Способ обработки магнитопровода


 


Владельцы патента RU 2510661:

Пудов Владимир Иванович (RU)
Драгошанский Юрий Николаевич (RU)
Соболев Анатолий Сергеевич (RU)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для изготовления магнитопроводов силовых трансформаторов источников вторичного питания, измерительных трансформаторов и трансформаторов тока. Технический результат состоит в снижении магнитных потерь, получении высокой магнитной проницаемости и снижении коэрцитивной силы. Способ обработки витого из ленты аморфного сплава на основе кобальта с температурой Кюри до 170°С магнитопровода, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим неорганическим клеем на основе силиката натрия для образования жесткой конструкции, включает отжиг в окислительной среде с последующим охлаждением до комнатной температуры. Магнитопровод подвергают дополнительному отжигу в окислительной среде в режиме термомагнитной обработки путем нагрева до температуры 100-140°С со скоростью 5-15°С/мин в постоянном магнитном поле, направленном ортогонально торцевой плоскости витков ленты. Проводят изотермическую обработку в течении 10-20 минут и охлаждение до комнатной температуры ведут в магнитном поле со скоростью 3-10°С/мин. Напряженность магнитного поля поддерживают равной 50-80 кА/м.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для изготовления магнитопроводов, применяемых в силовых трансформаторах источников вторичного питания, в измерительных трансформаторах и трансформаторах тока.

К настоящему времени обычные металлургические способы не позволяют получать магнитомягкие материалы с высоким уровнем магнитных свойств, в частности с минимальными удельными магнитными потерями Ps, высокой магнитной проницаемостью µo, низкой коэрцитивной силой Нс Применение таких материалов в электротехнических и радиоэлектронных устройствах в качестве магнитопроводов позволило бы уменьшить их размеры, расширить частоты перемагничивания и, как следствие, развивать эти направления на новом качественном уровне.

Одно из направлений решения этих проблем связано с разработкой новых перспективных способов обработки магнитомягких материалов и изготовляемых из них полуфабрикатных изделий, а также совершенствование технологий их изготовления.

Известен способ термообработки магнитопроводов из аморфных железокобальтовых сплавов марки 18КХ, 49К2ФА, применяемых в электротехнике. Магнитопровод помещают в формующую оправу и устанавливают в вакуумную печь, нагревают до температуры Курнакова, проводят выдержку при 620-800°С в течение 2-5 часов и охлаждают с регламентированной скоростью 150-600°С/ч в магнитном поле или без него. В результате улучшаются механические свойства сплавов в 1,5-2 раза при сохранении или улучшении основных магнитных свойств [Воробьев В.Н. и др. А.с. СССР №1592353. Б.и. №12,1990].

Однако изобретение направлено на решение задачи, связанной с повышением механических свойств магнитопроводов, т.е. их жесткости. Таким образом, предложенное в изобретении решение только восстанавливает магнитные свойства материалов, а не повышает их. Кроме этого данный способ трудоемок, осуществляется не в технологической цепочке изготовления сплавов, следовательно, для его реализации требуются дополнительные энерго- и трудозатраты.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления магнитопровода на основе аморфной магнитной ленты состава Co67Fe3Cr3Si15B12 с температурой Кюри 150-160°С и положительной константой магнитострикции 0,2·10-6, шириной 10 мм и толщиной 20-25 мкм путем витой смотки ленты в кольцевую или прямоугольную форму размером 32x20x10 мм. Причем межвитковое пространство магнитопровода пропитывают неорганическим клеем на основе силиката натрия с плотностью 1300 кг/м для образования жесткой конструкции. Сушку магнитопровода проводят при температуре 90°С в течение 1 ч, а затем для снятия закалочных напряжений ленты отжигают на воздухе 1 час при температуре 450°С. Объемная доля магнитопровода, связанного клеем, составляет 0,5 [Патент РФ №2038638. Магнитопровод. Белозеров В.Я., Стародубцев Ю.Н., Кейлин В.И.].

