CN1049997C - 软磁铁芯元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁性物体。主要适用于大功率逆变电源及开关电源变压器。本发明软磁铁芯元件由铁芯及其端面上的保护膜和带通风孔的护盒组成，铁芯用非晶或超微晶软磁合金薄带卷取而成，端面保护膜是用环氧材料涂敷在铁芯长方向薄带边缘构成的层间端上的保护膜，护盒为中空环状形，它由两个完全对称的环状凹形半壳体组装而成。本发明铁芯元件的制造方法包括卷取铁芯、热处理或磁场热处理、端面涂敷密封面、室温固化、装盒。
Description
本发明属于磁性物体，特别涉及软磁材料物体。主要适用于大功率逆变电源及开关电源的变压器。
目前，大功率高频逆变电源及开关电源迅速发展，尤其是高频逆变电焊机技术已基本成熟，正在进入规模生产。高频功率主变压器是这些大功率逆变电源中的重要部件，它需要磁导率高、热稳定性好，尤其是高频损耗极低的大尺寸软磁铁芯元件，因为当转换功率在几千瓦到几十千瓦时，变压器的温升会因铁芯元件本身损耗过高，以致不能再使用。
在现有技术中，为了获得性能良好的大尺寸软磁铁芯元件，有的采用非晶或超微晶软磁合金薄带制作铁芯，这类薄带的Bs高达1.25～1.60，磁导率也高，而且高频损耗极低，居里点也高，是较理想的高频软磁铁芯元件材料。但是，非晶或超微晶合金薄带的缺点是脆性大、韧性小，当受到一定应力时，磁性就会降低。当制成铁芯并热处理后，脆性很大，容易剥落，呈松散状态，如在铁芯上直接绕线，则会将铁芯压碎，并产生应力，导致磁性能恶化。这给铁芯元件的制造带来极大的困难。
为解决铁芯元件制造技术，日本专利平3-205803提供了一种铁芯元件的制造方法。该方法是将处理后的铁芯外表形成一层高分子膜，高分子膜不对铁芯产生应力，同时将铁芯密封，以便防止漆渗入铁芯中，产生固化应力。之后，铁芯再包敷一层无机玻璃纤维带，用以增强铁芯的强度，并增加随后外层环氧树脂层的厚度和强度。最后外表形成一层较厚的树脂层。即该铁芯元件包含铁芯和外表涂敷的高分子膜、包敷的无机玻璃纤维带和树脂层。该方法可以做到基本不恶化磁性能，也可进行浸漆处理。其缺点是工序繁杂，成本高，不利于生产线自动化，更为严重的缺点是该铁芯元件中的铁芯被几层厚的绝缘不导热材料密封，铁芯内的热量无法散出，而外面又绕有本身也产生热量的线圈包，结果用它所制作的变压器的温升急剧增加，无法正常使用。因此，作为变压器，特别是功率转换变压器对温升是有限定的，不超过某一限定值。变压器的温升由铜损发热和铁损发热两部分构成，铁损会使铁芯发热，铁芯温升增加，温度过高，一方面导致磁性降低，甚至完全消失，另一方面会使变压器温升超了限定值，不能再工作。
为解决散热问题，日本专利平4-25104公开了一种铁芯制造方法。该方法是将铁芯放在金属护盒中后进行热处理，铁芯不会受到任何应力，另外，由于铁芯外面没有高分子膜、纤维带和树脂层，故铁芯的热量可以由铁芯直接通过金属护盒向外散去，但由于护盒外还有线圈复盖，散热效率很低；该方法更大的缺点是由于铁芯没有被密封，在制成变压器后进行真空浸漆处理时，漆可通过护盒缝隙进入铁芯的薄带层与层之间，随后固化时产生应力，导致磁性能恶化。
本发明的目的在于提供一种既容易散热，又能进行真空浸漆处理的软磁铁芯元件及其制造方法。
根据上述目的，本发明软磁铁芯元件由铁芯、端面保护膜和带通风孔的护盒组成。铁芯用非晶或超微晶软磁合金薄带卷取成积层形式；端面保护膜是用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料中任一种或两者混合物涂敷在铁芯的长方向由薄带边缘构成的两个层间端面上的一层保护膜；带通风孔的护盒为中空环状形，它由两个完全对称的环状凹形半壳体组装而成；铁芯就放置在带通风孔的护盒中。护盒的环状形可为环形、跑道形或矩形中任一种，且与铁芯形状一致。
TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料所形成的保护膜不仅具有一定的弹性，而且还有一定的散热效果，故端面保护膜的作用一是制成变压器浸漆时，可防止漆浸入铁芯中的片层之间，恶化磁性能，二是要减少浸漆固化时产生的应力，三是有散热作用。护盒上的通风孔的主要作用就是使护盒内的铁芯可通风冷却，减小温升。
本发明软磁铁芯元件的制造方法如下，其工艺流程为：卷取铁芯—热处理或磁场热处理—端面涂敷密封面—室温固化—装盒。
首先用非晶或超微晶软磁合金薄带卷取成积层形式的铁芯，为此，铁芯具有优异的磁性能。
薄带卷取成铁芯后在热处理炉中进行退火处理或磁场下退火处理。
铁芯经退火处理后，将其表面的碎渣、尘埃清除，并在铁芯长方向由薄带边缘构成的两层间端面上用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料涂敷一层保护膜。
铁芯涂敷端面保护膜，并经室温固化后，装入带通风孔的护盒中，即制成本发明所述的软磁铁芯元件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)、用本发明铁芯元件制成变压器等后，由于护盒上有通风孔，而且铁芯上仍有两个未涂敷保护膜的裸露面，可以采用风扇等通过通风孔直接冷却铁芯表面，冷却效果很好，可大大降低变压器的温升，尤其适合大功率电源变压器。表1列举了在同样条件下分别采用本发明和日本专利平3-205803制作同样的铁芯元件，然后绕制成同样的160A逆变焊机变压器，工作1小时后温升情况。
