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一种低功耗、高直流偏置磁芯及其应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-11-25
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-04-02
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-06-14
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-11-25
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202011343359.0 申请日 2020-11-25
公开/公告号 CN112509792B 公开/公告日 2022-06-14
授权日 2022-06-14 预估到期日 2040-11-25
申请年 2020年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H01F27/255H01F27/34H01F41/02 主分类号 H01F27/255
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 白国华、李忠、张雪峰、严密 第一发明人 白国华
地址 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1158号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明属于电子元器件技术领域,具体涉及一种超低功耗、高直流偏置磁芯,包括非磁性绝缘基体和分散于非磁性绝缘基体中的磁性纳米颗粒。本发明的超低功耗、高直流偏置磁芯,由磁性纳米颗粒分散在非磁性绝缘基体中形成;非磁性绝缘基体能有效阻止电子传导,显著降低涡流损耗;同时超顺磁性纳米粒颗具有线性磁化曲线,具有优异的抗直流偏置特性。
  • 摘要附图
    一种低功耗、高直流偏置磁芯及其应用
  • 说明书附图:图1
    一种低功耗、高直流偏置磁芯及其应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-06-14 授权
2 2021-04-02 实质审查的生效 IPC(主分类): H01F 27/255 专利申请号: 202011343359.0 申请日: 2020.11.25
3 2021-03-16 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种低功耗、高直流偏置磁芯,其特征在于,包括非磁性绝缘基体和分散于非磁性绝缘基体中的磁性纳米颗粒,所述磁性纳米颗粒的尺寸小于其超顺磁临界尺寸;所述磁性纳米颗粒为铁镍纳米颗粒,非磁性绝缘基体为氧化钛;
其中,低功耗、高直流偏置磁芯的制备过程包括:
(1)磁性纳米颗粒的制备:采用直流电弧等离子体法合成铁镍纳米颗粒,颗粒直径为8纳米;
(2)非磁性相包覆:采用钛酸丁酯水解法在铁镍纳米颗粒表面均匀包覆一层氧化钛,厚度2纳米;
(3)固结:将上述包覆了氧化钛的铁镍纳米颗粒在800℃下热压烧结,得到磁芯;
其中,铁镍纳米颗粒在磁芯中的体积分数为65%;
4
磁芯的电阻率为0.8×10μΩ·cm,磁导率为200,在100mT条件下的直流偏置性能为
3 3
80%,在500KHz、150mT条件下损耗为220KW/m ,在1MHz、10mT条件下低于300KW/m ,在3MHz、
3 3
50mT条件下低于210KW/m,在10MHz、5mT条件下低于38KW/m。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗、高直流偏置磁芯,其特征在于,所述磁芯为棒形、长方体形、罐形、环形、管形、PM形、PQ形、E形、T形、U形中的一种。

3.如权利要求1‑2任一项所述的低功耗、高直流磁芯的应用,其特征在于,用于变压器、电感器、滤波器、电抗器、互感器中的一种。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于电子元器件技术领域,具体涉及一种低功耗、高直流偏置磁芯及其制备方法、应用。

背景技术

[0002] 磁芯是变压器、电感器、互感器、滤波器等电子元器件的核心材料,是电源等电子装备的关键材料,对电子产业极为重要。上述电子元器件工作时,在磁芯中产生交变磁场,从而产生不断变化的磁力线。传统的磁芯采用铁磁性材料,在交变磁场下产生磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗,使得器件的效率降低,能耗增大。同时,传统器件在直流偏置状态工作时,铁磁性磁芯迅速被磁化饱和,性能快速恶化,导致元器件失效。电子设备正向着低能耗、高直流偏置化快速发展,伴随磁性器件的这种能耗和性能降低越来越严重,对低功耗、高直流偏置磁芯的需求越来越大。

发明内容

[0003] 基于现有技术中存在的上述缺点和不足,本发明提供一种低功耗、高直流偏置磁芯及其制备方法、应用。
[0004] 为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
[0005] 一种低功耗、高直流偏置磁芯,包括非磁性绝缘基体和分散于非磁性绝缘基体中的磁性纳米颗粒。
[0006] 作为优选方案,所述磁性纳米颗粒在磁芯中的体积分数不小于40%。
[0007] 作为优选方案,所述磁性纳米颗粒的尺寸小于其超顺磁临界尺寸。
[0008] 作为优选方案,所述磁性纳米颗粒为锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜锌铁氧体、锰铜锌铁氧体、锂锌铁氧体、镁锌铁氧体、铁、镍、铁镍合金、铁硅合金、铁硅铝合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁钴合金、铁氮化合物、铁硼化合物中的一种。
[0009] 作为优选方案,所述非磁性绝缘基体为非磁性无机物或热固性树脂。
[0010] 作为优选方案,所述非磁性无机物为氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化锌、氧化钛、碳化硅、氮化镓中的一种;所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯中的一种。
[0011] 作为优选方案,所述磁芯的参数包括:电阻率高于103μΩ·cm,磁导率高于10,在100mT条件下的直流偏置性能大于80%,工作频率高于100KHz,损耗在100KHz、200mT条件下
3 3 3
低于500KW/m、在500KHz、150mT条件下低于350KW/m 、在1MHz、10mT条件下低于450KW/m 、在
3 3
3MHz、50mT条件下低于280KW/m、在10MHz、5mT条件下低于50KW/m。
[0012] 作为优选方案,所述磁芯为棒形、长方体形、薄片形、罐形、环形、管形、PM形、PQ形、E形、T形、U形或异形结构。
[0013] 本发明还提供如上任一方案所述磁芯的制备方法,包括以下步骤:
[0014] (1)磁性纳米颗粒的制备:采用水热法、溶剂热法、高温热解法、直流电弧等离子体法、CVD法、PVD法、机械破碎法、热还原法、微乳液法、化学沉淀法、化学还原法、溶胶凝胶法、爆炸反应法、喷雾法、蒸发冷凝法中的一种;
[0015] (2)非磁性相包覆:在磁性纳米颗粒表面包覆非磁性绝缘体或将磁性纳米颗粒分散于液态热固性树脂中;
[0016] (3)固结:采用放电等离子体烧结、热压烧结、等静压烧结、无压固相烧结、气氛烧结、真空烧结、微波辅助烧结或加热热固性树脂,得到磁芯。
[0017] 本发明还提供如上任一方案所述磁芯的应用,用于变压器、电感器、滤波器、电抗器或互感器。
[0018] 本发明与现有技术相比,有益效果是:
[0019] 本发明的低功耗、高直流偏置磁芯,由磁性纳米颗粒分散在非磁性绝缘基体中形成;非磁性绝缘基体能有效阻止电子传导,显著降低涡流损耗;同时超顺磁性纳米粒颗具有线性磁化曲线,具有优异的抗直流偏置特性;磁性纳米颗粒尺寸小于超顺磁性临界尺寸,不存在磁滞效应,能够消除磁滞损耗和剩余损耗。本发明的磁芯能够实现低功耗和高直流偏置特性,在电力电子器件中具有广泛的应用前景。

