CN107610913B - 磁性元件、金属环状绕组及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性元件、金属环状绕组及其制作方法，金属环状绕组包括第一平板部、绕线支撑部、贯通孔，绕线支撑部设置于所述第一平板部上，且绕线支撑部垂直于第一平板部，贯通孔形成于所述第一平板部和所述绕线支撑部的中间，第一平板部和绕线支撑部均围绕于所述贯通孔且呈环形。

Description

磁性元件、金属环状绕组及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁性元件、金属环状绕组及其制备方法，具体地说，尤其涉及一种通过平板部与绕线支撑部共同构成一绕线空间的金属环状绕组及其制备方法，以及具有该金属环状绕组的磁性元件。
背景技术
为满足输出大电流的发展需要，变压器副边绕组通常采用铜片结构，如图1所示之铜片Q。原边绕组P采用绕线结构，缠绕于骨架B上。为改善涡流损耗，原副边绕组一般设计为交错结构。在变压器中，骨架B作为原边绕组P的绕线支撑作用，需要叶片与管壁组成绕线空间。受骨架的材质与注塑工艺的限制，叶片与管壁的厚度通常大于0.7mm，占据了较大比例的绕线空间，约占磁芯绕线窗口空间的34.2％，成为变压器小型化的技术瓶颈。
如何减小骨架B的空间占有率、减小磁性元件的整体尺寸，是提升变压器功率密度的关键问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种金属环状绕组，其中，包括：
第一平板部；
绕线支撑部，所述绕线支撑部设置于所述第一平板部上，且所述绕线支撑部垂直于所述第一平板部；
贯通孔，形成于所述第一平板部和所述绕线支撑部的中间，所述第一平板部和所述绕线支撑部均围绕于所述贯通孔且呈环形。
本发明还提供一种磁性元件，其中，包括：
如上述的所述的金属环状绕组；
磁芯，包括上磁芯部、下磁芯部及至少一芯柱；
第二绕组，绕设于所述金属环状绕组的所述绕线支撑部上；
其中，所述芯柱设置于所述金属环状绕组的所述贯通孔中。
本发明还提供一种金属环状绕组的制备方法，其中，包括以下步骤：
S1:用冲模沿封闭轮廓曲线将板料分离获得第一形状结构；
S2:设定第一折弯线L1，以将所述第一形状结构划分为第一平板部及绕线支撑部；
S3:沿所述第一折弯线L1对所述第一形状结构做第一折弯加工形成第二形状结构，使得所述绕线支撑部垂直于所述第一平板部；
S4:对所述第二形状结构做环形折弯加工形成所述金属环状绕组，且所述金属环状绕组的环形首尾端不闭合。
与现有技术相比，本发明具有以下全部或部分有益的技术效果，金属环状绕组既能作为提供电气性能的绕组，又能够作为另一绕组的绕线支撑结构，当将该金属环状绕组应用于磁性元件中时，与使用骨架的交错结构的磁性元件相比，可节约约30％的绕线空间，从而提高磁性元件的绕线窗口的空间利用率，减小整个产品尺寸。
附图说明
图1为现有磁性元件的结构示意图；
图2为本发明金属环状绕组第一实施例的结构示意图；
图3为图2的截面图；
图4为本发明金属环状绕组第二实施例的结构示意图；
图5为图4的截面图；
图6为本发明金属环状绕组第三实施例的截面图；
图7为本发明金属环状绕组第四实施例的结构示意图；
图8为本发明金属环状绕组第五实施例的结构示意图；
图9为本发明金属环状绕组第六实施例的结构示意图；
图10为本发明磁性元件第一实施例的结构示意图；
图11为本发明磁性元件第二实施例的结构示意图；
图12为图11中金属环状绕组与第二绕组的组合结构示意图；
图13为图4中金属环状绕组的生产工艺图；
图14为图7中金属环状绕组的生产工艺图；
图15为图8中金属环状绕组的生产工艺图；
图16为图9中金属环状绕组的生产工艺图
图17为本发明金属环状绕组的制备方法第一实施例的流程图
图18为本发明金属环状绕组的制备方法第二实施例的流程图
