磁芯結構的製作方法
2023-07-03 20:24:36 1
專利名稱：磁芯結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電感應裝置(如變壓器)的磁芯結構，更具體地說，涉及層疊型的磁芯結構。現有技術描述一個現有技術的層疊型磁芯結構的例子在美國專利No.3,153,215中被公開。該專利公開了層疊型的磁芯結構，它在磁芯的磁柱或磁柱分支與磁軛部分之間具有階梯式搭接頭。
在一個階梯式搭接頭中，每層疊層中的磁柱斜接或斜切割端和磁軛疊層之間的接頭按預定步或漸進方式遞增地偏離相鄰層中的相似的接頭，在方向改變或模式重複之前，接頭在一個方向至少階梯式三次。具有階梯式搭接頭的磁芯和使用常規對接搭接型接頭的磁芯比較起來，發現前者通過降低磁芯損耗，降低激勵伏-安要求和磁柱噪聲水平，顯著地提高了磁芯的性能。另一現有技術的階梯式搭接頭在美國專利Nos.3,153,215；3,477.053；3,504,318和3,540,120中提出。這些專利公開了接頭布置，它是通過在斜切端之間，對每個磁柱或磁軛部分設置具有相同的縱向尺寸的層，來獲得疊層的斜切端間的希望階梯式關係。階梯式關係是通過遞增地了任何疊層組的疊層的中點實現的。
在現有技術的具有階梯式搭接頭的磁芯中，內磁柱和頂部和底部磁軛疊層之間的階梯式搭接頭是通過在每個頂部和底部磁軛疊層中形成一V型槽來構造的。磁軛疊層中的V型槽是一層層平行於磁芯的縱向軸遞增偏移，使得具有等長度的內磁柱疊層也平行於磁芯的縱向軸或長度遞增偏移。這樣，頂部和底部磁軛的等長疊層一層層地水平移位，均勻地分步了磁柱和磁軛疊層之間的階梯式搭接頭，導致對稱的磁芯結構，它能提供超級電特性。然而，在構造水平階梯式搭接磁芯時的困難在於，在磁芯裝配中，由於多個隔開的內磁柱疊層的端頭不為操作者所見，因而需要較長的裝配時間。
用於沿垂直方向階梯式部磁柱疊層的安排示於美國專利Nos.3,153,215；和3,743,991。在這種類型的磁芯結構中，通過漸進地為一磁軛疊層開較深的槽而為另一磁軛疊層開比銜接層的槽淺的槽，使等長的內磁柱疊層平行於內磁柱的直側垂直分布。另外，內磁柱疊層的長度可一層層遞增變化以產生垂直搭接頭。在任何一個垂直階梯式搭拉頭磁芯結構中，等長的磁軛疊層沿水平方向遞增地移動，形成與磁柱疊層的階梯式搭接頭。美國專利Nos.3,670,279和3,918,153都提出了構造一層層遞增地改變長度的磁柱和磁軛疊層的階梯式搭接頭的排列方法。
另一層疊型的磁芯結構揭示於美國專利號No.4,201,966。在該專利中，內磁柱和頂部和底部磁軛是由多組金屬疊層形成的。磁柱和磁軛疊層的長度尺寸在每組的層內沿相反方向一層層層變化，同時保持每個磁柱和磁軛部分中的疊層的中點對齊。這種安排一層層偏移磁柱和磁軛疊層的端頭，並在磁柱和磁軛疊層的連接端之間提供階梯式搭接頭。選擇磁柱和磁軛疊層的相對位置以將每組疊層的層內的磁柱和磁軛疊層之間的磁芯的內角處的空隙均勻地分開。
雖然前述磁芯結構設計是成功的，仍留下一些需要改進。希望提供一種階梯式搭接側磁柱設計，它適用於三磁柱單相磁芯，四磁柱單相磁芯和五磁柱單相或三相磁芯。還希望提供易於切削和製作的磁芯，且裝配的部件和方法比現有技術簡單。希望有一排列，使內或中央磁芯引導階梯式搭接，以使階梯式搭接沿水平方向移動，在每組疊層內中心磁柱疊層外所有磁芯的疊層是同等的。這樣，外磁柱和磁軛疊層是不取決於階梯式的。還希望提供一層疊型磁芯，由於磁芯可按嚴格的公差製造，低磁柱損耗的可能性就高。發明概要根據本發明，提供了一種磁芯，包括多個層疊組的金屬疊層，所述每組包括多層；每個所述層包括第一和第二外磁柱疊層和至少一個內磁柱疊層，每個具有第一和第二端；和頂部的底部磁軛疊層，通過所述磁軛疊層和多個外和相關內角連接著所述外和內磁柱疊層而構成一個磁芯；所述磁軛和所述磁柱疊層的端部斜切成可提供一閉合的磁路，在所述磁軛和磁柱疊層的聯接端之間具有斜接界；內磁柱疊層的長度尺寸在每組中層與層間是一致的，而內磁柱疊層的斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線，這種階梯式方式是在每組內磁柱疊層的中心線兩側的等量階梯數展開，即與階梯位有關；和外磁柱疊層和頂部和底部磁軛疊層的構造在每組內的層與層間是一致的，與階梯位無關。