Однако технология изготовления аморфных сплавов с высокими физико-механическими свойствами сложна. Например, создание оптимальной стехиометрической смеси аморфного сплава требует высокой точности подбора состава легирующих элементов и их равномерного распределения в расплаве. Отклонение десятых и даже сотых процентов состава легирующих элементов от оптимального варианта приводит к существенному изменению свойств аморфного сплава [Патент РФ №2009246. Кейлин В.И., Стародубцев Ю.Н., Белозеров В.Я.].

С другой стороны при изготовлении аморфной ленты путем быстрого охлаждения расплава одновалковым спиннингованием на одной стороне ленты формируется ровная поверхность, а на другой - поперечно овальная с толщиной ленты меньшей на боковых краях, чем в середине. Поэтому при смотке ленты в многовитковый магнитопровод, а смотка ленты проходит под натяжением, верхние витки ленты давят на нижние, и боковые края ленты частично прогибаются и неравномерно деформируются. В результате этого первоначально полученные в аморфной ленте магнитные свойства существенно ухудшаются. Соответственно, магнитные свойства ленты ухудшаются и при пропитке магнитопровода изоляционным клеем. Поскольку при его отжиге клей размягчается и неравномерно выдавливается на боковые края витков ленты, что приводит в процессе его отвердения к формированию на разных участках магнитопровода разных внутренних напряжений. Такой же вклад вносит и неполное заполнение клеем объема магнитопровода. Однако в этом случае по сравнению с полным заполнении клеем объема магнитопровода происходит меньшее снижение его магнитной проницаемости.

В результате изготавливаемые магнитопроводы имеют разброс параметров µo - 80000-100000 ед.СИ, Нс - 0,2-0,4 A/м, Ps - 2-3,6 Вт/кг.

Таким образом, для повышения функциональных свойств многовитковых магнитопроводов требуется разработка новых перспективных способов их обработки и изготовления.

В основу изобретения положена задача улучшения физико-механических свойств аморфных магнитопроводов, а именно снижение магнитных потерь, получение высокой магнитной проницаемости и снижение коэрцитивной силы за счет применения новых способов и технологий их обработки и изготовления.

Поставленная задача решается тем, что изготовленный кольцевой или прямоугольный формы магнитопровод, выполненный витым из ленты аморфного сплава на основе кобальта с температурой Кюри до 170°С, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим неорганическим клеем на основе силиката натрия для образования жесткой конструкции, включающий отжиг в окислительной среде с последующим охлаждением до комнатной температуры согласно изобретению, магнитопровод подвергают дополнительному отжигу в обычной окислительной среде, в режиме термомагнитной обработки, путем нагрева до температуры 100-140°С со скоростью 5-15°С/мин в постоянном магнитном поле, направленном ортогонально торцевой плоскости витков ленты, с последующей изотермической обработкой в течении 10-20 минут, а охлаждение до комнатной температуры ведут в магнитном поле со скоростью 3-10°С/мин; при этом напряженность магнитного поля поддерживают равной 50-80 кА/м.

Физическая сущность способа заключается в следующем: при изготовлении аморфной ленты путем быстрого охлаждения расплава и последующей первичной термической обработки смотанной ленты в магнитопроводе ее структура формируется из продольных, поперечных, перпендикулярных 180-градусных и замыкающих их магнитный поток 90-градусных доменов.

При вторичной термической обработке аморфной ленты в условиях воздействия постоянного магнитного поля, направленного ортогонально торцевой плоскости витков ленты, улучшение ее магнитных свойств связано с существенным снижением объема 180-градусных магнитных доменов, намагниченных при первичной термообработке перпендикулярно плоскости ленты, занимавших почти 30% объема в образцах.

С почти полным исчезновением перпендикулярно и продольно намагниченных доменов магнитным полем формируется анизотропная структура из 180-градусных доменов с направлением намагниченности вдоль приложенного поля. На боковых краях этой ленты образуются 90-градусные домены, обеспечивающие замыкания магнитного потока и снижение магнитостатической энергии ленты.

