CN113178312A - 一种直流叠加特性高的一体成型电感 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一体成型电感技术领域，具体涉及一种直流叠加特性高的一体成型电感，包括磁体和空心线圈，所述空心线圈的两个引出线端平行且间距小于空心线圈的内径，两个引出线端脱漆后进行扁平化整理；所述磁体包括线圈卡座，所述线圈卡座整体为矩形块，在矩形块的正表面设有环形凹槽，线圈卡座的一侧设有开槽；所述开槽靠近线圈卡座侧面的部分设有卡口，线圈卡座底面对应开槽的位置设有互相平行的条形凹槽。本发明相比现有技术具有以下优点：通过合理制备以及处理冷压磁粉颗粒和热压磁粉颗粒，使所得电感在缩小尺寸保持大电流的情况下，减少磁芯损耗，提高直流叠加特性，保证产品一致性及良品率。

Description

一种直流叠加特性高的一体成型电感
技术领域
本发明属于一体成型电感技术领域，具体涉及一种直流叠加特性高的一体成型电感。
背景技术
随着电子产品小型化和高性能的需求增加，对微型电感的要求也越来越高，小型化、高密度的电子组件容易在制造过程中，对于同种磁芯材料，颗粒大小会影响成型电感的电感量，磁芯颗粒越大，磁导率越高，但同时会在压制过程中容易刺破铜线，空心线圈通常点焊技术很可能会出现虚焊、漏焊的现象，可靠性差，影响产品良品率，专利号为201821442608.X的申请文件中公开了模具灌注成型绕线式电感器，通过设置套合组装使电感器直流叠加值有效提高且降低能耗，但并未公开具体数值，且无法满足产品小型化的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有曝气装置结构复杂，搅拌过程阻力过大且容易受力不均的问题，提供了一种直流叠加特性高的一体成型电感。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种直流叠加特性高的一体成型电感，包括磁体和空心线圈，所述空心线圈为漆包铜线由绕线治具缠绕定型，所述空心线圈的两个引出线端平行且间距小于空心线圈的内径，两个引出线端脱漆后进行扁平化整理；所述磁体包括线圈卡座，所述线圈卡座整体为矩形块，在矩形块的正表面设有环形凹槽，线圈卡座的一侧设有两个对称设置的开槽，两个开槽之间的间距与两个引出线端之间的距离相同；所述开槽的相对于线圈卡座正表面的深度与环形凹槽的深度相同，所述开槽靠近线圈卡座侧面的部分设有卡口，线圈卡座底面对应开槽的位置设有互相平行的条形凹槽；所述引出线端长度为线圈卡座长度的两倍；
所述线圈卡座由粒径为120-140μm的冷压磁粉颗粒在冷压模具的模腔中冷压得到，冷压压力为1.5-2.0GPa；完成后在温度为350-450℃的氮气氛围中处理1小时，完成后自然冷却至室温，置于装有去离子水的超声波处理装置中处理，超声频率为10-20kHz，处理时长为10-20分钟；超声处理完成后，在温度为120-140℃的条件下处理40-60分钟，自然冷却后即得；
将空心线圈套设于线圈卡座上，使空心线圈的两个引出线端设于开槽内，然后在卡口处一次弯折引出线端，完成后沿卡口底部二次弯折引出线端，使引出线端的末端嵌设于条形凹槽内，得到中间体；
将中间体置于热压模具中，在热压模具中填充粒径为60-80μm的热压磁粉颗粒，热压模具在压紧位于线圈卡座底部引出线端的同时，热压磁粉颗粒将线圈卡座的缺口处填平，得到引出线端位于线圈卡座底部表面的矩形体，热压压力为400-600MPa；热压完成后在温度为200℃的条件下处理1-2小时，随炉冷却后在温度为-40℃的条件下处理20-30分钟，完成后自然恢复至室温，再次在温度为120-160℃的条件下处理1-2小时，即得。
具体的，所述冷压磁粉颗粒为的等效相对磁导率为110-120；所述热压磁粉颗粒的等效相对磁导率为85-95；
具体的，所述冷压磁粉颗粒和热压磁粉颗粒的主要成分均为铁硅铝粉料；铁硅铝粉料的成分按质量包括硅7.8-8.6%、铝6.8-7.2%、余量为铁及其他微量杂质；
冷压磁粉颗粒包括硅酮树脂4.2-4.6wt%、100目黑云母粉1.2-1.8wt%、铬酸0.3-0.4wt%、正硅酸乙酯1-2wt%、硬脂酸锌0.08-0.14wt%、余量为铁硅铝粉料；其制备方法为，铁硅铝粉料在1000℃的氢气氛围中处理1小时，能够保证铁硅铝粉料的纯度，然后依次加入100目黑云母粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀并干燥后使用；
