一种十字型磁芯电感及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于电感元件领域，涉及一种电感及其制备方法与应用，具体涉及一种十字型磁芯电感及其制备方法与应用。


背景技术：

2.电感器作为电子电路的基本元件之一，广泛应用于电子电路产品中。传统的电感器主要通过将漆包线缠绕于导磁体外部形成线绕式电感器，但此种类型的电感器存在抗直流饱和特性较差、电感值较低等缺陷。一体成型电感器因其一体压粉成型而具有的同尺寸直流阻抗最低、降噪效果好以及可确保耐电流电感值降幅平顺等优点，广泛应用于汽车、物联网以及电子设备领域。
3.cn 208596602u公开了一种热缩环氧封装工型电感，其包括电感主体、活动引脚、线圈、调节腔、调节螺栓、滑动部、导电套和固定引脚；所述电感主体内设置有线圈，底部设置有固定引脚，一侧设置有调节腔；所述调节腔壁上设置有滑轨；所述滑轨上设置有螺纹孔和调节螺栓；所述调节螺栓上设置有滑动部，前端设置有导电套；所述导电套与活动引脚连接。但该工型电感对设备精度及粉料特性要求较高，不适合小尺寸电感的生产。
4.cn 213124033u公开了一种一体式电感电子元件，包括磁芯，磁芯的内部设有线圈，磁芯与线圈之间设有合金填充料，磁芯的外部包覆有绝缘壳体，磁芯的内部设有u型槽，u型槽的下端设有底板，线圈两个引线的端部为电极脚，且线圈的两个引线为折弯结构。该实用新型将线圈的两个引线折弯到磁芯的背面，通过磁芯的侧壁以及底板对线圈进行限位，但弯折两次的线圈其成品的特性尤其是直流阻抗仍有待改善。
5.cn 202183292u公开了一种改进型一体成型电感器，电感器包括线圈、磁性实心体和两个电极脚，线圈镶嵌在磁性实心体内，电极脚一端为第一端部，另一端为第二端部，两个电极脚的第一端部分别嵌装在磁性实心体内，两个电极脚分别与线圈的两端焊接在一起。但该实用新型采用线圈点焊后热压，因线圈没有定位，热压时线圈很容易发生偏移变形，且存在假焊、击穿或断脚的品质风险。
6.针对现有技术的不足，亟需提供一种一体成型的直流阻抗低且绕线不易变形的电感。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种十字型磁芯电感及其制备方法与应用，采用至少四次翻折的线圈绕制设计，搭配优化的十字型磁芯原料配比以及工艺参数，制得的十字型磁芯电感具有直流阻抗低、适用于小尺寸电感生产以及绕线不易变形等优点。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种十字型磁芯电感的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
10.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线经至少四次翻折固定于十字型磁
芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
11.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、压制成型以及后处理，得到十字型磁芯电感。
12.本发明提供的十字型磁芯电感的制备方法，采用至少四次翻折的线圈绕制设计，能够固定并包裹在十字型磁芯周围，防止产生引线翘起、引线歪斜或断线等不良造成品质风险，配合填粉压制等处理，制得的十字型磁芯电感品质较好且直流阻抗较低。
13.优选地，步骤(1)所述翻折的步骤为：线圈的两条引线分别通过十字型磁芯的凹槽一次翻折至十字型磁芯的侧面，经二次翻折至十字型磁芯的底面，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面，经四次翻折至线圈本体面。
14.优选地，步骤(1)所述卧绕式线圈包括圆条型或跑道型。
15.优选地，步骤(1)所述卧绕式线圈的匝数为2.75-15.75ts，例如可以是2.75ts、3.75ts、4.75ts、5.75ts、6.75ts、7.75ts、8.75ts、9.75ts、10.75ts、11.75ts、12.75ts、13.75ts、14.75ts或15.75ts，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16.本发明所述卧绕式线圈为一层设计，可以有效避免传统两层存在的上下分层的风险，同时可以设计不同的线径以及匝数，既能满足高感需求，又能满足低感需求，本发明所述卧绕式线圈的匝数，由于线圈两根引线的末端无交叉，故不为整数。
17.优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为25-200mpa，例如可以是25mpa、50mpa、100mpa、120mpa、140mpa、160mpa或200mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为120-160mpa。
18.所述压制成型的压力过大或过小，所得十字型磁芯可能存在内部结构不均或密实度较低的问题，对制得电感的直流阻抗具有负面影响。
19.优选地，步骤(2)所述压制成型的温度为170-190℃，例如可以是170℃、175℃、180℃、185℃或190℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为175-185℃。
20.优选地，步骤(2)所述压制成型的时间为1-3min，例如可以是1min、1.5min、2min、2.5min或3min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1.5-2.5min。
21.优选地，步骤(2)所述后处理包括依次进行的烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理。
22.优选地，步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
23.(a)均匀混合磁性粉料与胶水，依次经造粒、过筛以及干燥，得到十字型磁芯前驱体；
