[发明专利]电流变换器芯以及制造电流变换器芯的方法

说明书

本申请是申请号为200580015857.X、申请日为2005年5月17日的同名申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种电流变换器芯以及一种制造电流变换器芯的方法。

背景技术

采用电能计数器在工业和家居环境中对电气装置和设备的耗电进行计量。在此公知例如电机的费拉里斯感应计数器的原理等各种原理。所述费拉里斯感应计数器是基于对由与电流或者电压成比例的场所驱动的一个圆盘的旋转的测量。

现代计数器完全以电子方式进行工作。有各种基于感应原理测取电流的方法，其中按照数字方式处理电感的电流变换器和电压变换器的输出信号，并提供所述输出信号用于测取耗电并且还可以用于远程读取。

感应电流变换器的电子能量计数器越来越多地应用于家居环境中。在此，这种计数器在低成本制造性方面比其在技术上的考虑起更大的作用。这使得需要研发这种电流变换器特别经济的制造方法。需要测量的耗电电流在数毫安（mA）与100 A之间的范围内或者在该范围之外，其中需要能够进行简单而精确的电能测量而同时要求与要测量的初级电流相比，该测量信号具有相对小的相位误差和幅度误差。除了精度要求以外，在较高生产能力的情况下，这种电流变换器材料成本也是非常重要的，尤其是电流变换器芯材料的成本是非常重要的。

对于一个电流变换器的相位误差，一般有

式中

R_B=负载电阻；

R_Cu =次级绕组电阻，δ=变换器材料的损耗角

L=电流变换器的次级绕组电感量。

对于幅度误差，有

式中L定义为：

N₂    = 次级绕组匝数

μ’= 变换器材料的磁导率（实部）

μ₀  = 真空磁导率常数

A_Fe    =铁芯的横截面面积

L_Fe    = 铁芯的平均磁路长度。

在此为了实现体积较小并因而价格低廉但精度高的电流变换器就需要有尽可能高的磁导率芯。

为了计取较大的电流，变换器芯需要有一个较大的内径，这在小的铁芯横截面积A_Fe的情况下导致一种较小的芯外径D_a与芯内径D_I之比，所述比通常小于1.5，甚至小于1.25。然而这样小的直径比会导致芯的机械不稳定性较大，并且使之对各种机械操作敏感。

由于上述原因，这样的电流变换器芯至今都使用高磁导率的材料，例如铁氧体或者玻莫合金材料。在此，铁氧体的缺点是，磁导率相对较低并且相对强烈地与温度相关。玻莫合金材料的特点是，尽管可以达到较低的相位误差，然而其特性却强烈地随着要测量的电流或者磁芯的饱和程度而改变。尽管这种改变可以通过变换器的电子电路或者测量值的数字后处理进行补偿，但是这却产生额外的高成本费用。由于铁氧体的易折断性以及这两种材料高的磁致伸缩系数和低的饱和感应强度，所以不能够实现节省材料的小铁芯横截面积的电流变换器芯，即：小直径比Da/Di的电流变换器芯。

从现有技术中，例如EP 05　04674　B1，还公知采用有较高的饱和感应强度的纳米晶体材料制造的高磁导率磁芯，而且所述磁芯与上述本发明技术方案不同，仅仅拥有一个平坦的磁滞回线。由此得出在可实现磁导率（μ约为60，000至120，000）的情况下对具有大A_Fe的电流变换器芯的尺寸的束缚。尽管有其它的（尤其是在相位特性方面的）良好性质，但是在却不能够经济地投入大规模生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种在宽感应强度范围上有非常高的磁导率且成本低廉的电流变换器芯以及制造这样一种高磁导率的电流变换器芯的方法。

该技术问题是独立权利要求主题。有利的扩展由从属权利要求得出。

本发明所要解决的技术问题通过提供芯外径Da与芯内径Di之比小于1.5的电流变换器芯得以解决，所述芯具有一个饱和磁致伸缩系数λs≤|6|ppm和圆滑的磁滞回线，该圆滑的磁滞回线的参数为：0.50≤Br/Bs≤0.85和H_c max ≤20 mA/cm的，其中所述电流变换器芯由一种软磁的铁基合金构成，所述软磁的铁基合金结构的至少50%由平均料颗粒大小100nm或者以下的细小微晶颗粒构成，并且所述铁基合金主要具有以下的组成：