一种线圈部品及电感器的制作方法

1.本实用新型涉及电磁元件技术领域，具体而言，涉及一种线圈部品及电感器。


背景技术：

2.电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。电感器作为常用的电子元件之一，广泛应用于各种电子电路中，是实现储能、滤波、调谐等功能不可或缺的元件。
3.随着微电子技术、半导体器件技术的快速发展，要求功率元件的性能需要不断提升，而高频化的方向不断向前发展，随之而来就是电感这些寄生参数在高频场合中对电路产出一些副作用，由于频率增加，导线在高频磁场中，由于趋肤效应、边缘效应和邻近效应而使得导线电阻增加，作为高频功率元件或谐振低电感，电阻增加，意味增加高频下的功耗，高频下发热很大，温度增加，影响电感的正常使用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种线圈部品及电感器，能够降低高频下的交流电阻，从而降低损耗和器件温度并可承受较大的偏置电流或脉冲电流。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.一种线圈部品，包括两端开口且内部中空的骨架、分别由两端开口插设于骨架内的两个磁芯以及绕设于骨架外周的线圈，两个磁芯相对的端面之间留设有磁间隙，磁芯端面中心内凹，以使磁间隙的中心间距大于边缘间距。
7.可选的，作为一种可实施的方式，两个磁芯的端面均中心内凹。
8.可选的，作为一种可实施的方式，磁芯的端面中心内凹呈球面。
9.可选的，作为一种可实施的方式，磁芯的端面沿中心线内凹呈柱面，中心线垂直于磁芯。
10.可选的，作为一种可实施的方式，两个磁芯的端面均呈柱面，且两柱面的凹折方向相反。
11.可选的，作为一种可实施的方式，骨架的外侧对应磁间隙处设置有绝缘胶带，或者，骨架的外侧对应侧间隙处设置凸台。
12.可选的，作为一种可实施的方式，绝缘胶带的宽度大于等于边缘间距。
13.可选的，作为一种可实施的方式，线圈为多股线，多股线的单根导线的直径在0.03mm
‑
1.0mm之间。
14.可选的，作为一种可实施的方式，在磁间隙内至少位于最小间距处填充磁性物质，磁性物质为磁性颗粒或者磁性胶水。
15.一种电感器，包括隔板和顶盖以及上述的线圈部品，骨架包括排列设置于两端开口的引脚，各边用于填充磁芯边柱的间隙，顶盖盖设在骨架远离引脚的一侧。
16.本实用新型实施例的有益效果包括：
17.本实用新型提供的一种线圈部品，包括两端开口且内部中空的骨架、分别由两端开口插设于骨架内的两个磁芯以及绕设于骨架外周的线圈，两个磁芯相对的端面之间留设有磁间隙，磁芯端面中心内凹，以使磁间隙的中心间距大于边缘间距，从而减少磁边缘由于边缘效应产生的漏磁，从而降低漏磁穿过边缘处的导线位于漏磁磁场中而产生交流电阻，降低功耗。本实用新型的线圈部品，能够降低高频下的交流电阻，从而降低损耗和器件温度并可承受较大的偏置电流或脉冲电流。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为现有技术中由于边缘效应的磁间隙漏磁结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例骨架的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例磁芯的结构示意图；
22.图4为本实用新型实施例磁芯的另一结构示意图；
23.图5为本实用新型实施例设置有绝缘胶带的线圈部品的结构示意图；
24.图6为本实用新型实施例设置有凸台的线圈部品的结构示意图；
25.图7为本实用新型实施例磁间隙最小间距处设置有磁性物质的线圈部品的结构示意图；
26.图8为本实用新型实施例磁间隙设置有磁性物质的线圈部品的结构示意图；
27.图9为本实用新型实施例电感器的结构示意图。
28.图标：110
‑
磁芯；120
‑
磁间隙；130
‑
骨架；131
‑
引脚；140
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开口；150
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线圈；160
‑
绝缘胶带；170
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凸台；180
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磁性物质；190
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顶盖；191
‑
隔板。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.随着微电子、半导体技术高频化的发展，需要元器件在较高的频率下工作，而由于频率的增加，电磁元器件的电磁感应会出现一些效应，例如边缘效应引起的漏磁，如图1所示，导线的趋肤效应会引起导线内部自建电场，从而使得导线的交流电阻增加，引起损耗。
