RO131757A0 - Transformator planar cu nanofluid magnetic - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un transformator planar cu nanofluid magnetic, de joasă tensiune şi mică putere, utilizat în circuite electronice ca transformator separator. Transformatorul conform invenţiei cuprinde: un ansamblu de bobine planare format din bobine (1a şi 1b) planare primare şi, respectiv, secundare, fixate prin intermediul a două distanţiere (3a şi 3b), un ansamblu circuit magnetic, o carcasă alcătuită dintr-o cuvă (6) prevăzută cu un capac (7), o garnitură (8) cu rol de etanşare, şi un şurub (9) central care fixează ansamblul de bobine planare de cuvă (6), capacul (7) conţinând o plăcuţă cu borne (10), şi un sistem (11) de alimentare cu nanofluid magnetic, în care cele două bobine (1a) planare primare şi cele două bobine (1b) planare secundare sunt identice, dispuse fiecare pe câte o placă de sticlo-textolit, placată pe ambele feţe cu un strat de cupru, fiecare bobină (1a şi 1b) planară fiind formată din două semibobine a câte 20 de spire fiecare, înseriate, dispuse faţă-verso pe aceeaşi placă, iar bobinele (1a şi 1b) planare primare şi secundare conţin fiecare câte 40 de spire, între bobinele (1a) primare aflându-se bobinele (1b) secundare, bobinele fiind izolate prin trei izolaţii (2) şi în care ansamblul circuit magnetic este format din două miezuri magnetice (4a şi 4b), superior şi, respectiv, inferior, identice, realizate din ferită şi suprapuse simetric, şi dintr-un miez lichid, constând dintr-un nanofluid (5) magnetic, în care se imersează ansamblul de bobine şi cele două miezuri (4a şi 4b) magnetice.

Description

Transformator planar cu nanofluid magnetic invenția se refera ia un transformator planar cu nariofiuid magnetic, de joasă tensiune si mică putere utilizat in circuite electronice ca transformator separator, in aplicații de tip harvesting e ne ry, convertoare DC/DC de tip Flayback si Forward.

Se cunosc soiuții tehnice privind transformatoare planare cu circuit magnetic realizat in totalitate din ferita cu pronie de tip E, aite transformatoare planare cu bobine crescute prin tehnologia LiGA si circuit magnetic realizat integrai din ferita cu proflie de tip E si I.

Dezavantajele soluțiilor cunoscute sunt următoarele:

Gabarit mărit comparativ la aceeași frecventa de lucru si cuplaj magnetic scăzut datorita in special existentei iiniilor de câmp de dispersie si a intreflerurilor constructive;

Limitarea domeniului de frecventa determinat de tipul de ferita si de capacitatiie parazite manifestate atit între spireie bobinelor pianare cat si intre bobinele primare si secundare; Randamentul global scăzut.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă in utilizarea unui naofluid magnetic specific, cu magnetizatîa de saturație ridicata, intre 500 Gs si 1000 Gs, ca miez lichid, parte a circuitului magnetic ce elimina toate intref ieruri le siliniile de câmp magnetic de dispersie, ce determina realizarea unul cuplaj magnetic îmbunatatit cu pina la 10% si creșterea randamentului globai cu pina la 5%; se obține miniaturizarea prin forma constructiva a bobinelor planare realizate prin frezare cu un interstițiu in intervalul 0.2 - 0,5 mm pe plăcile de sticlotextoiit placate pe ambele fețe cu un strat de cupru de grosime 35 pm precum si poziționarea lor in cadrul ansamblului de bobine planare ce contribuie de asemenea Sa cuplajul magnetic Îmbunatatit cu pina la 10%; utilizarea miezurilor magnetice din ferita suprapuse simetric in conjuncție cu nanofluidul magnetic specific pentru realizarea ansamblului circuit magnetic si extinderea domeniului de frecventa de pina la 1000 Mhz.