根據本發明還提供了一種裝配上述類型的磁芯的方法，所述方法對於一組內的每層金屬疊層包括步驟放置一第一內磁柱疊層；在第一內磁柱的中心線一側對接放置一頂部磁軛疊層；放置一中心磁柱疊層與頂部磁軛疊層對接；放置一底部磁軛疊層與內、外磁柱疊層對接；在第一內部磁柱中心線另一側對接放置一底部磁軛疊層，放置一外磁柱疊層與所述最後提到的底部磁軛疊層對接；放置一頂部磁軛疊層，與所述最後提到的外磁柱疊層和所述中心磁柱疊層對接，從而完成上述磁芯中的一層疊層的裝配，在每層中重複周轉放置疊層，直到一組疊放的錯開層完成，並重複周轉放置每個另加組的疊層以完成磁芯的堆疊。附圖的簡述
參考附圖可更為詳細地理解本發明，其中
圖1是磁芯的正視圖，示出了本發明的一個實施例。
圖2是根據示於圖1的實施例構造的磁芯結構的部件分解圖。
圖3示出了中央磁柱疊層的一個例子，尺寸是取決於步長的。
圖4是說明性圖，顯示了與圖1中的球體有關的中央磁柱疊層中的步長進情況。
圖5是說明性圖，顯示了關於圖1中的球體的角搭接。
圖6是沿圖1中線6-6的剖示圖。
圖7是根據本發明構造的磁芯結構的另一實施例的正視圖。
圖8是根據本發明構造的另一磁芯結構的正視；圖8A是根據示於圖8的實施例構造的磁芯結構的分解圖。
圖9是說明性圖，示出了用於根據本發明製作的磁芯的分開的中央磁柱。優選實施例的描述參考附圖1和2，示出了根據本發明構造的磁芯結構。該磁芯10包括第一和第二外磁柱部分11和12和內或中央磁柱部分13和頂部和底部磁軛部分14、15和16、17，磁芯10屬於疊層型，每個磁柱和軛部分是由適合的磁性材料形成的金屬疊層構成的，如晶粒取向性矽鋼，所述疊層根據特定的用途具有預定的寬度和厚度。每個外磁柱和磁軛疊層具有相同的寬度尺寸，每個外和內磁柱疊層具有相同的長度尺寸，所有的磁軛疊層具有相同的長度尺寸。每個磁柱和磁軛疊層是通過剪切加工形成的，它是在預定的位置斜著切割金屬帶材，以提供具有梯形結構的磁柱和磁軛疊層，斜切端形成梯形的非平行側，金屬帶材的邊緣形成了梯形的平行側。這樣磁芯10包括多層疊層，每層的磁柱和磁軛疊層的端頭對接在一起以提供一個對磁通形成最小的阻力的接頭。
應該理解的是磁芯10中每層疊層示意描述為包含磁性材料的一個疊層。然而，應該明白的是「層」一詞還意味著包括多個相同尺寸的疊置的疊層。這樣，例如，示於圖2的每層可包括具有相同長度和寬度的兩個疊層，它們兩端和邊緣對齊疊放。
磁芯10是由多個金屬疊層的疊合怪的組形成，每組，例如，包括六層疊層。圖2中示出了磁芯10的磁柱部分11,12和13和磁軛部分14,15,16和17的一組疊層。
根據本發明，磁芯中央磁柱或內磁柱13引導階梯式搭接。中央或內磁柱疊層13是根據圖3製作的，其中B為寬度尺寸，D為長度尺寸，尺寸C和A是與階梯位有關的，以產生示於圖4的完全階梯式搭接(6個階梯)。剩餘的磁芯疊層如外磁柱疊層11,12和磁軛磁層14-17的構造在每組內的層與層之間是一致的，與階梯位無關。在疊放磁芯疊層中通過使用周轉方式，可產生示於圖2和4的完全階梯式搭接。用於在每層中疊放疊層的周轉方式或方法開始於中央磁柱組件13，緊跟著是磁軛組件14、外磁柱組件11、底部磁軛組件16和17、外磁柱組件12，最後是頂部磁軛組件15。直到該組的所有六層如圖2和4所示放置好之後，才如剛才所描述的周轉來放置疊層的第二層。