形成和测试非晶态金属形成物的方法

专利名称：形成和测试非晶态金属形成物的方法
技术领域：
本发明涉及铁磁零件的形成，该铁磁零件用于电路，特别是用于铁磁材料制成为条带形的用在电磁镇流器、变压器和感应器中。
背景技术：
非晶态磁性金属(AMM)是人造的材料，通常因为制造原因而制成条带形。将熔融金属升高至高温，并迅速淬火从而防止在冷却的时候结晶。一种这样的商业产品是MetglasTM(Hitachi)。
这样的材料通常有以下特性高渗透性、低矫顽磁力、良好的温度稳定性、低铁损、高频可操作性，高居里温度以及极少或无的磁弹性。
然而，这种材料具有高抗张强度，难以切割。
美国专利6106376被转让与该专利申请的其中一个申请人。该专利公开了一种连接AMM迭片形成一垛迭片结构的方法，该专利还公开了一种形成该迭片垛的方法和装置，例如，通过切割，形成大量物品，例如绕线定子或电动机的转轴。
即使切割是可行的，但没有切实可用的指导关于为一个已定的目标如何形成各种AMM的形状，例如，可用于照明电路中的镇流器的磁芯的形状，或者用于变压器和节流器的磁芯的形状。
本说明书提供了精选的形成指导方针以及一种测试磁芯装置的质量线路，该测试线路可用于这样的磁芯制造中。该描述的方法在商业生产中易操作，且还可以用于供应条带形磁性材料中。

发明内容
本发明，广义地，提供一种由多个磁条形成的磁芯部件的方法，该方法通过使用一个具有导电线圈的架，导电线圈缠绕在架周围，架在导电线圈中定义有开口，包括以下步骤a)定位大体上在导电线圈的开口中的磁条垛的第一末端；b)定位所述磁条垛的自由末端，该自由末端在所述的导电线圈开口中第一末端的反方向；以及C)将所述导电线圈通电，以致产生一个电动势能移动所述磁条的末端彼此相对。
本发明所述的方法的另一个方面包括以下步骤d)在所述磁条垛或此外的磁条垛上重复步骤a)和b)。
本发明另一的方面，电能的应用是在预先确定的时期中的预先确定的时间上以及至少一个预先确定的次数，通过电荷存储装置放电达到的。
本发明另一的方面，提供一种测试由一个或更多的磁条组成的磁芯装配完成的方法，包括以下步骤h)测量一个或更多的磁特性包括磁芯的电流和电压流的瞬时值，在按照权利要求1的方法形成所述磁芯过程中；i)将所述特性与一个预先确定值比较；j)继续步骤h)和i)直到比较结果落在预先确定的范围内。
在该测试方法的另一个方面中，其它的磁特性包括以下一个或更多的参数磁通匝连数和感应系数。
本发明的另一个方面，镇流器包括一个具有导电线圈的架，导电线圈绕在架的周围，架在导电线圈上定义有一个开口；位于开口中的一个或更多的无磁性和绝缘的间隔器；位于导电线圈开口中并紧接间隔器的具有一个末端的第一磁条垛，和位于导电线圈开口中并紧接间隔器的所述的第一磁条垛的另一个末端，该两末端方向相反，以及将第一磁条垛的末端隔开的所述间隔器或每一个间隔器；和位于导电线圈的开口中并邻接间隔器的具有一个末端的第二磁条垛，和位于导电线圈开口中并紧接间隔器的第二磁条垛的另一个末端，该两末端方向相反，以及将第二磁条垛的末端隔开的所述间隔器或每一个间隔器。
本发明的一个方面是，在磁条垛中的每个磁条是非晶态的磁性材料。
结合附图，本发明的具体实施例将做进一步的描述。该实施例是例证性的，并不限制本发明的保护范围。
其它实施例的建议和说明可以包括在本发明内，但可能不在附图中举例说明。
作为本发明的一个可选择性的特征可能在附图中有表示，但没有在说明书中描述。


图1是描绘由AMM条制作的用于照明电路的镇流器磁芯形状的图；图2是描绘由AMM和各种其它零件制作的磁镇流器的完整构建图；图3是描绘准备插入在用于制作磁镇流器的架中的AMM条垛的图；图4是描绘位于架中的AMM条的两个末端的图；图5是描绘磁镇流器的部分构建图；图6是描绘用于磁镇流器形成中的电容器放电电路图；
图7是描绘用于与在由AMM制作的磁镇流器的形成中产生的象波形的数据比较的电压样本、电流、磁通匝连数、感应系数波形图；和图8是描述测试方法实施例中的流程图。