Transformator planar cu nanpfluid magnetic, conform invenției înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea că cele doua bobine planare primare și cele două bobine planare secundare sunt identice, dispuse fiecare pe eite o placa din sticlo-textolit de grosime Imm si diametru in intervalul 35-45 mm, placata pe ambele fețe cu un strat de cupru de grosime 35 pm realizate prin frezare cu un interstițiu in intervalul 0,2-0,5 mm, fiecare bobină planară primară este formată din două semibobine de cate 20 de spire fiecare, înșeriate, dispuse față-verso, pe aceeași placă, cele două semibobine au fiecare câte 20 de spire si identic se realizează bobina secundara; bobinele primare, formate fiecare din câte 40 de spire se înseriazs intre ele, intre acestea se află bobinele secundare de asemenea înșeriate intre ele, formate fiecare din câte 40 de spire si toate bobinele sunt izolate între ele prin trei Izolații de grosime 0,1 mm; ansamblul circuit magnetic format din doua miezuri magnetice superior si inferior din ferita identice suprapuse simetric și un miez lichid format dintr-un nanpfluid magnetic in care sunt imersate ansamblul de bobine si cele doua miezuri magnetice, nanofluidul magnetic este obtinut prin metoda co-precipitarii reprezentând o suspensie coloidala de nanoparticule de magnetita FesCL acoperite cu un strat de surfactant acid oleic si dispersate in ulei de transformator, cu caracteristica magnetică ce necesita o magnetizatle de saturație intre 500 Gs si 1000 Gs iar fracția volumică in intervalul 22-24%, valorile susceptivitatii magnetice inițiale 4.224E ³ emu/Oe, respectiv 7.680E³ emu/Oe si stabilitate cinetica.

Avantajele invenției sunt următoarele:

miniaturizarea prin forma constructiva a bobinelor planare precum si poziționarea lor in cadrul ansamblului de bobine planare ce contribuie de asemenea ia cuplajul magnetic îmbunatatit cu pina la 10%;

utilizarea unui naofluid magnetic specific, cu magnetizatîa de saturație ridicata, intre 500 Gs sî 1000 Gs, ca miez lichid, parte a circuitului magnetic elimina toate intrefierurîle si liniile de

0 16-- δ 07 1 3 0 7 -10- 291 câmp magnetic de dispersie, determina realizarea unui cuplaj magnetic imbunatatit cu pina ia 10% si creșterea randamentului global cu pina la 5%;

utilizarea miezurilor magnetice din ferita suprapuse simetric in conjuncție cu nanofluidul magnetic specific pentru realizarea ansamblului circuit magnetic ce permite extinderea domeniului de frecventa de pina la 1000 Mhz.

Avantajele utilizării nanofluîdului magnetic, conform invenției ca parte a circuitului magnetic sunt:

Stabilitate termica a nanoparticulelor precum si a soluției coloidale in ansamblu este foarte importanța pentru proiectarea diferitelor dispozitive electromecanice care utilizează nanofluidul magnetic.

De asemenea, se manifesta o foarte buna stabilitate in timp a soluției coloidale.

Nanofluidul magnetic face parte din categoria nanomaterialelor ce manifesta simultan proprietăți magnetice respectiv proprietățile unui fluid; in acord cu aceasta particularitate se folosește ca miez lichid.

Se dă in continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1...9 care reprezintă,·

Fig. 1, Secțiune prin transformator planar cu nanofluid magnetic, conform invenției.

Fig, 2, Secțiune prin ansamblul carcasă, conform invenției.

Fig, 3, Dispunerea bobinelor planare in miezurile magnetice din ferita.

Fig, 4, Curbele de primă magnetizare pentru probele MF100G respectiv MF50Q corespunzătoare magnetizatiilor de saturație la 1000 Gs respectiv 500 Gs.

Fig. 5, Curbele de vascozitate pentru probele MF1000 si MF 500 la temperaturile t = 25, 35,45,

55, 65 “C si pentru diferite valori ale inducției câmpului magnetic,

Fig. 6, Variația conductivității termice efective cu temperatura, pentru probele MF1000 si MF

500,

Fig, 7, Spectrul liniilor de câmp magnetic in cazul alimentarii transformatorului planar pe ia cele două bobine primare, conform invenției.

Fig, 8, Capturi osciloscop ale formelor de unda pentru tensiunea primară de excitație (2) si pentru tensiunea din secundarul transformatorului (1), pentru frecventa 500,3 kHz.

