CN111667990A - 磁性元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子元器件技术领域，具体公开一种磁性元件及其制备方法。磁性元件包括柱状磁芯、导线和磁性体。导线具有绕设于柱状磁芯外围的线圈段及自线圈段的端部引出的连接段；磁性体至少包覆柱状磁芯和导线的线圈段，导线的连接段至少部分暴露于磁性体外。柱状磁芯的设置有效增大了线圈段中心的磁场密度，有利于保障该磁性元件的磁性能达到最佳化。将磁芯设置成柱状，更利于线圈段的缠绕。另外，由于连接段无需与导线框架连接，因此，连接段的位置不受导线框架的限制，即线圈段的端部可不受导线框架的限制，线圈段可以设置成实际所需大小，因为可将线圈段最大化设置，进一步地提升该磁性元件的磁性能，进而达到优化其能量转换和储存性能的效果。

Description

磁性元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，特别是涉及一种磁性元件及其制备方法。

背景技术

在电子技术领域中，磁性元件是能量转换和储存的核心部件，其性能关系到整个系统的效率和性能。磁性元件主要包括电感器和变压器两大类，其中，以电感器为例，电感器是一种能够把电能转化为磁能并存储起来的元件，又称扼流器、电抗器或动态电抗器。

现有的电感器的制作过程通常是首先将空心线圈的内端和外端分别与引线框架上不同的两个连接端焊接在一起，然后将粉末状模塑材料以完全包围空心线圈的方式注入模具中，再通过粉末成型机压制成型，最后切割掉引线框架，并将引线折叠到电感器的底表面。但是，上述方式受限于导线框架，导致空心线圈无法做到最大化，并且线圈中柱密度较小，磁性能无法发挥最佳化，进而很大程度上降低了电感器的能量转换和储存性能。同理，其他与电感器类似的磁性元件也具有同样的上述缺陷。

发明内容

基于此，有必要针对现有的磁性元件的能量转换和储存性能较差的问题，提供一种磁性元件及其制备方法。

一种磁性元件，包括：

柱状磁芯；

导线，具有绕设于所述柱状磁芯外围的线圈段，以及自所述线圈段的端部引出的连接段；

磁性体，至少包覆所述柱状磁芯和所述导线的线圈段，所述导线的连接段至少部分暴露于所述磁性体外。

在其中一个实施例中，所述柱状磁芯的形状为椭圆柱状、三棱柱状、四方柱状以及六角柱状中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述柱状磁芯的材料为合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述柱状磁芯的高度大于等于所述线圈段的高度。

在其中一个实施例中，所述导线为条带形导线或圆形导线。

在其中一个实施例中，所述线圈段包括相对的第一端和第二端，所述连接段包括与所述第一端连接的第一段以及与所述第二端连接的第二段，所述第一段和所述第二段对称设置于所述线圈段两侧。

在其中一个实施例中，所述第一段和所述第二段呈L型或U型或一字型。

在其中一个实施例中，所述磁性体由铁基非结晶粉末、铁硅铝合金粉末、透磁合金粉末、铁硅合金粉末、奈米结晶合金粉末中的至少两种材料混合而成。

在其中一个实施例中，暴露于所述磁性体外的所述连接段的表面包覆有金属层。

一种如上述的磁性元件的制备方法，所述方法包括：

将导线绕设于柱状磁芯的外围，以形成线圈段，并从线圈段的端部引出连接段；

将绕设有导线的柱状磁芯放置于模具内，在模具内填充磁性材料，通过热压成型工艺得到完全包覆柱状磁芯和导线的磁性体；

对磁性体进行研磨，以使导线的连接段部分露出。

在其中一个实施例中，在所述对磁性体进行研磨的步骤之前，所述方法还包括：

对成型的磁性体进行烘烤。

在其中一个实施例中，所述导线为漆包线；在所述对磁性体进行研磨，以使导线的连接段部分露出的步骤之后，所述方法还包括：

去除露出的导线连接段上的漆料；

在去除掉漆料的连接段的表面形成金属层。

上述磁性元件，包括柱状磁芯、导线以及磁性体，导线的线圈段绕设于柱状磁芯外围，磁性体至少包覆柱状磁芯和导线的线圈段，导线的连接段至少部分暴露于磁性体外。柱状磁芯的设置有效增大了线圈段中心的磁场密度，有利于保障该磁性元件的磁性能达到最佳化。并且，将磁芯设置成柱状，更利于线圈段的缠绕。另外，由于连接段无需与导线框架连接，因此，连接段的位置不受导线框架的限制，即线圈段的端部可不受导线框架的限制，线圈段可以设置成实际所需大小，因为可将线圈段最大化设置，进一步地提升该磁性元件的磁性能，进而达到优化其能量转换和储存性能的效果。

