CN1042866C - 线圈元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线圈元件，本发明的一个目的在于线圈元件的小型化和薄型化，打高热辐射及降低磁漏。本发明的线圈元件包括在两端具有楔形面的Ⅰ形叠层铁芯，以及一对具有适于与Ⅰ形叠层铁芯的楔形面相配合的楔形面的C形叠层铁芯，Ⅰ形叠层铁芯与C形叠层铁芯结合从而被一对C形叠层铁芯的楔形面的内表面压着。

Description

线圈元件

本发明涉及诸如变压器，扼流线圈或其它几种用于电器的线圈元件，也涉及在其中使用的铁芯的冲压方法。

这些年来，诸如变压器，扼流线圈或其它几种用于家用电器的线圈元件，已经愈来愈薄和小，而同时又需要增强电性能，如低损耗，生热少，高效率，以及低漏磁通。在这种情况下，这些线圈也需要有提高生产率的结构，并且相应地，需要高效且经济的冲压铁芯的方法。

在传统线圈元件中，以变压器作为例子将在下面结合图22至27介绍。参照图22至23，绕组3包括绕在在两端具有凸缘的线圈骨架2上的初级绕组和次级绕组，以及一个E形叠层铁芯4，该铁芯4具有预定的厚度插入线圈骨架2，而同时还有一个具有预定叠层厚度的1形叠层铁芯5，以紧靠E形叠层铁芯4的磁铁腿末端。然后，两铁芯4,5的贴合部分通过焊接或使用金属框架或其它方法而固定在一起，从而形成变压器。

根据上述布置，如图24(a)和(b)所示，线圈所需的空间不可避免地小了，这是由于绕组3或线圈骨架2的外围部分与E形叠层铁芯4的两个外侧磁铁腿之间的间隙A，这依赖于E形叠层铁芯插入线圈骨架2的方向，以及由于线圈骨架2的中间孔洞与E形叠形铁芯4的中间磁铁腿之间的间隙a，以及还由于因缠绕张力而引起的线圈骨架2的变形所必需的间隙B，或其它类似原因，相应地，妨碍了变压器小型化和薄型化。

又，由于上述间隙A,B的构造，在线圈绕组3或线圈骨架2与E形叠层铁芯4之间存在空气层，产生不利的热辐射，从而温度上升急剧，而且可能进一步引起振动，因此，变压器的可靠性降低。

又，由于变压器的铁芯使用E形叠层铁芯4和I形叠层铁芯5，两铁芯4,5的贴合部分是对磁通正交的，从而贴合部分成为一个磁隙，相应地，通过贴合部分的磁漏变得很严重，导致降低漏磁非常困难。

此外，由于上述提到需极大地利用间隙，这样绕组3必须按顺序地或均匀缠绕以最大限度地有效利用绕组空间。相应地，绕线需要大量人力，而且，绕线设备的成本变得昂贵。

又，如图25所示，如果E形叠层铁芯4插入线圈骨2的角度偏离规定，或者绕组外径如图26所示过大，E形叠层铁磁铁腿的棱角可能会在插入E形叠层铁芯4的时候损坏绕组3的外表面，导致绝缘损坏，相应地，其安全性较低。

如上所述，由于经常发生增加绕组3直径的情况，如图27所示，绕组3要用绕组整形器6来压两对边，以便在绕组3形成后使其直径符合要求。然而，这种整形引起线圈骨架2毁损和变形，从而遭致如绕组3绝缘层的毁损或低劣，就是说，有关可靠性产生了严重问题。

本发明就是为了消除上述传统配置固有的缺点，相应地，本发明一个目的是提供一种线圈部件，它轻、薄、小，并且电性能优异。

为了解决上述难题，本发明提供了一种线圈元件，其中一块在两端三角形部分具有两边楔形面的I形叠层铁芯插入绕组的中央部分作为中间磁铁腿，一对在两端具有分别与所述的I形叠层铁芯的三角形部分的楔形面相配合的楔形面的C形叠层铁芯被用来作为两边的磁铁腿，而且所述的一对C形叠层铁芯与所述的I形叠层铁芯相结合，其特征在于在所述的C形叠层铁芯的内表面和所述的绕组的外表面之间插入一块隔片，以使所述的一对C形叠层铁芯的内表面压在所述绕组的外表面上。

