專利名稱：用于電流傳感器的磁芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電流傳感器的磁芯，并且更特別地，本發(fā)明涉及其中所述磁芯具 有適當(dāng)?shù)拇艑?dǎo)率范圍和高磁通密度，從而制成具有小相位差和小尺寸的用于電流傳感器的 磁芯。
背景技術(shù)：
電流傳感器是通過(guò)將高電流轉(zhuǎn)化為低電流以便控制或監(jiān)測(cè)高電流的用于檢測(cè)電 流的儀器。在這種情況下，電流傳感器的電流比與原繞線線圈和副繞線線圈的數(shù)量成反 比。例如，在電流傳感器的原繞線線圈的匝數(shù)是1，并且電流傳感器的副繞線線圈的匝數(shù) 是2，500的情況下，能夠在電流傳感器的副邊得到40mA電流，而在電流傳感器的原邊得到 100A電流。近來(lái)，在單獨(dú)的住宅或工業(yè)領(lǐng)域提供的頻率為50Hz或60Hz的主電源包括直流分 量和交流分量。將包括直流分量和交流分量的主電源施加于電流傳感器的的原因是為了解 決精度下降的問(wèn)題，因?yàn)樵跍y(cè)量電流時(shí)難以精確地測(cè)量由交流分量檢測(cè)到的半波信號(hào)的畸 變波形。因此，施加于電流傳感器的主電源除了交流分量外還包括直流分量。然而，即使在少量直流分量的情況下，其中施用作為正弦波的交流分量的電流傳 感器可以快速地飽和。因此，電流傳感器難以完全地測(cè)量電流。于是，即使交流分量包括直 流分量，也需要在IEC標(biāo)準(zhǔn)的功率計(jì)中使用的具有給定范圍或更小范圍(例如，3%或更小) 精度的電流傳感器。已經(jīng)熟知根據(jù)磁芯的材料，根據(jù)被飽和的施用于磁芯的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變引入磁通 密度的時(shí)間點(diǎn)。換言之，直流電分量和交流電分量的飽和特性根據(jù)磁芯材料而不同。通常，如果磁通密度大，則被飽和的施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度大。因此，流入一次電流的直 流電分量和交流電分量的幅值變大。磁通密度與施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線(稱為磁滯曲線) 的斜率稱為磁導(dǎo)率。相反，如果磁導(dǎo)率小，則磁通密度飽和所需的施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加。然而，如果磁導(dǎo)率降低，則施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加。在這種情況下，在有功電度表 中重要的一次電流和二次電流之間的相位差變大。因此，電子電路和軟件過(guò)程(software process)的負(fù)荷增加以便補(bǔ)償相位差。另一方面，如果通過(guò)提高磁導(dǎo)率來(lái)降低相位差，則通過(guò)提高磁導(dǎo)率來(lái)降低電流直 流分量的幅值。將增加磁芯的磁路的方法作為增加磁導(dǎo)率和直流電分量使用范圍的另一方 法。磁芯的體積能夠表示為磁芯的平均磁路和磁芯剖面面積的乘積。在這點(diǎn)上，能夠 看出如果磁芯的平均磁路增加，則磁芯的體積增加并且磁芯的重量也增加。總之，磁通密度的幅值應(yīng)該盡可能大，以便減少電流傳感器的相位差，并同時(shí)增加 直流電分量的使用范圍。另外，為了避免磁芯的幅值不必要地增加，能夠看出磁導(dǎo)率的值應(yīng) 該在預(yù)定的范圍內(nèi)。根據(jù)這樣的需要，已經(jīng)提出了通過(guò)使用由鐵基納米晶合金和鈷基非晶態(tài)合金制成的磁芯制備電流傳感器，以便解決在交流分量包括直流分量的情況下發(fā)生的飽和現(xiàn)象的問(wèn) 題的技術(shù)。例如，在第1 840 906號(hào)歐洲專利特許公開中公開了用于電流傳感器的磁芯，其 中通過(guò)使用鐵基納米晶合金來(lái)制備該磁芯，并且該磁芯的磁導(dǎo)率為約2，500至3，000,并且 其磁通密度為1.2T或更高。然而，所述電流傳感器包括作為主要成分的銅(Cu)以便得到 具有納米晶體顆粒的微觀結(jié)構(gòu)。因此，雖然銅的量是有限的，但是提高了磁芯材料的脆性， 即磁芯是易碎的。因此，難以完全除去磁芯處理的問(wèn)題。進(jìn)一步地，難以在為得到納米晶體 顆粒的結(jié)晶化熱處理的時(shí)候控制過(guò)程變量。