CN111584206A - 磁芯及其制备方法、电感器和滤波器 - Google Patents

磁芯及其制备方法、电感器和滤波器 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种磁芯及其制备方法、电感器和滤波器，涉及抗EMI磁芯及电感元件技术领域。该磁芯主要由多个复合磁性材料层相互叠合绕制而成；单个所述复合磁性材料层包括磁性带材和粘接层；至少一个所述复合磁性材料层是经过单元化处理后得到的复合磁性材料层；至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。本申请能够解决现有技术中EMI滤波器磁芯选用和针对性生产困难的问题。

Description

磁芯及其制备方法、电感器和滤波器
技术领域
本申请属于抗EMI磁芯及电感元件技术领域，尤其涉及一种磁芯及其制备方法、电感器和滤波器。
背景技术
电磁干扰滤波器又称EMI滤波器，是一种用于抑制电磁干扰，特别是电源线路或控制信号线路中噪音的电子元件。EMI滤波器的主要部件为磁芯，目前，磁芯一般采用软磁铁氧体材质或者铁基纳米晶合金材质制作成环形或者其他近似形状。为了能够抑制不同的EMI噪声源，通常需要小心选用磁芯的尺寸、磁导率、材质、频率特性，以达到对特定频段噪声抑制的作用。由于EMI噪声的形式多种多样，导致目前EMI滤波器磁芯生产时，必须考虑实际需求，调整生产参数和材质特性。尤其是当EMI噪声的频宽较宽时，仅采用一种材料无法达到全面的抑制效果，必须同时采用多种材质或性能的EMI滤波磁芯。
目前，EMI滤波磁芯多采用铁氧体软磁材料制作而成，由于软磁铁氧体具有100kHz至1MHz范围内的高磁导率，因此其能够有效地消除共模噪声。但如果电路系统传输线的传输功率增大，所用的EMI滤波器磁芯的电感需要越高。为此，需要提高磁芯材料的磁导率μ。然而，具有这种高磁导率材料例如锰锌软磁铁氧体材料价格高昂，且不容易生产。此外，由于锰锌软磁铁氧体材料具有功率损耗特性，导致其在6MHz至30MHz的频带内的噪声消除效率低，因而在此情况下，一般使用具有10000或更高的相对磁导率μ的纳米晶磁芯。由此可见，在不同使用频率范围和信号功率的情况下，必须选用不同性能或材质的EMI滤波磁芯，甚至要同时使用多种EMI滤波磁芯。这提高了EMI滤波器的选用的难度，也增加了成本。
因此，有必要对磁芯或磁芯材料及其制备方法进行研究。鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的目的在于提供一种磁芯及其制备方法、电感器和滤波器，用以解决现有技术中EMI滤波器磁芯选用和针对性生产困难的问题，能够克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
根据本申请的一个方面，本申请提供一种磁芯，所述磁芯主要由多个(多层)复合磁性材料层相互叠合后绕制而成；
单个所述复合磁性材料层包括磁性带材和粘接层；
至少一个所述复合磁性材料层是经过单元化处理后得到的复合磁性材料层；
至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
在一种可能的实现方式中，所述磁性带材为经过热处理后的铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，所述非晶带材包括Fe基非晶带材、Co基非晶带材或Ni基非晶带材中的至少一种；
和/或，所述纳米晶带材包括Fe基纳米晶带材、Co基纳米晶带材或Ni基纳米晶带材中的至少一种；
和/或，所述铁氧体带材包括锰锌铁氧体带材、镍锌铁氧体带材或镁锌铁氧体带材中的至少一种。
在一种可能的实现方式中，经过单元化处理的所述复合磁性材料层具有多个单元块；
或者，经过单元化处理的所述复合磁性材料层分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述复合磁性材料层分割成多个碎片单元。
在一种可能的实现方式中，所述粘接层包括粘接剂和保护膜，所述磁性带材通过所述粘接剂与所述保护膜粘结。
在一种可能的实现方式中，所述保护膜为高分子聚合物膜。
在一种可能的实现方式中，通过不同的磁性能的磁性带材，和/或，通过不同的单元化处理，使得至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
根据本申请的另一个方面，本申请提供一种电感器，包括如上所述的磁芯。
可选的，所述电感器可以为共模电感。
根据本申请的另一个方面，本申请提供一种滤波器，包括如上所述的磁芯。
可选的，所述滤波器可以为EMI滤波器。
根据本申请的另一个方面，本申请提供一种磁芯的制备方法，所述磁芯为如上所述的磁芯，所述制备方法包括：
提供磁性带材和粘接层，将所述磁性带材与所述粘接层进行覆合，得到复合磁性材料层；
将至少一个所述复合磁性材料层进行单元化处理；
将多个所述复合磁性材料层相互叠合后进行绕制，其中，至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
