CN110444373A - 磁感应组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁感应组件及其制造方法，其中该磁感应组件的制造方法包括：将一导电图案布置在一印刷电路板上制作一第一组线圈并建立一第一适配孔；以导电材料制作至少一第二组线圈并建立一第二适配孔；将不包括第一适配孔的第一组线圈表面包覆以绝缘材料制成的第一隔离层，同时建立一定位机构以提供第一及第二适配孔对位；制作一具有导磁柱的铁心，将该导磁柱插入所述第一及第二适配孔中，使该铁心与所述第一组线圈及第二组线圈耦合；借此，本发明易于将变压器的生产制程导入自动化，进而可以提高效率以及降低产品的不良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器，尤其是涉及一种变压器的磁感应组件及其制造方法，该磁感应组件可以应用及连接在电源、电路端提供电压的转换。
背景技术
变压器的主要架构包括两组独立的线圈(coil)，即所谓初级线圈与次级线圈，以及一作为导磁用的公共铁心(core)，在接上电源后根据电磁感应原理以及两组线圈的圈比进行电压值的转换。另外在实际的应用上，变压器通常会被架构在一独立的绝缘基座(base)上，该基座预先布置有数个导电针(pin)与线圈相连而形成一变压器总成，并通过这些导电针与外部的电路焊接，使这个变压器总成与外部电路导通使用，同时以该基座作为隔离，避免铁心与该外部电路接触。
为配合消费型电子产品的小型化需求，变压器的设计更为轻薄是不可避免的趋势，因此有开发者以印刷电路板(PCB)线路印刷技术制成线圈的扁平式(或平面式)变压器产生，例如发明人已知的先前技术1，中国公开第CN201138608号专利说明书所揭露的就是关于一种在PCB上印刷有导电线圈图案的变压器总成。先前技术1利用PCB制作包括了初级线圈、及次级线圈，并在该两组线圈的表面涂布一层绝缘漆予以隔离，再通过与铁心的组装成为一种扁平式(平面式)的变压器。
先前技术1虽然可以让变压器的体积小型化，但是在制造的过程以及所制成的产品中存在有不少的缺陷：
1. 须知，利用PCB制造技术印刷导电线圈图案制作包括变压器的初级和次级线圈的工法复杂，而且成本负担高，所制成的产品难以在市场上具有价格竞争优势。
2. 在该两组线圈的表面涂布绝缘漆作为彼此隔离，实难以符合变压器制造的安全规范需求，容易使变压器在运作中产生损害；特别是用在连接市电的AC-DC变压器，由于AC电源端的电压差大，初级线圈和次级线圈之间在规范上更必须具备一定安全间距的隔离。
3. 先前技术1所揭露的变压器，一组初级线圈及两组次级线圈在与铁心进行组装时，铁心的中央导磁柱必须通过每一组线圈上预留的组装孔，所以这些线圈组装孔的对位必须非常精准，否则将造成组装上的困难；特别是这三组线圈为分别独立的单元与构件，制程中必须分别穿套于铁心上，工序上不但显得复杂、浪费工时，且所要求的精密度高，否则易导致组装的失败率增加，或者造成线圈与铁心的间隙过大的问题。尤其两组由PCB制成的次级线圈还要精准通过左侧示意的导电针(pin)使彼此的线圈图案连通提供与外部电路连接使用，更是造成制程困难、无法依此设计导入自动化、大量生产的主要因素。
4. 先前技术1所揭露的变压器，在该变压器的导电针与铁心之间没有进行任何安全隔离的机构设计，而且铁心与外部电路之间也欠缺安全距离隔离的规划。
另外一项与本发明有关的先前技术2，是美国公开第2013/0278371号专利所揭露的一种平面式变压器，其是将数个预先制作的扁平式线圈(包括初级及次级线圈)依顺序穿套在变压器的中央导磁柱上，并提供一已建立有数个导电针(pin)的基座(base)，利用焊接技术与该些线圈以及外部的电路连接，该基座可作为铁心与外部电路的隔离保护。
