一種功率電感及其繞制方法
【專利摘要】本發明公開了一種功率電感，包括磁環，該磁環上設有若干個由單根導線繞制而成的導線層；各導線層依次堆疊，且各導線的線徑Di由內之外呈遞減趨勢，i≥1；各導線的起始端相互并聯，構成電感輸入端；各導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端；各導線的截面面積之和滿足n為導線層的層數，Si為各導線的截面面積，S為導線的截面面積之和的校準值；各導線所繞制的匝數Ni＝N，N為導線所繞匝數的校準值。本發明還公開了繞制上述功率電感的繞制方法。本發明的功率電感性能優異，具有電流密度高、直流阻抗小、寄生電容小、生產便利等優點。繞制本發明的功率電感的方法簡單有效、有利于產品的批量生產。
【專利說明】
_種功率電感及其繞制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電子器件，尤其是涉及一種功率電感。本發明還涉及該功率電感的繞 制方法。
【背景技術】
[0002] 功率電感一般由磁芯(磁環)和導線組成，在電路中起濾波和振蕩作用。目前，環形 功率電感的常規繞制方法有3種，包括
[0003] 方法一是選用多根線徑相同的導線(漆包線)進行繞制；在方法一的繞制方式中， 各導線規格相同，導線可采取在磁環上繞制兩匝后回繞一匝的多匝繞制方式，也可采取中 線分兩側的對稱繞制方式，還可采取連續多層繞制的繞制方式；
[0004] 方法二是選用多根線徑相同的導線(漆包線)進行繞制；在方法二的繞制方式中， 需先采用一根導線在磁環上繞制1層導線層，隨后，不斷采用另一根導線在已繞制的導線層 的基礎上進行繞制；
[0005] 方法三是采用漆包銅扁線立繞結構，利用漆包銅扁線在磁環上進行繞制。
[0006] 上述3中不同的繞制方法中，雖然方法一的制作工藝較為簡單，但是，采用方法一 生產功率電感時，工藝流程需要在制造管理上嚴格把關，以避免不同人員或設備上存在工 藝偏差而導致所生產的功率電感的寄生電容不穩定，但這會導致員工勞動強度大，不利于 自動化制造，漏磁影響范圍大;采用方法二生產的功率電感，其寄生參數穩定，漏磁量影響 范圍少，也可實現自動化制造，但需要設計和計算出各一層繞制結構下各根線的排布，要求 工藝制作的空間預留大，只針對設計上非常或較寬松的元件方案，不利于功率電感的小型 化發展;而采用方法三生產的功率電感，其散熱面積大，寄生參數穩定，但其設計前期的制 作周期長，開模費用高，銅線的成本也比其他繞制方法高20%~30%。
[0007] 因此，有必要研究一種新的功率電感和生產這種功率電感的方法。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種寄生電容小、漏磁小、散熱面積大、可自動化生產的功 率電感以及生產這種功率電感的方法。
[0009] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0010] -種功率電感，包括磁環，特別的，該磁環上設有若干個由單根導線繞制而成的導 線層；各導線層依次堆疊，且各導線的線徑D 1由內之外呈遞減趨勢，i多1;各導線的起始端 相互并聯，構成電感輸入端;各導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端;各導線的截面面 積之
，η為導線層的層數，S1*各導線的截面面積，S為導線的截 面面積之和的校準值;各導線所繞制的匝數N1 = N, N為導線所繞匝數的校準值。
[0011] 上述各導線層依次堆疊，且各導線的線徑D1*內之外呈遞減趨勢是指第一層導線 層繞制在磁環上，而第二層導線層則繞第一層導線層完成繞制，并依次類推;而繞制在磁環 上的若干個導線層，最靠近磁環的導線層的線徑最大，最遠離磁環的導線層的線徑最小。構 成各導線層的導線的線徑隨遠離磁環而逐漸縮小，呈遞減趨勢，以便位于外層的導線更易 繞制在位于內層的導線上。
[0012] 上述導線的截面面積之和的校準值是指繞制傳統功率電感所使用的導線的截面 面積之和，即采用方法一繞制功率電感所使用的導線的截面面積之和。
[0013] 上述導線所繞匝數的校準值是指繞制傳統功率電感時，導線所需繞制的匝數。
[0014] 傳統功率電感，一般采用多根線徑相同的導線進行繞制，而本發明的功率電感，每 根導線的繞制過程與現有電感的繞制要求相同，制作簡單,牛產便利。為獲得與傳統功率電 感近似的性能參數，本功率電感的各導線的截面面積之和
