一种电感器的制作方法

本申请涉及电子部件，具体涉及一种电感器。

背景技术：

电感器俗称线圈，最简单的电感器就是用导线空心的绕几圈，有磁芯的电感器在磁芯上用导线绕几圈。无论哪种电感器，如果结构相同，其基本特性相同，但绕线的匝数不同或无磁芯不同时，电感器的电感量的大小不同。绕线匝数越多，电感量越大，在同样匝数的情况下，线圈增加量磁芯后，电感量会增加。空心线圈没有磁芯，通常线圈匝数越少，电感越小，主要用于高频电路中，例如，短波收音电路中和调频收音电路中等。铁芯与磁芯的区别是工作频率的不同，工作频率低的称为铁芯，工作频率高的称为磁芯，例如用于50Hz交流市电频率电路中为铁芯，收音电路磁棒线圈中的磁棒为磁芯，其工作频率高达上千Hz。磁芯根据工作频率的高低不同，还有低频磁芯和高频磁芯之分。

电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流和电压相位不同，所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”，即由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。电感作为磁性元件，所以有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和。一般情况，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成，其中，磁芯一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料，它有罐型、RM型、E型、EC型、ETD型、EER型、PQ型、EP型和环形磁芯等。

如图1所示，为一种采用扁平线立绕环形磁芯的电感器结构示意图，环形磁芯是最经济的，在与其它可比较的各种磁芯中，它的花费是最低，输出电流大，损耗小，耐电压，电感高，价格低。由于其良好的EMC电磁特性、立绕结构的良好的散热等性能，作为光伏逆变器的升压电感、高频逆变滤波电感、变频空调PFC电感、UPS整流逆变电感、充电桩PFC电感、新能源汽车的充电机的PFC电感等大功率高频电感被广泛采用。尤其在电源的电路设计中，需对高频功率电感元件的高功率密度进行优化设计。具体是，尽可能提升环形磁芯电感器的电感量。因为电感量的提升，极其有利于电源装置的稳定性控制、减小电源装置的PFC纹波、改善PFC电流的高次谐波含量、提高电源的效率。而在实际电路设计中，电感器需要有更高的磁导率、更低的损耗、更高的饱和和磁通密度、更高的使用频率、更高的使用温区、更小的体积和重量、低矮的安装高度。不但需要限定电感器的空间尺寸，还要限定电感器的绕组线的粗细(即限定绕组线的截面积)。现有技术中，为提升环形磁芯电感器的电感量，环形磁芯采用铁镍合金软磁粉芯的磁性材料。虽然此类磁性材料的环形磁芯的电感器，在高频大电流条件下，容易获取大电感量，且具有效率高、体积小的特点，但此类电感器的生产成本极其昂贵。另外，环形磁芯的电感器的绕线成本高，很难大批量生产。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是在限定电感器的空间尺寸和电感器的绕组线的粗细的条件下提高电感器的电感量。

根据第一方面，一种实施例中提供一种电感器，包括相同的第一磁芯柱和第二磁芯柱，相同的第一磁芯瓣和第二磁芯瓣；

所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣分别具有相对的两个侧面，以及相接的底面和圆弧面；

所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱都缠绕有导电线圈；其中所述第一磁芯柱所缠绕的导电线圈的一端作为电感器的一个端子，所述第一磁芯柱所缠绕的导电线圈的另一端与所述第二磁芯柱所缠绕的导电线圈的一端连接，所述第一磁芯柱所缠绕的导电线圈的另一端作为电感器的另一个端子；

所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣以底面相对的方式设置，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱并排设置于所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣中间，以使得所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的端面分别与所述第一磁芯柱、所述第二磁芯柱的底面相接触。

进一步，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱是长方体或圆柱体。

进一步，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的外边缘倒圆角。

进一步，所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣的底面与圆弧面之间的边缘倒圆角。

进一步，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的端面略小于所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣的底面的一半。

进一步，所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣内至少设置一个气隙；和/或，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱内至少设置一个气隙。

进一步，缠绕所述第一磁芯柱的导电线圈的缠绕方向与缠绕所述第二磁芯柱的导电线圈的缠绕方向相同；

或，

缠绕所述第一磁芯柱的导电线圈的缠绕方向与缠绕所述第二磁芯柱的导电线圈的缠绕方向不相同。

进一步，所述导电线圈是扁平线立绕线圈。

进一步，在所述电感器的中轴面上，所述导电线圈外沿的最远距离不大于所述第一磁芯瓣和所述第二磁芯瓣的圆弧面之间的最远距离。

进一步，所述电感器的磁芯是铁氧体，包括镍锌铁氧体或锰锌铁氧体、镁锌铁氧体中至少一种。

依据上述实施例的一种电感器，由于对电感器的磁芯结构进行优化设计，使电感器的第一磁芯瓣和第二磁芯瓣为月牙形结构，其外侧为圆弧面，使得相对于环形立绕电感器，在导电线圈的导线粗细相同、绕组匝数相同和电感器外沿尺寸相同的条件下，使导电线圈缠绕磁芯的有效截面积显著增大，以提高电感器的电感量。

