RU2038640C1

RU2038640C1 - Choke

Info

Publication number: RU2038640C1
Application number: RU92001263A
Authority: RU
Inventors: В.И. Кейлин; Ю.Н. Стародубцев; В.Я. Белозеров; Б.Б. Дорощенко; С.И. Хлопунов
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Гамма"
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: amorphous alloys, that have high induction of saturation and positive constant of magnetostriction are used as magnetic material for core of choke. Based on iron alloys have components with following ratio: one or several components from group, that has Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf in amount of 0.1 15 at% one or several components from group, that has Si, B, C, P in amount of 15 30 at% or one or several components from group, that has Si, B, C, P in amount of 15 30 at% Co and/or Ni in amount of 0.1 30 at. one or several components from group, that has Si, B, C, P in amount of 15 30 at. Volumetric share of crystal phase in amorphous belt is not to exceed 50 Close to optimal is volumetric share of crystalline grains 0.1 10 and in the case crystals are to be distributed in surface layer of amorphous belt of magnetic alloy. During localization of crystals in surface layer of amorphous belt there are surface tensions, that in much effective way smooth curve of magnetization with preservation of high level of magnetic permeability. EFFECT: choke is effective in interference-suppressing filters. 6 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам для дросселей помехоподавляющих фильтров. Сердечники дросселей должны иметь высокое значение максимального магнитного поля, в пределах которого магнитная проницаемость практически не изменяется. The invention relates to metallurgy, in particular to magnetic alloys for chokes of noise suppression filters. The core of the chokes should have a high value of the maximum magnetic field, within which the magnetic permeability is practically unchanged.

Известен дроссель, сердечник которого изготовлен из магнитомягкого феррита (1). Однако ферриты имеют низкую индукцию насыщения и невысокое максимальное магнитное поле. К недостаткам ферритов относится также нелинейность кривой намагничивания и, как следствие, непостоянство магнитной проницаемости при изменении величины магнитного поля. Кроме того, из-за низкой температуры Кюри ≈ 200^оС ферриты имеют низкую температурную стабильность.Known inductor, the core of which is made of soft magnetic ferrite (1). However, ferrites have a low saturation induction and a low maximum magnetic field. The disadvantages of ferrites include the nonlinearity of the magnetization curve and, as a consequence, the inconstancy of the magnetic permeability when the magnitude of the magnetic field changes. In addition, due to the low Curie temperature ≈ 200 ^о С, ferrites have low temperature stability.

В дросселе (2), выбранном в качестве прототипа, сердечник изготовлен из аморфного сплава с положительной константой магнитострикции. После отжига сердечник пропитывают эпоксидной смолой и сушат при температуре не выше 150^оС. За счет внутренних напряжений, создаваемых эпоксидной смолой, кривая намагничивания сердечника сглаживается. Пропитка эпоксидной смолой позволяет получить жесткий сердечник. Жесткий сердечник можно использовать без каркаса, что упрощает технологию изготовления дросселя. Недостатком дросселя-прототипа является достаточно большая нелинейность кривой намагничивания. Так, в области до 200 А/м магнитная проницаемость снижается в четыре раза, а в области до 800 А/м в десять раз. Кроме того, использование для пропитки сердечника органического клея не позволяет проводить конечную термообработку при высокой температуре, а это снижает температурную стабильность характеристик дросселя.In the inductor (2), selected as a prototype, the core is made of an amorphous alloy with a positive magnetostriction constant. After annealing, the core is impregnated with epoxy resin, and dried at a temperature not higher than 150 ° ^C. Due to the internal stress generated epoxy resin, the magnetization curve of the core is smoothed. Epoxy impregnation allows you to get a hard core. The rigid core can be used without a frame, which simplifies the manufacturing technology of the inductor. The disadvantage of the prototype throttle is a sufficiently large nonlinearity of the magnetization curve. So, in the region up to 200 A / m, the magnetic permeability decreases four times, and in the region up to 800 A / m ten times. In addition, the use of organic glue for impregnating the core does not allow final heat treatment at high temperature, and this reduces the temperature stability of the characteristics of the inductor.

