CN1189898C

CN1189898C - 线圈元件及其制备方法

Info

Publication number: CN1189898C
Application number: CNB021052069A
Authority: CN
Inventors: 加藤英一; 青木隆博; 安泽裕之
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: US6710692B2; JP3593986B2; JP2002246242A; CN1372276A; TW556234B; US20020113680A1

Abstract

在将空心线圈置于压模内之后，用其表面用两种或多种树脂层涂覆的磁粉填充压模。平均粒径20μm或更低的纯铁粉是合乎需要的磁粉。用于分别涂覆磁颗粒表面的两种树脂层的内层材料使用热固性树脂，外层材料使用热塑性树脂。然后，磁粉在1-10tons/cm²的压模压力下形成空心线圈嵌入其中的矩形压模体。之后，通过热处理压模体形成磁体。

Description

线圈元件及其制备方法

发明领域

本发明涉及线圈元件及其制备方法。

背景技术

到目前为止，已知线圈元件是这样制备的：将空心线圈置于压模内之后，用磁粉和粘合剂的混合粉末或其表面被一种树脂涂覆的磁粉填充压模，然后在一定压力下压模线圈元件。

但是，当使用磁粉和粘合剂的混合粉末时，很难将磁粉和粘合剂均匀混合，这就会出现很难保证得到的磁体获得绝缘性质，电流损耗大(明显)的问题。并且，当减少相对于磁粉的粘合剂的量以改善线圈元件的磁性性质时，磁粉和粘合剂的混合粉末变成不均匀的块，很难用混合粉末填充压模。因此，压模磁体的密度降低，又会产生不能获得稳定的磁性性质并且磁场强度也会降低的问题。

并且，当使用其表面只被一种树脂涂覆的磁粉时，如果在压模时压模增加以减少磁颗粒间的空间，会出现得到的磁体很难获得绝缘性质问题。

发明概述

因此，本发明的目的在于提供一种线圈元件及其制备方法，其中该线圈元件具有良好的绝缘性质和磁性性质，并且机械强度很高。

为了实现上述目的，线圈元件包括由磁粉制成的磁体，其中磁粉的表面用两种或多种树脂层分别涂覆，和由在其上具有绝缘膜的导线制成的线圈，其中线圈的至少一部分被嵌入到磁体中。在这里，作为磁性金属粉末的纯铁粉末、无定形粉末和铝硅铁粉用作磁粉。

另外，按照本发明的制备线圈元件的方法包括以下步骤：将其上具有绝缘膜的导线制成的线圈元件置于压模中；用磁粉填充压模，其中磁粉的表面用两种或多种树脂层分别涂覆；压制磁粉形成线圈嵌入其中的压模体；通过热处理压模体形成磁体。

由于上述结构，内层树脂层通过应用例如具有高机械强度的热固性树脂，即使在压模和压模后发生的热处理中压模压力增加，内层树脂层的断裂也会受到限制，可以获得磁颗粒间的绝缘性。另外，通过在树脂层和磁粉间界面处形成氧化膜，可以进一步改善磁颗粒间的绝缘性。

另一方面，外层树脂层通过应用例如热塑性树脂，通过在压模后进行热处理，树脂层外层暂时熔化又固化，能增加磁颗粒间的粘合强度，并且磁颗粒间的空间减少。因此，磁体的机械强度增加。

另外，通过在磁体表面提供有树脂或玻璃制成的涂覆材料，能改善磁体的绝缘性质和机械强度。

附图说明

图1图示了按照本发明第一个实施方案的线圈元件的透视图；

图2为压模体的透视图，其用于描述图1之后的制备步骤；

图3为线圈元件磁体的透视图，其用于描述图2之后的制备步骤；

图4图示了如图3所示的线圈元件的直流叠加(superposed)特性；

图5图示了按照本发明第二个实施方案的线圈元件的透视图；

图6为压模体的透视图，其用于描述图5之后的制备步骤；

图7为线圈元件磁体的透视图，其用于描述图6之后的制备步骤；

图8图示了按照本发明另一个实施方案的线圈元件的透视图；

图9图示了按照本发明另一个实施方案的线圈元件的透视图；

图10图示了按照本发明另一个实施方案的线圈元件的透视图；

图11图示了按照本发明另一个实施方案的线圈元件的透视图；

图12图示了按照本发明另一个实施方案的线圈元件的透视图；

优选实施方案的描述

在下面，将参照附图描述按照本发明的线圈元件及其制备方法的实施方案。

第一个实施方案：图1-3

如图1所示，通过缠绕导线形成空心线圈，其中为了能形成线圈，导线的表面具有一层如聚氨酯绝缘涂层。导线可以由铜、银、金等制成，截面可以是任何形状，即截面可以是圆形、方形等。但是，在本发明的实施方案中，使用具有圆形截面的导线。

