CN114284021A - 一种差模电感的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差模电感的制备方法，对纳米晶合金带材进行恒张力热处理；将恒张力热处理后的带材卷绕形成磁芯；将磁芯整体浸入真空浸渍机的固化剂中进行固化；对烘干后的磁芯进行绝缘喷涂；对绝缘喷涂后的磁芯进行导体线圈绕制，形成绕组磁芯；导体线圈的两端分别连接各自对应的引脚接头；之后引脚与底板连接并固定绕组磁芯，形成差模电感。本发明采取不开气隙的方法，避免电感量降低或是出现漏磁，工艺更加简化，成本更低，采用恒张力热处理的方式能够显著降低磁芯的磁导率，使差模电感具备更强的抗饱和能力，进一步提升器件的综合性能。

Description

一种差模电感的制备方法

技术领域

本发明涉及电感制备技术领域，尤其涉及一种差模电感的制备方法。

背景技术

电感元件是当前电子产业中极为重要的元器件，在日常生活中，常见的电感元件如电力电子开关、电源、数字电路等在运用的过程中不仅产生方波谐波干扰，还会产生电机负载干扰和电网干扰，这类干扰均属于差模电感引起的差模干扰。目前，有效抑制这些干扰的措施就是采用差模电容和差模滤波电感组成低通滤波器。传统的差模电感普遍采用非晶合金(FG型)、铁氧体、铁镍合金、薄硅钢等磁性材料制备，这类材料磁导率范围为10～600，饱和磁感应强度为0.7-0.8T且损耗性低，但此类电感难以达到较高的动态感量而不能满足抑制差模干扰的要求，也就是电感的抗直流偏置能力弱，而动态感量大的非晶电感容易产生振动噪声，会导致电感工作时不稳定，最终会造成磁损加大，影响电感的品质因数。

随着电子技术飞速发展，当前电力电子器件向小型化、节能化、高频化方向发展，对工艺及材料的要求越来越高。为了满足这一发展需求，要求差模电感在较宽的工作频率下，允许通过的直流电流越来越大，然而差模电感中存在的直流成分，往往会导致电感值大幅度下降，也就是抗饱和能力差，使得差模电感无法正常工作。若要提高其抗磁饱和能力，必须提高差模电感的抗直流偏置性能，传统方法是在磁芯磁路中开气隙(如专利CN111584226A)，但此类工艺复杂且仅能在一定程度上改善直流叠加特性，对于具有较大直流电流分量的差模电感，并不能采取此种方法，因为，磁芯磁路中气隙不能无限制开大，否则，会造成电感很低，且漏磁大，不仅影响电感使用还会对周围电子元器件产生一定的电磁干扰。

因此，针对目前差模电感选用的软磁材料及制备工艺上的不足，有待于做进一步的改进。

发明内容

发明针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种差模电感的制备方法，能够制备出抗饱和能力强、抗直流偏置能力强的差模电感，且制备工艺简单。本发明采用的技术方案如下：

一种差模电感的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，对辊剪形成的纳米晶合金带材进行热处理，并在热处理过程中沿纳米晶合金带材特定方向施加恒张力；

步骤S2，将恒张力热处理后的带材卷绕形成预定规格尺寸的磁芯；

步骤S3，将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，之后将磁芯整体浸入真空浸渍机的固化剂中进行固化，并对固化后的磁芯进行烘干处理；

步骤S4，对烘干后的磁芯进行绝缘喷涂；

步骤S5，对绝缘喷涂后的磁芯进行导体线圈绕制，形成绕组磁芯；

步骤S6，将绕组磁芯上的导体线圈的两端分别制作一引脚；

步骤S7，将引脚和绕组磁芯固定在一底板上，形成差模电感。

进一步的，纳米晶合金带材的饱和磁感应强度在1.4T以上。

进一步的，在步骤S1中，沿带材的长度方向施加恒张力，恒张力的大小为10MPa-100Mpa。

进一步的，在步骤S1中，热处理的温度为480℃-600℃。

进一步的，热处理的保温时间为5s-100s。

进一步的，在步骤S3中，固化剂为环氧树脂、有机硅胶黏剂、丙烯酸酯AB胶、聚酯树脂中的一种。

进一步的，在步骤S4中，喷涂的材料为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂中的一种。

进一步的，在步骤S3中，烘干处理的烘烤温度为120℃-200℃，烘干处理的保温时间为1h-6h。

进一步的，在步骤S3中，固化剂覆盖磁芯的高度在30mm以上。

进一步的，在步骤S3中，在步骤S3中，将磁芯整体浸入真空浸渍机的固化剂后，抽真空并加压保持以进行固化。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明选用高饱和磁感应强度的纳米晶软磁材料来制备差模电感，使得差模电感具备高频低损耗、抗直流偏置性能的优异特性，有利于高功率化、小型化的发展。

