变压器及其壳体的制造方法 |
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| 申请号 | CN201280034312.3 | 申请日 | 2012-10-18 | 公开(公告)号 | CN103797551B | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 株式会社小松制作所; | 发明人 | 土屋润一郎; 宗田昭彦; | ||||
| 摘要 | 变压器 （1）包括 输入侧 的初级线圈（21）、 输出侧 的次级线圈（22）、缠绕初级、次级线圈（21、22）的 芯子 （20）和收纳由它们构成的变压器主体（2）的 铸造 制的壳体（3），在壳体（3）与变压器主体（2）之间填充有模塑 树脂 （4），壳体（3）包括：安装变压器主体（2）的底面部（31）；围绕底面部（31）的 侧壁 部（32）；开口（30），设在与底面部（31）对置的 位置 ，进行变压器主体（2）的收纳及模塑树脂（4）的填充；在侧壁部（32）的内壁面（32A）和变压器主体（2）的与该内壁面靠近对置的外侧面（20C）之间的间隙内形成的模塑层（41）的厚度（T1）在从壳体（3）的开口侧（30）向底面部（31）的规定长度（L1）范围内是一定的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种变压器，包括输入侧的初级线圈、输出侧的次级线圈、缠绕所述初级线圈、次级线圈的芯子和收纳由初级线圈、次级线圈、芯子构成的变压器主体的铸造制的壳体，在所述壳体与所述变压器主体之间填充有模塑树脂，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 变压器及其壳体的制造方法技术领域背景技术[0002] 变压器包括被输入初级侧电力的初级线圈、输出次级侧电力的次级线圈及通过缠绕初级、次级线圈而磁耦合的芯子（铁芯）。例如，在升压用变压器中，为稳定获得升压动作所需的规定的电感性能（磁耦合度），这些初级、次级线圈及芯子的相对位置关系较为重要，需要被高精度地保持。另外，它们需要彼此电绝缘，而且在升压动作时即通电时，会产生电损失和磁损失而发热，因此需要被有效地冷却。在不满足以上限制的情况下，变压器有可能不能工作。另外，在冷却不足的情况下，能够稳定升压的工作区域缩小。 [0003] 因此，如专利文献1所示，现有的变压器在初级、次级线圈与芯子之间插入由规定厚度的玻璃及环氧树脂形成的复合材料（通常称为玻璃环氧树脂）制的板状片，另外，在初级线圈与次级线圈之间也插入同样的板状片。在变压器的组装工序中，形成组件以高精度地保持初级、次级线圈与芯子相互的位置关系，通过使热固性的流动性树脂流入收纳该组件的壳体内（以下，称为模塑树脂）并加热固化，完整地保持相对位置关系。这种模塑树脂对于防止因异物、水分向壳体内混入而造成的绝缘功能丧失来说也是必要的。 [0004] 另外，收纳组件的壳体通过螺钉等接合到散热器上，使由组件产生的热量传递到散热器来进行散热。因此，作为壳体，希望热传导率大，使用铝作为材料并通过铸造成形。另外，在组件中，由于磁特性的关系，能够与壳体以最大面积接触的是芯子，因此芯子的底面成为平面，与该平面对置的壳体的芯子支承面也被做成平面。两者的平面彼此紧贴，由此可在不损害磁特性的前提下，使组件的热量从芯子良好地传递到壳体并经由散热器散热。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1（：日本）特开2008－153293号公报 发明内容[0008] 发明所要解决的技术问题 [0009] 但是，在专利文献1的变压器中，壳体的下表面也就是形成有芯子支承面的底部的下表面接合在散热器上，因此，虽然由组件产生的热量从下侧有效地散发，但另一方面，在其他部分，有可能因填充在组件与壳体之间的模塑树脂而妨碍向壳体的热传递，导致冷却不足。即，模塑树脂这种材料与金属材料相比通常是热传导率小，传热性能差。