CN115020074B - 一种储能电感及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电感技术领域，特别涉及一种储能电感及其制备方法，包括磁环以及电导体，电导体缠绕于磁环，磁环包括以下质量百分比的组份：40～50%的Fe2O3、8～15%的ZnO、8～15%的MnO、8～15%的NiO、5～15%的NaMoO₄、5～10%的稀土氧化物Ce2O3、2～6%的TiCl₄、3～6%的TiO2、3～5%的CrO₃、2～5%的粘结树脂、1%～3%的固化剂、1%～3%的脱模剂，还包括一种用于制备所述储能电感的制备方法。通过本方案配方和制备工艺可以达到高饱和低功耗的目的，实现同时磁导率、功耗和电感值均有优异的性能，实现产品具有较高的电感值和磁导率，综合性能优异，完全适用于电感等元件对磁环的电感值和磁通率的要求。并且有良好的散热性能，适用于在高频下使用，应用前景广阔。

Description

一种储能电感及其制备方法
技术领域
本发明涉及电感技术领域，特别涉及一种储能电感及其制备方法。
背景技术
储能电感可由电导材料盘绕磁环制成，典型的如铜线，也可把磁环去掉或者用铁磁性材料代替。比空气的磁导率高的芯材料可以把磁场更紧密的约束在电感元件周围，因而增大了电感，磁环是软磁材料制成。近年来随着电子器件向着小型化、高频化、高效化等方面发展，对相关软磁材料的性能有了更高的要求。然而单一软磁材料由于受其原材料性能及制备工艺影响，如铁氧体具有高电阻率等优点，但其饱和特性较差；羰基铁粉具有高磁导率、易成型等优势，但其电阻率较低、高频涡流损耗大。因此，传统软磁材料电阻率低，电感值和磁通率相对较低，高频下涡流大，发热严重从而限制其高频下使用，不能满足日益先进的使用需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种储能电感及其制备方法，包括磁环以及电导体，所述电导体缠绕于所述磁环，其中所述磁环包括以下质量百分比的组份：40～50%的Fe2O3、8～15%的ZnO、8～15%的MnO、8～15%的NiO、5～15%的NaMoO4、5～10%的稀土氧化物Ce2O3、2～6%的TiCl4、3～6%的TiO2、3～5%的CrO3、2～5%的粘结树脂、1%～3%的固化剂、1%～3%的脱模剂。
优选的，所述粘结树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂的混合，且环氧树脂和不饱和聚酯树脂的重量比为（1～2）:1。
优选的，所述固化剂为聚酰胺或聚醚胺。
优选的，一种用于制备所述储能电感的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量百分比称取Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、NaMoO4混合均匀后投入球磨机干混，干混时间为1～3h得到混合物料；
S2、混合物料加入相当于混合物料2～3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、1.5～2.5wt%的2-辛基十二醇和0.7～1.3wt%的单十二烷基磷酸酯钾，8000-10000rpm高速球磨1～2h，烘干，粉碎，过300-400目筛得到混合物A；
S3、按照质量百分比称取稀土氧化物Ce2O3、TiO2、CrO3混合均匀后得到混合料，将混合料投入球磨机后加入蒸馏水，其中，混合料：球：蒸馏水的质量比为（1～2）：（2～3） ：1的比例，混合湿磨2～3h，再在80～100℃下烘干，得到混合物B；
S4、混合物A和混合物B置于球磨机中，再加入配方量的TiCl4，混合研磨至物料粒径为0.5～1.0μm，得到混合物C；
S5、按照质量比（90～95）：（2～5） ：（1～3）：（1～3）称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入六偏磷酸钠、α-烯基磺酸钠，搅拌得到混合浆料；
S6、将混合浆料浇注入模具中，在60%Ar+40%N 2气氛下升温至570～610℃，保温2～3h，再升温至880～940℃，保温1～2h，再在1150～1200℃下烧结保温5～6h，随后自然降温冷却至室温，脱模得到磁环；
S7、对所述磁环进行电导体线圈绕制后，对所述磁环和电导体线圈喷涂绝缘散热涂层，最终形成储能电感。
优选的，在步骤S4中，所述混合物A和混合物B的质量比为（7～8）：（1～3）。
优选的，在步骤S5中，六偏磷酸钠的重量百分比为2～4wt%、α-烯基磺酸钠的重量百分比为1～2wt%。
优选的，在步骤S5中，所述有机溶剂为酒精、丙酮、丁酮和/或乙丁醇。
优选的，在步骤S7中，所述涂层的材料为以下重量组份：石墨烯粉50～60份，碳化硅5～15份，二氧化钛5～10份，二氧化锰5～8份，聚酰胺固化剂2～5份，溶剂10～20。
由上可知，应用本发明提供的可以得到以下有益效果：通过本方案配方和制备工艺可以达到高饱和低功耗的目的，实现同时磁导率、功耗和电感值均有优异的性能，实现产品具有较高的电感值和磁导率，综合性能优异，完全适用于电感等元件对磁环的电感值和磁通率的要求。并且有良好的散热性能，适用于在高频下使用，应用前景广阔。
具体实施方式
下面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