在圖2中可看到內磁柱疊層13的長度尺寸在每組中的層與層間是一致的，內磁柱疊層斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線，這種階梯方式是在內磁柱疊層的每組層的中心線兩側上按等量的階梯數展開，而與階梯位有關。從圖2也可以看出，外磁柱疊層11和12和頂部磁軛疊層14、15和底部磁軛疊層16和17的構造在每組中從一層到另一層是一致的，而與階梯位無關。正如在圖1和圖2中可以看到的那樣，磁軛和磁柱疊層的端頭是以45°斜切而形成矩形磁芯的。內磁柱疊層13的兩端被斜切為V型，斜切端形成90°夾角。由於階梯式接頭結構，在矩心磁芯10的中央的外磁柱和磁軛疊層按圖5中放大示出的方式交疊。
圖2示出了包括六層疊層的一組疊層，應該明白的是，如磁芯10包括幾組疊層。圖6中示出了示於圖1的磁芯10的角部剖視圖，其中示出了兩組階梯式搭接設計的疊層，每組包括六個疊層。圖6中要注意到每組中重複六個階梯。
參考圖7和7A，示出了根據本發明的磁芯結構110的另一實施例。除了包括兩個內或中央磁柱部分之外，磁芯結構110與磁芯結構10相同。磁芯結構110包括第一和第二外磁柱部分111和112和兩個內或中央磁柱部分113和113A。它還包括三個頂部磁軛部分114、115和118和三個底部磁軛部分116、117和119。
磁芯110是由多組金屬疊層形成，例如，每組包括六層疊層。圖7示出了磁芯110的磁柱部分111、112、113和113A和磁軛部分114、115、116、117、118和119的一組疊層。
根據本發明，磁芯中央或內磁柱113和113A引導階梯式搭接。中央或內磁柱疊層113和113A是根據圖3關於磁芯10前面描述的那樣製作的，其中尺寸C和A取決於階梯位。其餘磁芯疊層如外磁柱疊層111和112和磁軛疊層114、115、116、117、118和119與階梯位無關。通過使用周轉方式堆放磁芯疊層，產生了如圖4所示的完全階梯式搭接。每層中用於堆放疊層的周轉方式或方法起始於中央磁柱組件113，緊跟著是磁軛組件114、外磁柱組件111、底部磁軛組件116和117、內磁柱113A、底部磁軛組件119、外磁柱組件112，最後是頂部磁軛組件118和115。直到該組的所有六層如圖7A和4放置好之後，才根據剛才所術的周轉方式來放置第二層疊層。從圖7A可看出，內磁柱疊層113和113A的長度尺寸在每組的層與層間是一致的，而內磁柱疊層斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線，這種階梯方式是在每組磁柱疊層的中心線兩側按等量的階梯數展開，與階梯位有關。從圖7A也可看出外磁柱111和112和頂部磁軛疊層114、115和118和底部磁軛疊層116、117和119的構造在每組中的層與層之間是一致的，而與階梯位無關。外磁柱和磁軛疊層在矩形磁芯110的角部在圖5中放大示出的同樣的方式交疊。當磁芯110包括兩組或更多組的疊層時，通過磁芯110角部的剖視圖類似於示於圖6的角部視圖。
參考圖8和8A，示出了根據本發明的磁芯結構210的另一實施例。磁芯結構210除包含有三個內或中央磁柱部分之外，與前面描述的磁芯結構10和110相同。磁芯結構210包括第一和第二外磁柱部分211和212和三個內或中央磁柱部分213、213A和213B。它還包括四上頂部磁軛部分214、215、218和221和四個底部磁軛部分216、217、219和220。
磁芯210是由多組金屬疊層形成的，例如，每組包括六層疊層。圖8A示出了磁芯210的磁柱部分211、212、213、213A和213B和磁軛部分214、215、216、217、218、219、220和221的一組疊層。
