CN110828134A - 电感器和制作电感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电感器及其制作方法，该电感器包括：环形磁芯，包括对合的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯具有第一绕线区域，所述第二磁芯具有第二绕线区域；以及线圈，由连续绕制在所述第一绕线区域和第二绕线区域的导线绕制而成。本发明还提供了一种制作电感器的方法，包括以下步骤：提供分离的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯具有第一绕线区域，所述第二磁芯具有第二绕线区域；以导线在所述第一绕线区域绕制第一线包；以所述导线继续在所述第二绕线区域绕制第二线包；将所述第一磁芯和第二磁芯对合。本发明的电感器及其制作方法可以实现自动化生产，提高生产效率、降低寄生损耗、减小电感器体积。

Description

电感器和制作电感器的方法

技术领域

本发明主要涉及电感器领域，尤其涉及一种采用对合式拼接的电感器及其制作方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，能够把电能转化为磁能而存储起来的电感器得到了越来越广泛的应用。尤其是随着电源开关频率的高频化发展，使电感元件趋向于小电感量、高频化以及在大波纹时保持低功耗等特性。为了达到这些特性，对电感线圈的绕制提出了更高的要求。目前对电感线圈的绕制仍采用人工卷线或半自动卷线，尤其对环形电感来说，仍然需要采用人工卷线，导致生产效率低和制造成本较高。另外，采用人工或半自动卷线方式的电感器还存在线包排列不整齐的问题，从而导致电感器的尺寸较大、寄生损耗较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用对合式拼接的环形电感器，可以在线圈绕制步骤中使用机器进行自动化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电感器，其特征在于包括：环形磁芯，包括对合的第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯具有第一绕线区域，第二磁芯具有第二绕线区域；以及线圈，由连续绕制在第一绕线区域和第二绕线区域的导线绕制而成。在本发明的一实施例中，第一绕线区域和第二绕线区域包覆有绝缘材料。

在本发明的一实施例中，第一磁芯具有第一对合区，第二磁芯具有第二对合区，第一磁芯和第二磁芯通过第一对合区和第二对合区对合。

在本发明的一实施例中，第一磁芯和第二磁芯为U型磁芯。

在本发明的一实施例中，线圈包括绕制在第一绕线区域和第二绕线区域上的多层导线。

在本发明的一实施例中，多层导线的层数是2层或3层。

本发明为解决上述技术问题还提供了一种制作电感器的方法，包括以下步骤：提供分离的第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯具有第一绕线区域，第二磁芯具有第二绕线区域；以导线在第一绕线区域绕制第一线包；以导线继续在第二绕线区域绕制第二线包；将第一磁芯和第二磁芯对合。

在本发明的一实施例中，第一绕线区域和第二绕线区域包覆有绝缘材料。

在本发明的一实施例中，第一磁芯具有第一对合区，第二磁芯具有第二对合区，第一磁芯和第二磁芯通过第一对合区和第二对合区对合。

在本发明的一实施例中，第一磁芯和第二磁芯为U型磁芯。

在本发明的一实施例中，第一线包和第二线包分别包括多层导线。

在本发明的一实施例中，多层导线的层数是2层或3层。

本发明通过采用对合式拼接的磁芯，使得在磁芯的卷线步骤中可以采用自动化卷线来简化生产工艺和提高线包的排列整齐度，从而大幅度提高生产效率、降低制造成本、降低线包的寄生参数损耗以及在不影响性能的情况下减小电感器的尺寸。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之一；

图2是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之二；

图3是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之三；

图4是根据本发明一实施例的包覆有绝缘材料的磁芯的立体结构示意图；

图5是根据本发明一实施例的制作电感器的方法的示例性流程图；

图6A-6F是根据本发明一实施例的制作电感器的方法制作电感器的过程示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

在本申请中使用了流程图用来说明根据本发明实施例的制造方法所执行的操作。应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之一。如图1所示，本实施例的电感器100包括环形磁芯110和线圈120。其中，环形磁芯110是由第一磁芯111和第二磁芯112对合拼接形成。图1所示为第一磁芯111和第二磁芯112已经对合拼接好可以投入使用的电感器100。第一磁芯111具有第一绕线区域121，第二磁芯112具有第二绕线区域122。其中，第一绕线区域121位于第一磁芯111的中间部位，第二绕线区域122位于第二磁芯112的中间部位。线圈120是由连续绕制在第一绕线区域121和第二绕线区域122的导线绕制而成。如图1所示，该导线为普通的圆线，通常为包覆有绝缘材料的铜线。该绝缘材料可以是绝缘漆。本发明对该导线的形状和材料不做限制，在其他的实施例中也可以使用例如扁平线等其他导线。

