一种大功率圆环形电抗器及其制造方法

摘要

本发明公开了一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯和线圈，所述磁芯是由两个相同的半圆环形磁芯组合而成的圆环形磁芯，所述圆环形磁芯的直径为7～20英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为5.5g/cm3～6.2g/cm3，所述线圈套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。本发明结构简单，工艺简单，易实现自动化操作，生产成本低廉；电抗器重量轻，噪音小；损耗低，表面散热好，寿命长；磁芯利用率高，漏磁少，EMI效果好。

权利要求

1.一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯和线圈，其特征在于，所述磁芯是由两个相同的半圆环形磁芯组合而成的圆环形磁芯，所述圆环形磁芯的直径为7～20英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为5.5g/cm3～6.2g/cm3，所述线圈套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶按铁磁粉88～94wt％、高温树脂胶6～12wt％混合组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成，所述高温树脂胶是由改性环氧硅树脂70～80wt％、巯丙基甲基二甲氧基硅烷5～

10wt％、间苯二甲二胺15～20wt％组成，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-

500目三种粒度等级的铁磁粉按20～30wt％、30～40wt％、30～50wt％的比例混合而成，所述铁磁粉为铁硅粉或铁镍粉。

2.根据权利要求1所述的大功率圆环形电抗器，其特征在于，所述半圆环形磁芯的一个端面的中心开设有圆柱形凹槽，所述半圆环形磁芯的另一个端面的中心设置有与所述圆柱形凹槽配合的圆柱形凸台。

3.根据权利要求1所述的大功率圆环形电抗器，其特征在于，所述半圆环磁芯的截面为圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的大功率圆环形电抗器，其特征在于：两个所述半圆环形磁芯通过胶固定连接。

5.一种大功率圆环形电抗器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)绕制漆包线线圈呈螺旋状；

2)将改性环氧硅树脂70～80wt％、巯丙基甲基二甲氧基硅烷5～10wt％、间苯二甲二胺

15～20wt％混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按铁磁粉88～94wt％、高温树脂胶6～12wt％混合搅拌均匀，得到磁性复合材料，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-500目三种粒度等级的铁磁粉按20～30wt％、30～40wt％、30～50wt％的比例混合而成，所述铁磁粉为铁硅粉或铁镍粉；

4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在125～

140℃固化1.5～2.5h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

说明书

一种大功率圆环形电抗器及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电感元器件技术领域，具体是一种大功率圆环形电抗器及其制造方法。

背景技术

[0002] 电抗器作为无功补偿手段，在电力系统中是不可缺少的。电抗器用来限制电网电压突变和操作过程电压引起的电流冲击，平滑电源电压中包含的尖峰脉冲，或平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷，有效地保护变频器和改善功率因数，它既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

[0003] 传统硅钢电抗器的制造过程复杂，生产成本高。其制造工艺主要包含以下内容：

[0004] 1、线圈的绕制：绕制需要铜箔或者铝箔、绝缘材料Nomex纸、环氧树脂条和环氧树脂板、绕线模具等材料和设备。铜箔和铝箔用于传导电流，形成磁场。Nomex纸用于线圈内部绝缘。其绕制过程主要包括内模装配、内铜排焊接、Nomex纸的绝缘及铜箔绕制、外铜排焊接等过程。该工序需要的原材料多，且原材料价格昂贵，另外铜箔绕制设备投入较大，绕制效率低，且模具的费用高，造成高昂的生产成本。

[0005] 2、硅钢铁芯的制作：传统铁芯使用的材料是硅钢片，硅钢片的生产过程复杂，特别是取向硅钢片，目前国内只有宝钢、武钢等少数几家大型钢厂能生产制造，造价极高。硅钢片经过带材的分条，然后经过纵剪和横剪，制成所需要规格的硅钢片材，最后通过上下夹件对硅钢片材进行叠装固定。铁芯的叠加制作流程复杂，制造要求高，机械化程度低，且硅钢片的剪切和叠装由于锋利的边缘和毛刺容易对人体造成伤害，增加工伤事故率，制约着铁芯的生产效率。

