專利名稱：一種無(wú)空氣隙的變壓器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器，尤其是無(wú)空氣隙的變壓器及其制造方法。
背景技術(shù)：
在很多功率型磁性元器件中，例如反激變壓器，為了防止磁性材料飽和，即隨著所加的電流的增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨之增加，沒(méi)有氣隙的磁性器件的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)增加很快，達(dá)到磁性材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值,在這個(gè)過(guò)程中,器件的磁導(dǎo)率下降的很快，即電感值下降很快，喪失了變壓器的功能，同時(shí)會(huì)引起其它元器件的功能喪失或者損壞。防止變壓器飽和的方法可以通過(guò)增大氣隙或弱磁性材料的間隙。在其它因素均相同的情況下，氣隙或者通過(guò)弱磁性材料的間隙對(duì)電感值和飽和特性影響很大，氣隙或者間隙大時(shí)，電感值小，飽和特性好；氣隙或者間隙小時(shí)，電感值增大，飽和特性變差。一種常見(jiàn)的方法是通過(guò)加工磁芯的中柱來(lái)獲得氣隙，如EE磁芯。這種方法的磁芯需要二次加工，容易損傷磁芯，同時(shí)難以保證較高的尺寸要求。氣隙較大和較小時(shí)，加工磁芯的中柱來(lái)獲得氣隙的方法存在很多問(wèn)題。對(duì)于大尺寸的氣隙，易造成漏磁大，從而使產(chǎn)品在高頻下的損耗大；對(duì)于小尺寸的氣隙，例如幾十個(gè)微米，此種方法不易實(shí)現(xiàn)。另一種常見(jiàn)的方法是通過(guò)在磁芯的接觸面墊膠帶、陶瓷板等弱磁性材料形成間隙。膠帶和瓷板等材料都需要二次加工，增加了膠帶和瓷板的制作工序，并且組裝的工序也比較麻煩，花費(fèi)較多的人力、物力。當(dāng)膠帶等有機(jī)材料在漏磁區(qū)域高溫狀態(tài)下工作，材料的性質(zhì)(包括材料的厚度)隨溫度變化而變化，對(duì)電性有較大的影響；長(zhǎng)期工作會(huì)隨著時(shí)間的增加而明顯老化、變形，有的甚至脫落。同加工磁芯中柱來(lái)獲得氣隙方法一樣，在磁芯的接觸面墊膠帶、陶瓷板的方法難以生產(chǎn)較大和較小間隙的變壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種無(wú)空氣隙的變壓器及其制造方法，使得變壓器的電感值穩(wěn)定，損耗小，可靠性高，易于批量生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)手段予以解決:
一種無(wú)空氣隙的變壓器的制造方法，所述變壓器包括磁芯和線圈，所述磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面，所述制造方法包括以下步驟:
S1:將磁性材料流延形成至少一個(gè)磁芯單體的磁體胚體；
S2:在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，流延至少一層弱磁性氧化物層以形成間隙層胚體；
S3:燒結(jié)步驟S2的產(chǎn)品得到磁體和間隙層一體化的磁芯單體，該磁芯單體以所述間隙層作為接觸面；
S4:將所述磁芯單體與帶有線圈的骨架相固定，或者將線圈直接繞制在一個(gè)磁芯單體上后與其他磁芯單體相固定。
優(yōu)選地:
所述步驟S2包括以下步驟:在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，交替流延弱磁性氧化物層與磁性材料層以形成所述間隙層胚體。所述弱磁性氧化物層的材料按質(zhì)量比包括=Fe2O3 30-70%、ZnO10-30%和Cu01-10%，燒結(jié)后的相對(duì)磁導(dǎo)率值范圍為廣5。每層所述弱磁性氧化物層的厚度介于6 ii m至200 ii m間。一種無(wú)空氣隙的變壓器，包括磁芯，所述磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面，其特征在于:
至少一個(gè)所述的磁芯單體上包括通過(guò)流延、共燒結(jié)形成的作為接觸面的間隙層，所述間隙層包括弱磁性氧化物層；所述磁芯單體與其它磁芯單體，可能有其它絕緣材料(例如:骨架)通過(guò)夾具、膠帶或膠水固定形成所述變壓器。優(yōu)選地:
所述間隙層包括交替疊置的弱磁性氧化物層與磁性材料層。所述弱磁性材料按質(zhì)量比包括:Fe203 30-70%、Zn010-30%和Cu01-10%，燒結(jié)后的相對(duì)磁導(dǎo)率值范圍為廣5。每層所述弱磁性氧化物層的厚度介于6 ii m至200 ii m間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)在磁芯的接觸面上流延、燒結(jié)制作弱磁材料層，可以實(shí)現(xiàn)磁芯間的各種尺寸的間隙，容易制作出不同電感值的變壓器產(chǎn)品，尤其是傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)的間隙小的變壓器，此方法可以容易實(shí)現(xiàn)200 以下，尤其是lOOym以下，最小6 ii m的間隙。優(yōu)選方案中，對(duì)于傳統(tǒng)方法可以實(shí)現(xiàn)的大氣隙或者間隙的變壓器，使用本發(fā)明的流延方法制作的相互交替的磁性材料和弱磁層的材料的磁芯，可以明顯減小變壓器的損耗，從而減小變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的溫升，增加了變壓器在電路工作時(shí)的效率。