CN111524691A - 一种变压器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种变压器及其制备方法，该变压器包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；该变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，该绕组线圈绕制于磁芯上；该电极引脚与该绕组线圈的接头连接，并贴覆于该磁芯的一侧；该灌胶层涂敷于该变压器本体的外侧，覆盖该电极引脚贴覆该磁芯的一面，包裹并固化在该磁芯的闭合磁路外侧；该灌胶层由环氧胶和磁粉制成。能够通过将由环氧胶和磁粉制成的灌胶层涂敷于变压器外侧，减小变压器磁芯的磁路长度，并在同饱和电流能力下减少绕制于磁芯上的线圈圈数，缩小该变压器的体积。

Description

一种变压器及其制备方法

技术领域

本公开涉及变压器技术领域，具体地，涉及一种变压器及其制备方法。

背景技术

变压器作为一种利用电磁感应原理改变交流电压的装置，其主要构件包括磁芯、绕制于磁芯上的初级线圈和次级线圈，能够在电路中起到电压变换、阻抗变换、隔离、稳压等作用。例如，功率变压器目前在通讯供电、计算机、医疗电子、工业控制、安全系统和电子设备芯片驱动等领域应用广泛。随着高功率密度电源技术的不断发展以及电源控制芯片的大规模应用，功率变压器逐渐向小型化、高密度、高效率方向发展。现有技术中，通过取消变压器中的骨架结构，并通过在绕组线圈表面缠绕胶带对绕制于磁芯上的绕组线圈进行束缚，防止绕组线圈松动、散乱的同时减小变压器的体积。但是，在上述变压器结构中，由于磁路较长且不能形成闭合磁路，若要达到要求的饱和电流能力，需要的绕组线圈圈数较多，变压器体积仍然较大。并且，通常情况下，上述变压器中通过对磁芯中柱磨气隙达到电感要求，这种方式需要高精度的研磨设备，成本较高，且电感精度误差通常维持在±5％左右，导致变压器的效率较低，稳定性差。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种变压器及其制备方法。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种变压器，所述变压器包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；

所述变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，所述绕组线圈绕制于所述磁芯上；

所述电极引脚与所述绕组线圈的接头连接，并贴覆于所述磁芯的一侧；

所述灌胶层涂敷于所述变压器本体的外侧，所述灌胶层覆盖所述电极引脚贴覆所述磁芯的一面，所述灌胶层包裹并固化在所述磁芯的闭合磁路外侧；

所述灌胶层由环氧胶和磁粉制成。

可选的，所述环氧胶的质量和磁粉的质量的比值在20％-50％之间。

可选的，所述磁粉为直径小于等于20um的颗粒。

可选的，所述灌胶层的涂层厚度在1mm-2mm之间。

可选的，所述磁芯由镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体制成。

可选的，所述磁芯的形状为H型，包括两相对的侧边和中间连接所述侧边的连接边；

所述中部位于所述连接边上；

所述绕组线圈绕制于所述H型磁芯的中部。

可选的，所述电极引脚通过柔性印刷电路板贴覆于所述磁芯的一侧。

可选的，所述绕组线圈的外侧包裹有耐180℃的完全绝缘材料。

可选的，所述耐180℃的完全绝缘材料为聚酯亚胺或聚酰胺。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种变压器制备方法，所述制备方法包括：

以预设属性参数的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料按预设形状制成磁芯；

将预设长度和直径的绕组线圈绕制在所述磁芯上；

将电极引脚贴覆于所述磁芯的一侧，使所述电极引脚与所述绕组线圈的接头连接；

按照预设比例配置由所述磁粉与所述环氧胶真空状态下搅拌组成灌胶层；

在真空状态下，对所述灌胶层进行搅拌并涂敷于由所述磁芯和绕组线圈构成的变压器主体外侧；

通过温控红外隧道炉，在120℃下对所述涂敷于绕组线圈上的灌胶层进行均匀加热60分钟，以使所述灌胶层固化，包裹在所述磁芯的闭合磁路外侧，形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器。

综上所述，本发明提供的一种变压器及其制备方法，该变压器包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；该变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，该绕组线圈绕制于该磁芯上；该电极引脚与该绕组线圈的接头连接，并贴覆于该磁芯的一侧；该灌胶层涂敷于该变压器本体的外侧，覆盖该电极引脚贴覆该磁芯的一面，包裹并固化在该磁芯的闭合磁路外侧；该灌胶层由环氧胶和磁粉制成。能够通过将由环氧胶和磁粉制成的灌封胶涂敷于变压器外侧，减小变压器磁芯的磁路长度，并在同饱和电流能力下减少绕制于磁芯上的线圈圈数，缩小该变压器的体积。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种变压器正面的结构示意图；