[0006] 3、装配：传统硅钢电抗器需要经过上下扼硅钢片叠片组装并固定，中柱叠片组装。中柱铁芯需分布气隙，并调节气隙厚度，进而调节电感量。另外线圈与铁芯在装配过程中还需要做绝缘处理，以满足电感的电气性能。最后再进行浸漆和烘烤的过程。

[0007] 整体而言，传统硅钢电抗器的生产过程复杂，占地面积大，设备和人员投入大，需要专业的厂商生产，且生产周期长，效率低，成产成本高，制约着电抗器的发展。

[0008] 此外传统硅钢电抗器噪音大、体积庞大，对周围环境及安装带来很大影响，散热差、易漏磁、EMI效果差等都制约着电抗器的发展。特别是在大电流(电流大于100A)、高频(频率高于5KHz)的运行环境中，传统的硅钢片电抗器较难以满足应用要求。

[0009] 鉴于此，开发一种工艺简单、成本低廉、电磁性能好的电抗器是当今电子电力快速发展的迫切需求。

发明内容

[0010] 为了解决传统电抗器中铁芯噪音大、体积大及生产过程复杂、成本高等技术问题，特别是传统电抗器在大电流(电流大于100A)、高频(频率高于5KHz)难以满足应用要求的问题。本发明提供一种噪音小、电感性能好、漏磁小、体积小、散热性能优良、损耗低、并且适合大电流(电流大于100A)、高频(频率高于5KHz)环境中应用的大功率圆环形电抗器。

[0011] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0012] 一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯和线圈，所述磁芯是由两个相同的半圆环形磁芯组合而成的圆环形磁芯，所述圆环形磁芯的直径为7～20英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为5.5g/cm3～6.2g/cm3，所述线圈套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。

[0013] 进一步的，所述半圆环形磁芯的一个端面的中心开设有圆柱形凹槽，所述半圆环形磁芯的另一个端面的中心设置有与所述圆柱形凹槽配合的圆柱形凸台。

[0014] 进一步的，所述半圆环磁芯的截面为圆形或椭圆形或任意多边形。

[0015] 进一步的，两个所述半圆环形磁芯通过胶固定连接。

[0016] 本发明还提供一种大功率圆环形电抗器的制造方法，包括以下步骤：

[0017] 1)绕制漆包线线圈呈螺旋状；

[0018] 2)将树脂胶70～80wt％、偶联剂5～10wt％、促进剂15～20wt％混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

[0019] 3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按铁磁粉88～94wt％、高温树脂胶6～12wt％混合搅拌均匀，得到磁性复合材料；

[0020] 4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在125～140℃固化1.5～2.5h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

[0021] 5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

[0022] 进一步的，所述树脂胶为改性环氧硅树脂。

[0023] 进一步的，所述偶联剂为巯丙基甲基二甲氧基硅烷。

[0024] 进一步的，所述促进剂为间苯二甲二胺。

[0025] 进一步的，所述铁磁粉的粒度配比如下：-100目～200目：20～30wt％，-200目～500目：30～40wt％，-500目：30～50wt％。

[0026] 进一步的，所述铁磁粉为铁硅粉、铁粉、铁硅铝粉、铁镍粉和铁硅铬粉中的至少一种。

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，简化了生产工艺，节省了大量设备投入，以及减少了生产的占地面积和节约了大量铜箔等材料，降低了整个电抗器的生产投入；绕线和浇制磁芯的生产易实现自动化，且装配简单，节约大量的人力资源；

[0028] 相比传统铁芯电抗器而言，本电抗器还具有以下性能优点：

[0029] 1、电抗器重量轻，比500A，300μH的传统铁芯电抗器轻1/3左右，方便电抗器的安装和运输过程；

[0030] 2、电抗器外观为带有立绕线圈的圆环型磁芯，表面积大，散热性好，延长了电抗器的使用寿命；

[0031] 3、磁芯由立绕线整体包围，利用率高，漏磁少，EMI效果好；

[0032] 4、磁芯由绝缘铁磁粉构成，绝缘性能极好，磁体的涡流损耗低，节约了大量能耗；

[0033] 5、电抗器噪音低，对周围环境的污染小。

附图说明

[0034] 图1为本发明一种大功率圆环形电抗器的结构示意图。

具体实施方式

[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0036] 实施例1

[0037] 一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯1和线圈2，所述磁芯1是由两个相同的半圆环形磁芯通过胶固定连接而成的圆环形磁芯，所述半圆环磁芯的截面为圆形，所述圆环形磁芯的直径为20英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为6.2g/cm3，所述线圈2套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈2是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。

