具有磁芯的磁放大器扼流圈以及磁芯的制造方法技术

本发明专利技术涉及由非晶态合金制造的几乎没有磁致伸缩的具有磁芯的磁放大器调整器，其中，磁芯具有尽可能低的反复磁化损耗，并且具有尽可能矩形的磁滞回线。上述合金具有成分Ｆｅ＃－［ａ］Ｃｏ＃－［ｂ］Ｃｕ＃－［ｃ］Ｍ＃－［ｄ］′Ｓｉ＃－［ｘ］Ｂ＃－［ｙ］Ｍ＃－［ｚ］″，其中，Ｍ′表示族Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆ中的一种元素或其组合，Ｍ″表示族Ｃ，Ｐ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｏ，Ｎ中的一种元素或其组合，并满足下列条件：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％，其中ａ＝１００％－ｂ－ｃ－ｄ－ｘ－ｙ－ｚ，０≤ｂ≤１５，０．５≤ｃ≤２，０．１≤ｄ≤６，２≤ｘ≤２０，２≤ｙ≤１８，０≤ｚ＜１０，和ｘ＋ｙ＞１８。本发明专利技术的磁放大器调整器能够在汽车供电，电车供电或在飞机供电中特别好地应用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。具有脉冲重复频率在20KHz和300KHz之间的磁放大器调整器所连接的电源单元投入始终是各种各样的应用之中，例如，在尽管负载快速变化但必需极其准确调整的电压或电流的应用中。这是例如用于PC或打印机的所连接的电源单元。例如，在DE 198 44 132 A1或VAC公司文献TB-410-1，1988内详细描绘了具有相应的磁放大器扼流圈的这样一种磁放大器调整器以及与其相连接的电源单元的基础原理。对磁放大器调整器主要存在两个要求第1，线圈的电阻应当尽可能小，以便降低线圈损耗。这可以在同时提高导线截面积的情况下通过减小匝数来达到。因此，同时引起磁放大器磁芯材料的交流最大磁化磁场的提高，并因之促使反复磁化损耗的增加。而只在磁放大器磁芯材料的比损耗显著降低时，或根据极高应用温度上限，高的反复磁化损耗是允许时，才能达到磁放大器磁芯的体积显著降低，并因此元件体积显著降低。第2，在饱和BS中，所谓的剩磁BR的感应偏移ΔBRS＝BS-BR应当尽可能小，因为感应偏移ΔBRS意味着不可调节的电压-时间-面积。在工作频率上升时，提供给磁放大器用于调整的电压-时间-面积永远比较小，因此大的电压-时间-面积永远受ΔBRS强烈制约。这可以通过增加磁芯几何尺寸或体积加以补偿，但是这同时导致反复磁化损耗的增加。因为具有矩形的磁滞回线的磁放大器磁芯占有特别高的剩磁值，所以这尤其好地适合于具有较高工作频率的磁放大器调整器。当与通过线圈产生的磁场H方向平行的磁放大器磁芯材料具有非轴向各向异性KU时，可以形成这种矩形特性。对永远较小的所连接的电源单元的需求受限于使用总是较高的工作频率。尤其是在用于PC连接的电源单元的情况下，开关频率那时到达几百KHz。该高开关频率要求具有较低反复磁化损耗的磁放大器磁芯材料。通过提高电子元件的封装密度以及通过对送风机的非优化要求，在磁放大器调整器情况下大大提高了对允许的工作温度和长时间稳定性的要求。当磁放大器调整器应当在环境温度超过100℃情况下使用(这例如在汽车内或在工业应用时存在)时这些要求是特别关键的。迄今为止其上限处于约130℃。从本文开始所述的DE 198 44 132 A1获悉一种具有纳米晶体合金制成的磁芯的磁放大器调整器，在那里描述的磁放大器调整器根据其小的感应偏移其特征为良好的开关控制特性。然而在实施例内给出的合金例子与那里描述的用于磁放大器磁芯的热处理结合表明根据对高频下使用太高的损耗，这不是最佳的。甚至承受最高可能的反复磁化损耗。因此，显然最高可能的运行频率限于150KHz。此外，在最多描绘的例子里，不得不通过磁弹性谐振来考虑损耗过高量和噪声产生。