CN113782319A - 一种大电流功率电感及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大电流功率电感及其加工方法，所述大电流功率电感采用双相组装结构，包括第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯；所述第一线圈的主体具有可容置所述第二线圈的主体的内部空间，且所述第二线圈的主体的外轮廓与所述内部空间的外轮廓一致，所述第一线圈的两个端部和所述第二线圈的两个端部均配置为贴片引脚，且各个所述贴片引脚处于同一平面内；所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的第一槽状结构和第二槽状结构。本发明采用双相供电设计能够有效对工作电流进行分流，从而减轻每条供电线路的负荷，从而扩大了产品的耐压性能、防止短路等方面的电性能指标的提升空间。

Description

一种大电流功率电感及其加工方法

技术领域

本发明涉及功率电感器件技术领域，尤其涉及一种大电流功率电感及其加工方法。

背景技术

早期的CPU大多采用单相同步整流Buck电路的供电方式，单相供电电路一般可以提供最大35A的电流，完全满足当时的需求。但是，随着CPU核心电压不断降低而工作频率不断升高，其对工作电流的需求也不断升高，当工作电流升高到一定程度后会使产品存在较高的安全风险，而且电子元器件自身也难以承受大电流带来的高发热量，同样会导致安全风险高。

目前存在一些组装类大电流电感的设计方法。如公开号为CN106057438B、名称为“一种扁线立绕型大电流功率电感”的中国专利文献，采用扁线立绕作为线圈得到大电流功率电感；专利申请号为CN202010950027.2、名称为“一种端子、组装电感及端子的制作方法”的中国专利文献，公开了一种可以降低铜损的组装功率电感的端子及其设计方法；公开号为CN108198679B、名称为“高性能大电流功率电感器”的中国专利文献，公开了一种小体积、高性能、大电流的功率电感。但是，以上技术均存在耐压性能等电性能的提升遇到瓶颈问题，导致不能满足大量产品的性能提升和/或新的性能要求的缺陷。

发明内容

为克服前述现有技术的大电流功率电感器耐压性能不佳的缺陷，本发明提供一种大电流功率电感，采用双相组装结构，包括第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯；所述第一线圈的主体具有可容置所述第二线圈的主体的内部空间，且所述第二线圈的主体的外轮廓与所述内部空间的外轮廓一致，所述第一线圈和所述第二线圈组装后形成所述双相组装结构，所述第一线圈的两个端部和所述第二线圈的两个端部均配置为贴片引脚，且各个所述贴片引脚处于同一平面内；所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的第一槽状结构和第二槽状结构，所述双相组装结构的上部处于所述上磁芯的第一槽状结构内，下部处于所述下磁芯的第二槽状结构内。

本发明还可采用如下可选/优选方案：

所述双相组装结构与所述上磁芯的第一槽状结构和/或所述下磁芯的第二槽状结构内壁之间还通过胶水固定连接。

所述上磁芯和所述下磁芯的相向的扣合面上还设有用于控制气隙大小的气隙胶水。

所述第一线圈呈“冂”字形，且左右两侧的端部向内相向弯折作为贴片引脚；所述第二线圈呈“冂”字形，且左右两侧的端部向外反向弯折作为贴片引脚；所述第一线圈套设于所述第二线圈内。

所述上磁芯包括顶壁及设于所述顶壁上的左侧柱、右侧柱和中柱；所述下磁芯包括底壁及设于所述底壁上的左侧柱、右侧柱和中柱；所述第一线圈的“冂”字形的左侧上部处于由所述上磁芯的顶壁、左侧柱和中柱共同形成的左侧凹槽中，左侧下部处于由所述下磁芯的底壁、左侧柱和中柱共同形成的左侧凹槽中；所述第一线圈的“冂”字形的右侧处于由所述上磁芯的顶壁、中柱和右侧壁共同形成的右侧凹槽中，右侧下部处于由所述下磁芯的底壁、中柱和右侧壁共同形成的右侧凹槽中。

