CN1212073A - 用于制造带绕磁心带的方法以及含有带绕磁心的电感元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于由无定形铁磁材料组成的带绕磁心带的新制造方法,其中,首先无定形铁磁带由采用快速固化方法用熔体铸成的钴基合金组成,该合金含有比例为合金的原子重量在1和10%之间的铁和/或锰添加剂。随后无定形铁磁带在通过热处理时经受相对于带的方向为横向的磁场。带绕磁心带由经过热处理的无定形铁磁带定尺剪切后,绕制带绕磁心,优选绕制环形带绕磁心。这些带绕磁心可以用于制造具有极好磁特性的电感元件,尤其是,所制造的电感元件其环形带绕磁心的平均直径为d≤10mm。

Description

用于制造带绕磁心带的方法以及含有带绕磁心的电感元件
本发明涉及一种含有用无定形铁磁合金绕制的带绕磁心的电感元件，并且涉及一种由无定形铁磁材料组成的带绕磁心带的制造方法。
实际上几乎没有磁致伸缩的无定形铁磁合金也必须经受热处理才能获得良好的软磁特性。典型地在这种情况下，无定形铁磁合金在磁场中回火以按要求调整到平缓的B-H回线。
按照当前的工艺，后者是用已绕好的带绕磁心进行的。由于通常在回火过程中无定形材料变脆，可实现最大磁导率所需要的内部机械应力的减少，这些应力是制造所决定的也是由带绕磁心的绕制引起的。
制造已经在磁场中完成热处理的无定形铁磁带绕磁心带的一种可能的方法是，将已绕制成用于输出线圈(Liefercoil)的带绕磁心带在所谓的横向场加热炉中进行固定式热处理。但是这种方法对于良好的再现性是非常临界的。由于涉及到大量的材料，必须采用相当长的热处理时间，几个小时，极端的情况多达几天的时间，以确保用于输出的线圈完全均匀加热。由于长的处理时间，这样必须在范围约为200℃≤T≤250℃的相对低温条件下操作，以消除材料的热脆性。但是，由此可调整的磁特性的可变性范围受到非常大的限制，特别是对于可达到的磁导率。
DE3324729C2公开了一种用于制造具有高磁导率的无定形磁性合金的方法。其中由一种无定形磁性钴基合金组成的带采用快速固化法制成，合金中铁的材料比为5％，并且无定形磁性带在通过热处理时经受相对于带的方向为横向的磁场的作用。
因此，本发明的任务在于改进这种由无定形铁磁材料组成的带绕磁心带的制造方法，使得这种带绕磁心，特别是环形带绕磁心，和由这些磁心制作的电感元件能够经济地，同时节约能源，低成本地制成，其中可达到相当高的磁导率并从而改善磁特性。
按照本发明，解决上述任务的方案在于采用以下述步骤为特征的制造方法：
a)由一种钴合金组成的无定形铁磁带采用快速固化的方法由熔体铸成，钴合金含有铁和/或锰添加剂，其材料比在合金的1和10％之间；
b)无定形铁磁带在通过热处理时经受相对于带的方向为横向的磁场的作用，通过的速度是这样选择的，使得无定形铁磁带被加热到温度250℃≤T≤450℃，热处理时间为0.5s≤t≤60s。
c)带绕磁心带是由经过热处理的，无定形铁磁带定尺剪切而成。
按照本发明的制造方法只需最可能少的能量即可完成。具有平缓的B-H回线的，柔软的无定形带绕磁心带可以用这种方式制出，该回线进入饱和区内有非常高的线性变化，并且具有磁导率范围约在2000和15000之间。由于具有精确调整磁致伸缩的能力，这些带可用于制造带绕磁心，特别是绕线直径d≤10mm的环形带绕磁心，而对磁特性没有任何显著的负面作用。
此外，在热处理过程中不需要保护气体，特别是暴露于大气甚至是有利的，因为在带绕磁心带上产生的薄的氧化层提供了所需的带层电绝缘。
