CN111243853A - 一种一体成型大密度电感的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体成型大密度电感的制作方法,所述一体成型大密度电感的制作方法包括以下步骤:1)绕制线圈,将线圈上的线圈层之间间隔绕制;2)在绕制完成的线圈上连接电极;3)将连接了电极的线圈与磁性材料一起压制形成一体成型大密度电感。本发明在线圈被压制前,使线圈的线圈层之间间隔设置,处于预拉伸状态,这样在压制过程中,每层线圈层之间的间隙被磁性材料填充,压制后线圈的层间是被磁性材料隔开的,避免了线圈层间相互短路的问题,由于线圈层间互相隔离,所以压制压力不会对线圈造成短路影响,这样就可以提升压制压力,来增加产品密度,密度的提升可以使电感得到更优异的电磁特性。
Description
技术领域
本发明涉及电感制作技术领域,尤其涉及一种一体成型大密度电感的制作方法。
背景技术
目前传统的一体成型电感的制作方法是:把预先绕制的漆包线圈与磁性材料一同填充入模具型腔中进行一体压制成型,然后低温(温度小于260℃)烘烤,使产品固化而成。此方法不能使用过大的成型压力,以保护漆包线圈免受损伤,因为漆包线圈的每层线圈之间是紧贴在一起的,如果压力过大,会出现漆膜破损导致线圈层之间互相短路的问题,所以压制的压力不能过大,但是压制压力不大的话产品的压制密度不能的提升,进而导致产品的电磁特性不够好。
另外,传统的一体成型电感采用低温的烘烤工艺,低温的烘烤工艺并不能把材料的压制应力完全去除,会残留在产品内部影响其电磁特性。
综上所述,传统的一体成型电感由于受到产品密度的限制与压制应力残留的影响,其各项重要特性一直没有明显的提升,特别是电感量、饱和电流、电磁损耗及可靠性等等,也未能满足电子电路对元件日渐提高的小型化、大功率、低损耗、可靠性的要求。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体成型大密度电感的制作方法,以解决现有技术中一体成型电感的电磁特性较差的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种一体成型大密度电感的制作方法,包括以下步骤:
1)绕制线圈,将线圈上的线圈层之间间隔绕制;
2)在绕制完成的线圈上连接电极;
3)将连接了电极的线圈与磁性材料一起压制形成一体成型大密度电感。
在本发明一种可选的实施方式中,所述一体成型大密度电感的制作方法还包括步骤:
4)将一体成型大密度电感进行退火处理,退火温度范围为400~1250℃,一体成型大密度电感在氮气保护下退火。
在本发明一种可选的实施方式中,步骤3)中将线圈与磁性材料一起压制的压力范围为11~40T/cm2。
在本发明一种可选的实施方式中,步骤3)中将线圈与磁性材料一起压制的方法包括以下步骤:
31)将线圈横放在模具的型腔中,并将磁性材料放入模具的型腔中,沿线圈的轴向挤压线圈和磁性材料,形成一体成型大密度电感。
在本发明一种可选的实施方式中,所述模具包括中模、上模、下模、左模和右模;
其中,所述中模顶部开设有左右贯通的贯通槽,所述左模和所述右模设于所述贯通槽的左右两端;所述中模上设置有上下贯通的通孔,所述通孔与所述贯通槽连通,所述下膜设于所述通孔底部;所述贯通槽与所述通孔相交的部分为所述模具的所述型腔;所述上模设于所述中模上方。
在本发明一种可选的实施方式中,用所述模具制作所述一体成型大密度电感的步骤具体包括:
311)将所述模具摆放到初始位置;
312)所述下膜上升到预填充位置,形成预填空间,在预填空间中填入磁性材料;
313)所述下膜下降到填充位置,形成型腔,将线圈横放在型腔中,填入磁性材料;
314)所述上模下降到所述中模表面位置,与所述中模表面紧贴,形成封闭的型腔;
315)所述左模和所述右模向型腔移动,对型腔里的线圈和磁性材料进行压制;
