專(zhuān)利名稱(chēng)：變壓器與變壓器鐵芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器，特別是配電變壓器，并且它與鐵芯由厚度薄的非晶態(tài)金屬鐵芯片組成的變壓器有特別的關(guān)系。一般鐵芯片的厚度約為0.001英寸。盡管本發(fā)明在此作為應(yīng)用于一個(gè)以一個(gè)薄厚度的非晶態(tài)金屬薄片繞制的鐵芯的變壓器而被詳細(xì)地公開(kāi)了，對(duì)該類(lèi)變壓器本發(fā)明有獨(dú)特的長(zhǎng)處，但是應(yīng)知道，將本發(fā)明的原則改用于其它類(lèi)型的變壓器也是在本發(fā)明的等價(jià)物范圍之內(nèi)，而且是根據(jù)或通過(guò)其可能發(fā)布的任何專(zhuān)利，特別是在GraverTank和Mfg.CO.公司訴LindeAirProductsCO.公司的339U.S.605;美國(guó)最高法院的報(bào)告(70SupremeCourtReporter854(1950))一案中作為等價(jià)物的范圍而適用，并在Uniroyal訴Rudkin-WileyCorp.5USPQ2d1434(CAFC1988)一案中進(jìn)行了解釋。
授予MilanD.Valencic和DennisA.Schaffer又轉(zhuǎn)讓給西屋電氣公司(WestinghonseElectricCorpora-tion)的專(zhuān)利4，709，471揭示了一種制造這些變壓器鐵芯的方法。授予FrankH.Grimes和EugeniousHammack、也都轉(zhuǎn)讓給西屋電氣公司的專(zhuān)利4，761，630揭示了這些鐵芯的結(jié)構(gòu)特征。Valencic指出將一個(gè)非晶態(tài)金屬薄片繞制成一個(gè)閉合的螺旋鐵芯環(huán)路或在其中心有一個(gè)窗口的鐵芯結(jié)構(gòu)。螺旋的圈數(shù)構(gòu)成鐵芯的鐵芯片。構(gòu)成閉合的鐵芯結(jié)構(gòu)的這些鐵芯片被切成連續(xù)的階梯式的片組，閉合的結(jié)構(gòu)打開(kāi)后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)U形結(jié)構(gòu)，在其臂上套進(jìn)變壓器的線圈。然后將U形臂連接、以將U形結(jié)構(gòu)再轉(zhuǎn)變成一個(gè)閉合的結(jié)構(gòu)。Grimes揭示一個(gè)如Valencic所指出的那樣、帶有重疊階梯的鐵芯。
為了解釋本發(fā)明以便本領(lǐng)域技術(shù)人員能理解它，最好是簡(jiǎn)單地討論一下Grimes的專(zhuān)利。Grimes的圖3和圖4展示了從與鐵芯片邊緣成直角的方向看的、高度放大了的鐵芯的一個(gè)局部。假如將圖3擴(kuò)展來(lái)展示整個(gè)鐵芯，就會(huì)顯示出鐵芯片為跑道或有環(huán)紋的圓形。所示結(jié)構(gòu)由在連接鐵芯片處重疊的階梯形成階梯狀。對(duì)此應(yīng)用，鐵芯片A、B或C或D、E或F的每一單元定義為一個(gè)階梯，階梯A、B和C一起或D、E和F一起定義為一個(gè)片組。鐵芯片的厚度一般僅有0.001英寸，因此，階梯F厚度為0.007英寸。片組DEF的厚度為0.021英寸。Grimes設(shè)在每一個(gè)階梯里最多可以有三十片鐵芯片。在這種情況下，每一個(gè)片組的厚度就會(huì)有0.09英寸。在每一個(gè)階梯里的鐵芯片亦可少于七片;事實(shí)上，在每一個(gè)階梯里可以只有一片鐵芯片。
盡管Valencic和Grimes的論述對(duì)變壓器技術(shù)做了不可輕視的貢獻(xiàn)，但在按Valencic和Grimes的論述制作鐵芯時(shí)卻遇到了一個(gè)難題。在線圈套入鐵芯臂后將鐵芯重新恢復(fù)時(shí)，遇到的困難就是如何使片組鐵芯片的分離端相吻合以使在一組的一邊上的鐵芯片切開(kāi)端在重新組裝時(shí)與在一組的對(duì)邊上的同一鐵芯片的端相連接。造成這個(gè)難題的一個(gè)重要因素是片組的小厚度。在過(guò)去實(shí)踐中，一個(gè)片組的鐵芯片在重新組裝時(shí)不時(shí)錯(cuò)誤地與兩個(gè)相對(duì)的片組吻合。只有當(dāng)接合處處重新組裝完成后剩下一個(gè)片組的鐵芯片沒(méi)有相吻合的片組時(shí)，錯(cuò)誤才顯出來(lái)。例如，參照Grimes的圖3，在右邊的片組ABC的二十一片鐵芯片沒(méi)有和左邊片組ABC的鐵芯片連接而是與左邊片組DEF上的鐵芯片連接。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，完工了的鐵芯還有沒(méi)有連接的鐵芯片，而必須重新加工。直到鐵芯完成之后才發(fā)現(xiàn)這種缺陷。此外，在發(fā)生上述錯(cuò)誤后，在繼續(xù)的重新組裝中可能發(fā)生一個(gè)相反的錯(cuò)誤，即左邊的一個(gè)片組如DEF的鐵芯片與右邊的一個(gè)片組如ABC的鐵芯片接到一起了。在此情況下，這些錯(cuò)誤相互補(bǔ)充，并且在鐵芯完成和鐵芯性能降低后才發(fā)現(xiàn)。