附图说明

图1为一个实施例提供的磁性元件的结构爆炸示意图；

图2为一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图3为一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图4为另一个实施例提供的磁性元件的结构爆炸示意图；

图5为另一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图6为另一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图7为又一个实施例提供的磁性元件的结构爆炸示意图；

图8为又一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图9为又一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图10为再一个实施例提供的磁性元件的结构爆炸示意图；

图11为再一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图12为再一个实施例提供的磁性元件的装配示意图；

图13为一个实施例提供的磁性元件的制备方法的流程框图；

图14为另一个实施例提供的磁性元件的制备方法的流程框图；

图15为又一个实施例提供的磁性元件的制备方法的流程框图。

附图标记说明：

10、柱状磁芯；

20、导线；201、线圈段；2011、第一端；2012、第二端；202、连接段；2021、第一段；2022、第二段；

30、磁性体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如背景技术所述，现有的电感器的制作过程需要依赖于导线架。首先将导线绕制成线圈；然后将线圈的两端引线焊接在导线架上；再将上述结构置入模具中，向模具中注入粉末状模塑材料，并通过粉末成型机压制成型；最后将导线架切断，形成最终的电感器。

上述电感器的制作由于需要应用导线架，导线的两端需与导线架的两个延伸端焊接，因此，绕设后的线圈的大小需适应导线架的大小，不易过大，由此使得制得的电感器的磁性能受到限制。同时，线圈中心的磁感线密度较小，进一步限制了电感器的磁性能，进而降低了电感器的能量转换和储存性能。

同样地，与电感器制作过程接近的变压器等各种磁性元件也存在以上问题。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种磁性元件，该磁性元件可以为电感器，也可以为变压器，还可以为其他磁性元件。本实施例中，以电感器为例进行说明。

如图1-12所示，本申请实施例所提供的磁性元件包括柱状磁芯10、导线20以及磁性体30。其中，导线20具有绕设于柱状磁芯10外围的线圈段201，以及自线圈段201的端部引出的连接段202；磁性体30至少包覆柱状磁芯10和导线20的线圈段201，导线20的连接段202至少部分暴露于磁性体30外。

将磁芯设置为柱状，便于将导线20绕制为线圈。另外，磁芯的设置能够有效增大线圈段201中心的磁场密度，利于保障该磁性元件的磁性能达到最佳化。同时，磁芯的设置也起到了支撑线圈段201的作用。

具体地，本实施例中，柱状磁芯10的形状可以选自椭圆柱状、三棱柱状、四方柱状、六角柱状以及跑道柱状中的任意一种。其中，椭圆柱状也包括了圆柱状，圆柱状属于椭圆柱状的一种。作为一种优选的实施方式，本实施例中将柱状磁芯10的形状设置为圆柱状，圆柱状外表面较为平整光滑，减小了导线20绕设的阻力，同时也避免与磁芯外表面接触的导线20因磁芯的外围棱角受到损坏。

当然，还可以将柱状磁芯10的形状设置为其他类型，只要不影响线圈段201的绕制即可，在此不一一列举。

在其中一个实施例中，柱状磁芯10的材料为合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种。具体地，柱状磁芯10是通过对合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种材料的混合材料进行压制而成。通过上述材料压制形成的磁芯的损耗较低。当然，还可以根据实际需求选用其他材料混合而成，在此不做一一列举。

在其中一个实施例中，柱状磁芯10的高度大于等于线圈段201的高度。这里需要说明的是，柱状磁芯10的高度和线圈段201的高度均指的是轴向上的高度。将柱状磁芯10的高度设置为大于等于线圈段201的高度，一方面确保线圈段201能够全部绕设于柱状磁芯10的外围，避免导线20从柱状磁芯10上脱落的情况，另一方面使得线圈段201中心的磁通密度均得到增强，且较为均匀。

