CN103680818B - 一种非晶共模电感 - Google Patents
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Abstract
一种非晶共模电感，包括底座、磁芯环；所述底座底部设有引脚，底座上设置有固定支架，固定支架上穿置有圆形的磁芯环；所述磁芯环包括内绝缘层，铁基非晶磁芯层，NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层，钴基非晶合金磁芯层，外绝缘层。在磁芯环两侧对称绕设有若干圈电感线圈，电感线圈的端部与底座上的引脚连接。本发明具有尺寸小、铁损小、磁导率高、电感高、温度稳定性良好、抗直流偏磁饱和能力优良等优点。该共模电感的磁芯是一种低功耗、抗电磁干扰的软磁体，是由多种材质叠加而成，可以很好的抑制共模噪声，滤除EMI谐波，吸收开关电源产生的尖峰，避免浪涌电压损坏器件，降低电路尺寸，提高系统的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电感元件，尤其是涉及一种非晶共模电感。
背景技术
电子元件在工作状态时，即是一个电磁干扰对象，又是一个干扰源。电磁干扰可以分为两类：串模干扰和共模干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致，共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路。如果共模电流不经衰减过滤，那么共模干扰电流就很容易产生电磁辐射。美国FCC、国际无线电干扰特别委员的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范都对信息技术设备的共模传导干扰和辐射有相关限制。传统的共模电感磁芯一般采用硅钢片制备，铁氧体成本低，但是其饱和磁感应强度低，调整范围窄，温度稳定性差，限制了共模电感的应用范围。
非晶材料是一种新型功能材料,是利用制备非晶的工艺,一次形成厚度约30微米的薄带.当熔融的钢水采用先进的急冷快淬技术,将液态金属以1×10-6℃/sec冷却速度形成厚度为0.03mm左右的固体薄带,得到原子排列组合上具有短程有序,长程无序特点的非晶组织特征,不具备传统合金材料的晶体结构这就是非晶合金.这样快速冷却到厚度仅为几十微米的金属薄带时,钢水所具有的原子无序排列结构便被“冻结”,形成了所谓的“非晶态合金”。
发明内容
本发明目的是提供一种非晶共模电感，以解决现有共模电感饱和磁感应强度低、调整范围窄、温度稳定性差、应用范围受到限制等技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种非晶共模电感，包括底座、磁芯环；所述底座底部设有引脚，底座上设置有固定支架，固定支架上穿置有圆形的磁芯环；所述磁芯环包括位于内环的内绝缘层，内绝缘层外套设有铁基非晶磁芯层，铁基非晶磁芯层外套设有NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层，NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层外套设有钴基非晶合金磁芯层，钴基非晶合金磁芯层外套设有外绝缘层；在磁芯环两侧对称绕设有若干圈电感线圈，电感线圈的端部与底座上的引脚连接。
作为优选，所述NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层采用以下方法制备：将硫酸亚铁、硝酸锌、硝酸镍、硝酸铜按Ni0.3、Cu0.13、Zn0.56、Fe2.01的比例加入蒸馏水配置成1mol/L的金属离子溶液，将溶液加热至80℃并不断搅拌，称取一定量的草酸铵作为沉淀剂配置成2mol/L溶液，然后加入草酸铵溶液重量1%的乙二醇；将搅拌中的金属离子溶液滴入到沉淀剂溶液中，滴定结束后保持温度搅拌1小时，使之充分反应，待出现大量沉淀后停止滴定，然后陈化2小时，最后将溶液冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤多次，放入烘箱干燥后，得到NiCuZn铁氧体前驱体，然后将前驱体由室温升至180℃，升温速度为10℃/min，保温10小时，然后由180℃升温至800℃，升温速度为30℃/min，保温时间为150min，最后空冷至室温粉碎，得到纳米晶NiCuZn铁氧体粉末，压成圆形环片状并于1200℃烧结得到NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层。
作为优选，所述磁芯环外套设有外壳，外壳内复合有将电感线圈包覆的磁片。
作为优选，所述铁基非晶磁芯层、NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层、钴基非晶合金磁芯层厚度比为3:1:1。