用这种布置，绕组与铁芯之间的间隙能变小而减小空气层，从而可能达到减少线圈元件的重量、厚度和尺寸并提高其电性能。

图1是本发明线圈元件一个实施例所示变压器的部件分解透视图；

图2是图1中所示变压器的透视图；

图3(a)和(b)是变压器中间隙的截面图；

图4(a)至(d)是用于变压器中绝缘片的透视图；

图5是变压器装配的截面图；

图6是作为变压器中重要部分的绕组与绝缘片之间关系的截面图；

图7是作为变压器中重要部分的铁芯的冲压成型的平面图；

图8是作为变压器中重要部分I形和C形叠层铁芯联合的截面图；

图9是作为变压器中重要部分的I形和C形叠层铁芯贴合部分的截面图；

图10是图9中所示作为变压器中重要部分的贴合部分的截面图；

图11是根据本发明的另一个实施例中作为变压器中重要部分的贴合部分的截面图；

图12所示为根据本发明的另一个实施例中作为变压器中重要部分的贴合部分的截面图；

图13是根据本发明作为变压器中重要部分的贴合部分在焊接之后的截面图；

图14所示为在另一实施例中变压器的分解透视图；

图15所示为另一实施例中变压器的截面图；

图16所示为另一实施例中变压器的截面图；

图17所示为另一实施例中变压器的分解透视图；

图18所示为另一实施例中变压器挤压和装配步骤的截面图；

图19(a)至(d)所示为几个实施例中作为变压器重要部分的铁芯的透视图；

图20(a)至20(d)所示为几个实施例中作为变压器重要部分的铁芯的透视图；

图21所示为另一实施例中变压器的透视图；

图22所示为在传统线圈元件时变压器的分解透视图；

图23是如图22中所示变压器的透视图；

图24(a)至(b)所示为变压器的截面图；

图25所示为作为变压器重要部分的E形叠层铁芯插入线圈骨架中的一种情况；

图26所示为作为变压器重要部分的E形叠层铁芯插入线圈骨架中的一种情况；

图27所示为变压器挤压和装配的透视图。

下面结合图1至6来说明本发明的一个实施例。

首先参照图1至3(b)，将介绍一种作为线圈元件典型实例的变压器。线圈骨架7在其两端具有凸缘8，在其上面绕有由至少一个初级线圈和一个次级线圈组成的线圈绕组9。绕组9的绕组起始部分，中间抽头和绕组末端部分与线圈绕线管7的凸缘8上面的端电极10相连。

一个I形叠层铁芯12，作为中央磁铁腿，具有预定的叠层厚度适合在线圈骨架7的中央孔洞11。I形叠层铁芯12在其两端具有成45度楔形面13的三角形部分14。

又，一对C形叠层铁芯15作为外边磁铁腿，具有适合插入线圈骨架7两对边的预定的叠层厚度。每个C形叠层铁芯15在其对端部分有楔形面13a，适合与I形叠层铁芯12的三角形部分的楔形面13相配合。这些C形叠层铁芯15与I形叠层铁芯12的两边结合构成一个0状形闭合磁路铁芯。

又，在C形叠层铁芯15插入线圈骨架7两边期间，在C形叠层铁芯15的内表面铺上隔片16来保证C形叠层铁芯15和绕组9之间的绝缘。

又，这些C形叠层铁芯15的大小这样设计，即在C形铁芯15与1形叠层铁芯12在线圈骨架7的两边相接合时，C形铁芯15压在缠在线圈骨架7上的绕组9的外表面，而使两端的楔形面13a与I形叠层铁芯12的三角形部分14的楔形面13相配合。这样C形叠层铁芯15紧靠I形叠层铁芯的两边，贴合部分通过焊接或利用固定器来固定，从而作成变压器。

上述构造中绕组9与铁芯之间的间隙将结合图3a)和(b)来说明。线圈骨架17的中央孔洞11是有范围的，以便与I形叠层铁芯12的间隙C变小，而且线圈骨架7的凸缘8的高度h被设置成与0形闭合磁回路铁芯开口的尺寸相等，该0状铁芯是通过让C形叠层铁芯15的楔形面13a与I形叠层铁芯12的楔形面13相接合而形成的。