Fig. 9, Transformator planar, conform invenției - vedere explodata.

Transformator pianar cu nanofluid magnetic, conform invenției, de joasă tensiune si mică putere, ce utilizează nanofluid magnetic si ferită ca circuit magnetic, este alcătuit dintr-un ansamblu de bobine planare, un ansamblu circuit magnetic si un ansamblu carcasă.

Ansamblul de bobine planare este format din patru bobine planare, respectiv două bobine planare primare la identice și două bobine planare secundare lb, identice, dispuse fiecare pe cite o placa din stido-textolit de grosime Imm si diametru in intervalul 35-45 mm, placate pe ambele fețe cu un strat de cupru de grosime 35 pm si realizate prin frezate cu un Interstițiu in intervalul 0.2-0.5 mm dimensionat în funcție de curentul vehiculat prin bobinele planare.

- Fiecare bobină planară primară la este formată din două semibobine inseriate, dispuse fața-verso, pe aceeași placă. Cele două semibobine au fiecare câte 20 de spire realizate prin frezare pe placă. Apoi cele doua semibobine se inseriază intre ele rezultând o bobină primară la.

- Fiecare bobina planară secundară lb este formată din două semibobine inseriate, dispuse fațăverso, pe aceeași placă. Cele două semibobine au fiecare câte 20 de spire realizate prin frezate pe placa. Apoi cele doua semibobine se inseriază intre ele rezultând o bobină secundară lb.

Bobinele primare la, formate fiecare din câte 40 de spire se inseriază intre ele conform figurii 1. între acestea se află bobinele secundare înseriate intre ele, formate de asemenea fiecare din câte 40 de spire. Toate bobinele sunt izolate între ele prin trei izolații 2 din hostaphan {polletilen tereftalat), de grosimea G.l mm.

Ansamblul de bobine planare se fixează față de cele două miezuri magnetice superior 4a si inferior 4b prin Intermediul a doi distanțieri 3a și 3b realizați din sticlotextolit.

0 1 6 -- 0 8 7 1 3

7 -10- 2018

Ansamblul circuit magnetic, este alcătuit din:

două miezuri magnetice superior 4a st inferior 4b, de tip oaia 3F3, identice, din ferită, suprapuse simetric conform figurii 1 si figurii 9;

un miez lichid format dintr-un nanofluid magnetic 5, in care sunt imersate ansamblul de bobine si cele doua miezuri magnetice 4a si 4b, plasate in ansamblul carcasa. Roiul nanofluiduiut magnetic 5, este de a elimina toate intrefîeruriie si implicit iiniiie de câmp magnetic de dispersie (figura 7). Acest nanofiuid magnetic 5, este obtinut prin metoda co-precipitarii, reprezentând o suspensie coloidala de nanoparticule de magnetita (FesOa), acoperite cu un strat de surfactant acid oleic si dispersate in ulei de transformator. Pentru a fi utilizat ca miez lichid de transformator, nanofluidul magnetic 5, necesita stabilitate coloidala, caracteristici adaptate condițiilor de funcționare st compatibilitate funcționala cu materialele electrotehnice cu care se afla în contact. Caracteristica magnetică este cea mai importantă pentru aceasta utilizare necesitând o magnefizatie de saturație ridicata, intre 500 Gs si 1000 Gs. Fracția volumica (raportul dintre volumul nanoparticulelor de magnetita si volumul întregului nanofiuid magnetic} s-a obtinut in intervalul 22-24%, determinind magnetlzatia de saturație intre vaioriie 500 Gs si 1000 Gs. in urma caracterizării magnetice (conform figurii 4), magneto-reologice (conform figurii 5) si termice (conform figurii 6} a nanofiuidelor magnetice, conform invenției, la 500 Gs si ia 1000 Gs, au rezultat următoarele:

din curbele de magnetizatie (conform figurii 4) se obțin vaioriie susceptivitatii magnetice inițiale 4.224E'³ emu/Oe, respectiv 7.680E^? emu/Oe;

din determinările experimentale magneto-reologice (conform figurii 5) a rezultat ca nanofiuldeie magnetice cu 500 G si 1000 G se comporta cvasi-Newtonîan (vascozstatea este independenta de viteza de forfecare aplicata). Aceasta demonstrează stabilitatea cinetica deosebita a probelor. De asemenea, pe intervalul testat respectiv intre 2S°C si 65°C, viscozitatea scade cu creșterea temperaturii.

