專利名稱：扼流圈及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感性器件制造領(lǐng)域，尤其涉及在電子電路、電力電路中發(fā)揮扼流、儲(chǔ)能、濾波等作用的扼流圈及其制造方法。
背景技術(shù)：
扼流圈的主要組成構(gòu)件是磁心和繞組。其中，可用于制作磁心的磁性材料有硅鋼、 納米晶、軟磁鐵氧體、金屬磁粉心等，不同的磁性材料在不同的頻段、不同的使用環(huán)境下各具特色。而可用于制造繞組的導(dǎo)線包含絲包線、漆包線、扁銅線、銅皮等，不同的導(dǎo)線有著一定的耐溫等級(jí)和絕緣等級(jí)。大功率的扼流圈需要具有大的工作電流，因此磁路中應(yīng)具有較大的氣隙，以保證磁心工作在非飽和區(qū)并能夠保持電感量的線性度。然而，高頻大電流將在氣隙處產(chǎn)生交變雜散磁場(chǎng)，且該磁場(chǎng)會(huì)引起氣隙附近繞組導(dǎo)線的渦流效應(yīng)加劇，從而在氣隙附近形成發(fā)熱點(diǎn)，這容易導(dǎo)致絕緣受損、繞組短路并使用壽命縮短等各種問(wèn)題。此外，該磁場(chǎng)會(huì)對(duì)電路中其他元器件形成電磁干擾，從而影響電器產(chǎn)品的正常工作。因此，有必要對(duì)磁路中集中的氣隙進(jìn)行均勻分布，從而出現(xiàn)了金屬磁粉心。金屬磁粉心是將磁性顆粒進(jìn)行粉末絕緣處理，然后壓制成型，經(jīng)退火處理后噴涂形成產(chǎn)品。由于成型壓力大，金屬磁粉心一般壓制成環(huán)型。在小電流情況下，可以通過(guò)手工或者環(huán)形繞線機(jī)把圓形導(dǎo)線繞制在環(huán)型磁心上，以得到需要的電感量。但在大電流情況下， 由于所需導(dǎo)線截面積太大，這時(shí)需要利用一定規(guī)格的銅箔來(lái)作繞組。由于環(huán)型的結(jié)構(gòu)非常不便于繞制銅箔，于是出現(xiàn)了 EE型磁心，但目前在工藝上仍難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)格的EE型磁心。隨著人們對(duì)繞組本身的分布參數(shù)以及磁心引起的電磁污染的認(rèn)識(shí)越來(lái)越多，減小電磁干擾(EMI)逐漸成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵因素，于是大體積的罐型磁心應(yīng)運(yùn)而出。罐型磁心的特殊結(jié)構(gòu)形成了封閉磁路，能夠很好地屏蔽雜散磁場(chǎng)。但由于罐型成型工藝難度太大，既不利于批量化生產(chǎn)，更是難以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)格的罐型磁心。此外，在利用銅箔制作繞組以實(shí)現(xiàn)大電流的情況下，不好處理罐型磁心中繞制銅箔的引出線。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的至少在于合理發(fā)揮不同磁性材料的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行磁路組合， 以能夠?qū)崿F(xiàn)線性度好、電磁干擾低、功耗低的扼流圈。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種包括磁心和繞組的扼流圈，其中所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上繞有所述繞組；至少兩個(gè)側(cè)部，其分別以與所述中心柱大致平行的方式接觸所述底部的外周；以及頂部，其以與所述側(cè)部接觸的方式位于所述中心柱的上端處，并且，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，所述中心柱的截面積相應(yīng)地比所述側(cè)部的截面積小。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度約為所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度的2倍 3倍，并由此使得所述中心柱的截面積約為所述側(cè)部的截面積的1/3 1/2。進(jìn)一步，所述中心柱優(yōu)選采用高飽和磁通密度的金屬磁粉心或納米晶材料；而所述側(cè)部?jī)?yōu)選采用磁導(dǎo)率較大的功率鐵氧體材料，或者根據(jù)產(chǎn)品具體要求，必要時(shí)也可選擇金屬磁粉心或者納米晶材料。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部、所述頂部與所述中心柱以及所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)例如環(huán)氧樹脂的粘結(jié)膠粘結(jié)，從而構(gòu)成所述磁心的封閉磁路。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述底部、所述側(cè)部和/或所述頂部各自包括至少一個(gè)塊型的磁性材料。進(jìn)一步，所述中心柱包括至少一個(gè)塊型或圓柱型的磁性材料。