316)压制完成后,所述左模和所述右模向远离型腔的方向移动,移动到超出下模两侧边沿位置,所述上模上升,离开所述中模表面,所述下模向上移动,把压制完成的产品推出至中模上表面,完成脱模;
317)把产品从模具上取下。
在本发明一种可选的实施方式中,步骤2)中的电极为金属端子,金属端子与线圈焊接连接。
在本发明一种可选的实施方式中,金属端子的纵截面尺寸小于或等于模具型腔的纵截面尺寸。
在本发明一种可选的实施方式中,步骤3)中的磁性材料为磁粉。
在本发明一种可选的实施方式中,步骤3)中的磁性材料为铁氧体材料、金属磁性材料以及非晶磁性材料中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
在线圈被压制前,使线圈的线圈层之间间隔设置,处于预拉伸状态,这样在压制过程中,每层线圈层之间的间隙被磁性材料填充,使各线圈层之间隔离,压制后线圈的层间是被磁性材料隔开的,避免了线圈层间相互短路的问题,由于线圈层间互相隔离,所以压制压力不会对线圈造成短路影响,这样就可以提升压制压力,来增加产品密度,产品密度的提升可以使电感得到更优异的电磁特性,如提高饱和特性、降低损耗特性等,解决了传统的一体电感因密度低而制约产品电磁特性提升的问题。
附图说明
图1是本发明中线圈的结构示意图;
图2是本发明中线圈和磁性材料放置在模具中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种一体成型大密度电感的制作方法,包括以下步骤:
1)绕制线圈,将线圈上的线圈层之间间隔绕制;
2)在绕制完成的线圈上连接电极;
3)将连接了电极的线圈与磁性材料一起压制形成一体成型大密度电感。
如图1和图2所示,本发明将线圈11绕制成线圈11的各线圈层之间间隔一段距离d,然后在线圈11的两端连上电极12,放置到模具的型腔中与磁性材料13一起压制形成一体成型电感,由于线圈11在被压制前,线圈11的线圈层之间间隔设置,处于预拉伸状态,这样在压制过程中,每层线圈层之间的间隙被磁性材料13填充,使各线圈层之间隔离,压制后线圈11的线圈层间是被磁性材料13隔开的,避免了线圈层间相互短路的问题,由于线圈层间互相隔离,所以压制压力不会对线圈11造成短路影响,这样就可以提升压制压力,来增加产品密度,产品密度的提升可以使电感得到更优异的电磁特性,如提高饱和特性、降低损耗特性等,解决了传统的一体电感因密度低而制约产品电磁特性提升的问题。
本发明中将线圈与磁性材料一起压制的压力范围为11~40T/cm2,进一步的,压力范围为20~30T/cm2,而传统的一体成型电感的压制压力仅为6~10T/cm2。
在一种实施方式中,磁性材料可以为磁粉,材质可为铁氧体材料、金属磁性材料以及非晶磁性材料中的一种或多种,在此不作限制。
线圈11绕制的圈数可根据需要具体设置。一般的,如图2所述,线圈11的长度大致与模具的型腔的长度一致。
在一种实施方式中,本发明一体成型大密度电感的制作方法还包括步骤:
4)将一体成型大密度电感进行退火处理,退火温度范围为400~1250℃,一体成型大密度电感在氮气保护下退火。
现有技术中采用低温(温度小于250℃)烘烤工艺使产品固化,这样不能把材料的压制应力完全去除,会影响产品的磁特性。本发明中的一体成型大密度电感采用氮气保护的方法进行高温退火处理,温度可采用400~1250℃,进一步的,温度可采用600~950℃。高温退火处理可以使磁性材料里的粘结剂(非磁性)被高温分解并排除掉,从而缩小磁性材料的料颗粒间的距离,使磁性材料的颗粒之间结合更紧密,产品具有更高的密度与结合强度。同时由于高温可以更全面地去除产品的压制应力,使其电磁特性获得更大提升,解决了传统一体成型电感由于压制应力残留而电磁特性被大大制约的问题。另外,高温退火处理是在氮气氛保护下进行的,所以产品上面的金属线圈、电极12不会受到影响.
