线圈成型体及电抗器的制作方法

本发明涉及一种线圈成型体及电抗器。

本申请主张基于2017年3月6日的日本申请特愿2017-041339号的优先权，并援引上述日本申请所记载的全部记载内容。

背景技术：

专利文献1公开了一种电抗器，该电抗器具备具有并列的一对卷绕部的线圈及形成闭合磁路的磁芯，且被用于混合动力汽车的转换器的构成部件等。另外，专利文献1公开了一种使用了由一体化树脂覆盖卷绕部的外周的线圈成型体的电抗器。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2013-179184号公报

技术实现要素：

本公开的线圈成型体具备：线圈，具有卷绕部；及一体化树脂，至少覆盖上述卷绕部的内周面，上述线圈成型体具备间隔部，上述间隔部与上述内周面一体化，且在上述卷绕部的轴向上将上述卷绕部的内部空间分隔成两个部分。

本公开的电抗器具备：本公开的线圈成型体；及磁芯，具有配置在上述线圈成型体具备的上述卷绕部的内部的内侧磁芯部及配置在上述卷绕部的外部的外侧磁芯部。

附图说明

图1是实施方式1的电抗器的立体图。

图2是图1中的ⅰⅰ-ⅰⅰ剖面图。

图3是实施方式1的电抗器所具备的线圈成型体的立体图。

图4是图3的线圈成型体的部分纵剖面图。

图5是与图4在间隔部的结构上不同的线圈成型体的部分纵剖面图。

图6是与图4、5在间隔部的结构上不同的线圈成型体的部分纵剖面图。

具体实施方式

[本公开要解决的课题]

在专利文献1中，通过利用粘接剂使多个磁芯片与间隔部件一体化而制作出磁芯。因此，根据粘接剂的厚度或间隔部件的尺寸不同，而磁芯片间的间隔长度容易发生变化，存在难以使电抗器的电感稳定这样的问题。另外，还存在粘接多个磁芯片和间隔部件的工序较繁杂而电抗器的生产率不佳这样的问题。

本公开的目的之一是提供在制作电抗器时易于将间隔长度调整成预定长度的线圈成型体及具备被调整为预定长度的间隔长度的电抗器。另外，本公开的目的之一是提供能够提高电抗器的生产率的线圈成型体及生产率优异的电抗器。

[本发明的实施方式的说明]

首先，列举本发明的实施方式来进行说明。

＜1＞实施方式的线圈成型体具备：线圈，具有卷绕部；及一体化树脂，至少覆盖上述卷绕部的内周面，

上述线圈成型体具备间隔部，上述间隔部与上述内周面一体化，且在上述卷绕部的轴向上将上述卷绕部的内部空间分隔成两个部分。

根据上述线圈成型体，在制作电抗器时易于调整间隔长度。由于间隔部与卷绕部的内周面一体化，在将内侧磁芯部配置到卷绕部的内部时等不会使间隔部的位置偏移，能够保持预定的间隔长度。另外，在卷绕部的内部间隔部的位置已决定，因此能够消除以往那样由于粘接剂的厚度不均等而使间隔长度发生变化等不良情况。

另外，上述线圈成型体使电抗器的生产率提高。这是由于，间隔部与卷绕部的内周面一体化，因此能够省去另外准备间隔部的劳力和将间隔部向磁芯组装的劳力。

＜2＞作为实施方式的线圈成型体的一个方式，

能够举出上述间隔部设于上述卷绕部的轴向上的中央的方式。

通过将间隔部设于卷绕部的中央，有时能够获得各种优点。例如，在从没有间隔部的卷绕部的两端部分别填充复合材料来制作内侧磁芯部的情况下，会在卷绕部的中央形成有焊缝(weld)，该焊缝有可能成为内侧磁芯部的机械性的弱点。但是，如果在卷绕部的中央存在间隔部，则在本来形成焊缝的位置存在间隔部，因此能够抑制在卷绕部的内部形成焊缝。另外，如果在卷绕部的中央存在间隔部，则能够在不使来自一端侧的复合材料的填充压力和来自另一端侧的复合材料的填充压力发生变化的情况下使复合材料填充到卷绕部的内部的所有地方。