显而易见的，先前技术2所使用的扁平式金属线圈可以通过模铸、或冲压直接成型，制造的成本相较于以PCB制成的线圈成本会低廉许多；但是就制造的程序以及所制成的产品中依然存在有以下缺陷：
1. 各扁平式线圈之间缺少安全间距的隔离设计，如前所述，即使在各线圈的表面涂布一层绝缘漆作为隔离，也难以符合变压器安全规范需求，特别是用于连接市电的AC-DC变压器，由于AC电源端的电压差大，容易使该变压器在运作中产生损害。
2. 各线圈皆为一独立的单元与构件，在与铁心进行组装时，铁心的中央导磁柱必须依序通过每一组线圈上预留的组装孔，所以这些线圈组装孔的对位必须非常精准，不仅使组装的难度提高，且容易失败，而且浪费工时，更无法导入自动化制程而不利于大量的生产作业。
3. 先前技术2在导电针与铁心之间同样欠缺安全隔离的规划；另外，该些导电针预先被固定在一独立的基座(base)上，不仅在制造的过程多了一道工序，而且也因为多了一项变压器组立的构件，将使生产者在料件的管理上增加无谓的负担。
发明内容
为改善先前技术存在的缺陷，本发明提供一种新颖的磁感应组件制造方法，以及利用此方法所制造的磁感应组件，以期能够投入自动化生产作业，进而可以提高效率以及降低产品的不良率。本发明提供了一种磁感应组件的制造方法，包括：
步骤1，将一导电图案布置在一印刷电路板上制成一第一组线圈，并在该第一组线圈中建立一第一适配孔；
步骤2，以导电材料制作至少一第二组线圈，并在该第二组线圈中建立一第二适配孔；
步骤3，将不包括第一适配孔的第一组线圈表面包覆以绝缘材料制成的第一隔离层，并建立一定位机构以提供第一及第二适配孔对位；
步骤4，制作一具有导磁柱的铁心，将该导磁柱插入所述第一及第二适配孔中，使该铁心与所述第一组线圈及第二组线圈耦合。
依上述磁感应组件的制造方法，由于所述第一组线圈的印刷电路板轮廓方正，以此作为平台在表面灌注绝缘材料形成第一隔离层易于实现，将有利于导入自动化生产流程；另外，以模铸、或冲压导电材料制作的第二组线圈，相较于先前技术1的变压器初级、次级线圈都使用PCB，明显可以降低生产的成本且易于实施；以及在该第一隔离层上成型定位机构使第一及第二适配孔可以准确对位，将更有助于铁心的组装而降低失败率，为本发明的首要目的。
较佳的，本发明的磁感应组件的制造方法还包括：在该印刷电路板上布置有数个第一导电针与该导电图案接触，并在步骤3该第一隔离层成型的同时建立一与该数个导电针同向的第一隔板；以及在步骤3该第一隔离层成型的同时于远离该数个第一导电针处制作一载台，该载台上布置有数个第二导电针与第二组线圈接触，并在不包括第二适配孔的第二组线圈表面包覆以绝缘材料制成的一第二隔离层，同时建立一与该数个第二导电针同向的第二隔板。借此，以该第二隔离层保护第二组线圈不外露，而且在该第一(二)隔离层成型时同时可以建立第一(二)隔板使铁心隔离，不但能简化制程，更可以在磁感应组件连接于外部电路时把铁心架高而与该外部电路隔离，免去先前技术2中所使用的基座。
较佳的，本发明的磁感应组件的制造方法还包括：在该第二隔离层成型时预留有一通孔，在该通孔中注入有导电涂料使铁心与其中一第二导电针连通；使铁心完成组装后可以与连接于外部接地线路的该第二导电针互通，以有效降低磁感应组件在工作中时产生的电磁波干扰。
本发明还提供了一种依照上述制造方法制造的磁感应组件，包括：一第一组线圈，其具有一第一适配孔；至少一第二组线圈，其具有一第二适配孔；一第一隔离层，包覆在不包括第一适配孔的第一组线圈表面，该第一隔离层具有一定位机构提供该第二组线圈定位以及该第一及第二适配孔对位；一铁心，其具有至少一导磁柱插入所述第一及第二适配孔中，并与所述第一组线圈及第二组线圈耦合。
