ES2775211T3 - Production method of an annular magnetic core made with Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy and production method of a magnetic device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Método de producción de un núcleo magnético anular que comprende devanar una cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, en la cual parte del Fe está sustituida con Ni y/o Co, y tratar térmicamente la cinta en un campo magnético de 1.000 A/m o superior aplicado en una dirección de anchura de la cinta a una temperatura igual o superior a una temperatura de inicio de cristalización con una velocidad de elevación de la temperatura de 5ºC/minuto o inferior; en donde dicha cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, comprende Ni y/o Co de un 4 a un 6% atómico, de un 0,1 a un 2% atómico de Cu, de un 0,1 a un 4% atómico de Nb, de un 10 a un 11,5% atómico de Si, y de un 9,2 a un 10% atómico de B, y en donde dicha cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, comprende más de un 75,5% atómico en total de Fe y Ni y/o Co.Production method of an annular magnetic core that comprises winding a soft, nanocrystalline, Fe-based magnetic alloy tape, in which part of the Fe is replaced with Ni and / or Co, and heat treating the tape in a magnetic field of 1,000 A / m or higher applied in a tape width direction at a temperature equal to or higher than a crystallization initiation temperature with a temperature rise rate of 5 ° C / minute or lower; wherein said Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy tape comprises Ni and / or Co from 4 to 6 atomic%, from 0.1 to 2 atomic% Cu, from 0.1 to 4 atomic% Nb, 10 to 11.5 atomic% Si, and 9.2 to 10 atomic% B, and wherein said Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy ribbon comprises more than 75.5 atomic% in total of Fe and Ni and / or Co.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método de producción de un núcleo magnético anular realizado con aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, y método de producción de un dispositivo magnético que comprende el mismoProduction method of an annular magnetic core made of Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy and production method of a magnetic device comprising the same
Campo de la invenciónField of the invention
La presente invención se refiere a un método de producción de un núcleo magnético anular usado, por ejemplo, en un filtro de ruido, etcétera, dispuesto entre una fuente de alimentación y un dispositivo electrónico con el fin de suprimir ruido en una corriente grande, y a un método de producción de un dispositivo magnético que comprende el mismo.The present invention relates to a method of producing an annular magnetic core used, for example, in a noise filter, etc., arranged between a power supply and an electronic device in order to suppress noise in a large current, and a method of producing a magnetic device comprising the same.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
En un circuito electrónico que comprende una fuente 201 de alimentación, un inversor 202, un dispositivo electrónico 203, etcétera, según se muestra en la Fig. 9, se producen ruidos tales como un ruido de conmutación de alta frecuencia generado desde la parte de conversión de la fuente 201 de alimentación, un ruido de impulsos de alto voltaje generado desde el dispositivo electrónico 203, por ejemplo un motor, etcétera, que provocan funcionamientos defectuosos. Para evitar dichos ruidos, entre la fuente 201 de alimentación y el inversor 202 y el dispositivo electrónico 203 se dispone un filtro 10 de ruido.In an electronic circuit comprising a power supply 201, an inverter 202, an electronic device 203, and so on, as shown in Fig. 9, noises such as a high-frequency switching noise generated from the conversion part are produced. from the power source 201, a high voltage pulse noise generated from the electronic device 203, for example a motor, etc., causing malfunctions. To avoid such noises, a noise filter 10 is arranged between the power supply 201 and the inverter 202 and the electronic device 203.
La Fig. 10 muestra la estructura general de un filtro 10 de ruido para una fuente de alimentación trifásica. Este filtro 10 de ruido comprende condensadores interfase C11, C12, C13, C21, C22, C23 para reducir el ruido de modo normal, una bobina 5 de choque de modo común para reducir el ruido de modo común, y condensadores C31, C32, C33 conectados a tierra, entre terminales 101a de entrada en el lado de la fuente de alimentación y terminales 101b de salida en el lado del dispositivo electrónico. Para suprimir el ruido de modo normal puede disponerse una bobina de choque en serie con el recorrido de cada fuente de alimentación.Fig. 10 shows the general structure of a noise filter 10 for a three-phase power supply. This noise filter 10 comprises interface capacitors C11, C12, C13, C21, C22, C23 to reduce normal mode noise, a common mode choke 5 to reduce common mode noise, and capacitors C31, C32, C33 connected to ground, between input terminals 101a on the power supply side and output terminals 101b on the electronic device side. To suppress noise in the normal way, a choke coil may be arranged in series with the path of each power source.
La Fig. 11 muestra un ejemplo de bobinas 5 de choque de modo común. Esta bobina 5 de choque de modo común comprende, según se describe en el documento JP 2000-340437 A, por ejemplo, un núcleo magnético anular 1 formado por ferrita de Mn-Zn, una aleación de Fe-Si-B amorfa, una aleación magnética blanda, nanocristalina de Fe-Si-B, etcétera, y pluralidades de bobinas 7a, 7b, 7c enrolladas en torno al núcleo magnético anular 1. La bobina puede ser de devanado bifilar. La bobina 5 de choque de modo común tiene una impedancia elevada para el ruido de modo común del recorrido de la fuente de alimentación, atenuando el ruido de modo común de la fuente de alimentación por medio de la inductancia de las bobinas 7a, 7b, 7c y los condensadores C31, C32, C33 conectados a tierra, y atenuando el ruido de modo normal en los terminales de entrada por medio de los condensadores interfase C11, C12, C13 conectados entre los terminales de entrada, los condensadores interfase C21, C22, C23 conectados entre los terminales de salida, y la inductancia de fuga de cada bobina, evitando, así, que el ruido de la fuente de alimentación y de los dispositivos electrónicos interactúe uno con otro. Debido a que la supresión de ruido según una normativa VCCI ó CISPR determina, por ejemplo, el límite del ruido de emisiones conducidas (noise terminal voltage) en una banda de frecuencias de 150 kHz a 30 MHz, se requiere que los filtros de ruido reduzcan el ruido de alto voltaje, así como el ruido en un intervalo amplio de frecuencias. Para suprimir el ruido de alto voltaje, es importante la densidad de flujo magnético de saturación del material magnético usado para los núcleos de las bobinas de choque de modo común. Para suprimir el ruido en una banda amplia de frecuencias, son importantes la permeabilidad del material magnético y sus características de frecuencia.Fig. 11 shows an example of common mode choke coils 5. This common mode choke coil 5 comprises, as described in JP 2000-340437 A, for example, an annular magnetic core 1 formed by Mn-Zn ferrite, an amorphous Fe-Si-B alloy, an alloy soft magnetic, Fe-Si-B nanocrystalline, etc., and pluralities of coils 7a, 7b, 7c wound around the annular magnetic core 1. The coil can be of bifilar winding. The common mode choke 5 has a high impedance for the common mode noise of the power supply circuit, attenuating the common mode noise of the power supply by means of the inductance of the coils 7a, 7b, 7c and the capacitors C31, C32, C33 connected to ground, and attenuating the noise in the normal way in the input terminals by means of the interface capacitors C11, C12, C13 connected between the input terminals, the interface capacitors C21, C22, C23 connected between the output terminals, and the leakage inductance of each coil, thus preventing noise from the power supply and electronic devices from interacting with each other. Since noise suppression according to a VCCI or CISPR standard determines, for example, the noise limit of conducted emissions ( noise terminal voltage) in a frequency band from 150 kHz to 30 MHz, noise filters are required to reduce high-voltage noise, as well as noise over a wide frequency range. To suppress high voltage noise, the saturation magnetic flux density of the magnetic material used for the cores of the common mode chokes is important. To suppress noise in a wide frequency band, the permeability of the magnetic material and its frequency characteristics are important.
