TWM636432U

TWM636432U - 磁性元件

Info

Publication number: TWM636432U
Application number: TW111209022U
Authority: TW
Inventors: 趙宜泰; 李玄; 周小兵; 趙家彥
Original assignee: 大陸商昆山瑪冀電子有限公司
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2023-01-11

Abstract

本新型為一種磁性元件，包括U型磁芯、導線及磁性體，U型磁芯包括底板、第一側板和第二側板，底板包括第一面和第二面，第一側板和第二側板設置於底板的第一面；導線具有線圈段及自線圈段引出的連接段，線圈段設置於底板的第一面上，且位於第一側板和第二側板之間，連接段與U型磁芯限位連接；磁性體包覆U型磁芯和導線的線圈段，導線的連接段部分暴露於磁性體外。U型磁芯的設置可對導線定位，避免線圈在壓制過程中出現變形或錯位情況。連接段無需與導線框架連接，因為可將線圈段最大化設置，提升磁性元件的磁性能，而達到優化其能量轉換和儲存性能的效果。

Description

磁性元件

本新型係有關一種電子元件技術領域，尤指一種磁性元件。

在電子技術領域中，磁性元件是能量轉換和儲存的核心部件，其性能關係到整個系統的效率和性能。磁性元件主要包括電感器和變壓器兩大類，其中，以電感器為例，電感器是一種能夠把電能轉化為磁能並存儲起來的元件，又稱扼流器、電抗器或動態電抗器。

現有的電感器的製作過程通常是首先將空心線圈的內端和外端分別與引線框架上不同的兩個連接端焊接在一起，然後將粉末狀模塑材料以完全包圍空心線圈的方式注入模具中，再通過粉末成型機壓制成型，最後切割掉引線框架，並將引線折疊到電感器的底表面。但是，上述方式受限於導線框架，導致空心線圈無法做到最大化，磁性能無法發揮最佳化；並且無法對線圈進行定位，在壓制過程中，線圈易受損或變形或錯位等情況，進而影響成品的品質。同理，其他與電感器類似的磁性元件也具有同樣的上述缺陷。

本新型之一目的，在於提供一種磁性元件，其讓磁性元件的磁性可獲得最佳化發揮以及能夠避免線圈易變形的問題。

為了達成上述之目的，本新型提供一種磁性元件，包括U型磁芯、導線及磁性體，U型磁芯包括底板、第一側板和第二側板，所述底板包括相對的第一面和第二面，所述第一側板和所述第二側板對稱設置於所述底板的第一面上，且所述第一側板與所述第二側壁之間具有間隙；導線具有線圈段、以及自所述線圈段的端部引出的連接段，所述線圈段設置於所述底板的第一面上，且位於所述第一側板和第二側板之間，所述連接段與所述U型磁芯限位連接；磁性體至少包覆所述U型磁芯和所述導線的線圈段，所述導線的連接段至少部分暴露於所述磁性體外。

在其中一個實施例中，所述U型磁芯的材料為合金磁性材料、非晶材料、鐵氧體以及羰基鐵中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述第一側板和所述第二側板的高度相同，且大於等於所述線圈段的高度。

在其中一個實施例中，所述線圈段在所述底板第一面的正投影位於所述底板的第一面內；所述線圈段在所述第一側板表面上的正投影位於所述第一側板表面內；所述線圈段在所述第二側板表面上的正投影位於所述第二側板表面內。

在其中一個實施例中，所述線圈段包括相對的第一端和第二端，所述連接段包括與所述第一端連接的第一段以及與所述第二端連接的第二段，所述第一段和所述第二段對稱設置於所述線圈段兩側。

在其中一個實施例中，所述第一段和所述第二段為所述導線由所述底板的第一面彎折到所述底板的第二面所形成的U型結構。

在其中一個實施例中，所述底板的側邊設置有凹槽，所述U型結構卡設於所述凹槽內。

在其中一個實施例中，所述第一段為所述導線自所述線圈段端部向所述第一側板方向延伸並彎折到所述第一側板外側所形成的L型結構；所述第二段為所述導線自所述線圈段端部向所述第二側板方向延伸並彎折到所述第二側板外側所形成的L型結構。

