形成和測試非晶態金屬形成物的方法
2023-06-29 08:53:36
專利名稱：形成和測試非晶態金屬形成物的方法
技術領域：
本發明涉及鐵磁零件的形成，該鐵磁零件用於電路，特別是用於鐵磁材料製成為條帶形的用在電磁鎮流器、變壓器和感應器中。
背景技術：
非晶態磁性金屬(AMM)是人造的材料，通常因為製造原因而製成條帶形。將熔融金屬升高至高溫，並迅速淬火從而防止在冷卻的時候結晶。一種這樣的商業產品是MetglasTM(Hitachi)。
這樣的材料通常有以下特性高滲透性、低矯頑磁力、良好的溫度穩定性、低鐵損、高頻可操作性，高居裡溫度以及極少或無的磁彈性。
然而，這種材料具有高抗張強度，難以切割。
美國專利6106376被轉讓與該專利申請的其中一個申請人。該專利公開了一種連接AMM迭片形成一垛迭片結構的方法，該專利還公開了一種形成該迭片垛的方法和裝置，例如，通過切割，形成大量物品，例如繞線定子或電動機的轉軸。
即使切割是可行的，但沒有切實可用的指導關於為一個已定的目標如何形成各種AMM的形狀，例如，可用於照明電路中的鎮流器的磁芯的形狀，或者用於變壓器和節流器的磁芯的形狀。
本說明書提供了精選的形成指導方針以及一種測試磁芯裝置的質量線路，該測試線路可用於這樣的磁芯製造中。該描述的方法在商業生產中易操作，且還可以用於供應條帶形磁性材料中。
發明內容
本發明，廣義地，提供一種由多個磁條形成的磁芯部件的方法，該方法通過使用一個具有導電線圈的架，導電線圈纏繞在架周圍，架在導電線圈中定義有開口，包括以下步驟a)定位大體上在導電線圈的開口中的磁條垛的第一末端；b)定位所述磁條垛的自由末端，該自由末端在所述的導電線圈開口中第一末端的反方向；以及C)將所述導電線圈通電，以致產生一個電動勢能移動所述磁條的末端彼此相對。
本發明所述的方法的另一個方面包括以下步驟d)在所述磁條垛或此外的磁條垛上重複步驟a)和b)。
本發明另一的方面，電能的應用是在預先確定的時期中的預先確定的時間上以及至少一個預先確定的次數，通過電荷存儲裝置放電達到的。
本發明另一的方面，提供一種測試由一個或更多的磁條組成的磁芯裝配完成的方法，包括以下步驟h)測量一個或更多的磁特性包括磁芯的電流和電壓流的瞬時值，在按照權利要求1的方法形成所述磁芯過程中；i)將所述特性與一個預先確定值比較；j)繼續步驟h)和i)直到比較結果落在預先確定的範圍內。
在該測試方法的另一個方面中，其它的磁特性包括以下一個或更多的參數磁通匝連數和感應係數。
本發明的另一個方面，鎮流器包括一個具有導電線圈的架，導電線圈繞在架的周圍，架在導電線圈上定義有一個開口；位於開口中的一個或更多的無磁性和絕緣的間隔器；位於導電線圈開口中並緊接間隔器的具有一個末端的第一磁條垛，和位於導電線圈開口中並緊接間隔器的所述的第一磁條垛的另一個末端，該兩末端方向相反，以及將第一磁條垛的末端隔開的所述間隔器或每一個間隔器；和位於導電線圈的開口中並鄰接間隔器的具有一個末端的第二磁條垛，和位於導電線圈開口中並緊接間隔器的第二磁條垛的另一個末端，該兩末端方向相反，以及將第二磁條垛的末端隔開的所述間隔器或每一個間隔器。
本發明的一個方面是，在磁條垛中的每個磁條是非晶態的磁性材料。
結合附圖，本發明的具體實施例將做進一步的描述。該實施例是例證性的，並不限制本發明的保護範圍。
其它實施例的建議和說明可以包括在本發明內，但可能不在附圖中舉例說明。
作為本發明的一個可選擇性的特徵可能在附圖中有表示，但沒有在說明書中描述。
圖1是描繪由AMM條製作的用於照明電路的鎮流器磁芯形狀的圖；圖2是描繪由AMM和各種其它零件製作的磁鎮流器的完整構建圖；圖3是描繪準備插入在用於製作磁鎮流器的架中的AMM條垛的圖；圖4是描繪位於架中的AMM條的兩個末端的圖；圖5是描繪磁鎮流器的部分構建圖；圖6是描繪用於磁鎮流器形成中的電容器放電電路圖；
