CN113053636B - 一种大电流表面贴装功率电感器及其制造方法 - Google Patents

一种大电流表面贴装功率电感器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大电流表面贴装功率电感器，包括扁平线圈和电感磁芯；所述电感磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯上设置有第一凹槽，所述第二磁芯的两侧设置有第二凹槽，所述第二磁芯的底部两侧设置有第三凹槽，所述第一磁芯粘接在第二磁芯的顶面；所述扁平线圈由纯铜扁平线制成，所述扁平线圈绕制在第二磁芯上，所述扁平线圈包括两端电极折弯部、两侧折弯部和基部。本发明架高的折弯方式使得导线避开气隙，所以可以减小导线上的涡流损耗。同时架高带磁芯折弯方式使得大线径扁铜线弯折时不会直接接触磁芯，所以折弯过程中不会对磁芯造成损坏；设计制程简单，适合于大电流表面贴装电感的系列化设计和生产。

Description

一种大电流表面贴装功率电感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及的功率电感器的技术领域，具体地，涉及一种大电流表面贴装功率电感器及其制造方法。
背景技术
大电流表面贴装模压型功率电感采用预先绕制线圈后再放入模穴进行模压成型，这种方法会存在模压过程中损坏漆包线的漆包层造成短路的风险。传统大电流表面贴装组合型功率电感一般采用C型与I型磁芯粘接的方式，线径较粗的扁平线在C型磁芯上直接弯折成型后再将I型磁芯盖上后粘接，通常因为直接弯折成型使得制造过程中容易发生磁芯的破裂，并且线圈位于组合磁芯粘接面处使得高频下涡流损耗较大。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在在选用的线径较粗时带磁芯弯折所造成的磁芯破裂和导线位于气隙处所造成的高频涡流损耗较大的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大电流表面贴装功率电感器及其制造方法。
根据本发明提供的一种大电流表面贴装功率电感器，包括扁平线圈和电感磁芯；
所述电感磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯上设置有第一凹槽，所述第二磁芯的两侧设置有第二凹槽，所述第二磁芯的底部两侧设置有第三凹槽，所述第一磁芯粘接在第二磁芯的顶面；
所述扁平线圈由纯铜扁平线制成，所述扁平线圈绕制在第二磁芯上，所述扁平线圈包括两端电极折弯部、两侧折弯部和基部。
优选地，所述第一磁芯的上第一凹槽的深度为扁平线圈厚度的1.5-2倍。
优选地，所述扁平线圈两端分别预留出电极折弯部的长度，沿长边面各向内侧弯折90度后形成欲折弯部。
优选地，所述扁平线圈基部预折弯后放于由钢板架高的电感磁芯上。
优选地，所述扁平线圈沿长边面向电感磁芯侧弯折扁平线圈两侧装配折弯部。
优选地，所述扁平线圈架高弯折后嵌入第二磁芯上的第二凹槽和第三凹槽内。
优选地，所述扁平线圈折弯嵌入第二凹槽和第三凹槽后基部被抬高于第二磁芯顶面。
优选地，所述扁平线圈基部架高于第一磁芯和第二磁芯粘接。
优选地，电感芯体包括顶部磁芯和底部磁芯，所述顶部磁芯和底部磁芯由磁芯粉末和树脂材料通过冲压烧结形成。
本发明还提供一种大电流表面贴装功率电感器的制造方法，包括上述中的一种大电流表面贴装功率电感器，所述方法包括如下步骤：
步骤1：选用一个扁平线圈，两端电极预折弯部、两侧装配折弯部和在扁平线圈上界定出基部；
