CN113380513A - 一种一体式多层线圈电感及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一体式多层线圈电感及其制备方法，所述的制备方法包括：制备具有弹簧状结构的导线圈，使导线圈内相邻两层线圈间隔，将导线圈置于二氧化硅包覆的磁粉中并压制整型形成具有导线圈的磁粉芯，磁粉芯在含氧气氛下退火，制备得到所述的一体式多层线圈电感。本发明利用具有弹簧状结构的导线圈，并且利用二氧化硅包覆的磁粉将弹簧状结构内相邻两层线圈隔开，避免短路，此外在制备过程中在含氧气氛下退火，有效去除磁体应力，磁体绝缘电阻高，充分发挥磁性能，具有效磁导率高、绕组电阻低、损耗低和温升低等特点。
Description
技术领域
本发明属于电感技术领域，尤其涉及一种一体式多层线圈电感及其制备方法。
背景技术
电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组，电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化，如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。
传统的一体成型电感中，磁体存在压制应力，使磁性能不能充分发挥出来。其有效磁导率一般为25～35，一般通过增加圈数来提高感值，但是会增加绕组的电阻及损耗。
CN107564698A公开了一种热压一体成型电感器及其制作方法，包括磁体压制成型部和线圈，所述磁体压制成型部由线圈放置于热压成型模中加入磁性材料和/或非磁性材料干式热压成型；所述线圈的引脚端相互平行或处于同一直线上；在所述线圈的引脚端焊接有电极片；对所述线圈的引脚端压扁并镀锡，从而获得电极片。该电感器具有磁体磁感应效果好、性能好的特点。
CN112489972A公开了一种电感及其制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)将导体线圈置于下基板的凹槽中，并将上基板与所述下基板组合在一起，得到半成品，所述上基板包含凸台，所述半成品中上基板的凸台均插入到下基板的凹槽中；(2)对步骤(1)所述半成品进行热压成型，成型后切割成半成品毛坯；(3)对步骤(2)所述半成品毛坯进行热处理并制备功能层，得到所述电感。该电感制备方法操作简单，流程短，能够实现多颗电感一次成型，特别适合小尺寸产品的生产，显著提升生产效率。
现有技术中电感均存在有效磁导率低、绕组电阻高、损耗高和温升高等问题，因此，如何在保证电感具有效磁导率高、绕组电阻低、损耗低和温升低等情况下，还能够使电感的制备方法简单，尺寸小，成为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种一体式多层线圈电感及其制备方法，通过具有弹簧状结构的导线圈，并且二氧化硅包覆的磁粉将弹簧状结构内相邻两层线圈隔开，避免短路，此外在制备过程中在含氧气氛下退火，有效去除磁体应力，充分发挥磁性能，具有效磁导率高、内阻低、损耗低和温升低等特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种一体式多层线圈电感，所述的一体式多层线圈电感包括磁粉芯，以及设置于磁粉芯内部具有弹簧状结构的导线圈，所述弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，所述磁粉芯内的磁粉包括二氧化硅包覆的磁粉。
本发明通过将具有弹簧状结构的导线圈设置在磁粉芯的内部，并且弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，二氧化硅包覆的磁粉填充包覆整个导线圈，形成一体式结构的电感，磁粉经过二氧化硅包覆后，使电感内部具有较高的绝缘阻抗，将相邻两层线圈隔开避免短路；本发明相比传统一体电感，具有高密度和抗电磁干扰的特性，又是软磁合金材料，有良好散热效果，在同等电感值下其线圈绕组少，具有高电感、低绕组电阻、低损耗和温升低的特点。
作为本发明的一个优选技术方案，所述弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离为0.2～0.8mm，例如为0.20mm、0.25mm、0.30mm、0.35mm、0.40mm、0.45mm、0.50mm、0.55mm、0.60mm、0.65mm、0.70mm、0.75mm或0.80mm。
本发明通过控制弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离为0.2～0.8mm，从而具有综合的优点，若距离低于0.2mm，导致绝缘电阻低，若距离高于0.8mm，导致电感值下降，使电感的特性偏低。
优选地，所述导线圈中的导线呈平扁线结构，所述平扁线结构为导线的截面呈矩形。
优选地，所述导线圈包括位于导线圈前端的前端引脚，以及位于导线圈末端的末端引脚。
优选地，所述末端引脚的引出端与前端引脚的引出端朝向相同。
优选地，所述末端引脚所在轴线与所述前端引脚所在轴线平行。
优选地，所述末端引脚与导线圈的弹簧状结构之间的距离为0.4～1.0mm，例如为0.4mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm、9.0mm或10.0mm。
本发明通过控制末端引脚与导线圈的弹簧状结构之间的距离为0.4～1.0，能够保证引脚与导线圈绝缘。
作为本发明的一个优选技术方案，所述的前端引脚和末端引脚弯折至磁粉芯的表面形成电极。
优选地，所述电极的表面设置有锡层。
本发明通过在电极的表面设置锡层，能够对电极起到保护作用，而且易于PCB(印刷电路板)贴装工艺的实施。