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种储能电感，包括磁环以及电导体，所述电导体缠绕于磁环，其中磁环包括以下质量百分比的组份：40～50%的Fe2O3、8～15%的ZnO、8～15%的MnO、8～15%的NiO、5～15%的NaMoO4、5～10%的稀土氧化物Ce2O3、2～6%的TiCl4、3～6%的TiO2、3～5%的CrO3、2～5%的粘结树脂、1%～3%的固化剂、1%～3%的脱模剂。
其中，粘结树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂的混合，且环氧树脂和不饱和聚酯树脂的重量比为（1～2）:1，具体比例为2:1，固化剂为聚酰胺或聚醚胺。
一种用于制备上述储能电感的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量百分比称取Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、NaMoO4混合均匀后投入球磨机干混，干混时间为1～3h得到混合物料；
在该步骤中，按照质量百分比称取40%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、10%的NiO、6%的NaMoO4，混合均匀后的物料投入球磨机干混，其中，物料：球的质量比为1：2。
S2、混合物料加入相当于混合物料2～3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、1.5～2.5wt%的2-辛基十二醇和0.7～1.3wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过8000-10000rpm高速球磨1～2h，烘干，粉碎，过300-400目筛得到混合物A；
具体的，加入相当于混合物料3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、2.5wt%的2-辛基十二醇和1wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过10000rpm高速球磨2h，烘干，粉碎，过300目筛得到混合物A。其中，妥尔油二乙醇酰胺具有防锈的作用，单十二烷基磷酸酯钾为活性剂，用于提高混合物料表面的活性；
S3、按照质量百分比称取稀土氧化物Ce2O3、TiO2、CrO3混合均匀后投入球磨机，按照物料：球：水的质量比为（1～2）：（2～3） ：1 的比例加入蒸馏水，混合湿磨2～3h，再在80～100℃下烘干，得到混合物B；
在该步骤中，按照质量百分比称取6%的稀土氧化物Ce2O3、3%的TiO2、3%的CrO3，混合均匀后投入球磨机，按照物料：球：水的质量比为1：2 ：1 的比例加入蒸馏水，混合湿磨2h，再在100℃下烘干，得到混合物B；
S4、混合物A和混合物B置于球磨机中，再加入配方量的TiCl4，混合研磨至物料粒径为0.5～1.0μm，得到混合物C；
将混合物A和混合物B按照质量比为8：3混合置于球磨机中，再加入2%的TiCl4，混合研磨至物料粒径为1.0μm，得到混合物C；
S5、按照质量比（90～95）：（2～5） ：（1～3）：（1～3）称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入六偏磷酸钠、α-烯基磺酸钠，搅拌后得到混合浆料；
按照质量比90：5 ：2：3称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂丙酮中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入2～4wt%的六偏磷酸钠、1～2wt%的α-烯基磺酸钠，搅拌得到混合浆料；其中有机溶剂还可以是酒精、丁酮和/或乙丁醇。
S6、将混合浆料浇注入模具中，在60%Ar+40%N 2气氛下升温至570～610℃，保温2～3h，再升温至880～940℃，保温1～2h，再在1150～1200℃下烧结保温5～6h，随后自然降温冷却至室温，脱模得到磁环；
S7、对所述磁环进行电导体线圈绕制后，对所述磁环和电导体线圈喷涂绝缘散热涂层，最终形成储能电感。
其中，绝缘散热涂层的材料为以下重量组份：石墨烯粉50～70份，碳化硅5～15份，二氧化钛5～10份，二氧化锰5～8份，聚酰胺固化剂2～5份，加入溶剂10～20份，溶剂可以为水或其他有机溶剂。通过绝缘散热提高磁环和电导体线圈的散热效果，防止电感发热严重从而限制其在高频下的正常使用。其中的石墨烯具有结构致密、耐高温和导热性能好的特性，固化剂则使石墨烯粉粘结为致密膜，同时固化剂具有绝缘性能，将绝缘散热层涂料涂刷在磁环和电导体线圈上形成绝缘散热涂层，从而使得磁环和电导体线圈具备了防氧化、耐高温、散热性能好和其表面绝缘的性能。
由上述方法制备的磁环具有超高的电感值和磁导率，综合性能优异，完全适用于电感等元件对磁环的电感值和磁通率的要求，应用前景广阔。
实施例2
本实施例提供一种储能电感，包括磁环以及电导体，其中磁环包括以下质量百分比的组份：50%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、10%的NiO、6%的NaMoO4、3%的稀土氧化物Ce2O3、1%的TiCl4、1%的TiO2、1%的CrO3、5%的粘结树脂、2%的固化剂、3%的脱模剂。
一种用于制备上述储能电感的制备方法，且步骤与实施例1相同。
