专利名称：以废料制造耐流电感的方法
以废料制造耐流电感的方法
技术领域：
本发明涉及一种电感组件生产方法，尤其是指一种以废料制造耐流电感的方法。背景技术：
耐大电流电感广泛应用于诸如电脑主板中CPU电源管理电路等各种电子产品中， 其特性在设计、生产时上需要克服磁饱和及磁损耗两大问题。关于解决饱和的问题，在产品内制造空隙可解决饱和的问题，铁粉芯以内部空隙均勻散布于铁粉芯内达到高磁饱和的目的。而磁损耗则不易克服。于2003年前电脑主板中CPU电源管理电路所用的耐大电流电感多采用铁粉芯电感，其制程简单，将铁粉压合成圆形环形型状，然后挠线即可。随后几年中，随着主板中的 CPU需求电流增加，原有耐大电流电感在相同体积要求下，铁粉芯磁损耗大和温升高等问题浮现，此后人们通过采用以锰锌或镍锌作材料，以组装的方式制造空隙，提高锰锌或镍锌的磁饱和，开发出方型的组装式CPU电源管理用功率电感。锰锌和镍锌铁损比铁粉低(其中锰锌铁损又较镍锌低)，铁损低，温升自然较低，使得方型组装式电感，成功取代铁粉芯在CPU 电源管理电感的位置。然而，锰锌或镍锌的耐大电流电感的生产过程需要经过成型、烧结、挠线、组装等步骤，且烧结温度镍锌为摄氏900度左右，锰锌为摄氏1300度左右，对比原有的铁粉芯电感只需成型和挠线即可，两者在制造工艺的复杂程度上相差较多，此外，锰锌或镍锌的耐大电流电感采取的是组装式，组装式电感的空隙会散发出磁力线，有EMI的疑虑。为此又出现了与上述组装式方法抗衡的一体成型的电感制造方法，其制造方法亦相当简单将铜线线圈放入模具中、倒入铁粉、将线圈除了线端点外完全包覆，然后加压成型，再烘烤即可制造出一体成型的铁粉材质电感。一体成型电感在制造过程中，简略了挠线的步骤，且有效利用磁空间，更无组装式的EMI疑虑的问题，开始受到客户使用者的喜爱， 可是，铁粉材质的铁损耗，仍是较镍锌或锰锌为高。习知的电感对电力的损耗分为两种，一是铜损，一是铁损，铜损是导线的电阻或集肤效应引起的，产生焦耳热，铁损是磁性材质引起的，主要分为磁滞损及涡流损，无论是铜损或铁损，其损耗均消耗电力，产生温升。相比锰锌或镍锌材料的铁损甚低，因此业内一直期望能将锰锌或镍锌材质配置在一体成型制造方法中，如此一来即可解决EMI的疑虑，又可达到节能环保的目的。然而若直接采用锰锌或镍锌材料做原料进行电感制备教铁粉昂贵许多，此外直接来料制备的电感在其成型后需烧结方可成品，而烧结工艺的温度远远高于铜线熔点的温度，因此该难题一直困扰着业界，亟需解决。
发明内容本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可对一般制造锰锌或镍锌电感或变压器工厂产生的锰锌或镍锌废料或废粉进行利用进行电感生产的以废料制造耐流电感的方法。
本发明的目的是这样实现的一种以废料制造耐流电感的方法，它包括步骤A)、获取经烧结已研磨的锰锌或镍锌废料或废粉，对其中废料进行打碎成废粉，然后对废粉进行烤干，以备生产；上述烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时；B)、用筛网将烘干后废粉中筛掉杂质，得出锰锌或镍锌废粉料；C)、以丙酮或酒精对废粉料进行清洗，随后加入磷酸与废粉料充分搅拌混合，并对混合后废粉料进行充分烤干；上述烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时；上述丙酮或酒精的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；上述方法中，丙酮或酒精以啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗；上述磷酸的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；D)、以丙酮或酒精再次清洗此时的废粉料，随后加入黏结剂及硬化剂，与废粉料充分搅拌混合后，添加透明粉，再与废粉料充分搅拌混合；并对混合后废粉料进行充分烤干；上述烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时；上述丙酮或酒精的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；上述方法中，丙酮或酒精以啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗；上述黏结剂或硬化剂的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；上述透明粉的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；E)、添加硬脂酸锌与废粉料充分搅拌混合，完成粉料制备；上述硬脂酸锌的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)；F)、制造电感，将上述粉料放入压合成型机台的模具中，加压成型后，并对成型后产品进行烘烤；上述烘烤时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为1_10小时。