所述第一磁芯的左侧凹槽、右侧凹槽和所述第二磁芯的左侧凹槽、右侧凹槽的对应所述双相组装结构的内侧面上均设有绝缘涂层。

所述第一线圈和所述第二线圈中的一个是扁平线圈，另一个是由铜箔冲压而成的五金端子；或者，所述第一线圈和所述第二线圈均为扁平线圈。

本发明还提供一种大电流功率电感的加工方法，包括如下步骤：

备料，准备好所需的第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈具有能相互嵌套组装的主体形状，套设后形成所述双相组装结构，所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的第一槽状结构和第二槽状结构；

点固定胶水，在所述第一槽状结构和/或所述第二槽状结构内点起固定作用的胶水；

线圈嵌入，将所述第一线圈和所述第二线圈先后或同时嵌入所述第一槽状结构或所述第二槽状结构内，并通过所述胶水固定；

点气隙胶水，在所述上磁芯和/或所述下磁芯的相向的扣合面上涂覆用于控制气隙大小的气隙胶水；

电感组装，将所述下磁芯和所述上磁芯相互扣合完成组装，此时，所述第一线圈和所述第二线圈位于由所述第一槽状结构和所述第二槽状结构共同形成的容置空间内，所述下磁芯和所述上磁芯之间通过所述气隙胶水固定连接，并使二者的扣合面之间保持预定的间隙；

固化，通过预设的温度和时间对组装后的产品进行烘烤使之固化，得到成品。

优选地，所述第一线圈和所述第二线圈中的一个是扁平线圈，另外一个是由铜箔冲压而成的五金端子，或者所述第一线圈和所述第二线圈均为扁平线圈；所述第一线圈呈“冂”字形，且左右两侧的下端部向内相向弯折作为贴片引脚；所述第二线圈呈“冂”字形，且左右两侧的下端部向外反向弯折作为贴片引脚；所述第一线圈套设于所述第二线圈内。

再优选地，所述气隙胶水中均匀分散有预定硬度和大小的用于控制气隙大小的玻璃珠或环氧珠。

本发明的有益效果包括：

本发明采用双相供电设计能够有效对工作电流进行分流，减轻每条供电线路的负荷，从而扩大了产品的耐压性能、防止短路等方面的电性能指标的提升空间。

所述第一线圈和所述第二线圈均呈“冂”字形结构，且所述第一线圈套设于所述第二线圈内，使得产品的结构极简化，制程稳定，从而在满足性能指标和安全性的前提下，更加方便产品的高质量、高效率加工，能够满足大批量交付的需求。

所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽的对应所述双相组装结构的内侧面上均设有绝缘涂层，一方面可以避免两层线圈之间发生短路问题，另一方面可以加强产品的耐高压效果。

附图说明

图1A和图1B分别是一个实施例的大电流功率电感的两个不同视角的外形结构示意图。

图2是图1的大电流功率电感中第一线圈的结构示意图。

图3是图1的大电流功率电感中第二线圈的结构示意图。

图4是图1的大电流功率电感中下磁芯的结构示意图。

图5是图1的大电流功率电感除去上磁芯后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-5和具体的实施方式对本发明作进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

实施例一

如图1A和图1B所示，是一个大电流功率电感的两个不同视角的外形结构示意图，该大电流功率电感采用双相组装结构，如图2所示，包括第一线圈1、第二线圈2、上磁芯3和下磁芯4。如图3和图4所示，所述第一线圈1的主体具有可容置所述第二线圈2的主体的内部空间，且所述第二线圈2的主体的外轮廓与所述内部空间的外轮廓一致，所述第一线圈1和所述第二线圈2组装后形成所述双相组装结构，所述第一线圈1的两个端部和所述第二线圈2的两个端部均配置为贴片引脚，且各个所述贴片引脚处于同一平面内。如图5所示，所述下磁芯4设有能容纳所述双相组装结构的凹槽41，所述上磁芯3设为跟所述下磁芯4结构相同或对称，所述双相组装结构的上部处于所述上磁芯3的凹槽内，下部处于所述下磁芯4的凹槽41内。

