一种低导磁磁芯及其制造方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种低导磁磁芯以及制造方法和用途，所述低导磁磁芯由铁磁软磁合金制成，该合金的分子式为FeaMbCucSidBeM’fXg，其中M是Ni和/或Co，M’是元素V、Ti、Zr、Nb、Mo、Cr、Hf、Ta、W中的至少一种，X表示P、Ge、C以及杂质，以原子百分比为单位a、b、c、d、e、f、g满足以下条件：5≤b≤40；0.05≤c≤1；1≤d≤8；10≤e≤20；0.5≤f≤5；0≤g≤0.5；10≤d+e≤25；a=100-b-c-d-e-f-g；所述合金使用状态的微观结构为非晶态。本发明专利技术的磁芯具有低磁导率、高抗饱和性能的针对交流和直流分量具有高度可调制性的，线性的B-H回线，其磁导率在交流和直流时具有高的可调性。

【技术实现步骤摘要】
一种低导磁磁芯及其制造方法和用途
本专利技术涉及一种具有低磁导率、高抗饱和性能的针对交流和直流分量具有高度可调制性的低导磁磁芯及其制造方法和用途。
技术介绍
在电流互感器和电流补偿的扼流圈中，要求应用的磁芯对交流和直流分量有高度的可调制性。其中，针对如变频空调等电力电子技术的发展，要求其电路中应用的电流互感器具有较强的抗直流分量的能力，对应其中磁芯的要求为具有低磁导率和强的抗饱和能力。电流补偿的去干扰扼流圈中，针对单相用途，电流补偿的去干扰扼流圈具有两个同匝反向的绕组，在多相用途中，电流补偿的去干扰扼流圈具有三个或多个同向绕组。这种绕制方式使工作电流感应的磁通量相互抵消。已知的电流互感器铁芯由非晶或纳米晶的合金优选地有带材制成，电流补偿的去干扰扼流圈铁芯由铁氧体及非晶或纳米晶的合金优选的制成，扼流圈的电感与线圈匝数、铁芯截面积及磁芯的相对磁导率有关。在供电用电的线路中电流相差悬殊，从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。Kn=I1/I2工作时，互感器一次绕组与限流电阻R串联接被测电压，二次输出接运放进行I/V变换（或直接电阻采样）。此时一次电流为I1=U/（R+r），二次电流I2=I1/Kn，其中r为一次绕组内阻，Kn为额定电流比。互感器的额定变比Kn指电流互感器的额定电流I1与I2之比。即Kn＝I1/I2电流互感器原边电流在一定范围内变动时,一般规定为10～120%I1，副边电流应按比例变化，而且原、副边电流应该同相位。但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差。比差为经折算后的二次电流与一次电流量值大小之差对后者之比，即fU为电压互感器的比差，fI为电流互感器的比差。当KnI2>I1时，比差为正，反之为负。角差为二次电流与一次电流相位的差值，即工业用途中能量计数的电流互感器用于间接的工作，有专用的初级电流互感器用连接在电流输入端之前，因此这些电流互感器的磁芯往往由具有高导磁率的材料制成。这些电流互感器不适合在工业小型设备中使用，因为这种情况下一般没有连接在输入端前的初级电流互感器，工作电流强度常达100A或更高，在这种条件下，以高导磁率材料为磁芯的电流互感器将可能饱和而失效，造成电路的不安全性。针对这种电流互感器，将装备有空气隙的铁氧体壳式铁芯用作磁芯，该铁氧体壳式铁芯具有作为一次电流的函数的令人满意的线性，满足IEC62053系列的对此的国际标准的规定，遵守精度等级1或2%的电子能量计数器针对双极零对称正弦电流的所给出的最大可测量的有效值Imax必须能够测量具有最大附加误差3或6%的、单极半波整流的正弦电流的最大幅度，该幅度的数值等于最大有效值的数值。但由于铁氧体相对较低的饱和磁感而需要较大体积的磁芯，以使电流互感器在整个电流范围内高线性的情况下达到最大可测量的初级电流，此外，铁氧体的磁导率还强烈的与温度有关。以FINEMET合金为基础，加入一定量的Ni和/或Co替代Fe，这些Fe基的纳米晶合金，通常通过从液相急冷至固相制成非晶态合金，再通过加有横向磁场的热处理使之微晶化产生纳米晶的晶化相，获得较低的磁导率，从而获得较好的抗直流分量的磁芯，这种热处理制度中，热处理的温度较高（一般在550℃以上）且处理时间较长（一般需要4小时以上）。一种实现技术上优化的可能性是应用具有比较低磁导率（500～5000）的非晶态的合金制成的磁芯的电流互感器，这些磁芯由快速凝固的非晶态的软磁材料制成。该磁导率在改变调制时的很好的稳定性确保了相位误差在整个要传输的电流范围上的很高的线性。通过低的磁导率值利用在可核算的接线中的直流成分避免了饱和，同时由于磁芯较低的热处理温度和较短的热处理时间，大大减少了电流互感器磁芯制作中的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对交流和直流分量具有高的可调制性的低导磁磁芯；还提供一种所述磁芯的制造方法。一种低导磁磁芯，该磁芯由铁磁软磁合金制成，所述合金的分子式为FeaMbCucSidBeM’fXg，其中M是Ni和/或Co，M’是元素V、Ti、Zr、Nb、Mo、Cr、Hf、Ta、W中的至少一种，X表示P、Ge、C以及杂质，以原子百分比为单位a、b、c、d、e、f、g满足以下条件：5≤b≤40；0.05≤c≤1；1≤d≤8；10≤e≤20；0.5≤f≤5；0≤g≤0.5；10≤d+e≤25；a=100-b-c-d-e-f-g；所述合金使用状态的微观结构为非晶态。其中7≤b≤29；0.05≤c≤0.1；3.8≤d≤8；14≤e≤20；1≤f≤1.2。所述磁芯由厚度小于40μm的带材卷绕而成。所述磁芯的矫顽力磁场强度Hc的值小于10Am-1。