В последующем при измерениях магнитных характеристик изделий намагничивающее силовое поле обмотки трансформатора направлено (как и в условиях применения измерительных трансформаторов тока) вдоль поверхности его ленты, то есть вдоль ее продольной оси. Сформированные при термомагнитной обработке замыкающие 90-градусные домены становятся зародышами перемагничивания в направлении приложенного переменного поля, что позволяет снизить его напряженность и уменьшить энергетические затраты на перемагничивание кольцевых и прямоугольных магнитопроводов. Это уменьшение обусловлено тем, что перемагничивание осуществляется по низкоэнергетическому механизму смещения доменных границ, а не по затратному механизму вращения (поворота) намагниченности.

При ТМО происходит процесс деформационного старения материала с последующим его влиянием на формирование дополнительной магнитной анизотропии за счет взаимодействия компонентов материала со свежевведенными дефектами кристаллической решетки. При этом образуются кластеры с повышенным содержанием атомов растворенных элементов и сверхструктурой типа В2. Экспериментально было показано, что оптимальным результатам ТМО соответствует определенное время выдержки при обработке. В иных условиях обработки процессы деформационного старения материала не оптимальны: либо формируется недостаточное количество кластеров, либо происходит аннигиляция структурных дефектов.

Применение комплексного подхода в решении задач усовершенствования изготовления трансформаторных магнитопроводов на основе аморфного магнитного сплава в последовательности: вначале изготовление магнитопровода, а затем его модифицирование, существенно повышает его физико-механические свойства и значительно превышает суммарный результат, достигаемый на отдельных этапах обработки.

Таким образом, заявляемый способ обработки магнитопровода, изготавливаемого из аморфного магнитного сплава, позволяет получить изделие с высоким уровнем физико-механических свойств, более устойчивых к эксплуатационным воздействиям. Данный эффект достигается за счет применения новых технологий и режимов обработки материала и не требует больших технических затрат.

Пример осуществления способа.

В качестве обрабатываемых образцов использовали изделия, изготовленные разных типоразмеров с наружным диаметром не более 40 мм и внутренним диаметром не менее 10 мм со средним диаметром 26 мм в виде кольцевых или прямоугольных трансформаторных магнитопроводов из аморфного сплава Co67Fe3Cr3Si15B12. Они имеют температуру Кюри до 170°С, толщину ленты 20-25 мм, ширину ленты 10 мм. Магнитопроводы были пропитаны неорганическим клеем на основе силиката натрия и имеют жесткую конструкцию без защитной оболочки. Их отжигали в окислительной среде с последующим охлаждением до комнатной температуры.

Данные магнитопроводы подвергались дополнительному отжигу в окислительной среде в режиме термомагнитной обработки путем нагрева до температуры 100-140°С со скоростью 5-15°С/мин в постоянном магнитном поле, направленном ортогонально торцевой плоскости витков ленты. Затем проводили изотермическую обработку в течении 10-20 минут и охлаждение до комнатной температуры в магнитном поле со скоростью 3-10°С/мин. При этом напряженность магнитного поля поддерживают равной 50-80 кА/м.

Результаты термомагнитной обработки магнитопровода представлены в таблице, из которых следует, что в зависимости от различных режимов термомагнитной обработки при магнитной индукции (Вm) от 0,01 Тл до 0,2 Тл, можно снизить магнитные потери (Ps) в 1,2-1,9 раз, уменьшить коэрцитивную силу (Hс) в 1,4-2 раза и увеличить в 1,5-2 раза магнитную проницаемость. Причем изоляционные свойства покрытия сохраняются в данном диапазоне температур термомагнитной обработки.