更進(jìn)一步地，存在將磁場(chǎng)熱處理時(shí)施加的磁場(chǎng) 強(qiáng)度設(shè)定過(guò)高的問(wèn)題。另外，在第6，565，411號(hào)美國(guó)專利中公開了用于電流傳感器的磁芯，其中通過(guò)使 用鈷基納米晶合金來(lái)制備該磁芯，并且該磁芯的磁導(dǎo)率為約1，000至1，900，并且其磁通密 度為約0. 85T至1. OT0然而，問(wèn)題是鈷基磁芯由作為主要原材料的昂貴的鈷(Co)制成并且 得到的磁通密度過(guò)低。發(fā)明公開內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供用于電流傳感器的磁芯，其中雖然將便 宜的鐵基非晶態(tài)合金用作磁芯材料，但是所述磁芯不僅能夠提高直流分量的使用范圍，而 且相位差小并且磁通密度非常大。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了用于電流傳感器的磁 芯，所述磁芯由非晶態(tài)合金制成，所述合金具有由通式FeaMbSi。BdM’ ε表示的組成，其中M 為選自Ni和Co的至少一種元素，并且Μ，為Cr，并且a至e為原子百分?jǐn)?shù)且為分別滿足 30彡a彡80、1彡b彡50、0. 1彡c彡20、0. 1彡d彡20和0彡e彡10的數(shù)，并且其中所述 非晶態(tài)合金的磁通密度為1. 2T至1. 7T，并且磁導(dǎo)率為1，000至4，000。優(yōu)選地但非必須地，考慮到磁芯的制造成本，元素M限于僅為Ni而不是Co，在該情 況下，a至e為原子百分?jǐn)?shù)且為分別滿足50彡a彡80、3彡b彡30、6彡c彡10、10彡d彡20 和0彡e彡5的數(shù)，由此得到具有期望磁特性的用于電流傳感器的磁芯。優(yōu)選地但非必須地，在元素M限于僅為Co而不是Ni的情況下，由于Co的優(yōu)異的 磁性能，用于電流傳感器的磁芯具有高飽和的磁通密度。由于Co的優(yōu)異的耐腐蝕性能，還 有可以不單獨(dú)加入Cr的優(yōu)勢(shì)。優(yōu)選地但非必須地，就實(shí)施本發(fā)明的用于電流傳感器的磁芯的熱處理?xiàng)l件而言， 熱處理溫度為200°C至600°C，并且熱處理時(shí)間為20分鐘至1，000分鐘，并且施加的磁場(chǎng)強(qiáng) 度為100高斯至6，000高斯。優(yōu)選地但非必須地，本發(fā)明的用于電流傳感器的磁芯為包含F(xiàn)e、Si和B的合金組 合物，并且用于電流傳感器的磁芯的一次電流和二次電流之間的相位差的值為10°或以 下。優(yōu)選地但非必須地，在本發(fā)明中，用于電流傳感器的磁芯包含作為主要成分的Fe， 向其中加入熟知的作為非晶態(tài)形成元素的Si和B，以便因此使用適于制備鐵基非晶態(tài)帶的 Fe-Si-B三元素合金。
優(yōu)選地但非必須地，元素M選自鐵磁性元素Co和Ni以改善磁芯的磁特性，從而將 鐵基非晶態(tài)磁芯的磁導(dǎo)率控制在最佳范圍內(nèi)，并同時(shí)提高飽和磁通密度。同時(shí)，優(yōu)選地但非 必須地，在本發(fā)明中，加入對(duì)增強(qiáng)非晶態(tài)合金的耐腐蝕性能起重要作用的元素Cr作為元素 M，。如果在用于磁芯的合金中選擇的各個(gè)元素的組分和組成超出預(yù)定范圍，則不能達(dá) 到期望的磁特性或機(jī)械特性以及磁導(dǎo)率和磁通密度。本發(fā)明的磁芯的磁導(dǎo)率的值為1，000至4，000，優(yōu)選為1，400至3，000。這時(shí)，如果磁導(dǎo)率太小，則一次電流和二次電流之間的相位差不期望地過(guò)大。相反，如果磁導(dǎo)率太大， 則用于電流直流分量的磁通密度提早飽和。因此，因?yàn)闉榱顺浞值乇ＷC電流傳感器的使用 范圍應(yīng)該擴(kuò)大磁芯的尺寸，所以不希望使磁芯具有太大的磁導(dǎo)率。為了降低電流傳感器的尺寸，期望使用具有大磁通密度的磁芯。在本發(fā)明中，用于 電流傳感器的磁芯的磁通密度為1. 7T的非常高的值或因此為最大值。有益效果如上所述，由本發(fā)明的鐵基非晶態(tài)合金制造的用于電流傳感器的磁芯在制備方法 上有優(yōu)勢(shì)，所述制備方法不像由鐵基納米晶合金制成的磁芯，不需要屬于后處理的結(jié)晶化 熱處理步驟。另外，由本發(fā)明的鐵基非晶態(tài)合金制造的用于電流傳感器的磁芯具有適當(dāng)范 圍的磁導(dǎo)率和高磁通密度。