＜3＞作为实施方式的线圈成型体的一个方式，

能够举出上述间隔部整体由上述一体化树脂构成的方式。

通过利用一体化树脂来制作间隔部，能够提高线圈成型体的生产率。这是由于，不需要另外准备作为间隔部的部件。

＜4＞作为实施方式的线圈成型体的一个方式，

能够举出上述间隔部由非磁性材料的间隔部件和将上述间隔部件固定于上述卷绕部的内周面的上述一体化树脂构成的方式。

根据上述结构，能够与构成间隔部件的材料相应地获得各种效果。例如，如果以导热性比一体化树脂优异的材料制作间隔部件，则能够提高内侧磁芯部的散热性。

＜5＞实施方式的电抗器具备：

实施方式的线圈成型体；及磁芯，具有配置在上述线圈成型体具备的上述卷绕部的内部的内侧磁芯部及配置在上述卷绕部的外部的外侧磁芯部。

实施方式的电抗器具备所期望的电感。这是由于，能够通过利用实施方式的线圈成型体，而形成为具备被调整到预定长度的间隔部的电抗器。

实施方式的电抗器的生产率优异。这是由于，通过利用实施方式的线圈成型体，而不用另外准备间隔部就能够制作电抗器。

＜6＞作为实施方式的电抗器的一个方式，

能够举出上述磁芯整体由包含软磁性粉末和树脂的复合材料构成的方式。

利用复合材料来构成磁芯整体，由此能够提高电抗器的生产率。这是由于，在制作电抗器时，仅将线圈成型体配置在模具(或者代替模具的壳体)中并将复合材料填充到模具内就能够制作电抗器。

另外，根据上述结构，能够通过使复合材料所含有的软磁性粉末的量、间隔部的厚度发生变化而容易地进行电抗器的电感的调整。

[本发明的实施方式的详细内容]

以下，基于附图对本发明的线圈成型体及电抗器的实施方式进行说明。图中的同一附图标记表示同一名称物。另外，本发明不限定于实施方式所示的结构，而由权利要求书示出，意在包含与权利要求书相等的意思及范围内的全部变更。

＜实施方式1＞

图1所示的本实施方式的电抗器1具备将组合磁芯3和线圈成型体4而成的组合体10收纳在壳体6中的结构。壳体6不是特别必须的。以下，先详细地说明电抗器1所具备的各结构，然后说明该电抗器1的制造方法。

《线圈成型体》

线圈成型体4的说明主要参照图3。线圈成型体4具备卷绕绕组线而成的线圈2及覆盖线圈2的至少一部分的一体化树脂5。

[线圈]

在本实施方式中使用的线圈2具备一对卷绕部2a、2b和连接两卷绕部2a、2b的连接部2r(图2)。本例的线圈2所具备的各卷绕部2a、2b在呈螺旋状地卷绕绕组线而成的部分以彼此相同的匝数、相同的卷绕方向形成为中空筒状，且以各轴向平行的方式并列。各卷绕部2a、2b的匝数或绕组线的剖面积也可以不同。另外，在本例中，利用一根绕组线来制造线圈2，但也可以通过连接由不同的绕组线制成的卷绕部2a、2b来制造线圈2。

在本实施方式中使用的线圈2的各卷绕部2a、2b形成为方筒状。方筒状的卷绕部2a、2b是指其端面形状为使四方形状(包括正方形状)的角成为圆角的形状的卷绕部。当然，卷绕部2a、2b也可以形成为圆筒状。圆筒状的卷绕部是指其端面形状为闭合曲面形状(椭圆形状、正圆形状、跑道形状等)的卷绕部。

包含卷绕部2a、2b的线圈2能够由包覆线构成，上述包覆线在由铜、铝、镁或其合金等导电性材料构成的扁线或圆线等导体的外周设置由绝缘性材料构成的绝缘包覆层而成。在本实施方式中，通过对导体由铜制的扁线(绕组线)构成且绝缘包覆层由瓷漆(代表性的是聚酰亚胺类树脂)构成的包覆扁线进行扁立卷绕而形成各卷绕部2a、2b。

