Pobierz dokument

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
(21) Numer zgłoszenia: 364235
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(54)
PL
202422
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
H01F 1/00 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 24.12.2003
Magnetowód z kompozytów proszkowych
i sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych
(73) Uprawniony z patentu:
Politechnika Wrocławska,Wrocław,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
27.06.2005 BUP 13/05
(72) Twórca(y) wynalazku:
Bogumił Węgliński,Wrocław,PL
Artur Buniowski,Przemyśl,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.06.2009 WUP 06/09
(74) Pełnomocnik:
Kozłowska Regina, Politechnika Wrocławska,
Biuro ds. Wynalazczości i Ochrony Patentowej
PL 202422 B1
(57)
1. Magnetowód z kompozytów proszkowych
wykonany jako element przestrzenny ze sprasowanego proszku i o dowolnym kształcie,
znamienny tym, że ma co najmniej dwie przestrzenie (1, 2), przy czym co najmniej jedna
przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie miękkim (1) oraz co najmniej jedna
przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie twardym (2).
2
PL 202 422 B1
Opis wynalazku
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 rozwiązaniu 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 żywicy 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 otrzymana 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 przewodzącej,
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 202 422 B1
3
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 powyżej 55%. Natomiast element indukcyjny wykonany ze sprasowanych proszków ferromagnetycznych, charakteryzuje się tym, że w mieszaninie proszków ma
umieszczone płatki ze stopu ferromagnetycznego.
Istota magnetowodu z kompozytów proszkowych, według wynalazku, polega na tym, że ma co
najmniej dwie przestrzenie, przy czym co najmniej jedna przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie miękkim oraz co najmniej jedna przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie twardym.
Korzystnym jest, gdy co najmniej jedna przestrzeń wypełniona proszkiem magnetycznie twardym jest usytuowana wewnątrz przestrzeni wypełnionej materiałem magnetycznie miękkim.
Korzystne jest również to, że co najmniej jedna przestrzeń wypełniona materiałem magnetycznie miękkim i co najmniej jedna przestrzeń wypełniona materiałem magnetycznie twardym są usytuowani wzdłuż bocznych ścianek magnetowodu.
Korzystnym jest również, gdy co najmniej jedna warstwa z materiału magnetycznie twardego
jest ułożona wzdłuż bocznych ścianek elementu z materiału magnetycznie miękkiego albo co najmniej
jedna warstwa z materiału magnetycznie twardego jest ułożona prostopadłe do bocznych ścianek
elementu z materiału magnetycznie miękkiego.
Istota sposobu, według wynalazku polega na tym, że formę zasypuje się proszkiem magnetycznie miękkim, następnie proszkiem magnetycznie twardym, przy czym kolejność zasypywania formy
powtarza się naprzemiennie, co najmniej raz proszkiem magnetycznie miękkim oraz co najmniej raz
proszkiem magnetycznie twardym, po czym usypany proszek zespala się poprzez prasowanie.
Korzystnie proszek magnetycznie twardy miesza się z dielektrykiem izolującym i spajającym.
Korzystne jest również to, że formę wzdłuż jej ścianek, zasypuje się jednocześnie proszkiem
magnetycznie miękkim oraz proszkiem magnetycznie twardym.
Magnetowody wytworzone z kompozytów proszkowych nowym sposobem charakteryzują się
bardzo dobrymi właściwościami magnetycznymi. Sposób pozwala na wytwarzanie układów magnetowodowych zawierających dowolną ilość warstw wykonanych z proszku magnetycznie miękkiego i proszku
magnetycznie twardego. Główną zaletą sposobu jest możliwość wytworzenia magnetowodów hybrydowych typu dielektromagnetyk-dielektromagnes poprzez zastosowanie w procesie zasypywania proszków
wykazujących odpowiednie właściwości. Układ hybrydowy kształtuje się w procesie zasypywania formy
odpowiednim proszkiem. W przypadku rdzeni lub ich układów, bardziej rozbudowanych proszek dielektromagnetyczny stosuje się jako warstwę rozdzielającą warstwy wykonane z proszku magnetycznie
twardego.
Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1
przedstawia magneto wód z kompozytów proszkowych z jedną przestrzenią materiału magnetycznie
miękkiego i jedną przestrzenią materiału magnetycznie twardego, fig. 2 - magnetowód z kompozytów
proszkowych z trzema przestrzeniami materiału magnetycznie miękkiego i dwiema przestrzeniami
materiału magnetycznie twardego, fig. 3 - przekrój przez magnetowód z kompozytów proszkowych
z jedną przestrzenią z materiału magnetycznie twardego ułożoną wzdłuż bocznych ścianek elementu
z materiału magnetycznie miękkiego, fig. 4 - magnetowód z kompozytów proszkowych z dwiema przestrzeniami z materiału magnetycznie twardego ułożoną wzdłuż bocznych ścianek elementu z materiału magnetycznie miękkiego, fig. 5 - charakterystyki rozmagnesowania w funkcji natężenia pola magnetycznego, a fig. 6 - maksymalna wartość gęstości energii dla poszczególnych magnetowodów z kompozytów proszkowych.
P r z y k ł a d 1.
Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jako element ze sprasowanego proszku
ma dwie przestrzenie 1, 2, przy czym jedna przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie
miękkim i a druga przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie twardym 2.
P r z y k ł a d 2.
Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że jest wykonany jako magnetowód warstwowy i ma dwie przestrzenie wypełnione materiałem
4
PL 202 422 B1
magnetycznie twardym 2 usytuowane pomiędzy trzema przestrzeniami wypełnionymi materiałem magnetycznie miękkim 1.
P r z y k ł a d 3.
Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że ma kształt walca, który ma przestrzeń z materiału magnetycznie miękkiego i usytuowaną wewnątrz przestrzeni z materiału magnetycznie twardego 2.
P r z y k ł a d 4.
Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie trzecim, z tą różnicą,
że ma kształt prostopadłościanu.
P r z y k ł a d 5.
Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jest jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że ma kształt prostopadłościanu, przy czym przestrzenie z materiału magnetycznie miękkiego
i są ułożone na przemian z przestrzeniami z materiału magnetycznie twardego 2 wzdłuż bocznych
ścianek prostopadłościanu.
Właściwości magnetyczne magnetowodów z kompozytów proszkowych, ilustrują wykresy, które
przedstawiają zależność natężenia pola magnetycznego H w funkcji rozmagnesowania jB zaś drugi
maksymalne wartości gęstości energii BHmax dla wybranych typów magnetowodów A, B, C i D.
Wyraźnie widać, że maksymalna wartość gęstości energii dla magnetowodów A, B, C i D zależy
od grubości i ilości warstw w badanym magnetowodzie A, B, C, D. Magnetowody A i B są wykonane
jako magnetowody warstwowe i każdy z nich ma jedną przestrzeń wypełnioną materiałem magnetycznie
twardym 2 usytuowaną pomiędzy dwiema przestrzeniami wypełnionymi materiałem magnetycznie miękkim 1. Magnetowody A i B różnią się grubością przestrzeni. Magnetowód C jest wykonany jako magnetowód warstwowy, zgodnie z przykładem drugim. Magnetowód D jest również wykonany jako magnetowód warstwowy, z tym, że ma trzy przestrzenie wypełnione materiałem magnetycznie twardym 2 usytuowane pomiędzy czterema przestrzeniami wypełnionymi materiałem magnetycznie miękkim 1.
P r z y k ł a d 6.
Sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych polega na tym, że formę zasypuje się proszkiem magnetycznie miękkim, następnie proszkiem magnetycznie twardym. Warstwy
usypanego proszku zespala się poprzez prasowanie, przy czym przed zasypaniem formy proszek
magnetycznie twardy miesza się z dielektrykiem izolującym i spajającym.
P r z y k ł a d 7.
Sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych przebiega jak w przykładzie
szóstym z tą różnicą, że kolejność zasypywania formy powtarza się trzy razy proszkiem magnetycznie
miękkim oraz dwa razy proszkiem magnetycznie twardym.
P r z y k ł a d 8.
Sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych przebiega jak w przykładzie
szóstym z tą różnicą, że jednocześnie zasypuje się proszkiem magnetycznie miękkim oraz proszkiem
magnetycznie twardym.
Zastrzeżenia patentowe
1. Magnetowód z kompozytów proszkowych wykonany jako element przestrzenny ze sprasowanego proszku i o dowolnym kształcie, znamienny tym, że ma co najmniej dwie przestrzenie (1, 2),
przy czym co najmniej jedna przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie miękkim (1) oraz co
najmniej jedna przestrzeń jest wypełniona materiałem magnetycznie twardym (2).
2. Magnetowód według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna przestrzeń wypełniona
proszkiem magnetycznie twardym (2) jest usytuowana wewnątrz przestrzeni wypełnionej materiałem
magnetycznie miękkim (3).
3. Magnetowód według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej jedna przestrzeń wypełniona
materiałem magnetycznie miękkim (1) i co najmniej jedna przestrzeń wypełniona materiałem magnetycznie twardym (2) jest usytuowana wzdłuż bocznych ścianek magnetowodu.
4. Sposób wytwarzania magnetowodu z kompozytów proszkowych polega na tym, że proszki
zespala się poprzez prasowanie, po czym spieka się albo utwardza, znamienny tym, że formę zasypuje się proszkiem magnetycznie miękkim, następnie proszkiem magnetycznie twardym, przy czym
kolejność zasypywania formy powtarza się naprzemiennie, co najmniej raz proszkiem magnetycznie
PL 202 422 B1
5
miękkim oraz co najmniej raz proszkiem magnetycznie twardym, po czym usypany proszek zespala
się poprzez prasowanie.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że proszek magnetycznie twardy miesza się
z dielektrykiem izolującym i spajającym.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że formę wzdłuż jej ścianek, zasypuje się proszkiem magnetycznie twardym.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że formę wzdłuż jej ścianek, zasypuje się proszkiem magnetycznie miękkim.
8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że formę wzdłuż jej ścianek, zasypuje się jednocześnie proszkiem magnetycznie miękkim oraz proszkiem magnetycznie twardym.
Rysunki
6
PL 202 422 B1
PL 202 422 B1
7
8
PL 202 422 B1
Departament Wydawnictw UP RP
Cena 2,00 zł.