35.本实用新型提供了一种线圈部品，如图2，图3所示，包括两端开口140且内部中空的骨架130、分别由两端开口140插设于骨架130内的两个磁芯110以及绕设于骨架130外周的线圈150，两个磁芯110相对的端面之间留设有磁间隙120，磁芯110端面中心内凹，以使磁间隙120的中心间距大于边缘间距。
36.在实际使用中，图3的磁芯110是由图2的骨架130的两端的开口140插设于骨架130内部的，为了更清楚的展示磁芯110的结构特征，将磁芯110与骨架130分为两幅图。
37.本实用新型的磁芯110为e
‑
e型磁性或者e
‑
fd型磁芯110，e型磁性的外形如e，具有一个中柱和分别位于中柱两侧的边柱，以及连接中柱和边柱的磁臂。本实用新型实用两个e型磁芯110组成e
‑
e型磁芯110，两个磁芯110的中柱分别由骨架130两端的开口140插设与骨架130内，在中柱插入骨架130时，两边柱位于骨架130的相对的两侧面的外侧，同时，磁臂会与骨架130的开口140端接触。e型磁芯110具有引线空间大，绕制接线方便的优点，e
‑
e型磁芯110具有高功率，高饱和性，阻抗低，体积小的特点。e
‑
fd磁芯110的具有热阻小、衰耗小、功率大、工作频率宽等使用优点。而且成品重量轻、结构合理、易表面贴装。本实用新型的磁芯110的材质优选mnzn铁氧体。需要说明的是，本实用新型里的磁芯110端面特征磁芯110中柱的端面。边柱主要用于与中柱配合，形成磁路。
38.磁间隙120是指两个相对的e
‑
e型磁性的中柱相对设置后，中间留设的缝隙，磁间隙120虽然会在高频是容易产生漏磁效应，但是，如果没有磁间隙120，在大电流流过时容易出现磁饱和现象，当磁饱和后，电流的增加不会引起磁场强度的增加，而不能对磁场强度进行有效控制，而增大的电流会对损毁元器件，造成严重后果，所以，通常情况下磁性中柱相对设置后留设有磁间隙120。示例的，磁间隙120边缘间距为2mm
‑
3mm。
39.需要说明的是，对于电感器而言，需要承受较大电流，正常电感的工作频率都是100khz
‑
300khz左右，电感器的工作频率对导线的电阻基本没有影响，就是直流电阻。但是在高频的时候，比如超过500khz，就需要考虑到高频下的交流电阻，也就是说，本实用新型是对工作频率超过500khz的线圈150部品的改进。
40.本实用新型提供的一种线圈150部品，包括两端开口140且内部中空的骨架130、分别由两端开口140插设于骨架130内的两个磁芯110以及绕设于骨架130外周的线圈150，两个磁芯110相对的端面之间留设有磁间隙120，磁芯110端面中心内凹，以使磁间隙120的中
心间距大于边缘间距，从而减少磁边缘由于边缘效应产生的漏磁，从而降低磁边缘处的导线位于漏磁磁场中而产生交流电阻，降低功耗。所以，本实用新型的线圈150部品，能够降低高频下的交流电阻，从而降低损耗和器件温度并可承受较大的偏置电流或脉冲电流。
41.可选的，如图3所示，两个磁芯110的端面均中心内凹。
42.线圈150部品在工作时，线圈150的导线通电，在磁芯110中产生磁场，而由于两相对的磁芯110中心留设有磁间距，在磁间距边缘处会有磁外漏，端面中心内凹，内凹的弧面会对磁路有一定的收敛作用，从而减少磁的外漏。两个磁芯110的端面位于磁路中，会有一个出磁端面，一个入磁端面，两个磁芯110的端面均中心内凹形成柱面，出磁端面对磁路有一定的收敛作用，入磁端面也会对磁路有一定的收敛作用，从而减少磁的外漏。从而降低磁边缘处的导线位于漏磁磁场中而产生交流电阻，降低功耗。
43.本实用新型的一种可实现的方式中，如图4所示，磁芯110的端面内凹呈球面。
44.球面是各个方向均对称的曲面，在对磁路的收敛时，在对同圆周上磁路的收敛程度相同，使得磁路更加均匀。而且在磁芯110的加工过程中，球面的内凹更容易加工。
45.可选的，如图4所示，磁芯110的端面沿中心线内凹呈柱面，中心线垂直于磁芯110。
46.这里说的磁芯110的延伸面是指中柱与边柱所在的平面，垂直于中柱与边柱所在的平面的磁芯110端面的中心线，当端面沿此中心线内凹时，柱面对磁路的收敛作用，减少漏磁现象的发生。从而减少高频时，降低磁边缘处的导线位于漏磁磁场中而产生交流电阻，降低功耗。
47.本实用新型的一种可实现的方式中，如图4所示，两个磁芯110的端面均呈柱面，且两柱面的凹折方向相反。
48.需要说明的是，这里的凹折方向相反是指沿中心线内凹的。而两端面是相对的，所以呈现出相反方向。
49.线圈部品在工作时，线圈150的导线通电，在磁芯110中产生磁场，而由于两相对的磁芯110中心留设有磁间距，在磁间距边缘处会有磁外漏，端面中心内凹，内凹的柱面会对磁路有一定的收敛作用，从而减少磁的外漏。两个磁芯110的端面位于磁路中，会有一个出磁端面，一个入磁端面，两个磁芯110的端面均中心内凹形成柱面，出磁端面对磁路有一定的收敛作用，入磁端面也会对磁路有一定的收敛作用，从而减少磁的外漏。从而降低磁边缘处的导线位于漏磁磁场中而产生交流电阻，降低功耗。
50.可选的，如图5所示，骨架130外侧对应磁间隙120处设置绝缘胶带160。且绝缘胶带160的宽度大于等于边缘间距。
