МАГНИТОПРОВОД Российский патент 1998 года по МПК H01F3/04 C22C19/07 

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к магнитопроводам трансформаторов, дросселей насыщения и других магнитных элементов.

Магнитопроводы изготавливаются из магнитомягких сплавов. Магнитомягкие сплавы с близкой к нулю магнитострикцией можно разделить на три группы. К первой группе относятся сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью, которые используют в измерительных трансформаторах тока. К второй группе относятся сплавы с высокой прямоугольностью петли магнитного гистерезиса (K_п > 0,8), которые используются в магнитных усилителях. Степень прямоугольности петли магнитного гистерезиса характеризуется коэффициентом прямоугольности K_п = B_r/B_m, где B_r -остаточная магнитная индукция; B_m - максимальная магнитная индукция. Часто в качестве B_m используют величину B₈₀₀ - магнитную индукцию при напряженности магнитного поля 800 А/м. К третьей группе относятся сплавы с линейной кривой намагничивания, а следовательно, с малой величиной K_п < 0,1, которые используются в импульсных трансформаторах.

Изобретение относится к магнитопроводам из магнитомягких сплавов второй и третьей групп, для которых характерна высокая чувствительность магнитного сплава к термической обработке в магнитном поле.

Цель изобретения - магнитопровод из магнитомягкого аморфного сплава, в котором после термической обработки в продольном магнитном поле можно получить высокий коэффициент K_п > 0,8 или после термической обработки в поперечном магнитном поле можно получить низкий коэффициент K_п ≤ 0,1.

Известен магнитопровод, изготовленный из аморфного магнитного сплава с низкой магнитострикцией [1], имеющего формулу
(Co_1-x-y-zFe_xNi_yT_z)_100-b (B_1-wM_w)_b,
где
T - по крайней мере один компонент из группы, содержащей Mn, Cr, Ti, Mo, Nb, W;
M - по крайней мере один компонент из группы, содержащей Si, P, C, Ge;
B - бор;
численные значения x находятся в пределах ат.%: 0,05 - 0,25; y = 0,05 - 0,8; z = 0 - 0,25; b = 12-30, причем W ≤ 0,75; когда M является Si или Ge и w ≤ 0,5, когда M является C или P. Однако ряд сплавов этой группы имеет близкую к нулю магнитострикцию, но не чувствительна к термообработке в магнитном поле.

Магнитопровод из аморфного сплава с близкой к нулю магнитострикцией [2], взятый в качестве прототипа, представлен формулой
(Co_1-x1-x2Fe_x1M_x2)_x3B_x4Si_100-x3-x4
где M - по крайней мере один компонент из группы, содержащей Ti, V, Cr, Mn, Ni, Zr, NG, Mo, Ru, Hf, Ta, W, Re, O ≤ x₁ ≤ 0,1, O≤ x₂ ≤ 0,1, 70 ≤ x₃ ≤ 79, 5 ≤ x₄ ≤ 9.

Содержание бора в интервале 5 - 9 ат.% позволяет получить в указанном сплаве высокий коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса.

Проведенные исследования показали, что высокую чувствительность аморфного сплава с близкой к нулю магнитострикцией к термомагнитной обработке обеспечивает оптимальное суммарное содержание кремния и бора в отличие от прототипа, где основополагающим является содержание бора 5 - 9 ат.%. Кроме того, обнаружено, что тип компонента M, вводимого для повышения жаростойкости сплава, заметно смещает оптимальный интервал содержания кремния и бора. В частности для высокой чувствительности магнитного сплава к термомагнитной обработке необходимо увеличивать содержание кремния и бора при замене компонентов в последовательности Cr, Mo, Ni.

На чертеже представлена зависимости коэффициента прямоугольности K_п после отжига в продольном магнитном поле от содержания кремния и бора x, ат. % в сплаве Co_93-xFe₄Cr₃(Si_0,55B_0,45)_x. Видно, что для получения коэффициента прямоугольности K_п > 0,8 в этом сплаве необходимо, чтобы содержание кремния и бора составляло 21 - 25 ат.%.

Предлагается магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего кобальт, железо, хром, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%: железо 2 - 5; хром 1 - 7; кремний 9 - 15; бор 9 - 15; кобальт - остальное, причем сумма компонентов кремний и бор составляет 21 - 25 ат.%, а в магнитопроводе отношение Br/B₈₀₀ ,больше 0,8 после отжига в продольном магнитном поле, где Br - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м, или Br/B₈₀₀ меньше 0,1 после отжига в поперечном магнитном поле.

Пример. В индукционной вакуумной печи выплавляли сплавы на основе кобальта, имеющие общую формулу Co_93-xFe₄Cr₃(Si_0,55B_0,45)_x. Разливку расплава проводили на установке "Сириус 150/0,02М". Толщина полученной аморфной ленты составляла 25-3 мкм. Ленту сматывали в тороидальные магнитопроводы диаметром 20/32 мм и высотой 10 мм и отжигали при оптимальной температуре. В процессе отжига и охлаждения магнитопроводы находились в продольном магнитном поле, направленном вдоль магнитной силовой линии сердечника, или в поперечном магнитном поле, направленном перпендикулярно торцевой поверхности сердечника. В таблице представлены результаты измерения коэффициента прямоугольности петли магнитного гистерезиса K_п = Br/B₈₀₀ в магнитопроводах, изготовленных из сплавов с разным суммарным содержанием кремния и бора x = (Si+B), ат.% после отжига в продольном или поперечном магнитном поле. Из таблицы следует, что после отжига в продольном магнитном поле K_п > 0,8, а после отжига в поперечном магнитном поле K_п < 0,1 достигается в сплавах 1 - 4, имеющих кремний и бор в количестве 21 - 25 ат.%.

Источники информации
1. Патент США N 4755239, кл. C 22 C 19/03, C 22 C 19/07, 1988.

2. Патент США N 4473417, кл. C 22 C 19/07, 1984.

Использование: в области электротехники, в частности в магнитопроводах трансформаторов, дросселей насыщения и других магнитных элементах. Сущность изобретения: магнитопровод выполнен витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего кобальт, железо, хром, кремний и бор при следующем соотношении компонентов, ат.%: железо 2 - 5; хром 1 - 7; кремний 9 - 15; бор 9 - 15; кобальт - остальное, причем сумма компонентов кремний и бор составляет 21 - 25 ат.%, а в магнитопроводе отношение Br/B₈₀₀ больше 0,8 после отжига в продольном магнитном поле, где Br - остаточная магнитная индукция; B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м, или Br/B₈₀₀ меньше 0,1 после отжига в поперечном магнитном поле. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Магнитопровод, выполненный витым из ленты магнитомягкого аморфного сплава, содержащего кобальт, железо, хром, кремний и бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Железо - 2 - 5
Хром - 1 - 7
Кремний - 9 - 15
Бор - 9 - 15
Кобальт - Остальное
причем сумма компонентов кремний и бор составляет 21 - 25 ат.%, а в магнитопроводе отношение B_r/B₈₀₀ больше 0,8, где B_r - остаточная магнитная индукция, B₈₀₀ - магнитная индукция при напряженности магнитного поля 800 А/м. 2. Магнитопровод по п.1, отличающийся тем, что B_r/B₈₀₀ меньше 0,1.