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述繞組采用銅箔繞制而成。進(jìn)一步，所述銅箔繞組的起尾端焊接有鍍鎳銅牌，且所述銅牌從所述殼體未封閉的一側(cè)引出。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述扼流圈還包括用于容納所述磁心和所述繞組的殼體，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。對(duì)于上述扼流圈，優(yōu)選地，所述殼體是采用例如鋁的金屬材料制成的。此外，本發(fā)明還提供了一種用于制造包括磁心和繞組的扼流圈的扼流圈制造方法，其包括根據(jù)所需制造的扼流圈的參數(shù)規(guī)格選擇所述磁心的中心柱、底部、側(cè)部、頂部的磁性材料，選擇合適的工作點(diǎn)和匹配的功耗密度，并計(jì)算所述中心柱的橫截面積以及所述底部、所述側(cè)部和所述頂部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，并且所述中心柱的截面積比所述側(cè)部的截面積??；計(jì)算所述繞組的匝數(shù)，并確定相應(yīng)的繞組材料規(guī)格；估計(jì)所述繞組的厚度，并計(jì)算所述頂部和所述底部各自的面積以及所述中心柱的高度；調(diào)節(jié)有效磁路長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)所需制造的扼流圈的參數(shù)；在所述中心柱上繞制所述繞組；以所述中心柱位于所述底部上、所述側(cè)部接觸所述底部的外周且所述頂部位于所述中心柱的上端處的方式，將所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部、所述頂部與所述中心柱以及所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)例如環(huán)氧樹脂的粘結(jié)膠粘結(jié)，從而構(gòu)成所述磁心的磁路；以及將所述磁心置于由例如鋁的金屬材料制成的殼體內(nèi)，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。或者，本發(fā)明提供了另一種用于制造包括磁心和繞組的扼流圈的扼流圈制造方法，其包括根據(jù)所需制造的扼流圈的參數(shù)規(guī)格選擇所述磁心的中心柱、底部、側(cè)部、頂部的磁性材料，選擇合適的工作點(diǎn)和匹配的功耗密度，并計(jì)算所述中心柱的橫截面積以及所述底部、所述側(cè)部和所述頂部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，并且所述中心柱的截面積比所述側(cè)部的截面積??；計(jì)算所述繞組的匝數(shù)，并確定相應(yīng)的繞組材料規(guī)格；估計(jì)所述繞組的厚度，并計(jì)算所述頂部和所述底部各自的面積以及所述中心柱的高度；調(diào)節(jié)有效磁路長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)所需制造的扼流圈的參數(shù)；以所述中心柱位于所述底部上、所述側(cè)部接觸所述底部的外周的方式，將所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部之間通過(guò)例如環(huán)氧樹脂的粘結(jié)膠粘結(jié)； 在所述中心柱上繞制所述繞組；以所述頂部位于所述中心柱的上端處的方式，將所述頂部與所述中心柱、所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)例如環(huán)氧樹脂的粘結(jié)膠粘結(jié)，從而形成所述磁心的磁路；以及將所述磁心置于由例如鋁的金屬材料制成的殼體內(nèi)，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。對(duì)于上述任一種扼流圈制造方法，優(yōu)選地，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度約為所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度的2倍 3倍，并由此使得所述中心柱的截面積約為所述側(cè)部的截面積的1/3 1/2。進(jìn)一步，所述中心柱優(yōu)選采用高飽和磁通密度的金屬磁粉心或納米晶材料，而所述側(cè)部?jī)?yōu)選采用磁導(dǎo)率較大的功率鐵氧體材料。對(duì)于上述任一種扼流圈制造方法，優(yōu)選地，所述底部、所述側(cè)部和/或所述頂部各自包括至少一個(gè)塊型的磁性材料。進(jìn)一步，所述中心柱包括至少一個(gè)塊型或圓柱型的磁性材料。對(duì)于上述任一種扼流圈制造方法，優(yōu)選地，所述繞組采用銅箔繞制而成。進(jìn)一步， 所述銅箔繞組的起尾端焊接有鍍鎳銅牌，且所述銅牌從所述殼體未封閉的一側(cè)引出。通過(guò)基于材料特性合理拼接不同磁性材料的磁心以形成磁心結(jié)構(gòu)，本發(fā)明突破了以往用單一磁性材料制作扼流圈的磁心的傳統(tǒng)，并具有氣隙分布均勻、有效磁路長(zhǎng)度及有效磁路面積調(diào)節(jié)靈活、對(duì)外部電磁干擾低等優(yōu)點(diǎn)，合理解決了扼流圈的電感量與其線性度之間的矛盾，并有利于大規(guī)模的批量化生產(chǎn)。


