CN106057463B - 一种功率电感及其绕制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率电感，包括磁环，该磁环上设有若干个由单根导线绕制而成的导线层；各导线层依次堆叠，且各导线的线径Di由内之外呈递减趋势，i≥1；各导线的起始端相互并联，构成电感输入端；各导线的出口端相互并联，构成电感输出端；各导线的截面面积之和满足n为导线层的层数，Si为各导线的截面面积，S为导线的截面面积之和的校准值；各导线所绕制的匝数Ni＝N，N为导线所绕匝数的校准值。本发明还公开了绕制上述功率电感的绕制方法。本发明的功率电感性能优异，具有电流密度高、直流阻抗小、寄生电容小、生产便利等优点。绕制本发明的功率电感的方法简单有效、有利于产品的批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件，尤其是涉及一种功率电感。本发明还涉及该功率电感的绕制方法。
背景技术
功率电感一般由磁芯(磁环)和导线组成，在电路中起滤波和振荡作用。目前，环形功率电感的常规绕制方法有3种，包括
方法一是选用多根线径相同的导线(漆包线)进行绕制；在方法一的绕制方式中，各导线规格相同，导线可采取在磁环上绕制两匝后回绕一匝的多匝绕制方式，也可采取中线分两侧的对称绕制方式，还可采取连续多层绕制的绕制方式；
方法二是选用多根线径相同的导线(漆包线)进行绕制；在方法二的绕制方式中，需先采用一根导线在磁环上绕制1层导线层，随后，不断采用另一根导线在已绕制的导线层的基础上进行绕制；
方法三是采用漆包铜扁线立绕结构，利用漆包铜扁线在磁环上进行绕制。
上述3中不同的绕制方法中，虽然方法一的制作工艺较为简单，但是，采用方法一生产功率电感时，工艺流程需要在制造管理上严格把关，以避免不同人员或设备上存在工艺偏差而导致所生产的功率电感的寄生电容不稳定，但这会导致员工劳动强度大，不利于自动化制造，漏磁影响范围大；采用方法二生产的功率电感，其寄生参数稳定，漏磁量影响范围少，也可实现自动化制造，但需要设计和计算出各一层绕制结构下各根线的排布，要求工艺制作的空间预留大，只针对设计上非常或较宽松的元件方案，不利于功率电感的小型化发展；而采用方法三生产的功率电感，其散热面积大，寄生参数稳定，但其设计前期的制作周期长，开模费用高，铜线的成本也比其他绕制方法高20％～30％。
因此，有必要研究一种新的功率电感和生产这种功率电感的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种寄生电容小、漏磁小、散热面积大、可自动化生产的功率电感以及生产这种功率电感的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种功率电感，包括磁环，特别的，该磁环上设有若干个由单根导线绕制而成的导线层； 各导线层依次堆叠，且各导线的线径Di由内之外呈递减趋势，i≥1；各导线的起始端相互并联，构成电感输入端；各导线的出口端相互并联，构成电感输出端；各导线的截面面积之和 满足n为导线层的层数，Si为各导线的截面面积，S为导线的截面面积之和的校准值；各导线所绕制的匝数Ni＝N，N为导线所绕匝数的校准值。
上述各导线层依次堆叠，且各导线的线径Di由内之外呈递减趋势是指第一层导线层绕制在磁环上，而第二层导线层则绕第一层导线层完成绕制，并依次类推；而绕制在磁环上的若干个导线层，最靠近磁环的导线层的线径最大，最远离磁环的导线层的线径最小。构成各导线层的导线的线径随远离磁环而逐渐缩小，呈递减趋势，以便位于外层的导线更易绕制在位于内层的导线上。
上述导线的截面面积之和的校准值是指绕制传统功率电感所使用的导线的截面面积之和，即采用方法一绕制功率电感所使用的导线的截面面积之和。
上述导线所绕匝数的校准值是指绕制传统功率电感时，导线所需绕制的匝数。