另一個(gè)與鐵芯有關(guān)的難題產(chǎn)生在鐵芯的軛鐵或腿之一存在可切開(kāi)的接合處，其原因在于這個(gè)原則在決定激勵(lì)一個(gè)變壓器能量的許多因素中是本身的凈橫截面面積減少，這是由形成鐵芯中接合處的間隙所造成的。凈截面面積減少而接合處鐵芯片中的間隙增加了所需的激勵(lì)能量。在非晶態(tài)金屬鐵芯片構(gòu)成的鐵芯中，這個(gè)問(wèn)題尤其重要，因?yàn)樵谑褂弥校鲜鲨F芯在磁感方式下工作，離產(chǎn)生飽和的點(diǎn)非常近。一個(gè)鐵芯的凈橫截面面積的明顯地減少可導(dǎo)致鐵芯使用時(shí)的飽和。在一個(gè)包含大量間隙的接合處，特別是間隙是堆疊的話，凈截面面積就會(huì)有顯著的減少，并有產(chǎn)生飽和的趨勢(shì)，由于鐵芯損耗會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的付作用。
另一個(gè)難題產(chǎn)生在按Grimes的論述重新組裝一個(gè)接縫重疊階梯鐵芯時(shí)，鐵芯片有相互粘合的傾向，這樣，不止一個(gè)片組的已切階梯可能誤吻合并誤置在一個(gè)單一的相反片組的對(duì)面。這個(gè)錯(cuò)誤也只有在接合處完成重新組裝好以后才會(huì)發(fā)現(xiàn)。錯(cuò)誤發(fā)生在這樣的接合處的邊上，在那里最長(zhǎng)的鐵芯片對(duì)置于水平位置上的重新組裝的接合處的最上方。鄰近片組較短的鐵芯片傾向于粘合。最長(zhǎng)的鐵芯片在底部的對(duì)置的鐵芯邊則由片組“自我分離”。
本發(fā)明的目的是要克服上述缺點(diǎn)和缺陷，并提供達(dá)到此目的的一種方法，即，本發(fā)明的目的是提供制作變壓器的一種方法，該變壓器有一個(gè)非晶態(tài)金屬鐵芯，通過(guò)將若干圈成小厚度的鐵芯片繞制成一個(gè)螺紋而形成，其鐵芯有一個(gè)可切開(kāi)的接合處，該接合處能打開(kāi)以套進(jìn)線圈并在此后通過(guò)將切開(kāi)的鐵芯片端面貼緊而重新閉合，在這樣實(shí)踐時(shí)，避免了在重新閉合時(shí)將鄰近的鐵芯片錯(cuò)誤地吻合。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制作變壓器的一種方法，在這樣實(shí)踐時(shí)，提高了在通過(guò)切開(kāi)鐵芯片所產(chǎn)生的間隙處復(fù)蓋鐵芯片的橫截面面積。這也是本發(fā)明的一個(gè)目的，提供通過(guò)實(shí)施這種方法而制作的一個(gè)鐵芯和一個(gè)變壓器。
按照本發(fā)明，提供了一個(gè)鐵芯，其接合處是通過(guò)在不是與鐵芯片縱向中心線或與任何與鐵芯片垂直的平面成直角處，而是以明顯不是90°的一個(gè)角度切開(kāi)鐵芯片，這樣使得同一鐵芯片的切開(kāi)端很好識(shí)別，因?yàn)樗鼈儗?duì)中心線的角度是一樣的。具體地，構(gòu)成鐵芯的鐵芯片可再分為堆疊片組。相互間隔的片組可以切成傾斜的，即，切口在一個(gè)方向是傾斜的，不是與中心線垂直，而介于中間的片組可以在相反的方向偏斜地切割，即切口是向中心線傾斜的，與通過(guò)相互間隔的片組的切口相反。垂直偏離可以在每一個(gè)方向上是一樣的。但其接合處由在對(duì)中心線不同角度傾斜的相互間隔的片組鐵芯片切口組成的鐵芯是在本發(fā)明等價(jià)物的范圍內(nèi)。事實(shí)上，通過(guò)相間的或介于中間的片組的切口可以與中心線成直角，而通過(guò)其它片組的鐵芯片的切口為傾斜的。通過(guò)每一片組階梯的切口傾斜度相同。
可以按Valencic揭示的那樣切割鐵芯片和加工鐵芯來(lái)生產(chǎn)一個(gè)變壓器。為了產(chǎn)生基準(zhǔn)切口，Valencic的圖6所示切割機(jī)66可按與鐵芯片縱向中心線成適當(dāng)?shù)慕嵌日{(diào)整刀片77和78，為了此應(yīng)用的目的，傾斜角度將定義為切口與縱向中心線的銳角。