圖7是描繪用於與在由AMM製作的磁鎮流器的形成中產生的象波形的數據比較的電壓樣本、電流、磁通匝連數、感應係數波形圖；和圖8是描述測試方法實施例中的流程圖。
具體實施例方式
作為實例，僅僅用於照明電路的、使用AMM條的鎮流器將在這被詳細描述。然而，公開的總體技術也可以用於其它物品中，例如變壓器和扼流器，利用條帶形磁性材料例如AMM或其它。
說明書公開的是形成由磁條材料製作的元件和首選實施例的AMM的方法，以及一種在形成上述元件中測試所述裝備的質量的方法。
圖1是本發明的一個方面的一個實施例的透視圖，鎮流器磁芯的形狀包括兩個大體上為方形或C形中空部10和12，在鎮流器磁芯中沒有顯示電流線(圖2的橫截面上有顯示)。
形成磁芯的每個C形的中空部的磁條的反方向的兩末端，毗鄰並被十字形的間隔裝置14的水平臂16隔開。
而十字形的間隔裝置的垂直臂18毗鄰並從另一方向將每個C形的中空部的反方向的兩末端隔開，所述隔離裝置可以是一整體或是由兩、或更多部分構成。
圖2是鎮流器芯形狀的截面圖，包括圖1中的元件，以及絕緣的架20和橫截面中的線圈27。該架在纏繞在架周圍的線圈中定義有一個開口30。在鎮流器的製造中，在架的末端定位於開口30中之後繞線匝是可能的，雖然它製作起來將會更困難。然而，如果架已經被繞上線圈是最好的。鎮流器的磁性材料設計為有預選確定的間隙，該間隙通常被間隔裝置14佔據(如圖1顯示的位置)。
C形中空部10和12是由幾百個磁條形成，優選的是微米厚的AMM。磁條能在其最普通的一面被運用，即對於當前人造AMM形式而言，它具有方便的標識，但是它也能同等地代表其它適合形成這樣的磁芯的磁條相似形狀。
現有的陣列切割能直角或傾斜地沿著磁條垛的正面或沿著磁條垛的側面切割。通過實施例，美國專利6106376公開的方法和裝置能用於形成磁條末端，但是，它不是必需的、唯一的形成磁條或磁條垛的形狀的方法。
考慮到一個在C形中空部中的內部磁條要短於外部的磁條，每個AMM條應預先定型，這樣能按照試驗或計算確定好的長度製作。
一旦該步驟下完成，最後毗鄰定位但被隔離器分開的磁條末端的任何必需的最終切割被實施。
在切割中，可以使用水或無腐蝕性的的液體作為切割器，可能在磁條上和磁條之間發生汙染，如果需要，可進行一個清潔和乾燥的過程，包含以下步驟。
釋放夾子40，所以的磁條在酒精池中被清洗。
酒精將易於將去除汙染物，然後在室溫無殘留乾燥。
注意不要將在磁條垛中的任何磁條次序顛倒。
重新排列磁條垛的一個末端，一個調節架42能被用到，如圖3所示。
圖3描繪了在一個調節架42中夾子40鬆散地夾住磁條38的一個末端。輕輕敲打該末端，使末端形成單一平面，使其角度與磁條平面吻合。
所述方法中的該步驟易於人工操作，通過肉眼判斷末端一致成一個共同面。明顯地，該步驟能機械化，雷射或其它校準測試裝置能用於測試末端一致成所需平面。
最後，一旦製成的磁條垛被放入C形部中。磁條的半上端42a將被製成，並與現成形的末端42b鄰近。
同樣地，至於另一個磁條垛的半底端42c，也將與現成形的末端42d鄰近。
磁條被加工成形，能被摺疊進到兩個鄰近的大體上C形的磁芯中，如圖2所示。該磁芯一旦與其它的元件結合能應用於該實施例中的作為照明裝置的磁鎮流器。
圖4分別地顯示兩個末端42a和42c，該兩末端被間隔器14(十字形元件)的較低臂18分隔開，每個磁條垛的一個或更多的磁條的平坦端鄰近臂16的較低表面。不是每個磁條垛中的所有的磁條末端必需能毗鄰臂16的較低表面，這意味著磁條垛的末端是大體上位於線圈27的開口中。
線圈用已知的方法形成，典型的是通過單根金屬線多次纏繞在架20周圍，因而限定了-個開口30。所述開口定位在線圈的中心，並且也是一個或兩個間隔器的定位場所，本實施例中間隔器是一個整體的十字形元件。
