一种共模差模一体电感及其制备方法

技术领域

本发明涉及电感器件技术领域，具体涉及一种共模差模一体电感及其制备方法。

背景技术

电感是一款比较常见的电子元器件，种类繁多。共模、差模电感均是一种电感器件，前者用于减少电路中的共模噪声，即同时作用于两个信号线上的电磁干扰信号；后者具有很高灵敏度和精度，可以有效抑制如电机负载干扰和电网干扰这类差模干扰。

现有技术中，为实现产品的小型化，往往会在线路中选择共模差模一体电感，以替代传统的共模电感和差模电感的组合，该方案可以有效减少滤波器件数量，从而减小EMC滤波电感组件的体积，符合当前电力电子器件向小型化、节能化、高频化发展的主体方向。

但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中的共模差模一体电感，往往是在环状的磁芯中装配带有气隙的磁芯中柱，通过气隙漏磁调节差模电感量。这导致了电感器件在装配过程中由于需要在环形磁芯中对磁芯中柱进行定位、切割，使得电感器件的良率降低，装配不便。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种共模差模一体电感，另一方面，还提供用于制备该共模差模一体电感的制备方法。

具体技术方案如下：

一种共模差模一体电感，包括：

第一磁芯，所述第一磁芯呈空心环状；

两个第二磁芯，所述第二磁芯呈空心环状，所述第二磁芯的第一侧开设有磁芯气隙，所述第二磁芯相对于所述第一侧的第二侧设置有绕线区域；

两个所述第二磁芯于水平方向上对向放置，以使得所述磁芯气隙位于所述第二磁芯之间相互靠近的区域；

所述第一磁芯套接在所述第二磁芯外部，每个所述绕线区域上分别绕制有电感线圈，所述电感线圈包裹所述第一磁芯和所述第二磁芯。

另一方面，所述第一磁芯和所述第二磁芯的横截面呈矩形，所述第一磁芯和所述第二磁芯在俯视方向上呈矩形环状。

另一方面，所述共模差模一体电感还包括：

电感底座，所述电感底座上承托有所述第一磁芯和所述第二磁芯，所述电感底座上对应于所述绕线区域的部位分别开设有一对电极引出孔，所述电感线圈的引线于所述电极引出孔穿过所述电感底座并形成电极。

另一方面，所述电感线圈包括第一线圈和第二线圈；

当所述共模差模一体电感作为共模电感使用时，所述第一线圈和所述第二线圈产生方向相同的第一磁感线，所述第一磁感线沿所述第一磁芯依次经过所述第一线圈和所述第二线圈；

当所述共模差模一体电感作为差模电感使用时，所述第一线圈和所述第二线圈形成一对方向相反的第二磁感线，所述第二磁感线自所述第一线圈或所述第二线圈流出，经所述磁芯气隙后返回所述第一线圈或所述第二线圈。

一种电感的制备方法，用于制备上述的共模差模一体电感，包括：

步骤S1：分别制备第一磁芯和两个第二磁芯；

步骤S2：将所述第二磁芯套接在所述第一磁芯中并进行固化，随后对所述第二磁芯切割形成磁芯气隙，以得到组合磁芯；

步骤S3：对所述组合磁芯进行绝缘处理、绕线、组装得到电感成品。

另一方面，所述步骤S1中，制备所述第一磁芯的过程包括：

步骤A11：将软磁材料卷绕成矩形环状，得到待定型磁芯；

步骤A12：将所述待定型磁芯设置在定型工装中，随后加热固化定型得到定型磁芯；

步骤A13：对所述定型磁芯进行阶段性升温热处理，得到所述第一磁芯。

另一方面，所述步骤A12中，所述加热固化定型包括：

对所述待定型磁芯自150-250℃的范围内，以10-60分钟的时长缓慢加热至300-600℃，并保温10-120分钟，随后以10-60分钟的时长缓慢降温至250℃以下。

另一方面，所述步骤S1中，制备所述第二磁芯的过程包括：

步骤B11：对亚纳米晶带材沿带材方向施加张力并进行热处理，得到热处理带材；

步骤B12：将所述热处理带材卷绕形成所述第二磁芯。

另一方面，所述步骤S2包括：

步骤S21：对所述第一磁芯和所述第二磁芯进行组装得到中间磁芯；

步骤S22：对所述中间磁芯进行真空浸胶得到浸胶磁芯；

步骤S23：将所述浸胶磁芯设置在成型工装上，随后进行烘烤固化得到固化磁芯；

步骤S24：对所述固化磁芯的中心部位的所述第二磁芯进行线切割形成所述磁芯气隙，得到所述组合磁芯。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

针对现有技术中的共差模一体电感，对磁芯和中柱的定位、组装较为繁琐导致良率低下的问题，本方案通过对磁芯部位的结构进行改进，替换成套接在第一磁芯中的两个第二磁芯，使得磁芯在组装过程中能够通过套接的方式对二者进行组合，并保证第二磁芯中等效于磁芯中柱的部位位于第一磁芯中心，随后通过切割形成磁芯气隙，实现了较好的定位效果，提高了产品良率。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的磁芯示意图；