优选地，所述导线圈的材质包括Cu、Ag或Au中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述磁粉的材质包括FeSi、FeSiAl、Fe、FeNi或FeSiCr中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的1～6％，例如为1％、2％、3％、4％、5％或6％。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的一体式多层线圈电感的制备方法，所述的制备方法包括：
制备具有弹簧状结构的导线圈，使导线圈内相邻两层线圈间隔，将导线圈置于二氧化硅包覆的磁粉中并压制整型形成具有导线圈的磁粉芯，磁粉芯在含氧气氛下退火，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
本发明中，通过制作具有弹簧状结构的导线圈，并与磁粉一体压制并在含氧气氛下退火，能够使电感具有高密度，并充分去除应力，提高电感的磁导率和磁通密度，降低损耗。此外，本发明的磁粉进行绝缘包覆处理，并在含氧气氛中高温退火，充分去除有机成分，保留无机成份的包覆层，从而提高电感绝缘性，使二氧化硅包覆的磁粉成为弹簧结构相邻两层线圈之间的绝缘层。
作为本发明的一个优选技术方案，所述导线圈的制备方法包括：将导线圈弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚弯折，使末端引脚的引出端与前端引脚的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧。
作为本发明的一个优选技术方案，所述二氧化硅包覆的磁粉的制备方法包括：将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，分散并干燥后制备得到所述二氧化硅包覆的磁粉。
优选地，所述纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1～6％，例如为1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％或6.0％。
优选地，所述湿法混合中加入溶剂，所述溶剂的加入量为磁粉质量的20～40％，例如为20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％或40％。
优选地，所述分散的方式包括搅拌。
优选地，所述干燥的温度为100～120℃，例如为100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃。
优选地，所述二氧化硅包覆的磁粉的粒径为100～200目，例如为100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目。
作为本发明的一个优选技术方案，所述压制的步骤包括：将具有弹簧状结构的导线圈放入模具，采用振动填粉的方式加入二氧化硅包覆的磁粉，填粉后进行压制。
本发明通过采用振动填粉技术，可以使磁粉均匀分布在线圈每层之间，使之形成合适的间距并达到绝缘效果。
优选地，所述压制的压力为10～20吨/cm2，例如为10吨/cm2、11吨/cm2、12吨/cm2、13吨/cm2、14吨/cm2、15吨/cm2、16吨/cm2、17吨/cm2、18吨/cm2、19吨/cm2或20吨/cm2。
本发明通过控制压制的压力为10～20吨/cm2，从而能够提高制品的密度，有效提高电感的电感值，若压制压力低于10吨/cm2，则制品的密度偏低；若压制压力高于20吨/cm2，则存在绝缘电阻下降的问题。
优选地，所述压制的时间为1～8s，例如为1s、2s、3s、4s、5s、6s、7s或8s。
优选地，所述整型的步骤包括：对压制后的磁粉芯烘烤硬化后，修剪并将前端引脚和末端引脚弯至电极所在位置。
优选地，所述烘烤的温度为120～180℃，例如为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃。
优选地，所述烘烤的时间为1～2h，例如为1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h。
作为本发明的一个优选技术方案，所述退火的步骤包括：在磁粉芯的电极上涂覆保护材料，再进行退火。
本发明通过在电极表面涂覆保护材料，有效地避免电极在高温退火中氧化的问题。
优选地，所述退火的温度为500～900℃，例如为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃。
本发明通过控制退火的温度为500～900℃，从而能够有效去除电感内的应力，并将有机成分去除，使电感结构不被破坏，若退火的温度低于500℃，则不能有效去除电感内的应力，而且会残留有机成分，影响电感的性能；若退火的温度高于900℃，会导致电感结构破坏。
优选地，所述退火的时间为0.5～3h，例如为0.5h、0.6h、0.9h、1.2h、1.5h、1.8h、2.1h、2.4h、2.7h或3.0h。
优选地，所述含氧气氛的氧气体积含量为1～18％，例如为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％或18％。
本发明通过控制含氧气氛的氧气体积含量为1～18％，从而能够有效去除电感内的有机成分，有效提高电感的绝缘性能，若氧气体积含量低于1％，则有机成分去除不彻底，材料的氧化程度低，导致绝缘电阻低；若氧气体积含量高于18％，材料过度氧化，进一步地影响电感特性。
优选地，所述保护材料包括氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或氧化钛溶胶中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的一个优选技术方案，所述退火后对磁粉芯进行电极处理，所述电极处理的步骤包括：去除磁粉芯电极表面的杂质，并在电极的表面制备锡层。
优选地，所述锡层的制备方式包括焊接或熔融涂覆。
