用於層疊變壓器鐵心的矽鋼片的方法

2023-06-13 09:36:36 2

專利名稱：用於層疊變壓器鐵心的矽鋼片的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造電機的鐵磁性的鐵心矽鋼片的方法。
背景技術：
電磁機、例如功率變壓器或電感器的工作，在結構形式和使用的材料 方面要求電機的準確協調的設計方案。因此功率及配電網變壓器的鐵心經 常由晶粒定向的鐵磁性矽鋼製成。這是有必要的，因為在鐵心內傳播的與 時間有關的磁通量也會造成電損耗。 一方面在鐵心內磁化方向的周期性反 向產生再^f茲化損失。還有，在鐵心內感應垂直於傳播的石茲通量定向的渦流。 因此，為了減小渦流損失，變壓器鐵心不是實心的，而是由晶粒結構定向 的鐵磁性矽鋼的 一個個薄片層疊製成。
為了避免再磁化損失，將鐵心矽鋼片處置為，通過改進的晶粒定向以 及通過鐵心矽鋼片的表面處理構成一個玻璃狀絕緣層，例如鎂橄欖石。晶 粒定向的矽鋼片由冷軋的熱帶材形成。包括中途脫碳、結晶和消除應力退 火的冷軋，造成一種規則的具有鮮明的優選磁化方向的冶金晶體結構。
在結晶退火期間用氧化鎂表面處理，導致形成玻璃狀絕緣的覆蓋層(鎂 橄欖石)。然後塗敷含磷的溶液和接著乾燥，構成一個最終的絕緣層(磷酸 鹽)。這種絕緣層大多施加在晶粒定向的矽鋼片的兩個表面上。
減小再磁化損失，系統性地通過晶粒定向的改進和憑藉雷射、腐蝕或 機械處理的磁疇細化保證。減少渦流損失主要通過影響鐵心矽鋼片的磁性 有效厚度。鐵心矽鋼片越薄，渦流損失越小。為了避免渦流損失，不使用 實心的變壓器鐵心，而是將鐵心由比較薄的矽鋼片層疊構成。
按傳統的方式，製造過程設計為，將晶粒定向的矽鋼片製成一種有時 多次冷軋的熱帶材，以及通過間隔地脫碳、結晶和消除應力退火，製成一 種具有鮮明的優選磁化方向的冶金改變的晶體結構。表面處理造成上述玻 璃狀絕緣覆蓋層(鎂橄欖石和磷酸鹽)。
經如此製造和處理的矽鋼片作為單層巻材在一個縱向剪切機內切割成一些分巻。接著進行橫切或衝壓製成最終的用於變壓器鐵心的鐵心矽鋼片。 衝壓過程或在矽鋼片縱向剪切機的作業線內部進行，或在一個單獨的沖壓 過程內進行。如此沖制的鐵心矽鋼片，接著在一個鐵心鋪層設備內，手工 或自動地疊層成變壓器鐵心。
例如US2002/0158744A1介紹了 一種設備和一種方法，用層疊鐵心矽鋼 片製造大型變壓器。
此外，US6416879B1公開了 一種相應的含鐵的材料化合物，作為製造 鐵心矽鋼片的原材料，以便由此減小在用這種材料層疊的鐵心內的再磁化 損失和渦流損失。
這同樣適用於DE4337605A1,它公開了 一種製造晶粒定向的矽鋼片和 由此製成的》茲心。
在按現有技術的所有方法和所使用的鐵心矽鋼片結構中存在的缺點 是，如此製成的鐵心矽鋼片的寬度不允許小於0.23mm的最小厚度，因為要 不然在鐵心加工過程中材料機械負荷過大。這會導致降低這種受機械負荷 的鐵心矽鋼片的電磁特性。因此，基於所述的加工技術方面的限制，迄今 在相應地用這些鐵心矽鋼片疊層的變壓器鐵心中，不可能進一步減小與鐵 心矽鋼片的這種寬度相關聯的渦流損失。

發明內容
因此本發明要解決的技術問題是提供一種方法，用這種方法製備厚度 較小的鐵心矽鋼片，這樣的鐵心矽鋼片即使在例如進行鐵心鋪層過程中遭 受機械負荷時，也不會降低它們的電磁特性。
