磁心的制造方法及基于该磁心的电流互感器的制造方法与流程

本发明涉及一种运用于高频开关电源及模块电源中的电感型电流互感器的磁心的制造方法及基于该磁心的电流互感器的制造方法。

背景技术：

高频开关电源及模块电源中经常利用电流互感器来采样检测输入、输出电路中的电流，实现电路控制或保护。现有的电流互感器，参阅图1、图2，通常由EE磁心1、骨架6、线圈3、金属导片4组合而成。金属导片4设为初级绕组，次级侧为多圈数的漆包线线圈3构成且线圈起收线分别绕制在骨架6的端子5上，利用金属导片4充当初级绕组，然后再进行磁心1的组装，满足大电流要求，可使用在中大功率场合。随着磁性器元器件行业的不断改进和优化下，也出现了一种新型的互感器，即在骨架成型时就把金属导片埋置在骨架内部，藉此减少互感器的组件及组装工序，降低制造作业难度，实现电流互感器的小型化。

但是，上述的骨架组合式电流互感器，结构及制造工艺都显得比较复杂，不仅需要多个组件，还需要经过一序列的如绕线、理线、浸锡、组装、粘接等制造工艺，还需要借助系列的辅助工夹具来进行加工生产，整体生产效率较低。同时金属导片与骨架本体的组装配合还会存在电流互感器整体的共面度问题。参考2014.02.12公布的申请号为201310368399.4的发明专利“一种用于制作电流互感器的夹具及其制作方法”，该专利就是为了解决这种互感器的制造问题，进行辅助工夹具的创新优化。

近年来，同时随着人口红利的消失，电流互感器的制造成本逐渐增加。因此，如何减少电流互感器的组件，降低生产制造难度，减少人工参与的工序，从而降低互感器的制造成本，是该领域技术人员急需解决的技术难题。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明的目的在于：提供一种组件少、成本低、工艺简单、自动化程度高的电感型电流互感器的磁心的制造方法。

与此相应，本发明的另一目的在于：提供一种组件少、成本低、工艺简单、自动化程度高的电感型电流互感器的制造方法。

为实现以上目的，本发明技术方案如下：

一种磁心的制造方法，包括如下步骤，

选料步骤，磁心选用“H”形磁心，包括中柱和对称连接在中柱两端的叶片，两叶片分别为第一叶片和第二叶片，叶片为方形；

电镀步骤，磁心的第一叶片进行全包覆式电镀，形成第一叶片的内侧面上围绕中柱且非闭合的电镀层，以及第一叶片的两个底角的端子脚焊盘，非闭合电镀层的断开口位于两个端子脚之间，以制成第一叶片上围绕中柱且非闭合的电镀线圈；第二叶片仅进行局部电镀，形成第二叶片的两个底角的端子脚焊盘；

研磨成型步骤，除去第一叶片的顶面和外侧面的电镀层。

优选的，磁心的制造方法，还包括在电镀步骤之后的切割步骤，在叶片底面的中心处对应非闭合电镀层的断开口位置处开设一凹槽。

优选的，所述切割步骤，开设的凹槽，槽深开至略超过中柱的外圆面，以切断第一叶片内侧面上的电镀层，使第一叶片的电镀层形成不闭合的类环形结构；凹槽的两侧壁形成两个端子脚。

优选的，所述切割步骤，开设的凹槽为“∩”形槽，槽深超过中柱外圆面0.2毫米至1毫米，以切断第一叶片内侧面上的电镀层，使第一叶片的电镀层形成不闭合的类环形结构；凹槽的两侧壁形成两个端子脚。

优选的，所述选料步骤，磁心选用的“H”形磁心，第一叶片的厚度比第二叶片的略厚。

优选的，所述切割步骤，在叶片的顶角开设有凹口。

优选的，所述电镀步骤，磁心第一叶片的电镀，还允许存在超出第一叶片而延伸至磁心中柱的接壤夹角处的电镀层。

优选的，所述研磨成型步骤，还包括叶片顶面的镜面研磨加工处理。

本发明还提供一种电流互感器的制造方法，包括如下步骤，

选料步骤，选用权利要求1-8中任一项所述的磁心和盖板；

绕线步骤，线圈绕在磁心的中柱上；

组装步骤，盖板通过粘接固定在磁心的顶面，使盖板与磁心的第一叶片、中柱和第二叶片构成闭合磁路；

其中，磁心第一叶片的电镀层为电流互感器的第一绕组，第一叶片的端子脚即为第一绕组的引出端子；磁心中柱上的线圈为电流互感器的第二绕组，第二绕组的起、收线端分别固定在第二叶片的端子脚上，第二叶片的端子脚即为第二绕组的引出端子。