在图1所示的实施例中，由第一磁芯111和第二磁芯112对合形成的环形磁芯110以“口”字形结构作为示例，其四个拐角处为圆弧形。可以理解的是，环形磁芯110还可以是其他环形结构，例如矩形、圆形、不规则环形等环形结构。可以理解，图1所示仅为示意，不用于限制本发明的电感器的实际尺寸和形状等特性。

在图1所示的实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112沿AA'线的横截面大约是矩形。在其他的实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112沿AA'线的横截面可以是圆形、椭圆形等。

图1所示是本发明的优选实施例，其中，第一磁芯111和第二磁芯112的形状结构是互相对称的。可以理解，在其他的实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112还可以是非互相对称的形状结构。

参考图1所示，电感器100还包括两个引出端141、142。该两个引出端141、142与用于绕制线圈120的导线的两端相连接。在电感器100完成线圈120的绕制之后，将导线的两端分别和引出端141、142相连接。电感器100通过该两个引出端141、142与其他的电子元件或电路进行连接。可以理解，引出端141、142上可以有一部分区域是由绝缘材料包裹导线，例如与导线连接的部分；还有一部分区域是导电材料，例如端部。

参考图1所示，在一些实施例中，电感器100还包括骨架130。两个骨架130分别位于线圈120的两端，起到隔绝线圈120和磁芯110的作用。骨架130通常采用绝缘材料制成。

如图1所示，线圈120可以分为绕制在第一磁芯111上的第一线圈120a和绕制在第二磁芯112上的第二线圈120b。在一些实施例中，第一线圈120a和第二线圈120b没有相互接触，二者之间具有大约1-2mm的空隙。可以理解，为了获得这样的电感器，第一磁芯111和第二磁芯112的形状和尺寸需要符合相应地要求。

图2是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之二。参考图2所示，骨架130尚未安装到电感器100上。骨架130呈叉子状，可以沿着图示第一方向D1平行的插入到电感器100上相应的部位。其中，一个骨架131位于线圈120的一端，另一个骨架132位于线圈120的另一端。骨架130的叉状结构的设计使其可以和电感器100上的第一磁芯111和第二磁芯112紧密贴合。骨架130安装好之后，正好可以使线圈120位于该两个骨架130之间，从而可以使线圈120和第一磁芯111和第二磁芯112两端的部分隔绝开。

图3是根据本发明一实施例的电感器的立体结构示意图之三。参考图3所示，该电感器的第一磁芯111和第二磁芯112尚未对合起来。如图3所示，在第一绕线区域121和第二绕线区域122之间具有一段较短的过渡导线，称之为过渡段123。该过渡段123进一步表明线圈120是由一根导线连续绕制在第一绕线区域121和第二绕线区域122上所形成的。

参考图3所示，第一磁芯111可以具有第一对合区113，第二磁芯112可以具有第二对合区114，第一磁芯111和第二磁芯112可以通过第一对合区113和第二对合区114对合。如图3所示，在第一磁芯111的两端凸出的部位分别具有两个呈平面状的第一对合区113，在第二磁芯112的两端凸出的部分也分别具有两个呈平面状的第二对合区112。第一对合区113和第二对合区114的位置两两对应，第一磁芯111上的两个第一对合区113正好可以和第二磁芯112上的两个第二对合区114相互对合，使得第一磁芯111和第二磁芯112组成环形磁芯110。优选地，第一对合区113和第二对合区114的面积、形状都相等。为了使第一磁芯111和第二磁芯112通过第一对合区113和第二对合区114稳固的连接在一起，在一个示例中，可以在第一对合区113和第二对合区114上涂覆粘胶以用于使第一对合区113和第二对合区114粘合。该粘胶可以是绝缘胶。