极好的带绕磁心带可通过这样设定传送速度获得，即使得无定形铁磁带加热到温度300℃≤T≤400℃，热处理时间t≤30s。
在本发明的一种改进结构中，合金中铁和/或锰的比例是这样设定的，使得热处理后的无定形铁磁带的饱和磁致伸缩λs≤0.1ppm，优选λs≤0.05ppm。
对于根据本发明的电感元件，带绕磁心相应地用有柔软性的由一种无定形铁磁合金组成的，经过热处理的带绕磁心带绕制而成，其中无定形铁磁合金具有λs≤0.1ppm的饱和磁致伸缩以及平缓的B-H回线，该回线尽可能线性地进入饱和区。这样的无定形铁磁合金是一种钴基合金，它含有铁和/或锰的材料比例以合金的原子重量计在1和10％之间。因此带绕磁心带在绕制前则需热处理，基于获得的柔软性使得带绕磁心可以毫无问题地绕制。
取决于质量的目标和所希望的电感元件的用途，带绕磁心的平均直径为d≤50mm，甚至平均直径为d≤10mm。
尤其是，电感元件可制作为含有环形带绕磁心。
下面参照附图，并借助附图中的实施例说明本发明。其中：
图1示出用于生产的额定温度为350℃的连续式加热炉的典型温度曲线，
图2示出连续式热处理后相对断裂变形εF与热处理温度的函数曲线，
图3示出按照本发明的方法在横向场中连续式热处理后的带绕磁心带各向异性场强HA，平均磁导率级μ和饱和磁致伸缩λs与热处理温度Ta的函数曲线，
图4示出另一种按照本发明的方法在横向场中热处理后的带绕磁心带的各向异性场强HA，平均磁导率级μ和饱和磁致伸缩λs与热处理温度Ta的函数曲线，
图5示出在环形带绕磁心上测得的准静态B-H回线，磁心的尺寸为22×16×6mm和12×8×6mm，用在通过横向场时经过热处理的带绕磁心带制成，
图6示出50Hz时在环形带绕磁心上测得的振幅磁导率，磁心的尺寸为22×16×6mm和12×8×6mm，用在通过横向场时经过热处理的带绕磁心带制成，以及
图7示出两种按照本发明的方法在横向场中连续式热处理后的带绕磁心带的饱和磁致伸缩λs的变化与热处理温度Ta的函数曲线，
对两种合金料VC6030和VC6150B60进行研究，每种料带宽6mm，带厚约20μm。表1示出合金组成及其成品状态下的磁特性。
表1所研究料的额定组成、带厚度、饱和感应Bs和饱和磁致伸缩λs(制造状态下)
牌号     合金组成(材料比例％) 批料 厚度(μm) Bs(T) λs(10-8)
VC 6030  D30 Co71.8Fe1.2Mn4Mo1Si13B9  E 4405201-1559  17.017.6  0.8070.821 -17.3-10.8
VC 6150  B60 Co72.5Fe1.5Mn4Si5B17  201-481E 4286  20.218.2  0.9870.975 -15.2+8.8
无定形铁磁带采用快速固化的方法用熔体铸成，然后在连续通过长约40cm，传送速度为1.6米/分钟，各段温度不同的横向场加热炉时进行热处理。在热处理时，约为159·200A/m的磁场在带的平面内垂直于带的方向施加，该磁场由位于连续式加热炉内长度为40cm的永磁轭产生。
图1示出连续式加热炉的典型温度曲线。均匀温区的长度约为15～20cm，上述运动速度对应的有效热处理时间约为7秒。在缩短处理时间并采用具有类似设计的2m长的加热炉后，有可能将传输速度提高到10～20米/分钟。
对已经过横向场处理的带测量其拉伸状态下的饱和磁致伸缩λs和B-H回线。计算各向异性场强HA和根据公式
μ=Bs/(μ0HA)