优选的，所述选料步骤，所选盖板呈片状，厚度与磁心的第一叶片相当，盖板的底面在与磁心第一叶片和第二叶片的顶面相对应的位置处开设有沉槽；所选磁心，在叶片的顶角与盖板的沉槽侧壁相对应的位置处开设有凹口；在组装步骤，磁心与盖板的粘接固定位置在磁心凹口与盖板沉槽侧壁的接触面。

一种电感型电流互感器，由磁心、绕组、盖板组成。其特征在于，磁心由中柱和位于中柱端面的截面不相等的两叶片构成，其中截面相对较大的一叶片的内侧壁有电镀涂层形成互感器初级绕组；绕组由外层带有绝缘层的金属导线均匀绕制在磁心中柱上，与磁心焊脚连接形成互感器的次级绕组；盖板具有一定磁导率的磁性材质并与磁心的叶片接触组装，中柱、叶片、盖板三者装配后形成一个闭合磁路。

优选的，磁心为具有一定导磁率的材料加工而成，磁心中柱为均匀柱状体，中柱的两端各端面相向延伸设置叶片，叶片以中柱为轴心端面往四周延伸且垂直于磁心中柱，叶片上边缘留有凹缺，下边缘设有凹槽，凹槽的边柱延长形成焊脚，所有焊脚的共面度一致。一叶片在围绕磁心中柱的外周的侧壁上设有一均匀电镀绕组，电镀绕组的始末端分别与焊脚导通连接一体。

优选的，绕组由外层带有绝缘层的金属导线均匀绕制在磁心中柱上，绕组的起线和收线分别固定在另一叶片的焊脚上。

优选的，盖板由为铁氧体、合金、粉芯等具有一定导磁率的合成材料压制烧结而成的片状体。片状体上表面平滑且在该面上的一角设有方位区分的标识点。片状体的边角处垂直于片状体边缘有局部镂空并在边缘角落处形成凸台，各凸台的位置和形状与磁心的叶片上边缘凹缺匹配对应。

本发明的目的之二在于，一种电感型电流互感器的制造方法,优选的按照如下步骤进行：

1、磁心及盖板成型：磁心及盖板按照现有电感器件的加工工艺成型烧结而成，该步骤属于行业内已经实施多年的电感制造通用工序和工艺，且与本发明的制造加工方法关联不大，在此不再进行赘述。优选的，磁心选用铁氧体、铁粉芯、合金等磁导率在1000--3000的材质成型烧结而成。优选的，磁心叶片下边缘及端子部分有倒圆角处理，其目的在于保护绕组线圈的引出线不被棱角磨损。优选的，作为初级侧的叶片截面要大于另一叶片，初级侧叶片与磁心中柱的倒角大于0.5mm，其目的在于增大磁心叶片在后续的切割研磨工序时的机械承受能力。优选的，磁心成型完成之后，置入旋转研磨机里面进行去毛边打磨处理。

2、叶片电镀：对成型出来的磁心进行有针对性的电镀处理，该步骤是本发明的核心工序所在，利用电镀涂层的导电性能，并通过后工序的特别加工处理，使电镀层实现电流互感器初级绕组的关键所在，从而减少现有电流互感器初级绕组的绕制加工等复杂的人工操作流程。优选的，在磁心指定的充当电流互感器初级侧的一叶片进行全方位的包覆式电镀，镀层深度以超过叶片与中柱接壤的中柱不大于0.5mm处，镀层厚度优选的为0.4--1.0um；对余下的另一叶片端子处进行局部电镀，镀层厚度优选的为0.2--0.7um.镀层材质可以是金、银、锡、钯等金属或合金。

3、切割研磨：对电镀好的磁心的初级侧叶片从凹槽底部中心处自下而上进行切割。优选的，切割宽度为0.5--2.0mm，切割深度以超出轴向中柱外圆面0.2-1.0mm为准。其目的在于，将充当电流互感器初级侧的一叶片包覆的电镀层以磁心中柱为轴对称切割开来，使叶片表面的电镀层形成以中柱为圆心的“∩”型的电镀层绕组。优选的，通过研磨手段，除去初级侧叶片上边缘凹缺处顶部的电镀层，便于后续工序磁心与盖板的粘接。进一步的，基于电感需求，叶片上边缘可以进行镜面研磨加工处理，可以增大与盖板后粘接后电流互感器的电感量。

4、绕线连接：切割研磨后的磁心，进行次级绕组线圈的绕制。根据设置圈数的不同，可自由进行诸如疏绕、密绕等方式将线圈整齐的绕制在磁心中柱上。优选的，线圈使用高耐温的漆包线。绕线完成后，线圈的起、收线引线采用热压或浸锡的方式固定在端子脚上。

5、盖板组装：盖板与磁心的组装时，优选的，盖板上表面的设有方位区分的标识点的一端贴合在磁心初级侧。盖板上凸台与磁心的叶片上边缘凹缺一一对应组装，在接触面用树脂进行粘接固定

6、特性测试：对组装粘接并固定好的电感型电流互感器，进行电气性能测试。优选的，测试内容包括初、次级圈比，次级电感，次级直流电阻。

通过上述制造工序和工艺后，就形成本发明所阐述的电感型电流互感器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、电感型电流互感器的组件很少，能最大限度的降低制造复杂度。

2、在磁心制造加工中就形成特定的初级绕组，可减少后端的人工参与。

3、有效解决了现有技术中电流互感器平整度的问题。

附图说明

图1为现有骨架组合式电流互感器的立体结构图；

图2为现有骨架组合式电流互感器的爆炸立体图；

图3为本发明电流互感器的立体图；

图4为本发明电流互感器的另一视角的立体图；

图5为本发明电流互感器的磁心成型后的立体图；

图6-1为本发明电流互感器的盖板的正向立体图；

图6-2为本发明电流互感器的盖板的侧向立体图；

图7为本发明电流互感器的磁心电镀后的立体结构图；

图8-1为本发明电流互感器的磁心切割研磨后的正向立体图；

图8-2为本发明电流互感器的磁心切割研磨后的侧向立体图；

图9为本发明电流互感器的磁心绕制线圈后的立体图；

图10为本发明电流互感器的爆炸立体图；

图11为本发明电流互感器的制造加工工序流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1—磁心；3—线圈；4—金属导片；5—端子；6—骨架

1—磁心；11—中柱；111--电镀涂层；12—初级叶片；121--凹缺；122—凹缺123—内侧壁；1231—前端面、1232—后端面；124—叶片顶部；125—初级下边缘；1251—凹槽；1252、1253—初级端子脚；13—次级叶片；131、132—凹缺；135—次级下边缘；1351—次级凹槽；1352、1353—次级端子脚；2—盖板；21、22—镂空；211、212、221、222—凸台；3—线圈；31、32—引线。

具体实施方式

本发明所呈现的特征及制造加工方法，将以典型实施例在后段的说明中进行详细叙述。针对本行业的专业技术人员来讲，本发明所涉及到的组件，在不同的加工期间结构存在差异，制造加工过程中，依靠不同的机械设备和工夹具及工艺实施方法，能够在结构和加工方面上借鉴参考并衍生出各种变化，其皆不脱离本发明的范围。且其中的说明及图示在本质上是为了便于通俗理解而进行一般性阐述之用，而非是对本发明的限制。

请参阅附图3、图4，本发明提出的一种电感型电流互感器，由磁心1、、盖板2、绕组3组成，线圈3绕在磁心1的中柱上，盖板2通过粘接固定在磁心1的顶面。其中，作为本发明的基础构思是，由磁心1上设置的电镀层形成一绕组，线圈3绕在磁心1的中柱上形成另一绕组。从组件数量来看，相比与现有骨架组合式电流互感器(参考图2)，很明显的少了骨架6、金属导片4，但本发明在减少组件的同时，并没有失去其所要呈现的功能。接下来会针对本发明提出的一种电感型电流互感器按照工序工艺加工的步骤结合各结构进行详细的说明。

请参阅图5，本发明所呈现的一种电感型电流互感器的磁心组件，磁心1由中柱11和位于中柱11端面且轴向垂直的截面不相等的叶片12及叶片13构成。中柱11为横向结构，即磁心1在使用时中柱11呈横向放置。叶片12、叶片13的形状类似，但叶片12的厚度大于叶片13的厚度，其目的在于增大后续电镀涂层后研磨处理的机械受力。磁心中柱11根据需求可以设置为圆柱状或方柱状；叶片12的顶部124设置有凹缺121及122，根据实际生产要求，凹缺121、122可以只任意设置一个，其目的在于方向的防呆识别；叶片13的顶部同样设置有两个凹缺131、132；磁心1的叶片12及叶片13上边缘的凹缺121、122、131、132即是磁心顶面开设的凹口。叶片12和叶片13等高度，叶片底部125及135是共面的。进一步的，叶片底部135可以预留后续线圈3的引线焊接的引线槽1351，这样更加保证此电流互感器成品后的共面度。

参照图6-1和图6-2，盖板2为一片状体，盖板2的边角处垂直于片状体边缘有局部镂空21及22，局部镂空21、22即是与磁心1的叶片12和叶片13的顶面相对应的位置处所开设的沉槽。由此盖板的边缘角落处形成凸台211、212、221、222，各凸台的位置和形状与磁心1的叶片12及叶片13上边缘凹缺121、122、131、132分别匹配对应，这样设计的好处在于，盖板3装配到磁心1上面时，会因为凹槽与凸台的位置和形状的限定，不会前后滑动，片状体上表面平滑且在该面上的一角设有方位区分的标识点23。

优选的，磁心1及盖板2均由氧化铁和一种或几种其他金属(例如锰，锌，镍，镁)的氧化物或碳酸盐化合物混合组成，再经过预先设计好的满足应用本发明指定的形状和结构特征进行模具压制、然后高温烧结，最后通过辅助的机器加工，由于铁氧体的成型加工已属于公知技术，在此不进行赘述。

参考图7，对烧结加工好的磁心1进行电镀处理。叶片12整体全部附着电镀涂层，包括但不限于叶片12的凹缺121、122，以及底部125，135；基于本发明的基础构思，必须保证叶片12的内侧壁123被全面均匀的电镀处理，镀层厚度为0.4～1.0μm，且与磁心中柱11的接壤夹角处允许存在超出的电镀涂层111。叶片13的仅需要底部135整面进行电镀处理。按照互感器的使用场合，电镀涂层可优选的为金、银、锡、镍等金属材质。

参照图8-1及8-2，电镀好的磁心11的初级侧叶片12从底部125中心处自下而上进行切割，形成叶片12底面的开口朝外的凹槽1251。凹槽1251的形状为“∩”形，或称为倒“U”形槽，凹槽1251的切割宽度为0.5--2.0mm，切割深度以超过轴向中柱11的外圆面0.2-1.0mm为准。其目的在于，将叶片12的内侧壁123表面沉积的电镀层以中柱11为轴对称切割开来，将叶片123表面的电镀层形成以中柱11为圆心的且环绕中柱11的带“∩”型断开口的电镀层导线，该电镀层导线最终将作为本发明电感型电流互感器的初级绕组。特别注意的是，因存在工艺误差，若电镀时磁心中柱11表面存在一圈闭合电镀涂层111，在切割时需将该电镀涂层111也切割断。同时也可对次级侧叶片13底面进行切割，形成叶片13底面的开口朝外的凹槽1351。凹槽1251与凹槽1351为等切割面且切割深度大于磁心中柱11的外表面。切割后，叶片12的底部形成凹槽1251以及端子脚1252与1253，叶片13的底部形成凹槽1351及端子脚1352与1353，中柱11上超过中柱外圆面的深度进行切割形成切面112，叶片12、叶片13和中柱11的底部经切割连成一个平面，即叶片12的凹槽1251的槽顶、叶片13的凹槽1351的槽顶与中柱11上的切面112连成一个平面。再通过研磨手段，除去叶片12初级侧叶片上边缘凹缺处顶部124的电镀层，便于后续工序磁心与盖板的粘接。前端面1231、后端面1232的电镀层保留。由于端子脚由叶片12、13切割出凹槽1251、1351的侧边壁所形成，所有端子脚的共面度一致，且易于生产实现。进一步的，基于电感需求，叶片上边缘可以进行镜面研磨加工处理，可以增大磁心1与盖板2粘接成型后的电流互感器的电感量。

