專(zhuān)利名稱(chēng)：用于低頻段的軟磁芯棒及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料元器件的生產(chǎn)制造，尤其指低頻段(0 500Hz)的軟磁芯棒及其制造方法。
背景技術(shù)：
低頻段(0 500Hz)電磁信號(hào)放大用軟磁芯棒一般采用坡莫合金棒制作，該類(lèi)磁芯棒具有應(yīng)力敏感性小、制作方便的優(yōu)點(diǎn)，但存在致命的缺陷，即電磁信號(hào)放大效率低，隨著頻率上升信號(hào)輸出大幅度下降。例如，m-Mo-i^e高導(dǎo)磁合金實(shí)芯圓棒，尺寸 Φ 15 X 1000mm，頻率500Hz時(shí)的電感輸出值，比頻率20Hz時(shí)的電感輸出值，下降40%以上， 電感輸出值的大幅波動(dòng)現(xiàn)象(電感輸出值的最大數(shù)與最小數(shù)相差懸殊，波動(dòng)太大)，使電磁信號(hào)輸出極不穩(wěn)定，影響其使用。理論研究表明磁芯棒的電感輸出值與使用頻率有關(guān)，頻率越高，電感輸出值越小，這是不可避免的現(xiàn)象。其原因是渦流損耗和趨膚現(xiàn)象1、渦流損耗通常，帶有磁性鐵芯的元件在磁化線(xiàn)圈中通過(guò)交流電進(jìn)行磁化時(shí)，要損耗能量，磁性鐵芯在磁化和反磁化過(guò)程中損耗的能量稱(chēng)為磁損耗或鐵損耗。磁損耗主要由磁滯損耗和渦流損耗兩部分組成，磁滯損耗與頻率無(wú)關(guān)，而渦流損耗，在片狀磁芯中，單位體積的渦流損耗表述為PO π 2f2Bm2d2/ P(1)式中f_頻率，d-磁芯厚度，P -電阻率渦流損耗與頻率的平方和磁芯厚度的平方成正比，而與電阻率成反比，隨頻率升高損耗增大是必然的，但當(dāng)電阻率非常大和厚度很薄時(shí)，磁滯損耗隨頻率升高的幅度就會(huì)變得很小。鐵氧體軟磁磁芯材料的電阻率非常大，高頻磁滯損耗小，適合在高頻下使用，但鐵氧體軟磁磁芯材料的導(dǎo)磁率低，不能滿(mǎn)足超低頻磁性天線(xiàn)的使用要求。過(guò)去一般認(rèn)為，在低頻范圍內(nèi)，由于頻率低，渦流損耗不會(huì)太大，可以采用高導(dǎo)磁率合金棒材(熱軋或冷軋) 作為低頻磁性器件的磁芯，但實(shí)際使用效果并不理想，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是，高導(dǎo)磁率合金的電阻率很小(約為0.6μ Ω.m)，即使在低頻范圍內(nèi)渦流損耗也是很大的。2、趨膚現(xiàn)象由于高導(dǎo)磁率合金棒材直徑達(dá)Φ 15mm，趨膚現(xiàn)象顯著，根據(jù)楞次定律，在試樣中感應(yīng)而生的渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是和磁通量變化的方向相反的，這些感生電流(渦流)阻礙試樣的磁化，當(dāng)試樣較厚和頻率較高時(shí)便嚴(yán)重偏離磁均勻化狀態(tài)，此時(shí)試樣內(nèi)部磁化甚微，試樣總體的導(dǎo)磁率下降。趨膚深度和試樣的電阻率ρ、導(dǎo)磁率μ、頻率f有關(guān)，趨膚深度ds 可表述為ds = 5030 上 .·、
V/"·/式中f-HZ，P- Ω. cm, μ -GS/Qe