在一个实施例中，线圈120可以包括绕制在第一绕线区域121和第二绕线区域122上的多层导线。

在一个实施例中，多层导线的层数可以是2层或3层。如图1-3所示，绕制在第一绕线区域121和第二绕线区域122上的导线都是2层。

图4是根据本发明一实施例的包覆有绝缘材料的磁芯的立体结构示意图。参考图4所示，该磁芯410相当于图1-3中所示的第一磁芯111和第二磁芯112。在优选的实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112的形状、结构都相同，都可以用图4中的磁芯410来进行说明。在图4所示的实施例中，磁芯410为U型磁芯。该U型磁芯的转角处近似为直角，并具有一定的弧度。该U型磁芯主要由三部分组成，分别是用于绕制线圈的长直部分411和不用于绕制线圈的两个端部412、413。由于图4所示为包覆有绝缘材料420的磁芯410，因此该磁芯410的长直部分411几乎完全被绝缘材料420包覆。该U型磁芯的两个端部412、413都与长直部分411垂直连接，并形成了U型的两个竖直边。长直部分411的长度d1大于端部412、413的长度d2。长直部分411的宽度w和端部412、413的宽度w相等。第一磁芯111的第一绕线区域121和第二磁芯112的第二绕线区域122主要包括U型磁芯的长直部分411。

在一些实施例中，磁芯410是一体成型的U型磁芯。在另一些实施例中，磁芯410是由多个部件组合而成的U型磁芯，例如由分离的长直部分411、端部412、413拼接而形成。

参考图4所示，磁芯410上包覆有绝缘材料420该绝缘材料420均匀的涂覆在U型磁芯的长直部分411，起到隔绝磁芯本体和绕制在其上的导线的作用。相应地，在图1-3所示的电感器100的第一磁芯111的第一绕线区域121和第二磁芯112的第二绕线区域122都可以包覆有绝缘材料420。在一个示例中，该绝缘材料420可以是NOMEX绝缘纸、绝缘胶带或绝缘漆等，本实施例对此不作限定。

虽然在上述实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112是以“凹”字形结构作为U型磁芯的示例，但可以理解的是，第一磁芯111和第二磁芯112还可以是其他U型结构，例如圆弧、任意弧形等形状结构，该形状结构使第一磁芯111和第二磁芯112可以对合拼接并且形成环形结构。

本发明实施例的电感器的环形磁芯是由两个磁芯对合拼接的方式得到，因此在进行线圈的绕制时，可以采用自动卷线机对两个磁芯进行线圈的连续绕制，再利用机器或人工将绕好线圈的两个磁芯对合拼接。本发明的电感器和传统的利用手工或半自动绕线的电感器相比，卷线速度可大幅提高，避免了手工绕制的效率低、一致性差的缺点，可以做到高效和稳定地进行绕制，适合大批量生产。

此外，在高频条件下，例如频率为1kHz-500KHz的条件下，多数电子元器件都存在一定的寄生参数，这些寄生参数会使电路的运行速度变慢，改变频率的响应，产生被称为寄生损耗的能量损耗。与传统的手工或半自动绕线的电感器相比，本发明的电感器可以采用机器进行自动卷线，使电感器的线圈排列紧密均匀、整齐度高，从而可以降低线包的寄生参数，使电感器的寄生损耗变小。同时，线圈排列的整齐度高还可以节省线圈绕制空间，从而减小电感器的尺寸。

本发明还提供了一种制作电感器的方法。根据该制作电感器的方法可以制作出如前文所述的电感器。因此本说明前文关于电感器的说明内容和附图也可以用于解释本发明的制作电感器的方法。

图5是根据本发明一实施例的制作电感器的方法的示例性流程图。参考图5所示，本实施例的制作电感器的方法包括以下步骤：

步骤510，提供分离的第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯具有第一绕线区域，第二磁芯具有第二绕线区域。

步骤520，以导线在第一绕线区域绕制第一线包。

步骤530，以导线继续在第二绕线区域绕制第二线包。

步骤540，将第一磁芯和第二磁芯对合。

图6A-6F是根据本发明一实施例的制作电感器的方法制作电感器的过程示意图。下面结合图5和图6A-6F对本实施例的制作电感器的方法的各步骤进行具体说明。

在步骤510中所提供的分离的第一磁芯111和第二磁芯112如图6A所示的磁芯610。根据本发明的优选实施例，第一磁芯111和第二磁芯112的形状、结构都相同，因此，图6A仅示出一个磁芯610用来说明第一磁芯111和第二磁芯112。对比图4和图6A，可知，该实施例的磁芯610也为U型磁芯。该U型磁芯的转角处近似为直角，并具有一定的弧度。该U型磁芯主要由三部分组成，分别是用于绕制线圈的长直部分611和不用于绕制线圈的两个端部612、613。两个端部612、613都与长直部分611垂直连接，并形成了U型的两个竖直边。长直部分611的长度d1大于端部612、613的长度d2。长直部分611的宽度w和端部612、613的宽度w相等。对于第一磁芯111和第二磁芯112来说，磁芯610的长直部分611构成了第一磁芯111的第一绕线区域121和第二磁芯112的第二绕线区域122。

