磁性元器件

技术领域

本申请涉及磁性元器件技术领域，尤其涉及一种磁性元器件。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。而由于电子器件大多都向小型化和高频化转变，因此，平面变压器代替传统变压器的研究及应用也越来越多，平面变压器大多采用在印制电路板(Printedcircuit boards)上印制绕组形成。

目前，由于磁性元器件具有的绕组匝数都较多，而如果采用单层PCB的话，其占用空间较大，因此为了满足磁性元器件的正常使用要求，目前的磁性元器件中采用较多的是多层PCB结构。

因此，上述的的磁性元器件制造成本较大。

发明内容

本申请提供一种磁性元器件，占用空间小且制造成本低。

本申请提供一种磁性元器件，包括磁芯和柔性电路板，柔性电路板沿磁芯的周向卷绕在磁芯的外侧；柔性电路板包括柔性基材和至少一根导线，导线设置于柔性基材上，导线的延伸方向与柔性电路板的卷绕方向一致，以使导线随柔性电路板的卷绕构成绕设于磁芯外的导线绕组。

本申请提供的磁性元器件包括磁芯和柔性电路板，柔性电路板沿磁芯的周向卷绕在磁芯的外侧；柔性电路板包括柔性基材和至少一根导线，导线设置于柔性基材上，导线的延伸方向与柔性电路板的卷绕方向一致，以使导线随柔性电路板的卷绕构成绕设于磁芯外的导线绕组。本申请提供的磁性元器件占用空间小且制造成本低。

本申请的构造以及它的其他申请目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中的一种平面变压器采用单层PCB的结构示意图；

图2a为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第一层的结构示意图；

图2b为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第二层的结构示意图；

图2c为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第三层的结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的磁性元器件的一种结构示意图；

图3b为图3a提供的磁性元器件中的柔性电路板的结构示意图；

图3c为图3a沿磁芯轴向的截面图；

图4为本申请实施例提供的磁性元器件中的柔性电路板的一种结构示意图；

图5为相关技术中的平面PCB变压器的单边匝数示意图；

图6a为本实施例提供的磁性元器件的另一种结构示意图；

图6b为图6a沿磁芯轴向的截面图。

附图标记说明：

1-磁芯；

2-柔性电路板；

21-柔性基材；

22-导线；

22a-第一导线；

22b-第二导线；

22c-第三导线；

22d-第四导线；

10-磁性元器件；

100-平面变压器；

110-第一电路板；

120-第一导线绕组；

130-第二电路板；

140-第三电路板；

150-第五电路板；

160-第二导线绕组；

170-金属过孔；

l-线宽；

d-线距；

h

h

h

A1-第一绕组；

A2-第二绕组；

A3-第三绕组；

A4-第四绕组。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

目前，由于磁性元器件具有的绕组匝数都较多，而如果采用单层PCB的话，其占用空间较大，因此为了满足平面变压器的正常使用要求，目前的磁性元器件中采用较多的是多层PCB结构。

图1为相关技术中的一种平面变压器采用单层PCB的结构示意图。图2a为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第一层的结构示意图。图2b为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第二层的结构示意图。图2c为相关技术中的一种平面变压器采用多层PCB时第三层的结构示意图。

如图1所示，一种平面变压器100包括第一电路板110和设置于第一电路板110板面上的第一导线绕组120，具体的，第一导线绕组120中的导线宽度为0.45mm，第一导线绕组120的匝数为18匝，这时，第一导线绕组120的最大径向尺寸为37.82mm，如图2a至图2b所示，如果需要减小第一导线绕组120的最大径向尺寸，这时，针对同样规格的上述平面变压器100，尺寸减小后的平面变压器则可以包括第二电路板130、第三电路板140和第五电路板150，在第二电路板130、第三电路板140和第五电路板150上分别设置匝数为6匝的第二导线绕组160，相邻的两个第二导线绕组160之间通过设置在电路板上的金属过孔170连接，这样，使得第二导线绕组160的最大径向尺寸则会减小到21.5mm，与此同时，增大了平面变压器的制造成本，而且，提升了平面变压器的制造工艺难度。