只有當(dāng)ds遠(yuǎn)較試樣的厚度為大時(shí)，才可以認(rèn)為試樣的磁化是均勻的，按照高導(dǎo)磁率合金棒材開(kāi)路導(dǎo)磁率1700計(jì)算，20Hz時(shí)的趨膚深度為2. lmm, 500Hz時(shí)的趨膚深度為 0. 42，因此Φ 15mm高導(dǎo)磁率合金棒材磁化是不均勻的，能量轉(zhuǎn)換效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于低頻段的軟磁芯棒及其制造方法，解決原有技術(shù)實(shí)芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術(shù)難題，20 500Hz的超低頻段內(nèi)，軟磁芯棒電感輸出值的波動(dòng)幅度小于10%;且軟磁芯棒電感輸出值提高200%;大大提高了軟磁芯棒的能量轉(zhuǎn)換效率，改善了電磁信號(hào)輸出的穩(wěn)定性；同時(shí)，解決疊層軟磁芯棒抗沖擊和應(yīng)力敏感的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是，軟磁芯棒由高導(dǎo)磁率合金薄帶、絕緣涂層疊合組成；磁芯棒截面呈矩形或多邊形片層分布，片層數(shù)100 500 ；高導(dǎo)磁率合金薄帶的厚度為0. 03 0. 20mm,高導(dǎo)磁率合金薄帶的直流初始導(dǎo)磁率必須大于SOOOOGs/Oe ；絕緣涂層涂覆在高導(dǎo)磁率合金薄帶表面。薄帶的厚度低于0.03mm則疊層制造的磁芯棒的剛度不夠，磁芯棒容易產(chǎn)生應(yīng)力， 使磁芯棒的磁性能受到損失；高于0. 20mm則因趨膚現(xiàn)象引起的磁損耗將增大；合金的直流初始導(dǎo)磁率必須大于SOOOOGs/Oe低于此值磁芯棒電感輸出值過(guò)小，不能滿(mǎn)足要求。進(jìn)一步，所述的高導(dǎo)磁率合金薄帶的材料為初始導(dǎo)磁率大于SOOOOGs/Oe的1J85、 或1J77、或初始導(dǎo)磁率大于SOOOOGs/Oe的坡莫合金合金冷軋帶，或者是采用高初始導(dǎo)磁率大于SOOOOGs/Oe非晶、或超微晶高導(dǎo)磁率合金帶。所述的絕緣涂層的材料成分為氧化鎂70-90%、三乙醇胺5-15%、乙醇混合物 5-15%，以重量百分比計(jì)。在1200°C以下高溫?zé)崽幚砗竽鼙ＷC具有良好的絕緣性能，絕緣涂層可以減低磁芯棒渦流損耗。所述的磁芯棒截面呈矩形狀片層，磁芯棒矩形截面的a b = 0. 7 1. 3。本發(fā)明用于低頻段的軟磁芯棒的制造方法，其包括如下步驟1)首先，將高導(dǎo)磁率合金薄帶定尺剪切成需要的長(zhǎng)度，再將絕緣涂層均勻涂覆在薄帶表面；2)其次，將涂覆絕緣涂層的合金薄帶面與面疊合到需要的尺寸，截面呈矩形狀或多邊形片層分布疊合后的磁芯棒應(yīng)平整、平直，再用夾具夾緊固定后與夾具一起放入熱處理爐中；3)熱處理，熱處理溫度、時(shí)間按選用合金的常規(guī)的提高磁性能的熱處理工藝進(jìn)行熱處理，熱處理完畢，去除夾具并用絕緣帶纏繞包覆；4)絕緣帶包覆后的磁芯棒用銅箔或鋁箔包覆，然后將其放入套管中，上述套管的直徑應(yīng)比磁芯棒截面最大對(duì)角線(xiàn)大1 3mm ；5)用發(fā)泡樹(shù)脂將磁芯棒固定在套管中，發(fā)泡樹(shù)脂中有大量空隙，起到較好的避震作用，套管起保護(hù)作用并可在其外面直接繞線(xiàn)圈。其中，所述的套管為非金屬管、或銅管、或鋁管。所述的非金屬管選用酚醛樹(shù)脂管、或PVC塑料管。