下一步，将空心线圈置于压模中后，用磁粉填充压模，其中磁粉的表面用两种树脂层涂覆。平均粒径20μm或更低的纯铁颗粒是合乎需要的磁粉。纯铁颗粒饱和磁通密度高达1.5-2.0T，易于塑性变形和模塑，并且该材料的成本较低。另外，当将纯铁颗粒的平均粒径设定在20μm或更低(典型值：10μm)，尽管颗粒的平均粒径越小越好，可以获得切换频率带性质良好(100kHz-3MHz)、特别是电感性质量良好的磁体。

通过氧化处理或在自然条件下暴露，在磁颗粒的表面形成氧化膜，以获得绝缘性质。但是，氧化膜不是必须需要的。在该氧化膜上形成两种树脂层。

用于涂覆磁颗粒表面的两种树脂层的内层材料使用热固性树脂，外层材料使用热塑性树脂。在本发明第一个实施方案中，热固性树脂使用热固性氟树脂(相当于磁颗粒重量的1.5％重量)，热塑性树脂使用热塑性聚酰亚胺树脂(相当于磁颗粒重量的0.5％重量)。

另外，内层材料使用热固性树脂，外层材料可以使用组分不同于内层材料的热固性树脂。更具体地，例如内层材料使用热固性氟树脂(1.5％重量)，外层材料使用热固性环氧树脂(0.5％重量)。该外层不硬化，并且通过压模后的热处理(在下面描述)该外层完全硬化。热处理在150-250℃下进行。因此，磁颗粒间的粘合强度增加，并且磁体的机械强度也增加。但是，即使在热处理前该外层可能被部分硬化，该层的大部分也还没有硬化。

目前，通常需要内层的范围在1.0-3.0％重量。当内层小于1.0％重量，难于获得压模体中磁颗粒间的绝缘性，当内层超过3.0％重量，由于压模密度降低，难于获得稳定的磁性特性。另外，需要外层的范围在0.5-1.0％重量。当外层小于0.5％重量，难于获得压模体的机械强度，当外层超过1.0％重量，由于压模密度降低，难于获得稳定的磁性特性。

当内层的范围在1.0-3.0％重量，其厚度为0.05-0.2μm。例如当内层为1.5％重量，其厚度为0.1μm。另一方面，当外层的范围在0.5-1.0％重量，其厚度为0.02-0.05μm。例如当外层为0.5％重量，其厚度为0.02μm。另外，需要外层比内层薄。如果外层比内层厚，当在压模后进行热处理时，压模体内的内应力减轻，因此尺寸精确度降低。关于内层，需要一定的厚度，以使压模体获得绝缘性质。

然后，如图2所示，磁粉在1-10tons/cm²的压力下形成空心线圈1嵌入其中的矩形压模体2。空心线圈1的末端部分1a和1b从压模体2的侧面伸出。下一步，压模体2进行热处理得到磁体2a(例如当使用热塑性聚酰亚胺时，热处理在200-250℃下进行)。在进行热处理时，外层的热塑性树脂暂时熔化后，树脂又固化，这样磁颗粒间的粘合强度增加，磁颗粒间的空间减小。这样，例如磁体2a的密度达到4-7g/cm³。因此，磁体2a的机械强度增加至120Kg/cm²或更高，并且气密性和抗大气腐蚀性能得到改善。

并且，如果需要，在磁体2a的表面可以涂覆低密度树脂(例如热固性树脂或紫外线固化树脂)和涂覆玻璃材料，可以对其进行热处理和紫外线照射，以进一步改善绝缘性和机械强度。

下一步，如图3所示，将弯曲和加工的金属端子4和5装配到磁体2a上。通过熔接、焊接、导电粘合等将空心线圈1的末端部分1a和1b与金属端子4和5电连接。

在以这种方式得到的扼流线圈10中，由于在涂覆在磁粉表面的热塑性树脂层下使用比上层热塑性树脂机械强度更高的热固性树脂，即使在压模后进行热处理和压模时压模压力增加，内层树脂的断裂也会受到限制，并且可以确保提供磁颗粒间的绝缘性(电阻率为10⁵Ω·cm或更高)。并且由于在磁粉和树脂层之间界面形成氧化膜，可以进一步改善磁颗粒间的绝缘性。

具体地，扼流线圈10(大小：12.5×12.5×3.5)的制备是通过应用圈数4.75、内径5.2mm、线号(wire size)0.9mm的空心线圈1，当压制时将压模压力设定在2.0tons/cm²，压模(压制)时间设定在3秒，对扼流线圈10的性质进行评价，结果如下所示：

额定电流/温度升高：15A/60.4℃

在额定电流下的电感值：1.1μH(最初电感值：1.3μH，在电流20A下的电感值：1.0μH)

直流电阻值：2.97mΩ。

另外，图4图示了制备的扼流线圈10的直流叠加特性。实线11图示了在压模压力8.4tons/cm²下制备的扼流线圈10的性质，实线12图示了在压模压力2.0tons/cm²下制备的扼流线圈10的性质。另外，在图4中，还图示了常规扼流线圈的性质作为对照(参照虚线13和14)。