在其中一个实施例中，导线20为条带形导线或圆形导线。条带形导线和圆形导线均适用于本方案。作为一种优选的实施方式，本实施例中选用圆形导线。圆形导线应用较为广泛，并且绕制为线圈时较为规整。本实施例中的导线20可以选用漆包线，漆包线由导体和包覆于导体外围的绝缘层组成。

导线20包括线圈段201和连接段202，其中，线圈段201是由导线20绕设于柱状磁芯10外围而形成的螺旋结构，连接段202是由线圈段201的端部引出的一段导线。

在其中一个实施例中，线圈段201包括相对的第一端2011和第二端2012，连接段202包括第一段2021和第二段2022，连接段202的第一段2021与线圈段201的第一端2011连接，连接段202的第二段2022与线圈段201的第二端2012连接，并且，第一段2021和第二段2022对称设置于线圈段201两侧。

一般地，线圈段201的第一端2011和第二端2012分别位于线圈段201的两个相反的绕制方向，且对称位于线圈段201的两侧，这里所说的是线圈段201的两侧可以指线圈段201的轴向两侧，也可以指线圈段201的周向两侧，作为一种优选的实施方式，第一端2011和第二端2012对称位于线圈段201的周向两侧，即是说，连接段202的第一段2021和第二段2022对称设置于线圈段201的周向两侧。

需要说明的是，连接段202与线圈段201可以为一体结构，即是说，连接段202是对线圈段201的端部进行加工形成，例如对线圈段201的端部进行弯折处理从而形成连接段202；连接段202与线圈段201也可以为分立结构，即是说，连接段202与线圈段201之间可以为独立的两个部件，在实际应用中，将连接段202与线圈段201组合连接在一起。

在其中一个实施例中，连接段202的第一段2021和第二段2022可以呈L型或U型或一字型。

由于第一段2021和第二段2022结构相同，因此下文仅以第一段2021进行描述。

如图1-3所示，当连接段202的第一段2021呈L型时，该L型可以位于水平方向，也可以位于竖直方向。当L型位于水平方向时，第一段2021部分暴露于磁性体30的侧面。当L型位于竖直方向时，第一段2021部分暴露于磁性体30的底面。

如图4-6或图7-9所示，当连接段202的第一段2021呈U型时，该U型以贴近线圈段201的方式设置，该U型位于竖直方向，此时，第一段2021可以暴露于磁性体30的底面，也可以暴露于磁性体30的侧面。当第一段2021暴露于磁性体30的底面时，可以是U型靠近磁性体30底面的一侧暴露于磁性体30的底面，当第一段2021暴露于磁性体30的侧面时，可以是U型未与线圈段201连接的自由端暴露于磁性体30的侧面。作为一种可替换的实施方式，U型还可以以远离线圈段201的方式设置，U型的开口方向朝向线圈段201，该种形式下，U型结构中与线圈段201连接的一侧被磁性体30包覆，另一侧暴露于磁性体30的底面，连接U型两侧的部位暴露于磁性体30的侧面。

如图10-12所示，当连接段202的第一段2021呈一字型时，第一段2021贴近线圈段201，沿着线圈段201端部的延伸方向向磁性体30的侧面延伸，并部分暴露在磁性体30外。

具体地，暴露于磁性体30外的连接段202的长度可以有多种，不易过长也不易过短，可以根据实际需求进行设定，在此不做具体限制。

以上为导线20的几种结构，当然还可以有其他结构形式，只要满足连接段202部分暴露于磁性体30外即可，在此不一一列举。

本实施例中，暴露于磁性体30外的连接段202即作为该磁性元件的引脚，通过引脚将该磁性元件接入各种电路中。

在其中一个实施例中，暴露于磁性体30外的连接段202表面包覆有金属层。金属层的设置是为了实现连接段202与电路之间的电性连接，进而发挥该磁性元件的电性作用。其中，金属层一般可以为金属银层。

在其中一个实施例中，磁性体30由铁基非结晶粉末、铁硅铝合金粉末、透磁合金粉末、铁硅合金粉末、奈米结晶合金粉末中的至少两种材料混合而成。具体地，磁性体30是通过热压成型工艺对铁基非结晶粉末、铁硅铝合金粉末、透磁合金粉末、铁硅合金粉末、奈米结晶合金粉末中的至少两种材料混合压制而成。其中，除了上述材料之外，还可以添加热固性材料，例如树脂等材料与上述材料共同压制。