24.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体依次经压制成型与烘烤，得到十字型磁芯。
25.优选地，步骤(a)所述磁性粉料包括质量比为(0.125-8):1的纳米晶粉与合金粉，例如可以是0.125:1、0.5:1、0.8:1、1.25:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1或8:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为(0.5-2):1。
26.所述纳米晶粉与合金粉的配比在合理范围内，制得的十字型磁芯电感具有较低的直流阻抗以及合适的感值，质量比过高或过低，对成品的特性具有不利影响。
27.优选地，步骤(a)所述胶水的质量为磁性粉料质量的1-5wt％，例如可以是1wt％、
2wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％或5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为2-3.5wt％。
28.优选地，步骤(a)所述胶水包括环氧树脂和/或酚醛树脂。
29.优选地，所述纳米晶粉包括fesinbbcu和/或fesigrbc。
30.优选地，所述合金粉包括铁硅粉和/或铁硅铝粉。
31.优选地，步骤(a)所述过筛所用筛网的目数为50-300目，例如可以是50目、100目、150目、200目、250目或300目，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32.优选地，步骤(2)所述填粉所用的粉料与步骤(a)所述造粒、过筛后得到的粉料相同。
33.优选地，步骤(a)所述干燥的温度为50-60℃，例如可以是50℃、52℃、55℃、58℃或60℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
34.优选地，步骤(a)所述干燥的时间为1.5-2.5h，例如可以是1.5h、1.8h、2h、2.2h或2.5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35.步骤(b)所述压制成型的压力为20-480mpa，例如可以是20mpa、50mpa、100mpa、150mpa、200mpa、250mpa、300mpa、350mpa、400mpa、450mpa或480mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为50-150mpa。
36.优选地，步骤(b)所述压制成型的温度为20-25℃，例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
37.优选地，步骤(b)所述压制成型的时间为8-12s，例如可以是8s、9s、10s、11s或12s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
38.优选地，步骤(b)所述烘烤的温度为200-220℃，例如可以是200℃、205℃、210℃、215℃或220℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
39.优选地，步骤(b)所述烘烤为重复烘烤2-3次。
40.优选地，步骤(b)所述烘烤的时间为7-10min，所述重复烘烤的相邻两次间隔时间为4-6min。
41.所述烘烤的时间为7-10min，例如可以是7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为8-9min。
42.所述重复烘烤的相邻两次间隔时间为4-6min，例如可以是4min、4.5min、5min、5.5min或6min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
43.作为本发明第一方面提供的制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
44.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线经至少四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
45.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线分别通过十字型磁芯的凹槽一次翻折至十字型磁芯的侧面，经二次翻折至十字型磁芯的底面，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面，经四次翻折至线圈本体面；
46.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在170-190℃下经25-200mpa压制成型1-3min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
47.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
48.(a)均匀混合磁性粉料与胶水，造粒后过50-300目筛，50-60℃干燥1.5-2.5h，得到十字型磁芯前驱体；
49.所述磁性粉料包括质量比为(0.125-8):1的纳米晶粉与合金粉；所述胶水的质量为磁性粉料质量的1-5wt％；
50.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在20-25℃下经20-480mpa压制成型8-12s，200-220℃烘烤7-10min，重复烘烤2-3次，得到十字型磁芯。
51.第二方面，本发明提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感通过第一方面所述的制备方法制备得到。
52.第三方面，本发明提供了如第二方面所述十字型磁芯电感的应用，所述十字型磁芯电感用于车用电子设备、通讯设备或物联网领域。
53.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