在一种可能的实现方式中，所述磁性带材为铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种，所述制备方法还包括对所述铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种进行热处理的步骤。
在一种可能的实现方式中，所述非晶带材的热处理温度范围为350-500℃，
所述纳米晶带材的热处理温度范围为400-600℃；
所述铁氧体带材的热处理温度范围为1000-1450℃。
在一种可能的实现方式中，将所述复合磁性材料层进行单元化处理，使其中的磁性带材形成有多个单元块；
或者，使其中的磁性带材分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述磁性带材分割成多个碎片单元。
在一种可能的实现方式中，进行绕制之后，还包括固化的步骤；
固化的温度为60-120℃，时间为0.1-10h。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请提供的磁芯及其制备方法，包括多个复合磁性材料层，多个复合磁性材料层中的至少两个复合磁性材料层的磁性能不同，通过不同性能的层状复合磁性材料进行复合可以达到不同功率范围和频率范围的抗EMI需求，减少抗EMI系统体积和复杂度。进一步，其中的复合磁性材料层包括磁性带材和粘接层，粘接层不仅可以起到粘合的作用，还可以起到保护磁性带材的作用，更利于复合磁性材料层的后处理，避免在后续处理过程中磁性带材的损伤或破坏。经过单元化处理可以改变复合磁性材料层的磁性能，制备得到不同磁导率的复合磁性材料层，有助于获得所需的磁导率范围，并可以降低磁芯在使用过程中的涡流损耗。
由此，本申请通过上述不同性能的层状复合磁性材料进行复合的方式，能够快速调制实现所需磁性能的EMI滤波器磁芯的磁芯结构的目的，当根据特定EMI噪声抑制的需求提出所需EMI滤波器磁芯的磁特性时，可以容易的制造出特定的单一磁芯，迅速生产应对，缓解了现有技术中EMI滤波器磁芯选用和针对性生产困难的问题。
本申请提供的电感器和滤波器，包括所述的磁芯，具有前面所述的磁芯的所有特点和优点，在此不再赘述。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的磁芯的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的磁芯的剖面结构示意图；
图3为本申请实施例提供的经单元化处理后的复合磁性材料层的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的磁芯的制备方法的过程示意图；
图5为本申请实施例1、实施例2和对比例1的磁芯的频率-阻抗曲线关系示意图。
图标：
1-复合磁性材料层；1a-第一复合磁性材料层；1b-第二复合磁性材料层；
10-磁性带材；101-单元块；
20-粘接层。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上；在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。除非另有定义或说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。
本领域技术人员理解，如背景技术所言，EMI滤波器能够传输电路的工作所需的信号并消除噪声，可以提高设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛应用于需要噪声消除的各种数字电路或模拟电路或电源开关、电子/电气设备、电力系统、测控系统等领域中。而其所能消除的噪声一般包括差模噪声和共模噪声，具体地讲：
电子元件尤其是各种功率开关器件在工作时因为频繁的开关动作，由于电磁感应的原因，电路中电流、电压瞬变导致电路中除了正常的信号之外，还有各种伴随感应产生的谐波信号，这些信号如果沿着电路传播，形成频率范围约在150kHz至30MHz的传导噪声，该传导噪声包括差模噪声和共模噪声。
其中，差模噪声方向相反，位于L和N之间，而共模噪声方向相同，位于L、N和地之间。共模噪声一般采用在封闭磁路的软磁磁芯上绕制两个绕组，每个绕组圈数相同，绕线方向相反，这样相位和方向相同的共模信号在经过共模滤波器时，产生的磁场方向相同，经过叠加产生很高的电感量，可以有效平滑共模干扰信号。而通过的差模信号由于方向相反，产生的磁场方向相反而抵消，共模滤波器对差模信号呈现低阻抗的特征，正常传输的差模信号可以几乎无损的通过共模滤波器。差模滤波器一般是在软磁磁芯上绕制一个绕组，利用磁芯对特定频段信号的高阻抗特性抑制差模噪声，而对于低频段的工作信号呈现低阻抗的特征，实现工作信号的正常传续。差模噪声抑制时，传输线上的工作信号的频率、电流多种多样。对于大功率的低频或者直流工作信号，要求软磁磁芯具有高的饱和磁通密度，防止滤波器工作时磁芯饱和导致滤波器失效；同时要求磁芯在特定频段有较低的损耗，降低交流工作信号的损耗。
