本實(shí)用新型涉及鐵芯技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯。

背景技術(shù)：

鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為10nm-20nm的微晶，彌散分布在非晶態(tài)的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料。納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能：高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導(dǎo)率(8×10⁴)、低Hc(0.32A/m)，高磁感下的高頻損耗低(P0.5T/20kHz＝30W/kg)，電阻率為80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高，經(jīng)縱向或橫向磁場(chǎng)處理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市場(chǎng)上綜合性能最好的材料；適用頻率范圍：50Hz-100kHz，最佳頻率范圍：20kHz-50kHz。廣泛應(yīng)用于大功率開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、共模電感鐵芯。

基于納米晶材料總是以薄帶的形式進(jìn)行鐵芯加工，所以鐵芯屬于帶繞鐵芯，受帶材寬度的限制只能制作芯柱截面為矩形的鐵芯。近來(lái)，納米晶材料在高頻高壓除塵電源上的應(yīng)用得到了大力的開(kāi)發(fā)與推廣，納米晶材料的引入使得高頻高壓電源擺脫了體積巨大、除塵效果不理想的弊病，用電效率也得到了大幅提高，隨著應(yīng)用的深入越來(lái)越多的商家都開(kāi)始采用這種新材料電源。但是這種變壓器工作電壓動(dòng)輒上萬(wàn)伏，因此變壓器的繞組一般都會(huì)達(dá)到幾千匝，繞組的制作一度成為最耗時(shí)耗人工的工序。

某些繞線匝數(shù)動(dòng)輒上百上千的器件，只能將鐵芯芯柱剖開(kāi)以利于預(yù)制線圈的裝配，從而造成器件譬如導(dǎo)磁能力下降、芯柱結(jié)合處發(fā)熱嚴(yán)重、損耗急劇升高的現(xiàn)象，限于切割工藝的不確定性，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性很難保障。

另外，如果保持鐵芯的磁路完全閉合，則需要通過(guò)復(fù)雜的工藝手段才能實(shí)現(xiàn)在鐵芯的矩形芯柱上繞制上百上千甚至上萬(wàn)匝數(shù)的繞組，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還不能保障產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。

綜上所述，現(xiàn)有的矩形鐵芯存在以下缺點(diǎn)：

a)納米晶鐵芯屬于帶繞鐵芯，受帶材寬度的限制只能制作芯柱截面為矩形的鐵芯；

b)在繞制繞組時(shí)，繞組與芯柱表面存在空隙，不能完全貼合，造成矩形芯柱截面的鐵芯往往存在磁路不均勻和邊緣漏磁的現(xiàn)象；

c)芯柱截面為矩形的鐵芯對(duì)繞組制作要求較高，容易造成拐角處的繞組損傷，用銅量高，且體積較大；

d)對(duì)于磁路完全閉合的高頻高壓除塵變壓器鐵芯，繞線困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，變壓器一致性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所要采用的技術(shù)方案是：一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯，所述鐵芯為采用兩組三角形非晶帶或梯形非晶帶繞制而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述鐵芯的芯柱被經(jīng)過(guò)鐵芯軸線的平面所截獲得的截面形狀近似圓形。

優(yōu)選的，所述三角形非晶帶為直角三角形，且所述直角三角形一條直角邊的長(zhǎng)度近似等于圓形的直徑，或者所述三角形非晶帶為等腰三角形或等腰梯形，且所述等腰三角形底邊的長(zhǎng)度近似等于圓形的直徑；所述梯形非晶帶為直角梯形或等腰梯形，且所述直角梯形和等腰梯形的下底邊的長(zhǎng)度近似等于圓形的直徑。

一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯的工裝，用于上述芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯的整形，包括至多個(gè)專用成型臺(tái)，所述成型臺(tái)上端設(shè)有半圓形凹槽，所述凹槽半徑與所述鐵芯芯柱半徑相等。