图2是根据图1所示实施例示出的一种变压器底面的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种变压器制备方法的流程图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种变压器制备系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种变压器正面的结构示意图，如图1所示，该变压器100包括：变压器本体(包括磁芯101和绕组线圈102)、电极引脚103以及灌胶层104，该绕组线圈102绕制于该磁芯101上。磁芯101是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物(例如，锰-锌铁氧体和镍-铁氧体是典型的磁芯体材料)，通常应用于各种电子设备的线圈和变压器中。线圈之间彼此互相绝缘，绕制在磁芯101上，并且，线圈按照一定规律排列和联结，构成了绕组线圈102，也可以说线圈是构成绕组线圈102的基本单元。电极引脚103是该变压器100中绕组线圈102的末端部分，通常通过软纤焊将该电极引脚103焊接在变压器100的焊盘上，并形成焊点。灌胶层104为通过机械或手工等方式灌入电子元件内的一种液态聚氨酯复合物，灌入电子元件(即变压器100)中后，上述液态聚氨酯复合物会在常温或者加热条件下固化成性能优异的热固性高分子绝缘材料，起到固定、隔热等作用。

在本公开实施例的变压器100中，电极引脚103与该绕组线圈102的接头连接，并贴覆于该磁芯101的一侧。该灌胶层104是由环氧胶和磁粉构成的，涂敷于该变压器本体的外侧，覆盖该电极引脚103贴覆该磁芯的一面，包裹并固化在该磁芯101的闭合磁路外侧。能够形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器。并且，由于在同等饱和电流能力下缩短了磁路使该变压器100实现了产品小型化，由于气隙分布均匀提高了该变压器100的电感精度，能够提高效率，降低电源波纹，增强电源稳定性，使该变压器100更加适用于要求功率密度最大化的供电设备，尤其是当前大部分通讯基站中的供电设备。

需要说明的是，该灌胶层104被涂覆于该变压器本体的外侧时，在该变压器本体的表面形成了一层孔隙小，表面均匀的涂层薄膜，且该薄膜具有一定的厚度。

示例地，为了减小变压器的体积，该变压器100中未设置骨架结构，并通过灌封灌胶层的方式固定绕制于磁芯101上的绕组线圈102。采用按照预设比例配置的磁粉和环氧胶作为灌胶层104，该灌胶层104均匀地涂覆在变压器本体的外侧(由于电极引脚103贴附在磁芯101的一侧，因此将灌胶层104涂覆在变压器本体的外侧时，该灌胶层104会覆盖引脚电极103贴覆磁芯101的一面)，以起到固定的作用。同时，上述由磁粉和环氧胶构成的灌胶层104还能使磁芯101外侧形成闭合磁路，缩短该变压器100的磁路长度。如此，涂覆灌胶层104后的变压器100，在该磁芯101上绕组线圈102的圈数较小的情况下，仍能够达到较大的饱和电流，有效地减小了该变压器100的体积。通过多次试验统计，将该灌胶层104涂层的厚度范围设置在1mm-2mm之间，并将该环氧胶的质量和磁粉的质量的比值范围设置在20％-50％之间时，缩短该灌胶层104磁路长度能达到较好的效果，该变压器的体积(体积的大小受到绕组线圈102的圈数以及灌胶层104的涂层厚度的影响)能够控制在一个较小的范围内。若环氧胶与磁粉的质量比值不在上述范围内，将难以达到该技术效果，例如，当环氧胶的质量和磁粉的质量比值大于0.5时，则会导致难以形成闭合回路，磁路长度较长，变压器体积难以达到小型化要求，或者，当环氧胶的质量和磁粉的质量的比值小于0.2时，则会由于环氧胶含量较少而导致对变压器100内的绕组线圈102的固定效果较差。

具体的，当该灌胶层104中环氧胶的质量与磁粉的质量比值为1:2时，该灌胶层104能够同时兼顾形成闭合回路以及固定绕组线圈102的技术效果。并且，当该灌胶层104的涂层厚度为1mm时，该变压器100的体积最低。该变压器100的长度、宽度以及高度均受到磁芯101体积、绕组线圈102的圈数以及涂层厚度的影响。由于磁芯101体积是固定的，也就是说，环氧胶的质量与磁粉的质量比值为1:2的灌胶层104，以1mm的涂层厚度涂覆于变压器本体外侧时，涂层厚度与绕组线圈102的圈数之和最小。经过数据测试，上述结构的变压器长度*宽度*高能能够达到6.2mmx6.2mmx2.38mm左右，以使该变压器100的体积达到最小。

另外，该磁粉为直径小于等于20um的颗粒，选用直径较小的磁粉颗粒作为灌胶层104的组成成分，能够减小灌胶层104中的气孔，使涂层均匀地分布在变压器本体的外侧，并使该变压器100气隙分布均匀。