最好是切口角度偏離垂直面中心線很小，即向中心線傾斜的角度最好應(yīng)是大的。實(shí)際上，一個(gè)約為3°的偏離角度，即一個(gè)約為87°的傾斜角是令人滿(mǎn)意的。改用一個(gè)偏離垂直面的大角度會(huì)使切割器的調(diào)整復(fù)雜化，并具有引起脆的鐵芯片斷裂的趨勢(shì)。已發(fā)現(xiàn)用在相反方向約87°傾斜的切口，要連接的鐵芯片端面吻合能成功地完成。在用與87°明顯不同的角度傾斜的切口來(lái)實(shí)現(xiàn)本應(yīng)用的教導(dǎo)應(yīng)理解為是在本發(fā)明等價(jià)物的范圍之內(nèi)，及在可能發(fā)布的任何專(zhuān)利為或可視為專(zhuān)利的產(chǎn)物的范圍之內(nèi)的。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，由于這些片組的相反偏斜，排除了鄰近組幾片鐵芯片的端面錯(cuò)誤吻合。本發(fā)明還通過(guò)有效地分離在結(jié)合處的連接片組，改進(jìn)了向重新閉和結(jié)合處的機(jī)械化的可能性。通過(guò)首先在整個(gè)片組以一個(gè)角度方向切割，然后在整個(gè)下一個(gè)片組使角度方向反向，并且對(duì)整個(gè)鐵芯重復(fù)這一順序，在一個(gè)纏繞過(guò)的鐵芯可以實(shí)現(xiàn)“人字形”幾何圖形，即一束X光線與構(gòu)成鐵芯片的薄片的表面垂直地通過(guò)切割的接合處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“人字形”或“十字縫”接合處。
當(dāng)打開(kāi)鐵芯來(lái)套進(jìn)線圈時(shí)，“打開(kāi)的”鐵芯片被分離成相反地切過(guò)的片組并且重新將奇數(shù)片組和偶片組安置在一起變得不可能了。這樣，過(guò)去出現(xiàn)過(guò)的組裝難題就解決了。如果發(fā)生一個(gè)二重錯(cuò)誤，接合處好像正確的閉合了，但所測(cè)得的鐵芯損耗巨增。這個(gè)錯(cuò)誤也消滅了。
為更好地理解本發(fā)明，即是對(duì)其機(jī)構(gòu)也是對(duì)其操作方法，連同其附加的目的和優(yōu)點(diǎn)一起的理解，要涉及與所附圖表有關(guān)的下列說(shuō)明，其中附圖為

圖1為一個(gè)立體圖，從總體上展示了經(jīng)調(diào)整以在一個(gè)方向與鐵芯片縱向中心線傾斜地在鐵芯片中產(chǎn)生切口的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置圖2為一個(gè)與圖1類(lèi)似的圖，展示了經(jīng)調(diào)整已在相反方向上相對(duì)縱向中心線傾斜地在鐵芯片中產(chǎn)生切口的裝置圖3為一個(gè)側(cè)視圖，是圖1所示裝置的圖解，用于說(shuō)明在實(shí)施本發(fā)明中產(chǎn)生一系列鐵芯片外層片組階梯切口的方式圖4為取自圖3方向Ⅳ-Ⅳ的一個(gè)平面圖圖5是一個(gè)與圖3類(lèi)似的側(cè)視圖，說(shuō)明在實(shí)施本發(fā)明中產(chǎn)生一系列剛好在外層片組下面的鐵芯片內(nèi)層片組階梯切口的方式圖6為取自圖5方向Ⅵ-Ⅵ的一個(gè)平面圖圖7為一個(gè)局部立體圖，圖解地從整體上展示了在一個(gè)傾斜度切開(kāi)的一個(gè)片組的鐵芯片組重新組裝鐵芯結(jié)構(gòu)的方式圖8為與圖7類(lèi)似的一個(gè)局部圖，展示了在相反傾斜度切開(kāi)的一個(gè)片組的鐵芯片片組重新組裝鐵芯結(jié)構(gòu)的方式圖9為一個(gè)高度放大的、取自向鐵芯片邊緣方向的一個(gè)局部圖，基本上是側(cè)視圖，展示了一個(gè)經(jīng)重新組裝的接合處的一部分圖10為在實(shí)施本發(fā)明中所形成的、用于接納線圈的一個(gè)鐵芯U形結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖圖11為按照本發(fā)明的一個(gè)變壓器的側(cè)視圖圖11A為一個(gè)局部圖解圖，幫助解釋如何避免粘結(jié)鐵芯片時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤圖12為一個(gè)局部立體圖，高度放大的，并且圖解地展示通過(guò)在階梯之間的接合處的線圈在先有技術(shù)鐵芯中的磁通通路。
圖13為一個(gè)類(lèi)似圖12的、高度放大的局部圖，但展示的是按照本發(fā)明在一個(gè)鐵芯中的磁通通路。
圖1至圖9所示的裝置包括一個(gè)支承板21，在其上面放置了一個(gè)鐵芯結(jié)構(gòu)23。鐵芯結(jié)構(gòu)23是按照Valencic論述、通過(guò)將一個(gè)小厚度的非晶態(tài)金屬薄片25繞成一個(gè)循環(huán)地有環(huán)紋的螺旋。當(dāng)此螺旋放置在板21上，其軸向?yàn)樗降模ǔＫ扇D1-圖6所示的圖8的結(jié)構(gòu)。螺旋的圈數(shù)為鐵芯結(jié)構(gòu)23的鐵芯片數(shù)27(圖9)。