在一些实施例中，在本发明的制作电感器的方法中，在第一绕线区域121和第二绕线区域122包覆有绝缘材料。结合图6A和图6B所示，与图6A相比，图6B中的磁芯610在其长直部分611包覆有绝缘材料620。该绝缘材料620均匀的涂覆在U型磁芯的长直部分611，起到隔绝磁芯本体和绕制在其上的导线的作用。在一个示例中，该绝缘材料420可以是NOMEX绝缘纸、绝缘胶带或绝缘漆等，本实施例对此不作限定。

在步骤510还可以包括将第一磁芯111和第二磁芯121放置在自动绕线机上，准备开始进行绕线。在本发明的实施例中，当自动绕线机具有一个工位时，则先将第一磁芯111放在工位上进行绕线，绕线结束之后将第一磁芯111取下，再将第二磁芯121方在该工位上进行绕线，依次类推。当自动绕线机具有多个工位时，则可以将多个磁芯都先放在对应的工位上，然后再开始逐个对多个磁芯进行绕线。以自动绕线机具有两个工位为例，可以将第一磁芯111和第二磁芯121先分别放置在两个工位上，然后利用一根导线先对第一磁芯111进行绕制，再对第二磁芯进行绕制，形成一个连续的绕制过程。

在步骤520中，以导线在第一绕线区域绕制第一线包。图6C示出了在第一绕线区域121绕制第一线包的初始步骤。参考图6C所示，导线630从第一绕线区域121的一端开始，称该端为起始端。再沿着某一个起始方向，例如图6C中所示的第二方向D2，围绕该第一绕线区域121按照逆时针方向绕线。需要说明，在进行绕制时，要在导线630的线头处预留一段长度，以用于和图1中所示电感器100的引出端141或142进行连接。

根据本发明的U型磁芯，由于其第一绕线区域121和第二绕线区域122都为长直结构，因此可以方便地将其固定在自动绕线机上，利用自动绕线机来实现快速又紧密的绕线。对于绕线区域具有一定弧度的U型磁芯来说，也可以通过对自动绕线机进行相应的设置来实现自动绕线。

在步骤530中，以导线继续在第二绕线区域绕制第二线包。参考图6D所示，步骤520已经执行完毕，即完成了对第一绕线区域121的绕线步骤，并开始对第二绕线区域122进行绕线。由于该实施例对第一绕线区域121绕制了两层导线，因此，第一线包631包括两层导线。在一些实施例中，第一线包631可以包括多层导线。在一些实施例中，多层导线的层数是2层或3层。可以理解，对于具有多层导线的线包来说，可以在绕制时先紧挨着磁芯绕制内层的导线，再依次向外绕制外层的导线。

由于第一线包631包括两层导线，因此在结束对第一绕线区域121的绕线之后，导线630的线头回到了该导线630开始绕线的起始端。对具有两个工位的自动绕线机来说，可以继续以导线630在第二磁芯112的第二绕线区域122绕制第二线包。导线630从第一绕线区域121过渡到第二绕线区域122的一段被称为过渡段123。

可以理解，在第一绕线区域121绕制单数层和双数层导线时，导线630的引出端的位置会有所不同。如图6D所示，第一绕线区域121绕制了双数层(2层)导线，绕制好第一线包631之后，导线630的线头靠近第一磁芯111的左端。则第二磁芯112需放置在第一磁芯111的左边以继续进行导线绕制。如果第一绕线区域121绕制单数层(例如1层)导线，则绕制好第一线包631之后，导线630的线头应当靠近第一磁芯111的右端。相应地，需将第二磁芯112放置在第一磁芯111的右边即可实现导线的连续绕制。

参考图6E所示，步骤530已经执行完毕，即完成了对第二绕线区域122的绕线步骤，形成了第二线包632。该实施例对第二绕线区域122绕制了两层导线，因此，第二线包632包括两层导线。在一些实施例中，第二线包632可以包括多层导线。在一些实施例中，多层导线的层数是2层或3层。

根据绕制好第一线包631的第一磁芯111和绕制好第二线包632的第二磁芯112可以形成本发明前文所述的电感器。

在步骤540中，将第一磁芯111和第二磁芯112对合。

参考图6F所示，在一个实施例中，第一磁芯111具有第一对合区113，第二磁芯112具有第二对合区114，第一磁芯111和第二磁芯112通过第一对合区113和第二对合区114对合。

