一种高频变压器及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高频变压器，其特征在于其铁心采用无取向性的JNHF薄硅钢板制作成叠层铁心。还公开了所述高频变压器的制造方法，包括如下步骤：绕线—包铜箔—包胶带—压脚—焊锡—组装铁心—含浸—贴标签或喷字—外观检查。这种变压器具有低铁损、低噪音、低成本和体积小的优点。
【专利说明】一种高频变压器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高频变压器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]开关电源主要组成部分，尤其是高频开关电源、高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源的变压器，属于特殊变压器制造领域。近年来，国民经济的高速增长，国内电力工业得到蓬勃发展，并可预见在未来的电力市场仍将保持高速发展的态势。传统的高频变压器，采用薄带硅钢铁心，其工作频率较低。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化、高频化和大功率化已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的最关键因素。
[0003]随着应用【技术领域】的不断扩展，开关电源的应用愈来愈广泛，而制作开关电源过程中的主要技术难点最大和成本最高、所占工时最多的是制作开关变压器，也就是高频变压器。因此，降低高频变压器的成本、提高其效应，就是降低开关电源成本的关键。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于对现有高频变压器进行改良，提高其输出功率比，以使其能够小型化。
[0005]本发明第二个目的还在于提供一种高频变压器制造方法，以降低生产成本。
[0006]为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种高频变压器，其特征在于其铁心采用无取向性的JNHF或JNEX薄硅钢板制作成置层铁心。
[0008]目前变压器铁心采用的坡莫合金和钴基非晶合金价格高，约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强度Bs也不高，加工也比较复杂。而本发明采用无取向性的JNHF薄硅钢板作铁心，其饱和磁感应强度Bs较高，温度稳定性好，价格低廉。采用叠层铁心结构，比卷绕铁心制作更方便，成本更低。
[0009]具体来说，本发明的高频变压器具有如下优点:
[0010]1、低铁损
[0011 ] 在高频范围，本发明的JNHF、JNEX薄硅钢板超级铁心比Fe—Si合金中磁性最优良的6.5% Si钢板的铁损更低，而将这种材料特性与叠层结构相结合，与传统卷铁心相比无需进行退火处理，进一步避免了退火造成的铁损。因此，本发明的超级铁心将材料与结合的有机结合，是解决闻频变压铁损大问题的关键。
[0012]2、低噪音
[0013]本发明的无取向性的JNHF、JNEX薄硅钢板的磁滞伸缩率为零，这是其他铁心都没有的优良性能特征，因此由此超级铁心制作噪音极低。
[0014]3、节成本
[0015]本发明的超级铁心高频变压器的线圈部份，由于JNHF、JNEX铁心有很高磁通密度，所以本发明的磁密可取到1.8?1.87T,得到比Fe—Si合金更少线圈匝数，因匝数的减少，故所用的铜材大大地减少，重量也减少。
[0016]4、降损耗
[0017]总损耗主要为铁损与电阻损耗之和，由于上述的铁损极低，加上由它而得出的线圈匝数少；电阻率P = L/S(L为导线长度，S为导引截面积，L =线圈匝数X线圈平均周长)，R = 0.02135 P ,线圈损耗=I2XR。
