NO131996B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av en ringformet magnetkjerne. Method for producing an annular magnetic core.

Foreliggende oppfinnelse angår en The present invention relates to a

fremgangsmåte til fremstilling av en magnetkjerne for anvendelse som lagringselement. Slike magnetkjerner har den egen-skap at de har en tilnærmet rektangelfor-met hysteresissløyfe. Lagringselementet anvendes f. eks. i elektroniske regnemaskiner. method for producing a magnetic core for use as a storage element. Such magnetic cores have the property that they have an approximately rectangular hysteresis loop. The storage element is used e.g. in electronic calculators.

Ved anvendelse av magnetkjerner som When using magnetic cores such as

lagringselementer er det ønskelig å be-grense opptreden av hvirvelstrømmer mest mulig, slik at der som råstoff for disse kjerner i stadig større utstrekning anvendes magnetisk bløte, oksydiske materialer, som som bekjent har en meget liten elektrisk ledningsevne. storage elements, it is desirable to limit the occurrence of eddy currents as much as possible, so that magnetically soft, oxidic materials, which as is known have a very low electrical conductivity, are increasingly used as raw material for these cores.

Den grad hystressisløyfen nærmer seg rektangelform kan utrykkes kvantitativt The degree to which the hysteresis loop approaches a rectangular shape can be expressed quantitatively

på forskjellig måte. Man kan f. eks. anven-de kotienten Br/B(;1, hvor Br er den remanente induksjon og B(;1 er den induksjon ved hvilken hysteresissløyfen akkurat slut-tes. Et annet mål for den rektangulære form av hysteresissløyfen er det såkalte rektangelforhold (Rs)m.ix, den maksimale verdi av Rs, hvilken størrelse er lik kvotienten in a different way. One can e.g. the used quotient Br/B(;1, where Br is the remanent induction and B(;1 is the induction at which the hysteresis loop just closes. Another measure of the rectangular shape of the hysteresis loop is the so-called rectangle ratio (Rs)m .ix, the maximum value of Rs, which amount is equal to the quotient

Denne kvotient er en funksjon av den stør-ste tilførte feltstyrke Hm. Ved en bestemt verdi av Hin når kvotienten sin maksimal-verdi (R ) This quotient is a function of the largest applied field strength Hm. At a certain value of Hin, the quotient reaches its maximum value (R )

De ved hjelp av de ovennevnte mål They using the above measures

fastsatte kriterier strekker imidlertid ofte ikke til for bestemmelse av om magnet- established criteria, however, are often not sufficient for determining whether magnetic

kjernen fullt ut er egnet for anvendelse som lagringselement i en regnemaskin, sett på bakgrunn av at moderne regnemaskiner stadig stiller høyere krav. Der-for anvendes i det følgende et mål som særlig gjelder for regnemaskinelementer med en koblingstid på maksimum 5 (.isek. the core is fully suitable for use as a storage element in a calculator, seen against the background that modern calculators are increasingly demanding. Therefore, in the following, a measure is used that applies in particular to calculator elements with a switching time of a maximum of 5 (.isek.

Fig. 1 viser en idealisert hysteresis-sløyfe ved en strømstyrke som tilsvarer en Fig. 1 shows an idealized hysteresis loop at a current corresponding to a

+ +

feltstyrke på Hin. Bm er den maksimale induksjon, Br er den positive remanente induksjon, Br er den negative remanente induksjon og Bm er den minimale induksjon. Hvis magnetkjernen befinner seg i en tilstand av positiv remanens (1), så blir som field strength on Hin. Bm is the maximum inductance, Br is the positive remanent inductance, Br is the negative remanent inductance and Bm is the minimum inductance. If the magnetic core is in a state of positive remanence (1), then

følge at et påtrykket felt -H]n veien 1—7— 2—17—3 gjennomløpt. Hvis feltet fjernes, bringes magnetkjernen i en tilstand av negativ remanens (4). Ved et tilført felt +Hm blir veien 4—5—18—6 gjennomløpt og etter fjerningen av feltet vender kjernen tilbake til en tilstand av positiv remanens. (1). Tilføres så et felt —Hd hvis absolutte verdi er mindre enn for feltet follow that an impression fell -H]n the path 1—7— 2—17—3 ran through. If the field is removed, the magnetic core is brought into a state of negative remanence (4). With an applied field +Hm, the path 4—5—18—6 is traversed and after the removal of the field the nucleus returns to a state of positive remanence. (1). Then add a field —Hd whose absolute value is less than that of the field