作为优选，所述固定支架包括顶部支撑环、底部支撑环，底部支撑环卡置在底座上，顶部支撑环和底部支撑环通过连接板连接。
作为优选，所述铁基非晶合金磁芯层是由铁基非晶纳米带材绕制成的环形结构，绕制成环形后，将环形工件在惰性气体保护氛围下进行两段升温保温，第一段升温速度为6-9℃/min，升温50-65min，保温30-60min，在保温期间施加纵向磁场，磁场强度0.8-16KA/m，磁场方向为沿环形圆周方向，第二段升温速度为0.5-3.5℃/min，升温30-80min，保温60-120min，在铁基非晶纳米材料达到晶化温度之前施加横向磁场，磁场强度为16-32KA/m，并保持到热处理结束，处理完成后即得铁基非晶合金磁芯层。
作为优选，所述钴基非晶合金层是由钴基非晶合金带材绕制成的环形结构。
本发明具有尺寸小、铁损小、磁导率高、电感高、温度稳定性良好、抗直流偏磁饱和能力优良等优点。该共模电感的磁芯是一种低功耗、抗电磁干扰的软磁体，是由多种材质叠加而成，铁基非晶磁芯层磁性强，价格便宜，磁导率、激磁电流和铁损等性能优于硅钢片。NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层具有具有高的磁导率、高的饱和磁化强度和低矫顽力，而且还具有低损耗、高的电阻率等特点。钴基非晶合金磁芯层磁导率极高、铁损低、矫顽力低。本发明非晶共模电感结合了各种材料的优点，可以很好的抑制共模噪声，滤除EMI谐波，吸收开关电源产生的尖峰，避免浪涌电压损坏器件，降低电路尺寸，提高系统的稳定性和可靠性。产品主要应用于高技术领域，如数字通信、电磁兼容（EMC）、射频宽带、抗电磁干扰（EMI）、高清显示、汽车电子、高保真、高灵敏度、低功耗电声器件等进行广泛地应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是共模电感的结构示意图；
图3是固定支架的结构示意图。
图4是固定支架的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图1是本发明的结构示意图，图2是共模电感的结构示意图，图3是固定支架的结构示意图，图4是固定支架的左视图。
由图可知，该非晶共模电感，包括底座1、磁芯环3。其底座1底部设有引脚12，底座1上设置有固定支架2，固定支架2包括顶部支撑环21、底部支撑环22，底部支撑环22卡置在底座1上，顶部支撑环21和底部支撑环22通过连接板23连接。
固定支架2上穿置有圆形的磁芯环3，磁芯环3包括位于内环的内绝缘层4，内绝缘层4外套设有铁基非晶磁芯层5，铁基非晶磁芯层5外套设有NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层6，NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层6外套设有钴基非晶合金磁芯层7，钴基非晶合金磁芯层7外套设有外绝缘层8，各层通过胶剂粘合。其中，铁基非晶磁芯层5、NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层6、钴基非晶合金磁芯层7厚度比为3:1:1。
铁基非晶合金磁芯层5是由厚度25-30um的铁基非晶纳米带材绕制成的环形结构。绕制成环形后，将环形工件在惰性气体保护氛围下进行两段升温保温，第一段升温速度为6-9℃/min，升温50-65min，保温30-60min，在保温期间施加纵向磁场，磁场强度0.8-16KA/m，磁场方向为沿环形圆周方向，第二段升温速度为0.5-3.5℃/min，升温30-80min，保温60-120min，在铁基非晶纳米材料达到晶化温度之前施加横向磁场，磁场强度为16-32KA/m，并保持到热处理结束，处理完成后即得铁基非晶合金磁芯层。
钴基非晶合金层7是由钴基非晶合金带材绕制成的环形结构。
在磁芯环3两侧对称绕设有若干圈电感线圈9，电感线圈9的端部与底座1上的引脚12连接。磁芯环3外套设有外壳10，外壳10内复合有将电感线圈9包覆的磁片11。
NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层6采用以下方法制备：将硫酸亚铁、硝酸锌、硝酸镍、硝酸铜按比例（如Ni0.3、Cu0.13、Zn0.56、Fe2.01）加入蒸馏水配置成1mol/L的金属离子溶液，将溶液加热至80℃并不断搅拌，称取一定量的草酸铵作为沉淀剂配置成2mol/L溶液，然后加入草酸铵溶液重量1%的乙二醇；将搅拌中的金属离子溶液滴入到沉淀剂溶液中，滴定结束后保持温度搅拌1小时，使之充分反应，待出现大量沉淀后停止滴定，然后陈化2小时，最后将溶液冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤多次，放入烘箱干燥后，得到NiCuZn铁氧体前驱体，然后将前驱体由室温升至180℃，升温速度为10℃/min，保温10小时，然后由180℃升温至800℃，升温速度为30℃/min，保温时间为150min，最后空冷至室温粉碎，得到纳米晶NiCuZn铁氧体粉末，压成圆形环片状并于1200℃烧结得到NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层。
