专利名称：扼流圈及其制造方法
技术领域：
本发明涉及感性器件制造领域，尤其涉及在电子电路、电力电路中发挥扼流、储能、滤波等作用的扼流圈及其制造方法。
背景技术：
扼流圈的主要组成构件是磁心和绕组。其中，可用于制作磁心的磁性材料有硅钢、 纳米晶、软磁铁氧体、金属磁粉心等，不同的磁性材料在不同的频段、不同的使用环境下各具特色。而可用于制造绕组的导线包含丝包线、漆包线、扁铜线、铜皮等，不同的导线有着一定的耐温等级和绝缘等级。大功率的扼流圈需要具有大的工作电流，因此磁路中应具有较大的气隙，以保证磁心工作在非饱和区并能够保持电感量的线性度。然而，高频大电流将在气隙处产生交变杂散磁场，且该磁场会引起气隙附近绕组导线的涡流效应加剧，从而在气隙附近形成发热点，这容易导致绝缘受损、绕组短路并使用寿命缩短等各种问题。此外，该磁场会对电路中其他元器件形成电磁干扰，从而影响电器产品的正常工作。因此，有必要对磁路中集中的气隙进行均匀分布，从而出现了金属磁粉心。金属磁粉心是将磁性颗粒进行粉末绝缘处理，然后压制成型，经退火处理后喷涂形成产品。由于成型压力大，金属磁粉心一般压制成环型。在小电流情况下，可以通过手工或者环形绕线机把圆形导线绕制在环型磁心上，以得到需要的电感量。但在大电流情况下， 由于所需导线截面积太大，这时需要利用一定规格的铜箔来作绕组。由于环型的结构非常不便于绕制铜箔，于是出现了 EE型磁心，但目前在工艺上仍难以实现大规格的EE型磁心。随着人们对绕组本身的分布参数以及磁心引起的电磁污染的认识越来越多，减小电磁干扰(EMI)逐渐成为产品设计时的关键因素，于是大体积的罐型磁心应运而出。罐型磁心的特殊结构形成了封闭磁路，能够很好地屏蔽杂散磁场。但由于罐型成型工艺难度太大，既不利于批量化生产，更是难以实现更大规格的罐型磁心。此外，在利用铜箔制作绕组以实现大电流的情况下，不好处理罐型磁心中绕制铜箔的引出线。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的至少在于合理发挥不同磁性材料的优势进行磁路组合， 以能够实现线性度好、电磁干扰低、功耗低的扼流圈。为了实现上述目的，本发明提供了一种包括磁心和绕组的扼流圈，其中所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上绕有所述绕组；至少两个侧部，其分别以与所述中心柱大致平行的方式接触所述底部的外周；以及顶部，其以与所述侧部接触的方式位于所述中心柱的上端处，并且，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，所述中心柱的截面积相应地比所述侧部的截面积小。对于上述扼流圈，优选地，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度约为所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度的2倍 3倍，并由此使得所述中心柱的截面积约为所述侧部的截面积的1/3 1/2。进一步，所述中心柱优选采用高饱和磁通密度的金属磁粉心或纳米晶材料；而所述侧部优选采用磁导率较大的功率铁氧体材料，或者根据产品具体要求，必要时也可选择金属磁粉心或者纳米晶材料。对于上述扼流圈，优选地，所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部、所述顶部与所述中心柱以及所述顶部与所述侧部之间通过例如环氧树脂的粘结胶粘结，从而构成所述磁心的封闭磁路。对于上述扼流圈，优选地，所述底部、所述侧部和/或所述顶部各自包括至少一个块型的磁性材料。进一步，所述中心柱包括至少一个块型或圆柱型的磁性材料。对于上述扼流圈，优选地，所述绕组采用铜箔绕制而成。进一步，所述铜箔绕组的起尾端焊接有镀镍铜牌，且所述铜牌从所述壳体未封闭的一侧引出。对于上述扼流圈，优选地，所述扼流圈还包括用于容纳所述磁心和所述绕组的壳体，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。对于上述扼流圈，优选地，所述壳体是采用例如铝的金属材料制成的。此外，本发明还提供了一种用于制造包括磁心和绕组的扼流圈的扼流圈制造方法，其包括根据所需制造的扼流圈的参数规格选择所述磁心的中心柱、底部、侧部、顶部的磁性材料，选择合适的工作点和匹配的功耗密度，并计算所述中心柱的横截面积以及所述底部、所述侧部和所述顶部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，并且所述中心柱的截面积比所述侧部的截面积小；计算所述绕组的匝数，并确定相应的绕组材料规格；估计所述绕组的厚度，并计算所述顶部和所述底部各自的面积以及所述中心柱的高度；调节有效磁路长度，以实现所需制造的扼流圈的参数；在所述中心柱上绕制所述绕组；以所述中心柱位于所述底部上、所述侧部接触所述底部的外周且所述顶部位于所述中心柱的上端处的方式，将所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部、所述顶部与所述中心柱以及所述顶部与所述侧部之间通过例如环氧树脂的粘结胶粘结，从而构成所述磁心的磁路；以及将所述磁心置于由例如铝的金属材料制成的壳体内，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。