在其中一個實施例中，所述導線為條帶形導線或圓形導線。

在其中一個實施例中，所述磁性體由鐵基非結晶粉末、鐵矽鋁合金粉末、透磁合金粉末、鐵矽合金粉末、奈米結晶合金粉末中的至少兩種材料混合而成。

在其中一個實施例中，暴露於所述磁性體外的所述連接段的表面包覆有金屬層。

一種如上述的磁性元件的製作方法，所述方法包括：繞設導線以形成線圈段，並從線圈段端部引出連接段；將線圈段放置於U型磁芯的底板上，且將連接段與U型磁芯限位連接，以完成導線和U型磁芯的組裝；將組裝好的導線和U型磁芯放置於模具內，在模具內填充磁性材料，通過熱壓成型工藝得到完全包覆U型磁芯和導線的磁性體；對磁性體進行研磨，以使導線的連接段部分露出。

在其中一個實施例中，在所述對磁性體進行研磨的步驟之前，所述方法還包括：對磁性體進行烘烤。

在其中一個實施例中，所述導線為漆包線；在所述對磁性體進行研磨，以使導線的連接段部分露出的步驟之後，所述方法還包括：去除露出的導線的連接段上的漆料；在去除掉漆料的連接段的表面形成金屬層。

上述U型磁芯的設置，一方面，可以通過第一側板、第二側板以及底板圍成的空間對線圈段進行限位，又可以通過底板或側板對連接段進行限位，進而實現對整個導線進行定位，避免線圈在壓制過程中出現變形或錯位的情況，提高成品品質。另一方面，由於連接段無需與導線框架連接，因此，連接段的位置不受導線框架的限制，即，線圈段的端部可不受導線框架的限制，線圈段可以設置成實際所需大小，因為可將線圈段最大化設置，進一步地提升該磁性元件的磁性能，進而達到優化其能量轉換和儲存性能的效果。

10:U型磁芯

101:底板

1011:第一面

1012:第二面

102:第一側板

103:第二側板

104:凹槽

20:導線

201:線圈段

2011:第一端

2012:第二端

202:連接段

2021:第一段

2022:第二段

30:磁性體

圖1為本新型一個實施例的磁性元件的結構爆炸示意圖；圖2為本新型一個實施例的磁性元件的裝配示意圖；圖3為本新型另一個實施例的磁性元件的結構爆炸示意圖；圖4為本新型另一個實施例的磁性元件的裝配示意圖；圖5為本新型又一個實施例的磁性元件的結構爆炸示意圖；圖6為本新型又一個實施例的磁性元件的裝配示意圖；圖7為本新型一個實施例的磁性元件的製作方法的流程圖；圖8為本新型另一個實施例的磁性元件的製作方法的流程圖；圖9為本新型又一個實施例的磁性元件的製作方法的流程圖。

為了便於理解本新型，下面將參照相關附圖對本新型進行更全面的描述。附圖中給出了本新型的優選實施方式。但是，本新型可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施方式。相反的，提供這些實施方式的目的是為了對本新型的公開內容理解得更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定於”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水準的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“後”、“周向”以及類似的表述是基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本新型的限制。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本新型。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如背景技術所述，現有的電感器的製作過程需要依賴於導線架。首先將導線繞製成線圈；然後將線圈的兩端引線焊接在導線架上；再將上述結構置入模具中，向模具中注入粉末狀模塑材料，並通過粉末成型機壓制成型；最後將導線架切斷，形成最終的電感器。

上述電感器的製作由於需要應用導線架，導線的兩端需與導線架的兩個延伸端焊接，因此，繞設後的線圈的大小需適應導線架的大小，不易過大，由此使得制得的電感器的磁性能受到限制。另外，在壓制前，僅通過導線架固定線圈的兩個端部，而無法對整個線圈進行固定，這使得在壓制成型的工藝中，線圈易受損或變形或錯位等情況發生，進而影響成品的品質。