(2)本发明的差模电感的制备采取不开气隙的方法，一方面能够避免开气隙造成差模电感的电感量降低或是出现漏磁的现象，另一方面使得工艺更加简化，成本更低。此外，采用恒张力热处理的方式能够显著降低磁芯的磁导率，使差模电感具备更强的抗饱和能力，进一步提升器件的综合性能。

附图说明

图1为本发明差模电感的制备方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1，本发明提供一种差模电感的制备方法，包括如下步骤。

步骤S1，对辊剪形成的纳米晶合金带材进行热处理，并在热处理过程中沿纳米晶合金带材特定方向施加恒张力。

在步骤S1为恒张力热处理过程，根据差模电感的性能要求，选取经过辊剪后的且检验合格的高饱和磁感应强度的纳米晶合金带材，并将纳米晶合金带材置于热处理炉中，在一合适温度下进行热处理，并在热处理过程中沿带材特定方向施加一恒张力，热处理后冷却至室温。选取的纳米晶合金带材的高饱和磁感应强度Bs在1.4T以上；热处理温度为480℃-600℃，保温时间为5s-100s，恒张力大小为10MPa-100MPa。优选的，沿带材的长度方向施加恒张力。具体的，辊剪好纳米晶合金带材具有预定宽度。

步骤S2，将恒张力热处理后的带材卷绕形成预定规格尺寸的磁芯。

步骤S2为卷绕过程，根据差模电感的尺寸要求，将步骤S1热处理后的纳米晶合金带材卷绕成型，得到磁芯。

步骤S3，将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，之后将磁芯整体浸入真空浸渍机的固化剂中进行固化，并对固化后的磁芯进行烘干处理。

步骤S3为磁芯固化过程：将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，然后将步骤S2得到的磁芯整体浸入真空浸渍机内的固化剂中，固化剂覆盖磁芯高度至少在30mm以上，然后抽真空、加压并保压一段时间，使磁芯与固化剂充分接触后，取出磁芯并烘干。优选的，浸渍时间5min-20min，优选的，烘烤温度为120℃-200℃，保温1h-6h。固化剂为环氧树脂、有机硅胶黏剂、丙烯酸酯AB胶、聚酯树脂中的一种。例如，作为一种优选实施方式，其中固化剂可以选用环氧树脂，浸渍时间5min-20min，环氧树脂在固化时仅有较小的体积收缩，避免磁芯在固化后发生变形。将表面涂有环氧树脂的磁芯放入烘箱中进行加热升温，使各层带材表面的环氧树脂发生固化反应，其中，烘烤温度为120℃-200℃，保温1h-6h。

步骤S4，对烘干后的磁芯进行绝缘喷涂。

步骤S4为喷涂过程，对步骤S3固化烘干的磁芯进行绝缘喷涂。喷涂选用的材料为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂中的一种。喷涂后在预定温度下进行烘烤处理。优选的，在烘烤后的磁芯表面喷涂包覆一层环氧树脂保护材料，然后在160℃下烘烤1h，使表面的树脂固化并且获得一定强度，最终得到纳米晶磁芯。用喷涂工艺代替护盒装配，缩小了磁芯体积，同时也减少了线材的消耗。

步骤S5，对绝缘喷涂后的磁芯进行导体线圈绕制，形成绕组磁芯；

步骤S5为线圈绕制过程，根据差模电感的性能参数，在步骤S4喷涂好的表面光滑、喷涂厚度合格的磁芯上绕制特定匝数的导体线圈，制成绕组磁芯；进一步地，绕组磁芯由一根漆包线在纳米晶磁芯上绕制而成，漆包线的首尾两端还需进行漆皮剥除，使其中的铜线显露出来。

步骤S6，将绕组磁芯上的导体线圈的两端分别制作一引脚。

步骤S6为引脚连接过程，将步骤S5绕组磁芯上的导体线圈的首末两端分别连接在两个引脚的接头上，实现电极引出。

步骤S7，将引脚和绕组磁芯固定在一底板上，形成差模电感。

步骤S7为底板安装过程：根据电感使用需求，将底板与引脚连接，并固定引脚间距及绕组磁芯，最终制得差模电感。

实施例1

作为本发明的一个优选实施例，采用本发明的差模电感的制备方法来制备尺寸为12.0mm×6.0mm×5mm的差模电感。

本实施例中，选用Bs为1.4T以上、宽度为5mm的Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶合金带材，具体步骤如下：

