CN204010890U - 电感器 - Google Patents

Abstract

电感器，其包括：一磁芯；至少一组套设在该磁芯上的导体线圈，该导体线圈套设有一套管，该导体线圈包括一环形线圈部以及两在该环形线圈部的两端朝相同方向延伸的延伸部；该磁性包覆体，呈密封式地包覆固定在该导体线圈以及磁芯***；一上盖以及该下盖；该磁芯、导体线圈、磁性包覆体、上盖以及下盖一体成型；其中，该磁芯、磁性包覆体、上盖以及下盖的成分均包括铁粉、磷酸以及树脂，当该导体线圈的线圈匝数超过设定值时，该环形线圈部包括至少两层平行设置的线圈绕组。本实用新型能够适用于电源供应器、不断电***、空调变频及电力逆变器等大功率的产品中，并且成本更低，电感特性更好。

Description

电感器

技术领域

本实用新型涉及电感器，尤其涉及一种主要应用于电源供应器、不断电***、空调变频及电力逆变器中、耐高电流、高效率的电感器以及电感器的制造方法。

背景技术

传统的电感器是E型、圆柱体、环型电感器或者工字型的电感器。这种电感器存在以下几个缺点：

1、导体线圈裸露在磁芯外部，容易受到外界的电磁干扰，并且磁径长度比较长。

2、现有的导电线圈都是使用单层导体线圈绕制的，如果导体线圈单层绕成的线圈匝数过多，会导致电感器的高度过高，也会使得磁径长度过长，由公式：可知，要用更多的匝数才能达到电感值，在相同电流负载下，磁场强度变大，造成电感值衰竭变大。

3、同时因为匝数变多，需要更粗的导体线圈才能达到相同的DCR(Directive Current Resitance，直流电阻值)。因此，要使导体线圈达到相同的电感值和DCR条件下，单层绕制需要更长且更粗的导线才能做的到，大大地增加了导线的成本，也增加了生产成本和生产难度。

4、又因为现在的电感器由于成分的限制，其饱和特性不佳，也会使得电感器的电感值衰竭变大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术中的问题，而提出 一种电感器，能够解决现有技术的电感器存在导体线圈裸露在电感器外部导致容易受到电磁干扰、导体线圈采用单层线圈的绕法会使得电感值衰竭过大，并且由于匝数过多带来生产成本和生产难度的升高、还有就是电感器的制备成分也会导致电感器的电感值不佳等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种电感器，其包括：一磁芯；至少一组套设在该磁芯上的导体线圈，该导体线圈包括一环形线圈部以及两在该环形线圈部的两端朝相同方向延伸的延伸部，该两延伸部延伸出一磁性包覆体外，并穿过一下盖，以形成二可供插置在电路板上的电极端；该磁性包覆体，呈密封式地包覆固定在该导体线圈以及磁芯***；匹配该包覆体形状、分别设置在该包覆体顶面和底面的一上盖以及该下盖；该磁芯、导体线圈、磁性包覆体、上盖以及下盖一体成型；其中，当该导体线圈的线圈匝数超过设定值时，该环形线圈部包括至少两层平行设置的线圈绕组。

在一些实施例中，该电感器包括至少两组导体线圈，该些导体线圈以该磁芯为中心轴沿该磁芯截面半径的方向套设，其中，每组该导体线圈的延伸部均延伸出该磁性包覆体以及下盖外，以形成至少两组电极端。

在一些实施例中，该下盖设有凹槽，该延伸部伸出该凹槽，该延伸部伸出该凹槽的部分为该电感器的电极端。

在一些实施例中，该电感器的导体线圈套设有一用以增强线圈抗压能力的套管。

在一些实施例中，该磁芯为圆柱形磁芯。

在一些实施例中，该线圈绕组的线圈匝数的设定值为5圈。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：本实用新型的电感器，其采用具有铁硅粉的磁芯能够使得铁芯的饱和特性更好，电感值衰竭更少，一体成型的结构和平行线圈绕组的方式能够使得电感器的磁路能够封闭在电感器内，避免外界的干扰，使电感器的磁径长度变短，相同匝数做的层数越 多，线圈高度就越低，磁径长度就较短，所以可以用较少的匝数就做到相同的电感值，这样就能够降低线圈的匝数，在相同的电感值下用较少线圈匝数就能达到，这样就无需更长更粗的导线，降低了生产的成本和难度，也提升了电感器的电感特性。