同樣地，與電感器製作過程接近的變壓器等各種磁性元件也存在以上問題。

為解決上述問題，本申請實施例提供了一種磁性元件，該磁性元件可以為電感器，也可以為變壓器，還可以為其他磁性元件。本實施例中，以電感器為例進行說明。

如圖1至圖6所示，本申請實施例提供了一種磁性元件，包括U型磁芯10、導線20以及磁性體30。其中，U型磁芯10包括底板101、第一側板102和第二側板103，底板101包括相對的第一面1011和第二面1012，第一側板102和第二側板103對稱設置於底板101的第一面1011上，且第一側板102和第二側板103之間具有間隙；導線20具有線圈段201，以及自線圈段201的端部引出的連接段202，線圈段201設置於底板101的第一面1011上，且位於第一側板102和第二側板103之間，連接段202與U型磁芯10限位連接；磁性體30至少包覆U型磁芯10和導線20的線圈段201，導線20的連接段202至少部分暴露於磁性體30外。

具體地，底板101、第一側板102以及第二側板103均呈長方體結構。底板101的第一面1011和第二面1012即為底板101的正反兩面，本實施例中定義底板101的第一面1011為正面，底板101的第二面1012為反面。第一側板102和第二側板103分別對應U型的兩個側部，對稱分佈於底板101的第一面1011的兩側，一般地，第一側板102和第二側板103均垂直於底板101設置，第一側板102、第二側板103和底板101共同構成一U型結構。

在其中一個實施例中，U型磁芯10的材料可以為合金磁性材料、非晶材料、鐵氧體以及羰基鐵中的一種或多種。具體地，U型磁芯10是通過對合金磁性材料、非晶材料、鐵氧體以及羰基鐵中的一種或多種材料的混合材料進行壓制而成。通過上述材料壓制形成的磁芯的損耗較低。當然，還可以根據實際需求選用其他材料混合而成，在此不做一一列舉。

在其中一個實施例中，導線20為條帶形導線或圓形導線，其中圖3中為條帶性導線。條帶形導線和圓形導線均適用於本方案。作為一種優選的實施方式，本實施例中選用圓形導線。圓形導線應用較為廣泛，並且繞制為線圈時較為規整。本實施例中的導線20可以選用漆包線，漆包線由導體和包覆於導體週邊的絕緣層組成。

導線20包括線圈段201和連接段202，其中，線圈段201是由導線20繞設而形成的螺旋結構，連接段202是由線圈段201的端部引出的一段導線。

在其中一個實施例中，線圈段201包括相對的第一端2011和第二端2012，連接段202包括第一段2021和第二段2022，連接段202的第一段2021與線圈段201的第一端2011連接，連接段202的第二段2022與線圈段201的第二端2012連接，並且，第一段2021和第二段2022對稱設置於線圈段201兩側。一般地，線圈段201的第一端2011和第二端2012分別位於線圈段201的兩個相反的繞制方向，且對稱位於線圈段201的兩側，這裡所說的是線圈段201的兩側是指線圈段201的周向兩側。

需要說明的是，連接段202與線圈段201可以為一體結構，即是說，連接段202是對線圈段201的端部進行加工形成，例如對線圈段201的端部進行彎折處理從而形成連接段202；連接段202與線圈段201也可以為分立結構，即是說，連接段202與線圈段201之間可以為獨立的兩個部件，在實際應用中，將連接段202與線圈段201組合連接在一起。

本實施例中，線圈段201位於底板101的第一面1011上，同時位於第一側板102和第二側板103之間的間隙中，即，通過底板101、第一側板102以及第二側板103對線圈段201起到限位作用。其中，線圈段201與第一側板102、第二側板103之間可以存在一定的空隙，但該空隙不宜過大，以確保線圈段201不易從底板101上脫離。

在其中一個實施例中，第一側板102和第二側板103的高度相同，且均大於等於線圈段201的高度，由此可確保在後續壓制過程中，線圈在不同高度的水準方向均不易出現錯位或變形等情況。

在其中一個實施例中，線圈段201在底板101第一面1011的正投影位於底板101的第一面1011內；線圈段201在第一側板102表面上的正投影位於第一側板102表面內；線圈段201在第二側板103表面上的正投影位於第二側板103表面內。即是說，假設第一側板102、第二側板103以及底板101圍成的是一個腔室，線圈段201則完全位於該腔室內，不會超出該腔室。

在其中一個實施例中，如圖1~圖2或圖3~圖4所示，第一段2021和第二段2022為導線20由底板101的第一面1011彎折到底板101的第二面1012所形成的U型結構。即是說，連接段202與U型磁芯10的底板101之間限位連接，通過底板101對整個導線20進行進一步的定位。