步骤S1、恒张力热处理：根据差模电感性能要求，选取辊剪好的宽度为5mm且检验合格的高饱和磁感应强度的纳米晶合金带材，并将纳米晶合金带材置于热处理炉中，热处理温度为550℃，保温30s，并沿带材特定方向施加大小为50MPa的恒张力，热处理后冷却至室温。

步骤S2、卷绕：根据差模电感尺寸要求，将步骤S1热处理后的纳米晶合金带材卷绕成型，得到磁芯。

步骤S3、磁芯固化：将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，然后将步骤S2得到的磁芯整体浸入真空浸渍机内的固化剂中，固化剂覆盖磁芯高度40mm，然后抽真空、加压并保压一段时间，使磁芯与固化剂充分接触后，取出磁芯并烘干；其中固化剂选用环氧树脂，浸渍10min，环氧树脂在固化时仅有较小的体积收缩，避免磁芯在固化后发生变形。将表面涂有环氧树脂的磁芯放入烘箱中进行加热升温，使各层带材表面的环氧树脂发生固化反应，其中，烘烤温度为160℃，保温3h。

步骤S4、喷涂：对步骤S3固化烘干的磁芯进行绝缘喷涂；具体的，在烘烤后的磁芯表面喷涂包覆一层环氧树脂保护材料，然后在160℃下烘烤1h，使表面的树脂固化并且获得一定强度，最终得到纳米晶磁芯。用喷涂工艺代替护盒装配，缩小了磁芯体积，同时也减少了线材的消耗。

步骤S5、线圈绕制：在步骤S4喷涂好的表面光滑、喷涂厚度合格的磁芯上绕制50匝线径为0.3mm的漆包线，制成绕组磁芯；进一步地，绕组磁芯由一根漆包线在纳米晶磁芯上绕制而成，漆包线的首尾两端还需进行漆皮剥除，使其中的铜线显露出来。

步骤S6、引脚连接：将步骤S5绕组磁芯上的导体线圈的首末两端分别连接在两个引脚的接头上，实现电极引出；

步骤S7、底板安装：根据电感使用需求，将底板与引脚连接，并固定引脚间距及绕组磁芯，最终制得差模电感。

利用阻抗分析仪测试在1V，1KHz条件下的电感L为152μH；直流电阻R_dc为180mΩ；饱和电流I_sat为1.1A。

对比例1

选用与实施例1中相同的Bs为1.4T以上、宽度为5mm的Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶合金带材，制备尺寸为12.0mm×6.0mm×5mm的差模电感，具体步骤如下：

步骤S1、恒张力热处理：根据差模电感性能要求，选取辊剪好的宽度为5mm且检验合格的高饱和磁感应强度的纳米晶合金带材，并将纳米晶合金带材置于热处理炉中，热处理温度为550℃，保温30s，并沿带材特定方向施加大小为50MPa的恒张力，热处理后冷却至室温；

步骤S2、卷绕：根据差模电感尺寸要求，将步骤S1热处理后的纳米晶合金带材卷绕成型，得到磁芯；

步骤S3、磁芯固化：将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，然后将步骤S2得到的磁芯整体浸入真空浸渍机内的固化剂中，固化剂覆盖磁芯高度40mm，然后抽真空、加压并保压一段时间，使磁芯与固化剂充分接触后，取出磁芯并烘干；其中固化剂选用环氧树脂，浸渍10min，环氧树脂在固化时仅有较小的体积收缩，避免磁芯在固化后发生变形。将表面涂有环氧树脂的磁芯放入烘箱中进行加热升温，使各层带材表面的环氧树脂发生固化反应，其中，烘烤温度为160℃，保温3h。

步骤S4、气隙切割：根据产品应用和性能，将固化好的磁芯切割间距为2mm的气隙口，将与气隙口相匹配的绝缘板置入气隙口。

步骤S5、喷涂：对步骤S3固化烘干的磁芯进行绝缘喷涂；具体的，在烘烤后的磁芯表面喷涂包覆一层环氧树脂保护材料，然后在160℃下烘烤1h，使表面的树脂固化并且获得一定强度，最终得到纳米晶磁芯。用喷涂工艺代替护盒装配，缩小了磁芯体积，同时也减少了线材的消耗。

步骤S6、线圈绕制：在步骤S4喷涂好的表面光滑、喷涂厚度合格的磁芯上绕制50匝线径为0.3mm的漆包线，制成绕组磁芯；进一步地，绕组磁芯由一根漆包线在纳米晶磁芯上绕制而成，漆包线的首尾两端还需进行漆皮剥除，使其中的铜线显露出来。

