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CN111009392A - 环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法 - Google Patents

环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法 Download PDF

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CN111009392A
CN111009392A CN201911419418.5A CN201911419418A CN111009392A CN 111009392 A CN111009392 A CN 111009392A CN 201911419418 A CN201911419418 A CN 201911419418A CN 111009392 A CN111009392 A CN 111009392A
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季杨平
庞雷宇
张冲
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Abstract

本发明公开了一种环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法，其中环形磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯通过第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶，第二磁芯通过第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别通过在台阶的水平方向上点胶对接构成环形磁芯，由于其点胶位置不在环形磁芯的磁路上，从而不影响环形磁芯的电性参数，使得环形磁芯、环形电感器或变压器具有稳定的电性参数。

Description

环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法。
背景技术
环形磁芯广泛应用于电网、大功率电源、光伏逆变器、UPS、车载或大型充电设备中，例如扁平立绕环形电感器和变压器，其具有结构简单牢固、生产简便、磁场分布均匀、漏磁小等优点。
对于扁平立绕环形电感器或变压器，其提高了器件功率，使工作电流更大、散热性能更优异，然而在往环形磁芯上装配线圈时，其需将环形磁芯切开一个开口才能装入线圈，装配好线圈后再将开口通过在其端面上粘接胶进行补上，导致端面处的气隙增大，使得电感器或变压器的电性参数发生变化，例如电感量降低，同时胶量不易控制也会造成电性参数不稳定，另外，磁芯的材质密度和硬度均比较高，使得切割磁芯较为困难，切割效率低且成本高，对切割设备要求较高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种产生稳定电性参数的环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法。
根据第一方面，一种实施例中提供一种环形磁芯，包括第一磁芯和第二磁芯；
所述第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的至少部分表面和第二磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶；
所述第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配；
所述第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别对接构成环形磁芯。
进一步地，所述环形磁芯由第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别通过在台阶水平方向上点胶固定对接构成。
进一步地，所述第一磁块和第二磁块具有相同的几何重心，所述第三磁块和第四磁块具有相同的几何重心。
进一步地，所述第一磁芯和第二磁芯除贴合面外的所有外表面均附有绝缘层。
进一步地，所述第一磁芯和第二磁芯的棱边均设有倒角。
进一步地，所述环形磁芯可以为圆环形或口字形结构。
根据第二方面，一种实施例提供了一种环形电感器，包括环形磁芯和线圈，所述线圈缠绕在所述环形磁芯上。
根据第三方面，一种实施例提供了一种环形变压器，包括环形磁芯、以及一次线圈和二次线圈；所述一次线圈和二次线圈缠绕在所述环形磁芯上，所述一次线圈与二次线圈的绕线匝数不相同。