附图说明

图1为一种采用扁平线立绕环形磁芯的电感器结构示意图；

图2为一种实施例中电感器的磁芯结构示意图；

图3为一实施例中电感器磁芯瓣的气隙设置示意图；

图4为一实施例中电感器磁芯柱的气隙设置示意图；

图5为本申请公开的电感器与环形电感器的比较示意图；

图6为一实施例中电感器的立体结构示意图；

图7为一实施例中电感器的分体结构示意图；

图8为一实施例中电感器的端子连接示意图；

图9为一实施例中椭圆形电感器与环形电感器空间排列示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。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)。

在本申请实施例中，对电感器的磁芯结构进行优化设计，具体是将电感器线圈外的磁芯设计成月牙形结构，以增加电感器的导电线圈缠绕磁芯的有效截面积，进而提高电感器的电感量。

实施例一：

请参考图2，为一种实施例中电感器的磁芯结构示意图，电感器包括相同的第一磁芯柱30和第二磁芯柱40，相同的第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20。第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20都具有相对的两个侧面，以及相接的底面和圆弧面。第一磁芯柱30和第二磁芯柱40都缠绕有导电线圈。缠绕第一磁芯柱30的导电线圈的缠绕方向与缠绕第二磁芯柱40的导电线圈的缠绕方向相同，或，缠绕第一磁芯柱30的导电线圈的缠绕方向与缠绕第二磁芯柱40的导电线圈的缠绕方向不相同。其中，第一磁芯柱30所缠绕的导电线圈的一端作为电感器的一个端子，第一磁芯柱30所缠绕的导电线圈的另一端与第二磁芯柱40所缠绕的导电线圈的一端连接，第一磁芯柱30所缠绕的导电线圈的另一端作为电感器的另一个端子。第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20以底面相对的方式设置，第一磁芯柱30和第二磁芯柱40并排设置于第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20中间，以使得第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的端面分别与第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的底面相接触。一实施例中，第一磁芯柱30和第二磁芯柱40是长方体或圆柱体。一实施例中，第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的底面与圆弧面之间的边缘倒圆角。一实施例中，第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的边缘倒圆角。其中，圆形倒角的半径为第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的外圆半径的十分之一至五分之一。一实施例中，第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的端面略小于第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的底面的一半。

如图3所示，为一实施例中电感器磁芯瓣的气隙设置示意图，第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20内可设置磁芯瓣气隙11。一实施例中，磁芯瓣气隙11设置在第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20的中轴面上。一实施例中，磁芯瓣气隙11设置在第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20的三等分截面上。一实施例中，磁芯瓣气隙11设置在第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20的四等分截面上。另外，第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的磁芯瓣气隙11的设置可以相同也可以不相同。其中，不相同可以是第一磁芯瓣10设置磁芯瓣气隙11，第二磁芯瓣20不设置磁芯瓣气隙11；或，第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20各自的磁芯瓣气隙11设置位置不同，及第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20各自的磁芯瓣气隙11设置个数不同。一实施例中，第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20内的磁芯瓣气隙11所在平面与第一磁芯瓣10和/或第二磁芯瓣20的底面垂直。

如图4所示，为一实施例中电感器磁芯柱的气隙设置示意图，第一磁芯柱30和/或第二磁芯40柱内可设置磁芯柱气隙31。一实施例中，磁芯柱气隙31设置在第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40的中轴面上。一实施例中，磁芯柱气隙31设置在第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40的三等分截面上。一实施例中，磁芯柱气隙31设置在第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40的四等分截面上。另外，第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40的磁芯柱气隙31的设置可以相同也可以不相同。其中，不相同可以是第一磁芯柱30设置磁芯柱气隙31，第二磁芯柱40不设置磁芯柱气隙31；或，第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40各自的磁芯柱气隙31设置位置不同，及第一磁芯柱30和/或第二磁芯柱40各自的磁芯柱气隙31设置个数不同。

进一步，磁芯柱气隙和磁芯瓣气隙处放入非导磁性物质，以调节本申请公开的电感器所需的磁路磁阻，从而获取需要的电感量及两个线圈间耦合系数的要求。另外，被气隙切割的不同磁芯块即可以采用相同材质，也可以采用不同的材质，以调节本申请公开的电感器所需的磁路磁阻。