附图说明
图1是本发明的磁感应组件的第一组线圈外观示意图。
图2是本发明的磁感应组件第一组线圈与第二组线圈的对应关系图。
图3是本发明的磁感应组件第一组线圈与第二组线圈组合外观图。
图4是将本发明的磁感应组件第一组线圈与第二组线圈模块化后的外观示意图。
图5是本发明的磁感应组件线圈组与铁心的对应关系图。
图6是本发明的磁感应组件的组合完成图。
图7是本发明的磁感应组件组合完成后的局部剖面图。
附图中的符号说明：
1 第一组线圈；10 导电图案；11 PCB；12 第一导电针；13 第一适配孔；2,2a 第二组线圈；20 第二适配孔；3 第一隔离层；30 第一隔板；31 载台；32,32a 第二导电针；4 定位机构；40 外框；41 定位框；42 柱；43 孔；5 第二隔离层；50 第二隔板；51 通孔；52 导电涂料；6 铁心；60 导磁柱。
具体实施方式
本发明是关于一种磁感应组件及其制造方法，该制造的方法及步骤请依序参考图1～图6所揭露的，主要包括了：
步骤1，如图1所示，通过印刷电路板(以下皆通称为PCB)制造技术将一导电图案10布置在一PCB11上制成一第一组线圈1，较佳的，该PCB11为一多层印刷电路板，该导电图案10可以布置在此多层PCB11的夹层中，使导电图案10增加与外部隔离的间距；另外，在该PCB11上可以预先布置有数个第一导电针12，通过该数个第一导电针12可以与导电图案10接触，以及与外部电路导通；以及在该第一组线圈1中制作一第一适配孔13，提供铁心的配置(后叙)并与该导电图案10耦合。
步骤2，以一导电材料通过模铸、冲压或其它方式制作成一扁平式(或称为平面式)的第二组线圈2，在该第二组线圈2中建立有一第二适配孔20提供铁心的配置(后叙)并与其耦合。如图2所示，本发明所揭露的较佳实施例中具有2个第二组线圈2,2a，分别设在第一组线圈1相异的两侧，以类似三明治的形式布置；其中，该第一组线圈1可以被定义为磁感应组件的初级线圈，而第二组线圈2,2a则被定义为磁感应组件的次级线圈。当然，该第一组线圈1也可以被定义为磁感应组件的次级线圈，而第二组线圈2,2a则被定义为磁感应组件的初级线圈。
步骤3，同样参考图2所示，利用射出成型技术将不包括第一适配孔13的第一组线圈1表面包覆以绝缘材料制成的第一隔离层3，并可以在该第一隔离层3成型的同时于邻近该数个第一导电针12处建立一与该数个第一导电针12同向的第一隔板30，以及远离该数个第一导电针12处制作一凸出的载台31，并于该载台31上布置数个第二导电针32。较佳的，在该第一隔离层3上同时建立有一定位机构4，该定位机构4可以是在第一适配孔13处依其轮廓建立一凸起的外框40包围该第一适配孔13，如此，可以使第二适配孔20套置于该外框40上使该第二组线圈2获得定位，更直接使该第一及第二适配孔13,20获得到精确的对位；或是依第二组线圈2的外观轮廓在该第一隔离层3上建立一定位框41包围该第二组线圈2，以及在该第一隔离层3与第二组线圈2彼此之间建立相互干涉的定位件，这个定位件可以是如图2所示的柱42和孔43。接续，如图3所示，将所述第二组线圈2放置在该第一组线圈1上并与该数个第二导电针32连接；如是，除通过该第一隔离层3使第一及第二组线圈1,2之间增加安全绝缘距离外，也使该第二组线圈2获得定位，换言之，该第二组线圈2的第二适配孔20也同时可以精确地与第一适配孔13对位，而有利于后叙的铁心的组装。