[0018]5、体积小
[0019]相同参数的高频变压器，采用了本发明结构的产品，由JNHF、JNEX铁心的高磁通密度，故所选取的铁心直径较小，再由于线圈的匝数较少，经计算得变压器的Mtl和Hk较普通变压器都小。因此变压器的体积比普通的高频变压器小得多。
[0020]本发明还提供了一种高频变压器的制造方法，包括如下步骤:绕线一包铜箔一包胶带一压脚一焊锡一组装铁心一含浸一贴标签或喷字一外观检查。
[0021]所述的高频变压器的制造方法，所述绕线步骤包括:
[0022](I)材料确认:确认导线规格无误；不用的须剪去时，应在未绕线前先剪掉；确认导线规格完整，不得有破损和裂缝；将导线正确插入治具，标记为I脚，如果图面无证明，则I脚朝机器；须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠导线两侧，再在指定的脚上先缠线或先钩线后开始绕线，绕线应在指定的范围内绕线；
[0023](2)绕线:根据变压器要求不同，绕线的方式采用一层密绕、均等绕、多层密绕、整列密绕、定位绕线或并绕。
[0024]所述的高频变压器的制造方法，其特征在于所述压脚步骤包括:
[0025](I)先将铜线理直理顺并缠在相应的脚上；
[0026](2)用斜口钳将铜线缠紧并压至脚底紧靠档墙；剪除多余线头。
[0027]所述的高频变压器的制造方法，其特征在于所述焊锡步骤包括:
[0028](I)将产品整齐摆放；
[0029](2)用夹子夹起一排产品；
[0030](3)脚沾助焊剂；
[0031](4)以白手捧刮净锡面；
[0032](5)立式模型镀锡时将脚垂直插入锡槽，镀锡深度以锡面齐铜脚底部为止。
[0033]这种方法工艺简单、环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明高频变压器铁心结构示意图；
[0035]图2a是密绕示意图；
[0036]图2b是均等绕线示意图；
[0037]图3是定位绕示意图；其中a密绕指定点绕线、b均匀疏绕指定点绕线、c密绕指定侧绕线(出线侧)、d密中绕、e密绕指定侧绕线(相对侧)；
[0038]图4为并位绕示意图；
[0039]图5为引线要领示意图；为10?15mm吃锡；
[0040]图6为缠绕圈数与线径根数的关系示意图；[0041]图7为铁心固定方式示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
[0043]本发明的主频变压器，包括铁心、夹件和线圈，其铁心采用无取向性的JNHF或JNEX薄硅钢板，如图1所示采用叠层铁心结构，而不能用卷铁心结构。
[0044]为测量铁损情况，将本发明超级铁心制作成一定尺寸的叠层铁心，并分别将超薄取向Si钢板和非晶质材料制作成相同尺寸的卷绕铁心，以各自最适宜各自材料的铁心结构，对此评价了其不同的高频电抗器性能。实验所得相关数据表明:虽然在使用上述将超薄取向Si钢板和非晶质材制作卷绕铁心的过程中实施了消除应力退火，但其铁损还是增大了，其中非晶质材料的增大率最显著；而使用本发明的超级铁心时却无铁损的增大(即铁心与材料的铁损相同)。
[0045]采用本发明的超级铁心(板厚0.1mm)、超薄取向Si钢(板厚0.1mm)、铁系非晶材料(板厚0.025mm)制成规定尺寸的卷绕铁心和相同尺寸的切割环形铁心；然后在规定条件下测定了上述铁心制成的电抗器的噪音水平。结果表明:噪音与磁通密度的关系:高频电抗器的噪音值反映出材料的磁滞伸缩特性，故超级铁心的噪音水平极低；且此超级铁心与其他材料铁心的噪音差别随磁通密度的增高而扩大。
[0046]根据本发明的高频变压器的制造方法如下:
[0047]一 )绕线
[0048]1.材料确认
[0049]依照技术资料、图纸确认导线规格无误；不用的须剪去时，应在未绕线前先剪掉，以防绕完线后再剪除时会刮伤线或剪错脚，而且可以避免绕线时缠错脚位；确认导线规格完整:不得有破损和裂缝；将导线正确插入治具，一般特殊标记为I脚(斜角为PIN1)，如果图面无证明，则I脚朝向机器；须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠导线两侧，再在指定的脚上先缠线(或先钩线)后开始绕线，原则上绕线应在指定的范围内绕线。
[0050]2.绕线方式
[0051 ] 根据变压器要求不同，绕线的方式大致可分为以下几种
[0052]2.1 一层密绕:如图2a所示，布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙，整齐的绕线。
[0053]2.2均等绕:如图2b所示，在绕线范围内以相等的间隔进行绕线，间隔误差在20%以内可以允收。
[0054]2.3多层密绕:在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以上，此绕法又可分为三种情况，酌情采用:
[0055]a.任意绕:在一定程度上整齐排列，达到最上层时，布线已零乱，呈凹凸不平状况，这是绕线中最粗略的绕线方法。
[0056]b.整列密绕:几乎所有的布线都整齐排列,但有若干的布线零乱(约占全体30%，圈数少的约占5%的比例)。
[0057]c.完全整列密绕:绕线至最上层也不零乱，绕线很整齐的排列着，这是绕线中最难的绕线方法。
[0058]2.4定位绕线:布线指定在固定的位置(如图3)，一般分五种情况:
[0059]密绕指定点绕线(如图3a)、均匀疏绕指定点绕线(如图3b)、密绕指定侧绕线(出线侧)(如图3c)、密中绕(如图3d)、密绕指定侧绕线(相对侧)(如图3e).[0060]2.5并绕:两根以上的线同时平行的绕同一组线，各自平行的绕，不可交叉.此绕法大致可分为四种情况:同组并绕(图4)、不同组或同组并绕、多组并绕和不同组或同组双并绕。
[0061]3.注意事项
[0062]3.1当起绕和结束出入线在同一侧时，结束端回线前须贴一块横越胶布作隔离。
[0063]3.2出入线于使用线轴之凹槽出线时，原则上以一线一凹槽方式出线，若同一脚有多组可使用同一凹槽或相邻的凹槽出线，唯在焊锡及装套管时要注意避免短路。
[0064]3.3绕线时需均匀整齐绕满线轴绕线区为原则，除工程图面上有特别规定绕法时，则以图面为准。
[0065]3.4变压器中有加铁氟龙套且有折回线时，其出入线所加之铁氟龙套管须与线轴凹槽口齐平(或至少达2/3高)，并自线轴凹槽出线以防止因套管过长造成拉力将线扯断。但若为L PIN水平方向缠线，则套管应与线轴边齐平(或至少2/3长)。
[0066]3.5变压器中须加醋酸布作为档墙胶带时，其档墙胶带必须紧靠模型两边。为避免线包过胖及影响漏感过高，故要求2TS以上之醋酸布重叠不可超过5_，包一圈之醋酸布只须包0.9T，留缺口以利于凡立水良好的渗入底层。
[0067]4.引线要领
[0068]4.1飞线引线
[0069]4.1.1引线、长度按工程图要求控制，如须绞线，长度须多预留10%。
[0070]4.1.2套管I须深入挡墙3mm以上，如图5所示，图中LF为飞线长度，D代表多芯线时须绞线，CX为10?15mm吃锡长度。
[0071]二).包铜箔
[0072]1.铜箔绕制工法
[0073]1.1铜箔的种类及在变压器中之作用
[0074]以铜箔的外形分有裸铜和背胶两种，裸铜一般用于变压器的外铜。铜箔在变压器中一般起屏蔽作用，主要是减小漏感，激磁电流，在绕组所通过的电流过高时，取代铜线，起导体的作用。
[0075]1.2铜箔的加工:
[0076]内铜箔一般加工方法:焊接引线
[0077]铜箔两端平贴于醋酸布中央，折回醋酸布(醋酸布须完全覆盖住焊点)，剪断醋酸布(铜箔两边须留Imm以上)。
[0078]2.变压器中使用铜箔的工法要求:
[0079]a.铜箔绕法除焊点处必须压平外，铜箔之起绕边应避免压在线轴转角处，须自线轴的中央处
[0080]起绕，以防止第二层铜箔与第一层间因挤压刺破胶布而形成短路。
[0081]b.内铜片于层间作屏蔽绕组时，其宽度应尽可能涵盖该层之绕线区域面积，又厚度在0.025mm(lmil)以下时两端可免倒圆角,但厚度在0.05mm(2mils)(含)以上之铜箔时两端则需以倒圆角方式理。
[0082]c.铜箔须包正包平，不可偏向一边，不可上挡墙。
[0083]d.焊外铜
[0084]注:1.铜箔焊点依工程图，铜箔须拉紧包平，不可偏向一侧。2.点锡适量，焊点须光滑，不可带刺。点锡时间不可太长，以免烧坏胶带。3.在实务上，短路铜箔的厚度用
0.64mm即可，而铜箔宽度只须要铜窗绕线宽度的一半。
[0085]三).包胶带
[0086]胶带须拉紧包平，不可翻起刺破，不可露铜线。最外层胶带不宜包得太紧，以免影响产品美观。
[0087]四).压脚
[0088]1.压脚作业
[0089]1.1将铜线理直理顺并缠在相应的脚上。 [0090]1.2压脚:用斜口钳将铜线缠紧并压至脚底紧靠档墙。
[0091]1.3剪除多余线头.[0092]1.4缠线圈数依线径根数而定，具体可以如图6所示，从左到右依次为:0.4Φ以下、2TS以上；0.4~0.65Φ 1.5TS以上；0.7Φ以上0.8TS以上；2根铜线0.8TS以上；3根铜线0.8TS以上；4根铜线以上0.8TS以上；铜线须紧贴脚根，预计焊锡后高度不会超过墩点；不可留线头，不可压伤脚，不可压断铜线，不能损坏模型。
[0093]1.5铜线过多的可绞线。
[0094]五).焊锡
[0095]1.焊锡作业步骤:
[0096]1.1将产品整齐摆放。
[0097]1.2用夹子夹起一排产品。
[0098]1.3脚沾助焊剂。
[0099]1.4以白手捧刮净锡面。
[0100]1.5焊锡:立式模型镀锡时将脚垂直插入锡槽(卧式模型将脚倾斜插入焊锡槽)，镀锡深度以
[0101]锡面齐铜脚底部为止。
[0102]注:
[0103]1.白包模型含锡油多，焊锡时间不可过长。
[0104]2.塑胶模型不耐高温，易产生包焊或脚移位。
[0105]3.不可烧坏胶带。
[0106]4.三层绝缘线须先脱皮后镀锡。
[0107]5.焊点之间最小间隙须在0.5mm以上。
[0108]六).组装铁心
[0109]1.铁心组装作业
[0110]1.1铁心确认:不可破损或变形。
[0111]1.2工程图规定须有气隙的铁心进行研磨加工。[0112]1.3组装:如无特殊规定，卧式模型已研磨的铁心装初级端，立式模型已研磨的脚端。
[0113]1.4铁心固定方式可以铁夹或三层胶布方式固定，且可在铁心接合处点EPOXY胶固定，点胶后须阴干半小时再置于120°C烤箱中烘烤一小时。包铁心之固定胶布须使用与线包颜色相同之胶布(图面特殊要求除外)，厂家需符合UL规格(如图7所示，其中按箭头指不，每一幅小图的不意为:
[0114]A.把铁心试拼合3?4回，以确认接合位置中间无缝隙；
[0115]B.在铁心接合面上沾上胶(中间研磨者可省略)；
[0116]C.把铁心试拼合3?4回，以使胶均匀；
[0117]D.安装线圈；
[0118]Ε.铁心拼合好；
[0119]F.包胶带(需包紧包平整)；
[0120]G.包胶带完毕。
[0121]2.组装铁心之注意事项:
[0122]2.1组装时，不同材质的铁心不可组装在同一产品上。
