專利名稱：逆變電源用低噪聲變壓器鐵芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變電源用低噪聲變壓器鐵芯，主要用于軟磁材料功率鐵芯及變壓 器、逆變電源、開關(guān)電源、脈沖電源，能量的轉(zhuǎn)換和利用，有效降低了鐵芯產(chǎn)生的噪聲。
背景技術(shù)：
目前逆變電源功率鐵芯主要使用鐵氧體和納米晶鐵芯。近幾年隨著功率不斷 加大，納米晶鐵芯越來越顯示出更重要的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。中國專利ZL96106793. 4和 ZL96244535. 5提供了一種逆變電源用軟磁鐵芯及其制造方法，是當(dāng)前的主要使用技術(shù)。該 方法是將非晶或納米晶軟磁薄帶卷取成積層形式；端面保護(hù)膜是用TH-840環(huán)氧樹脂或 TH-840FB環(huán)氧樹脂中任意一種或者混合物涂敷在鐵芯的長方向由薄帶邊緣構(gòu)成的兩個(gè)層 間端面上的一層保護(hù)膜，該保護(hù)膜不僅具有一定的彈性，而且具有散熱效果，在制成變壓器 浸漆時(shí)，可防止漆浸入鐵芯中的片層之間，惡化磁性能。在護(hù)盒上開有一定尺寸的通風(fēng)孔， 護(hù)盒上的通風(fēng)孔主要使鐵芯可通風(fēng)冷卻，減小升溫。但是該專利主要解決的問題是變壓器 的散熱和升溫問題，而對(duì)變壓器的高頻噪聲問題并沒有具體解決措施。目前納米晶鐵芯使用的頻率主要在3 25KHz，這剛好是人類聽覺比較敏感的頻 率范圍，在這個(gè)頻率下，電磁振動(dòng)而產(chǎn)生令人難以忍受的尖叫聲，我們稱為高頻噪聲。噪聲 的產(chǎn)生有多方面的原因，如鐵芯電磁振動(dòng)、導(dǎo)線線圈的振動(dòng)以及其他元件的電磁振動(dòng)等。 其中鐵芯的噪聲是主要的。其影響因素有鐵芯的磁致伸縮系數(shù)大小，鐵芯的疊片的光潔程 度和緊密程度，工作磁感值Bm，鐵芯受力狀態(tài)和封裝材料等。其中鐵芯的磁致伸縮系數(shù)λ s 和帶材的表面粗糙度是重要的影響因素。這些問題現(xiàn)有使用技術(shù)并沒有解決的方案。以 至于目前使用的逆變電源鐵芯和開關(guān)電源鐵芯經(jīng)常有很大的噪聲，而不得不降低工作磁感 Bm，有些即使降低Bm使用也無法避免噪聲，再加上其它部件如線圈和電路中產(chǎn)生的噪聲， 經(jīng)常會(huì)因難于忍受噪音而被迫停止使用。因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)下逆變電源鐵芯使用的合金成份是 Fe73. 5CulNb3Sil3. 5B9，該成份合金的磁致伸縮λ s = 2. 1X10-6,由于材料的磁致伸縮系 數(shù)不為零，鐵芯是由薄片狀磁性材料堆疊而成，因而在高頻交變磁場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生一定 頻率的尺寸變化，產(chǎn)生振動(dòng)并出現(xiàn)較大的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供了一種逆變電源用低噪聲變壓器鐵芯，使其 鐵芯與導(dǎo)線間的耦合距離比較小，減小了變壓器漏感，大大降低了變壓器的噪聲。本發(fā)明的另一目的還提供了逆變電源用低噪聲變壓器鐵芯的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的逆變電源用變壓器鐵芯，是由下述原料的合金(重量百分比)組成C :0. 5-5、Si 15. 0-18. 5、B: 1.5-6.0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) :2· 8-3. 1、Cu :0· 8-1. 2、其余為含有雜質(zhì)的Fe。本發(fā)明的原料(重量百分比)是
C 0. 5-3. 5、Si 15. 5-17. 5、B 1. 5-6. 0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) :2· 9-3. 0、Cu :0· 9-1. 1、其余為含有雜質(zhì)的 Fe。本發(fā)明的原料(重量百分比)是C 3. 0、Si 16. 5、Β :5· 0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) :3· 0、Cu :1· 0、其余為含有雜質(zhì)