如图5所示，为本申请公开的电感器与环形电感器的比较示意图，本申请公开的电感器的磁芯包括相同的第一磁芯柱30和第二磁芯柱40，相同的第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20。第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的圆弧面轴对称。第一磁芯柱30和第二磁芯柱40上各自缠绕导电线圈70。缠绕导电线圈70的第一磁芯柱30和第二磁芯柱40横截面大于环形磁芯80的截面。本申请公开的电感器的磁芯的总体积大于环形电感器的磁芯的体积。本申请公开的电感器的外形尺寸，在第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20方向上与环形传感器90相同，而在第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的方向上的尺寸小于环形传感器90，即，在电感器的中轴面上，导电线圈外沿的最远距离不大于第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的圆弧面之间的最远距离。一实施例中，导电线圈70是扁平线立绕线圈。一实施例中，第一磁芯柱30、第二磁芯柱40、第一磁芯瓣10和第二磁芯瓣20的材质是镍锌铁氧体或锰锌铁氧体、镁锌铁氧体等铁氧体。

如图6和图7所示，为一实施例中电感器的立体结构示意图和分体结构示意图，包括第一磁芯瓣10、第二磁芯瓣20和导电线圈70。导电线圈70包括第一线圈71和第二线圈72。第一线圈71缠绕第一磁芯柱30。第二线圈72缠绕第二磁芯柱40。第一线圈71包括第一端子711和第二端子712。第二线圈72包括第三端子721和第四端子722。

一实施例中，第一线圈71和第二线圈72为长方形扁铜线立绕线圈，第一线圈71和第二线圈72分别缠绕第一磁芯柱30和第二磁芯柱40的方向相同。

如图8所示，为一实施例中电感器的端子连接示意图，第一线圈71的第二端子712作为电感器的一个端子1，第一线71的第一端子712和第二线圈72的第三端子721连接，第二线圈72的第四端子722作为电感器的另一个端子。对于单个线圈71，其电感量为：

其中，V为第一线圈71的两端的电压，Ls为第一线圈71的自感，M为第一线圈71和第二线圈72间的磁耦合形成的互感，∮为两个电感线圈内通入电流在磁路中所产生的磁通，I1和I2则分别为流经这两个线圈内部的电流。

当第一线圈71的第一端子712和第二线圈72的第三端子721连接时，这两个电流值相同，则单个线圈的两端的电压可以表示如下：

其中，V为第一线圈71的两端的电压，Ls为第一线圈71的自感，M为第一线圈71和第二线圈72间的磁耦合形成的互感，∮为两个电感线圈内通入电流在磁路中所产生的磁通，I1和I2则分别为流经这两个线圈内部的电流。

由上可得，单个线圈第一线圈71的电感量为：

L＝Ls+M，

其中，L为电感量，Ls为第一线圈71的自感，M为第一线圈71和第二线圈72间的磁耦合形成的互感。

则，第一线圈71和第二线圈72串联的总电感为：

L＝2(Ls+M)

其中，L为电感器的总电感量，Ls为第一线圈71或第二线圈的自感，M为第一线圈71和第二线圈72间的磁耦合形成的互感。

环形磁芯的环形电感器的电感为：

L＝(K*O*s*N²S)/l

其中，L为环形电感器的电感，K为系数，取决于线圈的半径与长度的比值，l为线圈的长度，S线圈的截面积，N²为线圈圈数的平方，S为线圈内部磁芯的相对磁导率，O为真空磁导率。在导电线圈的导线材质粗细相同、绕组匝数相同和电感器外沿尺寸相同的条件下，环形电感器的电感为：

L＝2Ls

其中，Ls为第一线圈71或第二线圈72的自感，因环形电感器的线圈长度为第一线圈71和第二线圈72的和。

由上可知，在导电线圈的导线材质粗细相同、绕组匝数相同和电感器外沿尺寸相同的条件下，本申请公开的电感器的电感量大于环形电感器的电感量。

一实施例中，本申请公开的电感器的第一线圈71和第二线圈72不进行短路连接，形成两个线圈的耦合电感，这样的电感更加适用例如逆变器单相交流输出滤波电感的场合，每个线圈作为一个相线上的滤波电感使用。

一实施例中，针对交错并联的PFC电路、交错并联的Boost升压电路等各种需要2个电感交错工作电路，本申请公开的电感器的耦合电感可以作为两个电感交错并联的耦合形态进行使用，使用中电感的一侧进行短路作为交错并联的公共输入极(如将1、4极短接作为公共输入)、两个线圈的两外2极分别接入交错并联的2个电气回路，形成交错并联双耦合电感的实施形态。