可以理解的是，该磁粉的直径越小，形成的该灌胶层104中的气孔越少，磁粉的饱和磁感应强度越高，涂敷在变压器本体的外侧时，能够形成均匀的灌胶层结构。

可选的，该磁芯的材料为内阻为100MΩMin的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体。该磁芯的形状为H型，包括两相对的侧边和中间连接该侧边的连接边，以使该绕组线圈绕制于该H型磁芯的中部，该中部位于该连接边上。另外，该磁粉的饱和磁感应强度在0.4Ts-1.6Ts之间。

示例地，当前国内微型变压器的电感精度误差通常维持在±5％左右，电感精度较低不仅导致变压器的效率低和稳定差，还会影响到电源电流波纹。在本公开实施例中，选用内阻较大的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料作为上述变压器100的磁芯101，以及选用饱和磁感应强度较大的磁粉，在保证形成最短磁路长度、均匀气隙分布以及同等饱和电流能力的同时，还能够使电感精度误差降低到±2％范围内。具备稳定电源纹波、提高效率、增强电源稳定、延长电源寿命的效果。

另外，如图2所示，该电极引脚103通过柔性印刷电路板贴覆于该磁芯的一侧。

示例地，柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，简称FPCB)，是一种利用柔性基材制成的具有图形的印刷电路板，由绝缘基材和导电层构成，绝缘基材和导电层之间可以有粘结剂。该FPCB为超薄双面引脚贴片，正面(即与磁芯101贴覆的一面)的引脚电极采用刷锡膏熔锡与绕组线圈102的接头连接，该FPCB底面(即不与磁芯101贴覆的一面)的引脚为产品引脚。由于FPCB具有双面引脚以及超薄特性，能够进一步减小该变压器100的体积，实现产品的小型化。

另外，该绕组线圈的外侧包裹有能够耐180℃的完全绝缘材料。该耐180℃的完全绝缘材料为聚酯亚胺或聚酰胺。

示例的，聚酯亚胺或聚酰胺作为绕组线圈的漆包线材料，具有耐高温且完全绝缘的特性，能够在铜线(即绕组线圈的导线材料)表面形成绝缘层，防止导电体与外界接触造成漏电、短路、触电等事故发生。

综上所述，本发明提供的一种变压器，包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；该变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，该绕组线圈绕制于该磁芯上；该电极引脚与该绕组线圈的接头连接，并贴覆于该磁芯的一侧；该灌胶层涂敷于该变压器本体的外侧，覆盖该电极引脚贴覆该磁芯的一面，包裹并固化在该磁芯的闭合磁路外侧，以形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器；该灌胶层的材料为按照预设比例配置的环氧胶和磁粉，该灌胶层涂层的厚度在1mm-2mm之间。能够通过将按预设比例配置的环氧胶和磁粉涂敷于变压器外侧；该灌胶层由环氧胶和磁粉制成。能够通过将由环氧胶和磁粉制成的灌胶层涂敷于变压器外侧，减小变压器磁芯的磁路长度，并在同饱和电流能力下减少绕制于磁芯上的线圈圈数，缩小该变压器的体积。以及，通过选用内阻较大的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料和饱和磁感应强度较大的磁粉，提高变压器的电感精度和稳定性。

图3是根据一示例性实施例示出的一种变压器制备方法的流程图。如图3所示，该方法包括：

在步骤301中，以预设属性参数的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料按预设形状制成磁芯。

示例地，采用预设属性参数的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料(例如，在镍锌铁氧体材料中，三氧化二铁的含量为42％-50％、氧化镍42％-48％、氧化锌2％-16％，杂质≤0.5％)，并将上述镍锌铁氧体材料放置于生产用成型模具(例如，H型模具)中，通过磁芯成型加工工艺制成预设形状的磁芯。

在步骤302中，将预设长度和直径的绕组线圈绕制在该磁芯上。

在步骤303中，将电极引脚贴覆于该磁芯的一侧，使该电极引脚与该绕组线圈的接头连接。

在步骤304中，按照预设比例配置由该磁粉与该环氧胶真空状态下搅拌组成灌胶层。

在步骤305中，在真空状态下，对该灌胶层进行搅拌并涂敷于由该磁芯和绕组线圈构成的变压器主体外侧。

示例地，灌封方式分为常压灌封和真空灌封，本公开实施例中，在真空状态下，对预设比例的磁粉和灌胶层进行搅拌并涂覆于变压器主体外侧，能够减少灌胶层中的气孔，使灌胶层均匀涂敷于变压器主体的外侧。

在步骤306中，通过温控红外隧道炉，在120℃下对该涂敷于绕组线圈上的灌胶层进行均匀加热60分钟，以使该灌胶层固化，包裹在该磁芯的闭合磁路外侧，形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器。