如图3所示，所述第一线圈1呈“冂”字形，且左右两侧的端部向内相向弯折作为贴片引脚11；如图4所示，所述第二线圈2呈“冂”字形，且左右两侧的端部向外反向弯折作为贴片引脚21。在该大电流功率电感成品中，所述第一线圈1套设于所述第二线圈2内，此时，所述第一线圈1和所述第二线圈2的各个贴片引脚处于同一平面内。

如图5所示，所述下磁芯4包括底壁42及设于所述底壁42上的左侧柱43、右侧柱44和中柱45，如图2所示，所述第一线圈1的“冂”字形的左侧下部处于由所述下磁芯4的底壁42、左侧柱43和中柱45共同形成的左侧凹槽53中，右侧下部处于由所述下磁芯4的底壁42、中柱45和右侧壁44共同形成的右侧凹槽54中。所述左侧凹槽53和所述右侧凹槽54的一个端部相互连通，连通后形成整体形状跟所述下磁芯4外形相同的第二槽状结构。类似的，所述上磁芯3包括顶壁及设于所述顶壁上的左侧柱、右侧柱和中柱，所述第一线圈的“冂”字形的左侧上部处于由所述上磁芯的顶壁、左侧柱和中柱共同形成的第一凹槽中，右侧上部处于由所述上磁芯的顶壁、中柱和右侧壁共同形成的右侧凹槽中。同样，所述上磁芯3的左侧凹槽和右侧凹槽在一个端部相互连通，连通后形成整体形状跟所述上磁芯3外形相同的第一槽状结构。图5中显示，所述第一槽状结构和所述第二槽状结构结合在一起，整体看成为一个槽状结构，这样具有方便加工和组装的效果，但并不必然如此。此外，优选地，所述左侧柱43和所述右侧柱44的顶部与所述底壁42的顶部平齐，底部距离所述底壁42的底部有预定的第一底部距离D1，所述中柱45的顶部距离所述底壁42的顶部有预定的顶部距离L，底部距离所述底壁42的底部有预定的第二底部距离D2。所述顶部距离L用于使得组装后的成品中所述第二磁芯2的顶端跟所述左侧柱43、所述右侧柱44和所述中柱45的顶端均平齐。所述第一底部距离D1和所述第二底部距离D2用于使得组装后的成品中各个所述贴片引脚11和21均平齐。本实施例中具体为，所述第一磁芯1的厚度小于所述第二磁芯2的厚度，所述第二底部距离D2小于所述第一底部距离D1，从而使得组装后的成品中各个所述贴片引脚11和21均平齐，并且略伸出所述下磁芯底壁42的底端和所述上磁芯底壁的底端，如图1B所示，以便于贴片引脚的贴装。

此外，本领域技术人员理解，所述上磁芯3和所述下磁芯4并不必然是对称或相同的结构，比如，所述上磁芯3和所述下磁芯4可以是不同的厚度，即具有不同的凹槽深度，只要能满足容纳所述双相组装结构的要求即可。本实施例中，所述上磁芯3和所述下磁芯4成对称或相同的结构，如此，有利于减少开模成本，简化生产工艺。

其中，所述双相组装结构与所述上磁芯1和/或所述下2的凹槽内壁之间还通过胶水固定连接，以方便产品的组装和保持产品结构的稳定性。并且，所述上磁芯1和所述下磁芯2的相向的扣合面上还设有用于控制气隙大小的气隙胶水，所述气隙胶水在连接二者的同时还能有效地保持二者之间的间距，从而获得和保持预定的气隙结构。优选地，所述气隙胶水中均匀分散有预定硬度和大小的用于控制气隙大小的玻璃珠，以便于方便可靠地控制气隙的大小。

以上所述大电流功率电感通过其双相供电设计，能够有效对工作电流进行分流，减轻每条供电线路的负荷，从而从而具备良好的耐压性能。此外，对工作电流进行分流后，可以减小元器件的发热量，从而避免安全风险并保证CPU供电线路的稳定。