上述步骤C-E中，任意一步中的搅拌混合采用啧雾造粒的方式进行。上述步骤C或D中，其所采用丙酮或酒精的使用比例为废粉料的5% (重量比)； 所述步骤C中加入的磷酸的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的黏结剂或硬化剂的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的透明粉的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤E中加入的硬脂酸锌的使用比例为废粉料的5% (重量比)。本发明的有益效果在于运用现有工厂常见的锰锌无用废料，以本发明工艺加工、 配置、处理后制成耐大电流的电感，有效避免了此类废料的浪费所可能产生的污染问题，达到废物利用的效果。此外制成的电感产品拥有较小的磁损，较好温升低的特性，并兼有铁粉芯工艺制造的好处，无论是废物利用、终端用户的省电，均达到节能环保的目的。
下面结合附图详述本发明的具体结构图1为组装式电感的实测数据图形，其中，以本发明制造的锰锌材质当屏蔽外壳产品与以铁粉材质外壳当屏蔽外壳产品的R值比较(两者以以完全相同的模具成型)。
图2为组装式电感的实测数据图形，其中，以本发明制造的锰锌材质当屏蔽外壳产品与以铁粉材质外壳当屏蔽外壳产品的重迭电流比较(两者以完全相同的模具成型)。图3为环线线圈的实测数据图形，其中，以本发明制造的锰锌材质与一般铁粉材质产品的R值比较(两者以完全相同的模具成型，相同的线径，相同的圈数挠制)。
具体实施方式本发明涉及一种以废料制造耐流电感的方法，它包括步骤A)、获取经烧结已研磨的锰锌或镍锌废料或废粉，对其中废料进行打碎成废粉，然后对废粉进行烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时。烘干后的废粉以备生产。B)、用筛网将烘干后废粉中筛掉杂质，得出锰锌或镍锌废粉料。C)、以丙酮或酒精对废粉料进行清洗，通常丙酮或酒精的使用比例为废粉料的 0-20% (重量比)，且最佳采用啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗，清洗后加入废粉料的 0-20% (重量比)的磷酸与废粉料充分搅拌混合，最佳的混合方式也是采用啧雾造粒的方式进行，并对混合后废粉料进行充分烤干，烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时。此步骤中在锰锌或镍锌废粉中加入磷酸主要是为在后期电感成型后提高其绝缘性，经打高压(Hi-pot)测试，可通过2000V，时间5秒，电流5毫安的测试，(因锰锌或镍锌材质本身并不是完全绝缘，一般市面上的锰锌或镍锌材质的变压器，其较严格的打高压 (Hi-pot)测试条件是1000V，时间3秒，电流5毫安)，而一般铁粉材料的一体成型产品测试条件只是通过300V或500V，时间5秒，电流5毫安的测试。而且，锰锌或镍锌材质耐生锈， 而铁粉材质不耐生锈。D)、以丙酮或酒精再次清洗此时的废粉料，通常丙酮或酒精的使用比例为废粉料的0. 5-20% (重量比)，且最佳采用啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗，随后加入废粉料的 0. 1-20% (重量比)的黏结剂及硬化剂，与废粉料充分搅拌混合，最佳采用啧雾造粒的方式进行混合。以现时废粉料的0-20% (重量比)的透明粉(此处的透明粉是行业内通用的一种配方，其成份除了主要成份天然矿岩外，还添加专用的合成辅料混合研磨改性调制而成。 主要成份是含镁、铝、钙的复合硅酸盐，属无机盐。另外含部分硫酸盐和杂质)与废粉料充分搅拌混合，最佳的混合方式采用啧雾造粒的方式进行，并对混合后废粉料进行充分烤干， 烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时。E)、添加废粉料的0-20% (重量比)的硬脂酸锌与废粉料充分搅拌混合，最佳采用啧雾造粒的方式进行混合，混合后完成粉料制备；F)、制造电感，将上述粉料放入压合成型机台的模具中，加压成型后，并对成型后产品进行烘烤，烘烤时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为1-10小时。该步骤F制备电感时，可将挠线机预制好的线圈放入压合成型机台的模具中，填入制备好的粉料后加压成型，烘烤后，制成一体成型电感。成型的产品可为环型，棒型，方型，等等。或者在步骤的烘烤后，挠上线圈，成为线圈电感，甚至其成型产品亦可作为一般电感的屏蔽外壳。上述步骤C-E中，任意一步中的搅拌混合采用啧雾造粒的方式进行。