本發(fā)明采用薄帶疊層和層間絕緣的方法制造磁芯棒，軟磁芯棒截面呈片層分布 (由于層間電阻大、薄帶厚度小，渦流和趨膚現(xiàn)象引起的磁損耗大幅度降低，能量轉(zhuǎn)換效率提高)代替高導(dǎo)磁合金實(shí)芯圓棒結(jié)構(gòu)，解決原有技術(shù)實(shí)芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術(shù)難題，20 500Hz的超低頻段內(nèi)，軟磁芯棒電感輸出值的波動(dòng)幅度小于10%; 且軟磁芯棒電感輸出值提高200% (電感輸出值越高，磁性器件的靈敏度越高)；大大提高了軟磁芯棒的能量轉(zhuǎn)換效率，改善了電磁信號(hào)輸出的穩(wěn)定性。由于采用套管保護(hù)和用發(fā)泡樹(shù)脂將磁芯棒固定在套管中，解決了疊層軟磁芯棒抗沖擊和應(yīng)力敏感的問(wèn)題。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明制造的磁芯棒因渦流和趨膚現(xiàn)象引起的磁損耗大幅度降低，500Hz時(shí)的電感輸出比20Hz時(shí)下降值可控制在10%以?xún)?nèi)，而實(shí)芯圓棒磁芯的降幅高達(dá)40%以上，效果明顯。2、疊層磁芯棒電感輸出值比相同形狀磁芯棒高3 4倍。3、用發(fā)泡樹(shù)脂將磁芯棒固定在套管中，磁芯棒抗應(yīng)力敏感和抗震動(dòng)能力增強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。在實(shí)施例中，制造磁芯棒的薄帶采用1J85高導(dǎo)磁率合金冷軋帶，厚度為0. 05mm, 直流初始導(dǎo)磁率ι χ lOis/Oe。將0. 05mm 1J85高導(dǎo)磁率合金冷軋帶縱向剪切分條成20mm寬度，然后涂覆耐高溫絕緣涂層，涂覆完畢，定尺剪切成1000mm。將250片0. 05 X 20 X 1000mm 1J85高導(dǎo)磁率合金薄片，面與面疊合在一起，疊合截面尺寸為15X20mm，垂直疊合面的四個(gè)面應(yīng)盡量平整，疊合后的磁芯棒用耐熱不銹鋼夾具夾緊固定后放入H2保護(hù)氣氛熱處理爐中，按下述熱處理工藝進(jìn)行熱處理1180°C保溫5小時(shí)/爐冷至500°C保溫1小時(shí)/快冷至250°C出爐。熱處理完畢，去除夾具并用絕緣帶纏繞包覆，包覆過(guò)程應(yīng)避免磁芯棒彎折和受到?jīng)_擊，以免磁芯棒的磁性能損失，絕緣帶纏繞包覆應(yīng)緊密，以免絕緣不良。絕緣帶包覆后的磁芯棒用鋁箔包覆(有利于避免高頻電磁波的干擾)，然后將其放入非金屬管中，非金屬管選用有一定強(qiáng)度和剛度的酚醛樹(shù)脂管，管的直徑應(yīng)比磁芯棒截面最大對(duì)角線(xiàn)大2mm，然后用發(fā)泡樹(shù)脂將磁芯棒固定在非金屬管中，發(fā)泡樹(shù)脂中有大量空隙，起到較好的避震作用，非金屬管起保護(hù)作用并在其外面直接繞線(xiàn)圈。超低頻磁芯棒繞制 6萬(wàn)匝線(xiàn)圈時(shí)的電感測(cè)試值見(jiàn)表1，俄羅斯樣品和1J85冷拉磁芯棒尺寸為Φ15Χ1000πιπι， 1J85疊層磁芯棒尺寸15 X 20 X 1000mm。表1低頻磁芯棒繞制6萬(wàn)匝線(xiàn)圈時(shí)的電感測(cè)試值
權(quán)利要求
1.用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是軟磁芯棒由高導(dǎo)磁率合金薄帶、絕緣涂層疊合組成；磁芯棒截面呈矩形或多邊形片層分布，片層數(shù)100 500 ；高導(dǎo)磁率合金薄帶的厚度為0. 03 0. 20mm,高導(dǎo)磁率合金薄帶的直流初始導(dǎo)磁率必須大于SOOOOGs/Oe ；絕緣涂層涂覆在高導(dǎo)磁率合金薄帶表面。