根據本發明，磁芯中央或內磁柱213、213A和213B是根據圖3關於磁芯10前面描述的那樣製作的，其中尺寸C和A與階梯位有關。其餘磁芯疊層如外磁柱疊層211和212和磁軛疊層214、215、216、217、218、219、220和221與階梯位無關。通過使用周轉方式堆放磁芯疊層，產生了如圖4所示的完全階梯式搭接。每層中用於堆放疊層的周轉方式或方法起始於中央磁柱組件213，緊跟著是磁軛組件215、內磁柱組件231A、磁軛組件214、外磁柱組件211、磁軛組件216、磁軛組件217、磁軛組件219、內磁柱組件213B、磁軛組件220、外磁柱組件212、磁軛組件221和磁軛組件218。直到該組的所有六層如圖8A和4所示地樣放置好之後，才根據剛才所述周轉來放置第二層疊層。從圖8A可看出，內磁柱疊層213、213A和213B的長度尺寸在每組中層與層間是一致的，而內磁柱疊層的斜切端接點以階梯式方式逐層偏離其中心線，這種階梯式方式是在內磁柱疊層的每組層的中心線兩側以等量的階梯數展開，而其與階梯位有關。從圖gA也可看出外磁柱疊層211和212和頂部磁軛疊層214、215、218和221和底部磁軛疊層216、217、219和220的構造在每組中的層與層之間是一致的，即與階梯位無關。外磁柱和磁軛疊層在矩形磁芯210的角部以圖5中放大示出的同樣方式交疊。當磁芯210包括兩組或更多組的疊層時，通過磁芯210的角部的剖視圖類似於示於圖6的剖視圖。
在示出磁芯10、110和210的實施例中，中央或內磁柱疊層13、113、113A、213、213A、213B被示出，它們是由均勻的或單一寬度的磁性材料製成。通常能夠獲得1000mm以下的磁性材料的薄板寬度。在需要較寬的薄板或疊層時，最好將疊層分成兩片a和b。分結構的中央磁柱13』示於圖9，為清楚起見，它包括結構線。如圖9所示，對於第一到第三個階梯，中央磁柱片1a、1b、2a、2b、3a、3b間的縱向接頭位於中央線的中央磁柱的左側，對於第四到第六階梯式，中央磁柱片4a、4b、5a、5b、6a、6b間的縱向接頭位於中央磁柱的中央線的右側。通過把中央磁柱片以上面描述的方式銜接在一起，會提高磁柱剛度，並具有噪音有抑制作用。圖9的分開式中央磁柱或磁芯結構13』適用於所有三個磁芯10、110和210，其中中央磁柱疊層的寬度超過通常可得到的商業薄片寬度，即1,000mm。這樣可看出在磁芯10、110和210中需要較寬的磁性材料的薄片，內磁柱13、113、113A、213、213A、213B可根據示於圖9的分開的結構13』來製造。
示於由六層組成的圖中的階梯式搭接儘管在中央的每側可根據需要使用需要的階梯數。已發現當至少使用六個階梯的疊層時，在效率和噪音方面，可獲得較好的結果。階梯增量可取決於磁芯的大小。較小的磁芯使用1/8″的階梯增量，而較大的磁芯可使用1/4″那麼大的階梯增量，而中等尺寸的磁芯可使用3/16″的階梯增量。
總的來說，這裡提出了一種新的、改進了的層疊型的磁芯結構，這種磁芯結構在銜接磁柱和磁軛部分之間具有階梯式搭接，其中中央磁芯磁柱引導階梯式搭接，且中央磁芯磁柱的尺寸是與階梯位有關的。中央或內磁柱疊層的長度尺寸在每組內層與層間是一致的，而內磁柱疊層的斜切端的接點以階梯式方式逐層偏離其中心線，這種階梯式方式是從內磁柱疊層的中心線兩側以等量的階梯展開的，即與階梯位有關。外磁柱疊層和頂部和底部磁軛疊層的構造在每組的層與層間是一致的，即與階梯位無關。
權利要求
1．一種磁芯，包括多個層疊組的金屬疊層，所述每組包括多層；每個所述層包括第一和第二外磁柱疊層和至少一個內磁柱疊層，每個具有第一和第二端；和頂部的底部磁軛疊層，通過所述磁軛疊層和多個外和相關內角連接著所述外和內磁柱疊層而構成一個磁芯；所述磁軛和所述磁柱疊層的端部斜切成可提供一閉合的磁路，在所述磁軛和磁柱疊層的聯接端之間具有斜接界；內磁柱疊層的長度尺寸在每組中層與層間是一致的，而內磁柱疊層的斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線，這種階梯式方式是在每組內磁柱疊層的中心線兩側的等量階梯數展開，即與階梯位有關；和外磁柱疊層和頂部和底部磁軛疊層的構造在每組內的層與層間是一致的，與階梯位無關。