作為進一步可選的實施方式，本實施例中，底板101的側邊設置有凹槽104，U型結構卡設於凹槽104內。這裡所說的底板101的側邊指的是底板101不與側板連接的側邊，由於具有兩個連接段202，因此底板101的同一個側邊設置有與兩個連接段202分別對應的兩個凹槽104，U型結構的中間彎折部位卡設於凹槽104內。

作為一種可替換實施方式，如圖5~圖6所示，第一段2021和第二段2022均為導線20自線圈段201端部沿著第一側板102向外延伸，再彎折朝第二側板103的方向延伸所形成的的L型結構；或者，第一段2021和第二段2022均為導線20自線圈段201端部沿著第二側板103向外延伸，再彎折朝第一側板102的方向延伸所形成的的L型結構。另外，第一段2021還可以為導線20自線圈段201端部向第一側板102方向延伸並彎折到第一側板102外側所形成的L型結構；第二段2022還可以為導線20自線圈段201端部向第二側板103方向延伸並彎折到第二側板103外側所形成的L型結構。即是說，連接段202與U型磁芯10的側板之間限位連接，通過側板對整個導線20進行進一步的定位。

上述僅列舉了U型結構和L型結構的連接段202，在實際應用中，還可以採用其他結構的連接段202與U型磁芯10相匹配組裝，在此不一一列舉。

在其中一個實施例中，磁性體30由鐵基非結晶粉末、鐵矽鋁合金粉末、透磁合金粉末、鐵矽合金粉末、奈米結晶合金粉末中的至少兩種材料混合而成。具體地，磁性體30是通過熱壓成型工藝對鐵基非結晶粉末、鐵矽鋁合金粉末、透磁合金粉末、鐵矽合金粉末、奈米結晶合金粉末中的至少兩種材料混合壓制而成。其中，除了上述材料之外，還可以添加熱固性材料，例如樹脂等材料與上述材料共同壓制。

其中，磁性體30可以呈長方體殼體狀，也可以呈其他形狀，這取決於熱壓成型工藝時採用的模具形狀，在此不做具體限制。

本實施例中，導線20的連接段202至少部分暴露於磁性體30外。當連接段202為上述U型結構時，連接段202位於底板101的第二面1012的部分暴露於磁性體30外；當連接段202為上述L型結構時，連接段202位於側板外側的部分暴露於磁性體30外，或者L型結構連接段202的自由端暴露於磁性體30外。

在其中一個實施例中，暴露於磁性體30外的連接段202的表面包覆有金屬層。金屬層的設置是為了實現連接段202與電路之間的電性連接，進而發揮該磁性元件的電性作用。其中，金屬層一般可以為金屬銀層。

上述磁性元件，包括U型磁芯10、導線20以及磁性體30，U型磁芯10包括底板101、第一側板102和第二側板103，導線20包括線圈段201和連接段202，線圈段201位於底板101的第一面1011上，連接段202與U型磁芯10限位連接，磁性體30至少包覆住U型磁芯10和線圈段201，連接段202至少部分暴露於磁性體30外。上述U型磁芯10的設置，一方面，可以通過第一側板102、第二側板103以及底板101圍成的空間對線圈段201進行限位，又可以通過底板101或側板對連接段202進行限位，進而實現對整個導線20進行定位，避免線圈在壓制過程中出現變形或錯位的情況，提高成品品質。另一方面，由於連接段202無需與導線框架連接，因此，連接段202的位置不受導線框架的限制，即，線圈段201的端部可不受導線框架的限制，線圈段201可以設置成實際所需大小，因為可將線圈段201最大化設置，進一步地提升該磁性元件的磁性能，進而達到優化其能量轉換和儲存性能的效果。

本申請實施例還提供一種上述的磁性元件的製作方法。如圖7所示，本申請實施例所提供的磁性元件的製作方法包括以下步驟：

步驟S20：繞設導線20以形成線圈段201，並從線圈段201端部引出連接段202。

具體地，可以保持導線20的一端不動，拉動導線20的另一端繞設形成導線20的線圈段201。也可以保持導線20的中部固定不動，同時拉動導線20的兩端沿相反的方向繞設形成導線20的線圈段201。