作为本发明的一个优选技术方案，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚弯折，使末端引脚的引出端与前端引脚的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚所在轴线与所述前端引脚所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1～6％，溶剂的加入量为磁粉质量的20～40％，搅拌分散并在100～120℃下干燥，制备得到粒径为100～200目的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在10～20吨/cm2的压力下压制1～8s，取出并在120～180℃下烘烤1～2h，使磁粉芯硬化，修剪并将前端引脚和末端引脚弯至电极所在位置；
(Ⅳ)在电极上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为1～18％的含氧气氛下，对磁粉芯进行500～900℃退火0.5～3h，去除磁粉芯电极表面的杂质，并在电极的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过将具有弹簧状结构的导线圈设置在磁粉芯的内部，并且弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，二氧化硅包覆的磁粉填充包覆整个导线圈，形成一体式结构的电感，磁粉经过二氧化硅包覆后，使电感内部具有较高的绝缘阻抗，将相邻两层线圈隔开避免短路；本发明相比传统一体电感，具有高密度和抗电磁干扰的特性，又是软磁合金材料，有良好散热效果，在同等电感值下其线圈绕组少，具有高电感、低绕组电阻、低损耗和温升低的特点。
(2)本发明中，通过制作具有弹簧状结构的导线圈，并与磁粉一体压制并在含氧气氛下退火，能够使电感具有高密度，并充分去除应力，提高电感的磁导率和磁通密度，降低损耗。此外，本发明的磁粉进行绝缘包覆处理，并在含氧气氛中高温退火，充分去除有机成分，保留无机成份的包覆层，从而提高电感绝缘性，使二氧化硅包覆的磁粉成为弹簧结构相邻两层线圈之间的绝缘层。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的电感的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式中提供的电感的剖面示意图；
图3为本发明一个具体实施方式中提供的导线圈的结构示意图，其中d代表的是弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离，e代表的是末端引脚与导线圈的弹簧状结构之间的距离。
其中，1-磁粉芯；2-电极；3-导线圈；4-前端引脚；5-末端引脚。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种一体式多层线圈电感，如图1、图2和图3所示，所述的一体式多层线圈电感包括磁粉芯1，以及设置于磁粉芯1内部具有弹簧状结构的导线圈3，弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，磁粉芯1内的磁粉包括二氧化硅包覆的磁粉。
本发明通过将具有弹簧状结构的导线圈3设置在磁粉芯1的内部，并且弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，二氧化硅包覆的磁粉填充包覆整个导线圈3，形成一体式结构的电感，磁粉经过二氧化硅包覆后，使电感内部具有较高的绝缘阻抗，将相邻两层线圈隔开避免短路；本发明相比传统一体电感，具有高密度和抗电磁干扰的特性，又是软磁合金材料，有良好散热效果，在同等电感值下其线圈绕组少，具有高电感、低绕组电阻、低损耗和温升低的特点。
进一步地，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.2～0.8mm。导线圈3中的导线呈平扁线结构，平扁线结构为导线的截面呈矩形。
进一步地，导线圈3包括位于导线圈3前端的前端引脚4，以及位于导线圈3末端的末端引脚5。末端引脚5的引出端与前端引脚4的引出端朝向相同。更进一步地，末端引脚5所在轴线与前端引脚4所在轴线平行，末端引脚5与导线圈3的弹簧状结构之间的距离e为0.4～1.0mm。
进一步地，前端引脚4和末端引脚5弯折至磁粉芯1的表面形成电极2，电极2的表面设置有锡层。本发明通过在电极2的表面设置锡层，能够对电极2起到保护作用，而且易于PCB(印刷电路板)贴装工艺的实施。
进一步地，二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的1～6％，导线圈3的材质包括Cu、Ag或Au中的一种或至少两种的组合，磁粉的材质包括FeSi、FeSiAl、Fe、FeNi或FeSiCr中的一种或至少两种的组合。
在另一具体实施方式中，本发明提供了一种上述的一体式多层线圈电感的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈3弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚5弯折，使末端引脚5的引出端与前端引脚4的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚5所在轴线与所述前端引脚4所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈3；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1～6％，溶剂的加入量为磁粉质量的20～40％，搅拌分散并在100～120℃下干燥，制备得到粒径为100～200目的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈3放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在10～20吨/cm2的压力下压制1～8s，取出并在120～180℃下烘烤1～2h，使磁粉芯1硬化，修剪并将前端引脚4和末端引脚5弯至电极2所在位置；