步骤2：通过扁平线圈两端部预留出的长度沿长边面各向内折弯90度形成电极；
步骤3：将预折弯好的扁平线圈直接放在架于第二磁芯上表面的钢板上，沿钢板边缘向第二磁芯的第二凹槽侧弯折90度；
步骤4：扁平线圈与第二磁芯的第二凹槽和第三凹槽贴合后撤去钢板；
步骤5：将第一磁芯底面与第二磁芯粘接，得到成品。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明表面贴装电感方案相比现有的技术，架高的折弯方式使得导线避开气隙，所以可以减小导线上的涡流损耗。同时架高带磁芯折弯方式使得大线径扁铜线弯折时不会直接接触磁芯，所以折弯过程中不会对磁芯造成损坏；设计制程简单，适合于大电流表面贴装电感的系列化设计和生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：传统技术之大电流表面贴装功率电感器示意图；
图2：传统技术之扁平线折弯示意图；
图3：本发明之成品的分解图，图中的扁平线尚未贴于第一凹槽内；
图4：本发明之实施例1C型磁芯示意图；
图5：本发明之实施例1工字型磁芯示意图；
图6：本发明之扁平线区域界定示意图；
图7：本发明之实施例1扁平线圈预折弯示意图；
图8：本发明之扁平线圈整体折弯示意图；
图9：本发明之实施例1预折弯扁平线架于钢板示意图；
图10：本发明之实施例1扁平线圈带磁芯折弯示意图；
图11：本发明之实施例1扁平线圈折弯完成示意图；
图12：本发明之实施例1扁平线圈架高示意图；
图13:本发明之实施例1成品组装件示意图；
图14:本发明之实施例2C型磁芯示意图；
图15:本发明之实施例2I型磁芯示意图；
图16:本发明之实施例2预折弯示意图；
图17:本发明之实施例2扁平线架磁芯示意图；
图18:本发明之实施例2磁芯底部加钢板示意图；
图19:本发明之实施例2扁平线带磁芯弯折示意图；
图20:本发明之实施例2折弯完成移除钢板示意图
图21:本发明之实施例2扁平线圈抬高示意图；
图22:本发明之实施例2成品组装件示意图；
图23:本发明之实施例1成品示意图；
图24:本发明之实施例2成品示意图；
图25:本发明之实施例1成品电极示意图；
图26:本发明之实施例1剖视图示意图。
其中：
Figure GDA0003890987480000031
Figure GDA0003890987480000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为现有的大电流组合型表面贴装功率电感器的成品示意图，较粗的铜线在C型磁芯导线槽处弯折成型后将I型磁芯粘接成整体。如图2所示，导线放入导线槽后沿导线槽拐角处施加压力使得铜线弯折成型，由于铜线为直接接触磁芯弯折，当电流较大所选线径较粗时会使得带磁芯弯折较为困难且弯折过程中磁芯容易发生破裂损坏。由于铜线较粗组装完成后无法将铜线再次折弯形成外部电极，导线截面即为外部电极焊接面，导致器件焊接上PCB板后无法提供可靠的焊接稳定性。
本发明提供的电流表面贴装功率电感器，包含扁铜线、电感芯体、外部电极。其中电感磁芯分为顶部C型和底部工字型磁芯，采用磁性粉末和树脂压制而成。顶部C型磁芯线槽为折弯抬高后的扁平线圈基部提供容纳空间，使得铜线能避开气隙位置减小涡流损耗。底部工字型磁芯上设计有两侧导线和底面外部电极凹槽能使得带磁芯弯折后的扁平线能套入其中固定。电感线圈选用预先弯折好外部电极的大线径扁平线，在顶面架有钢板抬高的工字型磁芯上，沿钢板两侧边缘处向两边各弯折90度后卡入工字型磁芯两侧及底部导线槽内，使得扁铜线弯折后与底部磁芯成为整体。折弯完成后移除工字型磁芯顶部钢板，铜线将被抬高于工字型磁芯顶面之上。铜线的抬高极大的减少了高频工况下由于边缘效应在扁铜线上产生的涡流损耗。最后弯折成型后的整体与顶部C型磁芯粘接上完成实际组装。
