CN103198918B - 一种无空气隙的变压器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无空气隙的变压器及其制造方法，变压器包括磁芯和线圈，所述磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面，制造方法包括以下步骤：S1：将磁性材料流延形成至少一个磁芯单体的磁体胚体；S2：在至少一个所述磁体胚体的一个表面，流延至少一层弱磁性氧化物层以形成间隙层胚体；S3：烧结步骤S2的产品得到磁体和间隙层一体化的磁芯单体，该磁芯单体以所述间隙层作为接触面；S4：将所述磁芯单体与带有线圈的骨架相固定，或者线圈直接绕制在磁芯上，磁芯单体直接相固定。与现有技术相比，本发明可以实现磁芯间的各种尺寸的间隙，且生产的变压器的电感值稳定，损耗小。

Description

一种无空气隙的变压器及其制造方法

技术领域

本发明涉及变压器，尤其是无空气隙的变压器及其制造方法。

背景技术

在很多功率型磁性元器件中，例如反激变压器，为了防止磁性材料饱和，即随着所加的电流的增加，磁场强度会随之增加，没有气隙的磁性器件的磁感应强度会增加很快，达到磁性材料的饱和磁感应强度值，在这个过程中，器件的磁导率下降的很快，即电感值下降很快，丧失了变压器的功能，同时会引起其它元器件的功能丧失或者损坏。

防止变压器饱和的方法可以通过增大气隙或弱磁性材料的间隙。在其它因素均相同的情况下，气隙或者通过弱磁性材料的间隙对电感值和饱和特性影响很大，气隙或者间隙大时，电感值小，饱和特性好；气隙或者间隙小时，电感值增大，饱和特性变差。

一种常见的方法是通过加工磁芯的中柱来获得气隙，如EE磁芯。这种方法的磁芯需要二次加工，容易损伤磁芯，同时难以保证较高的尺寸要求。气隙较大和较小时，加工磁芯的中柱来获得气隙的方法存在很多问题。对于大尺寸的气隙，易造成漏磁大，从而使产品在高频下的损耗大；对于小尺寸的气隙，例如几十个微米，此种方法不易实现。另一种常见的方法是通过在磁芯的接触面垫胶带、陶瓷板等弱磁性材料形成间隙。胶带和瓷板等材料都需要二次加工，增加了胶带和瓷板的制作工序，并且组装的工序也比较麻烦，花费较多的人力、物力。当胶带等有机材料在漏磁区域高温状态下工作，材料的性质（包括材料的厚度）随温度变化而变化，对电性有较大的影响；长期工作会随着时间的增加而明显老化、变形，有的甚至脱落。同加工磁芯中柱来获得气隙方法一样，在磁芯的接触面垫胶带、陶瓷板的方法难以生产较大和较小间隙的变压器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无空气隙的变压器及其制造方法，使得变压器的电感值稳定，损耗小，可靠性高，易于批量生产。

本发明的技术问题通过以下技术手段予以解决：

一种无空气隙的变压器的制造方法，所述变压器包括磁芯和线圈，所述磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面，所述制造方法包括以下步骤：

S1：将磁性材料流延形成至少一个磁芯单体的磁体胚体；

S2：在至少一个所述磁体胚体的一个表面，流延至少一层弱磁性氧化物层以形成间隙层胚体；

S3：烧结步骤S2的产品得到磁体和间隙层一体化的磁芯单体，该磁芯单体以所述间隙层作为接触面；

S4：将所述磁芯单体与带有线圈的骨架相固定，或者将线圈直接绕制在一个磁芯单体上后与其他磁芯单体相固定。

优选地：

所述步骤S2包括以下步骤：在至少一个所述磁体胚体的一个表面，交替流延弱磁性氧化物层与磁性材料层以形成所述间隙层胚体。

所述弱磁性氧化物层的材料按质量比包括：Fe₂O₃30-70%、ZnO10-30%和CuO1-10%，烧结后的相对磁导率值范围为1~5。

每层所述弱磁性氧化物层的厚度介于6μm至200μm间。

一种无空气隙的变压器，包括磁芯，所述磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面，其特征在于：

至少一个所述的磁芯单体上包括通过流延、共烧结形成的作为接触面的间隙层，所述间隙层包括弱磁性氧化物层；所述磁芯单体与其它磁芯单体，可能有其它绝缘材料（例如：骨架）通过夹具、胶带或胶水固定形成所述变压器。