(Ⅳ)在电极2上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为1～18％的含氧气氛下，对磁粉芯1进行500～900℃退火0.5～3h，去除磁粉芯1电极2表面的杂质，并在电极2的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
实施例1
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，基于一个具体实施方式，其中，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.35mm，末端引脚5与导线圈3的弹簧状结构之间的距离e为0.56mm。导线圈3的材质为Cu，磁粉的材质为FeSiAl，二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的3.5％。
本实施例还提供了一种上述的一体式多层线圈电感的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈3弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚5弯折，使末端引脚5的引出端与前端引脚4的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚5所在轴线与所述前端引脚4所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈3；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的3.5％，溶剂的加入量为磁粉质量的30％，搅拌分散并在110℃下干燥，制备得到粒径为100目～200目分布的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈3放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在16吨/cm2的压力下压制4.5s，取出并在150℃下烘烤1.5h，使磁粉芯1硬化，修剪并将前端引脚4和末端引脚5弯至电极2所在位置；
(Ⅳ)在电极2上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为10％的含氧气氛下，对磁粉芯1进行700℃退火1.8h，去除磁粉芯1电极2表面的杂质，并在电极2的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
实施例2
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，基于一个具体实施方式，其中，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.35mm，末端引脚5与导线圈3的弹簧状结构之间的距离e为0.56mm。导线圈3的材质为Cu，磁粉的材质为FeSiAl，二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的1％。
本实施例还提供了一种上述的一体式多层线圈电感的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈3弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚5弯折，使末端引脚5的引出端与前端引脚4的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚5所在轴线与所述前端引脚4所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈3；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1％，溶剂的加入量为磁粉质量的20％，搅拌分散并在100℃下干燥，制备得到粒径为100目～200目分布的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈3放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在16吨/cm2的压力下压制4s，取出并在120℃下烘烤2h，使磁粉芯1硬化，修剪并将前端引脚4和末端引脚5弯至电极2所在位置；
(Ⅳ)在电极2上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为10％的含氧气氛下，对磁粉芯1进行500℃退火3h，去除磁粉芯1电极2表面的杂质，并在电极2的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
实施例3
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，基于一个具体实施方式，其中，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.35mm，末端引脚5与导线圈3的弹簧状结构之间的距离e为0.56mm。导线圈3的材质为Cu，磁粉的材质为FeSiAl，二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的6％。
