一种柔性电感及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性元器件技术领域，尤其涉及一种柔性电感及其制备方法。

背景技术

随着可穿戴设备的持续发展，目前可穿戴设备已具备弯曲、折叠和拉伸等柔性功能，这些特性使柔性可穿戴设备具有很强的适应性，使其在医疗、体育和生活等智慧场景中具有巨大的应用潜力。但是，随着可穿戴设备控制芯片计算的能力的不断提升，对高密度储能器件的要求也变得更加紧迫，为配合柔性可穿戴设备的特殊性质—柔性，需使用柔性电感代替传统的片式电感搭配柔性电路使用。柔性电感是一种使用凝胶铁粉芯的固态电感，具备体积小、重量轻和可弯折等特点。中国发明专利CN201490000534.8采用三明治结构的柔性电感，中国发明专利申请CN202210696276.2公开了一种主要用途为压力传感器的磁性元器件，均取得了一定的效果，但前者因为尺寸较薄，所以在受到外力时，铜线会产生形变，存在感值变化和短路的风险，因此产品的弯折方向有局限性等缺陷，后者不具备抗冲击/抗弯折的能力，致使适用范围有限，无法得到广泛的应用。

发明内容

为克服前述现有技术的缺陷，本申请实施例提供一种柔性电感，整体为长条柱体结构，包括柔性基底和设于所述柔性基底内的绕线线圈；

所述导线的两端即为电极，两个所述电极的端部分别外露于所述柔性基底的表面；

所述柔性基底中掺有软磁材料。

本发明的柔性电感还可采用如下可选/优选方案：

所述线圈是立体绕制线圈。

所述立体绕制线圈呈螺旋状，其中心轴的方向沿所述柔性基底的长度方向。

所述呈螺旋状的所述立体绕制线圈的外径尺寸为上下一致或上下相异。

所述线圈和所述柔性基底通过注塑成型方式结合成一体结构。

所述软磁材料包括粒径均为10nm～100μm的非晶铁粉、FeSiCr合金铁粉、FeSiAl合金铁粉和羰基化铁粉中的至少一者。

所述柔性基底由所述软磁材料和胶水构成，所述胶水是环氧树脂AB胶或聚二甲基硅氧烷。

所述导线是铜线、铜合金线、漆包铜线或漆包铜合金线。

本发明的实施例还提供一种柔性电感的制备方法，包括如下步骤：

绕线线圈的制备，根据预定形状绕制导线，得到绕线线圈；

柔性基底混合物的制备，将软磁材料与胶水按照预定的比例混合均匀得到柔性基底混合物；

定位，将所述柔性基底混合物注入模具的长条状容纳腔中，再将所述线圈浸入所述柔性基底混合物中并定位；

成型，在预定温度下加热使得所述柔性基底混合物中的胶水交联而形成柔性基底，从而得到固化成型的柔性电感。

所述柔性基底混合物中所述软磁材料与所述环氧树脂AB胶的重量比为≤1:1。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

得益于自身的长条柱体结构，本发明的柔性电感可以承受多个方向的形变，同时在掺入铁粉颗粒后，软磁复合材料相比较于柔性基底具有更高的储能模量，使得电感在发生形变后，具备将铜线圈恢复原状的能力，即具备可多方向弯折的特性，并且具有一定的自修复能力和抗冲击能力，具有更宽泛的使用场景。

附图说明

图1A为本申请一个实施例的柔性电感的主视图方向的透视结构示意图；

图1B为图1A柔性电感的俯视图方向的透视结构示意图；

图1C为图1A柔性电感的侧视图方向的透视结构示意图；

图1D为图1A柔性电感的纵向剖视方向的透视结构示意图；

图2为本申请一个实施例的柔性电感的制备方法流程图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案为解决前述现有技术存在的问题，提供一种柔性电感，整体为长条柱体结构，包括柔性基底和设于所述柔性基底内的绕线线圈；所述导线的两端即为电极，两个所述电极的端部分别外露于所述柔性基底的表面；所述柔性基底中掺有软磁材料。

为了更好的理解上述技术方案，下面结合附图1-2和具体的实施方式对本发明作进一步说明，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