Указанные недостатки отсутствуют в дросселе, сердечник которого изготовлен из магнитного сплава с частично кристаллизованной аморфной структурой, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший неорганический клей. В таком сердечнике сжимающие напряжения в магнитном материале создают как кристаллиты, так и неорганический клей. При локализации кристаллитов в поверхностном слое аморфной ленты возникают плоскостные напряжения, которые более эффективно сглаживают кривую намагничивания при сохранении высокого уровня магнитной проницаемости. Неорганическим клеем пропитывают неотожженный сердечник. Отвердение клея при отжиге способствует стабилизации процесса кристаллизации аморфного сплава. Так как отвердение и кристаллизация протекают при высокой температуре, готовый сердечник имеет высокую температурную стабильность. These disadvantages are absent in the inductor, the core of which is made of a magnetic alloy with a partially crystallized amorphous structure, and in the inter-turn space of the core there is a hardened inorganic adhesive. In such a core, compressive stresses in the magnetic material create both crystallites and inorganic glue. When crystallites are localized in the surface layer of the amorphous ribbon, planar stresses arise, which more effectively smooth the magnetization curve while maintaining a high level of magnetic permeability. Inorganic glue is impregnated with an unannealed core. Hardening of the adhesive during annealing helps to stabilize the crystallization of the amorphous alloy. Since hardening and crystallization occur at high temperature, the finished core has high temperature stability.

В качестве магнитного материала можно использовать аморфные сплавы, обладающие высокой индукцией насыщения и положительной константой магнитострикции. Сплавы на основе железа могут содержать компоненты при следующем соотношении: один или несколько компонентов из группы, содержащей Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf в количестве 0,1-15 ат. один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B, C, P в количестве 15-30 ат. или один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B, C, P в количестве 15-30 ат. Со и/или Ni в количестве 0,1-30 ат. один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B, C, P в количестве 15-30 ат. Amorphous alloys with high saturation induction and a positive magnetostriction constant can be used as magnetic material. Iron-based alloys may contain components in the following ratio: one or more components from the group comprising Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf in an amount of 0.1-15 at. one or more components from the group containing Si, B, C, P in an amount of 15-30 at. or one or more components from the group comprising Si, B, C, P in an amount of 15-30 at. Co and / or Ni in an amount of 0.1-30 at. one or more components from the group containing Si, B, C, P in an amount of 15-30 at.

Объемная доля кристаллической фазы в аморфной ленте не должна превышать 50% В противном случае резко возрастает коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса сердечника. Близкой к оптимальному является объемная доля кристаллитов 0,1-10% причем кристаллиты должны быть распределены в поверхностном слое ленты магнитного сплава. The volume fraction of the crystalline phase in the amorphous ribbon should not exceed 50%. Otherwise, the rectangularity coefficient of the core magnetic hysteresis loop increases sharply. Close to optimal is the volume fraction of crystallites of 0.1-10%, and the crystallites should be distributed in the surface layer of the magnetic alloy tape.

В качестве неорганического клея предпочтительно использовать клеи на основе силиката натрия (жидкое стекло), которые обладают хорошей адгезией к поверхности аморфной ленты. As inorganic adhesive, it is preferable to use adhesives based on sodium silicate (water glass), which have good adhesion to the surface of the amorphous tape.

Для испытаний готовили дроссели, состоящие из одного сердечника диаметром 32х20 мм и высотой 10 мм и одной обмотки с числом витков равным 6. Сердечники навивали из аморфного магнитного сплава Fe₇₇Ni₁Si₉B₁₃ и пропитывали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³. Затем проводили сушку при 90^оС и окончательный отжиг при 450^оС в течение 1 ч. На чертеже представлены зависимости дифференциальной магнитной проницаемости μ_g, измеренной при частоте переменного тока 1000 Гц, от величины подмагничивающего поля Н_о для дросселей, изготовленных согласно изобретению (кривые 1 и 2). Для сравнения приведены данные для дросселя-прототипа (кривая 3), в котором пропитку проводили органическим клеем после отжига сердечника. Предлагаемый дроссель по сравнению с прототипом имеет большее значение максимального магнитного поля, в пределах которого дифференциальная магнитная проницаемость остается постоянной.Inductors, consisting of one core with a diameter of 32x20 mm and a height of 10 mm and one winding with a number of turns equal to 6, were prepared for testing. The cores were wound from an amorphous magnetic alloy Fe ₇₇ Ni ₁ Si ₉ B ₁₃ and impregnated with an aqueous solution of sodium silicate with a density of 1300 kg / m ³ . Then drying was performed at 90 ° ^C and a final annealing at 450 ^{° C} for 1 hour. The drawing shows the dependence of the differential magnetic permeability μ _g, measured at a frequency of the alternating current of 1000 Hz, the magnitude of the magnetizing field H _o for inductors manufactured according to the invention ( curves 1 and 2). For comparison, the data for the prototype throttle (curve 3) are given, in which the impregnation was carried out with organic glue after annealing the core. The proposed throttle in comparison with the prototype has a greater value of the maximum magnetic field, within which the differential magnetic permeability remains constant.