实施方案

[0021] 以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
[0022] 实施例1:
[0023] 本实施例的低功耗、高直流偏置磁芯的制备方法,包括以下步骤:
[0024] (1)采用高温热解法合成锰锌铁氧体纳米颗粒,颗粒直径为20纳米;
[0025] (2)采用正硅酸乙酯水解法在锰锌铁氧体纳米颗粒表面均匀包覆一层氧化硅,厚度5纳米;
[0026] (3)采用放电等离子体烧结法,将上述包覆了氧化硅的锰锌铁氧体纳米颗粒在600℃快速烧结,保证颗粒尺寸不长大,固结后得到磁芯。如图1所示,图中的亮色部分是非磁性绝缘基体(即氧化硅),暗色部分是锰锌铁氧体纳米颗粒。
[0027] 其中,锰锌铁氧体纳米颗粒在磁芯中的体积分数为75%。
[0028] 经测试,固结后的磁芯材料电阻率为2×106μΩ·cm,磁导率为50,直流偏置性能3
为92%(100mT),在500KHz、150mT条件下损耗为320KW/m ,在1MHz、10mT条件下低于410KW/
3 3 3
m,在3MHz、50mT条件下低于260KW/m,在10MHz、5mT条件下低于45KW/m。
[0029] 本实施例的磁芯能够实现低功耗和高直流偏置特性,能够应用于变压器、电感器、滤波器、电抗器或互感器等电子元器件中。
[0030] 实施例2:
[0031] 本实施例的低功耗、高直流偏置磁芯的制备方法,包括以下步骤:
[0032] (1)采用直流电弧等离子体法合成铁镍纳米颗粒,颗粒直径为8纳米;
[0033] (2)采用钛酸丁酯水解法在铁镍纳米颗粒表面均匀包覆一层氧化钛,厚度2纳米;
[0034] (3)采用热压烧结法,将上述包覆了氧化钛的铁镍纳米颗粒在800℃下热压烧结,保证颗粒尺寸不长大,固结后得到磁芯。
[0035] 其中,锰锌铁氧体纳米颗粒在磁芯中的体积分数为65%。
[0036] 经测试,固结后的磁芯材料电阻率为0.8×104μΩ·cm,磁导率为200,直流偏置性3
能为80%(100mT),在500KHz、150mT条件下损耗为220KW/m ,在1MHz、10mT条件下低于
3 3 3
300KW/m,在3MHz、50mT条件下低于210KW/m,在10MHz、5mT条件下低于38KW/m。
[0037] 本实施例的磁芯能够实现低功耗和高直流偏置特性,能够应用于变压器、电感器、滤波器、电抗器或互感器等电子元器件中。
[0038] 实施例3:
[0039] 本实施例的低功耗、高直流偏置磁芯的制备方法,包括以下步骤:
[0040] (1)采用热还原法合成铁纳米颗粒,颗粒直径为6纳米;
[0041] (2)将铁纳米颗粒分散在液态酚醛树脂中;
[0042] (3)升温到300℃,酚醛树脂发生固化,铁纳米颗粒被酚醛树脂均匀包覆,并且纳米颗粒尺寸不长大,固结后得到磁芯。
[0043] 其中,铁纳米颗粒在磁芯中的体积分数为50%。
[0044] 经测试,固结后的磁芯材料电阻率为3×105μΩ·cm,磁导率为70,直流偏置性能3
为63%(100mT),在500KHz、150mT条件下损耗为340KW/m ,在1MHz、10mT条件下低于430KW/
3 3 3
m,在3MHz、50mT条件下低于255KW/m,在10MHz、5mT条件下低于43KW/m。
[0045] 本实施例的磁芯能够实现低功耗和高直流偏置特性,能够应用于变压器、电感器、滤波器、电抗器或互感器等电子元器件中。
[0046] 在上述实施例及其替换方案中,非磁性绝缘基体还可以为非磁性无机物或热固性树脂,其中,非磁性无机物还可以为氧化铝、氧化锆、氧化锌、碳化硅、或氮化镓,热固性树脂还可以为环氧树脂、氨基树脂或不饱和聚酯。
[0047] 在上述实施例及其替换方案中,磁性纳米颗粒还可以为镍锌铁氧体、镍铜锌铁氧体、锰铜锌铁氧体、锂锌铁氧体、镁锌铁氧体、镍、铁硅合金、铁硅铝合金、铁镍钼合金、铁铝合金、铁钴合金、铁氮化合物或铁硼化合物。
[0048] 在上述实施例及其替换方案中,磁性纳米颗粒在磁芯中的体积分数还可以为40%、60%、80%等。
[0049] 在上述实施例及其替换方案中,磁芯还可以根据组分的调整,满足磁芯的参数在3
以下范围内调整:电阻率高于10μΩ·cm,磁导率高于10,在100mT条件下的直流偏置性能
3
大于80%,工作频率高于100KHz,损耗在100KHz、200mT条件下低于500KW/m 、在500KHz、
3 3
150mT条件下低于350KW/m 、在1MHz、10mT条件下低于450KW/m 、在3MHz、50mT条件下低于
3 3
280KW/m、在10MHz、5mT条件下低于50KW/m。
[0050] 在上述实施例及其替换方案中,磁芯的结构为棒形、长方体形、薄片形、罐形、环形、管形、PM形、PQ形、E形、T形、U形或异形结构。
[0051] 在上述实施例及其替换方案中,磁性纳米颗粒的制备还可以采用水热法、溶剂热法、CVD法、PVD法、机械破碎法、微乳液法、化学沉淀法、化学还原法、溶胶凝胶法、爆炸反应法、喷雾法或蒸发冷凝法。
[0052] 在上述实施例及其替换方案中,固结的方法还可以采用等静压烧结、无压固相烧结、气氛烧结、真空烧结或微波辅助烧结。
[0053] 以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明,对本领域的普通技术人员而言,依据本发明提供的思想,在具体实施方式上会有改变之处,而这些改变也应视为本发明的保护范围。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例1的低功耗、高直流偏置磁芯的显微照片。
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