2．如權利要求1所述的磁芯，其特徵在於，每層金屬疊層包括至少兩個內磁柱疊層和至少三個頂部和三個底部磁軛疊層。
3．如權利要求1所述的磁芯，其特徵在於，每層金屬疊層包括至少三個內磁柱疊層和至少四個頂部和四個底部疊層。
4．如權利要求1所述的磁芯，其特徵在於，所述磁軛和所述磁柱疊層端頭以45°角斜切，而形成一個矩形磁芯。
5．如權利要求4所述的磁芯，其特徵在於，所述內磁柱疊層的端頭被斜切為V型，所述斜切端形成90°夾角。
6．如權利要求1所述的磁芯，其特徵在於，每組層包括至少六層疊層。
7．如權利要求6所述的磁芯，其特徵在於，所述階梯方式在每組內磁柱疊層的中央線的每側以至少三個階梯展開。
8．一種裝配磁芯的方法，該磁芯包括多個層疊組的金屬疊層，所述每組包括多層；每個所述層包括第一和第二外磁柱疊層和至少一個內磁柱疊層，每個具有第一和第二端；和頂部的底部磁軛疊層，通過所述磁軛疊層和多個外和相關內角連接著所述外和內磁柱疊層而構成一個磁芯；所述磁軛和所述磁柱疊層的端部斜切成可提供一閉合的磁路，在所述磁軛和磁柱疊層的聯接端之間具有斜接界；內磁柱疊層的長度尺寸在每組中層與層間是一致的，而內磁柱疊層的斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線，這種階梯式方式是在每組內磁柱疊層的中心線兩側的等量階梯數展開，即與階梯位有關；和外磁柱疊層和頂部和底部磁軛疊層的構造在每組內的層與層間是一致的，與階梯位無關；所述方法對於一組內的每層金屬疊層包括步驟放置一第一內磁柱疊層；在第一內磁柱的中心線一側對接放置一頂部磁軛疊層；放置一中心磁柱疊層與頂部磁軛疊層對接；放置一底部磁軛疊層與內、外磁柱疊層對接；在第一內部磁柱中心線另一側對接放置一底部磁軛疊層，放置一外磁柱疊層與所述最後提到的底部磁軛疊層對接；放置一頂部磁軛疊層，與所述最後提到的外磁柱疊層和所述中心磁柱疊層對接，從而完成上述磁芯中的一層疊層的裝配，在每層中重複周轉放置疊層，直到一組疊放的錯開層完成，並重複周轉放置每個另加組的疊層以完成磁芯的堆疊。
9．如權利要求8所述的裝配磁芯的方法，其特徵在於，所述內磁柱疊層是由縱向分開的兩部分構造的，而平行於疊層中心線形成一接頭，交替疊層在內磁柱疊層的中心線的不同側具有縱向接頭。
10．如權利要求9所述的裝配磁芯的方法，其特徵在於，在每組內磁柱疊層中，一半的內磁柱疊層在該組的中心線的一側具有縱向接頭，另一半內磁柱疊層在該組疊層的中心線的相對側具有縱向接頭。
11．如權利要求1所述的磁芯，其特徵在於，所述內磁柱疊層是由縱向分開的兩部分構造的，而平行於疊層的中心線形成一接頭，交替疊層在內磁柱疊層的中心線的不同側具有縱向接頭。
12．如權利要求11所述的磁芯，其特徵在於，在每組內磁柱疊層中，一半的內磁柱疊層在該組的中心線的一側具有縱向接頭，另一半的內磁柱疊層在該組疊層的中心線的相對側具有縱向接頭。
全文摘要
多組金屬疊層型的磁芯結構,具有外部磁柱( 11,12)、至少一個內磁柱(13)、和頂部(14,15)和底部磁軛(16,17)。磁軛和磁柱疊層的端頭斜切以提供一閉合磁路,該磁路在磁軛和磁柱疊層的連接端有斜接頭。內磁柱疊層的長度尺寸在每組中的層與層之間是一致的,而內磁柱疊層的斜切端的接點以階梯方式逐層偏離其中心線,這種階梯方式是在每組內磁柱疊層的中心線兩側以等量的階梯數展開,而與階梯位有關。外磁柱疊層和頂部和底部磁軛疊層的構造在每組內的層與層之間是一致的,與階梯位無關。提出了一種成組堆放疊層的方法,還提出了一種方法,使磁芯結構的中心或內疊層分為兩部分,其中疊層的寬度大於商業上可得到的疊層材料。
文檔編號H01F27/245GK1233342SQ97198825
公開日1999年10月27日 申請日期1997年10月15日 優先權日1996年10月15日
發明者約翰·韋斯特伯格 申請人:Abb動力T&D股份有限公司