可以看出，无论差模滤波器还是共模滤波器，设计的时候都是对特定频段的噪声信号进行抑制和对特定频段的工作信号几乎没有损耗。众所周知，软磁材料的磁特性对频率都呈现频散特性，即一般的软磁材料都在特定的频率范围具有良好的磁特性，而高于此频段，其磁特性就会逐渐恶化甚至丧失。
现有技术对于磁芯材料或结构或其制备方法进行了一些研究，例如公开号为CN202584976U、CN103680818A、CN206674431U、CN204029523U、CN110168676A等专利公开的磁芯或滤波器，然而其或多或少的还存在一定的缺陷。进一步讲，现有的EMI滤波器磁芯一般采用软磁铁氧体材质或者铁基纳米晶材质制作成环形或者其他近似形状。其中，现有的铁基非晶或纳米晶材料可以应用在数十kHz至100kHz左右的频率；铁氧体具有100kHz至1MHz范围内的高磁导率，这些材料对于更宽频带上的噪声消除无法达到较好的抑制效果，调整范围较窄，应用范围受到限制。因此，由于EMI噪声的形式多种多样，为了能够抑制不同的EMI噪声源，现有技术中EMI滤波器磁芯在生产时，需要不断调整生产参数、材质特性或结构组成等，具有生产过程麻烦，材料的选择、调整或应用范围受限，或者可能导致增加EMI滤波器体积和复杂度的缺点。
因而，为了克服现有技术的不完善，缓解现有的EMI滤波器磁芯选用和针对性生产困难的问题，本申请实施例的技术方案提供一种磁芯及其制备方法、电感器和滤波器，可以根据特定EMI噪声抑制的需求简单、快速的调制出所需磁特性的EMI滤波器磁芯，从而可以容易的制造出特定的单一磁芯，快速生产应对，并且结构简单、性能优异，生产过程简单便利。
具体地，请参阅图1-图4所示，在一些实施例中提供一种磁芯，所述磁芯主要由多个(多层)复合磁性材料层1相互叠合之后绕制而成；
单个所述复合磁性材料层1主要由磁性带材10和粘接层20组成；
至少一个所述复合磁性材料层1是经过单元化处理后得到的复合磁性材料层1；
至少两个所述复合磁性材料层1的磁性能不同。
例如，该磁芯可以包括第一复合磁性材料层1a和第二复合磁性材料层1b，且第一复合磁性材料层1a和第二复合磁性材料层1b的磁性能不同。
该磁芯可以由多个单层结构层叠并进行绕制而成，其中单层结构即为复合磁性材料层，单个复合磁性材料层可以包括磁性带材和粘接层。
具体地，复合磁性材料层中的粘接层不仅可以起到粘合的作用，还可以起到保护磁性带材的作用，更利于复合磁性材料层的后处理，避免在后续处理过程中磁性带材的损伤或破坏。对复合磁场材料层进行单元化处理可以改变复合磁性材料层的磁性能，制备得到不同磁导率的复合磁性材料层，有助于获得所需的磁导率范围，并可以降低磁芯在使用过程中的涡流损耗。
该磁芯可以由多个复合磁性材料层层叠绕制而成，多个复合磁性材料层中的至少两个复合磁性材料层的磁性能不同，通过不同性能的层状复合磁性材料进行复合可以达到不同功率范围和频率范围的抗EMI需求，减少抗EMI系统体积和复杂度。由此，通过上述不同性能的层状复合磁性材料进行复合的方式，能够快速调制实现所需磁性能的EMI滤波器磁芯的磁芯结构的目的，当根据特定EMI噪声抑制的需求提出所需EMI滤波器磁芯的磁特性时，可以容易的制造出特定的单一磁芯，迅速生产应对，缓解了现有技术中EMI滤波器磁芯选用和针对性生产困难的问题。
需要说明的是，本发明实施例利用不同磁性能的复合磁性材料层进行层叠绕制所形成的磁芯，能够达到抑制不同的EMI噪声源的作用，具有灵活性好、适用性强、结构简单等优势，该磁芯还具有形状、尺寸可任意定制的优势，可以适用不同的电感器或抗EMI滤波系统。本发明实施例对于磁芯的具体形状结构、尺寸不作具体限定。
具体地，该磁芯可以为封闭结构，例如可以为环形形状或者也可以为其他封闭形状。
需要指出的是，本申请实施例对于上述磁芯的形状或结构形式不作限定，其截面形状可以是圆形、方形、三角形或其他形状等；本申请附图示例性的示出的磁芯并不能构成对该磁芯的限定，更一般地，该磁芯可以具有任何的结构形式。
示例性的，在一些实施例中，如图1所示，该磁芯可以呈圆环结构。当然，在其他实施例中，磁芯也可以是具有内孔的方形结构，在此本申请对磁芯的具体形状不进行具体限定。
具体地，该磁芯可以包括层叠设置的至少两层复合磁性材料层，复合磁性材料层的具体层数例如可以为2-50层，可以为2-40层，可以为2-30层，可以为2-25层，可以为2-20层，可以为3-18层，可以为3-15层，可以为3-12层，可以为3-10层等。应理解，复合磁性材料层的具体层数可以根据实际需求来设计，如EMI噪声高频率占比大，则可以增加低磁导率的复合磁性材料层的占比，反之，则可以增加高磁导率的复合磁性材料层的占比，在此本申请对复合磁性材料层的具体层数不进行具体限定。
在一些实施例中，通过不同的磁性能的磁性带材，和/或，通过不同的单元化处理，使得至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