的Fe。本發(fā)明中所指的新合金成份:Fe余 CcCul (Nb、Sb、V、Mo、Ta、Cr、W) 3 (SiaBb) 17 22(元素百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明的逆變電源用變壓器鐵芯的生產(chǎn)方法是1、按配比選取C、Si、B、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W)、Cu、其余為含有雜質(zhì)Fe的合金
原料投入真空爐精煉，至鋼液溫度為150(TC，充入氬氣保護(hù)實(shí)施平面流鑄，將鋼液噴鑄到高 速轉(zhuǎn)動(dòng)的銅輥上，差動(dòng)水冷銅輥至100萬攝氏度的冷卻速度，得到厚度達(dá)為20-26微米的低 磁致伸縮非晶合金帶材；2、將低磁致伸縮非晶合金帶材按要求卷繞成規(guī)格的盤卷進(jìn)行熱處理，最高溫度 530°C度，保溫時(shí)間2-4小時(shí)使其合金晶化，得到低磁致伸縮系數(shù)λ s的納米晶鐵芯；3、并在熱處理保溫和降溫的同時(shí)施加直流磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于鐵芯的工作磁 場(chǎng)，其磁場(chǎng)的強(qiáng)度大于450kA/m，納米晶鐵芯的剩磁小于0. IT ；4、對(duì)其納米晶鐵芯的徑向施加壓應(yīng)力，并不斷改換位置，進(jìn)行變形-恢復(fù)，再變 形_再恢復(fù)至圓形，消除應(yīng)力使其恢復(fù)至整個(gè)鐵芯的片層之間沒有形成粘連；5、將納米晶鐵芯的兩側(cè)端面涂軟性無應(yīng)力膠層，使各片層間彼此緊固；6、再將納米晶鐵芯整體表面涂敷用于降噪的環(huán)氧樹脂絕緣層。根據(jù)本發(fā)明的方案，所涉及納米晶鐵芯的軟性無應(yīng)力膠層是選用706硅膠，其涂 層厚度為0. 1 0. 5謹(jǐn)。在本發(fā)明中，所指納米晶鐵芯表面涂敷環(huán)氧樹脂層的厚度為0. 4 0. 6mm?？傊?，本發(fā)明具有的積極效果是1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用新合金成份明顯 改善了帶材的表面質(zhì)量和降低了磁滯伸縮系數(shù)。2、通過控制熱處理的最高溫度和保溫時(shí) 間，使得新成份合金進(jìn)一步發(fā)揮作用，熱處理后的磁芯磁致伸縮系數(shù)進(jìn)一步降低，λ s接近 于零。3、熱處理過程中，施加了足夠強(qiáng)大的橫向磁場(chǎng)，降低了鐵芯的磁滯損耗。4、鐵芯經(jīng)過 反復(fù)的變形恢復(fù)過程，使鐵芯疊片層間達(dá)到一致的磁滯伸縮系數(shù)，從而明顯的降低了噪聲。 5、使用更薄、表面質(zhì)量更好的原始帶材制造逆變電源用鐵芯，可以更加降低渦流損耗，降低 鐵芯磁場(chǎng)熱處理后的剩磁。6、軟性無應(yīng)力膠有一個(gè)軟的彈性層吸收應(yīng)力，從而獲得低噪聲 的逆變電源用納 晶鐵芯。7、本發(fā)明由于使用更薄的帶材與新熱處理工藝，使鐵芯的磁滯 伸縮系數(shù)趨近于零。表面的環(huán)氧樹脂層取代了現(xiàn)有技術(shù)中的保護(hù)盒，不但降低了成本而且 在后續(xù)的變壓器線圈纏繞中減少了漏磁和分布電容并降低噪聲。實(shí)施例1 本發(fā)明選用的新合金成份Fe余CcCu1 (Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) 3 (SiaBb) 17 22 (元素 百分?jǐn)?shù))；1、按重量百分比選取原料碳C :0. 5、硅Si :17. 5、硼B(yǎng) :4.0、(鈮Nb :0. 4、鉬Mo 0. 4、銻 Sb 0. 4、釩 V :0. 5、鉭 Ta 0. 4、鉻 Cr 0. 5、鎢 W :0. 4) 3. 0、銅 Cu 1. 0、其余為含有雜
質(zhì)的Fe備用；
