PL202423B1

PL202423B1 - Magnetowód z kompozytów proszkowych i sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych

Info

Publication number: PL202423B1
Application number: PL364236A
Authority: PL
Inventors: Bogumił Węgliński; Sebastian Juchim
Original assignee: Politechnika Wrocławska; Politechnika Wroclawska
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2009-06-30
Also published as: PL364236A1; EP1564765A2

Abstract

1. Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jako element ze sprasowanego prosz- ku dielektromgnetycznego o dowolnym kszta lcie, znamienny tym, ze wewn atrz elementu ze spra- sowanego proszku dielektromgnetycznego (1) jest umieszczony, co najmniej jeden element elektrotechniczny (3). PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest magnetowód z kompozytów proszkowych i sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych, przeznaczony do wytwarzania obwodów magnetycznych stosowanych w urządzeniach elektrotechnicznych, a w szczególności stosowanych w maszynach elektrycznych.

Materiał pochłaniający elektromagnetyczne fale radiowe w zakresie bardzo wysokiej częstotliwości VHF i ultra wysokiej częstotliwości UHF, który ogranicza refleksję i rozproszenie fal, znany jest z opisu patentowego USA nr US 5179381. W rozwią zaniu tym jako materiał stosuje się warstwę materiału magnetycznego utworzoną z magnetycznej mieszaniny proszków ferrytowych o średnicy ziarn 0,1 -3 mm, materiałów takich jak nikiel cynk i mangan - cynku w żywicy, zwłaszcza w żywicy epoksydowej, chloroprenie, kauczuku, polietylenie i w polistyrenie, przy czym ilość proszku ferrytowego w ż ywicy wynosi, co najmniej 70% wagowych. Następnie na tylną część warstwy magnetycznej nanosi się warstwę materiału zmodyfikowanego poprzez dodanie proszków wybranych z grupy węgiel i/lub miedź i/lub nikiel i/lub aluminium i/lub żelazo lub ich stopów, a otrzymane warstwy laminuje się, zaś na przednią część warstwy magnetycznej nanosi się elektrodę z przewodzącej warstwy materiału przeznaczoną również do montażu w obwód rezonansowy.

Ferrytowy materiał magnetyczny, laminowany chip ferrytowy i laminowany kompozytowy rdzeń magnetyczny znany z japońskiego opisu patentowego nr JP6333721, wykonany jest z proszków Fe2O3, NiO, CuO, ZnO i otrzymany przez formowanie do pożądanego kształtu proszku, wstępne jego spiekania a następnie laminowanie w chip. Jako główne komponenty używane są magnetyczne materiały ferrytowe zawierające Fe2O3 w ilości od 49 do 50 % molowych, NiO w ilości od 7 do 12% molowych, CuO w ilości od 7,5 do 12,5% molowych, a ZnO w ilości 28,5 do 33% molowych. Ferrytowe materiały magnetyczne z naniesionymi na nie warstwami przewodzącymi są laminowane w chip magnetyczny o wysokiej przenikalności i indukcyjności, przy czym chip składa się z warstw magnetycznych ferrytowych i wewnętrznych warstw elektrod.

Kompozytowy arkusz magnetyczny znany jest z japońskiego opisu patentowego nr JP11087980. Arkusz ten ma uformowane dwie warstwy z miękkiego materiału magnetycznego, pomiędzy którymi umieszczona jest warstwa przewodząca, zaś od spodu tak utworzonej trój warstwy nałożona jest warstwa z pamięcią kształtu. Warstwa przewodząca wykonana jest w postaci folii zawierającej TiNi, natomiast warstwa z pamięcią kształtu wykonana jest w postaci folii bazującej na TiNi ewentualnie z dodatkiem stopów Cu, albo z tkaniny włókienniczej. Miękki materiał magnetyczny uformowany jest w postaci arkusza wykonanego z mieszaniny miękkich proszków magnetycznych zawierających sproszkowane stopy w spoiwie organicznym, zwłaszcza stopy Fe-Al-Si i Fe-Ni.

Elektromagnetyczny tłumik zakłóceń znany z japońskiego opisu patentowego nr JP10106821, charakteryzujący się dużą niezawodnością, przeznaczony jest dla klawiatury komputerowej, zwłaszcza komputerów przenośnych. Tłumik wykonany jest jako układ warstwowy. Elektromagnetyczna warstwa tłumiąca usytuowana jest na górną warstwą układu trzy warstwowego, którego co najmniej dwie warstwy są wykonane z proszkowej kompozycji magnetycznej zawierającej rozdrobnione stopy i tlenki w postaci proszków w spoiwie organicznym, naniesione są po obu stronach warstwy przewodzą cej, połączonej z układem przewodami drutowymi.