实施例1
参照图3和图4，本实施例提供的大电流表面贴装功率电感器成品如图23所示，该表面贴装电感器包括有第一磁芯8、第二磁芯11和扁平线圈10。
其中，第一磁芯8有第一凹槽9，第二磁芯11在两侧设置有第二凹槽12、在底部两侧设置有第三凹槽13，第一磁芯8粘接于第二磁芯11顶面。
参照图5，扁平线圈10由纯铜扁平线制成，其绕制在第二磁芯11上，扁平线圈10包括两端电极折弯部14、两侧折弯部15和基部16。如图7所示,将特定长度的扁铜线两端分别预留出一定电极折弯部的长度，沿长边面各向内侧弯折90度后形成欲折弯部14。将预折弯后的扁铜线基部16放于由钢板17架高的磁芯22上，沿长边面向磁芯侧弯折扁铜线两侧装配折弯部15，使得两端电极折弯部14和两侧折弯部15分别嵌入第二磁芯11第二凹槽12和第三凹槽13内，扁平线圈10折弯嵌入凹槽后基部16将被抬高于第二磁芯11顶面。
第一磁芯8的第一凹槽9深度为D约为扁平该线圈10的厚度d的1.5-2倍，扁平线圈10在折弯处理时，若选用的线径较大会导致折弯操作完成后内弯折处圆弧过大使得线圈无法直接贴合于磁芯上表面，扁平线圈10基部16抬高的设计使得大电流大线径的线圈折弯装配变得可靠且简便。
如图16所示，扁平线圈10的基部16抬高于第二磁芯11顶面之上，避开了第一磁芯8与第二磁芯11组装的粘接面气隙19，在高频工作条件下，抬高避开的基部16使得电感器的涡流损耗大大减小。
实施例2
本实施例提供的大电流表面贴装功率电感器成品如图24所示，该表面贴装电感器包括有磁芯20、磁芯22和扁平线圈10。
其中，磁芯20有凹槽21，磁芯22底部凹槽23，磁芯20粘接于磁芯22上表面。
扁平线圈10由纯铜扁平线制成，其绕制在磁芯22上，该扁平线圈10包含有两端电极折弯部14、两侧折弯部15和基部16。如图16所示,将特定长度的扁铜线两端分别预留出电极折弯部加两侧折弯部的长度，沿长边面各向内侧弯折90度后形成两侧预折弯区域。将预折弯后的扁铜线基部16放于磁芯22上表面，在磁芯底面放置辅助钢板17，沿扁平线长边面通过钢板将电极折弯部14折弯，使扁平线圈10成型。扁平线圈10折弯完成后撤去辅助钢板17，将电极折弯部14抬高嵌入至磁芯22的凹槽23内使得线圈基部抬高于磁芯22上顶面。
磁芯20的凹槽21的深度D约为扁平线圈10厚度d的1.5-2倍，凹槽21为抬高后的扁平线圈10的基部16提供容纳空间。大线径扁平铜线90度折弯操作会使得折弯处圆弧较大，抬高扁平线圈10基部16的设计使得大线径扁铜线圈带磁芯折弯装配变得简便、可靠。
扁平线圈10的基部16抬高于磁芯22顶面之上，避开了磁芯20与磁芯22组装的粘接面处的气隙，在高频工作条件下，抬高避开的基部16有效的减小了电感器的涡流损耗。
如图6-22所示，显示了上述的大电流表面贴装电感器的制造方法。其中图7-14和图14-23分别展现了实施例1和实施例2的制造方法，成品制造包括以下步骤：
步骤1：如图6所示，先选用一个大线径扁平铜线，两端电极预折弯部14、两侧装配折弯部15和在扁铜线上界定出基部16。
步骤2：
实施例1：如图7所示，通过扁平线两端部预留出的长度沿长边面各向内折弯90度形成电极。
实施例2：如图16所示，通过扁平线两边预留出的长度沿长边面各向内折弯90度形成两侧预折弯区域。
步骤3：
实施例1：将如图7所示预折弯好的扁平线直接放在架于第二磁芯11上表面的钢板17上，沿钢板边缘向第二磁芯11的第二凹槽12侧弯折90度。