一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯的制作方法，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)的鐵芯截面積、磁路長(zhǎng)度、窗口面積等參數(shù)計(jì)算出芯柱近圓截面的半徑R、鐵芯重量，并計(jì)算繞模芯直徑D₀用于確定使用的芯模；

步驟2：由計(jì)算的半徑R選擇三角形或梯形非晶帶材的最大寬度D＝2R，設(shè)置鐵芯由n層三角形或梯形非晶帶材同時(shí)卷繞而成，根據(jù)R、D、n并結(jié)合材料厚度、密度、疊片系數(shù)等具體參數(shù)計(jì)算出需要的三角形或梯形非晶帶材的長(zhǎng)度L；

步驟3：首先將n層三角形或梯形非晶帶材由窄頭開(kāi)始卷繞在準(zhǔn)備好的芯模上，卷繞至寬頭尾部后，再以同樣的方法將n層三角形或梯形非晶帶材由寬頭開(kāi)始繼續(xù)卷繞至窄頭尾部，卷繞好的鐵芯截面呈山包狀；繞制時(shí)，三角形或梯形非晶帶材的一條邊始終緊靠在芯模的底板上。

步驟4：將卷繞好的鐵芯取下，置于工作臺(tái)，取下卷繞芯模，放入規(guī)定形狀的模芯，將鐵芯整形成投影為矩形的環(huán)狀鐵芯，并鎖好外夾板；模芯用于將卷繞成圓卷的帶材進(jìn)行成型，模芯的形狀根據(jù)具體產(chǎn)品的形狀要求可以放入矩形模芯、扇形模芯、馬蹄形模芯或正多邊形模芯等；

步驟5：將帶有模芯和外夾板的鐵芯進(jìn)行退火處理；

步驟6：取下外夾板，將帶有模芯的鐵芯放入專用成型臺(tái)，整理后得到具有近圓芯柱截面的鐵芯；

步驟7：在表面刷涂納米晶專用納米級(jí)瞬干固化膠進(jìn)行固化，固化完成后，即完成鐵芯加工。

由于非晶帶材的厚度很薄，一般厚度小于0.025mm，因此，為了提高卷繞的效率，以及減少三角形或梯形非晶帶材的長(zhǎng)度，卷繞時(shí)采用同時(shí)多層同步卷繞的方式，優(yōu)選的，所述非晶帶材層數(shù)的取值n＝1～50，。

進(jìn)一步，為了減少原材料的浪費(fèi)，以及便于獲得三角形或梯形非晶帶材，所述三角形或梯形非晶帶材采用一底邊為D＝2R的平行四邊形非晶帶材沿對(duì)角線切割形成。即選擇的平行四邊形的底邊長(zhǎng)D等于芯柱的直徑。

優(yōu)選的，所述平行四邊形非晶帶材為矩形非晶帶材，矩形非晶帶材的寬度為D＝2R。

進(jìn)一步，為了采用切割的方式獲得三角形非晶帶材，步驟2和步驟3之間還包括步驟3-1：設(shè)置一個(gè)起始切割寬度d，例如d＝1mm，根據(jù)反正切函數(shù)計(jì)算出矩形非晶帶材斜切角度∠α，將準(zhǔn)備好的寬度為D的矩形非晶帶材置于納米晶專用斜切機(jī)上，設(shè)置剪切角度為∠α進(jìn)行切割，同時(shí)得到有一定角度變化的由窄變寬和由寬變窄的一組帶材，卷繞斜切好的帶材成斜料卷備用，斜料卷包括寬頭在外的斜料卷和寬頭在內(nèi)的斜料卷。由于卷繞時(shí)是先從窄頭卷到寬頭，然后再?gòu)膶掝^卷到窄頭，采用的兩種斜料卷的數(shù)量是相同的，因此，將斜切好的帶材卷成斜料卷時(shí)，兩種斜料卷的數(shù)量也是相同的。當(dāng)起始切割寬度d為0時(shí)切割獲得的是三角形非晶帶材，當(dāng)d不為0時(shí)，切割獲得的是梯形非晶帶材。