具體實(shí)施例方式2、將上述配比的原料投入真空爐精煉，至鋼液溫度為1500°C，充入氬氣保護(hù)實(shí)施 平面流鑄，將鋼液噴鑄到高速轉(zhuǎn)動(dòng)的銅輥上，差動(dòng)水冷銅輥至100萬攝氏度的冷卻速度，用 單輥法制得帶寬30mm、厚度達(dá)26 μ m的低磁致伸縮非晶合金帶材；3、將低磁致伸縮非晶合金帶材卷繞成070 X 0120 X 30的鐵芯，在溫度530°C 進(jìn)行熱處理(為最高溫度)，保溫時(shí)間4小時(shí)使其合金晶化，得到低磁致伸縮系數(shù)Xs為 0. 2X IO-6的納米晶鐵芯，通過施加足夠大的直流橫向磁場(chǎng)以獲得足夠低的剩磁，這是本發(fā) 明一個(gè)重要的技術(shù)措施。4、并在熱處理保溫和降溫的同時(shí)施加直流磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于鐵芯的工作磁 場(chǎng)，其磁場(chǎng)的強(qiáng)度大于450kA/m，納米晶鐵芯的剩磁小于0. 1T。5、熱處理后，對(duì)其納米晶鐵芯的徑向施加壓應(yīng)力，并不斷改換位置，進(jìn)行變形-恢 復(fù)，再變形-再恢復(fù)至圓形，消除應(yīng)力使鐵芯完全松弛，恢復(fù)至整個(gè)鐵芯的片層之間沒有形 成粘連。鐵芯熱處理后，在鐵芯環(huán)的徑向施加壓應(yīng)力，使其變?yōu)闄E圓，然后除去應(yīng)力使其恢 復(fù)，并不斷改換位置，進(jìn)行變形_恢復(fù)，再變形_再恢復(fù)，反復(fù)操作，最終使整個(gè)鐵芯的片層 之間沒有形成粘連，因?yàn)檫@個(gè)粘連是在熱處理高溫下形成的，它使片層之間形成相互制約 并引入應(yīng)力。在交變磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生不一致的磁致伸縮，形成噪聲尖叫。而經(jīng)過變形恢復(fù) 再變形再恢復(fù)，可以免除這種粘連，使鐵芯的高頻噪聲大大降低。并使鐵芯的性能穩(wěn)定，這 可以有效降低渦流損耗。因?yàn)樵?-25KHZ的頻率下，渦流損耗是鐵芯損耗的重要組成部分。6、將納米晶鐵芯的兩側(cè)端面涂軟性無應(yīng)力膠層，使各片層間彼此緊固。將納米晶 鐵芯的兩個(gè)端面上涂一層0. 1 0. 5mm厚的軟性無應(yīng)力膠，選用706硅膠，將片層與片層緊 固而不產(chǎn)生振動(dòng)不形成噪聲。7、用靜電噴涂方法，再將納米晶鐵芯整體表面涂敷一層0. 4 0. 6mm厚度用于降 噪的環(huán)氧樹脂絕緣層，環(huán)氧樹脂材料選用TH-180或TH840。將納米晶鐵芯的表面形成的環(huán) 氧樹脂絕緣層，這樣鐵芯就緊密固定好。在電磁交變作用下，不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的噪聲。這 個(gè)絕緣樹脂層，即是鐵芯的保護(hù)盒，又是可以緊緊將鐵芯的各片層之間壓緊，使其不產(chǎn)生電 磁振動(dòng)。為充分表明本發(fā)明鐵芯的降噪效果，將發(fā)明鐵芯的成份與現(xiàn)有技術(shù)的成份對(duì)比和 磁性能及噪聲對(duì)比。見對(duì)照表 而傳統(tǒng)技術(shù)使用Fe73.5CUlNb3Si13.5B9的合金成份，厚度為32微米，在560度熱處理 一小時(shí)，采用裝盒的保護(hù)鐵芯方法，繞制相同的變壓器。實(shí)施例2 配制成份為=Fe^C3Cu1Nb3Si18B5的合金，用單輥法制帶寬30mm、厚24 μ m，測(cè)得其 λ s為ο. ιχιο_6，繞成070X0120X30的鐵芯，采用與實(shí)施例ι相同的方法操作后，測(cè)定 其噪聲僅為19dB。見對(duì)照表。
實(shí)施例3 配制成份為=Fe^C1Cu1Nb1V2Si17B6的合金，用單輥法制帶寬30mm、厚24 μ m，測(cè)得其 λ S為ο. 1Χ10_6，繞成070X0120X 30的鐵芯，采用與實(shí)施例1相同的方法操作后，測(cè)定 其噪聲僅為22dB。見對(duì)照表。 實(shí)施例4 本實(shí)施例采用與實(shí)施例1相同的工藝制成的變壓器。與實(shí)施例1不同的是本實(shí) 施例制成的變壓器鐵芯不經(jīng)過擠壓；而實(shí)施例1的變壓器鐵芯經(jīng)過擠壓。為說明兩種變壓 器鐵芯的區(qū)別，同時(shí)給出對(duì)比例的相應(yīng)數(shù)值，其變壓器的噪聲和鐵芯損耗見對(duì)照表。表明了 同一種成份合金，熱處理工藝相同，擠壓與不擠壓對(duì)變壓器鐵芯的性能影響。
權(quán)利要求