此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有電感值穩(wěn)定，可靠性高，生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間。尤其是在Ei和un類型的變壓器產(chǎn)品中，更是具有容易自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的一個(gè)單層弱磁性氧化物層的磁芯示意 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的一個(gè)單層弱磁性氧化物層的變壓器的組裝部分示意 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的一個(gè)磁性氧化物層和弱磁性氧化物層多層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的磁芯不意 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例的一個(gè)磁性氧化物層和弱磁性氧化物層多層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的變壓器的組裝部分的示意 圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例的一個(gè)減小磁性材料接觸面距離的單層弱磁性氧化物層的變壓器的組裝部分示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖并結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例的磁芯包括變壓器的磁芯、線圈、膠水或者鋼夾、絕緣膠帶和/或骨架，磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面。磁芯單體之間，磁芯單體與骨架之間靠膠水、膠帶或者鋼夾等固定。線圈之間，最外層線圈和磁芯的外部有膠帶絕緣。對(duì)于有些對(duì)耐壓要求低的變壓器，線圈也可直接繞制在磁芯上，線圈之間的絕緣膠帶也不必使用。本實(shí)施例的變壓器的制備包括下述步驟:
S1:將磁性材料流延形成至少一個(gè)磁芯單體的磁體胚體。S2:在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，流延一層弱磁性氧化物層以形成間隙層胚體或在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，交替流延弱磁性氧化物層與磁性材料層以形成所述間隙層胚體，兩者分別用于形成以單層弱磁性氧化物層作為間隙層的磁芯和多層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的間隙層的磁芯。S3:燒結(jié)步驟S2的產(chǎn)品得到磁體和間隙層一體化的磁芯單體，該磁芯單體以所述間隙層作為接觸面；
S4:將所述磁芯單體與帶有線圈的骨架相固定，或者將線圈直接繞制在磁芯單體上與其它磁芯單體固定。然后進(jìn)行變壓器生產(chǎn)的其他工序，例如，變壓器含浸和烘烤、測(cè)試等。其中弱磁性氧化物層的材料按質(zhì)量比包括=Fe2O3 30-70%、ZnO10-30%和Cu01-10%，燒結(jié)后的相對(duì)磁導(dǎo)率值范圍為廣5。如圖1所示，是具有單層弱磁性氧化物層的磁芯單體10的示意圖，磁體11是磁性材料，如鎳鋅鐵氧體。弱磁性氧化物層12是Fe203、Zn0、Cu0等成分。整個(gè)磁芯可以通過(guò)流延一個(gè)厚層磁材11，然后再在表面流延弱磁性氧化物層12，然后把磁芯放置在燒結(jié)爐中燒結(jié)而得到。通過(guò)流延方法制得的弱磁性氧化物層12的單層厚度介之間，優(yōu)選6-100 y m之間，當(dāng)厚度較小時(shí)，公差可以控制在I微米以內(nèi)。這個(gè)尺寸精度比傳統(tǒng)磁芯加工獲得尺寸精度容易，這對(duì)需要大電感量的變壓器來(lái)說(shuō)是非常重要的。并且當(dāng)需要的弱磁性氧化物層12的厚度比本發(fā)明能夠制作的厚度小時(shí)，可以通過(guò)使用相對(duì)磁導(dǎo)率接近空氣的弱磁性材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，這時(shí)12的厚度就可以增大了，使它可能達(dá)到目前生產(chǎn)的加工水平。如圖2所示，是具有單層弱磁性氧化物層的變壓器的磁芯單體10和另外一個(gè)磁芯單體30的組裝局部示意圖。弱磁性材料12通過(guò)膠水40和另外的磁芯單體30粘接。這個(gè)磁性器件的間隙可以認(rèn)為是弱磁性材料12和膠水40組成。當(dāng)材料12的厚度比膠水的厚度大很多的時(shí)候，間隙的厚度可以認(rèn)為就是12的厚度；當(dāng)材料12的厚度與膠水的相差不大時(shí)，膠水的厚度對(duì)器件的影響就會(huì)很大，需要認(rèn)真控制膠水的厚度。相對(duì)傳統(tǒng)的通過(guò)墊膠帶和瓷板得到氣隙的方法，使用本方法的器件制作流程比較簡(jiǎn)單。如果通過(guò)鋼夾固定磁芯，則磁芯的間隙主要就是弱磁性材料12的厚度。如圖3所示，是本發(fā)明的一個(gè)磁性氧化物層和弱磁性氧化物層多層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的磁芯20的示意圖。在磁芯單體21的表面流延一層弱磁性材料22-1，然后在22-1表面流延磁性材料23-1，23-1的材質(zhì)可以和磁體21的相同。然后再在表面流延弱磁性材料，再流延磁性材料。22和23結(jié)構(gòu)不斷的重復(fù)，最后在磁體21的表面是22-N或者23-N。這樣就形成了一個(gè)磁體21表面的磁性氧化物層和弱磁性氧化物層重復(fù)的夾層結(jié)構(gòu)。相對(duì)于集中式的較大氣隙的器件，磁場(chǎng)在夾層結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，每個(gè)弱磁層的傳輸距離小，泄漏到空氣中的磁場(chǎng)少，對(duì)周圍的器件影響小，能量的損耗小。