磁條垛的末端與臂16的接近此時不是關鍵的，雖然這樣更有利於達到每個背向間隔器的磁條的末端之間的鄰近。當以下更進一步的步驟完成時，任何缺乏一致性都將被調整。磁條垛的末端然後定位在線圈27的開口30中，以至當線圈被施予電壓時，磁條垛中的磁條將在由被施予電壓的線圈形成的電磁場中最強大的部分中。
間隔器14位於預先纏繞了上述線圈的架20之中。間隔器14的臂16將提供必需的、磁條垛的末端之間的空氣間隔。間隔器14由絕緣的、非晶態磁性材料製成，因此能使通過磁條垛的末端之間的空氣間隔的磁通量的衰減達到最小化。
位於架中的間隔器是新型的，因為上述形成磁鎮流器的方法在以前從未被使用過。
所述形成方法的下個步驟包括將在架周圍的AMM條形成的垛彎曲。磁條的自由端插入在間隔器的上部臂18和所述架側邊之間的間隙中以及線圈27的開口中。間隔器的臂18引導該被切割的磁條末端的插入。圖5顯示了該步驟的一部分，圖5也顯示了磁條垛的第一末端完美地鄰近與間隔器的下側，然而，這樣的情況不是事實上總能達到的。
不用奇怪，本發明的方法中，摺疊和定位磁條垛的自由末端對人力而言是困難的步驟，因為磁條不會總是完全緊湊在一起。架20與間隔器14的垂直臂18之間的空間是為緊湊的磁條而依尺寸製造的。
當繼續摺疊時在鄰近的磁條之間的摩擦滑行力開始增大並成倍數增加，僅僅在外部磁條上施加壓力造成在磁條束本身上的壓力不均勻。圖5所示的不平坦空氣間隙是不理想的，是不可接受，這最終的產品類似於圖2所描繪的。
最後完成的產品中的不平坦的磁條末端陣列可以逆向影響磁鎮流器的感應係數和其他電磁特性。
然而，精確對準不是實際中可能必需的。
該方法中的最後步驟用一個放電到線圈的電能代替應用到外部的磁條上的體力，產生磁場能導致一個在成形的磁條末端之間的吸引力，從而移動磁條到適當的位置。
一個巨大的電流(與額定的鎮流器的電流比較而言)應用到鎮流器的線圈22上一個很短的時間(1-10ms)。
電流在磁條垛的兩末端之間產生磁引力，單根磁條也如此。
磁引力是巨大的，足夠克服上述裝備摩擦阻力，並且磁條垛15的兩自由端42b和42d能被分別地朝向固定末端42a和42c移動。
重複使用電磁力直到磁條末端被完全鄰近於臂16的上部表面，產生一個充分均一的間隙，該間隙能通過測量所述線圈的感應係數或其它合適的測量技術而被自動校驗。
圖6描繪了一個如上所述的施加電流脈衝的實施例的電路圖。
在圖6中，測試下的裝置顯示了鎮流器的線圈的等效電路(Lb，，Rb)。T1是充電控制開關，T2是放電控制開關。C是一個儲存電能的單極電容器。R是電阻器。L是一個扼流器，其能限制電容器的最初的充電電流，也能降低表示為Vdc的輸入整流器的電流等級。越過線圈的二級管是一個續流二極體。
當T1接通時，該裝置由整流器(Vdc)供應的主要能量接收電能並將電能儲存在一個巨大的電容器中。
當電容器充滿電時，開關T1斷開，T2連接，允許電流脈衝通過鎮流器的線圈。這樣產生一個巨大的電動勢將磁條的末端吸引在一起。
預測電容器的額定的電壓和電流分別將是400-1000V和40-50A(對1A鎮流器而言)，電容器在10000uF範圍內，並且其在高壓放電應用中的規格是關鍵的。
為了達到一個可以接受的高壓，一個以上的電容器可以連續連接到電路中。然而，實際上可能會增大總的內部阻力，這樣可能會吸收一些放出的能量而不是釋放能量到線圈中，因而，多聯電容器的排列設計應考慮到負面效果。
由於不能總是精確或者足夠恰好地目視化檢測本方法上述步驟的成功性，即保證空氣間隙充分均勻地形成，為此，已發展了一種可重複並能精確測試的技術。
電測試鎮流器磁芯的末端的公式的原理是基於直接測量在上述電容器放電過程中的鎮流器的瞬間的電流值和電壓值。數據獲得系統和軟體需要使用以下信息流過鎮流器線圈的電壓能在公式中給出vb(t)=Rbib(t)+db(t)dt]]>此處，Vb(t)是瞬間的電壓，ib(t)是通過線圈的瞬間電流，Ψb(t)是瞬間的線圈的磁通匝連數。因而，在任何時間的瞬間，在一段時期上的鎮流器的磁通匝連數特徵能通過上述公式合併測出。如果外部元件的總的電壓降落和磁通匝連數起始值包括在內，每個階段的總的磁通匝連數能通過下面的公式給出b(t)-b(0)=0t[v(t)-v-ib(t)Rb]dt]]>此處，Rb是線圈電阻，Δv是總的電壓降落，包括了開關和線路，dt是時間間隔，Ψb(o)是磁通匝連數起始值。
