CN111508680A - 功率线圈及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率线圈，包括多个环部，多个环部彼此连接形成连续的螺旋结构，每个环部与相邻的环部之间设有切缝，所述切缝内设有粘结层，位于最内侧的所述环部的端部设有过孔。本发明还提供一种功率线圈的加工方法，包括对铜箔板进行两次切割，整体图形不会变形；并且切割图形设计自动化，为柔性生产；线圈空间利用率提高，器件效率和功率密度也随之提高了；通过拼板工艺，可方便进行批量生产，生产效率大大提高了；无需模具即可进行生产，既可以进行单件生产，也可以进行批量生产，生产与数量无关。

Description

功率线圈及其加工方法

技术领域

本发明涉及线圈制造领域，特别是涉及一种功率线圈及其加工方法。

背景技术

线圈用在很多功率器件产品中，如变压器、电机/发动机、无线充电器等等。传统线圈的生产，大多都是通过绕线机绕制铜线而成。这种加工方法的缺点是：效率低下，大多需要模具，不具备柔性生产的要求；同时，圆形的截面的铜线所绕制的线圈空间利用率不高，限制了功率器件的效率。在当前中国制造2025的背景下，迫切需要一种高效的、具备柔性生产要求的加工方法。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种功率线圈，以克服现有技术的上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种功率线圈，包括多个环部，多个环部彼此连接形成连续的螺旋结构，每个环部与相邻的环部之间设有切缝，所述切缝内设有粘结层，位于最内侧的所述环部的端部设有过孔。

优选地，所述粘结层设有若干个，在所述切缝内沿螺旋方向依次设置。

优选地，所述环部上处于磁力线内的位置设有至少一个切口。

优选地，所述螺旋结构的截面呈扇形、圆形或者方形。

优选地，所述螺旋结构上设有若干个倒角，所述倒角位于所述螺旋结构上两条直线段的相交位置，或者所述倒角位于所述螺旋结构上直线段与圆弧段的相交位置。

优选地，所述功率线圈设有2层或者2的倍数层，相邻层的功率线圈通过过孔连接。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种功率线圈的加工方法，包括如下步骤：

S1、取一铜箔板，在铜箔板上设置第一次切割路径，采用激光切割铜箔板，形成多个第一缝，多个第一缝形成不连续的螺旋结构，从而得到未成型的功率线圈；

S2、在第一缝内填充树脂，将树脂固化后形成粘结层；

S3、在未成型的功率线圈上设置第二次切割路径，采用激光切割铜箔板，形成多个第二缝，使第二缝的两端与相邻的第一缝连通，形成切缝，从而形成成型的功率线圈。

优选地，第一次切割或第二次切割后，检查铜箔板切缝处，如有毛刺或残渣，对铜箔板进行化学微蚀，去除切缝处的毛刺及残渣。

优选地，当功率线圈呈扇形时，所述第二缝位于直线段上，以及位于直线段与圆弧段的相交位置。

优选地，当功率线圈呈方形时，所述第二缝位于两条直线段的相交位置，以及位于长度方向的直线段上。

优选地，当第二缝位于两条直线段的相交位置，或者直线段与圆弧段的相交位置时，将第二缝切割为直线倒角或者圆弧倒角的形状。

优选地，还包括步骤S4，在功率线圈上设置第三次切割路径，第三次切割路径布置在处于磁力线内的位置，采用激光切割铜箔板，在环部上形成切口。

如上所述，本发明涉及的功率线圈及其加工方法，具有以下有益效果：本发明将铜箔板分成两次切割，整体图形不会变形；切割图形设计自动化，为柔性生产；线圈空间利用率提高，器件效率和功率密度也随之提高了；通过拼板工艺，可方便进行批量生产，生产效率大大提高了；无需模具即可进行生产，既可以进行单件生产，也可以进行批量生产，生产与数量无关。

附图说明

图1为位于上层的扇形功率线圈示意图。

图2为位于下层的扇形功率线圈示意图。

图3为位于扇形功率线圈切割路径示意图。

图4为扇形功率线圈进行第三次切割的示意图。

图5为位于上层的圆形功率线圈示意图。

图6为位于下层的圆形功率线圈示意图。

图7为位于上层的方形功率线圈示意图。

图8为位于下层的方形功率线圈示意图。

图9为直线倒角原理图。

图10为圆弧倒角原理图。

元件标号说明

1 环部

101 直线段

102 圆弧段

11 切口

12 倒角

2 过孔

3 切缝

31 第一缝

32 第二缝

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

现有技术中，线圈一般具有连续回转结构，从第一端开始，由外到里，然后由里到外，到达第二端。线圈的基本结构可看作是由直线段和/或圆弧段组成的封闭图形，而曲线可看成是多个圆弧段的结合体，后续都是以直线段和圆弧段进行说明的。

