[發明專利]用于低頻段的軟磁芯棒及其制造方法

有效

• 申請號: 201010184265.3
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN102262951A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 陸建生
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: H01F3/02
• 分類號: H01F3/02;H01F27/245;H01F1/147;H01F41/02
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及磁性材料元器件的生產制造，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，Ni-Mo-Fe高導磁合金實芯圓棒，尺寸Φ15×1000mm，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象(電感輸出值的最大數與最小數相差懸殊，波動太大)，使電磁信號輸出極不穩定，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，這是不可避免的現象。其原因是渦流損耗和趨膚現象：

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：

P0∝π²f²Bm²d²/ρ??????????(1)

式中：f-頻率，d-磁芯厚度，ρ-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，導致這一現象的原因是，高導磁率合金的電阻率很小(約為0.6μΩ.m)，即使在低頻范圍內渦流損耗也是很大的。

2、趨膚現象

由于高導磁率合金棒材直徑達Φ15mm，趨膚現象顯著，根據楞次定律，在試樣中感應而生的渦流所產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，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=5030ρμ.f···.]]>

式中：f-HZ，ρ-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2.1mm，500Hz時的趨膚深度為0.42，因此Φ15mm高導磁率合金棒材磁化是不均勻的，能量轉換效率很低。

發明內容

本發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。