步骤4，请参考图4所示，利用射出成型技术将不包括第二适配孔20的第二组线圈2表面包覆以绝缘材料制成的第二隔离层5，并可以在该第二隔离层5成型的同时于邻近该数个第二导电针32处建立一与该数个第二导电针32同向的第二隔板50；以及在该第二隔离层5与第二组线圈2之间预留一通孔51，请同时参考图7所示，于该通孔51中注入有导电涂料52与该第二组线圈2接触并可连通于其中一第二导电针32a。
步骤5，请参考图5～图7所示，制作一导磁用的铁心6，该铁心6可以是如本发明所揭露的EE形式、或EI等形式，其具有至少一导磁柱60，将该导磁柱60对应并插入所述第一及第二适配孔13,20中，使该铁心6与所述第一组线圈1及第二组线圈2耦合。请同时参考图7所示，在铁心6完成组装后可以与所述导电涂料52接触，在该第二导电针32a连接于外部电路的接地端时，可以降低磁感应组件在工作中时产生的电磁波干扰(EMI)。
通过上述方法及步骤所制造的磁感应组件，包括：
一第一组线圈1，其是将一导电图案10布置于一PCB11，其具有一第一适配孔13，并在该PCB11上布置有数个第一导电针12；
至少一第二组线圈2，具有一第二适配孔20；
一第一隔离层3，包覆在不包括第一适配孔13的第一组线圈1表面，该第一隔离层3上具有一定位机构4提供第一及第二适配孔13,20对位，并在远离该数个第一导电针12处布置有数个第二导电针32与第二组线圈2接触；
一第二隔离层5，包覆在不包括第二适配孔20的第二组线圈2表面，在该第二隔离层5与第二组线圈2之间具有一通孔51，该通孔51中注入有导电涂料52与该第二组线圈2接触并连通于其中一第二导电针32a。
一铁心6，其具有至少一导磁柱60，该导磁柱60是对应并插入所述第一及第二适配孔13,20中，使该铁心6与所述第一组线圈1及第二组线圈2耦合，以及与所述导电涂料52接触。
除上述外，在该数个第一导电针12与铁心6之间，以该第一隔离层3建立有一与该数个第一导电针12同向的第一隔板30；在所述数个第二导电针32与铁心6之间，以该第二隔离层5建立有一与该数个第二导电针32同向的第二隔板50。
相较于先前技术，可以发现本发明的磁感应组件及其制造方法所产生的优势包括：
一、该第一组线圈1是由PCB11制作，由于PCB11的轮廓方正，以此作为平台在表面灌注绝缘材料形成第一隔离层3易于实现，更有利于导入自动化生产流程。
二、在形成第一隔离层3的同一工序中就可以制作第一隔板30将铁心6隔离以及形成布置数个第二导电针32用的载台31，对于制程的简化有相当大的贡献。
三、以模铸或冲压导电材料制作的第二组线圈2，相较于先前技术1的变压器初级、次级线圈都使用PCB，明显可以降低生产的成本且易于实施。
四、在第一隔离层3上成型定位机构4使第二组线圈2获得定位，可以帮助步骤4建立第二隔离层5的进行；特别是，该第二组线圈2在获得定位后，其第二适配孔20可以准确地与第一适配孔13对位，有助于步骤5所述铁心的组装而降低失败率。
五、以第二隔离层5保护第二组线圈2不外露，而且在该第二隔离层5成型时同时可以建立第二隔板50使铁心6隔离，来简化制程。
六、步骤3及步骤4所建立的第一隔板30与第二隔板50，可以在变压器总成连接于外部电路时把铁心6架高而与该外部电路隔离，免去使用先前技术2中所提到的基座(base)。
七、在铁心6完成组装后可以与连接于外部接地线路的第二导电针32a互通，可以有效降低磁感应组件在工作中时产生的电磁波干扰(EMI)。
八、借由以上所描述的磁感应组件的制造方法与步骤，更易于将制程导入自动化生产，不仅可以提高产能、减少失败率，更能降低制造的成本。