如图1至图10所示，本发明提供一种功率线圈，功率线圈从铜箔板上经两次切割最终成型，功率线圈包括多个环部1，多个环部1由内至外或由外直内层叠排布，并且彼此连接形成连续的平面螺旋结构，每个环部1与相邻的环部1之间设有切缝3，通过切缝3避免相邻的环部1触碰，所述切缝3内设有粘结层，粘结层通常由树脂填充，烘烤固化形成，避免在切割时功率线圈的图案变形。位于最内侧的所述环部1的端部设有过孔2，过孔2可以是贯穿孔，也可以是盲孔，根据实际情况设置，用于将相邻层的功率线圈连接。

本发明涉及的功率线圈一般都设有2层，或2的倍数层结构。为便于说明，以下采用2层结构进行讲述。取两个切割完成的成型功率线圈，两个功率线圈经过棕化后，与半固化片PP进行压合，得到层压板。所述层压板通过若干个过孔2将上下两层功率线圈进行电气连接，形成回路。过孔2的数量由所通过的总电流和单个过孔2所通过对最大电流的比值决定。加工过孔2时，先需在预定的位置进行钻孔，然后进行电镀，将2层功率线圈进行导通，形成回路。当两个功率线圈需要进行串联时，可将第一个线圈的第二端与第二个线圈的第一端相连，得到的串联线圈的两个端点为第一个线圈的第一端和第二个线圈的第二端。当两个线圈需要进行并联时，可将第一个线圈的第一端与第二个线圈的第一端相连，第一个线圈的第二端与第二个线圈的第二端相连，得到的并联线圈的两个端点为第一/二个线圈的第一端和第一/二个线圈的第二端。当多个线圈进行串并联时，方法与此相同。如两个端点在同一层，可直接相连，如不在同一层，可通过一个或多个过孔相连。

由于线圈具有回转结构，在激光切割线圈过程中，会用压缩气体将熔融的金属铜吹走。如果不进行有效控制，直接径直沿连续的切割路径进行加工，势必会造成切割后线圈的变形，形成短路，造成线圈功能失效。因此，本发明提供一种功率线圈的加工方法，使用大于一次的切割图形方法完成对铜箔的加工，从而制作成线圈，以保证切割后线圈功能的完整。

以下给出一种两次切割的优选实施例，如图3所示，包括如下步骤：

S1、在铜箔板上设置第一次切割路径，采用激光切割铜箔板，形成多个第一缝31，多个第一缝31形成不连续的螺旋结构，从而切割出部分线圈图形得到未成型的功率线圈，第一缝31具有不连续的特点，使相邻的环部1连接在一起，可以保证线圈的形状完整，不会在切割后图形变形或移位。第一次切割完成后，检查铜箔板第一缝处，如有毛刺或残渣，对铜箔板进行化学微蚀，去除第一缝处的毛刺及残渣，检查时，可通过AOI(AutomatedOptical Inspection)，即自动光学检测检查铜箔板切缝处。

S2、检查完毕后，在第一缝31内填充树脂，树脂用于将相邻环部1连接，树脂经烘烤固化后形成粘结层，以便稳定图形，为下一步切割做准备，多个粘结层在螺旋路径上依次设置具有不连续的特点。

S3、在铜箔板上设置第二次切割路径，第二次切割路径为第一次切割中尚未切割的部分，采用激光切割铜箔板，形成多个第二缝32，使第二缝32的两端与相邻的第一缝31连通，形成切缝3，从而剩余的铜箔板形成成型的功率线圈，为一个连续的回转线圈结构；需注意的是，该切割路径可以一次切割完成，也可以多次切割，直至形成所述切缝3。第二次切割完成后，检查铜箔板第二缝处，如有毛刺或残渣，对铜箔板进行化学微蚀，去除第二缝处的毛刺及残渣，检查时，可通过AOI(Automated Optical Inspection)，即自动光学检测检查铜箔板切缝处；如无毛刺或残渣，无需进行化学微蚀。

本发明涉及的功率线圈可以呈扇形、圆形或者方形形状，通常由直线段101和圆弧段102构成，可选择在较长直线段、较长圆弧段、直线与圆弧相交处、直线与直线相交处设置为第二次切割路径，以防止切割过程中线圈的变形造成的质量问题。例如，某直线段或圆弧段切割路径过长时，该段路径可被分割成若干段进行多次切割，所分段数的依据是所有各段能克服切割过程中的外力(切割气体对铜箔的作用力)以及铜箔的内部应力；直线段与圆弧段(或直线段与直线段)相交处：此处会承受较大的切割气体对铜箔的作用力，通常此相交处的切割被打断。