步骤S7、引脚连接：将步骤S5绕组磁芯上的导体线圈的首末两端分别连接在两个引脚的接头上，实现电极引出；

步骤S8、底板安装：根据电感使用需求，将底板与引脚连接，并固定引脚间距及绕组磁芯，最终制得差模电感。

利用阻抗分析仪测试在1V，1KHz条件下的电感L为125μH；直流电阻R_dc为230mΩ；饱和电流I_sat为0.65A。

对比例2

选用与实施例1中相同的Bs为1.4T以上、宽度为5mm的Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶合金带材，制备尺寸为12.0mm×6.0mm×5mm的差模电感，热处理时不施加张应力是常规的热处理方法，其余制备方法、步骤、工艺参数与对比例1相同，获得差模电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表1中所示。

对比例3

选用与实施例1中相同的Bs为1.4T以上、宽度为5mm的Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶合金带材，制备尺寸为12.0mm×6.0mm×5mm的差模电感，不切割气隙，其余制备方法、步骤、工艺参数与对比例1相同，获得差模电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表1中所示。

对比例4-6

对比例4-6分别选用与实施例1不同的Bs为1.4T以下、宽度为5mm的Fe-Si-B非晶合金带材、Fe-Si-Ni带材和Fe-Si-Al带材，制备尺寸12.0mm×6.0mm×5mm的差模电感，其余制备方法、步骤、工艺参数与对比例1相同，获得差模电感。采用与实施例1相同的性能测试条件，获得的性能参数如表2中所示。

表1实施例1及对比例1-3中相同带材在不同条件下制得的差模电感的性能参数

表1为实施例1及对比例1-3中差模电感选用同种带材在不同制备工艺上制得的差模电感的电感L(μH)、直流电阻R_dc(mΩ)、饱和电流I_sat(A)。

从表1中可以得知，实施例1与对比例1-3中选用纳米晶带材制备磁芯，对比可知，经恒张力热处理后的纳米晶带材卷绕的磁芯具有大的电感量，直流电阻更低，饱和电流更高，使得最终制备的差模电感具备更强的抗饱和能力、更大的传导余量，有利于小型化、高频化、高功率化的发展。

表2实施例1及对比例4-6中不同带材在相同条件下制得的差模电感的性能参数

表2为实施例1及对比例4-6中差模电感选用不同带材在相同制备工艺上制得的差模电感的磁导率、直流电阻R_dc(mΩ)、饱和电流I_sat(A)。

从表2中可以得知，实施例1中选用的纳米晶带材制备的差模电感磁导率、直流电阻R_dc(mΩ)、饱和电流I_sat(A)，均优于选用其他非晶带材制备差模电感的性能。

综上：

本发明选用高饱和磁感应强度的纳米晶软磁材料来制备差模电感，使得差模电感具备高频低损耗、抗直流偏置性能的优异特性，有利于高功率化、小型化的发展。

本发明差模电感的制备采取不开气隙的方法，一方面能够避免开气隙造成差模电感的电感量降低或是出现漏磁的现象，另一方面使得工艺更加简化，成本更低。此外，采用恒张力热处理的方式能够显著降低磁芯的磁导率，使差模电感具备更强的抗饱和能力，进一步提升器件的综合性能。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种差模电感的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对辊剪形成的纳米晶合金带材进行热处理，并在所述热处理过程中沿所述纳米晶合金带材特定方向施加恒张力；

步骤S2，将恒张力热处理后的所述带材卷绕形成预定规格尺寸的磁芯；

步骤S3，将配制好的固化剂装入真空浸渍机中，之后将所述磁芯整体浸入所述真空浸渍机的固化剂中进行固化，并对固化后的所述磁芯进行烘干处理；

步骤S4，对烘干后的所述磁芯进行绝缘喷涂；

步骤S5，对绝缘喷涂后的所述磁芯进行导体线圈绕制，形成绕组磁芯；

步骤S6，将所述绕组磁芯上的所述导体线圈的两端分别制作一引脚；

步骤S7，将引脚和所述绕组磁芯固定在一所述底板上，形成所述差模电感。

2.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，所述纳米晶合金带材的饱和磁感应强度在1.4T以上。

3.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，沿所述带材的长度方向施加所述恒张力，所述恒张力的大小为10MPa-100Mpa。

4.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述热处理的温度为480℃-600℃。

5.如权利要求4所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，所述热处理的保温时间为5s-100s。

6.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述固化剂为环氧树脂、有机硅胶黏剂、丙烯酸酯AB胶、聚酯树脂中的一种。

7.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，喷涂的材料为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂中的一种。

8.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，烘干处理的烘烤温度为120℃-200℃，烘干处理的保温时间为1h-6h。

9.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述固化剂覆盖所述磁芯的高度在30mm以上。

10.如权利要求1所述的一种差模电感的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述步骤S3中，将所述磁芯整体浸入所述真空浸渍机的固化剂后，抽真空并加压保持以进行所述固化。

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