线圈2的两端部2a、2b从卷绕部2a、2b延伸出并与未图示的端子部件连接。在两端部2a、2b处，瓷漆等绝缘包覆层被剥除。经由该端子部件而与对线圈2进行电力供给的电源等外部装置连接。

[一体化树脂]

一体化树脂5通过以使卷绕部2a、2b的各匝以不会松脱的方式一体化而具有抑制卷绕部2a、2b的伸展的功能和确保线圈2与磁芯3(图1、2)之间的绝缘的功能。本例的一体化树脂5能够通过在模具中配置线圈2并对树脂进行模制而形成。一体化树脂5能够由例如聚苯硫醚(pps)树脂、聚四氟乙烯(ptfe)树脂、液晶聚合物(lcp)、尼龙6或尼龙66等聚酰胺(pa)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)树脂等热塑性树脂构成。除此之外，也能够由不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等热固性树脂等来形成一体化树脂。也可以使上述树脂含有陶瓷填料而提高一体化树脂5的散热性。作为陶瓷填料，能够使用例如氧化铝、二氧化硅、氮化硼、氮化铝等的非磁性粉末。

本例的一体化树脂5具备：使卷绕部2a、2b的各匝一体化的匝包覆部50及夹设在卷绕部2a、2b的端面与外侧磁芯部32之间的端面包覆部51。此外，一体化树脂5具备覆盖卷绕部2a、2b的连接部2r(图2)的连接部包覆部52。

匝包覆部50由覆盖卷绕部2a、2b的内周面的内周包覆部50a和覆盖卷绕部2a、2b的外周面的至少一部分的外周包覆部50b构成。内周包覆部50a覆盖卷绕部2a、2b的内周面整体，抑制卷绕部2a、2b的伸展，并且确保卷绕部2a、2b与配置在其内部的内侧磁芯部31(图2)之间的绝缘。另一方面，外周包覆部50b覆盖卷绕部2a、2b的外周面中的通过绕组线弯曲而形成的四个角部，抑制卷绕部2a、2b的伸展。在此，在卷绕部2a、2b中的绕组线未弯曲的平坦部处不形成外周包覆部50b，而向一体化树脂5的外部露出，因此卷绕部2a、2b从外侧面的散热不会被外周包覆部50b阻碍。另外，如果能够通过内周包覆部50a抑制卷绕部2a、2b的伸展，则也可以没有外周包覆部50b。

端面包覆部51以连接卷绕部2a的匝包覆部50与卷绕部2b的匝包覆部50的方式设置。在端面包覆部51上设有与卷绕部2a、2b的内部连通的一对贯通孔51h、51h。经由该贯通孔51h而向卷绕部2a、2b的内部配置内侧磁芯部31(图2)。

端面包覆部51具有沿着卷绕部2a、2b的轴向而向离开线圈2的一侧呈框状地突出的框部510。该框部510的外侧面(卷绕部2a、2b的并列方向的面)与壳体6的线圈相向壁(与卷绕部2a、2b的侧面相向的部分)的台阶部抵接(参照图1)。框部510具有进行壳体6中的线圈2的定位及抑制在制作电抗器1时复合材料产生泄露的功能。

本例的一体化树脂5还构成在各卷绕部2a、2b的内部形成的间隔部31g(图2)的一部分或全部。间隔部31g在各卷绕部2a、2b中各设置一个，其形成位置为卷绕部2a、2b的轴向上的中央。另外，间隔部31g的位置也可以从卷绕部2a、2b的轴向上的中央向轴向的任一侧偏移。

作为间隔部31g的结构，能够举出图4～6所示的结构。图4～6是表示包含卷绕部2a的轴线的线圈成型体4的纵剖面中的形成有间隔部31g的部分的图。在图4～6中，一体化树脂5未进入卷绕部2a的各匝之间，但一体化树脂5也可以进入到各匝之间。关于上述图4～6所示的结构的制作方法，在后文中叙述。