在實(shí)施本發(fā)明中，鐵芯結(jié)構(gòu)23的鐵芯片27如Crimes所論述那樣再分成片組29和29a(圖9)，每個(gè)疊片組再分成階梯31。將每個(gè)疊片組的階梯如圖9所示沿鐵芯結(jié)構(gòu)23縱向地分隔開(kāi)。圖9展示了沿著鐵芯結(jié)構(gòu)的深度連續(xù)的疊片組29和29a?？蓪B片組29視為最上面的疊片組而疊片組29a為從上述第二片組，這時(shí)假設(shè)鐵芯結(jié)構(gòu)23放在板21上，螺旋的軸向?yàn)樗降摹Ｔ趫D9中，最上面的片組29的階梯標(biāo)為A、B、C、D和E，片組29a的階梯標(biāo)為F、G、H、I、J。在真正實(shí)施本發(fā)明時(shí)，會(huì)有大量的疊片組29和29a。
如圖1和2所示，實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置包括一個(gè)帶有切割刀片35和36的切割機(jī)33。切割機(jī)33與Valencic所揭示的一樣。它能穿過(guò)預(yù)定數(shù)目的鐵芯片或疊片37產(chǎn)生一個(gè)方邊切口，并且進(jìn)行定位，可操作切割鐵芯片。然而，刀片35和36與中心線以一個(gè)角度X傾斜地定位，而不是與薄片的縱向中心線41成直角定位地來(lái)切割鐵芯片。在此提到的中心線作為通常的基準(zhǔn)。刀片35和36與垂直于薄片表面或其邊緣(其中邊緣為直線且平行，如圖所示)的平面以角度X傾斜地定位。具體地說(shuō)，在一個(gè)疊層37里的鐵芯片數(shù)目為在一個(gè)階梯31(圖9)里的數(shù)目。如Valencic所揭示的，構(gòu)成每一個(gè)階梯的鐵芯片被磁鐵(未示出)吸引升起以施以切割。本發(fā)明可用Valencic所示的切割機(jī)以外的其它切割機(jī)來(lái)實(shí)施。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，切割機(jī)33以其刀片與中心線成角度X傾斜地定位，用以切上面片組29(圖3、4)的階梯A、B、C、D、E。在切割機(jī)切完每一個(gè)階梯后，在每邊的被切開(kāi)的鐵芯片疊層就由磁性或其它裝置移開(kāi)并折過(guò)鐵芯結(jié)構(gòu)23的鄰近端面。切割機(jī)然后前進(jìn)到右邊，參見(jiàn)圖1和圖3，其刀片35和36與中心線41成角度X傾斜，或支撐板21前進(jìn)到左邊，下一個(gè)階梯由磁力或其它裝置提起，切割，其切開(kāi)部分被移開(kāi)并折回。此操作過(guò)程一直繼續(xù)到最上面的片組的所有階梯A、B、C、D、E均被切開(kāi)。每個(gè)階梯的鐵芯片被切開(kāi)的端面42和44見(jiàn)圖4。它們與中心線41成角度X傾斜。
鐵芯結(jié)構(gòu)23現(xiàn)在處于圖5和6所示狀態(tài)，最上面片組的被切開(kāi)部分43和45從結(jié)構(gòu)的端面折開(kāi)。切割機(jī)33現(xiàn)在以其刀片35和36與中心線41成角度Y(圖2)傾斜地定位。傾斜角度Y可以與傾斜角度X相等及傾斜方向相反。然后切開(kāi)階梯F、G、H、I、J并將它們的被分開(kāi)部分相繼折回。階梯F至J的被分開(kāi)端面47和49示于圖6。它們與中心線41成角度Y傾斜。
要強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)與中心線的傾斜角度是大的，具有代表性的是87°，最好角度X和Y相等并方向相反。在相繼各片組中的切口的傾斜度之差為每個(gè)片組的傾斜度的2倍。這樣有助于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的吻合。
切割機(jī)33現(xiàn)在以其刀片35和36與中心線41成角度X而重新定位，切割從上述第三組的階梯31。然后切割機(jī)以其刀片與中心線成角度Y而重新定位，切割從上述第四組的階梯。對(duì)于從上述單數(shù)的組，將切割機(jī)刀片35調(diào)整為與中心線成角度X傾斜地切割，而對(duì)于偶數(shù)的組，將切割機(jī)刀片調(diào)整為與中心線成角度Y傾斜地切割，這樣的切割一直繼續(xù)到深入到切口部位的鐵芯結(jié)構(gòu)的整個(gè)厚度。最好將切割機(jī)刀片這樣定位，將切口與鐵芯結(jié)構(gòu)上部53的橫向中心線51大約對(duì)稱(chēng)地相隔，使得在切口部位每邊的鐵芯結(jié)構(gòu)23部分的長(zhǎng)度大約相等。
一旦深入到鐵芯結(jié)構(gòu)23的整個(gè)厚度，鐵芯結(jié)構(gòu)在切透面打開(kāi)，鐵芯結(jié)構(gòu)典型地按Valencic所論述的那樣加工，尤其是參看那個(gè)專(zhuān)利的圖10至15和圖17至22。要理解的是，本發(fā)明不限于按Valencic所論述的那樣去加工，可以在鐵芯結(jié)構(gòu)加工中，偏離或修改Valencic的技術(shù)指導(dǎo)以及以完全不同的技術(shù)指導(dǎo)來(lái)代替Valencic的技術(shù)指導(dǎo)，而不影響本發(fā)明的范圍。