应理解，本申请实施例提供的磁芯具有灵活性好、适用性强，可以适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求的特点。具体实现方式可以包括：
其一，可以通过不同的磁性能的磁性带材，使得至少两个复合磁性材料层的磁性能不同。也就是，其可以通过采用不同磁性能的磁性带材，获得具有不同磁性能的复合磁性材料层，并通过不同磁性能的复合磁性材料层进行复合，以获得所需的磁导率范围，满足适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求。
其二，可以通过不同的单元化处理，使得至少两个复合磁性材料层的磁性能不同。也就是，其可以采用相同磁性能的磁性带材，并分别对复合磁性材料层进行不同的单元化处理，以获得具有不同磁性能的复合磁性材料层，并通过不同磁性能的复合磁性材料层进行复合，以获得所需的磁导率范围，满足适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求。
其三，其还可以采用通过不同的磁性能的磁性带材和不同的单元化处理，使得至少两个复合磁性材料层的磁性能不同的方式。也就是，采用不同磁性能的磁性带材，并分别对复合磁性材料层进行相同或不同的单元化处理，以获得具有不同磁性能的复合磁性材料层，并通过不同磁性能的复合磁性材料层进行复合，以获得所需的磁导率范围，满足适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求。
再者，还可以通过对于复合磁性材料层的层数的调控，例如通过增加高磁导率的复合磁性材料层的占比或加低磁导率的复合磁性材料层的占比的方式，来获得所需的磁导率范围，满足适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求。
本领域技术人员理解，本申请实施例提供的磁芯，主要包括多个叠层采用单元化处理工艺控制不同的磁导率和频率特性等磁性能的复合磁性材料层；此外，该磁芯还可以包括不经过单元化处理的复合磁性材料层。示例性的，由于磁性带材例如Fe基纳米晶带材的具体配方不同，其磁特性本身不同，因此除了通过单元化工艺控制磁导率和频率特性之外，还可以根据需求选取合适的磁性带材。因而，该磁芯也可以在叠层中加入不经过单元化处理或贴合处理的一层或多层不同性能的磁性带材。
本发明实施例对于磁性带材的厚度没有特殊要求，可以根据不同的磁性能需求或抗EMI需求或实际应用场景需求对磁性带材的厚度进行调控。示例性的，该磁性带材的厚度可以为微米级，例如磁性带材的厚度可以为1-100μm，可以为2-80μm，可以为5-60μm，可以为10-50μm，可以为15-30μm等。
上述磁性带材的具体类型可以是多种类型的，具体地，在一种可能的实现方式中，所述磁性带材可以为经过热处理后的铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种。也就是，该磁性带材可以为经过热处理的非晶带材，或者可以为经过热处理的纳米晶带材，或者可以为经过热处理的铁氧体带材，或者可以为经过热处理的非晶带材和纳米晶带材，即非晶带材和纳米晶带材在同一磁性带材中也可以同时存在，或者也可以为经过热处理的铁氧体带材、非晶带材和纳米晶带材。另外，磁性带材的具体类型并不限于此，而是可以包括其他类型或新开发的磁性带材。
可以理解，上述铁氧体带材可以为铁氧体薄带，上述非晶带材可以为非晶薄带，上述纳米晶带材可以为纳米晶薄带。本发明实施例对铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材的来源没有特殊的要求，如可以使用本领域常规市售商品，也可以采用本领域熟知的制备方法自行制备。
上述磁性带材可以为铁氧体带材、非晶带材和/或纳米晶带材，其中，非晶带材和纳米晶带材都是优良的软磁材料，非晶材料和纳米晶材料可以制备到30μm以下的数量级，高磁导率和高饱和磁感是其优势之一。并且，上述非晶带材和/或纳米晶带材是经过热处理的非晶带材和/或纳米晶带材，通过热处理可以使非晶或纳米晶带材中非晶状态的合金形成纳米尺度的晶粒，可以使其内应力得到释放，可以改善磁性能。相应的，对铁氧体带材进行热处理，使其内部进行固相反应，形成多晶铁氧体相，有助于达到相应磁性能。
示例性的，该磁性带材为Fe基(铁基)非晶或纳米晶材料时，是将Fe、Si、B等材料熔融成高温钢水，并利用急冷技术以约为1×10-6℃/s的冷却速度冷却形成厚度约为10-50μm的金属薄带。然而，由于金属薄带中的原子经过急速冷却不能形成有序的晶体结构，需要经过适当的热处理使其内部析出纳米尺度的晶粒。这种材料由于是金属材料，因而具有高的饱和磁通密度和起始磁导率，同时由于纳米晶粒的存在，可以提升晶界电阻率，使得材料可以应用在数十kHz至100kHz左右的频率。
应理解，上述通过不同的磁性能的磁性带材，使得至少两个复合磁性材料层的磁性能不同的方式，不仅可以通过选用不同的具体配方的磁性带材，也可以通过不同的热处理获得不同磁性能的磁性带材。
在一些实施例中，所述非晶带材包括但不限于Fe基非晶带材、Co基(钴基)非晶带材或Ni基(镍基)非晶带材中的一种或多种复合带材。