上述步骤C或D中，其所采用丙酮或酒精的使用比例为废粉料的5% (重量比)； 所述步骤C中加入的磷酸的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的黏结剂或硬化剂的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的透明粉的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤E中加入的硬脂酸锌的使用比例为废粉料的5% (重量比)。具体实施例A)、自一般工厂获取其已经成型烧结的EE型锰锌废料，对其进行加工研磨气隙后研磨出废粉，然后对废粉进行烤干时候采用温度为摄氏180度，烘烤时间4小时，烘干后的废粉以备生产。B)、先用30目的筛网，然后用200目的筛网将烘干后废粉中筛掉杂质，得出锰锌或镍锌废粉料。C)、将此时废粉料的重量单位定为1，以丙酮或酒精对废粉料进行清洗，丙酮或酒精的使用比例为废粉料的2。5% (重量比)，且最佳采用啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗，清洗后加入废粉料的0.7% (重量比)的磷酸与废粉料充分搅拌混合，并对混合后废粉料进行充分烤干，烤干时候采用温度为摄氏160度，烘烤时间2小时，将粉体从烤箱取出，自然冷却至室温后，以50目筛网筛滤粉体以备下一步骤使用。D)、同样将此时废粉料的重量单位定为1，以丙酮或酒精再次清洗此时的废粉料， 丙酮或酒精的使用比例为废粉料的6% (重量比)，且最佳采用啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗，随后加入废粉料的3。75% (重量比)的黏结剂及1。5% (重量比)硬化剂，与废粉料充分搅拌混合，最佳的混合方式采用啧雾造粒的方式进行，以现时废粉料的0. 7% (重量比)的透明粉与废粉料充分搅拌混合，最佳采用啧雾造粒的方式进行混合。并对混合后废粉料进行充分烤干，烤干时候采用温度为摄氏160度，烘烤时间2小时。E)、添加废粉料的2% (重量比)的硬脂酸锌与废粉料充分搅拌混合，最佳采用啧雾造粒的方式进行混合，混合后完成粉料制备；F)、制造电感，将上述粉料放入压合成型机台的模具中，加压成型，并对成型后产品进行烘烤，烘烤时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为1-10小时。该步骤F制备电感时，可将挠线机预制好的线圈放入压合成型机台的模具中，填入制备好的粉料后加压成型，烘烤后，制成一体成型电感。成型的产品可为环型，棒型，方型，等等。或者在步骤的烘烤后，挠上线圈，成为线圈电感，甚至其成型产品亦可作为一般电感的屏蔽外壳。通过该工艺所制备的电感，与原有以400目之二次还原铁粉工艺所制备的相同规格电感(同样的成型机台及模具、同样的绕铜线线径，相同圈数)，两者的电气特性比较参见图1，图3，可见在愈高频情况下以本工艺生产的电感拥有更小的R值(R值包含铜损和铁损，因二者铜线材质，线径，圈数完全相同，所以二者铜损相同，但铁损部份，则该工艺所制备的电感明显小，而且越高频越明显)。有关于本发明工艺中参数选择范围的说明一、实施例中步骤C)中磷酸的配比量1)、若将其磷酸配比改为2。1% (重量比)而其它元素配比及步骤不变，对比其最终生产所得电感产品与原实例一中样品，两者各取五颗打高压(hi-pot测试)，在2000V测试时二者均全部能通过，当进一步升至2200V时，实施例工艺所制得的产品不能通过，而2。 1% (重量比)磷酸配比的则全部通过。此外对比两种工艺所制成品在未打高压前，每颗均测量其电感值，原样品(磷酸重量比为0.7% (重量比))的电感平均值为8。2uH，而2。1% (重量比)磷酸比例的样品，平均比原样品感值小10%。2)、若将磷酸配比改为0. 1% (重量比)，而其它元素配比及步骤不变，制成环型线圈电感后，以五颗作1000V打高压测试，发现5颗全部均不能通过，但其平均感值较具体实例一的原样品高约10%。3)、若将磷酸配比改为15% (重量比)时，不单粉体变成煳状，且烘烤后，颗粒凝结成团，会导致分离不易。因此，该步骤中所添加的磷酸，其配比越高，可增加其绝缘程度，但同时会降低其电感值。故该工艺步骤中磷酸重量比以0-15% (重量比)为较佳选择。二、实施例中步骤D)中黏结剂和硬化剂的配比量1)、黏结剂和硬化剂的配比量各增加一倍，其它元素配比及步骤不变，对比其最终生产所得电感产品与原实例一中样品，两者各取五颗做耐压试验比较，当加压至一定度后， 原配比的样品全部碎裂，而同样的压力，增加一倍重量比黏结剂和硬化剂的成品却全部不会碎裂，同时在未做加压测验前测量这两种工艺成品取样的每颗电感值，增加一倍黏结剂和硬化剂的样品，其平均感值，较原样品降低3%。