- din determinările experimentale magneto-reologice (conform figurii 5) se observa o creștere a vascozitatii in prezenta campuiuî magnetic extern, deci particulele încep sa formeze mici aglomerate, efectul saturandu-se la vaioriie mari ale inducției S. din determinările experimentale ale conductivității termice (conform figurii 6) efective a nanofiuidelor magnetice, conform invenției, realizate pentru intervalul de temperatura 25“C - 65’C, a rezultat ca valorile conductivității termice sunt cvasi-constante cu creșterea temperaturii (variația pe intervalul analizat situandu-se sub 2%, pentru ambele nanofluide magnetice), in timp ce dublarea magnetizatiei de saturație conduce la o creștere cu 65 % a conductivității termice efective.

Ansamblul carcasă in care sunt imersate in naoofluidiil magnetic atit ansamblul bobine cit si ansamblul circuit magnetic, se compune din cuva 6, realizata din aliaj duraluminiu 7075-T6, capacul 7, din aliaj duraluminiu 7075-T6, garnitura 8 cu roi de etanșare si un șurub central 9 din alama CuZn 37, care fixează ansamblu! circuit magnetic si ansamblul bobine planare, de cuva 6, Capacul 7 conține: o plăcută cu borne 10, urs sistem de alimentare cu nanofiuid magnetic 11, alcătuit dintr-un ștuț de alimentare 12, un capac ștuț 13, o garnitura ștuț 14 si patru șuruburi de fixare 15.

Transformatorul pianar mai conține patru șuruburi 16 cu rol de fixare în cadrul aplicațiilor specifice în care se utilizează.

Miniaturizarea constructiva a transformatorului pianar conform invenției se realizează prin:

forma constructiva a bobinelor planare, la si 1b, realizate prin frezare cu un interstițiu in intervalul 0.2-0.5 mm pe plăcile de sticlotextolit placate pe ambele fete cu un strat de cupru de grosime 35 pm precum si poziționarea lor in cadrul ansamblului de bobine planare, determina un cuplaj magnetic imbunatatit cu pina ia 10% , Fig, 7;

δ 16 - - Β Ο ? 1 3 8 7 -10- 2816

Utilizarea miezurilor magnetice din ferita tip 3F3, 4a si 4b, suprapuse simetric in conjuncție cu nânofluidul magnetic specific 5, pentru realizarea ansamblului circuit magnetic.

Utilizarea nanofluidului magnetic specific 5, ca miez lichid, parte a circuitului magnetic, conform invenției aduce beneficii in funcționarea transformatorului prin eliminarea a toate intrefiertirile (inevitabile in cadrul construcțiilor clasice aie transformatoarelor) si implicit a liniilor de câmp magnetic de dispersie. De asemenea, contribuie ia realizarea unui cuplaj magnetic imbunatatit cu pina la 10%, Fig. 7, avind consecințe in creșterea randamentului global cu pina la 5%,

Realizarea formei constructive, precum si caracteristicile transformatorului, conform invenției, conduc la posibilitatea folosirii in aplicații aie convertoarelor DC/DC cu utilizare in domeniul Harvesting Energy, in domeniul extins de frecventa 500 -1000 Mhz, Fig. 8.

Alte aplicații ale nanofiusduiuî magnetic, conform invenției:

Utilizarea nanofluidului magnetic pentru aplicații de etanșare, etanșări rotitoare fără scăpări și uzură foarte redusă pentru vid înaintat;

Utilizarea nanofluidului magnetic in căzui lagărelor active, lagăre silențioase;

Sisteme specifice de micro - pompare, utilizind nanoflutde magnetice;

Amortizoare pasive si semiactive;

Traductoare și senzori pentru mărimi aerodinamice accelerație/înclinare;

Traductoare șî senzori pentru mărimi neelectrice cum sunt debitui si presiunea;

- Agent de răcire cu coeficient de transfer termic controlat magnetic pentru aplicații speciale, cum sunt transformatoare si treceri izolate;

Manopoiimeri magnetizabili pentru componente din domeniul aeronauticii'

Dispozitive electroacustice;

Sisteme de poziționare cu utilizarea nanofluidelor magnetice.