其中附图标记为：
100、100a：磁性元件
102：磁芯
104a：上磁芯部
104b：下磁芯部
104c：芯柱
107：第二绕组
108：金属环状绕组
108a：导电连接端
108a1、108a2：端子
108b1：第一平板部
108b2：第二平板部
108c：绕线支撑部
108d1：第一过线槽
108d2：第二过线槽
108e：飞线固定孔
108f：管壁孔槽
113：绝缘片
K：贯通孔
C1：第一开口
C2：第二开口
S1：L型截面
S2：U型截面
X1：第一形状结构
X2：第二形状结构
L1：第一折弯线
L2：第二折弯线
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参照图2～3，图2为本发明金属环状绕组第一实施例的结构示意图；图3为图2的截面图。如图2～3所示，绕线支撑部108c设置于第一平板部108b1上，且绕线支撑部108c垂直于第一平板部108b1，如图2所示，第一平板部108b1连接绕线支撑部108c形成L型截面S1；金属环状绕组108还包含贯通孔K，形成于第一平板部108b1和绕线支撑部108c的中间，第一平板部108b1和绕线支撑部108c均围绕于贯通孔，且均呈环形；并且，为了防止短路，金属环状绕组108还包含第一开口C1，该第一开口C1从第一平板部108b1的最外周延伸至绕线支撑部108c的最上端，其中，绕线支撑部108c的最上端指其远离第一平板部108b1的一端。进一步地，第一平板部108b1还可具有导电连接端108a，该导电连接端108a可具有两个端子108a1和108a2，但本发明不以此为限，该导电连接端用于供金属环状绕组108与其他电子器件连接，例如印刷电路板。其中，在本实施例中，第一平板部108b1及绕线支撑部108c为一体成型件，但本发明并不以此为限。绕线支撑部108c上可供另一绕线缠绕于其上，第一平板部108b1对该绕线可起到至少部分的限位作用，绕线支撑部108c和第一平板部108b1共同构成一绕线空间。
请参照图4～5，图4为本发明金属环状绕组第二实施例的结构示意图；图5为图4的截面图。如图4～5所示，和图2～3相比，本发明金属环状绕组108的第二实施例还包括第二平板部108b2，第二平板部108b2垂直于绕线支撑部108c，也即第二平板部108b2和第一平板部108b1平行，如图4所示，绕线支撑部108c连接于第一平板部108b1及第二平板部108b2之间形成U型截面S2；贯通孔K同时还贯通于第二平板部108b2，即贯通孔K共同形成于第一平板部108b1、绕线支撑部108c及第二平板部108b2的中间，第二平板部108b2也围绕所述贯通孔K呈环形；并且，金属环状绕组108还包含第二开口C2，第二开口C2从第二平板部108b2的最外周延伸至贯通孔K，且和第一开口C1连接。在本实施例中，第一平板部108b1、绕线支撑部108c及第二平板部108b2为一体成型件，第一平板部108b1具有导电连接端108a，用于供金属环状绕组108与其他电子器件连接，例如印刷电路板。该导电连接端108a可具有两个端子108a1和108a2，分别位于第一平板部108b1和第二平板部108b2上，但本发明不以此为限。绕线支撑部108c上可供另一绕线缠绕于其上，第一平板部108b1和第二平板部108b2共同对该绕线起到限位作用，绕线支撑部108c、第一平板部108b1和第二平板部108b2共同构成一绕线空间。
请参照图6，图6为金属环状绕组第三实施例的截面图。如图6所示，图6示出的金属环状绕组与图4示出的金属环状绕组的结构大致相同，因此相同部分在此就不再赘述了，现将不同部分说明如下，在本实施例中，第一平板部108b1及绕线支撑部108c为一体成型件，第二平板部108b2为独立部件；第一平板部108b1和第二平板部108b2可均具有导电连接端108a，本发明不以此为限。