在一些实施例中，所述纳米晶带材包括但不限于Fe基纳米晶带材、Co基纳米晶带材或Ni基纳米晶带材中的一种或多种复合带材。
在一些实施例中，所述铁氧体带材包括但不限于锰锌铁氧体带材、镍锌铁氧体带材或镁锌铁氧体带材中的一种或多种复合带材。
需要说明的是，本发明实施例对于铁氧体带材、非晶或纳米晶带材的具体类型没有特殊要求，可以根据不同的磁性能需求或抗EMI需求或实际应用场景需求选用适宜的非晶或纳米晶带材。
该磁性带材可以为上述Fe基纳米晶带材、Fe基非晶带材等几种磁性带材，但并不限于此，更一般地，该磁性带材还可以为任何适宜的非晶或纳米晶软磁材料，例如还可以为坡莫合金带材等。
在一些实施例中，如图3所示，经过单元化处理的所述复合磁性材料层1具有多个单元块101；
或者，经过单元化处理的所述复合磁性材料层1分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述复合磁性材料层1分割成多个碎片单元。
通过对复合磁性材料层进行单元化处理可以减小磁性材料的面积，可以降低涡流损耗。也就是，将复合磁性材料层中的磁性带材进行小单元分割，单体小单元下的磁通小，面积小，涡流小，同时，断开了整体磁性带材面积内的大循环涡流，使得耦合后的损耗降低，减小了涡流损耗。
该单元化处理也可称为碎片化处理，经过单元化处理后的复合磁性材料层的形状结构可以是多种多样的。
示例性的，在经过单元化处理后，复合磁性材料层中的磁性带材可以形成鳞片状结构，鳞片状结构可以具有单元块或称多个碎片，相邻的单元块部分区域接触或完全不接触，相邻的单元块之间可以存在微小间隙。
可选的，鳞片状结构上的多个单元块之间的间隙呈随机分布的网状。
由此，复合磁性材料层中的磁性带材采用鳞片状结构，并且鳞片状结构具有多个存在微小间隙的单元块，相邻的单元块部分区域接触或完全不接触，可以减小单元块间隙边缘接触面积，减小涡流损耗，而且能够快速调制磁导率等磁特性，降低调制磁性能的制造工艺难度和制造周期。
本申请实施例对于单元块或碎片的尺寸、间隙的大小不作特殊限制，可以根据不同的磁性能需求或抗EMI需求或实际应用场景需求对单元块或碎片的尺寸进行调控，例如可以通过控制单元块的尺寸和间隙来实现复合磁性材料层磁导率的更精确控制。示例性的，单元块的尺寸可以为1μm-50mm，可以为0.01-10mm，可以为0.01-1mm，可以为0.1-0.5mm等。单元块的间隙可以为0.01-50μm，可以为0.02-30μm，可以为0.03-15μm，可以为0.04-5μm，可以为0.05-1μm等。
此外，该单元化处理也可以称为裂纹化处理，经裂纹化处理的复合磁性材料层的形状结构也可以是多种多样的。
例如，可以通过压印辊和与压印辊配合使用的平面辊连续进行压印裂纹化处理，从而使非晶或纳米晶带材上均匀分布有多条裂纹，且多条裂纹将磁性带材分割成多个碎片单元。其中，碎片单元的外轮廓可以是圆形、方形或其他形状等。碎片单元的外轮廓形状可以与压印辊或平面辊的网纹结构相关。
应理解，如图3所示，经过单元化处理后，复合磁性材料层1中，粘接层20还可以保持完整的结构；而磁性带材10则可以形成有多个单元块101或碎片。
该单元化处理的具体实现方式也可以是多种多样的。
示例性的，在对非晶或纳米晶带材进行单元化(碎片化)处理时，复合磁性材料层可以通过一对上齿轮压辊和下齿轮压辊之间的缝隙，上、下齿轮压辊啮合转动，上、下齿轮压辊的转动方向可以相反，以对非晶或纳米晶带材弯折碎化，非晶或纳米晶带材被剪切力挤压为细小的鳞片状结构，之后齿轮压辊不能使这些细小的鳞片结构再变小，但可以通过挤压弯折，使鳞片间相互摩擦，或者产生微小的移动，并可以通过粘接剂和保护膜对非晶或纳米晶带材起到保护或保持整体结构的作用。由此，可以使得整个制造工艺较为简单，缩短工序，提高效率。
可选的，可以将复合磁性材料层安装在单元机中，在单元机中，具有网纹结构的钢辊和与之对应的光辊对复合磁性材料层进行单元化处理，使复合磁性材料层中的磁性带材碎裂，形成若干个细小的单元块。单元块的尺寸与钢辊的网纹结构相关，本申请实施例对此不作特殊限制。
可选的，可以对复合磁性材料层进行裂纹化处理，通过控制裂纹化的程度，制备得到不同磁导率的复合磁性材料层。具体地，裂纹化处理可以通过压印设备来完成，压印设置可以包括压印辊和与压印辊配合使用的平面辊，复合磁性材料层可以经过平面辊和压印辊夹持和压印而被裂纹化处理。进一步，压印辊和平面辊夹持粘贴有粘接层的磁性带材并通过压印辊的压印实现所述磁性带材裸露面的裂纹化处理，其中压印辊的辊面可以与磁性带材的裸露面接触，平面辊的辊面可以与磁性带材上粘附的粘接层的自由面接触，从而通过压印辊的压印使得磁性带材的表面发生规则或不规则的裂纹化。
经过裂纹化处理后，可以使磁性带材上均匀分布多条裂纹，多条裂纹可以将磁性带材分割成多个碎片单元，而粘接层还可以保持完整的结构。其中，碎片单元的尺寸形状可以通过压印辊来控制，通过改变压印辊的表面形貌，以及平面辊和压印辊之间的压力、缝隙大小以及压印次数等，来控制裂纹的密度和碎片单元的大小，进而可以制备得到不同磁导率的复合磁性材料层。