热压磁粉颗粒包括硅酮树脂3.2-3.6wt%、长石粉2.4-2.8wt%、铬酸0.2-0.3wt%、正硅酸乙酯0.4-0.6wt%、硬脂酸锌0.22-0.28wt%、余量为铁硅铝粉料；其制备方法为，将铁硅铝粉料在温度为800-1000℃氮气氛围中处理3-4小时，然后依次加入长石粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀后保持280-320℃搅拌40-60分钟即可；
其中，所述长石粉的电导率为108-116μs·cm-1。
分别对冷压磁粉颗粒和热压磁粉颗粒进行处理，能够有效降低其功率损耗。
具体的，所述卡口处在热压完成后引出线端外侧的热压磁粉颗粒厚度为0.6-0.8mm。
具体的，所述热压磁粉颗粒在填充前在温度为150-170℃的条件下预热10-20分钟，与热压磁粉颗粒。
具体的，两个引出线端脱漆后进行扁平化整理中，两根引出线端脱漆以及扁平化整理部分位于线圈卡座底部，能够避免在电感的制备过程中损坏线圈，保证其工作稳定性。
具体的，所述漆包铜线为圆线或扁线，能够适应不同的使用场景。
本发明相比现有技术具有以下优点：铁硅铝是一种低损耗、相对高饱和度的材料，适用于功率因数校正电路以及单向驱动的应用，并且据有高储能以及高温下性能稳定的优点，本发明中通过合理制备以及处理冷压磁粉颗粒和热压磁粉颗粒，使所得电感在缩小尺寸保持大电流的情况下，减少磁芯损耗，其中冷压磁粉颗粒粒径较大，有助于提高电感量，预先压制成型并进行相应处理，能在不影响线圈的同时提高磁导率，在固定空心线圈后进行热压，减小压制压力，避免热压磁粉颗粒刺破漆包铜线，保证空心线圈的稳定性和可靠性，通过多次处理，有效降低残余物理应力和热应力，使其保证性能稳定，避免在制备过程出现的电极引脚使磁体崩角开裂等问题，得到导磁率稳定、产品一致性好、产品强度稳定的电感。
附图说明
图1是空心线圈的结构示意图。
图2是线圈卡座的结构示意图。
图3是线圈卡座的底部结构示意图。
图4是成型电感的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4中所示，一种直流叠加特性高的一体成型电感，包括磁体和空心线圈2，所述空心线圈2为圆形漆包铜线由绕线治具缠绕定型，所述空心线圈2的两个引出线端21平行且间距小于空心线圈2的内径，两个引出线端21脱漆后进行扁平化整理；所述磁体包括线圈卡座1，所述线圈卡座1整体为矩形块，在矩形块的正表面设有环形凹槽11，线圈卡座1的一侧设有两个对称设置的开槽13，两个开槽13之间的间距与两个引出线端21之间的距离相同；所述开槽13的相对于线圈卡座1正表面的深度与环形凹槽11的深度相同，环形凹槽11可容纳空心线圈2卡入，所述开槽13靠近线圈卡座1侧面的部分设有卡口131，线圈卡座1底面对应开槽13的位置设有互相平行的条形凹槽14；所述引出线端21长度为线圈卡座1长度的两倍，能够保证引出线端21卡设于条形凹槽14内作电极3使用，避免长度不够，如果过长则根据实际需要裁截即可；
所要制备的成型电感规格为4mm*4mm*2mm，线圈卡座的环形凹槽的内径为1.85mm；成型电感的制备方法包括以下步骤：
（1）线圈卡座冷压成型
所述线圈卡座1由粒径为120-140μm的冷压磁粉颗粒在冷压模具的模腔中冷压成型，冷压压力为1.8GPa；
（1.1）冷压磁粉颗粒的选择
所述冷压磁粉颗粒为的等效相对磁导率为114，所述冷压磁粉颗粒的主要成分为铁硅铝粉料；铁硅铝粉料的成分按质量包括硅7.8%、铝7.2%、余量为铁及其他微量杂质；
冷压磁粉颗粒包括硅酮树脂4.5wt%、100目黑云母粉1.3wt%、铬酸0.35wt%、正硅酸乙酯2wt%、硬脂酸锌0.08wt%、余量为铁硅铝粉料；
（1.2）冷压磁粉颗粒的制备方法
将铁硅铝粉料在1000℃的氢气氛围中处理1小时，能够保证铁硅铝粉料的纯度，然后依次加入100目黑云母粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀并干燥后使用；
（2）冷压成型后的线圈卡座处理方法
将冷压成型后的线圈卡座在温度为372℃的氮气氛围中处理1小时，完成后自然冷却至室温，置于装有去离子水的超声波处理装置中处理，超声频率为16kHz，处理时长为20分钟；超声处理完成后，在温度为135℃的条件下处理40分钟，自然冷却后即得；