优选地：

所述间隙层包括交替叠置的弱磁性氧化物层与磁性材料层。

所述弱磁性材料按质量比包括：Fe₂O₃30-70%、ZnO10-30%和CuO1-10%，烧结后的相对磁导率值范围为1~5。

每层所述弱磁性氧化物层的厚度介于6μm至200μm间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在磁芯的接触面上流延、烧结制作弱磁材料层，可以实现磁芯间的各种尺寸的间隙，容易制作出不同电感值的变压器产品，尤其是传统方法不能实现的间隙小的变压器，此方法可以容易实现200μm以下，尤其是100μm以下，最小6μm的间隙。

优选方案中，对于传统方法可以实现的大气隙或者间隙的变压器，使用本发明的流延方法制作的相互交替的磁性材料和弱磁层的材料的磁芯，可以明显减小变压器的损耗，从而减小变压器工作时产生的温升，增加了变压器在电路工作时的效率。此方法生产的产品具有电感值稳定，可靠性高，生产工序简单，节省生产时间。尤其是在EI和UUI类型的变压器产品中，更是具有容易自动化的优点。

附图说明

图1是本发明具体实施例的一个单层弱磁性氧化物层的磁芯示意图；

图2是本发明具体实施例的一个单层弱磁性氧化物层的变压器的组装部分示意图；

图3是本发明具体实施例的一个磁性氧化物层和弱磁性氧化物层多层交错结构的磁芯示意图；

图4是本发明具体实施例的一个磁性氧化物层和弱磁性氧化物层多层交错结构的变压器的组装部分的示意图；

图5是本发明具体实施例的一个减小磁性材料接触面距离的单层弱磁性氧化物层的变压器的组装部分示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

本实施例的磁芯包括变压器的磁芯、线圈、胶水或者钢夹、绝缘胶带和/或骨架，磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面。磁芯单体之间，磁芯单体与骨架之间靠胶水、胶带或者钢夹等固定。线圈之间，最外层线圈和磁芯的外部有胶带绝缘。对于有些对耐压要求低的变压器，线圈也可直接绕制在磁芯上，线圈之间的绝缘胶带也不必使用。

本实施例的变压器的制备包括下述步骤：

S1：将磁性材料流延形成至少一个磁芯单体的磁体胚体。

S2：在至少一个所述磁体胚体的一个表面，流延一层弱磁性氧化物层以形成间隙层胚体或在至少一个所述磁体胚体的一个表面，交替流延弱磁性氧化物层与磁性材料层以形成所述间隙层胚体，两者分别用于形成以单层弱磁性氧化物层作为间隙层的磁芯和多层交错结构的间隙层的磁芯。

S3：烧结步骤S2的产品得到磁体和间隙层一体化的磁芯单体，该磁芯单体以所述间隙层作为接触面；

S4：将所述磁芯单体与带有线圈的骨架相固定，或者将线圈直接绕制在磁芯单体上与其它磁芯单体固定。

然后进行变压器生产的其他工序，例如，变压器含浸和烘烤、测试等。

其中弱磁性氧化物层的材料按质量比包括：Fe₂O₃30-70%、ZnO10-30%和CuO1-10%，烧结后的相对磁导率值范围为1~5。

如图1所示，是具有单层弱磁性氧化物层的磁芯单体10的示意图，磁体11是磁性材料，如镍锌铁氧体。弱磁性氧化物层12是Fe₂O₃、ZnO、CuO等成分。整个磁芯可以通过流延一个厚层磁材11，然后再在表面流延弱磁性氧化物层12，然后把磁芯放置在烧结炉中烧结而得到。通过流延方法制得的弱磁性氧化物层12的单层厚度介于6~200μm之间，优选6-100μm之间，当厚度较小时，公差可以控制在1微米以内。这个尺寸精度比传统磁芯加工获得尺寸精度容易，这对需要大电感量的变压器来说是非常重要的。并且当需要的弱磁性氧化物层12的厚度比本发明能够制作的厚度小时，可以通过使用相对磁导率接近空气的弱磁性材料进行调节，这时12的厚度就可以增大了，使它可能达到目前生产的加工水平。