線圈段201具有第一端2011和第二端2012(即為上述導線20的一端和另一端)，連接段202可以是通過對線圈段201的一端和第二端2012加工處理而形成的，也可以是連接到線圈段201的端部。對應於線圈段201的第一端2011和第二端2012，連接段202具有與第一端2011連接的第一段2021，以及與第二端2012連接的第二段2022，連接段202的第一段2021和第二段2022可以呈L型或U型。

以連接段202的第一段2021為例進行說明：當連接段202的第一段2021呈L型時，該L型位於水準方向。當連接段202的第一段2021呈U型時，該U型以貼近線圈段201的方式設置，且該U型位於豎直方向。

在其中一個實施例中，導線20為條帶形導線或圓形導線。條帶形導線和圓形導線均適用於本方案。作為一種優選的實施方式，本實施例中選用圓形導線。圓形導線應用較為廣泛，並且繞制為線圈時較為規整。本實施例中的導線20可以選用漆包線，漆包線由導體和包覆於導體週邊的絕緣層組成。

步驟S40：將線圈段201放置於U型磁芯10的底板101上，且將連接段202與U型磁芯10限位連接，以完成導線20和U型磁芯10的組裝。

以U型連接段202為例，在進行導線20和U型磁芯10的組裝時，沿靠近底板101的方向將U型連接段202卡設於底板101上，同時將線圈段201固定放置於底板101的第一面1011上。

以L型連接段202為例。在進行導線20和U型磁芯10的組裝時，沿靠近底板101的方向將L型連接段202卡設於側板上，同時將線圈段201固定放置於底板101的第一面1011上。

步驟S60：將組裝好的導線20和U型磁芯10放置於模具內，在模具內填充磁性材料，通過熱壓成型工藝得到完全包覆U型磁芯10和導線20的磁性體30。

其中，模具為一側開口結構，一般為長方體狀。磁性材料包括鐵基非結晶粉末、鐵矽鋁合金粉末、透磁合金粉末、鐵矽合金粉末、奈米結晶合金粉末中的至少兩種材料，另外，磁性材料還包括熱固性材料，例如樹脂等。通過熱壓工藝對完全覆蓋U型磁芯10和導線20的磁性材料進行壓制，最終形成完全包覆U型磁芯10和導線20的磁性體30。熱壓工藝中涉及到的參數，例如時間和壓力等參數，可根據實際需求來設定，在此不做具體限制。

步驟S80：對磁性體30進行研磨，以使導線20的連接段202部分露出。

當壓制完成磁性體30後，通過研磨工藝對磁性體30進行研磨，研磨位置主要是連接段202所在位置，以使連接段202部分露出。具體使連接段202露出多少可視實際需求而定。

在其中一個實施例中，如圖8所示，在步驟S80，即，對磁性體30進行研磨的步驟之前，本申請實施例所提供的磁性元件的製作方法還包括以下步驟：

步驟S70：對磁性體30進行烘烤。當壓制完成磁性體30後，需要對該磁性體30進行烘烤固化。烘烤固化的時間可視實際需求而定。

在其中一個實施例中，導線20為漆包線；如圖9所示，在步驟S80，即，對磁性體30進行研磨，以使導線20的連接段202部分露出的步驟之後，本申請實施例所提供的磁性元件的製作方法還包括以下步驟：

步驟S81：去除露出的導線20的連接段202上的漆料。由於採用的是漆包線，因此露出的導線20連接段202的外側具有一層絕緣漆層，此時可以通過鐳射剝漆工藝將連接段202外側的絕緣漆層去除。

步驟S82：在去除掉漆料的連接段202的表面形成金屬層。當去除掉漆料後，可以通過電鍍工藝在連接段202週邊形成金屬層，金屬層可以選用銀層。金屬層的設置實現了連接段202與電路之間的電性連接，進而發揮該磁性元件的電性作用。

上述磁性元件的製作方法，一方面，無需依賴導線架，可以將線圈段201最大化設置，提升了該磁性元件的磁性能，進而達到優化其能量轉換和儲存性能的效果。另一方面，U型磁芯10的設置，可以通過第一側板102、第二側板103以及底板101圍成的空間對線圈段201進行限位，又可以通過底板101或側板對連接段202進行限位，進而實現對整個導線20進行定位，避免線圈在壓制過程中出現變形或錯位的情況，提高成品品質。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本新型的保護範圍。因此，本新型專利的保護範圍應以所附請求項為准。