发明人进一步发现，双相组装大电流功率电感产品在贴片使用过程中对产品的耐压性能有更高的要求，因此，本实施例优选将两层线圈设计成其中一层使用五金端子，另一层使用扁平线圈，使得线圈与端子之间、线圈与磁体之间具有良好的绝缘，从而可以满足耐高压的特性要求。当然，也可以两层均采用扁平线圈。

此外，本实施例进一步将磁芯内侧涂覆一层绝缘漆，一方面可以避免多层线圈之间发生短路问题，另一方面可以加强产品的耐高压效果。具体而言，是在所述上磁芯1的所述左侧凹槽33和右侧34凹槽、所述下磁芯2的所述左侧凹槽43和右侧凹槽44的对应所述双相组装结构的内侧面上均设有绝缘涂层，如图5中的所有灰色部位，既包括所述上磁芯3的凹槽内壁、所述下磁芯4的凹槽内壁，还包括所述第二磁芯2的所述左侧柱43、所述右侧柱44和所述中柱45的底部端面，以及所述第一磁芯1的所述左侧柱、右侧柱和中柱的底部端面。

本实施例的双相组装电感，可以有效降低单个电感的有效输出电流和器件体积、提升总电路的转换频率，是组装功率电感未来发展的一个趋势。

本实施例中的扁平线圈，是指用扁平导线折弯成固定尺寸、固定形状的“冂”线圈。本实施例中的五金端子，是指用铜箔冲压成固定尺寸、固定形状的“冂”形线圈。

实施例二

一种大电流功率电感的加工方法，用于加工如上文实施例一所述的大电流功率电感，包括如下步骤：

备料，准备好所需的第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈具有能相互嵌套组装的主体形状，套设后形成所述双相组装结构，所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的凹槽。其中，所述第一线圈和所述第二线圈中的一个优选是由扁平线制成的扁平线圈，另外一个是由铜箔冲压而成的扁平状线圈。

点固定胶水，在所述上磁芯和/或所述下磁芯的凹槽内点起固定作用的胶水。所述胶水可以是环氧树脂胶水等，其作用是固定线圈避免线圈松动或发成错位等。

线圈嵌入，将所述第一线圈和所述第二线圈先后或同时嵌入所述上磁芯的凹槽内，并通过所述胶水固定。

点气隙胶水，在所述上磁芯和/或所述下磁芯的相向的扣合面上涂覆用于控制气隙大小的气隙胶水。所述气隙胶水因均匀分散有预定硬度和大小的玻璃珠或环氧珠，所以可以弥补胶水本身固化后具体弹性的问题，从而可靠的保持间隙的大小，进而获得并保持预定大小的气隙。

电感组装，将所述下磁芯和所述上磁芯相互完成组装，此时，所述下磁芯和所述上磁芯之间通过所述气隙胶水固定连接，并使二者的扣合面之间保持预定的间隙。

烘烤，即通过预设的温度使组装后的大电流功率电感产品固化，得到成品。比如将组装后的大电流功率电感产品置于烘箱中，经110～150℃高温固化80～150min，就得到了双相组装大电流电感成品。

其中，所述上磁芯和所述下磁芯的材质可以为铁氧体或合金，比如是锰锌铁氧体或铁硅铝合金等。

对通过本实施例的方法加工得到的双相组装大电流功率电感进行耐压性能测试，测试条件为：电压100V，电流2mA，时间60s，所测试产品均顺利通过测试，可以证明具有耐高压的特性，比如可以耐不低于100V的高压，同时也表明，相对于现有技术的同类产品，在防止短路性能方面也有大幅度的提升。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种大电流功率电感，其特征在于，采用双相组装结构，包括第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯；

所述第一线圈的主体具有可容置所述第二线圈的主体的内部空间，且所述第二线圈的主体的外轮廓与所述内部空间的外轮廓一致，所述第一线圈和所述第二线圈组装后形成所述双相组装结构，所述第一线圈的两个端部和所述第二线圈的两个端部均配置为贴片引脚，且各个所述贴片引脚处于同一平面内；