Q 1 6 - - 0 D 7 1 3 9 7 -Μ- 7016

Referințe bibiografice

1. E. Blums, A. Cebers, MM. Maiorov, Magnetic Fluids, Publisher Waiter der Guyter, Berlin New York, 1997.

2. L. Vekas, Doina Sica and Mikbaii V, Avdeev, Magnetic nanoparticies and concentrated magnetic nanofiutds; Synthesis, properties and some appiications, China Particuoiogy, 5,43-49, 2007.

3. Doina Bica, Preparation of magnetic fluids for various appiications, Romanîan Reports in Physics, 47 (35), 265-272,1995.

4. Daniela Susan--ftesiga, V Socoftuc, T Boros, Tunde Borbâtft, Oana Marinica, Adellna Han, LVekâș, The infiuence of partide dustering on the rheologicai properties of highly concentrated magnetic nanofluids, Journal of coHoid and interface scienee, 373 (1), 110-115, 2012.

Claims (2)

Revendicări 2 0 16-- 00713. 0 7 -10 - 7816

1. Transformator planar cu nanofluid magnetic, alcătuit din ansamblul de bobine planare, format din bobine planare, primare (la) si secundare (lb), care se fixează prin intermediul a doi distanțieri (3a) si (3b) realizați din sticlotextoiit, ansamblul carcasa se compune din cuva (6), realizata din aliaj duralumtniu, capacul (7), din aliaj duraiuminiu, garnitura (8) cu rol de etansare si un șurub central (9) din alama, care fixeaza ansamblul circuit magnetic si ansamblul bobine planare, de cuva (6), capacul (7) conține o plăcută cu borne (10), un sistem de alimentare cu nanofluid magnetic (11), alcătuit dintr-un ștuț de alimentare (12), un capac ștuț (13), o garnitura ștuț (14) si patru șuruburi de fixare (15) iar pentru amplasare patru șuruburi (16), caracterizat prin aceea ea, cele două bobine planare primare (la) și cele două bobine planare secundare (lb) sunt identice, dispuse fiecare pe cite o placa din sticlo-textolit de grosime Imm si diametru in intervalul 35-45 mm, placata pe ambele fețe cu un strat de cupru de grosime 35 pm reaiizate prin frezare cu un interstițiu in intervalul 0.2-0.5 mm, fiecare bobină planară primară (la) este formată din două semibobine de cate 20 de spire fiecare, inseriate, dispuse față-verso, pe aceeași placă, cele două semibobine au fiecare câte 20 de spire si identic se reaiizeaza bobina secundara (lb); bobinele primare (la), formate fiecare din câte 40 de spire se Înseriază intre ele, intre acestea se afiă bobinele secundare de asemenea înseriate intre ele, formate fiecare din câte 40 de spire si toate bobinele sunt izolate între ele prin trei izolații (2), de grosime 0.1 mm.

2. Transformator planar cu nanofluid magnetic conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca mai conține ansamblul circuit magnetic format din doua miezuri magnetice superior (4a) si inferior (4b) din ferita identice suprapuse simetric si un miez lichid format dintr-un nanofluid magnetic (5) in care sunt imersate ansamblul de bobine si cele doua miezuri magnetice (4a) si (4b), nanofluidul magnetic (S), este obtinut prin metoda co-precipitaris reprezentând o suspensie coloidala de nanoparticule de magnetita Fe_;.>Q<ț acoperite cu un strat de surfactant acid oleic si dispersate in ulei de transformator, eu caracteristica magnetică ce necesita o magnetizatie de saturalie intre 500 Gs si 1000 Gs iar fracția volutnica în intervalul 22-24%, valorile susceptivltatii magnetice inițiale 4.224E ³ emu/Oe, respectiv 7.680E'^?' emu/Oe si stabilitate cinetica.