该非晶共模电感选用软磁性材料复合而成，铁基非晶纳米磁芯导磁率、激磁电流和铁损均优于普通硅钢片，适合于制造大功率电感。NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯具有极高的磁导率和工作频率，且磁导率随磁通密度和温度的变化非常小，采用纳米晶NiCuZn铁氧体磁芯制作的共模电感，只需很少的线圈匝数，即可获得很大的电感，从而降低铜耗，节省线材，简化电路结构，减少电感的体积和重量，在很宽的频率范围内抑制共模干扰。钴基非晶合金磁芯磁性较弱但是磁导率极高，可大大提高元件对环境的适应性和可靠性。采用上述材料制成的共模电感可以很好的抑制共模噪声，滤除EMI谐波，吸收开关电源产生的尖峰，避免浪涌电压损坏器件，降低电路尺寸大小。
下表是本发明共模电感磁芯环与现有硅钢片铁芯的特性对比：
表1本发明制备的铁芯与铁氧体铁芯磁性能对比
通过表中数据可知，本发明采用铁基非晶磁芯层、NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层、钴基非晶合金磁芯层复合材料制备的磁芯环，其密度较硅钢片小，特性优于现有铁芯材料，可以降低元器件体积，减少功耗，提高共模电感的性能。
最后，应当指出，以上具体实施方式仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述具体实施方式，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种非晶共模电感，包括底座、磁芯环；其特征是所述底座底部设有引脚，底座上设
置有固定支架，固定支架上穿置有圆形的磁芯环；所述磁芯环包括位于内环的内绝缘层，内
绝缘层外套设有铁基非晶磁芯层，铁基非晶磁芯层外套设有NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层，
NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层外套设有钴基非晶合金磁芯层，钴基非晶合金磁芯层外套设有
外绝缘层；在磁芯环两侧对称绕设有若干圈电感线圈，电感线圈的端部与底座上的引脚连
接；
所述固定支架包括顶部支撑环、底部支撑环，底部支撑环卡置在底座上，顶部支撑环和底部支撑环通过连接板连接；
所述铁基非晶合金磁芯层是由铁基非晶纳米带材绕制成的环形结构，绕制成环形后，将环形工件在惰性气体保护氛围下进行两段升温保温，第一段升温速度为6-9℃/min，升温50-65min，保温30-60min，在保温期间施加纵向磁场，磁场强度0.8-16KA/m，磁场方向为沿环形圆周方向，第二段升温速度为0.5-3.5℃/min，升温30-80min，保温60-120min，在铁基非晶纳米材料达到晶化温度之前施加横向磁场，磁场强度为16-32KA/m，并保持到热处理结束，处理完成后即得铁基非晶合金磁芯层。
2.根据权利要求1所述的非晶共模电感，其特征是所述NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层采用以下方法制备：将硫酸亚铁、硝酸锌、硝酸镍、硝酸铜按Ni0.3、Cu0.13、Zn0.56、Fe2.01的重量比例加入蒸馏水配置成1mol/L的金属离子溶液，将溶液加热至80℃并不断搅拌，称取一定量的草酸铵作为沉淀剂配置成2mol/L溶液，然后加入草酸铵溶液重量1%的乙二醇；将搅拌中的金属离子溶液滴入到沉淀剂溶液中，滴定结束后保持温度搅拌1小时，使之充分反应，待出现大量沉淀后停止滴定，然后陈化2小时，最后将溶液冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤多次，放入烘箱干燥后，得到NiCuZn铁氧体前驱体，然后将前驱体由室温升至180℃，升温速度为10℃/min，保温10小时，然后由180℃升温至800℃，升温速度为30℃/min，保温时间为150min，最后空冷至室温粉碎，得到纳米晶NiCuZn铁氧体粉末，压成圆形环片状并于1200℃烧结得到NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层。
3.根据权利要求1所述的非晶共模电感，其特征是所述磁芯环外套设有外壳，外壳内复合有将电感线圈包覆的磁片。
4.根据权利要求1或2所述的非晶共模电感，其特征是所述铁基非晶磁芯层、NiCuZn铁氧体纳米晶磁芯层、钴基非晶合金磁芯层厚度比为3:1:1。
5.根据权利要求1所述的非晶共模电感，其特征是所述钴基非晶合金层是由钴基非晶合金带材绕制成的环形结构。
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