以上说明，仅是列举本发明较佳实施方式之一、而并非用以限制本发明的实质内容，熟悉该项技术人员利用本发明所进行的任何等效置换与简单修饰，例如定义磁感应组件初级线圈/次级线圈的位置、数量、形式，导电针的位置、数量、形式，铁心的位置、数量、形式等，或第一组、第二组线圈的成型法，皆仍应被所附的申请专利范围所含盖。
Claims (10)
1.一种磁感应组件的制造方法，其特征在于，包括：
步骤1，将一导电图案布置在一印刷电路板上制成一第一组线圈，并在该第一组线圈中建立一第一适配孔；
步骤2，以导电材料制作至少一第二组线圈，并在该第二组线圈中建立一第二适配孔；
步骤3，将不包括第一适配孔的第一组线圈表面包覆以绝缘材料制成的第一隔离层，并建立一定位机构以提供第一及第二适配孔对位；
步骤4，制作一具有导磁柱的铁心，将该导磁柱插入所述第一及第二适配孔中，使该铁心与所述第一组线圈及第二组线圈耦合。
2.如权利要求1所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，该印刷电路板为一多层印刷电路板，该导电图案是布置在该多层印刷电路板的夹层中。
3.如权利要求1所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，在该印刷电路板上布置有数个第一导电针与该导电图案接触，并在步骤3该第一隔离层成型的同时建立一与该数个导电针同向的第一隔板。
4.如权利要求3所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，在步骤3该第一隔离层成型的同时于远离该数个第一导电针处制作一载台，该载台上布置有数个第二导电针与第二组线圈接触；并在不包括第二适配孔的第二组线圈表面包覆以绝缘材料制成的一第二隔离层，同时建立一与该数个第二导电针同向的第二隔板。
5.如权利要求4所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，该第二隔离层成型时预留有一通孔，在该通孔中注入有导电涂料使铁心与其中一第二导电针连通。
6.如权利要求1至5任一项所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，该定位机构是在第一适配孔处依第一适配孔轮廓建立一凸起的外框包围该第一适配孔。
7.如权利要求1至5任一项所述的磁感应组件的制造方法，其特征在于，其中，该定位机构是依第二组线圈的外观轮廓建立一定位框包围该第二组线圈，并在该第一隔离层与该第二组线圈之间建立相互干涉的柱和孔。
8.一种磁感应组件，其特征在于，包括：
一第一组线圈，其具有一第一适配孔；
至少一第二组线圈，其具有一第二适配孔；
一第一隔离层，包覆在不包括第一适配孔的第一组线圈表面，该第一隔离层具有一定位机构提供该第二组线圈定位以及该第一及第二适配孔对位；
一铁心，其具有至少一导磁柱插入所述第一及第二适配孔中，并与所述第一组线圈及第二组线圈耦合。
9.如权利要求8所述的磁感应组件，其特征在于，其中，所述第一组线圈连接有数个第一导电针，该数个第一导电针与铁心之间具有一与该数个第一导电针同向的第一隔板；所述第二组线圈连接有数个第二导电针，该数个第二导电针与铁心之间具有一与该数个第二导电针同向的第二隔板。
10.如权利要求9所述的磁感应组件，其特征在于，其中，在不包括第二适配孔的第二组线圈表面包覆有一第二隔离层，在该第二隔离层与第二组线圈之间具有一通孔，该通孔中注入有导电涂料与该第二组线圈接触并连通于其中一第二导电针。
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