请参照图7，图7为本发明金属环状绕组第四实施例的结构示意图。如图7所示，图7示出的金属环状绕组与图4示出的金属环状绕组的结构大致相同，因此相同部分在此就不再赘述了，现将不同部分说明如下，在本实施例中，第一平板部108b1上开设有第一过线槽108d1，第二平板部108b2开设有第二过线槽108d2，并且，过线槽108d1和108d2的深度较大，其底部接近贯通孔，当一绕线缠绕于绕线支撑部108c上时，过线槽可用于供该绕线进出线，使绕线结构平整，提高绕线空间利用率；另外，过线槽也可供该绕线放置串联连接线，以便于该绕线和其他绕线串联。并且，为了减小金属环状绕组的损耗，并提高金属环状绕组的使用寿命，可设置第一过线槽108d1与第二过线槽108d2的位置至少部分不对称，以尽量增大电流通路的截面积。
请参照图8，图8为本发明金属环状绕组第五实施例的结构示意图。如图8所示，图8示出的金属环状绕组与图4示出的金属环状绕组的结构大致相同，因此相同部分在此就不再赘述了，现将不同部分说明如下，在本实施例中，第一平板部108b1上开设有第一过线槽108d1，第二平板部108b2开设有第二过线槽108d2，和图7中的差别在于，图8中的第一过线槽108d1与第二过线槽108d2的深度较浅，多用于供绕线放置串联连接线。第一平板部108b1与第二平板部108b2上还开设有对称设置的飞线固定孔108e。飞线定位孔108e用于该绕线的起始线和结尾线的定位，飞线定位孔108e可为带缺口的圆形，但不限于此。
请参照图9，图9为本发明金属环状绕组第六实施例的结构示意图。如图9所示，图9示出的金属环状绕组与图4示出的金属环状绕组的结构大致相同，因此相同部分在此就不再赘述了，现将不同部分说明如下，在本实施例中，绕线支撑部108c上开设有多个管壁孔槽108f，多个管壁孔槽108f沿绕线支撑部108c的周缘间隔设置，管壁孔槽108f用于改变电流的走向，以降低损耗。
值得注意的是，图7～9所示出的过线槽、飞线定位孔及管壁孔槽经过简单变形也可应用于图2或图6所示出的金属环状绕组108上。
请参照图10，图10为本发明磁性元件第一实施例的结构示意图。如图10所示，本发明的磁性元件100包括：包括磁芯102、金属环状绕组108以及第二绕组107；磁芯102包括两个相对的上磁芯部104a、下磁芯部104b及芯柱104c；芯柱104c设置于金属环状绕组108的贯通孔K中，第二绕组107绕设于金属环状绕组108的绕线支撑部108c上。金属环状绕组108的具体结构可参照前文，在此不再赘述。
在本实施例中，磁芯102由两个彼此对称的半磁芯所组合而成，但磁芯构成方式并不限制于此；并且，本发明并不对芯柱104c的数量进行限制，对于多芯柱的磁芯而言，每一个芯柱上均可以分别设置有一个或多个金属环状绕组108。
在本实施例中，磁芯102为铁氧体材料，但其他磁性材料亦可依需求应用，并不限制于此。
继续参照图10，芯柱104设置于金属环状绕组108的贯通孔中，多个金属环状绕组108沿芯柱104依次堆叠，多个第二绕组107分别绕设于上述多个金属环状绕组108的绕线支撑部上。金属环状绕组108的导电连接端108a凸出于上磁芯部104a和下磁芯部104b，藉以方便地和其他电子器件连接，例如印刷电路板等。最接近上磁芯部104a的金属环状绕组108的结构和图6所示的第三实施例相同，其第一平板部108b1和第二平板部108b2均包含导电连接端108a，第一平板部108b1和绕线支撑部可等效为一匝金属绕线，第二平板部108b2可等效为另一匝金属绕线；剩余其他的金属环状绕组108的结构和图2所示的第一实施例相同，其第一平板部108b1包含导电连接端108a，可等效为一匝金属绕线。进一步地，根据每匝金属绕线间的绝缘需要，可分别设置有绝缘片113，具体地，最接近上磁芯部104a的金属环状绕组108的第二平板部108b2和其绕线支撑部108c之间设置有绝缘片113；对于其他的金属环状绕组108而言，两个相邻的金属环状绕组108之间设置有绝缘片113。