具体实施例方式
作为实例，仅仅用于照明电路的、使用AMM条的镇流器将在这被详细描述。然而，公开的总体技术也可以用于其它物品中，例如变压器和扼流器，利用条带形磁性材料例如AMM或其它。
说明书公开的是形成由磁条材料制作的元件和首选实施例的AMM的方法，以及一种在形成上述元件中测试所述装备的质量的方法。
图1是本发明的一个方面的一个实施例的透视图，镇流器磁芯的形状包括两个大体上为方形或C形中空部10和12，在镇流器磁芯中没有显示电流线(图2的横截面上有显示)。
形成磁芯的每个C形的中空部的磁条的反方向的两末端，毗邻并被十字形的间隔装置14的水平臂16隔开。
而十字形的间隔装置的垂直臂18毗邻并从另一方向将每个C形的中空部的反方向的两末端隔开，所述隔离装置可以是一整体或是由两、或更多部分构成。
图2是镇流器芯形状的截面图，包括图1中的元件，以及绝缘的架20和横截面中的线圈27。该架在缠绕在架周围的线圈中定义有一个开口30。在镇流器的制造中，在架的末端定位于开口30中之后绕线匝是可能的，虽然它制作起来将会更困难。然而，如果架已经被绕上线圈是最好的。镇流器的磁性材料设计为有预选确定的间隙，该间隙通常被间隔装置14占据(如图1显示的位置)。
C形中空部10和12是由几百个磁条形成，优选的是微米厚的AMM。磁条能在其最普通的一面被运用，即对于当前人造AMM形式而言，它具有方便的标识，但是它也能同等地代表其它适合形成这样的磁芯的磁条相似形状。
现有的阵列切割能直角或倾斜地沿着磁条垛的正面或沿着磁条垛的侧面切割。通过实施例，美国专利6106376公开的方法和装置能用于形成磁条末端，但是，它不是必需的、唯一的形成磁条或磁条垛的形状的方法。
考虑到一个在C形中空部中的内部磁条要短于外部的磁条，每个AMM条应预先定型，这样能按照试验或计算确定好的长度制作。
一旦该步骤下完成，最后毗邻定位但被隔离器分开的磁条末端的任何必需的最终切割被实施。
在切割中，可以使用水或无腐蚀性的的液体作为切割器，可能在磁条上和磁条之间发生污染，如果需要，可进行一个清洁和干燥的过程，包含以下步骤。
释放夹子40，所以的磁条在酒精池中被清洗。
酒精将易于将去除污染物，然后在室温无残留干燥。
注意不要将在磁条垛中的任何磁条次序颠倒。
重新排列磁条垛的一个末端，一个调节架42能被用到，如图3所示。
图3描绘了在一个调节架42中夹子40松散地夹住磁条38的一个末端。轻轻敲打该末端，使末端形成单一平面，使其角度与磁条平面吻合。
所述方法中的该步骤易于人工操作，通过肉眼判断末端一致成一个共同面。明显地，该步骤能机械化，激光或其它校准测试装置能用于测试末端一致成所需平面。
最后，一旦制成的磁条垛被放入C形部中。磁条的半上端42a将被制成，并与现成形的末端42b邻近。
同样地，至于另一个磁条垛的半底端42c，也将与现成形的末端42d邻近。
磁条被加工成形，能被折叠进到两个邻近的大体上C形的磁芯中，如图2所示。该磁芯一旦与其它的元件结合能应用于该实施例中的作为照明装置的磁镇流器。
图4分别地显示两个末端42a和42c，该两末端被间隔器14(十字形元件)的较低臂18分隔开，每个磁条垛的一个或更多的磁条的平坦端邻近臂16的较低表面。不是每个磁条垛中的所有的磁条末端必需能毗邻臂16的较低表面，这意味着磁条垛的末端是大体上位于线圈27的开口中。
线圈用已知的方法形成，典型的是通过单根金属线多次缠绕在架20周围，因而限定了-个开口30。所述开口定位在线圈的中心，并且也是一个或两个间隔器的定位场所，本实施例中间隔器是一个整体的十字形元件。
磁条垛的末端与臂16的接近此时不是关键的，虽然这样更有利于达到每个背向间隔器的磁条的末端之间的邻近。当以下更进一步的步骤完成时，任何缺乏一致性都将被调整。磁条垛的末端然后定位在线圈27的开口30中，以至当线圈被施予电压时，磁条垛中的磁条将在由被施予电压的线圈形成的电磁场中最强大的部分中。