卷繞時(shí)，先選擇窄頭在外的斜料卷n卷，將窄頭同時(shí)卷繞在準(zhǔn)備好的芯模上，同時(shí)卷繞至寬頭尾部，再以同樣的方法卷繞寬頭在外的斜料卷n卷。

具體的，步驟5中的退火處理具體包括將帶有模芯和夾板的鐵芯放入高頻加熱爐均勻加熱，以每分鐘10℃的速率進(jìn)行升溫，控制爐溫在400℃～600℃，保持三小時(shí)后再以20℃每分鐘的速度降溫至100℃，取出熱處理好的鐵芯。

具體的，步驟7中所述瞬干固化膠由A+B雙組份組成，通過(guò)化學(xué)改性，可以在室溫下具有很強(qiáng)的滲透能力，先涂刷A組份，B組份為壓力罐噴涂，噴涂完成后即固化完成，將鐵芯翻身，對(duì)另外一面進(jìn)行固化處理。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯，獲得一種鐵芯的芯柱截面近似為圓形的納米晶矩形鐵芯，采用近圓形截面更有利于整個(gè)截面的磁通鏈的均勻分布，可以實(shí)現(xiàn)在不切割鐵芯的情況下自動(dòng)在芯柱上繞線。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中A-A的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是繞制繞組后鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是成型臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是成型臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是芯柱近似圓形的鐵芯的制作流程圖；

圖8是非晶帶的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、芯柱，2、繞組，3、間隙，4、芯模，5、底板，6、成型臺(tái)，7、凹槽。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。此圖為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中鐵芯的芯柱1截面為矩形，繞組2繞制在芯柱1上時(shí)，由于矩形結(jié)構(gòu)存在棱角，一方面，繞組2與芯柱1之間存在間隙3，不能完全貼合，用銅量高，且體積較大，另一方面，棱角易導(dǎo)致拐角處的繞組2損傷。

如圖2-4所示，本實(shí)用新型的一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯，所述鐵芯為采用兩組三角形或梯形非晶帶繞制而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述鐵芯的芯柱1被經(jīng)過(guò)鐵芯軸線的平面所截獲得的截面形狀近似圓形，由于其外形近似圓形，當(dāng)繞組2繞制在芯柱1上時(shí)，繞組2與芯柱1之間幾乎不存在間隙3，接近完全貼合。

如圖5-6所示，一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯的工裝，用于上述芯柱1為近似圓形的非晶帶鐵芯的整形，包括至多個(gè)專用成型臺(tái)6，所述成型臺(tái)6上端設(shè)有半圓形凹槽7，所述凹槽7半徑與所述鐵芯芯柱1半徑相等。本實(shí)用新型中的成型工裝也可以為與鐵芯形狀匹配的一個(gè)整體的環(huán)形結(jié)構(gòu)，也可以為采用多個(gè)直成型臺(tái)6和多個(gè)彎成型臺(tái)6拼接形成。

如圖7所示，一種芯柱為近似圓形的非晶帶鐵芯的制作方法，下面以制作變壓器的矩形鐵芯為例說(shuō)明制作步驟，具體包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)變壓器要求設(shè)計(jì)的鐵芯截面積、磁路長(zhǎng)度、窗口面積等參數(shù)計(jì)算出芯柱1近圓截面的半徑R、鐵芯重量，并計(jì)算繞模芯直徑D₀用于確定使用的芯模4；

步驟2：由計(jì)算的半徑R選擇三角形或梯形非晶帶材的最大寬度D＝2R，設(shè)置鐵芯由n層三角形或梯形非晶帶材同時(shí)卷繞而成，所述非晶帶材層數(shù)的取值n＝1～50，根據(jù)R、D、n并結(jié)合材料厚度、密度、疊片系數(shù)等具體參數(shù)計(jì)算出需要的三角形或梯形非晶帶材的長(zhǎng)度L；從而可以確定制作三角形或梯形非晶帶材的原材料數(shù)量。