本实施例2与实施例1相比，Ce2O3、TiCl4、TiO2、CrO3的份量减半，Fe2O3份量增加。
实施例3
本实施例提供一种储能电感，包括磁环以及电导体，其中磁环包括以下质量百分比的组份：40%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、10%的NiO、6%的NaMoO4、6% 的稀土氧化物Ce2O3、2%的TiCl4、3%的TiO2、3%的CrO3、5%的粘结树脂、2%的固化剂、3%的脱模剂。
一种用于制备上述储能电感的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量百分比称取50%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、8%的NiO、5%的NaMoO4，6%的稀土氧化物Ce2O3、3%的TiO2、3%的CrO3混合均匀后的物料投入球磨机，按照物料：球：水的质量比为1：2 ：1的比例加入蒸馏水，混合湿磨2～3h，再80～100℃下烘干，得到混合物A；
S2、加入相当于混合物料2～3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、1.5～2.5wt%的2-辛基十二醇和0.7～1.3wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过10000rpm高速球磨2h，烘干，粉碎，过300目筛得到混合物A。
S3、将混合物B置于球磨机中，再加入配方量的TiCl4，混合研磨至物料粒径为0.5～1.0μm，得到混合物C；
S4、按照质量比90：5 ：2：3称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂丙酮中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入2～4wt%的六偏磷酸钠、1～2wt%的α-烯基磺酸钠，搅拌得到混合浆料；其中有机溶剂还可以是酒精、丁酮和/或乙丁醇。
S5、将混合浆料浇注入模具中，在60%Ar+40%N 2气氛下升温至570～610℃，保温2～3h，再升温至880～940℃，再在1150～1200℃下烧结保温5～6h，随后自然降温冷却至室温，脱模得到磁环；
S6、对所述磁环进行电导体线圈绕制后，对所述磁环和电导体线圈喷涂绝缘散热涂层，最终形成储能电感。
本实施例3与实施例1相比，本实施例3将Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、NaMoO4、稀土氧化物Ce2O3、TiO2、CrO3一体混合研磨。
实施例4
本实施例提供一种储能电感，包括磁环以及电导体，磁环包括以下质量百分比的组份：40%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、10%的NiO、6%的NaMoO4、6% 的稀土氧化物Ce2O3、2%的TiCl4、3%的TiO2、3%的CrO3、5%的粘结树脂、2%的固化剂、3%的脱模剂。
一种用于制备上述储能电感的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照质量百分比称取Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、NaMoO4混合均匀后投入球磨机干混，干混时间为1～3h得到混合物料；
在该步骤中，按照质量百分比称取40%的Fe2O3、10%的ZnO、10%的MnO、10%的NiO、6%的NaMoO4，混合均匀后的物料投入球磨机干混，其中，物料：球的质量比为1：2。
S2、混合物料加入相当于混合物料2～3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、1.5～2.5wt%的2-辛基十二醇和0.7～1.3wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过8000-10000rpm高速球磨1～2h，烘干，粉碎，过300-400目筛得到混合物A；
具体的，加入相当于混合物料3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、2.5wt%的2-辛基十二醇和1wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过10000rpm高速球磨2h，烘干，粉碎，过300目筛得到混合物A。
S3、按照质量百分比称取6%的稀土氧化物Ce2O3、3%的TiO2、3%的CrO3，混合均匀后投入球磨机，按照物料：球：水的质量比为1：2 ：1 的比例加入蒸馏水，混合湿磨2h，再在100℃下烘干，得到混合物B；
S4、将混合物A和混合物B按照质量比为8：3混合置于球磨机中，再加入2%的TiCl4，混合研磨至物料粒径为1.0μm，得到混合物C；
S5、按照质量比90：5 ：2：3称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂丙酮中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入2～4wt%的六偏磷酸钠、1～2wt%的α-烯基磺酸钠，搅拌得到混合浆料；其中有机溶剂还可以是酒精、丁酮和/或乙丁醇。六偏磷酸钠具有很强吸湿性，能吸收水分而呈黏胶状物，α-烯基磺酸钠具有优良的表面活性，在一定浓度范围内能将浆料的表面张力降至30-40mN.m-1左右。