（3）中间体制备
将空心线圈套设于线圈卡座上，使空心线圈的两个引出线端设于开槽内，然后在卡口处一次弯折引出线端，完成后沿卡口底部二次弯折引出线端，使引出线端的末端嵌设于条形凹槽内，得到中间体；
（4）热压成型
将中间体置于热压模具中，在热压模具中填充粒径为60-80μm的热压磁粉颗粒，热压模具在压紧位于线圈卡座底部引出线端的同时，热压磁粉颗粒将线圈卡座的缺口处填平，得到引出线端位于线圈卡座底部表面的矩形体，热压压力为460MPa；热压磁粉颗粒在填充前在温度为152℃的条件下预热18分钟；
两个引出线端脱漆后进行扁平化整理中，两根引出线端脱漆以及扁平化整理部分位于线圈卡座底部，能够避免在电感的制备过程中损坏线圈，保证其工作稳定性；
所述卡口处在热压完成后引出线端外侧的热压磁粉颗粒厚度为0.6-0.8mm；
（4.1）热压磁粉颗粒的制备方法
所述热压磁粉颗粒的等效相对磁导率为95；所述热压磁粉颗粒的主要成分为铁硅铝粉料；铁硅铝粉料的成分按质量包括硅8.2%、铝6.8%、余量为铁及其他微量杂质；
热压磁粉颗粒包括硅酮树脂3.3wt%、长石粉2.7wt%、铬酸0.2wt%、正硅酸乙酯0.6wt%、硬脂酸锌0.24wt%、余量为铁硅铝粉料；其中，所述长石粉的电导率为116μs·cm-1；
（4.2）热压磁粉颗粒的制备方法
其制备方法为，将铁硅铝粉料在温度为950℃氮气氛围中处理3小时，然后依次加入长石粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀后保持320℃搅拌40-60分钟即可；
（5）热压后处理方法
热压完成后在温度为200℃的条件下处理2小时，随炉冷却后在温度为-40℃的条件下处理30分钟，完成后自然恢复至室温，再次在温度为140℃的条件下处理1小时，即得；
（6）根据实际需要用绝缘材料进行覆盖式喷涂。
使用LCR计(Agilent Technologies Inc .制4284A)及直流偏压电源(AgilentTechnologies Inc .制42841A)，对直流叠加磁场为0A/m的情况和8000A/m的情况进行测定，将各自的导磁率设为μi(0A/m)、μdc(8000A/m)，将μdc/μi的值设为直流叠加特性；使用BH分析器在频率100kHz、测定磁通密度300mT的条件进行测定；
设置对照组1，在实施例1的基础上，省去步骤（1）和步骤（2）直接采用热压磁粉颗粒对同规格空心线圈热压成型，其余内容不变；
设置对照组2，在实施例1的基础上，将冷压磁粉颗粒中100目黑云母粉去掉，其余内容不变；
设置对照组3，在实施例1的基础上，将步骤（2）中超声处理过程去掉，其余内容不变；
设置对照组4，在实施例1的基础上，将热压磁粉颗粒替换为粒径为120-140μm，其余内容不变；
设置对照组5，在实施例1的基础上，将热压磁粉颗粒中长石粉去掉，其余内容不变；
设置对照组6，在实施例1的基础上，将长石粉替换为电导率为150μs·cm-1的长石粉，其余内容不变；
设置对照组7，在实施例1的基础上，将“在温度为-40℃的条件下处理30分钟”内容去掉，其余内容不变；
对以上各组成型电感进行性能检测，每组制备1000个电感，通过求平均值得到以下数据，在制备完成后对是否出现裂纹或崩角开裂进行检测记录，统计出现残次品的数量，得到以下结果：
表1
组别 残次品数量（个） μi(0A/m) μdc(8000A/m) 直流叠加特性 磁芯损耗（W/kg）
实施例1 1 57 52 0.912 53.83
对照组1 22 45 38 0.844 58.14
对照组2 2 49 41 0.837 58.71
对照组3 1 53 46 0.836 59.26
对照组4 43 56 50 0.893 54.32
对照组5 1 52 44 0.846 57.83
对照组6 1 55 48 0.873 55.33
对照组7 2 52 45 0.865 57.12