在加工中，在鐵芯結(jié)構(gòu)23被切開(kāi)處的接口處被打開(kāi)和重新閉合兩次。第一次鐵芯被打開(kāi)，進(jìn)行機(jī)械處理并重新閉合，以將該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成理想的應(yīng)力釋放退火形狀。退火后，在切開(kāi)的部位第二次打開(kāi)該結(jié)構(gòu)，形成U形結(jié)構(gòu)55，線圈59和61在其腿57套入，然后重新閉合。在重新閉合過(guò)程中，切開(kāi)端42和44(圖4)和47和49被貼近并在鄰近階梯之間的接合處重疊，從最下面的片組開(kāi)始一直繼續(xù)到最上面的片組，這時(shí)假設(shè)鐵芯軸線為水平的。
在加工過(guò)程中，鐵芯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成圖10所示帶有臂57的自支撐結(jié)構(gòu)55。鐵芯結(jié)構(gòu)57是自支撐的，而構(gòu)成在切口部位63的接合處的鐵芯結(jié)構(gòu)端面則可從打開(kāi)位置(見(jiàn)圖10)折合到閉合位置。
重要的是，特別是在線圈套在腿上后第二次重新閉合期間，避免鄰近片組之間的錯(cuò)誤吻合，如圖7和8所示，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，做到了這一點(diǎn)。圖7展示了一個(gè)片組29的鐵芯片的重新閉合，例如由階梯A、B、C、D、E(圖9)組成的片組的重新閉合。代表端面42和44的傾斜的實(shí)線假設(shè)代表階梯A、B、C、D、E的端面而不是單個(gè)鐵芯片的端面。階梯按E-A順序折迭?？吹贸雒恳粋€(gè)階梯的端面42靠近并與同一階梯的端面44對(duì)齊。圖8對(duì)應(yīng)于鄰近圖7所示片組的片組29，其階梯為F、G、H、I、J。在這種情況下，切口的傾斜方向與圖7的片組的切口相反。在這種情況下，階梯J至F的端面47與端面49靠近并且對(duì)齊。如試圖將圖7所示片組29的左手端與圖8所示片組29a的右手端相貼近，端面49將是傾斜的，如圖7虛線71所示的那樣，并立刻就顯出不能夠?qū)R。
先有技術(shù)的實(shí)施中，遇到的重要難題就是在重新組裝過(guò)程中，在一邊的兩個(gè)片組已切開(kāi)的鐵芯片往往要粘到一塊，這樣在一邊的兩個(gè)粘附著的片組的外部的端面可能會(huì)與在對(duì)邊的一片組端面連接。在實(shí)施本發(fā)明中，避免了把兩個(gè)片組與一個(gè)片組連接。
為了了解這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，參見(jiàn)圖11a，圖11A展示了三個(gè)片組95、97、99的端面91和93，在重新閉合過(guò)程中要將其連接。每個(gè)片組有五個(gè)階梯，每個(gè)階梯由單一條線表示。假設(shè)片組95在頂部，片組99在底部。片組97的切口的傾斜與片組95和99相反。已發(fā)現(xiàn)粘附發(fā)生在最長(zhǎng)的鐵芯片在頂部時(shí)，這時(shí)假設(shè)鐵芯結(jié)構(gòu)以其軸向水平地定位?？杉僭O(shè)在端面91的片組95和97的鐵芯片粘到一塊，但在端面93的片組95和97的鐵芯片沒(méi)有粘附。將嘗試將端面91的片組97與端面93的片組95連接。由于片組97的切口的傾斜與片組95相反，將避免了由于將片組95和97的端面錯(cuò)誤的連接而錯(cuò)誤的吻合。
本發(fā)明在減少磁通線擁擠方面的優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合圖12和13進(jìn)行解釋。圖12對(duì)應(yīng)于一個(gè)鐵芯結(jié)構(gòu)，其中切口42a-44a如先有技術(shù)中那樣與縱向中心線成直角，圖13對(duì)應(yīng)于一個(gè)鐵芯結(jié)構(gòu)，其中切口42-44按照本發(fā)明向中心線41傾斜。在該論述中，假設(shè)鐵芯片或鐵芯片組R1和R2，R1′和R2′組成的片組在一個(gè)正在運(yùn)行的變壓器的鐵芯中。
在每張圖中，展示了在鄰近階梯間的接合處的過(guò)渡鐵芯片R1和R2，R1′和R2′，例如片組29的階梯E和階梯D之間。展示了磁通線f1與f2自L1和L2通過(guò)R1和R2，通過(guò)鐵芯片R2和R1，如圖12所示，和自L1′和L2′通過(guò)鐵芯片R2′和R1′，如圖13所示在這兩種情況下，均從左到右。圖12和13的過(guò)渡鐵芯片相對(duì)于圖9是反置著的。為了幫助理解本發(fā)明，假設(shè)了尺寸假設(shè)切口寬度為0.25英寸，重疊0.375英寸。還假設(shè)圖13所示切口的相對(duì)于中心線傾斜60°。