[0038] 上述的大功率圆环形电抗器是通过如下方法的制造而成，包括以下步骤：

[0039] 1)利用自动绕线机将扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈

[0040] 2)将环氧硅树脂、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、间苯二甲二胺按7:1:2的重量比混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

[0041] 3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按94:6的重量比混合搅拌均匀，得到磁性复合材料，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-500目三种粒度等级的铁硅粉按2:3:5的比例混合而成；

[0042] 4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在130℃固化2h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

[0043] 5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

[0044] 实施例2

[0045] 一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯1和线圈2，所述磁芯1是由两个相同的半圆环形磁芯通过胶固定连接而成的圆环形磁芯，所述半圆环磁芯的截面为圆形，所述圆环形磁芯的直径为15英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为5.9g/cm3，所述线圈2套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈2是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。

[0046] 上述的大功率圆环形电抗器是通过如下方法的制造而成，包括以下步骤：

[0047] 1)利用自动绕线机将扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈

[0048] 2)将环氧硅树脂、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、间苯二甲二胺按75:7:18的重量比混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

[0049] 3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按9:1的重量比混合搅拌均匀，得到磁性复合材料，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-500目三种粒度等级的铁硅粉按25:35:40的比例混合而成；

[0050] 4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在125℃固化2.5h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

[0051] 5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

[0052] 实施例3

[0053] 一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯1和线圈2，所述磁芯1是由两个相同的半圆环形磁芯通过胶固定连接而成的圆环形磁芯，所述半圆环磁芯的截面为圆形，所述圆环形磁3
芯的直径为7英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为5.5g/cm ，所述线圈2套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈2是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。

[0054] 上述的大功率圆环形电抗器是通过如下方法的制造而成，包括以下步骤：

[0055] 1)利用自动绕线机将扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈

[0056] 2)将环氧硅树脂、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、间苯二甲二胺按80:5:15的重量比混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

[0057] 3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按88:12的重量比混合搅拌均匀，得到磁性复合材料，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-500目三种粒度等级的铁硅粉按3:4:3的比例混合而成；

[0058] 4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在140℃固化1.5h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

[0059] 5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

[0060] 实施例4

[0061] 一种大功率圆环形电抗器，包括磁芯1和线圈2，所述磁芯1是由两个相同的半圆环形磁芯通过胶固定连接而成的圆环形磁芯，所述半圆环磁芯的截面为圆形，所述圆环形磁芯的直径为7英寸，所述圆环形磁芯的磁体密度为6.0g/cm3，所述线圈2套在两个所述半圆环形磁芯上，所述线圈2是由扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈，所述半圆环形磁芯是由铁磁粉与高温树脂胶组成的磁性复合材料通过半圆环型模具浇筑制成。

[0062] 上述的大功率圆环形电抗器是通过如下方法的制造而成，包括以下步骤：

[0063] 1)利用自动绕线机将扁平线立绕制成呈螺旋状的漆包线线圈

[0064] 2)将环氧硅树脂、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、间苯二甲二胺按7:1:2的重量比混合搅拌均匀，得到高温树脂胶；

[0065] 3)将铁磁粉与所述高温树脂胶按9:1的重量比混合搅拌均匀，得到磁性复合材料，所述铁磁粉是由-100目～200目、-200目～500目、-500目三种粒度等级的铁镍粉按2:3:5的比例混合而成；

[0066] 4)将所述磁性复合材料注射到半圆环型模具内，分别浇注两个半圆环形磁芯，在130℃固化2h后脱模，得到两个相同的半圆环形磁芯；

[0067] 5)将螺旋状的所述漆包线线圈分别套入两个所述半圆环形磁芯中，再用胶将两个半圆环型磁芯合并成一个大圆环形磁芯，即制成所述大功率圆环形电抗器。

[0068] 根据实施例1～4所述方法制造相同规格的电抗器，与传统铁芯电抗器做电气性能对比测试，得到下表数据：

[0069]

[0070]

[0071] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0072] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。