根据第四方面，一种实施例提供了一种环形电感器的自动化制造方法，包括以下步骤：
获取第一磁芯，所述第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的至少部分表面和第二磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶；
获取第二磁芯，所述第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配；
在第一磁芯和/或第二磁芯上分别缠绕绕组线圈；
将第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别进行点胶对接固定，形成环形电感器。
依据上述实施例的环形磁芯、环形变压器和电感器及其自动化制造方法，在第一磁芯和第二磁芯的两个端部分别形成台阶，由于第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别通过在台阶的水平方向上点胶对接构成环形磁芯，其点胶位置不在环形磁芯的磁路上，从而不影响环形磁芯的电性参数，使得环形磁芯、环形电感器或变压器具有稳定的电性参数。
附图说明
图1为一种实施例的圆环形结构磁芯的电感器的结构示意图；
图2为一种实施例的第一磁芯或第二磁芯的具体结构示意图；
图3为另一种实施例的第一磁芯或第二磁芯的具体结构示意图；
图4为第一磁芯或第二磁芯缠绕绕组线圈的具体结构示意图；
图5为第一磁芯或第二磁芯喷涂绝缘漆的示意图；
图6(a)为一种实施例的口字形结构环形磁芯的第一和/或第二磁芯的具体结构示意图，图6(b)为一种实施例的口字形结构环形磁芯的结构示意图；
图7(a)为另一种实施例的口字形结构环形磁芯的第一和/或第二磁芯的具体结构示意图，图7(b)为另一种实施例的口字形结构环形磁芯的结构示意图；
图8为一种环形电感器的自动化制造方法的流程图；
图9(a)为带有开口的环形磁芯结构图，图9(b)为线圈结构图，图9(c)为将线圈装配到环形磁芯上后的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
请参考图9，图9为现有环形磁芯的结构图，其中图9(a)为带有开口的环形磁芯，图9(b)为线圈，图9(c)为将线圈装配到环形磁芯上后的结构示意图，在装配线圈时，需先将环形线圈采用切割机切一个开口，然后将线圈通过开口处装配至带有开口的环形磁芯上，装配好线圈后，在开口的端面上通过粘接胶将切割掉的磁芯粘接在开口处以得到完整的环形磁芯。由于将胶粘接在开口的端面上，其位于磁芯的磁路上，装配好线圈后由于胶中的气隙比磁芯的气隙大，故导致感量降低，而且粘接胶量的不同，也使得电感量不稳定。此外，磁芯的材质主要为铁氧体、合金粉、非晶和硅钢，其密度和硬度都比较高，导致切割开口非常困难，切割效率低且成本高，对切割设备要求较高。
在本发明实施例中，环形磁芯由第一磁芯的两个端部和第二磁芯的两个端部分别对接构成，且第一和/或第二磁芯的两个端部具有相匹配的台阶，将线圈装配在第一和/或第二磁芯上后，通过在台阶的水平方向上点胶将第一磁芯的两个端部和第二磁芯的两个端部固定对接在一起，使得点胶不处于磁芯的磁路上，不对其电性参数产生影响，实现了环形磁芯电性参数的稳定。
为了方便说明，本实施例以圆环形结构磁芯的电感器为例进行阐述。
实施例一：
请参考图1，图1为一种实施例的圆环形结构磁芯的电感器的结构示意图，其包括：环形磁芯2和线圈1，所述线圈1缠绕在所述环形磁芯2上。
其中环形磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，如图2、5所示，其中第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块201和第二磁块203，所述第一磁块201的至少部分表面和第二磁块203的至少部分表面贴合在一起，其中图2为高度方向叠合在一起的第一磁块201和第二磁块203，本实施例中的高度方向是指图2中由上至下或由下至上的方向,图3为厚度方向叠合在一起的第一磁块201和第二磁块203，并使得第一磁块201和第二磁块203的端部错开形成台阶，本实施例中的厚度方向是指图3中由左至右或由右至左的方向，本实施例通过点胶将第一磁块201和第二磁块203叠合粘接在一起；同样地，第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配，其同样通过点胶将第三磁块和第四磁块叠合粘接在一起。