如图1至图4所示，当功率线圈呈扇形时，一般用于电机或发电机领域，所述第二缝32位于直线段101上，以及位于直线段101与圆弧段102的相交位置处。如图7和图8所示，当功率线圈呈方形时，一般用于平面变压器领域，所述第二缝32位于两条直线段的相交位置上，以及位于长度方向的直线段上。如图5和图6所示，当功率线圈呈圆形时，一般用于无线充电领域，第二缝32设置多个，位于圆弧段上，分两次切割以保证整个图形的连续。

由于线圈大多处于高频环境中，电流流经线圈会发生趋肤效应，为此，线圈内部直线段与直线段，或直线段与圆弧段连接的位置需要进行平滑过渡处理。平滑过渡处理可采用如下方法进行倒角12处理：

1、直线倒角处理

如图9所示，原理如下，直线L11为直线L1的延长线，直线L12为圆O1(半径已知，即为倒角的大小)与圆弧C1交点处的切线，圆O1的圆心为L11与L12的交点。当C1为直线时，L12即为C1的延长线。

2、圆弧倒角处理

如图10所示，原理如下，圆心为O1的圆与直线L1与圆弧C1分别相切于A、B两点，圆的半径为倒角的大小，为已知，圆弧AB即为所求倒角。

上述两种倒角方式在实际应用时，采用圆弧倒角较好，其最大限度地降低了由于趋肤效应而引起的涡流损耗。

如图4所示，处于磁力线内的线圈部分，同样也会产生由于趋肤效应而引起的涡流损耗，为此，本发明还在功率线圈上进行第三次切割，首先设置第三次切割路径，第三次切割路径布置在处于磁力线内的位置，采用激光切割铜箔板，在环部1上形成切口11，切口11可以是直线或曲线作为利兹线，使切口11的位置处形成并联方式，以降低线圈的涡流损耗。当然，加入切口11后，线圈的电阻值变大，由此增加了线圈的发热量。所以，实际设计是的目标是线圈涡流损耗与发热量之和最小。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种功率线圈，其特征在于，包括多个环部(1)，多个环部(1)彼此连接形成连续的螺旋结构，每个环部(1)与相邻的环部(1)之间设有切缝(3)，所述切缝(3)内设有粘结层，位于最内侧的所述环部(1)的端部设有过孔(2)。

2.根据权利要求1所述的功率线圈，其特征在于：所述粘结层设有若干个，在所述切缝(3)内沿螺旋方向依次设置。

3.根据权利要求1所述的功率线圈，其特征在于：所述环部(1)上处于磁力线内的位置设有至少一个切口(11)。

4.根据权利要求1所述的功率线圈，其特征在于：所述螺旋结构的截面呈扇形、圆形或者方形。

5.根据权利要求4所述的功率线圈，其特征在于：所述螺旋结构上设有若干个倒角(12)，所述倒角(12)位于所述螺旋结构上两条直线段的相交位置，或者所述倒角(12)位于所述螺旋结构上直线段与圆弧段的相交位置。

6.根据权利要求1所述的功率线圈，其特征在于：所述功率线圈设有2层或者2的倍数层，相邻层的功率线圈通过过孔(2)连接。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的功率线圈的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取一铜箔板，在铜箔板上设置第一次切割路径，采用激光切割铜箔板，形成多个第一缝(31)，多个第一缝(31)形成不连续的螺旋结构，从而得到未成型的功率线圈；

S2、在第一缝(31)内填充树脂，将树脂固化后形成粘结层；

S3、在未成型的功率线圈上设置第二次切割路径，采用激光切割铜箔板，形成多个第二缝(32)，使第二缝(32)的两端与相邻的第一缝(31)连通，形成切缝(3)，从而形成成型的功率线圈。

8.根据权利要求7所述的功率线圈的加工方法，其特征在于：第一次切割或第二次切割后，检查铜箔板切缝处，如有毛刺或残渣，对铜箔板进行化学微蚀，去除切缝处的毛刺及残渣。

9.根据权利要求7所述的功率线圈的加工方法，其特征在于：当功率线圈呈扇形时，所述第二缝(32)位于直线段上，以及位于直线段与圆弧段的相交位置。

10.根据权利要求7所述的功率线圈的加工方法，其特征在于：当功率线圈呈方形时，所述第二缝(32)位于两条直线段的相交位置，以及位于长度方向的直线段上。

11.根据权利要求7所述的功率线圈的加工方法，其特征在于：当第二缝(32)位于两条直线段的相交位置，或者直线段与圆弧段的相交位置时，将第二缝(32)切割为直线倒角或者圆弧倒角的形状。

12.根据权利要求7所述的功率线圈的加工方法，其特征在于：还包括步骤S4，在功率线圈上设置第三次切割路径，第三次切割路径布置在处于磁力线内的位置，采用激光切割铜箔板，在环部(1)上形成切口(11)。

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