一種逆變電源用變壓器鐵芯，其特征在于，由下述原料按重量百分比組成C0.5 5、Si15.0 18.5、B1.5 6.0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W)2.8 3.1、Cu0.8 1.2、其余為含有雜質(zhì)的Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變電源用變壓器鐵芯，其中各原料按重量百分比是C 0. 5-3. 5、Si 15. 5-17. 5、B 1. 5-6. 0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) 2. 9-3. 0、Cu 0. 9-1. 1、其余為含有雜質(zhì)的Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變電源用變壓器鐵芯，其中各原料按重量百分比是C 3. 0、Si 16. 5、Β :5· 0、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W) :3· 0、Cu :1· 0、其余為含有雜質(zhì)的 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的逆變電源用變壓器鐵芯的生產(chǎn)方法，步驟包括1)按配比選取C、Si、B、(Nb、Mo、Sb、V、Ta、Cr、W)、Cu、其余為含有雜質(zhì)Fe的合金原料 投入真空爐精煉，至鋼液溫度為1500°C，充入氬氣保護(hù)實(shí)施平面流鑄，將鋼液噴鑄到高速轉(zhuǎn) 動(dòng)的銅輥上，差動(dòng)水冷銅輥至100萬攝氏度的冷卻速度，得到厚度達(dá)為20-26微米的低磁致 伸縮非晶合金帶材；2)將低磁致伸縮非晶合金帶材按要求卷繞成規(guī)格的盤卷進(jìn)行熱處理，最高溫度530°C 度，保溫時(shí)間2-4小時(shí)使其合金晶化，得到低磁致伸縮系數(shù)λ s的納米晶鐵芯；3)并在熱處理保溫和降溫的同時(shí)施加直流磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于鐵芯的工作磁場(chǎng)， 其磁場(chǎng)的強(qiáng)度大于450kA/m，納米晶鐵芯的剩磁小于0. IT ；4)對(duì)其納米晶鐵芯的徑向施加壓應(yīng)力，并不斷改換位置，進(jìn)行變形_恢復(fù)，再變形_再 恢復(fù)至圓形，消除應(yīng)力使其恢復(fù)至整個(gè)鐵芯的片層之間沒有形成粘連；5)將納米晶鐵芯的兩側(cè)端面涂軟性無應(yīng)力膠層，使各片層間彼此緊固；6)最后再將納米晶鐵芯整體表面涂敷用于降噪的環(huán)氧樹脂絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變電源用變壓器鐵芯的生產(chǎn)方法，其特征是，所述軟性無 應(yīng)力膠層是選用706硅膠，其涂層厚度為0. 1 0. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變電源用變壓器鐵芯的生產(chǎn)方法，其特征是，所述環(huán)氧樹 脂絕緣層的厚度為0. 4 0. 6mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種逆變電源用變壓器鐵芯，將原料成份C、Si、B、(Nb、Sb、V、Mo、Ta、Cr、W)、Cu、其余為Fe；按配比投入真空爐精煉，鋼液溫度為1500℃，充入氬氣噴鑄到高轉(zhuǎn)速銅輥上，差動(dòng)水冷卻，得到20-26微米的低磁致伸縮非晶合金帶材，并繞成變壓器鐵芯熱處理，溫度530℃，保溫2-4小時(shí)使其合金晶化，得到低磁致伸縮系數(shù)λs的納米晶鐵芯；熱處理保溫和降溫的同時(shí)施加直流磁場(chǎng)；對(duì)其納米晶鐵芯徑向改換位置施加壓應(yīng)力，消除應(yīng)力使其恢復(fù)至整個(gè)鐵芯的片層間沒有粘連；將納米晶鐵芯兩側(cè)端涂無應(yīng)力膠層，再將納米晶鐵芯整體表面涂敷用于降噪的環(huán)氧樹脂絕緣層。具有降噪效果好，是目前較為理想的變壓器鐵芯。
文檔編號(hào)C21D9/52GK101923941SQ20101022320
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者孫澤松, 李玉山, 林志清 申請(qǐng)人:秦皇島市燕秦納米科技有限公司