附图说明

图1为本实用新型包括一组导体线圈的结构示意图。

图2为图1的套有套管的示意图。

图3为使用图1的导体线圈的电感器的结构示意图。

图4为图3的电感器装配在电路板上的示意图。

图5为使用图1的导体线圈的电感器的另一结构示意图。

图6为图5的仰视图。

图7为本实用新型包括两组导体线圈的结构示意图。

图8为图7的套有套管的示意图。

图9为使用图8的导体线圈的电感器的结构示意图。

图10为图9的仰视图。

图11为使用图8的导体线圈的电感器的另一结构示意图。

图12为图11的仰视图。

图13为本实用新型包括两组导体线圈的另一结构示意图。

图14为图13的套有套管的示意图。

图15为使用图14的导体线圈的电感器的结构示意图。

图16为图15的仰视图。

图17为使用图14的导体线圈的电感器的另一结构示意图。

图18为图17的仰视图。

图19至图22为本实用新型的磁芯的制备流程示意图。

图23至图26为本实用新型的上盖的制备流程示意图。

图27至图29为本实用新型的下盖的制备流程示意图。

图30至图32为本实用新型的电感器的压铸成型制备流程示意图。

图33为本实用新型的电感器与两个现有产品的电感衰竭对比的示意图。

其中，附图标记说明如下：磁芯P1上盖P2下盖P3凹槽P31导体线圈T1环形线圈部T11延伸部T12套管T13磁性包覆体P4硬模G1硬模G2硬模G3可移动模具W1可移动模具T1可移动模具W2可移动模具T2可移动模具W3可移动模具T3。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。

电感器的实施例

请参阅图1至图18，本实用新型的电感器，其包括：一磁芯P1；至少一组套设在该磁芯P1上的导体线圈T1，该导体线圈T1包括一环形线圈部T11以及两在该环形线圈部T11的两端朝相同方向延伸的延伸部T12，该导体线圈T1的两延伸部T12延伸出一磁性包覆体P4外，并穿过一下盖P3，以形成二可供插置在电路板上的电极端；该磁性包覆体P4，呈密封式地包覆固定在该导体线圈T1以及磁芯P1***；匹配该包覆体形状、分别设置在该包覆体顶面和底面的一上盖P2以及该下盖P3；该磁芯P1、导体线圈T1、磁性包覆体P4、上盖P2以及下盖P3一体成型；其中，该磁芯P1、磁性包覆体P4、上盖P2以及下盖P3的成分均包括铁粉、磷酸以及树脂，该磷酸占该铁粉质量的百分比为0.04至6％，树脂占该铁粉的质量百分比为0.5至10％；当该导体线圈T1的线圈匝数超过设定值时，该环形线圈部T11包括至少两层平行设置的线圈绕组。

本实施例中，该磁芯P1为圆柱形磁芯。

请继续参阅图1和图2，当该导体线圈T1需要绕成的线圈匝数超过设定 值时，采用平行多层线圈的绕法，使得该导体线圈T1的环形线圈部T11具有至少两层平行设置的线圈绕组。而该线圈匝数由电感器的高度、电感器的电感值等决定的。该每层线圈绕组的线圈匝数不超过设定值。本实施例中，该设定值为5圈，亦即该导体线圈T1的第一层有5圈。该导体线圈T1具有5层的线圈绕组。该导体线圈T1设有一用以增强线圈抗压能力的套管T13。该套管T13为铁氟龙套管。

请继续参阅图3至图18，该电感器包括至少两组导体线圈T1，该些导体线圈T1以该磁芯P1为中心轴沿该磁芯P1截面半径的方向套设，其中，每组该导体线圈T1的延伸部T12均延伸出该磁性包覆体P4以及下盖P3外，以形成至少两组电极端。