示例地，温控红外隧道炉，是一种采用电阻发热丝、红外发热管作为热源，通过内部风在加热炉内形成热风循环，并以空气作为导热体的装置。本公开实施例中，在120℃下对该灌胶层均匀加热60分钟，在减少灌胶层中气孔的同时，还能够进一步增大变压器的电感精度。

另外，在一个变压器制备系统中，由各个模块执行相应步骤能够完成上述变压器制备方法，以实现该变压器的全自动化制备。

图4是根据一示例性实施例示出的一种变压器制备系统的结构框图，如图4所示，该变压器制备系统400包括：

磁芯制备模块410，用于以预设属性参数的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料按预设形状制成磁芯；

线圈绕制模块420，所述线圈绕制模块420与所述磁芯制备模块410连接，用于将预设长度和直径的绕组线圈绕制在所述磁芯上；

引脚贴覆模块430，所述引脚贴覆模块430与所述线圈绕制模块420连接，用于将电极引脚贴覆于所述磁芯的一侧，使所述电极引脚与所述绕组线圈的接头连接；

材料配置模块440，所述材料配制模块440与所述引脚贴覆模块430连接，用于按照预设比例配置由所述磁粉与所述环氧胶真空状态下搅拌组成灌胶层；

搅拌模块450，所述搅拌模块450与所述材料配置模块440连接，用于在真空状态下，对所述灌胶层进行搅拌并涂敷于由所述磁芯和绕组线圈构成的变压器主体外侧；

固化模块460，所述固化模块460与所述搅拌模块连接450，用于通过温控红外隧道炉，在120℃下对所述涂敷于绕组线圈上的灌胶层进行均匀加热60分钟，以使所述灌胶层固化，包裹在所述磁芯的闭合磁路外侧，形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器。

综上所述，本发明提供的一种变压器、变压器制备方法及系统，该变压器包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；该变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，该绕组线圈绕制于该磁芯上；该电极引脚与该绕组线圈的接头连接，并贴覆于该磁芯的一侧；该灌胶层涂敷于该变压器本体的外侧，覆盖该电极引脚贴覆该磁芯的一面，包裹并固化在该磁芯的闭合磁路外侧；该灌胶层由环氧胶和磁粉制成。能够通过将由环氧胶和磁粉制成的灌胶层涂敷于变压器外侧，减小变压器磁芯的磁路长度，并在同饱和电流能力下减少绕制于磁芯上的线圈圈数，缩小该变压器的体积。以及，通过选用内阻较大的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料和饱和磁感应强度较大的磁粉，提高变压器的电感精度和稳定性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种变压器，其特征在于，所述变压器包括：变压器本体、电极引脚以及灌胶层；

所述变压器本体包括：磁芯和绕组线圈，所述绕组线圈绕制于所述磁芯上；

所述电极引脚与所述绕组线圈的接头连接，并贴覆于所述磁芯的一侧；

所述灌胶层涂敷于所述变压器本体的外侧，所述灌胶层覆盖所述电极引脚贴覆所述磁芯的一面，所述灌胶层包裹并固化在所述磁芯的闭合磁路外侧；

所述灌胶层由环氧胶和磁粉制成。

2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述环氧胶的质量和磁粉的质量的比值在20％-50％之间。

3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述磁粉为直径小于等于20um的颗粒。

4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述灌胶层的涂层厚度在1mm-2mm之间。

5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯由镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体制成。

6.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述磁芯的形状为H型，包括两相对的侧边和中间连接所述侧边的连接边；

所述中部位于所述连接边上；

所述绕组线圈绕制于所述H型磁芯的中部。

7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述电极引脚通过柔性印刷电路板贴覆于所述磁芯的一侧。

8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述绕组线圈的外侧包裹有耐180℃的完全绝缘材料。

9.根据权利要求8所述的变压器，其特征在于，所述耐180℃的完全绝缘材料为聚酯亚胺或聚酰胺。

10.一种变压器制备方法，其特征在于，所述灌封方法包括：

以预设属性参数的镍锌铁氧体和/或锰锌铁氧体材料按预设形状制成磁芯；

将预设长度和直径的绕组线圈绕制在所述磁芯上；

将电极引脚贴覆于所述磁芯的一侧，使所述电极引脚与所述绕组线圈的接头连接；

按照预设比例配置由所述磁粉与所述环氧胶真空状态下搅拌组成灌胶层；

在真空状态下，对所述灌胶层进行搅拌并涂敷于由所述磁芯和绕组线圈构成的变压器主体外侧；

通过温控红外隧道炉，在120℃下对所述涂敷于绕组线圈上的灌胶层进行均匀加热60分钟，以使所述灌胶层固化，包裹在所述磁芯的闭合磁路外侧，形成磁路长度在3.2mm-8mm之间、气隙均匀分布、同等饱和电流能力的变压器。

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