在图4所示的结构中，间隔部31g整体由一体化树脂5构成。根据图4所示的结构，不需要另外准备作为间隔部31g的部件，能够提高线圈成型体4的生产率。

在图5所示的结构中，通过由不同于一体化树脂5的材料构成的间隔部件31p和将该间隔部件31p固定在卷绕部2a、2b的内周面的一体化树脂5的一部分(间隔形成部53)来形成间隔部31g。间隔形成部53覆盖间隔部件31p整周，构成间隔部31g的厚度的一部分。根据该结构，能够与间隔部件31p的材质相应地获得各种效果。例如，如果以导热性比一体化树脂5优异的材料构成间隔部件31p，则能够提高内侧磁芯部31(图2)的散热性。

在图6所示的结构中，通过由不同于一体化树脂5的材料构成的间隔部件31p和将该间隔部件31p的外周缘部固定在卷绕部2a、2b的内周面的一体化树脂5的一部分(保持部54)来形成间隔部件31p。保持部54仅覆盖间隔部件31p的外周缘部，未构成间隔部31g的厚度的一部分。根据图6的结构，能够获得与图5的结构相同的效果。

除了对线圈2进行模制树脂而形成一体化树脂5之外，也能够在绕组线的外周(瓷漆等绝缘包覆层的更外周)形成热熔性树脂的包覆层，而通过使该包覆层彼此热熔接而得到的熔接树脂来形成一体化树脂5。在该情况下，能够使一体化树脂5非常薄，例如能够设为1mm以下，进一步能够设为100μm以下，因此能够提高线圈2的散热性。另外，能够使卷绕部2a、2b分别单独地一体化，因此能够使线圈2的热量易于从卷绕部2a、2b之间放出。除此之外，能够在卷绕部2a、2b之间配置散热部件或配置对线圈2的温度等进行测量的各种传感器。

由于由熔接树脂构成的一体化树脂5非常薄，即使卷绕部2a、2b的各匝通过一体化树脂5而一体化，也成为根据外观可知道卷绕部2a、2b的匝的形状或匝的边界的状态。作为该熔接树脂，也能够使用例如环氧树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯等热固性树脂。

[磁芯]

磁芯3为由压粉成型体或复合材料等构成的磁性体。该磁芯3能够分成配置在卷绕部2a、2b的内部的内侧磁芯部31(图2)和配置在卷绕部2a、2b的外侧的外侧磁芯部32。内侧磁芯部31和外侧磁芯部32可以分别由不同的材料构成，也可以由相同的材料构成。作为前者的例子，可以举出内侧磁芯部31由压粉成型体构成且外侧磁芯部32由复合材料构成，作为后者的例子，可以举出内侧磁芯部31和外侧磁芯部32由复合材料一体地构成。在本例中，通过将复合材料注射成型或填充于壳体6内，通过复合材料一体地构成内侧磁芯部31和外侧磁芯部32。

如图2所示，本例的内侧磁芯部31包括：由复合材料构成的两个磁性部31m和被夹在两个磁性部31m之间的间隔部31g。在此，复合材料为包含软磁性粉末和树脂的磁性体。软磁性粉末为由铁等铁族金属或其合金(fe-si合金、fe-si-al合金、fe-ni合金等)等构成的磁性粒子的集合体。另一方面，作为树脂，能够使用例如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂等热固性树脂、或pps树脂、尼龙6、尼龙66等pa树脂、聚酰亚胺树脂、氟树脂等热塑性树脂等。复合材料也可以含有填料等。作为填料，能够使用例如碳酸钙、滑石、粘土或芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玻璃纤维等各种纤维，除此之外还能够使用云母、玻璃薄片等。如后述的电抗器的制造方法所示，本例的外侧磁芯部32在将线圈成型体4收纳在壳体6中之后通过将复合材料注射成型或填充于壳体6的内部而形成。因此，磁芯3的外侧磁芯部32与壳体6的内周面接合。