因此，雖然施用于原繞線線圈的一次電流中包括直流分量，但是 阻止了直流分量的使用范圍中的磁通密度的突然飽和現(xiàn)象，因而能夠增加使用范圍。另外，因?yàn)橛杀景l(fā)明的鐵基非晶態(tài)合金制造的用于電流傳感器的磁芯具有適當(dāng)范 圍的磁導(dǎo)率和高磁通密度，所以能夠降低一次電流和二次電流之間的相位差，由此得到的 磁芯尺寸小。因此，優(yōu)勢(shì)為能夠在工業(yè)上使用本發(fā)明的磁芯。附圖簡(jiǎn)述通過(guò)參照附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明以上和其他的目的和優(yōu) 勢(shì)將變得更加清晰，其中

圖1是例示當(dāng)制造本發(fā)明實(shí)施方案的磁芯時(shí)，熱處理溫度的曲線圖；圖2是例示通過(guò)比較本發(fā)明的磁芯和常規(guī)磁芯之間的直流疊加特性所得到的結(jié) 果的圖；以及圖3是例示本發(fā)明實(shí)施方案的磁芯的相位差的圖。實(shí)施發(fā)明的最佳方式在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的用于電流傳感器的磁芯。通過(guò)快速凝固法將!^e6tl.6Co2(1B14.4Si5組成的非晶態(tài)合金制成厚度為20 μ m,并且寬 度為6. 5mm的非晶態(tài)帶，并將該非晶態(tài)帶纏繞成尺寸為31mm外徑X^mm內(nèi)徑X 6. 5mm高 的環(huán)形芯，然后根據(jù)熱處理溫度和時(shí)間測(cè)量磁特性。在下表1和表2中例示結(jié)果。表 1根據(jù)熱處理溫度的磁芯的磁特性(測(cè)量條件60Hz，Hm N 1，000A/m)
權(quán)利要求
1.用于電流傳感器的磁芯，所述磁芯由非晶態(tài)合金制成，所述合金具有由通式 FeaMbSicBdM' e表示的組成，其中M為選自Ni和Co的至少一種元素，并且M’為Cr，并且a 至e為原子百分?jǐn)?shù)且為分別滿足30彡a彡80、1彡b彡50,0. 1彡c彡20,0. 1彡d彡20 和0 < e < 10的數(shù)，并且其中所述非晶態(tài)合金的磁通密度為1. 2T至1. 7T，并且磁導(dǎo)率為 1，000 至 4，000。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電流傳感器的磁芯，其中所述通式中的所述元素M為Ni。
3.如權(quán)利要求2所述的用于電流傳感器的磁芯，其中a至e為原子百分?jǐn)?shù)且為分別滿 足50彡a彡80、3彡b彡30、6彡c彡10、10彡d彡20和0彡e彡5的數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于電流傳感器的磁芯，其中當(dāng)所述通式中的所述元素M為Co 時(shí)，e = 0。
5.如權(quán)利要求1所述的用于電流傳感器的磁芯，其中就實(shí)施所述用于電流傳感器的磁 芯的熱處理?xiàng)l件而言，熱處理溫度為200°C至600°C，并且熱處理時(shí)間為20分鐘至1，000分 鐘，并且施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為100高斯至6，000高斯。
6.如權(quán)利要求1所述的用于電流傳感器的磁芯，其中所述用于電流傳感器的磁芯的一 次電流和二次電流之間的相位差的值為10°或以下。
7.如權(quán)利要求1所述的用于電流傳感器的磁芯，其中所述非晶態(tài)合金的磁導(dǎo)率的值為 1，400 至 3，000。
全文摘要
提供了具有適當(dāng)范圍磁導(dǎo)率和高磁通密度，從而制成具有小相位差和小尺寸的磁芯。所述磁芯能夠用于電流傳感器。所述磁芯由非晶態(tài)合金制成，所述合金具有由通式FeaMbSicBdM’e表示的組成，其中M為選自Ni和Co的至少一種元素，并且M’為Cr，并且a至e為原子百分?jǐn)?shù)且為分別滿足30≤a≤80、1≤b≤50、0.1≤c≤20、0.1≤d≤20和0≤e≤10的數(shù)，并且其中所述非晶態(tài)合金的磁通密度為1.2T至1.7T，并且磁導(dǎo)率為1,000至4,000。
文檔編號(hào)H01F27/24GK102047358SQ200880129616
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者南秦澤, 宋容卨, 張東郁 申請(qǐng)人:阿莫綠色技術(shù)有限公司