上述的綜合將通過軟體完成，能測定圖7提及的鎮流器的各項特徵。獲得的特徵曲線然後用於檢驗所述裝配方法的正確性。軟體和關聯的硬體提供了完全自動化的集合和電檢測系統，能用於生產線中生產上述類型的磁鎮流器。類似的計算能用於測定製造其它具有上述類型磁芯的裝置時的排列。
一旦間隙被充分一致地形成，所述末端能通過任一方便的裝置被夾進適當位置，且磁鎮流器易於包含在照明裝置中。比較起現有的所有同類裝置，在所述鎮流器中使用AMM能降低能量消耗。在相同和類似的裝置中，其它的磁條也可能會有減少能量消耗的能力。
測試任一裝置的磁芯形成的方法部分描繪在圖8中，此處的電流流過磁芯裝置的線圈的放電過程100，緊隨著但事實上幾乎是與一個或更多的電磁特徵(包括瞬時的磁芯的電流和電壓值)的測量110同時發生的。通常幾乎是與早先步驟同時發生的下個一步驟是將測量到的特徵與圖7顯示的圖形中的預先確定值的進行比較120。連續進行步驟100，110和120直到比較落在某個具體特徵的預先確定的範圍，這對於本領域的技術人員來說是很容易測定的，然後在過程130停止。
這僅僅是本發明一個方面的形成和測試方法的一個實施例，當變壓器和其它的磁芯裝置需要類似的裝置時能按照本發明上述方法製造。
應了解，本發明領域的技術人員不受上述具體應用的限制。本發明也不受具有按照具體元件和/或上述特徵的首選實施例的限制。還應了解，所作的不脫離本發明原理的各種修改也在本發明保護範圍內。
權利要求
1.一種形成磁芯部件的方法，磁芯部件通過使用具有導電線圈纏繞在周圍的架由大量的磁條形成，架在導電線圈中定義有開口，其特徵是，該方法包括以下步驟a)定位大體上在導電線圈的開口中的磁條垛的第一末端；b)定位所述磁條垛的自由末端，該自由末端在所述的導電線圈開口中第一末端的反方向；以及c)將所述導電線圈通電，以致產生一個電動勢能移動所述磁條的末端彼此相對。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，還包括以下步驟d)在另一磁條垛上重複步驟a)和b。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述方法還包括在步驟a)之前的一個步驟e)預先形成磁條至一個長度，允許每個磁條的末端位於彼此相反的位置，當這些末端在線圈的開口中彼此鄰近，因而形成間斷的磁條圈。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，還包括在步驟a)之前的步驟包括f)預先形成磁條垛至確定的形狀，允許磁條垛的末端位於彼此相反的位置，當這些末端在線圈的開口中彼此鄰近，因而形成間斷的厚度充分一致的磁條垛的環圈。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述導電線圈為單根線在架周圍環繞多次。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述架是絕緣並無磁性的。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，至少採用一個配合架使用的間隔器，且該間隔器的尺寸能夠產生一個預先確定的在定位於步驟c)後的開口中的磁條垛的反向末端之間的間隙。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵是，所述間隔器是絕緣並無磁性的。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵是，所述間隔器橫截面上為十字形。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，每個間隔器是絕緣並無磁性的。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，還包括以下步驟g)將磁條垛外的線圈退火。