因此，绕组9可以绕得不整齐或不均匀，而且甚至绕组的直径超过线圈骨架7的凸缘8的高度，C形叠层铁芯的骨架内表面适合于与绕组9相接触，挤压和成形比线圈7的凸缘8稍高的绕组9的外表面，而且，C形铁芯与I形叠层铁芯12相配合而同时校正因绕组张力引起的骨架7的形变。

通过上述布置，即使绕组9的环路之间有空隙，这些空隙可以通过施加在C形叠层铁芯15上的压力消除，结果可能得到仅在线圈骨架7与I形叠层铁芯12之间有间隙C的变压器，焦耳热有效地通过铁芯从绕组9辐射到外界。

注意如果I形叠层铁芯12的外圆表面包上或涂上一层合成树脂以便形成一层可以代替线圈骨架7的绝缘层，间隙C可以去除以便提高上述提及的热辐射效果。

又，隔片16可以有如图4(a)至(d)所示的各种形状，即，一种U形，一种形状为四边有由直角块17的矩形块，其中两列边沿一个方向直立而另两块沿与前两块相反的方向直立，一种简单的片状或者一种厚度很厚的形状，而且可以由具有优越热传导及绝缘性能的材料制成，如纸，无纺织布或聚脂薄膜。如图5所示，在使用由无纺织布或类似的海绵状隔片16的情况下，在组装C形叠层铁芯时可以压绕组9，比在使用由聚脂薄膜，纸或其它材料制成的隔片16的情况下更有弹性，因此可以提高隔片16和绕组9之间的粘合力而增强热辐射，从而可以减小作用于绕组9上的应力

又，如果不用隔片16的话，C形叠层铁芯15的内表面可以被涂上一层绝缘材料以达到同样的效果。

又，因为I形叠层铁芯12和C形叠层铁芯15的贴合面是与磁通方向成45度的楔形面13,13a，所以施加给C形叠层铁芯15外侧两磁铁腿的磁力线是直角弯曲的，且贴合面的面积是传统变压器的1.4倍，即贴合面的面积可以增加。因此，即使在贴合面之间有磁隙漏磁也可相对减少。注意虽然在上述实施例中解释了楔形面13,13a具有45度角，楔形面不应仅限于45度角，而可以具有任何各种角度。

又，图7表示了冲压I形叠层铁芯和C形叠层铁芯15的方法，其中一对C形叠层铁芯15在沿与环匝宽度B垂直的方向相对固定，而C形叠层铁芯15中的一个沿与环匝宽度B垂直的方向移动，并且1形叠层铁芯12位于相对的C形叠层铁芯15之间的中间部分。这样，铁芯环18被接连冲压。

下面将解释实施例2至5，其中与实施例1中相同部分仍用同样的代码以略去对相同部分的说明。

(实施例2)

图8所示为具有θ状闭合磁路结构的线圈部分，其中I形叠层铁芯12的三角形部分14的顶点部分被焊熔以便提高性能，该顶点12是在1形叠层铁芯12两端的三角形部分的楔形面与C形叠层铁芯15的楔形面13a相接合时，从C形叠层铁芯15的贴合面向外伸出的。

又，如图9所示，I形叠层铁芯12的顶点部分19a可以是一个梯形，以便提高焊熔能力。

通过焊熔具有如图8或9所示形状的I形叠层铁芯12的顶点部分19或19a，如图10所示的顶点部分19b的熔接深度L可以比没有顶点部分19的熔接长度的一半小。磁效果如在θ状闭合磁路中的磁通阻碍通过焊熔可以减至最小，因此，在顶点19b的涡流损失被减少，从而能够达到减少损失和漏磁的目的。

(实施例3)

接着，图11所示的这种布置是I形叠层铁芯12的顶端，在I形叠层铁心两端三角形部分的楔形面13与C形叠层铁芯15的楔形面13a相接合时，位于C形叠层铁心15的贴合部分20的里面，从而可以提高焊熔能力和性能。在这种布置中，当I形叠层铁芯12被夹在C形叠层铁芯15之间之后，如图11所示的贴合部分20被焊接和固定，以便得到一个如图13所示的焊接部分21，因此，0状闭合磁铁回路的形成可以由于两点连接而设有因焊接而产生的I形叠层铁芯15性能的破坏，从而损失可以减少而且焊接便利，从而能导致线圈部分高度的生产能力。

