CN105869733B - 电感器及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导线、使用该导线的电感器、及使用该电感器的电子装置。所述导线为扁线形状，所述导线包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合。本发明采用的导线的形状可提升环形磁芯内可绕制线圈的匝数，或在匝数不变的情况下可增大导线的横截面积以得到高电感量。

Description

电感器及电子装置

技术领域

本发明涉及电感器技术领域，尤其涉及环形立绕式电感器，以及该电感器中使用的导线及使用该电感器的电子装置。

背景技术

现有电感器中，越来越多的电感器使用横截面为矩形的扁平导线绕设于电感磁芯上的设计取代使用圆形导线的设计，以改善电感的特性、并同时提高导线形成的绕组线圈和空气接触的散热面积，图1示出现有技术采用的横截面为矩形的扁平导线的示意图，图2示出采用图1所示的导线绕制成线圈的电感器10的示意图，图3示出图2所示的电感器10的剖示图。可以看出，导线12按照延伸方向围绕环形磁芯15进行弯曲绕线，线圈的匝与匝间按照扁平导线的宽度d1方向进行圆弧扇形排列。如果环形磁芯15尺寸及导线12的截面尺寸确定，电感器10中能够绕制的最大匝数也就限定了。如图3所示，导线12在环形磁芯15内部靠近环形磁芯的中心，形成一个按照导线12宽度d1构成的半径为r的近似圆弧。其绕组匝数N、导线10的宽度d1及圆弧半径r满足下列关系：N≤2πr/d1。

为了尽可能地得到大电流下的高电感量，需要增大导线截面积，如果增大导线12宽度d1，将降低磁芯内能够绕制的最大匝数。而由于构成电感器的电感量与线圈匝数N的平方成正比，因此如果能够在环形磁芯尺寸确定的情况下，尽可能多地提高绕线的匝数已经成为业界亟需解决的课题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够提高电感器绕线匝数的导线及应用该导线的电感器及电子装置。

本发明的实施例提供一种导线，所述导线为扁线形状，包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合。

作为一种优选方案，所述导线的横截面为梯形。

作为一种优选方案，所述导线的横截面为等腰梯形。

作为一种优选方案，所述等腰梯形的底角的范围为85至89度。

作为一种优选方案，所述顶面至底面的距离为7.5～8毫米，所述底面的宽度为1～1.2毫米，所述顶面的宽度为0.45～0.6毫米。

作为一种优选方案，所述导线的底面向顶面以微弧曲面渐渐缩合。

作为一种优选方案，所述微弧曲面为向导线外突出的弧面，或所述微弧曲面为向导线内凹陷的弧面。

本发明的实施例提供一种电感器，包括：

环形磁芯；

线圈，所述线圈由如上任一项所述的导线围绕所述环形磁芯立绕形成，所述导线的底面贴近所述环形磁芯。

作为一种优选方案，该电感器包括一个或多个线圈。

作为一种优选方案，该线圈由一条或多条导线并排绕制而成。

作为一种优选方案，所述线圈由两条横截面的面积不同的导线并排绕制形成。

作为一种优选方案，所述两条导线的高度不相等，高度较高的导线相邻两匝的顶面之间接触，高度较矮的导线绕置于高度较高导线相邻的两匝之间。

本发明的实施例还提供另一种电子装置，包括

环形磁芯；

由两条横截面的面积不同的导线并排绕制形成的线圈，所述两线圈之间为并联或串联连接；

所述导线包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合。

作为一种优选方案，所述两条导线的高度不相等，高度较高的导线相邻两匝的顶面之间接触，高度较矮的导线绕置于高度较高导线相邻的两匝之间。

作为一种优选方案，流过所述高度较高的导线的电流不同于流过高度较矮的导线的电流。

本发明实施例中，可以在保持导线的横截面积基本不变的情况下，对导线的外部形状进行改进，可提升环形磁芯内可绕制线圈的匝数，或在匝数不变的情况下可增大导线的横截面积以得到高电感量。