El documento JP 7-74419 B da a conocer una aleación magnética blanda, basada en Fe, que tiene una composición representada por la fórmula general de (Fe-i-aMa)100-x-Y-z-aCuxSiYBzM'a, en donde M es Co y/o Ni, M' es por lo menos un elemento seleccionado del grupo consistente en Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti y Mo, a, x, y, z y a cumplen 0 < a < 0,5, 0,1 < x < 3, 0 < y < 30, 0 < z < 25, 5 < y z < 30, y 0,1 < a < 30; estando ocupado por lo menos el 50% de su estructura por granos cristalinos finos que tienen un tamaño de grado medio de 100 nm o inferior, siendo el balance sustancialmente amorfo. Esta aleación magnética blanda, basada en Fe, tiene una alta permeabilidad a altas frecuencias, aunque se satura magnéticamente de manera sencilla con una corriente elevada, con lo que es probable que no consiga presentar una función adecuada para las bobinas de choque. Cuando un núcleo magnético se satura magnéticamente con una corriente elevada, su permeabilidad se reduce, dando como resultado una baja inductancia. Por lo tanto, cuando se usa para un filtro de ruido, el ruido de modo común y el ruido de modo normal se atenúan menos. Cuando el núcleo magnético está provisto de un entrehierro magnétiJP 7-74419 B discloses an Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the general formula (Fe-i-aMa) 100 -xYz-aCuxSiYBzM'a, where M is Co and / or Ni, M 'is at least one element selected from the group consisting of Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti and Mo, a, x, y, z and satisfy 0 <a <0.5, 0.1 <x <3, 0 <y <30, 0 <z <25, 5 <yz <30, and 0.1 <a <30; at least 50% of its structure being occupied by fine crystalline grains having a mean grade size of 100 nm or less, the balance being substantially amorphous. This soft, Fe-based magnetic alloy has high permeability at high frequencies, although it is easily magnetically saturated with a high current, thus it may not be able to perform well for choke coils. When a magnetic core becomes magnetically saturated with a high current, its permeability is reduced, resulting in low inductance. Therefore, when used for a noise filter, common mode noise and normal mode noise are less attenuated. When the magnetic core is provided with a magnetic air gap
en el núcleo se incrementan, y se fuga flujo magnético del entrehierro magnético.in the core are increased, and magnetic flux leaks from the magnetic gap.
El documento JP 2006-525655 A da a conocer un núcleo magnético formado por una aleación cristalina ultrafina que tiene una permeabilidad específica p de 500 a 15.000, una magnetostricción de saturación X inferior a 15 ppm, y características de funcionamiento intensivo en un bucle lineal de B-H y en AC y DC; estando ocupado por lo menos el 50% de la aleación cristalina ultrafina por partículas de cristal finas que tienen un tamaño de grano medio de 100 nm o inferior; y teniendo la aleación cristalina ultrafina una composición representada por la fórmula general de FeaCobNicCudMcSifBgXh, en donde M es por lo menos uno de V, Nb, Ta, Ti, Mo, W, Zr, Cr, Mn y Hf, X es P, Ge, C e impurezas inevitables, y expresándose a, b, c, d, e, f, g y h en % atómico, y cumpliendo las condiciones de 0 < b < 40, 2 < c < 20, 0,5 < d <2, 1 < e < 6, 6,5 < f < 18, 5 < g <14, 5 < b c < 45, a b c d e f = 100, y h < 5. No obstante, se ha observado que núcleos magnéticos que presentan las composiciones descritas específicamente en el documento JP 2006-525655 A padecen el problema de que no puede mantenerse fácilmente una alta permeabilidad específica de AC pr en un campo magnético DC de 150 A/m o superior.JP 2006-525655 A discloses a magnetic core formed by an ultra-fine crystalline alloy having a specific permeability p of 500 to 15,000, a saturation magnetostriction X of less than 15 ppm, and characteristics of intensive operation in a linear loop of BH and in AC and DC; at least 50% of the ultrafine crystalline alloy being occupied by fine crystal particles having a mean grain size of 100 nm or less; and the ultrafine crystalline alloy having a composition represented by the general formula of FeaCobNicCudMcSifBgXh, where M is at least one of V, Nb, Ta, Ti, Mo, W, Zr, Cr, Mn and Hf, X is P, Ge , C and unavoidable impurities, and expressing a, b, c, d, e, f, g and h in atomic%, and fulfilling the conditions of 0 <b <40, 2 <c <20, 0.5 <d <2, 1 <e <6, 6.5 <f <18, 5 <g <14, 5 <bc <45, abcdef = 100, and h <5. However, it has been observed that magnetic cores presenting the compositions specifically described in JP 2006-525655 A suffer from the problem that a high specific permeability of AC pr cannot be easily maintained in a DC magnetic field of 150 A / m or higher.
El documento DE 102011 002114 A1 da a conocer un núcleo devanado a partir de cintas de Fe-Cu-Nb-Si-B con hasta un 5% de sustitución de Fe por Ni ó Co. El núcleo se calienta por encima de la temperatura de cristalización y se orienta mediante campos elevados en la dirección de la anchura de la cinta, sin especificar velocidades de calentamiento.DE 102011 002114 A1 discloses a core wound from Fe-Cu-Nb-Si-B ribbons with up to 5% substitution of Fe by Ni or Co. The core is heated above the temperature of crystallization and is oriented by high fields in the direction of the width of the belt, without specifying heating rates.
Objetivo de la invenciónObject of the invention
Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método de producción de un núcleo magnético anular capaz de mantener una alta permeabilidad incluso en una corriente elevada con una alta resistencia a la saturación magnética, y un método de producción de un dispositivo magnético tal como una bobina de choque, etcétera, que presente un excelente efecto de reducción de ruido.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of producing an annular magnetic core capable of maintaining high permeability even at high current with a high resistance to magnetic saturation, and a method of producing such a magnetic device such as a choke coil, etc., exhibiting excellent noise reduction effect.
Exposición de la invenciónPresentation of the invention
El núcleo magnético anular producido con el método de la presente invención está formado por una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, en la cual parte del Fe está sustituida con Ni y/o Co, y que tiene una permeabilidad específica de AC pr100k(50) de 4.000 o superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético Dc de 50 A/m;The annular magnetic core produced with the method of the present invention is formed by a soft, nanocrystalline magnetic alloy, based on Fe, in which part of the Fe is substituted with Ni and / or Co, and which has a specific permeability of AC pr 100 k ( 50 ) of 4,000 or higher at a frequency of 100 kHz and a magnetic field intensity Dc of 50 A / m;
una permeabilidad específica de AC pr100k(150) de 2.500 o superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m; ya specific permeability of AC pr 100 k ( 150 ) of 2,500 or higher at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field intensity of 150 A / m; and
la permeabilidad máxima pMax de 8.000 ó inferior, y una densidad de flujo magnético B400 de 1,3 T ó superior a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m.the maximum permeability pMax of 8,000 or less, and a B 400 magnetic flux density of 1.3 T or greater at a DC magnetic field intensity of 400 A / m.
El anterior núcleo magnético anular tiene, preferentemente, una permeabilidad específica de AC pr10k(150) de 4.000 o superior a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC 150 A/m, y una permeabilidad específica de AC pr-i0k(200) de 2.000 o superior a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 200 A/m.The above annular magnetic core preferably has a specific permeability of AC pr 10 k ( 150 ) of 4,000 or higher at a frequency of 10 kHz and a magnetic field intensity of DC 150 A / m, and a specific permeability of AC pr- i 0 k ( 200 ) of 2,000 or higher at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 200 A / m.
El método de la presente invención se especifica en la reivindicación 1.The method of the present invention is specified in claim 1.
La anterior aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, está, preferentemente, en forma de una cinta de un grosor de hasta 10-25 pm. Más preferentemente, la anterior cinta tiene un grosor de hasta 14/25 pm. El dispositivo magnético producido de acuerdo con la presente invención comprende el anterior núcleo magnético anular contenido en una carcasa de resina, estando fijada parte del núcleo magnético anular con un adhesivo. En el primer ejemplo, un conductor penetra a través de una parte hueca del núcleo magnético anular. En el segundo ejemplo, un conductor está enrollado en torno al núcleo magnético anular. El conductor es un hilo metálico conductor o un embarrado.The above Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy is preferably in the form of a ribbon up to 10-25 µm thick. More preferably, the above tape has a thickness of up to 14/25 pm. The magnetic device produced according to the present invention comprises the above annular magnetic core contained in a resin casing, part of the annular magnetic core being fixed with an adhesive. In the first example, a conductor penetrates through a hollow part of the annular magnetic core. In the second example, a conductor is wound around the annular magnetic core. The conductor is a conductive metallic wire or a busbar.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La Fig. 1 es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo de los núcleos magnéticos anulares producidos según la presente invención (Ejemplo 1).Fig. 1 is a perspective view showing an example of the annular magnetic cores produced according to the present invention (Example 1).
La Fig. 2 es una gráfica que muestra un bucle de B-H DC del núcleo magnético anular del Ejemplo 1.Fig. 2 is a graph showing a B-H DC loop of the annular magnetic core of Example 1.
La Fig. 3 es una gráfica que muestra la relación entre la permeabilidad específica de AC pr y la intensidad de campo magnético en el núcleo magnético anular del Ejemplo 1. Fig. 3 is a graph showing the relationship between the specific permeability of AC pr and the magnetic field intensity in the annular magnetic core of Example 1.