參看圖12，磁通f1通過(guò)L1直到達(dá)到間隙G1，在該處進(jìn)入并通過(guò)R2。然后當(dāng)它經(jīng)過(guò)間隙G1后返回R1。磁通f2通過(guò)L2直到達(dá)到間隙G2，在該處流入并通過(guò)L1，直到當(dāng)它經(jīng)過(guò)間隙G2后，又通過(guò)R2流回。磁通擁擠發(fā)生在L1間隙G2處和R2間隙G1處，在這些地方磁通流過(guò)共同通道。
減小磁通擁擠、所引起的飽和以及磁芯損耗的增加的一個(gè)方法是將磁通擁擠分散到行得通的大的面積上。在圖12所示的先有技術(shù)中，擁擠分散在1.0平方英寸(0.25×4)的面積內(nèi)。一旦磁通f2經(jīng)過(guò)間隙G2，在到達(dá)間隙G1前它再進(jìn)入R2。磁通f2的再進(jìn)入發(fā)生在0.375英寸上。其面積為0.375×4＝1.50平方英寸?？梢酝ㄟ^(guò)增加重迭從而減小磁通擁擠。例如，對(duì)于重疊0.5英寸，面積則為2英寸。但由于過(guò)渡位于有限的面積上，重疊的任何增加將減小可能發(fā)生的階梯數(shù)目。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，磁通f2′從鐵芯片L2′在間隙G2′處流入鐵芯片L1′，并在經(jīng)過(guò)間隙G2′后再次進(jìn)入鐵芯片R2′。磁通f1′當(dāng)?shù)竭_(dá)間隙G1′時(shí)流過(guò)R2′。經(jīng)過(guò)間隙G1′后，它再次進(jìn)入R1′。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，傾斜度為60°，切口與中心線41成60°角。在間隙G2′以上的面積為0.25×4.6或1.15平方英寸。磁通f2′再次進(jìn)入R2′的面積為0.375×4.6＝1.73平方英寸。在每一種情況下，面積的增加不減少該部位的階梯數(shù)目。切口對(duì)中心線的傾斜度越小，分散擁擠的面積越大。
雖然在此揭示了本發(fā)明的最佳實(shí)施例和最佳實(shí)踐，但對(duì)它們的許多修改是可行的。除必須由先有技術(shù)精神支持的以外，本發(fā)明不應(yīng)受限制。
權(quán)利要求
1.一個(gè)具有一個(gè)對(duì)接重疊階梯的變壓器鐵芯接合處的、經(jīng)改進(jìn)的變壓器鐵芯，所說(shuō)變壓器鐵芯接合處包括從一個(gè)通常繞成一個(gè)螺旋的、連續(xù)的薄片切開(kāi)的若干片斜切的鐵芯片，所說(shuō)的已切鐵芯片在線圈套入該鐵芯后通過(guò)連接接合處在其端面重新連接，所說(shuō)若干片鐵芯片分為若干個(gè)鐵芯片片組，每個(gè)片組包括一預(yù)定數(shù)目的鐵芯片，所說(shuō)的斜切避免了在所說(shuō)線圈套入后的組裝中將對(duì)接的鐵芯片端面錯(cuò)誤地吻合，并且加長(zhǎng)了在所說(shuō)的對(duì)接的接合處的鄰近磁通通道。
2.權(quán)利要求1的鐵芯，其中鐵芯是通過(guò)把相繼片組的鐵芯片疊放成一個(gè)通常為螺旋的結(jié)構(gòu)，在相間的片組的鐵芯片中的斜切口相對(duì)所說(shuō)鐵芯片縱向中心線成一預(yù)定的傾斜，在居于中間的片組中的斜切口相對(duì)所說(shuō)的鐵芯片中心線相反方向地傾斜。
3.權(quán)利要求1的鐵芯，其中每個(gè)片組的鐵芯片再分為階梯和在每個(gè)片組的鐵芯片里的斜切口包括若干個(gè)同樣偏斜的階梯式的切口。
4.權(quán)利要求2的鐵芯，其中每個(gè)片組的鐵芯片再分為階梯，每個(gè)相間的片組鐵芯片中的斜切口包括若干個(gè)在預(yù)定傾斜度傾斜的階梯式的切口和每個(gè)居于中間的片組的鐵芯片中的斜切口包括若干個(gè)相對(duì)所說(shuō)傾斜度相反地傾斜的階梯式切口。
5.一個(gè)包括一個(gè)具有套在其上的線圈的鐵芯的變壓器，所說(shuō)的鐵芯包括若干片小厚度非晶態(tài)鐵芯片，通常繞成一個(gè)螺旋、并確定成一個(gè)具有一個(gè)窗口在內(nèi)的閉合曲線結(jié)構(gòu)，所說(shuō)線圈繞制成一個(gè)包圍鐵芯的整體結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的鐵芯具有一個(gè)對(duì)接重疊階梯接合處，允許使所說(shuō)的鐵芯打開(kāi)，以能套入所說(shuō)的線圈，在所說(shuō)的線圈套入后關(guān)閉所說(shuō)的鐵芯，所說(shuō)的對(duì)接重疊階梯接口是通過(guò)按階梯式關(guān)系將片組的鐵芯片相繼切開(kāi)形成的，每個(gè)片組包含一預(yù)定數(shù)目的鐵芯片用以打開(kāi)所說(shuō)的鐵芯，和靠近每個(gè)片組的所說(shuō)已切開(kāi)鐵芯片以便在套入線圈后關(guān)閉所說(shuō)的鐵芯，在所說(shuō)的鐵芯片中的切口、對(duì)于所說(shuō)順序相間的片組的鐵芯片是相等于縱向中心線成一個(gè)第一設(shè)定角度傾斜的，這個(gè)角度明顯地小于90°，而對(duì)于介于所說(shuō)的相間片組之間的片組是相對(duì)所說(shuō)的縱向中心線成一個(gè)第二設(shè)定角度、它與所說(shuō)的第一設(shè)定角度相反地傾斜，這個(gè)角度明顯地小于90°。
