СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ Российский патент 1997 года по МПК H01F41/02 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к изготовлению магнитных систем трансформаторов, и может быть использовано в высокочастотных (f≅100 кГц) трансформаторах при замене аморфными магнитно-мягкими и микрокристаллическими сплавами /АММС/, характеризующимися низкими потерями на гистерезис и вихревые токи, кристаллических сплавов пермаллоидного класса, электротехнической стали, ферритов.

В настоящее время отработана технология изготовления тороидальных магнитопроводов из АММС, а имеющиеся разработки по витым разрезным /обеспечивающим необходимые параметры электромагнитных устройств при больших кратностях тока и технологические преимущества при сборке/ [1, 2] не позволяют достичь предполагаемого эффекта в основном из-за неполной пооперационной технологической цепи.

Известный способ изготовления магнитопровода, включающий навивку из ленты аморфного сплава на прямоугольной оправке магнитопровода, отжиг, покрытие синтетической смолой, отверждение последней, заливку в форме легкоплавким металлом, резку на две половины, нагрев для удаления металла, позволяет избежать деформации расслоения материала магнитопровода. Однако сложность соблюдения и контроля суммарного режима термообработки /при отжиге, заливе металлом, последующем нагреве/ не позволяет приблизиться к требуемому уровню электромагнитных характеристик, а отсутствие операции пришлифовки торцов усложняет достижение достаточно высоких значений характеристик, в частности магнитной проницаемости μ_н.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является известный способ [3] согласно которому осуществляют навивку магнитопровода преимущественно из аморфного магнитомягкого сплава, отжиг, нанесение синтетической смолы, отверждение, резку магнитопровода и пришлифовку торцов его частей. Данный способ, как и способ [2] не обеспечивает получение требуемого уровня электромагнитных характеристик магнитопровода также из-за сложности соблюдения контроля режимов термообработки.

Целью настоящего изобретения является повышение уровня электромагнитных характеристик разрезных магнитопроводов, преимущественно из аморфных магнитомягких сплавов, то есть улучшение качества магнитопроводов.

Для достижения поставленной цели в известном способе, включающем навивку ленты сплава, отжиг, покрытие синтетической смолой, отверждение, резку и механическую пришлифовку торцов в зажимной оснастке, согласно данному изобретению, отжиг проводят в режиме обеспечения начальной стадии охрупчивания материала магнитопровода в течение времени отжига τ_отж.≥ τ_охр. при температуре T_отж. <T_кр..

Необходимые значения чистоты поверхности торцов и толщины зазора достигаются операцией механической пришлифовки торцов. Учитывая высокую твердость АММС до отжига, для скоростной резки и пришлифовки без нагрева материала /приводящего к кристаллизации и резкому ухудшению электромагнитных характеристик/ перед проведением этих операций необходим отжиг до начальной стадии охрупчивания. В случае τ_отж.< τ_охр. происходит нагрев участков магнитопровода выше температуры кристаллизации T_кр.. Следует отметить, что нагрев до температур, близких к температуре кристаллизации T_кр., одновременно приводит и к сильному охрупчиванию материала, что, в свою очередь, не позволяет из-за частичного разрушения приблизиться к необходимому качеству поверхности торцов.

Охрупчивание, как и уровень электромагнитных характеристик, определяется прохождением структурной релаксации, являющейся активационным процессом. Время охрупчивания при выбранной температуре отжига может быть определено с помощью эффективной энергии активации соответствующего процесса структурной релаксации по пику дифференциальной сканирующей калориметрией ДСК [4, 6] /низкотемпературной части релаксационного спектра/.

Для сплава: 7421
τ_охр.= 2,35•10^-12•exp(174000/PT) (ед.СИ)
Для сплава 9КСР [6]
τ_охр.= 2,3•10^-12 exp (170000/PT)
P газовая постоянная.

Температура кристаллизации T_кр. для каждого сплава указана в каталоге АММС [5]
Для сплава 7421 T_кр. 510± 10^oC
для сплава 9КСР T_кр. 550 ± 10^oC
Таким образом, сущность изобретения заключается в следующем. Достаточно высокие значения ряда электромагнитных характеристик составных (П-образных) магнитопроводов, в частности начальной магнитной проницаемости М_н, определяются качеством поверхности торцов и величиной зазора.

Совместное использование режимов отжига магнитопроводов до начальной стадии охрупчивания обеспечивает проведение операции резки без нагрева выше температуры кристаллизации T_кр.. Операция пришлифовки торцов магнитопровода обеспечивает качество поверхности торцов и величину зазора, что обеспечивает повышенные значения начальной магнитной проницаемости μ_н.

Резка без отжига или при отжиге выше температуры кристаллизации N_кр. приводит к повышенным значениям удельных потерь P_уд., а без пришлифовки торцов пониженные значения начальной магнитной проницаемости μ_н.

Предлагаемый способ был осуществлен следующим образом.

Пример 1.

Из ленты сплава 7421 толщиной 25 мкм на прямоугольной оправке навит ленточный сердечник шириной 8 мм с площадью активного сечения S_A≃ 0,1 см² с односторонним силикатным покрытием.