附图说明

附图中：

图1示出现有技术采用的横截面为矩形的扁平导线的示意图；

图2示出采用图1所示的导线的电感器的示意图；

图3示出图2所示的电感器的横截面；

图4示出本发明第一实施例的电感器的立体分解图；

图5示出本发明第一实施例的导线的示意图；

图6示出发明第一实施例的电感器的部分横截面的示意图；

图7示出本发明第二实施例的导线的示意图；

图8示出本发明第三实施例的导线的示意图；

图9为本发明第二实施例的电感器的横截面的示意图；

图10为本发明第二实施例的电感器的线圈的示意图；

图11为本发明电子装置的电路示意图；

图12为本发明第三实施例的电感器的立体分解图。

主要元件符号说明

电感器	50、90、100
		环形磁芯	60、110
线圈	70、92、94、150
		第一磁芯段	62、120
第二磁芯段	64、130
		导线	40、42、44
顶面	420、440
		底面	422、442
端面	122、124、132、134

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

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。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参考图4，是本发明第一实施例的电感器50的示意图，所述电感器50包括环形磁芯60及线圈70，所示环形磁芯60为圆环形，所述环形磁芯60包括第一磁芯段62及第二磁芯段64。所述线圈70为采用如图5所示的导线40绕制形成。

请参考图5，图5示出本发明第一实施例的导线的示意图，所述导线40为扁线形状，其由电导材料如铜制成，其他一些实施例中，所述导线40也可由铁磁性材料制成。所述导线40的外周涂覆有绝缘层，使导线40形成漆包线的结构。本实施方式中，所述导线40的横截面呈等腰梯形。请一并参阅图4，将所述导线40绕制成线圈70时，采用立绕的形式，即梯形的下底形成线圈70的内壁，梯形的上底形成线圈70的外壁，所述线圈70的内壁尺寸与环形磁芯60的尺寸相适配。本实施方式中，所述等腰梯形的底角A的范围为85至89度。

请请一并参考图6，将所述等腰梯形的上底的宽度记为d2，下底的宽度记为d1，梯形的高记为h。环形磁芯60的内圆半径记为R，如果所述电感器50的线圈70采用单层绕组又以密绕(绕制时导线一圈挨一圈)的形式绕制，所述环形磁芯60内最多能够容置的绕组匝数N满足以下公式:N≤2π(R-h)/d2。将线圈70按匝数N绕制完成后套设于其中一磁芯段如第一磁芯段62后，将第一磁芯段62与第二磁芯段64用黏胶黏结固定成闭合磁环，即所述第一磁芯段62与所述第二磁芯段64之间设有粘合层，再将所述线圈70中的每一匝均匀排布于所述环形磁芯60上，梯形的下底紧贴环形磁芯60，即制成所述电感器50。

相比现有技术中采用横截面为矩形(宽度为d1)的导线绕制的线圈，梯形上底的宽度d2小于下底的宽度d1，环形磁芯60内可绕制的匝数N有显著提升，环形磁芯60的内径越大可绕制线圈的匝数提升越多。如图6和图2相比，匝数提高了6匝，因为构成电感器的电感量与线圈匝数N的平方成正比，图6所示的电感器的电感量显著提升到了图2所示电感器电感量的140％。依据本发明所示的应用，对于原本线圈匝数就非常少的电感器来讲，效果更为显著。

当然，采用本发明实施例所示的电感器，相较于现有技术，如果在线圈匝数不变的情况下，可以增大导线的厚度，即增大底边的宽度d1以增大导线的横截面积，亦可提高电感器的电感量。

本实施方式中，所述环形磁芯60为圆环形，其他实施方式中，环形磁芯60还可为跑道形，而且所述环形磁芯60包括的磁芯段的数量也可根据设计需要调整。所述环形磁芯60可以由硅钢、非晶态金属、纳米晶合金，或任何其它合适材料制成。

图7示出本发明第二实施例的导线42的示意图，本实施方式与图5所示导线的横截面的形状不同。具体于本实施方式中，所述导线42具有宽度不相等的顶面420及底面422，所述导线的底面422以向导线外突出的微弧曲面渐渐向导线的顶面420缩合，形成如图7所示的导线形状。

图8示出本发明第三实施例的导线44的示意图，本实施方式与图5所示导线的横截面的形状不同。具体于本实施方式中，所述导线44具有宽度不相等的顶面440及底面442，所述导线的底面442以向导线内凹陷的微弧曲面渐渐向导线的顶面440缩合，形成如图8所示的导线形状。