6.權(quán)利要求5的變壓器，其中相間的片組和介于中間的片組中的每一個(gè)片組再分成若干個(gè)階梯，每個(gè)片組鐵芯片中的切口包括每個(gè)片組的階梯的鐵芯片中的階梯式切口、每個(gè)片組中的階梯式切口相對(duì)鐵芯片中心線的角度和傾斜度是相同的。
7.制作一個(gè)具有一個(gè)鐵芯和線圈的變壓器的方法，其線圈繞成一個(gè)整體線圈結(jié)構(gòu)，其中具有一個(gè)開(kāi)口以套到所說(shuō)鐵芯上，所說(shuō)鐵芯由一個(gè)小厚度磁性非晶態(tài)金屬薄片組成，所說(shuō)方法包括(a)將所說(shuō)的薄片繞成一個(gè)通常為螺旋的鐵芯結(jié)構(gòu)，在窗口周?chē)哂腥舾善B放的鐵芯片;(b)將所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)再分成鐵芯片片組，所說(shuō)片組堆疊形成所說(shuō)鐵芯結(jié)構(gòu);(c)通過(guò)在所說(shuō)鐵芯結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)相間的片組的鐵芯片產(chǎn)生第一切口，在相間的片組鐵芯片中沿著所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)的每一個(gè)所說(shuō)切口相對(duì)所說(shuō)的薄片的中心線、在一個(gè)方向上以明顯地小于90°的角度傾斜;(d)通過(guò)在所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)片組，沿著介于相間的片組間的所說(shuō)片組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生第二切口，在所說(shuō)介于中間的片組鐵芯片中沿著所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)的每一個(gè)所說(shuō)的第二切口，相對(duì)于所說(shuō)的薄片的中心線、在一個(gè)與所說(shuō)方向相反的方向上以明顯地小于90°的角度傾斜;(e)在所說(shuō)切口處將所說(shuō)鐵芯片分開(kāi)并將所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一個(gè)通常為U形的結(jié)構(gòu)，其臂在所說(shuō)切口處終止;(f)在所說(shuō)U形結(jié)構(gòu)的臂上套入所說(shuō)的線圈結(jié)構(gòu);(g)在鐵芯片切開(kāi)端面不同傾斜度的引導(dǎo)下，通過(guò)實(shí)質(zhì)上只把每個(gè)片組鐵芯片端面與同一片組鐵芯片的相對(duì)端面(上述端面就是從該端面處切開(kāi)的)緊靠在一起，一個(gè)片組接一個(gè)片組，把所說(shuō)的片組的鐵芯片端面連接，這樣避免將一個(gè)片組的鐵芯片端面與鄰近片組的鐵芯片端面接到一起。
8.制作一個(gè)具有一個(gè)鐵芯和線圈的變壓器的方法，其線圈繞成一個(gè)整體線卷結(jié)構(gòu)，其中具有一個(gè)開(kāi)口以套到所說(shuō)鐵芯上，所說(shuō)鐵芯由一個(gè)小厚度磁性非晶態(tài)金屬薄片組成，所說(shuō)方法包括(a)將所說(shuō)的薄片繞成一個(gè)通常的螺旋的鐵芯結(jié)構(gòu)，在窗口周?chē)哂腥舾善B放的鐵芯片;(b)將所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)再分成鐵芯片片組，所說(shuō)片組堆疊形成所說(shuō)鐵芯結(jié)構(gòu);(c)通過(guò)在所說(shuō)鐵芯結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)相間的片組的鐵芯片產(chǎn)生第一切口，在相間的片組鐵芯片中沿著所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)的每一個(gè)所說(shuō)切口相對(duì)所說(shuō)的薄片的中心線在一個(gè)方向上以明顯地小于90°的角度傾斜;(d)通過(guò)在所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)片組，沿著介于相間的片組間的所說(shuō)片組