В табл.1 представлены результаты испытания дросселей, сердечники которых пропитаны силикатом натрия и отожжены при различных температурно-временных режимах. Приняты следующие обозначения: μ_o начальная магнитная проницаемость, B_r/B_s коэффициент прямоугольности, Н_м максимальное магнитное поле. Из табл.1 следует, что с увеличением времени или температуры отжига растет объемная доля кристаллической фазы в аморфной матрице. При отсутствии кристаллической фазы (дроссель 1) коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса превышает 0,1. Также коэффициент прямоугольности растет при избыточном объеме кристаллической фазы. Несмотря на то, что максимальное магнитное поле в дросселях 4 и 5 превышает 1000 А/м, большая величина остаточной намагниченности приводит к значительной нелинейности кривой намагничивания. Оптимальным является присутствие в аморфном сплаве небольшой доли кристаллической фазы.Table 1 presents the test results of chokes, the cores of which are impregnated with sodium silicate and annealed at various temperature and time conditions. The following notations are accepted: μ _o initial magnetic permeability, B _r / B _{s squareness} coefficient, N _m maximum magnetic field. From table 1 it follows that with increasing time or annealing temperature, the volume fraction of the crystalline phase in the amorphous matrix increases. In the absence of a crystalline phase (inductor 1), the squareness coefficient of the magnetic hysteresis loop exceeds 0.1. Also, the coefficient of squareness increases with an excess volume of the crystalline phase. Despite the fact that the maximum magnetic field in the chokes 4 and 5 exceeds 1000 A / m, a large value of the residual magnetization leads to a significant nonlinearity of the magnetization curve. The presence of a small fraction of the crystalline phase in the amorphous alloy is optimal.

В табл.2 приведены примеры использования различных сплавов для изготовления дросселей. Отжиг сердечников после пропитки водным раствором силиката натрия проводили по оптимальным режимам для каждого сплава. Из табл.2 следует, что в качестве магнитного материала сердечников фильтров пригодна большая группа аморфных сплавов на основе железа. Table 2 shows examples of the use of various alloys for the manufacture of chokes. Annealing of the cores after impregnation with an aqueous solution of sodium silicate was carried out according to the optimal conditions for each alloy. It follows from Table 2 that a large group of iron-based amorphous alloys is suitable as the magnetic material of the filter cores.

Claims

1. THROTTLE, consisting of one or more twisted cores and one or more windings, characterized in that the core is made of a magnetic alloy with a partially crystallized amorphous structure, and the volume fraction of the crystalline phase does not exceed 50% and in the interturn space of the core there is a hardened inorganic adhesive .

2. The inductor according to claim 1, characterized in that the magnetic alloy contains components in the following ratio, at.

One or more components from the group consisting of manganese, chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, tantalum, zirconium, hafnium 0.1 15.0
One or more components from the group consisting of silicon, boron, carbon, phosphorus 15 30
Iron Else
3. The inductor according to claim 1, characterized in that the magnetic alloy contains components in the following ratio, at.

One or more components from the group consisting of silicon, boron, carbon, phosphorus 15 30
One or two components from the group consisting of cobalt and nickel 0.1 - 30
Iron Else
4. The choke under item 1, characterized in that the magnetic alloy contains components in the following ratio, at.

One or more components from the group consisting of silicon, boron, carbon, phosphorus 15 30
Iron Else
5. The inductor according to claim 1, characterized in that the crystalline phase is distributed in the surface layer of the magnetic alloy tape, and its volume fraction is 0.1 to 10%
6. The inductor according to claim 1, characterized in that the inorganic adhesive is an adhesive based on sodium silicate.