54.本发明提供的十字型磁芯电感及其制备方法与应用，采用至少四次翻折的线圈绕制设计，防止产生引线翘起、引线歪斜或断线等不良造成品质风险，配合十字型磁芯的优化工艺参数，制得的十字型磁芯电感线圈不易变形，品质较好，直流阻抗≤7.2mω，可用于车用电子设备、通讯设备或物联网领域。
附图说明
55.图1是本发明实施例1提供的十字型磁芯的结构示意图；
56.图2是本发明实施例1提供的线圈引线一次翻折的示意图；
57.图3是本发明实施例1提供的线圈引线二次翻折的示意图；
58.图4是本发明实施例1提供的线圈引线三次翻折的示意图；
59.图5是本发明实施例1提供的线圈引线四次翻折的示意图。
60.其中：1，引线；2，凹槽；3，侧面；4，底面；5，对立侧面；6，线圈本体面。
具体实施方式
61.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
62.实施例1
63.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法包括如下步骤：
64.(1)将卧绕式线圈置于如图1所示的十字型磁芯中，线圈引线1经四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
65.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线1分别通过十字型磁芯的凹槽2一次翻折至如图2所示的十字型磁芯的侧面3，经二次翻折至如图3所示的十字型磁芯的底面4，经三次翻折至如图4所示的十字型磁芯的对立侧面5，经四次翻折至如图5所示的线圈本体面6；
66.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在180℃下经140mpa压制成型2min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
67.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
68.(a)均匀混合fesinbbcu纳米晶粉、铁硅粉以及环氧树脂胶水，造粒后过180目筛，55℃干燥2h，得到十字型磁芯前驱体；
69.所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为1.25:1；所述环氧树脂胶水的质量为纳米晶粉与铁硅粉总质量的2.5wt％；
70.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在23℃下经250mpa压制成型10s，210℃烘烤8.5min，重复烘烤2次，2次的时间间隔为5min，得到十字型磁芯。
71.实施例2
72.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法包括如下步骤：
73.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线1经四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
74.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线1分别通过十字型磁芯的凹槽2一次翻折至十字型磁芯的侧面3，经二次翻折至十字型磁芯的底面4，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面5，经四次翻折至线圈本体面6；
75.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在175℃下经160mpa压制成型1.5min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
76.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
77.(a)均匀混合fesinbbcu纳米晶粉、铁硅粉以及环氧树脂胶水，造粒后过100目筛，52℃干燥2.2h，得到十字型磁芯前驱体；
78.所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为0.5:1；所述环氧树脂胶水的质量为纳米晶粉与铁硅粉总质量的2wt％；
79.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在24℃下经100mpa压制成型9s，215℃烘烤8min，重复烘烤2次，2次的时间间隔为4.5min，得到十字型磁芯。
80.实施例3
81.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法包括如下步骤：
82.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线1经四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
83.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线1分别通过十字型磁芯的凹槽2一次翻折至十字型磁芯的侧面3，经二次翻折至十字型磁芯的底面4，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面5，经四次翻折至线圈本体面6；
84.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在185℃下经120mpa压制成型2.5min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
85.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
86.(a)均匀混合fesinbbcu纳米晶粉、铁硅粉以及环氧树脂胶水，造粒后过250目筛，58℃干燥1.8h，得到十字型磁芯前驱体；
