[发明专利]特别是用于电流变压器的磁心和用于制造其的方法

说明书

磁心包括具有在1000和3500之间的磁导率µ和小于1 ppm的磁致伸缩的基于铁的纳米晶合金，磁心在60 A的单极电流振幅的最大容差的情况下具有小于4.7 g的磁心质量或在100 A的单极电流振幅的最大容差的情况下具有小于5.3 g的磁心质量。

技术领域

本发明涉及特别是用于电流变压器的磁心和用于制造所述磁心的方法。

背景技术

用于电流变压器、但也用于功率变压器和功率扼流器的磁心一般作为包括软磁性条状材料的条状物的所谓的环形带磁心而制造。为了制造软磁性条状材料，各种制造方法和相关的制造设备是已知的。已知的制造设备通常被形成为连续退火系统，且它们使快速固化的磁性材料（在下文中“带状材料”）的热处理变得可能。快速固化的磁铁材料借助于铸造工艺来制造并随后卷绕成卷的形状，其然后作为连续带被引入到连续退火系统中并由后者处理成软磁性条状材料。在处理的背景中，材料受到热处理并同时被放置在拉应力下，以便得到带的期望磁性质。

通过外加拉应力，可在带状材料中诱导各向异性，使得从其制造的软磁性条状材料具有沿着拉应力方向具有规定的磁导率µ（相应于诱导各向异性）的明显的扁平磁滞回线，因为可使用已知的制造方法达到的磁导率水平取决于外加拉应力。

然而，与已知的制造方法相关的缺点是，由于通过铸造方法的制造和随后的卷绕和解开到线圈，且对于在连续退火炉中的处理，所制造的待处理的非晶形带状材料具有在带的纵向方向上局部变化的带厚度。与通常从制造有关的恒定带宽度比较，这导致在带的纵向方向上根据位置而改变的相应的局部横截面积。其结果是，由于在变化的横截面积的情况下的外加拉力，局部现有的拉应力也在幅值上改变。根据上面描述的关系，这又可对变化的横截面积导致在局部诱导各向异性中和因而在局部磁导率方面的变化。

然而，不仅在横截面积中的期望变化而且其它参数例如热处理温度、任选地提供的磁场、带的吞吐量速度、炉长度、到带的热传导和热传递、带厚度以及所使用的合金在这样的过程中对诱导各向异性K_u也有影响。因为这些参数在现有技术中可能从不保持恒定，所以局部诱导各向异性和因而局部磁导率也相应地改变。

此外，磁心、特别是环形带磁心(特别是如果它们用于电流变压器)应尽可能小、重量轻和廉价。这些特性本质上取决于对带状材料的选择，但也取决于所使用的制造方法，所述材料的磁性质可通过该制造方法而被影响。

基于铁的纳米晶合金具有特别好的软磁性质。以在磁滞回线的中心部分中的低剩磁比和线性磁化行为为特征的扁平磁滞回线对应用起特别重要的作用。可通过磁场中的热处理来调节这样的扁平磁滞回线。在这里，因而产生的相对高的磁导率一般高于µ =10000。虽然对很多应用是合乎需要的，这样的高磁导率值较不适合于某些应用，例如在具有DC容差的电流变压器中的应用的电流变压器磁心。对于在这些电流变压器磁心中的应用，另一方面，需要在从µ = 500到10000的范围内的较低磁导率值，例如µ = 1000到5000。这可例如使用基于Co的非晶形合金例如VITROVAC 6150来实现，所述合金在1.0 T的饱和磁化下具有在从µ = 600到3000的范围内的磁导率值，取决于确切的成分和热处理。然而，因为Co是非常昂贵的原材料，所以添加有Ni且如果需要则添加有较少的Co的基于Fe的纳米晶合金被描述，借助于其，与完全基于铁的合金相反，也可能在磁场中的热处理之后调节在µ= 1000到10000的范围内的低磁导率值（取决于Ni和Co的浓度）。然而，在这里缺点是，作为Ni或Co添加的结果，与完全基于铁的成分比较，磁滞伸缩增加到几ppm的值。这使磁心变得对机械应力敏感。然而，也已知也可在拉应力下借助于纳米晶Fe合金的热处理来调节小于10000的磁导率，与磁场处理相反。然而，仍然有制造具有最小可能的体积和最小可能的质量且可被成本有效地产生的磁心的需要。

发明内容