一种抗直流分量互感器及其制备方法与流程

本发明涉及互感器技术领域，具体涉及一种抗直流分量互感器及其制备方法。

背景技术：

首先，由高导磁的超微晶（也称纳米晶）材料制备的环形磁芯和抗饱和的非晶材料的环形磁芯组合，具备了高导磁及抗饱和优点的复合磁芯，在交/直流二种运行状况下形成互补作用，制作的抗直流分量互感器，能满足国家标准GB/T 17215-2002《1 级和2 级静止式交流有功电能表》中规定的交流线路中直流分量和偶次谐波影响量的计量要求。如中国专利号200510077418.3公开了一种用非晶材料的环形磁芯和超微晶材料的环形磁芯内外相叠、上下相叠后加防震海棉或滴注软胶放入保护盒中制作的抗直流分量磁芯。

现有技术中，大批量生产的抗直流分量互感器都采用的内外相叠方式制造磁芯是最成熟的技术，即超微晶材料的环形磁芯设置在内层，非晶材料的环形磁芯设置在外层。

存在缺点：需要定制保护盒，两个磁芯之间存在一定的空隙，磁芯与保护盒之间存在一定的空隙，保护盒自身的体积加大了终端磁芯产品尺寸，不利于后续制作的互感器小型化。

其次，为了实现终端互感器的小型化，缩小磁芯体积，可以如中国专利号200610164944.8中公开的技术方案，即非晶材料的环形磁芯和超微晶材料的环形磁芯各自单独或内外相叠后用静电喷涂或浸涂环氧树脂塑粉方法制造磁芯。另一种是用液体环氧树脂油漆喷涂或浸涂方法制造磁芯。

这两种喷涂或浸涂方法虽然与采用保护盒保护磁芯的方式相比，磁芯表面的涂层明显减小了保护盒所占的空间,减小了终端磁芯体积尺寸，不需要专制保护盒。

但实践生产证明由于磁芯气隔、应力问题，而导致了用喷涂或浸涂方法制造的超微晶材料环形磁芯性能下降了30-45％左右。非晶材料的环形磁芯性能下降了4-7％左右。

另外，现有公知技术：超微晶材料环形磁芯的特性只适合于制作交流互感器，根据非晶材料环形磁芯的特性配合超微晶材料的环形磁芯的特性，在交/直流二种运行状况下形成互补作用，最适合于制作抗直流分量互感器，尤其是现阶段的电子式电能表采样计量用的互感器。

现有技术中，超微晶材料环形磁芯的体积占非晶材料的环形磁芯的体积近二分子一的配比，就能满足国家标准GB/T 17215-2002《1 级和2 级静止式交流有功电能表》中规定的交流线路中直流分量和偶次谐波影响量的计量要求。当然目前世界上只有德国VAC公司生产的大角差抗直流分量单磁芯（即一种材料）也能满足上述标准。

电力电子元器件高精度，稳定性好，低成本，元器件的小型化始终是我们追求的目标。特别是能满足国家标准GB/T 17215-2002《1 级和2 级静止式交流有功电能表》中规定的交流线路中直流分量和偶次谐波影响量的计量要求的抗直流分量互感器，而该互感器是电子式电能表的电力隔离采样计量的高精度元器件，减小该互感器二次电流线内阻，降低制造成本，提高交流和抗直流分量精度，互感器的小型化，是本发明的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗直流分量互感器及其制备方法，本发明的抗直流分量互感器包括壳体及其绕制有二次电流线的复合磁芯，复合磁芯采用超微晶材料环形磁芯和非晶材料环形磁芯，超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯上下叠加。相叠加的两种磁芯在比例配置上是内外径尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的两种状态下的误差测试数据来确定磁芯高度。制备的这种结构的抗直流分量互感器精度高且性能稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种抗直流分量互感器，包括壳体，壳体内置复合磁芯，复合磁芯绕制有二次电流线，复合磁芯包括超微晶材料环形磁芯和非晶材料环形磁芯，超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯为上下叠加结构。

优选的是，所述超微晶材料环形磁芯用保护盒封装。

在上述任一技术方案中优选的是，所述非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装。

在上述任一技术方案中优选的是，所述超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同。

在上述任一技术方案中优选的是，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯以上下相叠的方式叠合而成为复合磁芯。

在上述任一技术方案中优选的是，相叠的两种磁芯的配置比例为：内外径尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的两种状态下的误差测试数据来确定磁芯高度。