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生第二切口，第二切口的每一個(gè)相對(duì)于所說(shuō)第一切口與薄片的縱向中心線形成一個(gè)不同的角度;(e)在所說(shuō)切口處將所說(shuō)鐵芯片分開(kāi)并將所說(shuō)的鐵芯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一個(gè)通常為U形的結(jié)構(gòu)，其臂在所說(shuō)切口處終止;(f)在所說(shuō)U形結(jié)構(gòu)的臂上套入所說(shuō)的線圈結(jié)構(gòu);(g)在與第一切口和第二切口的薄片的縱向中心線不同傾斜角度的引導(dǎo)下，通過(guò)實(shí)質(zhì)上只把每個(gè)片組鐵芯片端面與同一片組鐵芯片的相對(duì)端面(上述端面就是從該端面處切開(kāi)的)緊靠在一起，一個(gè)片組接一個(gè)片組，把所說(shuō)的片組的鐵芯片端面連接，這樣避免將一個(gè)片組的鐵芯片端面與鄰近片組的鐵芯片端面接到一起。
9.權(quán)利要求8的方法包括將每一個(gè)片組分成沿著薄片縱向地相互交錯(cuò)的階梯，并產(chǎn)生第一和第二切口，每一種切口包括在沿著薄片縱向地相互交錯(cuò)的每一個(gè)片組的階梯的切口，但相間的片組是與薄片縱向中心線成第一角度，而介于中間的片組則是與薄片縱向中心線成第二角度。
10.制作一個(gè)具有降低損耗的變壓器的方法，所說(shuō)的方法包括(a)將一個(gè)磁性非晶態(tài)金屬薄片繞制成一個(gè)在中心有窗口的螺旋結(jié)構(gòu);(b)將所說(shuō)螺旋的圈數(shù)再分成組，每一組再分成階梯;(c)通過(guò)在所說(shuō)的螺旋都位中的每一片組的階梯產(chǎn)生一系列切口，通過(guò)每一片組的階梯的切口被按預(yù)定的方向沿著所說(shuō)的薄片縱向間隔開(kāi);一個(gè)片組的每一階梯的切口和下一階梯的切口這樣地連接;即一個(gè)片組的一個(gè)階梯的最后一圈與所說(shuō)的片組的下一個(gè)階梯的第一圈相互復(fù)蓋，據(jù)此，流過(guò)所說(shuō)的最后一圈和所說(shuō)的第一圈的磁通將通過(guò)在所說(shuō)切口部件的所說(shuō)最后一圈和第一圈中的一個(gè)與另一個(gè)在一起傳導(dǎo)，所說(shuō)的部位產(chǎn)生磁通擁擠，所說(shuō)的切口通過(guò)所說(shuō)的薄片的全部片組而產(chǎn)生;(d)在所說(shuō)切口處打開(kāi)所說(shuō)的螺旋;(e)然后將所說(shuō)的螺旋轉(zhuǎn)變成一個(gè)U形結(jié)構(gòu);(f)在所說(shuō)U形結(jié)構(gòu)臂上套入線圈;(g)在所說(shuō)的切口部位重新閉合所說(shuō)的片組，這樣產(chǎn)生一個(gè)具有重新閉合的螺旋結(jié)構(gòu)作為鐵芯的變壓器;所說(shuō)的方法其特征為通過(guò)階梯的切口與所說(shuō)的縱向中心線成明顯小于90°的一個(gè)角度傾斜，據(jù)此，在所說(shuō)的磁通擁擠部位的鐵芯面積就增加了。
11.權(quán)利要求2的鐵芯，其中相間的片組和介于中間的片組的斜切口的傾斜角度大體上相等并相反，以一個(gè)稍小于90°的角度向中心線偏離。
12.權(quán)利要求1的鐵芯，其中鐵芯通過(guò)在一個(gè)通常為螺旋的結(jié)構(gòu)中疊放鐵芯片連續(xù)的片組而形成，斜切口與中心線薄片成一個(gè)明顯地小于90°的角度傾斜，並且斜切口至少在相間的片組或介于相間片組之間的片組中。
13.權(quán)利要求5的變壓器，其中相間的片組和介于中間的片組的斜切口的傾斜角度大體上相等和相反，并以一個(gè)稍小于90°的角度向中心線偏離。
14.權(quán)利要求7的方法，其中第一切口和第二切口的傾斜角度大體上相等和相反，并以一個(gè)稍小于90°的角度向薄片的中心線偏離。
全文摘要
制造由薄非晶態(tài)金屬芯片組成的變壓器的方法，通過(guò)將薄片繞制成具有中心窗口的螺旋以形成疊層。鐵芯切成U形，線圈套在它的臂上，切口接合處為對(duì)接重疊階梯。為產(chǎn)生接合處，疊層被分成片組，構(gòu)成相間的片組的疊層的切口與薄片的縱向中心線交角不足90°，構(gòu)成介于中間的片組的疊層的切口則反向傾斜，交角亦不足90°，于是，鐵芯閉合時(shí)，防止了不同組的疊層不必要的靠近，本申請(qǐng)還公開(kāi)了采用該方法制得的鐵芯和變壓器。
文檔編號(hào)H01F41/02GK1044871SQ9010001
公開(kāi)日1990年8月22日 申請(qǐng)日期1990年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月3日
發(fā)明者弗蘭克亨利格利姆斯, 尤根尤斯謝潑蒂-哈瑪克 申請(qǐng)人:西屋電氣公司