阅读说明：本技术 一种非晶磁性材料高频变压器铁芯及其制造方法 (Amorphous magnetic material high-frequency transformer iron core and manufacturing method thereof ) 是由 沈军 魏宇 余得贵 谢顺德 于 2021-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高频变压器技术领域,尤其涉及一种非晶磁性材料高频变压器铁芯及其制造方法。非晶磁性材料高频变压器铁芯包括多个相同的非晶磁性材料片,所述非晶磁性材料片堆叠成非晶磁性材料块,相邻两张所述的非晶磁性材料片的接触面上涂覆有热固性树脂组合物。制造过程包括带材剪切、铁芯成型、加热固化、切割、研磨、成型等工序,本发明提供的非晶磁性材料高频变压器铁芯一方面能提高应用于10kHz-200kHz的高频变压器的工作磁通密度,显著提高高频变压器的功率密度,且有利于设备小型化,另一方面非晶材料有比铁氧体更好的韧性,在运输和使用过程中不易损坏,提高设备的可靠性。(The invention relates to the technical field of high-frequency transformers, in particular to an amorphous magnetic material high-frequency transformer iron core and a manufacturing method thereof. The amorphous magnetic material high-frequency transformer iron core comprises a plurality of same amorphous magnetic material sheets, the amorphous magnetic material sheets are stacked into amorphous magnetic material blocks, and the contact surfaces of two adjacent amorphous magnetic material sheets are coated with thermosetting resin compositions. The manufacturing process comprises the working procedures of strip shearing, iron core forming, heating and curing, cutting, grinding, forming and the like, on one hand, the amorphous magnetic material high-frequency transformer iron core provided by the invention can improve the working magnetic flux density of a high-frequency transformer applied to 10kHz-200kHz, obviously improve the power density of the high-frequency transformer and is beneficial to equipment miniaturization, on the other hand, the amorphous material has better toughness than ferrite, is not easy to damage in the transportation and use processes and improves the reliability of equipment.)

一种非晶磁性材料高频变压器铁芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及高频变压器

技术领域

，尤其涉及一种非晶磁性材料高频变压器铁芯及其制造方法。

背景技术

非晶软磁合金由于短程有序长程无序的微观结构特点使其具备优异的软磁性能。非晶软磁合金带材是目前全球生产和应用规模最大的非晶合金材料，广泛应用于工频变压器，互感器和电机等行业。在配电变压器，旋翼无人机等领域表现良好的市场应用前景。

现有的高频变压器一般采用铁氧体磁性材料，铁氧体的主要优点是电阻率远大于金属磁性材料，这种特性抑制了涡流的产生，使铁氧体能应用于高频领域；采用陶瓷工艺易于制成各种不同的形状和尺寸；化学特性稳定、不生锈；较低的制造成本。软磁铁氧体磁芯的主要缺点是质地脆，易碎，饱和磁通密度较低。应用于10kHz-200kHz的高频电源中时，由于饱和磁通密度较低，体积比功率密度较低，不利于设备的小型化。其质地脆，易碎的特性导致铁氧体材质的高频变压器在运输时容易损坏，需要对器件使用更好的保护材料，提高了使用成本。

大功率开关电源一般采用IGBT作为功率器件，受当前技术的限制，工作于硬开关模式时的频率为5kHz-40kHz，工作于软开关模式时的频率为40kHz-150kHz；功率从几千瓦到几百千瓦。

铁氧体在应用于1kHz-200kHz的高频电源中时，由于饱和磁通密度较低，体积比功率密度较低，不利于设备的小型化。其质地脆，易碎的特性导致铁氧体材质的高频变压器在运输时容易损坏，需要对器件使用更好的保护材料，提高了使用成本。

非晶软磁合金具有较高的饱和磁密和比硅钢低得多的比损耗。在饱和磁密方面，通常来说，铁基非晶软磁合金的饱和磁密在1.56T以上，铁氧体的饱和磁密一般不超过0.5T。在比损耗方面，铁基非晶软磁合金的P10/400Hz为1.5W/kg,0.2mm的无取向硅钢片的P10/400Hz为11W/kg。因此，非晶软磁合金兼具有高饱和磁密和低损耗的特性。非常适合应用于高频变压器。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种非晶磁性材料高频变压器铁芯，其可用于工作频率最高可达10kHz-200kHz范围的开关电源。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明第一方面提供了一种非晶磁性材料高频变压器铁芯，包括多个相同的非晶磁性材料片，所述非晶磁性材料片堆叠成非晶磁性材料块，相邻两张所述的非晶磁性材料片的接触面上涂覆有热固性树脂组合物。

在本发明的技术方案中，所述非晶磁性材料块由2个E型非晶磁性材料块组成，所述E型非晶磁性材料块包括平滑部和凹凸部，所述凹凸部包括凸部和设置于所述凸部两侧的凹部。

在本发明的技术方案中，所述E型非晶磁性材料块通过所述凸部的端面配合在一起。

在本发明的技术方案中，所述非晶磁性材料片的堆叠厚度为600-2000张。

在本发明的技术方案中，所述热固性树脂组合物包含双酚A型环氧树脂、丁基缩水甘油醚、3-氨丙基三乙氧基硅烷和二乙基四甲基咪唑。

本发明第二方面提供了上述非晶磁性材料高频变压器铁芯的制造方法，包括如下步骤：

第一步，将铁基非晶带材横剪为单张非晶材料片；

第二步，将单张非晶材料片码放整齐，通过真空浸渍技术将热固化树脂压入单张非晶材料片之间的缝隙中；并加热固化成为非晶材料块；

第三步，采用线切割的办法将非晶材料块切割成E形铁芯；

第四步，将E形铁芯的凸部的断面进行研磨；

第五步，将两个研磨后的E形铁芯通过凸部的端面配合在一起形成高频变压器铁芯。

在本发明的技术方案中，所述线切割丝直径为180μm，切割速度为100mm2/min。

在本发明的技术方案中，所述凸部端面研磨后的粗造度为Ra<5μm。

本发明第三方面提供了上述非晶磁性材料高频变压器铁芯在高频变压器中的应用。

本发明第四方面提供一种高频变压器，包括上述非晶磁性材料高频变压器铁芯，其中所述高频变压器的频率为10kHz～200kHz。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本发明提供了一种非晶磁性材料高频变压器铁芯及其制造方法以及包含该铁芯的变压器，非晶磁性材料高频变压器铁芯包括多个相同的非晶磁性材料片，所述非晶磁性材料片堆叠成非晶磁性材料块，相邻两张所述的非晶磁性材料片的接触面上涂覆有热固性树脂组合物。制造过程包括带材剪切、铁芯成型、加热固化、切割、研磨、成型等工序，本发明提供的非晶磁性材料高频变压器铁芯一方面能提高应用于10kHz-200kHz的高频变压器的工作磁通密度，显著提高高频变压器的功率密度，且有利于设备小型化，另一方面非晶材料有比铁氧体更好的韧性，在运输和使用过程中不易损坏，提高设备的可靠性。

附图说明

图1是非晶材料和铁氧体饱和磁密的比较图。

图2是实施例1中非晶磁性材料高频变压器铁芯的制造工艺流程图。

图3是实施例1中非晶磁性材料块的结构示意图以及仰视图。

图4是实施例1中非晶磁性材料高频变压器性能测试方法图。

具体实施方式

下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1：

将原始宽度为142mm的非晶带材横剪为长度为142mm的方形单张非晶材料片。将切好的600-2000张单张非晶带材叠压在一起，过真空浸渍技术将热固化树脂压入单张非晶材料片之间的缝隙中。

热固化树脂由以下各组分组成：84份双酚A型环氧树脂、12份丁基缩水甘油醚、1份3-氨丙基三乙氧基硅烷、3份二乙基四甲基咪唑；双酚A型环氧树脂、丁基缩水甘油醚和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合搅拌均匀，将二乙基四甲基咪唑加热至50℃，将上述混合物并搅拌均匀并真空脱泡。

用线切割将非晶材料块切割成E形铁芯，如图3所示，其中1为凹凸部，2为平滑部，3为凸部，4为凹部，线切割钼丝直径为180um，切割速度为100mm2/min。

将E形铁芯的凸部2的端面用磨床研磨至Ra<5um，磨床砂轮线速度20-30m/s，砂轮目数为600-1200目。

将上述铁芯通过胶带或者钢带固定上下两个E型铁芯制成变压器，测试其在不同频率下最大磁密1T时的性能，结果如表1所示。

表1

由表1可得，本发明提供的非晶变压器铁芯高频变压器，其在不同的高频率下，铁损值以及激磁功率远小于普通硅钢的相关参数，因此可将其应用于高频变压器。

测试方法如图4所示，在测量过程中，交流电源的输出端电压和频率的各自偏差小应超过设定值的±0.2％，频率计准确度为±0.1％或更好。变频电源应与一个准确度为±1.0％或更好的功率分析仪，以测量磁化电流。为了获得可比较的测量值，需要保持次级电压为正弦波。次级电压波形可以通过示波器观测。次级电压的波形系数可通过与次级绕组连接的功率分析仪测定。功率分析仪可直接计算出波形系数。通过功率分析仪计算出最大磁场密度下总损耗以及无功功率，并与标准值比较确定变压器的性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。