在一些实施例中，所述粘接层包括粘接剂和保护膜，所述磁性带材通过所述粘接剂与所述保护膜粘结。
可以理解，上述复合磁性材料层可以由磁性带材、粘接剂和保护膜组成，其中，磁性带材通过粘接剂与保护膜粘结。
在单层的复合磁性材料层中，粘接层可以粘结于磁性带材的至少一侧表面。具体地，粘接层可以包括基材和粘接剂或胶粘剂，其中基材可以为保护膜，保护膜可以为高分子聚合物膜，粘接剂可以为聚丙烯酸类树脂。粘接层可以为单面胶带型的胶带层，也可以为双面胶带型的胶带层。
在一些实施例中，所述保护膜为高分子聚合物膜，例如可以为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)膜。
本申请实施例对于保护膜的具体类型不作限定，上述保护膜能够使用例如PET等高分子聚合物，当然也能够使用其他类似类型的高分子聚合物膜，例如聚酯膜、聚丙烯膜等。
本申请实施例对于粘接剂的具体类型不作限定，上述粘接剂能够使用例如丙烯酸类或丙烯酸衍生物类粘接剂，当然也能够使用其他种类的粘结剂。
本申请实施例提供的磁芯具有灵活性好、适用性强，可以适用于不同功率范围和频率范围的抗EMI需求的特点，其对于粘接层或保护膜的厚度要求也降低。本申请实施例对于粘接层的具体厚度不作限定，示例性的，粘接层的厚度可以为0.002mm-0.1mm，可以为0.005mm-0.1mm，可以为0.01mm-0.1mm，可以为0.02mm-0.09mm，可以为0.04mm-0.08mm等。
第二方面，本申请提供一种电感器，包括如上所述的磁芯。
可选的，所述电感器可以为共模电感。
第三方面，本申请提供一种滤波器，包括如上所述的磁芯。
可选的，所述滤波器可以为EMI滤波器。
可选的，上述电感器为共模电感，共模电感包括本申请实施例提供的磁芯；滤波器为EMI滤波器，EMI滤波器包括本申请实施例提供的共模电感。
由以上可知，包含本申请实施例提供的磁芯的电感器、滤波器，能够适用于对不同的EMI噪声源的抑制，可以满足可以不同功率范围和频率范围的抗EMI需求，其灵活性好，适应性强，并且结构简单，成本较低，可以减少抗EMI系统体积和复杂度。
本领域技术人员理解，本申请实施例提供的磁芯适用于电感器、滤波器等本领域熟知或常用的电子元器件，本申请实施例主要以电感器、滤波器为例对包含该磁芯的产品做具体阐述，然而本领域技术人员理解，本发明的原理可以在任何适当的包含该磁芯的产品中实现，基于同样的发明原理，类似的产品也能达到同样或类似的效果。此外，为了清楚和简洁，可以省略对包含该磁芯的产品的公知性能或作用或其他部件结构等的描述。
第四方面，本申请提供一种磁芯的制备方法，所述磁芯为如上所述的磁芯，所述制备方法包括：
提供磁性带材和粘接层，将磁性带材与粘接层进行覆合，得到复合磁性材料层；
将至少一个所述复合磁性材料层进行单元化处理；
将多个所述复合磁性材料层相互叠合后进行绕制，其中，至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
该磁芯的制备方法通过不同性能的层状复合磁性材料进行复合，可以达到不同功率范围和频率范围的抗EMI需求。该方法将多个复合磁性材料层叠放在一起，而后可以进行绕制，具有方法简单易行，生产效率高等特点，易于工业化大批量生产。
应当理解的是，本发明磁芯的制备方法与前述第一方面的磁芯是基于同一发明构思的，因而至少具有与前面所述的磁芯的所有特点和优势，在此不再赘述。
示例性的，该磁芯的制备方法可以包括以下步骤：
将热处理后的铁氧体薄带、纳米晶薄带和/或非晶薄带贴合在PET或者其他基材的涂有粘接剂的胶带上，得到复合磁性材料层；
使用单元化方法将复合磁性材料层制作成特定磁导率的复合薄带；
根据需要，将不同磁导率的复合薄带叠层绕制成环形或其他封闭形状，可以同时绕制一层以上，其中，可以使至少两层复合磁性材料层的磁性能不同；
加热固化成最终成品。
在一些实施例中，磁性带材为铁氧体带材、非晶带材和/或纳米晶带材，所述制备方法还包括对所述铁氧体带材、非晶带材和/或纳米晶带材进行热处理的步骤。
在一些实施例中，所述非晶带材的热处理温度范围为350-500℃，进一步可以为350-480℃，进一步可以为350-450℃，进一步可以为360-440℃；非晶带材的热处理时间为0.1-10h，进一步可以为0.2-8h，进一步可以为0.5-6h，进一步可以为1-4h。
所述纳米晶带材的热处理温度范围为400-600℃，进一步可以为420-600℃，进一步可以为450-590℃，进一步可以为500-580℃；纳米晶带材的热处理时间为0.1-10h，进一步可以为0.2-8h，进一步可以为0.5-6h，进一步可以为1-4h。
所述铁氧体带材的热处理温度范围为1000-1450℃，进一步可以为1050-1400℃，进一步可以为1100-1380℃，进一步可以为1150-1350℃；铁氧体带材的热处理时间为0.1-10h，进一步可以为0.2-8h，进一步可以为0.5-6h，进一步可以为1-4h。