本發明的上述技術問題通過專利權利要求1的特徵得以解決。按照本 發明規定，由鐵磁性材料製成的第 一矽鋼片和至少 一個第二矽鋼片至少局 部分別用至少 一個絕緣層包裹，以及第 一矽鋼片的絕緣層和第二矽鋼片的 絕緣層藉助連接層互相連接。通過在各個矽鋼片之間採用連接層，帶來的 優點是使如此製成的鐵心矽鋼片有一種層狀結構，並因而在用按照本發明 的鐵心矽鋼片層疊的鐵心中使渦流損失明顯減小。與傳統的只由 一個矽鋼 片構成的鐵心矽鋼片不同，按照本發明的方法製成的鐵心矽鋼片由包括一 些矽鋼片的層構成。連接層在這裡保證一個鐵心矽鋼片的一些矽鋼片的層 疊結構也能耐受鐵心矽鋼片例如加工過程的機械負荷，或在鐵心夾緊時的
5機械負荷。
按該方法的 一種有利的設計，絕緣層是一個尤其由鎂橄欖石或鐵橄欖 石冶金製成的覆蓋層。認為有利的是，在絕緣層之間的連接層是膠粘層。 在各矽鋼片之間使用固定物質， 一方面保證絕緣層之間並因而保證各矽鋼 片之間持久連接。而且渦流損失也可以明顯減小。與此同時，4失心矽鋼片 的這種層疊結構保證鐵心矽鋼片有高的機械穩定性和在加工過程中不會受 到限制。
連接層必須持久地耐礦物油、Midel(酯)和/或矽酮，在從-75。C至+200 。C的溫度範圍內是耐溫的，以及強力粘附在矽鋼片上。由固定後的矽鋼片 組成的層疊結構必須是柔韌的，以及可以通過普通的縱向和橫向剪切過程 加工。固定層的硬度應不會導致增加鐵心矽鋼片切割工具的磨損現象。
按該方法的 一種有利的設計規定，連接層是絕緣層之間的 一個冶金制 成的層，它尤其通過短暫的結晶退火製成。在鐵心矽鋼片的矽鋼片上的絕 緣層按傳統的方式通過對矽鋼片表面的冶金處理造成，例如通過表面酸洗 或腐蝕。因為矽鋼片的熱處理對於在表面構成絕緣層是必要的，所以迄今 的加工方法也可以利用於在各絕緣層之間製成連接層。
有利地，絕緣層和/或連接層有一種機械結構，它有利於鐵心矽鋼片的 機械穩定性。通過在連接層內夾入一種例如在飛機結構中的網狀結構，可 以提高連接層的機械穩定性。這同樣適用於使用不同的材料作為構成連接 層的固定物質。絕緣層通過添加另 一個網狀層和/或通過矽鋼片的與位置有 關的表面處理，也可以機械穩定性方面增強。
認為有利的是，第一矽鋼片用絕緣層包裹，接著在該矽鋼片的上側和 下側塗敷連接層，以及在第一矽鋼片上藉助壓輥分別在矽鋼片絕緣層的上 側和下側壓緊一個包裹有絕緣層的第二矽鋼片。有利地，在鐵心矽鋼片內 的矽鋼片和/或絕緣層和/或連接層是可變的，所以也可以在鐵心矽鋼片的層 疊結構中顧及結構和/或才幾電方面的既定條件。
所述的層疊可以集成到現有的生產過程中。或將兩個或更將多個單層 整巻層疊為一個層疊的整巻，此時已層疊的整巻用作縱向剪切過程的原材 料。與之不同，可以將兩個或更多個在寬度上已分割的單層的部分寬度巻 層疊為一個層疊的部分寬度巻材，此時已層疊的部分寬度巻材用於隨後的 橫向剪切過程(沖壓過程)。同樣可以設想，將兩塊或更多塊衝壓後的單片層疊為一塊層疊的鐵心片。
按照本發明的方法提供的優點是，可以使用比傳統的方式所使用的更
小的片厚(薄片厚度0.23mm)。由此可以在結構和生產成本保持相同的情 況下，達到系統性地減小鐵心內的渦流。此外，按照本發明的方法不需要 改變迄今的鐵心矽鋼片的生產過程和現有的鐵心鋪層方法。