图2为本发明实施例的整体示意图；

图3为本发明实施例中共模电感磁路示意图；

图4为本发明实施例中差模电感磁路示意图；

图5为本发明实施例中制备方法示意图；

图6为本发明实施例中第一磁芯制备方法示意图；

图7为本发明实施例中第二磁芯制备方法示意图；

图8为本发明实施例中步骤S2子步骤示意图。

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。

本发明包括：

一种共模差模一体电感，如图1和图2所示，包括：

第一磁芯1，第一磁芯1呈空心环状；

两个第二磁芯2，第二磁芯2呈空心环状，第二磁芯2的第一侧开设有磁芯气隙21，第二磁芯2相对于第一侧的第二侧设置有绕线区域22；

两个第二磁芯2于水平方向上对向放置，以使得磁芯气隙21位于第二磁芯22之间相互靠近的区域；

第一磁芯1套接在第二磁芯2外部，每个绕线区域22上分别绕制有电感线圈3，电感线圈3包裹第一磁芯1和第二磁芯2。

具体地，针对现有技术中的共差模一体电感定位困难影响良率的问题，本实施例中，通过对磁芯结构进行改进，拆分得到位于外圈的第一磁芯1和位于内圈的两个第二磁芯2，其中，每个第二磁芯2上预定要装配于磁芯中间位置的第一侧均开设有磁芯气隙21，用于通过漏磁形成差模电感，其余部分与第一磁芯1共同作为共模状态下的磁通。当第一磁芯1和第二磁芯2组合后，其投影与现有技术中的共差模一体电感的EE磁芯接近，其中间部位由两个第二磁芯2的第一侧进行拼接并开设磁芯气隙21的部位等效于现有的磁芯中柱，靠近外侧的第二侧与第一磁芯1共同作为绕线区域22使用。电感线圈3的绕制方法与现有技术相同。通过上述结构使得第一磁芯1和第二磁芯2在装配时能够避免定位问题，提高了产品良率。

在一个实施例中，第一磁芯1和第二磁芯2的横截面呈矩形，第一磁芯1和第二磁芯2在俯视方向上呈矩形环状。

具体地，为实现较好的定位效果，本实施例中，通过将第一磁芯1和第二磁芯2的横截面均设置为矩形，使得第一磁芯1和第二磁芯2在组合的时候能够较好地贴合固定；同时，通过控制第一磁芯1和第二磁芯2在俯视方向上呈矩形环状，且两个第二磁芯2在拼合后，其外接矩形与第一磁芯1的内径相匹配，以实现对磁芯气隙21的位置的较好的定位。同时，考虑到电感器件承载大电流的发展趋势，电感线圈可能会从常规圆形漆包线转为铜排扁线进行绕制。为实现对铜排绕制得到的线圈内部容积较好的利用，还可基于铜排的弯折半径确定第一磁芯1和第二磁芯2叠加后的厚度，并基于该矩形截面实现对空间更好的利用。

在一个实施例中，共模差模一体电感还包括：

电感底座4，电感底座4上承托有第一磁芯1和第二磁芯2，电感底座4上对应于绕线区域22的部位分别开设有一对电极引出孔41，电感线圈3的引线于电极引出孔41穿过电感底座4并形成电极。

具体地，为实现对电感较好的固定效果，本实施例中，还构建了电感底座4用于对组合后的第一磁芯1和第二磁芯2进行承托。当组合后的第一磁芯1和第二磁芯2上绕制了电感线圈3后，将其与电感底座4进行组合。随后，依照产品的不同可选择装盒、贴合屏蔽片等处理，也可依照一体成型电感的方式进行填粉压制成型。电感线圈3的引线自电极引出孔41穿过电感底座后，可在背面进行弯折、镀电极金属等处理，从而获得电感电极。

在一个实施例中，电感线圈3包括第一线圈31和第二线圈32；

如图3所示，当共模差模一体电感作为共模电感使用时，第一线圈31和第二线圈32产生方向相同的第一磁感线，第一磁感线沿第一磁芯1依次经过第一线圈32和第二线圈32；

如图4所示，当共模差模一体电感作为差模电感使用时，第一线圈31和第二线圈32形成一对方向相反的第二磁感线，第二磁感线自第一线圈31或第二线圈32流出，经磁芯气隙后返回第一线圈31或第二线圈32。

一种电感的制备方法，用于制备上述的共模差模一体电感，如图5所示，包括：

步骤S1：分别制备第一磁芯和两个第二磁芯；

步骤S2：将第二磁芯套接在第一磁芯中并进行固化，随后对第二磁芯切割形成磁芯气隙，以得到组合磁芯；

步骤S3：对组合磁芯进行绝缘处理、绕线、组装得到电感成品。

具体地，为实现较好的产品良率，本实施例中，选择了先分别制备第一磁芯和第二磁芯，随后将其组合、固化后，通过对第二磁芯的中部区域进行切割，形成了磁芯气隙，进而实现组合磁芯的处理，随后即可进行绝缘、绕线等处理。基于上述过程，可使得最终制备得到的共差模一体电感的中柱区域切面相对平整，容易确定磁芯气隙的位置。同时，由于在制备的过程中选用了上述的结构作为磁芯部分的结构，因此在组装过程中可以较为简便地将第一磁芯和第二磁芯进行套接组装，避免了现有技术中对磁芯中柱的定位过程。