Вm, ТЛ µm, ед. СИ Нc, А/м Ps, мВт/кг
ТО ТМО ТО ТМО ТО ТМО
0,01 80000 130000 0,02 0,012 0,002 0,001
0,02 110000 150000 0,04 0,02 0,01 0,006
0,05 160000 210000 0,8 0,6 0,08 0,05
0,1 250000 320000 0,16 0,12 0,3 0,2
0,2 340000 430000 0,27 0,21 1 0,8

Таким образом, заявляемый способ обработки магнитопровода из аморфного магнитного сплава позволяет получить изделия с высоким уровнем физико-механических свойств, более устойчивых к эксплуатационным воздействиям. Существенное увеличение качества магнитопровода при относительно малых технических и энергетических затратах на его обработку характеризует данный способ как перспективный для широкого внедрения на производстве, что позволит развивать электротехнические и электронные устройства на новом качественном уровне.

Способ обработки магнитопровода, выполненного витым из ленты аморфного сплава на основе кобальта с температурой Кюри до 170°С, межвитковое пространство которого заполнено отвердевшим неорганическим клеем на основе силиката натрия для образования жесткой конструкции, включающий отжиг в окислительной среде с последующим охлаждением до комнатной температуры, отличающийся тем, что магнитопровод подвергают дополнительному отжигу в окислительной среде в режиме термомагнитной обработки путем нагрева до температуры 100-140°С со скоростью 5-15°С/мин в постоянном магнитном поле, направленном ортогонально торцевой плоскости витков ленты, проводят изотермическую обработку в течении 10-20 минут и охлаждение до комнатной температуры ведут в магнитном поле со скоростью 3-10°С/мин; при этом напряженность магнитного поля поддерживают равной 50-80 кА/м.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях, например в выпрямителях, инверторах и преобразователях частоты, в электроэнергетических системах для изменения величины и повышения качества переменного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в полупроводниковых преобразователях, например в выпрямителях, инверторах и преобразователях частоты, а также в электроэнергетических системах для изменения величины и повышения качества переменного напряжения.

Изобретение относится к области получения постоянных магнитов и может быть использовано при производстве высокоэнергоемких постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой на основе редкоземельных сплавов и, в частности, на основе сплавов системы неодим-железо-бор (Nd-Fe-B).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления электрических машин, и может быть использовано при изготовлении магнитопроводов пакетов статора и ротора для аксиальных электрических машин, например, пакетов статора и ротора аксиальных синхронных и асинхронных машин, пакетов якоря аксиальных электродвигателей и генераторов постоянного тока, магнитопроводов аксиальных трансформаторов и др.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и касается технологии изготовления магнитопроводов электромагнитов броневого типа, в частности магнитопроводов погружных насосов.
Изобретение относится к способу покрытия электротехнической стали с использованием лаковой композиции для шихтованного сердечника. .