在本实施例中，第二绕组107由三层绝缘线绕制而成，可同时保证了第二绕组107和金属环状绕组108之间的绝缘，但本发明并不限定第二绕组107的种类和绕制方式。同时，设计者可依据磁性元件的设计需求调整第二绕组107与金属环状绕组108的数量或匝数。
在本实施例中，磁性元件100为变压器，金属环状绕组为变压器的副边绕组，第二绕组107为变压器的原边绕组，且金属环状绕组108为铜金属片，但本发明并不以此为限。
请参照图11～12，图11为本发明磁性元件第二实施例的结构示意图；图图12为图11中金属环状绕组与第二绕组的组装结构示意图。如图11～12所示，本发明的第二实施例的磁性元件100a包括：包括磁芯102、多个金属环状绕组108以及多个第二绕组107。其中，与图10相同部分在此就不再赘述了，仅将不同部分说明如下。
图11中的磁性元件100a的金属环状绕组108的结构均和图5所示的金属环状绕组的第二实施例的相同，每个金属环状绕组108均为一体成型结构，且各自均包含导电连接端108a，可分别等效为一匝金属绕线。出于绝缘需要，每匝金属绕线，即每个金属环状绕组108间均可设置有绝缘片113，但本发明并不以此为限。
在本实施例中，每一第二绕组107对应地设置于每一绕线支撑部108c上，其中每一第二绕组107的结构与图10所示出的结构相同，在此就不再赘述了。
于本发明的其他实施例中，图11中的金属环状绕组108的结构亦可均和图6所示第三实施例相同，即每个金属环状绕组108包含一体成型的绕线支撑部108c和第一平板部108b1，以及独立的第二平板部108b2。本发明不以此为限，磁性元件100a中的任一金属环状绕组108均可以为图2～9中的任一种结构，只要第二绕组可以被第一平板部108b1和/或第二平板部108b2限位即可。例如，图11中的其中一第二绕组对应地缠绕于其中一金属环状绕组108上，则该第二绕组被对应的该金属环状绕组108的第一平板部108b1和第二平板部108b2限位，有利于提高磁性元件的固定性能。在图10中，部分的金属环状绕组108不包含第二平板部108b2，则缠绕于其上的第二绕组利用相邻的另一金属环状绕组108的第一平板部108b1进行限位，在提高磁性元件的固定性能的同时，和图11所示的结构相比，还可进一步减小磁性元件的高度，提高功率密度。
请参照图17及图13～16，图13为图4中金属环状绕组的生产工艺图；图14为图7中金属环状绕组的生产工艺图；图15为图8中金属环状绕组的生产工艺图；图16为图9中金属环状绕组的生产工艺图，图17为本发明金属环状绕组的制备方法第一实施例的流程图。如图17及图13～16所示，本发明金属环状绕组的制备方法，包括以下步骤：
S1：用冲模沿封闭轮廓曲线将板料分离获得第一形状结构X1；
S2：设定第一折弯线L1及第二折弯线L2，第一折弯线L1和第二折弯线L2将第一形状结构X1划分为第一平板部、绕线支撑部和第二平板部；
S3：沿第一折弯线L1及第二折弯线L2对第一形状结构X1做第一折弯加工形成第二形状结构X2，使得绕线支撑部同时垂直于第一平板部和第二平板部，其中，于本实施例中第一折弯加工为U型折弯加工，但本发明并不以此为限；
S4：对第二形状结构X2做环形折弯加工形成金属环状绕组，且金属环状绕组的环形首尾端不闭合，其中，环形折弯加工为圆形、方形及跑道形中的至少一种。
再进一步地，步骤S1还包含：于第一平板部及第二平板部冲剪出导电连接端。
更进一步地，步骤S1还包含：于第一平板部和第二平板部上冲剪出过线槽。
于本发明的另一实施例中，步骤S1还包含：于第一平板部及第二平板部上冲剪出飞线固定孔。
于本发明的再一实施例中，步骤S1还包含：于绕线支撑部上冲剪出多个管壁孔槽。