[0123]2.2有加气隙(GAP)之变压器与电感器，其气隙(GAP)方式须依照图面所规定之气隙(GAP)方行之，放于GAP中之材质须能耐温130°C以上，且有材质证明者或是铁心经加工研磨处理。
[0124]2.3无论是有加GAP或无加GAP的铁心组合，铁心与铁心接触面都需保持清洁，否则在含浸作业后L值会因而下降。
[0125]2.4包铁心之胶布宽度规定，以实物外观为优先著眼，次以铁心宽减胶布宽空隙约
0.3mm?0.7mm为最佳。
[0126]七).含浸
[0127]1.操作步骤:
[0128]1.1将产品整齐摆放于铁盘内。
[0129]1.2调好凡立水浓度。
[0130]1.3将摆好产品的铁盘放于含浸槽内。
[0131]1.4启动真空含浸机，抽气，放入凡立水，再抽气，须连续抽真空，含浸10-15分钟，视产品无气泡溢出。
[0132]1.5放气，放出凡立水，再反抽一次，放气，待产品稍干后取出放置滤干车上阴干。
[0133]1.6滤干10分钟以上，视产品无凡立水滴下。
[0134]1.7烘干:先将烤箱温度调至80°C，预热I小时，再将温度调至100°C，烘烤2小时；最后将温度调至110°C，烘烤4小时，拆样确认。
[0135]1.8将产品取出烤箱冷却(用风扇送风加速冷却)。
[0136]1.9摆盘后送至生产线。
[0137]2.注意事项:
[0138]2.1凡立水与稀释剂调配比例为2:1。
[0139]2.2放入凡立水时，凡立水高度以完全淹没产品为准，但凡立水不可上铜脚(特殊机种除外)。[0140]八).贴标签(或喷字)
[0141]1.标签确认:检查标签内容是否正确，有无漏字错字，字跡是否清晰。检查标签是否过期。喷字时必须确认所设定的标签完全正确。
[0142]2.贴标签时，将产品初级朝同一方向整齐摆放。喷墨时应将产品之喷印面朝喷头，摆放于输送带上，产品必须放正。
[0143]3.贴标签:料号标签及危险标签须依图面所规定的置及方向盖印或粘贴。标示〃DANGER〃〃HIGH VOLTAGE"及闪电符号标签应贴付于变压器之上方中央位置。其贴示方向以箭头方向朝变压器初级绕组为作业要求。
[0144]九)外观检查。
【权利要求】
1.一种高频变压器，其特征在于其铁心采用无取向性的JNHF或JNEX薄硅钢板制作成置层铁心。
2.—种权利要求1所述高频变压器的制造方法，包括如下步骤:绕线一包铜箔一包胶带一压脚一焊锡一组装铁心一含浸一贴标签或喷字一外观检查。
3.根据权利要求2所述的高频变压器的制造方法，其特征在于所述绕线步骤包括: (1)材料确认:确认导线规格无误；不用的须剪去时，应在未绕线前先剪掉；确认导线规格完整，不得有破损和裂缝；将导线正确插入治具，标记为I脚，如果图面无证明，则I脚须朝向机器；须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠导线两侧，再在指定的脚上先缠线或先钩线后再开始绕线，绕线应在指定的范围内绕线； (2)绕线:根据变压器要求不同，绕线的方式采用一层密绕、均等绕、多层密绕、整列密绕、定位绕线或并绕。
4.根据权利要求3所述的高频变压器的制造方法，其特征在于所述压脚步骤包括: (1)先将铜线理直、理顺并缠在相应的脚上； (2)用斜口钳将铜线缠紧并压至脚底紧靠档墙；剪除多余线头。
5.根据权利要求4所述的高频变压器的制造方法，其特征在于所述焊锡步骤包括: (1)将产品整齐摆放； (2)用夹子夹起一排产品； (3)脚沾助焊剂； (4)以白手捧刮净锡面； (5)立式模型镀锡时将脚垂直插入锡槽，镀锡深度以锡面齐铜脚底部为止。
【文档编号】H01F41/06GK104036929SQ201410291425
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】陈金奎, 何朝阳 申请人:江苏天利机电有限公司