而为了进一步说明现有的变压器所存在的不足之处，以下将列出两个专利以进行进一步说明。

首先，中国专利CN201820085023.0公开了一种PCB变压器，包括PCB板和变压器，该变压器包括绕组和磁芯，变压器的绕组焊接在PCB板内部，绕组的引脚焊接在PCB板的两端，磁芯通过胶水与PCB板固定粘接，该PCB板为3.7mm厚的18层板，磁芯可选择32x20x10mm的规格大小。虽然该专利公开的PCB变压器方便安装且可承受较大电流，但是该PCB变压器中的PCB层数较高，制造成本较高。

其次，中国专利CN201720012132.5公开了一种平面变压器，所述平面变压器包括磁芯和多层印刷电路板。该平面变压器的初级绕组由印刷电路板的若干层上的绕组迹线形成。该印刷电路板的具有初级绕组的绕组迹线的层具有平面变压器的另一绕组的绕组迹线，诸如辅助绕组的绕组迹线或屏蔽绕组的绕组迹线。该平面变压器还包括次级绕组。所述次级绕组可以是实芯电线或所述印刷电路板的层上的绕组迹线。该专利公开的平面变压器为了增加绕组的匝数，采用了多层交错的绕组方法，但是，其中的PCB层数依然达到了8层。

由此，本申请实施例提供一种磁性元器件，通过将柔性电路板卷绕在磁芯上，不仅能够使得绕组具有较多的匝数，而且能够减小磁性元器件的占用空间，减少磁性元器件的制造成本。

需要说明的是，上述的磁性元器件可以是变压器或电感器，在此，对磁性元器件的具体类型不加以限制。

以下将结合附图和具体实施方式对本申请实施例进行详细介绍。

图3a为本申请实施例提供的磁性元器件的一种结构示意图。图3b为图3a提供的磁性元器件中的柔性电路板的结构示意图。图3c为图3a提供的磁性元器件的剖视图。

如图3a至图3c所示，本实施例提供一种磁性元器件10，包括磁芯1和柔性电路板2，柔性电路板2沿磁芯1的周向卷绕在磁芯1的外侧；柔性电路板2包括柔性基材21和至少一根导线22，导线22设置于柔性基材21上，导线22的延伸方向与柔性电路板2的卷绕方向一致，以使导线22随柔性电路板2的卷绕构成绕设于磁芯1外的导线绕组，也就是说，导线22的延伸方向沿着磁芯1的周向。本实施例提供的磁性元器件10，通过将柔性电路板2卷绕于磁芯1外侧，以柔性电路板2中的导线22随柔性电路板2的卷绕构成绕设于磁芯1外的导线绕组，这样，在磁性元器件10占用空间较小的情况下，使得导线绕组的匝数更多，以使得本实施例提供的磁性元器件10可以承载较高的电流；此外，本实施例提供的磁性元器件10制造成本小且制造工艺简单。

需要说明的是，当柔性电路板2包括一根导线22时，本实施例提供的磁性元器件10可以是电感器。

在一些其他的实施方式中，柔性电路板2包括至少两根导线22，此时，本实施例提供的磁性元器件10可以是变压器。

具体的，为了进一步简化本实施例提供的磁性元器件的制造工艺，在本实施例中，至少两根导线22的延伸方向均相互平行，这样，便于将导线22设置在柔性基材21上。

在一些可选的实施方式中，至少两根导线22设置于柔性基材21的同一面；在另一些可选的实施方式中，至少两根导线22分别设置于柔性基材21的相对两面。

具体的，上述的柔性基材21可以是聚酰亚胺、聚酯薄膜、液晶聚合物等绝缘基材，柔性基材21的厚度在0.012～2mm之间，且柔性基材21可以是多层结构，具体是，柔性基材21包括至少两个柔性基材层，且各柔性基材层层叠设置，至少两根导线22分布在不同的柔性基材层上，而当柔性基材21为多层结构时，柔性基材层的层数在2～10之间。