第二个实施方案：图5-7

如图5所示，在第二个实施方案的扼流线圈中，通过焊接、熔接、或其它适合的方法将空心线圈1的末端部分1a和1b与箍钢带型金属端子21和22电连接后，将其放置于压模中。下一步，如第一个实施方案所描述，用其表面用两种树脂层涂覆的磁粉填充压模后，通过压制和压模磁粉形成空心线圈1嵌入其中的压模体25，如图6所示。箍钢带型金属端子21和22伸出压模体25的侧面。

下一步，将压模体25进行热处理以形成磁体25a。然后，箍钢带型金属端子21和22形成一定的形状。因此，在扼流线圈30中，由于在涂覆在磁粉表面的树脂层的内层中使用比外层热塑性树脂机械强度更高的热固性树脂，即使在压模后进行热处理和压模时压模压力增加，内层树脂的断裂也会受到限制，并且可以确保提供磁颗粒间的绝缘性(电阻率为10⁵Ω·cm或更高)。并且由于在磁粉和树脂层之间界面形成氧化膜，可以进一步改善磁颗粒间的绝缘性。因此，箍钢带型金属端子21和22可以很容易地嵌入到磁体25a中，可以在低成本下很容易地获得高的电感和低的电阻。

其它实施方案

另外，按照本发明的线圈元件及其制备方法不限于上述实施方案，在不超出本发明实际范围和精神的基础上可以作出多种改变和修饰。例如，树脂层不限于两层结构。可以使用其中在内层和外层之间提供有另一层(中间层)的三层结构，也可以使用其中另一层在内层内侧和在外层外侧的结构。

另外，线圈元件不限于空心线圈嵌入磁体的类型，该线圈元件可以是图8-12所示的多种类型之一。在图8所示的线圈元件40中，提供有E-芯磁体41和42，卷绕在绕线管芯部上的线圈44，等等。在图9所示的线圈元件50中，提供有环形磁体51和卷绕在磁体51上的线圈52。在图10所示的线圈元件60中，提供有罐形铁芯磁体61和62，卷绕在磁体62的杆部的线圈63。

另外，如图11所示的线圈元件70，其包含有两个磁体71和72，磁体71和72的中间柱部分71a和72a被插入到螺线管73中，在柱部分71a和72a之间提供有空隙74。在图12所示的线圈元件80中，空心线圈82被嵌入到磁体81中。

这些磁体41、42、51、61、62、71、72和81也可以通过应用其表面用两种或多种树脂层涂覆的磁粉进行压模。

从上面描述中可以清楚地发现：按照本发明，由于磁体应用其表面用两种或多种树脂层涂覆的磁粉进行压模，即使在压模后进行热处理和压模时压模压力增加，内层树脂的断裂也会受到限制，并且内层树脂通过应用例如具有高机械强度的热固性树脂，可以获得磁颗粒间的绝缘性。并且由于在磁粉和树脂层之间界面形成氧化膜，可以进一步改善磁颗粒间的绝缘性。

另一方面，外层树脂通过应用例如热塑性树脂，在压模后的热处理中外层树脂暂时熔化，然后又固化，能增加磁颗粒间的粘合强度，并且磁颗粒间的空间减少。因此，可以制成机械强度更高的磁体，并且抗大气腐蚀性能也得到改善。

另外，外层通过应用不同于内层的热固性树脂，通过压模后的热处理尚未固化的外层完全固化，能增加磁颗粒间的粘合强度，并且可以减少磁颗粒间的空间。因此，可以增加磁体的机械强度。

Claims

1.一种线圈元件，其特征在于它包括：

由磁粉制成的磁体，其中所述磁粉的表面用两种或多种树脂层分别涂覆；和

由在其上具有绝缘膜的导线制成的线圈，其中线圈的至少一部分被嵌入到所述磁体中。

2.按照权利要求1所述的线圈元件，其中磁粉为磁性金属粉末。

3.按照权利要求1或2所述的线圈元件，其中所述树脂层的内层由热固性树脂制成，外层由热塑性树脂制成。

4.按照权利要求1或2所述的线圈元件，其中所述树脂层的内层由热固性树脂制成，外层由组成不同于内层的热固性树脂制成。

5.按照权利要求1所述的线圈元件，其中在所述树脂层和磁粉间界面处形成氧化膜。

6.按照权利要求1所述的线圈元件，其中在磁体表面提供有树脂或玻璃制成的涂覆材料。

7.一种用于制备线圈元件的方法，包括以下步骤：

将其上具有绝缘膜的导线制成的线圈元件置于压模中；

用磁粉填充压模，其中所述磁粉的表面用两种或多种树脂层分别涂覆；

压制磁粉形成线圈嵌入其中的压模体；

通过热处理压模体形成磁体。