实施例2：将如图16所示预折弯好的扁平线放置在底部有的钢板17的磁芯22上，沿钢板17将电极折弯部折弯成型。
步骤4：:
实施例1：扁平线圈与第二磁芯11的第一凹槽和第二凹槽贴合后撤去钢板17。
实施例2：撤去钢板17后将扁平线圈10抬高嵌入磁芯22的凹槽23内。
步骤5：
实施例1：将第一磁芯8底面与第二磁芯11粘接，以得到成品如图23所示。
实施例2：将磁芯20底面与磁芯22粘接，以得到成品如图24所示。
此外，生产成品时，第一磁芯8、第二磁芯11或磁芯20、磁芯22需要通过此磁性材料冲压烧结成型。
综上所述，第一磁芯8和磁芯20的第一凹槽9和21的深度为1.5-2倍的扁铜线厚度，预折弯的大线径扁平线架于钢板上带磁芯折弯后与底部磁芯凹槽嵌合，嵌合后的扁铜线基部抬高于两磁芯接触面，有利的解决了大线径扁铜线弯折导致无法与磁芯有效装配的问题。扁平线避开两磁芯接触面的气隙处，高频工作环境下极大的减小了电感器的涡流损耗。
本发明表面贴装电感方案相比现有的技术，架高的折弯方式使得导线避开气隙，所以可以减小导线上的涡流损耗。同时架高带磁芯折弯方式使得大线径扁铜线弯折时不会直接接触磁芯，所以折弯过程中不会对磁芯造成损坏；设计制程简单，适合于大电流表面贴装电感的系列化设计和生产。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种大电流表面贴装功率电感器，其特征在于，包括扁平线圈和电感磁芯；
所述电感磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯上设置有第一凹槽，所述第二磁芯的两侧设置有第二凹槽，所述第二磁芯的底部两侧设置有第三凹槽，所述第一磁芯粘接在第二磁芯的顶面；
所述扁平线圈由纯铜扁平线制成，所述扁平线圈绕制在第二磁芯上，所述扁平线圈包括两端电极折弯部、两侧折弯部和基部；
所述扁平线圈两端分别预留出电极折弯部的长度，沿长边面各向内侧弯折90度后形成欲折弯部；
所述扁平线圈基部预折弯后放于由钢板架高的电感磁芯上，钢板架于第二磁芯表面，钢板设在I型磁芯底部；
所述扁平线圈沿长边面向电感磁芯侧弯折扁平线圈两侧装配折弯部；
所述扁平线圈架高弯折后嵌入第二磁芯上的第二凹槽和第三凹槽内；
所述扁平线圈折弯嵌入第二凹槽和第三凹槽后基部被抬高于第二磁芯顶面。
2.根据权利要求1所述的一种大电流表面贴装功率电感器，其特征在于，所述第一磁芯的上第一凹槽的深度为扁平线圈厚度的1.5-2倍。
3.根据权利要求1所述的一种大电流表面贴装功率电感器，其特征在于，所述扁平线圈基部架高于第一磁芯和第二磁芯粘接。
4.根据权利要求1所述的一种大电流表面贴装功率电感器，其特征在于，电感芯体包括顶部磁芯和底部磁芯，所述顶部磁芯和底部磁芯由磁芯粉末和树脂材料通过冲压烧结形成。
5.一种大电流表面贴装功率电感器的制造方法，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项的一种大电流表面贴装功率电感器，所述方法包括如下步骤：
步骤1：选用一个扁平线圈，两端电极预折弯部、两侧装配折弯部和在扁平线圈上界定出基部；
步骤2：通过扁平线圈两端部预留出的长度沿长边面各向内折弯90度形成电极；
步骤3：将预折弯好的扁平线圈直接放在架于第二磁芯上表面的钢板上，沿钢板边缘向第二磁芯的第二凹槽侧弯折90度；
步骤4：扁平线圈与第二磁芯的第二凹槽和第三凹槽贴合后撤去钢板；
步骤5：将第一磁芯底面与第二磁芯粘接，得到成品。
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