特别是在通过铸造来形成上方侧开口的壳体时，由于铸造壳体时的型芯形状的原因，在壳体的内表面会形成壁厚从底侧的芯子支承面向上侧的开口逐渐变薄的起模斜度，因此越是上侧，由芯子与壳体内表面之间的模塑树脂形成的层（以下，称为模塑层）越厚。由于散热器位于下侧，因此温度分布为越向上侧温度越高，而模塑层则是越靠近壳体的上侧越变厚，这对于基于散热的冷却来说更加不利。 [0010] 本发明的目的是提供一种散热性能良好的变压器及其壳体的制造方法。 [0011] 解决技术问题的技术手段 [0012] 第一发明的变压器，包括输入侧的初级线圈、输出侧的次级线圈、缠绕所述初级线圈、次级线圈的芯子和收纳由初级线圈、次级线圈、芯子构成的变压器主体的铸造制的壳体，在所述壳体与所述变压器主体之间填充有模塑树脂，其特征在于，所述壳体包括：安装所述变压器主体的安装面部；围绕所述安装面部的侧壁部；开口，设在与所述安装面部对置的位置，进行所述变压器主体的收纳及所述模塑树脂的填充；在所述侧壁部的内壁面和所述变压器主体的与该内壁面靠近对置的对置面之间的间隙内形成的模塑层的厚度在从所述壳体的所述开口侧向所述安装面部的规定长度范围内是一定的。 [0013] 需要注意，在前述的专利文献1中，示意性地图示了变压器的结构，乍一看会认为它公开了与本发明相同的结构，但着眼于使用铸造制的壳体的情况下的技术问题、创新出上述那种技术问题解决手段作为用于解决该技术问题的结构，则是基于了本发明独特的技术思想，不仅与专利文献1所公开的发明不同，而且也不是能够从该发明容易想到的。 [0014] 第二发明的变压器，其特征在于，所述安装面部的内表面通过切削加工铸件表面而形成为规定的表面粗糙度，成为支承所述芯子的芯子支承面。 [0015] 第三发明的变压器，其特征在于，所述安装面部的外表面通过切削加工铸件表面而形成为规定的表面粗糙度，成为与散热设备紧密接触的接触面。 [0016] 第四发明的变压器，其特征在于，所述壳体是通过包括型芯制作工序和铸造工序的制造方法制造而成的，型芯制作工序利用型芯制作用模具制作型芯，该型芯制作用模具在该壳体的所述安装面部所对应的型腔面的正交方向上设定分型面，铸造工序使用在所述型芯制作工序中制作的型芯浇铸壳体。 [0017] 第五发明的变压器的壳体的制造方法，所述变压器包括输入侧的初级线圈、输出侧的次级线圈、缠绕所述初级线圈、次级线圈的芯子和收纳由初级线圈、次级线圈、芯子构成的变压器主体的铸造制的壳体，在所述壳体与所述变压器主体之间填充有模塑树脂，所述壳体包括：安装所述变压器主体的安装面部；围绕所述安装面部的侧壁部；开口，设在与所述安装面部对置的位置，进行所述变压器主体的收纳及所述模塑树脂的填充；在所述侧壁部的内壁面和所述变压器主体的与该内壁面靠近对置的对置面之间的间隙内形成的模塑层的厚度在从所述壳体的所述开口侧向所述安装面部的规定长度范围内是一定的，所述变压器的壳体的制造方法的特征在于，包括型芯制作工序和铸造工序，型芯制作工序利用型芯制作用模具制作型芯，该型芯制作用模具在该壳体的所述安装面部所对应的型腔面的正交方向上设定分型面，铸造工序使用在所述型芯制作工序中制作的型芯浇铸壳体。 [0018] 第六发明的壳体的制造方法，其特征在于，还包括机械加工工序，该机械加工工序是将在所述铸造工序后的壳体的所述安装面部形成的、根据所述型芯的起模斜度而倾斜的铸件表面除去，加工为规定的表面粗糙度。 [0019] 根据第一发明，在包括靠近壳体的开口的区域的范围内，壳体的内壁面和与该内壁面靠近对置的变压器主体的对置面之间所存在的模塑层的厚度相同，因此，从芯子经由模塑层向壳体传递的热量的分布状态即便在远离壳体的安装面部的一侧也能够均匀，能够使变压器整体的散热性能提高。 [0020] 因此，本发明的“规定长度”是指，使传递到壳体的侧壁部的热量的热分布在从开口到安装面部这个区间内大致均匀的足够的长度，不必与从壳体的开口到安装面部的实际长度严格相同，也包括较短的情况。 [0021] 根据第二、第三、第六发明，在壳体的安装面部形成有具有规定的表面粗糙度的芯子支承面、接触面，因此，不仅能够使壳变压器主体在体内的安装姿态或者壳体相对于散热设备的安装姿态良好，还能够使它们相互紧贴而实现切实的金属接触，能够使从变压器主体向壳体的热传递以及从壳体向散热设备的热传递高效，能够进一步提高散热性能。 [0022] 即，本发明的“规定的表面粗糙度”是指，使部件间相互切实紧贴、由此能够实现良好热传递的程度的表面粗糙度。 [0024] 图1是表示本发明一实施方式的变压器的分解立体图。 [0025] 图2是变压器的纵剖视图，是图1的II－II线剖视图。 [0026] 图3是变压器的纵剖视图，是图1的III－III线剖视图。 [0027] 图4是用于说明型芯的立体图。 [0028] 图5是用于说明构成变压器的壳体的制造方法的流程图。 [0029] 图6是用于说明机械加工工序的壳体俯视图。 [0030] 图7是用于说明机械加工工序的壳体纵剖视图，是图6的VII－VII线剖视图。 [0031] 图8是用于说明机械加工工序的壳体纵剖视图，是图6的VIII－VIII线剖视图。 具体实施方式[0032] 以下，基于附图说明本发明一实施方式。 [0033] 在图1中以局部分解的状态表示了本实施方式的变压器1。图2、图3分别是图1的II－II线剖视图、III－III线剖视图。在图1～图3中，变压器1包括作为被进行升压动作的组件的变压器主体2和收纳变压器主体2的壳体3。在变压器主体2被收纳在壳体3内的状态下，在变压器主体2与壳体3之间的间隙、变压器主体2所具有的间隙内，填充有模塑树脂4。作为模塑树脂4，在本实施方式中，使用硅酮树脂，但也可以使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂等，只要是热固性的流动性树脂即可。 [0034] 变压器主体2包括闭合磁路结构的芯子20、配置在芯子20中央的输入侧的初级线圈21和配置在初级线圈21外侧的输出侧的次级线圈22。芯子20是E型芯子20A、20B在图中上下接合的结构。在E型芯子20A、20B的中央设有圆柱状的磁心部25，以磁心部25为中心而缠绕了初级、次级线圈21、22。另外，在E型芯子20A、20B上，以磁心部25为中心，在其直径方向的两端侧设有外侧部26、26，这些外侧部26、26和磁心部25由面状部27连结。这种面状部27在俯视下为设有中央的磁心部25的部分中间变细的形状。 [0035] 在此，在初级线圈21与次级线圈22之间、初级线圈21与磁心部25之间、初级、次级线圈21、22与上下的各面状部27之间、以及次级线圈22与外侧部26之间，分别形成有间隙，模塑树脂4被填充到这些间隙内。需要注意，为了维持各间隙而使用玻璃环氧树脂制的分隔件等，在此省略了该分隔件的图示。另外，在初级线圈21上连接有电力输入用的一对电缆，在次级线圈22上连接有电力输出用的一对电缆，关于这些电缆也省略图示。 [0036] 壳体3是金属制（在本实施方式中为铝）的铸件，被做成在上部具有开口30的大致长方体的有底箱状。因此，壳体3在下部侧具有作为与开口30上下对置的安装面部的底面部31，从底面部31的外周，立设有沿着短边侧的侧壁部32及沿着长边侧的侧壁部33。在底面部 31的中央侧，形成有与芯子20对应的中间细的部分（参照图6）。底面部31的内表面被做成平坦的芯子支承面31A，该芯子支承面31A被加工为比铸件表面的表面粗糙度小的规定的表面粗糙度，芯子20载置在芯子支承面31A上，形成下侧的E型芯子20B的面状部27的下表面27A与芯子支承面31A紧贴。 [0037] 另一方面，壳体3（变压器1）通过在设于下部侧的安装部34中穿过的螺栓，固定在例如作为散热设备的散热器7上。壳体3的底面部31的外表面也被加工为规定的表面粗糙度，并且成为与散热器7的上表面紧贴的接触面31B。其结果是，由变压器主体2产生的热量的大部分从下侧的E型芯子20B的面状部27经由壳体3的底面部31传递到散热器7来进行散热。需要注意，作为散热器7，适合使用在内部具有冷却水回路的水冷式散热器。不过，也可以是具有散热风扇、利用冷却空气进行冷却的风冷式散热器。 [0038] 而且，在本实施方式中，为了促进从变压器主体2通过侧面的模塑树脂4及壳体3的侧壁部32、33的散热，采用以下说明的结构。 [0039] 即，在图2所示方向的剖视下，作为对置面的芯子20的外侧面20C经由填充在间隙A1内的模塑树脂4的模塑层41与形成壳体3的侧壁部32的内壁面32A靠近对置。