特别是用于电流变压器的磁心和用于制造其的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及特别是用于电流变压器的磁屯、和用于制造所述磁屯、的方法。
【背景技术】
[0002] 用于电流变压器、但也用于功率变压器和功率扼流器的磁屯、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屯、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， W便得到带的期望磁性质。
[0003] 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la(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。
[0004] 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，该导致在带的 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，该又可对变 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。
[0005] 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W及所使用的合金在该 样的过程中对诱导各向异性Ku也有影响。因为该些参数在现有技术中可能从不保持恒定， 所W局部诱导各向异性和因而局部磁导率也相应地改变。
[0006] 此外，磁屯、、特别是环形带磁屯、（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。该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。
[0007] 基于铁的纳米晶合金具有特别好的软磁性质。W在磁滞回线的中屯、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 的热处理来调节该样的扁平磁滞回线。在该里，因而产生的相对高的磁导率一般高于= 10000。虽然对很多应用是合乎需要的，该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屯、。对于在该些电流变压器磁屯、中的应 用，另一方面，需要在从^ = 500到10000的范围内的较低磁导率值，例如^ = 1000到5000。 该可例如使用基于Co的非晶形合金例如VITR0VAC6150来实现，所述合金在1. 0T的饱和 磁化下具有在从^^ = 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W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^ = 1000到10000的范围内的低磁导率值(取决于Ni和Co的浓度)。然而，在该里 缺点是，作为Ni或Co添加的结果，与完全基于铁的成分比较，磁滞伸缩增加到几卵m的值。 该使磁屯、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化合金的热处 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屯、的需要。
【发明内容】
[0008] 本发明的任务是消除根据现有技术的缺点。特别是，指定特别适合于电流变压器 并与现有技术比较具有低质量的磁屯、。此外，在可能的程度上，所述磁屯、应具有比较低的体 积，且应可能成本有效地制备它。此外，可指定用于制造该样的磁屯、的方法W及磁屯、的用 途。
[0009] 该个任务由权利要求1、11和15解决。本发明的有利的扩展方案由从属权利要求 的特征产生。
[0010] 该任务由例如在电流变压器中使用的磁屯、解决，软磁性条状材料由具有在1000 和3500之间的磁导率^和小于1ppm的磁致伸缩的基于铁的纳米晶合金组成。可通过包 括下列步骤的方法来得到磁屯、：提供带形材料；在热处理温度下进行带形材料的热处理； 在带形材料的纵向方向上向经热处理的带形材料施加拉力W便在带形材料中产生拉力，W 便得到软磁性条状材料，其中为了从带形材料制造软磁性条状材料，也提供下面的操作：确 定所制造的软磁性条状材料的至少一个磁测量变量，W及控制拉力用于调节拉应力作为对 所确定的磁测量变量的反应。
[0011] 软磁性条状材料的基于铁的纳米晶合金包含例如至少50原子％的铁、至多4原 子％的魄W及至少15和至多20原子％的娃。基于铁的纳米晶合金包含至多2原子％的魄 是特别优选的。至少15原子％的娃含量是有利的，W便得到小于1ppm的磁致伸缩。至多 4原子％的魄含量是有利的，W便根据本发明保持磁屯、的成本尽可能低。因此，至多2原子％ 的魄含量是特别有利的。
[0012]在本发明的实施方式中，基于铁的纳米晶合金是合金(在下文中被称为合金A)，其 -由化lOO-a-b-e-d-x-y-z化aNbbMJdSixByZz和高达1原子％的污染物组成，其中M是元素Mo、 化或Zr中的一个或多个，T是元素V、Mn、化、Co或Ni中的一个或多个，且Z是元素C、P或Ge中的一个或多个，W及 -0原子％《a< 1. 5原子％， -0原子％《b< 2原子％， -0原子％《C< 2原子％， -0原子％《d< 5原子％， -14原子％ <X< 18原子％， -5原子％ <y< 11原子％，W及 -0原子％ <Z< 2原子％， -纳米晶结构，其中至少50体积％的晶粒具有小于100nm的平均尺寸， -具有中屯、线性部分的磁滞回线， -剩磁比，Jr/J,，< 0. 1，W及 -具有< 10%的矫顽场强H。与各向异性场强Ha之比。
[0013] 包含至少50原子％的铁、至少2和至多4原子％的魄W及至少15和至多20原 子％的娃的基于铁的纳米晶合金在下面被称为"合金B"。
[0014] 为了制备磁屯、，首先制造带形材料。带形材料可W是W相同比例包括与基于铁的 纳米晶合金的相同成分但是非晶形材料的合金。此外，带形材料在其磁性质上与根据本发 明提供的基于铁的纳米晶合金不同。磁性质通过过程步骤，即，使用拉力的作用的热处理来 调节，作为此的结果，软磁性条状材料被得到。
[0015] 作为带的形状不仅允许在连续炉中在拉应力下制造基于铁的纳米晶合金，而且允 许制备具有所期望的任何数量的层的磁屯、。优选地通过铸造方法得到带形材料。
[0016] 根据本发明的基于铁的纳米晶合金的磁导率应在1000和3500之间，特别是可通 过在热处理中的拉应力的选择来确定。拉应力在该里可高达大约800MPa而没有带撕裂。 因此，可实现具有在= 1000到= 3500的总磁导率范围内的磁导率的带。
[0017] 磁导率越低，可在材料没有变得饱和的情况下穿过磁屯、的应的电流的单极分量就 越高（=直流分量)就越高。类似地，在相等的磁导率的情况下，材料的饱和极化Js越高，该 些电流就可能越高。另一方面，磁屯、的感应率随着磁导率和结构尺寸而增加。为了建造相 对于直流分量具有高感应率和高容差的磁屯、，使用具有更高的饱和极化的合金因此是有利 的。
[0018] 基于铁的纳