图中13～16中从左至右依次均为：第一形状结构X1、通过U型折弯加工获得的第二形状结构X2，通过环型折弯加工获得的金属环状绕组108，采用上述工艺可将板料，例如铜金属片，加工为一体成型的第一平板部108b1、第二平板部108b2、绕线支撑部108c及导电连接端108a等。
请参照图18，图18为本发明金属环状绕组的制备方法第二实施例的流程图，可形成如图3所示的金属环状绕组。如图18所示，本发明金属环状绕组的制备方法，包括以下步骤：
S1’：用冲模沿封闭轮廓曲线将板料分离获得第一形状结构；
S2’：设定第一折弯线，以将第一形状结构划分为第一平板部及绕线支撑部；
S3’：沿第一折弯线对第一形状结构做第一折弯加工形成第二形状结构，使得绕线支撑部垂直于第一平板部，其中，于本实施例中第一折弯加工为L型折弯加工，但本发明并不以此为限；
S4’：对第二形状结构做环形折弯加工形成金属环状绕组，且金属环状绕组的环形首尾端不闭合，其中，环形折弯加工为圆形、方形及跑道形中的至少一种。
同样地，类似于本发明金属环状绕组制备方法的第一实施例，再进一步地，步骤S1’还包含以下步骤的任一种组合：于第一平板部上冲剪出导电连接端、于第一平板部上冲剪出过线槽、于第一平板部上冲剪出飞线固定孔，以及于绕线支撑部上冲剪多个管壁孔槽，不再赘述。采用上述工艺可将板料，例如铜金属片加工为一体成型的第一平板部108b1、绕线支撑部108c及导电连接端108a等。
综上所述，金属环状绕组既能作为提供电气性能的绕组，又能够作为另一绕组的绕线支撑结构，当将金属环状绕组应用于磁性元件中时，与使用骨架的交错结构的磁性元件相比，节约了约30％的绕线空间，从而提高磁性元件的绕线窗口的空间利用率，减小整个产品尺寸。
需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明，而并非限制本发明所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁性元件，其特征在于，包括：
磁芯，包括上磁芯部、下磁芯部及至少一芯柱；
金属环状绕组，包括有第一平板部、绕线支撑部以及第一贯通孔，所述绕线支撑部设置于所述第一平板部上且所述绕线支撑部垂直于所述第一平板部，所述第一贯通 孔形成于所述第一平板部和所述绕线支撑部的中间，所述第一平板部和所述绕线支撑部均围绕于所述第一贯通孔且呈环形；
第二平板部，围绕于第二贯通孔且呈环形，所述第二平板部堆叠于所述绕线支撑部上；
第一绝缘件，设置于所述第二平板部与所述绕线支撑部之间；
第二绕组，绕设于所述金属环状绕组的所述绕线支撑部上；
其中，所述金属环状绕组的所述第一平板部具有第一导电连接端，所述第二平板部具有第二导电连接端，所述金属环状绕组的第一平板部和绕线支撑部为一体成型件并等效为一匝金属绕线，所述第二平板部为独立部件并等效为另一匝金属绕线；
其中，所述芯柱设置于所述第一贯通孔及所述第二贯通孔之中。
2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第二绕组由绝缘线卷绕而成。
3.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性元件包含多个所述金属环状绕组及多个第二绝缘件，其中，该多个所述金属环状绕组沿所述芯柱依次堆叠，且任两个相邻的所述金属环状绕组之间设置有所述第二绝缘件。
4.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一平板部或所述第二平板部上开设有过线槽。
5.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一平板部或所述第二平板部开设有飞线固定孔。
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