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，電能的應用是在預先確定的時期中以及至少一個預先確定的次數，通過電荷存儲裝置放電到線圈中達到的。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵是，通過上述方法產生的所述裝置，電荷放電至少多於可用的電流水平的兩倍。
14.根據權利要求12所述的方法，其特徵是，預先確定的時期是在1-10毫秒之間。
15.根據權利要求12所述的方法，其特徵是，預先確定的次數是在1-4之間。
16.根據上述任一權利要求所述的方法，其特徵是，磁條垛中的每根磁條是非晶態磁性材料。
17.一種測試由一個或更多的磁條組成的磁芯裝配完成的方法，包括以下步驟h)在按照權利要求1的方法形成所述磁芯過程中，測量一個或更多的磁特性包括磁芯的電流和電壓流的瞬時值；i)將所述磁特性與一個預先確定值比較；j)繼續步驟h)和i)直到比較結果落在預先確定的範圍內。
18.根據權利要求16所述的測試法，其特徵是，其它的磁特性包括以下一個或更多的參數磁通匝連數和感應係數。
19.磁鎮流器包括一個具有導電線圈的架，導電線圈繞在架的周圍，架在導電線圈上定義有一個開口；一個或更多的位於開口中的無磁性和絕緣的間隔器；位於導電線圈開口中並緊接間隔器的具有一個末端的第一磁條垛，和位於導電線圈開口中並緊接間隔器的所述的第一磁條垛的另一個末端，該兩末端方向相反，以及將第一磁條垛的末端隔開的所述間隔器或每一個間隔器；和位於導電線圈的開口中並鄰接間隔器的具有一個末端的第二磁條垛，和位於導電線圈開口中並緊接間隔器的第二磁條垛的另一個末端，該兩末端方向相反，以及將第二磁條垛的末端隔開的所述間隔器或每一個間隔器。
20.根據權利要求19所述的磁鎮流器，其特徵是，在磁條垛中的每個磁條是非晶態的磁性材料。
21.根據權利要求19所述的磁鎮流器，其特徵是，導電線圈包括單根線在架周圍環繞多次。
22.根據權利要求19所述的磁鎮流器，其特徵是，所述架是絕緣並無磁性的。
23.根據權利要求19所述的磁鎮流器，其特徵是，間隔器的尺寸使得產生一個在同一磁條垛的反向的末端之間的預先確定的間隙。
24.根據權利要求19所述的磁鎮流器，其特徵是，所述間隔器是絕緣並無磁性的。
25.按照權利要求1-15任一所述的方法製造的磁鎮流器。
全文摘要
本發明公開了一種形成由多個磁條形成的磁芯部件的方法，該方法通過使用一個具有導電線圈的架，導電線圈纏繞在架周圍，架在導電線圈中定義有開口，包括以下步驟定位大體上在導電線圈的開口中的磁條垛的一末端；定位所述磁條垛的自由末端，該自由末端在所述的導電線圈開口中第一末端的反方向；然後將所述導電線圈通電，以致產生一個電動勢能移動所述磁條的末端彼此相對。本發明還公開了一種測試由一個或更多的磁條組成的磁芯裝配完成的方法，包括這些步驟在形成所述磁芯過程中測量一個或更多的磁特性包括磁芯的電流和電壓流的瞬時值，以及將所述特性與一個預先確定值比較。
文檔編號B21D26/00GK1894756SQ200480035754
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月2日 優先權日2003年12月2日
發明者約翰·蓋勒, 泰德·瑞巴克, 史蒂文·克羅登, 內西米·伊圖格魯, 宋文亮 申請人:阿德萊德研究和創新專營有限公司, 格萊斯金屬技術有限公司