—Hm, så blir ikke punktet 2, men bare punktet 7 nådd. Blir dette felt fjernet, så vender kjernen tilbake i tilstanden av remanens (1). Tilføres så et felt —H(1 hvis mindre enn den opprinnelige remanente —Hm, then point 2 will not be reached, but only point 7. If this field is removed, the nucleus returns to the state of remanence (1). A field —H(1) is then added if smaller than the original remanent

+ +

induksjon Br. Blir denne operasjon gjen-tatt noen ganger, blir veien 8—9—10, 10— 11—12, 12—13—14, osv gjennomløpt inntil man når en grenseverdi (16) for den rema- induction Br. If this operation is repeated a few times, the path 8—9—10, 10—11—12, 12—13—14, etc. is traversed until a limit value (16) is reached for the remaining

+ +

nente induksjon Bld. Fra denne tilstand vil et felt —Hni tilveiebringe gjennomløp-ning av veien 16—17—3 og feltet +Hm gjennomløpning av veien 16—18—6. nent induction Bld. From this state, a field —Hni will provide passage of the path 16—17—3 and the field +Hm passage of the path 16—18—6.

Fig. 2 viser en kurveform for strøm-pulser. Som abscisse er opptegnet tiden og som ordinat strømstyrke. Den absolutte størrelse av toppverdiene av pulsene A, B, L og V(I,n) har tilfølge en magnetisk feltstyrke med en absolutt verdi Hm. Den absolutte størrelse av toppverdien av pulsene, C, D, E, F, K, M, N, O, P og U (I(i) fører til en magnetisk feltstyrke med den absolutte verdi H,,. Mellom de positive pulser B og L og mellom den positive puls L og den negative puls V ligger et antall (minst 5) negative pulser, såkalte negative forstyrrel-sespulser. Pulsmønsteret i fig. 2 anvendes så på hysteresissløyfen i fig. 1. Fig. 2 shows a curve shape for current pulses. Time is shown as the abscissa and current as the ordinate. The absolute size of the peak values of the pulses A, B, L and V(I,n) has a magnetic field strength with an absolute value Hm. The absolute magnitude of the peak value of the pulses, C, D, E, F, K, M, N, O, P and U (I(i) leads to a magnetic field strength with the absolute value H,,. Between the positive pulses B and L and between the positive pulse L and the negative pulse V lies a number (at least 5) of negative pulses, so-called negative disturbance pulses. The pulse pattern in Fig. 2 is then applied to the hysteresis loop in Fig. 1.

Etter pulsen A befinner magnetkjernen seg i tilstanden 4 og pulsen B bringer kjernen i tilstanden 6. Dette frembringer en fluksendring som er proposjonal med After pulse A, the magnetic core is in state 4 and pulse B brings the core into state 6. This produces a flux change that is proportional to

+ <+>+ <+>

induksjonsendringen Bin—<B>r. Som følge derav opptrer i sekundærviklingen et spen-ningsstøt uvl (uforstyrret ener) hvsi maksimale verdi er betegnet med uVl. the induction change Bin—<B>r. As a result, a voltage surge uvl (undisturbed ener) occurs in the secondary winding, the maximum value of which is denoted by uVl.

Etter pulsen K befinner magnetkjer- After the pulse K, the magnetic core is

nen seg i tilstanden 16, og pulsen L bringer kjernen i tilstanden 6. Dette fører med seg en fluksendring som er proporsjonal nen in state 16, and the pulse L brings the nucleus into state 6. This leads to a flux change that is proportional

+ + + +

med induksjonsendringen Bm—Br(l. Som følge derav opptrer i sekundærviklingen et spenningsstøt dvz (forstyrret null), hvis maksimale verdi er betegnet med dVz. with the induction change Bm—Br(l. As a result, a voltage spike dvz (disturbed zero) occurs in the secondary winding, the maximum value of which is denoted by dVz.