通过表1中数据可以看出，本发明中保持小尺寸的基础上尽可能的通过原料配比以及优化加工条件使成型电感具有较好的良品率，避免因为加大成型压力而影响产品的良品率；另外通过分布制备使得电感产品具有较好的直流叠加特性，同时保持较低的磁芯损耗，进而保证成型电感的使用能效。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种直流叠加特性高的一体成型电感，包括磁体和空心线圈，所述空心线圈为漆包铜线由绕线治具缠绕定型，其特征在于，所述空心线圈的两个引出线端平行且间距小于空心线圈的内径，两个引出线端脱漆后进行扁平化整理；所述磁体包括线圈卡座，所述线圈卡座整体为矩形块，在矩形块的正表面设有环形凹槽，线圈卡座的一侧设有两个对称设置的开槽，两个开槽之间的间距与两个引出线端之间的距离相同；所述开槽的相对于线圈卡座正表面的深度与环形凹槽的深度相同，所述开槽靠近线圈卡座侧面的部分设有卡口，线圈卡座底面对应开槽的位置设有互相平行的条形凹槽；所述引出线端长度为线圈卡座长度的两倍；
所述线圈卡座由粒径为120-140μm的冷压磁粉颗粒在冷压模具的模腔中冷压得到，冷压压力为1.5-2.0GPa；完成后在温度为350-450℃的氮气氛围中处理1小时，完成后自然冷却至室温，置于装有去离子水的超声波处理装置中处理，超声频率为10-20kHz，处理时长为10-20分钟；超声处理完成后，在温度为120-140℃的条件下处理40-60分钟，自然冷却后即得；
将空心线圈套设于线圈卡座上，使空心线圈的两个引出线端设于开槽内，然后在卡口处一次弯折引出线端，完成后沿卡口底部二次弯折引出线端，使引出线端的末端嵌设于条形凹槽内，得到中间体；
将中间体置于热压模具中，在热压模具中填充粒径为60-80μm的热压磁粉颗粒，热压模具在压紧位于线圈卡座底部引出线端的同时，热压磁粉颗粒将线圈卡座的缺口处填平，得到引出线端位于线圈卡座底部表面的矩形体，热压压力为400-600MPa；热压完成后在温度为200℃的条件下处理1-2小时，随炉冷却后在温度为-40℃的条件下处理20-30分钟，完成后自然恢复至室温，再次在温度为120-160℃的条件下处理1-2小时，即得。
2.如权利要求1所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述冷压磁粉颗粒为的等效相对磁导率为110-120；所述热压磁粉颗粒的等效相对磁导率为85-95。
3.如权利要求2所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述冷压磁粉颗粒和热压磁粉颗粒的主要成分均为铁硅铝粉料；铁硅铝粉料的成分按质量包括硅7.8-8.6%、铝6.8-7.2%、余量为铁及其他微量杂质；
冷压磁粉颗粒包括硅酮树脂4.2-4.6wt%、100目黑云母粉1.2-1.8wt%、铬酸0.3-0.4wt%、正硅酸乙酯1-2wt%、硬脂酸锌0.08-0.14wt%、余量为铁硅铝粉料；其制备方法为，铁硅铝粉料在1000℃的氢气氛围中处理1小时，然后依次加入100目黑云母粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀并干燥后使用；
热压磁粉颗粒包括硅酮树脂3.2-3.6wt%、长石粉2.4-2.8wt%、铬酸0.2-0.3wt%、正硅酸乙酯0.4-0.6wt%、硬脂酸锌0.22-0.28wt%、余量为铁硅铝粉料；其制备方法为，将铁硅铝粉料在温度为800-1000℃氮气氛围中处理3-4小时，然后依次加入长石粉、铬酸、正硅酸乙酯、硬脂酸锌，混合均匀后保持280-320℃搅拌40-60分钟即可。
4.如权利要求3所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述长石粉的电导率为108-116μs·cm-1。
5.如权利要求1所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述卡口处在热压完成后引出线端外侧的热压磁粉颗粒厚度为0.6-0.8mm。
6.如权利要求1所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述热压磁粉颗粒在填充前在温度为150-170℃的条件下预热10-20分钟。
7.如权利要求1所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，两个引出线端脱漆后进行扁平化整理中，两根引出线端脱漆以及扁平化整理部分位于线圈卡座底部。
8.如权利要求1所述一种直流叠加特性高的一体成型电感，其特征在于，所述漆包铜线为圆线或扁线。
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