复合材料中的软磁性粉末的含有量在将复合材料设为100％时可以举出为50体积％以上且80体积％以下。通过使磁性体粉末为50体积％以上，磁性成分的比例充分高，因此易于提高饱和磁通密度。当磁性体粉末为80体积％以下时，磁性体粉末和树脂的混合物的流动性较高，能够形成为成型性优异的复合材料。磁性体粉末的含有量的下限可以举出为60体积％以上。另外，磁性体粉末的含有量的上限可以举出为75体积％以下，进一步为70体积％以下。

相对于复合材料，压粉成型体为对包含软磁性粉末的原料粉末进行加压成型而成的磁性体。也可以在磁性粒子的表面形成有磷酸盐等的绝缘被膜。原料粉末可以包含粘合剂等的树脂，也可以包含填料等。

《壳体》

图1、2所示的壳体6为可选结构，在本例的电抗器1中使用。通过使用壳体6，能够以物理的方式保护组合体10，尤其是保护外侧磁芯部32。

本例的壳体6由底板部60和侧壁部61构成。底板部60和侧壁部61可以一体地形成，也可以连接单独地准备的底板部60和侧壁部61。作为壳体6的材料，能够使用例如铝或其合金、镁或其合金等非磁性金属或者树脂等。如果使底板部60和侧壁部61分体，则也能够使两者60、61的材料不同。例如，可以举出底板部60为非磁性金属且侧壁为树脂或相反。

《电抗器的效果》

实施方式的电抗器1在进行其制作时使用实施方式的线圈成型体4，从而生产率优异。这是由于，在实施方式的线圈成型体4中，在卷绕部2a、2b的内周面一体地形成有间隔部31g，因此在向卷绕部2a、2b的内部配置内侧芯部31时等，不会发生间隔部31g的位置偏移或间隔长度发生变化的情况。因此，能够成品率较高地生产具备所期望的电感的电抗器1。

《用途》

本例的电抗器1能够被利用于搭载在混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等电动车辆中的双向dc-dc转换器等电力转换装置的构成部件。

《电抗器的制造方法》

接着，对用于制造实施方式1的电抗器1的电抗器的制造方法的一例进行说明。电抗器的制造方法大致具备如下的工序。

·线圈成型体制作工序

·磁芯形成工序

[线圈成型体制作工序]

在该工序中，准备绕组线，并通过对绕组线的一部分进行卷绕来制作线圈2。绕组线的卷绕能够使用公知的绕组线机。接着，在模具的内部配置线圈2并对树脂进行注射成型，从而在线圈2上形成一体化树脂5。作为一体化树脂5的形成方法，能够举出例如以下所示的方法。

在制作间隔部31g整体由一体化树脂5构成的图4的线圈成型体4的情况下，将线圈2配置在模具内，并且在从卷绕部2a、2b的一端侧插入的模具的型芯与从另一端侧插入的模具的型芯之间形成间隙。这样一来，在通过一体化树脂5对线圈2进行模制时，一体化树脂5进入到彼此相对的两个型芯的端面的间隙，该进入的一体化树脂5成为间隔部31g。

在制作图5的线圈成型体4的情况下，在模具内配置线圈2，并且在一端侧的型芯与另一端侧的型芯的间隙配置比该间隙的长度薄的间隔部件31p。此时，在各型芯的端面与间隔部件31p之间配置由与一体化树脂5相同的材质构成的分隔部件，并在彼此相对的端面的中央保持间隔部件31p。并且，当通过一体化树脂5对线圈2进行模制时，一体化树脂5进入到间隔部件31p与型芯的端面之间，形成间隔部件31p被一体化树脂5固定在卷绕部2a、2b的内周面的间隔部31g。分隔部件优选的是设为不会阻碍模制树脂的流动的程度的小片。

在制作图6的线圈成型体4的情况下，在模具内配置线圈2，并且在一端侧的型芯的端面与另一端侧的型芯的端面之间夹入间隔部件31p。并且，当通过一体化树脂5对线圈2进行模制时，形成间隔部件31p的外周缘部被一体化树脂5固定的间隔部31g。