步驟3：用于獲得三角形或梯形非晶帶材的材料可以為矩形非晶帶材也可以采用普通平行四邊形非晶帶材，如圖8(a)-8(c)，本實(shí)施例中選擇矩形非晶帶材，切割獲得的為直角梯形非晶帶材。具體步驟為：設(shè)置一個(gè)起始切割寬度d，例如d＝1mm，根據(jù)反正切函數(shù)計(jì)算出矩形非晶帶材斜切角度∠α，將準(zhǔn)備好的寬度為D的矩形非晶帶材置于納米晶專用斜切機(jī)上，設(shè)置剪切角度為∠α進(jìn)行切割，同時(shí)得到有一定角度變化的由窄變寬和由寬變窄的一組帶材，卷繞斜切好的帶材成斜料卷備用，斜料卷包括寬頭在外的斜料卷和寬頭在內(nèi)的斜料卷。

步驟4：先選擇窄頭在外的斜料卷n卷，由窄頭開(kāi)始同時(shí)卷繞在準(zhǔn)備好的芯模4上，卷繞至寬頭尾部后，形成如圖7(a)所示的截面結(jié)構(gòu)，再以同樣的方法將寬頭在外的斜料卷n卷，由寬頭開(kāi)始繼續(xù)卷繞至窄頭尾部，繞制時(shí)，梯形非晶帶材的一條邊始終緊靠在芯模4的底板5上，卷繞好的鐵芯截面呈山包狀，如圖7(b)所示；

步驟5：如圖7(c)所示，將卷繞好的鐵芯取下，置于工作臺(tái)，取下卷繞芯模4，放入規(guī)定形狀的模芯，將鐵芯整形成投影為矩形的環(huán)狀鐵芯，并鎖好外夾板；模芯用于將卷繞成圓卷的帶材進(jìn)行成型，模芯的形狀根據(jù)具體產(chǎn)品的形狀要求可以放入矩形模芯、扇形模芯、馬蹄形模芯或正多邊形模芯等；

步驟6：將帶有模芯和外夾板的納米晶矩形鐵芯進(jìn)行退火處理，具體包括將帶有模芯和夾板的鐵芯放入高頻加熱爐均勻加熱，以每分鐘10℃的速率進(jìn)行升溫，控制爐溫在400℃～600℃，保持三小時(shí)后再以20℃每分鐘的速度降溫至100℃，取出熱處理好的鐵芯。

步驟7：取下外夾板，如圖7(d)-7(e)所示將帶有模芯的鐵芯放入專用成型工裝，整理后得到具有近圓芯柱1截面的鐵芯；所述工裝包括四個(gè)成型臺(tái)6，整形時(shí)，矩形鐵芯的每條邊下方放置一個(gè)成型臺(tái)6，使芯柱1的中間部位放置在凹槽7內(nèi)，然后對(duì)芯柱1的上面施加向下的壓力，使芯柱1的底面與凹槽7相貼合，獲得截面形狀近似圓形的芯柱1，圖中箭頭表示壓力施加的方向。

步驟8：在表面刷涂納米晶專用納米級(jí)瞬干固化膠進(jìn)行固化，所述瞬干固化膠由A+B雙組份組成，通過(guò)化學(xué)改性，可以在室溫下具有很強(qiáng)的滲透能力，先涂刷A組份，B組份為壓力罐噴涂，噴涂完成后即固化完成，將鐵芯翻身，對(duì)另外一面進(jìn)行固化處理，固化完成后，即完成鐵芯加工。

非晶帶又稱之為非晶態(tài)帶材，經(jīng)過(guò)加工處理后可以形成納米晶(超微晶)帶材，也可以仍然是非晶帶材。因此本實(shí)用新型的鐵芯和制作方法適用于納米晶(超微晶)帶材，可以用于非晶帶材。

以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)的工作人員完全可以在不偏離本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。