此时，在从壳体3的开口30侧到底面部31这个区间的规定长度L1（在本实施方式中是从开口30附近到底面部31附近的长度）内，内壁面32A与外侧面20C平行，间隙A1内的模塑层41的厚度T1一定。 [0040] 另外，在图3所示方向的剖视中，作为对置面的次级线圈22的外周面22A经由填充在间隙A2内的模塑树脂4的模塑层42与形成壳体3的侧壁部33的内壁面33A靠近对置。此时，在从壳体3的开口30侧到底面部31这个区间的规定长度L2（在本实施方式中是次级线圈22的轴向长度）内，内壁面33A与外周面22A平行，间隙A2内的模塑层42的厚度T2一定。 [0041] 该结构是通过使在壳体3的铸造工序中使用的型芯中的、用于形成内壁面32A、33A的面上不存在相对于铅直方向的起模斜度来实现的。现有的型芯具有起模斜度，以使得用于形成壳体的芯子支承面的面的面积比用于形成开口的面的面积小。因此，在壳体的内壁面上，会以从芯子支承面向开口扩开的方式复制起模斜度，侧壁的厚度越向开口越薄，相反，模塑树脂的厚度越向开口越厚。与此相对，在本实施方式中通过使用如图4所示的型芯5铸造壳体3，使侧壁部32、33的厚度一定，使模塑层41的厚度T1在规定长度L1间一定，使模塑层42的厚度T2在规定长度L2间一定。 [0042] 图4是表示型芯5及其制作所使用的型芯制作用模具6的立体图。 [0043] 在图4中，以用于形成壳体3的芯子支承面31A的芯子支承面形成部51朝向上方的方式图示了型芯5。型芯5的侧面成为用于形成壳体3的短边侧的内壁面32A的内壁面形成部52和用于形成长边侧的内壁面33A的内壁面形成部53。型芯5的作为图4中的下表面而被图示的面是用于形成壳体3的开口30的开口形成部54。 [0044] 型芯5以将芯子支承面形成部51及内壁面形成部52在图中分成左右两份的铅直平面（图4中的YZ平面）为边界左右对称地形成。该边界在与构成型芯制作用模具6的一对模框61、61的分型面61A对应的位置形成为分型线55。这些模框61也是左右对称的，通过向图中的X方向的正侧拔出一方的模框61、向X方向的负侧拔出另一方的模框61，形成型芯5。 [0045] 因此，以一方的模框61为代表进行说明，在模框61内的型腔62中，在用于形成型芯5的芯子支承面形成部51的第一型腔面62A上，设有朝向分型面61A侧扩开的起模斜度θ1。由此，可以说分型面61A设定在与壳体3的底面部31所对应的第一型腔面62A正交的方向上。 [0046] 此外，在用于形成开口形成部54的第二型腔面62B上，也设有朝向分型面61A侧扩开的起模斜度θ1（仅图示第一型腔面62A的起模斜度θ1）。另外，在用于形成型芯5的一对内壁面形成部52的第三、第四型腔面62C、62D上，分别设有朝向分型面61A侧扩开的起模斜度θ2（仅图示第三型腔面62C的起模斜度θ2）。并且，起模斜度θ1、θ2作为芯子支承面形成部51的起模斜度θ1及内壁面形成部53的起模斜度θ2原封不动地复制到型芯5上。另一方的模框61与型芯5的关系也一样。 [0047] 因此，在型芯5的芯子支承面形成部51、内壁面形成部52、53、开口形成部54中，在芯子支承面形成部51、内壁面形成部52、开口形成部54上存在相对于图4中的X方向（短边方向）倾斜的起模斜度θ1、θ2，但在芯子支承面形成部51、内壁面形成部52、53、开口形成部54中的任一个上都不存在相对于Y方向（长边方向）及Z方向（上下方向）倾斜的起模斜度。也就是说，由内壁面形成部52、53形成的壳体3的内壁面32A、33A不存在从型芯5复制的至少相对于上下方向的起模斜度，因此侧壁部32、33的厚度在长度L1、L2上形成为一样。由此，侧壁部32、33不是越靠近开口30其前端越细，而是使存在于侧壁部32、33与变压器主体2之间的模塑层41的厚度T1在长度L1范围内一定，使模塑层42的厚度T2在长度L2范围内一定。 [0048] 以下，对壳体3的制造方法及变压器1的制造方法进行说明。 [0049] 作为壳体3的制造方法，如图5所示，大致包括型芯制作工序、铸造工序及机械加工工序，按照这个顺序制造壳体3。 [0050] 在型芯制作工序中，如基于图4说明过的那样，使用型芯制作用模具6制作型芯5。也就是说，在向各模框61的型腔62内填砂、将模框61彼此合并后，仅再次分开模框61并取出砂块，从而获得型芯5。 [0051] 在铸造工序中，在将型芯5配置在铸模内之后，利用通常进行的铸造方法进行溶融金属（在本实施方式中为铝）的浇铸，获得加工前的壳体3A。 [0052] 在此，在图6～图8中表示加工前的壳体3A。在壳体3A中，由于在铸造时使用了具有起模斜度为θ1的芯子支承面形成部51的型芯5的关系，壳体3A的底面部31的上表面成为复制了起模斜度θ1的铸件表面31C。倾斜的铸件表面31C不适合作为支承变压器主体2的芯子20的芯子支承面，因此需要进行加工。进行该加工就是接下来的机械加工工序。 [0053] 在机械加工工序中，将包括底面部31的铸件表面31C的图中的交叉线部分，通过使用例如立铣刀等切削工具M（参照图6、图7）的铣削加工除去。通过该机械加工，获得被加工为规定的表面粗糙度的芯子支承面31A。另外，底面部31的接触面31B和安装部34的上表面等，也要通过机械加工加工为需要的表面粗糙度。其他部分保持原有铸件表面。 [0054] 经过以上各工序而制造成壳体3。 [0055] 关于变压器1的制造，首先，通过组件工序来组装变压器主体2，将该变压器主体2从开口30送入如前所述制造的壳体3的内部并定位、收纳。然后，从开口30向包括变压器主体2与壳体3之间的间隙A1、A2在内的所有间隙部分填充模塑树脂4，并将全体在规定温度下加热而使模塑树脂固化，由此利用固化的模塑树脂4使变压器主体2保持在壳体3内即可。 [0056] 需要注意，本发明不限于前述的实施方式，在能够达成本发明目的的范围内的变形、改良等都包含在本发明之内。 [0057] 例如，在所述实施方式中，本发明的壳体的安装面部是壳体3的底面部31，设在壳体3的底侧，相当于开口的开口30设在壳体3的上侧，但安装面部和开口可以根据壳体配置时的姿态位于任意位置，不限于所述实施方式。 [0058] 在所述实施方式中，通过使用型芯5进行铸造而使壳体3的侧壁部32、33的厚度一样，因此使模塑层41、42的厚度在规定长度的范围内一定，但在使用现有的型芯而在侧壁部存在起模斜度的情况下，也可以对与该侧壁部靠近对置的变压器主体侧也实施倾斜加工，使存在于它们之间的间隙内的模塑层的厚度在规定长度的范围内一定。 [0059] 在所述实施方式中，将壳体3的芯子支承面31A机械加工为规定的表面粗糙度，但在像通过钎焊等将芯子固定在铸件表面上的情况那样，有可能通过焊料金属来良好地进行芯子与壳体之间的固定以及从芯子向壳体的热传递的情况下，也可以省略机械加工。 [0060] 所述实施方式的变压器1被说明成了升压用的变压器，但也可以将本发明应用于降压用的变压器。 [0061] 工业实用性 [0062] 本发明能够除了能够应用于初级线圈与次级线圈同心配置的变压器以外，还能够应用于初级、次级线圈并列设置的结构的变压器。 [0063] 附图标记说明 [0064] 1 变压器 [0065] 2 变压器主体 [0066] 3 壳体 [0067] 4 模塑树脂 [0068] 5 型芯 [0069] 6 型芯制作用模具 [0070] 7 作为散热设备的散热器 [0071] 20 芯子 [0072] 20C 作为对置面的外侧面 [0073] 21 初级线圈 [0074] 22 次级线圈 [0075] 22A 作为对置面的外周面 [0076] 30 开口 [0077] 31 作为安装面部的底面部 [0078] 31A 芯子支承面 [0079] 31B 接触面 [0080] 31C 铸件表面 [0081] 32、33 侧壁部 [0082] 32A、33A 内壁面 [0083] 41、42 模塑层 [0084] 62A 作为型腔面的第一型腔面 [0085] 61A 分型面 [0086] L1、L2 长度 [0087] T1、T2 厚度 [0088] θ1 起模斜度 |
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