或者，本发明提供了另一种用于制造包括磁心和绕组的扼流圈的扼流圈制造方法，其包括根据所需制造的扼流圈的参数规格选择所述磁心的中心柱、底部、侧部、顶部的磁性材料，选择合适的工作点和匹配的功耗密度，并计算所述中心柱的横截面积以及所述底部、所述侧部和所述顶部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，并且所述中心柱的截面积比所述侧部的截面积小；计算所述绕组的匝数，并确定相应的绕组材料规格；估计所述绕组的厚度，并计算所述顶部和所述底部各自的面积以及所述中心柱的高度；调节有效磁路长度，以实现所需制造的扼流圈的参数；以所述中心柱位于所述底部上、所述侧部接触所述底部的外周的方式，将所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部之间通过例如环氧树脂的粘结胶粘结； 在所述中心柱上绕制所述绕组；以所述顶部位于所述中心柱的上端处的方式，将所述顶部与所述中心柱、所述顶部与所述侧部之间通过例如环氧树脂的粘结胶粘结，从而形成所述磁心的磁路；以及将所述磁心置于由例如铝的金属材料制成的壳体内，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。对于上述任一种扼流圈制造方法，优选地，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度约为所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度的2倍 3倍，并由此使得所述中心柱的截面积约为所述侧部的截面积的1/3 1/2。进一步，所述中心柱优选采用高饱和磁通密度的金属磁粉心或纳米晶材料，而所述侧部优选采用磁导率较大的功率铁氧体材料。对于上述任一种扼流圈制造方法，优选地，所述底部、所述侧部和/或所述顶部各自包括至少一个块型的磁性材料。进一步，所述中心柱包括至少一个块型或圆柱型的磁性材料。对于上述任一种扼流圈制造方法，优选地，所述绕组采用铜箔绕制而成。进一步， 所述铜箔绕组的起尾端焊接有镀镍铜牌，且所述铜牌从所述壳体未封闭的一侧引出。通过基于材料特性合理拼接不同磁性材料的磁心以形成磁心结构，本发明突破了以往用单一磁性材料制作扼流圈的磁心的传统，并具有气隙分布均匀、有效磁路长度及有效磁路面积调节灵活、对外部电磁干扰低等优点，合理解决了扼流圈的电感量与其线性度之间的矛盾，并有利于大规模的批量化生产。
包含在本说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。图I示出了三种块型磁心的示意图；图2示出了拼接块型磁心的示意图；图3A、图3B、图3C分别示出了根据本发明示例性实施例的扼流圈的磁心的封闭结构磁路的俯视图、侧视图、透视图；图4示出了根据本发明示例性实施例的扼流圈的铜皮绕组的外形示意图；以及图5A、图5B、图5C分别示出了根据本发明示例性实施例的扼流圈的产品外观的主视图、侧视图、俯视图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。 本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、程序、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。如上所述，现有磁性材料各有千秋。硅钢在频率为IKHZ以上时功耗急剧增大；猛锌功率铁氧体在高频下功耗密度很小，但其饱和磁通密度BS只有5000GS ;金属磁粉心的饱和磁通密度在10000GS-16000GS，但其磁导率较低，最大只能达到几百，功耗密度也比较大； 纳米晶材料的饱和磁通密度可达12000GS，磁导率上万，低频时功耗密度小，但其在高频下功耗密度并不如锰锌功率铁氧体，同时其受应力时损耗急剧增加。本发明旨在利用不同磁性材料的特性，对不同磁性材料的块型磁心进行合理装配组合以形成磁心结构，并且能够灵活调节扼流圈中磁路的有效磁路长度、有效截面积和相对磁导率，为扼流圈的大规模批 量化生产提供了可能性。下面将首先介绍磁路设计的相关计算公式。扼流圈的工作点Hd。的计算公式以及扼流圈在直流偏磁下偏磁电感量Ld。的估算公 式分别如下
权利要求
1.一种扼流圈，其包括磁心和绕组，其特征在于，所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上绕有所述绕组；至少两个侧部，其分别以与所述中心柱大致平行的方式接触所述底部的外周；以及顶部，其以与所述侧部接触的方式位于所述中心柱的上端处，并且，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，所述中心柱的截面积比所述侧部的截面积小。
2.根据权利要求I所述的扼流圈，其特征在于，所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部、所述顶部与所述中心柱以及所述顶部与所述侧部之间通过粘结胶粘结。