在上述任一技术方案中优选的是，具有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数。

在上述任一技术方案中优选的是，两种磁芯相叠后直接绕制二次电流线。

本发明还公开了一种抗直流分量互感器的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装；

步骤二，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯上下相叠；

步骤三，绕制二次电流线。

在上述任一技术方案中优选的是，在步骤一中，超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同。

在上述任一技术方案中优选的是，在步骤一中，非晶材料环形磁芯的高度可根据在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下来确定，以进一步减少抗直流分量误差及减小相叠后磁芯整体的高度，用减少二次电流线匝数来提高二次电流补偿误差精度。

在上述任一技术方案中优选的是，在步骤三中，先将有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数。所述N匝的确定，是由于各生产厂家的原材料配方、性能、退火工艺的各不相同，单独测试非晶材料环形磁芯在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下，取互感器最小与最大额定电流的中间电流值时测试的误差接近零来确定匝数。

在上述任一技术方案中优选的是，在步骤三中，将超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯这两种磁芯直接上下相叠后绕制二次电流线来制造抗直流分量互感器。

本发明的抗直流分量互感器，包括壳体及其绕制有二次电流线的复合磁芯，复合磁芯采用超微晶材料环形磁芯和非晶材料环形磁芯，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装，超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯上下叠加并绕制二次线圈。相叠加的两种磁芯在比例配置上是内外径尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的两种状态下的误差测试数据来确定磁芯高度。在绕制二次线圈方面，可以先将有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数，也可以两种磁芯直接上下相叠后绕制二次电流线来制造抗直流分量互感器。与现有技术相比，制备而成的具有本发明的上述结构的抗直流分量互感器，精度高，性能稳定。

附图说明

图1为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的超微晶材料环形磁芯的结构示意图；

图2为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的非晶材料环形磁芯的结构示意图；

图3为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的封装了保护盒的超微晶材料环形磁芯的结构剖视图；

图4为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的涂装的非晶材料环形磁芯的结构剖视图；

图5为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的超微晶材料环形磁芯绕制N匝二次线圈的示意图；

图6为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的绕制了N匝二次线圈的超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯叠加的示意图；

图7为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的绕制有N匝二次线圈的超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯的叠加结构示意图；

图8为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的绕制了N匝二次线圈的超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯叠加后继续绕制线圈的示意图；

图9为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例1的超微晶材料环形磁芯绕制N匝二次线圈后再叠加非晶材料环形磁芯继续绕制线圈的结构示意图；

图10为按照本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例3的两磁芯叠加结构的剖视图；

图11为本发明的抗直流分量互感器及其制备方法的一优选实施例3所引用的现有技术的磁芯结构剖视图；

附图标记：

1、超微晶材料环形磁芯，2、非晶材料环形磁芯，3、二次电流线，4、涂层，5、保护盒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明，以下描述仅作为示范和解释，并不对本发明作任何形式上的限制。

实施例1

抗直流分量互感器包括壳体，壳体内置复合磁芯，复合磁芯绕制有二次电流线，复合磁芯包括超如图1所示的微晶材料环形磁芯和如图2所示的非晶材料环形磁芯。如图3所示，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装。如图4所示，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装。超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯以上下相叠的方式叠合而成复合磁芯。超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同。相叠的两种磁芯在比例配置方面，内外径尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的两种状态下的误差测试数据来确定磁芯高度。

具有上述结构的抗直流分量互感器，其制备方法包括如下步骤：

步骤一，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装；步骤二，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯上下相叠；步骤三，绕制二次电流线。

超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同。非晶材料环形磁芯的高度可根据在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下来确定，以进一步减少抗直流分量误差及减小相叠后磁芯整体的高度，用减少二次电流线匝数来提高二次电流补偿误差精度。

如图5至图9所示的超微晶材料环形磁芯绕制N匝二次线圈后再叠加非晶材料环形磁芯继续绕制线圈的互感器制备过程：绕制二次电流线，将有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数。其中，N匝的确定，是由于各生产厂家的原材料配方、性能、退火工艺的各不相同，单独测试非晶材料环形磁芯在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下，取互感器最小与最大额定电流的中间电流值时测试的误差接近零来确定匝数。