其中，磁性体30可以呈长方体壳体状，也可以呈其他形状，这取决于热压成型工艺时采用的模具形状，在此不做具体限制。

上述磁性元件，包括柱状磁芯10、导线20以及磁性体30，导线20的线圈段201绕设于柱状磁芯10外围，磁性体30至少包覆柱状磁芯10和导线20的线圈段201，导线20的连接段202至少部分暴露于磁性体30外。柱状磁芯10的设置有效增大了线圈段201中心的磁场密度，有利于保障该磁性元件的磁性能达到最佳化。并且，将磁芯设置成柱状，更利于线圈段201的缠绕。另外，由于连接段202无需与导线20框架连接，因此，连接段202的位置不受导线20框架的限制，即线圈段201的端部可不受导线20框架的限制，线圈段201可以设置成实际所需大小，因为可将线圈段201最大化设置，进一步地提升该磁性元件的磁性能，进而达到优化其能量转换和储存性能的效果。

本申请实施例还提供一种上述的磁性元件的制备方法。如图13所示，本申请实施例所提供的磁性元件的制备方法包括以下步骤：

步骤S20：将导线20绕设于柱状磁芯10的外围，以形成线圈段201，并从线圈段201的端部引出连接段202。

具体地，可以保持导线20的一端不动，拉动导线20的另一端沿柱状磁芯10的外围周向绕设形成导线20的线圈段201。也可以保持导线20的中部固定不动，同时拉动导线20的两端沿相反的方向在柱状磁芯10的外围绕设形成导线20的线圈段201。

线圈段201具有第一端2011和第二端2012(即为上述导线20的一端和另一端)，连接段202可以是通过对线圈段201的一端和第二端2012加工处理而形成的，也可以是连接到线圈段201的端部。对应于线圈段201的第一端2011和第二端2012，连接段202具有与第一端2011连接的第一段2021，以及与第二端2012连接的第二段2022，连接段202的第一段2021和第二段2022可以呈L型或U型或一字型。

以连接段202的第一段2021为例进行说明：当连接段202的第一段2021呈L型时，该L型可以位于水平方向，也可以位于竖直方向。当连接段202的第一段2021呈U型时，该U型以贴近线圈段201的方式设置，该U型位于竖直方向。当连接段202的第一段2021呈一字型时，第一段2021贴近线圈段201，并朝远离线圈段201的方向延伸。

在其中一个实施例中，导线20为条带形导线或圆形导线。条带形导线和圆形导线均适用于本方案。作为一种优选的实施方式，本实施例中选用圆形导线。圆形导线应用较为广泛，并且绕制为线圈时较为规整。本实施例中的导线20可以选用漆包线，漆包线由导体和包覆于导体外围的绝缘层组成。

具体地，本实施例中，柱状磁芯10的形状可以选自椭圆柱状、三棱柱状、四方柱状、六角柱状以及跑道柱状中的任意一种。其中，椭圆柱状也包括了圆柱状，圆柱状属于椭圆柱状的一种。作为一种优选的实施方式，本实施例中将柱状磁芯10的形状设置为圆柱状，圆柱状外表面较为平整光滑，减小了导线20绕设的阻力，同时也避免与磁芯外表面接触的导线20因磁芯的外围棱角受到损坏。

当然，还可以将柱状磁芯10的形状设置为其他类型，只要不影响线圈段201的绕制即可，在此不一一列举。

在其中一个实施例中，柱状磁芯10的材料为合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种。具体地，柱状磁芯10是通过对合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种材料的混合材料进行压制而成。通过上述材料压制形成的磁芯的损耗较低。当然，还可以根据实际需求选用其他材料混合而成，在此不做一一列举。

在其中一个实施例中，柱状磁芯10的高度大于等于绕设形成的线圈段201的高度。这里需要说明的是，柱状磁芯10的高度和线圈段201的高度均指的是轴向上的高度。柱状磁芯10的高度大于等于线圈段201的高度，使得线圈段201中心的磁通密度均得到增强，且较为均匀。