因此，本专利技术的任务在于，在工作频率从10KHz到200KHz或更高的情况下，在同时低的反复磁化损耗的情况下提供一种具有良好开关特性的磁放大器扼流圈。此外，为此应用的磁芯具有直到至少150℃或更高的抗老化稳定性，并且以其极小的磁芯体积作为其特征。本任务通过根据权利要求1的磁放大器扼流圈或根据权利要求7或8的磁放大器扼流圈用磁芯的制法或根据权利要求14的这类磁放大器扼流圈的应用来解决。本专利技术想法的改进及扩展由从属权利要求给出。根据本专利技术，考虑具有成分为FeaCobCucM′dSixByM″z的纳米晶体合金制成磁芯的磁放大器扼流圈，其中M′表示由V，Nb，Ta，Ti，Mo，W，Zr，Hf族的一个元素或由这些元素的组合，而M″表示由C，P，Ge，As，Sb，In，O，N族的一个元素或由这些元素的组合，而a+b+c+d+x+y+z＝100％，其中a＝100％-b-c-d-x-y-z；0≤b≤15；0.5≤c≤2；0.1≤d≤6；2≤x≤20；2≤y≤18；0≤z≤10和x+y＞18。在准确调准到各自的成份关系的热处理之后，该合金具有包含平均尺寸D＜100nm以及体积填充率大于30％的金相学颗粒的细结晶结构，以及在同时低的反复磁化损耗情况下，具有尽可能矩形的磁滞回线，以及与未经退火处理的状态比较，具有强烈减少的磁致伸缩|λS|＜3ppm。此外，饱和感应处于用另外的磁致伸缩少的合金不可达到的值BS＝1.1...1.5 Tesla。在这里实施的研究范畴里，具有矩形磁滞回线的该合金系统的首次揭示的另一优点在图9示例描绘的、极弱而且几乎呈线性的剩余偏移和反复磁化损耗随温度的变化过程中是特别有利的。对于一定的合金组成，存在反复磁化损耗Pfe和动态剩余偏移ΔBRS之间的近双曲线关系，该知识作为本专利技术合金选择的基础。该近双曲线关系在附图说明图1依靠合金Fe73.5Cu1Nb3Si15.7B6.8示出。一方面反复磁化损耗Pfe和另一方面动态剩余偏移ΔBRS的协调通过在纵向磁场内的热处理加以调整。这时经过这样的纵向磁场热处理调整了所谓的纵向各向异性KU，其中随着KU上升，ΔBRS下降而损耗上升。在图1所示的关系通过对干扰各向异性的影响加以干扰。合金的纵向各向异性越少，则干扰各性异性的影响越大，这从描绘了机械过应力对未平衡磁致伸缩的磁芯所造成的影响的图2明显地看出。因为由经典的涡流损耗和异常涡流损耗构成的总损耗的数值，并因此还有自热以及磁芯的应用温度的上限对于其可调制性和在一定使用频率情况下的大小起着决定性作用，所以根据本专利技术把纵向各向异性KU的数值限制在合理的最小值。在纵向各向异性KU过低的值时，磁滞特性的老化稳定性降低，和/或对所谓的磁弹性的干扰各向异性的影响，还有对在结构上或从带拓扑学(表面粗糙度)引起的干扰各向异性的影响将强烈上升。两干扰影响引起剩磁BR降低，并因此引起对调整特性的死时间负责的剩余偏移ΔBRS的提高，其中视具体情况静态和动态矫顽磁场强度也上升。同时可以追溯到随着频率上升动态剩余偏移ΔBRS变小的事实。尽管如此，在确定KU值时，在一方面尽可能低的损耗Pfe和另一方面尽可能高的剩磁BR之间寻找有节制的和制造稳定的折衷，这在纳米结晶合金内只在根据本专利技术的上述合金选择的情况下才是可能的。这两个相反量的折衷只能借助于本专利技术在与缠绕带方向呈纵向延伸的磁场(即所谓纵向场)中的适应合金特性的热处理(退火)进行目标明确地调整。由此可以感应一个强矩形的磁滞回线，所谓的Z回线。因为在这样的Z回线情况下，剩磁BR的稳定性和大小与干扰各向异性和感应的非轴向各向异性KU之间的平衡有关，所以在较小感应的非轴向各向异性KU情况下，在各向异性平衡中的各向异性的磁弹性部分尽可能低而频率尽可能高时，将会稳定地达到足够低的剩余偏移ΔBRS。这通过尽可能地消除饱和磁致伸缩λS，机械应力σ以及结晶各向异性K1实现。