又，如果I形叠层铁芯12是用取向性硅钢片或类似的高等级铁芯而C形叠层铁芯15又是用非取向性硅钢片，则C形叠层铁芯15的铁芯损耗与取向性硅钢片相等，因此，因为C形叠层铁芯15是由非取向性硅钢片制成而使得漏磁可以减少。又，由于C形叠层铁芯15由非取向性硅钢片制成使得焊接容易。

又，贴合部分20可以如图12形成，其中在C形叠层铁芯15的楔形面13a的上端是平直部分，以便形成平面粘合部分20a，然后如图13所示被焊接在一起。

(实施例4)

图14所示的一种布置是为了提高性能和提高铁芯压模耐久性，其中圆形部分的曲率半径(下面简称“半径R23”)为a/50到a/5，这里a是一对C形叠层铁芯15的磁铁腿的宽度，圆形部分在C形叠层铁芯内角22里面。内角半径R23越大，就能更好地使绕组9夹在C形叠层铁芯之间。又，即使只有一个内角被弄圆也没什么事。

对于上述结构的磁回路，由于磁通以高磁通密度通过C形叠层铁芯15的内角22快速流动，很难发生泄露，从而减少了激励电流，铁芯损耗以及漏磁。结果，效率提高从而温升被抑制，并且，线圈元件可以尽量小，从而可能去掉必需使用的含大量硅的铁芯，必需的退火铁芯，以及必需的磁屏或短路环(shot-ring)附件。进而，可能提高用于铁芯压模的寿命。

图15和16所示的布置为在C形叠层铁芯15的内角22有楔形部分24。通过这种布置，可以获得相似的效果。

(实施例5)

图17所示的布置目的在于提高装配能力和质量，其中I形叠层铁芯12被叠层然后插入线圈骨架7的中间孔洞11，一对C形叠层铁芯15在两端具有适合与上述I形叠层铁芯12的楔形面13相配合的楔形面13a，并具有适合与绕组9接触并通过粘合物25有弹性地固定在一块的内表面，然后I形叠层铁芯12的楔形面13的顶端的点31与C形叠层铁芯15相配合并被焊接从而得到如图21所示的最终产品。在此方法中，叠层的端面不需要那么高的精确度，因为它是有弹性地固定在一块的。又，由于在如图18所示组装期间的挤压，楔形面13,13a相互成紧密接触，从而提高性能并消除差频振动，又，由于叠层铁芯是逐个挤压的，压模可以具有一个简单的结构从而压床的转速可以提高，因此可以降低制造成本。

如图19(a)至20(d)所示，利用粘合物25有弹性地固定方法，不应限于运用到一对C形叠层铁芯15的内表面，还可还用到除了楔形面以外的任何其它部分。进而，I形叠层芯12可类似地有弹性地固定在一块。对于C形叠层铁芯15，因为由于其形状，仅在外表面固定造成楔形面的缝隙，所以在与绕组9接触的表面固定是有效的。聚脂粘合带，无磁金属膜如涂上粘合物的铝膜，熔融树脂，橡胶或聚丙烯粘结剂等可以作为粘合物25。这些材料可起基本相同的作用。

由于根据本发明的线圈元件是按上述形成的，在绕组，线圈骨架和铁芯之间的间隙可以减少从而在它们中间形成的空气层可以尽量小，因此可以显著改善绕组的空间因素和热辐射。

特别是，因为隔片插在C形叠层铁芯的内表面和绕组的外表面之间，空气层可进一步减少，振动的发生如差频振动可减至最小。又，因为I形叠层铁芯和C形叠层铁芯是利用楔形面而互相贴合，漏磁的发生可显著地减少，从而即使对具有高封装密度的最新电器的布置也能发挥充分的作用。