在一种实施方式中,步骤3)中将线圈与磁性材料一起压制的方法包括以下步骤:
31)将线圈横放在模具的型腔中,并将磁性材料放入模具的型腔中,沿线圈的轴向挤压线圈和磁性材料,形成一体成型大密度电感。
如图2所示,本发明采用卧式填料压制,卧式指的是线圈11横放在模具的型腔中,采用卧式填料压制可使磁性材料13填入面积更大,使磁性材料容易流动到各个角落,达到均匀分布的效果,线圈11各线圈层之间的空隙也可以充分填充磁性材料13,更好的避免线圈层之间短路的问题。
线圈11横放在模具的型腔中后,沿线圈11的轴向挤压线圈和磁性材料,形成一体成型大密度电感。线圈11轴向即图2中所示的左右方向。具体可以沿轴向双向压制,也可以单向压制,在此不作限制。本发明中,采用双向压制的方式,即左模17和右模18同时向中间压制。
在一种实施方式中,如图2所示,模具包括中模14、上模15、下模16、左模17和右模18。当然,当模具摆放位置发生变化时,各模相应的方位也发生相应的变化,例如当模具摆放位置发生变化时,左模17和右模18也可能变成前模和后模,图2只是以其中一种摆放位置为例进行说明,并不以此为限。
中模14顶部开设有左右贯通的贯通槽,左模17和右模18设于贯通槽的左右两端,且可在贯通槽中左右移动,以压紧/放松线圈和磁性材料,实现压制和脱模。
中模14上还设置有上下贯通的通孔,通孔与贯通槽连通,下膜16设于通孔底部,且可以在通孔中上下移动。贯通槽与通孔相交的部分为模具的型腔,如图2所述,线圈11和磁性材料13放置于此型腔中。下模16的横截面形状和尺寸与模具型腔的横截面形状和尺寸大致相同,可以上下活动,起到调节磁性材料体积、承压及产品脱模具的作用。
上模15设于中模14上方,上模15可以下压压在中模14表面,实现电感的压制,上模15也可以上移离开中模14,使电感11和磁性材料13可以从型腔上方放入型腔,以及使中模16可以将压制好的产品从上方推出。可以理解的是,上模15的横截面尺寸要比模具型腔的横截面尺寸要大,这样才能将型腔完全覆盖,使型腔在压制产品时形成一个封闭的型腔空间。上模15的端面表面平整,且与中模14上表面吻合。压制时,上模15下降到中模14表面并与之紧贴,封闭中模14的上部而形成一个封闭的压制空间,起到承压的作用。
在一种实施方式中,用上述模具制作一体成型大密度电感的步骤具体包括:
311)将所述模具摆放到初始位置;
初始位置即在所述模具中间形成型腔的位置;
312)所述下膜上升到预填充位置,形成预填空间,在预填空间中填入磁性材料;
下膜16处于预填充位置时比下膜16处于填充位置时要高,将下膜16上升到预填充位置,是为了先在型腔中填充一定量的磁性材料13。将下膜16上升到预填充位置有利于使填入预填充空间内的磁性材料13的表面更平整,例如可以将磁性材料13填入预填充空间后刮平,这样便于使磁性材料13放置得更均匀。
313)所述下膜下降到填充位置,形成型腔,将线圈横放在型腔中,填入磁性材料;
在预填充空间中填入一定量的磁性材料13后,再将下膜16下降到填充位置,以便形成型腔,放入线圈和填入剩下的磁性材料13,将型腔内填满磁性材料13后刮平。
314)所述上模下降到所述中模表面位置,与所述中模表面紧贴,形成封闭的型腔;
315)所述左模和所述右模向型腔移动,对型腔里的线圈和磁性材料进行压制;
如前文所述,这个步骤里也可是左模17或右模18的单向移动来压制,也可以将左模17和右模18同时移动,在此不作限制。左模17和右模18同时移动进行压制不仅可以节省压制时间,还可以使材料受力更均匀,压制效果更好。压制时根据需要的压力和保压时间进行压制。
316)压制完成后,所述左模和所述右模向远离型腔的方向移动,移动到超出下模两侧边沿位置,所述上模上升,离开所述中模表面,所述下模向上移动,把压制完成的产品推出至中模上表面,完成脱模;
317)把产品从模具上取下。
取下产品后,可进行后续的高温退火工艺,最终形成一体成型大密度电感。
在一种实施方式中,电极12采用金属端子,金属端子与线圈11焊接连接,焊接方式可采用激光焊接,当然也可以采用其它的焊接方式,在此不作限制。由于本发明中一体成型大密度电感是在氮气保护下退火,所以金属端子不会受到影响。
另外,金属端子的纵截面尺寸与模具型腔的纵截面尺寸匹配,金属端子的纵截面尺寸等于或小于模具型腔的纵截面尺寸,以使金属端子能垂直放入模具的型腔中。
