Магнитопровод

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначен для изготовления силовых трансформаторов источников вторичного питания, высокочастотных трансформаторов и трансформаторов тока. Магнитопровод состоит из навитой ленты магнитного сплава и жестко связанного с ней отвердевшего клея, где клей частично заполняет межвитковое пространство сердечника, причем объемная доля сердечника, связанного клеем, составляет 0,01 - 0,9. Вариантами изобретения является заполнение клеем внутренних витков, внутренних и наружных, чередование зон, заполненных отвердевшим клеем и свободных от него, пропитка торцевых поверхностей сердечника. В качестве ленты магнитного сплава предложены сплавы на основе железа и кобальта, имеющие не менее 80% аморфной структуры, а также сплав на основе железа, в котором не менее 50% кристаллитов имеют размер не менее 100 нм. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к магнитопроводам с высокой магнитной проницаемостью, предназначенным для изготовления силовых трансформаторов источников вторичного питания, высокочастотных трансформаторов и трансформаторов тока.

В качестве прототипа выбран магнитопровод, выполненный витым из ленты аморфного магнитного сплава на основе железа, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим эпоксидным клеем для образования жесткой конструкции, который имеет магнитную проницаемость порядка 10³. Магнитопровод изготовлен из сплава с положительной константой магнитострикции 30˙ 10^-6, поэтому после пропитки и сушки магнитопровода, сжимающие напряжения снижают магнитную проницаемость.

Цель изобретения повышение магнитной проницаемости магнитопровода. Для этого предлагается магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитного сплава, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим клеем для образования жесткой конструкции, отличающийся тем, что межвитковое пространство заполнено отвердевшим клеем частично в соотношении 0,01-0,9 к остальному межвитковому пространству.

Магнитопровод выполняется навивкой тонкой ленты толщиной 10-350 мкм на оправку круглого или прямоугольного сечения. В частности, конструкция кольцевого магнитопровода определяется внешним диаметром D, внутренним диаметром d и высотой h (фиг. ). Интервал объемной доли магнитопровода, связанного клеем, выбирался из условия, чтобы магнитопровод обладал достаточной жесткостью при сохранении высокой магнитной проницаемости. Одним из вариантов изобретения является заполнение отвердевшим клеем межвиткового пространства внутренних витков магнитопровода (фиг.а). Такой магнитопровод эффективен, если необходимо достигнуть высокой магнитной проницаемости при относительно небольшой жесткости, например, на сердечнике большого диаметра. Жесткость магнитопровода возрастает, если фиксировать также его внешние витки (фиг.б). При этом, чем больше объемная доля магнитопровода, связанного клеем, тем выше его жесткость и ниже магнитная проницаемость. В частности, одним из вариантов жесткого магнитопровода является чередование зон, заполненных отвердевшим клеем и свободным от него (фиг.в). Наибольшего увеличения жесткости при сохранении высокой магнитной проницаемости можно достигнуть за счет пропитки торцевых поверхностей магнитопровода (фиг.г). В этом случае все витки будут охвачены клеем, однако объемная доля связанного клеем магнитопровода может оставаться относительно небольшой.

Предпочтение следует отдавать клеям, имеющим хорошую адгезию к поверхности металлической ленты. К таковым относится, в частности, неорганический клей на основе силиката натрия, а также органический клей на основе эпоксидной смолы. Причем клей на основе силиката натрия является жаростойким, поэтому окончательный отжиг можно проводить после пропитки и сушки магнитопровода. Отжиг после пропитки частично снимает внутренние напряжения в магнитопроводе, связанные с процессом отвердевания клея, что позволяет достигнуть более высокой магнитной проницаемости по сравнению с пропиткой магнитопровода после окончательного отжига. Кроме того, магнитопровод, полученный по такой технологии, обладает более высокой термической стабильностью. Следует также отметить, что технология частичного нанесения клея на ленту до отжига является более простой.

В качестве магнитного сплава можно использовать аморфный магнитный сплав на основе железа, который содержит 15-30 ат. аморфизующих компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор, и 0,001-15 ат. компонентов, повышающих жаропрочность и термическую стабильность сплава из группы, содержащей марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, титан, цирконий, гафний, медь, рутений. Аморфные сплавы с таким химическим составом имеют высокую константу магнитострикции, а лента из этих сплавов повышенную чувствительность к сжимающим напряжениям. Частичная замена железа кобальтом в указанных выше сплавах позволяет после отжига в магнитном поле получить жесткий магнитопровод с высокой прямоугольностью петли магнитного гистерезиса, а замена железа никелем приводит к увеличению начальной магнитной проницаемостью до 50000.

Магнитный сплав на основе железа, содержащий медь 0,5-2 ат. один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий, в количестве 2-5 ат. кремний 1-20 ат. бор 1-20 ат. после отжига при температуре кристаллизации имеет структуру, которая не менее, чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 100 нм, предпочтительно менее 20 нм. Такая нанокристаллическая структура позволяет достигнуть уровня начальной магнитной проницаемости 100000. Добавка кобальта к этому сплаву приводит к тому, что после отжига в магнитном поле магнитопровод имеет высокую прямоугольность петли магнитного гистерезиса, а добавка никеля улучшает технологичность производства ленты из этого сплава.