结合图6A和图6F所示，在第一磁芯111的两个端部612a、613a分别具有两个呈平面状的第一对合区113，在第二磁芯112的两个端部612b、613b也分别具有两个呈平面状的第二对合区114。第一对合区113和第二对合区114的位置两两对应，第一磁芯111上的两个第一对合区113正好可以和第二磁芯112上的两个第二对合区114相互对合，使得第一磁芯111和第二磁芯112组成环形磁芯110。优选地，第一对合区113和第二对合区114的面积、形状都相等。为了使第一磁芯111和第二磁芯112通过第一对合区113和第二对合区114稳固的连接在一起，在一个示例中，可以在第一对合区113和第二对合区114上涂覆粘胶以用于使第一对合区113和第二对合区114粘合。该粘胶可以是绝缘胶。

根据图6A-6F所示的制作电感器的过程，最终获得的电感器的两个引出端141、142位于电感器的同一端。该实施例不用于限制引出端141、142的具体位置。在其他的实施例中，两个引出端141、142可以分别位于电感器的两端，也可以位于电感器的线包上的任意位置。

可以理解，在图6E所示的步骤完成了对磁芯的绕线之后，可以将第一磁芯111和第二磁芯112分别或一起从自动绕线机上取下，将第一磁芯111的第一对合区113和第二磁芯112的第二对合区114对齐，使第一磁芯111和第二磁芯112对合拼接为一个环形磁芯。该对合步骤也可以由机器来执行，从而实现绕线和对合的一体自动化操作。

在本发明的优选实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112为U型磁芯。在其他的实施例中，第一磁芯111和第二磁芯112不限于本发明附图中示出的形状，也可以为其他形状，该其他形状使第一磁芯111和第二磁芯112可以对合形成环形结构。

本发明的制作电感器的方法分别对组成电感器的两个磁芯进行线包绕制，在卷线步骤中可以采用自动化卷线其中，简化生产工艺可以大幅度提高生产效率和降低制造成本；提高线包的排列整齐度可以使线包排列更为紧凑，从而降低了线包的寄生参数损耗以及减小了电感器的尺寸。

本发明实施例的电感器的制作方法对组成电感器的两个磁芯进行连续的线包绕制，并将绕好线圈的两个磁芯对合拼接以形成所需要的环形电感器。本发明的电感器的制作方法可以采用自动化卷线机来简化生产工艺和提高线包的排列整齐度，与传统的手工或半自动绕制方法相比，卷线速度可大幅提高，避免了手工绕制的效率低、一致性差的缺点，可以做到高效和稳定地进行绕制，适合大批量生产。

此外，在高频条件下，多数电子元器件都存在一定的寄生参数，这些寄生参数会使电路的运行速度变慢，改变频率的响应，产生被称为寄生损耗的能量损耗。与传统的手工或半自动绕制方法相比，本发明的电感器的制作方法采用机器实现整个流程的自动化，生产出来的电感器还具有线圈排列紧密均匀、整齐度高的优点，并且可以进一步地降低线包的寄生参数，使得电感器的寄生损耗变小。同时，线圈的排列整齐度高还可以节省线圈绕制空间，从而减小电感器的尺寸。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种电感器，其特征在于包括：

环形磁芯，包括对合的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯具有第一绕线区域，所述第二磁芯具有第二绕线区域；以及

线圈，由连续绕制在所述第一绕线区域和第二绕线区域的导线绕制而成。

2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述第一绕线区域和第二绕线区域包覆有绝缘材料。

3.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述第一磁芯具有第一对合区，所述第二磁芯具有第二对合区，所述第一磁芯和第二磁芯通过所述第一对合区和第二对合区对合。

4.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯为U型磁芯。

5.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述线圈包括绕制在所述第一绕线区域和第二绕线区域上的多层导线。

6.如权利要求5所述的电感器，其特征在于，所述多层导线的层数是2层或3层。

7.一种制作电感器的方法，包括以下步骤：

提供分离的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯具有第一绕线区域，所述第二磁芯具有第二绕线区域；

以导线在所述第一绕线区域绕制第一线包；

以所述导线继续在所述第二绕线区域绕制第二线包；

将所述第一磁芯和第二磁芯对合。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一绕线区域和第二绕线区域包覆有绝缘材料。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一磁芯具有第一对合区，所述第二磁芯具有第二对合区，所述第一磁芯和第二磁芯通过所述第一对合区和第二对合区对合。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯为U型磁芯。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一线包和第二线包分别包括多层导线。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多层导线的层数是2层或3层。

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