，·趨向接近校準值S，其誤差在 5%以內。通過利用不同線徑的導線在磁環上分別繞制線圈，所得功率電感與對比功率電感 相比，其電流密度可達到最高值，直流阻抗小，同時，電感寄生電容較小，可使功率電感的頻 響寬度相應增大，在多匝數大功率電感的批量生產中，可獲得穩定一致的分布電容，性能優 異。
[0015] 為保證功率電感的散熱效果，該磁環內應形成有散熱孔，以便功率電感工作時，導 線產生的熱量能迅速散發至外界。
[0016] 繞制各導線層的導線可以是單芯線，也可以是多股線。導線選用單芯線還是多股 線并不會影響本功率電感的性能。
[0017] 針對上述功率電感，本發明還研究了對應的繞制方法，其方案如下：
[0018] -種功率電感的繞制方法，特別的，包括以下步驟：
[0019] A、計算校準值:根據對比功率電感的參數，計算導線的截面面積之和的校準值S以 及導線所繞匝數的校準值N;
[0020] B、選取適用導線:根據導線的截面面積之和的校準值S，選取線徑分別SD^D2…… Dn的導線，并使其滿足
&為各導線的截面面積；
[0021] C、繞制線圈：將線徑為Dn的導線繞第n-1層導線層和磁環均勻繞制N匝，形成第η層 導線層，η彡1;
[0022] D、重復步驟C，直至所有導線繞制完成；
[0023] Ε、制作輸入輸出端:將繞制線圈所用的各導線的起始端相互并聯，構成電感輸入 端;將繞制線圈所用的各導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端，完成功率電感的繞制。
[0024] 在步驟C中，當η = 1時，線徑SD1的導線直接繞制在磁環上，形成第1層導線層;而 當n = 2時，線徑為02的導線繞制第1層導線層和磁環上，形成第2層導線層，即第2層導線層 堆疊在第1層導線層上。依次類推，線徑SD n的導線即繞第n-1層導線層和磁環，形成第η層 導線層。
[0025] 在步驟C中，各導線繞制時，各導線繞制的起始位置和終止位置應當相同，即線徑 為〇"的導線在線徑為Dt1的導線的起始位置開始繞制，并在線徑為Dt1的導線的終止位置停 止繞制，從而保證各導線的有序繞制，以便采用機器自動繞制各導線層，實現自動化生產。
[0026] 本發明的功率電感性能優異，具有電流密度高、直流阻抗小、寄生電容小、生產便 利等優點。繞制本發明的功率電感的方法簡單有效、有利于產品的批量生產。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明實施例1中功率電感的示意圖。
[0028]附圖標記說明：1-磁環;2-第一層導線層;3-第二層導線層;4-第三層導線層;5-第 四層導線層;6-散熱孔。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明。
[0030] 實施例1:
[0031]本實施例1中，以選用線徑D = 2. Imm的漆包銅線在2.50inch的標準磁環內，采用方 法一繞制48匝后所得的傳統功率電感為對比功率電感，并以該對比功率電感為參照，制作 本實施例1的功率電感。由對比功率電感的參數可知，導線的截面面積之和的校準值 汶=2X 2二1-1，導線所繞匝數的校準值N=48。 4
[0032] 如圖1所示的功率電感，由磁環1和4層導線層構成。按與磁環1的外緣的間距大小 劃分，4層導線層分別為第一層導線層2、第二層導線層3、第三層導線層4和第四層導線層5， 4層導線層依次堆疊。而構成各導線層的導線的起始端相互并聯，構成電感輸入端;構成各 導線層的導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端。而磁環1的中心則形成有散熱孔6,以散 發導線產生的熱量。
[0033]本實施例1中，第一層導線層2由線徑D1=I.8mm的單芯線繞制而成，其繞制匝數N1 為48匝;第二層導線層3由線徑D2 = I.6mm的單芯線繞制而成，其繞制匝數犯為48匝；第三層 導線層4由線徑D3 = I.4mm的單芯線繞制而成，其繞制匝數N3為48匝；第四層導線層5由線徑 D4= 1.2mm的單芯線繞制而成，其繞制匝數N4為48匝。構成整個功率電感的各導線的線徑Di 由內之外呈遞減趨勢。
[0034]本實施例1中，繞制第一層導線層2的導線的截面面f