实施例2

抗直流分量互感器壳体内具有复合磁芯，复合磁芯绕制有二次电流线，复合磁芯包括超如图1所示的微晶材料环形磁芯和如图2所示的非晶材料环形磁芯。如图3和图4所示，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯以上下相叠的方式叠合而成。

抗直流分量互感器的制备过程：超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装；超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯上下相叠；绕制二次电流线。

超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同；非晶材料环形磁芯的高度可根据在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下来确定，以进一步减少抗直流分量误差及减小相叠后磁芯整体的高度，用减少二次电流线匝数来提高二次电流补偿误差精度；将超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯这两种磁芯直接上下相叠后绕制二次电流线来制造抗直流分量互感器。

实施例3

抗直流分量互感器壳体内具有复合磁芯，复合磁芯绕制有二次电流线，复合磁芯包括超如图1所示的微晶材料环形磁芯和如图2所示的非晶材料环形磁芯。如图3和图4所示，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯以上下相叠的方式叠合而成。抗直流分量互感器的制备过程：超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装；超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯上下相叠；绕制二次电流线。

在制备过程中，超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同；非晶材料环形磁芯的高度可根据在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下来确定，以进一步减少抗直流分量误差及减小相叠后磁芯整体的高度，用减少二次电流线匝数来提高二次电流补偿误差精度。如图5至图9所示，将有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数。也可以是将超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯这两种磁芯直接上下相叠后绕制二次电流线来制造抗直流分量互感器。

对比现有技术，如图11所示，现有技术中一个磁芯型号为：保护盒的19*27*8磁芯尺寸为内径16.6mm、外径29.3mm、高度9.7mm。采用本发明的技术方案，如图10所示，其超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯尺寸为内径16.6mm、外径26.5mm、高度4.8mm；非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装的磁芯，其尺寸为内径16.6mm、外径26.5mm、高度4.8mm；两者叠加后的整体磁芯尺寸为内径16.6mm、外径26.5mm、高度9.6mm；内径和高度相同，与现有技术相比，其中的外径缩小了2.8mm。

用相同的二次电流线进行绕制，直径为0.15mm、环绕2500匝，与现有技术相比，其中的本发明技术方案的二次电流线减少了0.55克，内阻为89欧姆；这比有保护盒的19*27*8磁芯的内阻99.5欧姆减少了10.5欧姆。性能数据对比测试见下述的表1，从表1中的测试数据分析，可以看出本发明技术方案的交流相位差和直流误差明显优于对比磁芯。

表1

实施例4

抗直流分量互感器壳体内具有复合磁芯，复合磁芯绕制有二次电流线，复合磁芯包括超如图1所示的微晶材料环形磁芯和如图2所示的非晶材料环形磁芯。如图3和图4所示，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装，超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯以上下相叠的方式叠合而成。抗直流分量互感器的制备过程：超微晶材料环形磁芯用保护盒封装，非晶材料环形磁芯用喷涂或浸涂方法涂装；超微晶材料环形磁芯用保护盒封装的磁芯和非晶材料环形磁芯涂装的磁芯上下相叠；绕制二次电流线。

在制备过程中，超微晶材料环形磁芯的保护盒的内外径尺寸与非晶材料环形磁芯涂装后的内外径尺寸相同；非晶材料环形磁芯的高度可根据在半波直流状态下误差测试的数据只需满足标准中最大误差值的情况下来确定，以进一步减少抗直流分量误差及减小相叠后磁芯整体的高度，用减少二次电流线匝数来提高二次电流补偿误差精度。如图5至图9所示，将有保护盒的超微晶材料环形磁芯上环绕二次电流线N匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕互感器所需的总匝数。也可以是将超微晶材料环形磁芯与非晶材料环形磁芯这两种磁芯直接上下相叠后绕制二次电流线来制造抗直流分量互感器。

为了进一步减少抗直流分量误差，在上述实施例3中的超微晶材料环形磁芯，将超微晶材料环形磁芯先均匀环绕50匝后再叠加非晶材料环形磁芯继续环绕至2500匝，在半波直流状态下误差测试的数据与上述实施例3中现有技术的磁芯型号的保护盒的19*27*8磁芯的数据对比见下述表2，实际证明了本发明技术方案的数据优于对比磁芯，本发明在额定5-120A范围内的误差几乎接近零状态，而且本发明在140A时也能满足国家标准GB/T 17215-2002《1 级和2 级静止式交流有功电能表》中的规定(标准误差＜±3％)，扩大了测量范围。

表2

以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。