本领域的技术人员可以理解，导线两侧的形状可以是对称的，也可以是不对称的，例如，导线的横截面还可以为不等腰梯形，也可以导线一侧面为外突的微弧曲面，另一侧面为平面或内凹的微弧曲面，这取决于电感器的设计需求。依据本发明的设计构思，将导线横截面进行不同于圆形或方形的设计，所述导线包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合。这样的导线绕制成线圈后，于环形磁芯内所能绕制的匝数得到显著提升或在匝数不变的情况下可增大导线的横截面积，以尽可能地得到电感器在大电流下的高电感量。

而且，导线的扁型结构特别适用于频繁弯曲的场合，不扭结，折叠整齐，尤其适用于绕制电感器或电机的线圈。本发明对导线的横截面的形状做了不同的设计，其对导线的拉伸或切削工艺的水平要求很高，比如需考虑拉线模具的制作，模具的孔型设计、对金属线材施加的拉力大小、拉制速度、润滑剂的选用等各种条件配合才能制出本发明所示的导线40、42、44。本发明各实施例所示的导线40、42、44，其根据设计需要可设置成不同尺寸，如所述顶面至底面的距离(于图5中所示的导线40，即为梯形的高h)可为7.5～8毫米，所述底面的宽度(于图5中所示的导线40，即梯形的底边宽度d1)为1～1.2毫米，所述顶面的宽度(于图5中所示的导线40，即梯形的顶边宽度d2)为0.45～0.6毫米。

本发明的其他实施例中，电感器50中线圈的数量不限于一个，可以同一个环形磁芯上绕制两个或多个线圈，各个线圈可以进行并联或串联的连接组合，以形成单一电感或耦合电感。

请参考图9，为本发明第二实施方式的电感器90的横截面的示意图，本实施方式中，所述电感器包括两个线圈92、94，该两个线圈92、94分别由两条形状如图4所示的导线40并排绕制形成，绕制线圈92、94的两条导线的横截面的面积不同，两条导线40的高度亦不相同，绕制成线圈92、94后，如图10所示，线圈92、94的外周壁形成高低起伏形状，将如图10所示的线圈92、94套设至环形环形磁芯60上制成电感器90时，如图9所示，可以看出，高度较高的导线相邻两匝的顶面之间接触，以在环形磁芯60内部绕制最多的匝数，高度较矮的导线设置于高度较高导线相邻的两匝之间，以充分利用环形磁芯60的环壁绕制更多的匝数。可以看出本实施方式中，环形磁芯60上可绕制的线圈的匝数又有了显著的提升。

请参考图11，示出一电子装置160，如电源装置，包括如图9所示的电感器90，所述电感器90安装于该电子装置160内用于对输入的电源进行滤波处理。电子装置160工作时，根据电子装置中对电感器90的设计需求，线圈92和94分别接收不同的输入信号In1、In2，并对输入信号In1、In2进行处理产生对应的输出信号Out1、Out2。在线圈92、94中流过不同大小的电流，比如在横截面面积较大的导线绕制的线圈92中流过小电流，在横截面面积较小的导线绕制的线圈94中流过大电流。利用电感的特性，即利用感应电动势对电流改变的抵御作用，应用所述电感器90在很大程度上避免了电源装置160中的电源线与电源线之间产生的磁场进行相互干扰，避免了电源线磁场与地磁场之间相互干扰，从而保证了电源装置160中电流的稳定性。当然，电感器在电子装置中还可以起到振荡、延迟、陷波等作用，具体应用时，可根据设计需要确定电感器90中两个线圈与电路中其他元件的连接关系。

采用本发明电感器的实施方式，可以在保持导线的横截面积基本不变的情况下，对导线的外部形状进行改进，可提升环形磁芯内可绕制线圈的匝数，或在匝数不变的情况下可增大导线的横截面积以得到高电感量。而且电感器相邻匝之间为线接触，使线圈绕组中形成的寄生电容为所有匝数的串联，改善电感器的EMC效果。尤其使用两条导线并排绕制的形式时，环形磁芯内可绕制的匝数更是显著提升，而且线圈采用单层立绕的结构，增大了导线和空气的接触面积，利于电感器的散热，也消除了线圈内的高频临近效应，减小了电感的损耗。