传统功率电感，一般采用多根线径相同的导线进行绕制，而本发明的功率电感，每根导线的绕制过程与现有电感的绕制要求相同，制作简单，生产便利。为获得与传统功率电感近似的性能参数，本功率电感的各导线的截面面积之和趋向接近校准值S，其误差在5％以内。通过利用不同线径的导线在磁环上分别绕制线圈，所得功率电感与对比功率电感相比，其电流密度可达到最高值，直流阻抗小，同时，电感寄生电容较小，可使功率电感的频响宽度相应增大，在多匝数大功率电感的批量生产中，可获得稳定一致的分布电容，性能优异。
为保证功率电感的散热效果，该磁环内应形成有散热孔，以便功率电感工作时，导线产生的热量能迅速散发至外界。
绕制各导线层的导线可以是单芯线，也可以是多股线。导线选用单芯线还是多股线并不会影响本功率电感的性能。
针对上述功率电感，本发明还研究了对应的绕制方法，其方案如下：
一种功率电感的绕制方法，特别的，包括以下步骤：
A、计算校准值：根据对比功率电感的参数，计算导线的截面面积之和的校准值S以及导线所绕匝数的校准值N；
B、选取适用导线：根据导线的截面面积之和的校准值S，选取线径分别为D1、D2……Dn 的导线，并使其满足D1＞D2＞…＞Dn，且Si为各导线的截面面积；
C、绕制线圈：将线径为Dn的导线绕第n-1层导线层和磁环均匀绕制N匝，形成第n层导线层，n≥1；
D、重复步骤C，直至所有导线绕制完成；
E、制作输入输出端：将绕制线圈所用的各导线的起始端相互并联，构成电感输入端；将绕制线圈所用的各导线的出口端相互并联，构成电感输出端，完成功率电感的绕制。
在步骤C中，当n＝1时，线径为D1的导线直接绕制在磁环上，形成第1层导线层；而当n＝2时，线径为D2的导线绕制第1层导线层和磁环上，形成第2层导线层，即第2层导线层堆叠在第1层导线层上。依次类推，线径为Dn的导线即绕第n-1层导线层和磁环，形成第n层导线层。
在步骤C中，各导线绕制时，各导线绕制的起始位置和终止位置应当相同，即线径为Dn的导线在线径为Dn-1的导线的起始位置开始绕制，并在线径为Dn-1的导线的终止位置停止绕制，从而保证各导线的有序绕制，以便采用机器自动绕制各导线层，实现自动化生产。
本发明的功率电感性能优异，具有电流密度高、直流阻抗小、寄生电容小、生产便利等优点。绕制本发明的功率电感的方法简单有效、有利于产品的批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例1中功率电感的示意图。
附图标记说明：1-磁环；2-第一层导线层；3-第二层导线层；4-第三层导线层；5-第四层导线层；6-散热孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
本实施例1中，以选用线径D＝2.1mm的漆包铜线在2.50inch的标准磁环内，采用方法一绕制48匝后所得的传统功率电感为对比功率电感，并以该对比功率电感为参照，制作本实施例1的功率电感。由对比功率电感的参数可知，导线的截面面积之和的校准值导线所绕匝数的校准值N＝48。
如图1所示的功率电感，由磁环1和4层导线层构成。按与磁环1的外缘的间距大小划分，4层导线层分别为第一层导线层2、第二层导线层3、第三层导线层4和第四层导线层5，4层导线层依次堆叠。而构成各导线层的导线的起始端相互并联，构成电感输入端；构成各导线层的导线的出口端相互并联，构成电感输出端。而磁环1的中心则形成有散热孔6，以散发导线产生的热量。
本实施例1中，第一层导线层2由线径D1＝1.8mm的单芯线绕制而成，其绕制匝数N1为48匝；第二层导线层3由线径D2＝1.6mm的单芯线绕制而成，其绕制匝数N2为48匝；第三层导线层4由线径D3＝1.4mm的单芯线绕制而成，其绕制匝数N3为48匝；第四层导线层5由线径D4＝1.2mm的单芯线绕制而成，其绕制匝数N4为48匝。构成整个功率电感的各导线的线径Di由内之外呈递减趋势。