2)、当我们改变添加黏结剂的配比至15% (重量比)，硬化剂的配比至6% (重量比)，调配后粉体变成煳状，烘烤后，颗粒凝结成团，会导致分离不易。3)、当添加黏结剂的采用配比为0. 187% (重量比)及硬化剂的配比为。0. 075% (重量比)，而其它元素配比及步骤不变，制成电感的环型铁芯时，发现环型铁芯全部均容易碎裂。因此，该步骤中所添加的黏结剂和硬化剂的配比量会随着其增加而增加最终成品的耐压性，但同时会降低其电感值。但所选黏结剂的配比较佳为0.2-15% (重量比)，硬化剂的配比较佳为0. 1-6% (重量比)。三、实施例中步骤D)中透明粉配比量1)、当将透明粉重量比提升至3% (重量比)时，其它元素配比及步骤不变，对比其最终生产所得电感产品与原实例一中样品，两者各取五颗做耐压试验比较，作自由落体测试，自一公尺高自由落下至水泥地面，原配比样品五颗全部破裂，而透明粉增加至重量比 3% (重量比)的样品，五颗全部无破裂，同时在未做加压测验前，测量其各自每颗电感值， 透明粉增加至重量比3% (重量比)的样品的平均感值较原样品下降7% (重量比)。2)、当透明粉加量重量比至0. 1% (重量比)，其它元素配比及步骤不变，烘烤成型后，发现全部产品轻掐即碎。3)、当透明粉加量重量比至15% (重量比)，则烘烤后，粉粒成团，难以成型使用。因此，该步骤中所添加的透明粉量可增加其抗摔能力，但同时会降低其电感值。但透明粉的配比较佳为0. 1-15% (重量比)。四、实施例中步骤C)、D)中添加丙酮(或酒精)
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1)、若在步骤C)中不添加丙酮(或酒精)，则在搅拌混合磷酸时，容易造成混合不均均，当添加丙酮(或酒精)重量比为15% (重量比)时，则粉体变成煳状，粉体太湿，不利下步骤进行，且可能会造成过度清洗，影响产品特性。故此步骤中丙酮(或酒精)重量比以 0.5% -10% (重量比)为较佳。2)、若在步骤D)中不添加丙酮(或酒精)，不添加丙酮(或酒精)，则在搅拌混合黏结剂，硬化剂及透明粉时，容易造成不均现象，如添加丙酮(或酒精)重量比为15% (重量比)时，则粉体变成煳状粉体太湿，不利下步骤进行，且可能会造成过度清洗，影响产品特性，故此步骤中丙酮(或酒精)重量比以0.5%-10% (重量比)为较佳。五、实施例中烘烤温度在整个工艺过程中，涉及烘烤的步骤总共有4次，一是原粉体烤干，二是配磷酸后烘烤，三是配黏结剂，硬化剂及透明粉后的烘烤，四是成型后的烘烤。我们分别设定为烘烤
ο1)、步骤A)中的烘烤采用摄氏80度，烘烤24小时，发现干燥程度良好，采用摄氏220度，烘烤1小时，发现干燥程度良好。故本步骤中的烘烤视原粉料湿度及环境温湿度而定(例如冬季较干燥，夏季较潮湿)，同时烘烤温度与用烤时间成反比关系，因此其烘烤范围为温度为摄氏80-220度，时间为1-24小时。2)、步骤C)中的烘烤采用摄氏120度，4小时，发现产品特性并无显着改变。采用摄氏200度，1小时，发现产品特性并无显着改变。故本步骤中的烘烤视原粉料湿度及环境温湿度而定(例如冬季较干燥，夏季较潮湿)，同时烘烤温度与用烤时间成反比关系，因此其烘烤范围为温度为摄氏120-200度，时间为1-4小时。3)、步骤D)中的烘烤采用摄氏120度，4小时，发现产品特性并无显着改变。采用摄氏200度，1小时，发现产品特性并无显着改变。故本步骤中的烘烤视原粉料湿度及环境温湿度而定(例如冬季较干燥，夏季较潮湿)，同时烘烤温度与用烤时间成反比关系，因此其烘烤范围为温度为摄氏120-200度，时间为1-4小时。4)、步骤H)中的烘烤采用摄氏120度，6小时，发现产品特性并无显着改变。采用摄氏200度，1小时，发现产品特性并无显着改变。故本步骤中的烘烤视原粉料湿度及环境温湿度而定(例如冬季较干燥，夏季较潮湿)，同时烘烤温度与用烤时间成反比关系，因此其烘烤范围为温度为摄氏120-200度，时间为1-6小时。综上所述可知，本发明工艺方案中各项配比及烘烤参数均可根据实际需求在较大范围内进行调配，且其调配比例可能会对产品特性带来一定改变，充分进行最佳化组合以达到不同客户的要求，但整体工艺方案所生产出的电感无论从原料成本还是制备效率上都大大高于目前技术水平。有益效果现时CPU电源管理的操作频率为200kHz至IOOOkHz，一般操作频率约为300kHz左右，且频率有一直往上提升的趋势，电感的阻抗为Z = R+jX，其中R为铜损及铁损组成，损耗能量，产生焦耳热，X为振荡项，不消耗能量。因为电源消耗的功率P = I*I*R，我们以市面上主板时常看到的，三组CPU电源管理并联供电一需求90安培电流的CPU为例，亦即每组供电30安培，计算其每组的电感所消耗的电力，以及三组的电感总消耗的电力。从下图表数据可看出当操作频率在300kHz时，以本发明制造的锰锌材质当屏蔽外壳产品与以铁粉材质外壳当屏蔽外壳产品，三组总消耗功率比铁粉材质当屏蔽外壳的少 14ffatt, 400kHz时少59Watt，500kHz时少143Watt，这些电能都是以热能形式平白消耗掉的，甚且需用散热方式如电扇等处理散热问题，不单增加成本，更浪费电力资源。本实验仅以本发明制造的锰锌材质当屏蔽外壳作比较，如以本发明制造的锰锌材质作一体成型的材质，则效果更为显着。
