[發明專利]大功率逆變電源用鐵基納米晶磁芯及制造方法

有效

• 申請號: 200810224251.2
• 申請日: 2008-10-15
• 公開（公告）號: CN101477868A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 王立軍;陳文智;王六一;張寧娜;宋翀旸
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: H01F1/147
• 分類號: H01F1/147;H01F1/20;H01F27/25;H01F41/02
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所
• 代理人: 張小娟

技術領域

本發明涉及一種大功率逆變電源用軟磁磁芯及其制造方法，尤其是一種具有納米晶和非晶混合組織、具有比現有技術更加優異的軟磁性能的鐵基納米晶磁芯及制造方法。?

背景技術

大功率逆變電源及開關電源已經發展相對成熟，在各個領域得到廣泛應用，它具有體積小，效率高，節能降耗，節材環保的優點。?

變壓器磁芯是大功率逆變電源中的重要部件，它需要磁導率相對比較高，熱穩定性好，尤其重要的是損耗要低。因為這種變壓器是功率傳輸元件，頻率較高時，每公斤重量的磁芯要傳輸10～15千瓦的能量。單位體積或重量的能量密度很高，這樣就要求變壓器磁芯的鐵損必須很小。?

目前KVA級以上大功率逆變電源磁芯使用的材料主要是非晶和納米晶軟磁合金，只有少量較小功率的電源使用功率鐵氧體。近年來非晶和納米晶合金在大功率逆變電源中的應用不斷增長，由于節約能源的需要和環保要求的不斷提高，市場迫切需要提供性能更好、損耗更低的大功率逆變電源磁芯。?

變壓器主要由磁芯和線圈構成，對于大功率逆變電源的變壓器來說由于頻率較高，線圈匝數并不多，但是電流比較大，因此導線比較粗，考慮線圈的趨膚效應使用多股細線，線圈的繞制和本身的重量對磁芯將形成較大的應力作用，所以合適的骨架或保護盒就成為大功率逆變電源變壓器的另一個關鍵。與鐵氧體磁芯不同的是，納米晶合金薄帶磁芯自由狀態下的形狀易于變形，當發生這種變形時，磁性能急劇惡化，因此對納米晶合金軟磁芯的外表進行骨架或者裝入護盒保護是必須的。將磁芯裝入封閉的保護盒內或采用表面噴塑、靜電噴涂的辦法形成樹脂或塑料保護層都是常規的保護方法，日本專利平3-205803提供的方法是在磁芯表面形成一層高分子+無機玻璃纖維帶+環氧樹脂層的方案，更具有強度高、應力小、結構緊湊的優點。?

由于上述保護方法的共同點是密封磁芯，使得鐵芯工作時因損耗而發出的熱量不易向外散出，再加上磁芯外面的線圈繞組也發熱，最終導致磁芯內部的溫度越來越高，變壓器溫升過高而燒毀或無法工作。這個問題對逆變電源主變壓器這樣的高能量密度的功率元件來講是突出的矛盾問題，如果磁芯無損耗不發熱或損耗極低發熱量極小就不存在上述問題了。可見對功率磁芯來說，降低磁芯的損耗是至關重要的解決途徑。?

本申請的申請人于1996年7月16日申請了中國專利“軟磁磁芯及其制造方法”，專利號ZL96106793.4，其主要解決方案不是致力于降低磁芯的損耗，而是將磁芯裝入易于散熱的帶有通風孔的保護盒，使變壓器繞制好后，磁芯部分外露以利于磁芯的散熱。因為在當時的技術條件下，功率磁芯的損耗值僅能達到P_5/20K＝30w/kg(測試條件是f＝20KH，Bm＝0.5T)，磁芯是用比較厚的(帶材厚度為34～38μm)納米晶帶材制?造的，使用的材料成分按重量百分比為：Fe83.4、Cu1.2、N65.6、Si7.8和B1.98。這個成分的合金盡管具有優良的綜合磁性能，但是其鋼液的流動性不好，受成分的工藝性能制約，該成分合金在一定的工藝條件下只能制成厚度34～38μm的帶材，而且表面粗糙度相對較大。帶材的填充系數一般在0.6～0.7之間，造成帶繞磁芯填充系數下降的原因是帶材表面不平整，不光潔，而帶材表面不平整、不光潔的主要原因是帶材制造過程中貼輥面氣泡的形成。?

用成分為Fe83.4、Cu1.2、N65.6、Si7.8和B1.98的合金帶材制成的逆變電源用軟磁磁芯的損耗值P_5/20K一般在27～32w/kg。磁芯這樣的損耗值對于它傳輸的10～15千瓦的功率來說，只占0.2～0.3％，盡管比例已經非常小，但采用日本專利平3-205803提供的方法保護磁芯或采用表面噴塑或靜電噴涂的辦法形成樹脂或塑料保護層而繞制成變壓器，工作時磁芯產生熱量將無法向外散出，導致變壓器溫升過高而不能使用，因此為降低變壓器溫升才提供了中國專利ZL96106793.4和ZL96244535.5所述的帶網眼保護盒的軟磁磁芯制造方法。這種方法雖然可以降低變壓器溫升，具有很好的實用性，但存在部分磁芯外露，易傷損掉渣，影響絕緣強度的缺點，同時增加對磁芯端面無應力涂膠密封工序，并且由于護盒的結構特點增大了線圈與磁芯之間的間隙，導致變壓器漏感增大，效率降低。?

發明內容

本發明是提供一種大功率逆變電源用鐵基納米晶軟磁磁芯及制造方?法，該磁芯具有比現有技術更低的損耗和更好的制造工藝性能，它不僅具有優良的軟磁性能，而且熱處理后的后續加工可以適用多種工藝方法。?

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的：?