Изобретение относится к способу переработки отходов магнитов, преимущественно на основе железа-бора-редкоземельного элемента, в котором ранее спеченные магниты были уже использованы или отбракованы в процессе производства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении магнитопроводов распределительных трансформаторов из ленты аморфных, нанокристаллических металлов и сплавов. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства, снижении трудоемкости процесса, времени формирования магнитопровода и металлоемкости оборудования, повышении технологичности, улучшении электромагнитных характеристик магнитопровода и, как следствие, экономии электроэнергии. Устройство для формирования замкнутого контура ленточного магнитопровода из блоков пакетов многослойных аморфных металлических лент содержит разъемную оправку и фиксатор блоков на оправке. Оправка включает левые и правые боковые стойки, верхние и нижние планки, а также ступицу с пазами, в которых установлены с возможностью горизонтального перемещения упомянутые боковые стойки. Сверху и снизу боковых стоек установлены с возможностью вертикального перемещения верхние и нижние планки соответственно. Фиксатор блоков выполнен в виде двух обойм - внутренней и наружной, форма каждой из которых спрофилирована в соответствии с внутренней и наружной поверхностью контура магнитопровода, внутренняя обойма установлена на оправке. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления для постоянного магнита включает этапы: а) изготовление постоянного магнита (1), (b) разламывание постоянного магнита (1) для получения двух или более отдельных частей (13) и с) восстановление постоянного магнита (1) путем соединения поверхностей разлома смежных отдельных частей (13) вместе. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к магнитопроводам электротехнических трансформаторов, имеющих многослойную структуру из аморфной или нанокристаллической ленты, и к способам их изготовления. Технический результат состоит в повышении качества магнитопровода за счет уменьшения магнитных потерь и повышения индукции в нем и упрощении изготовления. Жесткий ленточный магнитопровод для трансформатора выполнен в виде многослойной структуры, каждый слой которой образован из заранее определенного числа магнитных аморфных полос со смещенным зазором между ними по длине магнитопровода. Магнитный аморфный слой выполнен в виде заданной геометрической формы и имеет одно замковое соединение, образованное началом и концом этого слоя. Замковое соединение выполнено в виде шипового соединения, например, «ласточкин хвост». Способ изготовления жесткого ленточного магнитопровода из магнитного аморфного сплава включает нарезание полос, обработку их клеевым составом, формирование их в слои со смещением полос относительно друг друга по длине магнитопровода. Полосы нарезают путем пропускания аморфной ленты, например, через ножницы, например, обрабатывают углеродосодержащим клеевым материалом, укладывают их на сборочный стол, формируют магнитопровод с обмоткой и воздействуют на линии сгиба и замковое соединение импульсным и/или скоростным нагревом. На аморфные магнитные полосы наносят углеродосодержащий клеевой материал путем напыления в жидком виде и/или наложения клейкой ленты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, к магнитам из редкоземельных металлов. Технический результат состоит в повышении коэрцитивной силы без добавления большого количества таких редкоземельных металлов, как Dy и Tb. Способ производства редкоземельных магнитов включает этап приведения уплотненного изделия, полученного посредством применения горячей обработки с целью создания анизотропии в спеченном изделии, имеющем редкоземельную магнитную композицию, в контакте с расплавом сплава с низкой температурой плавления, содержащего редкоземельный элемент. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в снижении потерь в подшипнике и улучшении эффективности работы осевого канала. Шихтованный сердечник комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника изготовлен в виде пакета пластин с покрытием, в каждой из которой выполнен по меньшей мере один радиальный вырез. Эти вырезы предотвращают индуцирование вихревых токов, вызываемых изменениями аксиальных управляющих магнитных потоков, протекающих через центральное отверстие шихтованного пакета. Магнитная симметрия сохраняется за счет поворота каждой пластины шихтованного сердечника относительно предыдущей пластины на определенный угол. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для изготовления ротора-рабочего колеса аксиальных центробежных двигателей-насосов. Технический результат состоит в обеспечении высокой точности изготовления рабочего колеса-ротора аксиальных центробежных двигателей-насосов, высокой надежности соединения ротора и рабочего колеса. Способ изготовления рабочего колеса-ротора характеризуется тем, что магнитопровод рабочего колеса-ротора выполняют шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой. Шихтованный магнитопровод рабочего колеса-ротора изготавливают путем навивки ленты из электротехнической стали на кольцо, которое изготавливают из алюминиевого сплава, а вырубку пазов под короткозамкнутую обмотку в ленте выполняют с помощью пуансона и матрицы в процессе навивки ленты. Затем магнитопровод с пазами под короткозамкнутую обмотку вкладывают в литейную форму и заполняют форму расплавленным алюминиевым сплавом. При этом кольцо расплавляется и сливается с заливаемым в литейную форму алюминиевым сплавом, а расплавленный алюминиевый сплав заполняет все неровности магнитопровода, обеспечивая прочное соединение ротора двигателя и рабочего колеса насоса. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу обработки шихтованного магнитопровода броневого трансформатора, содержащего ярма и стержни, набранные из отдельных слоев ферромагнитных прямоугольных узких и широких пластин и включает следующие технологические операции. Отдельные прямоугольные и Ш-образные пластины вырезают из рулонной ленты вдоль направления ее прокатки, осуществляют отжиг при 700-800°C в течение 60-20 минут, медленно охлаждают до 20°C и поперек прокатки наносят зоны локального лазерного воздействия по всей длине отдельных пластин ярма, стержней и частей Ш-образного ярма, ориентированных вдоль прокатки, при этом для стали с крупным зерном 15-50 мм с интервалом 5-2 мм, с мелким зерном 5-15 мм -15-5 мм, в местах сочленения отдельных пластин ярма и стержней, лазерное воздействие осуществляют ступенчато, формируя угловой фронт под углом 45 градусов к направлению прокатки пластин, причем на поперечно ориентированной к прокатке части Ш-образных ярем магнитопроводов, наносят зоны локального лазерного воздействия вдоль направления прокатки. Кроме того, зоны лазерного воздействия на стали толщиной от 0,3 мм до 0,8 мм с крупным зерном дополнительно наносят и на обратной стороне пластин. Снижение магнитных потерь при повышении уровня магнитной индукции является техническим результатом заявленного изобретения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Редкоземельный спеченный магнит состоит по существу из 26-36 вес.% R, 0,5-1,5 вес.% В, 0,1-2,0 вес.% Ni, 0,1-3,0 вес.% Si, 0,05-1,0 вес.% Cu, 0,05-4,0 вес.% M, а остальное - Т и случайные примеси, где R представляет собой редкоземельный элемент, Т представляет собой Fe или Fe и Со, М выбран из Ga, Zr, Nb, Hf, Ta, W, Mo, Al, V, Cr, Ti, Ag, Mn, Ge, Sn, Bi, Pb и Zn. Одновременное добавление Ni, Si и Cu наряду с высокими магнитными свойствами спеченного магнита повышает его коррозионную стойкость 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 9 пр.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трансформаторах. Технический результат состоит в упрощении конструкции и эксплуатации. Станок (10) предназначен для изготовления набираемых пластин (4) магнитного сердечника (6). Пластины выполнены из магнитного полосового материала (2). Станок (10) содержит первый электромеханический кулачковый привод для приведения в действие загибающего устройства, которое изгибает полосовой материал (2), и второй электромеханический кулачковый привод для приведения в действие режущего устройства, которое разрезает полосовой материал (2). Загибающее и режущее устройства выполнены с возможностью приведения в действие независимо друг от друга между самым верхним положением и самым нижним положением. Загибающее устройство может содержать гибочную плиту (130), содержащую соответствующий загибающий брусок (150) для изгиба указанного полосового материала (2). Режущее устройство может содержать гильотинную плиту (230), содержащую соответствующее верхнее режущее лезвие (245), взаимодействующее с неподвижным нижним лезвием (255) для разрезания указанного полосового материала (2). Электромеханический кулачковый привод может содержать любое подходящее электрическое исполнительное устройство (100, 200), например электродвигатель. 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении стыковых магнитопроводов в трансформаторах. Технический результат состоит в обеспечении стабильности технических параметров трансформаторов за счет получения зазоров в стыковых магнитопроводах любой требуемой величины, одинаковых по всей площади сопряжения. Способ соединения элементов магнитопровода трансформатора между собой включает нанесение на сопрягаемую поверхность одного из элементов изоляционного клеевого состава, соединение поверхностей элементов друг с другом, закрепление полученной конструкции при помощи стягивающегося устройства и выдерживание в таком состоянии в течение времени, необходимого для отверждения клеевого состава. В изоляционный клеевой состав предварительно добавляют диэлектрический порошок, размеры частиц которого равны заданной величине зазора между элементами магнитопровода. При соединении сопрягаемые поверхности элементов дополнительно притирают друг к другу через нанесенный на них клеевой состав, а при закреплении конструкции затяжку стягивающего устройства производят с учетом заданной величины зазора между элементами магнитопровода. Возможно нанесение клеевого состава на сопрягаемую поверхность каждого из элементов магнитопровода. В качестве диэлектрического порошка может быть использован порошок корунда или кварца. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх