PIAC 19

Ultraalacsony permeabilitású toroid magok és azok gyártástechnológiájának kutatás-fejlesztése nagyfrekvenciás és magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz

A projekt célja

Egy új, ultra alacsony permabilitású toroid magcsalád, és annak anyagát előállítani képes új gyártóberendezés létrehozása. Az új ötvözetből, új gyártástechnológiával készített mag tervezett alkalmazási hőmérséklete akár 50%-kal magasabb lehet jóval magasabb alkalmazási frekvencián működve. Mindemellett lineáris mágnesezettséggel és nagyon alacsony magveszteséggel is rendelkezik. A jelenleg a piacon elérhető versenytárs gyártók terméke 120-200 celsius fokon, átlag 500kHz-2MHz frekvencián különböző magveszteséggel, linearitás nélküli állnak rendelkezésre.

A projekt tervezett eredménye

A projekt tervezett eredménye egy kobalt alapú amorf ötvözetcsalád alkalmazása, melynek megfelelő hőkezelésével olyan ultralágymágneses anyag áll elő, melyből készített toroid magok 10-100 permabilitással rendelkezve akár 260 celsius fokon és akár 30 MHz-en üzemeltethetőek lineáris mágnesezettséggel; mely tulajdonságú magok jelenleg nem kaphatóak a piacon sem hazai, sem nemzetközi viszonylatban. Várakozásaink szerint a magok méretkorlát nélkül állíthatók elő.

A szélessávú (SiC és GaN alapú) félvezetők megjelenése a teljesítmény elektronikában a 2010-es években új kihívások elé állította a passzív induktív elemeket kutató és gyártó cégeket is, hiszen egy nagyságrenddel (néhány 100 kHz ről néhány MHz-re) növekedett a tápegységek működési frekvenciája. A miniatürizálás (nagy teljesítmény sűrűség) követelményének, valamint a magas hőmérsékleten és magas frekvencián való működésnek csak újfajta lágymágneses anyagok felelnek meg. Ezekre a fejlesztésekre nagy szükség van a hagyományos és a megújuló elektromos energiák termelési, továbbítási és elosztási rendszereiben.
A projekt célja az átlagos porvasmag permeabilitás tartományának (10-150) előállítása légrés nélküli toroid maggal, tetszőleges méretekben. A kis permeabilitású toroid magok készítésére jelen pályázat egy Co alapú fém-fém nanokompozitot célzott meg, amit mechanikai húzófeszültség alatt hőkezelünk amorf szalagból kiindulva, és az amorf szalag összetétele, valamint a hőkezelési paraméterek változtatásával érjük el a relatív permeabilitás tervezés szerinti változtatását. Zárt toroid magokat csévélhetünk tetszőleges átmérővel, így szemben a porvasmagokkal, itt nincs méretkorlát és szemben a vágott magokkal nincs EMI/RFI sugárzás probléma.
Ezáltal egy olyan magas frekvencián és magas hőmérsékleten működő új toroid mag család jön létre, amely optimális összetételű, hogy a viszonylag nagy biztonsággal és pontossággal megvalósítható hőkezeléssel 10-100 közötti permeabilitást állítsunk elő, megőrizve az alacsony koercitív teret (Hc kisebb mint 10 A/m). Többek között a napelem generátorok invertereiben ezek a fizikai paraméterek ideálisak lennének. Ezen új toroid magcsalád egyik leginkább hasznosító piacai a különböző hagyományos és megújuló elektromos energiák termelési, továbbítási és elosztási rendszerei, valamint a nagyfrekvenciás jelelektronika, autóipari és egészségügyi berendezések (pl: MRI). Ezen területeken, mint alkatrész történne alkalmazásuk, mint például: fojtótekercsek, induktivitások, szűrők, transzformátorok, inverteres tápegységek alkatrészei.

A projekt keretében az alábbi eredményeket kívánjuk elérni:
  • Co alapú amorf alapanyag összetétel
  • Új prototípus hőkezelő berendezés
  • Új hőkezelési technológia (know-how)
  • Új ultraalacsony permeabilitású, tetszőleges méretű, lineáris mágnesezésű, toroid mag

A projekt három munkaszakaszra oszlik, melyek közül az első év 12 hónap alkalmazott (ipari kutatás). A második év 12 hónap, a harmadik év pedig 8 hónap kísérleti fejlesztés.

I. munkaszakasz eredményei
  1. Alkalmazott kutatási módszerekkel anyagtudományi megfontolások alapján az kobalt bázisú amorf anyagcsalád összetételének meghatározása megvalósult. Az így létrejövő eredmény a megfelelő összetételek és abban az alkotók anyagtudományi szerepének információi.
  2. A létrehozandó ötvözet amorfizálhatóságát befolyásoló tényezők és paraméterek megismerése megtörtént.
  3. Elkezdtük ezen amorf anyagcsalád nanokristályosító hőkezelési módszertanának kutatását a tervezett lágymágneses tulajdonságok elérése céljából
A projekt adatai
  • A kedvezményezett neve:
    PROGEN Mérnöki Fejlesztő és Szolgáltató Korlátolt Felelősségű Társaság
  • A szerződött támogatás összege: 280 129 180 Ft
  • A támogatás mértéke (%-ban): 67,99 %
  • A projekt tervezett befejezési dátuma (ha megvalósult, akkor a tényleges befejezés): 2022. szeptember 30.
  • A projekt azonosító száma:
    2019-1.1.1-PIACI-KFI-2019-00375