La Fig. 4 es una gráfica que muestra las características de frecuencia de la permeabilidad específica de AC pr en el núcleo magnético anular del Ejemplo 1.Fig. 4 is a graph showing the frequency characteristics of the AC pr specific permeability in the annular magnetic core of Example 1.
La Fig. 5 es una gráfica que muestra las características de frecuencia de la impedancia en la bobina de choque del Ejemplo 2.Fig. 5 is a graph showing the frequency characteristics of the impedance in the choke of Example 2.
La Fig. 6 es una gráfica que muestra las características de la inductancia con superposición de corriente DC en las bobinas de choque del Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 1.Fig. 6 is a graph showing the characteristics of the inductance with DC current overlap in the choke coils of Example 2 and Comparative Example 1.
La Fig. 7 es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo de bobinas de choque de modo común trifásicas. La Fig. 8 es una gráfica que muestra las características frecuenciales de impedancia e inductancia en la bobina de choque de modo común trifásica del Ejemplo 3.Fig. 7 is a perspective view showing an example of a triphasic common mode choke. Fig. 8 is a graph showing the frequency characteristics of impedance and inductance in the three-phase common mode choke of Example 3.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que muestra un circuito que comprende un filtro de ruido dispuesto entre una fuente de alimentación y un dispositivo electrónico.Fig. 9 is a block diagram showing a circuit comprising a noise filter arranged between a power supply and an electronic device.
La Fig. 10 es una vista que muestra un ejemplo de las estructuras del circuito de un filtro de ruido para una fuente de alimentación trifásica.Fig. 10 is a view showing an example of the circuit structures of a noise filter for a three-phase power supply.
La Fig. 11 (a) es una vista frontal que muestra un ejemplo de bobinas de choque de modo común.Fig. 11 (a) is a front view showing an example of common mode choke coils.
La Fig. 11(b) es una vista frontal que muestra otro ejemplo de bobinas de choque de modo común.Fig. 11 (b) is a front view showing another example of common mode choke coils.
La Fig. 12 es una vista esquemática, explosionada, en perspectiva, que muestra un núcleo magnético anular dispuesto en una carcasa de núcleo aislante.FIG. 12 is a schematic, exploded, perspective view showing an annular magnetic core disposed in an insulating core shell.
Descripción de las realizaciones preferidasDescription of the preferred embodiments
A continuación se explicarán detalladamente las realizaciones producidas de acuerdo con la presente invención en referencia a los dibujos adjuntos, sin intención de limitar la presente invención a ellas. Las explicaciones de cada realización serán aplicables a otras realizaciones a no ser que se mencione lo contrario.The embodiments produced in accordance with the present invention will now be explained in detail with reference to the accompanying drawings, without intending to limit the present invention to them. The explanations of each embodiment will apply to other embodiments unless otherwise mentioned.
[1] Aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe[1] Fe-based, nanocrystalline, soft magnetic alloy
Una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, usada en el núcleo magnético anular producido de acuerdo con la presente invención tiene una composición en la cual parte del Fe está sustituida con Ni y/o Co. Para tener las características deseadas de B-H, la misma tiene, preferentemente, un composición representada con la fórmula general de Fea(Ni, Co)bCucNbdSieBf (% atómico), en donde 75,5 < a b, 4 < b <6, 0,1 < c <2, 0,1 < d <4, 10 < e < 11,5, 9,2 < f < 10, y a b c d e f = 100, excepto por las impurezas. En la fórmula anterior, (Ni, Co) significa Ni y/o Co.A soft, nanocrystalline, Fe-based magnetic alloy used in the annular magnetic core produced according to the present invention has a composition in which part of the Fe is substituted with Ni and / or Co. To have the desired characteristics of BH, it preferably has a composition represented by the general formula of Fe a (Ni, Co) b Cu c Nb d Si e B f (atomic%), where 75.5 <ab, 4 <b <6.0 , 1 <c <2, 0.1 <d <4, 10 <e <11.5, 9.2 <f <10, and abcdef = 100, except for impurities. In the above formula, (Ni, Co) means Ni and / or Co.
(1) Fe, y Ni y/ó Co(1) Fe, and Ni and / or Co
Fe es un elemento que domina una densidad de flujo magnético de saturación Bs. Para lograr una densidad de flujo magnético B400 de 1,3 T ó superior a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m, Fe y Ni y/o Co son más de un 75,5% atómico en total.Fe is an element that dominates a saturation magnetic flux density Bs. To achieve a B400 magnetic flux density of 1.3 T or higher at a DC magnetic field intensity of 400 A / m, Fe and Ni and / or Co they are more than 75.5 atomic% in total.
La sustitución de parte del Fe por ni y/ó Co puede hacer que aumente la anisotropía magnética de inducción. Por consiguiente, un tratamiento térmico en un campo magnético puede hacer que disminuya la permeabilidad específica intencionadamente sin reducir de forma drástica la densidad de flujo magnético de saturación, con lo cual se dota a la aleación de resistencia a la saturación magnética en una corriente grande. Además, la adición de Ni y/ó Co hace que disminuyan las pérdidas en el núcleo Pcv. La cantidad de Ni y/ó Co adicionada es de entre un 4 y un 6% atómico. Más de un 6% atómico de Ni y/ó Co hace que se reduzca la permeabilidad en gran parte, con lo cual resulta difícil lograr una permeabilidad específica de AC pr100k(50) de 4.000 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 50 A/m, y una permeabilidad específica de AC pr100k(150) de 2.500 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m. Para obtener la impedancia necesaria, debe incrementarse el número de devanado, resultando inadecuado para una bobina de choque. La permeabilidad interior se obtiene aplicando un campo magnético en una dirección perpendicular al trayecto magnético del núcleo magnético (dirección de anchura de la aleación) durante el tratamiento térmico.Substitution of part of the Fe for ni and / or Co can increase the induction magnetic anisotropy. Consequently, a heat treatment in a magnetic field can intentionally lower the specific permeability without drastically reducing the saturation magnetic flux density, thereby endowing the alloy with resistance to magnetic saturation at a large current. In addition, the addition of Ni and / or Co reduces the losses in the Pcv core. The amount of Ni and / or Co added is between 4 and 6 atomic%. More than 6 atomic% Ni and / or Co causes the permeability to be greatly reduced, making it difficult to achieve a specific permeability of AC pr100 k ( 50 ) of 4,000 or more at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field intensity of 50 A / m, and a specific permeability of AC pr100 k ( 150 ) of 2,500 or higher at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field intensity of 150 A / m. To obtain the required impedance, the number of windings must be increased, making it unsuitable for a choke. The internal permeability is obtained by applying a magnetic field in a direction perpendicular to the magnetic path of the magnetic core (width direction of the alloy) during heat treatment.
Puesto que el Ni hace que se reduzca la densidad de flujo magnético de saturación Bs, la adición de solo más de un 6% atómico de Ni hace que resulte difícil lograr una densidad de flujo magnético B400 de 1,3 T ó superior. Since Ni causes the saturation magnetic flux density Bs to be reduced, the addition of only more than 6 atomic% Ni makes it difficult to achieve a B400 magnetic flux density of 1.3 T or greater.
Puesto que el Ni es más eficaz que el Co en la inclinación de la curva de B-H (reducción de la permeabilidad específica) en un intervalo del 6% atómico ó inferior, la cantidad de Co adicionada puede reducirse.Since Ni is more effective than Co in steepening the B-H curve (reduction of specific permeability) in a range of 6 atomic% or less, the amount of Co added can be reduced.
El Co hace que aumente ligeramente la densidad de flujo magnético de saturación Bs, pero resulta desventajoso en cuanto a su coste ya que es más caro que el Ni. Con Co al que se le ha adicionado Ni, la reducción de la densidad de flujo magnético de saturación Bs se suprime preferentemente dependiendo del porcentaje de Co. El Cu es un elemento necesario para precipitar granos cristalinos finos mediante un tratamiento térmico. Menos de un 0,1% atómico de Cu hace que resulte difícil obtener granos cristalinos finos con un tamaño de grano cristalino medio de 100 nm o inferior, que ocupan un 50% ó más en volumen de la estructura de la aleación. Además, más de un 2% atómico de Cu hace que una cinta de aleación amorfa con pretratamiento térmico resulte quebradiza, con lo cual se complican el devanado y el troquelado. Por consiguiente, la cantidad de Cu adicionada es, preferentemente, del 0,1 al 2% atómico, más preferentemente del 0,5 al 1,5% atómico.Co causes the saturation magnetic flux density Bs to increase slightly, but is cost-effective as it is more expensive than Ni. With Co to which Ni has been added, the reduction of the saturation magnetic flux density Bs is preferably suppressed depending on the percentage of Co. Cu is a necessary element to precipitate fine crystalline grains by heat treatment. Less than 0.1 atomic% Cu makes it difficult to obtain fine crystalline grains with an average crystalline grain size of 100 nm or less, occupying 50% or more by volume of the alloy structure. In addition, more than 2 atomic% Cu makes a heat-pretreated amorphous alloy tape brittle, complicating winding and punching. Accordingly, the amount of Cu added is preferably 0.1 to 2 atomic%, more preferably 0.5 to 1.5 atomic%.
El Nb contribuye a la precipitación de granos cristalinos finos junto con el Cu. Con menos de un 0,1% atómico de Nb, el efecto anterior no se logra de manera suficiente. Por otro lado, ni siquiera más de un 4% atómico de Nb cambia considerablemente el efecto de precipitación de granos cristalinos finos, pero reduce las cantidades de otros elementos metálicos por su contenido, deteriorando probablemente las propiedades magnéticas. Por consiguiente, la cantidad de Nb adicionada es, preferentemente, del 0,1 al 4% atómico, más preferentemente del 1 al 3,5% atómico. Parte o la totalidad de Nb se puede sustituir con un elemento que tenga la misma función que la correspondiente del Nb, tal como Ti, Zr, Hf, Mo, W ó Ta.Nb contributes to the precipitation of fine crystalline grains together with Cu. With less than 0.1 atomic% Nb, the above effect is not sufficiently achieved. On the other hand, not even more than 4 atomic% of Nb considerably changes the effect of precipitation of fine crystalline grains, but reduces the amounts of other metallic elements due to their content, probably deteriorating the magnetic properties. Accordingly, the amount of Nb added is preferably 0.1 to 4 atomic%, more preferably 1 to 3.5 atomic%. Part or all of Nb can be replaced with an element that has the same function as that of Nb, such as Ti, Zr, Hf, Mo, W or Ta.
Tanto el Si como el B son elementos constituyentes de fases amorfas. Con un 8% atómico ó más de Si, la fase amorfa se forma de manera estable por temple, dando como resultado una baja coercitividad Hc y una baja pérdida en el núcleo Pcv. No obstante, más del 12% atómico de Si hace que se reduzca la densidad de flujo magnético de saturación Bs. En la anisotropía magnética de inducción influye la cantidad de Si en granos cristalinos de Fe que tienen una estructura bcc. Por consiguiente, la cantidad de Si adicionada es del 10 al 11,5% atómico.Both Si and B are constituent elements of amorphous phases. With 8 atomic% or more Si, the amorphous phase is stably formed by quenching, resulting in low Hc coercivity and low Pcv core loss. However, more than 12 atomic% of Si causes the saturation magnetic flux density Bs to decrease. Induction magnetic anisotropy is influenced by the amount of Si in crystalline Fe grains having a bcc structure. Consequently, the amount of Si added is 10 to 11.5 atomic%.
Con un 9% atómico o más de B, la fase amorfa se forma de manera estable por temple, dando como resultado una fase nanocristalina uniforme después de un tratamiento térmico. No obstante, más del 12% atómico de B hace que se reduzca la densidad de flujo magnético de saturación Bs. Para evitar la saturación de permeabilidad en un intervalo amplio de frecuencias en una corriente grande (en un campo magnético fuerte), la cantidad de B adicionada es del 9,2 al 10% atómico. Preferentemente, la cantidad total de Si y B es del 22% atómico o inferior, más preferentemente del 21% atómico o inferior.With 9 atomic% or more of B, the amorphous phase is stably formed by quenching, resulting in a uniform nanocrystalline phase after heat treatment. However, more than 12 atomic% of B causes the saturation magnetic flux density Bs to be reduced. To avoid permeability saturation over a wide range of frequencies in a large current (in a strong magnetic field), the amount of B added is 9.2 to 10 atomic%. Preferably, the total amount of Si and B is 22 atomic% or less, more preferably 21 atomic% or less.
[2] Cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe[2] Fe-based, nanocrystalline, soft magnetic alloy tape
La cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe tiene un grosor, preferentemente, de hasta entre 10 y 25 pm. Con un grosor inferior a 10 pm, la cinta no tiene solamente una resistencia mecánica insuficiente, que da como resultado fácilmente roturas durante su manipulación, sino que tiene también una alta coercitividad Hc. Con un grosor superior a 25 pm, la cinta no tiene de manera estable una estructura amorfa, experimentando grandes pérdidas por corrientes de Foucault. Sin tener en cuenta las pérdidas por corrientes de Foucault, la cinta tiene, preferentemente, un grosor de hasta entre 14 y 25 pm.The Fe-based, nanocrystalline, soft magnetic alloy tape is preferably up to 10-25 µm thick. With a thickness less than 10 pm, the tape not only has insufficient mechanical strength, which easily results in breakage during handling, but also has high coercivity Hc. With a thickness greater than 25 pm, the tape does not have an amorphous structure stably, experiencing large losses due to eddy currents. Without taking eddy current losses into account, the tape preferably has a thickness of up to 14-25 pm.
La Fig. 1 muestra un ejemplo de núcleos magnéticos anulares 1 producidos de acuerdo con la presente invención, que se obtiene devanando la cinta 100 de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe. Aparte del núcleo magnético devanado mostrado en la Fig. 1, puede obtenerse un núcleo magnético troquelando la cinta con una forma de donut, y laminando pluralidades de las cintas en forma de donut. El núcleo magnético anular 1 no se limita a una forma circular, sino que puede tener una forma de circuito de carreras, una forma rectangular, etcétera.Fig. 1 shows an example of annular magnetic cores 1 produced in accordance with the present invention, which is obtained by winding the Fe-based, nanocrystalline soft magnetic alloy ribbon 100. Apart from the wound magnetic core shown in Fig. 1, A magnetic core can be obtained by punching the tape into a donut shape, and laminating pluralities of the tapes into a donut shape. The annular magnetic core 1 is not limited to a circular shape, but can have a racing circuit shape, a rectangular shape, and so on.
[3] Método de producción del núcleo magnético anular[3] Production method of the annular magnetic core
(1) Producción de cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe(1) Production of Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy tape
Para obtener una cinta de aleación magnética blanda, nanocristalina, basada Fe, en primer lugar se templa, por ejemplo, una masa fundida de aleación que tiene una composición predeterminada, por medio de un método conocido de un único rodillo, con el fin de formar una cinta de aleación amorfa, basada en Fe, que tiene un grosor de diez pm ó algo más a aproximadamente 30 pm, preferentemente de 10 a 25 pm, más preferentemente de 14 a 25 pm. La cinta de aleación amorfa, basada en Fe, puede contener parcialmente granos cristalinos finos en la estructura. La cinta de aleación amorfa, basada en Fe, se devana o lamina para formar un núcleo magnético anular. En este caso, las cintas están, preferentemente, aisladas. To obtain a Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy tape, first, for example, an alloy melt having a predetermined composition is quenched, by means of a known single-roll method, in order to form an amorphous Fe-based alloy ribbon having a thickness of 10 pm or somewhat more at about 30 pm, preferably 10-25 pm, more preferably 14-25 pm. The Fe-based amorphous alloy ribbon may partially contain fine crystalline grains in the structure. The Fe-based amorphous alloy ribbon is wound or rolled to form an annular magnetic core. In this case, the tapes are preferably insulated.
(2) Tratamiento térmico en campo magnético(2) Heat treatment in magnetic field
El núcleo magnético anular resultante se trata térmicamente en un campo magnético a una temperatura igual o superior a la temperatura de inicio de cristalización durante 10 minutos o más, en una atmósfera de gas inerte tal como un gas nitrógeno, o al aire, para obtener un núcleo magnético anular de una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, estando ocupado el 50% en volumen o más de su estructura por granos cristalinos de Fe-bcc finos que tienen un tamaño de grano cristalino medio de 100 nm o menor. La temperatura de precipitación de granos cristalinos de Fe-bcc (temperatura de inicio de cristalización) es de aproximadamente 480 a 560°C, aunque es variable en función de la composición de la aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe. La temperatura de inicio de cristalización es una temperatura de inicio de generación de calor medida por calorimetría diferencial de barrido. Cuando se precipitan fases compuestas, tales como Fe2B, etcétera, la coercitividad Hc aumenta, perdiéndose constancia de permeabilidad. Por consiguiente, el límite superior de la temperatura de tratamiento térmico es, preferentemente una temperatura hasta la cual no se precipitan fases compuestas.The resulting annular magnetic core is heat treated in a magnetic field at a temperature equal to or higher than the crystallization initiation temperature for 10 minutes or more, in an atmosphere of inert gas such as nitrogen gas, or in air, to obtain a annular magnetic core of a soft, nanocrystalline, Fe-based magnetic alloy, 50% by volume or more of its structure being occupied by fine Fe-bcc crystalline grains having an average crystalline grain size of 100 nm or less. The precipitation temperature of crystalline Fe-bcc grains (crystallization initiation temperature) is approximately 480 to 560 ° C, although it is variable depending on the composition of the Fe-based, nanocrystalline, soft magnetic alloy. Crystallization start is a heat generation start temperature measured by differential scanning calorimetry. When compound phases, such as Fe2B, etc., precipitate, the coercivity Hc increases, losing constancy of permeability. Accordingly, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably a temperature up to which no compound phases precipitate.
En el tratamiento térmico en un campo magnético, la temperatura y el tiempo de mantenimiento son importantes. Debido a que en la anisotropía magnética de inducción influye la cantidad de Si en los granos cristalinos de Fe que tienen una estructura bcc, el Si se debería disolver suficientemente en el Fe durante la cristalización. Por consiguiente, el tiempo de mantenimiento de la temperatura más alta es, preferentemente, 10 minutos o superior. Una temperatura de tratamiento térmico menor necesita un mayor tiempo de mantenimiento. Teniendo en cuenta la productividad, el límite superior es, preferentemente, 60 minutos.In heat treatment in a magnetic field, temperature and holding time are important. Since the amount of Si in crystalline Fe grains having a bcc structure is influenced by induction magnetic anisotropy, Si should be sufficiently dissolved in Fe during crystallization. Accordingly, the holding time of the highest temperature is preferably 10 minutes or more. A lower heat treatment temperature requires a longer holding time. Considering productivity, the upper limit is preferably 60 minutes.
Cuando se aplica un tratamiento térmico en un campo magnético en una dirección perpendicular al trayecto magnético del núcleo magnético anular (dirección de anchura de la cinta), la curva de B-H se inclina con una linealidad mejorada, dando como resultado una baja permeabilidad específica, una baja relación de cuadratura, y una excelente constancia de permeabilidad. El tratamiento térmico en un campo magnético per se es un método conocido según se revela, por ejemplo, en el documento JP 7-74419 B. Para saturar la aleación, se aplica un campo magnético de 1.000 A/m o superior.When a heat treatment is applied in a magnetic field in a direction perpendicular to the magnetic path of the annular magnetic core (tape width direction), the BH curve is tilted with improved linearity, resulting in low specific permeability, a low quadrature ratio, and excellent permeability constancy. Heat treatment in a magnetic field per se is a known method as disclosed, for example, in JP 7-74419 B. To saturate the alloy, a magnetic field of 1,000 A / m or higher is applied.
En una etapa prematura de cristalización, el Si no se disuelve suficientemente en una solución sólida, no consiguiendo inducir la anisotropía. No obstante, a medida que se disuelve más Si, se induce más rápidamente la anisotropía. Por consiguiente, es preferible comenzar aplicando un campo magnético a una temperatura inferior a la temperatura de cristalización.In a premature stage of crystallization, Si does not dissolve sufficiently in a solid solution, failing to induce anisotropy. However, as more Si dissolves, anisotropy is induced more rapidly. Therefore, it is preferable to start by applying a magnetic field at a temperature lower than the crystallization temperature.
La velocidad de elevación de la temperatura hasta alcanzar la temperatura de mantenimiento desde el inicio de la aplicación de un campo magnético es 5°C/minuto o inferior. Una velocidad de elevación de la temperatura demasiado elevada genera una cristalización prematura por el calor generado por la cristalización. Aunque, después de la cristalización, se puede inducir la anisotropía, esta es insuficiente en comparación con la que se obtiene durante la cristalización. Además, la cristalización puede finalizar con insuficiente Si disuelto. Para obtener una suficiente inducción de anisotropía, la velocidad de elevación de la temperatura es, más preferentemente, inferior a 1°C/minuto.The rate of temperature rise until reaching the maintenance temperature from the start of the application of a magnetic field is 5 ° C / minute or less. Too high a temperature rise rate causes premature crystallization due to the heat generated by crystallization. Although anisotropy can be induced after crystallization, it is insufficient compared to that obtained during crystallization. Also, crystallization can end with insufficient Si dissolved. To obtain a sufficient induction of anisotropy, the rate of temperature rise is more preferably less than 1 ° C / minute.
[4] Características del núcleo magnético anular[4] Characteristics of the annular magnetic core
Como resultado de las investigaciones para solucionar problemas que se producen cuando la aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, se usa para un dispositivo magnético (particularmente una bobina de choque), con el fin de obtener unos efectos excelentes en cuanto a su presión de ruido aunque manteniendo unas propiedades magnéticas excelentes, tales como una alta densidad de flujo magnético de saturación, bajas pérdidas y una baja magnetostricción, se ha observado que (a) la permeabilidad específica de AC |jr100k(50) a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético dC de 50 A/m debería ser de 4.000 ó superior, que (b) la permeabilidad específica de AC jr- i 00k(150) a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m debería ser de 2.500 ó superior, y que (c) la permeabilidad máxima j Max debería ser de 8.000 ó superior, y la densidad de flujo magnético B400 debería ser de 1,3 T ó superior, a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m.As a result of investigations to solve problems that occur when Fe-based, nanocrystalline soft magnetic alloy is used for a magnetic device (particularly a choke coil), in order to obtain excellent effects in terms of pressure noise while maintaining excellent magnetic properties, such as a high saturation magnetic flux density, low losses and low magnetostriction, it has been observed that (a) the specific permeability of AC | jr100 k ( 50 ) at a frequency of 100 kHz and a magnetic field intensity d C of 50 A / m should be 4,000 or higher, which (b) the specific permeability of AC jr- i 00 k ( 150 ) at a frequency of 100 kHz and a magnetic field intensity 150 A / m DC should be 2,500 or higher, and that (c) the maximum permeability j Max should be 8,000 or higher, and the B400 magnetic flux density should be 1.3 T or higher, at an intensity magnetic field co DC 400 A / m.
La permeabilidad específica de AC jr es la permeabilidad determinada a partir de la autoinductancia efectiva de una bobina que tiene un núcleo magnético de trayecto magnético cerrado con fugas insignificantes de flujo magnético, por medio de la siguiente fórmula (1):The specific permeability of AC jr is the permeability determined from the effective self-inductance of a coil having a magnetic core with a closed magnetic path with negligible magnetic flux leaks, by means of the following formula (1):
j r = (L x C1)/(j0 x N2 ) ...(1),jr = (L x C1) / (j 0 x N 2 ) ... (1),
L: Autoinductancia efectiva (H),L: Effective self-inductance (H),
N: Número de devanado,N: Winding number,
J0: Permeabilidad del vacío (4 x n x 10' 7), yJ0: Permeability of vacuum (4 xnx 10 '7 ), and
C1: Constante del núcleo magnético (mm-1). C1: Constant of the magnetic core (mm -1 ).
La autoinductancia efectiva L se midió con un medidor de LCR (4284A disponible en Agilent Technologies, Inc.), y un analizador de impedancia/fase de ganancia (4194A disponible en Agilent Technologies, Inc.).The effective self-inductance L was measured with an LCR meter (4284A available from Agilent Technologies, Inc.), and an impedance / gain phase analyzer (4194A available from Agilent Technologies, Inc.).
La relación entre el campo magnético y la permeabilidad específica pr se determinó midiendo la inductancia con superposición de corriente DC mediante una combinación de un medidor de CLR 428A y una fuente de corriente de polarización (42841A disponible en Agilent Technologies, Inc.) capaz de proporcionar una corriente DC de superposición de hasta 20 A. La permeabilidad específica de AC pr se determinó a partir de la autoinductancia efectiva L a una frecuencia predeterminada (por ejemplo, 100 kHz) por medio de la anterior fórmula (1). La corriente de polarización I que genera una intensidad de campo magnético DC H predeterminada (por ejemplo, 50 A/m) se determinó por la siguiente fórmula (2):The relationship between magnetic field and specific permeability pr was determined by measuring inductance with DC current overlap using a combination of a 428A CLR meter and a bias current source (42841A available from Agilent Technologies, Inc.) capable of providing an overlapping DC current of up to 20 A. The specific AC permeability pr was determined from the effective self-inductance L at a predetermined frequency (eg 100 kHz) by means of the above formula (1). The bias current I that generates a predetermined DC magnetic field strength H (for example, 50 A / m) was determined by the following formula (2):
H = 1 x N/Le ... (2),H = 1 x N / Le ... (2),
H: Intensidad de campo magnético DC (A/m),H: DC magnetic field strength (A / m),
I: Corriente de polarización (A),I: Polarization current (A),
N: Número de devanado, yN: Winding number, and
Le: Longitud lineal media (m).Le: Mean linear length (m).
Las características de frecuencia de la permeabilidad específica de AC pr se midieron con un campo magnético operativo de 0,05 A/m y una frecuencia de 10 kHz a 10 MHz, por medio de un analizador de impedancia/fase de ganancia 4194A. La permeabilidad máxima pMax, la densidad de flujo magnético B400 y la coercitividad Hc a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m se midieron con un aparato de pruebas de magnetización de DC (SK-110 disponible en METRON, Inc.).The frequency characteristics of the AC pr specific permeability were measured with an operating magnetic field of 0.05 A / m and a frequency of 10 kHz to 10 MHz, by means of a 4194A gain phase / impedance analyzer. Maximum permeability p Max , B400 magnetic flux density, and Hc coercivity at a DC magnetic field intensity of 400 A / m were measured with a DC magnetization tester (SK-110 available from METRON, Inc.) .
Considerando una sobrecorriente que contiene ruido, la presente invención requiere permeabilidades específicas de AC pr-i 00k(50) y pr-i 00k(150) de 4.000 ó superiores y 2.500 ó superiores, respectivamente, a una frecuencia de 100 kHz e intensidades del campo magnético DC de 50 A/m y 150 A/m. Con la permeabilidad específica de AC pr-i 00k(50) de 4.000 ó superior y la permeabilidad específica de AC pr100k(150) de 2.500 ó superior, se suprime la reducción del rendimiento de atenuación del ruido de modo común y el ruido de modo normal debido al descenso de la permeabilidad, posibilitando la obtención de un efecto de supresión excelente del ruido. La permeabilidad específica de AC prm (150) a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m es, más preferentemente, de 4.000 ó superior, y la permeabilidad específica de AC prm (200) a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 200 A/m es, más preferentemente, de 2.000 ó superior.Considering an overcurrent containing noise, the present invention requires specific permeabilities of AC pr- i 00 k ( 50 ) and pr- i 00 k ( 150 ) of 4,000 or more and 2,500 or more, respectively, at a frequency of 100 kHz and DC magnetic field strengths of 50 A / m and 150 A / m. With the specific permeability of AC pr- i 00 k ( 50 ) of 4,000 or higher and the specific permeability of AC pr100 k ( 150 ) of 2,500 or higher, the reduction of the common mode noise attenuation performance and the noise are suppressed. normally due to the decrease in permeability, making it possible to obtain an excellent noise suppression effect. The specific permeability of AC prm ( 150 ) at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field intensity of 150 A / m is more preferably 4,000 or higher, and the specific permeability of AC prm ( 200 ) at a frequency 10 kHz and a DC magnetic field strength of 200 A / m is more preferably 2,000 or higher.
Cuando la permeabilidad máxima pMax es de 8.000 ó inferior, y la densidad de flujo magnético B400 es 1,3 T ó superior, a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m, se reduce el ruido de alto voltaje, y se evita la saturación magnética incluso con una corriente grande generada por un amento de picos de corriente transitorios, evitándose, así, la disminución extrema de la inductancia.When the maximum permeability p Max is 8,000 or less, and the B400 magnetic flux density is 1.3 T or more, at a DC magnetic field intensity of 400 A / m, the high-voltage noise is reduced, and the It avoids magnetic saturation even with a large current generated by an increase in transient current peaks, thus avoiding an extreme decrease in inductance.
Puesto que la aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, que se usa en el núcleo magnético anular producido de acuerdo con la presente invención, tiene una permeabilidad mayor que la correspondiente de otros materiales magnéticos a altas frecuencias, un filtro de ruido que haga uso de un dispositivo magnético (bobina de choque) que comprenda el núcleo magnético anular de la presente invención es también excelente, no solamente en cuanto a la reducción de ruido de alto voltaje, sino, también, en cuanto a la reducción del ruido en bandas de frecuencia amplias.Since the Fe-based nanocrystalline soft magnetic alloy used in the annular magnetic core produced in accordance with the present invention has a higher permeability than that of other magnetic materials at high frequencies, a noise filter that makes The use of a magnetic device (choke coil) comprising the annular magnetic core of the present invention is also excellent, not only in reducing high voltage noise, but also in reducing noise in bands. wide frequency.
[5] Dispositivo magnético[5] Magnetic device
El dispositivo magnético producido de acuerdo con la presente invención se obtiene (a) haciendo penetrar conductores a través de una parte hueca de un núcleo magnético anular, o (b) devanando conductores en torno a un núcleo magnético anular, después de que el anterior núcleo magnético anular quede contenido en una carcasa de núcleo aislante o quede provisto de un recubrimiento aislante. La Fig. 11(a) muestra una bobina de choque de modo común trifásica que comprende tres conductores a, b, c que penetran a través de un núcleo magnético anular 5', como ejemplo de dispositivos magnéticos que comprenden conductores que penetran a través de una parte hueca del núcleo magnético anular. La Fig. 11(b) muestra una bobina de choque de modo común trifásica que comprende tres conductores a, b, c devanados en torno a un núcleo magnético anular 5', como ejemplo de dispositivos magnéticos que comprenden conductores devanados en torno a un núcleo magnético anular. La Fig. 12 muestra el núcleo magnético anular 5' contenido en una carcasa de núcleo aislante constituida por una carcasa superior 11 y una carcasa inferior 12.The magnetic device produced according to the present invention is obtained (a) by penetrating conductors through a hollow part of an annular magnetic core, or (b) by winding conductors around an annular magnetic core, after the previous core ring magnet is contained in an insulating core shell or is provided with an insulating coating. Fig. 11 (a) shows a three-phase common-mode choke comprising three conductors a, b, c penetrating through an annular magnetic core 5 ', as an example of magnetic devices comprising conductors penetrating through a hollow part of the annular magnetic core. Fig. 11 (b) shows a three-phase common mode choke comprising three conductors a, b, c wound around an annular magnetic core 5 ', as an example of magnetic devices comprising conductors wound around a core ring magnetic. Fig. 12 shows the annular magnetic core 5 'contained in an insulating core shell made up of an upper shell 11 and a lower shell 12.
La presente invención se explicará de forma más detallada mediante los siguientes Ejemplos sin ninguna intención de limitar el alcance de invención. The present invention will be explained in more detail by the following Examples without any intention of limiting the scope of the invention.
Ejemplo 1Example 1
Según el método del rodillo único, una masa fundida que tenía una composición de Fe7o,7NÍ5,oCuo,8Nb2,8Siio ,g Bg,8 (% atómico) se templó rápidamente mediante expulsión desde una tobera sobre un rodillo de cobre que giraba a una alta velocidad, para obtener cintas de aleación de 53 mm de anchura con un grosor de hasta 16 |jm, 18 jm y 23 jm , respectivamente. Se confirmó, mediante medición de difracción de rayos X, que estas cintas de aleación tenían una estructura sustancialmente amorfa. La temperatura de cristalización Tx de esta aleación medida por calorimetría diferencial de barrido fue de 490°C.According to the method of the single roller, a melt having a composition of Fe7 or 7NÍ5, or Cu or 8Nb2,8Si io, g B g, 8 (atomic%) it was rapidly quenched by ejection from a nozzle onto a roll of copper rotating at a high speed, to obtain alloy ribbons 53 mm wide with a thickness of up to 16 µm, 18 µm and 23 µm, respectively. These alloy ribbons were confirmed by X-ray diffraction measurement to have a substantially amorphous structure. The crystallization temperature Tx of this alloy measured by differential scanning calorimetry was 490 ° C.
Cada cinta se cortó para obtener dos cintas de 25 mm de anchura. Cada una de las cintas se devanó para obtener un núcleo toroidal (factor de espacio: 0,9) que tenía un diámetro exterior de 24,5 mm, un diámetro interior de 21 mm y una altura/anchura de 25 mm. Cada uno de los núcleos toroidales se colocó en un horno de tratamiento térmico controlado a una atmósfera de nitrógeno, y se sometió a un tratamiento térmico que comprendía una elevación de temperatura desde 420°C a la temperatura más alta de 550°C a una velocidad de 0,54°C/minuto, manteniéndose en la temperatura más alta durante 20 minutos, y, a continuación, dejando que el mismo se enfriase en el horno, con lo cual se obtiene un núcleo toroidal de la aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, mostrada en la Fig. 1. Mientras se elevaba la temperatura y se mantenía la temperatura más alta, se aplicó un campo magnético de 280 kA/m al núcleo magnético anular en la dirección de la altura (dirección de la anchura de la cinta). Mediante tratamiento térmico en un campo magnético, en todas las cintas se formaron sustancialmente un 70% en volumen de granos cristalinos finos que tenían un tamaño de grano medio de 100 nm ó inferior.Each tape was cut to obtain two 25mm wide tapes. Each of the tapes was wound to obtain a toroidal core (gap factor: 0.9) having an outer diameter of 24.5mm, an inner diameter of 21mm, and a height / width of 25mm. Each of the toroidal cores was placed in a controlled heat treatment furnace under a nitrogen atmosphere, and was subjected to a heat treatment comprising a temperature rise from 420 ° C to the highest temperature of 550 ° C at a speed 0.54 ° C / minute, remaining at the highest temperature for 20 minutes, and then allowing it to cool in the furnace, thereby obtaining a toroidal core of the soft, nanocrystalline magnetic alloy, based on Fe, shown in Fig. 1. While the temperature was raised and the highest temperature was maintained, a magnetic field of 280 kA / m was applied to the annular magnetic core in the direction of height (direction of width of tape). By heat treatment in a magnetic field, substantially 70% by volume fine crystalline grains having a mean grain size of 100 nm or less were formed on all tapes.
Cada uno de los núcleos magnéticos anulares se encerró en una carcasa aislante, provisto de 10 espiras de devanado en el lado primario y 10 espiras de devanado en el lado secundario, para medir la permeabilidad máxima j Max, la densidad de flujo magnético B400, la coercitividad Hc, y la relación de cuadratura a 25°C, por medio de una máquina de pruebas de magnetización de DC SK-110. Los resultados se muestran en la Tala 1. Como ejemplo típico, en la Fig. 2 se muestra un bucle de B-H de corriente continua de un núcleo magnético anular de una cinta con un grosor de 16 jm.Each of the annular magnetic cores was enclosed in an insulating casing, provided with 10 winding turns on the primary side and 10 winding turns on the secondary side, to measure the maximum permeability j Max , the magnetic flux density B400, the Hc coercivity, and the quadrature ratio at 25 ° C, by means of a SK-110 DC magnetization testing machine. The results are shown in Table 1. As a typical example, a DC BH loop of an annular magnetic core of a tape with a thickness of 16 µm is shown in Fig. 2.
Cada uno de los núcleos magnéticos anulares se encerró en una carcasa aislante y se le dotó de 10 espiras de devanado, para determinar la relación de la permeabilidad específica de AC j r con respecto a un campo magnético Dc (intensidad: 50 A/m, 150 A/m y 200 A/m) a frecuencias de 10 kHz y 100 kHz, y a 25°C, por medio de un medidor de LCR 4284A. La Tabla 1 muestra la permeabilidad específica de AC j r 100k(50) a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 50 A/m, la permeabilidad específica de AC j r 100k(150) a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m, la permeabilidad específica de AC j r 10k(150) a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m, y la permeabilidad específica de AC jrm (200) a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 200 A/m. La Fig. 3 muestra la relación entre la permeabilidad específica de AC j r y la intensidad de campo magnético (frecuencia: 10 kHz) en el núcleo magnético anular de una cinta de 16 j r de grosor.Each of the annular magnetic cores was enclosed in an insulating casing and provided with 10 winding turns to determine the relationship of the specific permeability of AC jr with respect to a magnetic field Dc (intensity: 50 A / m, 150 A / m and 200 A / m) at frequencies of 10 kHz and 100 kHz, and at 25 ° C, by means of a 4284A LCR meter. Table 1 shows the specific permeability of AC jr 100 k ( 50 ) at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field intensity of 50 A / m, the specific permeability of AC jr 100 k ( 150 ) at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m, the specific permeability of AC jr 10 k ( 150 ) at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m, and the specific permeability of AC jrm ( 200 ) at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 200 A / m. Fig. 3 shows the relationship between the specific permeability of AC jr and the intensity of the magnetic field (frequency: 10 kHz) in the annular magnetic core of a 16 jr thick tape.
Cada uno de los núcleos magnéticos anulares (Muestras 1 a 5) se encerró en una carcasa aislante y se le proporcionó 1 espira de devanado, para medir la permeabilidad específica de AC jrm y j r 100k a una amplitud de voltaje de 0,5 Vrms, a frecuencias de 10-100 kHz, y a una temperatura de 25°C, por medio de un analizador de impedancia/fase de ganancia 4194A. También se midió una frecuencia f50, a la cual se obtuvo la permeabilidad específica j r correspondiente a un 50% de la permeabilidad específica jr10k a una frecuencia de 10 kHz. Los resultados se muestran en la Tabla 1. La Fig. 4 muestra las características de frecuencia de la permeabilidad específica j r de una cinta de 16 jm de grosor.Each of the annular magnetic cores (Samples 1 to 5) was enclosed in an insulating casing and provided with 1 winding turn, to measure the specific permeability of AC jrm and jr 100 k at a voltage amplitude of 0.5 Vrms, at frequencies of 10-100 kHz, and at a temperature of 25 ° C, by means of a 4194A gain phase / impedance analyzer. A frequency f50 was also measured, at which the specific permeability jr corresponding to 50% of the specific permeability jr10k at a frequency of 10 kHz was obtained. The results are shown in Table 1. Fig. 4 shows the frequency characteristics of the specific permeability jr of a 16 µm thick tape.
Tabla 1-1Table 1-1
Tabla 1-2Table 1-2
Nota: (1) la permeabilidad máxima a una intensidad de campo magnético DC de 400 A/m.Note: (1) the maximum permeability at a DC magnetic field intensity of 400 A / m.
(2) Medida a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m.(2) Measured at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m.
(3) Medida a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 200 A/m.(3) Measured at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 200 A / m.
(4) Medida a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 50 A/m.(4) Measured at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field strength of 50 A / m.
(5) Medida a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m.(5) Measured at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m.
Tabla 1-3Table 1-3
Queda claro que el núcleo magnético anular producido de acuerdo con la presente invención tiene una relación de cuadratura pequeña, una excelente constancia de permeabilidad, y una variación pequeña de la permeabilidad específica de AC con la frecuencia, aunque manteniendo una alta densidad de flujo magnético. También tiene una permeabilidad específica de AC j r 100k(50) de 4.000 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 50 A/m, una permeabilidad específica de AC j r 10k(150) de 4.000 ó superior a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m, una permeabilidad específica de AC |jr100k(150) de 2.500 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 150 A/m, y una permeabilidad específica de AC jrm (200) de 2.000 ó superior a una frecuencia de 10 kHz y una intensidad de campo magnético DC de 200 A/m. De este modo, el núcleo magnético anular producido de acuerdo con la presente invención tiene una permeabilidad específica de AC alta en un intervalo que va desde un campo magnético bajo a un campo magnético alto. Además, el núcleo magnético anular formado con la cinta delgada tiene excelentes características de frecuencia, con una menor reducción en la permeabilidad específica de AC.It is clear that the annular magnetic core produced in accordance with the present invention has a small quadrature ratio, an excellent permeability constancy, and a small variation of AC specific permeability with frequency, while maintaining a high magnetic flux density. It also has a specific permeability of AC jr 100 k ( 50 ) of 4,000 or higher at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field intensity of 50 A / m, a specific permeability of AC jr 10 k ( 150 ) of 4,000 or greater than a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m, a specific permeability of AC | jr 100 k ( 150 ) of 2,500 or greater at a frequency of 100 kHz and a DC magnetic field strength of 150 A / m, and a specific permeability of AC jrm ( 200 ) of 2,000 or higher at a frequency of 10 kHz and a DC magnetic field intensity of 200 A / m. Thus, the annular magnetic core produced in accordance with the present invention has a high AC specific permeability in a range from a low magnetic field to a high magnetic field. In addition, the annular magnetic core formed with the thin tape has excellent frequency characteristics, with less reduction in AC specific permeability.
Ejemplo comparativo 1Comparative Example 1
A una cinta (grosor: 18 jm ) de una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe (FT-3KL en Hitachi Metals, Ltd.) se le dio forma de núcleo toroidal con un diámetro exterior de 36,0 mm, un diámetro interior de 17,5 mm y una anchura de 25 mm, y se cargó en una carcasa, en torno a la cual se devanaron 8 espiras de un hilo metálico esmaltado con un diámetro de 2,5 mm para producir una bobina de choque.A ribbon (thickness: 18 jm) of a soft, nanocrystalline, Fe-based magnetic alloy (FT-3KL from Hitachi Metals, Ltd.) was shaped into a toroidal core with an outer diameter of 36.0 mm, a diameter inside 17.5 mm and 25 mm wide, and loaded into a casing, around which 8 turns of enameled wire with a diameter of 2.5 mm were wound to produce a choke coil.
Ejemplo 2Example 2
A la cinta (grosor: 18 jm ) producida en el Ejemplo 1 se le dio forma de núcleo toroidal con un diámetro exterior de 36,0 mm, un diámetro interior de 17,5 mm y una anchura de 25 mm, y se cargó en una carcasa, en torno a la cual se devanaron 17 espiras de un hilo metálico esmaltado con un diámetro de 2,5 mm para producir una bobina de choque. En la Fig. 5 se muestra la impedancia de la bobina de choque. Como queda claro a partir de la Fig. 5, la bobina de choque del Ejemplo 2 presentaba un excelente rendimiento en cuanto a impedancia en un intervalo que va desde una frecuencia baja a una frecuencia alta.The tape (thickness: 18 µm) produced in Example 1 was shaped into a toroidal core with an outer diameter of 36.0 mm, an inner diameter of 17.5 mm, and a width of 25 mm, and was loaded into a casing, around which 17 turns of enameled wire with a diameter of 2.5 mm were wound to produce a choke coil. In Fig. 5 the impedance of the choke coil is shown. As is clear from Fig. 5, the choke of Example 2 exhibited excellent impedance performance in a range from a low frequency to a high frequency.
Las bobinas de choque del Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 1 se evaluaron con respecto a las características de la inductancia con superposición de una corriente DC. Los resultados se muestran en la Fig. 6. Tal como queda claro a partir de la Fig. 6, la bobina de choque del Ejemplo 2 resultó mejor que la correspondiente del Ejemplo Comparativo 1 en cuanto a características de inductancia con superposición de corriente DC. The chokes of Example 2 and Comparative Example 1 were evaluated for the characteristics of inductance with superposition of a DC current. The results are shown in Fig. 6. As is clear from Fig. 6, the choke coil of Example 2 was better than the corresponding one of Comparative Example 1 in terms of inductance characteristics with DC current overlap.
Ejemplo 3Example 3
A la cinta (grosor: 18 |jm) producida en el Ejemplo 1 se le dio forma de núcleo toroidal con un diámetro exterior de 17,8 mm, un diámetro interior de 13,8 mm y una anchura de 25 mm, el cual se usó, a continuación, para producir una bobina de choque de modo común trifásica que se muestra en la Fig. 7. El núcleo magnético anular se introdujo en una carcasa aislante 6, en la cual se introdujo una placa divisora central 8 para dividir regiones del devanado. Se formó un devanado de 3 espiras 7a, 7b, 7c de cada fase devanando un hilo metálico esmaltado con un diámetro de 2,5 mm. En la Fig. 8 se muestran las características de frecuencia para la impedancia y la inductancia en la bobina de choque de modo común trifásica. En la figura, una línea continua indica inductancia, y una línea de trazos indica impedancia. Tal como claro a partir de la Fig. 8, la bobina de choque de modo común trifásica del Ejemplo 3 presentó un excelente rendimiento en cuanto a impedancia desde una banda de frecuencias bajas a una banda de frecuencias altas.The tape (thickness: 18 µm) produced in Example 1 was shaped into a toroidal core with an outer diameter of 17.8 mm, an inner diameter of 13.8 mm, and a width of 25 mm, which is was then used to produce a three-phase common mode choke coil shown in Fig. 7. The annular magnetic core was inserted into an insulating shell 6, into which a central divider plate 8 was inserted to divide regions of the winding. A 3-turn winding 7a, 7b, 7c of each phase was formed by winding an enameled wire with a diameter of 2.5 mm. The frequency characteristics for impedance and inductance in the three-phase common mode choke are shown in Fig. 8. In the figure, a solid line indicates inductance, and a broken line indicates impedance. As clear from Fig. 8, the three-phase common mode choke of Example 3 exhibited excellent impedance performance from a low frequency band to a high frequency band.
Ejemplo 4Example 4
La bobina de choque de modo común trifásica producida en el Ejemplo 2 se usó para producir un filtro de ruido mostrado en la Fig. 9. El filtro de ruido resultante presentó una atenuación excelente al ruido de baja frecuencia, al ruido de alta frecuencia y al ruido de impulsos, así como una reducción notable del ruido de emisiones conducidas en un intervalo amplio de frecuencia de 150 kHz a 30 MHz.The three-phase common mode choke produced in Example 2 was used to produce a noise filter shown in Fig. 9. The resulting noise filter exhibited excellent attenuation to low-frequency noise, high-frequency noise, and high-frequency noise. Impulse noise, as well as a significant reduction in noise from conducted emissions in a wide frequency range from 150 kHz to 30 MHz.
Ejemplo 5Example 5
A cada una de las masas fundidas de aleación que presentaba la composición (% atómico) mostrada en la Tabla 2 se le dio forma de cinta con un grosor de 16 jm y una anchura de 53 mm, de la misma manera que en el Ejemplo 1. Cada una de las cintas se cortó en dos cintas de 25 mm de ancho. Cada una de las cintas se devanó para obtener un núcleo toroidal (factor de espacio: 0,9) con un diámetro exterior de 24,5 mm, un diámetro interior de 21 mm y una anchura de 25 mm. Cada uno de los núcleos toroidales se sometió al mismo tratamiento térmico en campo magnético que en el Ejemplo 1, para obtener un núcleo toroidal de una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe. Las permeabilidades específicas de AC jr-iook(50), jr-iook(150), jrm (150) y jrmpoo) de cada núcleo toroidal se midieron de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 2.Each of the alloy melts having the composition (atomic%) shown in Table 2 was shaped into a tape with a thickness of 16 µm and a width of 53 mm, in the same way as in Example 1 Each of the tapes was cut into two 25mm wide tapes. Each of the tapes was wound to obtain a toroidal core (space factor: 0.9) with an outer diameter of 24.5mm, an inner diameter of 21mm, and a width of 25mm. Each of the toroidal cores was subjected to the same magnetic field heat treatment as in Example 1, to obtain a toroidal core of a soft, nanocrystalline Fe-based magnetic alloy. The specific permeabilities of AC jr-iook ( 50 ), jr-iook ( 150 ), jrm ( 150 ) and jrmpoo) of each toroidal core were measured in the same way as in Example 1. The results are shown in Table 2.
Tabla 2-1Table 2-1
Tabla 2-2Table 2-2
Nota: (1)-(4) Igual que en las Notas (2)-(5) bajo la Tabla 1-2.Note: (1) - (4) Same as Notes (2) - (5) under Table 1-2.
Tal como queda claro a partir de la Tabla 2, se obtuvieron características buenas de permeabilidad específica de AC particularmente cuando B se situó en un intervalo del 9,32 al 9,78% atómico. As is clear from Table 2, good AC specific permeability characteristics were obtained particularly when B was in a range of 9.32 to 9.78 atomic%.
Efecto de la invenciónEffect of the invention
Puesto que el núcleo magnético anular producido de acuerdo con la presente invención es resistente a la saturación magnética, manteniendo una alta permeabilidad en una corriente grande, presenta un alto rendimiento en cuanto a reducción del ruido de voltaje y excelentes características de atenuación de impulsos, adecuadas para filtros de choque ligeros, pequeños, con el fin de reducir el ruido en una banda amplia de frecuencias. Además, no requiere un entrehierro magnético necesario cuando se usa una aleación magnética blanda, nanocristalina, basada en Fe, que tiene una alta permeabilidad, dando como resultado el número reducido de etapas de procesado. Además, ventajosamente no experimenta el cambio de características por magnetostricción, a diferencia de las aleaciones amorfas basadas en Fe. Since the annular magnetic core produced according to the present invention is resistant to magnetic saturation, maintaining high permeability at large current, it exhibits high performance in voltage noise reduction and excellent impulse attenuation characteristics, suitable for small, lightweight shock filters to reduce noise over a wide frequency band. Furthermore, it does not require a necessary magnetic gap when using a soft, nanocrystalline Fe-based magnetic alloy which has high permeability, resulting in the reduced number of processing steps. Furthermore, it advantageously does not undergo the change of characteristics by magnetostriction, unlike amorphous alloys based on Fe.
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