本实施例1中，绕制第一层导线层2的导线的截面面积绕制第二层导线层3的导线的截面面积绕制第三层导线层4的导线的截面面积绕制第四层导线层5的导线的截面面积因此，各导线的截面面积之和故各导线的截面面积之和与导线的截面面积之和的校准值的误差
表1
本实施例1的功率电感与对比功率电感的参数对比如表1所示。从表1中可以看出，本实施例1的功率电感在电感、品质因数、直流电阻等方面的波动偏差明显低于对比功率电感， 性能更为优异。
实施例2：
绕制实施例1中的功率电感的方法包括以下步骤：
A)以选用线径D＝2.1mm的漆包铜线在2.50inch的标准磁环内，采用方法一绕制48匝后所得的功率电感为对比功率电感，从而计算出导线的截面面积之和的校准值导线所绕匝数的校准值N＝48；
B)根据导线的截面面积之和的校准值S，选取线径分别为D1＝1.8mm、D2＝1.6mm、D3＝1.4mm、D4＝1.2mm的导线；
C)验算所选取各导线的截面面积之和计算出满足设计要求；
D)将线径为D1的导线绕磁环1均匀绕制48匝，形成第1层导线层；
E)将线径为D2的导线绕第1层导线层和磁环1均匀绕制48匝，形成第2层导线层；该第2层导线层堆叠在第1层导线层上；本次绕制时，导线的起始位置和终止位置应与上一次绕制的导线的起始位置和终止位置保持一致；
F)将线径为D3的导线绕第2层导线层和磁环1均匀绕制48匝，形成第3层导线层；该第3层导线层堆叠在第2层导线层上；本次绕制时，导线的起始位置和终止位置应与上一次绕制的导线的起始位置和终止位置保持一致；
G)将线径为D4的导线绕第3层导线层和磁环1均匀绕制48匝，形成第4层导线层；该第4层导线层堆叠在第3层导线层上；本次绕制时，导线的起始位置和终止位置应与上一次绕制的导线的起始位置和终止位置保持一致；
H)将绕制线圈所用的4根导线的起始端相互并联，构成电感输入端；
I)将绕制线圈所用的4根导线的出口端相互并联，构成电感输出端，随即完成功率电感的绕制。
本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种功率电感，包括磁环，其特征在于：所述磁环上设有若干个由单根导线绕制而成的导线层；各导线层依次堆叠，且各导线的线径Di由内之外呈递减趋势，i＞1；各导线的起始端相互并联，构成电感输入端；各导线的出口端相互并联，构成电感输出端；各导线的截面面积之和满足n为导线层的层数，Si为各导线的截面面积，S为导线的截面面积之和的校准值；各导线所绕制的匝数Ni＝N，N为导线所绕匝数的校准值。
2.根据权利要求1所述的功率电感，其特征在于：所述磁环内形成有散热孔。
3.根据权利要求1所述的功率电感，其特征在于：绕制各导线层的导线是单芯线或者多股线。
4.一种功率电感的绕制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A)计算校准值：根据对比功率电感的参数，计算导线的截面面积之和的校准值S以及导线所绕匝数的校准值N；
B)选取适用导线：根据导线的截面面积之和的校准值S，选取线径分别为D1、D2……Dn的导线，并使其满足D1＞D2＞…＞Dn，且Si为各导线的截面面积；
C)绕制线圈：将线径为Dn的导线绕第n-1层导线层和磁环均匀绕制N匝，形成第n层导线层，n＞1；
D)重复步骤C，直至所有导线绕制完成；
E)制作输入输出端：将绕制线圈所用的各导线的起始端相互并联，构成电感输入端；将绕制线圈所用的各导线的出口端相互并联，构成电感输出端，完成功率电感的绕制。
5.根据权利要求4所述的功率电感的绕制方法，其特征在于：在步骤C中，各导线绕制的起始位置和终止位置相同。
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