本申请公开的电感器的两个电感线圈绕线方向完全相同，构成电气上相同的磁通流动方向，两个电感线圈也可以采用相反方向绕线，对角短路方式，同样构成相同方向的磁通，效果相同。

进一步，本申请公开的电感器将扁平立绕线圈整齐排列中置，两侧的磁芯瓣的圆弧面位于等同大小的环形电感器的外圆轮廓上，因此本申请公开的电感器的磁芯的有效截面积显著变大，线圈的空间占有率大幅提升，使得本申请公开的电感器的线圈与磁芯的空间利用率大幅上升，远远超过环形立绕电感器磁芯材料与绕组线圈的空间利用率。具体是，在导电线圈的导线材质粗细相同、绕组匝数相同和电感器外沿尺寸相同的条件下，本申请公开的电感器的第一线圈71和第二线圈72缠绕的磁芯体积也要大于环形电感器的磁芯的体积，因此，本申请公开的电感器的电感量也大于环形电感器的电感量。

本申请公开的电感器与环形磁芯构成的圆形磁路不同。一实施例中，磁路由2块月牙形两侧非绕线磁芯，与2块长方形绕线磁芯，组合成口字形磁路结构，而且月牙形的磁芯的圆弧面形的外侧边界，构成本申请公开的电感器的最大边界尺寸。与环形立绕电感器尺寸相比，对于相同大小的环形立绕电感器的外径尺寸，为了保证本申请公开的电感器的线圈内部的磁芯截面积大于环形立绕电感器内部的圆环磁芯有效截面积，上下两个方形磁芯柱外部绕制而成的扁铜线立绕线圈，在组装成本申请公开的电感器后，其两线圈的对角线长度L，不超过由两块月牙形磁芯所形成的圆弧轮廓的直径长度D的1.2倍。一实施例中，对于导电线圈绕组的铜线的相同截面积，构成本申请公开的电感器的上下两个线圈电气上串联使用，从而得到远大于相同立绕导线截面积下，环形立绕电感器的电感量。同时，在上述条件下，如采用相同的磁芯材料，本申请公开的电感器在电流直流偏置状态下，其电感量也大于环形立绕电感器的直流偏置电感量，并且如采用的磁芯材料不同，由于本申请公开的电感器的磁芯有效面积的增加，新型电感器中的磁性材料，即便使用了直流偏置特性差、易饱和的磁性材料，也可以替代采用直流偏置特性好的材料构成的环形立绕电感器，可以保持其电气参数基本维持不变。

本申请公开的电感器对同样尺寸的环形立绕电感器的物理空间替代，以达到取得更大电感量为目的，同样原理，本申请公开的电感器可以通过保持与相同大小的环形立绕电感相同的电感量能力，减少线圈总匝数，用更粗截面积的导线进行绕组，可以获得相同电感量更大功率密度的电感器的实施形态。

进一步，本申请公开的电感器虽为针对同样尺寸的环形立绕电感的物理空间的替代，使得本申请公开的电感器的尺寸尽量接近圆形，为了进一步提升本申请公开的电感器的电感量，可以进一步拉长线圈内部磁芯柱的长度，使线圈能够得到更多的绕线空间，从而获得更多的线圈匝数，取得更大的电感量，此时近似圆形的新型电感，成为呈现近似椭圆形的新的实施形态，该实施形态下，特别是针对多个电感并行安装排布时，如图9所示，为一实施例中椭圆形电感器与环形电感器空间排列示意图，本申请公开的椭圆形实施形态的电感器可以进一步提升电感安装的空间利用率。

本申请公开一种电感器，包括相同的第一磁芯柱和第二磁芯柱，相同的第一磁芯瓣和第二磁芯瓣。由于对电感器的磁芯结构进行优化设计，具体通过对磁芯材料形状、绕线结构的优化设计，在相同线圈导线粗细、相同绕组匝数，对于与环形立绕电感相同的圆形电感外尺寸条件下，使磁芯材料的有效截面积显著增大。由于构成磁通回路的有效截面积的显著增加，对于相同磁芯材料的电感，其电感量实现了随同其磁芯材料有效截面积的等比例增大,也就是说，在等同于原来的环形立绕电感器的相同的体积形状内，即便使用同原来的环形立绕电感器一样尺寸的扁平铜线的截面积，通过优化磁路的形状路径、电感器磁路不同部位的磁芯形状和尺寸，使本申请公开的电感器的电感量能力明显增加。

以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。