專利名稱：用于低頻段的軟磁芯棒及其制造方法
技術領域：
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：
低頻段(0 500Hz)電磁信號放大用軟磁芯棒一般采用坡莫合金棒制作，該類磁芯棒具有應力敏感性小、制作方便的優(yōu)點，但存在致命的缺陷，即電磁信號放大效率低，隨著頻率上升信號輸出大幅度下降。例如，m-Mo-i^e高導磁合金實芯圓棒，尺寸 Φ 15 X 1000mm，頻率500Hz時的電感輸出值，比頻率20Hz時的電感輸出值，下降40%以上， 電感輸出值的大幅波動現(xiàn)象(電感輸出值的最大數(shù)與最小數(shù)相差懸殊，波動太大)，使電磁信號輸出極不穩(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，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圈中通過交流電進行磁化時，要損耗能量，磁性鐵芯在磁化和反磁化過程中損耗的能量稱為磁損耗或鐵損耗。磁損耗主要由磁滯損耗和渦流損耗兩部分組成，磁滯損耗與頻率無關，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，但當電阻率非常大和厚度很薄時，磁滯損耗隨頻率升高的幅度就會變得很小。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磁率低，不能滿足超低頻磁性天線的使用要求。過去一般認為，在低頻范圍內，由于頻率低，渦流損耗不會太大，可以采用高導磁率合金棒材(熱軋或冷軋) 作為低頻磁性器件的磁芯，但實際使用效果并不理想，導致這一現(xiàn)象的原因是，高導磁率合金的電阻率很小(約為0.6μ Ω.m)，即使在低頻范圍內渦流損耗也是很大的。2、趨膚現(xiàn)象由于高導磁率合金棒材直徑達Φ 15mm，趨膚現(xiàn)象顯著，根據(jù)楞次定律，在試樣中感應而生的渦流所產(chǎn)生的磁場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，當試樣較厚和頻率較高時便嚴重偏離磁均勻化狀態(tài)，此時試樣內部磁化甚微，試樣總體的導磁率下降。趨膚深度和試樣的電阻率ρ、導磁率μ、頻率f有關，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ds遠較試樣的厚度為大時，才可以認為試樣的磁化是均勻的，按照高導磁率合金棒材開路導磁率1700計算，20Hz時的趨膚深度為2. lmm, 500Hz時的趨膚深度為 0. 42，因此Φ 15mm高導磁率合金棒材磁化是不均勻的，能量轉換效率很低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計一種用于低頻段的軟磁芯棒及其制造方法，解決原有技術實芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術難題，20 500Hz的超低頻段內，軟磁芯棒電感輸出值的波動幅度小于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換效率，改善了電磁信號輸出的穩(wěn)定性；同時，解決疊層軟磁芯棒抗沖擊和應力敏感的問題。為達到上述目的，本發(fā)明的技術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 ；高導磁率合金薄帶的厚度為0. 03 0. 20mm,高導磁率合金薄帶的直流初始導磁率必須大于SOOOOGs/Oe ；絕緣涂層涂覆在高導磁率合金薄帶表面。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；合金的直流初始導磁率必須大于SOOOOGs/Oe低于此值磁芯棒電感輸出值過小，不能滿足要求。進一步，所述的高導磁率合金薄帶的材料為初始導磁率大于SOOOOGs/Oe的1J85、 或1J77、或初始導磁率大于SOOOOGs/Oe的坡莫合金合金冷軋帶，或者是采用高初始導磁率大于SOOOOGs/Oe非晶、或超微晶高導磁率合金帶。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。在1200°C以下高溫熱處理后能保證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，將高導磁率合金薄帶定尺剪切成需要的長度，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、時間按選用合金的常規(guī)的提高磁性能的熱處理工藝進行熱處理，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，上述套管的直徑應比磁芯棒截面最大對角線大1 3mm ；5)用發(fā)泡樹脂將磁芯棒固定在套管中，發(fā)泡樹脂中有大量空隙，起到較好的避震作用，套管起保護作用并可在其外面直接繞線圈。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，能量轉換效率提高)代替高導磁合金實芯圓棒結構，解決原有技術實芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術難題，20 500Hz的超低頻段內，軟磁芯棒電感輸出值的波動幅度小于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換效率，改善了電磁信號輸出的穩(wěn)定性。由于采用套管保護和用發(fā)泡樹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力敏感的問題。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時的電感輸出比20Hz時下降值可控制在10%以內，而實芯圓棒磁芯的降幅高達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)泡樹脂將磁芯棒固定在套管中，磁芯棒抗應力敏感和抗震動能力增強。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明。在實施例中，制造磁芯棒的薄帶采用1J85高導磁率合金冷軋帶，厚度為0. 05mm, 直流初始導磁率ι χ lOis/Oe。將0. 05mm 1J85高導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，垂直疊合面的四個面應盡量平整，疊合后的磁芯棒用耐熱不銹鋼夾具夾緊固定后放入H2保護氣氛熱處理爐中，按下述熱處理工藝進行熱處理1180°C保溫5小時/爐冷至500°C保溫1小時/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，包覆過程應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度和剛度的酚醛樹脂管，管的直徑應比磁芯棒截面最大對角線大2mm，然后用發(fā)泡樹脂將磁芯棒固定在非金屬管中，發(fā)泡樹脂中有大量空隙，起到較好的避震作用，非金屬管起保護作用并在其外面直接繞線圈。超低頻磁芯棒繞制 6萬匝線圈時的電感測試值見表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6萬匝線圈時的電感測試值
權利要求
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 ；高導磁率合金薄帶的厚度為0. 03 0. 20mm,高導磁率合金薄帶的直流初始導磁率必須大于SOOOOGs/Oe ；絕緣涂層涂覆在高導磁率合金薄帶表面。
2.如權利要求1所述的用于低頻段的軟磁芯棒，其特征是，所述的高導磁率合金薄帶的材料為初始導磁率大于80000Gs/0e的1J85、或1J77、或初始導磁率大于80000Gs/0e的坡莫合金合金冷軋帶，或者是采用初始導磁率大于SOOOOGs/Oe非晶、或超微晶高導磁率合金帶。
3.如權利要求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。
4.如權利要求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，將高導磁率合金薄帶定尺剪切成需要的長度，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、時間按選用合金的常規(guī)的提高磁性能的熱處理工藝進行熱處理，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，上述套管的直徑應比磁芯棒截面最大對角線大1 3mm ；5)用發(fā)泡樹脂將磁芯棒固定在套管中。
6.如權利要求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；高導磁率合金薄帶的厚度為0.03～0.20mm，高導磁率合金薄帶的直流初始導磁率必須大于80000Gs/Oe；絕緣涂層涂覆在高導磁率合金薄帶表面。本發(fā)明解決了原有技術實芯軟磁芯棒電感輸出隨頻率升高急劇下降的技術難題，20～500Hz的超低頻段內，軟磁芯棒電感輸出值的波動幅度小于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換效率，改善了電磁信號輸出的穩(wěn)定性；同時，解決疊層軟磁芯棒抗沖擊和應力敏感的問題。
文檔編號H01F27/245GK102262951SQ20101018426
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者陸建生 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司