Etter pulsen U befinner magnetkjernen seg i tilstanden 16, og pulsen V bringer kjernen i tilstanden 3. Dette har tilfølge en fluksendring som er proporsjonal med in-<+ >duksjonsendringen B„,—B,.(l. Som følge derav opptrer i sekundærviklingen et spen-ningsstøt rvl (forstyrret ener), hvis mak-simalverdi betegnes med rVl. After the pulse U, the magnetic core is in state 16, and the pulse V brings the core to state 3. This results in a flux change that is proportional to the induction change B„,—B,.(l. As a result, in the secondary winding a voltage surge rvl (disturbed ener), whose maximum value is denoted by rVl.

Til andvendbarheten av en magnetkjerne som lagringselement hvis koblingstid er maksimalt 5|isek. stilles følgende fordringer: 1) Den maksimalt anvendte strøm-styrke skal være minst mulig for at bare en liten ytelse skal være nødvendig. Denne fordring som stilles til strømstyrken kan imidlertid være forskjellig for hvert til-felle, alt etter anvendelsen; To the applicability of a magnetic core as a storage element whose switching time is a maximum of 5|isec. the following requirements are set: 1) The maximum current strength used must be as small as possible so that only a small performance is required. However, this demand placed on the amperage can be different for each case, depending on the application;

2) Ved et bestemt forhold mellom de fluksendringer som ligger til grunn for rvl og dvz, skal forholdet mellom H, og Hm (mellom Id og Im) overskride en bestemt verdi. De to her nevnte forhold kan være 2) In the case of a specific ratio between the flux changes that underlie rvl and dvz, the ratio between H, and Hm (between Id and Im) must exceed a specific value. The two relationships mentioned here can be

forskjellig ved forskjellig anvendelse. Dette er et nøyaktigere kriterium enn forholdet mellom toppverdiene rVl og dVz da ved en betraktning av toppverdiene formen av spennings-tid-kurven ikke kommer i betraktning. Det er ikke nødvendig å iaktta den fluksendring som ligger til grunn for uvl, da denne tilnærmet er lik summen av de to andre, slik at et gunstig forhold mellom de fluksendringer som ligger til grunn for rvl og dvz, bringer med seg et gunstig forhold mellom de fluksendringer som ligger til grunn for dvz og uvl, hvilket også gjelder for rvl og uvl. different for different applications. This is a more accurate criterion than the ratio between the peak values rVl and dVz since when considering the peak values the shape of the voltage-time curve does not come into consideration. It is not necessary to observe the flux change underlying uvl, as this is approximately equal to the sum of the other two, so that a favorable relationship between the flux changes underlying rvl and dvz brings with it a favorable relationship between the flux changes underlying dvz and uvl, which also applies to rvl and uvl.

Ved de magnetkjerner som fremstilles ifølge oppfinnelsen er forholdet mellom de fluksendringer som ligger til grunn for dvz og rvl maksimalt 0,15 (denne størrelse skal nedenfor betegnes med q), mens forholdet mellom I(i og Iin er minst 0,61. Denne verdi 0,61 er valgt for ved anvendelse i elektroniske regnemaskiner å tillate en strøm-toleranse på 10 pst. ved et forhold av I„ : Im = 0,5 : 1. In the case of the magnetic cores produced according to the invention, the ratio between the flux changes that are the basis for dvz and rvl is a maximum of 0.15 (this quantity shall be denoted below by q), while the ratio between I(i and Iin is at least 0.61. This value 0.61 has been chosen in order, when used in electronic calculators, to allow a current tolerance of 10 per cent at a ratio of I„ : Im = 0.5 : 1.

Av fransk patentskrift 1 128 630 er kjent ferromagnetiske materialer med tilnærmet rektangulær hysteresissløyfe som oppnåes ved sintring av en utgangsblan-ding med følgende sammensetning: From French patent document 1 128 630, ferromagnetic materials with an approximately rectangular hysteresis loop are known which are obtained by sintering a starting mixture with the following composition:

hvor molekylarprosentsatsene x, u, v og s tilfredsstiller følgende betingelser: where the molecular percentages x, u, v and s satisfy the following conditions:

x-fu + v + s = 100, x-fu + v + s = 100,

40^ x <^52 40^ x <^52

35<^ u + v<^ 55 35<^ u + v<^ 55

0<^ v<; 15 og 0^ s<; 15. 0<^ v<; 15 and 0^ s<; 15.

Sintringen skjer ved en temperatur mellom 900 og 1300° C i en atmosfære av ren nitrogen og 0 til 20 volum-pst. oksygen. Etter sintringen blir materialet langsomt avkjølet, hivlket krever ca. 15 timer. Hyste-resissløyfens form er slik at forholdet mellom den remanente induksjon og den induksjon som tilsvarer maksimalt anvendt feltstyrke er minst 0,9. Denne størrelse er tilnærmet lik den ovenfor beskrevne stør-Br The sintering takes place at a temperature between 900 and 1300° C in an atmosphere of pure nitrogen and 0 to 20 volume percent. oxygen. After sintering, the material is slowly cooled, the planing requires approx. 15 hours. The shape of the hysteresis loop is such that the ratio between the remanent induction and the induction corresponding to the maximum applied field strength is at least 0.9. This size is approximately the same as the sturgeon Br described above

reise eller i det minste sammenlign-Bcl travel or at least compare-Bcl

bar med denne. bar with this one.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av en ringformet magnetkjerne med en ytre diameter på maksimalt 4 mm, særlig for anvendelse som lagringskjerne i elektroniske regnemaskiner, hvilken kjerne består av et ferromagnetisk materiale på basis av oksyder av jern, mangan, kobber og sink, idet blandingen har følgende sammensetning: 30—55 mol % Fe203, The invention relates to a method for producing an annular magnetic core with an outer diameter of a maximum of 4 mm, particularly for use as a storage core in electronic calculators, which core consists of a ferromagnetic material based on oxides of iron, manganese, copper and zinc, the mixture being has the following composition: 30-55 mol % Fe203,

30—65 mol % MnO, 30-65 mol % MnO,

0—15 mol % CuO, 0-15 mol % CuO,

0—15 mol % ZnO 0-15 mol % ZnO

hvor oksydene kan være erstattet med for-bindelser som ved opphetning går over i disse oksyder, og opphetes på forhånd til en temperatur på mellom 500 og 1000° C, og det således tilveiebragte reaksjonspro-dukt finmales og formes til en ring med eller uten bindemiddel, hvoretter ringen sintres i en oksygenholdig gassatmosfære ved opphetning til mellom 1150 og 1350° C og er karakterisert ved at det sintrede legeme avkjøles på den måte at i det minste temperaturområdet mellom 700° C og værelsestemperatur og maksimalt tempera-turområde mellom 1050° C og værelsestemperatur gjennomløpes hurtigst mulig. Fortrinnsvis skjer sintringen i luft. Ved avkjøling blir særlig temperaturområdet fra 900° C til værelsestemperatur gjen-nomløpt hurtigst mulig, men ikke så hurtig at der dannes riss og/eller brudd i legemet. Varigheten av sintringen er avhen-gig av sintringstemperaturen. Denne kan gjøres kortere i den grad sintringstemperaturen økes. where the oxides can be replaced with compounds which turn into these oxides when heated, and are heated in advance to a temperature of between 500 and 1000°C, and the reaction product thus obtained is finely ground and formed into a ring with or without a binder , after which the ring is sintered in an oxygen-containing gas atmosphere by heating to between 1150 and 1350° C and is characterized in that the sintered body is cooled in such a way that at least the temperature range is between 700° C and room temperature and the maximum temperature range is between 1050° C and room temperature is run through as quickly as possible. Preferably, the sintering takes place in air. During cooling, in particular, the temperature range from 900° C to room temperature is passed through as quickly as possible, but not so quickly that cracks and/or breaks form in the body. The duration of the sintering depends on the sintering temperature. This can be made shorter as the sintering temperature is increased.

Som allerede bemerket tilfredsstiller magnetkjernen den fordring som ved forholdet mellom Id og Im = 0,61 er den ovennevnte størrelse q maksimalt 0,15. I forhold til de kjente kjerner oppfyller magnetkjernen ifølge oppfinnelsen strengere krav med hensyn til hysteresissløyfens rektangulære form, idet fremgangsmåtens varighet er vesentlig forkortet.. As already noted, the magnetic core satisfies the requirement that at the ratio between Id and Im = 0.61, the above-mentioned quantity q is a maximum of 0.15. Compared to the known cores, the magnetic core according to the invention meets stricter requirements with regard to the rectangular shape of the hysteresis loop, as the duration of the method is significantly shortened.

Det skal bemerkes at det allerede er foreslått en fremgangsmåte til fremstilling av ringformede magnetkjerner med en ytre diameter på maksimalt 4 mm, som særlig er beregnet på anvendelse som såkalte lagringskjerner i elektroniske regnemaskiner, og som består av et ferromagnetisk materiale på basis av oksyder av jern, mangan og kobber, idet magnetkjernen som sintres i en oksygenholdig gassatmosfære ved opphetning til en temperatur på mellom 1150 og 1350° C avkjøles på den måte at i det minste innenfor temperaturområdet fra 700° C til værelsestemperatur skjer avkjølingen i en gassatmosfære med et lavere oksygeninnhold enn gassatmosfæren for sintringen. I mot-setning hertil har fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen den fordel at der ikke kreves noen endring av gassatmosfæren. It should be noted that a method has already been proposed for the production of ring-shaped magnetic cores with an outer diameter of a maximum of 4 mm, which are particularly intended for use as so-called storage cores in electronic calculators, and which consist of a ferromagnetic material based on oxides of iron , manganese and copper, the magnetic core being sintered in an oxygen-containing gas atmosphere when heated to a temperature of between 1150 and 1350° C is cooled in such a way that at least within the temperature range from 700° C to room temperature the cooling takes place in a gas atmosphere with a lower oxygen content than the gas atmosphere for sintering. In contrast to this, the method according to the invention has the advantage that no change to the gas atmosphere is required.

Eksempel. Example.

En blanding av kobberoksyd CuO, mangankarbonat MnC03, sinkoksyd ZnO og jernoksyd Fe2Os ble fire timer malt i en kulemølle i vann og deretter foropp-hetet en time i luft. Etter avkjølingen ble reaksjonsproduktet malt i vann i en kule-mølle i 16 timer og deretter tørket, hvoretter det malte produkt ble tilsatt en liten mengde av et organisk bindemiddel. Deretter ble ringen med en ytre diameter på ca. 2,5 mm og en indre diameter på ca. 1,7 mm presset. Ringen ble opphetet y2 time i luft, hvoretter den ble avkjølt i en ovn til en bestemt temperatur. Deretter ble ringen tatt ut av ovnen og avkjølet til værelsestemperatur hurtigst mulig, dvs. i løpet av noen minutter. A mixture of copper oxide CuO, manganese carbonate MnC03, zinc oxide ZnO and iron oxide Fe2Os was ground for four hours in a ball mill in water and then preheated for one hour in air. After cooling, the reaction product was milled in water in a ball mill for 16 hours and then dried, after which a small amount of an organic binder was added to the milled product. Then the ring with an outer diameter of approx. 2.5 mm and an inner diameter of approx. 1.7 mm pressed. The ring was heated for y2 hours in air, after which it was cooled in an oven to a certain temperature. The ring was then taken out of the oven and cooled to room temperature as quickly as possible, i.e. within a few minutes.

Den således fremstilte magnetkjerne ble forsynt med en primær- og en sekun-dærvikling og prøvet med pulser med en form som vist skjematisk i fig. 2, idet der mellom de hele pulser var åtte forstyrrel-sespulser. Disse pulser oppstod ved utlad-ning av en kondensator over en induktivi-tet og en motstand til jord. Forholdet mellom støypulsene og de hele strømpulser var hele tiden 0,61. Verdien av den samlede strøm ble deretter variert inntil en mini-malverdi av den ovenfor beskrevne kvotient q ble nådd. The thus produced magnetic core was provided with a primary and a secondary winding and tested with pulses of a shape as shown schematically in fig. 2, as there were eight disturbance pulses between the whole pulses. These pulses occurred when a capacitor was discharged across an inductance and a resistance to earth. The ratio between the noise pulses and the whole current pulses was always 0.61. The value of the total current was then varied until a minimum template value of the above-described quotient q was reached.