同时消除三个彼此独立的物理量，在上述的合金选择中也可以通过最佳的热处理实现。当磁芯具有磁致伸缩值|λS|＜0.2ppm，合金成份为FeaCobCucM′dSixByM″z时，其中M′表示V，Nb，Ta，Ti，Mo，W，Zr，Hf族中的一个元素或由这些元素的组合，M″表示C，P，Ge，As，Sb，In，U，N族中的一个元素或这些元素的组合，以及a+b+c+d+x+y+z＝100％具有以下条件，即0≤b≤0.5；0.8≤c≤1.2；2≤d≤4；14≤x≤17；5≤y≤12，以及22≤x+y≤24，那么，在磁芯内同时达到极低的磁滞损耗情况下可以实现关于磁滞回线矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有由纳米结晶合金构成的磁芯的磁放大器扼流圈，其中合金具有成分Ｆｅ↓［ａ］Ｃｏ↓［ｂ］Ｃｕ↓［ｃ］Ｍ′↓［ｄ］Ｓｉ↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］Ｍ″↓［ｚ］，Ｍ′表示族Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｒ，Ｈｆ中的一个元素或其组合，其中Ｍ″表示族Ｃ，Ｐ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｏ，Ｎ中的一个元素或其组合，满足下列条件：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％，其中ａ＝１００％－ｂ－ｃ－ｄ－ｘ－ｙ－ｚ；０≤ｂ≤１５；０．５≤ｃ≤２；０．１≤ｄ≤６；２≤ｘ≤２０；２≤ｙ≤１８；０≤ｚ≤１０和ｘ＋ｙ＞１８； 并且，其中磁芯具有尽可能矩形的磁滞回线，饱和磁致伸缩│λ↓［ｓ］│＜３ｐｐｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2000-9-15 10045705.31.具有由纳米结晶合金构成的磁芯的磁放大器扼流圈，其中合金具有成分FeaCobCucM′dSixByM″z，M′表示族V，Nb，Ta，Ti，Mo，W，Zr，Hf中的一个元素或其组合，其中M″表示族C，P，Ge，As，Sb，In，O，N中的一个元素或其组合，满足下列条件a+b+c+d+x+y+z＝100％，其中a＝100％-b-c-d-x-y-z；0≤b≤15；0.5≤c≤2；0.1≤d≤6；2≤x≤20；2≤y≤18；0≤z≤10和x+y＞18；并且，其中磁芯具有尽可能矩形的磁滞回线，饱和磁致伸缩|λS|＜3ppm。2.根据权利要求1所述的磁放大器扼流圈，其特征为，满足下列条件0≤b≤0.5，0.8≤c≤1.2，2≤d≤4，14≤x≤17，5≤y≤12，其中22≤x+y≤24。3.根据权利要求1所述的磁放大器扼流圈，其特征为，饱和磁致伸缩|λS|＜0.2ppm。4.根据权利要求1到3之一所述的磁放大器扼流圈，其特征为，有效粗糙深度Ra(eff)在3～9％之间。5.根据权利要求4所述的磁放大器扼流圈，其特征为，有效粗糙的深度Ra(eff)在4～7％之间。6.根据权利要求1到5之一所述的磁放大器扼流圈，其特征为，在频率约为100KHz，和感应幅度约为0.2T的情况下，损耗(Pfe)为较小的140瓦/kg。7.用于制造权利要求1到6之一所述的磁放大器扼流圈用的磁芯的方法，具有下述步骤·铸造由非晶态合金构成的薄带；·薄带对磁芯的无应力缠绕；·磁芯加热到目标温度，该温度处在高于非晶态合金的结晶化温度，采用加热速率在1k/分...

【专利技术属性】
技术研发人员：G乌尔夫，R克林格尔，W罗格斯，J佩措尔德，
申请(专利权)人：真空融化两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]