请参阅图9、图10，在磁心中柱11上均匀绕制带有绝缘层的金属导线形成线圈3，线圈3的绕制空间需小于叶片12及叶片13的边缘尺寸。线圈3的引线31及32分别与叶片13的端子1352及1353连接，形成互感器的次级绕组。优选的，线圈引线31、32与端子1352及1353连接，可采用热压、点焊、浸锡等多种方式完成其固定连接。

作为本发明所描述的一种电感型电流互感器，其具体的制造流程和加工方法参照图10及图11实施如下：

S1、磁心1及盖板2成型：磁心及盖板按照现有电感器件的加工工艺成型烧结而成，该步骤属于行业内已经实施多年的电感制造通用工序和工艺，且与本发明的制造加工方法关联不大，在此不再进行赘述。优选的，磁心选用铁氧体、铁粉芯、合金等磁导率在1000--3000的材质成型烧结而成。优选的，磁心叶片13下边缘及端子部分有倒圆角处理，其目的在于保护绕组线圈的引出线不被棱角磨损。优选的，作为初级侧的叶片12截面要大于另一叶片13，初级侧叶片12与磁心中柱11的倒角大于0.5mm，其目的在于增大磁心叶片12在后续的切割研磨工序时的机械承受能力。优选的，磁心成型完成之后，置入旋转研磨机里面进行去毛边打磨处理。

S2、叶片电镀：对成型出来的磁心进行有针对性的电镀处理，该步骤是本发明的核心工序所在，利用电镀涂层的导电性能，并通过后工序的特别加工处理，使电镀层实现电流互感器初级绕组的关键所在，从而减少现有电流互感器初级绕组的绕制加工等复杂的人工操作流程。优选的，在充当电流互感器初级侧的叶片12进行全方位的包覆式电镀，镀层深度以超过叶片12与中柱11接壤的中柱11不大于0.5mm处，镀层厚度优选的为0.4--1.0um；对余下的叶片13端子处进行局部电镀，镀层厚度优选的为0.2--0.7um。镀层材质可以是金、银、锡、钯等金属或合金。

S3、切割研磨：对电镀好的磁心的初级侧叶片12从凹槽底部中心处自下而上进行切割，形成叶片12底面的开口朝外的凹槽1251。优选的，凹槽1251的形状为“∩”形，或称为倒“U”形槽，凹槽1251的切割宽度为0.5--2.0mm，切割深度以超出轴向中柱11圆切面0.2-1.0mm为准。其目的在于，将充当电流互感器初级侧的叶片12包覆的电镀层以磁心中柱为轴对称切割开来，使叶片表面的电镀层形成以中柱11为圆心且环绕中柱11的带“∩”型断开口的电镀层绕组。同时也可对次级侧叶片13底面进行切割，形成叶片13底面的开口朝外的凹槽1351。优选的，通过研磨手段，除去初级侧叶片12上边缘124凹缺处顶部的电镀层，便于后续工序磁心与盖板的粘接。进一步的，基于电感需求，叶片12、13的上边缘124可以进行镜面研磨加工处理，可以增大与盖板后粘接后电流互感器的电感量。

S4、绕线连接：切割研磨后的磁心，进行次级绕组线圈的绕制。根据设置圈数的不同，可自由进行诸如疏绕、密绕等方式将线圈整齐的绕制在磁心中柱11上。优选的，线圈使用高耐温的漆包线。绕线完成后，线圈的起、收线引线采用热压或浸锡的方式固定在端子脚1352、1353上。

S5、盖板组装：盖板2与磁心1的组装时，优选的，盖板上表面的设有方位区分的标识点23的一端贴合在磁心初级侧叶片12对应位置。盖板上凸台211、212、221、222与磁心的叶片上边缘凹缺122、121、132、131一一对应组装，在接触面用树脂进行粘接固定。

S6、特性测试：对组装粘接并固定好的电感型电流互感器，进行电气性能测试。优选的，测试内容包括初、次级圈比，次级电感，次级直流电阻。

通过上述制造工序和工艺后，就形成本发明所阐述的电感型电流互感器。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。