Сплав на основе кобальта, содержащий железо 2-7 ат. кремний 1-20 ат. бор 1-20 ат. один или несколько компонентов из группы, содержащей марганец, хром, никель, ниобий, молибден, вольфрам, ванадий, титан, цирконий, тантал, гафний, рутений в количестве 0,001-10 ат. обладает наиболее высокой начальной магнитной проницаемостью, превышающей 100000, причем по крайней мере 80% сплава имеет аморфную структуру. Так как магнитострикция насыщения у этого сплава близка к нулю, то он одновременно обладает наименьшей чувствительностью к сжимающим напряжениям.

Ленточный кольцевой магнитопровод с внешним диаметром D, внутренним диаметром d и высотой h содержит межвитковое пространство 1 магнитопровода, заполненное отвердевшим клеем, межвитковое пространство 2 магнитопровода, свободное от клея.

На фиг.а представлен отвердевший клей в межвитковом пространстве внешних витков магнитопровода; на фиг.б отвердевший клей в межвитковом пространстве внешних и внутренних витков магнитопровода; на фиг.в отвердевший клей в виде чередующихся зон; на фиг.г отвердевший клей на торцевых участках магнитопровода.

П р и м е р. Магнитопроводы размером 32х20х10 мм навивали из ленты толщиной 25 мкм сплава Fe_73,5Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉. В процессе навивки ленту смачивали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³ в начале и конце смотки. Пропитанный сердечник сушили 1 час при 90^оС, в затем отжигали на воздухе 1 час при температуре кристаллизации 540^оС. Результаты измерения начальной магнитной проницаемости μ_н в зависимости от объемной доли магнитопровода, связанного клеем V_k/V приведены в табл.1. Из нее следует, что с увеличением V_k/V закономерно снижается начальная магнитная проницаемость.

В табл.2 приведены результаты измерения начальной магнитной проницаемости магнитопровода из сплава Fe_73,5Cu₁Mo_1,5Nb_1,5S_i13,5B₉ и Fe_73,5Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si₁₆B_6,5 после отжига и последующей частичной пропитки органическим клеем на основе эпоксидной смолы и полиэтиленполиамида в соотношении 9:1 и сушки в течение 1 ч при 90^оС. Пропитка проводилась с частичным затеканием клея с торцевых поверхностей магнитопровода. Из табл. 2 следует, что пропитка снижает магнитную проницаемость, однако с уменьшением магнитострикции насыщения чувствительность магнитной проницаемости к сжимающим напряжениям снижается.

В табл.3 приведены результаты измерения начальной магнитной проницаемости магнитопроводов из различных аморфных сплавов. В процессе навивки ленту смачивали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³ в начале, середине и конце смотки. Пропитанные магнитопроводы сушили 1 час при 90^оС, а затем отжигали на воздухе по оптимальному для каждого сплава режиму. Объемная доля сердечника, связанного клеем, составляла 0,5.

Формула изобретения

1. МАГНИТОПРОВОД, выполненный витым из ленты магнитного сплава, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим клеем для образования жесткой конструкции, отличающийся тем, что межвитковое пространство заполнено отвердевшим клеем частично в соотношении 0,01 0,9 к остальному межвитковому пространству.

2. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что отвердевший клей заполняет межвитковое пространство внутренних витков магнитопровода.

3. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что отвердевший клей заполняет межвитковое пространство внутренних и внешних витков магнитопровода.

4. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод состоит из чередующихся зон, заполненных отвердевшим клеем и свободных от него.

5. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что отвердевший клей заполняет межвитковое пространство в торцевых частях магнитопровода.

6. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что в качестве отвердевшего клея взят неорганический клей на основе силиката натрия.

7. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что в качестве отвердевшего клея взят органический клей на основе эпоксидной смолы.

8. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что лента изготовлена из магнитного сплава, который содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, титан, цирконий, гафний, медь, рутений 0,001 15 Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30 Железо Остальное причем по крайней мере 80% сплава имеет аморфную структуру.

9. Магнитопровод по п.8, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит кобальт и/или никель при отношении содержания кобальта и/или никеля к содержанию железа 0,01 1.

10. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что лента изготовлена из магнитного сплава, который содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Медь 0,5 2 Один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий 2 5 Кремний 1 20 Бор 1 20 Железо Остальное причем структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 100 нм.

11. Магнитопровод по п. 11, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит кобальт и/или никель при отношении содержания кобальта и/или никеля к содержанию железа от 0,01 до 1.

12. Магнитопровод по п. 1, отличающийся тем, что лента изготовлена из магнитного сплава, который содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Железо 2 7
Кремний 1 20
Бор 1 20
Один или несколько компонентов из группы, содержащей марганец, хром, никель, ниобий, молибден, вольфрам, ванадий, титан, цирконий, тантал, гафний, рутений 0,001 10
Кобальт Остальное
причем по крайней мере 80% сплава имеет аморфную структуру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3