本实施例还提供了一种上述的一体式多层线圈电感的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈3弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚5弯折，使末端引脚5的引出端与前端引脚4的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚5所在轴线与所述前端引脚4所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈3；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的6％，溶剂的加入量为磁粉质量的40％，搅拌分散并在120℃下干燥，制备得到粒径为100目～200目分布的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈3放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在16吨/cm2的压力下压制1s，取出并在180℃下烘烤1h，使磁粉芯1硬化，修剪并将前端引脚4和末端引脚5弯至电极2所在位置；
(Ⅳ)在电极2上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为10％的含氧气氛下，对磁粉芯1进行900℃退火0.5h，去除磁粉芯1电极2表面的杂质，并在电极2的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
实施例4
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，与实施例1相比，其区别在于，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.10mm，其余结构与参数与实施例1完全相同。
实施例5
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，与实施例1相比，其区别在于，弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离d为0.90mm，其余结构与参数与实施例1完全相同。
实施例6
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，退火温度为400℃，退火时间为3h，其余参数和操作与实施例1完全相同。
实施例7
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，退火温度为1000℃，退火时间为0.5h，其余参数和操作与实施例1完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，含氧气氛的氧气体积分数为23％，其余参数和操作与实施例1完全相同。
实施例9
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，含氧气氛的氧气体积分数为0.5％，其余参数和操作与实施例1完全相同。
实施例10
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，压制的压力为9吨/cm2，其余参数和操作与实施例1完全相同。
实施例11
本实施例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，压制的压力为22吨/cm2，其余参数和操作与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种一体式多层线圈电感，所述一体式多层线圈电感的制备方法与实施例1相比，其区别在于，退火过程在无氧气条件下进行，其余参数和操作与实施例1完全相同。
其中，实施例和对比例的制备参数情况如表1所示。
表1
对上述实施例和对比例制备得到的一体式多层线圈电感进行性能测试，测量温升、电阻等。测试结果如表2所示。
表2
由上表可以看出：
(1)实施例1与实施例4、5相比，实施例1的性能参数优于实施例4、5，由此可以看出，本发明通过控制弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离为0.2～0.8mm，从而具有综合的优点，若距离低于0.2mm，导致绝缘电阻低，若距离高于0.8mm，导致电感值下降，使电感的特性偏低。
(2)实施例1与实施例6、7相比，实施例1的性能参数优于实施例6、7，由此可以看出，本发明通过控制退火的温度为500～900℃，从而能够有效去除电感内的应力，并将有机成分去除，使电感结构不被破坏，若退火的温度低于500℃，则不能有效去除电感内的应力，而且会残留有机成分，影响电感的性能；若退火的温度高于900℃，会导致电感结构破坏。
(3)实施例1与实施例8、9对比，实施例1的性能参数优于实施例8、9，由此可以看出，本发明通过控制含氧气氛的氧气体积含量为1～18％，从而能够有效去除电感内的有机成分，有效提高电感的绝缘性能，若氧气体积含量低于1％，则有机成分去除不彻底，材料的氧化程度低，导致绝缘电阻低；若氧气体积含量高于18％，材料过度氧化，进一步地影响电感特性。
(4)实施例1与实施例10、11对比，实施例1的性能参数优于实施例10、11，由此可以看出，本发明通过控制压制的压力为10～20吨/cm2，从而能够提高制品的密度，有效提高电感的电感值，若压制压力低于10吨/cm2，则制品的密度偏低；若压制压力高于20吨/cm2，则存在绝缘电阻下降的问题。
通过以上实施例和对比例，(1)本发明通过将具有弹簧状结构的导线圈3设置在磁粉芯1的内部，并且弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，二氧化硅包覆的磁粉填充包覆整个导线圈3，形成一体式结构的电感，磁粉经过二氧化硅包覆后，使电感内部具有较高的绝缘阻抗，将相邻两层线圈隔开避免短路；本发明相比传统一体电感，具有高密度和抗电磁干扰的特性，又是软磁合金材料，有良好散热效果，在同等电感值下其线圈绕组少，具有高电感、低线圈电阻、低损耗和温升低的特点。