间隔器14位于预先缠绕了上述线圈的架20之中。间隔器14的臂16将提供必需的、磁条垛的末端之间的空气间隔。间隔器14由绝缘的、非晶态磁性材料制成，因此能使通过磁条垛的末端之间的空气间隔的磁通量的衰减达到最小化。
位于架中的间隔器是新型的，因为上述形成磁镇流器的方法在以前从未被使用过。
所述形成方法的下个步骤包括将在架周围的AMM条形成的垛弯曲。磁条的自由端插入在间隔器的上部臂18和所述架侧边之间的间隙中以及线圈27的开口中。间隔器的臂18引导该被切割的磁条末端的插入。图5显示了该步骤的一部分，图5也显示了磁条垛的第一末端完美地邻近与间隔器的下侧，然而，这样的情况不是事实上总能达到的。
不用奇怪，本发明的方法中，折叠和定位磁条垛的自由末端对人力而言是困难的步骤，因为磁条不会总是完全紧凑在一起。架20与间隔器14的垂直臂18之间的空间是为紧凑的磁条而依尺寸制造的。
当继续折叠时在邻近的磁条之间的摩擦滑行力开始增大并成倍数增加，仅仅在外部磁条上施加压力造成在磁条束本身上的压力不均匀。图5所示的不平坦空气间隙是不理想的，是不可接受，这最终的产品类似于图2所描绘的。
最后完成的产品中的不平坦的磁条末端阵列可以逆向影响磁镇流器的感应系数和其他电磁特性。
然而，精确对准不是实际中可能必需的。
该方法中的最后步骤用一个放电到线圈的电能代替应用到外部的磁条上的体力，产生磁场能导致一个在成形的磁条末端之间的吸引力，从而移动磁条到适当的位置。
一个巨大的电流(与额定的镇流器的电流比较而言)应用到镇流器的线圈22上一个很短的时间(1-10ms)。
电流在磁条垛的两末端之间产生磁引力，单根磁条也如此。
磁引力是巨大的，足够克服上述装备摩擦阻力，并且磁条垛15的两自由端42b和42d能被分别地朝向固定末端42a和42c移动。
重复使用电磁力直到磁条末端被完全邻近于臂16的上部表面，产生一个充分均一的间隙，该间隙能通过测量所述线圈的感应系数或其它合适的测量技术而被自动校验。
图6描绘了一个如上所述的施加电流脉冲的实施例的电路图。
在图6中，测试下的装置显示了镇流器的线圈的等效电路(Lb，，Rb)。T1是充电控制开关，T2是放电控制开关。C是一个储存电能的单极电容器。R是电阻器。L是一个扼流器，其能限制电容器的最初的充电电流，也能降低表示为Vdc的输入整流器的电流等级。越过线圈的二级管是一个续流二极管。
当T1接通时，该装置由整流器(Vdc)供应的主要能量接收电能并将电能储存在一个巨大的电容器中。
当电容器充满电时，开关T1断开，T2连接，允许电流脉冲通过镇流器的线圈。这样产生一个巨大的电动势将磁条的末端吸引在一起。
预测电容器的额定的电压和电流分别将是400-1000V和40-50A(对1A镇流器而言)，电容器在10000uF范围内，并且其在高压放电应用中的规格是关键的。
为了达到一个可以接受的高压，一个以上的电容器可以连续连接到电路中。然而，实际上可能会增大总的内部阻力，这样可能会吸收一些放出的能量而不是释放能量到线圈中，因而，多联电容器的排列设计应考虑到负面效果。
由于不能总是精确或者足够恰好地目视化检测本方法上述步骤的成功性，即保证空气间隙充分均匀地形成，为此，已发展了一种可重复并能精确测试的技术。
电测试镇流器磁芯的末端的公式的原理是基于直接测量在上述电容器放电过程中的镇流器的瞬间的电流值和电压值。数据获得系统和软件需要使用以下信息流过镇流器线圈的电压能在公式中给出vb(t)=Rbib(t)+dψb(t)dt]]>此处，Vb(t)是瞬间的电压，ib(t)是通过线圈的瞬间电流，Ψb(t)是瞬间的线圈的磁通匝连数。因而，在任何时间的瞬间，在一段时期上的镇流器的磁通匝连数特征能通过上述公式合并测出。如果外部元件的总的电压降落和磁通匝连数起始值包括在内，每个阶段的总的磁通匝连数能通过下面的公式给出ψb(t)-ψb(0)=∫0t[v(t)-Δv-ib(t)Rb]dt]]>此处，Rb是线圈电阻，Δv是总的电压降落，包括了开关和线路，dt是时间间隔，Ψb(o)是磁通匝连数起始值。