2.如權(quán)利要求1所述的用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是，所述的高導(dǎo)磁率合金薄帶的材料為初始導(dǎo)磁率大于80000Gs/0e的1J85、或1J77、或初始導(dǎo)磁率大于80000Gs/0e的坡莫合金合金冷軋帶，或者是采用初始導(dǎo)磁率大于SOOOOGs/Oe非晶、或超微晶高導(dǎo)磁率合金帶。
3.如權(quán)利要求1所述的用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是，所述的絕緣涂層的材料成分為氧化鎂70-90%、三乙醇胺5-15%、乙醇混合物5-15%，以重量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是，所述的磁芯棒截面呈矩形狀片層，磁芯棒矩形截面的a b = 0.7 1.3。
5.如權(quán)利要求1所述的用于低頻段的軟磁芯棒的制造方法，其包括如下步驟1)首先，將高導(dǎo)磁率合金薄帶定尺剪切成需要的長(zhǎng)度，再將絕緣涂層均勻涂覆在薄帶表面；2)其次，將涂覆絕緣涂層的合金薄帶面與面疊合到需要的尺寸，截面呈矩形狀或多邊形片層分布疊合后的磁芯棒應(yīng)平整、平直，再用夾具夾緊固定后與夾具一起放入熱處理爐中；3)熱處理，熱處理溫度、時(shí)間按選用合金的常規(guī)的提高磁性能的熱處理工藝進(jìn)行熱處理，熱處理完畢，去除夾具并用絕緣帶纏繞包覆；4)絕緣帶包覆后的磁芯棒用銅箔或鋁箔包覆，然后將其放入套管中，上述套管的直徑應(yīng)比磁芯棒截面最大對(duì)角線(xiàn)大1 3mm ；5)用發(fā)泡樹(shù)脂將磁芯棒固定在套管中。
6.如權(quán)利要求5所述的用于低頻段的軟磁芯棒的制造方法，其特征是，所述的套管為非金屬管、或銅管、或鋁管。
7.如權(quán)利要求5所述的用于低頻段的軟磁芯棒的制造方法，其特征是，所述的非金屬管選用酚醛樹(shù)脂管、或PVC塑料管。
全文摘要
用于低頻段的軟磁芯棒，其由高導(dǎo)磁率合金薄帶、絕緣涂層疊合組成；磁芯棒截面呈矩形或多邊形片層分布，片層數(shù)100～500；高導(dǎo)磁率合金薄帶的厚度為0.03～0.20mm，高導(dǎo)磁率合金薄帶的直流初始導(dǎo)磁率必須大于80000Gs/Oe；絕緣涂層涂覆在高導(dǎo)磁率合金薄帶表面。本發(fā)明解決了原有技術(shù)實(shí)芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術(shù)難題，20～500Hz的超低頻段內(nèi)，軟磁芯棒電感輸出值的波動(dòng)幅度小于10％；且軟磁芯棒電感輸出值提高200％；大大提高了軟磁芯棒的能量轉(zhuǎn)換效率，改善了電磁信號(hào)輸出的穩(wěn)定性；同時(shí)，解決疊層軟磁芯棒抗沖擊和應(yīng)力敏感的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01F27/245GK102262951SQ20101018426
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者陸建生 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司