51.在骨架130外侧对应的磁间隙120处设置绝缘胶带160，线圈150绕制时，靠近骨架130的第一层线圈150绕过绝缘胶带160，能够减少位于漏磁磁场中的导线，减少漏磁磁场中流过的交流电流，从而减少因为集肤效应带来的交流电阻增加，从而减少损耗。本领域技术人员应当知晓，磁场在出磁面呈扇形分布，也就是说，漏磁磁场在磁间隙120边缘处最强，本实用新型将绝缘胶带160设置于磁间隙120对应的骨架130外侧，也就是磁间隙120处缺少一层导线，在漏磁磁场最强的处没有交流电流通过，减少了大部分的交流电阻损耗。
52.可选的，如图6所示，骨架130外侧对应磁间隙120处设置凸台170。
53.在骨架130外侧对应的磁间隙120处设置凸台170，线圈150绕制时，跳过凸台170，使得没有导体位于漏磁磁场中，也就是说，漏磁的磁场中没有交流电流通过，也就不会有因
为趋肤效应带来的交流电阻增加的问题。这里凸台170可以作为骨架130上的骨架130增肌与骨架130一体化成型，也可以在骨架130上连接凸台170。在骨架130外侧对应磁间隙120处设置凸台170，能够避免交流电流位于漏磁磁场中，从而避免了增加交流电阻，减少了损耗。如果线圈150绕制时，绕到凸台170上，因为漏磁在凸台170处的磁密度最大，而绕制到凸台170上的线圈处于磁密度较小的漏磁区域，也会减少大部分的交流电阻，减少损耗。
54.本实用新型的一种可实现的方式中，线圈150为多股线，多股线的单根导体的直径在0.03mm
‑
1.0mm之间。
55.导线通常都工作在交变磁场下或导通交变电流，有时还会承载许多的高次谐波。在这些情况下由于导线受涡流效应和趋肤效应等的影响，导线必将会产生交流电磁损耗，磁场和电流的交变频率越高，它的损耗越大。为了解决这个问题，降低导线的截面积是降低高频损耗最有效的办法。本实用新型采用多根相互绝缘的导线并连使用，在同样的导电截面积下，降低单根导线的截面积，可以有效的降低高频磁场或电流以及高次谐波对导线引起的损耗。单根导线的截面积越小，它的损耗就越低。
56.趋肤效应的穿透深度公式为：
[0057][0058]
ω＝2πf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0059]
其中，δ为穿透深度，ω为角频率，f为频率，μ为磁导率，γ为电导率。
[0060]
当导线为铜线时，γ＝5.8*106(s/m),铜的相对磁导率μ
r
＝1，因此，铜的μ即为真空磁导率μ0＝4π*10
‑7h/m。计算得到铜导线在500khz工作频率时的穿透深度为0.09mm，也就是说单根导线的直径要小于0.18mm,示例的，本实用新型挑选0.1mm的单根导线组成多股线。
[0061]
需要说明的是，本实用新型限定的单根导线的直径是铜导线在500khz的工作频率下做出的限定，也就是说，使用其他材质的导线，工作频率在大于500khz时，单根导线的直径根据趋肤效应的趋肤深度可以计算得出。本实用新型不做具体限定。
[0062]
可选的，在磁间隙120的至少是在最小间距位置，填充磁性物质180，磁性物质180为磁性颗粒或者磁性胶水。
[0063]
如图7所示，在磁间隙120的最小间距位置，填充磁性物质180，能够有效的降低此间距边缘的漏磁，从而减少了位于漏磁磁场中的线圈150，进而减小高频下的交流电阻，降低损耗。当然，如图8所示，在整个磁间隙120中填充磁性物质180，也能够达到上述在磁间隙120最小位置填充磁性物质180的效果。如表1所示，当其他条件相同时，在磁间隙120中填充胶水后，电阻抗明显减小。
[0064]
表1
[0065][0066]
其中，绕组中φ表示直径，p表示线圈150的股数，ts表示线圈150绕骨架130的圈数，dcr表示直流电阻，rs@500khz表示工作在500khz频率时的电阻抗，l@500khz表示在工作在500khz频率时的电感。其中，电阻抗由磁芯损耗，交流电阻和直流电阻三部分组成，直流电阻保持不变。
[0067]
磁性物质180为磁性颗粒或者磁性胶水，磁性颗粒和磁性胶水具有容易填充的优点，磁性颗粒可以选用具有一定粘度的物质进行固定。磁性颗粒的形态随意，可根据磁间隙120的形状即时调整。当然，也可以使用磁性的块状物体填充，只要能达到阻止边缘磁外漏的效果即可。当磁性物质180为磁性胶水时，如表1所示，能够有效减小在高频工作时的电感器的交流电阻，减小损耗。
[0068]
本实用新型实施例还公开了一种电感器，如图9所示，包括隔板191和顶盖190，以及如上书的线圈150部品。骨架130包括排列设置于两端开口140的引脚131，隔板191用于填充磁芯110边柱的间隙，顶盖190盖设在骨架130远离引脚131的一侧。该电感器包含与前述实施例中的线圈150部品相同的结构和有益效果。线圈150部品的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
[0069]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。