该下盖P3设有凹槽P31，该延伸部T12伸出该凹槽P31，该延伸部T12伸出该凹槽P31的部分为该电感器的电极端。

请再次参阅图3至图18，该导体线圈T1之间的延伸部T12的位置可以平行设置或者垂直设置，根据使用的要求和客户的需求进行改变，这里不作限制。

请参阅图3至图6，该电感器只有一组导体线圈T1，因此，该电感器延伸出可固定插设在电路板上的两个电极端，该两个电极端伸出该凹槽P31。该电感器的外形可以为圆柱体，也可以为长方体。

请参阅图7至图12，该电感器有两组导体线圈T1，因此，该电感器能够延伸出可固定插设在电路板上的两组电极端，该两组电极端伸出该凹槽P31，该两组电极端在凹槽P31的位置是垂直的，亦即是两电极端的出脚为是垂直的。该电感器的外形可以为圆柱体，也可以为长方体。在其他实施例中，该电感器也可以有多组的导体线圈T1，该导体线圈T1的电极端不是平行设置的。

请参阅图13至图18，该电感器有两组导体线圈T1，因此，该电感器能 够延伸出可固定插设在电路板上的两组电极端，该两组电极端伸出该凹槽P31，该两组电极端在凹槽P31的位置是在同一直线上的，亦即是两电极端的出脚为是平行的。该电感器的外形可以为圆柱体，也可以为长方体。在其他实施例中，该电感器也可以有多组的导体线圈T1，该导体线圈T1的电极端是平行设置的。

该磁芯P1、上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的成分均包括：铁粉、磷酸以及树脂。本实施例中，该磁芯P1的铁粉为铁氧体、还原铁粉、羰基铁粉以及合金材质中的一种。该磁性包覆体P4、上盖P2以及下盖P3的铁粉为还原铁粉、羰基铁粉以及合金材质中的一种。该合金材质可以为铁硅粉或者铁硅铝粉。该树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂以及硅树脂中的至少一种。该磷酸包括硬脂酸锌。

电感器的制造方法的实施例

有关本实用新型的电感器的制造方法大致如下。

首先，制备导体线圈T1，其包括步骤：根据要制备的电感器的电气特性制备至少一组导体线圈T1，使该导体线圈T1具有环形线圈部T11以及两个在该环形线圈部T11的两端朝相同方向延伸的延伸部T12，当该导体线圈T1的需要绕制的线圈匝数超过设定圈数时，采用平行多层线圈的绕法，使得该导体线圈T1的环形线圈部T11具有至少两层平行设置的线圈绕组。

随后，制备用于构成磁芯P1、上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的粉料，使得该磁芯P1、上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的粉料的成分包括：铁粉、磷酸以及树脂。

随后，制备磁芯P1、上盖P2以及下盖P3，使用上一步骤得到的粉料使磁芯P1、上盖P2以及下盖P3按照设定的形状成型。

随后，成型电感器，包括：将导体线圈T1套设在该磁芯P1上，该延伸部T12穿过该下盖P3后***在一模具上，再将磁性包覆体P4的粉料倒入到 该导体线圈T1以及磁芯P1的周围，然后把该上盖P2盖在该磁性包覆体P4的上方后进行压铸，使该电感器成型，其中，该导体线圈T1伸出该磁性包覆体P4的延伸部T12为该电感器的电极端。

最后，成型后处理，包括：将压型后的电感器在设定的温度下烘烤设定的时间，再使用环氧树酯于该电感器的表面喷涂或者使用粉体进行涂装，最后将该电极端上的漆包膜或是漆膜去除后沾助焊剂吃锡。