在将第一磁芯和第二磁芯的两端分别进行对接之前，需先将绕组线圈1缠绕在第一磁芯和/或第二磁芯上，如图4所示，若环形电感为环形滤波电感、环形升压电感等环形电感，其只需将绕组线圈1缠绕在第一磁芯和第二磁芯的任一个即可；若环形电感为共模电感，其需将两组匝数相同的绕组线圈1分别缠绕在第一磁芯和第二磁芯上，且缠绕方向相反；若环形磁芯用于环形变压器，其需将两组匝数不同的绕组线圈1分别缠绕在第一磁芯和第二磁芯上。
本实施例中的第一磁芯和第二磁芯的结构是对称匹配的，在进行对接时，在台阶202的水平方向上点胶固定对接构成环形磁芯2，具体地，在图2所示结构的第一和/或第二磁芯中，其是在台阶202的上表面、下表面进行点胶固定对接，在图3所示结构的第一和/或第二磁芯中，其是在台阶202的内侧面和外侧面上进行点胶固定对接，由于环形磁芯2的磁路在其周长方向上，故本实施例中点胶对接的位置不在环形磁芯的磁路上，不影响电感器的感量。
为了便于第一磁芯和第二磁芯的粘接，将第一和/或第二磁芯两端的台阶中用于对接的表面进行了抛光处理，形成抛光面，使得第一磁芯和第二磁芯的连接处没有缝隙，连接更紧密，提高电感量。
所述第一磁芯和第二磁芯的全部棱边上设有倒角，即圆环形结构磁芯上的圆环边均进行了倒角处理，其可以为直倒角或圆倒角，以防止磁芯棱边过于锋利将装配在磁芯上的绕组线圈损坏。
所述第一磁芯和第二磁芯除贴合面外的所有外表面均附有绝缘层，其可以喷附一层绝缘漆3。具体地，在对第一和/或第二磁芯除贴合面外的外表面喷涂绝缘漆3时，可以在第一磁块201和第二磁块203叠合粘接之前分别进行喷涂，如图5所示，将第一磁块201和第二磁块203除贴合面以外的所有表面进行绝缘漆3喷涂，第一磁块201和第二磁块203分开喷涂完成后，待绝缘漆3晾干后再进行点胶固定，点胶固定后所得的第一和/或第二磁芯的外表面均喷涂了绝缘漆3，而且在对第一磁块201和第二磁块203喷涂绝缘漆3时，第一磁块201和第二磁块203中均有一个表面(贴合面)是不用进行喷涂的，这样在喷涂时，将不进行喷涂的表面与承载物相接触，对其余表面进行喷涂，无需再进行翻转二次喷涂，简化了喷涂工艺。
本实施例中的第一磁芯和/或第二磁芯的弧长为环形磁芯周长的一半，即第一磁芯和第二磁芯均为半圆环形结构，这样在生产时只需一种模具即可同时生产第一磁芯和第二磁芯，成本低、生产效率高，易实现自动化生产。
本实施例中所述第一磁块和第二磁块具有相同的几何重心，所述第三磁块和第四磁块具有相同的几何重心，在一种具体实施方式下，环形磁芯为圆环形结构，则第一磁块和第二磁块具有相同的圆心，第三磁块和第四磁块具有相同的圆心。
在另一种具体实施方式中，所述环形磁芯2还可以为口字形结构，请参考图6，其中图6(a)为一种实施例的口字形结构环形磁芯的第一和/或第二磁芯的具体结构示意图，图6(b)为一种实施例的口字形结构环形磁芯的结构示意图；图7为另一种实施例的口字形结构的环形磁芯的结构示意图，其中图7(a)为另一种实施例的口字形结构环形磁芯的第一和/或第二磁芯的具体结构示意图，图7(b)为另一种实施例的口字形结构环形磁芯的结构示意图。其中第一和/或第二磁芯的具体实施方式已在圆环形结构磁芯中进行了详细阐述，此处不在赘述。
基于上述环形电感器，请参考图8，图8示出了一种实施例下环形电感器的自动化制造方法，包括以下步骤：
S1，获取第一磁芯，所述第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的至少部分表面和第二磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶。本实施例中的圆环形磁芯，为了便于生成，可将第一磁块和第二磁块均设置为形状、尺寸相同的半圆环形结构磁块，若第一磁块和第二磁块为半圆环形状，则将第一磁块和第二磁块的端部根据环形磁芯的大小错开15°至45°来形成台阶。
S2，获取第二磁芯，所述第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配；同理可将第三磁块和第四磁块的模具设置为相同尺寸、形状的半圆环形结构。
S3，在第一磁芯和/或第二磁芯上分别缠绕绕组线圈；对于不同用途的环形电感，其绕组线圈的匝数不相同，缠绕方式也不同，例如共模环形电感，其需要分别在第一磁芯和第二磁芯上缠绕匝数相同且方向相反的绕组线圈。
S4，在绕组线圈缠绕在第一磁芯和/或第二磁芯上后，将第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别进行对接，形成环形电感器。