权利要求
1.一种以废料制造耐流电感的方法，其特征在于它包括步骤A)、获取经烧结已研磨的锰锌或镍锌废料或废粉，对其中废料进行打碎成废粉，然后对废粉进行烤干，以备生产；B)、用筛网将烘干后废粉中筛掉杂质，得出锰锌或镍锌废粉料；C)、以丙酮或酒精对废粉料进行清洗，随后加入磷酸与废粉料充分搅拌混合，并对混合后废粉料进行充分烤干；D)、以丙酮或酒精再次清洗此时的废粉料，随后加入黏结剂及硬化剂，与废粉料充分搅拌混合，以透明粉与此时废粉料充分搅拌混合；并对混合后废粉料进行充分烤干；E)、添加硬脂酸锌与废粉料充分搅拌混合，完成粉料制备；F)、制造电感，将制备好的粉料填入压合成型机台的模具中，加压成型，成型后再进行烘烤。
2.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤A或C或D 中烤干时候采用温度为摄氏60-250度，烘烤时间为2-10小时。
3.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤C或D中的采用丙酮或酒精的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)。
4.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤C中加入的磷酸的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)。
5.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤D中加入的黏结剂或硬化剂的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)。
6.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤D中加入的透明粉的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)。
7.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤E中加入的硬脂酸锌的使用比例为废粉料的0-20% (重量比)。
8.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤C或D中以丙酮或酒精以啧雾造粒的方式对废粉料进行清洗。
9.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤C-E中任意一步中的搅拌混合采用啧雾造粒的方式进行。
10.如权利要求1所述的以废料制造耐流电感的方法，其特征在于所述步骤C或D中的采用丙酮或酒精的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤C中加入的磷酸的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的黏结剂或硬化剂的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤D中加入的透明粉的使用比例为废粉料的5% (重量比)；所述步骤E中加入的硬脂酸锌的使用比例为废粉料的5% (重量比)。
全文摘要
本发明提供了一种以废料制造耐流电感的方法，通过对获取的经烧结已研磨的锰锌或镍锌废料或废粉尽心打碎、烘烤、去杂质后逐步采用丙酮或酒精清晰配以磷酸、黏结剂、硬化剂、透明粉、硬脂酸锌后制备成原料进行电感制造。发明的有益效果在于运用现有工厂常见的锰锌无用废料，以本发明工艺加工、配置、处理后制成耐大电流的电感，有效避免了此类废料的浪费所可能产生的污染问题，达到废物利用的效果。此外整套制造工艺成本低廉且成品性能优异电感，制成的电感产品拥有较小的磁损，较好温升低的特性，并兼有铁粉芯工艺制造的好处，无论是废物利用、终端用户的省电，均达到节能环保的目的。
文档编号H01F41/00GK102376442SQ201010252539
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者刘良明, 周毅, 张志明 申请人:张志明