为了令所有熟悉该项技术的人员得意充分了解本实用新型的构造技术，特配合所示，详细描述本实用新型的电感器的制造过程，如下：

一、导体线圈T1的制备。

图1、2、7、8、13以及14所示是本实用新型的导体线圈T1的结构图。该导体线圈T1包括括一环形线圈部T11以及两个在该环形线圈部T11的两端朝相同方向延伸的延伸部T12。当该导体线圈T1的需要绕制的线圈匝数超过设定圈数时，采用平行多层线圈的绕法，使得该导体线圈T1的环形线圈部T11具有至少两层平行设置的线圈绕组。该设定圈数是由电感器自身的特性所决定的，比如，电感器自身的高度限制了设定圈数的数量，或者，电感器的电感值也限制了每层线圈绕组的线圈匝数。

制备导体线圈T1的具体过程这里不作叙述。但是为了确保成型后线圈漆包膜的完整以及可以在绕指成该导体线圈T1之前，先给用于绕指该导体线圈T1的导线(比如铜线)套上套管，比如铁氟龙套管；或者，也可以在绕线为该导体线圈T1后，把该导体线圈T1使用凡立水或者环氧树脂浸泡。

二、用于构成该磁性包覆体P4、上盖P2、下盖P3以及磁芯P1的粉料的制备。

该制备磁芯P1、上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的粉料步骤大致包括：

(a)、先将磷酸和促进剂加入酒精中均匀搅拌，将溶液加入该铁粉中搅 拌，再烘烤并搅拌得粉料；

(b)、将树酯加入酒精中均匀搅拌，将溶液加入上一步骤制得的粉料中搅拌，待粉料半干时过筛网，烘烤后，再过一次筛网得粉料；

(c)、将步骤(b)所得的粉料烘烤；

(d)、将步骤(c)所得的粉料按照步骤(b)重复，静置于室温下晾干；

(e)、往步骤(d)所得的粉料加入作为润滑剂，均匀混和搅拌后，得到该磁芯P1、该上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的粉料。

本实施例中，该磁芯P1的粉料的制备方法具体如下：

(a)、先将0.4～60g磷酸和1g促进剂加入酒精40g中均匀搅拌，将溶液加入铁硅粉1Kg(Fe>99％)中搅拌15-60分钟，再在130℃下烘烤并搅拌60-180分钟得粉料。本实施例中，促进剂为磷化促进剂，作为金属磷化处理时磷化液中的促进剂使用，可促进磷化膜的快速形成，同时使磷化膜均匀致密。在其他实施例中，该铁硅粉可以用铁氧体、还原铁粉、羰基铁粉或者铁硅铝粉代替。

(b)、将5～100g酚醛树酯加入60g酒精中均匀搅拌，将溶液加入上一步骤制得的粉料中搅拌10分钟，待粉料半干时过24目筛网，用90℃烘烤30分钟后，再过一次40目筛网得粉料。

(c)、将步骤(b)所得的粉料在180°至220°下烘烤60-180分钟。

(d)、将步骤(c)所得的粉料按照步骤(b)重复，静置于室温下晾干24小时。

(e)、往步骤(d)所得的粉料加入硬酯酸锌2～8g作为润滑剂，均匀混和搅拌后，得到该磁芯P1的粉料。

本实施例中，该磁性包覆体P4、上盖P2以及下盖P3的制备方法具体如下：

(a)、先将0.4～60g磷酸和1g促进剂加入酒精40g中均匀搅拌，将溶液 加入还原铁粉1Kg(Fe>99％)中搅拌15-60分钟，再在130℃下烘烤并搅拌60-180分钟得粉料。本实施例中，促进剂为磷化促进剂，作为金属磷化处理时磷化液中的促进剂使用，可促进磷化膜的快速形成，同时使磷化膜均匀致密。在其他实施例中，该铁硅粉可以用还原铁粉、羰基铁粉或者铁硅铝粉代替。

(b)、将5～100g酚醛树酯加入60g酒精中均匀搅拌，将溶液加入上一步骤制得的粉料中搅拌10分钟，待粉料半干时过24目筛网，用90℃烘烤30分钟后，再过一次40目筛网得粉料。

(c)、将步骤(b)所得的粉料在180°至220°下烘烤60-180分钟。

(d)、将步骤(c)所得的粉料按照步骤(b)重复，静置于室温下晾干24小时。

(e)、往步骤(d)所得的粉料加入硬酯酸锌2～8g作为润滑剂，均匀混和搅拌后，得到该上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的粉料。