在一个实施例中，如图6所示，步骤S1中，制备第一磁芯的过程包括：

步骤A11：将软磁材料卷绕成矩形环状，得到待定型磁芯；

步骤A12：将待定型磁芯设置在定型工装中，随后加热固化定型得到定型磁芯；

步骤A13：对定型磁芯进行阶段性升温热处理，得到第一磁芯。

具体地，由于第一磁芯呈矩形环状结构，而软磁材料制备得到的磁芯，在后续的晶化热处理工艺中可能会因为用于卷绕呈矩形线圈的工装的夹持施加的应力，导致线圈变形、内部应力增大等问题影响产品良率。针对这一问题，本实施例中，选择了先通过定型工装对卷绕后的待定型磁芯进行定型，同时进行加热固化得到定型磁芯。随后，撤除定型工装，再对定型磁性进行晶化热处理工艺，避免了带材在晶化过程中受到额外应力的问题。

在一个实施例中，步骤A12中，加热固化定型包括：

对待定型磁芯自150-250℃的范围内，以10-60分钟的时长缓慢加热至300-600℃，并保温10-120分钟，随后以10-60分钟的时长缓慢降温至250℃以下。

具体地，为避免预定型工艺中，软磁材料中可能存在晶粒析出，导致后续二次晶化时晶粒尺寸过大性能下降的问题，本实施例中，在对待定型磁芯进行了夹持后，通过上述的加热方式，依照实际选用的软磁材料确定实际的加热温度，以避免软磁材料在定型的过程中晶粒过早析出，提高了最终成品的良率。

在一个实施例中，步骤A13中，阶段性升温热处理包括：

对定型磁芯自150-250℃的范围内，以10-60分钟的时长缓慢加热至450-490℃，并保温30-200分钟，随后以10-100分钟的时长缓慢加热至530-575℃，于达到500-520℃时暂停加热3-15分钟以使得磁芯放热；

当达到530-575℃时保温60-400分钟，并于120分钟后施加横向磁场，横向磁场的磁场强度在5-300A之间；

当达到保温时长后，以60-180分钟的时长缓慢降温至300℃以下。

具体地，为实现第一磁芯较高的磁通率，本实施例中，通过构建上述的热处理方法来实现这一过程。其中，铁基米晶材料由于Bs高达1.2T，由于其独特的元素结构使其在晶化温度之上热处理时，先在450～490℃铜元素析出的温度点进行30～200min时间恒温，促使铜元素析出彻底且形成大小均匀铜核；在500～520摄氏度之间的升温段断电3～15min使其产生充分放热，使材料在晶化时其内部在原子无规则排列的非晶态合金基体上均匀弥散分布纳米尺度(10～20nm)的规则排列，从而形成独特的纳米晶微观结构；再在材料在高温恒温段一部分时间介入横磁磁场持续至降温出炉前，可以有效控制材料晶粒尺寸和晶化体积分数，使材料1kHz～100kHz频率磁导率提升且稳定，材料降温时通过控制降温速率使材料在既定磁场中实现温度缓慢降低且可控，延长磁场降低剩磁最佳温度点和有效时间；最大限度提升材料频率磁导率、降低材料剩磁和矫顽力进而达到降低材料损耗，提升材料抗饱和的目的。

在一个实施例中，如图7所示，步骤S1中，制备第二磁芯的过程包括：

步骤B11：对亚纳米晶带材沿带材方向施加张力并进行热处理，得到热处理带材；

步骤B12：将热处理带材卷绕形成第二磁芯。

具体地，为实现较好的制备效果，本实施例中，通过对亚纳米晶带材沿带材的长度方向上施加张力，并进行热处理，在亚纳米晶带材中诱发各向异性，使得第二磁芯的导磁率升高，实现较好的制备效果。

在一个实施例中，如图8所示，步骤S2包括：

步骤S21：对第一磁芯和第二磁芯进行组装得到中间磁芯；

步骤S22：对中间磁芯进行真空浸胶得到浸胶磁芯；

步骤S23：将浸胶磁芯设置在成型工装上，随后进行烘烤固化得到固化磁芯；

步骤S24：对固化磁芯的中心部位的第二磁芯进行线切割形成磁芯气隙，得到组合磁芯。

具体地，为实现较好的制备效果，本实施例中，通过对第一磁芯和第二磁芯进行组装，得到中间磁芯。随后，对中间磁芯进行浸胶并抽真空，去除第一磁芯和第二磁芯之间的气泡，再进行烘烤固化得到较好的固化磁芯。最后，对磁芯进行切割得到磁芯气隙，实现了对磁芯较好的制备效果。

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。