

在环氧树脂胶不超过线圈槽的槽高且能完全包裹住互感器的线圈时，停止对互感器的线圈的灌封，然后将混合均匀的环氧树脂胶倒入针脚孔内用于对互感器的针脚进行灌封。

在传统的灌封过程中，请参见图8所示，由于针脚孔处的毛细效应不足以使环氧灌封胶充满针脚周边，而常常通过上下两个方向注入环氧灌封胶对针脚孔进行灌封，但是这样的方式容易造成针脚处出现气泡断层的现象。其中，毛细效应是指流体的液面在细长管道内提升或降低的现象，其本质是液体表面对固体表面的吸引力，毛细现象中液体上升下降的高度与细管半径r、液体密度ρ、液面与管壁的接触角θ相关，而接触角θ取决于流体种类和管壁材料等因素。

而本申请中，针脚孔内壁设置的梅花状正方形凹槽，可以有效提高针脚孔内壁在此处的亲水性，减小环氧树脂胶和针脚孔内壁的表面接触角θ(如图10所示)，从而改善环氧树脂胶与针脚孔内壁接触时的浸润性，增大流体与壁面之间的吸引力F，以致于增强了环氧树脂胶在针脚孔内的毛细作用，使得环氧树脂胶在毛细效应的作用下可以提升的更高，直到可以灌满针脚孔径。且由于仅从一个方向注入环氧树脂胶，可以有效避免针脚处出现气泡断层的现象(请参见图9所示)。同时，也避免了从针脚上方注入环氧树脂胶，简化了工艺步骤。其中，每个正方凹槽的宽度的取值范围如上所述，在此不再赘述。

步骤505：常温静置，以使所述环氧树脂胶在所述线圈槽和所述针脚孔内固化。

在本申请实施例中，基于气液固三相混合流动特性、表面结构润湿性及毛细效应等特性，通过在针脚孔内壁设置梅花状正方形凹槽，消除了胶体断层固化后引起的残留应力，降低了针脚处焊点开裂的风险；通过在线圈槽内壁设置长条形凹槽，提升了灌封胶在线圈槽内壁的流动性，从而将气泡排出胶体，减小线圈固化后的电气性能差异；同时通过在胶体混合过程中利用激振技术替代传统的人工搅拌方法，有效减少了搅拌过程中空气进入胶体形成的气泡，有效防止了胶体开裂、气泡等缺陷的产生，显著提高了固化后线圈电气性能的稳定性，有效降低了产品报废率，节约了生产成本。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种线圈的灌封结构，包括：下盖、上盖、互感器和主板，其特征在于，所述下盖包括下壳、线圈槽和灌封胶，所述线圈槽固定在所述下壳的底部，所述互感器包括的铁芯和互感线圈设置在所述线圈槽中，所述灌封胶设置于所述线圈槽的内壁和所述互感器之间；

所述线圈槽的内壁设置有多个长条形凹槽，所述多个长条形凹槽在第一方向上平行排列，所述第一方向为垂直于线圈槽口的方向；

所述线圈槽上设置有针脚孔，所述针脚孔的内壁设置有多个正方形凹槽，所述多个正方形 凹槽呈梅花状排列，所述针脚孔用于安装所述互感器的针脚，且所述针脚孔内设置有所述灌封胶。

2.如权利要求1所述的灌封结构，其特征在于，所述针脚与所述主板焊接，用于传递电信号，所述针脚为铜质针脚。

3.如权利要求1所述的灌封结构，其特征在于，所述下盖和所述上盖连接形成所述灌封结构的外壳，所述外壳的材质为尼龙材质。

4.如权利要求1所述的灌封结构，其特征在于，所述灌封胶是环氧树脂胶。

5.如权利要求4所述的灌封结构，其特征在于，所述环氧树脂胶由环氧树脂和固化剂按照预设比例混合形成。

6.如权利要求1-5任一所述的灌封结构，其特征在于，所述正方形凹槽的宽度取值范围是10-100μm，相邻所述正方形凹槽之间的间隔与所述每个正方形凹槽的宽度相同，所述长条形凹槽的长度取值范围为1-10mm，所述长条形凹槽的宽度取值范围为10-100μm，相邻所述长条形凹槽之间的间隔取值范围为10-100μm。

7.一种线圈的灌封工艺，其特征在于，包括：

将环氧树脂和固化剂按照预设比例混合，得到混合灌封胶；

对所述混合灌封胶激振，形成用于灌封的环氧树脂胶；

将互感器的线圈放入线圈槽内，以及将所述互感器的针脚放入针脚孔内，所述线圈槽内壁有多个沿第一方向平行排列的长条形凹槽，所述针脚孔内壁有多个呈梅花状排列的正方形凹槽，所述第一方向为垂直于所述线圈槽口的方向；

将所述环氧树脂胶注入所述线圈槽和所述针脚孔内，用于灌封所述互感器的线圈和所述互感器的针脚；

常温静置，以使所述环氧树脂胶在所述线圈槽和所述针脚孔内固化。

8.如权利要求7所述的灌封工艺，其特征在于，对所述混合灌封胶激振的激振振幅为2-5mm，激振频率为20-120Hz。

9.如权利要求7所述的灌封工艺，其特征在于，对所述混合灌封胶激振的激振台为液压激振台。

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