Element wykonany z materiałów magnetycznych pochłaniający zakłócenia znany z japońskiego opisu patentowego nr JP11273925, przeznaczony jest do stosowania w układach elektronicznych pracujących przy częstotliwości z zakresu MHz i GHz i wykonany jest z magnetycznych kompozycji proszków zawierających jako składnik Si-Fe oraz magnetyczne proszki metali. W rozwiązaniu tym, przewód przesyłowy umieszczony jest w cylindrycznym elemencie magnetycznym wykonanym z metalicznego proszku magnetycznego Si-Fe i termoplastycznej żywicy jako spoiwo, a następnie podgrzewanego i uformowanego w kształcie walca. Połączenie elementu magnetycznego z przewodem przesyłowym nie jest wymagane.

Znane ze stosowania magnetowody z kompozytów proszkowych wykonywane są jako elementy z jednolitej masy sprasowanego proszku, przy czym po sprasowaniu magnetowody wypala się albo wypraża.

Sposób wytwarzania magnetycznego materiału powłokowego, przewodzącego materiału powłokowego, zielonego laminatu oraz laminowana cewka indukcyjna znane są z japońskiego opisu patentowego nr JP11087980. Magnetyczny materiał powłokowy wykonany jest z mieszaniny miękkich proszków magnetycznych w spoiwie organicznym, a materiał przewodzący wykonany jest z mieszaniny proszków metalowych w spoiwie organicznym, z którego formowany jest laminat. Spoiwo organiczne stanowi żywica

PL 202 423 B1 poliuretanowa zawierająca SO3M, gdzie M jest K i Na, przy czym gęstość SO3M wynosi od 0,005 do 0,50 mmol/g.

Sposób wytwarzania elementu indukcyjnego i element indukcyjny znany jest z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO02/101763. Sposób wytwarzania elementu indukcyjnego z mieszaniny proszków polega na tym, że ferromagnetyczny proszek amorficzny lub proszek ze stopu nanokrystalicznego, miesza się z ferromagnetycznym proszkiem dielektrycznym oraz z polimerem termoplastycznym lub duroplastycznym, przy czym objętość dielektrycznych proszków ferromagnetycznych w mieszaninie wynosi zazwyczaj powyż ej 55%. Natomiast element indukcyjny wykonany ze sprasowanych proszków ferromagnetycznych, charakteryzuje się tym, że w mieszaninie proszków ma umieszczone płatki ze stopu ferromagnetycznego.

Istota magnetowodu według wynalazku, polega na tym, że wewnątrz elementu ze sprasowanego magnetycznego kompozytu proszkowego jest umieszczony, co najmniej jeden element elektrotechniczny.

Istota sposobu, według wynalazku, polega na tym, że matrycę zasypuje się magnetycznym kompozytem proszkowym, przy czym podczas zasypywania umieszcza się w matrycy, co najmniej jeden element elektrotechniczny, po czym zespala się magnetyczne kompozyty proszkowe z elementami Elektrotechnicznymi przewodzącymi, poprzez prasowanie. Jako elementy elektrotechniczne umieszcza się w matrycy blachę albo druty albo pręty wykonane z materiału magnetycznie miękkiego.

Korzystnym jest, gdy elementy elektrotechniczne powleka się cienką warstwą klejącą.

Elementem elektrotechnicznym może być blacha albo drut magnetycznie miękki albo pręt, korzystnie wykonany z materiału magnetycznie miękkiego.

Korzystnym jest również, gdy pomiędzy elementem elektrotechnicznym a sprasowanym magnetycznym kompozytem proszkowym jest warstwa klejąca.

Magnetowody z kompozytów proszkowych wykonane tym sposobem charakteryzują się podwyższoną wytrzymałością mechaniczną. Obwody elektroniczne z tymi magnetowodami charakteryzują się polepszonymi właściwościami magnetycznymi. W magnetowodach uzyskuje się wyższe wartości indukcji magnetycznej przy tych samych natężeniach pola magnetycznego i podnosi się przenikalność magnetyczna.