如图2所示，是具有单层弱磁性氧化物层的变压器的磁芯单体10和另外一个磁芯单体30的组装局部示意图。弱磁性材料12通过胶水40和另外的磁芯单体30粘接。这个磁性器件的间隙可以认为是弱磁性材料12和胶水40组成。当材料12的厚度比胶水的厚度大很多的时候，间隙的厚度可以认为就是12的厚度；当材料12的厚度与胶水的相差不大时，胶水的厚度对器件的影响就会很大，需要认真控制胶水的厚度。相对传统的通过垫胶带和瓷板得到气隙的方法，使用本方法的器件制作流程比较简单。如果通过钢夹固定磁芯，则磁芯的间隙主要就是弱磁性材料12的厚度。

如图3所示，是本发明的一个磁性氧化物层和弱磁性氧化物层多层交错结构的磁芯20的示意图。在磁芯单体21的表面流延一层弱磁性材料22-1，然后在22-1表面流延磁性材料23-1,23-1的材质可以和磁体21的相同。然后再在表面流延弱磁性材料，再流延磁性材料。22和23结构不断的重复，最后在磁体21的表面是22-N或者23-N。这样就形成了一个磁体21表面的磁性氧化物层和弱磁性氧化物层重复的夹层结构。相对于集中式的较大气隙的器件，磁场在夹层结构中传播时，每个弱磁层的传输距离小，泄漏到空气中的磁场少，对周围的器件影响小，能量的损耗小。

如图4所示是本发明的一个磁性氧化物层和弱磁性氧化物层多层交错结构的变压器磁芯的磁性器件的组装部分的示意图。磁芯20的表面层22-N或者23-N和30的表面通过胶水40粘接。

图5是一个减小磁性材料接触面间隙的单层弱磁性氧化物层的变压器的组装部分示意图。为了得到较大的电感值，优选需要几个磁芯单体的接触面有很高的平面度，同时必须减小接触面粘接胶水的厚度的影响。可以在磁芯单体的接触面的侧面开两条凹槽40，把几部分磁芯紧密固定后，然后在凹槽40里放置胶水，这样磁芯之间大部分就是直接接触，部分磁芯接触面只有很小的气隙，这样就可以减小胶水厚度对电性的影响。同理，对于夹层结构的磁性器件，也可以通过类似的方法处理。用钢夹把几部分磁芯固定时，接触面就没有胶水的影响，绝大部分接触面是直接接触了。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无空气隙的变压器的制造方法，所述变压器包括磁芯和线圈，所述磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面，所述制造方法包括以下步骤：

S1：将磁性材料流延形成至少一个磁芯单体的磁体胚体；

S2：在至少一个所述磁体胚体的一个表面，交替流延弱磁性氧化物层与磁性材料层以形成间隙层胚体；

S3：烧结步骤S2的产品得到磁体和间隙层一体化的磁芯单体，该磁芯单体以所述间隙层作为接触面；

S4：将所述磁芯单体与带有线圈的骨架相固定，或者将线圈直接绕制在一个磁芯单体上与其他磁芯单体直接固定。

2.根据权利要求1所述的无空气隙变压器的制造方法，其特征在于：所述弱磁性氧化物层的材料按质量比包括：Fe₂O₃30-70％、ZnO10-30％和CuO1-10％，烧结后的相对磁导率值范围为1～5。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于:每层所述弱磁性氧化物层的厚度介于6μm至200μm间。

4.一种无空气隙的变压器，包括磁芯和线圈，所述磁芯至少包括两个磁芯单体，每个磁芯单体至少包括一个与其他磁芯单体接触的接触面，其特征在于：

至少一个所述的磁芯单体上包括通过流延、共烧结形成的作为接触面的间隙层，所述间隙层包括交替叠置的弱磁性氧化物层与磁性材料层；所述磁芯单体与带有线圈的骨架相固定，或者将所述线圈直接绕制在一个磁芯单体上后与其他磁芯单体相固定。

5.根据权利要求4所述的无空气隙变压器，其特征在于：所述弱磁性氧化物层材料按质量比包括：Fe₂O₃30-70％、ZnO10-30％和CuO1-10％，烧结后的相对磁导率值范围为1～5。

6.根据权利要求4或5所述的无空气隙变压器，其特征在于：每层所述弱磁性氧化物层的厚度介于6μm至200μm间。