计算平均磁导率μ。
带绕磁心带由经350℃热处理得到的带定尺剪切后，绕制尺寸为22×16×6mm和12×8×6mm的环形带绕磁心，以检查绕线应力对材料特性的影响程度。
此外，热处理过的材料的柔软性采用弯曲和撕裂测试方法进行测定。由图2可以看出，对于选择的热处理时间，脆性直到相当高的热处理温度约为380℃才出现。因此可以毫无疑问地选择提高的热处理温度，以得到满意的应力弛豫和感应各向异性调整的快速动力学。
由图3和图4可以看出，原则上产生的结果是，可以通过选择合金组成和热处理参数，按需要调整磁导率。
图5示出了用经过热处理的带绕磁心带绕制的环形带绕磁心的B-H回线。环形带绕磁心的振幅磁导率在图6中示出。
尤其可以得到，即便是尺寸为12×8mm的小磁心也可得到非常平缓且为线性的B-H回线，并且这些B-H回线实际上并不受所出现的绕制应力的影响。
只有由于绕制应力存在不正确调整磁致伸缩和增大的磁导率μ＞10000时，从图5可以看出，才观察到B-H回线的变圆。
为了避免绕制应力的影响，将热处理后存在的饱和磁致伸缩尽可能好地调整为零则非常重要。为此λs在制造状态被设定为特定的稍负的数值，该值对于给定的热处理参数为合金特有的。
为此，图7示出所研究的两种合金在热处理后磁致伸缩的变化曲线。
磁致伸缩的调整必须比绕制成环形带绕磁心后才进行热处理的材料的磁致伸缩的调整更为精确地完成。热处理后的最佳磁致伸缩为-2×10-8＜λs＜2×10-8。这使得在横向场中经过热处理的带绕磁心带可用于制造直径下降到小于10mm，磁导率级约为2000至15000的环形带绕磁心。

Claims (8)

1．用于由无定形铁磁材料组成的带绕磁心带的制造方法，其特征在于，如下步骤：
a)由一种钴基合金组成的无定形铁磁带采用快速固化的方法由熔体铸成，钴基合金中含有铁和/或锰添加剂，其材料比在合金的1和10％之间；
b)无定形铁磁带在通过热处理时经受相对于带的方向为横向的磁场，传送速度是这样选择的，使得无定形铁磁带被加热到温度250°≤T≤450℃，热处理时间为0.5s≤t≤60s；
c)带绕磁心带是由已经过热处理的、无定形铁磁带进行定尺剪切。
2．按照权利要求1所述的制造方法，其特征在于，传送速度是这样选择的，使得无定形铁磁带被加热到温度300°≤T≤400℃，热处理时间为t≤30s。
3．按照权利要求1至2之一所述的制造方法，其特征在于，合金中铁和/或锰的比例是这样设定的，使得无定形铁磁带热处理后具有饱和磁致伸缩｜λs｜≤0.1ppm。
4．按照权利要求3所述的制造方法，其特征在于，合金中铁和/或锰的比例是这样设定的，使得无定形铁磁带热处理后具有饱和磁致伸缩｜λs｜≤0.05ppm。
5．电感元件含有一个带绕磁心，该磁心是用一种按照权利要求1或2之一进行热处理的、且由无定形铁磁合金组成的柔软的带绕磁心带绕制而成，其中无定形铁磁合金具有饱和磁致伸缩｜λs｜≤0.1ppm。，以及平缓的B-H回线，该回线尽可能线性地进入饱和区，而且该无定形铁磁合金是一种钴基合金，它含有铁和/或锰的材料比在合金的1和10％之间。
6．按照权利要求5所述的电感元件，其特征在于，带绕磁心的平均直径为d≤50mm。
7．按照权利要求6所述的电感元件，其特征在于，带绕磁心的平均直径为d≤10mm。
8．按照权利要求5至7之一所述的电感元件，其特征在于，带绕磁心为环形带绕磁心。
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