所述技術問題同樣通過權利要求14所述的特徵得以解決。按照本發明 規定，鐵心矽鋼片由一個個矽鋼片構成，其中，矽鋼片分別有一個絕緣層， 以及絕緣層通過連接層互相連接。按鐵磁性鐵心矽鋼片的一項有利的設計 規定，連接層是膠粘層。與之不同，連接層是矽鋼片的各絕緣層之間的一 種冶金連接。也可以組合不同的連接方式用於鐵心矽鋼片不同的連接層。


在其餘從屬權利要求中說明其他有利的措施；下面藉助實施例和附圖 詳細說明本發明。其中
圖1示意性示出按照本發明的層疊矽鋼片的製造方法；
圖2示意性示出已經衝壓的鐵心矽鋼片的層疊過程；
圖3示意性示出了三個經冶金處理後有絕緣層的矽鋼片的層狀結構， 這三個矽鋼片通過膠粘層互相連接；以及
圖4示意性示出按照本發明包括三個平行排列的矽鋼片的鐵心矽鋼片 結構，這三個矽鋼片藉助作為連接層的 一種冶金連接互相連接。
具體實施例方式
圖l表示層疊的矽鋼片10、 11、 12按照本發明的製造方法的示意圖。 一個中央矽鋼片l(H皮噴灑一種固定劑50,該矽鋼片IO或已有一個經冶金 處理的表面，或有一個另外塗敷的絕緣層20 (沒有表示)。施加在中央矽鋼 片10的外部絕緣層上的膠粘材料構成連接層30，在中央矽鋼片IO上側和 下側的連接層30上施加其他矽鋼片11、 12。在各矽鋼片10、 11、 12的絕 緣層20、 21、 22之間，通過壓輥40壓實如此構成的連接層30，並由此在 各個矽鋼片10、 11、 12之間製成持久和長壽命的連接層。因此， 一方面獲 得製成的鐵心矽鋼片60的機械穩定性。此外，矽鋼片10、 11、 12的這種 成為一個鐵心矽鋼片60的層疊結構減小了鐵心矽鋼片60迄今加工技術上
7的0.23mm的極限，從而在這種情況下可以進一步減小渦流損失。
圖2表示按照本發明的方法應用於製造已經沖壓的矽鋼片10、 11、 12， 這是生產鐵心矽鋼片60的出發點。如在圖1所示的方法中那樣，在沖壓的 矽鋼片10的(未示出的)絕緣層20兩側施加構成連接層的連接物質50。 在連接層30上，將與衝壓的矽鋼片IO對應的其他矽鋼片11、 12放置在該 矽鋼片IO的上方和下方，並藉助壓輥40壓緊。由此使相應的鐵心矽鋼片 60得到一種層疊結構。
圖3和圖4示意表示如此製成的鐵心矽鋼片60的結構。在圖3中鐵心 矽鋼片60的各個矽鋼片10、 11、 12藉助固定物質50互相粘結。
因為膠粘劑為連接層30提供附加的絕緣作用，所以可以在連接層上取 消矽鋼片的絕緣層20，在這種情況下絕緣性僅由連接層30和絕緣層21及 22保證。與之不同，在鐵心矽鋼片60的矽鋼片10、 11、 12之間的連接層 30也可以通過冶金方法，例如對各矽鋼片10、 11、 12進行退火相互保證。 在這裡，各個絕緣層20、 21、 22成為彼此的一種冶金連接。
權利要求
1. 一種用於製造電機的鐵磁性鐵心矽鋼片(60)的方法，其特徵為將由鐵磁性材料製成的第一矽鋼片(10)和至少一個第二矽鋼片(11)藉助連接層(30)互相連接。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述矽鋼片(10、 11 )至 少部分被絕緣層(20、 21)包裹，以及第一矽鋼片(10)的絕緣層(20) 和第二矽鋼片(11)的絕緣層(21)藉助連接層(30)互相連接。