，繞制第二層導線 層3的導線的截面面i
繞制第三層導線層4的導線的截面面積，
繞制 第四層導線層5的導線的截面面積
「。因此，各導線的截面面積之和
.故各導線的截面面積之和與導
[0036] 表1
[0037] 本實施例1的功率電感與對比功率電感的參數對比如表1所示。從表1中可以看出， 本實施例1的功率電感在電感、品質因數、直流電阻等方面的波動偏差明顯低于對比功率電 感，性能更為優異。
[0038] 實施例2:
[0039] 繞制實施例1中的功率電感的方法包括以下步驟：
[0040] A)以選用線徑D = 2. Imm的漆包銅線在2.50inch的標準磁環內，采用方法一繞制48 匝后所得的功率電感為對比功率電感，從而計算出導線的截面面積之和的校準值
,導線所繞匝數的校準值N=48;
[0041 ] B)根據導線的截面面積之和的校準值S，選取線徑分別為Di = I .8mm、D2 = l .6mm、D3 =1.4mm、D4=l .2mm的導線；
[0042] C)驗算所選取各導線的截面面積之彳
，滿足設 計要求；
[0043] D)將線徑為^的導線繞磁環1均勻繞制48匝，形成第1層導線層；
[0044] E)將線徑為02的導線繞第1層導線層和磁環1均勻繞制48匝，形成第2層導線層;該 第2層導線層堆疊在第1層導線層上;本次繞制時，導線的起始位置和終止位置應與上一次 繞制的導線的起始位置和終止位置保持一致；
[0045] F)將線徑為D3的導線繞第2層導線層和磁環1均勻繞制48匝，形成第3層導線層;該 第3層導線層堆疊在第2層導線層上;本次繞制時，導線的起始位置和終止位置應與上一次 繞制的導線的起始位置和終止位置保持一致；
[0046] G)將線徑為D4的導線繞第3層導線層和磁環1均勻繞制48匝，形成第4層導線層;該 第4層導線層堆疊在第3層導線層上;本次繞制時，導線的起始位置和終止位置應與上一次 繞制的導線的起始位置和終止位置保持一致；
[0047] H)將繞制線圈所用的4根導線的起始端相互并聯，構成電感輸入端；
[0048] I)將繞制線圈所用的4根導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端，隨即完成功率 電感的繞制。
[0049]本說明書列舉的僅為本發明的較佳實施方式，凡在發明的工作原理和思路下所做 的等同技術變換，均視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種功率電感，包括磁環，其特征在于:所述磁環上設有若干個由單根導線繞制而成 的導線層;各導線層依次堆疊，且各導線的線徑Di*內之外呈遞減趨勢，i多1;各導線的起 始端相互并聯，構成電感輸入端;各導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端;各導線的截 面面積之，n為導線層的層數，&為各導線的截面面積，S為導線的 截面面積之和的校準值;各導線所繞制的匝數N1 = N，N為導線所繞匝數的校準值。2. 根據權利要求1所述的功率電感，其特征在于:所述磁環內形成有散熱孔。3. 根據權利要求1所述的功率電感，其特征在于:繞制各導線層的導線是單芯線或者多 股線。4. 一種功率電感的繞制方法，其特征在于:包括以下步驟： A) 計算校準值:根據對比功率電感的參數，計算導線的截面面積之和的校準值S以及導 線所繞匝數的校準值N; B) 選取適用導線:根據導線的截面面積之和的校準值S，選取線徑分別……0"的 導線，并使其滿足〇:>&>~>0"，，Si為各導線的截面面積； C) 繞制線圈：將線徑為Dn的導線繞第n-1層導線層和磁環均勻繞制N匝，形成第η層導線 層，01; D) 重復步驟C，直至所有導線繞制完成； Ε)制作輸入輸出端:將繞制線圈所用的各導線的起始端相互并聯，構成電感輸入端;將 繞制線圈所用的各導線的出口端相互并聯，構成電感輸出端，完成功率電感的繞制。5. 根據權利要求4所述的功率電感的繞制方法，其特征在于:在步驟C中，各導線繞制的 起始位置和終止位置相同。
【文檔編號】H01F27/24GK106057463SQ201610630780
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】王斌, 宗常寶, 朱勇, 楊成
【申請人】佛山市中研非晶科技股份有限公司