S6、将混合浆料浇注入模具中，在60%Ar+40%N 2气氛下升温至570～610℃，保温2～3h，再升温至880～940℃，再在1150～1200℃下烧结保温5～6h，随后自然降温冷却至室温，脱模得到磁环；
S7、对磁环进行电导体线圈绕制，形成储能电感。
本实施例4与实施例1相比，本实施例4不对磁环和电导体线圈喷涂散热绝缘涂层。
对实施例1-4的磁环进行性能评估，绕线匝数N＝13Ts圈，使用3260B型LCR测试仪测试磁环样品的起始磁导率μi(1V/1MHz)和叠加电流下的电感值；用IWATSU-SY-8218型磁滞回线仪测试磁环的功耗,50mT&1MHz)。
表1
Figure 484367DEST_PATH_IMAGE001
表1为各实施例的性能对比表，根据表1可知，比较各实施例可以得到，实施例1中下降30％电感量的电流值要高于实施例2、实施例3和实施例4，而实施例1的功耗方面要明显低于其他实施例，这表明各成分控制和工艺处理对高饱和低功耗十分重要。
比较各实施例可知，对磁环和电导体线圈喷涂绝缘散热涂层后，在相同的电流值下其表面温度有较明显的下降，具有优异的散热效果。
对比实施例1和3可知，不同的磁环制备工艺对磁导率、功耗和电感值均有较大的影响，通过实施例1的配方和制备工艺可以达到高饱和低功耗的目的，同时磁导率、功耗和电感值均有优异的性能，适用于在高频下使用。
对比实施例1和2可知，制备磁环的配方用量对磁环的性能也有一定的影响，在功耗低的同时其导通量和电感值也相比于实施例1较低，以上表明各成分控制和工艺处理对磁环性能有十分重要的影响。由此可见，实施例1为最优的实施方案。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种储能电感的制备方法，其特征在于：所述储能电感包括磁环以及电导体，所述电导体缠绕于所述磁环，其中所述磁环包括以下质量百分比的组份：40～50%的Fe2O3、8～15%的ZnO、8～15%的MnO、8～15%的NiO、5～15%的NaMoO4、5～10%的稀土氧化物Ce2O3、2～6%的TiCl4、3～6%的TiO2、3～5%的CrO3、2～5%的粘结树脂、1%～3%的固化剂、1%～3%的脱模剂；
制备方法包括以下步骤：
S1、按照质量百分比称取Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、NaMoO4混合均匀后投入球磨机干混，干混时间为1～3h，得到混合物料；
S2、向混合物料加入相当于混合物料2～3wt%的妥尔油二乙醇酰胺、1.5～2.5wt%的2-辛基十二醇和0.7～1.3wt%的单十二烷基磷酸酯钾，通过8000-10000rpm高速球磨1～2h，烘干，粉碎，过300-400目筛得到混合物A；
S3、按照质量百分比称取稀土氧化物Ce2O3、TiO2、CrO3混合均匀后得到混合料，将混合料投入球磨机后加入蒸馏水，其中，混合料：球：蒸馏水的质量比为（1～2）：（2～3）：1的比例，混合湿磨2～3h，再在80～100℃下烘干，得到混合物B；
S4、混合物A和混合物B置于球磨机中，再加入配方量的TiCl4，混合研磨至物料粒径为0.5～1.0μm，得到混合物C；
S5、按照质量比（90～95）：（2～5）：（1～3）：（1～3）称取混合物C、粘结树脂粉末、固化剂和脱模剂，将粘结树脂粉末和固化剂按质量比溶解到适量的有机溶剂中，缓慢搅拌到粘结树脂粉末完全溶解，再加入混合物C和脱模剂，加入六偏磷酸钠、α-烯基磺酸钠，搅拌得到混合浆料；
S6、将混合浆料浇注入模具中，在60%Ar+40%N 2气氛下升温至570～610℃，保温2～3h，再升温至880～940℃，保温1～2h，再在1150～1200℃下烧结保温5～6h，随后自然降温冷却至室温，脱模得到磁环；
S7、对所述磁环进行电导体线圈绕制后，对所述磁环和电导体线圈喷涂绝缘散热涂层，最终形成储能电感。
2.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：所述粘结树脂为环氧树脂和不饱和聚酯树脂的混合，且环氧树脂和不饱和聚酯树脂的重量比为（1～2）:1。
3.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：所述固化剂为聚酰胺或聚醚胺。
4.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，所述混合物A和混合物B的质量比为（7～8）：（1～3）。
5.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，六偏磷酸钠的重量百分比为2～4wt%、α-烯基磺酸钠的重量百分比为1～2wt%。
6.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，所述有机溶剂为酒精、丙酮、丁酮和乙丁醇中的一种。
7.根据权利要求1所述的储能电感的制备方法，其特征在于：在步骤S7中，所述涂层包括以下重量组份：石墨烯粉50～60份，碳化硅5～15份，二氧化钛5～10份，二氧化锰5～8份，聚酰胺固化剂2～5份，溶剂10～20份。
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