3.根据权利要求2所述的扼流圈，其特征在于，所述中心柱采用金属磁粉心或纳米晶材料，所述底部采用金属磁粉心或纳米晶材料，所述顶部采用金属磁粉心或纳米晶材料，而所述侧部采用功率铁氧体材料、金属磁粉心或纳米晶材料。
4.根据权利要求2所述的扼流圈，其特征在于，所述底部、所述侧部和/或所述顶部各自包括至少一个块型的磁性材料；以及所述中心柱包括至少一个块型或圆柱型的磁性材料。
5.根据权利要求I至5中任一项所述的扼流圈，其特征在于，还包括用于容纳所述磁心和所述绕组的壳体，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。
6.根据权利要求5所述的扼流圈，其特征在于，所述绕组采用铜箔绕制而成。
7.根据权利要求6所述的扼流圈，其特征在于，所述铜箔绕组的起尾端焊接有镀镍铜牌，且所述铜牌从所述壳体未封闭的一侧引出。
8.一种扼流圈制造方法，用于制造包括磁心和绕组的扼流圈，包括根据所需制造的扼流圈的参数规格选择所述磁心的中心柱、底部、侧部、顶部的磁性材料，选择合适的工作点和匹配的功耗密度，并计算所述中心柱的横截面积以及所述底部、 所述侧部和所述顶部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，并且所述中心柱的截面积比所述侧部的截面积计算所述绕组的匝数，并确定相应的绕组材料规格；估计所述绕组的厚度，并计算所述顶部和所述底部各自的面积以及所述中心柱的高度；调节有效磁路长度，以实现所需制造的扼流圈的参数；在所述中心柱上绕制所述绕组；以所述中心柱位于所述底部上、所述侧部接触所述底部的外周且所述顶部位于所述中心柱的上端处的方式，将所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部、所述顶部与所述中心柱以及所述顶部与所述侧部之间通过粘结胶粘结，从而构成所述磁心的磁路；以及将所述磁心置于壳体内，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。
9.一种扼流圈制造方法，用于制造包括磁心和绕组的扼流圈，包括根据所需制造的扼流圈的参数规格选择所述磁心的中心柱、底部、侧部、顶部的磁性材料，选择合适的工作点和匹配的功耗密度，并计算所述中心柱的横截面积以及所述底部、 所述侧部和所述顶部各自的厚度，其中，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，并且所述中心柱的截面积比所述侧部的截面积计算所述绕组的匝数，并确定相应的绕组材料规格；估计所述绕组的厚度，并计算所述顶部和所述底部各自的面积以及所述中心柱的高度；调节有效磁路长度，以实现所需制造的扼流圈的参数；以所述中心柱位于所述底部上、所述侧部接触所述底部的外周的方式，将所述底部与所述中心柱、所述底部与所述侧部之间通过粘结胶粘结；在所述中心柱上绕制所述绕组；以所述顶部位于所述中心柱的上端处的方式，将所述顶部与所述中心柱、所述顶部与所述侧部之间通过粘结胶粘结，从而形成所述磁心的磁路；以及将所述磁心置于壳体内，并通过对所述壳体进行真空灌封导热胶来将所述磁心和所述绕组固定在所述壳体内。
10.根据权利要求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饱和磁通密度为所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度的两倍。
11.根据权利要求8或9所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述底部、所述侧部和/或所述顶部各自包括至少一个块型的磁性材料，以及所述中心柱包括至少一个块型或圆柱型的磁性材料。
12.根据权利要求8或9所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述绕组采用铜箔绕制 。
13.根据权利要求12所述的扼流圈制造方法，其特征在于，所述铜箔绕组的起尾端焊接有镀镍铜牌，且所述铜牌从所述壳体未封闭的一侧引出。
全文摘要
本发明涉及扼流圈及其制造方法，公开了一种包括磁心和绕组的扼流圈。其中，所述磁心包括底部；中心柱，其位于所述底部上，并且其上绕有所述绕组；至少两个侧部，其分别以与所述中心柱大致平行的方式接触所述底部的外周；以及顶部，其以与所述侧部接触的方式位于所述中心柱的上端处。并且，所述中心柱采用的磁性材料的饱和磁通密度比所述侧部采用的磁性材料的饱和磁通密度大，并且所述中心柱的截面积相应地比所述侧部的截面积小。通过基于材料特性合理拼接不同磁性材料的磁心以形成封闭磁心结构，本发明突破了以往用单一磁性材料制作扼流圈的磁心的传统，并具有气隙分布均匀、有效磁路长度及有效磁路面积调节灵活、对外部电磁干扰低等优点。
文档编号H01F27/02GK102592782SQ201210067498
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者张卫东 申请人:北京七星飞行电子有限公司