Термообработка в зажимной оснастке была проведена по циклограмме [6]
нагрев до 400^oC со скоростью 15 град/мин,
охлаждение до 200^oC со скоростью 20 град/мин,
дальнейшее охлаждение со скоростью 5 град/мин.

После термообработки проводилось нанесение синтетической смолы /ЭД-5/, и после выдержки, необходимой для отверждения, проводилась механическая резка на П-образные части на разрезном станке абразивными дисками с последующей механической пришлифовкой торцов.

Для частоты f 10 кГц определены значения индукции B_m 0,113 Тл при напряженности поля H_m 117 А/м, магнитная проницаемость μ = 768, коэрцитивная сила H_e 21,6 А/м, удельные потери (P_уд.)/при B_m 9,6 Вт/кг, коэффициент прямоугольности петли гистерезиса K_p 0,181.

Испытания составных /из двух П-образных/ магнитопроводов проведены с помощью прибора ИПМ-1 /частоты 25, 50 кГц/ с определением уровня удельных потерь и параметров статической петли гистерезиса
(P_уд.) 0,2/25 54 Вт/кг; B_m1 0,66 Тл; H_m1 560 А/м
(P_уд.) 0,1/50 36 Вт/кг; B_m2 1,18 Тл; H_m2 1650 А/м
Пример 2.

Из ленты сплава 9КСР толщиной 25 мкм на прямоугольной оправке был навит ленточный сердечник шириной 10 мм с площадью активного сечения S_A≃ 0,38 см² с односторонним покрытием из окиси магния.

Термообработка в зажимной оснастке была проведена по циклограмме: нагрев до 410^oC со скоростью выше 15 град/мин, охлаждение со скоростью выше 20 град/мин, до 200^oC, далее выше 5 град/мин. После термообработки проводилось нанесение синтетической смолы холодного отверждения и после суточной выдержки проводилась механическая резка абразивным диском на П-образные части с последующей пришлифовкой торцов.

Испытания составного сердечника также проведены на ИМП-1 /25 кГц/ с определением уровня удельных потерь /P_уд./ и параметров статической петли гистерезиса индукция B_ш и напряженность поля H_ш.

(P_уд.)_0,2/25 90 Вт/кг; B_m1 0,28 Тл; H_m1 110 А/м
(P_уд.)_0,5/25 380 Вт/кг; B_m2 1,1 Тл; H_m2 1100 А/м
В примерах 1, 2 показано, что уровень удельных потерь /P_уд./ при повышенных частотах получаемых составных магнитопроводов близко к ожидаемому для тороидальных образцов без разреза, а в примере 2 значение магнитной проницаемости μ_н /при 10 кГц/ > 700 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к магнитным сердечникам трансформаторов диагностической аппаратуры.

Приведенные примеры подтверждают получение на составных магнитопроводах уровня характеристик (μ_н и P_уд.), необходимых для малогабаритных трансформаторов источников питания.

Таким образом, эффект, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении качества поверхности торцов магнитопровода при минимальной /регулируемой/ толщине зазора и, соответственно, повышенных значениях электромагнитных характеристик, в частности μ_н /пример 2/ и P_уд., в то время как в известных способах не учитывают степени охрупчивания материала при термообработке, в результате чего не достигается требуемый уровень электромагнитных устройств диагностики и слежения за повреждениями изоляционных покрытий и кабельных сетей, было получено значение начальной магнитной проницаемости μ_н≥ 700.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к изготовлению магнитных систем трансформаторов, и может быть использовано в высокочастотных трансформаторах с магнитопроводами из аморфных магнитомягких и микрокристаллических сплавов, характеризующихся низкими потерями на гистерезис и вихревые токи. Сущность изобретения состоит в том, что способ включает навивку магнитопровода из ленты, отжиг, покрытие синтетической смолой, отверждение, резку, а после резки - механическую пришлифовку торцов частей магнитопровода в зажимной оснастке. Согласно изобретению, отжиг проводят в режиме обеспечения начальной стадии охрупчивания материала магнитопровода в течение времени τ_отж.≥ τ_охр. при температуре T_отж. < T_кр., где τ_отж. - время отжига (сек. ); τ_охр. - время охрупчивания материала магнитопровода (сек.); T_отж. - температура отжига (^oC); T_кр. - температура кристаллизации материала магнитопровода (^oC). Изобретение обеспечивает улучшение качества магнитопроводов путем повышения уровня их электромагнитных характеристик.

Способ изготовления магнитопроводов преимущественно из аморфных магнитомягких сплавов, включающий операции навивки, отжига, нанесения синтетической смолы, отверждения, резки и пришлифовки торцов частей магнитопровода, отличающийся тем, что отжиг осуществляют в режиме обеспечения начальной стадии охрупчивания материала магнитопровода в течение времени τ_отж≥ τ_охр. при температуре T_о т ж < Т_к р, где τ_отж- - время отжига, с; τ_охр- время охрупчивания материала магнитопровода, с; Т_о т ж температура отжига, ^oС; Т_к р - температура кристаллизации материала магнитопровода, ^oС.