3. 按照權利要求l或2所述的方法，其特徵為，絕緣層(20)是一個 冶金製成的覆蓋層，尤其用鎂橄欖石或鐵橄欖石冶金製成的覆蓋層。
4. 按照權利要求1至3之一所述的方法，其特徵為，在絕緣層(20、 21、 22)之間的連接層(30)是膠粘層。
5. 按照權利要求4所述的方法，其特徵為，連接層(30)高粘性地粘 附在矽鋼片上。
6. 按照權利要求4或5之一所述的方法，其特徵為，連接層(30)可 以機械切割以及是柔性的。
7. 按照權利要求4至6之一所述的方法，其特徵為，連接層(30)在 從-75° C至+200° C的溫度範圍內是耐溫的。
8. 按照權利要求4至7之一所述的方法，其特徵為，連接層(30)耐 礦物油、Midel (酯)和/或石圭酮。
9. 按照權利要求4至7之一所述的方法，其特徵為，連接層(30)是 絕緣層(20、 21、 22)之間的一個冶金製成的層，它尤其通過短暫的結晶 退火製成。
10. 按照權利要求1至9之一所述的方法，其特徵為，矽鋼片(10)具 有晶粒定向。
11. 按照權利要求1至IO之一所述的方法，其特徵為，絕緣層(20) 和/或連接層(30)具有一種機械結構，並因而有利於鐵心矽鋼片(60)的 機械穩定性。
12. 按照權利要求1至11之一所述的方法，其特徵為，第一矽鋼片(10) 用絕緣層(20 )包裹，接著在該矽鋼片(10 )的上側和下側塗敷連接層(30 ), 以及在第一矽鋼片(10)上藉助壓輥(40)分別在該矽鋼片(10)的上側和下側壓緊一個包裹有絕緣層(21、 22)的第二矽鋼片(11、 12)。
13. 按照權利要求1至12之一所述的方法，其特徵為，在鐵心矽鋼片 (60)中矽鋼片(10)和/或絕緣層(20)和/或連接層(30)是可變的。
14. 一種用於電機的鐵磁性的鐵心矽鋼片(60),其特徵為鐵心矽鋼 片(60)由一個個矽鋼片(10、 11、 12)構成，其中，所述矽鋼片(10、 11、 12)分別具有絕緣層(20、 21、 22)，以及所述絕緣層(20、 21、 22)通過 連接層(30)互相連接。
15. 按照權利要求14所述的鐵磁性的鐵心矽鋼片(60)，其特徵為，所 述連接層(30)是膠粘層。
16. 按照權利要求14所述的鐵磁性的鐵心矽鋼片(60),其特徵為，所 述連接層(30)是所述矽鋼片(10、 11、 12)的各絕緣層(20、 21、 22) 之間的一種冶金連接。
17. 按照權利要求15或16之一所述的鐵^磁性的鐵心矽鋼片(60)，其 特徵為，作為連接層(30)可以採用不同的連接方式。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造電機的鐵磁性的鐵心矽鋼片的方法。本發明同樣涉及一種鐵磁性的鐵心矽鋼片(60)。通過一種由矽鋼片(10、11、12)組成的層疊結構以及這些矽鋼片藉助連接層(30)、尤其膠粘層連接，可製成一個個矽鋼片層厚很小的鐵心矽鋼片。因此用這種鐵心矽鋼片製造電磁機的層疊鐵心可以有小的渦流損失。
文檔編號H01F27/245GK101438358SQ200780016392
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月10日 優先權日2006年4月12日
發明者喬切恩·克裡斯琴 申請人:西門子公司