进一步，热处理可以在真空、保护气氛例如惰性气氛或还原性气氛下进行，其中，保护气氛可以为氮气、氢气和氩气中的一种或几种或是氮气和空气的混合气体。通过热处理可以使非晶或纳米晶带材中非晶状态的合金形成纳米尺度的晶粒，从而提高复合磁性材料层的磁导率，降低涡流损耗。
进一步，对于磁性带材进行热处理完成后，可以将磁性带材通过粘接剂与保护膜粘结，即将带有粘接剂的保护膜覆合在上述经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合磁性材料层。本发明实施例对覆合磁性带材和保护膜的方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的覆合方式即可。其中的保护膜不仅可以起到保护作用，也可以起到粘合相邻的复合磁性材料层的作用。
在一些实施例中，将所述复合磁性材料层进行单元化处理，使其中的磁性带材形成有多个单元块；
或者，使其中的磁性带材分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述磁性带材分割成多个碎片单元。
在一些实施例中，进行绕制之后，还包括固化的步骤；
固化的温度为60-120℃，时间为0.1-10h。
根据本发明实施例，该磁芯可以是由多个包含铁氧体带材、纳米晶带材和/或非晶带材的复合磁性材料层相互叠合构成的卷绕抗EMI磁芯。该磁芯的制备方法，可以是将多层复合磁性材料层叠层进行一次卷绕成型的方法，其可以将卷带状的多个复合磁性材料层叠层同时放料，经过卷绕机构一次卷绕叠加成为所需形状的磁芯。其中，多个叠层可以采用单元化工艺控制不同的磁导率和频率特性等磁性能。
具体地，在一些实施例中，该磁芯的制备方法可以包括以下步骤：
S1、热处理：将纳米晶带材和/或非晶带材进行热处理，例如将Fe基纳米晶带材在400-600℃真空、惰性气体或者还原性气体下，进行热处理0.1-10h。
S2、将0.002-0.1mm的一面涂有丙烯酸胶粘剂的PET膜(PET胶带)，贴合在步骤S1得到的磁性带材的一面，其中胶粘剂朝向磁性带材，得到复合磁性材料层。
S3、单元化处理：使用单元化工艺将复合磁性材料层的磁导率控制在300-100000。
S4、根据需求设计堆叠的层次，即设计所需复合磁性材料层的具体层数；如EMI噪声高频率占比大，则可以增加低磁导率带材的占比，反之则可以增加高磁导率的占比。
S5、绕制：多层并行绕制。
S6、固化：在60-120℃下烘烤0.1-10h，对上述磁芯进行固化。
应当理解的是，上述磁芯及其制备方法和包括该磁芯的产品中未详细描述的内容，均是本领域技术人员容易想到的常用参数或常规操作方式，可以参照现有技术，或由本领域技术人员根据实际情况进行调控，因此可以省略对其的详细说明。
具体地，以下结合具体实施例和对比例说明本发明的效果，但本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
使用市售1k107B纳米晶带材(厚度20μm±2μm，宽度10mm)为原材料，生产滤波电感磁芯。具体包括以下步骤：
S1：将原料带材分卷为300m±50m的小卷，放入热处理炉进行热处理。
S2：热处理制度：以2℃/min的升温速率升温至560℃，之后保温90min，接着自然冷却至200℃，然后从炉中取出，冷却至室温。整个热处理过程中，使用99.999％以上纯度的氮气作为保护气氛。
S3：热处理后的材料相对磁导率达到13000～20000@100kHz；
S4：在热处理后的磁性带材其中一面贴覆一面涂有亚克力粘合剂的PET薄膜，薄膜总厚度为5μm±1μm。
S5：使用40目网纹压辊进行单元化作业，使其带材相对磁导率降低至2000～3000@100kHz；
S6：将一层经过S4步骤的带材和一层经过S5步骤的带材进行复合卷绕，绕制成为内径10mm±0.5mm，外径20mm±1mm，高度5mm±0.5mm的圆形磁环。
对实施例1所得到的磁环进行性能测试，该磁环的频率特性曲线测试如图5所示。
对比例1
作为对比，使用市售1k107B纳米晶带材(厚度20μm±2μm，宽度10mm)为原材料，生产滤波电感磁芯。
S1：将原料带材分卷为300m±50m的小卷，放入热处理炉进行热处理。
S2：热处理制度：以2℃/min的升温速率升温至560℃，之后保温90min，接着自然冷却至200℃，然后从炉中取出，冷却至室温。整个热处理过程中，使用99.999％以上纯度的氮气作为保护气氛。
S3：热处理后的材料相对磁导率达到13000～20000@100kHz。
S4：将一层经过S3步骤的带材绕制成为内径10mm±0.5mm，外径20mm±1mm，高度5mm±0.5mm的圆形磁环。
对对比例1所得到的磁环进行性能测试，该磁环的频率特性曲线测试如图5所示。
实施例2
使用市售1k107B纳米晶带材(厚度20μm±2μm，宽度10mm)为原材料，生产滤波电感磁芯。
S1：将原料带材分卷为300m±50m的小卷，放入热处理炉进行热处理。
S2：热处理制度：以2℃/min的升温速率升温至560℃，之后保温90min，接着自然冷却至200℃，然后从炉中取出，冷却至室温。整个热处理过程中，使用99.999％以上纯度的氮气作为保护气氛。