本实施例以圆环形结构的环形磁芯进行测试，其以现有的FeSi系磁粉芯PF158060为样板，外形尺寸为φ40*φ22*17(外径*内径*高度)，开模压制为半圆环(第一和/或第二磁芯)，为了减少模具，本实施例的第一磁块和第二磁块高度相等，其外形尺寸均为φ40*φ22*8.5，分别对第一磁块和第二磁块喷涂绝缘漆后将第一磁块和第二磁块叠加粘接，并错开30°角度，采用0.8*6mm F级扁平线通过立绕机打好线圈，匝数为24，将打好的扁平立绕线圈通过旋转的方式套在第一磁芯或第二磁芯外或将第一磁芯或第二磁芯旋转入扁平立绕线圈的内部空腔，在台阶的上表面或下表面粘接胶，然后将另一半粘接好的第一磁芯或第二磁芯组合装配，形成完整磁路结构的环型磁芯，最后使粘接胶固化，处理线圈出脚位置。按照上述装配好电感器后，对电感器进行测试，测试结构如表1所示。
表1测试结果
Figure BDA0002351963430000071
Figure BDA0002351963430000081
通过表1中的测试结果可知，本实施例与现有技术相比，电感器的电感量比现有技术要高，只比理论值70uH小5.7％，并且其他电性参数以及抗拉强度都与现有技术中的电感器相同。
实施例二：
本实施例提供了一种环形变压器，包括环形磁芯、以及一次线圈和二次线圈；其中环形磁芯为实施例一中所提供的环形磁芯中的任一种，且环形磁芯的具体实施方式已在实施例一中进行了详细说明，此处不再赘述。
所述一次线圈与二次线圈的绕线匝数不相同；所述一次线圈和二次线圈均缠绕在环形磁芯上并分别形成一次绕组和二次绕组。根据环形变压器的应用场合，分别设置一次绕组和二次绕组上线圈的匝数，一般来说，若为升压变压器，则一次绕组的线圈匝数小于二次绕组的线圈匝数，若为降压变压器，则一次绕组的线圈匝数大于二次绕组的线圈匝数。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种环形磁芯，其特征在于，包括第一磁芯和第二磁芯；
所述第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的至少部分表面和第二磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶；
所述第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配；
所述第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别对接构成环形磁芯。
2.如权利要求1所述的环形磁芯，其特征在于，所述环形磁芯由第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别通过在台阶水平方向上点胶固定对接构成。
3.如权利要求1或2所述的环形磁芯，其特征在于，所述第一磁块和第二磁块具有相同的几何重心，所述第三磁块和第四磁块具有相同的几何重心。
4.如权利要求1或2所述的环形磁芯，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯除贴合面外的所有外表面均附有绝缘层。
5.如权利要求1或2所述的环形磁芯，其特征在于，所述第一磁芯和第二磁芯的棱边均设有倒角。
6.如权利要求1或2所述的环形磁芯，其特征在于，所述环形磁芯可以为圆环形或口字形结构。
7.一种环形电感器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的环形磁芯和线圈，所述线圈缠绕在所述环形磁芯上。
8.一种环形变压器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述环形磁芯、以及一次线圈和二次线圈；所述一次线圈和二次线圈缠绕在所述环形磁芯上，所述一次线圈与二次线圈的绕线匝数不相同。
9.一种环形电感器的自动化制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取第一磁芯，所述第一磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第一磁块和第二磁块，所述第一磁块的至少部分表面和第二磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第一磁块和第二磁块的端部错开一定角度形成台阶；
获取第二磁芯，所述第二磁芯包括从高度方向或厚度方向叠合在一起的第三磁块和第四磁块，所述第三磁块的至少部分表面和第四磁块的至少部分表面贴合在一起，并使得第三磁块和第四磁块的端部错开一定角度形成台阶，且与第一磁芯端部所形成的台阶相匹配；
在第一磁芯和/或第二磁芯上分别缠绕绕组线圈；
将第一磁芯的两个端部与第二磁芯的两个端部分别进行点胶对接固定，形成环形电感器。
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