又，因为在装配期间对绕组没有损伤，因此具有优秀的绝缘的可靠性。

又，在这种布置中I形叠层铁芯的三角形部分的顶端是固定和焊接在C形叠层铁芯的贴合部分的外面或里面，因而可以达到减少由于焊接的激励电流损耗，降低损耗，提高效率以及降低漏磁。又，即使I形叠层铁芯的材料与C形叠层铁芯的材料不同从而降低损耗和漏磁，还是能够达到提高焊接的加工性能和稳定质量，从而生产率会很出色。

又，在这种布置中，具有高磁通密度的C形叠层铁芯的内角是圆形或楔形，所以磁通可以很容易流动而很难泄漏，从而能够抑制温升从而可以使线圈元件小型化，能够不必用含大量硅的铁芯，并且使用退火工艺从而降低制造成本，就是说经济合算。进而，能够提高所使用的压模的寿命。

又，在这种布置中，I形块铁芯和C形块铁芯是通过有弹性的粘合物而有弹性地固定的，在装配期间不会分离成小片从而加工性能优秀，又，C形叠层铁芯的整个内表面可以压着绕组从而可以使绕组免遭损坏。又，可以为绕组获得大量空间，不仅可以作得薄和小型化，而且由于有弹性地固定的铁芯块而使得必须的高尺寸精度可以免除。又，每块铁芯具有间隙使得所需精度可以通焊接期间的挤压获得，又，铁芯当然可以一块一块地粘连，能够提高性能，以及消除铁芯块的偏差和低劣尺寸。

又，由于压床的转动速度可以增加，可以得到包括提高铁芯生产率的若干优点。

下表列出了图中的标号的释义

1……凸缘

2……线圈骨架

3……绕组

4……E形叠层铁芯

5……I形叠层铁芯

6……绕组整形器

7……线圈骨架

8……凸缘

9……绕组

10……电极

11……中间孔洞

12……I形叠层铁芯

13……楔形面

13a……楔形面

14……三角形部分

15……形状叠层铁芯

16……隔片

17……曲片

18……铁环

19……顶部

19a……顶部

19b……顶部

20……贴合部分

20a……平面贴合部分

21……焊接部分

22……内角

23……曲率半径

24……楔形面

25……粘合物

26……点

Claims (8)

1．一种线圈元件，其中一块在两端三角形部分具有两边楔形面的I形叠层铁芯插入绕组的中央部分作为中间磁铁腿，一对在两端具有分别与所述的I形叠层铁芯的三角形部分的楔形面相配合的楔形面的C形叠层铁芯被用来作为两边的磁铁腿，而且所述的一对C形叠层铁芯与所述的I形叠层铁芯相结合，其特征在于在所述的C形叠层铁芯的内表面和所述的绕组的外表面之间插入一块隔片，以使所述的一对C形叠层铁芯的内表面压在所述绕组的外表面上。

2．权利要求1所述的线圈元件，其特征在于从与所述的组装在一起的一对C形叠层铁芯的贴合部分向外突出的I形叠层铁芯的三角形部份的顶端被焊接，从而形成一个e形闭合磁回路。

3．权利要求1所述的线圈元件，其特征在于所述的I形叠层铁芯的顶端位于被组装在一起的所述的一对C形叠层铁芯的贴合部分的里面，而且所述的C形叠层铁芯的贴合部分被焊接在一起从而形成一个e形闭合磁回路。

4．权利要求3所述的线圈元件，其特征在于所述的I形叠层铁芯的材料不同于所述的C形叠层铁芯的材料。

5．如权利要求1所述的线圈元件，其特征在于插入了一对C形叠层铁芯，该铁芯具有a/50到a/4曲率半径的圆形内角，这里a是所述C形叠层铁芯两对边磁铁腿的宽度。

6．权利要求1所述的线圈元件，其特征在于在所述的一对C形叠层铁芯的两边磁铁腿的内角形成一个楔形面。

7．权利要求1所述的线圈元件，其特征在于所述的一对C形叠层铁芯的内端部分通过粘合物有弹性地固定在一块，而且所述的I形叠层铁芯和所述C形叠层铁芯是这样结合的，即让所述的绕组的外表面通过所述C形叠层铁芯的内表面压在所述I形叠层铁芯上面。

8．权利要求1所述的线圈元件，其特征在于所述的C形叠层铁芯和所述I形叠层铁芯在除了所述的楔形面以外的端面通过粘结物有弹性地固定在一块。

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