所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的第一槽状结构和第二槽状结构，所述双相组装结构的上部处于所述上磁芯的第一槽状结构内，下部处于所述下磁芯的第二槽状结构内。

2.如权利要求1所述的大电流功率电感，其特征在于，所述双相组装结构与所述上磁芯的第一槽状结构和/或所述下磁芯的第二槽状结构内壁之间还通过胶水固定连接。

3.如权利要求1所述的大电流功率电感，其特征在于，所述上磁芯和所述下磁芯的相向的扣合面上还设有用于控制气隙大小的气隙胶水。

4.如权利要求1所述的大电流功率电感，其特征在于，所述第一线圈呈“冂”字形，且左右两侧的端部向内相向弯折作为贴片引脚；所述第二线圈呈“冂”字形，且左右两侧的端部向外反向弯折作为贴片引脚；所述第一线圈套设于所述第二线圈内。

5.如权利要求1所述的大电流功率电感，其特征在于，所述上磁芯包括顶壁及设于所述顶壁上的左侧柱、右侧柱和中柱；所述下磁芯包括底壁及设于所述底壁上的左侧柱、右侧柱和中柱；所述第一线圈的“冂”字形的左侧上部处于由所述上磁芯的顶壁、左侧柱和中柱共同形成的左侧凹槽中，左侧下部处于由所述下磁芯的底壁、左侧柱和中柱共同形成的左侧凹槽中；所述第一线圈的“冂”字形的右侧处于由所述上磁芯的顶壁、中柱和右侧壁共同形成的右侧凹槽中，右侧下部处于由所述下磁芯的底壁、中柱和右侧壁共同形成的右侧凹槽中。

6.如权利要求5所述的大电流功率电感，其特征在于，所述第一磁芯的左侧凹槽、右侧凹槽和所述下磁芯的左侧凹槽、右侧凹槽的对应所述双相组装结构的内侧面上均设有绝缘涂层。

7.如权利要求1-6任一项所述的大电流功率电感，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈中的一个是扁平线圈，另一个是由铜箔冲压而成的五金端子；或者，所述第一线圈和所述第二线圈均为扁平线圈。

8.一种大电流功率电感的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

备料，准备好所需的第一线圈、第二线圈、上磁芯和下磁芯，所述第一线圈和所述第二线圈具有能相互嵌套组装的主体形状，套设后形成所述双相组装结构，所述上磁芯和所述下磁芯分别设有能容纳所述双相组装结构的第一槽状结构和第二槽状结构；

点固定胶水，在所述第一槽状结构和/或所述第二槽状结构内点起固定作用的胶水；

线圈嵌入，将所述第一线圈和所述第二线圈先后或同时嵌入所述第一槽状结构或所述第二槽状结构内，并通过所述胶水固定；

点气隙胶水，在所述上磁芯和/或所述下磁芯的相向的扣合面上涂覆用于控制气隙大小的气隙胶水；

电感组装，将所述下磁芯和所述上磁芯相互扣合完成组装，此时，所述第一线圈和所述第二线圈位于由所述第一槽状结构和所述第二槽状结构共同形成的容置空间内，所述下磁芯和所述上磁芯之间通过所述气隙胶水固定连接，并使二者的扣合面之间保持预定的间隙；

固化，通过预设的温度和时间对组装后的产品进行烘烤使之固化，得到成品。

9.如权利要求8所述的大电流功率电感的加工方法，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈中的一个是扁平线圈，另外一个是由铜箔冲压而成的五金端子，或者所述第一线圈和所述第二线圈均为扁平线圈；

所述第一线圈呈“冂”字形，且左右两侧的下端部向内相向弯折作为贴片引脚；所述第二线圈呈“冂”字形，且左右两侧的下端部向外反向弯折作为贴片引脚；所述第一线圈套设于所述第二线圈内。

10.如权利要求8或9所述的大电流功率电感的加工方法，其特征在于，所述气隙胶水中均匀分散有预定硬度和大小的用于控制气隙大小的玻璃珠或环氧珠。

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