包含在本說(shuō)明書中并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖與說(shuō)明書一起示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。圖I示出了三種塊型磁心的示意圖；圖2示出了拼接塊型磁心的示意圖；圖3A、圖3B、圖3C分別示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的扼流圈的磁心的封閉結(jié)構(gòu)磁路的俯視圖、側(cè)視圖、透視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的扼流圈的銅皮繞組的外形示意圖；以及圖5A、圖5B、圖5C分別示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的扼流圈的產(chǎn)品外觀的主視圖、側(cè)視圖、俯視圖。
具體實(shí)施例方式以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。盡管本發(fā)明通過(guò)這些實(shí)施方式進(jìn)行闡述和說(shuō)明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的具體實(shí)施方式
中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì)于大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。如上所述，現(xiàn)有磁性材料各有千秋。硅鋼在頻率為IKHZ以上時(shí)功耗急劇增大；猛鋅功率鐵氧體在高頻下功耗密度很小，但其飽和磁通密度BS只有5000GS ;金屬磁粉心的飽和磁通密度在10000GS-16000GS，但其磁導(dǎo)率較低，最大只能達(dá)到幾百，功耗密度也比較大； 納米晶材料的飽和磁通密度可達(dá)12000GS，磁導(dǎo)率上萬(wàn)，低頻時(shí)功耗密度小，但其在高頻下功耗密度并不如錳鋅功率鐵氧體，同時(shí)其受應(yīng)力時(shí)損耗急劇增加。本發(fā)明旨在利用不同磁性材料的特性，對(duì)不同磁性材料的塊型磁心進(jìn)行合理裝配組合以形成磁心結(jié)構(gòu)，并且能夠靈活調(diào)節(jié)扼流圈中磁路的有效磁路長(zhǎng)度、有效截面積和相對(duì)磁導(dǎo)率，為扼流圈的大規(guī)模批 量化生產(chǎn)提供了可能性。下面將首先介紹磁路設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算公式。扼流圈的工作點(diǎn)Hd。的計(jì)算公式以及扼流圈在直流偏磁下偏磁電感量Ld。的估算公 式分別如下
權(quán)利要求
1.一種扼流圈，其包括磁心和繞組，其特征在于，所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上繞有所述繞組；至少兩個(gè)側(cè)部，其分別以與所述中心柱大致平行的方式接觸所述底部的外周；以及頂部，其以與所述側(cè)部接觸的方式位于所述中心柱的上端處，并且，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，所述中心柱的截面積比所述側(cè)部的截面積小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的扼流圈，其特征在于，所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部、所述頂部與所述中心柱以及所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)粘結(jié)膠粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扼流圈，其特征在于，所述中心柱采用金屬磁粉心或納米晶材料，所述底部采用金屬磁粉心或納米晶材料，所述頂部采用金屬磁粉心或納米晶材料，而所述側(cè)部采用功率鐵氧體材料、金屬磁粉心或納米晶材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扼流圈，其特征在于，所述底部、所述側(cè)部和/或所述頂部各自包括至少一個(gè)塊型的磁性材料；以及所述中心柱包括至少一個(gè)塊型或圓柱型的磁性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的扼流圈，其特征在于，還包括用于容納所述磁心和所述繞組的殼體，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的扼流圈，其特征在于，所述繞組采用銅箔繞制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的扼流圈，其特征在于，所述銅箔繞組的起尾端焊接有鍍鎳銅牌，且所述銅牌從所述殼體未封閉的一側(cè)引出。