如圖4所示是本發(fā)明的一個(gè)磁性氧化物層和弱磁性氧化物層多層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的變壓器磁芯的磁性器件的組裝部分的示意圖。磁芯20的表面層22-N或者23-N和30的表面通過(guò)膠水40粘接。圖5是一個(gè)減小磁性材料接觸面間隙的單層弱磁性氧化物層的變壓器的組裝部分示意圖。為了得到較大的電感值，優(yōu)選需要幾個(gè)磁芯單體的接觸面有很高的平面度，同時(shí)必須減小接觸面粘接膠水的厚度的影響?？梢栽诖判締误w的接觸面的側(cè)面開(kāi)兩條凹槽40，把幾部分磁芯緊密固定后，然后在凹槽40里放置膠水，這樣磁芯之間大部分就是直接接觸，部分磁芯接觸面只有很小的氣隙，這樣就可以減小膠水厚度對(duì)電性的影響。同理，對(duì)于夾層結(jié)構(gòu)的磁性器件，也可以通過(guò)類似的方法處理。用鋼夾把幾部分磁芯固定時(shí)，接觸面就沒(méi)有膠水的影響，絕大部分接觸面是直接接觸了。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)空氣隙的變壓器的制造方法，所述變壓器包括磁芯和線圈，所述磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面，所述制造方法包括以下步驟: S1:將磁性材料流延形成至少一個(gè)磁芯單體的磁體胚體； S2:在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，流延至少一層弱磁性氧化物層以形成間隙層胚體； S3:燒結(jié)步驟S2的產(chǎn)品得到磁體和間隙層一體化的磁芯單體，該磁芯單體以所述間隙層作為接觸面； S4:將所述磁芯單體與帶有線圈的骨架相固定，或者將線圈直接繞制在一個(gè)磁芯單體上與其他磁芯單體直接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)空氣隙變壓器的制造方法，其特征在于: 所述步驟S2包括以下步驟:在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，交替流延弱磁性氧化物層與磁性材料層以形成所述間隙層胚體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)空氣隙變壓器的制造方法，其特征在于:所述弱磁性氧化物層的材料按質(zhì)量比包括=Fe2O3 30-70%、Zn010_30%和Cu01_10%，燒結(jié)后的相對(duì)磁導(dǎo)率值范圍為廣5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于:每層所述弱磁性氧化物層的厚度介于6 ii m至200 ii m間。
5.一種無(wú)空氣隙的變壓器，包括磁芯和線圈，所述磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面，其特征在于: 至少一個(gè)所述的磁芯單體上包括通過(guò)流延、共燒結(jié)形成的作為接觸面的間隙層，所述間隙層包括弱磁性氧化物層；所述磁芯單體與帶有線圈的骨架相固定，或者將所述線圈直接繞制在一個(gè)磁芯單體上后與其他磁芯單體相固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)空氣隙的變壓器，其特征在于: 所述間隙層包括交替疊置的弱磁性氧化物層與磁性材料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)空氣隙變壓器，其特征在于:所述弱磁性氧化物層材料按質(zhì)量比包括=Fe2O3 30-70%、ZnO10-30%和Cu01_10%，燒結(jié)后的相對(duì)磁導(dǎo)率值范圍為I 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)空氣隙變壓器，其特征在于:每層所述弱磁性氧化物層的厚度介于6 ii m至200 ii m間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)空氣隙的變壓器及其制造方法，變壓器包括磁芯和線圈，所述磁芯至少包括兩個(gè)磁芯單體，每個(gè)磁芯單體至少包括一個(gè)與其他磁芯單體接觸的接觸面，制造方法包括以下步驟S1將磁性材料流延形成至少一個(gè)磁芯單體的磁體胚體；S2在至少一個(gè)所述磁體胚體的一個(gè)表面，流延至少一層弱磁性氧化物層以形成間隙層胚體；S3燒結(jié)步驟S2的產(chǎn)品得到磁體和間隙層一體化的磁芯單體，該磁芯單體以所述間隙層作為接觸面；S4將所述磁芯單體與帶有線圈的骨架相固定，或者線圈直接繞制在磁芯上，磁芯單體直接相固定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)磁芯間的各種尺寸的間隙，且生產(chǎn)的變壓器的電感值穩(wěn)定，損耗小。
文檔編號(hào)H01F27/26GK103198918SQ20131012932
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者劉長(zhǎng)征, 李有云, 潘德政 申請(qǐng)人:深圳順絡(luò)電子股份有限公司