请参照图12，为本发明第三实施例的电感器100的分解图，所述电感器100包括环形磁芯110、线圈150，所述环形磁芯110包括第一磁芯段120及第二磁芯段130，所述第一磁芯段120具有两端面122及124，所述第二磁芯段130具有两端面132及134。制作该电感器100时，先用模具制作出完整闭合的环形磁芯110；再以激光或刀具沿环形磁芯110的一直径进行滑槽并形成能够掰断的径向缝隙；沿该径向缝隙将该环形磁芯110掰断，以获得该第一磁芯段120及第二磁芯段130。所述第一磁芯段120的端面122与所述第二磁芯段130的端面132对应，所述第一磁芯段120的端面124与所述第二磁芯段130的端面134对应。从图12中可以看出，端面122及端面132上缘被激光或刀具切割处为平直的边缘即呈直线状，由于是通过掰断环形磁芯110形成，端面122、132、124、134的表面形成凸凹不平的形状，如在端面122上设有凸起，在端面132上相应的位置处即设有凹陷。而且，端面122及端面132的下缘及两侧缘由于掰开时的用力不同和制作环形磁芯110时材料的密度不均的关系至少有一边缘为非直线型边缘。

由于所述第一磁芯段120及第二磁芯段130是通过掰断的方式形成的，所述端面122、124、132、134上见不到电锯切割磁芯产生的磁芯材料粉末，避免了使用电锯切割方式造成的磁芯材料的损耗。而且，当将线圈150套设于其中一磁芯段上重新将第一磁芯段120和第二磁芯段130通过黏胶粘合合成环形磁芯110时，两个对应的端面由于凸凹平面的匹配，配合时彼此之间不会发生相对位移，使环形磁芯110的内外壁形成标准的圆柱面，减少了漏磁。所述黏胶形成粘合层设置于两端面122与132之间，及端面124及134之间。粘合层140与粘合的两个端面的形状相适应，也为凸凹不平面。两个对应的端面为凸凹不平面还可增加第一磁芯段120和第二磁芯段130之间的接合面积，提高第一磁芯段120和第二磁芯段130之间的粘结力，使结合后的环形磁芯110更加牢固稳定。所述线圈150可由如本发明实施例所述的导线40、42、44或其他现有的导线绕制。

采用本发明的环形磁芯的制作方法，磁芯材料的损耗少，第一磁芯段120和第二磁芯段130合成完整环形磁芯时的匹配度高，拼装方便，形成的电感器的漏磁率小。

本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要理解的是，术语“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一些实施例”、“具体于本实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电感器，包括环形磁芯及线圈，其特征在于：所述线圈由两条横截面的面积不同的导线并排绕制形成，所述两条导线的高度不相等，高度较高的导线相邻两匝的顶面之间接触，高度较矮的导线绕置于高度较高导线相邻的两匝之间，所述导线包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合，所述导线的底面贴近所述环形磁芯。

2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：所述导线的横截面为梯形。

3.如权利要求2所述的电感器，其特征在于：所述导线的横截面为等腰梯形。

4.如权利要求3所述的电感器，其特征在于：所述等腰梯形的底角的范围为85至89度。

5.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：所述顶面至底面的距离为7.5～8毫米，所述底面的宽度为1～1.2毫米，所述顶面的宽度为0.45～0.6毫米。

6.如权利要求1所述的电感器，其特征在于：所述导线的底面向顶面以微弧曲面渐渐缩合。

7.如权利要求6所述的电感器，其特征在于：所述微弧曲面为向导线外突出的弧面，或所述微弧曲面为向导线内凹陷的弧面。

8.一种电子装置，包括一电感器，所述电感器包括：

环形磁芯；

由两条横截面的面积不同的导线并排绕制形成的两线圈，所述两线圈之间为并联或串联连接；

所述导线包括宽度不相等的顶面及底面，且所述导线的左右两侧由所述底面向顶面渐渐缩合；

所述两条导线的横截面为梯形，两条导线的高度不相等，高度较高的导线相邻两匝的顶面之间接触，高度较矮的导线绕置于高度较高导线相邻的两匝之间。

9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于：流过所述高度较高的导线的电流不同于流过高度较矮的导线的电流。