[发明专利]用于机电元件的软磁金属带

说明书

本发明涉及用于机电元件尤其是交流故障电流保护开关的软磁金属带。

在US5,922,143中公开了由软磁性合金制造交流故障电流保护开关用磁芯的方法。利用快速凝固技术制造由铁基合金构成的非晶带，非晶带被卷绕成磁芯并且随后被热处理以产生纳米晶组织。

磁芯不太受机械应力的影响，因而可靠地获得所期望的磁导率。然而，还是需要进行进一步的改善。

本申请的目的是提供一种可重现制造的用于机电元件的软磁金属带，它尤其适合用在50Hz下，如交流故障电流保护开关。

在本申请的一个实施方式中，提供了一种用于机电元件的软磁金属带。软磁金属带具有纳米晶结构或非晶结构并且其带厚与粗糙度之比d/Ra介于5≤d/Ra≤25，其中，Ra是平均粗糙度值。

软磁金属带的磁化性能与带厚d和粗糙度Ra有关。5≤d/Ra≤25的带厚与粗糙度之比d/Ra容许在交流电应用中实现磁导性的改善及可靠地产生得到改善的磁导性。

该比例中的粗糙度Ra是软磁金属带的底面的测量粗糙度，该底面是在熔体凝固时位于压延辊上的软磁金属带侧面。

该软磁金属带的优点是能够实现响应时间短的机电元件例如故障电流保护开关或具有环带芯的转速传感器，其在几十毫安/厘米的低矫顽场强的情况下能够触发开关过程或能够发出表示永磁体转动的信号，以代替霍尔发生器来实现转速测量。

该软磁金属带具有纳米晶结构或非晶结构。该软磁金属带的特点是近似为矩形的磁滞回线和低涡流损耗，这两者都可被应用于快速响应的机电元件，例如在50Hz下使用的故障电流保护开关。

在一个实施方式中，该软磁金属带在带厚与粗糙度之比d/Ra为10≤d/Ra≤20时具有磁感应值的最大值。

带厚d可以在5μm<d<30μm或5μm<d≤20μm之间。粗糙度Ra可以在0.6μm<d<2.5μm或1μm<d<2μm之间。

当平均粗糙度为约1μm时，这意味着软磁金属带的带厚d介于10μm≤d≤20μm。

金属带可具有比例Br/Bm>80%，其中，Bm是在200mA/cm下测量的。

在本发明的另一个实施方式中，金属带具有鱼鳞图案，该鱼鳞图案具有相对于带长方向呈横向和斜向地设置的结构。这样的图案例如可通过降低压延压力和/或提高压延辊速度而有目的地进行调节。有目的地影响带面形貌的其它可能方式例如是压延辊表面的结构化或者软磁金属带的后续激光刻划。

通过相应的比较试验可以确定，该几何参数的影响例如下金属带合金组成的影响大，即，在超过73原子重量%的铁中含有合金组成成分硅、硼、铌和铜。

因此，对于合金Fe_75.5Cu₁Nb₃Si_12.5B₈的金属带和合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉的金属带，未出现显著区别，因而这两种合金在上述厚度与粗糙度之比的情况下具有最大磁感值。相比较而言，薄而粗糙的金属带的带材品质具有比粗糙度接近零的且厚度超过50μm的光滑金属带更好的交流磁性值。

对此有利的是，在500℃和600℃之间的温度在5A/cm到15A/cm的纵向场中对金属带进行退火热处理0.5小时到2小时。在退火热处理后，金属带具有与涉及带厚和粗糙度的带品质无关的准稳态矫顽场强，其中，该金属带的与交流相关的矫顽场强随带厚与粗糙度之比d/Ra线性递增。

按照前述实施例之一的金属带可被卷绕，以勾勒出磁芯形状。磁芯可被用在不同应用中，例如用在频率小于1000Hz的应用中，就像在交流故障电流保护开关中，因为磁芯在50Hz下也有良好的磁导率，或者用在配电变压器中。

规定该软磁金属带被用于具有软磁性环带芯的交流电灵敏型机电元件。该软磁金属带可以已如上所述地被用于具有故障电流极限值I_max≤30mA的故障电流保护开关。而且，也可将该软磁金属带用于与分段的永磁体片协同工作的转速传感器。

还提出了一种交流电灵敏型故障电流保护开关，它具有由卷绕的根据前述实施例之一的软磁性带构成的磁芯。

在一个实施例中，在低于1000Hz的频率，尤其在50Hz频率下，该交流电灵敏型故障电流保护开关的磁芯具有比例Br/Bm>80%。

还提出一种配电变压器，它具有卷绕的根据前述实施例之一的软磁性带构成的磁芯。