在一些具体的实施方式中，柔性基材层上设有过孔，分布在相邻的两层柔性基材层上的导线22之间通过过孔连接。

在一些具体的实施方式中，上述的导线22可以是铜导线、金导线、银导线或其他类型的金属导线，在此，对制成导线22的金属类型不作具体限制，在一些可选的实施方式中，导线22根数在2～1000根之间，相邻的两个导线22之间的间隔在0.02～210mm之间，导线22的厚度在11.429～342.87μm之间。

需要说明的是，在本实施例的磁性元器件10制造的过程中，在将柔性电路板2制作完成后，利用自动绕线设备，将柔性电路板2环绕在磁芯1或套管上即可；而柔性电路板2可在磁芯1上卷绕的圈数由磁芯1的直径和柔性电路板2的长度决定；不同的导线22代表不同的导线绕组，单个导线绕组的匝数由导线22的延伸长度决定。

在本实施例中，柔性电路板2还应该包括覆盖层(图中未示出)，覆盖层覆盖柔性基材21和导线22，具体的，覆盖层可以是绝缘覆盖膜，而绝缘覆盖膜的厚度在0.012～2mm之间，此处的绝缘覆盖膜可以和柔性基材21选用相同的材质或不同的材质，在此，对绝缘覆盖膜的具体材质不作限制。

而在本实施例的具体的实施方式中，为了更进一步减小磁性元器件10的占用空间，柔性电路板2可以紧密卷绕在磁芯1的外侧，也就是说，在柔性电路板2形成的卷绕结构在磁芯1的径向上，相邻的两层之间是紧挨设置的。

为了实现本实施例提供的磁性元器件10的自身功能，在一些具体的实施方式中，柔性电路板2沿磁芯1的周向卷绕磁芯1至少一周。

如图3b所示，为了便于将提供的磁性元器件10连接在输入电源与用电器之间，本实施例提供的磁性元器件10可以包括不同匝数的绕组，在一些实施方式中，至少两根导线22包括第一导线22a和第二导线22b，第一导线22a和第二导线22b具有不同的延伸长度，以在导线22随柔性电路板2卷绕时形成匝数不同的导线绕组。具体的，当第一导线22a的延伸长度大于第二导线22b的延伸长度时，在柔性电路板2卷绕后，第一导线22a形成的导线绕组匝数大于第二导线22b形成的导线绕组匝数；当第一导线22a的延伸长度小于第二导线22b的延伸长度时，在柔性电路板2卷绕后，第一导线22a形成的导线绕组匝数小于第二导线22b形成的导线绕组匝数。

图4为本申请实施例提供的磁性元器件中的柔性电路板的一种结构示意图。

如图4所示，为了实现双线并绕的卷绕方式，在柔性电路板2的卷绕方向上，至少两根导线22中包括相邻的第三导线22c和第四导线22d，第三导线22c和第四导线22d的延伸长度相同，且第三导线22c的两端和第四导线22d的两端分别对应连接在一起。这样，在第三导线22c在柔性电路板2卷绕后形成的导线绕组与第四导线22d在柔性电路板2卷绕后形成的导线绕组中，各导线22在磁芯1轴向上的长度以及各导线22在磁芯1径向上的长度具能够保持一致，以使得本实施例提供的磁性元器件10具有较为良好的阻抗公差。

为了更进一步说明本实施例提供的磁性元器件10占用空间少且占用成本低，以下将列举具体的示例说明本实施例提供的磁性元器件10所具备的优势。具体是，当使用同种型号的磁芯时，对平面PCB磁性元器件的占用空间以及本实施例提供的磁性元器件10的占用空间进行比较。

示例性的，当磁芯的直径为10mm，磁芯的高度为3mm，绕组匝数的设计如表1所示，对平面PCB磁性元器件的占用空间以及本实施例提供的磁性元器件10的占用空间进行比较。表1为绕组匝数设计表。