所述磁芯的剩磁比小于0.1。所述磁芯的相对磁导率500<μ<5000。所述磁芯的8000Am-1的磁通密度B8000大于1.1T。所述磁芯为封闭的、无空气隙的环形铁芯、椭圆铁芯或矩形铁芯。所述磁芯在表层喷涂一层不渗透至内部的有机粘结材料作为防护层。所述磁芯由软弹性反应粘结材料和/或软塑性不反应粘结材料固定在护盒的槽中。一种所述的低导磁磁芯的制造方法，它包括如下步骤：（1）通过单辊快淬法对所述组分的合金进行合金熔体的喷制，形成非晶态合金薄带；（2）按照需要进行带材定宽辊剪，然后进行卷绕制成一定尺寸的铁芯；（3）对铁芯在惰性气体、氮氢混合气或真空中升温至晶化温度以下进行去应力热处理；热处理温度为350℃～500℃，热处理的总时间低于2小时，热处理时的平均升温速率为1～50℃/分，平均冷却速度为1～40℃/分；（4）在热处理过程中，在保温阶段沿磁芯高度方向的施加磁场强度大于20KAm-1的横向磁场，同时，在350℃～500℃的温度保持2小时以下的时间，冷却至室温出炉时关闭磁场，得到该低导磁磁芯；其中，所述合金使用状态的微观结构为非晶态。步骤（1）中，所述合金薄带的表面粗糙度Ra小于5μm。步骤（2）中，所述铁芯由具有小于40μm的厚度的带材卷绕成封闭的、无空气隙的环形铁芯、椭圆铁芯或矩形铁芯。步骤（3）中，热处理时的平均升温速率为5～20℃/分，平均冷却速度为1～20℃/分。所述磁芯在表层喷涂一层不渗透至铁芯内部的有机粘结材料作为铁芯的防护层。所述的低导磁磁芯的用途，用于：1）检测正弦半波交流电流的电流互感器，2）具有强抗饱和能力的电流补偿扼流圈。用于所述电流互感器时，在室温下，在有1/3直流偏置电流范围内相位差小于5°，且比差的绝对值小于或等于3%。用于所述电流补偿扼流圈时，单相电流情况下，包括两个同匝绕制反向的绕组；三相或多相电流情况下，包括三个以上的同匝同向绕制的绕组。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的磁芯的磁滞回线接近线性，具有低的剩余磁通密度、矫顽力以及不易饱和且较大的各向异性场Hk，剩余磁感应强度与饱和磁感应强度之比小于5%，矫顽力小于10Am-1，饱和磁感应强度大于1.1T）。即使是半正弦波电流这种非对称的电流也可以准确的进行测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低导磁磁芯，该磁芯由铁磁软磁合金制成，其特征在于：所述合金的分子式为FeaMbCucSidBeM’fXg，其中M是Ni和/或Co，M’是元素V、Ti、Zr、Nb、Mo、Cr、Hf、Ta、W中的至少一种，X表示P、Ge、C以及杂质，以原子百分比为单位a、b、c、d、e、f、g满足以下条件：5≤b≤40；0.05≤c≤1；1≤d≤8；10≤e≤20；0.5≤f≤5；0≤g≤0.5；10≤d+e≤25；a=100?b?c?d?e?f?g；所述合金使用状态的微观结构为非晶态。

【技术特征摘要】
1.一种低导磁磁芯，该磁芯由铁磁软磁合金制成，其特征在于：所述合金的分子式为FeaMbCucSidBeM’fXg，其中M是Ni和Co，M’是元素V、Ti、Zr、Nb、Mo、Cr、Hf、Ta、W中的至少一种，X表示P、Ge、C以及杂质，以原子百分比为单位a、b、c、d、e、f、g满足以下条件：5≤b≤40；0.05≤c≤0.1；1≤d≤8；10≤e≤20；0.5≤f≤5；0≤g≤0.5；10≤d+e≤25；a=100-b-c-d-e-f-g；所述合金在制造过程中在晶化温度以下进行去应力热处理，使用状态的微观结构为非晶态；该低导磁磁芯具有以下磁性能：矫顽力磁场强度Hc的值小于10Am-1。2.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：其中7≤b≤29；3.8≤d≤8；14≤e≤20；1≤f≤1.2。3.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯由厚度小于40μm的带材卷绕而成。4.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯的剩磁比小于0.1。5.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯的相对磁导率500<μ<5000。6.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯的8000Am-1的磁通密度B8000大于1.1T。7.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯为封闭的、无空气隙的环形铁芯、椭圆铁芯或矩形铁芯。8.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯在表层喷涂一层不渗透至内部的有机粘结材料作为防护层。9.如权利要求1所述的低导磁磁芯，其特征在于：所述磁芯由软弹性反应粘结材料和/或软塑性不反应粘结材料固定在护盒的槽中。10.一种如上述权利要求之一所述的低导磁磁芯的制造方法，其特征在于：它包括如下步骤：（1）通过单辊快淬法对所述组分的合金进行合金熔体的喷制，形成非晶态合金薄带；（2）按照需...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志超，李准，王贤艳，冯硕，吴晓荣，李德仁，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：