步骤S40：将绕设有导线20的柱状磁芯10放置于模具内，在模具内填充磁性材料，通过热压成型工艺得到完全包覆柱状磁芯10和导线20的磁性体30。

其中，模具为一侧开口结构，一般为长方体状。磁性材料包括铁基非结晶粉末、铁硅铝合金粉末、透磁合金粉末、铁硅合金粉末、奈米结晶合金粉末中的至少两种材料，另外，磁性材料还包括热固性材料，例如树脂等。通过热压工艺对完全覆盖柱状磁芯10和导线20的磁性材料进行压制，最终形成完全包覆柱状磁芯10和导线20的磁性体30。热压工艺中涉及到的参数，例如时间和压力等参数，可根据实际需求来设定，在此不做具体限制。

步骤S60：对磁性体30进行研磨，以使导线20的连接段202部分露出。

当压制完成磁性体30后，通过研磨工艺对磁性体30进行研磨，研磨位置主要是连接段202所在位置，以使连接段202部分露出。具体使连接段202露出多少可视实际需求而定。

在其中一个实施例中，如图14所示，在步骤S60，即，对磁性体30进行研磨的步骤之前，本申请实施例所提供的磁性元件的制备方法还包括以下步骤：

步骤S50：对成型的磁性体30进行烘烤。当压制完成磁性体30后，需要对该磁性体30进行烘烤固化。烘烤固化的时间可视实际需求而定。

在其中一个实施例中，如图15所示，在步骤S60，即，对磁性体30进行研磨，以使导线20的连接段202部分露出的步骤之后，本申请实施例所提供的磁性元件的制备方法还包括以下步骤：

步骤S70：去除露出的导线20连接段202上的漆料。由于采用的是漆包线，因此露出的导线20连接段202的外侧具有一层绝缘漆层，此时可以通过镭射剥漆工艺将连接段202外侧的绝缘漆层去除。

步骤S80：在去除掉漆料的连接段202表面形成金属层。当去除掉漆料后，可以通过电镀工艺在连接段202表面形成金属层，金属层可以选用银层。金属层的设置实现了连接段202与电路之间的电性连接，进而发挥该磁性元件的电性作用。

上述磁性元件的制备方法，无需依赖导线架，可以将线圈段201最大化设置，并且柱状磁芯10的设置有效增大了线圈段201中心的磁场密度，保障该磁性元件的磁性能达到最佳化，进而达到优化其能量转换和储存性能的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种磁性元件，其特征在于，包括：

柱状磁芯；

导线，具有绕设于所述柱状磁芯外围的线圈段，以及自所述线圈段的端部引出的连接段；

磁性体，至少包覆所述柱状磁芯和所述导线的所述线圈段，所述导线的所述连接段至少部分暴露于所述磁性体外。

2.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述柱状磁芯的形状为椭圆柱状、三棱柱状、四方柱状以及六角柱状中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述柱状磁芯的材料为合金磁性材料、非晶材料、铁氧体以及羰基铁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述柱状磁芯的高度大于等于所述线圈段的高度。

5.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述导线为条带形导线或圆形导线。

6.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述线圈段包括相对的第一端和第二端，所述连接段包括与所述第一端连接的第一段以及与所述第二端连接的第二段，所述第一段和所述第二段对称设置于所述线圈段两侧。

7.根据权利要求6所述的磁性元件，其特征在于，所述第一段和所述第二段呈L型或U型或一字型。

8.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性体由铁基非结晶粉末、铁硅铝合金粉末、透磁合金粉末、铁硅合金粉末、奈米结晶合金粉末中的至少两种材料混合而成。

9.根据权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，暴露于所述磁性体外的所述连接段的表面包覆有金属层。

10.一种如上述权利要求1-9任一项所述的磁性元件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将导线绕设于柱状磁芯的外围，以形成线圈段，并从所述线圈段的端部引出连接段；

将绕设有所述导线的所述柱状磁芯放置于模具内，在模具内填充磁性材料，通过热压成型工艺得到完全包覆所述柱状磁芯和所述导线的磁性体；

对所述磁性体进行研磨，以使所述导线的所述连接段部分露出。

11.根据权利要求10所述的磁性元件的制备方法，其特征在于，在所述对所述磁性体进行研磨的步骤之前，所述方法还包括：

对成型的所述磁性体进行烘烤。

12.根据权利要求10所述的磁性元件的制备方法，其特征在于，所述导线为漆包线；在所述对所述磁性体进行研磨，以使所述导线的所述连接段部分露出的步骤之后，所述方法还包括：

去除露出的所述导线的所述连接段上的漆料；

在去除掉漆料的所述连接段的表面形成金属层。

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