Magnetowody z kompozytów proszkowych, sposobem według wynalazku, wykonuje się jako magnetowody hybrydowe o wzmocnionych strukturach, przy czym stosuje się magnetyczne kompozyty proszkowe jako podstawę układu oraz blachy elektrotechniczne, pręty i druty wykonane z materiałów magnetycznie miękkich. Układ hybrydowy kształtuje się w procesie zasypywania matrycy magnetycznym kompozytem proszkowym. Blachy elektrotechniczne umieszcza się na górnej i dolnej powierzchni proszku wypełniającego matrycę, we wnętrzu rdzenia lub we wszystkich tych miejscach jednocześnie. Po sprasowaniu przygotowanego układu, otrzymuje się rdzeń magnetyczny o zbrojonych powierzchniach górnej I dolnej lub o zbrojonym wnętrzu lub zbrojonych powierzchniach i wnętrzu, zależnie od przygotowanego wcześniej układu komponentów. Druty magnetycznie miękkie umieszcza się w procesie zasypywania matrycy, jako wiązkę lub pojedyncze żyły drutu na całej długości przygotowywanego magnetowodu, wzdłuż przewidywanej drogi przepływu strumienia magnetycznego. Po sprasowaniu przygotowanego układu, otrzymuje się zbrojony rdzeń magnetyczny. Wszystkie elementy wiązek drutu oraz blach elektrotechnicznych przed umieszczeniem w matrycy powleka się cienką warstwą żywicy termoutwardzalnej w celu osiągnięcia lepszego zespolenia ze strukturą proszku w czasie prasowania. Prasowanie układu hybrydowego odbywa się w warunkach standardowych dla otrzymywania magnetowodów kompozytowych.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny przez magnetowód ze sprasowanego magnetycznego kompozytu proszkowego z czterema prętami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego, fig. 2 - przekrój wzdłużny przez magnetowód z dwiema blachami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego, fig. 3 - przekrój poprzeczny przez prostopadłościenny magnetowód z dziewięcioma prętami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego, fig. 4 - przekrój poprzeczny przez magnetowód z czterema prętami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego i pokrytymi warstwą klejąca, fig. 5 - przekrój osiowy przez cylindryczny magnetowód z dwiema blachami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego i pokrytymi warstwą klejącą, fig. 6 - przekrój osiowy przez magnetowód z drutami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego, ułożonymi symetrycznie względem osi po zewnętrznym obwodzie, fig. 7 - przekrój osiowy przez cylindryczny magnetowód z drutami wykonanymi z materiału magnetycznie miękkiego, ułożonymi symetrycznie oraz równolegle względem osi i po zewnętrznym obwodzie, fig. 8 - przekrój wzdłużny przez magnetowód z dwiema blachami wykonanymi z materiału

PL 202 423 B1 magnetycznie miękkiego, pokrytymi warstwą klejącą, fig. 9 - charakterystyki magnesowania magneto wodo w hybrydowych i jednolitych, fig. 10 - charakterystyki przenikalności magnetycznej magneto wodo w hybrydowych i jednolitych, a fig. 11 -przedstawia właściwości mechaniczne magnetowodów hybrydowych i jednolitych.

P r z y k ł a d 1

Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jako magnetowód hybrydowy w postaci walca ma wewnątrz sprasowanego magnetycznego kompozytu proszkowego 1 umieszczone dwa elementy elektrotechniczne 3, wykonane z blachy magnetycznie miękkiej.

P r z y k ł a d 2

Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma kształt cylindryczny a wewnątrz ma osiem elementów elektrotechnicznych 3, które stanowią druty wykonane z materiału magnetycznie miękkiego. Druty 3 ułożone są symetrycznie względem osi cylindrycznego magnetowodu hybrydowego przy zewnętrznym jego obwodzie.

P r z y k ł a d 3

Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że ma dwanaście elementów elektrotechnicznych 3, które stanowią pręty wykonane z materiału magnetycznie miękkiego. Pręty 3 ułożone są symetrycznie względem osi i wzdłuż cylindrycznego magnetowodu hybrydowego.

P r z y k ł a d 4

Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym albo szóstym albo siódmym z tą różnicą, że pomiędzy każdym z elementów elektrotechnicznych 3 a sprasowanym magnetycznym kompozytem proszkowym i jest warstwa żywicy termoutwardzalnej 2.

Właściwości magnetyczne magnetowodów z kompozytów proszkowych, ilustrują wykresy, które przedstawiają charakterystyki magnesowania, przenikalności magnetycznej oraz właściwości mechaniczne toroidalnych magnetowodów hybrydowych A i B oraz jednolitego C. Pierwszy magnetowód hybrydowy A ma po obwodzie, w sprasowanym magnetycznym kompozycie proszkowym i centralnie umieszczoną wiązkę drutów stanowiącą elementy elektrotechniczne 2. Druty te wykonane są z materiału magnetycznie miękkiego. Drugi magnetowód hybrydowy B ma umieszczone po obwodzie elementy elektrotechniczne 2 w postaci drutów z materiału magnetycznie miękkiego, przy czym druty te są usytuowane w narożach przekroju poprzecznego sprasowanego magnetycznego kompozytu proszkowego 1, natomiast trzeci magnetowód jest wykonany tylko ze sprasowanego magnetycznego kompozytu proszkowego 1. Magnetowody te wykonane są z identycznego magnetycznego kompozytu proszkowego 1 oraz elementy elektrotechniczne 2 w postaci drutów są wykonane z tego samego materiału magnetycznie miękkiego.

P r z y k ł a d 5

Sposób wytwarzania magnetowodu hybrydowego z kompozytów proszkowych polega na tym, że cylindryczną matrycę zasypuje się magnetycznym kompozytem proszkowym. Podczas zasypywania umieszcza się w matrycy cztery elementy elektrotechniczne 3 w postaci prętów z materiału magnetycznie miękkiego. Po czym zespala się magnetyczny kompozyt proszkowy z prętami 3, poprzez prasowanie.

P r z y k ł a d 6

Sposób wytwarzania magnetowodu hybrydowego z kompozytów proszkowych przebiega jak w przykładzie piątym z tą różnicą, że w prostopadłościennej matrycy umieszcza się dwa elementy elektrotechniczne 3 w postaci arkuszy z blachy elektrotechnicznej.

P r z y k ł a d 75

Sposób wytwarzania magnetowodu hybrydowego z kompozytów proszkowych przebiega jak w przykładzie piątym z tą różnicą, że w prostopadłościennej matrycy umieszcza się dziewięć elementów elektrotechnicznych 3 wykonanych z drutów z materiału magnetycznie miękkiego.

P r z y k ł a d 8

Sposób wytwarzania magnetowodu hybrydowego z kompozytów proszkowych przebiega jak w przykładzie piątym albo drugim albo trzecim z tą różnicą, że elementy elektrotechniczne 3 powleka się cienką warstwą klejącą 2 z żywicy termoutwardzalnej.

Claims

1. Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jako element ze sprasowanego proszku dielektromgnetycznego o dowolnym kształcie, znamienny tym, że wewnątrz elementu ze sprasowanego proszku dielektromgnetycznego (1) jest umieszczony, co najmniej jeden element elektrotechniczny (3).

2. Magnetowód według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy elementem elektrotechnicznym (3) a sprasowanym proszkiem dielektromgnetycznym (1) jest warstwa klejąca (2).

3. Magnetowód według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem elektrotechnicznym (3) jest blacha wykonana z materiału magnetycznie miękkiego.

4. Magnetowód według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem elektrotechnicznym (3) jest drut wykonany z materiału magnetycznie miękkiego.

5. Magnetowód według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem elektrotechnicznym (3) jest pręt wykonany z materiału magnetycznie miękkiego.

6. Sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych polegający na tym, że magnetyczne kompozyty proszkowe zespala się poprzez prasowanie, znamienny tym, że matrycę zasypuje się magnetycznym kompozytem proszkowym, przy czym podczas zasypywania umieszcza się w matrycy co najmniej jeden element elektrotechniczny (3), po czym zespala się magnetyczny kompozyt proszkowy z elementami elektrotechnicznymi (3), poprzez prasowanie.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako elementy elektrotechniczne (3) umieszcza się w matrycy blachę z materiału magnetycznie miękkiego.

8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako elementy elektrotechniczne (3) umieszcza się w matrycy druty wykonane z materiału magnetycznie miękkiego.

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako elementy elektrotechniczne (3) umieszcza się w matrycy pręty wykonane z materiału magnetycznie miękkiego.

10. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że elementy elektrotechniczne (3) powleka się cienką warstwą klejącą (2).