需要说明的是，上述的制备方法中使用的成分的质量大小、搅拌的时间、烘烤的温度和时间，静置晾干的时间均不作限制，它们是根据需要生产的磁性包覆体P4、上盖P2、下盖P3以及磁芯P1的粉料的电器特性的要求进行调节的。

该磁芯P1、上盖P2、下盖P3以及磁性包覆体P4的成分均包括：铁粉、磷酸以及树脂。本实施例中，该磁芯P1的铁粉为铁氧体、还原铁粉、羰基铁粉以及合金材质中的一种。该磁性包覆体P4、上盖P2以及下盖P3的铁粉为还原铁粉、羰基铁粉以及合金材质中的一种。该合金材质可以为铁硅粉或者铁硅铝粉。该树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂以及硅树脂中的至少一种。该磷酸包括硬脂酸锌。

三、磁芯P1的制备。

请参阅图19至图22，将上述的磁芯P1的粉料冲填入一硬模G1中，并 施压于该硬模上方的可移动模具W1，使其向下移动进入该硬模G1中，进而施压在该磁芯P1的粉料上。随后，当施压于该硬模G1下方的可移动模具T1时，该磁芯P1即可被推离该硬模G1。本实施例中，该磁芯P1为圆柱体。该磁芯P1的密度为5.0至6.0g/cm³。

四、上盖P2的制备。

请参阅图23至26，将上述的上盖P2的粉料冲填入一硬模G2中，并施压于该硬模上方的可移动模具W2，使其向下移动进入该硬模G2中，进而施压在该上盖P2的粉料上。随后，当施压于该硬模G2下方的可移动模具T2时，该上盖P2即可被推离该硬模G2。本实施例中，该上盖P2为圆柱体。该上盖P2的密度为4.0至5.0g/cm³。

五、下盖P3的制备。

请参阅图27至29，将上述的下盖P3的粉料冲填入一硬模G3中，并施压于该硬模G3上方的可移动模具W3，使其向下移动进入该硬模G3中，进而施压在该下盖P3的粉料上。随后，当施压于该硬模G3下方的可移动模具T3时，该下盖P3即可被推离该硬模G3。本实施例中，该下盖P3为圆柱体并且相对的两侧设有通孔便于在制备电感器时，该导体线圈T1的延伸部T12能够伸入。该下盖P3的密度为4.0至5.0g/cm³。

六、电感器的制备。

请参阅图30至图32，先将导体线圈T1的环形线圈部T11套设在该磁芯P1上，该导体线圈T1的延伸部T12穿过该下盖P3的通孔***在该可移动模具T4上。然后，将磁性包覆体P4的材料倒入到该导体线圈T1以及磁芯P1的周围，使得该磁性包覆体P4能够包裹和覆盖住该磁芯P1和导体线圈T1。接着，再把该上盖P2盖在该磁性包覆体P4的上方，并施压于该硬模G4上方的可移动模具W4，使其向下移动进入该硬模G4中，则该磁性包覆体P4、导体线圈T1、磁芯P1、上盖P2以及下盖P3即可被压铸成一完整的 电感器，并且下盖P3的底面压出一个凹槽P31。然后，再施压于该硬模下方的可移动模具，使其向上移动，即可将该电感器推离该硬模。其中，该导体线圈T1伸出该磁性包覆体P4的延伸部T12为该电感器的电极端。

将压制成型的电感器在温度为150°至200°的条件下，烘烤30至120分钟，再使用环氧树酯(有无颜色均可)于表面喷涂(也可使用粉体涂装)，最后，如果该导体线圈T1设有铁氟龙套管，先将该铁氟龙套管去除，再将该电极端的漆包膜及漆膜去除并沾助焊剂吃锡。由于该电感器的下盖P3设有凹槽P31，该凹槽P31能够配合去除漆包膜及漆膜的设备进行动作，使得该设备能够轻易刮除漆包膜或是漆膜，如果没有这个凹槽P31的话，在制程中就必须完全把漆包膜或漆膜完全刮除，容易刮到产品本体，不良率或大幅提升，加大了生产成本。