上述的综合将通过软件完成，能测定图7提及的镇流器的各项特征。获得的特征曲线然后用于检验所述装配方法的正确性。软件和关联的硬件提供了完全自动化的集合和电检测系统，能用于生产线中生产上述类型的磁镇流器。类似的计算能用于测定制造其它具有上述类型磁芯的装置时的排列。
一旦间隙被充分一致地形成，所述末端能通过任一方便的装置被夹进适当位置，且磁镇流器易于包含在照明装置中。比较起现有的所有同类装置，在所述镇流器中使用AMM能降低能量消耗。在相同和类似的装置中，其它的磁条也可能会有减少能量消耗的能力。
测试任一装置的磁芯形成的方法部分描绘在图8中，此处的电流流过磁芯装置的线圈的放电过程100，紧随着但事实上几乎是与一个或更多的电磁特征(包括瞬时的磁芯的电流和电压值)的测量110同时发生的。通常几乎是与早先步骤同时发生的下个一步骤是将测量到的特征与图7显示的图形中的预先确定值的进行比较120。连续进行步骤100，110和120直到比较落在某个具体特征的预先确定的范围，这对于本领域的技术人员来说是很容易测定的，然后在过程130停止。
这仅仅是本发明一个方面的形成和测试方法的一个实施例，当变压器和其它的磁芯装置需要类似的装置时能按照本发明上述方法制造。
应了解，本发明领域的技术人员不受上述具体应用的限制。本发明也不受具有按照具体元件和/或上述特征的首选实施例的限制。还应了解，所作的不脱离本发明原理的各种修改也在本发明保护范围内。
权利要求
1.一种形成磁芯部件的方法，磁芯部件通过使用具有导电线圈缠绕在周围的架由大量的磁条形成，架在导电线圈中定义有开口，其特征是，该方法包括以下步骤a)定位大体上在导电线圈的开口中的磁条垛的第一末端；b)定位所述磁条垛的自由末端，该自由末端在所述的导电线圈开口中第一末端的反方向；以及c)将所述导电线圈通电，以致产生一个电动势能移动所述磁条的末端彼此相对。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括以下步骤d)在另一磁条垛上重复步骤a)和b。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述方法还包括在步骤a)之前的一个步骤e)预先形成磁条至一个长度，允许每个磁条的末端位于彼此相反的位置，当这些末端在线圈的开口中彼此邻近，因而形成间断的磁条圈。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括在步骤a)之前的步骤包括f)预先形成磁条垛至确定的形状，允许磁条垛的末端位于彼此相反的位置，当这些末端在线圈的开口中彼此邻近，因而形成间断的厚度充分一致的磁条垛的环圈。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述导电线圈为单根线在架周围环绕多次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述架是绝缘并无磁性的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，至少采用一个配合架使用的间隔器，且该间隔器的尺寸能够产生一个预先确定的在定位于步骤c)后的开口中的磁条垛的反向末端之间的间隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述间隔器是绝缘并无磁性的。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述间隔器横截面上为十字形。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，每个间隔器是绝缘并无磁性的。