图6的线圈成型体4也能够以如下的方式制作。首先，准备在外周具有热熔接树脂的包覆层的绕组线，并利用该绕组线来制作线圈2。接着，在线圈2的卷绕部2a、2b的内部配置间隔部件31p，并在利用支撑部件等进行支撑的状态下对线圈2整体进行热处理。通过热处理使包覆层熔融，使卷绕部2a、2b的各匝一体化，并且间隔部件31p的外周缘部熔接于卷绕部2a、2b的内周面，而在卷绕部2a、2b的内部形成间隔部31g。在该情况下，间隔部件31p由在热熔接时的加热温度下不软化或熔融的材质构成。

[磁芯形成工序]

在图1所示的壳体6的内部配置线圈成型体4，并向线圈成型体4的一个端面包覆部51与壳体6的内周面之间及另一个端面包覆部51与壳体6的内周面之间填充复合材料。复合材料蓄积在壳体6的内周面与端面包覆部51之间而形成外侧磁芯部32，并且经由贯通孔51h(图3)而流入到卷绕部2a、2b的内部而形成内侧磁芯部31的磁性部31m(图2)。在此，端面包覆部51的框部510成为树脂止挡部，抑制复合材料向卷绕部2a、2b的外周面侧泄漏。

磁芯3也能够通过注射成型来形成。准备覆盖壳体6的外周面整体的模具，并向线圈成型体4的一个端面包覆部51与壳体6的内周面之间及另一个端面包覆部51与壳体6的内周面之间射出复合材料。在该情况下也一体地形成外侧磁芯部32和内侧磁芯部31的磁性部31m(图2)。优选的是，在注射成型中，考虑填充平衡度地在最适当的位置设置浇口。在本例中，线圈成型体4的间隔部31g配置在卷绕部2a、2b的中央，因此通过在以间隔部31g为中心而对称的位置设置浇口，不需要精密地控制夹着间隔部31g的一方的复合材料的填充压力和另一方的复合材料的填充压力，而能够形成大致相同的压力。另外，在从卷绕部2a、2b的两侧填充复合材料的情况下，会在卷绕部2a、2b的轴向上的中央的位置形成焊缝，但在本例的结构中不会形成焊缝。这是由于，在本来形成焊缝的卷绕部2a、2b的轴向的中央存在间隔部31g，因此不会在卷绕部2a、2b的内部形成焊缝。由于未形成焊缝，能够抑制与焊缝的形成相伴的不良情况。

除此之外，在制作不具备壳体6的电抗器1的情况下，也可以在模具的内部配置线圈成型体4并通过注射成型而一体地形成外侧磁芯部32和内侧磁芯部31的磁性部31m。在该情况下，只要从模具取出注射成型体，就能够获得不具备壳体6的电抗器1。

优选的是，上述复合材料的填充或注射成型在减压环境下进行。这样一来，易于使复合材料填充到线圈成型体4中的卷绕部2a、2b的内部的所有地方，还能够抑制气泡混入到复合材料中，因此易于获得具备无缺陷的磁芯3的电抗器1。

＜实施方式2＞

在实施方式1中说明了使用具备一对卷绕部的线圈成型体的电抗器。与此相对，也能够形成为使用仅具备一个卷绕部的线圈成型体的电抗器。

作为使用具备一个卷绕部的线圈成型体的电抗器，能够举出例如罐式电抗器。罐式电抗器能够通过将在卷绕部的内部一体化有间隔部而成的线圈成型体配置在壳体内并向壳体内填充复合材料来制作。注射成型或填充于壳体的复合材料中的进入到卷绕部的内部的复合材料成为内侧磁芯部，配置在卷绕部的外部的复合材料成为外侧磁芯部。

实施方式2的电抗器也根据与实施方式1的电抗器1相同的理由而生产率优异。

附图标记说明

1电抗器

10组合体

2线圈

2a、2b卷绕部2r连接部2a、2b端部

3磁芯

31内侧磁芯部32外侧磁芯部

31m磁性部31g间隔部31p间隔部件

4线圈成型体

5一体化树脂

50匝包覆部50a内周包覆部50b外周包覆部

51端面包覆部52连接部包覆部

53间隔形成部54保持部

51h贯通孔510框部

6壳体

60底板部61侧壁部