Etterfølgende tabell angir fremstil-lingsmåten og egenskapene for disse rin-ger, dvs. sammensetningen av utgangsblan-dingen, forhåndsopphetningstemperaturen, opphetningstemperaturen, den temperatur til hvilken de avkjøles i ovn, økningstiden for strømpulsen (t,.), minimalverdien av kvotienten q (som er lik forholdet mellom de fluksendringer som ligger til grunn for dvz og rvl), verdien av den samlede strøm, ved hvilken minimalverdien av q opptrer, koblingstiden (Ts) (varigheten av spennin-gen i sekundærviklingen ved 10 pst. av maksimalverdien) og videre verdiene av uVl, rVl og dVz, dvs. maksimalverdiene av uvl, rvl og dvz. The following table indicates the manufacturing method and the properties of these rings, i.e. the composition of the starting mixture, the preheating temperature, the heating temperature, the temperature to which they are cooled in an oven, the rise time of the current pulse (t,.), the minimum value of the quotient q (which is equal to the ratio between the flux changes underlying dvz and rvl), the value of the total current, at which the minimum value of q occurs, the switching time (Ts) (the duration of the voltage in the secondary winding at 10 percent of the maximum value) and so on the values of uVl, rVl and dVz, i.e. the maximum values of uvl, rvl and dvz.

Til sammenligning er der i tabellen oppført en magnetkjerne som er avkjølet i ovn fra sintringstemperaturen til værel-sestemperaturen, og hvor således ikke temperaturområdet fra minst 700° C til værelsestemperatur ble utført hurtigst mulig. For comparison, the table shows a magnetic core that has been cooled in an oven from the sintering temperature to room temperature, and where the temperature range from at least 700° C to room temperature was thus not carried out as quickly as possible.

Av tabellen fremgår at verdien av strømmen ved hvilken minimalverdien av q opptrer er lavere for magnetkjerner som inneholder sink enn for andre magnetkjerner. The table shows that the value of the current at which the minimum value of q occurs is lower for magnetic cores containing zinc than for other magnetic cores.

Claims (1)

Fremgangsmåte til fremstilling av en ringformet magnetkjerne med en ytre diameter på maksimalt 4 mm, særlig for anvendelse som lagringskjerner i elektroniske regnemaskiner, hvilke kjerner består av et ferromagnetisk materiale på basis av oksyder av jern, mangan, kobber og sink, idet blandingen har følgende sammensetning. 30—55 mol % Fe2Oa 30—65 mol% MnO, 0—15 mol % CuO, 0—15 mol % ZnO,Process for the production of an annular magnetic core with an outer diameter of a maximum of 4 mm, in particular for use as storage cores in electronic calculators, which cores consist of a ferromagnetic material based on oxides of iron, manganese, copper and zinc, the mixture having the following composition . 30—55 mol% Fe2Oa 30—65 mol% MnO, 0—15 mol% CuO, 0—15 mol% ZnO, hvor oksydene kan være erstattet med for-bindelser som ved opphetning går over i disse oksyder og opphetes på forhånd til en temperatur på mellom 500 og 1000° C, og det således tilveiebragte reåksjonspro-dukt finmales og formes til en ring med eller uten bindemiddel, hvoretter ringen sintres i en oksygenholdig gassatmosfære ved opphetning til mellom 1150 og 1350° C, karakterisert ved at det sintrede legeme avkjøles på den måte at idet minste temperaturområdet mellom 700° C og værelsestemperatur og maksimalt temperaturområdet mellom 1050° C og værelsestemperatur gjennomløpes hurtigst mulig, men ikke så hurtig at der dannes riss og/eller brudd i legemet.where the oxides can be replaced with compounds which, when heated, turn into these oxides and are heated in advance to a temperature of between 500 and 1000° C, and the reaction product thus provided is finely ground and formed into a ring with or without a binder, after which the ring is sintered in an oxygen-containing gas atmosphere by heating to between 1150 and 1350° C, characterized in that the sintered body is cooled in such a way that the minimum temperature range between 700° C and room temperature and the maximum temperature range between 1050° C and room temperature are run through as quickly as possible, but not so fast that cracks and/or breaks form in the body.