表1绕组匝数设计表

当使用平面PCB磁性元器件时，需要用到8层PCB，绕组分布如表2所示。表2为平面PCB磁性元器件绕组分布表。

表2相关技术中平面PCB变压器绕组分布表

图5为相关技术中的平面PCB磁性元器件的单边匝数示意图。

如表2和图5所示，其中所需尺寸最大在L4层和L5层，L4层线宽l为0.3mm，线距d为0.2mm，L4层的绕组匝数为6匝，因此所需单边宽度最小为0.3×6+0.2×5＝2.8mm，再加上导线到外形轮廓的尺寸为0.1mm，可得单边宽度为，2.8+0.1×2＝3.0mm；导线厚度h

相应的，采用同样的设计方案换成本实施例提供的磁性元器件10，选用柔性基材21的厚度为0.025mm，导线22的厚度为0.07mm，覆盖层厚度0.025mm，总厚度为0.12mm的单层柔性电路板2。其中，导线22有5条，其中2条串联，相当于在单层柔性电路板2卷绕后形成的导线绕组为4个。采用本实施例提供的磁性元器件10的导线绕组的参数如表3所示，表3为本实施例提供的磁性元器件10的导线绕组参数表。

图6a为本实施例提供的磁性元器件的另一种结构示意图。图6b为图6a沿磁芯轴向的截面图。

需要说明的是，在柔性电路板2卷绕后，表3中的导线宽度为导线22在磁芯1轴向上的长度，表3中的导线间距为两个相邻的导线22在磁芯1轴向上的间距，表3中的导线厚度为导线22在磁芯1径向上的长度。

表3本实施例提供的磁性元器件的导线绕组参数表

如表3、图6a和图6b所示，单层柔性电路板2的厚度为0.12mm，最大匝数绕阻为原边匝数(初级绕组和辅助绕组)，绕组匝数为18+1＝19匝，即需要将柔性电路板2在磁芯1上卷绕19圈，柔性电路板2卷绕后形成的结构在磁芯1的径向上的宽度为0.12×19＝2.28mm。柔性电路板2在磁芯1轴向上的长度为0.3+0.5+0.5+0.2×2＝1.7mm，在磁芯1的轴向上，靠近柔性电路板2的边缘的导线22与柔性电路板2的边缘之间的距离为0.1mm，即组装后的磁性元器件10在磁芯1的轴向上的高度为1.7+0.1×2＝2.0mm。

请参照图6b，其中，初级绕组为图中的第一绕组A1，辅助绕组为图中的第二绕组A2，第一次级绕组为图中的第三绕组A3，第二次级绕组为图中的第四绕组A4。

由此可以看出，同样的设计方案，使用平面PCB磁性元器件时，所需单边绕组宽度为3.0mm，PCB厚度为2.0mm；而采用本实施例提供的磁性元器件10，柔性电路板2卷绕后形成的结构在磁芯1的径向上的宽度为2.28mm，磁性元器件10在磁芯1的轴向上的高度为2.0mm，因此，本实施例提供的磁性元器件10中，柔性电路板2卷绕后形成的结构在磁芯1的径向上的宽度小于平面PCB磁性元器件的单边绕组的宽度，所以，本实施例提供的磁性元器件10所占用的空间较小；此外，上述的平面PCB磁性元器件需要采用8层PCB，而且需要在PCB上开设金属过孔，而本实施例提供的磁性元器件10中，只需要制造单层的柔性电路板2，制造完成之后，通过卷绕设备卷绕在磁芯1上即可，从而，本实施例提供的磁性元器件10的制造工艺更为简单且制造成本更小。

本实施例提供的磁性元器件包括磁芯和柔性电路板，柔性电路板沿磁芯的周向卷绕在磁芯的外侧；柔性电路板包括柔性基材和至少一根导线，导线设置于柔性基材上，导线的延伸方向与柔性电路板的卷绕方向一致，以使导线随柔性电路板的卷绕构成绕设于磁芯外的导线绕组。本实施例提供的磁性元器件占用空间小且制造成本低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。