本发明的一体成型大密度电感的压制压力较高,使得产品的密度较高,产品的电感、饱和电流及产品的机械强度特性得到提高;且产品经过高温退火处理,可以充分完全地去除产品的压制应力,使材料的电磁特性得到提高,增加材料的各向异性特性,以及降低损耗;产品中的金属螺旋线圈之间是被分隔开来的,不存在接触或短路的风险,提高了其可靠性效果,可以应用于更高频率的环境下;上述特性综合可以使产品的功率提高,或者同等功率下降低产品的体积,满足电感元件的小型化大功率需求;由于本发明的一体成型大密度电感的结构简洁,工艺流程简单,生产可自动程度高,满足行业对自动、降成本的需要。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)绕制线圈,将线圈上的线圈层之间间隔绕制;
2)在绕制完成的线圈上连接电极;
3)将连接了电极的线圈与磁性材料一起压制形成一体成型大密度电感。
2.根据权利要求1所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,还包括步骤:
4)将一体成型大密度电感进行退火处理,退火温度范围为400~1250℃,一体成型大密度电感在氮气保护下退火。
3.根据权利要求1所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,步骤3)中将线圈与磁性材料一起压制的压力范围为11~40T/cm2。
4.根据权利要求1所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,步骤3)中将线圈与磁性材料一起压制的方法包括以下步骤:
31)将线圈横放在模具的型腔中,并将磁性材料放入模具的型腔中,沿线圈的轴向挤压线圈和磁性材料,形成一体成型大密度电感。
5.根据权利要求4所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,所述模具包括中模、上模、下模、左模和右模;
其中,所述中模顶部开设有左右贯通的贯通槽,所述左模和所述右模设于所述贯通槽的左右两端;所述中模上设置有上下贯通的通孔,所述通孔与所述贯通槽连通,所述下膜设于所述通孔底部;所述贯通槽与所述通孔相交的部分为所述模具的所述型腔;所述上模设于所述中模上方。
6.根据权利要求5所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,用所述模具制作所述一体成型大密度电感的步骤具体包括:
311)将所述模具摆放到初始位置;
312)所述下膜上升到预填充位置,形成预填空间,在预填空间中填入磁性材料;
313)所述下膜下降到填充位置,形成型腔,将线圈横放在型腔中,填入磁性材料;
314)所述上模下降到所述中模表面位置,与所述中模表面紧贴,形成封闭的型腔;
315)所述左模和所述右模向型腔移动,对型腔里的线圈和磁性材料进行压制;
316)压制完成后,所述左模和所述右模向远离型腔的方向移动,移动到超出下模两侧边沿位置,所述上模上升,离开所述中模表面,所述下模向上移动,把压制完成的产品推出至中模上表面,完成脱模;
317)把产品从模具上取下。
7.根据权利要求6所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,步骤2)中的电极为金属端子,金属端子与线圈焊接连接。
8.根据权利要求7所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,金属端子的纵截面尺寸小于或等于模具型腔的纵截面尺寸。
9.根据权利要求1所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,步骤3)中的磁性材料为磁粉。
10.根据权利要求1所述的一体成型大密度电感的制作方法,其特征在于,步骤3)中的磁性材料为铁氧体材料、金属磁性材料以及非晶磁性材料中的一种或多种。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200605 |
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