[發明專利]電流變換器芯以及制造電流變換器芯的方法

無效

• 申請號: 201310273350.0
• 申請日: 2005-05-17
• 公開（公告）號: CN103500623A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: G.武爾夫;D.奧特;J.佩特喬爾德
• 申請（專利權）人: 真空融化兩合公司
• 主分類號: H01F1/153
• 分類號: H01F1/153;H01F41/02;H01F3/04;C22C45/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;劉春元

本申請是申請號為200580015857.X、申請日為2005年5月17日的同名申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種電流變換器芯以及一種制造電流變換器芯的方法。

背景技術

采用電能計數器在工業和家居環境中對電氣裝置和設備的耗電進行計量。在此公知例如電機的費拉里斯感應計數器的原理等各種原理。所述費拉里斯感應計數器是基于對由與電流或者電壓成比例的場所驅動的一個圓盤的旋轉的測量。

現代計數器完全以電子方式進行工作。有各種基于感應原理測取電流的方法，其中按照數字方式處理電感的電流變換器和電壓變換器的輸出信號，并提供所述輸出信號用于測取耗電并且還可以用于遠程讀取。

感應電流變換器的電子能量計數器越來越多地應用于家居環境中。在此，這種計數器在低成本制造性方面比其在技術上的考慮起更大的作用。這使得需要研發這種電流變換器特別經濟的制造方法。需要測量的耗電電流在數毫安（mA）與100?A之間的范圍內或者在該范圍之外，其中需要能夠進行簡單而精確的電能測量而同時要求與要測量的初級電流相比，該測量信號具有相對小的相位誤差和幅度誤差。除了精度要求以外，在較高生產能力的情況下，這種電流變換器材料成本也是非常重要的，尤其是電流變換器芯材料的成本是非常重要的。

對于一個電流變換器的相位誤差，一般有

式中

R_B=負載電阻；

R_Cu?=次級繞組電阻，δ=變換器材料的損耗角

L=電流變換器的次級繞組電感量。

對于幅度誤差，有

式中L定義為：

N_2????=?次級繞組匝數

μ’=?變換器材料的磁導率（實部）

μ_0??=?真空磁導率常數

A_Fe????=鐵芯的橫截面面積

L_Fe????=?鐵芯的平均磁路長度。

在此為了實現體積較小并因而價格低廉但精度高的電流變換器就需要有盡可能高的磁導率芯。

為了計取較大的電流，變換器芯需要有一個較大的內徑，這在小的鐵芯橫截面積A_Fe的情況下導致一種較小的芯外徑D_a與芯內徑D_I之比，所述比通常小于1.5，甚至小于1.25。然而這樣小的直徑比會導致芯的機械不穩定性較大，并且使之對各種機械操作敏感。

由于上述原因，這樣的電流變換器芯至今都使用高磁導率的材料，例如鐵氧體或者玻莫合金材料。在此，鐵氧體的缺點是，磁導率相對較低并且相對強烈地與溫度相關。玻莫合金材料的特點是，盡管可以達到較低的相位誤差，然而其特性卻強烈地隨著要測量的電流或者磁芯的飽和程度而改變。盡管這種改變可以通過變換器的電子電路或者測量值的數字后處理進行補償，但是這卻產生額外的高成本費用。由于鐵氧體的易折斷性以及這兩種材料高的磁致伸縮系數和低的飽和感應強度，所以不能夠實現節省材料的小鐵芯橫截面積的電流變換器芯，即：小直徑比Da/Di的電流變換器芯。

從現有技術中，例如EP?05　04674　B1，還公知采用有較高的飽和感應強度的納米晶體材料制造的高磁導率磁芯，而且所述磁芯與上述本發明技術方案不同，僅僅擁有一個平坦的磁滯回線。由此得出在可實現磁導率（μ約為60，000至120，000）的情況下對具有大A_Fe的電流變換器芯的尺寸的束縛。盡管有其它的（尤其是在相位特性方面的）良好性質，但是在卻不能夠經濟地投入大規模生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提出一種在寬感應強度范圍上有非常高的磁導率且成本低廉的電流變換器芯以及制造這樣一種高磁導率的電流變換器芯的方法。

該技術問題是獨立權利要求主題。有利的擴展由從屬權利要求得出。

本發明所要解決的技術問題通過提供芯外徑Da與芯內徑Di之比小于1.5的電流變換器芯得以解決，所述芯具有一個飽和磁致伸縮系數λs≤|6|ppm和圓滑的磁滯回線，該圓滑的磁滯回線的參數為：0.50≤Br/Bs≤0.85和H_c?max?≤20?mA/cm的，其中所述電流變換器芯由一種軟磁的鐵基合金構成，所述軟磁的鐵基合金結構的至少50%由平均料顆粒大小100nm或者以下的細小微晶顆粒構成，并且所述鐵基合金主要具有以下的組成：