一种柔性电感，如图1A、图1B、图1C和图1D所示，整体为长条柱体结构，包括柔性基底10、分散于所述柔性基底10内的软磁材料(图中未示出)和设于所述柔性基底10内的由导线绕制而成的线圈20；所述导线的两端即为电极30，两个所述电极30分别从所述柔性基底10的两端伸出。其中，所述线圈20是立体绕制线圈，呈螺旋状，比如用漆包铜线进行逆时针(也可顺时针)绕制得到，其螺旋线的中心轴的方向沿所述柔性基底10的长度方向。此外，所述线圈20不限于漆包铜线，其它金属导线或漆包线均可，且绕制的圈数及方向均不限，缠绕形状可为多边形、圆形、椭圆形等，优选采用立体绕制，也可以是平面绕制。

所述柔性基底10的形状为圆柱型，横截面为圆形，由所述软磁材料和胶水构成，所述胶水是环氧树脂AB胶或聚二甲基硅氧烷。所述线圈20和所述柔性基底10优选通过注塑成型方式结合成一体结构。此外，所述柔性基底10的横截面形状也可是长方型等多边型结构。

所述软磁材料可为铁合金、非晶铁粉或羰基铁粉等任何具有软磁性质的材料制成。优选的，所述软磁材料包括粒径均为10nm～100μm的非晶铁粉、FeSiCr合金铁粉、FeSiAl合金铁粉和羰基化铁粉中的至少一者。

本实施例中，所述导线是铜线、铜合金线、漆包铜线或漆包铜合金线，所述呈螺旋状的所述立体绕制线圈的外径尺寸为上下一致，在另外的实施例中，所述立体绕制线圈的外径尺寸可根据实际需要绕制为上下相异。此外，在另外的实施例中，两个所述电极30还可根据实际使用环境采用从所述柔性基底10的同一个端面伸出的结构等。

一种柔性电感的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

绕线线圈的制备，根据预定形状绕制导线，得到绕线线圈。本实施例中，所述线圈为立体线圈，共绕制四圈。

柔性基底混合物的制备，将软磁材料与胶水按照预定的比例混合均匀得到柔性基底混合物。所述软磁材料由非晶铁粉、FeSi合金、FeNi合金和CIP(Carbonyl IronPowder，羰基铁粉)构成，所述胶水由具有弹性的高分子材料制成，如环氧树脂AB胶等。所述柔性基底混合物中所述软磁材料与所述环氧树脂AB胶的重量比为3:7，及将30wt％的软磁材料和70wt％的环氧树脂AB胶均匀混合得到所述柔性基底混合物。将所述柔性基底混合物以300rpm转速搅拌1h，使软磁材料与胶水充分混合均匀，此时软磁材料悬浮分散于胶水中。

定位，将混合均匀的所述柔性基底混合物注入模具的长条状容纳腔中，再将所述线圈浸入所述柔性基底混合物中并定位。具体可为，把所述线圈固定在圆柱体模具腔中，然后将混合均匀的所述柔性基底混合物注入模具腔中，使其流平。

成型，在预定温度下加热使得所述柔性基底混合物中的胶水交联而形成柔性基底，从而得到固化成型的柔性电感。所述预定温度为180℃，固化时间为2h。所述预定温度和固化时间也可在如下范围内进行选择：X1-X2,T1,-T2。

所述软磁材料中微米级的铁粉颗粒均匀分散在柔性基底混合物中后，组成软磁复合材料，这些铁粉颗粒对软磁复合材料力学性能的影响类似于硬质无机粒子填充橡胶的情况，呈现出一定的增强效果。值得说明的是，所述柔性基底混合物中所述软磁材料与所述环氧树脂AB胶的重量比不限于3:7，还可在≤1:1的范围内进行选择调整，均能实现本发明的技术效果。本制备方法得到的柔性电感可串联或并联在柔性电路中，并集成在可穿戴设备、智能服饰和仿生机器内，得益于自身一维的长条状柱体结构，所述柔性电感可以承受多个方向的形变，同时在掺入铁粉颗粒后，软磁复合材料相比较于柔性基底具有更高的储能模量(杨氏模量)，使得电感在发生形变后，具备将铜线圈恢复原状的能力。

在另外的柔性电感的制备方法中，与以上制备方法的主要区别是，所述胶水由生物相容性物质制成，比如用聚二甲基硅氧烷制成，其好处是，得到的柔性基底具有无色、无味和无毒的特点，使得所述柔性电感可被安装于人体内，并应用于生命科学、生物工程和仿生学等领域。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。