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括以下步骤g)将磁条垛外的线圈退火。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征是，电能的应用是在预先确定的时期中以及至少一个预先确定的次数，通过电荷存储装置放电到线圈中达到的。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征是，通过上述方法产生的所述装置，电荷放电至少多于可用的电流水平的两倍。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征是，预先确定的时期是在1-10毫秒之间。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征是，预先确定的次数是在1-4之间。
16.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征是，磁条垛中的每根磁条是非晶态磁性材料。
17.一种测试由一个或更多的磁条组成的磁芯装配完成的方法，包括以下步骤h)在按照权利要求1的方法形成所述磁芯过程中，测量一个或更多的磁特性包括磁芯的电流和电压流的瞬时值；i)将所述磁特性与一个预先确定值比较；j)继续步骤h)和i)直到比较结果落在预先确定的范围内。
18.根据权利要求16所述的测试法，其特征是，其它的磁特性包括以下一个或更多的参数磁通匝连数和感应系数。
19.磁镇流器包括一个具有导电线圈的架，导电线圈绕在架的周围，架在导电线圈上定义有一个开口；一个或更多的位于开口中的无磁性和绝缘的间隔器；位于导电线圈开口中并紧接间隔器的具有一个末端的第一磁条垛，和位于导电线圈开口中并紧接间隔器的所述的第一磁条垛的另一个末端，该两末端方向相反，以及将第一磁条垛的末端隔开的所述间隔器或每一个间隔器；和位于导电线圈的开口中并邻接间隔器的具有一个末端的第二磁条垛，和位于导电线圈开口中并紧接间隔器的第二磁条垛的另一个末端，该两末端方向相反，以及将第二磁条垛的末端隔开的所述间隔器或每一个间隔器。
20.根据权利要求19所述的磁镇流器，其特征是，在磁条垛中的每个磁条是非晶态的磁性材料。
21.根据权利要求19所述的磁镇流器，其特征是，导电线圈包括单根线在架周围环绕多次。
22.根据权利要求19所述的磁镇流器，其特征是，所述架是绝缘并无磁性的。
23.根据权利要求19所述的磁镇流器，其特征是，间隔器的尺寸使得产生一个在同一磁条垛的反向的末端之间的预先确定的间隙。
24.根据权利要求19所述的磁镇流器，其特征是，所述间隔器是绝缘并无磁性的。
25.按照权利要求1-15任一所述的方法制造的磁镇流器。
全文摘要
本发明公开了一种形成由多个磁条形成的磁芯部件的方法，该方法通过使用一个具有导电线圈的架，导电线圈缠绕在架周围，架在导电线圈中定义有开口，包括以下步骤定位大体上在导电线圈的开口中的磁条垛的一末端；定位所述磁条垛的自由末端，该自由末端在所述的导电线圈开口中第一末端的反方向；然后将所述导电线圈通电，以致产生一个电动势能移动所述磁条的末端彼此相对。本发明还公开了一种测试由一个或更多的磁条组成的磁芯装配完成的方法，包括这些步骤在形成所述磁芯过程中测量一个或更多的磁特性包括磁芯的电流和电压流的瞬时值，以及将所述特性与一个预先确定值比较。
文档编号B21D26/00GK1894756SQ200480035754
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月2日 优先权日2003年12月2日
发明者约翰·盖勒, 泰德·瑞巴克, 史蒂文·克罗登, 内西米·伊图格鲁, 宋文亮 申请人:阿德莱德研究和创新专营有限公司, 格莱斯金属技术有限公司