[发明专利]用于电流传感器的磁芯

说明书

技术领域

本发明涉及用于电流传感器的磁芯，并且更特别地，本发明涉及其中所述磁芯具有适当的磁导率范围和高磁通密度，从而制成具有小相位差和小尺寸的用于电流传感器的磁芯。

背景技术

电流传感器是通过将高电流转化为低电流以便控制或监测高电流的用于检测电流的仪器。在这种情况下，电流传感器的电流比与原绕线线圈和副绕线线圈的数量成反比。例如，在电流传感器的原绕线线圈的匝数是1，并且电流传感器的副绕线线圈的匝数是2,500的情况下，能够在电流传感器的副边得到40mA电流，而在电流传感器的原边得到100A电流。

近来，在单独的住宅或工业领域提供的频率为50Hz或60Hz的主电源包括直流分量和交流分量。将包括直流分量和交流分量的主电源施加于电流传感器的的原因是为了解决精度下降的问题，因为在测量电流时难以精确地测量由交流分量检测到的半波信号的畸变波形。因此，施加于电流传感器的主电源除了交流分量外还包括直流分量。

然而，即使在少量直流分量的情况下，其中施用作为正弦波的交流分量的电流传感器可以快速地饱和。因此，电流传感器难以完全地测量电流。于是，即使交流分量包括直流分量，也需要在IEC标准的功率计中使用的具有给定范围或更小范围(例如，3％或更小)精度的电流传感器。

已经熟知根据磁芯的材料，根据被饱和的施用于磁芯的磁场强度来改变引入磁通密度的时间点。换言之，直流电分量和交流电分量的饱和特性根据磁芯材料而不同。

通常，如果磁通密度大，则被饱和的施加的磁场强度大。因此，流入一次电流的直流电分量和交流电分量的幅值变大。磁通密度与施加的磁场强度的曲线(称为磁滞曲线)的斜率称为磁导率。相反，如果磁导率小，则磁通密度饱和所需的施加的磁场强度增加。

然而，如果磁导率降低，则施加的磁场强度增加。在这种情况下，在有功电度表中重要的一次电流和二次电流之间的相位差变大。因此，电子电路和软件过程(software process)的负荷增加以便补偿相位差。

另一方面，如果通过提高磁导率来降低相位差，则通过提高磁导率来降低电流直流分量的幅值。将增加磁芯的磁路的方法作为增加磁导率和直流电分量使用范围的另一方法。

磁芯的体积能够表示为磁芯的平均磁路和磁芯剖面面积的乘积。在这点上，能够看出如果磁芯的平均磁路增加，则磁芯的体积增加并且磁芯的重量也增加。

总之，磁通密度的幅值应该尽可能大，以便减少电流传感器的相位差，并同时增加直流电分量的使用范围。另外，为了避免磁芯的幅值不必要地增加，能够看出磁导率的值应该在预定的范围内。

根据这样的需要，已经提出了通过使用由铁基纳米晶合金和钴基非晶态合金制成的磁芯制备电流传感器，以便解决在交流分量包括直流分量的情况下发生的饱和现象的问题的技术。

例如，在第1 840 906号欧洲专利特许公开中公开了用于电流传感器的磁芯，其中通过使用铁基纳米晶合金来制备该磁芯，并且该磁芯的磁导率为约2,500至3,000，并且其磁通密度为1.2T或更高。然而，所述电流传感器包括作为主要成分的铜(Cu)以便得到具有纳米晶体颗粒的微观结构。因此，虽然铜的量是有限的，但是提高了磁芯材料的脆性，即磁芯是易碎的。因此，难以完全除去磁芯处理的问题。进一步地，难以在为得到纳米晶体颗粒的结晶化热处理的时候控制过程变量。更进一步地，存在将磁场热处理时施加的磁场强度设定过高的问题。

另外，在第6,565,411号美国专利中公开了用于电流传感器的磁芯，其中通过使用钴基纳米晶合金来制备该磁芯，并且该磁芯的磁导率为约1,000至1,900，并且其磁通密度为约0.85T至1.0T。然而，问题是钴基磁芯由作为主要原材料的昂贵的钴(Co)制成并且得到的磁通密度过低。

发明公开内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的是提供用于电流传感器的磁芯，其中虽然将便宜的铁基非晶态合金用作磁芯材料，但是所述磁芯不仅能够提高直流分量的使用范围，而且相位差小并且磁通密度非常大。

技术方案