87.所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为2:1；所述环氧树脂胶水的质量为纳米晶粉与铁硅粉总质量的3.5wt％；
88.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在21℃下经350mpa压制成型11s，205℃烘烤
9min，重复烘烤2次，2次的时间间隔为5.5min，得到十字型磁芯。
89.实施例4
90.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法包括如下步骤：
91.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线1经四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
92.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线1分别通过十字型磁芯的凹槽2一次翻折至十字型磁芯的侧面3，经二次翻折至十字型磁芯的底面4，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面5，经四次翻折至线圈本体面6；
93.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在170℃下经200mpa压制成型1min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
94.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
95.(a)均匀混合fesinbbcu纳米晶粉、铁硅粉以及环氧树脂胶水，造粒后过50目筛，50℃干燥2.5h，得到十字型磁芯前驱体；
96.所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为0.125:1；所述环氧树脂胶水的质量为纳米晶粉与铁硅粉总质量的1wt％；
97.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在25℃下经20mpa压制成型8s，220℃烘烤7min，重复烘烤2次，2次的时间间隔为4min，得到十字型磁芯。
98.实施例5
99.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法包括如下步骤：
100.(1)将卧绕式线圈置于十字型磁芯中，线圈引线1经四次翻折固定于十字型磁芯外部，得到十字型磁芯组合线圈；
101.所述翻折的步骤为：线圈的两条引线1分别通过十字型磁芯的凹槽2一次翻折至十字型磁芯的侧面3，经二次翻折至十字型磁芯的底面4，经三次翻折至十字型磁芯的对立侧面5，经四次翻折至线圈本体面6；
102.(2)步骤(1)所得十字型磁芯组合线圈经填粉、在190℃下经25mpa压制成型3min，再经烘烤、滚喷、镭射以及电镀处理，得到十字型磁芯电感；
103.步骤(1)所述十字型磁芯采用如下方法制备得到：
104.(a)均匀混合fesinbbcu纳米晶粉、铁硅粉以及环氧树脂胶水，造粒后过300目筛，60℃干燥1.5h，得到十字型磁芯前驱体；
105.所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为8:1；所述环氧树脂胶水的质量为纳米晶粉与铁硅粉总质量的5wt％；
106.(b)步骤(a)所得十字型磁芯前驱体在20℃下经480mpa压制成型12s，200℃烘烤10min，重复烘烤2次，2次的时间间隔为6min，得到十字型磁芯。
107.实施例6
108.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法与实施例1的区别在于，步骤(2)所述压制成型的压力为10mpa，其余均与实施例1相同。
109.实施例7
110.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法与实施例1的区别在于，步骤(2)所述压制成型的压力为250mpa，其余均与实施例1相同。
111.实施例8
112.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法与实施例1的区别在于，步骤(a)所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为0.1:1，其余均与实施例1相同。
113.实施例9
114.本实施例提供了一种十字型磁芯电感，所述十字型磁芯电感的制备方法与实施例1的区别在于，步骤(a)所述fesinbbcu纳米晶粉与铁硅粉的质量比为9:1，其余均与实施例1相同。
115.对比例1
116.本对比例提供了一种t字型磁芯电感，所述t字型磁芯电感的制备方法与实施例1的区别在于，步骤(1)为：将卧绕式线圈置于t字型磁芯中，线圈的两条引线分别通过t字型磁芯的凹槽一次翻折至t字型磁芯的侧面，经二次翻折至t字型磁芯的底面，得到t字型磁芯组合线圈；适应性将十字型磁芯替换为t字型磁芯，其余均与实施例1相同。
117.实施例1-9以及对比例1提供的十字型磁芯电感的成品特性如表1所示。
118.表1
[0119][0120][0121]
由表1可以看出，由实施例1与实施例2-9对比可知，原料配比以及压制成型的压力对电感的直流阻抗影响较大，合理的原料比例和成型压力的选择，使得十字型磁芯电感具有较低的直流阻抗以及较高的饱和电流；当由实施例1与对比例1对比可知，当线圈引线仅作二次翻折固定在磁芯外部，可能产生线圈变形或偏移等不良问题，制得的电感的直流阻抗较高，饱和电流较小。
[0122]
综上所述，本发明提供的十字型磁芯电感及其制备方法，采用至少四次翻折的线圈绕制设计，防止产生引线翘起、引线歪斜或断线等不良造成品质风险，配合十字型磁芯的
优化工艺参数，制得的十字型磁芯电感线圈不易变形，品质较好，直流阻抗≤7.2mω，可用于车用电子设备、通讯设备或物联网领域。
[0123]
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。