电感器的特性分析

请参阅图33和表1：

表1

测试环境为电源电压1V，频率40kHz，从图33和表1中可以看到，在电流为0的时候，本实用新型的电感值为498.2μH，第一现有产品的电感值为499.3μH，第二现有产品的电感值为524.3μH，随着电流的变大，当电流大约在5A至6A时，本实用新型的电感值比其余两个公司的电感器的电感值要大，并且其余两个公司的电感值递减的速度比本实用新型的都要快，亦即是 电感值衰竭的速度比较快，当电流增大至20A时，本实用新型的电感值依然比较大，而另外两位已经递减了一半以上。同时，本实用新型的电感器的重量为75g，远远小于其余两个的125g。因此，本实用新型与另外两个产品的直流电阻值无异，但是在相同电流下电感值的衰竭比较小，并且质量也比较轻。质量轻意味着使用的铜线减少，成本变低，电感值的衰竭小意味着电感器的特性好，成本低、特性好，表明了本实用新型的性价比比较高。

下面解释本实用新型为何能够节省导体线圈。

我们从电感器的电感值计算公式：其中，N表示线圈匝数，l表示磁通路径，当磁通路径变小的时候，线圈匝数也可以变小。而本实用新型由于其封闭式、一体成型的结构，能够使得磁力线完全在磁体之中，这样能减小磁通路径的长度。又因为使用平行多层的绕法，相同匝数做的层数越多，线圈高度就越低，磁径长度就较短，所以可以用较少的匝数就做到相同的电感值。这样就能够节省导体线圈，并且衰竭特性也同时提升。

值得注意的是，本实用新型的电感器为大功率的一体成型产品，主要应用于电源供应器、不断电***、空调变频及电力逆变器中电感值约为10μH-3000μH，直流电阻约为5mOhm-300mOhhm，直径大小从25mm到250mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：本实用新型的电感器，其采用具有铁硅粉的磁芯能够使得铁芯的饱和特性更好，电感值衰竭更少，一体成型的结构和平行线圈绕组的方式能够使得电感器的磁路能够封闭在电感器内，避免外界的干扰，使电感器的磁径长度变短，相同匝数做的层数越多，线圈高度就越低，磁径长度就较短，所以可以用较少的匝数就做到相同的电感值，这样就能够降低线圈的匝数，在相同的电感值下用较少线圈匝数就能达到，这样就无需更长更粗的导线，降低了生产的成本和难度，也提升了电感器的电感特性。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围。凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电感器，其特征在于，其包括：一磁芯；至少一组套设在该磁芯上的导体线圈，该导体线圈包括一环形线圈部以及两在该环形线圈部的两端朝相同方向延伸的延伸部，该两延伸部延伸出一磁性包覆体外，并穿过一下盖，以形成二可供插置在电路板上的电极端；该磁性包覆体，呈密封式地包覆固定在该导体线圈以及磁芯***；匹配该包覆体形状、分别设置在该包覆体顶面和底面的一上盖以及该下盖；该磁芯、导体线圈、磁性包覆体、上盖以及下盖一体成型；

其中，当该导体线圈的线圈匝数超过设定值时，该环形线圈部包括至少两层平行设置的线圈绕组。

2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，该电感器包括至少两组导体线圈，该些导体线圈以该磁芯为中心轴沿该磁芯截面半径的方向套设，其中，每组该导体线圈的延伸部均延伸出该磁性包覆体以及下盖外，以形成至少两组电极端。

3.如权利要求1或2所述的电感器，其特征在于，该下盖设有凹槽，该延伸部伸出该凹槽，该延伸部伸出该凹槽的部分为该电感器的电极端。

4.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，该电感器的导体线圈套设有一用以增强线圈抗压能力的套管。

5.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，该磁芯为圆柱形磁芯。

6.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，该线圈绕组的线圈匝数的设定值为5圈。