S3：热处理后的材料相对磁导率达到13000～20000@100kHz；
S4：在热处理后的磁性带材其中一面贴覆一面涂有亚克力粘合剂的PET薄膜，薄膜总厚度为5μm±1μm。
S5：使用40目网纹压辊进行单元化作业，使其带材相对磁导率降低至2000～3000@100kHz；
S6：将一层经过S5步骤的带材绕制成为内径10mm±0.5mm，外径20mm±1mm，高度5mm±0.5mm的圆形磁环。
对实施例2所得到的磁环进行性能测试，该磁环的频率特性曲线测试如图5所示。
综合以上，从图5可以看出，实施例2经过单元化工艺后绕制的带材虽然低频阻抗降低，但是其高频阻抗提高；而实施例1经过组合绕制后的产品，在低频阻抗些许降低的情况下，明显提升了高频阻抗，由此很好的进行了阻抗曲线的调制。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
需要指出的是，本专利申请文件的一部分包含受著作权保护的内容。除了对专利局的专利文件或记录的专利文档内容制作副本以外，著作权人保留著作权。

Claims (13)

1.一种磁芯，其特征在于，所述磁芯由多个复合磁性材料层相互叠合绕制而成；
单个所述复合磁性材料层包括磁性带材和粘接层；
至少一个所述复合磁性材料层是经过单元化处理后得到的复合磁性材料层；
至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
2.根据权利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述磁性带材为经过热处理后的铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的磁芯，其特征在于，所述非晶带材包括Fe基非晶带材、Co基非晶带材或Ni基非晶带材中的至少一种；
和/或，所述纳米晶带材包括Fe基纳米晶带材、Co基纳米晶带材或Ni基纳米晶带材中的至少一种；
和/或，所述铁氧体带材包括锰锌铁氧体带材、镍锌铁氧体带材或镁锌铁氧体带材中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的磁芯，其特征在于，经过单元化处理的所述复合磁性材料层具有多个单元块；
或者，经过单元化处理的所述复合磁性材料层分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述复合磁性材料层分割成多个碎片单元。
5.根据权利要求1-4任一项所述的磁芯，其特征在于，所述粘接层包括粘接剂和保护膜，所述磁性带材通过所述粘接剂与所述保护膜粘结；
所述保护膜为高分子聚合物膜。
6.根据权利要求1-4任一项所述的磁芯，其特征在于，通过不同的磁性能的磁性带材，和/或，通过不同的单元化处理，使得至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
7.一种电感器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的磁芯。
8.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的磁芯。
9.一种磁芯的制备方法，其特征在于，所述磁芯为权利要求1-6任一项所述的磁芯，所述制备方法包括：
将磁性带材与粘接层进行覆合，得到复合磁性材料层；
将至少一个所述复合磁性材料层进行单元化处理；
将多个所述复合磁性材料层相互叠合后进行绕制，其中，至少两个所述复合磁性材料层的磁性能不同。
10.根据权利要求9所述的磁芯的制备方法，其特征在于，所述磁性带材为铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种，所述制备方法还包括对所述铁氧体带材、非晶带材或纳米晶带材中的至少一种进行热处理的步骤。
11.根据权利要求10所述的磁芯的制备方法，其特征在于，所述非晶带材的热处理温度范围为350-500℃，
所述纳米晶带材的热处理温度范围为400-600℃；
所述铁氧体带材的热处理温度范围为1000-1450℃。
12.根据权利要求9所述的磁芯的制备方法，其特征在于，将所述复合磁性材料层进行单元化处理，使其中的磁性带材形成有多个单元块；
或者，使其中的磁性带材分布有多条裂纹，所述多条裂纹将所述磁性带材分割成多个碎片单元。
13.根据权利要求9-12任一项所述的磁芯的制备方法，其特征在于，进行绕制之后，还包括固化的步骤；
固化的温度为60-120℃，时间为0.1-10h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113707443A (zh) * 2021-08-23 2021-11-26 横店集团东磁股份有限公司 一种纳米晶磁芯的制备方法及纳米晶磁芯
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