表1 采用本发明和日本专利平3-205803制成的铁芯元件
所绕制成160A逆变焊机变压器工作1小时后温升情况
(2)、由于本发明采用低应力TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料在铁芯的端面上涂敷了一层保护膜，因此制成变压器后进行真空浸漆时，可以防止漆浸入薄带层与层之间，从而保持铁芯原有的优良磁性能。表2列出了分别采用本发明和日本专利平4-25104所制作的铁芯元件及其绕制的160A逆变焊机主变压器，在真空浸漆前后，铁芯和变压器的性能对比。由表2看出，由于平4-25104的铁芯元件的端面未密封，浸漆时，漆浸入薄带片层之间，导致铁芯元件和变压器性能恶化。
表2 本发明及平4-25104铁芯元件及绕制
表2变压器在真空浸漆前后的性能对比
(3)、本发明铁芯元件制造工艺简单，成本低，而且可实现自动化生产。
(4)、所采用的TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料比普通环氧材料的固化应力小，因而对铁芯元件性能的影响也极小。表3列举了采用TH-840环氧材料或TH-8409FB环氧材料与普通环氧材料涂敷铁芯端面对性能的影响。
表3 采用TH-840或TH-840FB环氧材料和普通
环氧材料涂敷磁芯端面对性能的影响
现结合附图对本发明所进一步说明
附图1为本发明软磁铁芯元件的结构示意图。
附图2为本发明铁芯的结构示意图。
附图3为附图1的A-A的剖示图，即软磁铁芯元件的纵剖面示意图。
上述图中，1为由非晶或超微晶软磁合金薄带3卷取成积层形式的铁芯，2为用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料涂敷在铁芯1的长方向薄带边缘构成的两个层端面上的保护膜，4为护盒，5、6为组成护盒的两个环状凹形半壳体，7为护盒4上的通风孔，8为铁芯1上的两个裸露面，10为用于固定护盒4的两个环状凹形半壳体5、6的螺栓，11为护盒4上的固定脚。
由上述图中可看出，本发明软磁铁芯元件由铁芯1、端面保护膜2和带通风孔7的护盒4组成，铁芯1由非晶或超微晶软磁合金薄带卷取而成，端面涂敷一层保护膜2的铁芯1盛装在护盒4中，护盒4由两个环状凹形半壳体5、6用螺栓10紧固装配而成。
实施例1
将超微晶合金薄带卷成Φ70×Φ120×30mm的园环状铁芯，经磁场处理后，测其磁性能(见表4)，随后在铁芯的两个长方向端面上用TH-840FB环氧材料涂敷一层保护膜，并室温固化6小时后，将铁芯装入有通风孔的护盒中，最后再测其磁性能，如表4所示。该铁芯元件用于20KHz下315A逆变式电焊机中，连续工作1小时后，铁芯元件的温度仅为71℃。
表4 实施例1在B＝0.5T，f＝20KHz条件下铁芯
在涂敷保护膜前后和真空浸漆后的磁性能
实施例2
用40mm宽的超微晶薄带卷成内窗口35×65mm2，叠厚14mm的矩形铁芯，热处理后测得B＝0.5，f＝20KHz下损耗P＝30W/Kg，将铁芯两个长方向端面分别涂上TH-840FB环氧材料，并室温固化，铁芯形状稳定再测其在上面条件下的损耗为P＝31W/Kg。将铁芯装入有通风孔的矩形尼龙护盒中，并绕线制成为变压器后，在真空中浸漆处理，再测同条件下的损耗为P＝31.2W/Kg。这种铁芯用于20KHz下，4KW激光电源中，连续工作1小时铁芯元件温度在有风扇时为81℃。
Claims (4)
1、一种软磁铁芯元件，包含用非晶或超微晶软磁合金薄带卷取成积层开式的铁芯，其特征在于：
该铁芯元件由铁芯(1)、端面保护膜(2)和带通风孔(7)的护盒(4)组成；
端面保护膜(2)是用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料涂敷在铁芯(1)的长方向由薄带边缘构成的两个层间端面上的一层保护膜；
带通风孔的护盒(4)为中空环状形，它由两个完全对称的环状凹形半壳体(5、6)组装而成；
铁芯(1)放置在带通风孔的护盒(4)中。
2、根据权利要求1所述的软磁铁芯元件，其特征在于带通风孔的护盒(4)的环状形可为环形、矩形、跑道形中任一种，与铁芯的形状一致。
3、根据权利要求1所述的软磁铁芯元件，其特征在于端面保护膜(2)涂敷材料可采用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料中任一种或两者混合物。
4、一种软磁铁芯元件的制造方法，包括用非晶或超微晶软磁合金薄带卷取成铁芯、热处理、装盒，其特征在于：
铁芯(1)经热处理或磁场热处理后，在铁芯(1)的长方向由薄带边缘构成的两个层间端面上，用TH-840环氧材料或TH-840FB环氧材料中任一种或两者混合物涂敷一层保护膜；
铁芯(1)的两个层间端面涂敷保护膜，并室温固化后，装入带通风孔(7)的护盒(4)中。
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