(2)本发明中，通过制作具有弹簧状结构的导线圈3，并与磁粉一体压制并在含氧气氛下退火，能够使电感具有高密度，并充分去除应力，提高电感的磁导率和磁通密度，降低损耗。此外，本发明的磁粉进行绝缘包覆处理，并在含氧气氛中高温退火，充分去除有机成分，保留无机成份的包覆层，从而提高电感绝缘性，使二氧化硅包覆的磁粉成为弹簧结构相邻两层线圈之间的绝缘层。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种一体式多层线圈电感，其特征在于，所述一体式多层线圈电感包括磁粉芯，以及设置于磁粉芯内部具有弹簧状结构的导线圈，所述弹簧状结构内相邻两层线圈间隔设置，所述磁粉芯内的磁粉包括二氧化硅包覆的磁粉。
2.根据权利要求1所述的一体式多层线圈电感，其特征在于，所述弹簧状结构内相邻两层线圈之间的距离为0.2～0.8mm；
优选地，所述导线圈中的导线呈平扁线结构，所述平扁线结构为导线的截面呈矩形；
优选地，所述导线圈包括位于导线圈前端的前端引脚，以及位于导线圈末端的末端引脚；
优选地，所述末端引脚的引出端与前端引脚的引出端朝向相同；
优选地，所述末端引脚所在轴线与所述前端引脚所在轴线平行；
优选地，所述末端引脚与导线圈的弹簧状结构之间的距离为0.4～1.0mm。
3.根据权利要求1或2所述的一体式多层线圈电感，其特征在于，所述的前端引脚和末端引脚弯折至磁粉芯的表面形成电极；
优选地，所述电极的表面设置有锡层；
优选地，所述导线圈的材质包括Cu、Ag或Au中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述磁粉的材质包括FeSi、FeSiAl、Fe、FeNi或FeSiCr中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述二氧化硅包覆的磁粉中二氧化硅的包覆量为磁粉质量的1～6％。
4.一种权利要求1-3任一项所述的一体式多层线圈电感的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
制备具有弹簧状结构的导线圈，使导线圈内相邻两层线圈间隔，将导线圈置于二氧化硅包覆的磁粉中并压制整型形成具有导线圈的磁粉芯，磁粉芯在含氧气氛下退火，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述导线圈的制备方法包括：将导线圈弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚弯折，使末端引脚的引出端与前端引脚的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅包覆的磁粉的制备方法包括：将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，分散并干燥后制备得到所述二氧化硅包覆的磁粉；
优选地，所述纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1～6％；
优选地，所述湿法混合中加入溶剂，所述溶剂的加入量为磁粉质量的20～40％；
优选地，所述分散的方式包括搅拌；
优选地，所述干燥的温度为100～120℃；
优选地，所述二氧化硅包覆的磁粉的粒径为100～200目。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述压制的步骤包括：将具有弹簧状结构的导线圈放入模具，采用振动填粉的方式加入二氧化硅包覆的磁粉，填粉后进行压制；
优选地，所述压制的压力为10～20吨/cm2；
优选地，所述压制的时间为1～8s；
优选地，所述整型的步骤包括：对压制后的磁粉芯烘烤硬化后，修剪并将前端引脚和末端引脚弯至电极所在位置；
优选地，所述烘烤的温度为120～180℃；
优选地，所述烘烤的时间为1～2h。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火的步骤包括：在磁粉芯的电极上涂覆保护材料，再进行退火；
优选地，所述退火的温度为500～900℃；
优选地，所述退火的时间为0.5～3h；
优选地，所述含氧气氛的氧气体积含量为1～18％；
优选地，所述保护材料包括氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或氧化钛溶胶中的一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火后对磁粉芯进行电极处理，所述电极处理的步骤包括：去除磁粉芯电极表面的杂质，并在电极的表面制备锡层；
优选地，所述锡层的制备方式包括焊接或熔融涂覆。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：
(Ⅰ)将导线圈弯绕成邻两层线圈间隔的弹簧状，并将末端引脚弯折，使末端引脚的引出端与前端引脚的引出端位于弹簧状导向圈的同一侧，并使末端引脚所在轴线与所述前端引脚所在轴线平行，制备得到具有弹簧状结构的导线圈；
(Ⅱ)将纳米二氧化硅溶胶与磁粉湿法混合，纳米二氧化硅溶胶中二氧化硅的质量为磁粉质量的1～6％，溶剂的加入量为磁粉质量的20～40％，搅拌分散并在100～120℃下干燥，制备得到粒径为100～200目的二氧化硅包覆的磁粉；
(Ⅲ)将步骤(Ⅰ)制备得到具有弹簧状结构的导线圈放入模具，采用振动填粉的方式加入步骤(Ⅱ)制备得到的二氧化硅包覆的磁粉，在10～20吨/cm2的压力下压制1～8s，取出并在120～180℃下烘烤1～2h，使磁粉芯硬化，修剪并将前端引脚和末端引脚弯至电极所在位置；
(Ⅳ)在电极上涂覆保护材料，并在氧气体积分数为1～18％的含氧气氛下，对磁粉芯进行500～900℃退火0.5～3h，去除磁粉芯电极表面的杂质，并在电极的表面制备锡层，制备得到所述的一体式多层线圈电感。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210910 |