8.一種扼流圈制造方法，用于制造包括磁心和繞組的扼流圈，包括根據(jù)所需制造的扼流圈的參數(shù)規(guī)格選擇所述磁心的中心柱、底部、側(cè)部、頂部的磁性材料，選擇合適的工作點(diǎn)和匹配的功耗密度，并計(jì)算所述中心柱的橫截面積以及所述底部、 所述側(cè)部和所述頂部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，并且所述中心柱的截面積比所述側(cè)部的截面積計(jì)算所述繞組的匝數(shù)，并確定相應(yīng)的繞組材料規(guī)格；估計(jì)所述繞組的厚度，并計(jì)算所述頂部和所述底部各自的面積以及所述中心柱的高度；調(diào)節(jié)有效磁路長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)所需制造的扼流圈的參數(shù)；在所述中心柱上繞制所述繞組；以所述中心柱位于所述底部上、所述側(cè)部接觸所述底部的外周且所述頂部位于所述中心柱的上端處的方式，將所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部、所述頂部與所述中心柱以及所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)粘結(jié)膠粘結(jié)，從而構(gòu)成所述磁心的磁路；以及將所述磁心置于殼體內(nèi)，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。
9.一種扼流圈制造方法，用于制造包括磁心和繞組的扼流圈，包括根據(jù)所需制造的扼流圈的參數(shù)規(guī)格選擇所述磁心的中心柱、底部、側(cè)部、頂部的磁性材料，選擇合適的工作點(diǎn)和匹配的功耗密度，并計(jì)算所述中心柱的橫截面積以及所述底部、 所述側(cè)部和所述頂部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，并且所述中心柱的截面積比所述側(cè)部的截面積計(jì)算所述繞組的匝數(shù)，并確定相應(yīng)的繞組材料規(guī)格；估計(jì)所述繞組的厚度，并計(jì)算所述頂部和所述底部各自的面積以及所述中心柱的高度；調(diào)節(jié)有效磁路長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)所需制造的扼流圈的參數(shù)；以所述中心柱位于所述底部上、所述側(cè)部接觸所述底部的外周的方式，將所述底部與所述中心柱、所述底部與所述側(cè)部之間通過(guò)粘結(jié)膠粘結(jié)；在所述中心柱上繞制所述繞組；以所述頂部位于所述中心柱的上端處的方式，將所述頂部與所述中心柱、所述頂部與所述側(cè)部之間通過(guò)粘結(jié)膠粘結(jié)，從而形成所述磁心的磁路；以及將所述磁心置于殼體內(nèi)，并通過(guò)對(duì)所述殼體進(jìn)行真空灌封導(dǎo)熱膠來(lái)將所述磁心和所述繞組固定在所述殼體內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度為所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度的兩倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述底部、所述側(cè)部和/或所述頂部各自包括至少一個(gè)塊型的磁性材料，以及所述中心柱包括至少一個(gè)塊型或圓柱型的磁性材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述繞組采用銅箔繞制 。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述銅箔繞組的起尾端焊接有鍍鎳銅牌，且所述銅牌從所述殼體未封閉的一側(cè)引出。
全文摘要
本發(fā)明涉及扼流圈及其制造方法，公開了一種包括磁心和繞組的扼流圈。其中，所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上繞有所述繞組；至少兩個(gè)側(cè)部，其分別以與所述中心柱大致平行的方式接觸所述底部的外周；以及頂部，其以與所述側(cè)部接觸的方式位于所述中心柱的上端處。并且，所述中心柱采用的磁性材料的飽和磁通密度比所述側(cè)部采用的磁性材料的飽和磁通密度大，并且所述中心柱的截面積相應(yīng)地比所述側(cè)部的截面積小。通過(guò)基于材料特性合理拼接不同磁性材料的磁心以形成封閉磁心結(jié)構(gòu)，本發(fā)明突破了以往用單一磁性材料制作扼流圈的磁心的傳統(tǒng)，并具有氣隙分布均勻、有效磁路長(zhǎng)度及有效磁路面積調(diào)節(jié)靈活、對(duì)外部電磁干擾低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F27/02GK102592782SQ201210067498
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者張衛(wèi)東 申請(qǐng)人:北京七星飛行電子有限公司